JPH04502030A - 生物分解性プラスティック製造のための特殊アミロースとその用途 - Google Patents
生物分解性プラスティック製造のための特殊アミロースとその用途Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
生物分解性プラスティック製造のための特殊アミロースとその用途
本発明は生物分解し得る、明澄な透明性を持ち、柔軟なプラスティックを製造す
るための、特殊アミロースとその用途に関するものである。
天然原料を使用し、それらを工業製品に加工することは、原料的に豊富で、許容
できる価格で得られたに拘らず、これまであまり重要性が認められなかった。
しかし特に、もし環境政策の面を考慮すると、これらの再生し得る原料は、将来
その重要性が増加することが期待される。
この点で特に興味ある原料は充分な量が入手でき、かつ広い範囲の資源から得ら
れる澱粉である。澱粉は、2成分即ちアミロースとアミロペクチンから成ってい
る。これらの成分はグルコース単位から構成され、広範囲に拡がる鎖の長さと分
子量を持っている。
一方、アミロペクチンは分岐した鎖状構造を持つが、アミロースは分岐しない長
い鎖状構造を持っている。それ故、澱粉は、その構造のせいばかりではないが、
工業製品原料として理想的な性質を持っている。
アミロースのフィルム形成能は以前から知られていた。アミロースから作られる
フィルムの本質的な不利点は、その脆さと弾性の低さにある。従って、通常のア
ミロースフィルムはあまり安定でなく、折り曲げ抵抗が低いこと、抗張力が低い
と言うマイナス効果を持っている。更に不利な点としては、不十分な透明性、粗
面、これらのフィルムを製造するに要する難しい工程と設備にある。
可塑剤例えばグリセリン、ソルビトール、又はDE−PS 1745680に記
されたようなポリビニルアルコールを加えることで、これらの不利点を避けよう
とする試みがなされた。
従来これらの方法では、より大きな技術的重要性を達成しようと試みられたが、
製品の性質は向上しなかった。またDE−PS I 745680の方法は、高
温アミロ−ロース溶液が過熱された下地の上に注がれるか、又は、アミロースフ
ィルムを沈殿させるための酸又は塩類を含む凝固洛中にノズルから押し出される
。
プラスティックを製造する他の方法として、化学的に誘導されたアミロースの使
用が記されている。GB−PS965349およびUS−PS3117014に
は、ヒドロキシアルキルアミロース又は他の誘導されたアミロースを含む組成が
記され、それらは熱可塑加工に適している。これらの組成物は全く熱可塑性フィ
ルムの製造を目的とすることを除けば、これらの混合物により達成された透明性
と取扱いの容易性に関するフィルムの性質は、少なくとも理想的な見做すことは
できない。以上がこれらのプラスティックが従来工業的応用に使用されなかった
理由である。
それ故本発明の目的は、簡単な方法で、明澄な透明性を持ち、柔軟なプラスティ
ックと、しかも改良された性質を持つ成型部品、特にシートとフィルムの製造を
可能にし、これらは容易な生物分解性を主とする特性を持つので、堆肥化処理に
は最早大きな困難と問題を含まない。
本発明によれば、特殊アミロースの使用、簡素化されたキャスティング工程によ
りフィルムとシートの製造と、熱可塑性成型部品の製造のいずれもが、従来の技
術と比較すると、非常に優れた性質を持つ製品化を可能にする。即ち、通常のア
ミロース使用からは、同じ方法を用いても達成されない性質である。
それ故本発明の目的は、請求項Iに記される特殊なアミロースにあり、もう1つ
の目的は、これらの特殊なアミロースを基礎にして、フィルム及びシートを製造
するための、簡素化されたキャスティング工程にある。
本発明による特殊なアミロースは、異なった化学物質、望ましくはアミロースと
アミロペクチンのようなグルコースポリマーの複合物であり、それらは澱粉とア
ミロースに特殊な挙動を示す、統計的な鎖長分布と、広い範囲の分子量を持つこ
れらの特殊なアミロースは、自然界では分析構造の正確な同定をすることができ
ない、従って次の挙動を特徴とするアミロースとアミロース銹導体の構成部分と
して理解される;a)それらは冷水に膨潤するが、溶解しない。
b)もし大気圧下で、攪拌しながら80℃以上に加熱すると、澱粉に特有の均質
流動する準溶液となる。即ち、流動性の不均一・なゲルを作らない。
もし溶液が50℃の温度まで冷却されるなら、この状態は少なくとも5分間は、
劣化しないで保たれる。1=のような溶液は、5−25重量%濃度で、平らな表
面に100から700ミクロンの間のギャップ幅でナイフコートされる。
本発明による特殊なアミロースは、種々の方法と、種々な原料から得られる。本
発明によねば、特殊なアミロースは高アミロースのコーンスターチ、即ち65%
以上の7ミロース含量を持つ澱粉、商業的にlj: HylonV[(Nati
onal 5tarch)、Eury l on−7(Roquette)、又
は高アミロースのえんどう澱粉から得られる。
この特殊なアミL〕−スは望ましくは、上述の澱粉を、少量のジクロル酢酸を含
むフォルムアミド溶液で処理する新しく開発された方法により得られる0本発明
によるこの方法の非常な利点は、フォルムアミド/ジクロル酢酸を用いて1段階
で澱粉を分解処理することにより化学的に変成させ得ることである。これは、澱
粉の粒状構造を破壊して、特にアミロースの分子量と鎖長分布が分解により変化
する。
本発明によれば、2重量%のジクロル酢酸を含む4ないし6倍量のフォルムアミ
ド溶液中に澱粉が溶解される。本質的に溶解温度は、使用される原料澱粉のタイ
プにより130から180℃の範囲に入る。溶液はこの温度で20−40分間、
望ましくは30分間保たれる。この期間にコーンスターチは分解され、澱粉の分
解減成(Abban)が始まる。
続いて、溶液は徐々に110−1.30℃、望ましくは120℃に10分以内で
冷却され、その後この温度で20−40分間、望ましくは30分間保たれる。こ
れで分子量と鎖長分布が変わり、本発明による特殊なアミロースに特有な性質が
もたらされる0反応の終点は反応溶液の僅かな変色により示される、一層の澱粉
分解は、高温の反応液を氷水中に注ぐことにより停止される0反応生成物を沈殿
させるために、十分な量の沈殿剤、例えばメタノール又エタノールが混合物に添
加される。生成物は通常の方法、例えば吸引により分離される。一層の精製には
、生成物を水に懸濁させ、アセトンを混合し、再び吸引する。この工程は放血繰
り返される、乾燥後、生成物は5〜15%の水分を持つ。
こうして得られた製品は、通常の分解、減成方法により得られない性質をもつ。
本発明によれば、特殊アミロースは又、アミロースの特殊なヒドロキシアルキル
誘導体でもある。この様なヒドロキシアルキル誘導体は、通常の方法、例えばア
ルカリ溶液中での誘導体化、水・アルカリ懸濁液中での誘導体化、又はGB P
S869192の方法により製造される。
実験条件は、0.02−0.15の間の置換度を持つヒドロキシアルキルアミロ
ースが得られるように、この分野に熟練した人により知られた方法で選択される
。0.05−0.1の間の置換度が望ましい。
本発明によれば、上記の高アミロース澱粉は再び所望の誘導体化アミロースを製
造するための出発物質として使用される。しかし本発明による特殊アミロースは
又、GB−PS869192の方法による馬鈴薯澱粉から、上記の反応パラメー
ターを参考にして得ることができるが、しかしこの方法には遥かに高度の努力を
要する。
本発明による特殊アミロースの製造は、次の例示により説明される;
プラスティック製造において、特殊アミロースは適当な可塑剤と混合して使用さ
れる0本発明の目的を達成する混合物;
特殊アミロース60〜97%と可塑剤3−40%から成る。
望ましくは、次の組成が使用される;
特殊アミロース75.95%と可塑剤5−30%特に望ましいのは、特殊アミロ
ース80〜85%と可塑剤15〜20%を含む組成である。
適当な可塑剤とは既知の技術から知られた可塑剤で、特にポリヒドリックアルコ
ールである。望ましくは、グリセロール、ジエチレングリコール、トリエチレン
グリコール、ソルビトール、ポリビニルアルコール、くえん酸付加物又はこれら
の可塑剤の混合物が使用される。
本発明による組成物は、成型部品の熱可塑成型又はキャスティングによるシート
又はフィルム製造の両方に使用できる。
本発明による組成物を使用する成型部品の熱可塑成型は、現行のプラスティック
加工方法、例えば射出成型、押し出し、吹き込み成型、又はシートを製造するた
めの熱可塑成型により、他の熱可塑性プラスティックに使用されるような、通常
の方法で有効である。
本発明によれば、上記の組成物はまたキャストシートを製造する新しい方法でも
使用できる。これらの組成物は先ず十分な量の適当な溶剤中に溶解され、次いで
濾過されねばならない、高温で溶解、濾過することも有効である。
適当な溶剤とは、例えばアルコール、フォルムアルデヒド水溶液、又はジメチル
スルフォオキサイドである。しかし一層望ましい溶剤は水である。溶剤の量は、
一方ではより取り扱いやすいように、他方ではシート成型のための溶剤の除去に
あまり努力を要しない状態で、適当に選ばれる。それ故、一般に溶剤の量は、特
殊アミロースと可塑剤との組成物全重量に対して70〜100重量部の範囲にな
る。
アミロースフィルム及びシートの製造には、シート形成に先立って、溶剤と可塑
剤との混合物中で溶解される、特殊アミロースを濾過することが非常に大切であ
る。何故なら、これは明らかに特殊アミロースから何等かの欠陥、微結晶、不純
物を除去する。そうしないと、特殊アミロースの再結晶をもたらし、結果として
得られたシート又はフィルムの品質劣化の原因となる。
濾過後、十分高温の溶液を下地に注いで、次いで溶剤を除去して、フィルムが形
成される。シートは平らに磨かれた物質上に、例えば、ガラス板上に適切にキャ
ストされる。
望ましくは、ポリエステルシートが使用されるが、これは特殊アミロースフィル
ムが特に容易に剥がれるためである。
この方法でキャストされたフィルムは20−70℃の温度で適切に乾燥される。
乾燥は、大気圧および減圧のいずれでも実施される。
この方法は、乾燥後容易に剥離可能なシートを作り、そのシートは優れた明澄性
と光透過性を特徴とする0通常の大気湿度では、このシートは混濁(劣化)する
ことなく、安定、透明、柔軟、折り曲げ抵抗性がある。それらは折れ目なしで1
80度の曲げ角度に耐え、それらの性質は数カ月は保持される。
本発明による上記の組成中の特殊アミロースは、上記の通常のプラスティック製
造工程によってフィルムおよびシートに加工できるばかりではなく、特に本発明
によるキャスティング方法を用いて容易に加工できる0本発明による全ての製品
は満足すべき抗張力と伸びを特性としている。これらの性質は、より長時間熟成
されたフィルム又はシートでも保持される0次の態様から明らかなように、可塑
剤の添加割合を増すと、この特殊アミロースフィルムの抗張力は下がるが、伸び
は著しく増加する。
分解劣化挙動、膨潤能力、熟成への抵抗は、フィルム及びシートの湿分によって
も変動する。即ち、脆さは湿分の減少と共に増加する。同様にフィルム及びシー
トの水溶性は、添加する可塑剤の種類により、冷水可溶性/熱水可溶性の割合か
ら、穏やかな膨潤、ついには冷水不溶性まで、通常の方法でall!iできる。
本発明によるキャスティング方法で製造されたフィルム及びシートは、任意の厚
さに製造でき、通常のフィルム厚みは20から100ミクロンの範囲にある。
これらのフィルム上にプラスティックシートペン又はボールペンで筆記できる。
それらは油脂ばかりでなく、アセトン、エタノール、エステル、塩素系溶剤にも
耐性がある。
本発明による組成物を用いて製造された成型部品は、通常のアミロース又はアミ
ロース誘導体基本の成型組成物より、遥かに良い透明性とクリアー性を示す、更
に、これらの材料は、可塑剤と共に、遥かに容易に生物分解される。
更に、こうして作られたフィルム及びシートは、環境毒性学的にも許容され、食
品、土壌、皮膚への適合特性を持つので、何等の問題なく包装食品に使用できる
。更にこのシートは、耐光性、染色性があり、結合およびシール可能で、しかも
吸湿性ではない0本発明によるシートは塩化ビニル、ポリプロピレンのような通
常のプラスティック類への代替物としても使用できる。
本発明は次の実施例により説明される。そこでは全てのパーセンテージは、特殊
アミロースと可塑剤の総量に対して示された
実施例1゛
特殊アミロース、90.9重量%
エチレングリコール;9.1重量%
丸底フラスコ中で、水83.5gとエチレングリコール1.5gを混合し、90
℃に加熱し、この溶液に特殊アミロース15gを激しく攪拌しながら徐々に添加
した。それから溶液を100℃まで60分かけて加熱した。熱溶液はフリットガ
ラスフィルターで濾過し、未だ約50℃の温度の濾過液から、平面にフィルムを
キャストした。フィルムは乾燥用キャビネット中で4さ100ミクロンの弾性シ
ートが、表面からはぎ取られた。
実施例2
特殊アミロース;95.24重量%
エチレングリコール;4.76重量%
上記の実施例1に記された方法により、水84.25g、エチレングリコール0
.75g、特殊アミ口−ス15gの溶液から、キャスティングによるシートが製
造された。
実施例3
特殊アミロース:80重量%
エチレングリコール220重1%
上記の実施例1に記された方法により、水81.25g、エチレングリコール3
.75g、特殊アミロース15gの溶液から、キャスティングによるシートが製
造された。
実施例4
特殊アミロース、95.24重量%
トリエチレングリフール、4.76重量%上記の実施例1に記された方法により
、水84.25g、トリエチレングリコール0.75g、特殊アミロース(ヒド
リキシエチルアミロース)15gの溶液から、キャスティングによるシートが製
造された。
実施例5
特殊アミロース、90.9重量%
ポリビニルアルコール;9.1重量%
上記の実施例1に記された方法により、水83.5g、ポリビニルアルコール1
.5g、特殊アミロース(ヒドロキシエチルアミロース) 15gの溶液から。
キャスティングによるシートが製造された。
実施例6
特殊アミロース;66.7重量%
エチレングリコール。33.3重量%
上記の実施例1に記された方法により、水77.5g、エチレングリコール7.
5g、特殊アミロース(ヒドロキシエチルアミロース) 15 gの溶液から、
キャスティングによるシートが製造された。
実施例7
特殊アミロース、90.9重量%
トリエチレングリコール:9.1重量%上記の実施例1に記された方法により、
水83.5g、トリエチレングリコール1.5g、特殊アミロース(ヒドロキシ
エチルアミロース)15gの溶液から、キャスティングによるシートが製造され
た。
実施例8
特殊アミロース、90.9重量%
グリセロール:9.1重量%
グリセロール91重量%を可塑剤とiノで用いて、実施例1により、キャスティ
ングによるシートが製造された。
実施例9
特殊アミロース、83.4重量%
グリセロール、16.6重量%
グリセロール166重量%を可塑剤として用いて、実施例1により、キャスティ
ングによるシートが製造された。溶液は真空濾過された。
実施例i。
特殊アミロース;80重量%
グリセロール;20重量%
グリセロール20重量%を可塑剤として用いて、実施例1により、キャスティン
グによるシートが製造された。溶液は真空濾過された。
上記実施例中および参考側中に記されたキャストシートの物性は次の表にまとめ
られている。
W された アミロースフィルム
添加可塑剤 DIN67507 フィルム厚さ 抗張力 フィルム厚さ 伸びに
よる 光透過
(%) (nm) (kg/cm2) (nm) (%)4.76%エチレング
リコール 89.95 91.6 47.5 107.5 9.39.1 %エ
チレングリゴール 84.93 95.0 45.3 112.5 11.72
0 %エチレングリコール 89.53 93.3 25.4 105.8 6
.3333%エチレングリコール 89.10 +00.0 6.3 105.
0 50.04.76%トリエチレングリコール 89.43 71.6 51
.3 94.2 7.89.1 %トリエチレングリゴール 87.50 56
.(138,273,07,89,1%ポリビニルアルコール 62.74 9
3.3 46.7 101.7 7.29.1 %グリセロール 88.96
50.0 5?、3 68.3 8.816.6%グリ初−ル 89.95 7
6.6 28,6 89.1 10.020 %グリセロール 8B、+0 1
38.3 19.7 197.5 14.7実施例11
フォルムアミド・ジクロロ酢酸処理による特殊アミロースの製造。
高アミロースコーンスターチHylon−7(National Starch
)120gを145〜150℃(内部温度)で攪拌しながら、ジクロロ酢酸12
gを含むフォルムアミド溶液588g中に溶解し、この温度で30分保つ、それ
から溶液を120℃(内部温度)に冷却しく持続:約15分)この温度で更に3
0分保つ。続いて高温反応溶液を約300m1の氷水中に注ぎ込む、約200m
1のエタノールをこの混合物に添加して生成物を沈殿させそれから吸引する。精
製には、固形残留物をllの水中に懸濁させ、同量のアセトンで沈殿させる。こ
の手続きを2度繰り返す。
室温乾燥か、乾燥キャビネット中で乾燥して、白色の高容量の粉末が得られる。
収率、180g特殊アミロ実施例12
アルカリ溶液中の誘導体化による特殊アミロースの製造。
48.6mgの高アミロースコーンスターチHylon−7又はEurylon
−7を150m1の水と混合し、1200m1のIN苛性ソーダ中に導入する。
13.2gのエチレンオキサイド(液化した)をこの溶液中に激しく攪拌しなが
ら、徐々に滴下して添加すると、内部温度は20℃以上には上昇しない、それか
ら8時間攪拌する。これで澱粉が転化して低エトキシ化澱粉になる0反応溶液は
濃塩酸で中和し、600m1容積まで減少し、蒸留水で24時間透析した(隔膜
;Visking Dyalyse Tubing)1次に生成物をメタノール
で沈殿させ、吸引する。この工程では、邪魔をする付随物、例えば特に塩とか、
水溶性の澱粉構成部分は除去される。精製には、生成物をアセトン中に懸濁させ
、吸引、乾燥する。収率:40g特殊アミロース(ヒドロキシエチルアミロース
)。
実施例13
GB−PS869192の方法に従って、エトキシレーションによる特殊アミロ
ースの製造。
324gのHylon−7を1650 m lのIN苛性ソーダ中にバッチ方式
で添加し、次に30gのエチレンオキサイド(液化した)を徐々に滴下して添加
し、それから2.25時間攪拌した0次にをれを濃硫酸で中和する。中和した澱
粉溶液を、700gのMg504X711*0を2000m1の水溶液に添加し
、20時間攪拌する。その結果比る混濁は遠心分離される。その溶液は、追加量
の21のM g S Oa溶液(21中に700gのMg5O,)と混合される
。
24時間後に白色のフレーク状の沈殿が作られた。
沈殿は濾過され、冷水で洗浄してM g S O4を除去し、乾燥した。収率、
200g特殊アミロース(ヒドロキシエチルアミロース)。
実施例14
水性アルカリ懸濁中の誘導体化による特殊アミロースの製造。
1000gの高アミロースコーンスターチHyl。
n−7又はEurylon−7又は高アミロースえんどう澱粉を、1200m1
の水、13gの苛性ソーダ、150gのN a * S O4の溶液にバッチ方
式で添加し、それから360gのプロピレンオキサイドを徐々に滴下して添加し
、それから激しく攪拌しながら、40℃内部温度で、8時間保つ0次にINの硫
酸で中和し、吸引する0次に生成物を約21のメタノール中に懸濁させ、再び吸
引する。この工程を2度繰り返し。
分離した生成物を空気中又は40℃の乾燥キャビネット中で乾燥する。収率;1
215g特殊アミロース(ヒドロキシプロピルアミロース)。
実施例15
熱可塑性シートの製造
実施例11から14に従って得られた20gの特殊アミロースを、可塑剤として
の4.45gのエチレングリコールと、ニーダ−中でよく混合し、それから薄い
、透明で、弾性のあるシートに100℃の温度で、10tの成型圧で、30分の
加圧時間で、熱プレスを用いて加圧された。
国際調査報告
m−一一一”6−PCT/EP 90100675SA 36242
Claims (15)
- 1.a)冷水中で膨潤するが、溶解せず;b)大気圧下で撹拌しながら80℃以 上の温度に加熱すると、均質で、流動性があり、加熱してもゲルを形成しない準 溶液を生成し、この状態は、50℃の温度まで冷却される間は、少なくとも5分 間はゲルを生成せずに維持され、 その5〜25%の濃度の溶液は、100〜700ミクロンの厚みで、平面上にナ イフコーティングが可能であることを特徴とする特殊アミロース。
- 2.前記特殊アミロースがヒドロキシアルキルアミロースである請求項1に記載 の特殊アミロース。
- 3.前記特殊アミロースが、置換度0.02〜0.15の間の、望ましくは0. 05−0.1の間であるヒドロキシアルキルアミロースである請求項1又は2に 記載の特殊アミロース。
- 4.前記特殊アミロースがヒドロキシエチルアミロース又はヒドロキシプロピル アミロースである請求項1から3のいずれかの項に記載の特殊アミロース。
- 5.60〜97重量%の特殊アミロースと、3〜40重量%の可塑剤を含むプラ スティックを製造する請求項1から4までのいずれかの項に記載の特殊アミロー スを含む組成物。
- 6.70〜95重量%の特殊アミロースと、5〜30重量%の可塑剤を含む請求 項5に記載の組成物。
- 7.80〜85重量%の特殊アミロースと、15〜20重量%の可塑剤を含む請 求項5に記載の組成物。
- 8.可塑剤がグリセロール、ジエチレングリコールソルビトール、ポリビニルア ルコール、くえん酸酸化物付加物又はそれらの混合物である請求項1から7のい ずれかに記載の組成物。
- 9.常法により、特にフィルムおよびシートの成型部品を熱成形する工程におけ る請求項5から8までのいずれかの項に記載の組成物の使用。
- 10.特殊アミロースが、でき得れば加熱しながら、可塑剤と適当な溶剤中で溶 解され、それから得られた溶液が濾過され、その溶液を適当な下地にキャスティ ングし、ついで溶剤を除去することにより、シートが得られる請求項5から8の いずれかの項に記載の組成物を用いるアミロースのフィルムおよびシートを製造 する方法。
- 11.フィルムが20〜70℃の間の温度で乾燥される請求項10に記載の方法 。
- 12.キャストフィルムが減圧で乾燥される請求項10と11の内のいずれかに 記載の方法。
- 13.溶剤が水である請求項10から12までのいずれかに記載の方法。
- 14.特殊アミロースを使用して製造されることを特徴とする成型部品。
- 15.高アミロースコーンスターチ又は高アミロースえんとう澱粉を、2%ジク ロロ酢酸を含むフォルムアミド溶液で処理して、一段階で分解および化学変成さ れることにより得られることを特徴とする特殊アミロース。
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