TWI840161B - 生物降解性樹脂降解促進劑、生物降解性樹脂組成物、成形體及生物降解性樹脂的降解方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種提高生物降解性樹脂的生物降解性的生物降解性促進劑。具體而言，一種生物降解性樹脂降解促進劑，為具有下述通式（A）所表示的重複單元以及下述通式（G）所表示的重複單元的聚酯、或具有下述通式（L）所表示的重複單元、下述通式（A）所表示的重複單元以及下述通式（G）所表示的重複單元的聚酯，且為於至少一個末端具有羧基的聚酯。
Description
本發明是有關於一種生物降解性樹脂降解促進劑、生物降解性樹脂組成物、成形體及生物降解性樹脂的降解方法。
氯乙烯樹脂(聚氯乙烯(polyvinyl chloride，PVC))等通用塑膠用於廣泛的用途，但該通用塑膠不易降解，因此就近年來重視「可持續性」的觀點而言，出現自通用塑膠更換為生物降解性樹脂的動向。
所謂生物降解性樹脂，是指藉由存在於土壤中、水中、海洋中等的微生物的作用而最終能夠降解成二氧化碳與水的樹脂，已知一般需要幾個月~幾年的時間進行生物降解。
零售業中利用的通用塑膠製一次性容器等商品週期極短，因此於將一次性容器的原料自通用塑膠更換為生物降解性樹脂的情況下，對於該生物降解性樹脂的生物降解性，要求更短的降解週期。
生物降解性樹脂的降解可藉由置於高溫多濕的環境下而促進，但為了進一步促進生物降解性，開發了提高生物降解性樹脂的生物降解性的添加劑(例如專利文獻1-專利文獻2)。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2022-21326號公報
[專利文獻1]日本專利特開2006-52257號公報
專利文獻1揭示了含有木糖的生物降解性促進劑，專利文獻2揭示了二元酸酯(利用醇將二元酸的兩末端封端的酯化合物)作為聚乳酸降解促進劑，但均不可謂生物降解性促進效果充分。
本發明所欲解決之課題在於提供一種提高生物降解性樹脂的生物降解性的生物降解性促進劑。
本發明所欲解決之另一課題在於提供一種生物降解性提高的生物降解性樹脂組成物及其成形體。
本發明所欲解決之另一課題在於提供一種可於更短的時間內將生物降解性樹脂降解的生物降解性樹脂的降解方法。
本發明者等人為了解決所述課題進行了努力研究，結果發現，藉由將特定結構的聚酯添加至生物降解性樹脂中，可提高生物降解性樹脂的生物降解性，從而完成了本發明。
藉由本發明，可提供以下的生物降解性樹脂降解促進劑等。
1.一種生物降解性樹脂降解促進劑，為具有下述通式(A)所
表示的重複單元以及下述通式(G)所表示的重複單元的聚酯、或具有下述通式(L)所表示的重複單元、下述通式(A)所表示的重複單元以及下述通式(G)所表示的重複單元的聚酯，且為於至少一個末端具有羧基的聚酯。
(所述通式(A)、通式(G)及通式(L)中，A為碳原子數0~12的脂肪族二元酸殘基或碳原子數5~15的芳香族二元酸殘基，G為碳原子數2~12的脂肪族二醇殘基，L為碳原子數2~18的羥基羧酸殘基)
2.如1所述的生物降解性樹脂降解促進劑，其中，所述聚酯為下述通式(1)所表示的聚酯及/或下述通式(2)所表示的聚酯。
[化4]
(所述通式(1)及通式(2)中，A1、A2及A3分別獨立地為碳原子數0~12的脂肪族二元酸殘基或碳原子數5~15的芳香族二元酸殘基，G1及G2分別獨立地為碳原子數2~12的脂肪族二醇殘基，n表示重複數，為0~20的範圍的整數；其中，對於由括號括起來的每一重複單元，A1及G1分別可相同，亦可不同)
3.如1或2所述的生物降解性樹脂降解促進劑，其中，所述碳原子數2~12的脂肪族二醇殘基為碳原子數2~12的直鏈的脂肪族二醇殘基。
4.如1至3中任一項所述的生物降解性樹脂降解促進劑，其中，所述聚酯於室溫下為固體。
5.如1至4中任一項所述的生物降解性樹脂降解促進劑，其中，所述聚酯的酸價為25以上。
6.如1至5中任一項所述的生物降解性樹脂降解促進劑，其中，所述聚酯的數量平均分子量為300~5,000的範圍。
7.一種生物降解性樹脂組成物，含有：生物降解性樹脂、以及如1至6中任一項所述的生物降解性樹脂降解促進劑。
8.如7所述的生物降解性樹脂組成物，其中，所述生物降解性樹脂為選自由聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸己二酸丁二醇酯、聚羥基丁酸-羥基己酸酯、聚己二酸丁二酸丁二醇酯及聚丁二酸對苯二甲酸乙二酯所組成的群組中的一種以上。
9.如7或8所述的生物降解性樹脂組成物，其中，相對於所述生物降解性樹脂100質量份而含有1質量份~250質量份的所述生物降解性樹脂降解促進劑。
10.一種成形體，為如7至9中任一項所述的生物降解性樹脂組成物的成形體。
11.一種生物降解性樹脂的降解方法，於生物降解性樹脂中添加如1至6中任一項所述的生物降解性樹脂降解促進劑。
根據本發明，可提供一種提高生物降解性樹脂的生物降解性的生物降解性促進劑。
根據本發明，可提供一種生物降解性提高的生物降解性樹脂組成物及其成形體。
根據本發明，可提供一種可於更短的時間內將生物降解性樹脂降解的生物降解性樹脂的降解方法。
以下，對本發明的一實施方式進行說明。本發明並不限定於以下的實施方式，可於不損害本發明的效果的範圍內適當加以變更來實施。
[生物降解性樹脂降解促進劑]
本發明的生物降解性樹脂降解促進劑為具有下述通式(A)所表示的重複單元以及下述通式(G)所表示的重複單元的聚酯、或具有下述通式(L)所表示的重複單元、下述通式(A)所表示的重複單元以及下述通式(G)所表示的重複單元的聚酯，且為於至少一個末端具有羧基的聚酯。
(所述通式(A)、通式(G)及通式(L)中，A為碳原子數0~12的脂肪族二元酸殘基或碳原子數5~15的芳香族二元酸殘基，G為碳原子數2~12的脂肪族二醇殘基，L為碳原子數2~18的羥基羧酸殘基)
可推測為，作為本發明的生物降解性樹脂降解促進劑的聚酯(以下，有時稱為「本發明的聚酯」)藉由聚酯自身作為酸觸媒而發揮功能從而可促進生物降解性樹脂的降解。
本發明的聚酯的聚合形式並無特別限定，可為包含所述重複單元的無規共聚物，亦可為包含所述重複單元的嵌段共聚物。
本發明的聚酯更佳為下述通式(1)所表示的聚酯及/或下述通式(2)所表示的聚酯。
(所述通式(1)及通式(2)中，A1、A2及A3分別獨立地為碳原子數0~12的脂肪族二元酸殘基或碳原子數5~15的芳香族二元酸殘基，G1及G2分別獨立地為碳原子數2~12的脂肪族二醇殘基，n表示重複數，為0~20的範圍的整數；其中，對於由括號括起來的每一重複單元，A1及G1分別可相同，亦可不同)
於本發明中，所謂「二元酸殘基」，是指自二元酸中去除鹼酸官能基後的有機基。例如，於二元酸殘基為二羧酸殘基的情況下，所謂所述二羧酸殘基，表示去除二羧酸所具有的羧基後的剩餘的有機基。對於二羧酸殘基的碳原子數，設為不包含羧基中的碳原子。因此，例如草酸殘基為碳原子數0的二羧酸殘基，於為草酸殘基的情況下，A1、A2及A3為單鍵。
於本發明中，所謂「二醇殘基」，表示自二醇中去除羥基後的剩餘的有機基。
於本發明中，所謂「羥基羧酸殘基」，表示自羥基羧酸中分別去除羥基及羧基後的剩餘的有機基。對於羥基羧酸殘基的碳原子數，設為不包含羧基中的碳原子。
A、A1、A2及A3的碳原子數0~12的脂肪族二元酸殘基亦可包含脂環結構及/或醚鍵(-O-)。
A、A1、A2及A3的碳原子數0~12的脂肪族二元酸殘基較佳為碳原子數0~12的脂肪族二羧酸殘基，作為該碳原子數0~12的脂肪族二羧酸殘基，可列舉：草酸殘基、丁二酸殘基、己二酸殘基、馬來酸殘基、庚二酸殘基、辛二酸殘基、壬二酸殘基、癸二酸殘基、環己烷二羧酸殘基、十二烷二羧酸殘基、六氫鄰苯二甲酸殘基等。
A、A1、A2及A3的碳原子數0~12的脂肪族二元酸殘基較佳為碳原子數2~12的脂肪族二羧酸殘基，更佳為碳原子數2~10的脂肪族二羧酸殘基，進而佳為丁二酸殘基、癸二酸殘基、
馬來酸殘基、己二酸殘基，特佳為丁二酸殘基、癸二酸殘基、馬來酸殘基。
A、A1、A2及A3的碳原子數5~15的芳香族二元酸殘基的芳香環亦包含將芳香環的一部分碳原子置換為雜原子的芳香環。作為將芳香環的一部分碳原子置換為雜原子的芳香環，可列舉：呋喃環、咪唑環、噁唑環等。
A、A1、A2及A3的碳原子數5~15的芳香族二元酸殘基較佳為碳原子數6~15的芳香族二羧酸殘基，作為具體例，可列舉鄰苯二甲酸殘基、呋喃二羧酸殘基。
A、A1、A2及A3較佳為碳原子數2~12的脂肪族二元酸殘基，更佳為碳原子數2~12的脂肪族二羧酸殘基，進而佳為碳原子數2~10的脂肪族二羧酸殘基。
於A1、A2及A3中，較佳為A1及A2相互不同及/或A1及A3相互不同。
作為G、G1及G2的碳原子數2~12的脂肪族二醇殘基，可列舉：乙二醇殘基、1,2-丙二醇(1,2-propylene glycol)殘基、1,3-丙二醇殘基、1,2-丙二醇(1,2-propanediol)殘基、1,3-丙二醇殘基、1,2-丁二醇殘基、1,3-丁二醇殘基、2-甲基-1,3-丙二醇殘基、1,4-丁二醇殘基、1,5-戊二醇殘基、2,2-二甲基-1,3-丙二醇(新戊二醇)殘基、2,2-二乙基-1,3-丙二醇(3,3-二羥甲基戊烷)殘基、2-正丁基-2-乙基-1,3-丙二醇(3,3-二羥甲基庚烷)殘基、3-甲基-1,5-戊二醇殘基、1,6-己二醇殘基、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇殘基、2-
乙基-1,3-己二醇殘基、2-甲基-1,8-辛二醇殘基、1,9-壬二醇殘基等。
G、G1及G2的碳原子數2~12的脂肪族二醇殘基亦可包含脂環結構及/或醚鍵(-O-)。
作為所述包含脂環結構的碳原子數2~12的脂肪族二醇殘基，例如可列舉：1,3-環戊二醇殘基、1,2-環己二醇殘基、1,3-環己二醇殘基、1,4-環己二醇殘基、1,2-環己烷二甲醇殘基、1,4-環己烷二甲醇殘基等。
作為所述包含醚鍵的碳原子數2~12的脂肪族二醇殘基，例如可列舉：二乙二醇殘基、三乙二醇殘基、四乙二醇殘基、二丙二醇殘基、三丙二醇殘基等。
G、G1及G2的碳原子數2~12的脂肪族二醇殘基較佳為碳原子數3~8的脂肪族二醇殘基，更佳為乙二醇殘基、二乙二醇殘基、1,3-丙二醇、1,6-己二醇或1,4-丁二醇。
G、G1及G2可藉由設為直鏈的脂肪族二醇殘基來提高與生物降解性樹脂的相容性。
作為L的碳原子數2~18的羥基羧酸殘基，可列舉於丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、癸酸、辛酸、十一酸、月桂酸、十三酸、肉豆蔻酸、十五酸、棕櫚酸、十七酸、硬脂酸等碳原子數3~19的脂肪族羧酸的脂肪鏈上取代了一個羥基的羥基羧酸的殘基，作為具體例，可列舉：乳酸殘基、9-羥基硬脂酸殘基、12-羥基硬脂酸殘基、6-羥基己酸殘基等。
L的碳原子數2~18的羥基羧酸殘基較佳為碳原子數4
~18的脂肪族羥基羧酸殘基，更佳為12-羥基硬脂酸殘基。
n的重複數為0~20的範圍的整數，較佳為1~20的範圍的整數，更佳為3~20的範圍的整數，進而佳為5~20的範圍的整數。
本發明的聚酯的數量平均分子量(Mn)例如為100~6,000的範圍，較佳為300~5,000的範圍，更佳為600~5,000的範圍，進而佳為800~5,000的範圍，特佳為1,000~5,000的範圍。
所述數量平均分子量(Mn)是基於凝膠滲透層析法(gel permeation chromatography，GPC)測定並進行聚苯乙烯換算而得的值，藉由實施例中記載的方法進行測定。
本發明的聚酯的酸價例如為25以上，較佳為按照27以上、30以上、40以上、50以上、超過50的順序。
本發明的聚酯的酸價的上限並無特別限制，例如為400以下，較佳為按照250以下、200以下、150以下、120以下、100以下、95以下的順序。
所述聚酯的酸價藉由實施例中記載的方法進行確認。
本發明的聚酯的羥基價例如只要為0以上即可，較佳為10~200的範圍，更佳為20~150的範圍，進而佳為30~120的範圍。
所述聚酯的羥基價藉由實施例中記載的方法進行確認。
本發明的聚酯的性狀根據數量平均分子量或組成等而不同，但通常於室溫(25℃)下為液體、固體、糊狀等，較佳為
於室溫(25℃)下為固體或液體，更佳為於室溫(25℃)下為固體。
本發明的聚酯是使用包含脂肪族二元酸及/或芳香族二元酸、脂肪族二醇、以及任意的羥基羧酸的反應原料而獲得。此處，所謂反應原料，是指構成本發明的聚酯的原料，是指不包含未構成聚酯的溶媒或觸媒。另外，所謂「任意的羥基羧酸」，是指可使用羥基羧酸，亦可不使用羥基羧酸。
本發明的聚酯的製造方法並無特別限定，可藉由公知的方法來製造，可藉由後述的製造方法來製造。
本發明的聚酯的反應原料只要包含脂肪族二元酸及/或芳香族二元酸、脂肪族二醇、以及任意的羥基羧酸即可，亦可包含其他原料。
相對於反應原料的總量，本發明的聚酯的反應原料較佳為90質量%以上為脂肪族二元酸及/或芳香族二元酸、脂肪族二醇、以及任意的羥基羧酸，更佳為僅由脂肪族二元酸及/或芳香族二元酸、脂肪族二醇、以及任意的羥基羧酸構成。
本發明的聚酯的製造中使用的脂肪族二元酸是與A、A1、A2及A3的碳原子數2~12的脂肪族二元酸殘基對應的脂肪族二元酸，所使用的脂肪族二元酸可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。
本發明的聚酯的製造中使用的芳香族二元酸是與A、A1、A2及A3的碳原子數5~15的芳香族二元酸殘基對應的芳香族二元
酸，所使用的芳香族二元酸可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。
本發明的聚酯的製造中使用的脂肪族二醇是與G、G1及G2的碳原子數2~12的脂肪族二醇殘基對應的脂肪族二醇，所使用的脂肪族二醇可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。
本發明的聚酯的製造中使用的羥基羧酸是與L的碳原子數2~18的羥基羧酸殘基對應的羥基羧酸，所使用的羥基羧酸可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。
所使用的反應原料亦包含所述酯化物、所述醯氯化物、所述酸酐等衍生物。例如，羥基羧酸亦包含ε-己內酯等具有內酯結構的化合物。
本發明的聚酯可藉由使構成本發明的聚酯的各殘基的脂肪族二元酸及/或芳香族二元酸、脂肪族二醇、以及任意的羥基羧酸於反應原料中所含的羧基的當量與羥基的當量同量或較其多的條件下反應而製造。
本發明的聚酯亦可藉由如下方式而製造：使構成本發明的聚酯的各殘基的脂肪族二元酸及/或芳香族二元酸、脂肪族二醇、以及任意的羥基羧酸於反應原料中所含的羥基的當量較羧基的當量多的條件下反應而獲得於主鏈的末端具有羥基的聚酯，然後使所獲得的聚酯進一步與脂肪族二元酸及/或芳香族二元酸反應。
本發明的聚酯較佳為將如下脂肪族二元酸以及脂肪族二醇設為反應原料的聚酯，所述脂肪族二元酸為選自由丁二酸、癸二酸、馬來酸及己二酸所組成的群組中的一種以上，所述脂肪
族二醇為選自乙二醇、二乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2,2-二乙基-1,3-丙二醇、2-正丁基-2-乙基-1,3-丙二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,6-己二醇、環己烷二甲醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、2-乙基-1,3-己二醇、2-甲基-1,8-辛二醇、1,9-壬二醇中的一種以上。
本發明的聚酯更佳為將如下脂肪族二元酸以及脂肪族二醇設為反應原料的聚酯，所述脂肪族二元酸為選自由丁二酸及癸二酸所組成的群組中的一種以上，所述脂肪族二醇為選自乙二醇、二乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,6-己二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,4-丁二醇及1,3-丁二醇中的一種以上。
該些反應原料均可設為源自生物質，可將所獲得的聚酯設為生物質度100%的聚酯。就可持續性(sustainability)的觀點而言，較佳為生物降解性樹脂使用生物質度100%的聚酯。
於本發明的聚酯的製造中，所述反應原料的反應可視需要於酯化觸媒的存在下，例如於180℃~250℃的溫度範圍內於10小時~25小時的範圍內進行酯化反應。
再者，酯化反應的溫度、時間等的條件並無特別限定，可適宜設定。
作為所述酯化觸媒，例如可列舉：四異丙基鈦酸酯、四丁基鈦酸酯等的鈦系觸媒；乙酸鋅等的鋅系觸媒；二丁基錫氧化物等的錫系觸媒；對甲苯磺酸等的有機磺酸系觸媒等。
所述酯化觸媒的使用量只要適宜設定即可，但通常相對於反應原料的總量100質量份，而於0.001質量份~0.1質量份的範圍內使用。
[生物降解性樹脂組成物]
本發明的生物降解性樹脂組成物含有本發明的生物降解性樹脂降解促進劑以及生物降解性樹脂。藉由生物降解性樹脂組成物含有本發明的生物降解性樹脂降解促進劑，可進一步促進生物降解性樹脂的降解。
另外，本發明的生物降解性樹脂降解促進劑亦可作為生物降解性樹脂的塑化劑發揮功能，即使不使用例如苯甲酸酯、鄰苯二甲酸酯、均苯四甲酸酯等先前的塑化劑，本發明的生物降解性樹脂組成物亦可製造成形品。
本發明的生物降解性樹脂降解促進劑的含量並無特別限定，例如相對於生物降解性樹脂100質量份而為生物降解性樹脂降解促進劑1質量份~250質量份的範圍，較佳為1質量份~50質量份的範圍，更佳為1質量份~30質量份的範圍。
作為本發明的生物降解性樹脂組成物所含有的生物降解性樹脂，可列舉：聚乳酸(polylactic acid，PLA)、聚丁二酸乙二酯(polyethylene succinate，PES)、聚丁二酸對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate-succinate，PETS)、聚丁二酸丁二醇酯(polybutylene succinate，PBS)、聚對苯二甲酸己二酸丁二醇酯(polybutylene adipate-terephthalate，PBAT)、聚對苯二甲酸己二
酸乙二酯(polyethylene adipate-terephthalate，PEAT)、聚對苯二甲酸丁二酸丁二醇酯(polybutylene succinate-terephthalate，PBST)、聚對苯二甲酸丁二酸乙二酯(polyethylene succinate-terephthalate，PEST)、聚己二酸丁二酸丁二醇酯(polybutylene succinate-adipate，PBSA)、聚碳酸丁二酸丁二醇酯(polybutylene succinate-carbonate，PEC)、聚對苯二甲酸己二酸丁二酸丁二醇酯(polybutylene succinate-adipate-terephthalate，PBSAT)、聚對苯二甲酸己二酸丁二酸乙二酯(polyethylene succinate-adipate-terephthalate，PESAT)、聚對苯二甲酸己二酸四亞甲基酯(polytetramethylene adipate-terephthalate，PTMAT)、聚羥基丁酸酯(polyhydroxyl butyrate，PHB)、聚羥基丁酸-羥基己酸酯(polyhydroxyl butyrate-hydroxyl hexanoate，PHBH)、聚己內酯(polycaprolactone，PCL)、聚己內酯-丁二酸丁二醇酯(polycaprolactone-butylene succinate，PCLBS)、乙酸纖維素等。
所使用的生物降解性樹脂只要根據目標用途進行決定即可，可單獨使用一種所述生物降解性樹脂，亦可併用兩種以上。
生物降解性樹脂較佳為選自由聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸己二酸丁二醇酯、聚羥基丁酸-羥基己酸酯、聚己二酸丁二酸丁二醇酯及聚丁二酸對苯二甲酸乙二酯所組成的群組中的一種以上。
本發明的生物降解性樹脂組成物亦可含有無機填料。
作為本發明的生物降解性樹脂組成物所含有的無機填料，並
無特別限定，例如可列舉：碳酸鈣、滑石、二氧化矽、氧化鋁、黏土、氧化銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂、水滑石、矽酸鈣、氧化鎂、鈦酸鉀、鈦酸鋇、氧化鈦、氧化鈣、二氧化錳，氮化硼、氮化鋁等。
所述無機填料可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。
所述無機填料較佳為選自由碳酸鈣、二氧化矽、氧化鋁、氫氧化鋁、鈦酸鋇、滑石、氮化硼及氮化鋁所組成的群組中的一種以上，更佳為選自由碳酸鈣、氧化鋁、氫氧化鋁、滑石所組成的群組中的一種以上。
所述無機填料的粒徑、纖維長度、纖維直徑等形狀並無特別限定，可根據目標用途適宜調整。另外，所述無機填料的表面處理狀態亦並無特別限定，亦可根據目標用途利用例如飽和脂肪酸等進行表面修飾。
所述無機填料的含量相對於生物降解性樹脂100質量份而例如為1質量份~200質量份的範圍，亦可設為1質量份~100質量份的範圍、5質量份~70質量份的範圍、10質量份~60質量份的範圍或15質量份~55質量份的範圍。
如上所述，本發明的生物降解性樹脂降解促進劑亦可作為塑化劑發揮功能，但本發明的生物降解性樹脂組成物亦可更含有本發明的生物降解性樹脂降解促進劑以外的塑化劑。
作為所述塑化劑，例如可列舉：二乙二醇二苯甲酸酯等苯甲酸酯；鄰苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate，DBP)、鄰苯二甲酸
二-2-乙基己酯(di-2-ethylhexyl phthalate，DOP)、鄰苯二甲酸二異壬酯(diisononyl phthalate，DINP)、鄰苯二甲酸二異癸酯(diisodecyl phthalate，DIDP)、雙十一烷基鄰苯二甲酸酯(diundecyl phthalate，DUP)、二-十三烷基鄰苯二甲酸酯(ditridecyl phthalate，DTDP)等鄰苯二甲酸酯；對苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(bis(2-ethylhexyl)terephthalate，DOTP)等對苯二甲酸酯；間苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(bis(2-ethylhexyl)isophthalate，DOIP)等間苯二甲酸酯；均苯四甲酸四-2-乙基己酯(tetra-2-ethylhexyl pyromellitate，TOPM)等均苯四酸酯；己二酸二-2-乙基己酯(di-2-ethylhexyl adipate，DOA)、己二酸二異壬酯(diisononyl adipate，DINA)、己二酸二異癸酯(diisodecyl adipate，DIDA)、癸二酸二-2-乙基己酯(di-2-ethylhexyl sebacate，DOS)、癸二酸二異壬酯(diisononyl sebacate，DINS)等脂肪族二元酸酯；磷酸三-2-乙基己酯(tri-2-ethylhexyl phosphate，TOP)、磷酸三甲苯酯(tricresyl phosphate，TCP)等磷酸酯；季戊四醇等多元醇的烷基酯；藉由己二酸等二元酸與二醇的聚酯化而合成的分子量為800~4,000的聚酯；環氧化大豆油、環氧化亞麻籽油等環氧化酯；六氫鄰苯二甲酸二異壬酯等脂環式二元酸；1,4-丁二醇二癸酸酯等脂肪酸二醇酯；乙醯檸檬酸三丁酯(acetyl tributyl citrate，ATBC)；將石蠟或正石蠟氯化而成的氯化石蠟；氯化硬脂酸酯等氯化脂肪酸酯；油酸丁酯等高級脂肪酸酯等。
所使用的塑化劑只要根據目標用途進行決定即可，可單獨使
用一種所述塑化劑，亦可併用兩種以上。
所述塑化劑的含量並無特別限定，例如相對於生物降解性樹脂100質量份而較佳為10質量份~300質量份的範圍，更佳為20質量份~200質量份的範圍。
本發明的生物降解性樹脂組成物所含有的添加劑並不限定於所述生物降解性樹脂降解促進劑、所述塑化劑，亦可包含該些以外的其他添加劑。
作為所述其他添加劑，例如可例示：降黏劑、阻燃劑、穩定劑、穩定化助劑、著色劑、加工助劑、填充劑、抗氧化劑(抗老化劑)、紫外線吸收劑、光穩定劑、潤滑劑、抗靜電劑、交聯助劑等。
另外，本發明的生物降解性樹脂組成物於不損害本發明的效果的範圍內亦可含有非生物降解性樹脂。
作為所述非生物降解性樹脂，並無特別限定，可列舉：聚烯烴、聚酯、聚硫醚、聚氯乙烯、改質聚硫醚、矽酮樹脂、改質矽酮樹脂、丙烯酸胺基甲酸酯樹脂、環氧樹脂、聚胺基甲酸酯、丙烯酸樹脂、不飽和聚酯等。
[生物降解性樹脂組成物的製造方法]
本發明的生物降解性樹脂組成物的製造方法並無特別限定。
例如，可藉由使用單軸擠出機、雙軸擠出機、班布里混合機、布拉本德(Brabender)混合機、各種捏合機等熔融混練機將生物降解性樹脂、無機填料及流動性改質劑以及視需要的塑化劑、所
述其他添加劑熔融混練的方法而獲得。
[生物降解性樹脂組成物的成形體]
本發明的生物降解性樹脂組成物可藉由適用於通用塑膠的各種成形方法來成形。
作為所述成形方法，例如可列舉：壓縮成形(壓縮成形、積層成形、衝壓(stampable)成形)、射出成形、擠出成形或共擠出成形(藉由充氣法或T模法的膜成形、層壓成形、管成形、電線/纜線成形、異型材的成形)、熱壓成形、中空成形(各種吹塑成形)、壓延成形、固體成形(單軸拉伸成形、雙軸拉伸成形、輥壓延成形、拉伸配向不織布成形、熱成形(真空成形、壓空成形)、塑性加工)、粉末成形(旋轉成形)、各種不織布成形(乾式法、接著法、纏繞法、紡黏法等)等。
較佳地適用射出成形、擠出成形、壓縮成形、或熱壓成形。作為具體的形狀，較佳為適用於片材、膜、容器。
亦可對上述所獲得的成形體實施二次加工。作為該二次加工，可列舉：壓花加工、塗裝、接著、印刷、金屬噴敷(鍍敷等)、機械加工、表面處理(抗靜電處理、電暈放電處理、電漿處理、光致變色處理、物理蒸鍍、化學蒸鍍、塗敷等)等。
由本發明的生物降解性樹脂組成物獲得的成形體可藉由本發明的生物降解性樹脂降解促進劑促進成形體本身的降解，例如可較佳地用作一次性容器等商品壽命比較短的產品。
由本發明的生物降解性樹脂組成物獲得的成形體較佳
地用於用以包裝液狀物或粉粒物、固體物質的包裝用材料、農業用材料、建築材料等廣泛的用途。
作為具體的用途，可列舉：射出成形品(例如生鮮食品的托盤、快餐的容器、咖啡膠囊的容器、餐具(cutlery)、戶外休閒產品等)、擠出成形品(例如膜、片材、釣魚線、漁網、植被網、二次加工用片材、保水片材等)、中空成形品(瓶等)等。
用途並不限定於上述用途，亦能夠用於農業用膜、塗敷材料、肥料用塗敷材、育苗槽、層壓膜、板、拉伸片材、單絲、不織布、扁平紗(flat yarn)、短纖維(staple)、捲曲纖維、條紋帶、撕裂紗(split yarn)、複合纖維、吹塑瓶、購物袋、垃圾袋、堆肥袋、化妝品容器、洗滌劑容器、漂白劑容器、繩索、捆紮材、衛生用保護保存(cover stock)材、保冷箱、緩衝材膜、複絲、合成紙、作為醫療用的手術線、縫合絲、人造骨、人造皮膚、微膠囊、創傷被覆材等。
[生物降解性樹脂的降解方法]
藉由將本發明的生物降解性樹脂降解促進劑添加至生物降解性樹脂中，可促進生物降解性樹脂的降解。
生物降解性樹脂的種類、生物降解性樹脂降解促進劑的添加量等與本發明的生物降解性樹脂組成物中說明的相同。
降解促進效果不僅於含有生物降解性樹脂降解促進劑及生物降解性樹脂的組成物的狀態下獲得，而且亦於含有生物降解性樹脂及生物降解性樹脂降解促進劑的生物降解性樹脂組成物
的成形體的狀態下獲得。
只要為生物降解性樹脂降解促進劑與生物降解性樹脂混合的狀態，則可獲得降解促進效果，無論環境如何均可實施。因此，降解的場所於室內、室外(亦包含土壤中及水中)均可實施。
降解條件(例如溫度、濕度等)可根據目標降解速度適宜設定。
一般於高溫多濕下會促進生物降解性樹脂的降解，因此於欲進一步促進生物降解性樹脂的降解的情況下，可於高溫多濕的環境下實施本發明的降解方法。
[實施例]
以下，藉由實施例以及比較例來具體地說明本發明。
再者，本發明並不限定於下述實施例。
於本申請案實施例中，酸價、羥基價及黏度的值是藉由下述方法進行評價而得的值。
<酸價的測定方法>
藉由依據日本工業標準(Japanese Industrial Standards，JIS)K0070-1992的方法進行測定。
<羥基價的測定方法>
藉由依據JIS K0070-1992的方法進行測定。
於本申請案實施例中，聚酯的數量平均分子量是基於GPC測定並進行聚苯乙烯換算而得的值，測定條件如下所述。
[GPC測定條件]
測定裝置：東曹(Tosoh)股份有限公司製造的高速GPC裝置「HLC-8320GPC」
管柱：東曹股份有限公司製造的「TSK保護管柱(GUARDCOLUMN)SuperHZ-L」+東曹股份有限公司製造的「TSK gel SuperHZM-M」+東曹股份有限公司製造的「TSK gel SuperHZM-M」+東曹股份有限公司製造的「TSK gel SuperHZ-2000」+東曹股份有限公司製造的「TSK gel SuperHZ-2000」
檢測器：RI(示差折射計)
資料處理：東曹股份有限公司製造的「EcoSEC資料分析(EcoSEC Data Analysis)版本1.07」
管柱溫度：40℃
展開溶媒：四氫呋喃
流速：0.35mL/分鐘
測定試樣：將試樣7.5mg溶解於10ml的四氫呋喃中並利用微濾器對所獲得的溶液進行過濾而得者作為測定試樣。
試樣注入量：20μl
標準試樣：依據所述「HLC-8320GPC」的測定手冊，使用分子量已知的下述單分散聚苯乙烯。
(單分散聚苯乙烯)
東曹股份有限公司製造的「A-300」
東曹股份有限公司製造的「A-500」
東曹股份有限公司製造的「A-1000」
東曹股份有限公司製造的「A-2500」
東曹股份有限公司製造的「A-5000」
東曹股份有限公司製造的「F-1」
東曹股份有限公司製造的「F-2」
東曹股份有限公司製造的「F-4」
東曹股份有限公司製造的「F-10」
東曹股份有限公司製造的「F-20」
東曹股份有限公司製造的「F-40」
東曹股份有限公司製造的「F-80」
東曹股份有限公司製造的「F-128」
東曹股份有限公司製造的「F-288」
(合成實施例1：生物降解性樹脂降解促進劑A的合成)
將癸二酸800g、1,3-丙二醇392g及作為酯化觸媒的鈦酸四異丙酯0.07g裝入帶有溫度計、攪拌器及回流冷卻器的內容積2升的四口燒瓶中，於氮氣流下一面攪拌一面階段性地升溫至220℃，將所生成的水連續地去除。反應後，將馬來酸酐117g進一步裝入反應容器中，於120℃下完成反應。藉此，獲得作為利用馬來酸酐將癸二酸及1,3-丙二醇的聚酯的至少一個末端封端的聚酯的生物降解性樹脂降解促進劑A(白色固體，數量平均分子量：1,700，酸價：58，羥基價：65)。
(合成實施例2：生物降解性樹脂降解促進劑B的合成)
將癸二酸490g、乙二醇200g及作為酯化觸媒的鈦酸四異丙酯0.04g裝入帶有溫度計、攪拌器及回流冷卻器的內容積2升的四口燒瓶中，於氮氣流下一面攪拌一面階段性地升溫至220℃，將所生成的水連續地去除。反應後，將馬來酸酐60g進一步裝入反應容器中，於120℃下完成反應。藉此，獲得作為利用馬來酸酐將癸二酸及乙二醇的聚酯的至少一個末端封端的聚酯的生物降解性樹脂降解促進劑B(白色固體，數量平均分子量：1,200，酸價：64，羥基價：100)。
(合成實施例3：生物降解性樹脂降解促進劑C的合成)
將癸二酸490g、乙二醇150g裝入帶有溫度計、攪拌器及回流冷卻器的內容積2升的四口燒瓶中，於氮氣流下一面攪拌一面階段性地升溫至220℃，將所生成的水連續地去除。藉此，獲得為癸二酸及乙二醇的聚酯且至少其中一個末端為羧基的生物降解性樹脂降解促進劑C(白色固體，數量平均分子量：1,200，酸價：47，羥基價：47)。
(合成實施例4：生物降解性樹脂降解促進劑D的合成)
將癸二酸1618g、1,2-丙二醇815g及作為酯化觸媒的鈦酸四異丙酯0.15g裝入帶有溫度計、攪拌器及回流冷卻器的內容積3升的四口燒瓶中，於氮氣流下一面攪拌一面階段性地升溫至220℃，將所生成的水連續地去除。反應後，進一步裝入馬來酸酐230g，於120℃下完成反應。藉此，獲得作為利用馬來酸酐將癸二酸及1,2-丙二醇的聚酯的至少一個末端封端的聚酯的生物降解
性樹脂降解促進劑D(淡黃色液體，數量平均分子量：1,300，酸價：55，羥基價：68)。
(合成實施例5：生物降解性樹脂降解促進劑E的合成)
將己二酸615g、1,3-丁二醇460g、新戊二醇50g、作為酯化觸媒的鈦酸四異丙酯0.10g裝入帶有溫度計、攪拌器及回流冷卻器的內容積2升的四口燒瓶中，於氮氣流下一面攪拌一面階段性地升溫至220℃，將所生成的水連續地去除。反應後，進一步裝入馬來酸酐45g，於120℃下完成反應。藉此，獲得作為利用馬來酸酐將己二酸及1,3-丁二醇與新戊二醇的聚酯的至少一個末端封端的聚酯的生物降解性樹脂降解促進劑E(淡黃色液體，數量平均分子量：1,000，酸價：30，羥基價：120)。
(合成比較例1：生物降解性樹脂降解促進劑A'的合成)
將己二酸263g、二乙二醇單甲醚280g、苄醇253g及作為酯化觸媒的鈦酸四異丙酯0.04g裝入帶有溫度計、攪拌器及回流冷卻器的內容積2升的四口燒瓶中，於氮氣流下一面攪拌一面階段性地升溫至220℃，將所生成的水連續地去除。反應後，於相同溫度下減壓餾去，藉此獲得作為利用二乙二醇單甲醚及苄醇將己二酸的兩末端封端的酯化合物的生物降解性樹脂降解促進劑A'(淡黃色液體，數量平均分子量：600，酸價：0.5，羥基價：0.8)。
(實施例1-實施例4及比較例1-比較例2：PBS組成物的製備及其評價)
藉由利用混合器將表1所示的成分於120℃下混煉15分鐘而
製備生物降解性樹脂組成物。對所獲得的生物降解性樹脂組成物進行以下的評價。將結果示於表1。
再者，表1中使用的聚丁二酸丁二醇酯為PTT MCC生物化學(PTT MCC Biochem)公司製造的「BioPBS FZ71PM」。
(生物降解性試驗)
將所製備的生物降解性樹脂組成物以不揮發成分達到7質量%的方式溶解於氯仿中後，使用敷料器(0.5mm/wet)將所獲得的氯仿溶液塗佈於玻璃板上。
藉由將帶塗膜的玻璃板於室溫下靜置一夜而使塗膜乾燥。將該乾燥後的塗膜切成2cm×2cm，製成試驗片。
向玻璃瓶中填充自千葉縣市原市的田地中採集的土(水分30wt%)，並將試驗片埋至該土中。蓋上瓶蓋，於60℃的恆溫槽中靜置四週。對靜置前後的試驗片的重量變化進行測定，算出重量保持率(靜置後的試驗片重量/靜置前的試驗片重量×100)。
(塑化試驗)
將所獲得的生物降解性樹脂組成物投入至熔體指數計(東洋精機股份有限公司製造的「F-F01」，孔內徑：2.090mm，氣缸溫度：190℃)中，施加1,000g的負荷，預熱4分鐘後對熔體流動速率進行測定。
根據表1的結果可知，藉由將於至少一個末端具有羧基的聚酯添加至生物降解性樹脂中，可促進作為生物降解性樹脂的聚丁二酸丁二醇酯的降解，亦可獲得塑化效果。
(實施例5-實施例8及比較例3：PLA組成物的製備及其評價)
藉由利用混合器將表2所示的成分於170℃下混煉15分鐘而製備生物降解性樹脂組成物。對所獲得的生物降解性樹脂組成物進行以下的評價。將結果示於表2。
再者，表2中使用的聚乳酸為道達爾-科碧恩(Total Corbion PLA)公司製造的「盧米尼(Luminy)LX-175」。
(生物降解性試驗)
將所製備的生物降解性樹脂組成物以不揮發成分達到7質量%的方式溶解於氯仿中後，使用敷料器(0.5mm/wet)將所獲得的氯仿溶液塗佈於玻璃板上。
藉由將帶塗膜的玻璃板於110℃下靜置1小時而使塗膜乾燥。將該乾燥後的塗膜切成2cm×2cm，製成試驗片。
向玻璃瓶中填充自千葉縣市原市的田地中採集的土(水分30wt%)，並將試驗片埋至該土中。蓋上瓶蓋，於60℃的恆溫槽中靜置四週。對靜置前後的試驗片中的聚乳酸的數量平均分子量的變化進行測定，算出數量平均分子量保持率(靜置後的聚乳酸的數量平均分子量/靜置前的聚乳酸的數量平均分子量×100)。
再者，於本試驗中的數量平均分子量的測定中，聚乳酸不溶解於四氫呋喃中，因此使測定試樣溶解於氯仿中，資料處理使用東曹股份有限公司製造的「EcoSEC資料分析(Data Analysis)版本1.15」實施測定。
(塑化試驗)
將所獲得的生物降解性樹脂組成物投入至熔體指數計(東洋精機股份有限公司製造的「F-F01」，孔內徑：2.090mm，氣缸溫度：190℃)中，施加1,000g的負荷，預熱4分鐘後對熔體流動速率進行測定。
根據表2的結果可知，藉由將於至少一個末端具有羧基的聚酯添加至生物降解性樹脂中，可促進作為生物降解性樹脂的聚乳酸的降解，亦可獲得塑化效果。
(實施例9及比較例4：PBAT組成物的製備及其評價)
藉由利用混合器將表3所示的成分於130℃下混煉15分鐘而製備生物降解性樹脂組成物。對所獲得的生物降解性樹脂組成物進行以下的評價。將結果示於表3。
再者，表3中使用的聚己二酸丁二醇酯是巴斯夫(BASF)公司製造的「埃科弗萊克斯(ecoflex)」。
(生物降解性試驗)
將自千葉縣市原市的田地中採集的土(水分30wt%)30g與
利用冷凍粉碎機(日本分析工業股份有限公司製造的「JFC-300」)粉末化的生物降解性樹脂組成物30mg混合，將所獲得的混合物填充至玻璃容器中。於玻璃容器內投入作為二氧化碳吸收劑的1M氫氧化鈉溶液5mL後，將玻璃容器密閉而於30℃的恆溫槽中靜置。三週後，利用0.1M鹽酸溶液滴定未反應的氫氧化鈉，算出容器內產生的二氧化碳量(試驗開始前的NaOH量-滴加的HCl量)。
對不包含生物降解性樹脂組成物的土亦進行與所述相同的操作而算出CO2產生量，並算出由生物降解產生的CO2產生量(CO2產生量(有生物降解性樹脂組成物)-CO2產生量(無生物降解性樹脂組成物))。然後，將(由生物降解產生的CO2產生量/生物降解性樹脂組成物完全進行生物降解時產生的CO2量(計算值))×100作為生物降解率進行評價。
(塑化試驗)
將所獲得的生物降解性樹脂組成物投入至熔體指數計(東洋精機股份有限公司製造的「F-F01」、孔內徑：2.090mm、氣缸溫度：190℃)中，施加2,160g的負荷，預熱4分鐘後對熔體流動速率進行測定。
根據表3的結果可知，藉由將於至少一個末端具有羧基的聚酯添加至生物降解性樹脂中，可促進作為生物降解性樹脂的聚對苯二甲酸己二酸丁二醇酯的降解，亦可獲得塑化效果。
(實施例10-實施例12及比較例5：PHBV組成物的製備及其評價)
將表4所示的成分於80℃下靜置1小時，使各成分彼此融合後，投入至熔融混煉機(東洋精機製造的「拉博普拉斯特磨機(Labo plastomill)」)，於混煉溫度175℃下擠出，藉此製備生物降解性樹脂組成物。對所獲得的生物降解性樹脂組成物進行以下的評價。將結果示於表4。
再者，表4中使用的聚(羥基丁酸酯-共-戊酸酯)(poly(hydroxybutyrate-co-valerate)，PHBV)使用高化學(HighChem)股份有限公司製造者。
(生物降解性試驗)
將自千葉縣市原市的田地中採集的土(水分30wt%)30g與
利用冷凍粉碎機(日本分析工業股份有限公司製造的「JFC-300」)粉末化的生物降解性樹脂組成物30mg混合，將所獲得的混合物填充至玻璃容器中。於玻璃容器內投入作為二氧化碳吸收劑的1M氫氧化鈉溶液5mL後，將玻璃容器密閉而於30℃的恆溫槽中靜置。三週後，利用0.1M鹽酸溶液滴定未反應的氫氧化鈉而算出容器內產生的二氧化碳量(試驗開始前的NaOH量-滴加的HCl量)。
對不包含生物降解性樹脂組成物的土亦進行與所述相同的操作而算出CO2產生量，並算出由生物降解產生的CO2產生量(CO2產生量(有生物降解性樹脂組成物)-CO2產生量(無生物降解性樹脂組成物))。然後，將(由生物降解產生的CO2產生量/生物降解性樹脂組成物完全進行生物降解時產生的CO2量(計算值))×100作為生物降解率進行評價。
(塑化試驗)
將所獲得的生物降解性樹脂組成物投入至熔體指數計(東洋精機股份有限公司製造的「F-F01」、孔內徑：2.090mm、氣缸溫度：190℃)中，施加2,160g的負荷，預熱4分鐘後對熔體流動速率進行測定。
根據表4的結果可知，藉由將於至少一個末端具有羧基的聚酯添加至生物降解性樹脂中，可促進作為生物降解性樹脂的聚(羥基丁酸酯-共-戊酸酯)的降解，亦可獲得塑化效果。
Claims (10)
- 一種生物降解性樹脂降解促進劑，為具有下述通式(A)所表示的重複單元以及下述通式(G)所表示的重複單元的聚酯、或具有下述通式(L)所表示的重複單元、下述通式(A)所表示的重複單元以及下述通式(G)所表示的重複單元的聚酯，且為於至少一個末端具有羧基的聚酯，所述聚酯的數量平均分子量為300~5,000的範圍；
- 如請求項1所述的生物降解性樹脂降解促進劑，其中，所述聚酯為下述通式(1)所表示的聚酯及/或下述通式(2)所表示的聚酯；
- 如請求項1或請求項2所述的生物降解性樹脂降解促進劑，其中，所述碳原子數2~12的脂肪族二醇殘基為碳原子數2~12的直鏈的脂肪族二醇殘基。
- 如請求項1或請求項2所述的生物降解性樹脂降解促進劑，其中，所述聚酯於室溫下為固體。
- 如請求項1或請求項2所述的生物降解性樹脂降解促進劑，其中，所述聚酯的酸價為25以上。
- 一種生物降解性樹脂組成物，含有：生物降解性樹脂、以及如請求項1或請求項2所述的生物降解性樹脂降解促進 劑。
- 如請求項6所述的生物降解性樹脂組成物，其中，所述生物降解性樹脂為選自由聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸己二酸丁二醇酯、聚羥基丁酸-羥基己酸酯、聚己二酸丁二酸丁二醇酯及聚丁二酸對苯二甲酸乙二酯所組成的群組中的一種以上。
- 如請求項6所述的生物降解性樹脂組成物，其中，相對於所述生物降解性樹脂100質量份而含有1質量份~250質量份的所述生物降解性樹脂降解促進劑。
- 一種成形體，為如請求項6所述的生物降解性樹脂組成物的成形體。
- 一種生物降解性樹脂的降解方法，於生物降解性樹脂中添加如請求項1或請求項2所述的生物降解性樹脂降解促進劑。
Applications Claiming Priority (2)
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| JP2022-074414 | 2022-04-28 | ||
| JP2022074414 | 2022-04-28 |
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|---|---|
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105518078A (zh) | 2013-09-10 | 2016-04-20 | 东洋制罐集团控股株式会社 | 具有多孔结构的生物降解性树脂组合物及其表面处理方法 |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105518078A (zh) | 2013-09-10 | 2016-04-20 | 东洋制罐集团控股株式会社 | 具有多孔结构的生物降解性树脂组合物及其表面处理方法 |
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