JPH06192417A - 生分解性プラスチック - Google Patents

生分解性プラスチック

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Publication number
JPH06192417A
JPH06192417A JP34685692A JP34685692A JPH06192417A JP H06192417 A JPH06192417 A JP H06192417A JP 34685692 A JP34685692 A JP 34685692A JP 34685692 A JP34685692 A JP 34685692A JP H06192417 A JPH06192417 A JP H06192417A
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JP
Japan
Prior art keywords
biodegradable plastic
polymer
amide
polymerization
melting point
Prior art date
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Pending
Application number
JP34685692A
Other languages
English (en)
Inventor
Noboru Yamamoto
襄 山本
Atsuyoshi Nakayama
敦好 中山
Atsushi Iyoda
惇 伊与田
Toshiki Ikeda
敏喜 池田
Yoshikazu Kobayashi
由和 小林
Takashi Azuma
孝 東
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Sekisui Kasei Co Ltd
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Sekisui Plastics Co Ltd
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Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology, Sekisui Plastics Co Ltd filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
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  • Polyamides (AREA)
  • Polyesters Or Polycarbonates (AREA)
  • Biological Depolymerization Polymers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 以下の式で表されるエステルブロック 【化5】 (式中、R1 は炭素数2〜5のアルキレン基を表すと共
に、mは平均重合度を表し1以上の整数である)と、以
下の式で表されるアミドブロック 【化6】 (式中、R2 は炭素数3〜11の直鎖アルキレン基を表
すと共に、nは平均重合度を表し1≦n≦6の整数であ
る)とが多数結合したポリエステルアミド共重合体から
なり、その融点が50℃〜110℃であることを特徴と
する生分解性プラスチック。 【効果】 均質で、優れた物性と完全生分解性とを併せ
持つ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微生物によって分解さ
れる生分解性プラスチックに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、プラスチックは軽くて丈夫であ
るなどの物性に優れ、更には安価で加工も容易であるた
め、容器や包装材等の素材として広く利用されている。
しかしながら、これらのプラスチックは焼却時には有害
ガスを発生し、また微生物により分解されにくいため使
用後の廃棄物が環境汚染を引き起こし、近年重大な社会
問題となっている。
【0003】この問題を解決するために、微生物により
分解される生分解性を有する種々のプラスチックが研
究、開発されている。これらの生分解性プラスチックと
しては、発酵生産によって得られる微生物合成ポリマ
ー、でんぷんやセルロース等の天然高分子を利用した生
物崩壊性ポリマー、化学合成によって得られるポリカプ
ロラクトンなどの脂肪族ポリエステル及びポリエステル
アミド共重合体(特公昭56−38115号)などが挙
げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これらのポリマーの
内、微生物合成ポリマーは微生物が生産し体内に蓄積し
たポリエステルを抽出して作られる。この微生物合成ポ
リマーは、引っ張り強度、弾性率、伸び率などの特性は
汎用プラスチックに匹敵するものであるが、発酵生産に
よって得られるため歩留りが悪く高価格なものになる上
に、成形加工も容易でないという問題点を有している。
【0005】また、生物崩壊性ポリマーは残留物の環境
への影響が懸念されており、同様に化学合成により得ら
れるポリカプロラクトンは、高価な上に融点が60℃で
あるので用途が限られるという問題点を有している。更
にポリエステルアミド共重合体は、合成時の温度が高す
ぎるために良質のコポリマーが得にくく、また、高粘度
のポリマー同士を攪拌する際に均一な攪拌とならず均質
なポリマーが得られないという問題点を有している。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る生分解性プ
ラスチックは、上記の問題点を解決するために、以下の
式で表されるエステルブロック
【0007】
【化3】
【0008】(式中、R1 は炭素数2〜5のアルキレン
基を表すと共に、mは平均重合度を表し1以上の整数で
ある)と、以下の式で表されるアミドブロック
【0009】
【化4】
【0010】(式中、R2 は炭素数3〜11の直鎖アル
キレン基を表すと共に、nは平均重合度を表し1≦n≦
6の整数である)とが多数結合したポリエステルアミド
共重合体からなっている。更にこの生分解性プラスチッ
クは、融点が50℃〜110℃であることを特徴として
いる。
【0011】上記生分解性プラスチック中のアミドの含
量は、例えばR1 及びR2 が共にペンタメチレン基の場
合、40〜60モル%が好ましい。40モル%未満では
融点の低下が著しく、熱成形には向かない。また、60
モル%を超えると、完全生分解性が失われると共に融点
が高くなる。
【0012】これは、ポリアミドブロックの平均連鎖長
によりポリマーの物性が変化するためである。即ち、ア
ミド基を有するポリマーは、分子間でアミド結合どうし
が水素結合により強く結合するために優れた物性を示
す。しかしながら、アミドブロックの連鎖長が大きくな
ると生分解性を失う。従って、ポリマーに完全生分解性
を付与するために、アミドブロックの平均重合度は1〜
6にする必要がある。1の場合はエステルブロックとア
ミドブロックとが交互につながった規則性のある分子構
造を有する共重合体となり、2〜6の場合はランダム性
の共重合体となる。また6を超えるとアミドブロックの
連鎖長が大きくなり、微生物による分解後も一部アミド
ブロックが残存するため、完全生分解性が失われる。
【0013】本発明の生分解性プラスチックは50℃〜
110℃の融点を有するが、生分解の速度はこの融点の
高低にほぼ対応する。つまり、融点の低いものほど分解
速度が速くなる。例えば、融点50℃〜70℃の生分解
性プラスチックは、物性が低く分解速度が速いため、農
薬や肥料のコーティング用などの分解性機能材として用
いられる。また、融点70℃〜110℃の生分解性プラ
スチックは、物性及び分解速度のバランスがよいため、
汎用プラスチックの代替品として用いることができる。
【0014】本発明の生分解性プラスチックを得るに
は、モノマーとして環状エステルと環状アミドとを用い
て、開環共重合により製造するのが好ましい。
【0015】この場合、モノマーは常温では液体又は結
晶であるが、常温で結晶であるモノマーの場合において
も100〜200℃の反応温度では融解し液体となるた
め、容易に攪拌でき、その結果、均質なポリマーが得ら
れる。また、共重合体のエステルとアミドとの組成は、
モノマー及び開始剤の配合量により自由に設定できる。
【0016】上記の環状エステル即ちラクトンとして
は、β−プロピオラクトン,δ−バレロラクトン,ε−
カプロラクトン,β−ブチロラクトン,β−バレロラク
トン,β−メチル−δ−バレロラクトン,δ−カプロラ
クトンが挙げられるが、中でもε−カプロラクトンが好
ましく、4員環、6員環ラクトンの場合は物性や価格面
で劣る。
【0017】環状アミドとしては、2−ピロリドン,2
−ピペリドン,ε−カプロラクタム,ω−ラウロラクタ
ム,2−アザシクロブタノン,2−アザシクロオクタノ
ン,2−アザシクロノナノンが挙げられるが、中でもε
−カプロラクタムが好ましい。
【0018】尚、本発明の生分解性プラスチックをフィ
ルムや糸として加工利用する場合、少なくとも1軸方向
に延伸をかけることが望ましい。
【0019】以下、実施例を用いて具体的に本発明を説
明するが、本発明はこれらに限られるものではない。
【0020】
【実施例】
〔実施例1〕 〔実験例1〕良く乾燥させた重合容器内にε−カプロラ
クタム(CLM)20.3gを入れ、乾燥N2 気流中13
0℃で加熱溶解させた後、そのまま30分間10rpm
で攪拌した。
【0021】攪拌しながらナトリウムメトキサイド(Me
ONa)のメタノール溶液1.08gを加え、CLMと反応さ
せた。添加後170℃まで昇温し30分間10rpmで
攪拌した。
【0022】十分乾燥させたシリンジにε−カプロラク
トン(CLN)12.6mlを取り重合容器に注入した。こ
のとき攪拌スピードを20rpmまで上昇させ、モノマ
ーの混合むらが発生しないようにし、さらにCLN注入
後3分で攪拌スピードを10rpmに落とした。重合は
急速に進み、粘度はCLN添加後10分程度で最高に達
した。このときポリマーは黄褐色に変色していた。
【0023】1時間反応させた後、オイル式ロータリー
真空ポンプで反応容器内を減圧し、水分とともに余剰の
モノマーを除去した。更にそのまま1時間減圧下で攪拌
を続けた。
【0024】N2 ガスで容器内を常圧に戻し、乾燥した
シリンジに取った340μlの酢酸を加えた。このとき
攪拌速度は20rpmに上昇させ、よく混合しながら再
び容器内を減圧し余分の酢酸を除去し、このまま20分
間減圧下で攪拌した。この時点でポリマーの黄褐色はか
なり薄くなった。
【0025】N2 ガスで容器内を常圧に戻し、中のポリ
マーを取り出して冷却した。
【0026】得られたポリマー(原料モノマー中のラク
タム量:60モル%)は淡黄褐色の半透明で柔軟性を有
していた。また、融点は明確には示さないがDSC(示
差走査熱量測定)による吸熱のピークは90〜100℃
の間に現れた。さらにこのポリマーの物性値は以下のよ
うであった。 引張強度 10kg/mm2 以上 破断点伸び 300%程度 弾性率 270kg/mm2 また、生分解の速度は、100μmの厚みのフィルムの
場合、土壌中2か月で分解された。
【0027】〔実験例2〜5〕開始剤として MeONaの代
わりに金属ナトリウムを使用し、モノマーの比率を以下
の表1に示すように変化させた以外は実験例1と同様に
してポリマーを得た。結果を併せて表1に示した。
【0028】
【表1】
【0029】尚、原料モノマーとして、カプロラクタム
とカプロラクトン(3:2)を用いたポリマーに対し、
1H−NMRによる構造解析を行なった。その結果、コ
ポリマーではアミドの連鎖長の平均は5.7であった。こ
れは、得られたポリマー内のアミドブロックが十分生分
解される範囲の長さであることを示している。
【0030】〔比較例1及び比較例2〕モノマーの比率
を次の表2に示すように変化させた以外は実験例2と同
様にしてポリマーを得た。結果を併せて表2に示した。
【0031】
【表2】
【0032】〔実施例2〕 〔実験例6〕良く乾燥させた重合容器内にα−ピロリド
ン(PRN:和光純薬製試薬を減圧蒸留したもの)2.3
mlを入れ、乾燥N2 気流中、攪拌しながら金属ナトリウ
ム35mgを加えて反応させた後、60℃とした。
【0033】十分乾燥させたシリンジにCLN12.6ml
を取り重合容器に注入しよく攪拌した。重合は急速に進
み、CLN添加後20分程度で粘度は最高に達した。
【0034】3時間反応させた後、内容物をクロロホル
ムに溶かして取り出し、エーテル中て再沈澱させた。
【0035】再沈澱による精製後の収率は73%、 1
−NMRにより共重合の比率はピロリドンユニットが1
7モル%であった。得られたポリマーの融点ははっきり
しないが、100℃の加熱プレスで良好なプレスシート
が得られた。重合条件を以下の表3に示した。
【0036】〔実験例7〕良く乾燥させた重合容器内に
ω−ラウロラクタム(LLM:Aldrich 社製試薬をシク
ロヘキサンから再結晶したもの)19.7mgを入れ、乾燥
2 気流中、200℃で攪拌しながら金属ナトリウム9
2mgを加えて反応させた後、180℃とした。
【0037】十分乾燥させたシリンジでCLN31.4ml
を重合容器に注入し、よく攪拌した。CLN添加後20
分程度で粘度は最高に達した。
【0038】3時間反応させた後、冷却してポリマーを
固化させ取り出した。
【0039】得られたポリマーは薄茶色のもろいもので
あった。ポリマー中のアミドブロックの共重合比率は2
0%程度であった。重合条件を表3に示した。
【0040】
【表3】
【0041】〔実施例3〕得られたポリマーの生分解性
を確認するために、酵素分解試験を行なった。
【0042】〔実験例8〜13〕2cm2 の大きさに切っ
た試料のキャストフィルムを、リン酸緩衝液2ml、クモ
ノスカビ Rizopus arrhizus のリパーゼ(ベーリンガー
マンハイム製)25μlと共に試験管に入れ、一定時間
37℃で作用させた後、溶液中の全水溶性有機炭素量
(TOC)を、全有機炭素計(島津製作所製TOC−5
000型)を用いて測定した。原料モノマー及びモノマ
ー比の異なるポリマーを試料とし、それぞれの結果を次
の表4に示した。
【0043】TOCの値が大きいほど、酵素の作用でポ
リマーが分解されたことを示す。
【0044】
【表4】
【0045】〔実施例4〕生分解性を確認するために、
土壌中での分解試験を行なった。
【0046】〔実験例14及び実験例15〕キャスト法
で作成したフィルム(厚さ85〜130μm)を土壌中
に埋め、21日目と46日目に回収し、その重量及び外
観の変化を調べ、結果を表5に示した。
【0047】〔比較例3〕平均分子量5万のポリカプロ
ラクトン(PCL:ダイセル化学製)を用いて実験例1
4と同様に分解試験を行い、結果を表5に示した。
【0048】
【表5】
【0049】
【発明の効果】本発明の生分解性プラスチックは、以上
のように、エステルブロックとアミドブロックとが多数
結合したポリエステルアミド共重合体からなり、その融
点が50℃〜110℃である。
【0050】それゆえ、均質なポリマーからなり、優れ
た物性と完全生分解性とを併せ持つという効果を奏す
る。
フロントページの続き (72)発明者 伊与田 惇 大阪府池田市緑丘1−7−10 (72)発明者 池田 敏喜 滋賀県大津市瀬田3−25−8 (72)発明者 小林 由和 奈良県奈良市南京終町4−201−1−611 (72)発明者 東 孝 奈良県北葛城郡王寺町久度4丁目5−27− 305

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】以下の式で表されるエステルブロック 【化1】 (式中、R1 は炭素数2〜5のアルキレン基を表すと共
    に、mは平均重合度を表し1以上の整数である)と、以
    下の式で表されるアミドブロック 【化2】 (式中、R2 は炭素数3〜11の直鎖アルキレン基を表
    すと共に、nは平均重合度を表し1≦n≦6の整数であ
    る)とが多数結合したポリエステルアミド共重合体から
    なり、その融点が50℃〜110℃であることを特徴と
    する生分解性プラスチック。
JP34685692A 1992-12-25 1992-12-25 生分解性プラスチック Pending JPH06192417A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5854376A (en) * 1995-03-09 1998-12-29 Sekisui Kaseihin Kogyo Kabushiki Kaisha Aliphatic ester-amide copolymer resins
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