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特許7435041生分解性樹脂用分解促進剤、生分解性樹脂組成物及び生分解性樹脂成形体
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-13
(45)【発行日】2024-02-21
(54)【発明の名称】生分解性樹脂用分解促進剤、生分解性樹脂組成物及び生分解性樹脂成形体
(51)【国際特許分類】
   C08L 1/02 20060101AFI20240214BHJP
   C08L 97/02 20060101ALI20240214BHJP
   C08L 67/00 20060101ALI20240214BHJP
   C08L 101/16 20060101ALN20240214BHJP
【FI】
C08L1/02
C08L97/02
C08L67/00
C08L101/16
【請求項の数】 7
(21)【出願番号】P 2020037988
(22)【出願日】2020-03-05
(65)【公開番号】P2021091846
(43)【公開日】2021-06-17
【審査請求日】2022-11-14
(31)【優先権主張番号】P 2019042823
(32)【優先日】2019-03-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2019222205
(32)【優先日】2019-12-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000006035
【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100086911
【弁理士】
【氏名又は名称】重野 剛
(74)【代理人】
【識別番号】100144967
【弁理士】
【氏名又は名称】重野 隆之
(72)【発明者】
【氏名】田中 智彦
(72)【発明者】
【氏名】村上 亮
(72)【発明者】
【氏名】成 敬模
【審査官】中落 臣諭
(56)【参考文献】
【文献】特開2018-100312(JP,A)
【文献】特開2001-323177(JP,A)
【文献】特開2001-226492(JP,A)
【文献】産総研TODAY,2013年06月01日,2013, June, Vol.13 No.6, 通巻149号,https://www.aist.go.jp/Portals/0/resource_images/aist_j/aistinfo/aist_today/vol13_06/vol1 3_06_full.pdf
【文献】飛松裕基,<総説>植物と人を支える細胞壁の科学,生存圏研究,2017, 第13号,p10-18,https://repository.kulib.kyoto-u.ac.jp/dspace/bitstream/2433/233097/1/rish_01300_10.pdf
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08L1/00-101/14
C08K3/00-13/08
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを含む生分解性樹脂用分解促進剤であって、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンの合計100質量%に対しリグニンを10質量%以上30質量%以下含み、且つヘミセルロースの含有量に対するセルロースの含有量の割合が0.5~4.0であり、
粉粒体であって、且つ粒径が15μm以下である生分解性樹脂用分解促進剤。
【請求項2】
請求項1に記載の生分解性樹脂用分解促進剤2質量部以上250質量部以下と生分解性樹脂100質量部を含む生分解性樹脂組成物。
【請求項3】
前記生分解性樹脂が脂肪族ポリエステル系樹脂(A)、脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)及び脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)からなる群より選ばれる1種以上である、請求項に記載の生分解性樹脂組成物。
【請求項4】
前記脂肪族ポリエステル系樹脂(A)が脂肪族ジオールに由来する繰返し単位と脂肪族ジカルボン酸に由来する繰返し単位とを主構成単位として含む、請求項に記載の生分解性樹脂組成物。
【請求項5】
前記脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)が脂肪族ジオールに由来する繰返し単位と脂肪族ジカルボン酸に由来する繰返し単位と芳香族ジカルボン酸に由来する繰り返し単位とを主構成単位として含む、請求項に記載の生分解性樹脂組成物。
【請求項6】
請求項のいずれかに記載の生分解性樹脂組成物の押出成形体又は射出成形体である生分解性樹脂成形体。
【請求項7】
前記押出成形体又は前記射出成形体が、厚み50μm以上4mm以下の薄肉部を有する、請求項に記載の生分解性樹脂成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、生分解性樹脂の生分解を促進することが可能な生分解促進剤、及びそれを含む生分解性樹脂組成物並びにこの生分解性樹脂組成物を押出成形又は射出成形してなる生分解性樹脂成形体に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、プラスチック製品の海洋廃棄等による、生態系や環境汚染の懸念が顕在化している。世界各国において、環境汚染防止の観点などから様々な規制が制定されつつある。例えば、欧州では、小売業における使い捨てプラスチック製レジ袋や使い捨てプラスチック容器のカップや皿の使用を禁じる規制や法律が制定されつつある。この法律の使用禁止措置の対象外とするためには、ここで定められたバイオマス必要最低含有量以上のバイオマスを原料とし、かつ一般家庭でも堆肥にすることが可能な製品(ホームコンポスト可能な製品)であることが必要となる。また、最近では海洋に流出したプラスチック製品が海中でも分解する、海洋生分解可能なプラスチック製品も希求されてきている。
【0003】
従来から、生分解性を有するプラスチック(樹脂)として、例えばポリブチレンテレフタレート/アジペート(以下、PBATと略する)、ポリ乳酸(以下、PLAと略記する)、ポリブチレンサクシネート(以下、PBSと略記する)やポリブチレンサクシネート/アジペート(以下、PBSAと略記する)等の脂肪族ポリエステル、ポリヒドロキシアルカノール(以下、PHAと略記する)などが知られている。さらにPHAには、ポリ(3-ヒドロキシブチレート)(以下、PHBと略する)、ポリ(3-ヒドロキシブチレート/3-ヒドロキシバレレート)(以下、PHBVと略する)、ポリ(3-ヒドロキシブチレート/3-ヒドロキシヘキサノエート)(以下、PHBHと略する)、ポリ(3-ヒドロキシブチレート/4-ヒドロキシブチレート)などがある。
【0004】
これらの樹脂は、樹脂単独での生分解の速度や分解率が異なるだけでなく、引張破断伸びや曲げ弾性率などの機械的特性なども異なるため、一般的には、使用する用途や場所などに合わせて、それぞれの樹脂を組み合わせたり、他の副資材や添加剤と混合して機械強度などの物性を向上させて使用されている。
【0005】
特許文献1には、製品の使用を終えた後の最終的廃棄処理をも考慮に入れ、埋め立て時には分解して環境に残存せず、焼却時にはダイオキシン等の有害物質を排出しない、生分解性樹脂とバイオマス材料から成る成形材料として、脂肪族芳香族ポリエステル(A成分)5~95重量%、セルロース、リグノセルロース又はデンプン系物質(B成分)95~5重量%に対して不飽和カルボン酸又はその誘導体及び有機過酸化物(C成分)を含有する組成物を加熱混練するなどして、成形加工性に優れ、強度特性にも優れた複合樹脂組成物を製造する方法が開示されている。また、特許文献2には、高分子量の脂肪族ポリエステルにセルロースを含有する植物材料、例えば、植物の表皮又は皮層からなるもの、または、種皮材料、堅果の果皮の材料、おがくず、製粉くず、又は、サトウキビの茎のバガスなどを配合した樹脂組成物及び成形体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開2003-221423号公報
【文献】特表2004-503415号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ホームコンポスト可能なプラスチック製品や海洋生分解可能なプラスチック製品にあっては、その生分解速度や分解率は、一般的に生分解可能であると考えられてきた従来の条件よりもより厳しい条件下(たとえば、低温かつ分解菌が少ない環境下)で、従来のPBATやPBS、PBSA、PLA、PHBHなどの生分解性樹脂の生分解速度よりも速いこと、そして同じ時間でも多く分解することが必要とされる。
【0008】
上記の特許文献1~2に記載の樹脂組成物やそれからなる成形体は、機械強度はある程度向上されるが、ここでは生分解速度や分解率には着目されておらず、実際に生分解速度や分解率が、従来の生分解性樹脂よりもどの程度高くなったのかは不明である。また、使用する添加剤や副資材によっては、分解率が悪化し、機械強度が向上しないものもあった。
【0009】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、脂肪族ポリエステル系樹脂、脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂、脂肪族オキシカルボン酸系樹脂などの生分解性樹脂の生分解速度や分解率を高め、かつ任意に制御することができ、しかも、引張破断伸びや曲げ弾性率などの機械強度も維持できる、生分解性樹脂に適した生分解促進剤と、この生分解促進剤を含む生分解性樹脂組成物及びその成形体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンの3つの成分に着目し、これらの成分が、生分解性樹脂の分解の促進に寄与しているであろうとの考えのもと、これらの配合比率を調整することにより、生分解性樹脂に配合した場合に、その生分解速度や分解率を生分解性樹脂本来の生分解速度や分解率よりも高めることができ、且つ、その生分解性樹脂組成物の成形体は、ある一定の機械特性を発現することができることを見出し、本発明に至った。
即ち、本発明の要旨は、下記の[1]~[8]に存する。
【0011】
[1] セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを含む生分解性樹脂用分解促進剤であって、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンの合計100質量%に対しリグニンを10質量%以上30質量%以下含み、且つヘミセルロースの含有量に対するセルロースの含有量の割合が0.5~4.0である生分解性樹脂用分解促進剤。
【0012】
[2] 粉粒体であって、且つ粒径が15μm以下である、[1]に記載の生分解性樹脂用分解促進剤。
【0013】
[3] [1]又は[2]に記載の生分解性樹脂用分解促進剤2質量部以上250質量部以下と生分解性樹脂100質量部を含む生分解性樹脂組成物。
【0014】
[4] 前記生分解性樹脂が脂肪族ポリエステル系樹脂(A)、脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)及び脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)からなる群より選ばれる1種以上である、[3]に記載の生分解性樹脂組成物。
【0015】
[5] 前記脂肪族ポリエステル系樹脂(A)が脂肪族ジオールに由来する繰返し単位と脂肪族ジカルボン酸に由来する繰返し単位とを主構成単位として含む、[4]に記載の生分解性樹脂組成物。
【0016】
[6] 前記脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)が脂肪族ジオールに由来する繰返し単位と脂肪族ジカルボン酸に由来する繰返し単位と芳香族ジカルボン酸に由来する繰り返し単位とを主構成単位として含む、[4]に記載の生分解性樹脂組成物。
【0017】
[7] [3]~[6]のいずれかに記載の生分解性樹脂組成物の押出成形体又は射出成形体である生分解性樹脂成形体。
【0018】
[8] 前記押出成形体又は前記射出成形体が、厚み50μm以上4mm以下の薄肉部を有する、[7]に記載の生分解性樹脂成形体。
【発明の効果】
【0019】
本発明の生分解性樹脂用分解促進剤によれば、引張破断伸びや曲げ弾性率などの機械強度を維持した上で、脂肪族ポリエステル系樹脂、脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂、脂肪族オキシカルボン酸系樹脂などの生分解性樹脂の生分解速度や分解率を当該生分解性樹脂本来の生分解速度や分解率よりも高めることができる。
このような本発明の生分解性樹脂用分解促進剤を含む本発明の生分解性樹脂組成物によれば、生分解性に優れかつ機械特性にも優れた生分解性樹脂成形体が提供される。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明は以下の説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。尚、本明細書において、「~」を用いてその前後に数値又は物性値を挟んで表現する場合、その前後の値を含むものとして用いることとする。
【0021】
[生分解性樹脂用分解促進剤]
本発明の生分解性樹脂用分解促進剤(以下、「本発明の生分解促進剤」と称す場合がある。)は、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを必須成分として含むものであって、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンの合計100質量%に対しリグニンを10質量%以上30質量%以下含み、且つセルロースの含有量に対するヘミセルロースの含有量の割合が0.5~4.0であることを特徴とする。
【0022】
本発明の生分解促進剤は、上記の3つの成分を含むものを原料として、その濃度や割合を調整しながら、得ることができる。原料としては、製材の際に発生する葉、樹皮や切粉等を使うこともできる。好ましい木材としては、広葉及び/又は落葉樹であり、具体的にはケヤキ、ブナ、ナラ、ポプラ、スズカケ、椎、リンゴ、栗、桜等が挙げられる。また、種子や実を搾った残渣や取り除いた殻を使用することもできる。具体的にはピスタチオ、クルミ、栗、落花生、脱脂米糠や大麦の籾殻、アブラヤシ、バガス、綿、大豆、トウモロコシの実および軸(コーンコブ)等が挙げられる。それ以外に竹、スイッチグラスやヘンプ(麻)等も挙げられる。
【0023】
本発明の生分解促進剤は、上記の原料を粉砕して、粉粒体として用いることが好ましい。また、その際、ある一定の粒度とすることが好ましい。2種以上の原料を用いる場合、原料別に粉砕してもあらかじめ原料を混合した混合物を粉砕してもよい。上記のセルロース、ヘミセルロース及びリグニンの割合や比率を上記の範囲に制御しやすいという観点から、予め原料毎に粉砕しておき、それらを混合する方が好ましい。
【0024】
原料の粉砕は、例えば、石臼、カッターミル、ジェットミル、クラッシュミル等の粉砕機を用いて行うことができる。
【0025】
粉砕後の粒度としては、生分解性樹脂に対して使用する際、より生分解性樹脂と混ざりやすく、生分解促進剤として効果を得やすいという観点から、通常、粒径が500μm以下、好ましくは300μm以下、より好ましくは100μm以下である。また、生分解促進効果とともに良好な機械物性及び外観を得るためには、粒径は好ましくは15μm以下、特に好ましくは10μm以下である。この粒径は、後述の実施例の項に記載の方法で測定される平均粒子径をさす。
また、後述する本発明の生分解促進剤を含む生分解性樹脂組成物を成形して用いる場合、厚さ(最も薄い部分。以下同じ)が4mm以下、例えば50μm以上4mm以下の薄肉部を有する生分解性樹脂成形体であれば、生分解促進剤の粒径は15μm以下、例えば5~15μmであることが好ましい。また、厚さが50μm未満、例えば10μm以上50μm未満の極薄肉部を有する生分解性樹脂成形体であれば、生分解促進剤の粒径は10μm以下、例えば3~10μmであることが好ましい。
【0026】
ここで、生分解促進剤の粒径の測定には、ふるい分け法、レーザー回折法、顕微鏡法等の種々の公知の方法を用いることができる。また、生分解促進剤は、その粒径の目の大きさを持つメッシュ篩を使って、選別することにより、所望の粒度に調整することができる。従って、例えば、目の大きさが15μmのメッシュ篩を用いて選別することにより、粒径15μm以下の生分解促進剤を篩下に得ることができる。原料毎に粉砕して得られた紛体をこのように選別し、所定の粒度としたものを、必要に応じて特定の割合で配合して、本発明の生分解促進剤を得ることができる。この際に好ましく用いられる紛体としては、上記原料の紛体であれば特に限定されないが、ポプラ粉、ヘンプシーブ粉、落花生の殻の粉、ピスタチオの殻の粉、ヒマワリの種の粉、脱脂米糠などが挙げられる。
【0027】
本発明の生分解促進剤を生分解性樹脂と混ぜる際には、予め乾燥させておくことが好ましい。その理由としては、保管中に保管雰囲気における大気(空気)中の水分が吸着してしまい、湿気により生分解性樹脂と混ざりにくくなるためである。
【0028】
本発明の生分解促進剤は、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンの合計100質量%に対しリグニンの含有量が10質量%以上30質量%以下である。リグニンの含有量が10質量%未満であると生分解性の向上効果が十分でなく、リグニンの含有量が30質量%より多くても生分解性の向上効果が十分でない。また相対的にセルロースとヘミセルロースの含有量が少なくなり、これらを含有することによる効果が損なわれるおそれがあることから、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンの合計100質量%に対するリグニンの含有量は、好ましくは13質量%以上28質量%以下であり、より好ましくは15質量%以上27質量%以下である。
【0029】
また、本発明の生分解促進剤は、ヘミセルロースの含有量に対するセルロースの含有量の割合(以下、「セルロース/ヘミセルロース比」と称す場合がある。)が0.5~4.0である。セルロース/ヘミセルロース比が0.5より小さいと生分解性の向上効果が低下する傾向にあり、併せて、樹脂組成物の剛性が低下し、4.0より大きくても生分解性の向上効果が低下する。セルロース/ヘミセルロース比は0.8以上3.5以下、特に1.0以上2.5以下であることが好ましい。
【0030】
また、本発明の生分解促進剤は、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンをその合計量が生分解促進剤100質量%中に70質量%以上、特に80質量%以上、特に好ましくは90質量%以上となるように含まれていることが好ましい。
生分解性促進剤は、水分を含んでいる場合は、乾燥して水分率を5質量%以下にすることが好ましい。水分率が5質量%より大きいと、生分解性樹脂と混ぜる際、生分解性樹脂が加水分解を起こして、分子量が低下して、機械的強度が十分でなくなることがある。水分率は、加熱減量法やカールフィッシャー法などを用いて測定することができる。
【0031】
乾燥には、例えば熱風乾燥機、真空乾燥機、イナートオーブン等のバッチ式乾燥機や、振動流動層乾燥機、気流乾燥機、円筒乾燥機等の連続式乾燥機を用いることができる。乾燥温度は通常40℃~200℃の範囲である。温度が低すぎると乾燥効率が低下し、温度が高すぎると変色による外観不良や臭気等の問題が起こる場合がある。
【0032】
なお、本発明の生分解促進剤中のセルロース、ヘミセルロース及びリグニンの含有量は、後述の実施例に記載の方法で測定並びに算出することができる。
また、原料を2種類以上用いた生分解促進剤の場合の、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンの含有量は、原料の配合割合に応じて、それぞれの原料のセルロース、ヘミセルロース及びリグニンの含有量を割合比に乗じたものの総和として求めることができる。
【0033】
[生分解性樹脂組成物]
本発明の生分解性樹脂組成物は、本発明の生分解性樹脂用分解促進剤2質量部以上250質量部以下と生分解性樹脂100質量部を含むものである。本発明の生分解性樹脂組成物において、生分解性樹脂100質量部に対する本発明の生分解促進剤の含有量が2質量部未満であると、本発明の生分解促進剤を含むことによる生分解性の向上効果を十分に得ることができない。一方、本発明の生分解促進剤の含有量が250質量部を超えると、得られる成形体の機械特性が損なわれる。
本発明の生分解性樹脂組成物は生分解性樹脂100質量部に対して本発明の生分解促進剤を10質量部以上100質量部以下含むことが好ましく、15質量部以上80質量部以下含むことがより好ましい。
【0034】
本発明の生分解性樹脂組成物に含まれる生分解性樹脂としては、生分解性を有するものであればよく、特に制限はないが、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)、脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)及び脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)等が挙げられる。
脂肪族ポリエステル系樹脂(A)、脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)、脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)のうちの2種以上を混合して用いてもよい。
【0035】
以下に各生分解性樹脂について説明する。
【0036】
なお、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)、脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)、脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)は、それぞれ繰返し単位を有する重合体であるが、それぞれの繰返し単位は、それぞれの繰返し単位の由来となる化合物に対する化合物単位とも呼ぶ。例えば、脂肪族ジオールに由来する繰返し単位を「脂肪族ジオール単位」、脂肪族ジカルボン酸に由来する繰返し単位を「脂肪族ジカルボン酸単位」、芳香族ジカルボン酸に由来する繰返し単位を「芳香族ジカルボン酸単位」とも呼ぶ。
また、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)、脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)、脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)中の「主構成単位」とは、通常、その構成単位が当該ポリエステル系樹脂中に80質量%以上含まれる構成単位のことであり、主構成単位以外の構成単位が全く含まれない場合もある。
【0037】
<脂肪族ポリエステル系樹脂(A)>
本発明で用いる脂肪族ポリエステル系樹脂(A)としては、脂肪族ジオール単位及び脂肪族ジカルボン酸単位を主構成単位として含む脂肪族ポリエステル系樹脂が好ましい。
【0038】
本発明で用いる脂肪族ポリエステル系樹脂(A)は、全ジカルボン酸単位中のコハク酸単位の割合が5モル%以上100モル%以下であることが好ましい。脂肪族ポリエステル系樹脂(A)は、コハク酸単位の量が異なる脂肪族ポリエステル系樹脂の混合物であってもよく、例えば、コハク酸以外の脂肪族ジカルボン酸単位を含まない(脂肪族ジカルボン酸単位としてコハク酸単位のみを含む)脂肪族ポリエステル系樹脂と、コハク酸以外の脂肪族ジカルボン酸単位を含む脂肪族ポリエステル系樹脂とをブレンドして、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)におけるコハク酸単位量を上記好適範囲内に調整して使用することも可能である。
【0039】
より具体的には、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)は、下記式(1)で表される脂肪族ジオール単位、および下記式(2)で表される脂肪族ジカルボン酸単位を含むポリエステル系樹脂である。
-O-R-O- (1)
-OC-R-CO- (2)
【0040】
式(1)中、Rは、2価の脂肪族炭化水素基を表す。また、上記式(2)中、Rは、2価の脂肪族炭化水素基を表す。上記式(1)、(2)で表される脂肪族ジオール単位、脂肪族ジカルボン酸単位は、石油から誘導された化合物由来であっても、植物原料から誘導された化合物由来であってもかまわないが、植物原料から誘導された化合物由来であることが望ましい。
【0041】
脂肪族ポリエステル系樹脂(A)が共重合体である場合には、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)中に2種以上の式(1)で表される脂肪族ジオール単位が含まれていてもよく、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)中に2種以上の式(2)で表される脂肪族ジカルボン酸単位が含まれていてもよい。
【0042】
前述の通り、式(2)で表される脂肪族ジカルボン酸単位には、コハク酸単位が、全ジカルボン酸単位に対して5モル%以上100モル%以下含まれることが好ましい。脂肪族ポリエステル系樹脂(A)におけるコハク酸構成単位量を上記所定範囲内とすることで、成形性が向上するとともに耐熱性、分解性にも優れた生分解性樹脂組成物を得ることが可能となる。同様の理由から、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)中のコハク酸単位量は、全ジカルボン酸単位に対して好ましくは10モル%以上、より好ましくは50モル%以上、更に好ましくは64モル%以上、特に好ましくは68モル%以上である。
以下、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)中の全ジカルボン酸単位に対するコハク酸単位の割合を「コハク酸単位量」と称す場合がある。
【0043】
また、式(2)で表される脂肪族ジカルボン酸単位には、コハク酸の他に1種類以上の脂肪族ジカルボン酸単位が全ジカルボン酸単位に対して5モル%以上50モル%以下含まれていることがより好ましい。コハク酸以外の脂肪族ジカルボン酸単位を上記所定範囲内共重合することで、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)の結晶化度を下げることができ、生分解速度を速くすることが可能である。同様の理由から、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)中のコハク酸以外の脂肪族ジカルボン酸単位量は、全ジカルボン酸単位に対して好ましくは10モル%以上45モル%以下であり、より好ましくは15モル%以上40モル%以下である。
【0044】
式(1)で表されるジオール単位を与える脂肪族ジオールとしては、特に限定されないが、成形性や機械強度の観点から、炭素数が2以上10以下の脂肪族ジオールが好ましく、炭素数4以上6以下の脂肪族ジオールが特に好ましい。例えば、エチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール等が挙げられ、中でも1,4-ブタンジオールが特に好ましい。尚、上記脂肪族ジオールは、2種類以上を用いることもできる。
【0045】
式(2)で表される脂肪族ジカルボン酸単位を与える脂肪族ジカルボン酸成分としては、特に限定されないが、炭素数が2以上40以下の脂肪族ジカルボン酸やそのアルキルエステル等の誘導体が好ましく、炭素数が4以上10以下の脂肪族ジカルボン酸やそのアルキルエステル等の誘導体が特に好ましい。コハク酸以外の炭素数が4以上10以下の脂肪族ジカルボン酸やそのアルキルエステル等の誘導体としては、例えば、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、ダイマー酸等やそのアルキルエステル等の誘導体が挙げられ、中でもアジピン酸、セバシン酸が好ましく、アジピン酸が特に好ましい。尚、上記脂肪族ジカルボン酸成分は、2種類以上を用いることもでき、この場合、コハク酸とアジピン酸との組み合わせが好ましい。
【0046】
脂肪族ポリエステル系樹脂(A)は、脂肪族オキシカルボン酸に由来する繰返し単位(脂肪族オキシカルボン酸単位)を有していてもよい。脂肪族オキシカルボン酸単位を与える脂肪族オキシカルボン酸成分の具体例としては、例えば、乳酸、グリコール酸、2-ヒドロキシ-n-酪酸、2-ヒドロキシカプロン酸、6-ヒドロキシカプロン酸、2-ヒドロキシ-3,3-ジメチル酪酸、2-ヒドロキシ-3-メチル酪酸、2-ヒドロキシイソカプロン酸等、又はこれらの低級アルキルエステル若しくは分子内エステル等の誘導体が挙げられる。これらに光学異性体が存在する場合には、D体、L体又はラセミ体の何れでもよく、形態としては固体、液体又は水溶液のいずれであってもよい。これらの中で特に好ましいものは、乳酸又はグリコール酸或いはその誘導体である。これら脂肪族オキシカルボン酸は単独でも、2種以上の混合物としても使用することもできる。
【0047】
脂肪族ポリエステル系樹脂(A)がこれらの脂肪族オキシカルボン酸単位を含む場合、その含有量は、成形性の観点から、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)を構成する全構成単位を100モル%として20モル%以下であることが好ましく、より好ましくは10モル%以下、更に好ましくは5モル%以下であり、最も好ましくは0モル%(含まない)である。
【0048】
また、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)は3官能以上の脂肪族多価アルコール、3官能以上の脂肪族多価カルボン酸又はその酸無水物、或いは3官能以上の脂肪族多価オキシカルボン酸成分を共重合することによって、溶融粘度が高められたものであってもよい。
【0049】
3官能の脂肪族多価アルコールの具体例としては、トリメチロールプロパン、グリセリン等が挙げられ、4官能の脂肪族多価アルコールの具体例としては、ペンタエリスリトール等が挙げられる。これらは単独でも2種以上混合して使用することもできる。
3官能の脂肪族多価カルボン酸又はその酸無水物の具体例としては、プロパントリカルボン酸又はその酸無水物が挙げられ、4官能の多価カルボン酸又はその酸無水物の具体例としては、シクロペンタンテトラカルボン酸又はその酸無水物等が挙げられる。これらは単独でも2種以上混合して使用することもできる。
【0050】
また、3官能の脂肪族オキシカルボン酸は、(i)カルボキシル基が2個とヒドロキシル基が1個を同一分子中に有するタイプと、(ii)カルボキシル基が1個とヒドロキシル基が2個のタイプとに分かれ、何れのタイプも使用可能であるが、成形性、機械強度や成形品外観の観点からリンゴ酸等の(i)カルボキシル基が2個とヒドロキシル基が1個を同一分子中に有するタイプが好ましく、より具体的には、リンゴ酸が好ましく用いられる。また、4官能の脂肪族オキシカルボン酸成分は、(i)3個のカルボキシル基と1個のヒドロキシル基とを同一分子中に共有するタイプ、(ii)2個のカルボキシル基と2個のヒドロキシル基とを同一分子中に共有するタイプ、(iii)3個のヒドロキシル基と1個のカルボキシル基とを同一分子中に共有するタイプに分かれ、何れのタイプも使用可能であるが、カルボキシル基を複数有するものが好ましく、より具体的には、クエン酸、酒石酸等が挙げられる。これらは単独でも2種以上混合して使用することもできる。
【0051】
脂肪族ポリエステル系樹脂(A)がこのような3官能以上の成分由来の構成単位を含む場合、その含有量は、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)を構成する全構成単位を100モル%として、下限が通常0モル%以上、好ましくは0.01モル%以上であり、上限が通常5モル%以下、好ましくは2.5モル%以下である。
【0052】
本発明に係る脂肪族ポリエステル系樹脂(A)の製造方法は、ポリエステルの製造に関する公知の方法が採用できる。また、この際の重縮合反応は、従来から採用されている適切な条件を設定することができ、特に制限されない。通常、エステル化反応を進行させた後、減圧操作を行うことによって更に重合度を高める方法が採用される。
【0053】
脂肪族ポリエステル系樹脂(A)の製造時に、ジオール単位を形成するジオール成分とジカルボン酸単位を形成するジカルボン酸成分とを反応させる場合には、製造される脂肪族ポリエステル系樹脂(A)が目的とする組成を有するようにジオール成分およびジカルボン酸成分の使用量を設定する。通常、ジオール成分とジカルボン酸成分とは実質的に等モル量で反応するが、ジオール成分は、エステル化反応中に留出することから、通常はジカルボン酸成分よりも1~20モル%過剰に用いられる。
【0054】
脂肪族ポリエステル系樹脂(A)に脂肪族オキシカルボン酸単位や多官能成分単位等の必須成分以外の成分(任意成分)を含有させる場合、その脂肪族オキシカルボン酸単位や多官能成分単位もそれぞれ目的とする組成となるように、それぞれに対応する化合物(モノマーやオリゴマー)を反応に供するようにする。このとき、上記の任意成分を反応系に導入する時期および方法に制限はなく、本発明に好適な脂肪族ポリエステル系樹脂(A)を製造できる限り任意である。
【0055】
例えば脂肪族オキシカルボン酸を反応系に導入する時期および方法は、ジオール成分とジカルボン酸成分との重縮合反応以前であれば特に限定されず、(1)予め触媒を脂肪族オキシカルボン酸溶液に溶解させた状態で混合する方法、(2)原料仕込み時に触媒を反応系に導入すると同時に混合する方法、などが挙げられる。
【0056】
多官能成分単位を形成する化合物の導入時期は、重合初期の他のモノマーやオリゴマーと同時に仕込むようにしてもよく、或いは、エステル交換反応後、減圧を開始する前に仕込むようにしてもよいが、他のモノマーやオリゴマーと同時に仕込む方が工程の簡略化の点で好ましい。
【0057】
脂肪族ポリエステル系樹脂(A)は、通常、触媒の存在下で製造される。触媒としては、公知のポリエステル系樹脂の製造に用いることのできる触媒を、本発明の効果を著しく損なわない限り任意に選択することができる。その例を挙げると、ゲルマニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、アンチモン、スズ、マグネシウム、カルシウム、亜鉛等の金属化合物が好適である。中でもゲルマニウム化合物、チタン化合物が好適である。
【0058】
触媒として使用できるゲルマニウム化合物としては、例えば、テトラアルコキシゲルマニウム等の有機ゲルマニウム化合物、酸化ゲルマニウム、塩化ゲルマニウム等の無機ゲルマニウム化合物などが挙げられる。中でも、価格や入手の容易さなどから、酸化ゲルマニウム、テトラエトキシゲルマニウムおよびテトラブトキシゲルマニウムなどが好ましく、特には、酸化ゲルマニウムが好適である。
【0059】
触媒として使用できるチタン化合物としては、例えば、テトラプロピルチタネート、テトラブチルチタネート、テトラフェニルチタネート等のテトラアルコキシチタンなどの有機チタン化合物が挙げられる。中でも、価格や入手の容易さなどから、テトラプロピルチタネート、テトラブチルチタネートなどが好ましい。
【0060】
また、本発明の目的を損なわない限り、他の触媒の併用を妨げない。なお、触媒は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせおよび比率で併用してもよい。
【0061】
触媒の使用量は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、使用するモノマー量に対して、通常0.0005質量%以上、より好ましくは0.001質量%以上、また、通常3質量%以下、好ましくは1.5質量%以下である。この範囲の下限を下回ると触媒の効果が現れないおそれがあり、上限を上回ると製造費が高くなったり得られるポリマーに著しい着色を生じたり、耐加水分解性が低下したりするおそれがある。
【0062】
触媒の導入時期は、重縮合反応以前であれば特に限定されず、原料仕込み時に導入しておいてもよく、減圧開始時に導入してもよい。脂肪族オキシカルボン酸単位を導入する場合は、原料仕込み時に乳酸やグリコール酸等の脂肪族オキシカルボン酸単位を形成するモノマーやオリゴマーと同時に導入するか、又は脂肪族オキシカルボン酸水溶液に触媒を溶解して導入する方法が好ましく、特に、重合速度が大きくなるという点で脂肪族オキシカルボン酸水溶液に触媒を溶解して導入する方法が好ましい。
【0063】
脂肪族ポリエステル系樹脂(A)を製造する際の温度、重合時間、圧力などの反応条件は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、ジカルボン酸成分とジオール成分とのエステル化反応および/又はエステル交換反応の反応温度は、下限が通常150℃以上、好ましくは180℃以上、上限が通常260℃以下、好ましくは250℃以下である。また、反応雰囲気は、通常、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気下である。更に、反応圧力は、通常、常圧~10kPaであるが、中でも常圧が好ましい。また、反応時間は、下限が通常1時間以上であり、上限が通常10時間以下、好ましくは6時間以下、より好ましくは4時間以下である。反応温度が高すぎると、不飽和結合の過剰生成が起こり、不飽和結合が要因となるゲル化が起こり、重合の制御が困難になることがある。
【0064】
また、ジカルボン酸成分とジオール成分とのエステル反応および/又はエステル交換反応後の重縮合反応は、圧力が、下限が通常0.01×10Pa以上、好ましくは0.03×10Pa以上、上限が通常1.4×10Pa以下、好ましくは0.4×10Pa以下の真空度下で行うことが望ましい。また、この時の反応温度は、下限が通常150℃以上、好ましくは180℃以上、上限が通常260℃以下、好ましくは250℃以下である。更に、反応時間は、下限が通常2時間以上であり、上限が通常15時間以下、好ましくは10時間以下である。反応温度が高すぎると、不飽和結合の過剰生成で不飽和結合が要因となるゲル化が起こり、重合の制御が困難になることがある。
【0065】
脂肪族ポリエステル系樹脂(A)の製造時には、カーボネート化合物やジイソシアネート化合物等の鎖延長剤を使用することもできる。この場合、鎖延長剤の量は、脂肪族ポリエステル系樹脂を構成する全構成単位を100モル%とした場合の脂肪族ポリエステル系樹脂(A)中のカーボネート結合やウレタン結合の割合として、通常10モル%以下、好ましくは5モル%以下、より好ましくは3モル%以下である。しかしながら、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)中にウレタン結合やカーボネート結合が存在すると、生分解性を阻害する可能性があるため、本発明では、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)を構成する全構成単位に対し、カーボネート結合は1モル%未満、好ましくは0.5モル%以下、より好ましくは0.1モル%以下であり、ウレタン結合は0.55モル%以下、好ましくは0.3モル%以下、より好ましくは0.12モル%以下、更に好ましくは0.05モル%以下とするのがよい。この量は、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)100質量部あたりに換算すると、0.9質量部以下、好ましくは0.5質量部以下、より好ましくは0.2質量部以下、さらに好ましくは0.1質量部以下である。特に、ウレタン結合量が上記上限値を上回ると、成膜工程等において、ウレタン結合の分解のため、ダイス出口からの溶融膜からの発煙や臭気が問題となる場合があり、また、溶融膜中に発泡による膜切れが起こって安定的に成形できないことがある。
なお、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)中のカーボネート結合量やウレタン結合量は、H-NMRや13C-NMR等のNMR測定結果から算出して求めることができる。
【0066】
上記鎖延長剤としてのカーボネート化合物としては、具体的には、ジフェニルカーボネート、ジトリールカーボネート、ビス(クロロフェニル)カーボネート、m-クレジルカーボネート、ジナフチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチレンカーボネート、ジアミルカーボネート、ジシクロヘキシルカーボネートなどが例示される。その他、フェノール類、アルコール類のようなヒドロキシ化合物から誘導される、同種、又は異種のヒドロキシ化合物からなるカーボネート化合物も使用可能である。
【0067】
ジイソシアネート化合物としては、具体的には、2,4-トリレンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネートと2,6-トリレンジイソシアネートとの混合体、1,5-ナフチレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、水素化キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、2,4,6-トリイソプロピルフェニルジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート等の公知のジイソシアネートなどが例示される。
【0068】
また、その他の鎖延長剤として、ジオキサゾリン、珪酸エステルなどを使用してもよい。
珪酸エステルとしては、具体的には、テトラメトキシシラン、ジメトキシジフェニルシラン、ジメトキシジメチルシラン、ジフェニルジヒドロキシシラン等が例示される。
【0069】
これらの鎖延長剤(カップリング剤)を用いた高分子量ポリエステル系樹脂についても従来の技術を用いて製造することが可能である。鎖延長剤は、重縮合終了後、均一な溶融状態で無溶媒にて反応系に添加し、重縮合により得られたポリエステルと反応させる。
【0070】
より具体的には、ジオール成分とジカルボン酸成分とを触媒反応させて得られる、末端基が実質的にヒドロキシル基を有し、重量平均分子量(Mw)が20,000以上、好ましくは40,000以上のポリエステルに上記鎖延長剤を反応させることにより、より高分子量化したポリエステル系樹脂を得ることができる。重量平均分子量が20,000以上のプレポリマーは、少量の鎖延長剤の使用で、溶融状態といった苛酷な条件下でも、残存する触媒の影響を受けないので反応中にゲルを生ずることなく、高分子量のポリエステル系樹脂を製造することができる。ここで、ポリエステル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は、溶媒をクロロホルムとし、測定温度40℃でゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による測定値から単分散ポリスチレンによる換算値として求められる。
【0071】
したがって、例えば鎖延長剤として上記のジイソシアネート化合物を用いて、ポリエステル系樹脂を更に高分子量化する場合には、重量平均分子量が20,000以上、好ましくは40,000以上のプレポリマーを用いることが好ましい。重量平均分子量が20,000未満であると、高分子量化するためのジイソシアネート化合物の使用量が多くなり耐熱性が低下する場合がある。このようなプレポリマーを用いてジイソシアネート化合物に由来するウレタン結合を介して連鎖した線状構造を有するウレタン結合を有するポリエステル系樹脂が製造される。
【0072】
鎖延長時の圧力は、通常0.01MPa以上1MPa以下、好ましくは0.05MPa以上0.5MPa以下、より好ましくは0.07MPa以上0.3MPa以下であるが、常圧が最も好ましい。
【0073】
鎖延長時の反応温度は、下限が通常100℃以上、好ましくは150℃以上、より好ましくは190℃以上、最も好ましくは200℃以上であり、上限が通常250℃以下、好ましくは240℃以下、より好ましくは230℃以下である。反応温度が低すぎると粘度が高く均一な反応が難しく、高い攪拌動力も要する傾向があり、また高すぎると、ポリエステル系樹脂のゲル化や分解が併発する傾向がある。
【0074】
鎖延長を行う時間は、下限が通常0.1分以上、好ましくは1分以上、より好ましくは5分以上であり、上限が通常5時間以下、好ましくは1時間以下、より好ましくは30分以下、最も好ましくは15分以下である。鎖延長を行う時間が短すぎる場合には、鎖延長剤の添加効果が発現しない傾向があり、また、長すぎる場合には、ポリエステル系樹脂のゲル化や分解が併発する傾向がある。
【0075】
本発明で用いる脂肪族ポリエステル系樹脂(A)の分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定することが可能であって、単分散ポリスチレンを標準物質とした重量平均分子量(Mw)が、通常10,000以上1,000,000以下であるが、成形性と機械強度の点において有利なため、好ましくは20,000以上500,000以下、より好ましくは50,000以上400,000以下である。
【0076】
脂肪族ポリエステル系樹脂(A)のメルトフローレート(MFR)は、JIS K7210(1999年)に基づいて190℃、荷重2.16kgで測定した値で、通常0.1g/10分以上100g/10分以下であるが、成形性と機械強度の観点から、好ましくは50g/10分以下、特に好ましくは40g/10分以下である。脂肪族ポリエステル系樹脂(A)のMFRは、分子量により調節することが可能である。
【0077】
脂肪族ポリエステル系樹脂(A)の融点は70℃以上が好ましく、より好ましくは75℃以上であり、170℃以下であることが好ましく、より好ましくは150℃以下、特に好ましくは130℃未満である。融点が複数存在する場合には、少なくとも1つの融点が上記範囲内にあることが好ましい。
また、脂肪族ポリエステル系樹脂(A)の弾性率は180~1000MPaであることが好ましい。
融点が上記範囲外では成形性に劣り、弾性率が180MPa未満では成形加工性に問題が起こり易く、一方、弾性率が1000MPaを超えると耐衝撃強度が悪くなる傾向にある。
【0078】
脂肪族ポリエステル系樹脂(A)の融点や弾性率の調整法は特に限定されないが、例えば、コハク酸以外の脂肪族ジカルボン酸成分の共重合成分の種類を選択したり、ぞれぞれの共重合比率を調節したり、それらを組み合わせたりすることにより調節することが可能である。
【0079】
本発明では、脂肪族ポリエステル樹脂(A)は1種に限らず、構成単位の種類や構成単位比、製造方法、物性等の異なる2種以上の脂肪族ポリエステル樹脂(A)をブレンドして用いることができる。
【0080】
<脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)>
脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)としては、上述の脂肪族ポリエステル系樹脂(A)の繰り返し単位の少なくとも一部が、芳香族化合物単位に置き換えられたもの、好ましくは、上述の脂肪族ポリエステル系樹脂(A)の脂肪族ジカルボン酸単位の一部が芳香族ジカルボン酸単位に置き換えられた、脂肪族ジオール単位と脂肪族ジカルボン酸単位と芳香族ジカルボン酸単位とを主構成単位として含むポリエステル系樹脂が例示される。
【0081】
芳香族化合物単位としては、例えば、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を有する芳香族ジオール単位、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を有する芳香族ジカルボン酸単位、置換基を有していてもよい芳香族複素環基を有する芳香族ジカルボン酸単位、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を有する芳香族オキシカルボン酸単位等が挙げられる。芳香族炭化水素基、芳香族複素環基は、単環でもよいし、複数の環が互いに結合、又は縮合したものでもよい。芳香族炭化水素基の具体例としては、1,2-フェニレン基、1,3-フェニレン基、1,4-フェニレン基、ジナフチレン基、ジフェニレン基等が挙げられる。芳香族複素環基の具体例としては2,5-フランジイル基等が挙げられる。
【0082】
芳香族ジカルボン酸単位を与える芳香族ジカルボン酸成分の具体例としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸、2,5-フランジカルボン酸等が挙げられる。中でも、テレフタル酸が好ましい。
【0083】
芳香族ジカルボン酸成分としては、芳香族ジカルボン酸化合物の誘導体でもよい。例えば、上記に例示した芳香族ジカルボン酸成分の誘導体が好ましく、中でも、炭素数1以上4以下である低級アルキルエステルや、酸無水物等が挙げられる。芳香族ジカルボン酸化合物の誘導体の具体例としては、上記例示した芳香族ジカルボン酸成分のメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、ブチルエステル等の低級アルキルエステル;無水コハク酸等の上記例示した芳香族ジカルボン酸成分の環状酸無水物;等が挙げられる。中でも、ジメチルテレフタレートが好ましい。
【0084】
芳香族ジオール単位を与える芳香族ジオール成分の具体例としては、例えば、キシリレングリコール、4,4’-ジヒドロキシビフェニル、2,2-ビス(4’-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4’-β-ヒドロキシエトキシフェニル)プロパン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4-β-ヒドロキシエトキシフェニル)スルホン酸等が挙げられる。芳香族ジオール成分としては、芳香族ジオール化合物の誘導体でもよい。また、複数の脂肪族ジオール化合物及び/又は芳香族ジオール化合物が互いに脱水縮合した構造を有する化合物であってもよい。
【0085】
芳香族オキシカルボン酸単位を与える芳香族オキシカルボン酸成分の具体例としては、例えば、p-ヒドロキシ安息香酸、p-β-ヒドロキシエトキシ安息香酸等が挙げられる。芳香族オキシカルボン酸成分としては、芳香族オキシカルボン酸化合物の誘導体でもよい。また、複数の脂肪族オキシカルボン酸化合物及び/又は芳香族オキシカルボン酸化合物が互いに脱水縮合した構造を有する化合物(オリゴマー)であってもよい。即ち、原料物質としてオリゴマーを用いてもよい。
【0086】
これら芳香族化合物単位を与える芳香族化合物成分に光学異性体が存在する場合には、D体、L体、及びラセミ体のいずれを用いてもよい。また、芳香族化合物成分としては、芳香族化合物単位を与えることができれば、上記の例に限定されるものではない。更に、芳香族化合物成分は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ、及び比率で併用してもよい。
【0087】
脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)としては、芳香族化合物単位を与える成分として芳香族ジカルボン酸成分を用いることが好ましく、この場合の芳香族ジカルボン酸単位の含有量は、脂肪族ジカルボン酸単位と芳香族ジカルボン酸単位の全量を基準(100モル%)として、10モル%以上80モル%以下であることが好ましい。また、芳香族ジカルボン酸成分としてテレフタル酸又は2,5-フランジカルボン酸を用いることが好ましく、その場合、脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)としては、ポリブチレンテレフタレートアジペート及び/又はポリブチレンテレフタレートサクシネート系樹脂であることが好ましい。また、脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)としては、ポリブチレン-2,5-フランジカルボキシレート系樹脂も好ましい。
【0088】
脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)は、原料に少なくとも芳香族化合物成分を用いて、前述の脂肪族ポリエステル系樹脂(A)を同様に製造することができる。
【0089】
本発明で用いる脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)の分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定することが可能であって、単分散ポリスチレンを標準物質とした重量平均分子量(Mw)が、通常10,000以上1,000,000以下であるが、成形性と機械強度の点において有利なため、好ましくは30,000以上800,000以下、より好ましくは50,000以上600,000以下である。
【0090】
脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)のメルトフローレート(MFR)は、JIS K7210(1999年)に基づいて190℃、荷重2.16kgで測定した値で、通常0.1g/10分以上100g/10分以下であるが、成形性と機械強度の観点から、好ましくは50g/10分以下、特に好ましくは30g/10分以下である。脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)のMFRは、分子量により調節することが可能である。
【0091】
脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)の融点は通常60℃以上であり、70℃以上が好ましく、より好ましくは80℃以上であり、150℃以下であることが好ましく、より好ましくは140℃以下、特に好ましくは120℃以下である。融点が複数存在する場合には、少なくとも1つの融点が上記範囲内にあることが好ましい。
また、脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)の弾性率は180~1000MPaであることが好ましい。
融点が上記範囲外では成形性に劣り、弾性率が180MPa未満では成形加工性に問題が起こり易く、一方、弾性率が1000MPaを超えると耐衝撃強度が悪くなる傾向にある。
【0092】
脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)の融点や弾性率の調整法は特に限定されないが、例えば、芳香族ジカルボン酸成分以外の脂肪族ジカルボン酸成分の共重合成分の種類を選択したり、ぞれぞれの共重合比率を調節したり、それらを組み合わせたりすることにより調節することが可能である。
【0093】
本発明では、脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)は1種に限らず、構成単位の種類や構成単位比、製造方法、物性等の異なる2種以上の脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)をブレンドして用いることができる。
【0094】
<脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)>
本発明で用いる脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)は、脂肪族オキシカルボン酸単位を主構成単位とするものであり、その脂肪族オキシカルボン酸単位は、下記式(3)で表されることが好ましい。
-O-R-CO- (3)
(上記式(3)中、Rは2価の脂肪族炭化水素基又は2価の脂環式炭化水素基を表す。)
【0095】
式(3)の脂肪族オキシカルボン酸単位を与える脂肪族オキシカルボン酸成分の具体例としては、乳酸、グリコール酸、2-ヒドロキシ-n-酪酸、2-ヒドロキシカプロン酸、2-ヒドロキシ-3,3-ジメチル酪酸、2-ヒドロキシ-3-メチル酪酸、2-ヒドロキシイソカプロン酸、あるいはこれらの混合物等が挙げられる。これらに光学異性体が存在する場合には、D体、L体のいずれでもよい。これらの中で好ましいものは、乳酸又はグリコール酸である。これら脂肪族オキシカルボン酸成分は、2種類以上を混合して用いることもできる。
【0096】
脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)としては、特にポリ乳酸(PLA)が好ましい。
【0097】
また、生分解性に影響を与えない範囲で、脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)にはウレタン結合、アミド結合、カーボネート結合、エーテル結合等を導入することができる。
【0098】
脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)の製造方法は、特に限定されるものではなく、オキシカルボン酸の直接重合法、あるいは環状体の開環重合法等公知の方法で製造することができる。
【0099】
本発明で用いる脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)の分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定することが可能であって、単分散ポリスチレンを標準物質とした重量平均分子量(Mw)が、通常10,000以上1,000,000以下であるが、成形性と機械強度の点において有利なため、好ましくは20,000以上500,000以下、より好ましくは50,000以上400,000以下である。
【0100】
脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)のメルトフローレート(MFR)は、JIS K7210(1999年)に基づいて190℃、荷重2.16kgで測定した値で、通常0.1g/10分以上100g/10分以下であるが、成形性と機械強度の観点から、好ましくは50g/10分以下、特に好ましくは40g/10分以下である。脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)のMFRは、分子量により調節することが可能である。
【0101】
脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)の融点は70℃以上が好ましく、より好ましくは75℃以上であり、170℃以下であることが好ましく、より好ましくは150℃以下、特に好ましくは130℃未満である。融点が複数存在する場合には、少なくとも1つの融点が上記範囲内にあることが好ましい。
また、脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)の弾性率は180~1000MPaであることが好ましい。
融点が上記範囲外では成形性に劣り、弾性率が180MPa未満では成形加工性に問題が起こり易く、一方、弾性率が1000MPaを超えると耐衝撃強度が悪くなる傾向にある。
【0102】
脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)の融点や弾性率の調整法は特に限定されないが、例えば、脂肪族オキシカルボン酸以外の共重合成分の種類を選択したり、ぞれぞれの共重合比率を調節したり、それらを組み合わせたりすることにより調節することが可能である。
【0103】
脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)としては、以下に説明するポリヒドロキシアルカノエート(D)も好ましく用いることができる。
本発明において好適に用いられる用いるポリヒドロキシアルカノエート(以下、PHAと称することがある)(D)は、一般式:[-CHR-CH-CO-O-](式中、Rは炭素数1~15のアルキル基である。)で示される繰り返し単位を含む脂肪族ポリエステルであり、3-ヒドロキシブチレート単位と3-ヒドロキシヘキサノエート単位を主たる構成単位として含む共重合体である。
【0104】
本発明で用いるポリヒドロキシアルカノエート(D)は、成形性、熱安定性の観点から、構成成分として3-ヒドロキシブチレート単位を80モル%以上含むことが好ましく、85モル%以上含むことがより好ましい。また、微生物によって生産されたものが好ましい。ポリヒドロキシアルカノエート(D)の具体例としては、ポリ(3-ヒドロキシブチレート-コ-3-ヒドロキシヘキサノエート)共重合樹脂、ポリ(3-ヒドロキシブチレート-コ-3-ヒドロキシバレレート-コ-3-ヒドロキシヘキサノエート)共重合樹脂等が挙げられる。
特に、成形加工性および得られる成形体の物性の観点から、ポリ(3-ヒドロキシブチレート-コ-3-ヒドロキシヘキサノエート)共重合樹脂、即ちPHBHが好ましい。
【0105】
ポリヒドロキシアルカノエート(D)において、3-ヒドロキシブチレート(以下、3HBと称する場合がある)と、共重合している3-ヒドロキシヘキサノエート(以下、3HHと称する場合がある)等のコモノマーとの構成比、即ち共重合樹脂中のモノマー比率としては、成形加工性および成形体品質等の観点から、3-ヒドロキシブチレート/コモノマー=97/3~80/20(モル%/モル%)であることが好ましく、95/5~85/15(モル%/モル%)であることがより好ましい。このコモノマー比率が3モル%未満であると、成形加工温度と熱分解温度が近接するため成形加工し難い場合がある。コモノマー比率が20モル%を超えると、ポリヒドロキシアルカノエート(D)の結晶化が遅くなるため生産性が悪化する場合がある。
【0106】
ポリヒドロキシアルカノエート(D)中の各モノマー比率は、以下のようにガスクロマトグラフィーによって測定できる。
乾燥PHA約20mgに、2mlの硫酸/メタノール混液(15/85(質量比))と2mlのクロロホルムを添加して密栓し、100℃で140分間加熱して、PHA分解物のメチルエステルを得る。冷却後、これに1.5gの炭酸水素ナトリウムを少しずつ加えて中和し、炭酸ガスの発生が止まるまで放置する。4mlのジイソプロピルエーテルを添加してよく混合した後、上清中のPHA分解物のモノマーユニット組成をキャピラリーガスクロマトグラフィーにより分析することにより、共重合樹脂中の各モノマー比率を求められる。
【0107】
本発明で用いるポリヒドロキシアルカノエート(D)の重量平均分子量(以下、Mwと称する場合がある)は、前記のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定することが可能であって、単分散ポリスチレンを標準物質とした重量平均分子量(Mw)が、通常200,000以上2,500,000以下であるが、成形性と機械強度の点において有利なため、好ましくは250,000以上2,000,000以下、より好ましくは300,000以上1,000,000以下である。重量平均分子量が200,000未満では、機械物性等が劣る場合があり、2,500,000超えると、成形加工が困難となる場合がある。
【0108】
ポリヒドロキシアルカノエート(D)のメルトフローレート(MFR)は、JIS K7210(1999年)に基づいて190℃、荷重2.16kgで測定した値で、好ましくは1g/10分以上100g/10分以下であるが、成形性と機械強度の観点から、より好ましくは80g/10分以下、特に好ましくは50g/10分以下である。ポリヒドロキシアルカノエート(D)のMFRは、分子量により調節することが可能である。
【0109】
ポリヒドロキシアルカノエート(D)の融点は100℃以上が好ましく、より好ましくは120℃以上であり、180℃以下であることが好ましく、より好ましくは170℃以下、特に好ましくは160℃未満である。融点が複数存在する場合には、少なくとも1つの融点が上記範囲内にあることが好ましい。
【0110】
ポリヒドロキシアルカノエート(D)は、例えば、Alcaligenes eutrophusにAeromonas caviae由来のPHA合成酵素遺伝子を導入したAlcaligenes eutrophus AC32株(ブダペスト条約に基づく国際寄託、国際寄託当局:独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1中央第6)、原寄託日:平成8年8月12日、平成9年8月7日に移管、寄託番号FERM BP-6038(原寄託FERM P-15786より移管))(J.Bacteriol.,179,4821(1997))等の微生物によって産生される。
【0111】
ポリヒドロキシアルカノエート(D)としては、市販品を用いることもでき、3-ヒドロキシブチレート単位及び3-ヒドロキシヘキサノエート単位を主構成単位として含むポリヒドロキシアルカノエート(D)の市販品としては、カネカ社製「PHBH X331N」、「PHBH X131A」、「PHBH X151A」等を用いることができる。
【0112】
本発明では、上記ポリヒドロキシアルカノエート(D)を含め、脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)は1種に限らず、構成単位の種類や構成単位比、製造方法、物性等の異なる2種以上の脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)をブレンドして用いることができる。
【0113】
<その他の成分>
本発明の生分解性樹脂組成物には、本発明の生分解促進剤以外に、フィラー(充填剤)、可塑剤、帯電防止剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、染料、顔料、加水分解防止剤、結晶核剤、アンチブロッキング剤、耐候剤、熱安定剤、難燃剤、離型剤、防曇剤、表面ぬれ改善剤、焼却補助剤、分散助剤、各種界面活性剤、スリップ剤等の各種添加剤の1種又は2種以上が「その他の成分」として含まれていてもよい。
また、本発明の生分解性樹脂組成物にはまた、機能性添加剤として、鮮度保持剤、抗菌剤等が含有されていてもよい。
【0114】
これらのその他の成分は、本発明の効果を損なわない範囲で任意に配合することができ、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
【0115】
本発明の生分解性樹脂組成物におけるこれらのその他の成分の含有量は、通常、本発明の生分解性樹脂組成物の物性を損なわないために、その他の成分の総量は、本発明の生分解性樹脂組成物の総量に対して0.01質量%以上40質量%以下であることが好ましい。
【0116】
<生分解性樹脂組成物の製造方法>
本発明の生分解性樹脂組成物は、上述の生分解性樹脂と本発明の生分解促進剤とを混練機内で混練し、該生分解促進剤を生分解性樹脂中に分散させることにより製造される。また、生分解促進剤及び生分解性樹脂と共に、必要に応じて用いられるその他の樹脂やその他の成分を混練機内で混合してもよい。
【0117】
この混合工程は、生分解促進剤及び生分解性樹脂と、必要に応じて用いられるその他の樹脂やその他の成分を、所定の割合で同時に、又は任意の順序で、タンブラー、V型ブレンダー、ナウターミキサー、バンバリーミキサー、混練ロール、押出機等の混合機により混合し、好ましくはさらに溶融混錬することにより行われる。
【0118】
混合工程で使用される混練機は溶融混練機であってもよい。また、押出機は二軸押出機、単軸押出機のいずれでもよいが、二軸押出機がより好ましい。
【0119】
溶融混練時の温度は140~220℃が好ましい。この温度範囲であれば、溶融反応に要する時間の短縮が可能になり、樹脂の劣化や生分解促進剤の炭化に伴う色調の悪化等を防止することができ、また、耐衝撃性や耐湿熱性などの実用面での物理特性をより向上させることができる。同様の観点から、溶融混練温度は150~210℃であることがより好ましい。
【0120】
また溶融混練時間については、上記と同様に樹脂劣化等をより確実に回避するという観点から無用な長時間化は回避されるべきであり、20秒以上20分以下が好ましく、より好ましくは30秒以上15分以下である。従って、この溶融混練条件を満たすような溶融混練温度や時間の条件設定を行うことが好ましい。
【0121】
[成形体]
本発明の生分解性樹脂組成物は、汎用プラスチックに適用される各種成形法により成形することができる。その成形法としては例えば、圧縮成形(圧縮成形、積層成形、スタンパブル成形)、射出成形、押出成形や共押出成形(インフレ法やTダイ法によるフィルム成形、ラミネート成形、パイプ成形、電線/ケーブル成形、異形材の成形)、熱プレス成形、中空成形(各種ブロー成形)、カレンダー成形、固体成形(一軸延伸成形、二軸延伸成形、ロール圧延成形、延伸配向不織布成形、熱成形(真空成形、圧空成形)、塑性加工、粉末成形(回転成形)、各種不織布成形(乾式法、接着法、絡合法、スパンボンド法等)等が挙げられる。中でも、射出成形、押出成形、圧縮成形、又は熱プレス成形、特に押出成形又は射出成形が好適に適用される。具体的な形状としては、シート、フィルム、容器への適用が好ましい。
【0122】
また、本発明の生分解性樹脂組成物を成形してなる本発明の生分解性樹脂成形体には、化学的機能、電気的機能、磁気的機能、力学的機能、摩擦/摩耗/潤滑機能、光学的機能、熱的機能、生体適合性等の表面機能等の付与を目的として、各種の二次加工を施すことも可能である。二次加工の例としては、エンボス加工、塗装、接着、印刷、メタライジング(めっき等)、機械加工、表面処理(帯電防止処理、コロナ放電処理、プラズマ処理、フォトクロミズム処理、物理蒸着、化学蒸着、コーティング等)等が挙げられる。
【0123】
本発明の生分解性樹脂組成物を成形してなる成形体が、厚みが50μm以上4mm以下の薄肉部を、全体又はその一部に有する生分解性樹脂成形体である場合、即ち、その全体が50μm以上4mm以下のフィルム状、シート状ないし板状であるか、或いは、このようなフィルム状、シート状ないし板状の薄肉部をその一部に有する生分解性樹脂成形体である場合に、特に本発明の生分解促進剤を含むことによる機械強度の発現効果が有効に発揮され、好ましい。この場合、本発明の生分解促進剤の粒径は前述の通り15μm以下、特に10μm以下であることが好ましい。
【0124】
[用途]
本発明の生分解性樹脂組成物からなる本発明の樹脂成形体は、各種食品、薬品、雑貨等の液状物や粉粒物、固形物を包装するための包装用資材、農業用資材、建築資材等幅広い用途において好適に用いられる。その具体的用途としては、射出成形品(例えば、生鮮食品のトレー、ファーストフードの容器、コーヒーカプセルの容器、カトラリー、野外レジャー製品等)、押出成形品(例えば、フィルム、シート、釣り糸、漁網、植生ネット、2次加工用シート、保水シート等)、中空成形品(ボトル等)等が挙げられる。更に、その他農業用のフィルム、コーティング資材、肥料用コーティング材、育苗ポット、ラミネートフィルム、板、延伸シート、モノフィラメント、不織布、フラットヤーン、ステープル、捲縮繊維、筋付きテープ、スプリットヤーン、複合繊維、ブローボトル、ショッピングバッグ、ゴミ袋、コンポスト袋、化粧品容器、洗剤容器、漂白剤容器、ロープ、結束材、衛生用カバーストック材、保冷箱、クッション材フィルム、マルチフィラメント、合成紙、医療用として手術糸、縫合糸、人工骨、人工皮膚、マイクロカプセル等のDDS、創傷被覆材等が挙げられる。
【0125】
特に本発明の樹脂成形品は、コーヒーカプセルの容器、食品包装用フィルム、生鮮食品のトレー、ファーストフードの容器、弁当箱等の食品用向けの容器として好適である。これらは、通常50μm以上4mm以下の薄肉部を有し、本発明の生分解促進剤による効果が有効に発揮される。
【実施例
【0126】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明の内容を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例によって限定されるものではない。以下の実施例における各種の製造条件や評価結果の値は、本発明の実施態様における上限又は下限の好ましい値としての意味を持つものであり、好ましい範囲は前記した上限又は下限の値と、下記実施例の値又は実施例同士の値との組み合わせで規定される範囲であってもよい。
【0127】
[セルロース、リグニン、ヘミセルロース含有量の測定と算出]
セルロース、リグニン、ヘミセルロースの含有量は、耐熱性α-アミラーゼ処理中性デタージェント繊維(aNDFom)、酸性デタージェント繊維(ADFom)、酸性デタージェントリグニン(ADL)の値から、以下の式で求めた。
セルロース(%)=ADFom(%)-ADL(%)
リグニン(%)=ADL(%)
ヘミセルロース(%)=aNDFom(%)-ADFom(%)
aNDFom、ADFom、ADLは、常法(例えば日本科学飼料協会発行「飼料分析法・解説 2009」、独立行政法人農林水産消費安全技術センター「飼料分析基準」(http://www.famic.go.jp/ffis/feed/bunseki/bunsekikijun.html)、国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構「最近の飼料作物の栄養評価に関する研究の動向」(http://www.naro.affrc.go.jp/nilgs-neo/kenkyukai/files/jikyushiryoriyo2016_koen07.pdf)等を参照)に基づいて測定した。
測定方法の概要は以下の通りである。
【0128】
《aNDFom》
試料(質量W1)に亜硫酸ナトリウムと中性デタージェント溶液を加えて煮沸させ、次いで耐熱性α-アミラーゼを加えて煮沸させる。不溶物をガラスフィルター等で濾取し、洗浄・乾燥して秤量する(W2)。次に、この不溶物を加熱灰化して秤量する(W3)。以下の式からaNDFom(%)を求める。
aNDFom(%)=100×(W2-W3)/W1
【0129】
《ADFom及びADL》
試料(質量W4)に酸性デタージェント溶液を加えて煮沸した後、不溶物をガラスフィルター等で濾取し、洗浄・乾燥して秤量する(W5)。次に、この不溶物を72%硫酸で処理した後、不溶物を洗浄・乾燥して秤量する(W6)。最後に、不溶物を加熱灰化して秤量する(W7)。以下の式からADFom(%)及びADL(%)を求める。
ADFom(%)=100×(W5-W7)/W4
ADL(%)=100×(W6-W7)/W4
【0130】
表1に、以下の実施例及び比較例で用いた各原料について上記の方法で求めたセルロース、リグニン及びヘミセルロースの含有量とセルロース/ヘミセルロース比を示す。
【0131】
【表1】
【0132】
[生分解促進剤の製造法(1)]
各原料をクラッシュミルサー(岩谷産業社製「IFM-C20G」)により粉砕した後、50メッシュ(目開き297μm)の篩を通過したものを、乾燥機で80℃にて12時間乾燥を行った。乾燥機で乾燥後のポプラ木粉の水分率は0.3%、クルミ殻粉の水分率は、0.8%、脱脂米糠の水分率は、2.0%であった。
【0133】
[生分解促進剤の製造法(2)]
市販の乾燥脱脂米糠(ボーソー油脂株式会社製「BFR-5」(標準水分率5%以下))をジェットミル粉砕機(アイシンナノテクノロジーズ社製「NJ-100」)を用いて、空気圧1.4MPa、時間当たり投入量1kg/h~8kg/hの条件で粉砕した。粉砕条件に応じて、後述する平均粒径がそれぞれ8μm、11μm、14μmである生分解促進剤(脱脂米糠)が得られた。
【0134】
[生分解促進剤の粒径の測定方法]
生分解促進剤の粒径は、レーザー回折式粒子径分布測定装置(株式会社島津製作所製「SALD-2300」)を用いて測定し、次の方法で平均粒径を求めた。すなわち、水、アルコール、空気等の分散媒中に分散させた生分解促進剤の粒子にレーザー光を照射して観測された回折散乱光のパターンと、生分解促進剤を異なる直径を有する多数の球形の粒子の集合体と見なした場合に計算によって推定される回折散乱光のパターンを比較することにより、それらが一致するような粒子径と粒子数の分布が算出される。こうして得られた粒子径と粒子数の分布に対して、粒子径(直径)の総和を全粒子数で割ることで求められる数平均粒子径を平均粒径とした。
【0135】
[生分解促進剤の水分率の測定方法]
秤量した生分解促進剤をアルミ皿に入れ、熱風乾燥機にて135℃で2時間乾燥した後、放冷して重量を量り、重量減少量を元の重量で割ることで水分率を算出した。
【0136】
[生分解性樹脂]
生分解性樹脂としては、下記の脂肪族ポリエステル系樹脂(A)、脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B)、脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C)、ポリヒドロキシアルカノエート(D)を用いた。
脂肪族ポリエステル系樹脂(A-1):ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA) PTTMCCBiochem社製 商品名 BioPBSTM FD92PB
脂肪族ポリエステル系樹脂(A-2):ポリブチレンサクシネート(PBS) PTTMCCBiochem社製 「BioPBSTM FZ91PB」
脂肪族-芳香族ポリエステル系樹脂(B):ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT) BASF社製 「ecoflexTM F Blend C1200」
脂肪族オキシカルボン酸系樹脂(C):ポリ乳酸(PLA) NatureWorks社製 「IngeoTM 4060D」
ポリヒドロキシアルカノエート(D):ポリ(3-ヒドロキシブチレート-コ-3-ヒドロキシヘキサノエート)(PHBH):カネカ社製 「PHBHTM X131A」
【0137】
[実施例1~6、比較例1~3]
脂肪族ポリエステル系樹脂(A-1)と製造法(1)で得られた生分解促進剤を表2に示す割合でブレンドし、小型二軸混練機(DSM社製「Xplore Micro 15cc Twin Screw Compounder」)を使用して、窒素雰囲気下、190℃にて5分間溶融混練を行った。
得られた樹脂組成物を18トン射出成形機(住友重機械工業社製 SE18D)を用いて、金型温度40℃、シリンダー温度190℃にて射出成形し、機械特性試験用ISO試験片を得た。
【0138】
[実施例7~12、比較例4~6]
脂肪族ポリエステル系樹脂(A-1)と製造法(1)で得られた生分解促進剤を表3に示す割合でブレンドし、小型二軸混練機(DSM社製「Xplore Micro 15cc Twin Screw Compounder」)を使用して、窒素雰囲気下、170℃にて5分間溶融混練を行った。
得られた樹脂組成物を、小型射出成形機(DSM社製「Xplore Micro 12cc Injection Moulding Machine」)を用いて、金型温度40℃、シリンダー温度170℃にて射出成形し、機械特性試験用ISO試験片を得た。
【0139】
[実施例13~18、比較例7~10]
表4に示す生分解性樹脂と、製造法(1)で得られた表4に示す生分解促進剤を表4に示す割合でブレンドし、小型二軸混練機(DSM社製「Xplore Micro 15cc Twin Screw Compounder」)を使用して、窒素雰囲気下、170℃にて4分間溶融混練を行った。
【0140】
[実施例19~20、比較例11]
脂肪族ポリエステル系樹脂(A-2)と製造法(2)で得られた生分解促進剤(平均粒径11μm)を表5に示す割合でブレンドし、二軸混練押出機(株式会社日本製鋼所製「TEX30α」)を使用して設定温度135℃、スクリュー回転数200rpm、吐出量20kg/hで混練を行い、押し出されたストランドを水槽に通した後、ストランドカッターでカッティングしてペレットを得た。得られたペレットを、熱風乾燥機により60℃で5時間乾燥した後、18トン射出成形機(住友重機械工業社製「SE18D」)を用いて、金型温度40℃、シリンダー温度140℃にて射出成形し、機械特性試験用ISO試験片を得た。
【0141】
[実施例21~22、比較例12]
脂肪族ポリエステル系樹脂(A-2)と製造法(2)で得られた生分解促進剤(平均粒径11μm)を表6に示す割合でブレンドし、二軸混練押出機(株式会社日本製鋼所製「TEX30α」)を使用して設定温度135℃、スクリュー回転数200rpm、吐出量20kg/hで混練を行い、押し出されたストランドを水槽に通した後、ストランドカッターでカッティングしてペレットを得た。得られたペレットを、熱風乾燥機により60℃で5時間乾燥した後、単層Tダイシート成形機(GSIクレオス社製「JU-1709」)を用いて成形し、厚さ0.8mmのシート状成形体を得た。
【0142】
[実施例23~24、参考例1]
脂肪族ポリエステル系樹脂(A-1)と、製造法(2)で得られた生分解促進剤(平均粒径8μm及び11μm)又は未粉砕の脱脂米糠(平均粒径123μm)を表7に示す割合でブレンドし、二軸混練押出機(株式会社日本製鋼所製「TEX30α」)を使用して設定温度125℃、スクリュー回転数200rpm、吐出量20kg/hで混練を行い、押し出されたストランドを水槽に通した後、ストランドカッターでカッティングしてペレットを得た。得られたペレットを、熱風乾燥機により60℃で5時間乾燥した後、単層インフレーション成形機(エンプラ産業株式会社製「エンプラ30」)にて成形し、厚さ30μmのフィルム状成形体を得た。
【0143】
[実施例25~27、比較例13]
脂肪族ポリエステル系樹脂(A-1)と製造法(2)で得られた生分解促進剤(平均粒径8μm及び14μm)又は未粉砕の脱脂米糠(平均粒径123μm)を表8に示す割合でブレンドし、二軸混練押出機(株式会社日本製鋼所製「TEX30α」)を使用して設定温度125℃、スクリュー回転数200rpm、吐出量20kg/hで混練を行い、押し出されたストランドを水槽に通した後、ストランドカッターでカッティングしてペレットを得た。
【0144】
実施例1~27、比較例1~13及び参考例1で得られた樹脂組成物及び成形体について、以下の評価を実施し、結果を表2~表8に示した。
【0145】
<生分解性試験(A法)>
得られた樹脂組成物を190℃の熱プレス成形機で厚さ100μmのフィルムとし、これをISO527-3に準拠したダンベル形状に切り抜き、水分量20%RHの園芸用土(アイリスオーヤマ株式会社製「花と野菜の培養土」)を入れたポリエチレン製タッパー容器の土中に埋設し、蓋を閉めて28℃のイナートオーブン中に1週間静置した。静置前後の重量変化を測定し、変化率(静置前の質量に対する質量減少量の割合)を算出した。算出された変化率を、同時に試験した比較例1の脂肪族ポリエステル系樹脂(A-1)のみの場合の変化率に対する比として算出し、生分解性向上率(A法)とした。
【0146】
<生分解性試験(B法)>
得られた樹脂組成物を180℃の熱プレス成形機で厚さ200μmのフィルムとし、これをISO527-3に準拠したダンベル形状に切り抜き、ポリエチレン製タッパー容器に入れた水分量20%RHの園芸用土(アイリスオーヤマ株式会社製「花と野菜の培養土」)とコンポスト(八幡物産株式会社製、生分解試験用植種源)の質量比1:1の混合物中に埋設し、蓋を閉めて28℃のイナートオーブン中に2週間静置した。静置前後の重量変化を測定し、変化率(静置前の質量に対する質量減少量の割合)を算出した。算出された変化率を、同時に試験した比較例4の脂肪族ポリエステル系樹脂(A-1)のみの場合の変化率に対する比として算出し、生分解性向上率(B法)とした。
【0147】
<生分解性試験(C法)>
得られた樹脂組成物を180℃の熱プレス成形機で厚さ100μmのフィルムとし、これを30mm×20mmの長方形に切り抜き、ポリエチレン製タッパー容器に入れた水分量20%RHの園芸用土(アイリスオーヤマ株式会社製「花と野菜の培養土」)とコンポスト(八幡物産株式会社製、生分解試験用植種源)の質量比1:1の混合物中に埋設し、蓋を閉めて28℃の恒温機中に3週間静置した。静置前後の重量変化を測定し、変化率(静置前の質量に対する質量減少量の割合)を算出した。算出された変化率を、それぞれ同時に試験した生分解性樹脂のみによる比較例(実施例13~15は比較例7、実施例16は比較例8、実施例17は比較例9、実施例18は比較例10)の変化率に対する比として算出し、生分解性向上率(C法)とした。
【0148】
<生分解性試験(D法)>
得られた樹脂組成物を180℃の熱プレス成形機で厚さ100μmのフィルムとし、これを50mm×30mmの長方形に切り抜き、ポリエチレン製タッパー容器に入れた水分量20%RHの園芸用土(アイリスオーヤマ株式会社製「花と野菜の培養土」)とコンポスト(八幡物産株式会社製、生分解試験用植種源)の質量比1:1の混合物中に埋設し、蓋を閉めて28℃の恒温機中に5週間静置した。静置前後の重量変化を測定し、重量変化率(静置前の質量に対する質量減少量の割合(百分率))を算出した。
【0149】
<MFR>
得られた樹脂組成物について、190℃、2.16Kg荷重でメルトフローレート(MFR)を測定した。MFRは成形方法にもよるが0.1~30g/10minの範囲が好ましい。
【0150】
<曲げ特性>
機械特性試験用ISO試験片について、JIS K 7171(2008)に準拠して曲げ弾性率及び曲げ強さを測定した。曲げ弾性率は0.4GPa以上で大きい程好ましい。曲げ強さは40MPa以上で大きい程好ましい。
【0151】
<耐熱性>
機械特性試験用ISO試験片について、JIS K 7191-2(2007)に準拠して、B法フラットワイズ(0.45MPa)にて荷重たわみ温度(HDT)を測定した。HDTは65℃以上が好ましく、より好ましくは68℃以上である。
【0152】
<耐衝撃性>
機械特性試験用ISO試験片について、JIS K 7111-1(2012)に準拠して、シャルピー衝撃強度を測定した。シャルピー衝撃強度は3kJ/m以上で大きい程好ましい。
【0153】
<生分解性樹脂組成物の密度>
機械特性試験用ISO試験片を用いて、自動比重計(東洋精機社製 D-H100)により、23℃にて測定した。
【0154】
<生分解促進剤の密度>
上記生分解性樹脂組成物の密度と比較例1の生分解性樹脂促進剤を配合しない生分解性樹脂のみの密度から算出した。
【0155】
<引張特性>
シート状成形体については、JIS K7127(1999)に準拠して引張弾性率及び破断伸びを測定した。これらの値は大きい程好ましい。
【0156】
<引裂強さ>
フィルム状成形体について、ISO6383-2(1983)に準拠してエルメンドルフ引裂強さを測定した。この値は大きい程好ましい。
【0157】
<パンクチャー衝撃強さ>
東洋精機社製打ち抜き衝撃試験機を用いて、幅110mm、長さ1300mmのフィルム状成形体をサンプルとし、先端が直径25mmの半球状の形状をしたアームで直径50mmの穴を12点打ち抜き、パンクチャー衝撃強度を測定した。この値は大きい程好ましい。
【0158】
<外観の評価>
シート状成形体及びフィルム状成形体について、外観を評価した。表面が平滑で不均一な部分が肉眼で確認できないものを「良」、不均一な外観を示すものを「不良」とした。
【0159】
【表2】
【0160】
【表3】
【0161】
【表4】
【0162】
【表5】
【0163】
【表6】
【0164】
【表7】
【0165】
【表8】
【0166】
表2~表4より、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを所定の割合で含む本発明の生分解促進剤を用いることにより、機械特性を維持した上で、生分解性樹脂の生分解性を更に向上させることができることが分かる。
【0167】
表5~表8より、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを所定の割合で含むとともに粒径が所定の範囲内である生分解促進剤を用いることにより、良好な機械物性と外観を有し、且つ優れた生分解性を有する生分解性樹脂成形体が得られることが分かる。