JP2009227882A - 相溶性を高めることにより、柔軟性と強度を兼ね備えた生分解性フィルムの製造方法とその組成物 - Google Patents

【課題】従来の生分解性フィルムは柔軟性に富むが、分解速度が速く、フィルムの強度が低い。相溶性を高めるために分子構造の似た生分解性樹脂の組成を組み合わせることにより、強度を付与し生分解性を損なうことなく生分解の速度を遅くすることが可能となる。また温度差のある生分解性組成物でも、インフレーション加工機でフィルム化する際の安定性を得られる。
【解決手段】
本発明による生分解性組成物は、相溶性を高めるために分子構造の似た特定の生分解性樹脂を組み合わせることにより、従来の生分解性フィルムの持つ柔軟性を損なうことなく、強度、ガスバリア性を向上させることができる。また本発明による生分解組成物では、生分解性を損なうことなく、その速度を遅らせることができる。本発明による組成の検討を行い、インフレーション加工機によりフィルム化すれば、温度差のある生分解性樹脂を組成中に含む場合でも、平易にフィルム化できる。
【選択図】なし

この発明は相溶性を高めることにより、柔軟性と強度を兼ね備えた生分解性フィルムの製造方法とその組成物に関するものである。

生分解性フィルムをインフレーション成形機でフィルム化する場合、強度がありかつ柔軟性に優れたフィルムを実用的に製造することができなかった。

柔軟性と強度の両方を兼ね備えた生分解性フィルムが市場になかった。これまでは、生分解性を有する低融点ポリマー、例えばアジピン酸とテレフタル酸からなるジカルボン酸成分と、1，4−ブタンジオールからなるジオール成分とを縮合してなる脂肪族芳香族ポリエステルを他官能イソシアネートで高分子化した脂肪族芳香族ポリエステル系樹脂（A）やコハク酸、1，4−ブタンジオール、乳酸とを直接脱水重縮合してなる脂肪族ポリエステル系樹脂（B）、1、4−ブタンジオール等のポリオールとコハク酸、アジピン酸のようなジカルボン酸との重縮合反応により得られる脂肪族ポリエステル系樹脂（D）に比較的高融点である樹脂、例えばポリ乳酸系樹脂をブレンドすることにより柔軟性と強度を持たせることが行われていた。しかし組成中にポリ乳酸をブレンドしても相溶性に欠けるために期待したほどの効果がなかった。

ポリ乳酸系樹脂を多く含むと強度は向上せずにフィルムが硬質になり、逆に柔軟性を優先させてポリ乳酸を組成中に約50重量％以下にすると、やはり相溶性に欠けるためにフィルム加工したときのTD方向の強度が著しく低下する問題があった。それゆえに加工したフィルムの柔軟性と強度を兼ね備えることが実用的に難しく、加えてヒートシール性が低下し、コンポストバッグなどにして利用する場合、裂けてしまうため使用しにくい場合があった。

用途としては、従来の生分解性フィルムを農業用のマルチフィルムで使用する場合、長いもので5ヶ月間使用できるものがあったが、それ以上に使用可能なもの、たとえば秋から越冬し、春もしくは初夏頃まで生育する植物に適したものがなかった。

そのほかにも誘引テープなどの農業用資材として使用する場合、柔軟性、強度、耐候性が限られていたゆえに用途が限られていた。

従来の生分解性インフレーションフィルムはガスバリア性に乏しく、農業用マルチフィルムとして使用する場合、土壌が乾燥してしまうことが問題となっていた。

生分解性樹脂を原料とするインフレーションフィルムフィルムを農業用マルチフィルムとして使用する場合、強度の不足が原因となり、機械で展張作業する際フィルムが裂けることがあった。さらに別の用途によっても限界があった。

本発明は、生分解性組成物の相溶性を高めることにより、柔軟性を損なうことなく、機械的強度を向上させることにある。また本発明にあるインフレーション加工機によりフィルム化される生分解性組成物は、ガスバリア性を高め、従来の生分解性フィルムよりも用途を広めることを目的としている。

本発明による生分解性フィルムを農業用のマルチフィルムとして使用する場合、強度と柔軟性に優れているので機械で展張作業する際にもフィルムが裂けることがなく、ガスバリア性が向上しているゆえに湿度を保持することができ、従来の長期タイプものである5ヶ月間使用のものよりも耐候性に優れ、かつ生分解性を損なうことなく、その速度を遅らせ長期間使用することが可能である。

従来のインフレーション成形機でフィルム加工する場合、融点に差のある複数の生分解性樹脂を組成中に含むと、フィルム加工をする際にシリンダー部分に比較的低融点の生分解性樹脂が付着し成形が困難であった。本発明による生分解性組成物をインフレーション加工機によりフィルム化する方法を活用すれば、成形をする際の幾つかの問題点を改善し、平易に安定した成形を行うことが可能になる。

上記目的を達成するために、本発明による生分解性組成物はアジピン酸とテレフタル酸からなるジカルボン酸成分と、1，4−ブタンジオールからなるジオール成分とを縮合してなる脂肪族芳香族ポリエステルを他官能イソシアネートで高分子化した脂肪族芳香族ポリエステル系樹脂（A）とコハク酸、1，4−ブタンジオール、乳酸とを直接脱水重縮合してなる脂肪族ポリエステル系樹脂（B）さらに生分解性を有する、芳香族ポリエステル系樹脂（C）をインフレーション加工機によりフィルム化したものである。

この際、相溶性の良好な分子構成の似ている複数の生分解性樹脂例えば、融点110〜120℃のアジピン酸とテレフタル酸からなるジカルボン酸成分と、1，4−ブタンジオールからなるジオール成分とを縮合してなる脂肪族芳香族ポリエステルを他官能イソシアネートで高分子化した脂肪族芳香族ポリエステル系樹脂（A）と融点88℃もしくは110℃のコハク酸、1，4−ブタンジオール、乳酸とを直接脱水重縮合してなる脂肪族ポリエステル系樹脂（B）さらに融点200〜220℃の生分解性を有する、芳香族ポリエステル系樹脂（C）をブレンドしインフレーション加工機によりフィルム化する。

本発明による生分解樹脂組成物でいえば、融点に約90〜130℃の温度差があることになるが、このように相溶性の良好な分子構成の似ている生分解性樹脂を選択すれば、成形不良等もなく実用的かつ平易にインフレーション成形機によりフィルム加工が可能になる。

上記の生分解性組成物において、脂肪族芳香族ポリエステル（A）の配合割合は0.1〜99．9重量％、好ましくは40〜90重量％の範囲で、脂肪族ポリエステル（B）の配合割合は0.1〜99．9重量％、好ましくは5〜70重量％の範囲で、芳香族ポリエステル系樹脂（C）の配合割合は0.1〜99．9重量％、好ましくは5〜90重量％のものが生分解性を損なうことなく柔軟性、強度、ガスバリア性の優れたフィルムとなる。

また、生分解性組成物において配合されるその他の生分解性樹脂としては、脂肪族ポリエステル系樹脂（D）ポリ乳酸系樹脂、ポリカプロラクトン系樹脂、カプロラクトン−ブタンジオール−コハク酸共重合体、酢酸セルロース系可塑性樹脂、澱粉基コポリエステル系樹脂、澱粉脂肪酸エステル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリヒドロキシブチレート（PHB）またはポリヒドロキシバリレート（PHV）もしくはその共重合体（PHVB）ポリ３ヒドロキシ酪酸３ヒドロキシヘキサン酸などを含む共重合ポリエステルであるポリヒドロキシアルカノエート（PHA）などが挙げられる。これらの生分解性樹脂の配合量は、0.01〜90重量％以下、好ましくは0.01〜60重量％の範囲である。

本発明による生分解性組成物には、用途また必要に応じて各種添加剤を使用することもできる。その中にはアンチブロッキング剤、スリップ剤、耐候安定剤、可塑剤、結晶核剤、結晶促進剤、着色剤等のマスターバッチなどがある。

この生分解性組成物における具体例としては、脂肪族芳香族ポリエステル系樹脂（A）にはBASF社製の「エコフレックス」、もしくは利来化学社製の「ENPOL 8060」、「ENPOL 8060M」、脂肪族ポリエステル系樹脂（B）の具体例としては三菱化学社製の「GS pla AZ91T」、「GS pla AZ91TN」、「GS pla AD92W」、「GS pla AD92WN」などが挙げられる。加えて芳香族ポリエステル系樹脂（C）の具体例としてはデュポン社製の「バイオマックス4024」、「バイオマックス4044」もしくは「バイオマックス4026」、「バイオマックス4046」などが挙げられる。

また脂肪族ポリエステル系樹脂（D）の具体例としては昭和高分子社製の「ビオノーレ＃1001G」「ビオノーレ＃1001」、「ビオノーレ＃1003」あるいは「ビオノーレ＃3001」、さらには利来化学社製の「ENPOL 4520」、「ENPOL 4520M」あるいは「ENPOL 4400」、「ENPOL 4400M」などが挙げられる。

本発明によれば、相溶性を高めるために分子構成の似た生分解性樹脂を組み合わせることにより、これまでの生分解性フィルムのもつ柔軟性を保持し、強度、ガスバリア性を向上させることができる。その効果によりコンポストバッグやレジ袋などとして使用する際、利用者に負荷のない包装材を提供できる。さらに農業用のマルチフィルムとしての使用の場合、従来の長期タイプものよりも耐候性に優れ、湿度を保持することができ、かつ生分解性を損なうことなくその速度を遅らせることを可能にすることにより、さらに長期にわたる使用ができる、優れたフィルムを提供できる。加えてその他の農業用資材、例えば誘引テープなどのように柔軟性、強度が求められる分野でも有効な製品を提供することができる。また本発明のように相溶性を高めるために分子構造の似た樹脂を正しく選択すれば、温度差のある生分解性樹脂を組成中に含む場合でも、さらに溶融粘度の低い生分解性樹脂が組成の中に含まれていたとしても、平易にインフレーション成形機によりフィルム化できる。

以下、本発明の実施例を挙げるが、本発明はかかる実施例によって何ら制限されるものではない。

本発明による生分解組成物の組成を幾つかの条件に振り分けて、試作を行った。その時の温度条件は表1の通りである。

本発明による生分解組成物を表２の重量％おいて試作１として、同インフレーション加工機によりフィルム化した。

本発明による生分解組成物を表３の重量％おいて試作２として、同インフレーション加工機によりフィルム化した。

本発明による生分解組成物を表４の重量％おいて試作３として、同インフレーション加工機によりフィルム化した。

本発明による生分解組成物を表５の重量％おいて試作４として、同インフレーション加工機によりフィルム化した。

本発明による生分解組成物を表６の重量％おいて試作５として、同インフレーション加工機によりフィルム化した。

表２から表６にある生分解性組成物の組成条件によりインフレーション加工機によりフィルム化した試作１から５までの生分解性組成物の各機械的物性と生分解性速度は表７の通りである。

1. アジピン酸とテレフタル酸からなるジカルボン酸成分と、1，4−ブタンジオールからなるジオール成分とを縮合してなる脂肪族芳香族ポリエステルを他官能イソシアネートで高分子化した脂肪族芳香族ポリエステル系樹脂（A）とコハク酸、1，4−ブタンジオール、乳酸とを直接脱水重縮合してなる脂肪族ポリエステル系樹脂（B）さらに生分解性を有する、芳香族ポリエステル系樹脂（C）からなる生分解性組成物。

2. アジピン酸とテレフタル酸からなるジカルボン酸成分と、1，4−ブタンジオールからなるジオール成分とを重縮合してなる脂肪族芳香族ポリエステルを他官能イソシアネートで高分子化した脂肪族芳香族ポリエステル系樹脂（A）とコハク酸、1，4−ブタンジオール、乳酸とを直接脱水重縮合してなる脂肪族ポリエステル系樹脂（B）さらに生分解性を有する、芳香族ポリエステル（C）からなる生分解性樹脂組成物が重量％で（A）0.1％〜99.9％（B）0.1％〜99.9％（C）0.1％〜99.9％の割合で配合され、インフレーション加工機によりフィルム化することを特徴とする生分解性組成物。

3. 上記の脂肪族芳香族ポリエステル系樹脂（A）はアジピン酸とテレフタル酸からなるジカルボン酸成分と、1，4−ブタンジオールからなるジオール成分とを縮合してなる脂肪族芳香族ポリエステルを他官能イソシアネートで高分子化した脂肪族芳香族ポリエステル系樹脂であることを特徴とする請求項１または2に記載の生分解性組成物。

4. 脂肪族ポリエステル（B）がコハク酸、1，4−ブタンジオール、乳酸を直接脱水重縮合してなる脂肪族ポリエステル系樹脂であることを特徴とする請求項１または2に記載の生分解性組成物。

5. 芳香族ポリエステル（C）が生分解性を有する、芳香族ポリエステル系樹脂あることを特徴とする請求項１または2に記載の生分解性組成物。

6. 上記の生分解性樹脂組成物に1、4−ブタンジオール等のポリオールとコハク酸、アジピン酸のようなジカルボン酸との重縮合反応により得られる脂肪族ポリエステル系樹脂（D）ポリ乳酸系樹脂、ポリカプロラクトン系樹脂、カプロラクトン−ブタンジオール−コハク酸共重合体、酢酸セルロース系可塑性樹脂、澱粉基コポリエステル系樹脂、澱粉脂肪酸エステル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリヒドロキシブチレート（PHB）またはポリヒドロキシバリレート（PHV）もしくはその共重合体（PHVB）ポリ３ヒドロキシ酪酸３ヒドロキシヘキサン酸などを含む共重合ポリエステルであるポリヒドロキシアルカノエート（PHA）の中から少なくとも1種類以上の生分解性樹脂を重量％で0.01〜99％含む請求項1，2に記載の生分解性組成物。

7. 溶融粘度が高くかつ融点の低い請求項1，2，3に記載の脂肪族芳香族ポリエステル系樹脂（A）、請求項1，2，4に記載の脂肪族ポリエステル系樹脂（B）、もしくは請求項6に記載の脂肪族ポリエステル系樹脂（D）、溶融粘度の低い請求項1，2，5に記載されている生分解性を有する芳香族ポリエステル系樹脂（C）などの分子構造が似た樹脂をブレンドし相溶性の高め、インフレーション加工機によりフィルム化することを特徴とする生分解性組成物。