JPH06507929A - Degradable cellulose polymer - Google Patents
Degradable cellulose polymerInfo
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- JPH06507929A JPH06507929A JP5500278A JP50027893A JPH06507929A JP H06507929 A JPH06507929 A JP H06507929A JP 5500278 A JP5500278 A JP 5500278A JP 50027893 A JP50027893 A JP 50027893A JP H06507929 A JPH06507929 A JP H06507929A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/04—Oxygen-containing compounds
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 分解可 なセルロースポリマー 星東上立丑里立監 本発明は、水分に接触すると良好な分解性を有する熱可塑性ポリマー材料の形成 に使用可能なセルロースエステル組成物に関する。この組成物は、ポリマー組成 物を環境下に廃棄した後、水分の存在下で、ポリマー材料がら浸出する、少なく とも1つの分解促進剤を含有する。ある実施態様においては、本発明は、酢酸セ ルロース、酢酸セルロースの可塑剤および親水性分解促進剤を含有する、水分に 接触すると良好な分解性を有する熱可塑性酢酸セルロースポリマー組成物に関す るものである。[Detailed description of the invention] Degradable cellulose polymer Director of Seito Kamitachi Ushiri The present invention relates to the formation of thermoplastic polymeric materials that have good degradability upon contact with moisture. The present invention relates to a cellulose ester composition that can be used for. This composition has a polymer composition In the presence of moisture, polymeric materials leach after being disposed of in the environment. Both contain one decomposition accelerator. In certain embodiments, the present invention provides Contains lulose, cellulose acetate plasticizer and hydrophilic decomposition accelerator. Concerning thermoplastic cellulose acetate polymer compositions having good degradability on contact It is something that
公五立!東 ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルおよびポリスチレンなどの現在 使用されているパッケージ用樹脂を廃棄することが、非常に重大な問題となって きている。したがって、生物分解可能なポリマー組成物の製造に多大な技術的努 力が費やされている。生物分解可能なポリマー組成物の製造に係わる代表的な特 許としては、ギルバートら&eよる米国特許第3950282号、ティラーらに よる米国特許第4048410号、ティラーによる米国特許第4038228号 、トビアスらによる米国特許第40’51306号、ティラーによる米国特許第 4056499号、およびトミャマによる米国特許第3907726号が挙げら れ、これらのすべては、分解可能なボ、ワ、マー材料の製造方法およびその組成 物に関する。Kogoryu! east Current products such as polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride and polystyrene Disposal of used packaging resins has become a very serious problem. coming. Therefore, significant technological efforts are required to produce biodegradable polymer compositions. Power is being expended. Typical characteristics involved in the production of biodegradable polymer compositions See U.S. Pat. No. 3,950,282 to Gilbert et al. and Tiller et al. U.S. Pat. No. 4,048,410 by Tiller, U.S. Pat. No. 4,038,228 by Tiller. , U.S. Patent No. 40'51306 to Tobias et al., U.S. Patent No. 40'51306 to Tiller No. 4,056,499, and U.S. Pat. No. 3,907,726 to Tomiyama. All of these are related to the production method of degradable bo, wa, mer materials and their composition. relating to things.
商業的使用を目的に開発された第1ポリマーのいくもがば、セルロースに基づい たものである。これらは、再生セルロース(レーヨン)および種々のセルロース エステル、たとえば、酢酸セルロース、酪酸セルロース、プロピオン酸セルロー スおよび混合セルロースエステル(アセテート、アセテートブチレート、および アセテートプロピオネート)などを含有する。The first polymer species developed for commercial use was based on cellulose. It is something that These include regenerated cellulose (rayon) and various cellulose Esters, such as cellulose acetate, cellulose butyrate, cellulose propionate and mixed cellulose esters (acetate, acetate butyrate, and Acetate propionate).
セロハンおよびレーヨンなどの再生セルロース材料は、非常に遅い速度で環境下 、分解可能である。しかしながら、溶融押し出しフィルムの形状のセルロースエ ステルを提供するためには、ハイレベルの可塑剤が必要とされる。このような可 塑剤は、溶融製造法により熱可塑性フィルムを形成可能なセルロースエステル組 成物を提供するのに使用される。純粋な形状にお番する酢酸セルロースは、押し 出し、などの方法により溶融製造されると、熱可塑性ではないものである。この ようなハイレベルの熱可塑剤を用いると、環境下において、また高し)水分条件 においてさえも、分解しない、非常に安定した、可ff1l料が製造された。酵 素的にセルロースおよび純粋なセルロースエステルを加水分解して、溶解可能な 中間体にすることが可能であると知られている種々の微生物および土壌は、非常 に可塑化されたセルロースエステルと反応しないものである。いうまでもなく、 酢酸セルロースなどのセルロースエステルから製造した、フィルムおよびフレキ シブルシートプラスチックパッキング材料は、酢酸セルロースが製造される少な くとも高価でないプラスチックフィルムのひとつであるという点で、非常に所望 されている。また、通常の大気環境条件において分解可能なセルロースエステル ノくツキング材料を提供することが非常に望まれている。ここで使用するご通常 の大気環境条件”とは、埋立地またはゴミ捨て場など、はとんどの廃棄物材料の 廃棄中におかれる環境を含有するものである。Regenerated cellulose materials such as cellophane and rayon degrade at a very slow rate in the environment. , can be decomposed. However, cellulose in the form of melt-extruded film High levels of plasticizer are required to provide stellability. Possible like this The plastic agent is a cellulose ester compound that can form a thermoplastic film using a melt manufacturing method. used to provide products. Cellulose acetate is pressed into its pure form. If it is melt-manufactured by a method such as melting, it is not thermoplastic. this With high levels of thermoplastics such as A very stable, flexible ff1l material was produced that did not decompose even at low temperatures. fermentation Essentially hydrolyzes and dissolves cellulose and pure cellulose esters. A variety of microorganisms and soils known to be able to intermediate It does not react with cellulose ester that has been plasticized. Needless to say, Films and flexible films made from cellulose esters such as cellulose acetate Sible sheet plastic packing material is a small amount of cellulose acetate produced. Highly desirable in that it is one of the least expensive plastic films available. has been done. In addition, cellulose esters that are degradable under normal atmospheric conditions It would be highly desirable to provide a knocking material. The standard used here ``Atmospheric environmental conditions'' refers to the conditions at which most waste materials are stored, such as in landfills or garbage dumps. It includes the environment in which it is placed during disposal.
本発明の主な目的は、通常の大気環境条件における水分と接触させることにより 分解可能なセルロースエステル組成物を提供することである。The main objective of the present invention is that by contacting with moisture in normal atmospheric environmental conditions, An object of the present invention is to provide a degradable cellulose ester composition.
兄吸q炎辻 解促進剤を含有する。この分解促進剤は、ポリマー組成物を最終プロダクト1こ 変換した後、水分存在下、水溶性となり、ポリマー最終プロダクトから浸出可能 なもの、または、水分存在下、加水分解して、ポリマー最終プロダクトから浸出 可能な水溶性バイプロダクトを形成するものである。分解促進剤はまた、触媒と して機能し、酢酸セルロースの加水分解を促進し、セルロースと酢酸の混合物I こすうものである。セルロースはついで、より生物分解可能なサツカライドに分 解可能である。分解促進剤はセルロースエステルポリマーの可塑剤としても機能 可能であり、他の公知の可塑剤と組み合わせて使用可能である。Brother sucking Entsuji Contains decomposition accelerator. This degradation accelerator is used to degrade the polymer composition into one final product. After conversion, it becomes water-soluble in the presence of moisture and can be leached from the final polymer product. or hydrolyzed in the presence of moisture and leached from the final polymer product. It forms possible water-soluble by-products. Decomposition accelerators also act as catalysts. The mixture of cellulose and acetic acid I It is something to be rubbed. Cellulose is then broken down into more biodegradable saccharides. It is solvable. Degradation accelerator also functions as a plasticizer for cellulose ester polymers Yes, and can be used in combination with other known plasticizers.
公里n則旦会脱朋− セルロースはアンヒドログルコースユニットから形成された多糖である。各アン ヒドログルコースユニットは、反応してエステル形成可能な3つのフリーなヒド ロキシル基を有している。酸の置換が起こる限度は、置換度として知られており 、置換されたアンヒドログルコースユニットにおける3つのヒドロキシル基の、 ヒドロキシル基の平均数として表される。本発明において有用なセルロースエス テルは、約2.0から約2.6の置換度を有するものである。言い換えれば、本 発明において有用な酢酸セルロースは、アセチル当量に基づいて、約39%から 約42.5%のエステル含有量を有する。3以下の置換度、すなわち2.0から 2.6の範囲の置換度を有するセルロースエステルの調製において、直接所望の 置換度にエステル化することにより、良好な均一性のプロダクトを製造すること が可能である。これは、反応のトポケミカル性(topochemica 1c haracter)によるものである。エステル化はセルロースファイバの外側 表面から内側に進行し、プロダクトが完全に混合物に溶解するまでは、均一性は 良好ではないものである。このような完全な溶解は、)・リエステル段階に近づ いたとき起こる。2.0−2.6の置換度の均一プロダクトを調製するためには 、トリエステルを形成し、溶液でトリエステルを加水分解して所望の置換度にす ることが必要である。Kori n Seitan-kai departure Cellulose is a polysaccharide formed from anhydroglucose units. each an The hydroglucose unit consists of three free hydrogen molecules that can react to form esters. It has a roxy group. The limit at which acid substitution occurs is known as the degree of substitution. , of the three hydroxyl groups in the substituted anhydroglucose unit, Expressed as the average number of hydroxyl groups. Cellulose ester useful in the present invention Ter has a degree of substitution of about 2.0 to about 2.6. In other words, the book Cellulose acetate useful in the invention ranges from about 39% to about 39% based on acetyl equivalents. It has an ester content of about 42.5%. Substitution degree below 3, i.e. from 2.0 In the preparation of cellulose esters with a degree of substitution in the range of 2.6, the desired Producing products with good homogeneity by esterifying to a high degree of substitution is possible. This is due to the topochemical nature of the reaction. haracter). Esterification is done on the outside of cellulose fibers Proceeding from the surface inward, the uniformity is until the product is completely dissolved in the mixture. It is not in good condition. Such complete dissolution approaches the )-reester stage. It happens when To prepare a homogeneous product with a degree of substitution of 2.0-2.6 , forming the triester and hydrolyzing the triester in solution to the desired degree of substitution. It is necessary to
したがって、以前は、″セルロース千−スチルはトリエステル形成に利用されて いた。しかしながらセルローストリエステルは成型するのが困難であり、以前の 多くの試みは、セルローストリエステルの成型性を改善する方法およびその組成 物に関するものであった。例えば、オープンによる米国特許第2067310号 は、120℃から180℃の低い成型温度と2000から3000ps iの成 型圧力を用いることの可能な成型物を形成する方法を開示している。なお、1・ り酢酸セルロースに関する、この成型温度および圧力は、通常よりも低いもので ある。Therefore, previously, ``cellulose thousand-styrene was utilized for triester formation.'' there was. However, cellulose triesters are difficult to mold, and Many attempts have been made to improve the moldability of cellulose triesters and their composition. It was about things. For example, U.S. Patent No. 2,067,310 by Open is a low molding temperature of 120℃ to 180℃ and a forming temperature of 2000 to 3000psi. A method of forming a molded article that can use mold pressure is disclosed. In addition, 1. This molding temperature and pressure is lower than normal for cellulose acetate. be.
オープンの特許による方法は、トリ酢酸セルロースとラクチドおよびマレイン酸 、どからなる。ラクチドと無水物を可塑剤と組み合わせて添加することにより、 成型可能なトリ酢酸セルロース組成物が調製された。Open's patented method combines cellulose triacetate with lactide and maleic acid. , consists of. By adding lactide and anhydride in combination with plasticizer, A moldable cellulose triacetate composition was prepared.
ウィリアムによる米国特許第2805171号もまた、成型可能なトリ酢酸セル ロース組成物の製造方法を開示しており、52.5%から53.5%(%酢酸と して計算)のアセチル含有のトリ酢酸セルロースは、アセトン不溶セルロースエ ステルである。本発明で有用なセルロースエステルは、約39%と約42゜5% の間のアセチル含有量を有しており、アセトン溶解性であるとしてウィリアムの 特許では特徴づけられている。U.S. Pat. No. 2,805,171 to William also describes a moldable triacetate cell. Discloses a method for producing a loin composition, which contains 52.5% to 53.5% (% acetic acid and Cellulose triacetate containing acetyl (calculated as It's stealth. The cellulose esters useful in the present invention are about 39% and about 42.5% William's as having an acetyl content between and being soluble in acetone It is characterized in the patent.
本発明の分解可能な熱可塑性セルロースエステル組成物は、アセ千ルをベースと して、約39%と約425%の間のエステル含有量および、約2.0から約2. 6の置換度を有するセルロースエステル、可塑剤、および分解促進剤の混合物で ある。本発明の組成物の分解可能な機能性は、少なくとも部分的には、ポリマー への水と、アセチル基とアセタール結合部におけるポリマーの加水分解により促 進されるものと考えられる。The degradable thermoplastic cellulose ester composition of the present invention is based on acetylene. and an ester content of between about 39% and about 425% and between about 2.0 and about 2.0%. with a mixture of cellulose esters, plasticizers, and degradation accelerators with a degree of substitution of 6. be. The degradable functionality of the compositions of the invention is at least partially due to the polymer promoted by water and hydrolysis of the polymer at the acetyl group and acetal bond. It is thought that this will be advanced.
本発明の分解促進剤は親水性材料である。分解促進剤は、環状内部モノエステル 、環状内部ダブルエステル、および2から50酸部を有する酸のオリゴマーであ る。モノエステルは、環内にひとつの酸素分子を有しており、α−ヒドロキシ酸 を除く種々のヒドロキシ酸から調製可能である。本発明において分解促進剤とし て有用な千ジエステルラクトンは通常、ヒドロキシ酸から調製される。環状ダブ ルエステルは、a−ヒドロキシ酸から調製可能である。環状内部エステルは一般 的にラクトンと称さKる。環状ダブル6員環エステルは、しばしばジオキサンジ オンと称される。The decomposition accelerator of the present invention is a hydrophilic material. The decomposition accelerator is a cyclic internal monoester , a cyclic internal double ester, and an oligomer of an acid having from 2 to 50 acid parts. Ru. Monoesters have one oxygen molecule in the ring and are alpha-hydroxy acids. It can be prepared from a variety of hydroxy acids except . In the present invention, as a decomposition accelerator The diester lactones useful in biochemistry are typically prepared from hydroxy acids. annular dub esters can be prepared from a-hydroxy acids. Cyclic internal esters are common Generally called lactone. Cyclic double 6-membered ring esters are often dioxanedi It is called on.
本発明の環状内部エステルは、適当なヒドロキシ酸から調製可能であるが、他の 化学的調製方法を使用してもよい。γ−およびδ−ラクトンは、通常、γ−また はδ−ハロ酸の蒸留または加水分解のいずれかにより、不飽和酸を臭化水素酸ま たは硫酸で処理することにより、または、環状酸無水物の部分還元により、調製 される。β−ラクトンは、ケテンをアルデヒドまたはケトンと反応させることに より得られる。ケテンとホルムアルデヒドとの反応を以下に示す。The cyclic internal esters of this invention can be prepared from suitable hydroxy acids, but other Chemical methods of preparation may also be used. γ- and δ-lactones are usually γ- or δ-lactones. converts unsaturated acids into hydrobromic acid or by either distillation or hydrolysis of δ-haloacids. or by treatment with sulfuric acid or by partial reduction of cyclic acid anhydrides. be done. β-lactones can be produced by reacting ketene with aldehydes or ketones. More can be obtained. The reaction between ketene and formaldehyde is shown below.
六環ラクトンは、カロー酸で環状ケトンを酸化することにより調製可能である: すなわち、シクロヘキサノンからと一カプロラクトンが得られる。ラクトン′は 、ジカルボン酸を多価アルコールと反応させることにより調製きれ、たとえば、 マロン酸とエチレングリコールを反応させることにより得られる。Hexacyclic lactones can be prepared by oxidizing cyclic ketones with caro acids: That is, one caprolactone is obtained from cyclohexanone. Lactone' is , can be prepared by reacting a dicarboxylic acid with a polyhydric alcohol, e.g. Obtained by reacting malonic acid and ethylene glycol.
本発明の分解促進剤として有用なラクトンの調製用に適したヒドロキシ酸および ジカルボン酸としては、3−ヒドロキシプロピオン酸、2−ヒドロキシ、1゜2 .3 プロパントリカルボン酸(クエン酸)、3−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロ キシ酪酸、4−ヒドロキシ−吉草酸、5−ヒドロキシ吉草酸、6−ヒドロキシカ プロン酸、2−ヒドロキシ酢酸(グリコール酸)、2−ヒドロキシ−プロピオン 酸(乳酸)、2−ヒドロキシ酪酸、2−ヒドロキシ吉草酸、2−ヒドロキシカプ ロン酸、2−ヒドロキシ−へブタン酸、2−ヒドロキシオクタン酸、2−ヒドロ キシ−ペラルゴン酸、2−ヒドロキシフェニル酢酸、■−ヒドロキシーシクロヘ キサンー1−カルボン酸、シュウ酸とエチレングリコール、シュウ酸とプロピレ ングリコール、マロン酸とエチレングリコール、およびマロン酸とプロピレング リコールが挙げられる。Hydroxy acids and compounds suitable for the preparation of lactones useful as decomposition promoters of the present invention Examples of dicarboxylic acids include 3-hydroxypropionic acid, 2-hydroxy, 1゜2 .. 3 Propanetricarboxylic acid (citric acid), 3-hydroxybutyric acid, 4-hydro Xybutyric acid, 4-hydroxy-valeric acid, 5-hydroxyvaleric acid, 6-hydroxyvaleric acid Pronic acid, 2-hydroxyacetic acid (glycolic acid), 2-hydroxy-propion Acid (lactic acid), 2-hydroxybutyric acid, 2-hydroxyvaleric acid, 2-hydroxycap rononic acid, 2-hydroxy-hebutanoic acid, 2-hydroxyoctanoic acid, 2-hydro xy-pelargonic acid, 2-hydroxyphenylacetic acid, ■-hydroxy-cyclohe Xan-1-carboxylic acid, oxalic acid and ethylene glycol, oxalic acid and propylene glycol, malonic acid and ethylene glycol, and malonic acid and propylene glycol One example is a recall.
一般には、本発明に有用なラクトンは、環内に3から6の炭素原子と1または2 の酸素原子を有するものである。ヒドロキシ酸から調製されたラクトンは、以下 の式に相当する構造を有する: (+) (2) (3) ここで、Rは、水素原子、C,−C,。アJレキル基、また1よ、ベンゼン、ナ フタレン、C,−C4アルキル基で置換されたベンゼン、およびC,−C4アル キル基で置換されたナフタレンから選択されたアリール基である。Generally, lactones useful in the present invention have 3 to 6 carbon atoms and 1 or 2 carbon atoms in the ring. of oxygen atoms. Lactones prepared from hydroxy acids are: It has a structure corresponding to the formula: (+) (2) (3) Here, R is a hydrogen atom, C, -C,. AJ lekyl group, 1 again, benzene, na Phthalene, benzene substituted with C,-C4 alkyl group, and C,-C4 alkyl group An aryl group selected from naphthalene substituted with a kill group.
式1において、3−ヒドロキシプロピオン酸がプロピオラクトンの製造に使用さ れる場合には、R1およびR2はHであり;3−ヒドロキシ酪酸がブチロラクト ンの製造に使用される場合には、R1はH,R,はメチルであり:3ーヒドロキ シイソ酪酸が2,3−ジメチルプロピオラクトンの製造に使用される場合には、 R,はメチル、R2はメチルであり;3−ヒドロキシ 3−フェニルが3−フェ ニル プロピオラクトンの製造に使用される場合には、R1はフェニル、R.は Hであり;3−ヒドロキシ、2−フェニルが2−フェニルプロピオラクトンの製 造に使用される場合には、R1はH.R2はフェニルである。In formula 1, 3-hydroxypropionic acid is used to produce propiolactone. when 3-hydroxybutyric acid is butyrolactin, R1 and R2 are H; R1 is H, R, is methyl: 3-hydroxy When shisobutyric acid is used in the production of 2,3-dimethylpropiolactone, R, is methyl, R2 is methyl; 3-hydroxy 3-phenyl is 3-phenyl When used in the production of propiolactone, R1 is phenyl, R. teeth H; 3-hydroxy, 2-phenyl is 2-phenylpropiolactone When used in H. R2 is phenyl.
式2において、4−ヒドロキシ酪酸がバレロラクトンの製造に使用される場合に は、R1、R2およびR,はHであり:4ーヒドロキシ吉草酸が4−メチルバレ ロラクトンの製造に使用される場合には、R1はメチル、R2およびR,はHで ある。In formula 2, when 4-hydroxybutyric acid is used to produce valerolactone, is R1, R2 and R, are H: 4-hydroxyvaleric acid is 4-methylvaleric acid. When used in the production of rolactone, R1 is methyl, R2 and R, are H. be.
式3において、6−ヒドロキシカプロン酸がC−カプロラクトンの製造に使用さ れる場合には、R1からR5はHであり;6−ヒドロキシヘプチン酸が6−メチ ル−カプロラクトンの製造に使用される場合には、R1はメチル、R2−R は Hである。In formula 3, 6-hydroxycaproic acid is used to produce C-caprolactone. R1 to R5 are H; when 6-hydroxyheptinoic acid is When used in the production of luca-caprolactone, R1 is methyl and R2-R is It is H.
式4において、グリコール酸がグリコリドの製造に使用される場合には、R1か らR,はHであり;乳酸がラクチドの製造に使用される場合には、R1およびR ,はメチル、R2およびR4はHであり;フェニル−2 ヒドロ酢酸が2,5− ジフェニル−ジオキサン−3,6−ジオンの製造に使用される場合には、R。In formula 4, when glycolic acid is used for the production of glycolide, R1 or R, are H; when lactic acid is used for the production of lactide, R1 and R , is methyl, R2 and R4 are H; phenyl-2 hydroacetic acid is 2,5- R when used in the production of diphenyl-dioxane-3,6-dione.
およびR3はフェニル、R′2およびR4は万であり;2−ヒドロキシオクタン 酸が2、5−ジムキシルジオキサン−3.6−シオンの製造に使用される場合に は、R1およびR3はヘキシル、R1およびR4はHである。and R3 is phenyl, R'2 and R4 are ten thousand; 2-hydroxyoctane When the acid is used in the production of 2,5-dimoxyldioxane-3,6-sion , R1 and R3 are hexyl, and R1 and R4 are H.
式5において、シュウ酸とエチレングリコールが1.4−ジオキサン−2。In formula 5, oxalic acid and ethylene glycol are 1,4-dioxane-2.
3−ジオンの製造に使用される場合には、R1およびR2はHであり;シュウ酸 とプロピレングリコールが5−メチル−1.4−ジオキサン−2,3−ジオンの 製造に使用される場合には、R,はメチル、R2はHである。When used in the production of 3-diones, R1 and R2 are H; oxalic acid and propylene glycol of 5-methyl-1,4-dioxane-2,3-dione. When used in manufacturing, R, is methyl and R2 is H.
弐6において、マロン酸エステルとエチレングリコールが1.4−ジオ上ピン− 5−フ,ジオンの製造に使用される場合には、R,−R4はHであり:マロン酸 エステルとプロピレングリコールが2−メチル−1,4−ジオキゼビンの製造に 使用される場合には、Rはメチル、R,−R4はHであり、メチルマロン酸エス テルとエチレングリコールが6−メチル−1.4−ジオキゼビンの製造1こ使用 される場合には、R,−R3はH.R4はメチルである。In 26, malonic acid ester and ethylene glycol are 1,4-diopin- When used in the production of 5-ph,dione, R, -R4 is H: malonic acid Ester and propylene glycol to produce 2-methyl-1,4-dioxevin When used, R is methyl, R, -R4 is H, and methylmalonate ester Teru and ethylene glycol are used in the production of 6-methyl-1,4-dioxevin. If R, -R3 is H. R4 is methyl.
式7において、5−ヒドロキシ吉草酸がδ−ノ(レロラクトンの製造しこ使用さ れる場合には、R,−R,はHであり;5−ヒドロキシカプロン酸力(5−メチ ル−バレロラクトンの製造に使用される場合には、R1はメチル、R2−R,l よHである。In formula 7, 5-hydroxyvaleric acid is R, -R, is H; 5-hydroxycaproic acid (5-methyl When used in the production of ru-valerolactone, R1 is methyl, R2-R, l It's yoH.
ラクトンの形成に使用可能なヒドロキシ酸のあるオリゴマー(よ、単5虫でまた は他のラクトンと組み合わせて、分解促進剤としても使用可能である。2カ・ら 50の乳酸部を有する乳酸のオリゴマーは、特に好ましし)。好ましν)分解促 進Illよ、乳酸またはヒドロキシカプロン酸からのラクトンと乳酸またIよヒ ドロキシカプロン酸のオリゴマーの混合物であり、ラクトンを約10%から約9 5%有する。Oligomers with hydroxy acids that can be used to form lactones can also be used as a decomposition promoter in combination with other lactones. 2ka・ra Oligomers of lactic acid with 50 lactic acid moieties are particularly preferred). Preferably ν) Acceleration of decomposition Ill, lactones from lactic acid or hydroxycaproic acid and lactic acid or hydrogen A mixture of oligomers of droxycaproic acid containing from about 10% to about 9% lactone. It has 5%.
本発明のポリマー組成物に有用な可塑剤は、熱可塑性セルロースエステJし組成 物の形成に使用される、通常の可塑剤である。適当な可塑剤として1よ、フタル 酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸エトキシエチル、フタル酸メトキシエ チル、酒石酸ジブチル、ジエチレングリコール−ブチルエーテル、ジエチレング リコールモノ−エチルエーテル、トリプロビオニン、ベンゾイルベンゾエート、 トリフェニルホスフェート、トリアセチン、フタル酸シアミルおよびオル゛ノー クレシルバラートルエンスルホネートが挙げられる。Plasticizers useful in the polymer compositions of the present invention include thermoplastic cellulose esthetics compositions. A common plasticizer used in the formation of objects. 1, phthalate as a suitable plasticizer Diethyl acid, dimethyl phthalate, ethoxyethyl phthalate, methoxyethyl phthalate Dibutyl tartrate, Diethylene glycol-butyl ether, Diethylene glycol Recol mono-ethyl ether, triprobionin, benzoyl benzoate, Triphenyl phosphate, triacetin, cyamyl phthalate and organo Cresylvalartoluenesulfonate is mentioned.
熱可塑性セルロース互ステル組成,糧の形成に有用であるとして通常知られてい るほとんどの可塑剤は、非常に疎水性であり、最終ポリマープロダクト(こおi する水分に極めて抵抗性を示すものである。ある可塑剤はし力)しなうCら、比 較的親水性である。本発明の分解促進剤は親水性である。したがって、本発明の ある実施態様においては、疎水性可塑剤のHLB(hydrophilic l ip。Thermoplastic cellulose has an interstellar composition, commonly known as being useful in the formation of food products. Most plasticizers used in plasticizers are highly hydrophobic and affect the final polymer product. It is extremely resistant to moisture. Some plasticizer strength) C et al. It is relatively hydrophilic. The decomposition accelerator of the present invention is hydrophilic. Therefore, the present invention In some embodiments, the hydrophobic plasticizer HLB (hydrophilic l ip.
philic balance)と、約1075’ら約40の範囲内の本発明の 分解促進剤を提供することが望まれる。philic balance) of the present invention within the range of about 1075' to about 40. It is desirable to provide a decomposition accelerator.
一般には、セルロースエステルは本発明の組成物におし)て、約20重量%力゛ ら約80重量%のレベルで存在する。ここで使用されるすべての7(−セント( よ・特記しないかぎり重量%である。本発明で有用なセルロースエステルは、酢 酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酪酸セルロース、酢酸−酪酸セルロー ス、および酢酸−プロピオン酸セルロースから選択可能である。セルロースエス テルは、少なくとも約soooの分子量、好ましくは約5000と約soooo oの間の分子量を有する。酢酸−酪酸セルロースは、好ましくは約90から約9 9%の酢酸エステルと約10から約1%の酪酸エステルを有する。酢酸−プロピ オン酸セルロースは好ましくは約80から約99%の酪酸エステルレベルと約2 0から約1%のプロピオン酸エステルレベルを有する。Generally, the cellulose ester contains about 20% strength by weight in the compositions of the present invention. present at a level of about 80% by weight. All 7(-cents) used here ・Unless otherwise specified, weight percentages are given. Cellulose esters useful in the present invention include vinegar cellulose acid, cellulose propionate, cellulose butyrate, cellulose acetate-butyrate and cellulose acetate-propionate. Cellulose S Tel has a molecular weight of at least about sooo, preferably about 5000 and about soooo It has a molecular weight between o. Cellulose acetate-butyrate preferably has a molecular weight of about 90 to about 9 It has 9% acetate and about 10 to about 1% butyrate. Acetic acid-propylene The cellulose onate preferably has a butyrate level of about 80 to about 99% and about 2 It has a propionate level of 0 to about 1%.
可塑剤は、本発明のポリマー組成物において、組成物の約0重量%から約50重 量%存在する。親水性分解促進剤は好ましくは、組成物の約1重量%から約60 重量%のレベルでポリマー組成物に存在する。可塑剤と親水性分解促進剤の使用 全レベルの総計は、組成物の約20重量%から約80重量%である。Plasticizers can be present in the polymer compositions of the present invention in amounts ranging from about 0% to about 50% by weight of the composition. Amount% present. The hydrophilic degradation accelerator preferably ranges from about 1% to about 60% by weight of the composition. present in the polymer composition at a level of % by weight. Use of plasticizers and hydrophilic decomposition accelerators The sum of all levels is from about 20% to about 80% by weight of the composition.
本発明に有用な分解促進剤のいくつかは、可塑剤としても機能し、従来の疎水性 可塑剤を添加することなく使用可能である。可塑剤なしで使用可能な分解促進剤 は、乳酸のオリゴマーと乳酸とクエン酸から形成されたラクトンを含有する。Some of the degradation accelerators useful in the present invention also function as plasticizers and Can be used without adding plasticizer. Decomposition accelerator that can be used without plasticizer contains oligomers of lactic acid and lactones formed from lactic acid and citric acid.
本発明の分解可能なセルロースエステル製剤の分解は、水により、比較的親水性 の分解促進剤が組成物から浸出することにより起こり、水と接触して開口または 礼状分子格子が残存する。セルロースエステルは、溶融製造中に非常に可塑され た場合、アモルファス状態で存在する。Degradation of the degradable cellulose ester formulations of the present invention is due to the relatively hydrophilic This occurs when the decomposition accelerator leaches out of the composition, and upon contact with water opens or A thank-you molecular lattice remains. Cellulose esters are highly plasticized during melt manufacturing If so, it exists in an amorphous state.
分解促進剤の浸出後、礼状セルロースエステルが一旦、水と接触すると、従来の 疎水性可塑セルロースエステルを用.いた場合よりも、水が高い濃度になり、水 の質量作用が加水分解を促進する。酸性分解促進剤は、加水分解に触媒作用を及 ぼす酸の源を提供するものである。接触して水砂を含有するセルロースエステル 格子構造の結果、酵素分解もまた可能である。加水分解は、ある分解促進剤力・ らの酸性媒体の形成とその加水分解と、セルロースエステルの加水分解から、有 機酸を形成する。Once the cellulose ester comes into contact with water after leaching the decomposition accelerator, the conventional cellulose ester Uses hydrophobic plastic cellulose ester. The water has a higher concentration than if it were The mass action of accelerates hydrolysis. Acidic decomposition accelerators catalyze hydrolysis. It provides a source of bosu acid. Cellulose ester containing water sand in contact As a result of the lattice structure, enzymatic degradation is also possible. Hydrolysis is caused by the power of a decomposition accelerator. from the formation of acidic medium and its hydrolysis, and the hydrolysis of cellulose esters. Forms organic acid.
可塑された分解可能なセルロースエステルを使用することにより、セルロースエ ステルの市場が広がる可能性がある。本発明の分解可能なセルロースエステルは 、低コストの可塑システムを提供し、ゴミ箱などの一般品に使用される、特にシ ート材料において、拡大した市場に対して、生物分解性を提供するものである。By using plasticized and degradable cellulose esters, cellulose The market for stealth could expand. The degradable cellulose ester of the present invention is , provides a low-cost plasticizing system and is particularly suitable for plasticizing systems used in general items such as trash cans. It offers biodegradability to an expanded market in biodegradable materials.
以下の実施例は本発明の種々の特徴を示すものであるが、本発明はこれらの実施 例に限定されるものではない。Although the following examples illustrate various features of the invention, the present invention The examples are not limited.
去振且 寒嵐匹上 表1に、従来の可塑剤を含有する、従来の酢酸セルロース−可塑剤混合物と、浸 出可能な可塑剤を含有する本発明の実施例を示す。サンプル書号2−2.2−3 .2−4.3−3および−8は、浸出不可能な疎水性可塑剤を用いた、熱可盟性 詐酸セルロース対照とみなしてよい。浸出不可能なことにより、組成物は水分に 容易に接することができず、したがって、本質的には分解不可能である。本発明 の組成物において使用される各分解促進剤は、水に対してかなりの溶解性を示し 、および/または、容易に水溶性酸成分に加水分解するものである。加水分解後 、酸は分解を促進する。Shaking away and cold storm superior Table 1 shows conventional cellulose acetate-plasticizer mixtures containing conventional plasticizers and 2 shows an example of the invention containing a plasticizer that can be removed. Sample calligraphy number 2-2.2-3 .. 2-4.3-3 and -8 are thermoplastic resins using non-leachable hydrophobic plasticizers. It may be considered as a falsified cellulose control. Non-leaching allows the composition to absorb moisture. It is not easily accessible and therefore essentially indegradable. present invention Each degradation accelerator used in the composition exhibits appreciable solubility in water. and/or easily hydrolyzed into water-soluble acid components. After hydrolysis , acids accelerate decomposition.
無機酸または有機酸を従来のセルロース組成物に添加することでは、同様の結果 は得られない。1%のフマル酸を含有するサンプル2−5および24%の乳酸を 含有するサンプル2−6は、6箇月間海水にさらした後、かなりの風化度を示す ものではなかった。1%のリン酸を含有するサンプル2−7は、劣化しすぎてテ ストできない組成物となった。無機酸が従来の疎水性可塑剤マトリックスに入れ られると、効果的に水分から遮断さ、れ、加水分解を促進する目的を達成するこ とになる。本発明の浸出可能な分解促進剤を組み合わせた有機酸は、加水分解を 促進可能である。Adding inorganic or organic acids to conventional cellulose compositions produces similar results. cannot be obtained. Samples 2-5 containing 1% fumaric acid and 24% lactic acid. Containing sample 2-6 shows a considerable degree of weathering after being exposed to seawater for 6 months. It wasn't something. Sample 2-7, containing 1% phosphoric acid, was too degraded to be tested. The result was a composition that could not be struck. Inorganic acids put into a conventional hydrophobic plasticizer matrix When removed, it can be effectively insulated from moisture and achieve the purpose of promoting hydrolysis. It becomes. The organic acid combined with the leachable decomposition accelerator of the present invention inhibits hydrolysis. It can be promoted.
この浸出可能な分解促進剤は、加水分解の促進に、特に酸を形成する場合はその ままで、良好に機能する。たとえば、表1の−8および−9の結果を比較せよ。This leachable degradation accelerator is useful for accelerating hydrolysis, especially when it forms acids. It remains and functions well. For example, compare the results for -8 and -9 in Table 1.
従来の可塑剤、フタル酸ジエチルを用いた一8サンプルは、1年よりも長い間、 分解しなかった。風化および分解テストは、フロツクの海水、フロツクの浜風、 およびオハイオにおける野外パネルで実施された。可塑剤としてフタル酸ジエチ ル、および浸出可能な成分としてラクチドを用いた酢酸セルロースを含有する一 9サンプルは、迅速に風化した。21日で、非常に柔軟で、豊色透明なフィルム が、非常に劣化して、白く不透明な材料となった。Eighteen samples using a traditional plasticizer, diethyl phthalate, lasted for more than a year. Did not disassemble. Weathering and decomposition tests were carried out using Frock's seawater, Frock's beach breeze, and field panels in Ohio. Diethyl phthalate as a plasticizer and one containing cellulose acetate with lactide as the leachable component. Nine samples weathered quickly. In 21 days, a highly flexible, richly colored and transparent film However, it deteriorated so much that it became a white, opaque material.
本発明の他の実施例、−32、−36−3、−37、−42−2、−42−5お よび43−1は、同様に浸出可能で風化可能であった。これらの組成物のすべて は、分解促進剤が、分解することなくスムーズで光沢のある薄いフィルムに、容 易に溶融加工される、透明フィルムを製造することができ、効果的な混合物であ る。Other examples of the present invention, -32, -36-3, -37, -42-2, -42-5 and and 43-1 were similarly leachable and weatherable. All of these compositions The decomposition accelerator forms a smooth, glossy, thin film without decomposition. It is an effective mixture that can produce transparent films that are easily melt-processed. Ru.
引っ張り強度テストは、ASTM D638に従って行なわれな。引っ張り応力 または剛性測定は、可塑剤および/または分解促進剤の量で変化させた。一般に は、可塑剤の総量は、ポリオレフィンの展性およびしゅう曲性を模倣するフィル ムを得るべく、40重量%よりも多くすることが必要である。サンプル−37お よび−42−5は、剛性で無色透明のサラダカバー形状のものに加熱成型した。Tensile strength testing was performed according to ASTM D638. tensile stress Alternatively, stiffness measurements were varied with the amount of plasticizer and/or degradation accelerator. in general The total amount of plasticizer is added to the film to mimic the malleability and bendability of polyolefins. More than 40% by weight is necessary in order to obtain a silica film. Sample-37 and -42-5 were heated and molded into rigid, colorless and transparent salad cover shapes.
サンプル−42−2は、屑箱形に成型した。Sample-42-2 was molded into a trash box shape.
オリゴマー乳酸およびポリ乳酸エチルが、可塑剤としても機能する、商業的に入 手可能な分解促進剤である。これらは容易に、経済的な前駆体を用いる簡単な方 法である、乳酸および乳酸エチルの縮合により調製される。これらの原料はいず れも、酢酸セルロースを用いて溶融分散し、良好な特性の熱可塑物となる。Oligomeric lactic acid and polyethyl lactate are commercially available, which also function as plasticizers. It is a readily available decomposition accelerator. These are easy methods using easy and economical precursors. It is prepared by the condensation of lactic acid and ethyl lactate. These raw materials are Both can be melted and dispersed using cellulose acetate, resulting in thermoplastics with good properties.
使用された酢酸セルロースは、GPCにより、85000の重量平均分子量を有 する商業的グレードのものであった。より高い分子量のものであれば、応力下、 より高い伸び率とより良好な強度を与えるものである。The cellulose acetate used had a weight average molecular weight of 85,000 by GPC. It was of commercial grade. If the molecular weight is higher, under stress, It gives higher elongation and better strength.
表中、 aCA−3983、イーストマン コダック セルロース ジアセテートb 商 業的に製剤された、イーストマン コダソク 036A、DEP使用の成型グレ ード cc−3782、DEPなし d 浜風、ダイドナ、FL、夏 e 海水、ダイドナ、FL、夏、pH7,2がら7.4.27−29℃、3゜6 %塩度 f 海水、ダイドナ、FL、冬、pH7,3から8.1.15−21℃、3゜5 %塩度 g テストは野外で始められた、OH1冬、−9から7℃h テストは野外で始 められた、OH1夏、21がら35℃i 貯蔵安定性、70 C150%r、h 、は1年」 推定 KEY:DEP=ジエチルフタレート; FA=フマル酸; LA=乳酸; P A=リン酸;LD=ラクチド;0LA=5乳酸部を有するオリゴマーポリ乳酸; Pc;プロピレンカーボネート; E t L、A=エチルラクトイルラクテー ト本埠匹l 以下の実施例は、可塑剤としての7員環ラクトンの使用を示すものである。In the table, aCA-3983, Eastman Kodak Cellulose Diacetate B Commercial Industrially formulated Eastman Kodasoku 036A, molded gray using DEP. code cc-3782, no DEP d Hamakaze, Daidna, FL, Summer e Seawater, Dydna, FL, summer, pH 7.2 7.4.27-29℃, 3゜6 % salinity f Seawater, Dydna, FL, winter, pH 7.3 to 8.1.15-21℃, 3゜5 % salinity g Test started outdoors, OH1 winter, -9 to 7℃ h Test started outdoors Tempered, OH1 summer, 21 to 35℃ i Storage stability, 70C150%r, h , is 1 year” Estimated KEY: DEP=diethyl phthalate; FA=fumaric acid; LA=lactic acid; P A = phosphoric acid; LD = lactide; 0LA = oligomeric polylactic acid with 5 lactic acid moieties; Pc; propylene carbonate; Et L, A = ethyl lactoyllactate Tomotobu L The following examples demonstrate the use of 7-membered ring lactones as plasticizers.
選択された酢酸セルロースは、2.5の平均置換度で、149000の重量平均 GPC分子量で、47000の数平均GPC分子量のポリマー(イーストマンケ ミカルズカンパニー、”SAMS−E”)である。これは可塑剤を含有しておら ず、溶融前に炭になってしまうものである。The selected cellulose acetate has a weight average of 149,000 with an average degree of substitution of 2.5. GPC molecular weight, a polymer with a number average GPC molecular weight of 47,000 (Eastmanke Michals Company, “SAMS-E”). It does not contain plasticizers. First, it turns into charcoal before it melts.
55重量部の酢酸セルロースが、45重量部のC−カプロラクトン(純粋な液体 、単に手による攪拌のみですぐにポリマーに吸収されるンと混合した。この混合 物は350°Fに予め加熱された開口した20−ルミルに設置した。カウンター 回転ミルを約10rpmで気密にセットし5た。5分以内で混合物は完全に混合 されたことを示す透明になる。混合物は、ミルから出されてシート状にされた。55 parts by weight of cellulose acetate were combined with 45 parts by weight of C-caprolactone (pure liquid The mixture was quickly absorbed into the polymer by simple manual stirring. This mixture The items were placed in an open 20-lumen preheated to 350°F. counter The rotary mill was set airtight at about 10 rpm. Mixture is fully mixed within 5 minutes It becomes transparent to show that it has been done. The mixture was rolled out of the mill and sheeted.
混合物は、液が滴ることなく幾分カプロラクトンが蒸発して、容易に溶融した。The mixture melted easily with some caprolactone evaporating without dripping.
上記溶融配合された製剤は、300°Fで圧縮成型され、約8から10m!1の 厚みの薄いフィルムが形成された。これらは、完全に無色、透明で、可塑したこ とを示すものである。フィルムは、柔軟で引き裂き抵抗性があり、手による加熱 、すなわち約37℃で容易に伸ばすことが可能であった。The above melt compounded formulation is compression molded at 300°F and approximately 8 to 10 m! 1 of A thin film was formed. They are completely colorless, transparent, and made of plastic. This shows that. The film is flexible, tear resistant and can be heated by hand That is, it could be easily stretched at about 37°C.
フィルムは、ASTM882により引っ張り特性用インストロンテスター(In stron tester)で評価し、結果を表2に示す。カプロラクトン含有 量は、TGAによる200℃における等温重量ロスにより、22.7重量%と推 定された。表2に示す、引っ張り強度、引っ張り応力、および伸び切断値は、パ ッケージの適用に有用とされる材料に類似しており、高密度ポリエチレンおよび ポリプロピレンのあるグレードにも類似している。The film was tested using an Instron tester (Instron tester) for tensile properties according to ASTM 882. The results are shown in Table 2. Contains caprolactone The amount is estimated to be 22.7% by weight due to isothermal weight loss at 200°C by TGA. established. The tensile strength, tensile stress, and elongation cut values shown in Table 2 are Similar to materials found useful in packaging applications, high-density polyethylene and It is also similar to certain grades of polypropylene.
叉嵐匹l この実施例は、5員環ラクトンの使用を示すものである。実施例2の方法が、カ プロラクトンの替わりに4−バレロラクトンを用いて、さらに同様の酢酸セルロ ースを用いて行なわれた。例えば、55部の酢酸セルロースが45部の4−バレ ロラクトンと手で混合し、350°Fで5分間、ミル−ロール化して、8から1 0m1lのフィルムに圧縮成型した。これは完全に透明で色がなかった。このフ ィルムは、靭性があり、゛強く、伸長FTQであり、しかも引き裂き抵抗性があ った。ラクトンのパーセント含有量は、TGAにより17.0%であった。弓1 つ張り力データは、表2に示す。特性は、成型してパッケージするのに使用され た結晶ポリプロピレンとほぼ同様のものである。Stormtrooper l This example demonstrates the use of a 5-membered ring lactone. The method of Example 2 Using 4-valerolactone instead of prolactone, the same cellulose acetate This was done using a For example, 55 parts of cellulose acetate is mixed with 45 parts of 4-barrel. Mix by hand with rolactone and mill-roll for 5 minutes at 350°F to 8 to 1 It was compression molded into a 0ml film. It was completely transparent and had no color. This frame The film is tough, strong, elongated FTQ, and tear resistant. It was. The percent lactone content was 17.0% by TGA. Bow 1 Tension data is shown in Table 2. Properties are used to mold and package It is almost the same as crystalline polypropylene.
寒施匹土 55重量部の、実施例2で使用されたのと同様の酢酸セルロース(粉状)が、4 5部の粒状で純粋なグリコリド、6員環、環状ジラクトンと攪拌した。混合物を 容易に350°Fでミルロールに溶融し、透明で條色のフィルムに圧縮成型した 。フィルムは、使用に際してその表面が霞み、これは、少量のグリコリドが表面 に粉状に現われたことを示している。TGAにより、グリコリドのパーセントは 、22.3パーセントであった。引っ張り特性を表2に示した。低密度ポリエチ レンとほぼ同様のものであった。cold soil 55 parts by weight of cellulose acetate (powder) similar to that used in Example 2 were Stir with 5 parts of granular pure glycolide, 6-membered ring, cyclic dilactone. mixture Easily melted into mill rolls at 350°F and compression molded into clear, brown films. . The surface of the film becomes hazy during use, which is due to the presence of small amounts of glycolide on the surface. This shows that it appeared in powder form. By TGA, the percentage of glycolide is , 22.3%. The tensile properties are shown in Table 2. low density polyethylene It was almost the same as Ren.
補正書の翻訳文の提出書(特許法第184条の8)平成5年11月J9日Submission of translation of written amendment (Article 184-8 of the Patent Law) November J9, 1993
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