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JP3040794B2 - 生分解性プラスチック物品製造用変性澱粉組成物の製法 - Google Patents

生分解性プラスチック物品製造用変性澱粉組成物の製法

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JP3040794B2
JP3040794B2 JP2139544A JP13954490A JP3040794B2 JP 3040794 B2 JP3040794 B2 JP 3040794B2 JP 2139544 A JP2139544 A JP 2139544A JP 13954490 A JP13954490 A JP 13954490A JP 3040794 B2 JP3040794 B2 JP 3040794B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、生分解性プラスチック物品の製造に使用さ
れる変性澱粉組成物の製法に関する。特に本発明は、比
較的融点の高いポリマーと容易に混合できかつ相溶性が
ある澱粉組成物であって、これら性質により、実質的に
生分解性であって、高融点ポリマーの存在故にこれまで
実現できなかった機械的、物理的、化学的特性を有する
ポリマー組成物を与えることができる澱粉組成物を製造
するのに好ましい。
[従来の技術] 植物中に存在する天然澱粉を、密閉容器中、可変量の
水の存在下、高温、高圧(水の量による)条件で処理し
て、融合熱可塑性物質を形成できることは知られてい
る。同じ熱処理を圧力をかけずおよび/または水を存在
させずに行うと、物質の架橋がおこり、融合を起こすこ
とができない。成分の融点およびガラス転移点より高い
温度で行われた熱処理の結果、融合が起こり、澱粉顆粒
の分子構造が不規則になり、いわゆる「変性(destruct
ured)澱粉」が得られる。
これまでの技術によると、澱粉の変性は、必要に応じ
て添加される水の存在下、押出機中に存在する水の蒸気
圧に少なくとも対応する圧力下で行われる。
EP−A−0304401公報には、変性澱粉からの成型物品
の製法が記載されており、該製法では、第1工程におい
て、押出機中で澱粉が水により予め変性され、10〜20%
の水を含む得られた組成物が、第2工程において、押出
機中で再加工されて後の射出成形に利用される。第1工
程で変性された澱粉中に水が存在することにより、組成
物の加工性が制限を受け、所望の特性を持つブレンドの
形成、特にフィルムを形成するために他のポリマーと混
合することが困難になる。実際、組成物は比較的低い温
度および高い圧力においてしか押出することができず、
ポリマーブレンドは、低融点のポリマーとしか調製する
ことができない。一方、変性澱粉のみの組成物は、フィ
ルム形成には適していない。
フィルムに加工できる組成物を得るために、米国特許
第4,133,784号には、澱粉およびそれと相溶性のポリマ
ー、すなわちエチレン/アクリル酸共重合体(EAA)か
らなる組成物が記載されている。記載された製造方法に
よると、澱粉は、水の存在下、粘稠分散体が形成される
まで加熱することによりゲル化される。EAA成分は、ゲ
ル化段階またはそれ以後に澱粉に添加される。このよう
にして得られた組成物は、非常に経費のかかる手段、た
とえば流延(キャスティング)、単純押出または圧延
(ミリング)によってのみフィルムに加工するのに適し
ている。
ゲル化速度を増し、従って水の量を減らす為に、イン
ダストリアル・アンド・エンジニアリング・ケミストリ
ー,プロダクト・リサーチ・アンド・ディベロプメント
(Ind.Eng.Chem.,Prod.Res.Dev.)1987,26,1659−1663
頁には、澱粉/EAA共重合体組成物に尿素を添加すること
が提案されている。尿素の添加により、半乾燥組成物
(約16%の水含量)を押出成形することができ、澱粉お
よびEAA共重合体を過剰の水と混合しなくてもよくな
る。この論文には、水を添加した澱粉/EAA共重合体組成
物にポリオールを加え、これにより成分をブラベンダー
混合機により予備混合し、ついで繰り返し押出して段階
的に組成物の水分含量を減らし、押出または吹込成形に
よりフィルムを形成するのに適した押出物を得ることが
記載されている。記載されている方法は、不必要な水の
添加および後の繰り返し押出による水の除去を含んでい
るので、明らかに経費がかかる方法である。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は、上記のような従来技術の欠点を伴わない澱
粉の変性方法を提供しようとするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明者らが研究を行ったところ、澱粉に高沸点可塑
剤と変性剤とを加え、可塑剤の沸点より低い温度に加熱
した押出機中で澱粉を変性すると、比較的高い融点を持
つポリマーと混合でき、120℃より高い温度および低い
圧力において、発泡を伴わずに押出成形でき、しかも熱
成形や吹込成形のような後の操作に特に適している変性
澱粉組成物が得られることが見い出された。
すなわち、本発明の要旨は、生分解性プラスチック物
品の製造に使用する変性澱粉組成物の製法であって、澱
粉を、高融点可塑剤と尿素、アルカリ土類またはアルカ
リ金属水酸化物およびこれらの混合物から選ばれた変性
剤と共に、可塑剤の沸点以下で120〜170℃、好ましくは
140〜170℃の温度において澱粉を変性するのに十分な時
間混合することからなる製法に存する。本発明において
用いる澱粉は、天然または植物起源の、本質的にアミロ
ースおよび/またはアミロペクチンから成る澱粉全てを
包含する。澱粉は、種々の植物、例えばじゃがいも、
米、タピオカ、トウモロコシ、および穀類(ライムギ、
カラスムギ、小麦など)から得られる。トウモロコシ澱
粉が好ましい。化学的に改質した澱粉および異なる品種
の澱粉も使用できる。澱粉はそのまま、予め乾燥せずか
つ水を加えずに使用できる。(市販品に本質的に結合し
た水の含量は10〜13重量%である。)約120℃の変性処
理温度では、澱粉に結合して存在する水は高圧容器を必
要とするほどの蒸気圧を発生しない。これは、本発明の
利点の1つである。
本発明の方法において用いる可塑剤としては、グリセ
リン、ポリエチレングリコール、好ましくは分子量200
〜4000のポリエチレングリコール、エチレングリコー
ル、プロピレングリコール、ソルビトールなどの少なく
とも150℃の沸点を有するポリオール群の可塑剤を好ま
しく使用できる。
澱粉に加える可塑剤の量は、澱粉重量に対して0.05〜
100重量%、好ましくは20〜100重量%である。
変性剤としては、尿素、並びにナトリウム、カリウム
およびカルシウムの水酸化物が好ましい。
尿素が好ましい変性剤であり、澱粉重量に対して2〜
20重量%の量で使用される。
変性処理は、組成物に、組成物重量の15重量%までの
量のエチレン/アクリル酸共重合体(EAA)を加えて行
うことができる。EAAは澱粉と相溶性があるので、その
添加は押出を促進する。
EAAポリマーを、特にブロー成形によりフィルムの製
造に用いるのが意図されている変性澱粉組成物に使用す
る場合、アンモニウムを用いるのが好ましく、その量は
限定されないが、一般に、EAA共重合体中の酸基当量の
少なくとも半分の量で用いる。添加するアンモニアは、
組成物の押出中に残留量が0.5重量%未満となるまで除
去される。
変性操作中、重合体であれ単量体であり、変性操作に
影響を与えない添加剤を澱粉に加えることができる。し
かし、添加剤は、意図されている最終製品へ組成物を加
工する前のブレンド工程において、変性澱粉組成物に加
えることもできる。
たとえば、水による成型物品の挙動を変える為に、ポ
リビニルアルコールを添加することができ、また、紫外
線安定剤、たとえばカーボンブラックを加えて、太陽光
線に対する物品の耐性を改善することができる。難燃性
を必要とする成型物品には、難燃剤を添加してよい。他
の添加剤として、従来澱粉系成型用組成物に加えられて
いた通常の添加剤、たとえば抗菌剤、除草剤、酸化防止
剤、肥料、架橋剤(たとえばホルムアルデヒド、パラホ
ルムアルデヒドなど)を用いることができる。
本発明の製法によると、120℃より高い温度で加工で
き、従って発泡に起因する問題や低圧力での揮発性成分
の遊離を伴わずに押出成型することができる変性澱粉組
成物が得られる。
本発明の製法で得られる組成物は、比較的高い融点を
持つポリマー、たとえばエチレン/ビニルアルコール、
特に本願と同日付けで出願した特許願(1)[優先権:
イタリア国特許出願第67413−A/89号]に記載のものと
混合するのに、特に適している。
[実施例] 実施例1〜4 第1表に示す澱粉系組成物を、異なる押出温度で加工
した。表中の成分量は重量%である。
なお、実施例1は比較実施例である。
実施例1〜4の成形用組成物の全成分を、リコアーボ
(Licoarbo)DC−10計量器からベイカー・パーキンズ
(Baker Perkins)社製MPC/V−30押出機に供給した。こ
の2軸押出機は、2つの領域に分割された2軸スクリュ
ーユニットを有しており、スクリュー直径は30mm、スク
リューの長さ/直径比(L/D)は10:1であった。該2軸
押出機は、1軸押出機プレスに接続されており、該プレ
スは、細管ヘッドを備えており、そのスクリューの直径
は30mm、L/D比は8:1であり、3つの領域に分割されてい
た。細管ノズルの直径は4.5mmであった。
得られた押出物を、ペレット化した。実施例1〜4で
得たペレットの少量を140℃で圧縮成形して、約20ミク
ロンの厚さのフィルムを製造した。該フィルムを、偏光
光学顕微鏡(倍率250倍)により分析し、顕微鏡写真を
撮り、澱粉の変性を確認した。比較実施例1の顕微鏡写
真から、押出温度100℃は低すぎて、澱粉を変性できな
いことが明らかとなった。顕微鏡写真は、変性を受けて
いない非常に多くの澱粉顆粒の存在を示していた。実施
例2(押出温度120℃)で得た製品の分析は、変性を受
けていない澱粉顆粒の数が実質的に減少したことを示し
ており、完全な変性は、押出温度140℃を採用した実施
例3において達成された。実施例3の製品の顕微鏡写真
は、未変性澱粉を示していなかった。実施例3の製品か
らは、困難なくペレットができるであろう。
EAA5981共重合体を含んではいないが実施例3と同じ
条件で押出した実施例4の製品の分析は、この共重合体
の不存在下でも満足な結果が得られることを示している
が、この組成物からペレットを製造する場合、少し困難
があった。
実施例5 変性澱粉ペレット60重量%およびクラレーンR20エチ
レン/ビニルアルコール共重合体40重量%を同じ押出機
により160℃で押出した。最終ブレンドを、フィルムブ
ローヘッドを備えたハーケ・ロメックス(HAAKE ROME
X)252型押出機(L/D比19、スクリュー直径19mm、圧縮
比1:3)により、スクリュー回転速度40rpmで吹込成形し
た。
ASTM882に準拠した引張り試験用長方形試験片を、厚
さ100μmのフィルムから作成した。試験片を23±1
℃、55±5%の相対湿度において24時間条件付けし、以
下の結果を得た。
ヤング率 3861kg/cm2 降伏歪み 43% 降伏応力 164kg/cm2 破断点歪み 207% 破断点応力 210kg/cm2 得られた製品の融点は135℃であり、ガラス転移点は7
0℃であった。得られたフィルムは、包装材料として有
用であり、使い捨て袋の製造に特に有用であった。長期
間の保存後も可塑剤の実質的損失は見られず、製造した
フィルムは塑性を保ち、可撓性であり、周囲条件に殆ど
影響されなかった。
本発明の製法により得られる変性澱粉組成物は、該組
成物から製造されるフィルムや成形物品のような製品と
共に、本発明の対象である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャンフランコ・デル・トレディーチ イタリア国 21018 セスト・カレンデ (ヴァレーゼ)、ヴィア・センピオーネ 31番 (72)発明者 イタロ・グアネッラ イタリア国 28068 ロメンチーノ(ノ ヴァーラ)、ヴィア・サンタンブロージ ョ 54番 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08B 31/00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】生分解性プラスチック物品の製造に使用す
    る変性澱粉組成物の製法であって、添加水の非存在下
    に、予め乾燥していない澱粉、澱粉の20〜100重量%の
    量の高沸点可塑剤および尿素変性剤を、可塑剤の沸点以
    下で120〜170℃の温度において澱粉を変性するのに十分
    な時間混合することからなる製法。
  2. 【請求項2】可塑剤が、グリセリン、ポリエチレングリ
    コール、エチレングリコール、プロピレングリコール、
    ソルビトールおよびこれらの混合物から選ばれたもので
    ある請求項1記載の製法。
  3. 【請求項3】全混合物重量の15重量%までのエチレン/
    アクリル酸共重合体、ポリビニルアルコールまたはこれ
    らの混合物を添加して混合を行う請求項1記載の製法。
  4. 【請求項4】使用する澱粉が、天然澱粉、化学修飾澱粉
    およびこれらの混合物から選ばれたものである請求項1
    記載の製法。
  5. 【請求項5】変性剤が、澱粉重量に対して2〜20重量%
    の割合で添加された尿素である請求項1記載の製法。
  6. 【請求項6】紫外線安定剤、難燃剤、架橋剤、抗菌剤、
    除草剤、酸化防止剤、肥料、乳白剤および安定剤から成
    る群から選ばれた変性作用に不活性な添加剤を澱粉に加
    えることを含む請求項1記載の製法。
  7. 【請求項7】請求項1記載の方法により製造された変性
    澱粉組成物。
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