JP2003092926A - 生分解性軽量土壌およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量かつ機械的強度に優れ、植物の生育に悪
影響を及ぼさない生分解性ポリエステル樹脂からなる土
壌を提供する。 【構成】 α−及び／又はβ−ヒドロキシカルボン酸単
位を５０モル％以上含有する生分解性ポリエステルから
なり、みかけ比重が０．９ｇ／ｃｍ³以下である生分解
性軽量土壌。α−及び／又はβ−ヒドロキシカルボン酸
単位を５０モル％以上含有する生分解性ポリエステル樹
脂１００質量部を、熱分解型発泡剤又は揮発型発泡剤
０．０１〜３０質量部により発泡させる生分解性軽量土
壌の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は生分解性を有し、軽
量かつ機械的強度に優れ、植物の生育に悪影響を及ぼさ
ない生分解性ポリエステル樹脂からなる土壌に関する。

【０００２】

【従来の技術】植物の生育やガーデニング・庭園作り・
農作業などに用いられる砂、土、石および岩等の土壌に
ついては、運搬や植え替え、屋上への設置といったさま
ざまな場面で、軽量化の要求が強い。従来は、比較的比
重の低い珪藻土や鹿沼土など天然のもののほか、黒曜石
や真珠岩パーライトを加工したもの、多孔質ガラスビー
ズや発泡スチロールなど人工的なものなどが使われてき
た。

【０００３】これらのうち、珪藻土や鹿沼土など天然の
もの、黒曜石や真珠岩および多孔質ガラスビーズは、比
重が十分に低くないという問題点があった。また、発泡
スチロールなどのように樹脂を発泡させた人工的なもの
は、比重は十分低く、軽量化はできるものの、土壌中に
長期にわたって残存し、不要になった場合にゴミとして
土壌中に取り残されることになり、環境面などで問題が
あった。

【０００４】そこで近年、生分解性樹脂を使用した軽量
土壌が作られるようになった。しかしながら、たとえば
特開平７−２６２６２号公報には、グリコールと脂肪族
二塩基酸から合成された粒状物が発泡体であるときに軽
量化が図られることが開示されているが、グリコールと
脂肪族二塩基酸から合成された生分解性樹脂は強度が十
分に高くなく、特に発泡倍率が高くなった場合に問題と
なるものであった。

【０００５】これ以外に、セルロースを用いた軽量土壌
が特開２０００−８６７９３号公報、２０００−３４４
９２６号公報、２００１−２１１７４１号公報に開示さ
れているが、これらは炭化させる必要があったり、基本
骨格がセルロースであるため、虫などに侵されやすいな
どの欠点を有していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決しようとするものであり、生分解性を有し、軽
量であり、かつ機械的強度に優れ、植物の生育に悪影響
を及ぼさない生分解性ポリエステル樹脂からなる土壌を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、α−及
び／又はβ−ヒドロキシカルボン酸単位を５０モル％以
上含有する生分解性ポリエステル樹脂を溶融混練して作
製した、みかけ比重が０．９ｇ／ｃｍ³以下の軽量化さ
れた生分解性土壌が問題を解決することを見いだし、本
発明に到達した。

【０００８】すなわち本発明の要旨は、次のとおりであ
る。 （１）α−及び／又はβ−ヒドロキシカルボン酸単位を
５０モル％以上含有する生分解性ポリエステル樹脂から
なり、みかけ比重が０．９ｇ／ｃｍ³以下であることを
特徴とする生分解性軽量土壌。 （２）α−ヒドロキシカルボン酸単位が、Ｄ−乳酸及び
／又はＬ−乳酸であることを特徴とする上記（１）記載
の生分解性軽量土壌。 （３）α−及び／又はβ−ヒドロキシカルボン酸単位を
５０モル％以上含有する生分解性ポリエステル樹脂１０
０質量部を、熱分解型発泡剤又は揮発型発泡剤０．０１
〜３０質量部により発泡させることを特徴とする上記
（１）又は（２）記載の生分解性軽量土壌の製造方法。 （４）生分解性ポリエステル樹脂１００質量部を、架橋
剤０．０１〜１０質量部により架橋させた後、発泡させ
ることを特徴とする上記（３）記載の生分解性軽量土壌
の製造方法。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に用いる生分解性ポリエステル樹脂は、α−及び
／又はβ−ヒドロキシカルボン酸単位を５０モル％以上
含有する必要がある。α−及び／又はβ−ヒドロキシカ
ルボン酸単位が５０モル％未満であると、得られる生分
解性軽量土壌の機械的強度が低いものとなる。α−及び
／又はβ−ヒドロキシカルボン酸単位の例としては、Ｄ
−乳酸、Ｌ−乳酸、又はこれらの混合物、グリコール
酸、３−ヒドロキシ酪酸、３−ヒロドキシ吉草酸、３−
ヒドロキシカプロン酸等が挙げられる。

【００１０】従って本発明に用いる生分解性ポリエステ
ル樹脂として好ましいのは、ポリ乳酸、ポリグリコール
酸、ポリ（３−ヒドロキシ酪酸）、ポリ（３−ヒロドキ
シ吉草酸）、ポリ（３−ヒドロキシカプロン酸）、及び
これらの共重合体、及びこれらの混合物等である。これ
らの中で、ポリ乳酸は成形加工性に優れ、また低コスト
で入手容易であるため、さらに好ましい。

【００１１】ここで用いられる生分解性ポリエステル樹
脂は通常公知の溶融重合法で、あるいはさらに固相重合
法を併用して製造される。また、ポリ（３−ヒドロキシ
酪酸）及びポリ（３−ヒロドキシ吉草酸）等については
微生物による生産も可能である。

【００１２】本発明に用いる生分解性ポリエステル樹脂
には、ポリ（α−及び／又はβ−ヒドロキシカルボン
酸）の耐熱性を大幅に損ねない範囲で、必要に応じてそ
の他の生分解性樹脂成分を共重合ないしは混合すること
もできる。その他の生分解性樹脂としては、ポリ（エチ
レンサクシネート）やポリ（ブチレンサクシネート）等
に代表されるジオールとジカルボン酸からなる脂肪族ポ
リエステル、ポリ（ε−カプロラクトン）に代表される
ポリ（ω−ヒドロキシアルカノエート）、さらに芳香族
成分を含んでいても生分解を示すポリ（ブチレンサクシ
ネート−ｃｏ−ブチレンテレフタレート）や（ブチレン
アジペート−ｃｏ−ブチレンテレフタレート）の他、ポ
リエステルアミド、ポリエステルカーボネート、デンプ
ンなどの多糖類等が挙げられる。

【００１３】本発明で用いる生分解性ポリエステル樹脂
の分子量としては特に制限はないが、重量平均分子量が
３万以上、１００万以下であることが好ましく、さらに
は５万以上、１００万以下であることが好ましい。重量
平均分子量が３万未満である場合には樹脂の溶融粘度が
低すぎるので好ましくない。逆に、これが１００万を超
える場合には樹脂の成形性が急速に低下するので好まし
くない。

【００１４】本発明において、軽量な土壌を製造する方
法としては、生分解性ポリエステル樹脂を発泡させ、多
孔体化する方法が望ましい。孔は使用条件によって独立
気泡にも連通孔にも調整することが可能である。具体的
に軽量土壌を得る方法として、（１）生分解性ポリエス
テル樹脂から微粒子を作製後、水や有機溶剤などを含浸
させ、圧力や温度を変化させて発泡させて得る方法、
（２）混練機を用いて生分解性ポリエステル樹脂を溶融
混練し、これに分解型発泡剤や揮発型発泡剤を添加して
発泡させ、次いで土壌として必要な大きさに調整する方
法がある。特に後者の方法は、押出機型装置を用いて必
要な径の発泡ストランドを調製し、次いでこれを必要な
長さに切断すれば、連続的に軽量土壌を生産できること
から望ましい方法である。

【００１５】上記分解型発泡剤の例としては、アゾジカ
ルボンアミドやバリウムアゾジカルボキシレートに代表
されるアゾ化合物、Ｎ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレ
ンテトラミンに代表されるニトロソ化合物、４，４’−
オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）やヒドラ
ジカルボンアミドに代表されるヒドラジン化合物、ある
いは炭酸水素ナトリウムなどの無機化合物などを挙げる
ことが出来る。

【００１６】また、揮発型発泡剤を用いる場合は、押出
機途中から注入して発泡させる方法が有効である。この
場合の発泡剤としては、窒素、二酸化炭素、水等の無機
化合物や、メタン、エタン、ブタンなどの炭化水素化合
物、フロン化合物、エタノールやメタノール等のアルコ
ール類に代表される有機溶媒などを挙げることが出来
る。発泡剤の使用量は、生分解性ポリエステル樹脂１０
０質量部に対し０．０１〜３０質量部であることが好ま
しい。発泡剤の添加量が３０質量部を超えると、破泡し
やすい場合があり、またコスト高になるので好ましくな
い。

【００１７】生分解性ポリエステル樹脂の発泡において
は、生分解性ポリエステル樹脂をそのまま用いてもよい
が、気泡を細かくする場合や、高発泡率にする場合など
は、架橋したり、他の超高分子量ポリマーを添加しても
よい。架橋剤としては、特に限定されないが、多価イソ
シアネート化合物、（メタ）アクリレート化合物、多価
カルボン酸化合物、多価エポキシ化合物などが挙げられ
る。架橋に際して、過酸化物を併用してもかまわない。
また、透水性や保水性を持たせるため、連通孔を作製す
るためには、架橋剤や過酸化物をできるだけ減らすこと
が好ましい。

【００１８】架橋剤を配合する場合、その量は生分解性
ポリエステル１００質量部に対して０．０１〜１０質量
部、好ましくは０．０５〜５質量部である。１０質量部
を超える場合には架橋の度合いが強すぎて、操業性に支
障が出るため好ましくない。

【００１９】過酸化物の配合量は生分解性ポリエステル
樹脂１００質量部に対して０．０１〜１０質量部、好ま
しくは０．１〜５質量部である。１０質量部を超える場
合には未反応部分が多くなり、コスト面で好ましくな
い。なお、架橋剤／過酸化物により変性したポリ乳酸の
生分解性は本範囲内であれば、若干分解速度が低下する
が、生分解性が損なわれるわけではない。

【００２０】本発明の生分解性軽量土壌のみかけ比重
は、その用途によって最適値は異なるが、軽量化の効果
を持たせるためには０．９ｇ／ｃｍ³以下でなければな
らない。好ましくは０．０１〜０．８ｇ／ｃｍ³の範囲
であり、より好ましくは０．０２〜０．７ｇ／ｃｍ³の
範囲である。０．０１ｇ／ｃｍ³よりもみかけ比重が低
いと、風にとばされるなどするため好ましくない。みか
け比重は、発泡剤の濃度と発泡条件によってコントロー
ルすることができる。

【００２１】本発明の生分解性軽量土壌の圧縮強度は、
１０％変形時において０．３〜２０ＭＰａであることが
望ましい。０．３ＭＰａよりも低い１０％変形時圧縮強
度では、土や石として使用しているときに破壊される可
能性があり、植物体の支持が困難になる場合がある。２
０ＭＰａよりも大きな値にすることは困難である。ま
た、圧縮弾性率は５０ＭＰａ〜２ＧＰａであることが望
ましい。５０ＭＰａ未満では、使用上の強度面で問題が
あり、２ＧＰａよりも大きくすると、もろくなって好ま
しくない。

【００２２】本発明において、生分解性ポリエステル樹
脂にはその特性を大きく損なわない限りにおいて、顔
料、熱安定剤、酸化防止剤、耐候剤、難燃剤、可塑剤、
滑剤、離型剤、帯電防止剤、充填材等を添加することも
可能である。熱安定剤や酸化防止剤としては、たとえば
ヒンダードフェノール類、リン化合物、ヒンダードアミ
ン、イオウ化合物、銅化合物、アルカリ金属のハロゲン
化物あるいはこれらの混合物を使用することができる。
無機充填材としては、タルク、炭酸カルシウム、炭酸亜
鉛、ワラストナイト、シリカ、アルミナ、酸化マグネシ
ウム、ケイ酸カルシウム、アルミン酸ナトリウム、アル
ミン酸カルシウム、アルミノ珪酸ナトリウム、珪酸マグ
ネシウム、ガラスバルーン、カーボンブラック、酸化亜
鉛、三酸化アンチモン、ゼオライト、ハイドロタルサイ
ト、金属繊維、金属ウイスカー、セラミックウイスカ
ー、チタン酸カリウム、窒化ホウ素、グラファイト、ガ
ラス繊維、炭素繊維等が挙げられる。有機充填材として
は、澱粉、セルロース微粒子、木粉、おから、モミ殻、
フスマ等の天然に存在するポリマーやこれらの変性品が
挙げられる。

【００２３】なお、本発明の生分解性ポリエステル樹脂
に、他の熱可塑性樹脂や上記充填材等を混合する方法は
特に限定されるものではなく、通常の加熱溶融後、例え
ば、従来より知られている一軸押出機、二軸押出機、ロ
ール混練機、ブラベンダー等を用いる混練法によって混
練するとよい。また、スタティックミキサーやダイナミ
ックミキサーを併用することも効果的である。

【００２４】

【実施例】以下本発明を実施例によりさらに具体的に説
明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではな
い。

【００２５】実施例及び比較例の評価に用いた測定法は
次のとおりである。 （１）分子量：示差屈折率検出器を備えたゲル浸透クロ
マトグラフィ（ＧＰＣ）装置（島津製作所製）を用い、
テトラヒドロフランを溶出液として４０℃で標準ポリス
チレン換算で求めた。 （２）圧縮強度および弾性率：ＪＩＳ Ｋ７２２０に準
じて、圧縮強度測定器（インテスコ社製）にて測定し
た。 （３）みかけ比重：得られた発泡体を水中に浸漬した際
に増加する体積で、発泡体の質量を割って算出した。 （４）発泡倍率：得られた発泡体を水中に浸漬した際に
増加する体積と、発泡体の質量と樹脂の真密度から求ま
る体積との比から算出した。

【００２６】実施例１ 発泡核剤としてタルク（林化成製、平均粒径２．５μ
ｍ）０．５質量部を添加したポリ乳酸（カーギルダウ製
ＮａｔｕｒｅＷｏｒｋｓ４０３０Ｄ、重量平均分子量２
０万、Ｌ体９９％、Ｄ体１％：樹脂Ａ）１００質量部
を、成形機（池貝製二軸押出成形機ＰＣＭ−３０、ダイ
ス直径４ｍｍ×３孔、押出ヘッド温度；２００℃、ダイ
出口温度；１８０℃）に供給した。成形機途中からポン
プを用いて、架橋剤としてポリエチレングリコールジメ
タクリレート（日本油脂製：ＰＥＧＭ）、及び過酸化物
としてジ−ｔ−ブチルパーオキサイド（日本油脂製）を
それぞれ０．５質量部注入し、押出し、ペレット状に加
工した。この架橋樹脂ペレットをいったん乾燥した後、
発泡剤として液化炭酸ガスを用い、成形機（池貝製二軸
押出成形機ＰＣＭ−３０、吐出孔径１ｍｍΦ、押出溶融
温度；２００℃、ダイ出口温度；１６０℃）を用い、連
続発泡ストランドを作製した。吐出した発泡ストランド
は、カッターで３ｍｍの長さにカットした。得られた発
泡ペレットのみかけ比重、発泡倍率を表１に示した。

【００２７】実施例２ 架橋剤及び過酸化物をそれぞれ樹脂１００質量部に対し
て０．１質量部、および０．２質量部となるよう注入し
た以外は実施例１と同様の実験を行った。

【００２８】実施例３ 架橋剤としてヘキサメチレンジイソシアネート（和光純
薬製：ＨＭＤＩ）を用いた以外は実施例２と同様の実験
を行った。

【００２９】実施例４ 架橋剤および過酸化物をまったく用いなかった以外は実
施例１と同様の実験を行った。

【００３０】実施例５〜８ 樹脂Ａのかわりに、ポリ乳酸（カーギルダウ製Ｎａｔｕ
ｒｅＷｏｒｋｓ４０６０Ｄ、重量平均分子量１８万、Ｌ
体９０％、Ｄ体１０％：樹脂Ｂ）を用いた以外は実施例
１〜４と同様の実験を行った。

【００３１】実施例９〜１２ 樹脂Ａのかわりに、ポリ乳酸（カーギルダウ製Ｎａｔｕ
ｒｅＷｏｒｋｓ５０３９Ｂ、重量平均分子量１８万、Ｌ
体８０％、Ｄ体２０％：樹脂Ｃ）を用いた以外は実施例
１〜４と同様の実験を行った。

【００３２】実施例１３〜１６ 生分解性ポリエステル樹脂として、樹脂Ａ８０質量部と
ポリブチレンサクシネート（昭和高分子製ビオノーレ１
０１０、重量平均分子量１６万：ＰＢＳ）２０質量部を
用いた以外は実施例１〜４と同様の実験を行った。

【００３３】実施例１７ 実施例１で得られた架橋樹脂ペレット１００質量部を用
い、発泡剤として化学熱分解型のアゾジカルボンアミド
系発泡剤（永和化成製ＳＷ７）を３質量部添加し、成形
機（池貝製二軸押出成形機ＰＣＭ−３０、吐出孔径３ｍ
ｍΦ、押出溶融温度；２１０℃、ダイ出口温度；１５０
℃）を用い、連続発泡ストランドを作製し、実施例１と
同様にして発泡ペレットを得た。

【００３４】比較例１〜４ 生分解性ポリエステル樹脂として樹脂Ａ２０質量部とＰ
ＢＳ８０質量部を用いた以外は実施例１〜４と同様の実
験を行った。

【００３５】

【表１】

【００３６】実施例で得られた発泡ペレットは、圧縮強
度・弾性率に優れ、軽量化が図られていた。一方、比較
例で得られた発泡ペレットは、生分解性ポリエステル樹
脂に含有するヒドロキシカルボン酸単位が少ないため、
圧縮強度・弾性率に劣るものであった。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、生分解性を有し、軽量
であり、機械的強度に優れ、また、植物の生育に悪影響
を及ぼすことがなく、大きさに応じて種々の砂、石、岩
等として用いることができる土壌を提供することが可能
となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早瀬 茂 京都府宇治市宇治小桜23番地 ユニチカ株 式会社中央研究所内 (72)発明者 矢野 拓磨 京都府宇治市宇治小桜23番地 ユニチカ株 式会社中央研究所内 (72)発明者 吉村 和子 京都府宇治市宇治小桜23番地 ユニチカ株 式会社中央研究所内 Ｆターム(参考） 2B022 AA05 BA01 BA21 BB01 4F074 AA67 AA68 BA01 BA13 BA31 BA32 BB02 BB03 BB12 BB28 CA22 CB52 CC04Y CC06X CC22X DA24 DA59

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 α−及び／又はβ−ヒドロキシカルボン
   酸単位を５０モル％以上含有する生分解性ポリエステル
   樹脂からなり、みかけ比重が０．９ｇ／ｃｍ ³以下であ
   ることを特徴とする生分解性軽量土壌。
2. 【請求項２】 α−ヒドロキシカルボン酸単位が、Ｄ−
   乳酸及び／又はＬ−乳酸であることを特徴とする請求項
   １記載の生分解性軽量土壌。
3. 【請求項３】 α−及び／又はβ−ヒドロキシカルボン
   酸単位を５０モル％以上含有する生分解性ポリエステル
   樹脂１００質量部を、熱分解型発泡剤又は揮発型発泡剤
   ０．０１〜３０質量部により発泡させることを特徴とす
   る請求項１又は２記載の生分解性軽量土壌の製造方法。
4. 【請求項４】 生分解性ポリエステル樹脂１００質量部
   を、架橋剤０．０１〜１０質量部により架橋させた後、
   発泡させることを特徴とする請求項３記載の生分解性軽
   量土壌の製造方法。