(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生分解性材料の可塑剤であって、
１００重量部のバイオ分子、及び
１００重量部の生分解性ポリマーの前駆体モノマー又はオリゴマー、それらの混合物、又は前記前駆体モノマー、前記オリゴマー、及び水の混合物からなり、
前記バイオ分子及び前記生分解性ポリマーの前駆体モノマー又はオリゴマー、それらの混合物、又は前記前駆体モノマー、前記オリゴマー、及び水の混合物が、混合後に５０〜１６０℃で加熱処理され、
前記バイオ分子が、植物性ゼラチン、動物性ゼラチン、コラーゲン、アガー、キトサン、ヒアルロン酸、又はそれらの混合物であり、
前記生分解性ポリマーが、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシブチラート、ポリヒドロキシバレレート、ポリヒドロキシ吉草酸、ポリ（ブチレンサクシネート）、ポリビニルアセテート、ポリ−ｐ−ジオキサノン、ポリビニルアルコール、又はそれらのコポリマーである可塑剤。
【請求項２】
前記加熱処理の温度が、８０〜１３０℃である請求項１に記載の可塑剤。
【請求項３】
生分解性ポリマーの強固性、耐衝撃性、粘着性、及び可塑性のうちの少なくともいずれかを調節するための請求項１に記載の可塑剤の利用方法であって、前記生分解性ポリマーが、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシブチラート、ポリヒドロキシバレレート、ポリヒドロキシ吉草酸、ポリビニルアセテート、ポリ（ブチレンサクシネート）、ポリビニルアルコール、ポリ−ｐ−ジオキサノン、又はそれらのコポリマーである方法。
【請求項４】
生分解性材料前駆体であって、
１００重量部の生分解性ポリマー、及び
２重量部の可塑剤からなり、
前記生分解性ポリマーが、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシブチラート、ポリヒドロキシバレレート、ポリヒドロキシ吉草酸、ポリビニルアセテート、ポリ（ブチレンサクシネート）、ポリビニルアルコール、ポリ−ｐ−ジオキサノン又はそれらのコポリマーであり、
前記可塑剤は１００重量部のバイオ分子、及び１００重量部の生分解性ポリマーの前駆体モノマー又はオリゴマー、水、又はそれらの混合物からなり、
前記バイオ分子及び前記生分解性ポリマーの前駆体モノマー又はオリゴマー、水、又はそれらの混合物が、混合後に５０〜１６０℃で加熱処理され、
前記バイオ分子が、植物性ゼラチン、動物性ゼラチン、コラーゲン、アガー、キトサン、ヒアルロン酸、又はそれらの混合物であり、
前記可塑剤の生分解性ポリマーが、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシブチラート、ポリヒドロキシバレレート、ポリヒドロキシ吉草酸、ポリ（ブチレンサクシネート）、ポリビニルアセテート、ポリ−ｐ−ジオキサノン、ポリビニルアルコール、又はそれらのコポリマーである生分解性材料前駆体。
【請求項５】
請求項４に記載の生分解性材料前駆体を加熱処理して得られる生分解性材料。
【請求項６】
前記加熱処理が、射出成形、押出成形、ロールコーティング、ラミネート加工又は発泡加工を含む請求項５に記載の生分解性材料。
【請求項７】
前記加熱処理の温度が、１６０〜２８０℃である請求項５に記載の生分解性材料。
【請求項８】
前記加熱処理の温度が、１９０〜２５０℃である請求項７に記載の生分解性材料。
【請求項９】
請求項４に記載の生分解性材料前駆体を加熱処理して得られる接着材料であって、熱圧着によって二つの表面を接着することを特徴とする接着材料。
【請求項１０】
前記表面の材料が、同じ、又は異なる材料である請求項９に記載の接着材料。
【請求項１１】
前記表面の材料が、紙、木、又は金属を含む請求項１０に記載の接着材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生分解性材料に関し、特に可塑剤を含有する生分解性材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック包装材料の増加は一般的なライフスタイルの変化に密接に関与している。急激な人口増加と食糧不足により、軽く便利な包装材を利用して食品の保存や運搬を容易にすることは、食品の貯蔵期間を長期化させることと共に非常に重要である。現在のプラスチック包装材でもこれらの要求を満たすことができるが、プラスチック消費量は毎年１億６０００万トンを超え、そのうちの３５％が包装材料に使用されている。この包装材料に由来する廃棄物処理は環境に多大な影響を与えるため、プラスチックの再利用及び生分解性プラスチックに関する研究がますます重要となってきている。
【０００３】
生分解性材料は一般に、十分な水、酸素、適切な栄養物及び温度の下で、微生物によって二酸化炭素と水に分解される材料として定義される。生分解性材料は新しい種類のポリマーであり、その役目を果たすと自己分解することを特徴とする。これらのポリマー間の結合は、生物学的プロセスによって環境にやさしい組成物に分解される。生分解性材料は従来の材料よりも環境にやさしいものである。一般的に、使い捨ての用途に使用されたプラスチックの処理及び再利用は非経済的であり、環境に対してより大きな影響を与える。現在、汚染されたプラスチックは焼却処理又は埋立て処理されるに過ぎず、目に見えない形で環境への負荷を増大させている。そのため、生分解性材料の開発が注目を集めている。生分解性材料は、その原料に基づき以下の４つのカテゴリーに分類できる。（１）ポリ乳酸系生分解性材料、（２）ポリエステル系生分解性材料、（３）澱粉系生分解性材料、及び（４）ポリカプロラクトン系生分解性材料である。大豆等の他の天然材料も引き続き開発が進められている。
【０００４】
現在の生分解性材料は環境にやさしいものではあるが、そのような材料の構造は変形されにくく、異なる種類の工程で製造された各々の製品は、壊れやすく、耐熱性が低く、また粘着性が不十分である等のデメリットを有する。したがって、生分解性材料の用途は非常に限られており、市場向けの製品は低い温度でしか使用できない。こうした観点から、今後の市場需要においては、耐熱性、強固性、粘着性等の機能性により優れる環境にやさしい製法に重点が置かれるであろう。
【特許文献１】米国特許第５９３９４６７号明細書
【特許文献２】米国特許第６９０５７５９号明細書
【特許文献３】米国特許第６５７３３４０号明細書
【特許文献４】米国特許第７１６０９７７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術におけるこれらのデメリットに鑑み、本発明の目的は、生分解性材料に添加される可塑剤を提供し、生分解性材料の特性を改善し、引き続く製造工程を容易にすることにある。
【０００６】
本発明の別の目的は、優れた特性を有する生分解性材料を提供することにある。可塑剤の使用により、適切な強固性、耐衝撃性、高い接着性及び可塑性を有する生分解性材料を得ることができる。
【０００７】
本発明の更に別の目的は、紙、木、プラスチック又は金属基材の耐水性、耐油性、耐マイクロ波性及び不凍性を高めるための表面被覆材料を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、二つの基材を接着するための、紙、木、プラスチック、又は金属基材の接着材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の生分解性材料のための可塑剤は１００重量部のバイオ分子、及び０．１〜１０００重量部の生分解性ポリマーのモノマーからなり、前記バイオ分子及び生分解性ポリマーのモノマーは混合された後、５０〜１６０℃で加熱処理される。
【０００９】
本発明はまた、生分解性材料の強固性、及び／又は耐衝撃性、及び／又は可塑性、及び／又は粘着性を調整するための可塑剤の利用方法を含む。前記可塑剤は１００重量部のバイオ分子、０．１〜１０００重量部の生分解性ポリマーのモノマー又はオリゴマー、水、又はそれらの混合物からなり、前記可塑剤は５０〜１６０℃で加熱処理される。
【００１０】
本発明は、１００重量部の生分解性ポリマー及び０．１〜５０重量部の可塑剤からなる生分解性材料前駆体を含む。前記可塑剤は１００重量部のバイオ分子及び０．１〜１０００重量部の生分解性ポリマーのモノマー又はオリゴマー、水、又はそれらの混合物からなり、前記可塑剤は５０〜１６０℃で加熱処理される。
【００１１】
本発明はまた、上述した生分解性材料前駆体を加熱処理して得られる生分解性材料を含む。
本発明の生分解性材料は、熱圧着によって二物体を接着することができる。したがって、本発明は更に、上述した生分解性材料前駆体を熱圧着して得られる接着材料を提供する。前記接着材料は熱圧着によって二つの表面を接着することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の生分解性可塑剤は、１００重量部のバイオ分子及び０．１〜１０００重量部の生分解性ポリマーの前駆体モノマー又はオリゴマー、水、又はそれらの混合物からなり、前記バイオ分子及び生分解性ポリマーの前駆体モノマー又はオリゴマー、水、又はそれらの混合物は、混合された後、５０〜１６０℃で加熱処理される。好ましい実施形態において、前記バイオ分子及び前記生分解性ポリマーの前駆体モノマーの混合割合は、バイオ分子が１００重量部であり、生分解性ポリマーの前駆体モノマー又はオリゴマー、水、又はそれらの混合物が０．１〜５００重量部である。より好ましい実施形態において、前記バイオ分子及び前記生分解性ポリマーの前駆体モノマーの混合割合は、バイオ分子が１００重量部であり、生分解性ポリマーの前駆体モノマー又はオリゴマー、水、又はそれらの混合物が０．１〜２００重量部である。
【００１３】
本発明において「バイオ分子」とは、タンパク質、或いは動物又は植物の結合組織又は骨格を形成する他の材料（例えば、アガー、ヒアルロン酸、キトサン、又はヒドロキシプロピペチルセルロース（ｈｙｄｒｏｘｙｐｒｏｐｙｐｅｔｈｙｌ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）等の植物性ゼラチン）等の、生分解性又は生物が利用可能な材料を意味する。
【００１４】
好ましくは、本発明の可塑剤に適するタンパク質は動物性ゼラチン又は動物性コラーゲンであり、本発明における前記動物性ゼラチンは、牛の骨、牛の皮膚又は豚の皮膚を含む提供源からのタンパク質を意味し、その主な組成物はコラーゲンを加水分解した後のタンパク質である。
【００１５】
更に、本発明の前記可塑剤における前記生分解性ポリマーの前駆体モノマーとは、それらが重合反応によって形成されたポリマーが生分解可能である前駆体モノマーを意味する。すなわち、生分解性ポリマーの前駆体モノマーは本発明の可塑剤に利用可能である。従来技術において多数の生分解性ポリマーが存在するが、現在の技術においてより適切なものは、生分解性ポリエステル又は生分解性ポリエチレン、又はそれらのコポリマーである。前記生分解性ポリエステルは、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシブチラート、ポリヒドロキシバレレート、ポリヒドロキシ吉草酸、又はそれらのコポリマーを含み、前記生分解性ポリエチレンは、ポリビニルアセテート、ポリ（ブチレンサクシネート）、ポリビニルアルコール、ポリ−ｐ−ジオキサノン、又はそれらのコポリマーを含む。
【００１６】
本発明の可塑剤は前記バイオ分子及前記生分解性ポリマーの前駆体モノマーを必要な割合で混合し、前記混合物を５０〜１６０℃で、好ましい実施形態においては８０〜１３０℃で加熱処理して形成される。
【００１７】
いくつかの実施形態において、本発明の前記生分解性ポリマーの前駆体モノマーはオリゴマー又は水に置き換えられてもよい。すなわち、本発明の可塑剤はバイオ分子及び水からなる。これらの実施形態において、前記生分解性ポリマーの強固性、及び／又は耐衝撃性、及び／又は粘着性、及び／又は可塑性を調節するためにバイオ分子溶液が用いられる。可塑剤として用いられる前記バイオ分子溶液は、１００重量部のバイオ分子及び０．１〜１０００重量部の水からなり、水の重量部の幾分かが前記生分解性ポリマーの前駆体モノマーに置き換えられてもよい。前記生分解性ポリマーの前駆体モノマーを用いる実施形態と同様に、前記バイオ分子溶液は混合した後、５０〜１６０℃、好ましくは８０〜１３０℃で加熱処理される。この実施形態において、バイオ分子の定義は上述した定義に等しい。前記可塑剤の組成については上述したように、前記可塑剤は前記生分解性ポリマーの強固性、及び／又は耐衝撃性、及び／又は粘着性、及び／又は可塑性を調節するために、前記生分解性ポリマーに添加されて用いられ、それによって前記生分解性ポリマー製造後の強固性、及び／又は耐衝撃性、及び／又は粘着性、及び／又は可塑性を所望の通りに変化させることができる。
【００１８】
したがって、本発明の生分解性材料前駆体は１００重量部の生分解性ポリマー及び０．１〜５０重量部の可塑剤からなり、前記可塑剤は１００重量部のバイオ分子及び０．１〜１０００重量部の前記生分解性ポリマーの前駆体モノマー又はオリゴマー、水、又はそれらの混合物からなり、前記可塑剤は５０〜１６０℃で加熱処理される。バイオ分子及び生分解性ポリマーの定義は上述した定義に等しい。好ましくは、前記生分解性材料前駆体は１００重量部の生分解性ポリマー及び０．１〜１０重量部の可塑剤を混合して形成され、前記可塑剤の加熱処理における好ましい温度は８０〜１３０℃である。
【００１９】
本発明の前記生分解性材料前駆体は、異なる種類の生分解性材料（例えば、容器又は表面薄膜）を形成するために必要に応じて加熱処理されてもよい。すなわち、本発明は上述した生分解性材料前駆体を加熱処理して得られる生分解性材料を提供する。
【００２０】
本発明における加熱処理工程は、射出成形、押出成形、ロールコーティング、ラミネート加工又は発泡加工等のポリマーを作成するために用いられるポリマー技術を含む。本発明の生分解性材料前駆体から形成された前記生分解性材料を成形する温度は１６０〜２８０℃であり、好ましくは１９０〜２５０℃である。
【００２１】
可塑剤の組成及び生分解性ポリマーに対する可塑剤の割合を必要に応じて調整することによって、異なる強固性、耐衝撃性、粘着性及び可塑性を有する生分解性材料を得られることは当業者にとって容易に理解される。例えば、容器、被膜又はエレクトロニクス・プラスチックとして使用される生分解性材料に求められる特性はそれぞれ異なり、その特性は前記前駆体の組成を変化させることによって得られる。
【００２２】
本発明の発展形態において、前記生分解性材料は接着剤としても使用でき、接着が必要とされる二物体の表面の間に前記生分解性材料が配置され、熱圧着によって前記生分解性材料の粘着特性を引き出し、それら二物体を接着する。
【００２３】
したがって、本発明の生分解性材料は二物体を接着するための接着材料でもあり、接着される前記二物体の材料は、紙、木、プラスチック、又は金属を含む同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。
【００２４】
特に、上述した内容から前記生分解性材料前駆体の流動性は前記可塑剤の添加量を変化させることによって調節できることは明らかである。したがって、可塑剤含量が高い、及び低い生分解性材料は異なる分野の用途で適切に使用され、また、溶媒（特に水）の添加によって希釈され得る。一般的に、流動性の低い（すなわち、粘着性の高い）生分解性材料は接着剤としての使用により適している。
【００２５】
本発明の有利な点は実施例の説明によって更に詳細に説明されるが、各実施例は特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【実施例１】
【００２６】
可塑剤の調製
本実施形態は以下の４種類の可塑剤の調製を含む。
例１
植物性ゼラチン５ｇ（ベジタブル・ハード・シェル・カプセル（ｖｅｇｅｔａｂｌｅ  ｈａｒｄ  ｓｈｅｌｌ  ｃａｐｓｕｌｅ）＃０、大豊カプセルインダストリー社（Ｄａｈ  Ｆｅｎｇ  Ｃａｐｓｕｌｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）製）を水５ｇと混合し、８０℃で１時間放置して本発明の可塑剤（Ａ００１）を得た。
【００２７】
例２
植物性ゼラチン５ｇ（ベジタブル・ハード・シェル・カプセル＃０、大豊カプセルインダストリー社製）を乳酸モノマー５ｇと混合し、１３０℃で４時間放置して本発明の可塑剤（Ａ００２）を得た。
【００２８】
例３
動物性ゼラチン５ｇ（ゼラチン２６０Ｂ、ビルドモア・エンタープライズ社（Ｂｕｉｌｄｍｏｒｅ  Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）製）を水５ｇと混合し、８０℃で１時間放置して本発明の可塑剤（Ａ００３）を得た。
【００２９】
例４
動物性ゼラチン５ｇ（ゼラチン２６０Ｂ、ビルドモア・エンタープライズ社製）を乳酸モノマー５ｇと混合し、１３０℃で４時間放置して本発明の可塑剤（Ａ００４）を得た。
【実施例２】
【００３０】
生分解性材料の調製
本実施形態は以下の４種類の生分解性材料の調製を含む。
例１
実施例１の可塑剤（Ａ００１）１０ｇをポリ乳酸（ＰＬＡ）５００ｇに加え、１９０℃のラミネート加工工程によって、図１に示されるような薄膜（ＰＬＡ／Ａ００１）の生分解性材料を得た。
【００３１】
例２
実施例１の可塑剤（Ａ００２）１０ｇをポリ乳酸（ＰＬＡ）５００ｇに加え、２５０℃のラミネート加工工程によって、薄膜（ＰＬＡ／Ａ００２）の生分解性材料を得た。
【００３２】
例３
実施例１の可塑剤（Ａ００３）１０ｇをポリ乳酸（ＰＬＡ）５００ｇに加え、２５０℃のラミネート加工工程によって、薄膜（ＰＬＡ／Ａ００３）の生分解性材料を得た。
【００３３】
例４
実施例１の可塑剤（Ａ００４）１０ｇをポリ乳酸（ＰＬＡ）５００ｇに加え、１９０℃のラミネート加工工程によって、薄膜（ＰＬＡ／Ａ００４）の生分解性材料を得た。
【実施例３】
【００３４】
生分解性材料の特性
本実施形態は、本発明の効果を説明するために生分解性材料の特性について試験した結果を含む。
【００３５】
溶融指数
ＰＬＡの溶融指数は４〜８である。本発明の可塑剤を添加すると、前記ＰＬＡ溶融指数は３２〜７９に上昇する（実施例２の４種類の生分解性材料における測定値）。溶融指数の上昇は、本発明の可塑剤の添加が実施例２のラミネート加工工程等のＰＬＡ製造に貢献するものであることを示している。
【００３６】
接触角
本実施形態のコンタクトアングルは、グラシン紙表面の水滴のコンタクトアングルを測定することによって調べられた。グラシン紙表面を変性させない場合、コンタクトアングルは４０．２５°であるが（図２（Ａ））、ロッドコートによってグラシン紙表面に生分解性材料ＰＬＡ／Ａ００４が形成されると、コンタクトアングルは７０．８９°に上昇する（図２（Ｂ））。対照試験のデータとして、低濃度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）を被膜したグラシン紙のコンタクトアングルは６０．９３°である（図２（Ｃ））。これらのコンタクトアングルの結果から、本発明の生分解性材料は表面疎水性を高めることが明らかとなった。
【００３７】
温度試験
生分解性材料ＰＬＡ／Ａ００４が形成され、薄膜として生分解性食品容器（紙製）の表面に被覆された。その後、高出力マイクロ波（７５０Ｗ）に３分間照射されたが、薄膜の剥落は全く確認されなかった。マイクロ波照射の後、前記容器の８０％コンフルエンスまで水が加えられ、冷凍室に４時間放置され、室温で解凍されたが、薄膜の剥落は全く確認されなかった。その後、紙表面から前記薄膜が剥がされると、紙表面にいくつかの繊維残渣が確認された。このことは、前記薄膜と紙との間の接着が試験の前後で変化しなかったことを示している。
【００３８】
接着試験
生分解性材料ＰＬＡ／Ａ００４が紙と木の間に挟まれて結合され（紙／生分解性材料／木）、試験方法規格ＪＩＳ  Ｋ５４００に準ずる接着試験が行われた。対照試験として、紙／ＬＤＰＥ／木について同条件で試験が行われた。接着試験結果は、ＬＤＰＥでは４であり、本発明の生分解性材料では８である。この結果は、本発明の生分解性材料によって形成された薄膜が他の天然生分解性材料によく接着することを示している。
【００３９】
ガラス転移温度（Ｔｇ）、結晶化温度（Ｔｃ）、溶解温度（Ｔｍ）、分解温度（Ｔｄ）、及び溶融指数（ＭＩ）
実施例２における生分解性材料のポリマー特性が対照例のＰＬＡのポリマー特性と比較され、その結果が下記の表に示されている。
【００４０】
【表１】
0004906827.tif 000002
表１の試験データから、本発明の可塑剤は他のポリマー特性を変化させることなくＰＬＡの溶融指数を大幅に上昇させ、ＰＬＡ等の生分解性ポリマーの製造を容易にすることが明らかとなった。
【００４１】
以上より、本発明の可塑剤は、前記生分解性ポリマーの強固性、耐油性、耐水性、及び耐マイクロ波性を高め、粘着特性も従来の食品包装材よりも優れ、更に凍結状態においても剥離が生じない。本発明の可塑剤はプラスチック包装材から生分解性包装材への交代に貢献するものであり、プラスチックまたは金属基材と組合わされたこの環境にやさしい製法によって、廃棄物の発生量を減少させることができる。
【００４２】
他の実施例
本明細書に記載された全ての技術的特長は他の工程と組み合わせてもよく、各単一の技術的特長は、それらの意図する特徴と等しい、同等の、又は類似する特徴によって選択的に置き換えられてもよい。したがって、本明細書に記載された各技術的特長は、それらの意図する特徴と同等の、又は類似する特徴の一例に過ぎない。
【００４３】
本発明の好ましい実施形態が上述されたが、これらの実施形態は本発明を限定するものではない。当業者は本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、様々な変更及び変形を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の生分解性材料をラミネート加工することによって形成された薄膜を示す写真。
【図２】（Ａ）グラシン紙表面の水滴を示す写真。（Ｂ）グラシン紙表面に本発明の生分解性材料を有するグラシン紙上の水滴を示す写真。（Ｃ）グラシン紙表面に低濃度ポリエチレン薄膜を有するグラシン紙上の水滴を示す写真。
【図１】
0004906827.tif 000003
【図２】
0004906827.tif 000004