JP7164279B2 - 生分解性ポリスチレン複合材及びその使用 - Google Patents
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Description
本出願の全体を通じて使用される場合、用語「ポリスチレン」とは、ポリマーの反復骨格内に少なくとも1つのスチレンモノマー連結(エチレン置換基を有するベンゼン環など)を有するスチレン系ホモポリマー又はコポリマーのことを指す。スチレン連結は、一般式:[-CH2-CH(フェニル)-]nによって表すことができる。ポリスチレンは、当業者に公知の任意の方法によって形成され得る。スチレン系ポリマーの例としては、これらに限定されるものではないが、耐衝撃性ポリスチレン(HIPS)、超耐衝撃性ポリスチレン(SHIPS)、汎用ポリスチレン(GPPS)、スチレンアクリロニトリル(SAN)、スチレンブロックコポリマー(SBC)及びアクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)がある。
デンプンは、多くの植物によって生合成され、完全に生分解性であるので、最も豊富な再生可能資源の1つである。デンプンの植物供給源としては、穀物(例えば、小麦、コーン、米)、塊茎(例えば、ジャガイモ、キャッサバ)及び豆類(例えば、エンドウ)がある。したがってデンプンは、その植物供給源によって、コーンスターチ、ジャガイモデンプン、タピオカデンプン(キャッサバ根)などと記述される。植物供給源に関係なく、天然デンプンは、大部分が直鎖アミロース及び高分枝アミロペクチンで構成され、その両方がグリコシド結合によって連結されているグルコースポリマーである。
本明細書に記述されるポリスチレン及び熱可塑性非晶質デンプンは、ブレンドすることができ、さらに、生分解性である熱可塑性複合材料へと加工することができる。ポリスチレン及び熱可塑性非晶質デンプン複合材は、「生分解性ポリスチレン複合材」とも呼ばれる。本明細書のさらなる詳細において議論されるように、そのような複合材料は、ポリスチレンの熱可塑的及び機械的性質を保持しており、従来のプラスチック装置を使用して様々な厚さ、例えば、約0.010~0.090インチ(約0.254~2.286 mm)の範囲(「約」は、所与の値の上下20%以内を意味する)の厚さのシートへと押出成形され得る。
ポリスチレン及び熱可塑性非晶質デンプンの熱可塑性複合材は、生分解性である又は堆肥化できる。本明細書で使用する場合、「生分解性」とは、生きている生物(例えば、微生物及び/又は自然環境因子)によって、好気性又は嫌気性条件下でCO2、水、メタン、無機化合物又はバイオマスに分解され得る任意の有機材料(ポリマー、又はポリマーブレンド若しくは複合材を含む)を指す。ある特定の実施形態において、本開示の複合材は、ドイツDIN及び来る欧州(CEN)規格と一致する堆肥化できるプラスチックの米国ASTM規格(ASTM D6400-99)の要件を満たす。生分解は、ASTM規格ASTM D5338、ASTM 5988、ASTM 5511、ASTM D7475、ASTM 5526又はASTM D6691を使用して測定することもできる。
本明細書に議論されるように、ポリスチレン及び熱可塑性非晶質デンプンを、処方した割当量(例えば、ESR及びNuPlastiQなどのデンプン15~45%に対してHIPSなどのポリスチレン55~85%)でブレンドし、加工(熱及び剪断力を加えることによる)して、複合材を形成することができる。1種以上の相溶化剤が、例えば、ブレンドの総重量の最大10%まで量で添加されてもよい。また、他の可塑剤を添加して、複合材の物理的及び機械的特性をさらに改質してもよい。
20%ESR、71%PS 825E、2%バイオPBS、7%SEBS 7126の複合材(試験試料2020)を調製し、着色剤又はダウンブレンドなしで030ミル(0.03インチ)(0.762 mm)厚で押出成形した。押出の間の熱プロファイルは、以下の通りだった:
030ミル(0.762 mm)シートをASTM D-638試験に供して、流れ方向(machine direction)及び幅方向(traverse direction)で引張強度を評価した。対照として、ブレンドされていないHIPS(100%PS 825E)も調製し、試験した。表4は、流れ方向のデータを示す。表5は、幅方向のデータを示す。示されるように、生分解性複合材からの押出成形シートは対照より低い引張強度を示した。
030ミル(0.762 mm)シートをASTM D-790試験に供して、流れ方向及び幅方向で曲げ強度を評価した。対照として、ブレンドされていないHIPS(100%PS 825E)も調製し、試験した。表6は、流れ方向のデータを示す。表7は、幅方向のデータを示す。示されるように、生分解性複合材からの押出成形シートは対照と同程度の曲げ強度を示した。
好気性生分解
本開示の一実施形態によるポリスチレン及び熱可塑性非晶質デンプン複合材を、その生分解性について試験した。試験を、ASTM D5538-11にしたがってEden Research Lab(Albuquerque、NM)によって実施したが、その試験は、ガス発生を考慮した高固形分好気性消化条件下でプラスチック材料の好気性生分解を測定する標準的な試験方法である。より具体的には、試験は、試験材料に曝露されたときの好気性微生物(植種源)の微生物活性のレベルをモニターする。植種源が、試験材料を栄養供給源として認識する場合は、活性の増加がガス発生の形態で記録される。CO2及びCH4などの発生したガスを、体積(例えば、水置換によって測定される)及び組成(例えば、ガスクロマトグラフによる)についてモニターする。
嫌気性生分解
嫌気性条件における生分解を、ASTM D5511にしたがって実施したが、その試験は、ガス発生を考慮した高固形分嫌気性消化条件下でプラスチック材料の嫌気性生分解を測定する標準的な試験方法である。試験を、嫌気性条件下であること以外は実施例5と類似の方式で実施した。典型的には、植種源(土壌におけるような)は、好気性及び嫌気性微生物の両方を含有する。微生物活性は異なっており、酸素レベルに応じて一方が他方を支配し得る。嫌気性条件下での生分解は、好気性条件下での生分解より一般に実質的に長くかかる。したがって、ASTM D5511手順は典型的には、埋め立て地での生分解をシミュレートする。
本発明の態様として例えば以下を挙げることができる。
[項1]
生分解性ポリスチレン複合材の押出成形シートであって、
前記生分解性ポリスチレン複合材が:
55~85%(w/w)のポリスチレン;及び
15~45%(w/w)の熱可塑性非晶質デンプン
を含み;
前記熱可塑性非晶質デンプンが、1種以上の天然デンプンに由来し、20~25度(2θ)のX線回折ピークを示さず、
押出成形シートが、厚さ0.01~0.09インチ(0.254~2.286 mm)である、押出成形シート。
[項2]
前記熱可塑性非晶質デンプンが、前記熱可塑性非晶質デンプンの1重量%(w/w)未満の水を有する、項1に記載の押出成形シート。
[項3]
前記熱可塑性非晶質デンプンが、10%未満の結晶化度を有する、項1又は2に記載の押出成形シート。
[項4]
前記熱可塑性非晶質デンプンが、1種以上の天然デンプンに由来し、前記1種以上の天然デンプンと水素結合を形成する可塑剤をさらに含む、項1から3のいずれか一項に記載の押出成形シート。
[項5]
前記可塑剤が、グリセリン、ソルビトール、グリコール、マルトデキストリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、尿素又はそれらの組合せである、項4に記載の押出成形シート。
[項6]
前記生分解性ポリスチレン複合材が、相溶化剤をさらに含む、項1から5のいずれか一項に記載の押出成形シート。
[項7]
前記相溶化剤が、スチレン-エチレン/ブチレン-スチレンである、項6に記載の押出成形シート。
[項8]
前記生分解性ポリスチレン複合材が、生分解性樹脂添加剤をさらに含む、項1から7のいずれか一項に記載の押出成形シート。
[項9]
前記生分解性樹脂添加剤が、ポリブチレンサクシネート、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリブチレートアジペートテレフタレート又はそれらの混合物である、項8に記載の押出成形シート。
[項10]
前記ポリスチレンが、ポリスチレン-ポリブタジエンコポリマーである、項1から9のいずれか一項に記載の押出成形シート。
[項11]
前記熱可塑性非晶質デンプンが、2種以上の天然デンプンのブレンドに由来する、項1から10のいずれか一項に記載の押出成形シート。
[項12]
前記ポリスチレンが、70~80%の量である、項1から11のいずれか一項に記載の押出成形シート。
[項13]
約0.01~0.03インチ(約0.254~0.762 mm)の厚さを有する項1から12のいずれか一項に記載の押出成形シート。
[項14]
約0.02~0.09インチ(約0.508~2.286 mm)の厚さを有する項1から12のいずれか一項に記載の押出成形シート。
[項15]
項1から14のいずれか一項に記載の押出成形シートの、農産物若しくは可撓性の袋の留め具などの留め具、ラベル、又はタグとしての使用。
[項16]
生分解性袋留め具であって、
アクセス隙間及び袋保持中心開口部を有する平坦樹脂製主部を含み、
前記アクセス隙間が、前記袋保持中心開口部に接続して連続的な空間を規定し、
前記平坦樹脂製主部が、項1から12のいずれか一項に記載の生分解性ポリスチレン複合材を含み;
前記平坦樹脂製主部が、0.03~0.09インチ(0.762~2.286 mm)厚である、生分解性袋留め具。
[項17]
生分解性ラベルであって、
印刷可能な表面を有する平坦樹脂製主部を含み、
前記平坦樹脂製主部が、項1から12のいずれか一項に記載の生分解性ポリスチレン複合材を含み、
前記平坦樹脂製主部が、0.01~0.03インチ(0.254~0.762 mm)厚である、生分解性ラベル。
[項18]
印刷表面の反対側の表面に接着剤を含む、項17に記載の生分解性ラベル。
Claims (36)
- 農産物若しくは可撓性の袋の留め具などの留め具、ラベル、又はタグとしての押出成形シートの使用であって、
前記押出成形シートが、生分解性ポリスチレン複合材を含み、
前記生分解性ポリスチレン複合材が:
55~85%(w/w)のポリスチレン;及び
15~45%(w/w)の熱可塑性非晶質デンプン
を含み;
前記熱可塑性非晶質デンプンが、エステル化なしに1種以上の天然デンプンに由来し、前記熱可塑性非晶質デンプンの1重量%未満の水含有量を有し、20~25度(2θ)のX線回折ピークを示さず、
押出成形シートが、厚さ0.01~0.09インチ(0.254~2.286 mm)である、押出成形シートの使用。 - 前記熱可塑性非晶質デンプンが、10%未満の結晶化度を有する、請求項1に記載の押出成形シートの使用。
- 前記熱可塑性非晶質デンプンが、1種以上の天然デンプンに由来し、前記1種以上の天然デンプンと水素結合を形成する可塑剤をさらに含む、請求項1又は2に記載の押出成形シートの使用。
- 前記可塑剤が、グリセリン、ソルビトール、グリコール、マルトデキストリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、尿素又はそれらの組合せである、請求項3に記載の押出成形シートの使用。
- 前記生分解性ポリスチレン複合材が、相溶化剤をさらに含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の押出成形シートの使用。
- 前記相溶化剤が、スチレン-エチレン/ブチレン-スチレンである、請求項5に記載の押出成形シートの使用。
- 前記生分解性ポリスチレン複合材が、生分解性樹脂添加剤をさらに含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の押出成形シートの使用。
- 前記生分解性樹脂添加剤が、ポリブチレンサクシネート、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリブチレートアジペートテレフタレート又はそれらの混合物である、請求項7に記載の押出成形シートの使用。
- 前記ポリスチレンが、ポリスチレン-ポリブタジエンコポリマーである、請求項1から8のいずれか一項に記載の押出成形シートの使用。
- 前記熱可塑性非晶質デンプンが、2種以上の天然デンプンのブレンドに由来する、請求項1から9のいずれか一項に記載の押出成形シートの使用。
- 前記ポリスチレンが、前記生分解性ポリスチレン複合材の70~80%の量である、請求項1から10のいずれか一項に記載の押出成形シートの使用。
- 約0.01~0.03インチ(約0.254~0.762 mm)の厚さを有する請求項1から11のいずれか一項に記載の押出成形シートの使用。
- 約0.02~0.09インチ(約0.508~2.286 mm)の厚さを有する請求項1から11のいずれか一項に記載の押出成形シートの使用。
- 生分解性袋留め具であって、
アクセス隙間及び袋保持中心開口部を有する平坦樹脂製主部を含み、
前記アクセス隙間が、前記袋保持中心開口部に接続して連続的な空間を規定し、
前記平坦樹脂製主部が、0.02~0.09インチ(0.508~2.286 mm)厚であり、
前記平坦樹脂製主部が:
55~85%(w/w)のポリスチレン;及び
15~45%(w/w)の熱可塑性非晶質デンプン
を含む生分解性ポリスチレン複合材の押出成形シートを含み;
前記熱可塑性非晶質デンプンが、エステル化なしに1種以上の天然デンプンに由来し、前記熱可塑性非晶質デンプンの1重量%未満の水含有量を有し、20~25度(2θ)のX線回折ピークを示さない、生分解性袋留め具。 - 前記熱可塑性非晶質デンプンが、10%未満の結晶化度を有する、請求項14に記載の生分解性袋留め具。
- 前記熱可塑性非晶質デンプンが、1種以上の天然デンプンに由来し、前記1種以上の天然デンプンと水素結合を形成する可塑剤をさらに含む、請求項14又は15に記載の生分解性袋留め具。
- 前記可塑剤が、グリセリン、ソルビトール、グリコール、マルトデキストリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、尿素又はそれらの組合せである、請求項16に記載の生分解性袋留め具。
- 前記生分解性ポリスチレン複合材が、相溶化剤をさらに含む、請求項14から17のいずれか一項に記載の生分解性袋留め具。
- 前記相溶化剤が、スチレン-エチレン/ブチレン-スチレンである、請求項18に記載の生分解性袋留め具。
- 前記生分解性ポリスチレン複合材が、生分解性樹脂添加剤をさらに含む、請求項14から19のいずれか一項に記載の生分解性袋留め具。
- 前記生分解性樹脂添加剤が、ポリブチレンサクシネート、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリブチレートアジペートテレフタレート又はそれらの混合物である、請求項20に記載の生分解性袋留め具。
- 前記ポリスチレンが、ポリスチレン-ポリブタジエンコポリマーである、請求項14から21のいずれか一項に記載の生分解性袋留め具。
- 前記熱可塑性非晶質デンプンが、2種以上の天然デンプンのブレンドに由来する、請求項14から22のいずれか一項に記載の生分解性袋留め具。
- 前記ポリスチレンが、前記生分解性ポリスチレン複合材の70~80%の量である、請求項14から23のいずれか一項に記載の生分解性袋留め具。
- 生分解性ラベルであって、
印刷可能な表面を有する平坦樹脂製主部を含み、
前記平坦樹脂製主部が、生分解性ポリスチレン複合材の押出成形シートを含み、
前記平坦樹脂製主部が、0.01~0.03インチ(0.254~0.762 mm)厚であり、
前記生分解性ポリスチレン複合材が:
55~85%(w/w)のポリスチレン;及び
15~45%(w/w)の熱可塑性非晶質デンプンを含み;
前記熱可塑性非晶質デンプンが、エステル化なしに1種以上の天然デンプンに由来し、前記熱可塑性非晶質デンプンの1重量%未満の水含有量を有し、20~25度(2θ)のX線回折ピークを示さない、生分解性ラベル。 - 前記熱可塑性非晶質デンプンが、10%未満の結晶化度を有する、請求項25記載の生分解性ラベル。
- 前記熱可塑性非晶質デンプンが、1種以上の天然デンプンに由来し、前記1種以上の天然デンプンと水素結合を形成する可塑剤をさらに含む、請求項25又は26に記載の生分解性ラベル。
- 前記可塑剤が、グリセリン、ソルビトール、グリコール、マルトデキストリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、尿素又はそれらの組合せである、請求項27に記載の生分解性ラベル。
- 前記生分解性ポリスチレン複合材が、相溶化剤をさらに含む、請求項25から28のいずれか一項に記載の生分解性ラベル。
- 前記相溶化剤が、スチレン-エチレン/ブチレン-スチレンである、請求項29に記載の生分解性ラベル。
- 前記生分解性ポリスチレン複合材が、生分解性樹脂添加剤をさらに含む、請求項25から30のいずれか一項に記載の生分解性ラベル。
- 前記生分解性樹脂添加剤が、ポリブチレンサクシネート、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリブチレートアジペートテレフタレート又はそれらの混合物である、請求項31に記載の生分解性ラベル。
- 前記ポリスチレンが、ポリスチレン-ポリブタジエンコポリマーである、請求項25から32のいずれか一項に記載の生分解性ラベル。
- 前記熱可塑性非晶質デンプンが、2種以上の天然デンプンのブレンドに由来する、請求項25から33のいずれか一項に記載の生分解性ラベル。
- 前記ポリスチレンが、前記生分解性ポリスチレン複合材の70~80%の量である、請求項25から34のいずれか一項に記載の生分解性ラベル。
- 印刷表面の反対側の表面に接着剤を含む、請求項25に記載の生分解性ラベル。
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