WO2021201185A1 - 生分解性樹脂組成物及び成形体 - Google Patents
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Classifications
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-
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- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L67/00—Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
Definitions
- the present invention relates to a biodegradable resin composition and a molded product containing the biodegradable resin composition.
- plastic In modern society, plastic is used in a wide range of personal applications such as packaging materials, home appliance materials, and building materials because of its lightness, electrical insulation, moldability, and durability. Plastics used for these purposes include polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate and the like. However, since these plastic molded products are not easily decomposed in a natural environment, they tend to remain in the ground even if they are buried after use. In addition, even if it is incinerated, it may generate harmful gas and damage the incinerator. In recent years, from the viewpoint of preventing environmental pollution, products that can be composted at home (home compostable products). ) Is required. In addition, since there are few decomposing bacteria in seawater, plastics that are discarded in the ocean have become a problem.
- biodegradable materials that are decomposed into carbon dioxide and water by composting microorganisms.
- Typical examples of biodegradable materials include biodegradable resins such as polylactic acid (hereinafter, may be abbreviated as "PLA").
- an object of the present invention is to provide a biodegradable resin composition having a high biodegradation rate and a high degree of biodegradation.
- Another object of the present invention is to provide a biodegradable resin composition having a high biodegradation rate and a high degree of biodegradation, particularly in the ocean.
- the present inventors diligently examined in view of the above circumstances. Specifically, we focused on compounds containing amino groups, and thought that compounds having amino groups would contribute to the promotion of decomposition. In other words, focusing on the biofilm formation effect considered necessary for decomposition in seawater, when various resins and polyamines were used in combination, the specific polyamines significantly promoted the biodegradation of specific polyester resins in seawater. I found. Then, after further studies, it was found that a specific nitrogen compound can obtain a remarkable biodegradation promoting effect on a specific polyester resin, thereby solving the above-mentioned problems, and completed the present invention. That is, the gist of the present invention is as follows.
- a biodegradable resin composition containing 3-tetrahydrofuryl) methyl] guanidine wherein the polyester resin has a glass transition temperature of 40 ° C. or lower, and the content of the compound is 0.1 weight by weight. % Or more and 70% by weight or less, and the molecular weight of the compound is less than 10,000.
- R, R'and R'' represent monovalent organic groups that may independently have hydrogen atoms or substituents.
- the biodegradable resin composition according to the above [1] or [2], which is an aliphatic hydrocarbon group, and the main chain of the hydrocarbon group may contain elements of groups 15 to 17.
- the polyester resin is PBSA (polybutylene succinate adipate), PBSSe (polybutylene succinate sebacate), PBS (polybutylene succinate), PBSeT (polybutylene succinate terephthalate) and PHBH (poly (3-hydroxy).
- biodegradable resin composition according to any one of the above [1] to [8], wherein the nitrogen compound is at least one selected from the group consisting of an aliphatic monoamine, an aliphatic diamine and an amino acid.
- a method for biodegrading a polyester resin wherein the polyester resin has a glass transition temperature of 40 ° C. or lower, and the polyester resin has a molecular weight of less than 10,000 in seawater.
- a method for biodegrading a polyester resin which is biodegraded in the presence of one or more compounds selected from the nitrogen compound and a salt thereof. (In the formula, R, R'and R'' represent monovalent organic groups that may independently have hydrogen atoms or substituents.)
- biodegradable resin composition having a high biodegradation rate and a high degree of biodegradation, which greatly contributes to solving environmental problems such as marine pollution problems.
- biodegradable resin composition containing a polyester resin and a specific nitrogen compound
- biodegradable resin composition according to the present embodiment or “resin composition of the present invention”. I may say.
- biodegradable resin composition means the property that a resin is decomposed into small molecules such as oligomers and monomers by the action of microorganisms and further decomposed into water, carbon dioxide and the like. do.
- the resin composition of the present invention is usually biodegraded in at least one environment in seawater, freshwater, brackish water, soil or compost. In particular, in seawater, the amount and types of microorganisms are small, and the resin is difficult to biodegrade.
- the resin composition of the present invention can exhibit its effect in such an environment where biodegradation is difficult. That is, it is preferable that the resin composition of the present invention has high biodegradability in seawater (ocean biodegradable resin composition).
- seawater an biodegradable resin composition
- the biodegradable resin composition according to the present embodiment is selected from a nitrogen compound represented by the following general formula (I) (hereinafter, may be referred to as “nitrogen compound (I)”) and a salt thereof. It contains one or more compounds (hereinafter, may be referred to as "compounds such as nitrogen compound (I)").
- R, R'and R' represent a monovalent organic group which may independently have a hydrogen atom or a substituent.
- (RS) -1-methyl-2-nitro-3-[(3-tetrahydrofuryl) methyl] guanidine is excluded from the nitrogen compound (I) and the like.
- R, R'and R'' each independently have a hydrogen atom or a group 15 to 17 element in the main chain, which may have a substituent which does not form a ring structure with each other. It is preferably a hydrocarbon group which may be used, and the hydrocarbon group which may have this substituent is a monovalent chain aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. More preferred.
- at least one is preferably a hydrogen atom, and more preferably two are hydrogen atoms.
- Examples of the elements of Groups 15 to 17 that the organic group may have in the main chain include nitrogen atom, oxygen atom, sulfur atom, phosphorus atom, selenium atom, fluorine atom, chlorine atom and bromine atom. Be done. Of these, nitrogen atom, oxygen atom, sulfur atom and phosphorus atom are preferable.
- the organic group may contain one or more atoms selected from the group consisting of the elements of Groups 15 to 17 in the side chain.
- the hydrocarbon group may be an aliphatic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group.
- the aliphatic hydrocarbon group may be chain-like or cyclic. It may also have a carbon-carbon unsaturated bond.
- the hydrocarbon group is preferably an aliphatic hydrocarbon group, and among the aliphatic hydrocarbon groups, a chain aliphatic hydrocarbon group is more preferable, and a linear aliphatic hydrocarbon group is preferable. More preferred. Further, it is preferable that at least one of R, R'and R'' is an aliphatic hydrocarbon group which may have a substituent.
- the aromatic hydrocarbon group includes an aromatic heterocyclic group.
- the aromatic hydrocarbon group may be a single ring or a ring in which a plurality of rings are bonded or condensed with each other, and they may have a substituent.
- “may contain one or more atoms selected from the group consisting of the elements of groups 15 to 17" means that the substituents are a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, an asstatin atom, and the like.
- a primary amino group may contain a primary amino group, a hydroxy group, a carboxyl group, a thiol group, an acetyl group, a carboxymethyl group, etc., as well as a secondary amino group, a tertiary amino group, an ether bond, a carbonyl bond, and a thioether.
- a linking group containing a nitrogen atom or a sulfur atom such as a bond may be contained in the carbon skeleton.
- a mode containing a primary amino group (-NH 2 ), a hydroxyl group or a carboxyl group, or a mode containing a secondary amino group (-NH-) or an ether bond is preferable.
- the aspect of including a secondary amino group in the carbon skeleton of a hydrocarbon group is not intended to be a polymer containing a repeating unit having an amino group in the polymer main chain.
- the carbon number of the hydrocarbon group (including the substituent, if any) is not particularly limited, and the carbon number within the range of the molecular weight of the nitrogen compound (I) or a salt thereof, which will be described later, may be appropriately selected.
- the number of carbon atoms of the hydrocarbon group is usually 1 or more, preferably 2 or more, more preferably 3 or more, and usually 40 or less. Is 20 or less, more preferably 16 or less, still more preferably 11 or less. Further, if it has a substituent, it is preferably 1 to 20 including it.
- nitrogen compound (I) examples include monoalkylamines such as methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, pentylamine, hexylamine and isobutylamine; dialkylamines such as dimethylamine and diethylamine; N-butyldimethylamine and the like.
- Trialkylamines ethylenediamine, trimethylenediamine, tetramethylenediamine (ptressin), pentamethylenediamine (cadaverine), hexamethylenediamine, heptamethylenediamine, octamethylenediamine, decamethylenediamine and other alkylenediamines; bis (3-amino) Propyl) amine, N- (3-aminopropyl) -1,3-propanediamine (norspermidin), N- (3-aminopropyl) tetramethylenediamine (spermidine), N, N'-bis (3-aminopropyl) ) -1,4-Butanediamine (spermine), 3,3'-diamino-N-methyldipropylamine, N-benzyl 1,3-propanediamine and other alkylenediamines having an NH group in the alkylene skeleton; alanine, Amino acids such as glycine, arg
- preferred nitrogen compounds (I) include monoalkylamines such as ethylamine, propylamine, butylamine, pentylamine, hexylamine and isobutylamine; ethylenediamine, trimethylenediamine, pentamethylenediamine, hexamethylenediamine and heptamethylene.
- Alkylenediamines such as diamine, ptolessin and octamethylenediamine; alkylenediamines having NH groups in the alkylene skeleton such as norspermidine, spermin and spermidine; polyamines such as ptolessin; , Amino acids such as tryptophan; amino sugar derivatives such as N-acetylglucosamine.
- pentamethylenediamine, hexamethylenediamine, butylamine, norspermidine, spermine, spermidine, putrescine, alanine, glycine, asparagine, glutamine and arginine can be mentioned.
- the nitrogen compound (I) and the like aliphatic monoamines, aliphatic diamines and amino acids are particularly preferable.
- Examples of the salt of the nitrogen compound (I) include salts of inorganic acids such as hydrogen halide and sulfuric acid.
- Hydrogen halide is a general term for hydrogen fluoride, hydrogen chloride, hydrogen bromide, hydrogen iodide and hydrogen astatide.
- the inorganic acid that forms a salt with the nitrogen compound (I) is preferably hydrogen chloride.
- the molecular weight of a compound such as nitrogen compound (I) is less than 10,000.
- the compound such as the nitrogen compound (I) is a polymer
- the weight average molecular weight is used.
- the molecular weight is preferably 5000 or less, more preferably 1000 or less, still more preferably 500 or less, and particularly preferably 400 or less.
- the lower limit of the molecular weight of the compound such as the nitrogen compound (I) is not particularly limited, but is usually 17 or more, preferably 50 or more. That is, the compound such as the nitrogen compound (I) is preferably a low molecular weight compound rather than a monomer polymer (for example, a polymer having a degree of polymerization of 100 or more).
- the molecular weight of a compound such as nitrogen compound (I) can be measured by GPC (gel permeation chromatography), elemental analysis, or the like.
- the weight ratio of nitrogen to carbon contained in a compound such as the nitrogen compound (I) is usually 5 or less, preferably 2.5 or less, more preferably 1.2 or less, still more preferably 1.0 or less, and particularly preferably 0. It is 8.8 or less, most preferably 0.7 or less. On the other hand, it is usually 0.01 or more, preferably 0.05 or more, more preferably 0.10 or more, still more preferably 0.13 or more.
- a compound such as nitrogen compound (I) contains secondary and tertiary amines, the content thereof is preferably low.
- the abundance ratio of the primary amine to the secondary and tertiary amines is usually 0.1 or more, preferably 0. It is 4 or more, more preferably 1.0 or more.
- the upper limit is not particularly limited, but is usually 5 or less, preferably 2.5 or less.
- the nitrogen atom concentration contained in the compound such as the nitrogen compound (I) is preferably 6% by weight or more, more preferably 7% by weight or more, because the biodegradation promoting effect is likely to be exhibited. More preferably, it is by weight% or more.
- the basicity is not too high and the activity of microorganisms is unlikely to decrease, 60% by weight or less is preferable, 50% by weight or less is more preferable, 40% by weight or less is further preferable, and 35% by weight or less is preferable.
- the compound such as the nitrogen compound (I) does not easily inhibit the growth of microorganisms.
- the biodegradable resin composition contains a compound such as nitrogen compound (I) in an amount of 0.1% by weight or more and 70% by weight or less.
- the amount of the compound such as the nitrogen compound (I) contained in the biodegradable resin composition depends on the type of the resin, the type of the compound such as the nitrogen compound (I), the use of the biodegradable resin composition, and the like. It may be adjusted as appropriate.
- the content of the compound such as the nitrogen compound (I) is more preferably 0.5% by weight or more, particularly preferably 1% by weight or more, and most preferably 5% by weight or more. On the other hand, the content is preferably 50% by weight or less, more preferably 40% by weight or less, and further preferably 20% by weight or less.
- the concentration of nitrogen atoms derived from a compound such as the nitrogen compound (I) contained in the biodegradable resin composition of the present invention is preferably 50 ppm by weight or more because the biodegradable promoting effect is likely to be exhibited. , 70% by weight ppm or more, more preferably 100% by weight ppm or more, particularly preferably 200% by weight ppm or more, and most preferably 500% by weight ppm or more. On the other hand, 42% by weight or less is preferable because the basicity is not too high and the activity of microorganisms is unlikely to decrease.
- the biodegradable resin composition according to the present embodiment contains a polyester resin.
- the polyester resin contained in the biodegradable resin composition according to the present embodiment is not particularly limited as long as the biodegradability is improved by preparing the resin composition with the above-mentioned compound such as nitrogen compound (I). .. That is, the polyester resin contained in the biodegradable resin composition according to the present embodiment is preferably a biodegradable polyester resin. The degree of biodegradation of the polyester resin and the biodegradable resin composition according to the present embodiment will be described later.
- the polyester resin contained in the biodegradable resin composition according to the present embodiment one type may be used alone, or two or more types of resins may be used in any combination and ratio.
- the polyester resin contained in the biodegradable resin composition according to the present embodiment is a dicarboxylic acid unit because the biodegradability is likely to be improved by using a resin composition with a compound such as nitrogen compound (I).
- a resin having a diol unit and a polyester resin having an oxycarboxylic acid unit are preferable, and a polyester resin having a dicarboxylic acid unit and a diol unit is particularly preferable.
- the polyester resins are PBSA (polybutylene succinate adipate), PBSSe (polybutylene succinate sebacate), PBS (polybutylene succinate), PBSeT (polybutylene succinate terephthalate) and PHBH (poly (3).
- the polyester resin may be an aliphatic polyester resin, an aromatic polyester resin, or an aliphatic-aromatic polyester resin. Aliphatic polyester resins or aliphatic-aromatic polyester resins are preferred because of their high flexibility.
- the polyester resin used in the present invention may be used alone or by blending two or more types of polyester resins having different types of constituent units, constituent unit ratios, manufacturing methods, physical characteristics, and the like. Further, other resins may be used in combination as long as the effects of the present invention are not impaired. When other resins are used in combination, it is preferable to use a biodegradable resin in combination.
- each repeating unit in a polyester resin is also referred to as a compound unit for a compound from which each repeating unit is derived.
- a repeating unit derived from an aliphatic diol is an "aliphatic diol unit”
- a repeating unit derived from an aliphatic dicarboxylic acid is a "aliphatic dicarboxylic acid unit”
- a repeating unit derived from an aromatic dicarboxylic acid is an "aromatic dicarboxylic acid”.
- acid unit also called "acid unit”.
- the polyester resin contained in the biodegradable resin composition according to the present embodiment includes (1) a polyester resin containing a diol unit and a dicarboxylic acid unit, and (2) a diol unit, a dicarboxylic acid unit and an oxycarboxylic acid unit. Polyester resins, (3) polyester resins containing an oxycarboxylic acid unit, and the like are preferable. Of these, (1) a polyester resin containing a diol unit and a dicarboxylic acid unit, (3) a polyester resin containing an oxycarboxylic acid unit, and the like are more preferable.
- polyester resin containing diol unit and dicarboxylic acid unit The polyester resin containing a diol unit and a dicarboxylic acid unit will be described in detail.
- the diol unit contained in the polyester resin may be aliphatic or aromatic, but is preferably aliphatic because it is easily biodegradable, and particularly preferably the diol unit represented by the following general formula (1).
- R 1 represents an aliphatic hydrocarbon group having 2 or more carbon atoms and 20 or less carbon atoms.
- the carbon number of the aliphatic hydrocarbon group represented by R 1 is usually 2 or more, preferably 4 or more, and usually 20 or less, preferably 16 or less, more preferably 12 from the viewpoint of moldability, mechanical strength, and the like. Below, it is more preferably 6 or less.
- a particularly preferable group as the aliphatic hydrocarbon group is an aliphatic hydrocarbon group having 4 carbon atoms.
- the aliphatic diol giving the aliphatic diol unit represented by the formula (1) for example, ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol and the like are preferable.
- 1,4-Butanediol, 1,3-propanediol and ethylene glycol are more preferable, and 1,4-butanediol is particularly preferable.
- the diol unit contained in the polyester resin may have one type or two or more types of units in any combination and ratio.
- the aliphatic diol unit is preferably contained in an amount of 30 mol% or more, more preferably 50 mol% or more, based on the total diol units.
- the diol unit contained in the polyester resin may contain an aromatic diol unit.
- the aromatic diol component that gives the aromatic diol unit include, for example, xylylene glycol, 4,4'-dihydroxybiphenyl, 2,2-bis (4'-hydroxyphenyl) propane, and 2,2-bis (. Examples thereof include 4'- ⁇ -hydroxyethoxyphenyl) propane, bis (4-hydroxyphenyl) sulfone, and bis (4- ⁇ -hydroxyethoxyphenyl) sulfonic acid.
- the aromatic diol component may be a derivative of the aromatic diol compound. Further, it may be a compound having a structure in which a plurality of aliphatic diol compounds and / or aromatic diol compounds are dehydrated and condensed with each other.
- the dicarboxylic acid unit contained in the polyester resin may be aliphatic or aromatic. Further, the dicarboxylic acid unit contained in the polyester resin may have one type or two or more types of units in any combination and ratio, and has an aliphatic dicarboxylic acid unit and an aromatic dicarboxylic acid unit. You may. However, from the viewpoint of biodegradability, the dicarboxylic acid unit preferably contains an aliphatic dicarboxylic acid unit. When the polyester resin contains a plurality of types of dicarboxylic acid units, the aliphatic dicarboxylic acid unit is preferably contained in an amount of 30 mol% or more, more preferably 40 mol% or more, based on the total dicarboxylic acid units.
- the lower limit of the aliphatic dicarboxylic acid unit is not particularly limited, but may not be contained.
- the aromatic dicarboxylic acid unit is preferably 70 mol% or less, more preferably 60 mol% or less, based on the total dicarboxylic acid unit. ..
- the dicarboxylic acid unit preferably has 2 to 24 carbon atoms.
- the number of carbon atoms of the dicarboxylic acid unit is more preferably 4 or more, and more preferably 22 or less, and 16 or less, from the viewpoint of biodegradability, moldability, and mechanical strength. Is more preferable, 13 or less is particularly preferable, and 10 or less is most preferable.
- the dicarboxylic acid unit contained in the polyester resin is preferably a dicarboxylic acid unit represented by the following general formula (2) or oxalic acid.
- R 2 represents a single bond, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 22 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 4 to 8 carbon atoms, or a heteroaromatic group.
- the number of carbon atoms of the aliphatic hydrocarbon group represented by R 2 is generally 1 or more, preferably 2 or more, and on the other hand, preferably 22 or less, more preferably 16 or less, more preferably 12 or less, in particular It is preferably 8 or less.
- the combination of the aliphatic hydrocarbon groups includes an aliphatic hydrocarbon group having 2 carbon atoms and an aliphatic hydrocarbon group having 4 or more carbon atoms and 10 or less carbon atoms. The combination with the aliphatic hydrocarbon group of is preferable.
- the aliphatic dicarboxylic acid component giving the aliphatic dicarboxylic acid unit represented by the formula (2) is not particularly limited, but the carbon number thereof is preferably 2 or more, more preferably 4 or more, and on the other hand, 24.
- the following is preferable, 22 or less is more preferable, 13 or less is further preferable, and 10 or less is particularly preferable.
- a derivative such as an aliphatic dicarboxylic acid having 2 or more and 24 or less carbon atoms or an alkyl ester thereof is preferable, and a derivative such as an aliphatic dicarboxylic acid having 2 or more and 22 carbon atoms or an alkyl ester thereof is more preferable, and a derivative having 4 or more carbon atoms and 10 carbon atoms is more preferable.
- the following aliphatic carboxylic acids or derivatives such as alkyl esters thereof are more preferable.
- Preferred aliphatic dicarboxylic acid units include, for example, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelli acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, brassic acid, undecanedioic acid and dodecanedioic acid. Be done. Of these, adipic acid, succinic acid and sebacic acid are preferable, succinic acid and sebacic acid are more preferable, and succinic acid is particularly preferable.
- the ratio of the above-mentioned preferable dicarboxylic acid unit to the total dicarboxylic acid unit is preferably 5 mol% or more, more preferably 10 mol% or more, and further preferably 50 mol% or more. It is preferably 64 mol% or more, and most preferably 68 mol% or more. The upper limit is 100 mol%.
- the polyester resin preferably contains two or more kinds of aliphatic dicarboxylic acid components, and more preferably contains two or more kinds of the above-mentioned preferable aliphatic dicarboxylic acid components.
- the combination of the aliphatic dicarboxylic acid component a combination of an aliphatic dicarboxylic acid having 4 carbon atoms or a derivative thereof and an aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms is preferable, and the aliphatic dicarboxylic acid having 4 carbon atoms is preferable.
- a combination of a derivative thereof and an aliphatic dicarboxylic acid having 6 or more and 10 or less carbon atoms is more preferable.
- a combination of the aliphatic dicarboxylic acid components at least one of succinic acid or a derivative thereof, adipic acid or a derivative thereof, azelaic acid or a derivative thereof, sebacic acid or a derivative thereof, brassic acid or a derivative thereof. Is preferable, and it is more preferable to combine two or more kinds of dicarboxylic acid components from these.
- dicarboxylic acid component to be combined with succinic acid or a derivative thereof pimeric acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, brasic acid, undecanoic acid or dodecanedioic acid or a derivative thereof is preferable, and adipic acid, azelaic acid or sebacic acid or The combination with the derivative is more preferable, and the combination with sebacic acid or a derivative thereof is further preferable. That is, specifically, the following polyester resins are preferable.
- polyester resin having a succinic acid unit polybutylene succinate (PBS), polybutylene succinate adipate (PBSA), polybutylene succinate sebacate (PBSSe), polybutylene succinate azelate (PBSAz) and the like are preferable. It has two or more dicarboxylic acid units such as polybutylene succinate adipate (PBSA), polybutylene succinate sebacate (PBSSe), polybutylene succinate azelate (PBSAZ), and polybutylene succinate brush rate (PBSBr). Polyester resin is more preferred.
- polyester resin having a sebacic acid unit polybutylene succinate sebacate (PBSSe), polybutylene sebacate terephthalate (PBSeT) and polybutylene sebacate furanoate (PBSSeF) are preferable.
- polyester resin having an azelaic acid unit polybutylene succinate azelate (PBSAz), polybutylene succinate terephthalate (PBAzT) and the like are preferable.
- polyester resin having an adipic acid unit polybutylene succinate adipate (PBSA) and polybutylene adipate terephthalate (PBAT) are preferable.
- polyester resin having a brush acid unit polybutylene succinate brush rate (PBSBr) and polybutylene brush rate terephthalate (PBBrT) are preferable.
- the dicarboxylic acid unit to be combined with the succinic acid unit preferably contains 5 mol% or more, more preferably 10 mol% or more, and 15 mol% or more, based on the total dicarboxylic acid units. On the other hand, it is more preferably contained in an amount of 50 mol% or less, more preferably contained in an amount of 45 mol% or less, and further preferably contained in an amount of 40 mol% or less.
- the aromatic dicarboxylic acid component that gives the aromatic dicarboxylic acid unit represented by the formula (2) is not particularly limited, but its carbon number is usually 4 or more, 8 or less, and preferably 6 or more. Specific examples thereof include a 1,2-phenylene group, a 1,3-phenylene group, a 1,4-phenylene group, a 2,5-frangyl group and the like.
- the aromatic dicarboxylic acid component that gives the aromatic dicarboxylic acid unit represented by the formula (2) is not particularly limited, but is usually the above-mentioned aromatic dicarboxylic acid having a preferable carbon number or a derivative thereof.
- Specific examples thereof include phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, 2,5-furandicarboxylic acid and its derivatives, and among them, terephthalic acid and 2,5-furandicarboxylic acid or derivatives thereof are preferable, and 2,5 -Flange carboxylic acid or a derivative thereof is more preferable.
- Examples of the derivative of the aromatic dicarboxylic acid include lower alkyl esters of the aromatic dicarboxylic acid having 1 or more and 4 or less carbon atoms, acid anhydrides and the like.
- Specific examples of the derivative of the aromatic dicarboxylic acid include lower alkyl esters such as the above-mentioned methyl ester, ethyl ester, propyl ester and butyl ester of the aromatic dicarboxylic acid; cyclic acid anhydride of the aromatic dicarboxylic acid; and the like. .. Of these, dimethyl terephthalate is preferable.
- the polyester resin having a dicarboxylic acid unit may be a mixture of polyester resins having different amounts of dicarboxylic acid units.
- a polyester resin containing only the above-mentioned preferable dicarboxylic acid unit as a dicarboxylic acid unit and a dicarboxylic acid other than these It is also possible to blend with a polyester resin containing a unit to adjust the ratio of a preferable dicarboxylic acid unit in the polyester resin within the above range.
- the polyester resin used in the present invention may further contain an oxycarboxylic acid unit described later.
- the polyester resin includes an aliphatic polyester resin containing an aliphatic diol unit and an aliphatic dicarboxylic acid unit as a main constituent unit (hereinafter, may be referred to as "aliphatic polyester resin (A)"), and an aliphatic polyester resin (A).
- the aliphatic polyester resin (A), the aliphatic dicarboxylic acid unit an aliphatic diol units and R 2 represented by the formula (1) is represented by the above formula is an aliphatic hydrocarbon group (2) aliphatic polyester resins containing; and aliphatic dicarboxylic acid unit an aliphatic diol units and R 2 represented by the formula (1) is represented by the above formula is an aliphatic hydrocarbon group (2), below
- An aliphatic polyester resin containing an aliphatic oxycarboxylic acid unit represented by the formula (3) is preferable.
- the aliphatic diol unit represented by the formula (1), the aliphatic dicarboxylic acid unit wherein R 2 is represented by formula (2) is an aliphatic hydrocarbon group is as previously described.
- the aliphatic polyester resin preferable as the aliphatic polyester (A) is also as described above.
- the aliphatic oxycarboxylic acid unit represented by the formula (3) and the aliphatic polyester resin (A) are trifunctional or higher aliphatic polyvalent alcohols and trifunctional or higher functional aliphatic polyvalent carboxylic acids or acid anhydrides thereof. The case where the product or a trifunctional or higher functional aliphatic polyvalent oxycarboxylic acid component is copolymerized will be described later.
- Examples of the aliphatic polyester resin (A) include polybutylene succinate (PBS), polybutylene succinate adipate (PBSA), polybutylene succinate sebacate (PBSSe), and polybutylene succinate azelate (PBSAz). Succinate-based resins are particularly preferred.
- the aliphatic-aromatic polyester resin (B) is a resin in which at least a part of the repeating units of the above-mentioned aliphatic polyester resin (A) is replaced with an aromatic compound unit.
- Aliphatic - aromatic polyester resin (B), an aromatic dicarboxylic acid aliphatic diol units and R 2 represented by the above formula (1) is represented by the above formula is an aromatic group (2)
- an aliphatic-aromatic polyester resin containing an aliphatic oxycarboxylic acid unit represented by the formula (3) is preferable.
- the aliphatic diol unit represented by the formula (1), the aromatic dicarboxylic acid unit R 2 is represented by formula (2) is an aromatic hydrocarbon group is as previously described.
- the aliphatic polyester preferable as the aliphatic-aromatic polyester (B) is also as described above.
- the aliphatic oxycarboxylic acid unit represented by the formula (3), the aliphatic-aromatic polyester resin (B) is a trifunctional or higher aliphatic polyvalent alcohol and a trifunctional or higher functional aliphatic polyvalent carboxylic acid. The case where the acid anhydride or the trifunctional or higher functional aliphatic polyvalent oxycarboxylic acid component is copolymerized will be described later.
- the aliphatic-aromatic polyester resin (B) may contain an aromatic diol unit. That is, the aliphatic-aromatic polyester resin (B) has an aromatic diol unit and an aliphatic dicarboxylic acid unit; an aromatic diol unit, an aliphatic dicarboxylic acid unit and an aromatic dicarboxylic acid unit; A diol unit and an aromatic dicarboxylic acid unit; a polyester resin having an aliphatic diol unit, an aromatic diol unit, an aliphatic dicarboxylic acid unit and an aromatic dicarboxylic acid unit may be used.
- specific examples of the aromatic diol component are as described above.
- the aliphatic-aromatic polyester resin (B) may contain an aromatic oxycarboxylic acid unit.
- aromatic oxycarboxylic acid component that gives the aromatic oxycarboxylic acid unit are as described above.
- an aromatic dicarboxylic acid component As the aliphatic-aromatic polyester resin (B), it is preferable to use an aromatic dicarboxylic acid component as a component that gives an aromatic compound unit, and the content of the aromatic dicarboxylic acid unit in this case is the aliphatic dicarboxylic acid. Based on the total amount of the unit and the aromatic dicarboxylic acid unit (100 mol%), it is preferably 10 mol% or more and 80 mol% or less.
- the aromatic dicarboxylic acid unit it is preferable to use terephthalic acid or 2,5-frangicarboxylic acid.
- the aliphatic-aromatic polyester resin (B) include polybutylene adipate terephthalate (PBAT), polybutylene succinate terephthalate (PBST), polybutylene succinate terephthalate (PBSeT), and polybutylene succinate terephthalate (PBSeT).
- PBAzT polybutylene terephthalate resins such as polybutylene brush rate terephthalate (PBBrT), and polybutylene adipate furanoate (PBAF), polybutylene succinate furanoate (PBSF), polybutylene succinate furanoate (PBSeF), poly.
- PBSSeF polybutylene succinate sebacate furanoate
- other polyfurandi carboxylate-based resins are preferred.
- aliphatic-aromatic polyester resin (B) a resin having succinic acid, adipic acid and sebacic acid as dicarboxylic acid units is preferable. Therefore, as the aliphatic-aromatic polyester resin (B), polybutylene succinate resins such as PBST, PBSF and PBSSeF; polybutylene adipate resins such as PBAT, PBAF and PBASEF; and polybutylene adipates such as PBSeT and PBSeF are used.
- polybutylene succinate resins such as PBST, PBSF and PBSSeF
- polybutylene adipate resins such as PBAT, PBAF and PBASEF
- PBSeT and PBSeF polybutylene adipates
- Butylene sebacate-based resin polybutylene succinate-based resin such as PBAzT (polybutylene succinate terephthalate) and PBAzF (polybutylene succinate furanoate) is preferable, and polybutylene succinate-aromatic dicarboxylic acid such as PBST, PBSF, and PBSSeF is preferable. Acidic resins are even more preferred.
- the aromatic polyester resin (polyarylate) (C) is a resin in which the repeating unit of the above-mentioned aliphatic polyester resin (A) is replaced with an aromatic compound unit.
- the aromatic polyester resin (C) is represented by the above formula (2) in which the aromatic diol unit that the above-mentioned aliphatic-aromatic polyester resin (B) may contain and R 2 are aromatic hydrocarbon groups.
- An aromatic polyester resin containing an aromatic dicarboxylic acid unit represented by 2) and an aromatic oxycarboxylic acid unit which may be contained in the aliphatic-aromatic polyester resin (B) is preferable.
- the units and the like contained in the aromatic polyester resin (C) are as described above.
- the polyester resin is obtained by copolymerizing a trifunctional or higher functional aliphatic polyvalent alcohol with a trifunctional or higher functional aliphatic polyvalent carboxylic acid or an acid anhydride thereof, or a trifunctional or higher functional aliphatic polyvalent oxycarboxylic acid component. It may be a resin having an increased melt viscosity. When these copolymerization components are used, one type may be used alone, or two or more types may be used in any combination and ratio.
- trifunctional aliphatic polyhydric alcohol examples include trimethylolpropane and glycerin.
- tetrafunctional aliphatic polyhydric alcohol include pentaerythritol and the like.
- trifunctional aliphatic polyvalent carboxylic acid or its acid anhydride examples include propanetricarboxylic acid or its acid anhydride.
- tetrafunctional polyvalent carboxylic acid or its acid anhydride examples include cyclopentanetetracarboxylic acid or its acid anhydride.
- the trifunctional aliphatic oxycarboxylic acid has (i) a type having two carboxyl groups and one hydroxyl group in the same molecule, and (ii) having one carboxyl group and two hydroxyl groups. It is roughly divided into types. Any type can be used, but from the viewpoint of moldability, mechanical strength, appearance of the molded product, etc., (i) a type having two carboxyl groups and one hydroxyl group such as malic acid in the same molecule is preferable. , Malic acid is more preferred.
- the tetrafunctional aliphatic oxycarboxylic acid component is (i) a type in which three carboxyl groups and one hydroxyl group are shared in the same molecule, and (ii) two carboxyl groups and two hydroxyls. It is roughly classified into a type in which a group is shared in the same molecule and a type in which (iii) three hydroxyl groups and one carboxyl group are shared in the same molecule. Any type can be used, but those having a plurality of carboxyl groups are preferable, and citric acid and tartaric acid are more preferable. One of these may be used alone, or two or more thereof may be used in any combination and ratio.
- the polyester resin contains a structural unit derived from the above-mentioned trifunctional or higher functional component
- the content thereof is preferably 0.01 mol% or more in all the structural units constituting the polyester resin, and on the other hand. 5 mol% or less is preferable, and 2.5 mol% or less is more preferable.
- the polyester resin does not have to contain the structural units derived from the above-mentioned trifunctional or higher functional components.
- polyester resin For the production of the polyester resin containing the diol unit and the dicarboxylic acid unit, a known method for producing the polyester resin can be adopted. Further, the polycondensation reaction at this time is not particularly limited as appropriate conditions that have been conventionally adopted can be set. Usually, a method of further increasing the degree of polymerization by performing a reduced pressure operation after advancing the esterification reaction is adopted.
- the diol component forming the diol unit and the dicarboxylic acid component forming the dicarboxylic acid unit are reacted during the production of the polyester resin, the diol component and the dicarboxylic acid so that the produced polyester resin has the desired composition. Adjust the amount of acid component used. Normally, the diol component and the dicarboxylic acid component react in substantially equal molar amounts, but since the diol component is distilled off during the esterification reaction, it is usually 1 mol% to 20 mol more than the dicarboxylic acid component. % Excessive use.
- the compound corresponding to each of the oxycarboxylic acid unit and the polyfunctional component unit so as to have the desired composition. (Monomer or oligomer) may be subjected to the reaction. At this time, there is no limitation on the timing and method of introducing these components into the reaction system, and it is arbitrary as long as the polyester resin can be produced.
- the time for introducing the oxycarboxylic acid component is not particularly limited as long as it is before the polycondensation reaction between the diol component and the dicarboxylic acid component, and a catalyst is used in advance.
- a catalyst is used in advance. Examples thereof include a method of mixing in a state of being dissolved in an oxycarboxylic acid solution, a method of introducing a catalyst into a reaction system at the time of charging a raw material, and a method of mixing at the same time.
- the compound forming the polyfunctional component unit may be introduced at the same time as other monomers or oligomers in the initial stage of polymerization, or may be charged after the transesterification reaction and before the start of reduced pressure, but other monomers or It is preferable to charge the oligomer at the same time in terms of simplification of the process.
- Polyester resin is usually manufactured in the presence of a catalyst.
- a catalyst that can be used in the production of known polyester resins can be arbitrarily selected as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
- metal compounds such as germanium, titanium, zirconium, hafnium, antimony, tin, magnesium, calcium and zinc are suitable. Of these, germanium compounds and titanium compounds are preferable.
- Examples of the germanium compound that can be used as a catalyst include an organic germanium compound such as tetraalkoxygermanium, an inorganic germanium compound such as germanium oxide and germanium chloride, and the like. Among them, germanium oxide, tetraethoxygermanium, tetrabutoxygermanium and the like are preferable, and germanium oxide is particularly preferable, from the viewpoint of price and availability.
- titanium compound that can be used as a catalyst examples include organic titanium compounds such as tetraalkoxytitanium such as tetrapropyl titanate, tetrabutyl titanate, and tetraphenyl titanate. Among them, tetrapropyl titanate, tetrabutyl titanate and the like are preferable from the viewpoint of price and availability.
- One type of catalyst may be used alone, or two or more types may be used in any combination and ratio.
- the amount of the catalyst used is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 0.0005% by weight or more, more preferably 0.001% by weight or more, and usually 3 with respect to the amount of the monomer used. By weight or less, preferably 1.5% by weight or less.
- the introduction time of the catalyst is not particularly limited as long as it is before the polycondensation reaction, and it may be introduced at the time of raw material preparation or at the start of depressurization.
- an aliphatic oxycarboxylic acid unit it is introduced at the same time as a monomer or oligomer forming an aliphatic oxycarboxylic acid unit such as lactic acid or glycolic acid at the time of raw material preparation, or the catalyst is dissolved in an aqueous aliphatic oxycarboxylic acid solution.
- the method of dissolving the catalyst in an aliphatic oxycarboxylic acid aqueous solution and introducing it is preferable in terms of increasing the polymerization rate.
- reaction conditions such as temperature, polymerization time, and pressure during the esterification reaction and / or transesterification reaction between the dicarboxylic acid component and the diol component are arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
- the reaction temperature of the esterification reaction and / or transesterification reaction between the dicarboxylic acid component and the diol component is usually 150 ° C. or higher, preferably 180 ° C. or higher, and usually 260 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower.
- the reaction atmosphere is usually an inert atmosphere such as nitrogen or argon.
- the reaction pressure is usually normal pressure to 10 kPa, but normal pressure is particularly preferable.
- the reaction time is usually 1 hour or more, usually 10 hours or less, preferably 6 hours or less, and more preferably 4 hours or less.
- the pressure in the polycondensation reaction after the esterification reaction and / or transesterification reaction between the dicarboxylic acid component and the diol component is usually 0.01 ⁇ 10 3 Pa or more, preferably 0.03 ⁇ 10 3 Pa or more. , Usually 1.4 ⁇ 10 3 Pa or less, preferably 0.4 ⁇ 10 3 Pa or less.
- the reaction temperature at this time is usually 150 ° C. or higher, preferably 180 ° C. or higher, and usually 260 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower.
- the reaction time is usually 2 hours or more, usually 15 hours or less, preferably 10 hours or less.
- a chain extender such as a carbonate compound or a diisocyanate compound can also be used.
- the amount of the chain extender is usually 10 mol% or less, preferably 5 mol% or less, more preferably 3 mol% or less, as the ratio of carbonate bond or urethane bond to all the constituent units constituting the polyester resin.
- the carbonate bond is preferably less than 1 mol% and 0.5 mol% or less with respect to all the constituent units constituting the polyester resin. More preferably, it is more preferably 0.1 mol% or less.
- the urethane bond is preferably 0.5 mol% or less, more preferably 0.3 mol% or less, further preferably 0.12 mol% or less, and 0.05 mol% or less. Is particularly preferable. When this amount is converted to% by weight with respect to the polyester resin composition, it is preferably 0.9% by weight or less, more preferably 0.5% by weight or less, further preferably 0.2% by weight or less, and 0.1% by weight or less. Is particularly preferable. In particular, by setting the urethane bond amount within the above range, smoke generation and odor caused by urethane bond decomposition are suppressed in the film forming process and the like, and film breakage due to foaming in the molten film is suppressed, so that molding is stable. Sex can be ensured.
- the amount of carbonate bond or urethane bond in the polyester resin can be calculated from the measurement results by NMR (nuclear magnetic resonance spectrum apparatus) such as 1 H-NMR and 13 C-NMR.
- the carbonate compound as a chain extender examples include diphenyl carbonate, ditril carbonate, bis (chlorophenyl) carbonate, m-cresyl carbonate, dinaphthyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, ethylene carbonate, and the like. Examples thereof include diamyl carbonate and dicyclohexyl carbonate.
- carbonate compounds derived from hydroxy compounds such as phenols and alcohols can also be used.
- diisocyanate compound examples include 2,4-tolylene diisocyanate, a mixture of 2,4-tolylene diisocyanate and 2,6-tolylene diisocyanate, 1,5-naphthylene diisocyanate, and xylylene diisocyanate.
- Xylylene diisocyanate hydride hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, tetramethylxylylene diisocyanate, 2,4,6-triisopropylphenyldiisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, trizine diisocyanate, etc.
- dioxazoline, silicic acid ester and the like may be used as other chain extenders.
- Specific examples of the silicic acid ester include tetramethoxysilane, dimethoxydiphenylsilane, dimethoxydimethylsilane, and diphenyldihydroxysilane.
- High molecular weight polyester resins using these chain extenders can also be produced using conventionally known techniques.
- the chain extender is usually added to the reaction system in a uniform molten state without solvent after the completion of polycondensation, and is reacted with the polyester obtained by polycondensation.
- a polyester resin having a substantially hydroxyl group as a terminal group which is obtained by catalytically reacting a diol component and a dicarboxylic acid component, is reacted with a chain extender to increase the molecular weight of the polyester.
- Resin can be obtained.
- Prepolymers with a weight average molecular weight of 20,000 or more are not affected by the residual catalyst even under harsh conditions such as in a molten state due to the use of a small amount of chain extender, so that the prepolymer does not form a gel during the reaction and has a high molecular weight.
- Polyester resin can be produced.
- the weight average molecular weight (Mw) of the polyester resin is obtained as a conversion value using monodisperse polystyrene from a value measured by gel permeation chromatography (GPC) at a measurement temperature of 40 ° C. using chloroform as a solvent.
- the weight average molecular weight of the prepolymer is preferably 20,000 or more, more preferably 40,000 or more.
- the amount of the diisocyanate compound used for increasing the molecular weight can be small, so that the heat resistance is unlikely to decrease. In this way, a polyester resin having a urethane bond having a linear structure linked via a urethane bond derived from a diisocyanate compound is produced.
- the pressure at the time of chain extension is preferably 0.01 MPa or more, more preferably 0.05 MPa or more, and even more preferably 0.07 MPa or more.
- the pressure at the time of chain extension is preferably 1 MPa or less, more preferably 0.5 MPa or less, and even more preferably 0.3 MPa or less.
- the pressure at the time of chain extension is most preferably normal pressure.
- the reaction temperature at the time of chain extension is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher, further preferably 190 ° C. or higher, and particularly preferably 200 ° C. or higher.
- the reaction temperature at the time of chain extension is preferably 250 ° C. or lower, more preferably 240 ° C. or lower, and even more preferably 230 ° C. or lower.
- the time for performing the chain extension reaction is preferably 0.1 minutes or longer, more preferably 1 minute or longer, and even more preferably 5 minutes or longer.
- the time for carrying out the chain extension reaction is preferably 5 hours or less, more preferably 1 hour or less, further preferably 30 minutes or less, and particularly preferably 15 minutes or less.
- the polyester resin containing the oxycarboxylic acid unit will be described in detail.
- the oxycarboxylic acid unit contained in the polyester resin is preferably an aliphatic oxycarboxylic acid unit represented by the following general formula (3). -OR 3- CO- (3)
- R 3 represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 or more carbon atoms and 20 or less carbon atoms.
- the aliphatic hydrocarbon group represented by R 3 has preferably 1 or more carbon atoms, and on the other hand, preferably 16 or less, more preferably 12 or less, and further preferably 8 or less.
- the aliphatic oxycarboxylic acid component that gives the aliphatic oxycarboxylic acid unit represented by the formula (3) is not particularly limited, and is, for example, glycolic acid, 3-hydroxybutyric acid, 2-hydroxy-n-butyric acid, 2-. Hydroxycaproic acid, 6-hydroxycaproic acid, 2-hydroxy-3,3-dimethylbutyric acid, 2-hydroxy-3-methylbutyric acid, 2-hydroxyisocaproic acid, 3-hydroxypropionic acid, 4-hydroxybutyric acid, 5- Examples thereof include hydroxy acids such as hydroxyvaleric acid and 6-hydroxycaproic acid, or derivatives such as lower alkyl esters or intramolecular esters thereof. When optical isomers are present in these, either D-form or L-form may be used. Of these, the glycolic acid unit and the 3-hydroxybutyric acid unit are preferable.
- the polyester resin contains these aliphatic oxycarboxylic acid units, the content thereof is preferably 20 mol% or less, more preferably 20 mol% or less, based on all the constituent units constituting the polyester resin from the viewpoint of moldability. Is 10 mol% or less, more preferably 5 mol% or less.
- the polyester resin does not have to contain the oxycarboxylic acid unit.
- the oxycarboxylic acid unit contained in the polyester resin may contain an aromatic oxycarboxylic acid unit.
- the aromatic oxycarboxylic acid component that gives the aromatic oxycarboxylic acid unit include p-hydroxybenzoic acid and p- ⁇ -hydroxyethoxybenzoic acid.
- the aromatic oxycarboxylic acid component may be a derivative of the aromatic oxycarboxylic acid compound. Further, it may be a compound (oligomer) having a structure in which a plurality of aromatic oxycarboxylic acid compounds and / or aromatic oxycarboxylic acid compounds are dehydrated and condensed with each other. That is, an oligomer may be used as a raw material.
- an aliphatic oxycarboxylic acid resin As the resin contained in the biodegradable resin composition according to the present embodiment, an aliphatic oxycarboxylic acid resin is also preferably used.
- the aliphatic oxycarboxylic acid resin (D) contains an aliphatic oxycarboxylic acid unit as a main constituent unit.
- Examples of the aliphatic oxycarboxylic acid resin (D) include an aliphatic oxycarboxylic acid resin containing an aliphatic oxycarboxylic acid unit represented by the above formula (3).
- the aliphatic oxycarboxylic acid unit and the component giving the unit in the aliphatic oxycarboxylic acid resin (D) are the same as the aliphatic oxycarboxylic acid unit and the aliphatic oxycarboxylic acid component in the above-mentioned aliphatic polyester resin (A). The same applies to the preferred embodiment defined in.
- poly(2-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) (PHBH) is preferable.
- a urethane bond, an amide bond, a carbonate bond, an ether bond or the like may be introduced into the aliphatic oxycarboxylic acid resin (D) as long as it does not affect the biodegradability.
- the method for producing the aliphatic oxycarboxylic acid resin (D) is not particularly limited, and it can be produced by a known method such as a direct polymerization method of oxycarboxylic acid or a ring-opening polymerization method of a cyclic substance.
- polyhydroxy alkanoate (E) As the aliphatic oxycarboxylic acid resin (D), the polyhydroxyalkanoate (E) described below is preferable.
- the polyhydroxyalkanoate (E) preferably used in this embodiment has a general formula: [-CHR-CH 2- CO-O-] (in the formula, R is an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms. ) Is an aliphatic polyester containing a repeating unit, and is a copolymer containing a 3-hydroxybutyrate unit and a 3-hydroxyhexanoate unit as main constituent units.
- the polyhydroxyalkanoate (E) preferably contains 80 mol% or more of 3-hydroxybutyrate units as a constituent component, and more preferably 85 mol% or more. Further, the polyhydroxyalkanoate (E) is preferably produced by a microorganism. Specific examples of the polyhydroxy alkanoate (E) include poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) copolymer resin and poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate-). Co-3-hydroxyhexanoate) Copolymerized resin and the like can be mentioned. In particular, a poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) copolymer resin, that is, PHBH is preferable from the viewpoint of molding processability and physical properties of the obtained molded product.
- the composition ratio of 3-hydroxybutyrate / comonomer is preferably 97/3 or more, that is, the molar ratio of the monomer in the copolymer resin is 97/3 or more from the viewpoint of molding processability, molded product quality, and the like. It is more preferably / 5 or more, and on the other hand, it is preferably 80/20 or less, and more preferably 85/15.
- the ratio of each monomer in the polyhydroxy alkanoate (E) can be measured by gas chromatography as follows. 20 mg of dried polyhydroxyalkanoate is placed in a sample container, 2 ml of sulfuric acid / methanol mixed solution (15/85 (weight ratio)) and 2 ml of chloroform are added thereto, the mixture is sealed, and heated at 100 ° C. for 140 minutes. Then, the polyhydroxyalkanoate is decomposed to obtain a methyl ester. After cooling, 1.5 g of sodium hydrogen carbonate is added little by little to neutralize the mixture, and the mixture is left to stand until the generation of carbon dioxide gas stops.
- the ratio of each monomer in the copolymer resin can be determined by analyzing the monomer unit composition of the sample decomposition product in the supernatant by capillary gas chromatography. can.
- Polyhydroxyalkanoate (E) is, for example, Alcaligenes europhos AC32 strain (international deposit based on the Budapest Treaty, international deposit authority: Independent Administrative Institution Industrial Technology General Institute Patent Organism Depositary Center (1-1-1, Higashi, Ibaraki-shi, Japan, Central 6), Hara Deposit date: Transferred on August 12, 1996, August 7, 1997, Deposit number FERM BP- It can be produced by microorganisms such as 6038 (transferred from the original deposit FERM P-15786)) (J. Bacteriol., 179, 4821 (1997)).
- polyhydroxy alkanoate (E) As the polyhydroxy alkanoate (E), a commercially available product can also be used. Commercially available products of polyhydroxyalkanoate (E) containing 3-hydroxybutyrate unit and 3-hydroxyhexanoate unit as main constituent units include “PHBH X331N”, “PHBH X131A”, and “PHBH X151A” manufactured by Kaneka Corporation. , "PHBH 151C” and the like can be used.
- the aliphatic oxycarboxylic acid resin (D) including the above-mentioned polyhydroxyalkanoate (E) is not limited to one type, but the type of the constituent unit, the constituent unit ratio, the production method, the physical properties, and the like are different. Two or more kinds of aliphatic oxycarboxylic acid resins (D) can be blended and used.
- the polyester resin contained in the biodegradable resin composition according to the present embodiment includes a diol unit represented by the general formula (1) and a dicarboxylic acid unit represented by the general formula (2).
- a polyester resin or the like containing an oxycarboxylic acid unit represented by the above general formula (3) is preferable.
- the polyester resin contained in the biodegradable resin composition according to the present embodiment one type may be used alone or two or more types may be used in any combination and ratio as each structural unit.
- the diol unit, the dicarboxylic acid unit and the aliphatic oxycarboxylic acid unit may be derived from a compound derived from petroleum or a compound derived from a plant material, but are derived from a plant material. It is desirable that it is derived from a compound because it can consider environmental problems.
- aromatic compound component any of the D-form, L-form, and racemic form may be used. Further, the aromatic compound component is not limited to the above example as long as an aromatic compound unit can be given. One type of aromatic compound component may be used alone, or two or more types may be used in any combination and ratio.
- the glass transition temperature (Tg) of the polyester resin according to the present invention is 40 ° C. or lower.
- the glass transition temperature is lower than the temperature of the environment in which the polyester resin is placed, such as in the ocean, so that the crystal structure of the polyester resin loosens and the molecular main chain can rotate and vibrate. , It is thought that biodecomposition is easy to proceed. Therefore, the glass transition temperature of the polyester resin is more preferably 30 ° C. or lower, still more preferably 25 ° C. or lower, particularly preferably 20 ° C. or lower, particularly preferably 0 ° C. or lower, and most preferably ⁇ 20 ° C. or lower.
- the glass transition temperature can be measured by the following method. Put 10 mg of each resin in an aluminum sample container and use it as a measurement sample. Then, using DSC, the temperature is raised from ⁇ 100 ° C. to 160 ° C. at a rate of 10 ° C./min under a nitrogen atmosphere to obtain a DSC chart. In this chart, the glass transition temperature is obtained from the baseline shift existing on the lower temperature side than the peak showing the melting point. Specifically, the intersection of the contact point between the baseline on the low temperature side and the inflection point is defined as the glass transition temperature.
- the acid value of the polyester resin according to the present invention is preferably 250 eq / t or less. Since the acid value of the polyester resin is low, hydrolysis is less likely to occur, and the storage stability is excellent. Therefore, the acid value of the polyester resin is more preferably 150 eq / t or less, further preferably 100 eq / t or less, and particularly preferably 50 eq / t or less.
- the acid value can be measured by the following method. 0.4 g of the resin is precisely weighed, 25 mL of benzyl alcohol is added thereto, and the resin is dissolved by heating to 195 ° C. and stirring.
- the reduced viscosity ⁇ sp / c of the polyester resin according to the present invention at 30 ° C. is preferably 0.5 dL / g or more.
- the reduced viscosity of the polyester resin may be appropriately selected depending on the application, processing method and the like.
- the reducing viscosity of the resin at 30 ° C. is more preferably 0.8 dL / g or more, further preferably 1.0 dL / g or more, and 1.2 dL / g or more.
- it is preferably 4.0 dL / g or less, more preferably 3.0 dL / g or less, still more preferably 2.5 dL / g or less, and 2.3 dL / g. It is particularly preferably g or less.
- ⁇ sp ⁇ rel -1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (ii)
- the reduced viscosity ⁇ sp / c can be obtained by dividing the obtained specific viscosity ⁇ sp by the concentration c (g / dL). Generally, the higher this value, the larger the molecular weight.
- the molecular weight of the polyester resin according to the present invention is usually measured by gel permeation chromatography (GPC).
- the resin contained in the biodegradable resin composition according to the present embodiment preferably has a weight average molecular weight (Mw) of monodisperse polystyrene as a standard substance in the following range. .. That is, the molecular weight of the resin is preferably 10,000 or more, more preferably 20,000 or more, further preferably 30,000 or more, and particularly preferably 50,000 or more. On the other hand, it is preferably 2,500,000 or less, more preferably 1,000,000 or less, further preferably 800,000 or less, and particularly preferably 600,000 or less. It is more preferably 500,000 or less, and most preferably 400,000 or less.
- the weight average molecular weight (Mw) of the polyhydroxyalkanoate resin is preferably 200,000 or more, more preferably 250,000 or more, and even more preferably 300,000 or more. ..
- the weight average molecular weight (Mw) of the polyhydroxyalkanoate resin is preferably 2500,000 or less, more preferably 2,000,000 or less, and 1,000,000 or less. Is more preferable.
- the melt flow rate (MFR) of the polyester resin according to the present invention can be evaluated based on JIS K 7210 (1999) with a value measured at 190 ° C. and a load of 2.16 kg.
- the MFR of the resin contained in the biodegradable resin composition according to the present embodiment is preferably in the following range from the viewpoint of moldability and mechanical strength. That is, it is preferably 0.1 g / 10 minutes or more, and more preferably 1 g / 10 minutes or more.
- the MFR of the resin is preferably 100 g / 10 minutes or less, more preferably 80 g / 10 minutes or less, further preferably 50 g / 10 minutes or less, and 40 g / 10 minutes or less. Is particularly preferable, and 30 g / 10 minutes or less is most preferable.
- the MFR of the resin can be adjusted by the molecular weight and the like.
- the melting point of the polyester resin is preferably 60 ° C. or higher, more preferably 70 ° C. or higher, further preferably 75 ° C. or higher, particularly preferably 80 ° C. or higher, and on the other hand, preferably 270 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower.
- 150 ° C. or lower is more preferable
- 140 ° C. or lower is particularly preferable
- 130 ° C. or lower is particularly preferable.
- the resin has a plurality of melting points, it is preferable that at least one melting point is within the above range.
- the melting point of the polyhydroxyalkanoate resin is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 110 ° C. or higher, and on the other hand, 180 ° C. or lower, more preferably 170 ° C. or lower, and particularly less than 160 ° C. preferable.
- the elastic modulus of the polyester resin according to the present invention is preferably 30 MPa or more, more preferably 70 MPa or more, and more preferably 100 MPa or more, because good molding processability and impact resistance can be ensured. Is more preferably 180 MPa or more, and on the other hand, 2000 MPa or less is preferable, 1500 MPa or less is more preferable, 1000 MPa or less is further preferable, and 500 MPa or less is preferable. Especially preferable.
- the present invention is not particularly limited, and a resin made of a resin other than the above-mentioned preferable resin may be used.
- the biodegradable resin composition according to the present embodiment is a filler (filler), a plasticizer, an antistatic agent, an antioxidant, a light stabilizer, an ultraviolet absorber, as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
- It may contain other components such as various additives such as activators, slip agents, freshness preservatives and antibacterial agents. When these components are contained, the components may contain only one type or two or more types.
- the content is 40% by weight or less with respect to the total amount of the biodegradable resin composition from the viewpoint of not impairing the characteristics of the biodegradable resin composition. It is preferably 20% by weight or less, more preferably 10% by weight or less, and particularly preferably 5% by weight or less.
- the lower limit of the content of other components is not particularly limited.
- the method for producing the biodegradable resin composition according to the present embodiment is not particularly limited.
- the biodegradable resin composition according to the present embodiment can be obtained by mixing a resin, a compound such as a nitrogen compound (I), and if necessary, other resins and other components.
- the biodegradable resin composition is produced, for example, by mixing each component at a predetermined ratio at the same time or in an arbitrary order by a mixer such as a tumbler, a V-type blender, a Nauter mixer, a Banbury mixer, a kneading roll, or an extruder. It can be carried out by mixing or kneading, preferably further melt-kneading. Alternatively, it can also be produced by dissolving or dispersing the resin and a compound such as the nitrogen compound (I) in a solvent and removing the solvent.
- the biodegradable resin composition is preferably produced by kneading, and more preferably by melt kneading.
- the kneader used for kneading may be a melt kneader.
- the extruder may be either a twin-screw extruder or a single-screw extruder, but a twin-screw extruder is more preferable.
- the melt-kneading temperature is preferably 80 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, and on the other hand, preferably 220 ° C. or lower, more preferably 210 ° C. or lower. Within this temperature range, melt-kneading can be performed in a short time, deterioration of the color tone due to deterioration of the resin and carbonization of the compound such as nitrogen compound (I) is unlikely to occur, and impact resistance, moisture heat resistance, etc. It is easy to obtain a resin composition having more excellent physical characteristics in terms of practical use.
- the melt-kneading time is not particularly limited as long as the compound such as the nitrogen compound (I) can be uniformly dispersed in the biodegradable resin, but similarly, the resin is unlikely to deteriorate, so the melt-kneading time may be short. desirable.
- the melt-kneading time is preferably 10 seconds or more, more preferably 30 seconds or more, and on the other hand, preferably 20 minutes or less, more preferably 15 minutes or less.
- the biodegradable resin composition according to the present embodiment has biodegradability.
- the resin composition of the present invention is particularly preferably biodegradable in seawater, where the resin is difficult to biodegrade (ocean biodegradable resin composition).
- the reason why the resin composition of the present invention exhibits biodegradability even in seawater is presumed as follows. Usually, in seawater, the amount and type of microorganisms are small. Therefore, it is difficult for molds and the like to grow in seawater, and it is presumed that the formation of a biofilm is important for biodegradation in seawater. Furthermore, in seawater, nitrogen, which is an essential element for life support, is scarce.
- the presence of low-molecular-weight nitrogen compounds such as polyamines promotes cell proliferation and activation of microorganisms in seawater, promotes biofilm formation, and promotes biodegradability.
- the molecular chain tends to move when the temperature becomes higher than the glass transition temperature. Therefore, it is presumed that a resin having a low glass transition temperature is easily biodegraded.
- the glass transition temperature of the resin is 40 ° C. or lower, it is considered that the resin is more easily biodegraded by a compound such as nitrogen compound (I) in seawater.
- the degree of biodegradation is calculated as the ratio of the biological oxygen demand (BOD) to the theoretical oxygen demand (ThOD).
- biodegradation in seawater was measured in accordance with ISO 14851: 1999 (Plastic-How to determine the ultimate aerobic biodegradability in aquatic culture solution-Method by measuring the amount of carbon dioxide generated); Regarding biodegradation in soil, it complies with ISO 17556: 2003 (Plastic-How to determine the aerobic ultimate biodegradability in soil by measuring oxygen consumption or carbon dioxide generated using a respiratory meter). Be measured.
- the biodegradable resin composition according to the present embodiment has a degree of biodegradation at an arbitrary time point after the start of the biodegradability test, and is a compound such as the above-mentioned nitrogen compound (I) from the biodegradable resin composition according to the present embodiment. It is preferable that the degree of biodegradation exceeds 1.0 times the degree of biodegradation of the composition excluding (hereinafter, may be referred to as “reference composition”) (hereinafter, an increase in the degree of biodegradation with respect to the degree of biodegradation of the reference composition). The magnification is sometimes referred to as "biodegradation improvement").
- the degree of improvement in biodegradation of the biodegradable resin composition according to the present embodiment is more preferably 1.1 times or more. , 1.2 times or more, more preferably 2.0 times or more, and particularly preferably 2.5 times or more.
- a high degree of biodegradation means that the degree of improvement in biodegradation of the biodegradable resin composition at any time after the start of the biodegradability test is 1.2 times or more, 1.5 times or more, or It means that it is 2.0 times or more.
- the biodegradable resin composition according to the present embodiment can be applied to the biodegradation method of the polyester resin. can. That is, it can be applied to a method of biodegrading a polyester resin having a glass transition temperature of 40 ° C. or lower in seawater in the presence of a compound such as a nitrogen compound (I).
- the polyester resin, the compound such as the nitrogen compound (I), and the like suitable for this method are as described above.
- the biodegradable resin composition according to the present embodiment can be molded by various molding methods applied to general-purpose plastics.
- the molding method include compression molding (compression molding, laminate molding, stampable molding), injection molding, extrusion molding, co-extrusion molding (film molding by inflation method or T-die method, laminate molding, pipe molding, electric wire / cable molding).
- the molded body formed by molding the biodegradable resin composition according to the present embodiment has a chemical function, an electrical function, a magnetic function, a mechanical function, a friction / wear / lubrication function, and an optical function. It is also possible to perform various secondary processes for the purpose of imparting thermal functions, surface functions such as biocompatibility, and the like. Examples of secondary processing include embossing, painting, bonding, printing, metallizing (plating, etc.), machining, surface treatment (antistatic treatment, corona discharge treatment, plasma treatment, photochromism treatment, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, etc.) Coating, etc.) and the like.
- the biodegradable resin composition according to the present embodiment is used in a wide range of applications such as packaging materials for packaging various foods, chemicals, liquids such as miscellaneous goods, powders and solids, agricultural materials, and building materials. It is preferably used. Specific applications include injection molded products (eg, fresh food trays, fast food containers, coffee capsule containers, cutlery, outdoor leisure products, etc.), extruded molded products (eg, films, sheets, fishing threads, fishing nets, vegetation, etc.). Examples include nets, secondary processing sheets, water retention sheets, etc.), hollow molded bodies (bottles, etc.), and the like.
- injection molded products eg, fresh food trays, fast food containers, coffee capsule containers, cutlery, outdoor leisure products, etc.
- extruded molded products eg, films, sheets, fishing threads, fishing nets, vegetation, etc.
- Examples include nets, secondary processing sheets, water retention sheets, etc.), hollow molded bodies (bottles, etc.), and the like.
- molded product is particularly suitable as a container for food such as a film for food packaging, a tray for fresh food, a container for fast food, and a lunch box.
- PBSSe Poly(ethylene glycol) 200 1,4-butanediol (100.1 g), succinic acid (75.0 g), sebacic acid (32.1 g), trimethylolpropane (0.34 g) and titanium tetrabutoxide (0.50 g) under nitrogen.
- the mixture was heated at ° C. for 2 hours with stirring. Subsequently, the temperature was raised to 250 ° C. while reducing the pressure, and the polymer obtained by reacting for 5 hours and 15 minutes was extracted into water in the form of strands and cut to obtain pellet-shaped PBSSe.
- the reduced viscosity of PBSSe was measured according to the following measuring method and found to be 1.8 dL / g.
- the glass transition temperature was ⁇ 30 ° C. and the acid value was 28 eq / t, which were measured according to the following measuring methods.
- the molar ratio of succinic acid unit / sebacic acid unit determined by 1 H-NMR (nuclear magnetic resonance spectrum apparatus) was 80/20.
- PBSA BioPBS TM FD92PB
- PTT MCC Biochem PTT MCC Biochem
- PBS BioPBS TM FZ91PB (manufactured by PTT MCC Biochem)
- PTT MCC Biochem PTT MCC Biochem
- PBSeT 1,4-Butanediol (85.10 g), sebacic acid (63.70 g), terephthalic acid (52.30 g), trimethylolpropane (0.27 g) and titanium tetrabutoxide (0.53 g) under nitrogen. It was heated at 220 ° C. for 2 hours with stirring. Subsequently, the temperature was raised to 240 ° C. while reducing the pressure, and the polymer obtained by reacting for 3 hours and 15 minutes was extracted into water in the form of strands and cut to obtain pellet-shaped PBSeT.
- a resin solution was prepared by dissolving the resin in a 1: 1 (weight ratio) mixed solvent of phenol and tetrachloroethane so as to be 0.5 g / dL.
- the reducing viscosity of the resin solution at 30 ° C. was measured using an Ubbelohde viscous tube, and the reducing viscosity was calculated based on the result.
- 10 mg of each resin was placed in an aluminum sample container to prepare a measurement sample. Next, using "DSC6220" manufactured by Hitachi High-Tech Science Corporation, the temperature was raised from ⁇ 100 ° C. to 160 ° C.
- the glass transition temperature was obtained from the baseline shift existing on the lower temperature side than the peak showing the melting point. Specifically, the intersection of the contact point between the baseline on the low temperature side and the inflection point was defined as the glass transition temperature. (Measuring method of acid value) 0.4 g of the resin was precisely weighed, 25 mL of benzyl alcohol was added thereto, and the resin was dissolved by heating to 195 ° C. and stirring. When the resin was dissolved, the container containing the resin solution was cooled in an ice bath, and 2 mL of ethanol was added into the container.
- a pulverized resin was obtained by pulverizing PBSSe so that the particle size (sieving method) was 250 ⁇ m or less.
- a pulverized resin was obtained by pulverizing PBSA so that the particle size (sieving method) was 250 ⁇ m or less.
- a pulverized resin was obtained by pulverizing PBS so that the particle size (sieving method) was 250 ⁇ m or less.
- a pulverized resin was obtained by pulverizing PBSeT so that the particle size (sieving method) was 250 ⁇ m or less.
- Examples 42, 43, 45, 46, 51, and 52 The pulverized resin and the compound such as the nitrogen compound (I) are blended at the ratios shown in Tables 4 and 5 and charged into a small twin-screw kneader (“Xplore MC15 Micro Composer” manufactured by DSM) at 150 ° C. under a nitrogen atmosphere. Was melt-kneaded for 3 minutes. The obtained kneaded product was pulverized so that the particle size (sieving method) was 250 um or less to obtain a biodegradable resin composition.
- Xplore MC15 Micro Composer manufactured by DSM
- polyethyleneimine itself is hard to be biodegraded because polyethyleneimine has a large molecular weight, and the formation of amino groups by decomposition is hard to occur, and the biodegradable resin composition. It is considered that polyethyleneimine existing near the surface of the object inhibited the contact of the resin with microorganisms.
- the compound such as the nitrogen compound (I) since the compound such as the nitrogen compound (I) has a small molecular weight, it is easily biodegraded, the amino group is easily generated by the decomposition, and the nitrogen compound (I) and the like existing near the surface of the biodegradable resin composition It is considered that the degree of biodegradability is improved because the compound of the above does not easily interfere with the contact of the resin with the microorganisms.
- the degree of biodegradation decreased with N, N'-ethylenebisoleinamide and glucose is that these compounds do not have nitrogen atoms in the compounds, or even if they have nitrogen atoms, their concentrations are low. It is probable that the decomposition promoting effect was not obtained.
- starch which is said to promote the biodegradability of glucose and resin in compost, was rather decreased in seawater.
- the content of the compound such as the nitrogen compound (I) the biodegradability of Example 19 in which the content is 1% by weight with respect to Comparative Example 1 which does not contain N- (3-aminopropyl) tetramethylene diamine.
- the degree of biodegradation of the resin composition was 1.2 times, and the biodegradable resin composition of Example 20 having a content of 5% by weight had a higher degree of biodegradation of 3.6 times.
- the biodegradable resin composition of Example 52 having a content of 1% by weight of Comparative Example 3 containing no tetramethylenediamine dihydrochloride has a biodegradability 1.2 times higher and contains the biodegradable resin composition.
- the biodegradable resin composition of Example 51 in which the amount is 5% by weight the biodegradable resin composition of Example 45 has a higher degree of biodegradability 1.8 times and the content thereof is 10% by weight. In the product, the degree of biodegradation was 7.0 times higher.
- the biodegradable resin composition obtained by kneading the resin and a compound such as the nitrogen compound (I) has a remarkable degree of biodegradation of 3 to 7 times as shown in Examples 42, 43, 45 and 46. It turned out to improve.
- a pulverized resin was obtained by pulverizing PLA so that the particle size (sieving method) was 250 ⁇ m or less.
- the obtained pulverized resin and tetramethylenediamine dihydrochloride were mixed in a ratio of 10 parts by weight of tetramethylenediamine dihydrochloride to 100 parts by weight of the pulverized resin so as to have a total of 30 mg.
- the degree of biodegradation of the obtained resin composition was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the degree of biodegradation (change in pressure) of the resin composition was reduced only by the amount of the added tetramethylenediamine dihydrochloride.
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Abstract
ポリエステル樹脂と、下記一般式(I)で表される窒素化合物及びその塩から選択される1種以上の化合物(但し、(RS)-1-メチル-2-ニトロ-3-[(3-テトラヒドロフリル)メチル]グアニジンを除く)と、を含有する生分解性樹脂組成物であって、前記ポリエステル樹脂のガラス転移温度が40℃以下であり、前記化合物の含有量が0.1重量%以上70重量%以下であり、前記化合物の分子量が10000未満である、生分解性樹脂組成物である。 (式中、R、R'及びR''は、それぞれ独立に水素原子又は置換基を有していてもよい1価の有機基を表す。) 生分解速度が速く、かつ、生分解度の高い生分解性樹脂組成物、特に、海洋中において、生分解速度が速く、かつ、生分解度の高い生分解性樹脂組成物を提供することができる。
Description
本発明は、生分解性樹脂組成物及び該生分解性樹脂組成物を含む成形体に関する。
現代社会において、プラスチックは、その軽さ、電気絶縁性、成型加工性、耐久性に優れることから、包装用資材、家電製品資材、建築資材などの身の回りの幅広い用途で使用されている。これらの用途に使用されているプラスチックとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート等がある。しかしながら、これらのプラスチックの成形品は、自然環境下で分解され難いため、使用後に埋設しても地中に残存し易い。また、焼却しても有害ガスを発生して焼却炉を傷めることがあり、近年、世界中で、環境汚染防止の観点から、一般家庭で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)が求められている。また、海水中では分解菌が少ないため、海洋に廃棄されるプラスチックが問題となっている。
上述の問題を解決する手段として、コンポストの微生物によって二酸化炭素及び水に分解される生分解性を有する材料についての研究がなされてきた。生分解性材料の代表例としては、ポリ乳酸(以下、「PLA」と略記することがある。)等の生分解性樹脂が挙げられる。
Polymer Degradation and Stability 98 (2013) 1089-1096
しかしながら、海洋中で生分解する樹脂についての検討はなされていない。
そこで、本発明の課題は、生分解速度が速く、かつ、生分解度の高い生分解性樹脂組成物を提供することである。また、特に、海洋中において、生分解速度が速く、かつ、生分解度の高い生分解性樹脂組成物を提供することである。
そこで、本発明の課題は、生分解速度が速く、かつ、生分解度の高い生分解性樹脂組成物を提供することである。また、特に、海洋中において、生分解速度が速く、かつ、生分解度の高い生分解性樹脂組成物を提供することである。
本発明者らは、上記実情に鑑み、鋭意検討した。具体的には、アミノ基を含有する化合物に着目し、アミノ基を有する化合物が分解促進に寄与すると考えた。すなわち、海水での分解に必要と考えられるバイオフィルムの形成効果について着目し、様々な樹脂とポリアミンを併用したところ、特定のポリアミンが特定のポリエステル樹脂の海水中における生分解を大幅に促進することを見出した。そして、さらに検討を重ね、特定の窒素化合物により、特定のポリエステル樹脂に著しい生分解促進効果が得られ、これにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明の要旨は、以下の通りである。
[1]ポリエステル樹脂と、下記一般式(I)で表される窒素化合物及びその塩から選択される1種以上の化合物(但し、(RS)-1-メチル-2-ニトロ-3-[(3-テトラヒドロフリル)メチル]グアニジンを除く)と、を含有する生分解性樹脂組成物であって、前記ポリエステル樹脂のガラス転移温度が40℃以下であり、前記化合物の含有量が0.1重量%以上70重量%以下であり、前記化合物の分子量が10000未満である、生分解性樹脂組成物。
(式中、R、R’及びR’’は、それぞれ独立に水素原子又は置換基を有していてもよい1価の有機基を表す。)
[2]前記化合物中の窒素原子濃度が6重量%以上であり、前記樹脂組成物中に含有される前記化合物に由来する窒素原子の濃度が50重量ppm以上である、上記[1]に記載の生分解性樹脂組成物。
[3]前記置換基を有していてもよい1価の有機基が、互いに環構造を形成していない、炭素数が1~20の置換基を有していてもよい1価の鎖状脂肪族炭化水素基であり、前記炭化水素基の主鎖は第15族~17族の元素を有していてもよい、上記[1]又は[2]に記載の生分解性樹脂組成物。
[4]前記ポリエステル樹脂の酸価が250eq/t以下である、上記[1]~[3]の何れかに記載の生分解性樹脂組成物。
[5]前記ポリエステル樹脂が脂肪族ポリエステル樹脂、または脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂である、上記[1]~[4]の何れかに記載の生分解性樹脂組成物。
[6]前記ポリエステル樹脂が、ジオール単位として、1,4-ブタンジオール、1,3-プロパンジオール及びエチレングリコールよりなる群から選ばれる1種類以上を有する、上記[1]~[5]の何れかに記載の生分解性樹脂組成物。
[7]前記ポリエステル樹脂が、ジカルボン酸単位として、炭素数2~24のジカルボン酸を有する、上記[1]~[6]の何れかに記載の生分解性樹脂組成物。
[8]前記ポリエステル樹脂がPBSA(ポリブチレンサクシネートアジペート)、PBSSe(ポリブチレンサクシネートセバケート)、PBS(ポリブチレンサクシネート)、PBSeT(ポリブチレンセバケートテレフタレート)及びPHBH(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))よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記[1]~[7]の何れかに記載の生分解性樹脂組成物。
[9]前記窒素化合物が、脂肪族モノアミン、脂肪族ジアミン及びアミノ酸よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記[1]~[8]の何れかに記載の生分解性樹脂組成物。
[10]上記[1]~[9]の何れかに記載の生分解性樹脂組成物を含む、成形体。
[11]ポリエステル樹脂を生分解させる方法であって、前記ポリエステル樹脂のガラス転移温度が40℃以下であり、前記ポリエステル樹脂を海水中で、分子量が10000未満である下記一般式(I)で表される窒素化合物及びその塩から選択される1種以上の化合物の存在下で生分解させる、ポリエステル樹脂の生分解方法。
(式中、R、R’及びR’’は、それぞれ独立に水素原子又は置換基を有していてもよい1価の有機基を表す。)
(式中、R、R’及びR’’は、それぞれ独立に水素原子又は置換基を有していてもよい1価の有機基を表す。)
[2]前記化合物中の窒素原子濃度が6重量%以上であり、前記樹脂組成物中に含有される前記化合物に由来する窒素原子の濃度が50重量ppm以上である、上記[1]に記載の生分解性樹脂組成物。
[3]前記置換基を有していてもよい1価の有機基が、互いに環構造を形成していない、炭素数が1~20の置換基を有していてもよい1価の鎖状脂肪族炭化水素基であり、前記炭化水素基の主鎖は第15族~17族の元素を有していてもよい、上記[1]又は[2]に記載の生分解性樹脂組成物。
[4]前記ポリエステル樹脂の酸価が250eq/t以下である、上記[1]~[3]の何れかに記載の生分解性樹脂組成物。
[5]前記ポリエステル樹脂が脂肪族ポリエステル樹脂、または脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂である、上記[1]~[4]の何れかに記載の生分解性樹脂組成物。
[6]前記ポリエステル樹脂が、ジオール単位として、1,4-ブタンジオール、1,3-プロパンジオール及びエチレングリコールよりなる群から選ばれる1種類以上を有する、上記[1]~[5]の何れかに記載の生分解性樹脂組成物。
[7]前記ポリエステル樹脂が、ジカルボン酸単位として、炭素数2~24のジカルボン酸を有する、上記[1]~[6]の何れかに記載の生分解性樹脂組成物。
[8]前記ポリエステル樹脂がPBSA(ポリブチレンサクシネートアジペート)、PBSSe(ポリブチレンサクシネートセバケート)、PBS(ポリブチレンサクシネート)、PBSeT(ポリブチレンセバケートテレフタレート)及びPHBH(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))よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記[1]~[7]の何れかに記載の生分解性樹脂組成物。
[9]前記窒素化合物が、脂肪族モノアミン、脂肪族ジアミン及びアミノ酸よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記[1]~[8]の何れかに記載の生分解性樹脂組成物。
[10]上記[1]~[9]の何れかに記載の生分解性樹脂組成物を含む、成形体。
[11]ポリエステル樹脂を生分解させる方法であって、前記ポリエステル樹脂のガラス転移温度が40℃以下であり、前記ポリエステル樹脂を海水中で、分子量が10000未満である下記一般式(I)で表される窒素化合物及びその塩から選択される1種以上の化合物の存在下で生分解させる、ポリエステル樹脂の生分解方法。
(式中、R、R’及びR’’は、それぞれ独立に水素原子又は置換基を有していてもよい1価の有機基を表す。)
本発明によれば、生分解速度が速く、かつ、生分解度の高い生分解性樹脂組成物を提供することができ、海洋汚染問題等の環境問題解決に対する寄与は大きい。
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。なお、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。
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。なお、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。
以下、本発明について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明はこれらの内容に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
本発明の一実施形態は、ポリエステル樹脂と、特定の窒素化合物を含む生分解性樹脂組成物(以下、「本実施形態に係る生分解性樹脂組成物」又は「本発明の樹脂組成物」と言う場合がある。)である。
本明細書において、「生分解性」とは、微生物の働きにより、樹脂が加水分解等によりオリゴマーやモノマー等の低分子に分解され、これが更に、水と二酸化炭素等に分解される性質を意味する。本発明の樹脂組成物は、通常、海水中、淡水中、汽水中、土壌中又はコンポスト中の少なくとも何れかの環境で生分解される。
特に、海水中では微生物量や種類が少なく、樹脂が生分解し難い。しかしながら、本発明の樹脂組成物は、こうした生分解し難い環境で効果を発現できる。すなわち、本発明の樹脂組成物は、海水中で生分解性が高いこと(海洋生分解性樹脂組成物)が好ましい。
以下、本実施形態に係る生分解性樹脂組成物の構成成分、特性、製造方法及び用途について説明する。
本明細書において、「生分解性」とは、微生物の働きにより、樹脂が加水分解等によりオリゴマーやモノマー等の低分子に分解され、これが更に、水と二酸化炭素等に分解される性質を意味する。本発明の樹脂組成物は、通常、海水中、淡水中、汽水中、土壌中又はコンポスト中の少なくとも何れかの環境で生分解される。
特に、海水中では微生物量や種類が少なく、樹脂が生分解し難い。しかしながら、本発明の樹脂組成物は、こうした生分解し難い環境で効果を発現できる。すなわち、本発明の樹脂組成物は、海水中で生分解性が高いこと(海洋生分解性樹脂組成物)が好ましい。
以下、本実施形態に係る生分解性樹脂組成物の構成成分、特性、製造方法及び用途について説明する。
[窒素化合物及びその塩]
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物は、下記一般式(I)で表される窒素化合物(以下、「窒素化合物(I)」と記載することがある。)及びその塩から選択される1種以上の化合物(以下、「窒素化合物(I)等の化合物」と言うことがある。)を含有する。
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物は、下記一般式(I)で表される窒素化合物(以下、「窒素化合物(I)」と記載することがある。)及びその塩から選択される1種以上の化合物(以下、「窒素化合物(I)等の化合物」と言うことがある。)を含有する。
式中、R、R’及びR’’は、それぞれ独立に水素原子又は置換基を有していてもよい1価の有機基を表す。
但し、窒素化合物(I)等から、(RS)-1-メチル-2-ニトロ-3-[(3-テトラヒドロフリル)メチル]グアニジンは除く。
R、R’及びR’’は、各々独立に、水素原子又は互いに環構造を形成していない、置換基を有していてもよい、主鎖に第15族~第17族の元素を有していてもよい炭化水素基であることが好ましく、この置換基を有していてもよい炭化水素基は、炭素数が1~20の1価の鎖状脂肪族炭化水素基であることがより好ましい。
R、R’及びR’’のうち、少なくとも何れか1つは水素原子であることが好ましく、2つが水素原子であることがより好ましい。
但し、窒素化合物(I)等から、(RS)-1-メチル-2-ニトロ-3-[(3-テトラヒドロフリル)メチル]グアニジンは除く。
R、R’及びR’’は、各々独立に、水素原子又は互いに環構造を形成していない、置換基を有していてもよい、主鎖に第15族~第17族の元素を有していてもよい炭化水素基であることが好ましく、この置換基を有していてもよい炭化水素基は、炭素数が1~20の1価の鎖状脂肪族炭化水素基であることがより好ましい。
R、R’及びR’’のうち、少なくとも何れか1つは水素原子であることが好ましく、2つが水素原子であることがより好ましい。
有機基が主鎖に有していてもよい第15族~17族の元素の例としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子、セレン原子、フッ素原子、塩素原子及び臭素原子が挙げられる。これらのうち、窒素原子、酸素原子、硫黄原子及びリン原子が好ましい。また、有機基は、側鎖に第15族~17の元素からなる群より選択される1種以上の原子を含んでいてもよい。
炭化水素基は、脂肪族炭化水素基でも芳香族炭化水素基でもよい。脂肪族炭化水素基は、鎖状でも環状でもよい。また、炭素-炭素不飽和結合を有していてもよい。これらのうち、炭化水素基は、好ましくは、脂肪族炭化水素基が好ましく、脂肪族炭化水素基の中でも、鎖状の脂肪族炭化水素基がより好ましく、直鎖状の脂肪族炭化水素基がさらに好ましい。また、R、R’及びR’’の少なくとも何れか1つが置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基であることが好ましい。
炭化水素基は、脂肪族炭化水素基でも芳香族炭化水素基でもよい。脂肪族炭化水素基は、鎖状でも環状でもよい。また、炭素-炭素不飽和結合を有していてもよい。これらのうち、炭化水素基は、好ましくは、脂肪族炭化水素基が好ましく、脂肪族炭化水素基の中でも、鎖状の脂肪族炭化水素基がより好ましく、直鎖状の脂肪族炭化水素基がさらに好ましい。また、R、R’及びR’’の少なくとも何れか1つが置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基であることが好ましい。
なお、本明細書においては、芳香族炭化水素基には、芳香族複素環基を含むものとする。また、芳香族炭化水素基は、単環でも複数の環が互いに結合又は縮合した環でもよく、それらが置換基を有していてもよい。
また、「第15~17族の元素からなる群より選択される1種以上の原子を含んでいてもよい」とは、置換基としてフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、アスタチン原子、1級アミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、チオール基、アセチル基、カルボキシメチル基等を含んでいてもよいことを意味する他、2級アミノ基、3級アミノ基、エーテル結合、カルボニル結合、チオエーテル結合等の窒素原子又は硫黄原子を含む連結基を炭素骨格内に含んでいてもよいことを意味する。これらのうち、置換基としては、1級アミノ基(-NH2)、ヒドロキシル基若しくはカルボキシル基を含む態様又は2級アミノ基(-NH-)若しくはエーテル結合を含む態様が好ましい。なお、炭化水素基の炭素骨格内に2級アミノ基を含む態様とは、高分子主鎖中にアミノ基を有する繰り返し単位を含む高分子を意図するものではない。
炭化水素基の炭素数(置換基がある場合はそれも含める)は、特に限定されず、後述する窒素化合物(I)又はその塩の分子量の範囲内となる炭素数を適宜選択すればよい。但し、生分解性の促進効果、入手容易性、作業性等の観点から、炭化水素基の炭素数は、通常1以上、好ましくは2以上、より好ましくは3以上、また、通常40以下、好ましくは20以下、より好ましくは16以下、さらに好ましくは11以下である。また、置換基を有する場合はそれも含め、1~20であることが好ましい。
また、「第15~17族の元素からなる群より選択される1種以上の原子を含んでいてもよい」とは、置換基としてフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、アスタチン原子、1級アミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、チオール基、アセチル基、カルボキシメチル基等を含んでいてもよいことを意味する他、2級アミノ基、3級アミノ基、エーテル結合、カルボニル結合、チオエーテル結合等の窒素原子又は硫黄原子を含む連結基を炭素骨格内に含んでいてもよいことを意味する。これらのうち、置換基としては、1級アミノ基(-NH2)、ヒドロキシル基若しくはカルボキシル基を含む態様又は2級アミノ基(-NH-)若しくはエーテル結合を含む態様が好ましい。なお、炭化水素基の炭素骨格内に2級アミノ基を含む態様とは、高分子主鎖中にアミノ基を有する繰り返し単位を含む高分子を意図するものではない。
炭化水素基の炭素数(置換基がある場合はそれも含める)は、特に限定されず、後述する窒素化合物(I)又はその塩の分子量の範囲内となる炭素数を適宜選択すればよい。但し、生分解性の促進効果、入手容易性、作業性等の観点から、炭化水素基の炭素数は、通常1以上、好ましくは2以上、より好ましくは3以上、また、通常40以下、好ましくは20以下、より好ましくは16以下、さらに好ましくは11以下である。また、置換基を有する場合はそれも含め、1~20であることが好ましい。
具体的な窒素化合物(I)としては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、イソブチルアミン等のモノアルキルアミン;ジメチルアミン、ジエチルアミン等のジアルキルアミン;N-ブチルジメチルアミン等のトリアルキルアミン;エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン(プトレスシン)、ペンタメチレンジアミン(カダベリン)、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、デカメチレンジアミン等のアルキレンジアミン;ビス(3-アミノプロピル)アミン、N-(3-アミノプロピル)-1,3-プロパンジアミン(ノルスペルミジン)、N-(3-アミノプロピル)テトラメチレンジアミン(スペルミジン)、N,N’-ビス(3-アミノプロピル)-1,4-ブタンジアミン(スペルミン)、3,3'-ジアミノ-N-メチルジプロピルアミン、N-ベンジル1,3-プロパンジアミン等のアルキレン骨格中にNH基を有するアルキレンジアミン;アラニン、グリシン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、システイン、グルタミン、グルタミン酸、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、フェニルアラニン、バリン等のアミノ酸;グルコサミン、ノイラミン酸等のアミノ糖;N-アセチルグルコサミン、ムラミン酸、N-アセチルムラミン酸、N-アセチルノイラミン酸、N-アセチルガラクトサミン等のアミノ糖誘導体、イミド化合物、N-ブチルプロピオンアミド、N-エチルアセトアミド等のアミド化合物等が挙げられる。
これらのうち、好ましい窒素化合物(I)としては、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、イソブチルアミン等のモノアルキルアミン;エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、プトレスシン、オクタメチレンジアミン等のアルキレンジアミン;ノルスペルミジン、スペルミン、スペルミジン等の、アルキレン骨格中にNH基を有するアルキレンジアミン;プトレスシンといったポリアミン;アラニン、グリシン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、リシン、トリプトファン等のアミノ酸;N-アセチルグルコサミン等のアミノ糖誘導体が挙げられる。この中でさらに好ましくは、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ブチルアミン、ノルスペルミジン、スペルミン、スペルミジン、プトレスシン、アラニン、グリシン、アスパラギン、グルタミン、アルギニンが挙げられる。また、窒素化合物(I)等としては、脂肪族モノアミン、脂肪族ジアミン及びアミノ酸が特に好ましい。
これらのうち、好ましい窒素化合物(I)としては、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、イソブチルアミン等のモノアルキルアミン;エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、プトレスシン、オクタメチレンジアミン等のアルキレンジアミン;ノルスペルミジン、スペルミン、スペルミジン等の、アルキレン骨格中にNH基を有するアルキレンジアミン;プトレスシンといったポリアミン;アラニン、グリシン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、リシン、トリプトファン等のアミノ酸;N-アセチルグルコサミン等のアミノ糖誘導体が挙げられる。この中でさらに好ましくは、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ブチルアミン、ノルスペルミジン、スペルミン、スペルミジン、プトレスシン、アラニン、グリシン、アスパラギン、グルタミン、アルギニンが挙げられる。また、窒素化合物(I)等としては、脂肪族モノアミン、脂肪族ジアミン及びアミノ酸が特に好ましい。
窒素化合物(I)の塩としては、ハロゲン化水素、硫酸等の無機酸の塩が挙げられる。ハロゲン化水素とは、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素及びアスタチン化水素の総称である。これらのうち、窒素化合物(I)と塩を形成する無機酸は、好ましくは塩化水素である。
窒素化合物(I)等の化合物の分子量は、10000未満である。ここで、窒素化合物(I)等の化合物が高分子の場合は、重量平均分子量とする。分子量は、生分解性の促進効果の観点から、好ましくは5000以下、より好ましくは1000以下、さらに好ましくは500以下、特に好ましくは400以下である。また、窒素化合物(I)等の化合物の分子量の下限は、特に限定されないが、通常17以上、好ましくは50以上である。すなわち、窒素化合物(I)等の化合物は、モノマーの重合体(例えば重合度100以上の重合体)でなく、低分子化合物であることが好ましい。
窒素化合物(I)等の化合物の分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)や元素分析等により測定することができる。
窒素化合物(I)等の化合物に含まれる炭素に対する窒素の重量比は、通常5以下、好ましくは2.5以下、より好ましくは1.2以下、さらに好ましくは1.0以下、特に好ましくは0.8以下、最も好ましくは0.7以下である。また、一方で、通常は0.01以上、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.10以上、さらに好ましくは0.13以上である。
窒素化合物(I)等の化合物は、2級及び3級アミンが含まれる場合、その含有率が低いことが好ましい。窒素化合物(I)等の化合物中に1級、2級、3級アミンが存在する場合、2級と3級アミンに対する1級アミンの存在比としては、通常0.1以上、好ましくは0.4以上、さらに好ましくは1.0以上である。また、上限は特に限定されないが、通常5以下、好ましくは2.5以下である。
窒素化合物(I)等の化合物中に含まれる窒素原子濃度は、生分解促進効果が発現しやすいことから、6重量%以上であることが好ましく、7重量%以上であることがより好ましく、10重量%以上であることがさらに好ましい。また、一方で、塩基性が高過ぎず、微生物の活性が低下し難いことから、60重量%以下が好ましく、50重量%以下がより好ましく、40重量%以下がさらに好ましく、35重量%以下が特に好ましい。
窒素化合物(I)等の化合物は、微生物の繁殖を阻害し難いことが好ましい。また、安全性の観点から危険物や殺虫剤などでないことが好ましい。
窒素化合物(I)等の化合物の分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)や元素分析等により測定することができる。
窒素化合物(I)等の化合物に含まれる炭素に対する窒素の重量比は、通常5以下、好ましくは2.5以下、より好ましくは1.2以下、さらに好ましくは1.0以下、特に好ましくは0.8以下、最も好ましくは0.7以下である。また、一方で、通常は0.01以上、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.10以上、さらに好ましくは0.13以上である。
窒素化合物(I)等の化合物は、2級及び3級アミンが含まれる場合、その含有率が低いことが好ましい。窒素化合物(I)等の化合物中に1級、2級、3級アミンが存在する場合、2級と3級アミンに対する1級アミンの存在比としては、通常0.1以上、好ましくは0.4以上、さらに好ましくは1.0以上である。また、上限は特に限定されないが、通常5以下、好ましくは2.5以下である。
窒素化合物(I)等の化合物中に含まれる窒素原子濃度は、生分解促進効果が発現しやすいことから、6重量%以上であることが好ましく、7重量%以上であることがより好ましく、10重量%以上であることがさらに好ましい。また、一方で、塩基性が高過ぎず、微生物の活性が低下し難いことから、60重量%以下が好ましく、50重量%以下がより好ましく、40重量%以下がさらに好ましく、35重量%以下が特に好ましい。
窒素化合物(I)等の化合物は、微生物の繁殖を阻害し難いことが好ましい。また、安全性の観点から危険物や殺虫剤などでないことが好ましい。
生分解性樹脂組成物中には、窒素化合物(I)等の化合物が0.1重量%以上70重量%以下の量で含有される。生分解性樹脂組成物中に含有される窒素化合物(I)等の化合物の量は、樹脂の種類、窒素化合物(I)等の化合物の種類、生分解性樹脂組成物の用途等に応じて適宜調整すればよい。窒素化合物(I)等の化合物の含有量は、0.5重量%以上がより好ましく、1重量%以上が特に好ましく、5重量%以上が最も好ましい。また、一方で、同含有量は、50重量%以下が好ましく、40重量%以下がより好ましく、20重量%以下が更に好ましい。
生分解性樹脂組成物中の窒素化合物(I)等の化合物の含有量を上記範囲内とすることで、生分解性と、成形体に加工した際の機械特性を兼ね備えた組成物となりやすい。
本発明の生分解性樹脂組成物中に含有される窒素化合物(I)等の化合物由来の窒素原子の濃度は、生分解促進効果が発現しやすいことから、50重量ppm以上であることが好ましく、70重量ppm以上であることがより好ましく、100重量ppm以上であることがさらに好ましく、200重量ppm以上であることが特に好ましく、500重量ppm以上であることが最も好ましい。また、一方で、塩基性が高過ぎず、微生物の活性が低下し難いことから、42重量%以下が好ましい。
生分解性樹脂組成物中の窒素化合物(I)等の化合物の含有量を上記範囲内とすることで、生分解性と、成形体に加工した際の機械特性を兼ね備えた組成物となりやすい。
本発明の生分解性樹脂組成物中に含有される窒素化合物(I)等の化合物由来の窒素原子の濃度は、生分解促進効果が発現しやすいことから、50重量ppm以上であることが好ましく、70重量ppm以上であることがより好ましく、100重量ppm以上であることがさらに好ましく、200重量ppm以上であることが特に好ましく、500重量ppm以上であることが最も好ましい。また、一方で、塩基性が高過ぎず、微生物の活性が低下し難いことから、42重量%以下が好ましい。
[ポリエステル樹脂]
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物は、ポリエステル樹脂を含有する。本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有されるポリエステル樹脂は、上述の窒素化合物(I)等の化合物との樹脂組成物とすることにより、生分解性が向上すれば、特に限定されない。すなわち、本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有されるポリエステル樹脂は、生分解性ポリエステル樹脂が好ましい。ポリエステル樹脂および本実施形態に係る生分解性樹脂組成物の生分解度については、後述する。本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有されるポリエステル樹脂は、1種類を単独で用いても、2種類以上の樹脂を任意の組み合わせと比率で用いてもよい。
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有されるポリエステル樹脂としては、窒素化合物(I)等の化合物との樹脂組成物とすることにより生分解性が向上しやすいことから、ジカルボン酸単位とジオール単位を有する樹脂およびオキシカルボン酸単位を有するポリエステル樹脂が好ましく、ジカルボン酸単位とジオール単位を有するポリエステル樹脂が特に好ましい。具体的には、ポリエステル樹脂は、PBSA(ポリブチレンサクシネートアジペート)、PBSSe(ポリブチレンサクシネートセバケート)、PBS(ポリブチレンサクシネート)、PBSeT(ポリブチレンセバケートテレフタレート)及びPHBH(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))が好ましく、PBSA(ポリブチレンサクシネートアジペート)、PBSSe(ポリブチレンサクシネートセバケート)、PBS(ポリブチレンサクシネート)及びPBSeT(ポリブチレンセバケートテレフタレート)が特に好ましい。
ポリエステル樹脂は、脂肪族ポリエステル樹脂であっても、芳香族ポリエステル樹脂であっても、脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂であってもよい。柔軟性が高いことから、脂肪族ポリエステル樹脂又は脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂が好ましい。
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物は、ポリエステル樹脂を含有する。本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有されるポリエステル樹脂は、上述の窒素化合物(I)等の化合物との樹脂組成物とすることにより、生分解性が向上すれば、特に限定されない。すなわち、本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有されるポリエステル樹脂は、生分解性ポリエステル樹脂が好ましい。ポリエステル樹脂および本実施形態に係る生分解性樹脂組成物の生分解度については、後述する。本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有されるポリエステル樹脂は、1種類を単独で用いても、2種類以上の樹脂を任意の組み合わせと比率で用いてもよい。
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有されるポリエステル樹脂としては、窒素化合物(I)等の化合物との樹脂組成物とすることにより生分解性が向上しやすいことから、ジカルボン酸単位とジオール単位を有する樹脂およびオキシカルボン酸単位を有するポリエステル樹脂が好ましく、ジカルボン酸単位とジオール単位を有するポリエステル樹脂が特に好ましい。具体的には、ポリエステル樹脂は、PBSA(ポリブチレンサクシネートアジペート)、PBSSe(ポリブチレンサクシネートセバケート)、PBS(ポリブチレンサクシネート)、PBSeT(ポリブチレンセバケートテレフタレート)及びPHBH(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))が好ましく、PBSA(ポリブチレンサクシネートアジペート)、PBSSe(ポリブチレンサクシネートセバケート)、PBS(ポリブチレンサクシネート)及びPBSeT(ポリブチレンセバケートテレフタレート)が特に好ましい。
ポリエステル樹脂は、脂肪族ポリエステル樹脂であっても、芳香族ポリエステル樹脂であっても、脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂であってもよい。柔軟性が高いことから、脂肪族ポリエステル樹脂又は脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂が好ましい。
本発明で用いるポリエステル樹脂は、1種類のみでも、構成単位の種類、構成単位比、製造方法、物性等の異なる2種類以上のポリエステル樹脂をブレンドして用いてもよい。また、本発明の効果を阻害しない範囲で他の樹脂を併用してもよい。他の樹脂を併用する場合、生分解性樹脂を併用することが好ましい。
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有されるポリエステル樹脂について、以下に詳述する。なお、ポリエステル樹脂における各繰返し単位は、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、ポリエステル樹脂中の「主構成単位」とは、通常、その構成単位が当該ポリエステル樹脂中に80重量%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含まれない場合もある。
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有されるポリエステル樹脂としては、(1)ジオール単位及びジカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂、(2)ジオール単位、ジカルボン酸単位及びオキシカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂、(3)オキシカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂等が好ましい。これらのうち、(1)ジオール単位及びジカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂および(3)オキシカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂等がより好ましい。
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有されるポリエステル樹脂としては、(1)ジオール単位及びジカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂、(2)ジオール単位、ジカルボン酸単位及びオキシカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂、(3)オキシカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂等が好ましい。これらのうち、(1)ジオール単位及びジカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂および(3)オキシカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂等がより好ましい。
<ジオール単位及びジカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂>
ジオール単位及びジカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂について詳述する。
ジオール単位及びジカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂について詳述する。
ポリエステル樹脂に含まれるジオール単位は、脂肪族でも芳香族でもよいが、生分解しやすいことから、脂肪族が好ましく、下記一般式(1)で表されるジオール単位が特に好ましい。
-O-R1-O- (1)
式(1)中、R1は炭素数2以上20以下の脂肪族炭化水素基を表す。
-O-R1-O- (1)
式(1)中、R1は炭素数2以上20以下の脂肪族炭化水素基を表す。
R1で表される脂肪族炭化水素基の炭素数は、成形性、機械強度等の観点から、通常2以上、好ましくは4以上、また、通常20以下、好ましくは16以下、より好ましくは12以下、さらに好ましくは6以下である。脂肪族炭化水素基として特に好ましい基は、炭素数4の脂肪族炭化水素基である。
式(1)で表される脂肪族ジオール単位を与える脂肪族ジオールとしては、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好ましく、1,4-ブタンジオール、1,3-プロパンジオール及びエチレングリコールがより好ましく、1,4-ブタンジオールが特に好ましい。
ポリエステル樹脂に含まれるジオール単位は、1種類でも、2種類以上の単位を任意の組み合わせと比率で有していてもよい。ポリエステル樹脂に複数種のジオール単位が含まれる場合、脂肪族ジオール単位が全ジオール単位に対し、30モル%以上含まれることが好ましく、50モル%以上含まれることがより好ましい。
式(1)で表される脂肪族ジオール単位を与える脂肪族ジオールとしては、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好ましく、1,4-ブタンジオール、1,3-プロパンジオール及びエチレングリコールがより好ましく、1,4-ブタンジオールが特に好ましい。
ポリエステル樹脂に含まれるジオール単位は、1種類でも、2種類以上の単位を任意の組み合わせと比率で有していてもよい。ポリエステル樹脂に複数種のジオール単位が含まれる場合、脂肪族ジオール単位が全ジオール単位に対し、30モル%以上含まれることが好ましく、50モル%以上含まれることがより好ましい。
ポリエステル樹脂に含まれるジオール単位は、芳香族ジオール単位を含んでいてもよい。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。
ポリエステル樹脂に含まれるジカルボン酸単位は、脂肪族でも芳香族でもよい。また、ポリエステル樹脂に含まれるジカルボン酸単位は、1種類でも、2種類以上の単位を任意の組み合わせと比率で有していてもよく、脂肪族ジカルボン酸単位と芳香族ジカルボン酸単位を有していてもよい。但し、生分解性の観点から、ジカルボン酸単位は、脂肪族のジカルボン酸単位を含むことが好ましい。ポリエステル樹脂に複数種のジカルボン酸単位が含まれる場合、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、30モル%以上含まれることが好ましく、40モル%以上含まれることがより好ましい。一方、脂肪族ジカルボン酸単位の下限値は、特にないが、含まれていなくても構わない。また、ポリエステル樹脂に芳香族ジカルボン酸単位が含まれる場合は、芳香族ジカルボン酸単位が全ジカルボン酸単位に対して、70モル%以下であることが好ましく、60モル%以下であることがさらに好ましい。
ジカルボン酸単位が有する炭素数は、2~24であることが好ましい。ジカルボン酸単位が有する炭素数は、生分解性、成形性、機械強度の観点から、4以上であることがより好ましく、また、一方で、22以下であることがより好ましく、16以下であることがさらに好ましく、13以下であることが特に好ましく、10以下であることが最も好ましい。
ポリエステル樹脂に含まれるジカルボン酸単位は、下記一般式(2)で表されるジカルボン酸単位、またはシュウ酸が好ましい。
-OC-R2-CO- (2)
式(2)中、R2は単結合、炭素数1以上22以下の脂肪族炭化水素基又は炭素数4以上8以下の芳香族炭化水素基若しくは複素芳香族基を表す。
ジカルボン酸単位が有する炭素数は、2~24であることが好ましい。ジカルボン酸単位が有する炭素数は、生分解性、成形性、機械強度の観点から、4以上であることがより好ましく、また、一方で、22以下であることがより好ましく、16以下であることがさらに好ましく、13以下であることが特に好ましく、10以下であることが最も好ましい。
ポリエステル樹脂に含まれるジカルボン酸単位は、下記一般式(2)で表されるジカルボン酸単位、またはシュウ酸が好ましい。
-OC-R2-CO- (2)
式(2)中、R2は単結合、炭素数1以上22以下の脂肪族炭化水素基又は炭素数4以上8以下の芳香族炭化水素基若しくは複素芳香族基を表す。
R2で表される脂肪族炭化水素基の炭素数は、通常1以上、好ましくは2以上であり、また、一方で、好ましくは22以下、より好ましくは16以下、さらに好ましくは12以下、特に好ましくは8以下である。ポリエステル樹脂が、式(2)で表される脂肪族ジカルボン酸単位を2種類以上含む場合、脂肪族炭化水素基の組み合わせとしては、炭素数2の脂肪族炭化水素基と炭素数4以上10以下の脂肪族炭化水素基との組み合わせが好ましい。
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、その炭素数は、2以上が好ましく、4以上がより好ましく、また、一方で、24以下が好ましく、22以下がより好ましく、13以下がさらに好ましく、10以下が特に好ましい。すなわち、炭素数2以上24以下の脂肪族ジカルボン酸又はそのアルキルエステル等の誘導体が好ましく、炭素数2以上22以下の脂肪族ジカルボン酸又はそのアルキルエステル等の誘導体がより好ましく、炭素数4以上10以下の脂肪族カルボン酸又はそのアルキルエステル等の誘導体がさらに好ましい。
好ましい脂肪族ジカルボン酸単位としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ブラシル酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸が挙げられる。これらのうち、アジピン酸、コハク酸及びセバシン酸が好ましく、コハク酸及びセバシン酸がより好ましく、コハク酸が特に好ましい。
好ましい脂肪族ジカルボン酸単位としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ブラシル酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸が挙げられる。これらのうち、アジピン酸、コハク酸及びセバシン酸が好ましく、コハク酸及びセバシン酸がより好ましく、コハク酸が特に好ましい。
ポリエステル樹脂は、全ジカルボン酸単位中における上述の好ましいジカルボン酸単位の割合が、5モル%以上であることが好ましく、10モル%以上であることがより好ましく、50モル%以上であることがさらに好ましく、64モル%以上であることが特に好ましく、68モル%以上であることが最も好ましい。なお、上限は100モル%である。ポリエステル樹脂における好ましいジカルボン酸の割合を上記範囲内とすることにより、成形性が向上すると共に、耐熱性、生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。
ポリエステル樹脂は、脂肪族ジカルボン酸成分を2種類以上含むことが好ましく、上述の好ましい脂肪族ジカルボン酸成分を2種類以上含むことがより好ましい。この場合、脂肪族ジカルボン酸成分の組み合わせとしては、炭素数4の脂肪族ジカルボン酸又はその誘導体と炭素数6以上12以下の脂肪族ジカルボン酸との組み合わせが好ましく、炭素数4の脂肪族ジカルボン酸又はその誘導体と炭素数6以上10以下の脂肪族ジカルボン酸との組み合わせがより好ましい。具体的には、脂肪族ジカルボン酸成分の組み合わせとしては、コハク酸又はその誘導体、アジピン酸又はその誘導体、アゼライン酸又はその誘導体、セバシン酸又はその誘導体、ブラシル酸又はその誘導体の少なくとも何れか1つを含むことが好ましく、これらの中から2種以上のジカルボン酸成分を組み合わせることがより好ましい。
コハク酸又はその誘導体と組み合わせるジカルボン酸成分としては、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ブラシル酸、ウンデカン二酸若しくはドデカン二酸又はその誘導体が好ましく、アジピン酸、アゼライン酸若しくはセバシン酸又はその誘導体との組み合わせがより好ましく、セバシン酸又はその誘導体との組み合わせがさらに好ましい。
すなわち、具体的には、以下のポリエステル樹脂が好ましい。コハク酸単位を有するポリエステル樹脂としては、ポリブチレンサクシネート(PBS)、ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)、ポリブチレンサクシネートセバケート(PBSSe)およびポリブチレンサクシネートアゼレート(PBSAz)などが好ましく、ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)、ポリブチレンサクシネートセバケート(PBSSe)、ポリブチレンサクシネートアゼレート(PBSAz)、およびポリブチレンサクシネートブラシレート(PBSBr)などの2種以上のジカルボン酸単位を有するポリエステル樹脂がより好ましい。セバシン酸単位を有するポリエステル樹脂としては、ポリブチレンサクシネートセバケート(PBSSe)、ポリブチレンセバケートテレフタレート(PBSeT)およびポリブチレンセバケートフラノエート(PBSSeF)が好ましい。アゼライン酸単位を有するポリエステル樹脂としては、ポリブチレンサクシネートアゼレート(PBSAz)およびポリブチレンアゼレートテレフタレート(PBAzT)などが好ましい。アジピン酸単位を有するポリエステル樹脂としては、ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)およびポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)が好ましい。ブラシル酸単位を有するポリエステル樹脂としては、ポリブチレンサクシネートブラシレート(PBSBr)およびポリブチレンブラシレートテレフタレート(PBBrT)が好ましい。
コハク酸又はその誘導体と組み合わせるジカルボン酸成分としては、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ブラシル酸、ウンデカン二酸若しくはドデカン二酸又はその誘導体が好ましく、アジピン酸、アゼライン酸若しくはセバシン酸又はその誘導体との組み合わせがより好ましく、セバシン酸又はその誘導体との組み合わせがさらに好ましい。
すなわち、具体的には、以下のポリエステル樹脂が好ましい。コハク酸単位を有するポリエステル樹脂としては、ポリブチレンサクシネート(PBS)、ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)、ポリブチレンサクシネートセバケート(PBSSe)およびポリブチレンサクシネートアゼレート(PBSAz)などが好ましく、ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)、ポリブチレンサクシネートセバケート(PBSSe)、ポリブチレンサクシネートアゼレート(PBSAz)、およびポリブチレンサクシネートブラシレート(PBSBr)などの2種以上のジカルボン酸単位を有するポリエステル樹脂がより好ましい。セバシン酸単位を有するポリエステル樹脂としては、ポリブチレンサクシネートセバケート(PBSSe)、ポリブチレンセバケートテレフタレート(PBSeT)およびポリブチレンセバケートフラノエート(PBSSeF)が好ましい。アゼライン酸単位を有するポリエステル樹脂としては、ポリブチレンサクシネートアゼレート(PBSAz)およびポリブチレンアゼレートテレフタレート(PBAzT)などが好ましい。アジピン酸単位を有するポリエステル樹脂としては、ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)およびポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)が好ましい。ブラシル酸単位を有するポリエステル樹脂としては、ポリブチレンサクシネートブラシレート(PBSBr)およびポリブチレンブラシレートテレフタレート(PBBrT)が好ましい。
コハク酸単位と組み合わせるジカルボン酸単位は、全ジカルボン酸単位に対して、5モル%以上含まれていることが好ましく、10モル%以上含まれていることがより好ましく、15モル%以上含まれていることが更に好ましく、また、一方で、50モル%以下含まれていることがより好ましく、45モル%以下含まれていることがより好ましく、40モル%以下含まれていることが更に好ましい。コハク酸単位以外の脂肪族ジカルボン酸単位を上記範囲内で共重合することで、ポリエステル樹脂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。
式(2)で表される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としては、特に限定されないが、その炭素数は、通常4以上、8以下であり、好ましくは6以上である。具体的には、1,2-フェニレン基、1,3-フェニレン基、1,4-フェニレン基、2,5-フランジイル基等が挙げられる。
式(2)で表される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としては、特に限定されないが、通常、上述の好ましい炭素数の芳香族ジカルボン酸又はその誘導体である。具体的には、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、2,5-フランジカルボン酸等又はその誘導体が挙げられ、中でも、テレフタル酸及び2,5-フランジカルボン酸又はその誘導体が好ましく、2,5-フランジカルボン酸又はその誘導体が更に好ましい。
なお、芳香族ジカルボン酸の誘導体とは、芳香族ジカルボン酸の炭素数1以上4以下の低級アルキルエステル、酸無水物等が挙げられる。芳香族ジカルボン酸の誘導体の具体例としては、上述の芳香族ジカルボン酸のメチルエステル、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;芳香族ジカルボン酸の環状酸無水物;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。
ジカルボン酸単位を有するポリエステル樹脂は、ジカルボン酸単位の量が異なるポリエステル樹脂の混合物であってもよく、例えば、ジカルボン酸単位として上述の好ましいジカルボン酸単位のみを含むポリエステル樹脂と、これら以外のジカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂とをブレンドして、ポリエステル樹脂における好ましいジカルボン酸単位の割合を上記範囲内に調整することも可能である。
本発明で用いるポリエステル樹脂は、更に後述するオキシカルボン酸単位を含んでもよい。
ポリエステル樹脂は、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樹脂(以下、「脂肪族ポリエステル樹脂(A)」と言う場合がある。)、脂肪族ポリエステル樹脂(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樹脂である脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)、脂肪族ポリエステル樹脂(A)の繰り返し単位が芳香族化合物単位に置き換えられた樹脂である芳香族ポリエステル樹脂(ポリアリレート)(C)が好ましい。
ジカルボン酸単位を有するポリエステル樹脂は、ジカルボン酸単位の量が異なるポリエステル樹脂の混合物であってもよく、例えば、ジカルボン酸単位として上述の好ましいジカルボン酸単位のみを含むポリエステル樹脂と、これら以外のジカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂とをブレンドして、ポリエステル樹脂における好ましいジカルボン酸単位の割合を上記範囲内に調整することも可能である。
本発明で用いるポリエステル樹脂は、更に後述するオキシカルボン酸単位を含んでもよい。
ポリエステル樹脂は、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樹脂(以下、「脂肪族ポリエステル樹脂(A)」と言う場合がある。)、脂肪族ポリエステル樹脂(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樹脂である脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)、脂肪族ポリエステル樹脂(A)の繰り返し単位が芳香族化合物単位に置き換えられた樹脂である芳香族ポリエステル樹脂(ポリアリレート)(C)が好ましい。
(脂肪族ポリエステル樹脂(A))
脂肪族ポリエステル樹脂(A)としては、上記の式(1)で表される脂肪族ジオール単位とR2が脂肪族炭化水素基である上記の式(2)で表される脂肪族ジカルボン酸単位を含む脂肪族ポリエステル樹脂;上記の式(1)で表される脂肪族ジオール単位とR2が脂肪族炭化水素基である上記の式(2)で表される脂肪族ジカルボン酸単位と、後述する式(3)で表される脂肪族オキシカルボン酸単位を含む脂肪族ポリエステル樹脂が好ましい。
なお、式(1)で表される脂肪族ジオール単位、R2が脂肪族炭化水素基である式(2)で表される脂肪族ジカルボン酸単位については、前述したとおりである。また、脂肪族ポリエステル(A)として好ましい脂肪族ポリエステル樹脂についても前述したとおりである。なお、式(3)で表される脂肪族オキシカルボン酸単位、脂肪族ポリエステル樹脂(A)が、3官能以上の脂肪族多価アルコールと3官能以上の脂肪族多価カルボン酸若しくはその酸無水物又は3官能以上の脂肪族多価オキシカルボン酸成分とを共重合されている場合については後述する。
脂肪族ポリエステル樹脂(A)としては、上記の式(1)で表される脂肪族ジオール単位とR2が脂肪族炭化水素基である上記の式(2)で表される脂肪族ジカルボン酸単位を含む脂肪族ポリエステル樹脂;上記の式(1)で表される脂肪族ジオール単位とR2が脂肪族炭化水素基である上記の式(2)で表される脂肪族ジカルボン酸単位と、後述する式(3)で表される脂肪族オキシカルボン酸単位を含む脂肪族ポリエステル樹脂が好ましい。
なお、式(1)で表される脂肪族ジオール単位、R2が脂肪族炭化水素基である式(2)で表される脂肪族ジカルボン酸単位については、前述したとおりである。また、脂肪族ポリエステル(A)として好ましい脂肪族ポリエステル樹脂についても前述したとおりである。なお、式(3)で表される脂肪族オキシカルボン酸単位、脂肪族ポリエステル樹脂(A)が、3官能以上の脂肪族多価アルコールと3官能以上の脂肪族多価カルボン酸若しくはその酸無水物又は3官能以上の脂肪族多価オキシカルボン酸成分とを共重合されている場合については後述する。
脂肪族ポリエステル樹脂(A)としては、ポリブチレンサクシネート(PBS)、ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)、ポリブチレンサクシネートセバケート(PBSSe)、ポリブチレンサクシネートアゼレート(PBSAz)等のポリブチレンサクシネート系樹脂が特に好ましい。
(脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B))
脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)は、上述の脂肪族ポリエステル樹脂(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樹脂である。脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)としては、上述の式(1)で表される脂肪族ジオール単位及びR2が芳香族基である上述の式(2)で表される芳香族ジカルボン酸単位を含む、脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂;式(1)で表される脂肪族ジオール単位、R2が芳香族炭化水素基である上述の式(2)で表される芳香族ジカルボン酸単位及び式(3)で表される脂肪族オキシカルボン酸単位を含む、脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂が好ましい。
脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)は、上述の脂肪族ポリエステル樹脂(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樹脂である。脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)としては、上述の式(1)で表される脂肪族ジオール単位及びR2が芳香族基である上述の式(2)で表される芳香族ジカルボン酸単位を含む、脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂;式(1)で表される脂肪族ジオール単位、R2が芳香族炭化水素基である上述の式(2)で表される芳香族ジカルボン酸単位及び式(3)で表される脂肪族オキシカルボン酸単位を含む、脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂が好ましい。
なお、式(1)で表される脂肪族ジオール単位、R2が芳香族炭化水素基である式(2)で表される芳香族ジカルボン酸単位については、前述したとおりである。また、脂肪族-芳香族ポリエステル(B)として好ましい脂肪族ポリエステルについても前述したとおりである。なお、式(3)で表される脂肪族オキシカルボン酸単位、脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)が、3官能以上の脂肪族多価アルコールと3官能以上の脂肪族多価カルボン酸若しくはその酸無水物又は3官能以上の脂肪族多価オキシカルボン酸成分とを共重合されている場合については後述する。
脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)は、芳香族ジオール単位を含んでいてもよい。すなわち、脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)は、芳香族ジオール単位と脂肪族ジカルボン酸単位;芳香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;脂肪族ジオール単位と芳香族のジオール単位と芳香族ジカルボン酸単位;脂肪族ジオール単位と芳香族の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を有するポリエステル樹脂であってもよい。なお、ここで、芳香族ジオール成分の具体例については、上述したとおりである。
脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)は、芳香族オキシカルボン酸単位を含んでいてもよい。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、上述したとおりである。
脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(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。
芳香族ジカルボン酸単位としては、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い。具体的には、脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)としては、ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)やポリブチレンサクシネートテレフタレート(PBST)、ポリブチレンセバケートテレフタレート(PBSeT)、ポリブチレンアゼレートテレフタレート(PBAzT)、ポリブチレンブラシレートテレフタレート(PBBrT)等のポリブチレンテレフタレート系樹脂、及びポリブチレンアジペートフラノエート(PBAF)やポリブチレンサクシネートフラノエート(PBSF)、ポリブチレンセバケートフラノエート(PBSeF)、ポリブチレンサクシネートセバケートフラノエート(PBSSeF)等のポリフランジカルボキシレート系樹脂が好ましい。
脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)としては、ジカルボン酸単位として、コハク酸、アジピン酸及びセバシン酸を有する樹脂が好ましい。そこで、脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)としては、PBST、PBSF、PBSSeFなどのポリブチレンサクシネート系樹脂;PBAT、PBAF、PBASeFなどのポリブチレンアジベート系樹脂;及びPBSeT、PBSeFなどのポリブチレンセバケート系樹脂;PBAzT(ポリブチレンアゼレートテレフタレート)、PBAzF(ポリブチレンアゼレートフラノエート)などのポリブチレンアゼレート系樹脂が好ましく、PBST、PBSF、PBSSeFなどのポリブチレンサクシネート-芳香族ジカルボン酸系樹脂が更に好ましい。
(芳香族ポリエステル樹脂(C))
芳香族ポリエステル樹脂(ポリアリレート)(C)は、上述の脂肪族ポリエステル樹脂(A)の繰り返し単位が、芳香族化合物単位に置き換えられた樹脂である。
芳香族ポリエステル樹脂(C)としては、上述の脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)が含んでいてもよい芳香族ジオール単位とR2が芳香族炭化水素基である上述の式(2)で表される芳香族ジカルボン酸単位を含む芳香族ポリエステル樹脂;脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)が含んでいてもよい芳香族ジオール単位、R2が芳香族炭化水素基である上述の式(2)で表される芳香族ジカルボン酸単位及び脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)が含んでいてもよい芳香族オキシカルボン酸単位を含む芳香族ポリエステル樹脂等が好ましい。
芳香族ポリエステル樹脂(ポリアリレート)(C)は、上述の脂肪族ポリエステル樹脂(A)の繰り返し単位が、芳香族化合物単位に置き換えられた樹脂である。
芳香族ポリエステル樹脂(C)としては、上述の脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)が含んでいてもよい芳香族ジオール単位とR2が芳香族炭化水素基である上述の式(2)で表される芳香族ジカルボン酸単位を含む芳香族ポリエステル樹脂;脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)が含んでいてもよい芳香族ジオール単位、R2が芳香族炭化水素基である上述の式(2)で表される芳香族ジカルボン酸単位及び脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂(B)が含んでいてもよい芳香族オキシカルボン酸単位を含む芳香族ポリエステル樹脂等が好ましい。
芳香族ポリエステル樹脂(C)に含まれる各単位等については、上述したとおりである。
(3官能以上の単位)
ポリエステル樹脂は、3官能以上の脂肪族多価アルコールと3官能以上の脂肪族多価カルボン酸若しくはその酸無水物又は3官能以上の脂肪族多価オキシカルボン酸成分とを共重合することによって、溶融粘度が高められた樹脂であってもよい。これらの共重合成分を用いる場合は、1種類を単独で用いても、2種類以上を任意の組み合わせと比率で用いてもよい。
ポリエステル樹脂は、3官能以上の脂肪族多価アルコールと3官能以上の脂肪族多価カルボン酸若しくはその酸無水物又は3官能以上の脂肪族多価オキシカルボン酸成分とを共重合することによって、溶融粘度が高められた樹脂であってもよい。これらの共重合成分を用いる場合は、1種類を単独で用いても、2種類以上を任意の組み合わせと比率で用いてもよい。
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る。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。
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る。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。
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る。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。
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個のタイプとに大別される。何れのタイプも使用可能であるが、成形性、機械強度、成形体外観等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、リンゴ酸がより好ましい。
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大別される。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、クエン酸及び酒石酸がより好ましい。これらは1種類を単独で用いても、2種類以上を任意の組み合わせと比率で用いてもよい。
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大別される。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、クエン酸及び酒石酸がより好ましい。これらは1種類を単独で用いても、2種類以上を任意の組み合わせと比率で用いてもよい。
ポリエステル樹脂が上述の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、ポリエステル樹脂を構成する全構成単位中に含まれる量は、0.01モル%以上が好ましく、また、一方で、5モル%以下が好ましく、2.5モル%以下が更に好ましい。なお、ポリエステル樹脂は、上述の3官能以上の成分由来の構成単位を含まなくても構わない。
(ポリエステル樹脂の製造方法)
ジオール単位及びジカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂の製造は、ポリエステル樹脂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。
ジオール単位及びジカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂の製造は、ポリエステル樹脂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。
ポリエステル樹脂の製造時に、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、製造されるポリエステル樹脂が目的とする組成を有するように、ジオール成分及びジカルボン酸成分の使用量を調整する。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モル%~20モル%過剰に用いる。
ポリエステル樹脂に、オキシカルボン酸単位、多官能成分単位等の成分を共重合させる場合、そのオキシカルボン酸単位及び多官能成分単位についても、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(モノマー又はオリゴマー)を反応に供すればよい。このとき、これらの成分を反応系に導入する時期及び方法に制限はなく、ポリエステル樹脂を製造できる限り任意である。
例えば、ポリエステル樹脂に、オキシカルボン酸を共重合させる場合には、オキシカルボン酸成分を導入する時期は、ジオール成分とジカルボン酸成分との重縮合反応前であれば特に限定されず、予め触媒を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、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等が挙げられる。
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又はオリゴマーと同時に仕込むようにしても、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、他のモノマー又は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。
ポリエステル樹脂は、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。
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等が挙げられる。中でも、価格、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又はテトラブトキシゲルマニウム等が好ましく、特には、酸化ゲルマニウムが好適である。
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等の有機チタン化合物が挙げられる。中でも、価格、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等が好ましい。
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種類を単独で用いても、2種類以上を任意の組み合わせと比率で併用してもよい。
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重量%以上、より好ましくは0.001重量%以上、また、通常3重量%以下、好ましくは1.5重量%以下である。触媒量を上記範囲内とすることで、製造コストを抑えつつ十分な触媒効果が得られ、かつ、得られるポリマーの着色又は耐加水分解性の低下を抑制することができる。
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、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又は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。
ジカルボン酸成分とジオール成分とのエステル化反応及び/又はエステル交換反応する際の温度、重合時間、圧力等の反応条件は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。但し、ジカルボン酸成分とジオール成分とのエステル化反応及び/又はエステル交換反応の反応温度は、通常150℃以上、好ましくは180℃以上であり、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反応させる。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、通常1時間以上であり、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。反応条件を上記範囲内とすることで、不飽和結合の過剰生成によるゲル化が抑制され、重合度をコントロールすることができる。
また、ジカルボン酸成分とジオール成分とのエステル化反応及び/又はエステル交換反応後の重縮合反応における圧力は、通常0.01×103Pa以上、好ましくは0.03×103Pa以上であり、通常1.4×103Pa以下、好ましくは0.4×103Pa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、通常150℃以上、好ましくは180℃以上であり、通常260℃以下、好ましくは250℃以下である。反応時間は、通常2時間以上であり、通常15時間以下、好ましくは10時間以下である。反応条件を上記範囲内とすることで、不飽和結合の過剰生成によるゲル化が抑制され、重合度をコントロールすることができる。
ポリエステル樹脂の製造時には、カーボネート化合物、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、ポリエステル樹脂を構成する全構成単位に対する、カーボネート結合又は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。本実施形態に係る生分解性樹脂組成物の生分解性の観点から、ポリエステル樹脂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%未満であることが好ましく、0.5モル%以下であることがより好ましく、0.1モル%以下であることが更に好ましい。ウレタン結合は0.5モル%以下であることが好ましく、0.3モル%以下であることがより好ましく、0.12モル%以下であることが更に好ましく、0.05モル%以下であるのが特に好ましい。この量を、ポリエステル樹脂組成物に対する重量%に換算すると、0.9重量%以下が好ましく、0.5重量%以下がより好ましく、0.2重量%以下がさらに好ましく、0.1重量%以下が特に好ましい。特に、ウレタン結合量を上記範囲内とすることで、成膜工程等において、ウレタン結合分解に起因する発煙及び臭気が抑制され、また、溶融膜中の発泡による膜切れが抑制されるため成形安定性を確保することができる。なお、ポリエステル樹脂中のカーボネート結合量又はウレタン結合量は、1H-NMR及び13C-NMR等のNMR(核磁気共鳴スペクトル装置)による測定結果から算出することができる。
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等が例示される。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カーボネート化合物も使用可能である。
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等が例示される。
また、その他の鎖延長剤として、ジオキサゾリン、珪酸エステル等を使用してもよい。
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。
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。
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樹脂についても、従来公知の技術を用いて製造することが可能である。鎖延長剤は、通常、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。
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するポリエステル樹脂に、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樹脂を得ることができる。重量平均分子量が20000以上のプレポリマーは、少量の鎖延長剤の使用により、溶融状態のような苛酷な条件下でも、残存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樹脂を製造することができる。ここで、ポリエステル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。
そこで、例えば、鎖延長剤として上述のジイソシアネート化合物を用いて、ポリエステル樹脂を更に高分子量化する場合におけるプレポリマーの重量平均分子量は、20000以上が好ましく、40000以上がより好ましい。重量平均分子量が高いと、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少量で済むため、耐熱性が低下し難い。このようにして、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樹脂が製造される。
鎖延長時の圧力は、0.01MPa以上が好ましく、0.05MPa以上がより好ましく、0.07MPa以上が更に好ましい。また、一方で、鎖延長時の圧力は、1MPa以下が好ましく、は0.5MPa以下がより好ましく、0.3MPa以下が更に好ましい。そして、鎖延長時の圧力は、常圧が最も好ましい。
鎖延長時の反応温度は、100℃以上が好ましく、150℃以上がより好ましく、190℃以上が更に好ましく、200℃以上が特に好ましい。また、一方で、鎖延長時の反応温度は、250℃以下が好ましく、240℃以下がより好ましく、230℃以下が更に好ましい。反応温度を上記範囲内とすることで、反応液が適切な粘度に維持されるため、均一な反応が可能となり、高い攪拌動力を要することなく十分に反応液を攪拌することができ、また、ポリエステル樹脂のゲル化又は分解の併発を抑制することができる。
鎖延長反応を行う時間は、0.1分以上が好ましく、1分以上がより好ましく、5分以上が更に好ましい。また、一方で、鎖延長反応を行う時間は、5時間以下が好ましく、1時間以下がより好ましく、30分以下が更に好ましく、15分以下が特に好ましい。鎖延長時間を上記範囲内とすることで、所望の分子量に鎖延長させることができ、また、ポリエステル樹脂のゲル化又は分解の併発を抑制することができる。
<オキシカルボン酸単位を含む樹脂>
オキシカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂について詳述する。
ポリエステル樹脂に含まれるオキシカルボン酸単位は、下記一般式(3)で表される脂肪族オキシカルボン酸単位が好ましい。
-O-R3-CO- (3)
式(3)中、R3は炭素数1以上20以下の脂肪族炭化水素基を表す。
オキシカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂について詳述する。
ポリエステル樹脂に含まれるオキシカルボン酸単位は、下記一般式(3)で表される脂肪族オキシカルボン酸単位が好ましい。
-O-R3-CO- (3)
式(3)中、R3は炭素数1以上20以下の脂肪族炭化水素基を表す。
R3で表される脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは1以上、また、一方で、好ましくは16以下、より好ましくは12以下、さらに好ましくは8以下である。
式(3)で表される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としては、特に限定されず、例えば、グリコール酸、3-ヒドロキシ酪酸、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、3-ヒドロキシプロピオン酸、4-ヒドロキシ酪酸、5-ヒドロキシ吉草酸、6-ヒドロキシカプロン酸等のヒドロキシ酸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、グリコール酸単位及び3-ヒドロキシ酪酸単位である。
ポリエステル樹脂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、ポリエステル樹脂を構成する全構成単位に対して、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%以下である。なお、ポリエステル樹脂は、オキシカルボン酸単位を含まなくても構わない。
ポリエステル樹脂に含まれるオキシカルボン酸単位は、芳香族オキシカルボン酸単位を含んでいてもよい。
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、複数の芳香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。すなわち、原料物質としてオリゴマーを用いてもよい。
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、複数の芳香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。すなわち、原料物質としてオリゴマーを用いてもよい。
(脂肪族オキシカルボン酸樹脂(D))
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有される樹脂としては、脂肪族オキシカルボン酸樹脂も好ましく用いられる。脂肪族オキシカルボン酸樹脂(D)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る。脂肪族オキシカルボン酸樹脂(D)としては、例えば、上述の式(3)で表される脂肪族オキシカルボン酸単位を含む脂肪族オキシカルボン酸樹脂等が挙げられる。
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有される樹脂としては、脂肪族オキシカルボン酸樹脂も好ましく用いられる。脂肪族オキシカルボン酸樹脂(D)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る。脂肪族オキシカルボン酸樹脂(D)としては、例えば、上述の式(3)で表される脂肪族オキシカルボン酸単位を含む脂肪族オキシカルボン酸樹脂等が挙げられる。
脂肪族オキシカルボン酸樹脂(D)における、脂肪族オキシカルボン酸単位及び当該単位を与える成分は、上述の脂肪族ポリエステル樹脂(A)における脂肪族オキシカルボン酸単位及び脂肪族オキシカルボン酸成分と同様に定義され、好ましい態様も同様である。
脂肪族オキシカルボン酸樹脂(D)としては、具体的には、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)(PHBH)が好ましい。
また、生分解性に影響を与えない範囲であれば、脂肪族オキシカルボン酸樹脂(D)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してもよい。
脂肪族オキシカルボン酸樹脂(D)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。
(ポリヒドロキシアルカノエート(E))
脂肪族オキシカルボン酸樹脂(D)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(E)が好ましい。
本実施形態において好適に用いられるポリヒドロキシアルカノエート(E)は、一般式:[-CHR-CH2-CO-O-](式中、Rは炭素数1以上15以下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。
脂肪族オキシカルボン酸樹脂(D)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(E)が好ましい。
本実施形態において好適に用いられるポリヒドロキシアルカノエート(E)は、一般式:[-CHR-CH2-CO-O-](式中、Rは炭素数1以上15以下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。
ポリヒドロキシアルカノエート(E)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、ポリヒドロキシアルカノエート(E)は、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(E)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、成形加工性及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、すなわち、PHBHが好ましい。
特に、成形加工性及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、すなわち、PHBHが好ましい。
ポリヒドロキシアルカノエート(E)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、すなわち、共重合樹脂中のモノマーのモル比は、成形加工性及び成形体品質等の観点から、3-ヒドロキシブチレート/コモノマーは、97/3以上であることが好ましく、95/5以上であることがより好ましく、また、一方で、80/20以下であることが好ましく、85/15であることがより好ましい。モノマー比率を上記範囲内とすることにより、成形加工温度と熱分解温度との開きが大きくなるため、成形加工が容易となり、また、結晶化速度が適切な範囲となり、生産性を確保することができる。
ポリヒドロキシアルカノエート(E)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。
乾燥させた20mgのポリヒドロキシアルカノエートを試料容器に入れ、これに2mlの硫酸/メタノール混液(15/85(重量比))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、ポリヒドロキシアルカノエートを分解させることにより、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、しっかりと混合した後、上清中の試料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って、共重合樹脂中の各モノマーの比率を求めることができる。
乾燥させた20mgのポリヒドロキシアルカノエートを試料容器に入れ、これに2mlの硫酸/メタノール混液(15/85(重量比))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、ポリヒドロキシアルカノエートを分解させることにより、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、しっかりと混合した後、上清中の試料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って、共重合樹脂中の各モノマーの比率を求めることができる。
ポリヒドロキシアルカノエート(E)は、例えば、Alcaligenes eutrophusにAeromonas caviae由来のポリヒドロキシアルカノエート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せることができる。
ポリヒドロキシアルカノエート(E)としては、市販品を用いることもできる。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(E)の市販品としては、カネカ社製「PHBH X331N」、「PHBH X131A」、「PHBH X151A」、「PHBH 151C」等を用いることができる。
本実施形態においては、上述のポリヒドロキシアルカノエート(E)を含め、脂肪族オキシカルボン酸樹脂(D)は1種類に限らず、構成単位の種類、構成単位比、製造方法、物性等の異なる2種類以上の脂肪族オキシカルボン酸樹脂(D)をブレンドして用いることができる。
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有されるポリエステル樹脂としては、上述のとおり、上記一般式(1)で表されるジオール単位及び上記一般式(2)で表されるジカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂;上記一般式(1)で表されるジオール単位、上記一般式(2)で表されるジカルボン酸単位及び上記一般式(3)で表されるオキシカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂;上記一般式(3)で表されるオキシカルボン酸単位を含むポリエステル樹脂等が好ましい。
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有されるポリエステル樹脂は、各構成単位として、1種類を単独で用いても、2種類以上を任意の組み合わせと比率で用いてもよい。また、ジオール単位、ジカルボン酸単位及び脂肪族オキシカルボン酸単位は、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環境問題に配慮できることから望ましい。
なお、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。芳香族化合物成分は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
<ポリエステル樹脂の物性>
本発明に係るポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)は40℃以下である。ポリエステル樹脂を生分解する場合、海洋中などのポリエステル樹脂の置かれた環境の温度よりガラス転移温度が低いことにより、ポリエステル樹脂の結晶構造が緩み、分子主鎖が回転や振動ができるようになり、生分解が進みやすいと考えられる。従って、ポリエステル樹脂のガラス転移温度はより好ましくは30℃以下、さらに好ましくは25℃以下、特に好ましくは20℃以下、殊更に好ましくは0℃以下、最も好ましくは-20℃以下である。なお、ガラス転移温度の測定は、以下の方法により測定することができる。
アルミニウム製の試料容器に各樹脂を10mg入れ、測定サンプルとする。次いで、DSCを用いて、窒素雰囲気下で、-100℃から160℃まで、10℃/minの速度で昇温し、DSCチャートを得る。このチャートで融点を示すピークよりも低温側に存在するベースラインシフトからガラス転移温度を求める。具体的には、低温側のベースラインと変曲点の接点の交点をガラス転移温度とする。
本発明に係るポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)は40℃以下である。ポリエステル樹脂を生分解する場合、海洋中などのポリエステル樹脂の置かれた環境の温度よりガラス転移温度が低いことにより、ポリエステル樹脂の結晶構造が緩み、分子主鎖が回転や振動ができるようになり、生分解が進みやすいと考えられる。従って、ポリエステル樹脂のガラス転移温度はより好ましくは30℃以下、さらに好ましくは25℃以下、特に好ましくは20℃以下、殊更に好ましくは0℃以下、最も好ましくは-20℃以下である。なお、ガラス転移温度の測定は、以下の方法により測定することができる。
アルミニウム製の試料容器に各樹脂を10mg入れ、測定サンプルとする。次いで、DSCを用いて、窒素雰囲気下で、-100℃から160℃まで、10℃/minの速度で昇温し、DSCチャートを得る。このチャートで融点を示すピークよりも低温側に存在するベースラインシフトからガラス転移温度を求める。具体的には、低温側のベースラインと変曲点の接点の交点をガラス転移温度とする。
本発明に係るポリエステル樹脂の酸価は250eq/t以下であることが好ましい。ポリエステル樹脂の酸価が低いことにより、加水分解が起こり難くなり、保存安定性に優れる。そこで、ポリエステル樹脂の酸価は、150eq/t以下であることがより好ましく、100eq/t以下であることがさらに好ましく、50eq/t以下が特に好ましい。なお、酸価は以下の方法により測定できる。
樹脂を0.4g精秤し、これにベンジルアルコール25mLを加え、195℃に加熱して撹拌することにより溶解させる。樹脂が溶解したら、樹脂溶液が入った容器を氷浴で冷却し、この容器内にエタノール2mLを加える。0.01Nの水酸化ナトリウムのベンジルアルコール溶液を用いて滴定を行う(滴定量をA(ml)とする。)。
次にベンジルアルコールのみで同様の測定を行い、ブランク値(B(ml))とする。酸価を以下の式から算出する。
末端酸価(eq/t)=(A-B)×F×10/W
A(ml):測定滴定量
B(ml):ブランク滴定量
F:0.01N NaOHベンジルアルコールyour期のファクター
W(g):サンプル重量
樹脂を0.4g精秤し、これにベンジルアルコール25mLを加え、195℃に加熱して撹拌することにより溶解させる。樹脂が溶解したら、樹脂溶液が入った容器を氷浴で冷却し、この容器内にエタノール2mLを加える。0.01Nの水酸化ナトリウムのベンジルアルコール溶液を用いて滴定を行う(滴定量をA(ml)とする。)。
次にベンジルアルコールのみで同様の測定を行い、ブランク値(B(ml))とする。酸価を以下の式から算出する。
末端酸価(eq/t)=(A-B)×F×10/W
A(ml):測定滴定量
B(ml):ブランク滴定量
F:0.01N NaOHベンジルアルコールyour期のファクター
W(g):サンプル重量
本発明に係るポリエステル樹脂の30℃における還元粘度ηsp/cは、0.5dL/g以上であることが好ましい。ポリエステル樹脂の還元粘度は、用途、加工方法等に応じて適宜選択すればよい。具体的には、樹脂の30℃における還元粘度は、0.8dL/g以上であることがより好ましく、1.0dL/g以上であることが更に好ましく、1.2dL/g以上であることが特に好ましく、また、一方で、4.0dL/g以下であることが好ましく、3.0dL/g以下であることがより好ましく、2.5dL/g以下であることが更に好ましく、2.3dL/g以下であることが特に好ましい。
ポリエステル樹脂の還元粘度を上記範囲内とすることにより、成形体に加工した際の機械物性を確保することができ、また、成形加工時の生分解性樹脂組成物の溶融粘度が、押出機、射出機等の成形機に過度な負荷をかけない程度となり、生産性を確保することができる。
ポリエステル樹脂の還元粘度を上記範囲内とすることにより、成形体に加工した際の機械物性を確保することができ、また、成形加工時の生分解性樹脂組成物の溶融粘度が、押出機、射出機等の成形機に過度な負荷をかけない程度となり、生産性を確保することができる。
ポリエステル樹脂の還元粘度は、通常、以下の方法により測定することができる。先ず、樹脂を溶媒に溶解させ、濃度c(g/dL)の樹脂溶液を調製する。次いで、毛細管粘度計(ウベローデ粘度計)を用いて、温度30.0℃±0.1℃の条件で溶媒の通過時間t0と樹脂溶液の通過時間tを測定し、次式(i)に基づいて相対粘度ηrelを算出する。そして、相対粘度ηrelから、次式(ii)に基づいて比粘度ηspを求める。
ηrel=t/t0 ・・・(i)
ηsp=ηrel-1 ・・・(ii)
得られた比粘度ηspを濃度c(g/dL)で割ることにより、還元粘度ηsp/cを求めることができる。なお、通常、この値が高いほど分子量が大きい。
ηrel=t/t0 ・・・(i)
ηsp=ηrel-1 ・・・(ii)
得られた比粘度ηspを濃度c(g/dL)で割ることにより、還元粘度ηsp/cを求めることができる。なお、通常、この値が高いほど分子量が大きい。
本発明に係るポリエステル樹脂の分子量は、通常、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。本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有される樹脂は、成形性と機械強度の観点から、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)が以下の範囲であることが好ましい。すなわち、樹脂の分子量は、10,000以上であることが好ましく、20,000以上であることがより好ましく、30,000以上であることが更に好ましく、50,000以上であることが特に好ましい。また、一方で、2,500,000以下であることが好ましく、1,000,000以下であることがより好ましく、800,000以下であることが更に好ましく、600,000以下であることが特に好ましく、500,000以下であることが殊更好ましく、400,000以下であることが最も好ましい。
また、特に、ポリヒドロキシアルカノエート樹脂の重量平均分子量(Mw)については、200,000以上であることが好ましく、250,000以上であることがより好ましく、300,000以上であることが更に好ましい。また、一方で、ポリヒドロキシアルカノエート樹脂の重量平均分子量(Mw)は、2,500,000以下であることが好ましく、2,000,000以下であることがより好ましく、1,000,000以下であることが更に好ましい。
本発明に係るポリエステル樹脂のメルトフローレート(MFR)は、JIS K 7210(1999年)に基づいて、190℃、荷重2.16kgで測定した値で評価できる。本実施形態に係る生分解性樹脂組成物に含有される樹脂のMFRは、成形性と機械強度の観点から、以下の範囲であることが好ましい。すなわち、0.1g/10分以上であることが好ましく、1g/10分以上であることがより好ましい。また、一方で、樹脂のMFRは、100g/10分以下であることが好ましく、80g/10分以下であることがより好ましく、50g/10分以下であることが更に好ましく、40g/10分以下であることが特に好ましく、30g/10分以下であることが最も好ましい。なお、樹脂のMFRは、分子量等により調整することが可能である。
本発明に係るポリエステル樹脂の融点は、以下の範囲内とすることにより、良好な成形性を確保することができる。すなわち、樹脂の融点は、60℃以上が好ましく、70℃以上がより好ましく、75℃以上が更に好ましく、80℃以上が特に好ましく、また、一方で、270℃以下が好ましく、200℃以下がより好ましく、150℃以下が更に好ましく、140℃以下が特に好ましく、130℃以下が殊更好ましい。なお、樹脂に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、特に、ポリヒドロキシアルカノエート樹脂の融点については、100℃以上が好ましく、110℃以上がより好ましく、また、一方で、180℃以下が好ましく、170℃以下がより好ましく、160℃未満が特に好ましい。
本発明に係るポリエステル樹脂の弾性率は、良好な成形加工性及び耐衝撃強度を確保することができることから、30MPa以上であることが好ましく、70MPa以上であることがより好ましく、100MPa以上であることがさらに好ましく、180MPa以上であることが特に好ましく、また、一方で、2000MPa以下であることが好ましく、1500MPa以下であることがより好ましく、1000MPa以下であることがさらに好ましく、500MPa以下であることが特に好ましい。窒素化合物(I)等の化合物との樹脂組成物とすることにより、生分解性が向上すれば、特に限定されるものではなく、上述の好ましい樹脂以外の樹脂からなる樹脂でも構わない。
本発明に係るポリエステル樹脂の弾性率は、良好な成形加工性及び耐衝撃強度を確保することができることから、30MPa以上であることが好ましく、70MPa以上であることがより好ましく、100MPa以上であることがさらに好ましく、180MPa以上であることが特に好ましく、また、一方で、2000MPa以下であることが好ましく、1500MPa以下であることがより好ましく、1000MPa以下であることがさらに好ましく、500MPa以下であることが特に好ましい。窒素化合物(I)等の化合物との樹脂組成物とすることにより、生分解性が向上すれば、特に限定されるものではなく、上述の好ましい樹脂以外の樹脂からなる樹脂でも構わない。
[その他成分]
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物は、本発明の効果を大幅に損なわない限りにおいて、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、鮮度保持剤、抗菌剤等の各種添加剤等のその他成分を含んでいてもよい。これらの成分を含む場合、その成分は、1種類のみでも、2種類以上を含んでもよい。
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物は、本発明の効果を大幅に損なわない限りにおいて、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、鮮度保持剤、抗菌剤等の各種添加剤等のその他成分を含んでいてもよい。これらの成分を含む場合、その成分は、1種類のみでも、2種類以上を含んでもよい。
生分解性樹脂組成物中にその他成分が含まれる場合の含有量は、生分解性樹脂組成物の特性を損なわない観点から、生分解性樹脂組成物の総量に対して、40重量%以下であることが好ましく、20重量%以下であることがより好ましく、10重量%以下であることが更に好ましく、5重量%以下であることが特に好ましい。なお、その他成分の含有量の下限は特に限定されない。
[生分解性樹脂組成物の製造方法]
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物の製造方法は、特に限定されない。本実施形態に係る生分解性樹脂組成物は、樹脂、窒素化合物(I)等の化合物及び必要に応じてその他樹脂やその他成分を混合することにより得られる。生分解性樹脂組成物の製造は、例えば、各成分を、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又は混練し、好ましくはさらに溶融混練することにより行うことができる。或いは、樹脂と窒素化合物(I)等の化合物とを溶媒中に溶解又は分散させ、溶媒を除去することにより、製造することもできる。
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物の製造方法は、特に限定されない。本実施形態に係る生分解性樹脂組成物は、樹脂、窒素化合物(I)等の化合物及び必要に応じてその他樹脂やその他成分を混合することにより得られる。生分解性樹脂組成物の製造は、例えば、各成分を、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又は混練し、好ましくはさらに溶融混練することにより行うことができる。或いは、樹脂と窒素化合物(I)等の化合物とを溶媒中に溶解又は分散させ、溶媒を除去することにより、製造することもできる。
生分解性樹脂組成物の生分解度及び生分解速度、特に初期生分解速度を向上させる観点からは、生分解性樹脂組成物中、窒素化合物(I)等の化合物が均一に分散していることが好ましい。そこで、生分解性樹脂組成物は、混練により製造することが好ましく、溶融混錬により製造することがより好ましい。
混練に使用す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。
溶融混練を行う場合、溶融混練温度は、好ましくは80℃以上、より好ましくは100℃以上がよく、また、一方で、好ましくは220℃以下、より好ましくは210℃以下がよい。この温度範囲であると、短時間で溶融混練することができ、樹脂の劣化や窒素化合物(I)等の化合物の炭化に伴う色調の悪化等が起こり難く、また、耐衝撃性、耐湿熱性等の実用面での物理特性がより優れた樹脂組成物となりやすい。
溶融混練時間は、窒素化合物(I)等の化合物が生分解性樹脂中に均一に分散し得る限り特に限定されないが、同様に、樹脂の劣化等が起こり難いことから、短時間で行うことが望ましい。具体的には、溶融混練時間は、好ましくは10秒以上、より好ましくは30秒以上であり、また、一方で、好ましくは20分以下、より好ましくは15分以下である。
溶融混練時間は、窒素化合物(I)等の化合物が生分解性樹脂中に均一に分散し得る限り特に限定されないが、同様に、樹脂の劣化等が起こり難いことから、短時間で行うことが望ましい。具体的には、溶融混練時間は、好ましくは10秒以上、より好ましくは30秒以上であり、また、一方で、好ましくは20分以下、より好ましくは15分以下である。
[生分解性樹脂組成物の生分解度]
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物は、生分解性を有する。本発明の樹脂組成物は、特に、樹脂が生分解し難いとされる海水中で生分解性を有すること(海洋生分解性樹脂組成物)が好ましい。本発明の樹脂組成物が海水中でも生分解性を発現する理由は、以下のように推定される。通常、海水中では、微生物量や種類が少ない。このため、海水中ではカビなどが繁殖し難く、海水中での生分解にはバイオフィルムの形成が重要と推測される。さらに海水中では、生命維持に必須な元素である窒素が乏しい環境にある。そのため、ポリアミン等の低分子の窒素化合物の存在により、海水中における微生物の細胞増殖や活性化させ、バイオフィルムの形成が促され、生分解性が促進されると推測される。
また、樹脂は、ガラス転移温度以上の温度になると分子鎖が運動しやすくなる。このため、ガラス転移温度が低い樹脂は、生分解されやすいと推定される。特に、樹脂のガラス転移温度が40℃以下であると、海水中で窒素化合物(I)等の化合物によって、より生分解されやすくなると考えらえる。
本明細書において、生分解度は、理論的酸素要求量(ThOD)に対する生物学的酸素要求量(BOD)の比率として算出される。
例えば、海水中での生分解に関しては、ISO 14851:1999(プラスチック-水系培養液中の好気的究極生分解度の求め方-発生二酸化炭素量の測定による方法)に準拠して測定され;土壌中の生分解に関してはISO 17556:2003(プラスチック-呼吸計を用いた酸素消費量又は発生した二酸化炭素量の測定による土壌中での好気的究極生分解度の求め方)に準拠して測定される。
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物は、生分解性を有する。本発明の樹脂組成物は、特に、樹脂が生分解し難いとされる海水中で生分解性を有すること(海洋生分解性樹脂組成物)が好ましい。本発明の樹脂組成物が海水中でも生分解性を発現する理由は、以下のように推定される。通常、海水中では、微生物量や種類が少ない。このため、海水中ではカビなどが繁殖し難く、海水中での生分解にはバイオフィルムの形成が重要と推測される。さらに海水中では、生命維持に必須な元素である窒素が乏しい環境にある。そのため、ポリアミン等の低分子の窒素化合物の存在により、海水中における微生物の細胞増殖や活性化させ、バイオフィルムの形成が促され、生分解性が促進されると推測される。
また、樹脂は、ガラス転移温度以上の温度になると分子鎖が運動しやすくなる。このため、ガラス転移温度が低い樹脂は、生分解されやすいと推定される。特に、樹脂のガラス転移温度が40℃以下であると、海水中で窒素化合物(I)等の化合物によって、より生分解されやすくなると考えらえる。
本明細書において、生分解度は、理論的酸素要求量(ThOD)に対する生物学的酸素要求量(BOD)の比率として算出される。
例えば、海水中での生分解に関しては、ISO 14851:1999(プラスチック-水系培養液中の好気的究極生分解度の求め方-発生二酸化炭素量の測定による方法)に準拠して測定され;土壌中の生分解に関してはISO 17556:2003(プラスチック-呼吸計を用いた酸素消費量又は発生した二酸化炭素量の測定による土壌中での好気的究極生分解度の求め方)に準拠して測定される。
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物は、生分解性試験開始後任意の時点における生分解度が、本実施形態に係る生分解性樹脂組成物から上述の窒素化合物(I)等の化合物を除いた組成物(以下、「基準組成物」と称することがある。)の生分解度の1.0倍を超えることが好ましい(以下、基準組成物の生分解度に対する生分解度の上昇倍率を「生分解向上度」と称することがある。)。具体的には、上記規格に準拠した生分解性試験開始後28日目において、本実施形態に係る生分解性樹脂組成物の生分解向上度は、1.1倍以上であることがより好ましく、1.2倍以上であることが更に好ましく、2.0倍以上であることが特に好ましく、2.5倍以上であることが特に好ましい。
なお、本明細書において、生分解度が高いとは、生分解性試験開始後任意の時点における生分解性樹脂組成物の生分解向上度が、1.2倍以上、1.5倍以上又は2.0倍以上であることを意味する。
なお、本明細書において、生分解度が高いとは、生分解性試験開始後任意の時点における生分解性樹脂組成物の生分解向上度が、1.2倍以上、1.5倍以上又は2.0倍以上であることを意味する。
[ポリエステル樹脂の生分解方法]
上述のとおり、窒素化合物(I)等の化合物により、ポリエステル樹脂の生分解を促進することができることから、本実施形態に係る生分解樹脂組成物は、ポリエステル樹脂の生分解方法に適用することができる。すなわち、海水中で、ガラス転移温度が40℃以下であるポリエステル樹脂を、窒素化合物(I)等の化合物の存在下で生分解させる方法に適用することができる。ここで、この方法に好適なポリエステル樹脂、窒素化合物(I)等の化合物等については、先述のとおりである。
上述のとおり、窒素化合物(I)等の化合物により、ポリエステル樹脂の生分解を促進することができることから、本実施形態に係る生分解樹脂組成物は、ポリエステル樹脂の生分解方法に適用することができる。すなわち、海水中で、ガラス転移温度が40℃以下であるポリエステル樹脂を、窒素化合物(I)等の化合物の存在下で生分解させる方法に適用することができる。ここで、この方法に好適なポリエステル樹脂、窒素化合物(I)等の化合物等については、先述のとおりである。
[成形体]
本実施形態に係る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。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、共押出成形(インフレ法又は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、好適には、射出成形、押出成形、圧縮成形又は熱プレス成形が適用され、より好適には射出成形又は押出成形が適用される。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。
本実施形態に係る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。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、共押出成形(インフレ法又は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、好適には、射出成形、押出成形、圧縮成形又は熱プレス成形が適用され、より好適には射出成形又は押出成形が適用される。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。
また、本実施形態に係る生分解性樹脂組成物を成形してなる成形体には、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。
[用途]
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物は、各種食品、薬品、雑貨等の液状物、粉粒物、固形物等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。具体的用途としては、射出成形体(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)、押出成形体(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)、中空成形体(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。当該成形体は、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特に好適である。
本実施形態に係る生分解性樹脂組成物は、各種食品、薬品、雑貨等の液状物、粉粒物、固形物等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。具体的用途としては、射出成形体(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)、押出成形体(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)、中空成形体(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。当該成形体は、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特に好適である。
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。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又は評価結果の値は、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。
<ポリエステル樹脂>
(PBSSe)
1,4-ブタンジオール(100.1g)、コハク酸(75.0g)、セバシン酸(32.1g)、トリメチロールプロパン(0.34g)及びチタンテトラブトキシド(0.50g)を窒素下、200℃で2時間攪拌しながら加熱した。続けて、減圧しながら250℃まで昇温し、5時間15分反応させて得られたポリマーをストランド状に水中に抜き出し、カッティングすることでペレット状のPBSSeを得た。
下記測定方法に従ってPBSSeの還元粘度を測定したところ、1.8dL/gであった。また、下記測定方法に従って各々測定した、ガラス転移温度は-30℃であり、酸価は28eq/tであった。また、1H-NMR(核磁気共鳴スペクトル装置)により求めたコハク酸単位/セバシン酸単位のモル比は、80/20であった。
(PBSSe)
1,4-ブタンジオール(100.1g)、コハク酸(75.0g)、セバシン酸(32.1g)、トリメチロールプロパン(0.34g)及びチタンテトラブトキシド(0.50g)を窒素下、200℃で2時間攪拌しながら加熱した。続けて、減圧しながら250℃まで昇温し、5時間15分反応させて得られたポリマーをストランド状に水中に抜き出し、カッティングすることでペレット状のPBSSeを得た。
下記測定方法に従ってPBSSeの還元粘度を測定したところ、1.8dL/gであった。また、下記測定方法に従って各々測定した、ガラス転移温度は-30℃であり、酸価は28eq/tであった。また、1H-NMR(核磁気共鳴スペクトル装置)により求めたコハク酸単位/セバシン酸単位のモル比は、80/20であった。
(PBSA)
BioPBSTM FD92PB(PTT MCC Biochem社製)
下記測定方法に従ってPBSAの還元粘度を測定したところ、2.3dL/gであった。また、下記測定方法に従って各々測定した、ガラス転移温度は-40℃であり、酸価は29eq/tであった。
BioPBSTM FD92PB(PTT MCC Biochem社製)
下記測定方法に従ってPBSAの還元粘度を測定したところ、2.3dL/gであった。また、下記測定方法に従って各々測定した、ガラス転移温度は-40℃であり、酸価は29eq/tであった。
(PBS)
BioPBSTM FZ91PB(PTT MCC Biochem社製)
下記測定方法に従ってPBSの還元粘度を測定したところ、2.2dL/gであった。また、下記測定方法に従って各々測定した、ガラス転移温度は-30℃であり、酸価は30eq/tであった。
BioPBSTM FZ91PB(PTT MCC Biochem社製)
下記測定方法に従ってPBSの還元粘度を測定したところ、2.2dL/gであった。また、下記測定方法に従って各々測定した、ガラス転移温度は-30℃であり、酸価は30eq/tであった。
(PBSeT)
1,4-ブタンジオール(85.10g)、セバシン酸(63.70g)、テレフタル酸(52.30g)、トリメチロールプロパン(0.27g)及びチタンテトラブトキシド(0.53g)を窒素下で、220℃で2時間攪拌しながら加熱した。続けて、減圧しながら240℃まで昇温し、3時間15分間反応させて得られたポリマーをストランド状に水中に抜き出し、カッティングすることにより、ペレット状のPBSeTを得た。1H-NMR(核磁気共鳴スペクトル)法により求めたセバシン酸由来の単位/テレフタル酸由来の単位のモル比は、50/50であった。また、下記測定方法に従って各々測定した、還元粘度は1.32dL/gであり、ガラス転移温度は-40℃であり、酸価は24eq/tであった。
1,4-ブタンジオール(85.10g)、セバシン酸(63.70g)、テレフタル酸(52.30g)、トリメチロールプロパン(0.27g)及びチタンテトラブトキシド(0.53g)を窒素下で、220℃で2時間攪拌しながら加熱した。続けて、減圧しながら240℃まで昇温し、3時間15分間反応させて得られたポリマーをストランド状に水中に抜き出し、カッティングすることにより、ペレット状のPBSeTを得た。1H-NMR(核磁気共鳴スペクトル)法により求めたセバシン酸由来の単位/テレフタル酸由来の単位のモル比は、50/50であった。また、下記測定方法に従って各々測定した、還元粘度は1.32dL/gであり、ガラス転移温度は-40℃であり、酸価は24eq/tであった。
(PHBH)
カネカ社製の生分解性ポリマー「Green PlanetTM 151C」を用いて、下記測定方法に従って各々測定した。ガラス転移温度は0℃であり、酸価は18eq/tであった。
カネカ社製の生分解性ポリマー「Green PlanetTM 151C」を用いて、下記測定方法に従って各々測定した。ガラス転移温度は0℃であり、酸価は18eq/tであった。
(PLA)
Ingeo 4032D(NatureWorks社製)について、評価を行った。還元粘度は2.18dL/gであり、ガラス転移温度55-60℃(カタログ値)であった。
Ingeo 4032D(NatureWorks社製)について、評価を行った。還元粘度は2.18dL/gであり、ガラス転移温度55-60℃(カタログ値)であった。
<その他の化合物>
ポリエチレンイミン(重量平均分子量66000、窒素原子濃度33重量%)
N,N’-エチレンビスオレインアミド(分子量588、窒素原子濃度5重量%)
グルコース(分子量180)
でんぷん
ポリエチレンイミン(重量平均分子量66000、窒素原子濃度33重量%)
N,N’-エチレンビスオレインアミド(分子量588、窒素原子濃度5重量%)
グルコース(分子量180)
でんぷん
(還元粘度の測定方法)
フェノールとテトラクロロエタンとの1:1(重量比)混合溶媒に、樹脂を0.5g/dLとなるように溶解させ、樹脂溶液を調製した。次いで、ウベローデ粘度管を用い、30℃における樹脂溶液の還元粘度を測定し、その結果に基づいて還元粘度を算出した。
(ガラス転移温度の測定方法)
アルミニウム製の試料容器に各樹脂を10mg入れ、測定サンプルとした。次いで、日立ハイテクサイエンス(株)社製「DSC6220」を用いて、窒素雰囲気下で、-100℃から160℃まで、10℃/minの速度で昇温し、DSCチャートを得た。このチャートで融点を示すピークよりも低温側に存在するベースラインシフトからガラス転移温度を求めた。具体的には、低温側のベースラインと変曲点の接点の交点をガラス転移温度とした。
(酸価の測定方法)
樹脂を0.4g精秤し、これにベンジルアルコール25mLを加え、195℃に加熱して撹拌することにより溶解させた。樹脂が溶解したら、樹脂溶液が入った容器を氷浴で冷却し、この容器内にエタノール2mLを加えた。三菱化学(株)製自動的低装置「GT100」で0.01Nの水酸化ナトリウムのベンジルアルコール溶液を用いて滴定を行った(滴定量をA(ml)とする。)。
次にベンジルアルコールのみで同様の測定を行い、ブランク値(B(ml))とした。酸価を以下の式から算出した。
末端酸価(eq/t)=(A-B)×F×10/W
A(ml):測定滴定量
B(ml):ブランク滴定量
F:0.01N NaOHベンジルアルコールyour期のファクター
W(g):サンプル重量
フェノールとテトラクロロエタンとの1:1(重量比)混合溶媒に、樹脂を0.5g/dLとなるように溶解させ、樹脂溶液を調製した。次いで、ウベローデ粘度管を用い、30℃における樹脂溶液の還元粘度を測定し、その結果に基づいて還元粘度を算出した。
(ガラス転移温度の測定方法)
アルミニウム製の試料容器に各樹脂を10mg入れ、測定サンプルとした。次いで、日立ハイテクサイエンス(株)社製「DSC6220」を用いて、窒素雰囲気下で、-100℃から160℃まで、10℃/minの速度で昇温し、DSCチャートを得た。このチャートで融点を示すピークよりも低温側に存在するベースラインシフトからガラス転移温度を求めた。具体的には、低温側のベースラインと変曲点の接点の交点をガラス転移温度とした。
(酸価の測定方法)
樹脂を0.4g精秤し、これにベンジルアルコール25mLを加え、195℃に加熱して撹拌することにより溶解させた。樹脂が溶解したら、樹脂溶液が入った容器を氷浴で冷却し、この容器内にエタノール2mLを加えた。三菱化学(株)製自動的低装置「GT100」で0.01Nの水酸化ナトリウムのベンジルアルコール溶液を用いて滴定を行った(滴定量をA(ml)とする。)。
次にベンジルアルコールのみで同様の測定を行い、ブランク値(B(ml))とした。酸価を以下の式から算出した。
末端酸価(eq/t)=(A-B)×F×10/W
A(ml):測定滴定量
B(ml):ブランク滴定量
F:0.01N NaOHベンジルアルコールyour期のファクター
W(g):サンプル重量
<比較例1>
PBSSeを、粒子径(ふるい分け法)が250μm以下となるように粉砕することにより、粉砕樹脂を得た。
PBSSeを、粒子径(ふるい分け法)が250μm以下となるように粉砕することにより、粉砕樹脂を得た。
<比較例3>
PBSAを、粒子径(ふるい分け法)が250μm以下となるように粉砕することにより、粉砕樹脂を得た。
PBSAを、粒子径(ふるい分け法)が250μm以下となるように粉砕することにより、粉砕樹脂を得た。
<比較例4>
PBSを、粒子径(ふるい分け法)が250μm以下となるように粉砕することにより、粉砕樹脂を得た。
PBSを、粒子径(ふるい分け法)が250μm以下となるように粉砕することにより、粉砕樹脂を得た。
<比較例5>
PBSeTを、粒子径(ふるい分け法)が250μm以下となるように粉砕することにより、粉砕樹脂を得た。
PBSeTを、粒子径(ふるい分け法)が250μm以下となるように粉砕することにより、粉砕樹脂を得た。
<比較例8>
PHBHを粒子径(ふるい分け法)が250μm以下となるように粉砕することにより、粉砕樹脂を得た。
PHBHを粒子径(ふるい分け法)が250μm以下となるように粉砕することにより、粉砕樹脂を得た。
<実施例1~41、44、47~50、比較例2、6、7、10>
粉砕樹脂と窒素化合物(I)等の化合物等を、表1~6に示す割合で合計30mgになるよう混合した。
粉砕樹脂と窒素化合物(I)等の化合物等を、表1~6に示す割合で合計30mgになるよう混合した。
<実施例42、43、45、46、51、及び52>
粉砕樹脂と窒素化合物(I)等の化合物を、表4及び5に示す割合でブレンドし、小型二軸混練機(DSM社製「Xplore MC15 Micro Compounder」)に投入し、窒素雰囲気下、150℃で3分間溶融混練した。得られた混練物を、粒子径(ふるい分け法)が250um以下となるよう粉砕し、生分解性樹脂組成物を得た。
粉砕樹脂と窒素化合物(I)等の化合物を、表4及び5に示す割合でブレンドし、小型二軸混練機(DSM社製「Xplore MC15 Micro Compounder」)に投入し、窒素雰囲気下、150℃で3分間溶融混練した。得られた混練物を、粒子径(ふるい分け法)が250um以下となるよう粉砕し、生分解性樹脂組成物を得た。
<生分解度の測定方法>
実施例1~52及び比較例1~7で得られた樹脂又は樹脂組成物の生分解度を、ISO 14851に準拠し、以下の通り測定した。
試料30mgを入れた510mLの褐色瓶に、ISO 14851に準拠した方法で調整した標準試験培養液と海水の混合液100mLを加えた。褐色瓶に圧力センサー(WTW社製、OxiTop(登録商標)-C型)を取り付け、25℃の恒温環境下、28日間試験液をスターラーで攪拌し、BOD測定に基づいて生分解度(%)を算出した。
結果を表2~7に示す。なお、表中では、単に混合する場合を「添加」と記載し、混練した場合は「混練」と記載した。
実施例1~52及び比較例1~7で得られた樹脂又は樹脂組成物の生分解度を、ISO 14851に準拠し、以下の通り測定した。
試料30mgを入れた510mLの褐色瓶に、ISO 14851に準拠した方法で調整した標準試験培養液と海水の混合液100mLを加えた。褐色瓶に圧力センサー(WTW社製、OxiTop(登録商標)-C型)を取り付け、25℃の恒温環境下、28日間試験液をスターラーで攪拌し、BOD測定に基づいて生分解度(%)を算出した。
結果を表2~7に示す。なお、表中では、単に混合する場合を「添加」と記載し、混練した場合は「混練」と記載した。
実施例1~43、47、48と比較例1との比較、実施例44、45、51,52と比較例3との比較、実施例46と比較例4との比較、実施例49と比較例5との比較、実施例50と比較例8との比較より、窒素化合物(I)等の化合物により、樹脂の生分解度が著しく向上していることが裏付けられた。
これに対し、窒素化合物(I)等の化合物以外の化合物を含有する比較例2、6および7は、むしろ生分解度が低下していた。ここで、ポリエチレンイミンで生分解度が低下した原因としては、ポリエチレンイミンは分子量が大きいために、ポリエチレンイミン自体が生分解されにくく、分解によるアミノ基の生成が生じにくいこと、生分解性樹脂組成物表面付近に存在するポリエチレンイミンが樹脂の微生物との接触を阻害したこと等が考えられる。すなわち、窒素化合物(I)等の化合物は、分子量が小さいために、生分解されやすく、分解によりアミノ基の生成が生じやすく、生分解性樹脂組成物表面付近に存在する窒素化合物(I)等の化合物が樹脂の微生物との接触の妨げになり難いため、生分解度が向上すると考えられる。また、N,N’-エチレンビスオレインアミドおよびグルコースで生分解度が低下した原因としては、これらの化合物は、化合物中に窒素原子を有しないまたは有してもその濃度が低いために、生分解促進効果が得られなかったと考えられる。特にグルコースとコンポスト中における樹脂の生分解性を促進すると言われているでんぷんについては、海水中では、むしろ低下していた。
窒素化合物(I)等の化合物の含有量については、N-(3-アミノプロピル)テトラメチレンジアミンを含有しない比較例1に対し、その含有量が1重量%である実施例19の生分解性樹脂組成物は生分解度が1.2倍になり、その含有量が5重量%である実施例20の生分解性樹脂組成物では、生分解度が更に高い3.6倍であった。また、テトラメチレンジアミン二塩酸塩を含有しない比較例3に対し、その含有量が1重量%である実施例52の生分解性樹脂組成物は生分解度が1.2倍になり、その含有量が5重量%である実施例51の生分解性樹脂組成物では、生分解度がより高い1.8倍であり、その含有量が10重量%である実施例45の生分解性樹脂組成物では、生分解度がさらに高い7.0倍であった。
特に、樹脂と窒素化合物(I)等の化合物を混練して得られた生分解性樹脂組成物については、実施例42、43、45、46のとおり、生分解度が3~7倍と顕著に向上することがわかった。
これに対し、窒素化合物(I)等の化合物以外の化合物を含有する比較例2、6および7は、むしろ生分解度が低下していた。ここで、ポリエチレンイミンで生分解度が低下した原因としては、ポリエチレンイミンは分子量が大きいために、ポリエチレンイミン自体が生分解されにくく、分解によるアミノ基の生成が生じにくいこと、生分解性樹脂組成物表面付近に存在するポリエチレンイミンが樹脂の微生物との接触を阻害したこと等が考えられる。すなわち、窒素化合物(I)等の化合物は、分子量が小さいために、生分解されやすく、分解によりアミノ基の生成が生じやすく、生分解性樹脂組成物表面付近に存在する窒素化合物(I)等の化合物が樹脂の微生物との接触の妨げになり難いため、生分解度が向上すると考えられる。また、N,N’-エチレンビスオレインアミドおよびグルコースで生分解度が低下した原因としては、これらの化合物は、化合物中に窒素原子を有しないまたは有してもその濃度が低いために、生分解促進効果が得られなかったと考えられる。特にグルコースとコンポスト中における樹脂の生分解性を促進すると言われているでんぷんについては、海水中では、むしろ低下していた。
窒素化合物(I)等の化合物の含有量については、N-(3-アミノプロピル)テトラメチレンジアミンを含有しない比較例1に対し、その含有量が1重量%である実施例19の生分解性樹脂組成物は生分解度が1.2倍になり、その含有量が5重量%である実施例20の生分解性樹脂組成物では、生分解度が更に高い3.6倍であった。また、テトラメチレンジアミン二塩酸塩を含有しない比較例3に対し、その含有量が1重量%である実施例52の生分解性樹脂組成物は生分解度が1.2倍になり、その含有量が5重量%である実施例51の生分解性樹脂組成物では、生分解度がより高い1.8倍であり、その含有量が10重量%である実施例45の生分解性樹脂組成物では、生分解度がさらに高い7.0倍であった。
特に、樹脂と窒素化合物(I)等の化合物を混練して得られた生分解性樹脂組成物については、実施例42、43、45、46のとおり、生分解度が3~7倍と顕著に向上することがわかった。
<比較例9>
PLAを、粒子径(ふるい分け法)が250μm以下となるように粉砕することにより、粉砕樹脂を得た。得られた粉砕樹脂とテトラメチレンジアミン二塩酸塩を、粉砕樹脂100重量部に対し、テトラメチレンジアミン二塩酸塩10重量部の割合で合計30mgになるよう混合した。得られた樹脂組成物の生分解度を実施例1等と同様に測定した。この結果、樹脂組成物の生分解度(圧力変化)は、添加したテトラメチレンジアミン二塩酸塩の分しか減少していなかった。
PLAを、粒子径(ふるい分け法)が250μm以下となるように粉砕することにより、粉砕樹脂を得た。得られた粉砕樹脂とテトラメチレンジアミン二塩酸塩を、粉砕樹脂100重量部に対し、テトラメチレンジアミン二塩酸塩10重量部の割合で合計30mgになるよう混合した。得られた樹脂組成物の生分解度を実施例1等と同様に測定した。この結果、樹脂組成物の生分解度(圧力変化)は、添加したテトラメチレンジアミン二塩酸塩の分しか減少していなかった。
Claims (11)
- 前記化合物中の窒素原子濃度が6重量%以上であり、前記樹脂組成物中に含有される前記化合物に由来する窒素原子の濃度が50重量ppm以上である、請求項1に記載の生分解性樹脂組成物。
- 前記置換基を有していてもよい1価の有機基が、互いに環構造を形成していない、炭素数が1~20の置換基を有していてもよい1価の鎖状脂肪族炭化水素基であり、前記炭化水素基の主鎖は第15族~17族の元素を有していてもよい、請求項1又は2に記載の生分解性樹脂組成物。
- 前記ポリエステル樹脂の酸価が250eq/t以下である、請求項1~3の何れか1項に記載の生分解性樹脂組成物。
- 前記ポリエステル樹脂が脂肪族ポリエステル樹脂、または脂肪族-芳香族ポリエステル樹脂である、請求項1~4の何れか1項に記載の生分解性樹脂組成物。
- 前記ポリエステル樹脂が、ジオール単位として、1,4-ブタンジオール、1,3-プロパンジオール及びエチレングリコールよりなる群から選ばれる1種類以上を有する、請求項1~5の何れか1項に記載の生分解性樹脂組成物。
- 前記ポリエステル樹脂が、ジカルボン酸単位として、炭素数2~24のジカルボン酸を有する、請求項1~6の何れか1項に記載の生分解性樹脂組成物。
- 前記ポリエステル樹脂がPBSA(ポリブチレンサクシネートアジペート)、PBSSe(ポリブチレンサクシネートセバケート)、PBS(ポリブチレンサクシネート)、PBSeT(ポリブチレンセバケートテレフタレート)及びPHBH(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))よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1~7の何れか1項に記載の生分解性樹脂組成物。
- 前記窒素化合物が、脂肪族モノアミン、脂肪族ジアミン及びアミノ酸よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1~8の何れか1項に記載の生分解性樹脂組成物。
- 請求項1~9の何れか1項に記載の生分解性樹脂組成物を含む、成形体。
- ポリエステル樹脂を生分解させる方法であって、前記ポリエステル樹脂のガラス転移温度が40℃以下であり、前記ポリエステル樹脂を海水中で、分子量が10000未満である下記一般式(I)で表される窒素化合物及びその塩から選択される1種以上の化合物の存在下で生分解させる、ポリエステル樹脂の生分解方法。
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