平成13年度〔2001〕№46
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

生分解性プラスチックのフィールドテスト＊
黒木泰至＊１・米山敏夫＊２・鳥越清＊３The Field Test of Biodegradable Plastics
Hiroyuki KUROKI, Toshio YONEYAMA and Kiyoshi TORIGOE
最近注目を浴びている環境に優しい生分解性プラスチックが、本県の自然環境（土壌、気候等）の中でどのように分解されるのか、平成11年度から平成13年度にかけ、板状とフィルム状のプラスチック各６種類を県内２ヶ所にそれぞれ埋設しその分解挙動を比較したところ、傾向は同じだが分解速度に違いが認められた。また、フィルム型について、製品開発のため、溶解性のPH依存と耐光性を確認したところ、顕著ではないがPHによって溶解状況の異なるものがあった。また低密度ポリエチレンに比較して耐光性が同等以上のものが多かった。
キーワード：生分解性プラスチック
１ はじめにで、ダンベル型は長さ約170mm、厚さ約３mm、生分解性プラスチックは、地球環境への負担をフ ィ ル ム 型 は 長 さ 100mm〜119mm 、 厚 さ 約軽減できる素材として、いくつかの企業が開発、0.02〜0.1mmで、バイオポールは日本モンサント、製品化を行っているが、自然環境での各素材の分

マタービーは日本合成化学、ラクティは島津製作

解挙動の差を明らかにした例は少なく、また、本所、ビオノーレは昭和高分子／昭和電工、セルグ

県ではない。市販されている代表的な生分解性プ
ラスチックの本県自然環境下での分解挙動を明ら

表１

ダンベル型試験片かにし、生分解性プラスチックを使った製品開発

プラスチック名や普及等に貢献することを目的として、平成11年

バイオポール3-ヒドロキシ酪酸 3-ヒドロキシ吉草酸共重合度から物質工学連合部会高分子分科会の共同研究

マタービー

デンプン PCLポリマーアロイに参加し、板状（以下「ダンベル型」と言う。）とラクティ

ポリ乳酸フィルム状（以下「フィルム型」と言う。）各６種

ビオノーレ

脂肪族ポリエステル類の生分解性プラスチックのフィールドテストを

セルグリーンポリ-ε-カプロラクトン行った。また、製品化のためフィルム型の耐光試

ユーペック

ポリエステルカーボネート

成分等

験及び水への溶解のPH依存性の確認試験を行った。
表２２ 実験方法

フィルム型試験片試験に供したプラスチックの種類

プラスチック名

今回、フィールドテスト等に供したプラスチッ

ビオグリーン

ポリ酪酸

マタービー

デンプン PCLポリマーアロイ

レイシア

ポリ乳酸

ビオノーレ

脂肪族ポリエステル

セルグリーンポリ-ε-カプロラクトン

ユーペック

ポリエステルカーボネート

２−１

ク（以下「試験片」と言う。
）は表１のとおり＊＊１＊２＊３（第３報）現 宮崎県衛生環境研究所
現 旭化成㈱材料開発部

成分等53生分解性プラスチックのフィールドテスト

リーンはダイセル化学工業、ユーペック及びビオ

引張速度

グリーンは三菱ガス化学、レイシアは三井化学のダンベル：バイオポール、ラクティー

5mm min製造である。

マタービー、ビオノーレ、セルグリー

２−２ン、ユーペック

フィールドテスト

２−２−１

フィルム：ビオグリーン、レイシア

試験片の埋設場所

50mm min
5mm min

マタービー、ビオノーレ、セルグリー

試験片は表３に示す埋設場所の土壌を10cm掘ン、ユーペック

り起こし、小石や草を除き平均化した後、約半分

50mm min

赤外分光分析量を埋め戻し平坦にした縦・横２mの土地に３枚を１組として埋設した。フィルム型は埋設後１週

各試験片について赤外分光分析ATR法（赤外間、２週間、４週間、８週間、12週間、16週間及

分光 光 度 計 ： ニコ レ ー 社 製 Nexus670 、ATR ：び20週間、ダンベル型は埋設後１ケ月、２ケ月、Thunderdome）で分析を行い、化学的変化につ４ケ月、８ケ月、12ケ月、16ケ月及び20ケ月のそいて確認した。

れぞれ計７回回収し各試験に供した。

２−３

表３形状

試験片の埋設状況
埋設場所

埋設期間

フィルム型 総合農業試験場本場 平成11年６月〜11月
総合農業試験場
平成12年６月
畑作園芸支場〜11月
ダンベル型 工業技術センター
総合農業試験場
茶業支場

平成11年６月〜平成13年２月
平成12年６月〜平成14年２月

溶解性のPH依存性

６種類のフィルム型試験片をそれぞれ２枚PH4.01、PH6.86及びPH9.12の３種類の緩衝液に浸し、温度50℃の条件で10日間静置した後、温度約23℃、湿度約50％で48時間以上乾燥させ重量を測定し重量保持率の変化を評価した。
２−４

耐光試験

６種類のフィルム型試験片についてスガ試験機製のカーボンアーク式耐光試験機を使い耐光試験
を行った。温度60℃の条件で試験時間は90時間、180時間及び270時間とし、回収した試験片につい２−２−２試験片の評価方法て引張試験を行い評価した。

回収した試験片は、水洗して、ある程度土壌を落とした後、約５分間程度超音波洗浄して完全に３土壌を落とし、温度約23℃、湿度約50％で48時間３−１以上乾燥させ、外観、色の変化を観察した後、測３−１−１定可能な試験片について次の項目を測定し、埋設前の値と比較した保持率を求め評価した。

結果及び考察フィールドテスト
外観及び寸法

総合農業試験場本場（以下「農試本場」と言う。
）と総合農業試験場畑作園芸支場（以下「畑作支場」

寸法と言う。）に埋設したフィルム型で最後まで原形試験片の中央部の厚さ及び幅をマイクロメーターを留めていたのはレイシアと農試本場のユーペッ等で計測した

クで、他は程度は様々だが破損されるか、畑作支重量場でのマタービーやビオノーレのように完全に消電子天秤で重量を測定した。

滅するかであった。また、農試本場と畑作支場で引張試験の分解状況を外観変化から比較すると、レイシア

JIS K7127に準じ下記条件及び算出方法で引張を除く全プラスチックで畑作支場の方が分解が進試験機（島津製作所製AG-10TD）により引張強んでいた。レイシアは特に差はなかった。また、さ（N mm ）と破断伸び（mm）を測定した。

厚さは畑作支場で、セルグリーン、マタービー及２チャック間距離

びビオノーレで各々25％、21％、15％と大きく減

ダンベル：110mm

少していた。

フィルム：50mm（セルグリーンのみ40mm）
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工業技術センター（以下「工技センター」と言生分解性プラスチックのフィールドテストう。）と総合農業試験場茶業支場（以下「茶業支場」と言う。）に埋設したダンベル型は消滅する
ものはなかったが、変色や一部破損等が確認された。いずれのプラスチックでも茶業支場で顕著で、変色はマタービー、ビオノーレ、バイオポール、セルグリーン、ユーペック、ラクティの順で速かった。また、茶業支場ではマタービーは表面が溶けたようになり、ビオノーレは表面に多くの凸凹が生じ折損し、バイオポールでは表面に多数の亀裂が生じる等の特徴を示した。幅の変化は顕著でないが、厚さは茶業支場の埋設20ヶ月目でマタービー

図２ フィルム型の重量保率持（畑作支場）
記号は図１に同じが33％減少したのが最大で、次いでビオノーレとセルグリーンが９％程度バイオポールが５％程度減少した。ユーペックとラクティの減少は認められなかった。
３−１−２

重量

外観の変化からフィルム型は明らかに畑作支場での分解が速いのを確認できたが、重量保持率でも農試本場（図１）と畑作支場（図２）の比較から畑作支場での分解の速い状況が確認できた。畑
作支場では図２のとおり保持率の減少が速いマター
ビー、セルグリーン及びビオノーレと、遅いレイ
シア及びユーペック、中間に位置するビオグリー

図３ ダンベル型の重量保持率（工技センター）□バイオポール ■マタービー△ラクティ▲ビオノーレ●セルグリーン ○ユーペック

ンの３グループに分かれた。ダンベル型でも、外観の変化から茶業支場の方が分解が速いのを確認できたが、重量保持率（図３及び４）で明らかに差が生じているのが分かる。茶業支場で図４のとおり、マタービーの減少が最も大きく、次いでビオノーレ、バイオポール及びセルグリーンで、ユーペックとラクティはほとんど変化しなかった。

図４ダンベル型の重量保持率（茶業支場）
記号は図３に同じ

３−１−３

引張試験

畑作支場でのフィルムの引張強さ保持率は図５のとおりで、20週目まで測定が可能だったのはレイシアのみで、マタービーとビオノーレは埋設後図１ フィルム型の重量保持率（農試本場）□ビオグリーン ■マタービー△レイシア▲ビオノーレ●セルグリーン ○ユーペック

急激に減少、ユーペックは埋設後６週目まで減少
したが、それ以降16週目まではあまり変動はなかった。ビオグリーンは逆に６週目までは大きな減少
55生分解性プラスチックのフィールドテストはなかったが、それ以降急激に減少した。セルグリーンはマタービーとビオノーレに次いで測定不能となったのが速かったが、両者に比べ減少は緩やかであった。畑作支場でのフィルムの破断伸び保持は図６のとおりで、試験可能時期は破断強度と同様である。マタービーとビオノーレが埋設後１週目でほぼ０と急激に減少している。またセルグリーンとユーペックが３週目でほぼ０となった。
なお、ユーペックはその後ほぼ０であったが、16週目まで測定可能であった。ビオグリーンは９週

図５フィルム型の引張強さ保持率（畑作支場）
記号は図１に同じ

図６フィルム型の破断伸び保持率（畑作支場）
記号は図１に同じ

図７

ダンベル型の引張強さ保持率（茶業支場）
記号は図３に同じ

図８ダンベル型の破断伸び保持率（茶業支場）
記号は図３に同じ

目までは57％以上の保持率を示したが、12週目以降急激に分解が進み測定不能となった。レイシア
は１週目で33％まで保持率が低下した後、20週目（15％）まで緩やかに減少した。
茶業支場でのダンベル型の引張強さ保持率は図７のとおりで、マタービーは埋設前は破断せず、埋設後破断したため、埋設前の降伏点を破断点として保持率を求めている。バイオポール、マター
ビー及びラクティは引張破断強度で、ビオノーレ、
セルグリーン及びユーペックは引張降伏強度で引張強さを評価した。マタービーは前述のとおり埋設前の降伏点を破断点として保持率を求めたため高い保持率が得られた。保持率の変動をみるとバイオポール、ビオノーレ及びユーペックに保持率の減少が認められ、特にビオノーレは折損し16ケ月以降分析ができなかった。ラクティ及びユーペッ
クはあまり変動しなかった。茶業支場でのダンベ
ル型の破断伸び保持率は図８のとおりで、引張強さ同様、マタービーは埋設前の降伏点を破断点として保持率を求めている。バイオポール、マター
ビー及びラクティは引張破断伸びで、ビオノーレ、セルグリーン及びユーペックは引張降伏伸びで破断伸びを評価した。全プラスチックで保持率の減少が確認できた。その中で、セルグリーンの変動が小さかった。また、16ヶ月目と20ヶ月目を比較すると保持率の改善が確認されたが、原因として乾燥が充分でないことが予想されたので、表面の変化に伴い乾燥時間の検討が必要と思われる。
３−１−４

赤外分光分析

フィルム型及びダンベル型いずれでもマタービー
でデンプンに由来すると思われる3,396cm−１ 、1,027cm−１ 及び1,080cm−１ の吸収の消滅 （図９に56生分解性プラスチックのフィールドテスト

図11 ビオグリーン■最大値 ●平均値 ◆最小値

図９

マタービーの赤外吸収スペクトル

図12 マタービー
記号は図11に同じ

図10

バイオポールの赤外吸収スペクトルダンベル型の例を示す。）が確認され、デンプンの流出が考えられる。また、ダンベル型のバイオ
ポールではポリヒドロキシ酪酸に由来すると思われる1,227cm−１の吸収の減少（図10）が確認され、ポリヒドロキシ酪酸の方がポリヒドロキシ吉草酸

図13 レイシア
記号は図11同じより分解が早いものと思われる。ほかのプラスチッ
クには特に顕著な変化は認められなかった。
３−２

溶解性のPH依存性

ビオグリーンの溶解性がやや大きくマタービーとレイシアで溶解性が若干認められるのを除くと他はそれほど溶解性は大きいとは言えず、明確なPH依存性は確認できなかったが、強いて言えば、ビオグリーン、レイシア及びユーペックは中性で溶解しにくく酸性及びアルカリ性で溶解しやすい。
（図11、図12、図13、図14）

図14 ビオノーレ
記号は図11に同じ

マタービー、ビオノーレ及びセルグリーンはアルカリ性側で溶解しやすい傾向があった。
57

生分解性プラスチックのフィールドテスト

３−３

耐光試験

セルグリーン及びマタービーは耐熱性が弱く60℃の条件では溶けて、評価はできなかった。
図15に示すように、対照とした低密度ポリエチ
レンに比べユーペックやセルグリーンはやや弱くビオノーレがやや強く、ビオグリーン及びレイシ
アはかなり強度を保持していた。
図15

セルグリーン
記号は図11に同じ

４まとめ
フィルム型、ダンベル型いずれも県内２ケ所でフィールドテストを行ったが、埋設場所により、分解速度に差が出来ることが確認できた。
また、外観、重量保持率等からフィルム型では、ユーペックとレイシアを除くと埋設後20週で、消滅（マタービー、セルグリーン）、またはかなり分解が進むもの（ビオノーレ、ビオグリーン）があり、また、ダンベル型でも20ヶ月で完全に消滅するものはなかったが、マタービー、ビオノーレ
及びバイオポール等かなり分解が進んでいるもの
図16 ユーペック
記号は図11に同じがあるなど素材により分解状況がかなり異なることが確認できた。
溶解性のPH依存性は顕著ではないが、わずかにPHによって溶解状況の異なるものもあり、製品開発に伴い更なる調査研究が必要と思われる。
耐光試験では、多くの素材が低密度ポリエチレン程度もしくはそれ以上の耐光性能を持っていることとマタービーとセルグリーンが熱に弱いことが確認できた。

図17 耐光試験後の引張り強さ保持率□ビオグリーン △レイシア ▲ビオノーレ●セルグリーン ○ユーペック■低密度ポリエチレン

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