JP5544303B2 - 可塑化デンプンベース熱可塑性組成物を調製する方法および結果として生じる組成物 - Google Patents
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Description
・製造終了時、または保存期間中の可塑化マトリックスからの可塑剤の放出。これにより、所望される程度に高い可塑剤の量を保持することが、ひいては十分に可撓性のフィルム形成材料を得ることが不可能である。
・その含水量が低下または増大した際に、大気中水分に応じて、それぞれ硬化または軟化する可塑化デンプンの機械的特性の大きな不安定性。
・例えばキシリトールの場合など、高用量で使用される可塑剤の結晶化による組成物表面の白化または不透明化。
・例えばグリセロールの場合のように、表面の粘着性または油性性質。
・可塑剤含量が高い場合にはさらに問題である、非常に不良な耐水性。水中では物理的完全性の損失が観察されるので、可塑化デンプンは製造の終わりに従来のポリマーのように水浴中に浸漬して冷却できない。したがってその用途は非常に制限される。その使用可能性を拡大するために、それを大量の、一般に60%以上のポリエステルまたはその他の別の高価なポリマーと混合することが必要である。
・場合によって熱可塑性デンプンと関連する、ポリエステル(PLA、PBAT、PCL、PET)の早発性加水分解の可能性。
(a)顆粒デンプンおよびその可塑剤の熱機械的混合によって得られる、デンプンおよびその有機可塑剤からなる、少なくとも51重量%の可塑化デンプン質組成物、
(b)最大で49重量%の少なくとも1つの非デンプン質ポリマー、および
(c)その少なくとも1つは可塑剤と反応でき、他の少なくとも1つはデンプンおよび/または非デンプン質ポリマーと反応できる、少なくとも2つの官能基を含む、5000未満、好ましくは1000未満の分子量を有するカップリング剤
を含み、これらの量が乾燥物質として表され、(a)および(b)の合計に対するものである、デンプンベース組成物である。
(i)少なくとも1つの顆粒デンプンおよびこのデンプンの少なくとも1つの有機可塑剤を選択するステップと、
(ii)この顆粒デンプンおよびこの可塑剤を熱機械的に混合することで、可塑化デンプン質組成物(a)を調製するステップと、
(iii)非デンプン質ポリマー(b)をステップ(ii)で得られたこの可塑化デンプン質組成物(a)に可塑化デンプン質組成物(a)が少なくとも51重量%に相当し、非デンプン質ポリマー(b)が最大で49重量%に相当するような量で組み込むステップと、
(iv)その少なくとも1つは可塑剤と反応でき、他の少なくとも1つはデンプンおよび/または非デンプン質ポリマーと反応できる、少なくとも2つの官能基を含む5000未満、好ましくは1000未満の分子量を有する少なくとも1つのカップリング剤をこのようにして得られた組成物に組み込むステップ
を含み、これらの量が乾燥物質として表され、(a)および(b)の合計に対するものであり、ステップ(iii)がステップ(iv)の前、最中または後に実施できる、このようなデンプンベース組成物を調製する方法である。
−ジイソシアネートおよびポリイソシアネート、好ましくは4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)、メチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)、トルエンジイソシアネート(TDI)、ナフタレンジイソシアネート(NDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)、およびリジンジイソシアネート(LDI)、
−ジカルバモイルカプロラクタム、好ましくは1,1’−カルボニルビスカプロラクタム、
−ジエポキシド、
−ハロヒドリン、すなわちエポキシド官能基およびハロゲン官能基、好ましくはエピクロロヒドリンを含む化合物、
−有機二酸、好ましくはコハク酸、アジピン酸、グルタル酸、シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、および対応する無水物、
−酸塩化物、好ましくはオキシ塩化リン、
−トリメタホスフェート、好ましくはナトリウムトリメタホスフェート、
−アルコキシシラン、好ましくはテトラエトキシシラン、
およびこれらの化合物の任意の混合物。
−イソシアネートベースの単官能性単位、例えばモノアルコールまたはモノアミンのグラフトによる顆粒デンプンの官能基付与、
−PLA、PBS、PCLまたはポリウレタンなどの疎水性マトリックスによる乾燥顆粒デンプンの相溶化、
−またはデンプンベースポリウレタンフォームの調製。
−臭気特性(香料または臭気マスキング剤)、
−光学的特性(光沢剤、二酸化チタンなどの白化剤、染料、顔料、促染剤、乳白剤、炭酸カルシウムなどの艶消し剤、感温変色剤、リン光および蛍光剤、鍍金または大理石模様付け剤、およびくもり止め剤)、
−音響特性(硫酸バリウムおよび重晶石)、および
−触覚特性(脂肪性物質)。
−従来法で標準的合成ポリマーのために使用される既存の産業設備による具現を可能にする、一般的なポリマーについて知られている標準値範囲(−50℃〜150℃のTg)内の適切な熱可塑性、溶融粘度、およびガラス転移温度、
−市販されるまたは開発中の化石起源または再生可能起源の多種多様なポリマーとの十分な混和性、
−使用条件で満足のいく物理化学的安定性、
−水および蒸気に対する低感受性、
−先行技術の熱可塑性デンプン組成物と比較して、非常に顕著に改善された機械的性能(可撓性、破断点伸び、最大引張り強さ)、
−水、蒸気、酸素、二酸化炭素、UV放射線、脂肪性物質、芳香、ガソリン、燃料に対する良好なバリア効果、
−用途に応じて調節できる不透明性、半透明性または透明性、
−特に水性インクおよび塗料による良好な印刷適性および塗装可能性、
−制御可能な収縮性、
−十分な時間にわたる安定性、および
−良好なリサイクル可能性。
−少なくとも98%に等しい不溶性物質含量、
−5%未満の膨潤度、
−少なくとも95%に等しい破断点伸び、および
−8MPaを超える最大引張り強さ。
−CO2および酸素に対する凡庸なバリア効果、
−水および蒸気に対する不十分なバリア効果、
−ボトル製造には不十分な耐熱性、および紡績繊維として使用するには非常に不十分な耐熱性、および
−フィルム形態における脆性および可撓性欠如。
組成物の調製:
この実施例では次を使用した。
−顆粒デンプンとして、「Amidon de ble SP」[Wheat Starch SP]の名称の下に本出願人によって販売される、およそ12%の含水量を有する天然小麦デンプン、
−顆粒デンプンの可塑剤として、POLYSORB G84/41/00の名称の下に本出願人によって販売される、およそ16%の含水量を有するグリセロールおよびソルビトールベースのポリオールの濃縮水性組成物、
−非デンプン質ポリマーとして、2%のビニルトリメトキシシラン(PEgSi)でグラフト化されたポリエチレン。この使用されたPEgSiは、予め押出しによりビニルトリメトキシシランを低密度PEにグラフト化して得られた。市販されるこのようなPEgSiの一例としては、どちらもBorealisから販売される製品BorPEX ME2510またはBorPEX HE2515が挙げられ、
−カップリング剤として、Suprasec 1400の名称の下にHuntsmanから販売されるメチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)。
−温度プロフィール(10個の加熱ゾーン、Z1〜Z10):90/90/110/140/140/110/90/90/90/90
−スクリュー速度:200rpm。
−温度プロフィール(10個の加熱ゾーン、Z1〜Z10):150℃
−スクリュー速度:400rpm。
調製された組成物の水および水分感受性、および可塑剤が水に移動する傾向、したがって材料構造の分解を誘発する傾向を評価した。
(i)特性解析するサンプルを乾燥する(真空下80℃で12時間)。
(ii)精密天秤でサンプル質量を測定する(=Ms1)。
(iii)サンプルを20℃で水(サンプルのグラム質量の100倍に等しい容積の水)に浸漬する。
(iv)サンプルを数時間の規定時間後に取り出す。
(v)吸収紙によって表面の過剰な水をできる限り迅速に除去する。
(vi)サンプルを精密天秤に載せ、2分間にわたり質量損失をモニタリングする(質量を20秒毎に測定する)。
(vii)時間に応じた先行する測定値のグラフ表示、および質量のt=0(=Mg)への外挿を通じて、膨潤サンプルの質量を判定する。
(viii)サンプルを乾燥する(真空下80℃で24時間)。乾燥サンプルの質量を測定する(=Ms2)。
(ix)式Ms2/Ms1に従って%で表わされる不溶性物質含量を計算する。
(x)式(Mg−Ms1)/Ms1に従って、膨潤度を%で計算する。
Lloyd Instruments LR5K試験ベンチ、引張速度50mm/分、およびH2タイプの標準化供試体を使用して、NF T51−034基準(引張特性の測定)に従って、様々なサンプルの引張における機械的特性を測定する。
Claims (16)
- (a)顆粒デンプンおよびその可塑剤の熱機械的混合によって得られる、デンプンおよびその有機可塑剤からなる、可塑化デンプン質組成物、
(b)少なくとも1つの非デンプン質ポリマー、および
(c)その少なくとも1つは可塑剤と反応でき、他の少なくとも1つはデンプンおよび/または非デンプン質ポリマーと反応できる、少なくとも2つの官能基を含む、5000未満の分子量を有するカップリング剤
を含む、デンプンベース組成物であって、
乾燥物質として表され、(a)および(b)の合計に対する可塑化デンプン質組成物(a)の量が、51重量%〜99.8重量%であり、
前記非デンプン質ポリマーが、ポリエチレン(PE)およびポリプロピレン(PP)、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体(SEBS)、非晶質ポリエチレンテレフタレート(PETG)、および熱可塑性ポリウレタンから構成される群から選択され、
前記カップリング剤が、ジイソシアネート、ジエポキシド、及びハロヒドリンから選択されることを特徴とする、組成物。 - 前記顆粒デンプンが、天然デンプン、酸、酸化または酵素的加水分解、酸化または化学変性、特にアセチル化、ヒドロキシプロピル化、カチオン化、架橋、リン酸化またはスクシニル化を受けたデンプン、低温の水媒体中で処理されたデンプン(「アニール化」デンプン)、およびこれらのデンプンの混合物から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- 前記顆粒デンプンが、流動化デンプン、酸化デンプン、化学変性を受けたデンプン、白色デキストリン、およびこれらの生成物の混合物から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- 前記可塑化デンプン質組成物(a)が、水または有機溶媒可溶性のデンプン、または水または有機溶媒可溶性のデンプン誘導体によって部分的に置換されることを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- 前記可溶性デンプンまたは可溶性デンプン誘導体が、予備ゼラチン化デンプン、高度転化デキストリン、マルトデキストリン、高度官能基付与デンプン、およびこれらの生成物の混合物から選択されることを特徴とする、請求項4に記載の組成物。
- 前記可塑剤が、グリセロール、ポリグリセロール、イソソルビド、ソルビタン、ソルビトール、マンニトール、水素化グルコースシロップ、乳酸ナトリウム、およびこれらの生成物の混合物から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- 前記デンプンに対する前記可塑剤重量比が10/100〜150/100であることを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- 前記カップリング剤がジイソシアネートであることを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- 前記イソシアネートがメチレンジフェニルジイソシアネートまたは4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)であることを特徴とする、請求項8に記載の組成物。
- 乾燥物質として表され、(a)および(b)の合計に対する前記カップリング剤の量が、0.1〜15重量%であることを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- ASTM D6852基準の意義の範囲内で少なくとも33%の再生可能起源炭素を含有することを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- (i)少なくとも1つの顆粒デンプンおよびこのデンプンの少なくとも1つの可塑剤を選択するステップと、
(ii)この顆粒デンプンおよびこの可塑剤を熱機械的に混合することで、可塑化デンプン質組成物(a)を調製するステップと、
(iii)非デンプン質ポリマー(b)をステップ(ii)で得られたこの可塑化デンプン質組成物(a)に、可塑化デンプン質組成物(a)が、乾燥物質として表され、(a)および(b)の合計に対して、51重量%〜99.8重量%であるような量で組み込むステップと、
(iv)その少なくとも1つは可塑剤と反応でき、他の少なくとも1つはデンプンおよび/または非デンプン質ポリマーと反応できる、少なくとも2つの官能基を含む少なくとも1つのカップリング剤をこのようにして得られた組成物に組み込むステップ
を含み、ステップ(iii)がステップ(iv)の前、最中または後に実施でき、
前記非デンプン質ポリマーが、ポリエチレン(PE)およびポリプロピレン(PP)、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体(SEBS)、非晶質ポリエチレンテレフタレート(PETG)、および熱可塑性ポリウレタンから構成される群から選択され、
前記カップリング剤が、ジイソシアネート、ジエポキシド、及びハロヒドリンから選択されることを特徴とする、請求項1に記載のデンプンベース組成物を調製する方法。 - 前記カップリング剤を一方では前記可塑剤と、他方では前記可塑化デンプン質組成物のデンプン(a)および/または非デンプン質ポリマー(b)と反応させるのに十分な時間にわたり十分な温度に請求項1に記載のデンプンベース組成物を加熱するステップを含む、熱可塑性デンプン質組成物を調製する方法。
- 請求項13に記載の方法に従って得ることができる、熱可塑性デンプン質組成物。
- −40%を超える破断点伸び、
−4MPaを超える最大引張り強さ、
−20℃で24時間の水中浸漬後に、少なくとも90%に等しい不溶性物質含量、および
−20℃で24時間の水中での浸漬後に、20%未満の膨潤度
を有することを特徴とする、請求項14に記載の熱可塑性デンプン質組成物。 - EN 13432、ASTM D6400、およびASTM 6868基準の意義の範囲内で生分解性でなくコンポスト化もできず、ASTM D6852基準の意義の範囲内で少なくとも33%の再生可能起源炭素を含有することを特徴とする、請求項14に記載の熱可塑性組成物。
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