JP7223385B2

JP7223385B2 - 樹脂製品生分解促進剤

Info

Publication number: JP7223385B2
Application number: JP2021054447A
Authority: JP
Inventors: 良幸 ▲高▼木
Original assignee: 静岡油化工業株式会社
Priority date: 2021-03-28
Filing date: 2021-03-28
Publication date: 2023-02-16
Anticipated expiration: 2041-03-28
Also published as: JP2022151892A

Description

本発明は、樹脂に配合することにより、樹脂製品の生分解性を促進することができる樹脂製品生分解促進剤に関する。

近年、世界的に石油由来の樹脂の廃棄物は、焼却すると二酸化炭素を発生し地球温暖化に対する問題があり、埋め立て等により廃棄しても分解されず、河川や海への流出等して環境への問題があり、樹脂の使用量の削減が求められている。

また、植物性バイオマスは、光合成により大気中の二酸化炭素から生成されたものであり、これを利用する過程で二酸化炭素が排出されたとしてもカーボンニュートラルになることから、化石資源の代替として期待されているが、植物性バイオマスの有効活用がなされていないという問題点がある。

樹脂の使用量の削減と植物性バイオマスの活用法としては、特許文献１に植物性バイオマス等を増量剤として樹脂に配合する樹脂成型品が記載されているが、樹脂成型品の廃棄については、生分解性の樹脂を使うことのみの記載があるだけで、樹脂成型品の生分解が遅いという問題点については何ら記載がない。

生分解性樹脂の生分解性の促進としては、特許文献２にソルボサーマル処理したセルロースナノファイバーを生分解性樹脂に加えることで、生分解性が促進することが記載されているが、ソルボサーマル処理をしたセルロースナノファイバーに限定され、簡単に製造又は入手できないという問題点がある。

特開２００１－２２６４９２号特開２０２１－０２１０４１号

本発明は、植物性バイオマスの有効活用でき、簡単に製造又は入手できるセルロースナノファイバーを使用することができ、樹脂の使用量の削減することができ、樹脂に配合することにより樹脂製品の生分解を促進することができる樹脂製品生分解促進剤を提供する。

平均粒径が１ｍｍ以下の植物性バイオマスと、セルロースナノファイバーと、を含む樹脂製品生分解促進剤であって、
前記樹脂製品生分解促進剤の含水率は０．１％以上２０％以下であり、
前記セルロースナノファイバーの質量は、前記植物性バイオマスの質量に対して０．１％以上５０％以下であり、
樹脂に配合して製造される樹脂製品の生分解が促進される。

前記植物性バイオマスは、食品副産物である。

前記植物性バイオマスは、前記植物性バイオマスの表面温度が２００℃以下で乾燥されることにより、含水率が０．１％以上２０％以下である。

樹脂製品生分解促進剤と、樹脂と、を含む樹脂製品であって、
前記樹脂製品生分解促進剤の質量は、前記樹脂製品の質量に対して０．１％以上４０％以下である。

本発明の樹脂用生分解性促進剤は、植物性バイオマスの有効活用でき、樹脂に配合することにより樹脂の使用量の削減することができ、簡単に製造又は入手できるセルロースナノファイバーを使用することができるものであり、本発明の樹脂用生分解性促進剤を配合して製造する樹脂製品は生分解が促進される。

土壌埋設試験前の試験片の写真である。土壌埋設試験後２週間～１２週間のポリ乳酸のみ（比較例１）の試験片の写真である。土壌埋設試験後２週間～１２週間のポリ乳酸とセルロースナノファイバーの質量比が１０：０．１（比較例２）の試験片の写真である。土壌埋設試験後２週間～１２週間のポリ乳酸とセルロースナノファイバーの質量比が１０：１（比較例３）の試験片の写真である。土壌埋設試験後２週間～１２週間のポリ乳酸とおからとセルロースナノファイバーの質量比が７：３：０（比較例４）の試験片の写真である。土壌埋設試験後２週間～１２週間のポリ乳酸とおからとセルロースナノファイバーの質量比が７：３：０．１（実施例１）の試験片の写真である。土壌埋設試験後２週間～１２週間のポリ乳酸とおからとセルロースナノファイバーの質量比が７：３：1（実施例２）の試験片の写真である。土壌に埋設してから４週目のポリ乳酸のみ（比較例１）の試験片の表面の状態を観察した走査電子顕微鏡写真である。土壌に埋設してから４週目のポリ乳酸とセルロースナノファイバーの質量比が１０：０．１（比較例２）の試験片の表面の状態を観察した走査電子顕微鏡写真である。土壌に埋設してから４週目のポリ乳酸とセルロースナノファイバーの質量比が１０：１（比較例３）の試験片の表面の状態を観察した走査電子顕微鏡写真である。土壌に埋設してから４週目のポリ乳酸とおからとセルロースナノファイバーの質量比が７：３：０（比較例４）の試験片の表面の状態を観察した走査電子顕微鏡写真である。土壌に埋設してから４週目のポリ乳酸とおからとセルロースナノファイバーの質量比が７：３：０．１（実施例１）の試験片の表面の状態を観察した走査電子顕微鏡写真である。土壌に埋設してから４週目のポリ乳酸とおからとセルロースナノファイバーの質量比が７：３：1（実施例２）の試験片の表面の状態を観察した走査電子顕微鏡写真である。

以下、本発明の実施の形態の例について図を参照しながら説明する。尚、本発明は、以下の形態の例に限定されるものではない。

本発明の樹脂製品生分解促進剤は、平均粒径が１ｍｍ以下の植物性バイオマスとセルロースナノファイバーと（以下、「ＣＮＦ」という）を含む。植物性バイオマスの平均粒径を１ｍｍ以下とすることにより、樹脂に均一に配合しやすくなり、出来上がった樹脂製品の強度や成型に不具合を生じにくくする。植物性バイオマスの粒径が１ｍｍ前後の場合は、そのまま用いたり、篩でふるったりする。植物性バイオマスの粒径が大きいものは、一般的な方法で粉砕したり、粉砕後に篩でふるったりして平均粒径を１ｍｍ以下とする。

前記樹脂製品生分解促進剤の含水率は０．１％以上２０％以下とする。含水率が２０％を超えると、樹脂に配合した際に、水が沸騰するなどして樹脂に配合できなかったり、できあがった樹脂製品の強度や成型に不具合を生じたりする。前記ＣＮＦの質量は、前前記植物性バイオマスの粉砕物の質量に対して０．１％以上５０％以下とする。樹脂製品生分解促進剤を樹脂に配合して製造される樹脂製品は、生分解は促進される。生分解としては、一例として、土壌中における微生物等による生分解が挙げられる。

本発明の樹脂製品生分解促進剤の形状は、樹脂に配合しやすい形状であればよく、一例として粉末状、顆粒状、ペレット状などの形状が挙げられる。

（植物性バイオマス）
一例として、前記植物性バイオマスは食品副産物とし、おから、コーヒー粕、茶葉の屑、茶殻、麦茶の粕、豆類の皮、柑橘類の皮、芋の皮、ビールの搾り粕、ジュースの搾り粕、ふすま、米ぬか、大豆の搾り粕、又は菜種の搾り粕、の内少なくとも１つを含むものとする。食品副産物は生分解を行う微生物等に分解されやすいため、樹脂に配合して製造される樹脂製品の生分解はより促進される。

植物性バイオマスは、前記植物性バイオマスの表面温度が２００℃以下で乾燥されることにより、含水率が０．１％以上２０％以下になる。植物性バイオマスが、食品副産物（おから、コーヒー粕、茶葉の屑、茶殻、麦茶の粕、豆類の皮、柑橘類の皮、芋の皮、ビールの搾り粕、ジュースの搾り粕、ふすま、米ぬか、大豆の搾り粕、又は菜種の搾り粕等）の場合、多くの水分を含有するため、一例として、熱風乾燥を用いて乾燥する。熱風乾燥は、食品副産物を攪拌しながら、熱風を当てることにより乾燥させるものであり、この際、食品副産物の表面温度が約２００℃以下となるように、熱風の温度を調整する。食品副産物の温度が約２００℃を超えてしまうと、食品副産物が焦げたり、成分が変性するなどしたりするため、樹脂に配合して製造される樹脂製品の生分解が促進されにくくなる。食品副産物を乾燥させる際に熱風は熱を奪われるので、一例として、熱風の温度の上限は約４００℃とする。熱風の温度の下限は特に限定はなく、一例として約８０℃とする。食品副産物の平均粒径が大きい（５ｍｍ程度を超える）場合は、乾燥させる前に粉砕することにより、乾燥効率を上げることができる。

本発明の樹脂製品生分解促進剤に用いるＣＮＦは、木材を構成するセルロースをナノレベルまで細かくほぐしたものをいう。一般にＣＮＦは、粉末のもの、水に懸濁したもの、化学処理（ＴＥＭＰＯ酸化処理、ＣＭ化処理など）したものがあるが、どのような状態のＣＮＦでも用いることができ、ＣＮＦの製造方法も特に限定はなく、簡単に製造又は入手できるセルロースナノファイバーを使用することができる。

ＣＮＦは、含水率が０．１％以上２０％以下の植物性バイオマスに添加して混合したり、植物性バイオマスの乾燥前又は乾燥中に添加して混合したりする。ＣＮＦは、元々植物由来であって植物性バイオマスとの親和性があるので、植物バイオマス中に均一に混合される。

本発明の樹脂製品生分解促進剤を配合することができる樹脂は、特に限定はなく、一例として、熱可塑性樹脂、生分解性樹脂、又はこれら樹脂を再生した樹脂とする。熱可塑性樹脂としては、一例として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレートなどが挙げられる。生分解性樹脂としては、一例として、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート、ポリエチレンテレフタレートサクシネート、ポリビニルアルコールなどが挙げられる。熱可塑性樹脂として生分解性樹脂を使用することにより、本発明の樹脂製品生分解促進剤を配合した樹脂製品は、焼却せずに、土壌に埋めるなどして廃棄することが可能となる。

本発明の樹脂製品生分解促進剤を含む樹脂は、生分解性が促進される。一例として、樹脂製品生分解促進剤の質量は、樹脂の質量に対して０．１％以４０％以下である。本発明の樹脂製品生分解促進剤は熱可塑性樹脂に配合することができる。樹脂製品生分解促進剤を含む熱可塑性樹脂は、一般的に用いられる方法を用いて樹脂製品に加工することができる。

次に実施例、比較例を挙げ、本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら制約されるものではない。

(実施例と比較例)
樹脂としてポリ乳酸（以下、「ＰＬＡ」という。）を使用した試験片を用いて、生分解試験を行った、試験に用いた比較例及び実施例を表１に示す。比較例４及び実施例１、２に使用したおからは、おからを攪拌しながら、２８０℃～３００℃程度の熱風を発生させ、おからの表面温度を約８０℃～１３０℃に加熱し、含水率を約８％に乾燥させたものを使用した。実施例は、含水率が約８％のおからに粉末状のＣＮＦ（株式会社スギノマシン製、ＢＩＮＦＩＳ－Ｓ（登録商標））を加えて混合した樹脂製品生分解促進剤を用いた。試験に使用した試験片は、全て、湿度約２０％、室温のデシケーター内に２週間以上静置し、十分に乾燥させたものを使用した。乾燥処理後の試験片の質量を測定し、生分解前質量とした。

（表１）

（土壌埋設試験）
土埋設試験の方法について説明する。各比較例、各実施例につき１８本の試験を、竹林の表層土壌を入れたプラスチックコンテナ内に半分程度埋設した。試験片を埋設したプラスチックコンテナは、プラスチックコンテナ内に水の入ったプレスチック容器を載置し、プラスチックコンテナの上をビニール製のシートで覆い、土壌からの水分の揮散を防いだ状態にして、３０℃の暗所に静置した。

各試験片は、２週間毎に３本ずつ回収した。回収した試験片は、試験片の表面に付着した土壌を除いた後、７０％エタノール溶液を含侵させた紙製ウェスで表面を拭き取り、約３０℃で１週間静置し、エタノールを揮発させた後、目視にて試験片の状態を確認した。その後、エタノールを揮発させた試験片は、湿度約２０％、室温のデシケーター内で２週間～１か月程度静置した。静置した試験片は、時間を空けて質量を測定し質量が安定した時点における質量を、生分解後質量とした。

埋設前及び埋設後１２週までの各試験片の写真を図１～図７に示す。実施例及び比較例を目視で確認した結果、比較例１（ＰＬＡのみ）は、全く変化がなかった。比較例２，３（ＰＬＡ＋ＣＮＦ）はＣＮＦが熱変性した結果生じた着色が少し脱色していたが、試験片の表面は平滑なままであった。比較例４（ＰＬＡ＋おから）及び実施例１，２（ＰＬＡ＋おから＋ＣＮＦ）は、濃い茶色から大幅な退色が生じた。埋設４週目以降は、土壌やバイオフィルムが試験片に強く付着した。試験片の表面の平滑性が失われており、試験片が生分解されていることが観察できた。おからのみの比較例４に比べ、本発明の樹脂製品生分解促進剤を配合した実施例１，２の方は、試験片の表面の生分解が促進されていることが観察できた。

比較例及び実施例における生分解質量を表２にまとめた。各試験片の生分解前質と生分解後質量を測定し、各試験片の生分解前質量から生分解後質量を引いた質量を生分解質量とした。生分解率は、生分解前の質量における生分解質量の割合とした。土壌埋設試験における生分解率を表２にまとめた。

（表２）

表２より、以下のことが分かった。比較例１，２，３はほとんど生分解がされていないことから、ＣＮＦを添加しただけでは土壌微生物による生分解は促進されないことが分かった。比較例４と実施例１，２を比べた結果、おからにＣＮＦを添加した場合は、おからのみの場合より、試験片の生分解性は促進することが分かった。そして、おからに添加するＣＮＦの量が多いほど、試験片の生分解性は促進することが分かった。尚、比較例１～３において、生分解率がマイナスの値を示す理由は、試験片を土壌に埋設することにより、試験片が土壌中の水分を吸収し、試験片の質量が増加したためと考えられる。

土壌に埋設してから４週目の試験片の表面を走査電子顕微鏡（日本電子株式会社製、ＪＣＭ－６０００ｐｌｕｓ）にて、倍率１０００倍で観察し、写真を撮影した（図８～図１３参照）。ＰＬＡのみの試験片（比較例１）に比べ、ＣＮＦのみを添加した試験片（比較例２，３）は、僅かに表面の凹凸が観察できた。おからのみを添加した試験片（比較例４）は表面がえぐれていたが、おからにＣＮＦを添加した試験片（実施例１，２）は、更に深くえぐれており、試験片の生分解が進んでいることが分かった。そして、ＣＮＦの添加量が０．１％の場合（実施例１）より、ＣＮＦの添加量が１．０％の場合（実施例２）の方が、深くえぐれており、ＣＮＦの添加量が増えるにつれて生分解が促進されることが分かった。

（菌床埋設試験）
直径９０ｍｍのポテトデキストロース寒天培地にカワラタケ菌糸を蔓延させ、前記寒天培地の半量に水約５０ｍｌを加えてホモジナイズし、菌体懸濁液を作成した。作成した菌体懸濁液を、蒸留水を加えて含水率を約７０％にした後に１２１℃で２０分間滅菌処理した木粉（ブナ）に加え、よく混合し、３０℃、暗所で２週間静置して培養した。培養後、菌糸が木粉に十分蔓延したことを確認し、比較例及び実施例の試験片を埋設し、３０℃で２週間静置した。

前記土壌埋設試験と同様に、各試験片の生分解前質と生分解後質量を測定し、各試験片の生分解前質量から生分解後質量を引いた質量を生分解質量とした。生分解率は、生分解前の質量における生分解質量の割合とした。土壌埋設試験における生分解率を表３にまとめた。

（表３）

前記土壌埋設試験と同様に、表３より、比較例１，２，３はほとんど生分解がされていないことから、ＣＮＦを添加しても土壌微生物による生分解は促進されないことが分かった。比較例４と実施例１，２を比べた結果、おからにＣＮＦを添加した場合は、おからのみの場合より、試験片の生分解性は促進することが分かった。そして、おからに添加するＣＮＦの量が多いほど、試験片の生分解性は促進することが分かった。

Claims

平均粒径が１ｍｍ以下のおからと、セルロースナノファイバーと、を含む樹脂製品生分解促進剤であって、
前記樹脂製品生分解促進剤の含水率は０．１％以上２０％以下であり、
前記セルロースナノファイバーの質量は、前記おからの質量に対して０．１％以上５０％以下であり、
樹脂に配合して製造される樹脂製品の生分解が促進される、
樹脂製品生分解促進剤。
おからを表面温度が２００℃以下で、含水率が０．１％以上２０％以下となるように乾燥させる工程と、
おからとセルロースナノファイバーとを混合する工程とを含む、
請求項１に記載の樹脂製品生分解促進剤を製造する方法。
請求項１に記載の樹脂製品生分解促進剤と、樹脂と、を含む樹脂製品であって、
前記樹脂製品生分解促進剤の質量は、前記樹脂製品の質量に対して３０％以上４０％以下である、樹脂製品。