JPH08188671A

JPH08188671A - 生分解性プラスチック成形品

Info

Publication number: JPH08188671A
Application number: JP31905294A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Kameyama; 弘和亀山; Yutaka Tokiwa; 豊常盤
Original assignee: CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU; CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU KENKYU KIKO; Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU; CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU KENKYU KIKO; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1996-07-23

Abstract

(57)【要約】【目的】機械的物性にすぐれた生分解性プラスチック
成形品を提供する。【構成】生分解性脂肪族ポリエステル系樹脂をマトリ
ックックス樹脂とし、そのマトリックス樹脂中に多価ア
ルコール２５〜４５重量％を含む糊化澱粉が、脂肪族系
ポリエステル樹脂と水溶性多価アルコール含有糊化澱粉
との総重量に対して３０〜９０重量％の割合で混合分散
した構造を有し、破壊強度が５００Ｎ/ｃｍ²以上で破壊
伸度が８０％以上であることを特徴とする生分解性プラ
スチック成形品。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生分解性プラスチック
成形品に関する。生分解性とは、微生物（細菌、菌類）
あるいは酵素の作用を受けて分解し、最終的に最初の形
状を残さないことを示す。

【０００２】

【従来の技術】プラスチックは、現在の日常生活で様々
な分野に利用され、欠かすことの出来ない材料となって
いる。しかしプラスチックの有する多くの利点が環境問
題上災いして、種々の問題を引き起こしている。一般的
な汎用プラスチックで生分解性を有しているものは、ほ
とんどなく、自然環境下で長期間安定である。自然環境
下において分解しないプラスチックが廃棄あるいは放置
されると、その形状がそのまま残り、環境汚染の原因に
なる。このようなプラスチックによる環境汚染の問題を
解決するため、石油系プラスチックに代わる新しい生分
解性プラスチックを開発する試みが数多くなされてお
り、例えば、特開平６−４９２７６号公報には、糊化澱
粉と脂肪族ポリエステルを含む生分解性プラスチックが
開示されている。このプラスチックは、澱粉と脂肪族ポ
リエステルを、その澱粉（乾燥物基準）に対して１〜４
５重量％の水の存在下で溶融混練し、得られた溶融混練
物を、式１００＞η（Ｂ）／η（Ａ）≧０．８ η（Ａ）≧６００（前記記式中、η（Ａ）は押し出し温度での脂肪族ポリ
エステル系樹脂の粘度（ポイズ）を示し、η（Ｂ）は押
し出し温度での澱粉の粘度（ポイズ）を示す）を満足す
る条件で押出し成形することによって製造される。しか
し、このようにして得られるプラスチックは、生分解性
においてはすぐれているものの、機械的物性においては
未だ満足し得るものではない。また、前記従来法により
生分解性プラスチックを製造する場合、η（Ｂ）／η
（Ａ）を０．８以上にする必要があり、糊化澱粉の粘度
を比較的高く保持することが必要とされる。従って、こ
の従来法では適用される澱粉の種類が大きく制約される
という問題もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、機械的物性
にすぐれた生分解性プラスチック成形品を提供すること
をその課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を行った結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、生分解性脂肪族ポリ
エステル系樹脂をマトリックックス樹脂とし、そのマト
リックス樹脂中に多価アルコール２５〜４５重量％を含
む糊化澱粉が、脂肪族系ポリエステル樹脂と水溶性多価
アルコール含有糊化澱粉との総重量に対して３０〜９０
重量％の割合で混合分散した構造を有し、破壊強度が５
００Ｎ/ｃｍ²以上で破壊伸度が８０％以上であることを
特徴とする生分解性プラスチック成形品が提供される。

【０００５】本明細書において用いる「澱粉」という用
語は、一般に天然又は植物起源のアミロース及び／又は
アミロペクチンを含有する物質を意味する。このような
澱粉としては、例えば、馬鈴薯澱粉、玉蜀黍澱粉、小麦
澱粉、タピオカ澱粉、米澱粉、甘藷澱粉、サゴ澱粉、ワ
キシーコンス、ハイアミロースコンス、小麦粉、米粉等
の他、水分を含む澱粉をそのガラス転移点及び融解温度
より高い温度に加熱した構造変性澱粉（ＥＰ０３２７５
０５Ａ７）等を挙げることができる。糊化澱粉という
用語は、一般に言う、水中で糊化温度以上で糊化した澱
粉又はその変性体を包含することはもちろんであるが、
水分の非常に少ない状態で、澱粉顆粒の構造破壊が起こ
った澱粉をも包含するものである。

【０００６】本発明で用いる生分解性脂肪族ポリエステ
ル系樹脂としては、従来公知のもの、例えば、ポリエチ
レンアジペート、ポリエチレンスベレート、ポリエチレ
ンレンアゼレート、ポリエチレンデカメチレート、ポリ
テトラメチレンサクシネート、ポリテトラメチレンアジ
ペート、ポリプロピオラクトン、ポリカプロラクトン、
それらの脂肪族ポリエステル系樹脂にポリアミドをブロ
ック的に共重合させたもの等が挙げられるが、これに限
定されるものではない。このような脂肪族ポリエステル
系樹脂の中でポリカプロラクトンは物性も優れており、
しかも高分子量のものも容易に得られ、かつ比較的安価
であり、現在市場で商品化されており好ましいものであ
る。本発明で用いる脂肪族ポリエステル系樹脂の融点
は、４５〜１３０℃、好ましくは５０〜１２０℃である
が、その融点が低すぎると、成形後、常温においても熱
による変形が起り、使用上好ましくない。一方、その融
点が高すぎると、成形時における水分の蒸発による発泡
が著しくなり、その充分な脱気が難しく、成形物中の発
泡を完全に除去することが困難になる。

【０００７】本発明で用いる水溶性多価アルコールとし
ては、沸点１８０℃以上、好ましくは２００℃以上の液
体、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコー
ル、グリセリン、ポリグリセリン、ソルビトール、ペン
タエリスリトール、分子量２００〜４０００のポリエチ
レングリコール、ポリプロピレングリコール等が挙げら
れる。このような多価アルコールは、澱粉の糊化に関与
しており、澱粉糊化を促進させるとともに、糊化澱粉の
老化による粘度上昇を抑制し、さらに、プラスチックの
機械的物性を向上させる。

【０００８】本発明のプラスチックは、糊化澱粉と脂肪
族ポリエステル系樹脂と水溶性多価アルコールからなる
ものであるが、このプラスチックにおいて、脂肪族ポリ
エステル系樹脂の含有量は３０〜９０重量％、好ましく
は４０〜６０重量％であり、水溶性多価アルコールを含
む糊化澱粉の含有量は１０〜７０重量％、好ましくは４
０〜６０重量％である。また、多価アルコールの含有割
合は、糊化澱粉と多価アルコールとの総重量に対し、２
５〜４５重量％、好ましくは３０〜４０重量％である。
本発明のプラスチック成形品は、水分を含有するが、そ
の水分量は、その製造時に添加した水分量の７０〜９５
重量％、特に８０〜９０重量％程度である。

【０００９】本発明のプラスチックを得るには、未糊化
粒子澱粉又は糊化澱粉と、生分解性脂肪族ポリエステル
系樹脂と、多価アルコールとを、水の存在下で、その脂
肪族ポリエステル系樹脂の融点以上の温度で溶融混練す
る。この溶融混練系に存在させる水の量は、澱粉と多価
アルコールと水との総重量に対し、２０〜３０重量％で
ある。未糊化澱粉を原科澱粉として用いる場合には、こ
の混練により、澱粉の糊化が起こり、澱粉粒子は溶融状
態で脂肪族ポリエステル系樹脂と均一に混合する。次
に、この溶融混練物を、ペレット状、シート状、フィル
ム状、容器状等の任意の形状に成形する。混練系に存在
させる水分は、あらかじめ未糊化澱粉又は糊化澱粉に含
有させて混練系に供給し得る他、混練に際して外部から
供給することができる。

【００１０】本発明のプラスチックの製造においては、
押出機を用いて、未糊化澱粉の糊化と、混練と成形を同
時に行ってプラスチック成形品とすることができる。こ
の場合、水や多価アルコールは、その少なくとも一部を
押出機のフィード部や中間部において、ポンプやサイド
フィーダ等で供給することができる。この場合、混練系
における総水分量は、澱粉と水と多価アルコールの総重
量に対して２０〜３０重量％であるが、水分が少なすぎ
ると、押出機中においてももはや糊状にはならず、多す
ぎると澱粉がスラリー状となってしまい、押出機中で糊
化させることが非常に困難となるので好ましくない。本
発明において好ましく用いる脂肪族ポリエステル系樹脂
は、ポリカプロラクトンである。このポリカプロラクト
ンを用いる場合、その混練温度は７０〜１３０℃、好ま
しくは８０〜ｌｌ０℃である。

【００１１】押出機内で形成された溶融混練物は、次式０．８＞η（Ｂ）／η（Ａ）＞０．０５（前記式中、η（Ａ）は押出し温度での粘度（ポイズを
示す）を示し、η（Ｂ）は押出し温度での糊化澱粉溶液
の粘度（ポイズを示す）を満足する条件で押出機先端の
ダイスから押出すことによって得ることができる。本発
明のプラスチック成形品は、脂肪族ポリエステル系樹脂
がマトリックスとなり、そのマトリックス樹脂中に多価
アルコール含有糊化澱粉が分散した構造を有するもの
で、耐水性の悪い糊化澱粉が耐水性の良好な脂肪族ポリ
エステル系樹脂によって覆われているため、耐水性の悪
い糊化澱粉を含むにもかかわらず、良好な耐水性を有す
る。また、本発明のプラスチック成形品は、多価アルコ
ール含有糊化澱粉中の多価のアルコール含有量が２５〜
４５重量％と高く、かつ脂肪族系ポリエステル系樹脂と
多価アルコール含有糊化澱粉との総重量に対する脂肪族
ポリエステル系樹脂の割合が３０重量％以上と高いこと
から、機械的物性においても非常にすぐれている。本発
明のプラスチック成形品は、５００Ｎ/ｃｍ²以上、特に
１０００Ｎ/ｃｍ²以上、さらには１８００Ｎ/ｃｍ²以上
の破壊強度を有するとともに、８０％以上、特に２００
％以上、さらには５２０％以上の破壊伸度を有する。本
発明のプラスチック成形品には、必要に応じ、慣用の添
加剤、例えば、殺菌剤、除草剤、着色剤、酸化防止剤等
を適量添加することができる。

【００１２】

【発明の効果】本発明のプラスチック成形品は、完全生
分解性を示すもので、生分解によってその体積を著しく
減少させることが出来る。従って、本発明の成形品を用
いることによって、プラスチック廃棄物処理上の問題を
解決することが出来る。本発明のプラスチック成形品
は、使用後、粉砕するか又はそのまま土中に埋設した
り、水中に投入することにより廃棄処理することが出来
る。本発明の成形品は、ペレット、フィルム、シート、
板体、容器、発泡体等の各種の形状の成形品であること
ができる。また、ペレットやシート等は、これを通常の
熱成形法により二次成形することができる。本発明の成
形品は、ケース、ボトル、容器などのディスポーザブル
包装用材料などの日用品、温室ハウス用フィルム、地表
被覆用フィルム、苗木用ポット、肥料用袋、徐放性農薬
材料、などの農業材料、レジャーバック、釣用品包装材
料等のレジャー用品及びドラッグデリバリーシステム材
料等として有利に用いられる。

【００１３】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
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。なお、以下において示す％は重量％を示す。

【００１４】実施例１ニーダー中に粒状のコーンスターチ（水分１３．２％）
９２１７ｇをいれ、水２７７８ｇの噴霧とグリセリン３
９９８ｇを加え（総重量当たりの総水分量２５．０％、
グリセリン２５．０％）で約１時間混合した後、ボリカ
プロラクトン５９９５ｇを加え（糊化澱粉の乾燥体及び
グリセリンに対し５０％）で約３０分間混合した。この
混合物を二軸押出機のホッパー部に投入しフィード速度
ｌ０．０Ｋｇ／ｈｒ、スクリュウ回転数ｌｌ０ｒｐｍ、
バレルの温度勾配３０−８０−９５℃、Ｔダイを用い
て、押し出した。この場合押出温度９５℃でのη（Ａ）
は１３０００ポイズ、η（Ｂ）７３００ポイズであり、
η（Ｂ）／η（Ａ）は０．５６であった。得られたフィ
ルムは気泡が全くなく、均一なものであった。また、フ
ィルム中のポリエステル含有量は３４％であった。な
お、この場合のポリエステル含有量は、フィルム中から
水分を差引いた絶乾基準での％である。

【００１５】実施例２〜５実施例１におけるポリカプロラクトンの量を次表の通り
変化させて同様の操作を行った。得られたフィルムは気
泡を全く有さず、均一なものであった。η（Ｂ）／η
（Ａ）との関連で次表に示す。

【００１６】

【表１】実施例添加ポリカプロラクトン量（ｇ）（％） η（Ｂ）／η（Ａ）２７１９４（３７％）０．５６３８３９３（４１％）０．５６４９５９２（４５％）０．５６５１０７９１（４７％）０．５６

【００１７】実施例６ニーダー中に粒状のサゴ澱粉（水分１３．４％）９２１
７ｇをいれ、水２７５０ｇの噴霧とグリセリン３９８９
ｇを加え（総重量当たりの総水分量２５．０％、グリセ
リン２５．０％）約１時間混合した後、ポリカプロラク
トン５９８３ｇを加え（糊化澱粉の乾燥体及びグリセリ
ンに対し５０％）約３０分間混合した．この混合物を二
軸押出機のホッパー部に投入しフィード速度ｌ０．０Ｋ
ｇ／ｈｒ、スクリュー回転数ｌｌ０ｒｐｍ、バレルの温
度勾配３０−８０−９５℃、Ｔダイを用いて押し出し
た。この場合押出温度９５℃でのη（Ａ）は１３０００
ポイズ、η（Ｂ）は９５００ポイズであり、η（Ｂ）／
η（Ａ）は０．７３であった。得られたフィルは気泡が
全くなく、均一なものであった。

【００１８】比較例１ニーダー中に粒状のコーンスターチ（水分１３．２％）
９２１７ｇをいれ、水３０９１ｇを噴霧（総重量当たり
の総水分量３５．０％）約１時間混合した後、二軸押出
機のポッパー部に投入しフィード速度ｌ０．０Ｋｇ／ｈ
ｒ、スクリュウ回転数１０ｒｐｍ、バレルの温度勾配３
０−８０−９５℃、Ｔダイを用いて押し出した。得られ
たフィルムには気泡が全くなく、均一なものであった。

【００１９】実施例７（物性試験）実施例１〜６、比較例１において調製した
フィルムを約０．５ｍｍの厚さのＪＩＳ規格２号のダン
ベル片にし、引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行
い機械的物性を測定した。その結果を表２に示す。

【００２０】

【表２】フィルム番号破壊強度（Ｎ/ｃｍ²）破壊伸度（％）実施例１７８３８７実施例２８６０２２６実施例３１９１５５４３実施例４２０８４５２８実施例５３０２７６３０実施例６５１１８５比較例１３０１１２表２からも明らかなように、本発明フィルムは全て良好
な機械的物性を有している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者常盤豊茨城県つくば市東１丁目１番３号工業技術院生命工学工業技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生分解性脂肪族ポリエステル系樹脂をマ
トリックックス樹脂とし、そのマトリックス樹脂中に多
価アルコール２５〜４５重量％を含む糊化澱粉が、脂肪
族ポリエステル系樹脂と水溶性多価アルコール含有糊化
澱粉の総重量に対して３０〜９０重量％の割合で混合分
散した構造を有し、破壊強度が５００Ｎ/ｃｍ²以上で破
壊伸度が８０％以上であることを特徴とする生分解性プ
ラスチック成形品。