JPH06200016A - 生分解性プラスチックの製造方法 - Google Patents

生分解性プラスチックの製造方法

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JPH06200016A
JPH06200016A JP34844892A JP34844892A JPH06200016A JP H06200016 A JPH06200016 A JP H06200016A JP 34844892 A JP34844892 A JP 34844892A JP 34844892 A JP34844892 A JP 34844892A JP H06200016 A JPH06200016 A JP H06200016A
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JP
Japan
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reaction
polymerization
polymer
biodegradable plastic
amide
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JP34844892A
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English (en)
Inventor
Toshiki Ikeda
敏喜 池田
Yoshikazu Kobayashi
由和 小林
Takashi Azuma
孝 東
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Sekisui Kasei Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Plastics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 環状エステルと環状アミドとを開環共重合さ
せることにより、ポリエステルアミド共重合体からなる
生分解性プラスチックを製造する方法。重合反応終了
後、反応系を減圧し水分を除去する工程及び酢酸を加え
生成物を脱色する工程を含んでいる。 【効果】 減圧により精製が容易になると共に、酢酸の
添加により着色の少ない生成物が得られる。

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の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】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なため、容器や包
装材等の素材として一般に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、醗酵生産によって得られる微生物合成ポリマー
や、化学合成によって得られるポリエステルアミドなど
が挙げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】化学合成により得られ
るポリエステルアミドの製造方法としては、例えば、特
公昭56−38115号や特開平4−36320号に開
示されている方法が知られているが、これらのポリマー
の製造方法では、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い上に、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。
【0005】また、ε−カプロラクタムとε−カプロラ
クトンとを重合させてポリエステルアミドを製造する方
法が知られている(Eur. Polym. J. vol.20, No.6, pp.
529-536, pp.539-547,pp.549-557,1984)。ところが、こ
の方法では重合後のポリマーの精製工程が複雑で効率が
悪く、工業的観点からは現実的でないという問題点を有
している。
【0006】本発明は上記問題点に鑑み、精製工程が簡
略化され、均質で実用上問題のない強度を有する生分解
性プラスチックの製造方法を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る製造方法
は、環状エステルと環状アミドとを開環共重合させるこ
とにより、ポリエステルブロックとポリアミドブロック
とが不規則に多数結合したポリエステルアミド共重合体
からなる生分解性プラスチックを製造する方法におい
て、重合反応終了後、反応容器内を減圧する工程を含む
ことを特徴としている。
【0008】また、本発明の製造方法は、重合反応終了
後、酢酸を加えて反応混合物を中和させる工程を含むこ
とを特徴としている。
【0009】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。
【0010】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。
【0011】本発明の方法によれば、モノマーどうしで
混合し重合を行なうため、反応系の均質化が容易で均質
な共重合体が得られる。
【0012】反応温度は100℃〜200℃が好まし
く、中でも120℃〜180℃が好ましい。また、原料
の環状アミドと環状エステルのモル比は8:2〜3:7
が好ましく、7:3〜5:5がより好ましい。
【0013】本発明方法を実施するには、先ず、加熱融
解させた環状アミドに開始剤を加えた後、環状エステル
を加え攪拌し重合させる。
【0014】開始剤としては、アルカリ金属,その水素
化物,水酸化物,炭酸化物,アルキル化物,アルコキサ
イド,N置換ラクタム等が挙げられるが、中でもアルカ
リ金属アルコキサイドが好ましい。また、開始剤の添加
量は原料としてのモノマー量に対し0.1〜5モル%が好
ましく、0.5〜2モル%が最も好ましい。重合反応の進
行速度は開始剤の添加量により変化する。また、重合反
応後のポリマーは黄褐色に着色しているが、開始剤の添
加量が多い程着色の度合いが大きい。
【0015】重合反応後、反応容器内を減圧し水分と共
に余剰のモノマーを除去する。このとき、重合反応後の
反応物を容器から一旦取り出し、減圧器に移して減圧し
てもよい。また、重合反応は常圧下で行い、減圧時の圧
力はモノマーを揮発させられる圧力であればよく、具体
的には、20mmHg以下が好ましい。
【0016】開環共重合法によりポリマーを合成した場
合、未反応モノマーや低分子量成分が残存し、ポリマー
の物性の低下につながるが、重合工程の後半を減圧状態
で行なうことでこれら低分子量成分の除去を行なうと共
に、重合後の溶剤を用いた精製工程を簡略化することが
できる。また、減圧による脱水により、精製が行なわれ
る上に重合が更に進み、重合中の加水分解による生成物
の劣化も防ぐことができる。
【0017】その後、反応容器内を一旦常圧に戻し酢酸
を加えた後、再び減圧し余剰の酢酸を除去する。酢酸の
添加によりポリマーの着色が減少すると共に、余剰の酢
酸は減圧により簡単に除去することができる。酢酸の添
加量としては、使用した開始剤のモル量の0.5〜2倍が
好ましく、等モル量が最も好ましい。
【0018】尚、上記の酢酸以外に、プロピオン酸,安
息香酸,硫酸,ホウ酸を、使用した開始剤と等モル量添
加することによってもポリマーの着色が減少する。しか
しながら、硫酸やホウ酸等の無機酸では酸によるポリマ
ーの劣化が起こり、プロピオン酸ではそれ自体の、安息
香酸ではポリマー中の低分子量成分の不快な臭気が残存
する。
【0019】また、フタル酸やコハク酸などの多塩基酸
では着色を減少させる効果がみられず、更に塩酸などの
水を含む酸も使用できない。
【0020】最後に乾燥N2 ガスにより反応容器内を常
圧に戻し、生成されたポリマーを得る。このとき乾燥N
2 ガスを用いることにより、酸素や水分の混入による生
成物の変色や物性の低下を防ぐことができる。
【0021】得られたポリマーは、環状エステルと環状
アミドとが開環共重合することによりポリエステルブロ
ックとポリアミドブロックとが不規則に多数結合したポ
リエステルアミド共重合体からなるが、ポリマー中のア
ミド結合とエステル結合の合計に対するアミド結合の比
率は、例えば原料としてカプロラクトンとカプロラクタ
ムを用いた場合、40〜80モル%が好ましい。アミド
結合の比率が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、80モル%を超えると、完全
生分解性が失われる。
【0022】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連鎖長は1〜
6にする必要がある。
【0023】アミドブロックの連鎖長を抑える為には、
最低でも10分以上の重合反応により、エステル−アミ
ド結合間での交換反応を進める必要があるが、反応時間
の延長に伴い高分子量の分子が減少し物性の低下を招
く。しかしながら、本発明の重合後に減圧状態に保ち水
分をできるだけ除去することにより、物性の低下が改善
される。
【0024】本発明の製造方法により得られたプラスチ
ックは生分解性を有すると共に、実用上充分な強度を有
するので、汎用の一般樹脂の代替えや使い捨ての容器、
フィルム、糸、または農薬や肥料のコーティング等に用
いることができる。
【0025】尚、本発明の製造方法により得られるポリ
マー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。
【0026】
【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れらに限られるものではない。
【0027】〔実施例1〕以下の実験において、ナトリ
ウムメトキサイド溶液は、金属ナトリウム460mgをメ
タノール4mlと反応させて30%メタノール溶液とした
ものを用いた。
【0028】良く乾燥させた重合容器内にカプロラクタ
ム(CLM:和光純薬製試薬をそのまま使用)20.3g
を入れ、乾燥N2 気流中130℃で加熱溶解させ、その
まま30分間10rpmで攪拌した。
【0029】攪拌しながらナトリウムメトキサイド溶液
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。
【0030】十分乾燥させたシリンジにカプロラクトン
(CLN:和光純薬製試薬を減圧蒸留により精製したも
の)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た。
【0031】CLN注入後3分で攪拌スピードを10r
pmに落とした。
【0032】重合は急速に進み、粘度はCLN添加後1
0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。
【0033】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。そのまま1時間減圧下で攪拌を続
けた。
【0034】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た。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。
【0035】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。
【0036】重合条件を表1に示した。
【0037】得られたポリマー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。
【0038】精製後のポリマーの分子構造は、 1H−N
MRにより完全生分解性のランダムコポリマーであるこ
とを確認した。
【0039】〔実施例2〕開始剤としてナトリウムメト
キシドの代わりにナトリウム金属を使用した以外は、実
施例1と同様にしてポリマーを得た。
【0040】重合条件を表1に示した。
【0041】得られたポリマーは実施例1に比べて着色
が少なかったが、金属ナトリウムは取扱いに手間がかか
る上、CLMとの反応が激しいという難点がある。
【0042】
【表1】
【0043】〔実施例3〜8〕原料である2種のモノマ
ーの比を変え、開始剤の量、重合温度及び酢酸の量をそ
れぞれ表2に示すように変化させた以外は、実施例2と
同様にしてポリマーを得た。
【0044】結果を表3に示した。コポリマーの組成比
はモノマーの仕込み比にほぼ等しくなる。コポリマーの
性状として、両モノマーの仕込み比が1:1に近い範囲
では透明性があり柔らかなのに比べて、CLM比率が2
0%では乳濁した脆いポリマーとなり、更にCLM比率
が75%や80%では不透明で硬い強靱なポリマーとな
った。
【0045】
【表2】
【0046】
【表3】
【0047】〔実施例9〜18〕モノマーの組成比、開
始剤の量、重合温度及び酢酸の量をそれぞれ表3に示す
ように変化させた以外は実施例2と同様にして、ポリマ
ーを得た。
【0048】結果を次の表4に示した。開始剤量が多く
なるにつれて収率は上がり、ポリマー中のアミドの比率
が高くなると同時に分子量は低下する。例えば、アミド
の仕込み比が50%の場合、数平均分子量(Mn) は開始
剤0.25モル%で 24000、1モル%で 10000、3モル%
で5000であった。また、開始剤の量が多いほどポリマー
の着色が増した。
【0049】
【表4】
【0050】
【表5】
【0051】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、減圧工程に
より余剰のモノマーや水分が除去できるので重合及び精
製が進み、重合後に溶剤による精製を行なわなくても充
分な強度の生分解性プラスチックが得られる。
【0052】また、重合反応後に酢酸を加えることによ
り、生成されたポリマーの脱色が行なえると共に、余剰
の酢酸は減圧により容易に除去することができる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】環状エステルと環状アミドとを開環共重合
    させることにより、ポリエステルブロックとポリアミド
    ブロックとが不規則に多数結合したポリエステルアミド
    共重合体からなる生分解性プラスチックを製造する方法
    において、 重合反応終了後、反応容器内を減圧する工程を含むこと
    を特徴とする生分解性プラスチックの製造方法。
  2. 【請求項2】環状エステルと環状アミドとを開環共重合
    させることにより、ポリエステルブロックとポリアミド
    ブロックとが不規則に多数結合したポリエステルアミド
    共重合体からなる生分解性プラスチックを製造する方法
    において、 重合反応終了後、酢酸を加えて反応混合物を中和させる
    工程を含むことを特徴とする生分解性プラスチックの製
    造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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