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課題

使用済プラスチック製品の処理問題を解決し、耐久性を向上させたポリ乳酸製成型品においても、使用後には速やかに分解させることができるポリ乳酸製成型品の分解方法を提供する。

解決手段

ポリ乳酸を主成分とする成型品に対して0.1〜100質量倍アルカリ性物質および/またはその溶液をこの成型品に散布するか、または、pHが9以上のアルカリ性物質溶液にこの成型品を浸漬して、この成型品をアルカリ性物質により分解する。

概要

背景

近年、プラスチック製品は、日常生活のみならず、あらゆる産業資材に用いられており、その用途は拡大するばかりである。また、これに伴い、使用済みプラスチック製品ゴミ処理場だけでなく自然環境溢れるようになり、深刻な環境問題を引き起こしている。このため、使用済みプラスチック製品の処理対策要望は高まる一方である。

現代農業では、消費者ニーズ応えるために、高品質農作物低コスト栽培することが以前にも増して重要になっている。このため、安価でかつ高機能を有するプラスチック製の農業資材が種々大量に使用されており、必要不可欠なものとなっている。これらのプラスチック製農業資材は、農作物の収穫後回収が煩雑であり、また回収したとしても土、農薬肥料等といった多くのものが付着しており、リサイクルに供し得るものではない。さらに、これらのプラスチック製農業資材の多くは、ポリ塩化ビニル製ポリエチレン製、ポリプロピレン製ポリスチレン製ポリエステル製等のものが多く、農地放置した場合は永久的に残存し、土壌に悪影響を与えるだけでなく、農作業の妨げにもなる。このため、これらのプラスチック製農業資材の多くは、使用後は農地で野焼きされており、ダイオキシン等を排出し環境問題を引き起こしているのが現状である。

このような廃棄処理問題に対応するため、農業資材に生分解性樹脂であるポリ乳酸を用いることが試みられている。生分解性樹脂を農業資材に用いる場合、作物栽培時には通常の使用に耐えられることが要求されるため、これには一定の耐久性耐候性が付与されている。このため、使用済みのポリ乳酸成型品が自然環境中で分解するには長時間を要し、農地に放置した場合には、次の作物植え付け時に至っても分解されていないので、作業前にこれらを取り除き分解するまで放置しておく必要があり、廃棄物処理問題根本的な解決になっていない。

概要

使用済のプラスチック製品の処理問題を解決し、耐久性を向上させたポリ乳酸製成型品においても、使用後には速やかに分解させることができるポリ乳酸製成型品の分解方法を提供する。

ポリ乳酸を主成分とする成型品に対して0.1〜100質量倍アルカリ性物質および/またはその溶液をこの成型品に散布するか、または、pHが9以上のアルカリ性物質溶液にこの成型品を浸漬して、この成型品をアルカリ性物質により分解する。

目的

本発明は、上記のように現在問題となっている使用後のプラスチック製品の廃棄物処理問題を解決し、耐久性を向上させたポリ乳酸製成型品においても、使用後には速やかに分解させることができるポリ乳酸製成型品の分解方法を提供するものである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

ポリ乳酸を主成分とする成型品に対して0.1〜100質量倍アルカリ性物質および/またはその溶液をこの成型品に散布するか、または、pHが9以上のアルカリ性物質溶液にこの成型品を浸漬して、この成型品をアルカリ性物質により分解することを特徴とするポリ乳酸製成型品の分解方法

請求項2

アルカリ性物質が、その飽和水溶液のpHが9以上を示す物質であることを特徴とする請求項1記載のポリ乳酸製成型品の分解方法。

請求項3

アルカリ性物質がCaOおよび/またはCa(OH)2を主成分とすることを特徴とする請求項1または2記載のポリ乳酸製成型品の分解方法。

請求項4

ポリ乳酸を主成分とする成型品が農業資材であることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項記載のポリ乳酸製成型品の分解方法。

請求項5

農業資材が、マルチフィルムトンネルマルチ、べた掛け誘引紐結束紐留め具育苗シート育苗ポット結束バンドのいずれかであることを特徴とする請求項4記載のポリ乳酸製成型品の分解方法。

技術分野

0001

本発明はポリ乳酸製フィルム、不織布、バンドシート、網、発泡体等のポリ乳酸製成型品分解方法に関するものである。

背景技術

0002

近年、プラスチック製品は、日常生活のみならず、あらゆる産業資材に用いられており、その用途は拡大するばかりである。また、これに伴い、使用済みプラスチック製品ゴミ処理場だけでなく自然環境溢れるようになり、深刻な環境問題を引き起こしている。このため、使用済みプラスチック製品の処理対策要望は高まる一方である。

0003

現代農業では、消費者ニーズ応えるために、高品質農作物低コスト栽培することが以前にも増して重要になっている。このため、安価でかつ高機能を有するプラスチック製の農業資材が種々大量に使用されており、必要不可欠なものとなっている。これらのプラスチック製農業資材は、農作物の収穫後回収が煩雑であり、また回収したとしても土、農薬肥料等といった多くのものが付着しており、リサイクルに供し得るものではない。さらに、これらのプラスチック製農業資材の多くは、ポリ塩化ビニル製ポリエチレン製、ポリプロピレン製ポリスチレン製ポリエステル製等のものが多く、農地放置した場合は永久的に残存し、土壌に悪影響を与えるだけでなく、農作業の妨げにもなる。このため、これらのプラスチック製農業資材の多くは、使用後は農地で野焼きされており、ダイオキシン等を排出し環境問題を引き起こしているのが現状である。

0004

このような廃棄処理問題に対応するため、農業資材に生分解性樹脂であるポリ乳酸を用いることが試みられている。生分解性樹脂を農業資材に用いる場合、作物栽培時には通常の使用に耐えられることが要求されるため、これには一定の耐久性耐候性が付与されている。このため、使用済みのポリ乳酸成型品が自然環境中で分解するには長時間を要し、農地に放置した場合には、次の作物植え付け時に至っても分解されていないので、作業前にこれらを取り除き分解するまで放置しておく必要があり、廃棄物処理問題根本的な解決になっていない。

発明が解決しようとする課題

0005

本発明は、上記のように現在問題となっている使用後のプラスチック製品の廃棄物処理問題を解決し、耐久性を向上させたポリ乳酸製成型品においても、使用後には速やかに分解させることができるポリ乳酸製成型品の分解方法を提供するものである。

課題を解決するための手段

0006

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、使用後のポリ乳酸製農業資材を、土壌中及び土壌表面に放置しこれにアルカリ性物質散布するか、または、使用後のポリ乳酸製農業資材を、アルカリ性物質溶液に浸漬することにより、上記課題が解決できることを見出し本発明に到達した。

0007

すなわち、本発明は、ポリ乳酸を主成分とする成型品に対して0.1〜100質量倍のアルカリ性物質および/またはその溶液をこの成型品に散布するか、または、pHが9以上のアルカリ性物質溶液にこの成型品を浸漬して、この成型品をアルカリ性物質により分解することを特徴とするポリ乳酸製成型品の分解方法を要旨とするものである。

発明を実施するための最良の形態

0008

以下、本発明について詳細に説明する。ポリ乳酸は、通常の使用環境下では合成樹脂と同等の特性を有し、使用状態も変わらないが、廃棄環境下において分解性を示す。ポリ乳酸の分解機構は、一般に2段階で行われると言われている。すなわち、初期段階としての加水分解による単純な分子切断による分子量低下と、後期段階としての微生物存在下での酵素分解による炭酸ガスと水への分解である。しかし、初期段階の加水分解による低分子量化を十分行っていないと後期段階の酵素分解はほとんど進行しないと言われている。したがって、ポリ乳酸を分解させるために最も重要なことは、初期段階の低分子量化を進行させる加水分解をいかに効率よく行うかである。本発明では、ポリエステルの一種であるポリ乳酸製の成型品に0.1〜100質量倍のアルカリ性物質および/またはその溶液を直接散布するか、またはpHが9以上のアルカリ性物質溶液にポリ乳酸製の成型品を浸漬することにより、その加水分解性をより加速させることが可能となる。

0009

本発明に用いられるアルカリ性物質は、その飽和水溶液のpHが9以上を示す物質が好ましく、10以上を示す物質がさらに好ましい。pHが9未満のものは、加水分解速度促進効果が低く好ましくない。

0010

アルカリ性物質の具体例としては、アルカリ金属酸化物水酸化物フッ化物過酸化物炭酸塩重炭酸塩硝酸塩およびアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物であり、これらは固体状あるいは水溶液アルコール溶液等の溶液状で用いられる。この中でも、KOH、K2O、K2O2、K2CO3、Na2O2、Na2CO3、NaOH、NaHCO3、CaO、Ca(OH)2、CaCO3、MgO、Mg(OH)2が好ましく、CaO、Ca(OH)2が特に好ましい。その理由は、CaO、Ca(OH)2は土壌改質剤として散布される消石灰の主成分で安価で入手することができるためである。また、これらは水に触れることで表面が強アルカリ性となるが、水への溶解度が低く長期間土壌に残留するため、雨等によりポリ乳酸製成型品に付着したアルカリ性溶液が流されても、すぐに補給することができるためである。このため、ポリ乳酸製成型品を強アルカリ性物質に長期間接触させることができ、ポリ乳酸製成型品の加水分解速度を長期間維持することができるため効率的である。

0011

また本発明によれば、散布した後のアルカリ性物質が、ポリ乳酸製成型品の表面上でpH9以上を示すことが好ましく、pH10以上を示すことがさらに好ましい。成型品の表面上でpH9未満であると、加水分解速度の促進効果が低くなる傾向にある。

0012

これらのアルカリ性物質は、一種あるいは二種以上のものを混合してもよい。また、pHを高く保ちやすい物質と混合してもよい。pHを高く保ちやすい物質としては、SiO2等の無機物質および水溶性有機物質等が挙げられる。

0013

また、多くの植物はアルカリ性の土壌を好み、酸性の土壌では植物の生育に障害をもたらすと言われている。一方、現在の農地を含む自然環境の土壌は酸性雨の影響により酸性化する方向に向かっており、地球の生態系が崩れる恐れがある。このような自然環境にアルカリ性物質を散布することは、使用済みのポリ乳酸製成型品を速やかに分解させるだけでなく、健全な土壌を保つ上でも非常に有益である。

0014

また、本発明に用いられるアルカリ性物質の構成成分であるアルカリ金属およびアルカリ土類金属は、植物の生育には不可欠の物質であり、多くの場合これらの化合物が肥料として土壌に散布されているものであり、適度な散布は植物にとって最も好ましいものである。

0015

アルカリ性物質の散布方法はいかなる方法でも構わないが、通常は粉体状のものを直接ポリ乳酸製成型品に散布する方法や、溶液状のものを噴霧器等で散布する方法が採られる。本発明の分解方法を農業資材としてのポリ乳酸製成型品に適用する場合は、農閑期に使用済みのポリ乳酸成型品を農業用地内で分解するために、この期間は農業用地が強アルカリ性を保持することが必要であるが、農繁期はポリ乳酸成型品を資材として使用するため、この期間は中性もしくは弱アルカリ性でなければ、使用中にポリ乳酸成型品の分解が進行し耐久性が減少する。したがってその散布量は、土壌の酸性度および被分解物であるポリ乳酸製成型品の被分解能にもよるが、ポリ乳酸成型品に対して、0.1〜100倍の質量のアルカリ性物質を散布することが必要であり、0.3〜30質量倍であることが好ましい。散布量が0.1質量倍未満ではアルカリ性物質が雨などに流されやすく、ポリ乳酸製成型品の分解がほとんど進行しない。反対に100質量倍を超えるとアルカリ性物質が10ヵ月以上残存することになり、次にポリ乳酸成型品を使用する時の耐久性が減少する。また、これらアルカリ性物質の散布は、1回でも複数回でもよいが、複数回散布する方がより効果的である。

0016

本発明において、アルカリ性物質溶液に成型品を浸漬する方法は、いかなる方法でもよい。しかし、浸漬する際の溶液のpHは9以上である必要があり、好ましくは、10以上である。溶液のpHが9以下では、ポリ乳酸製成型品の分解がほとんど進行しない。

0017

本発明において、ポリ乳酸とは、乳酸を主要成分とする重合体からなるものをいい、ポリL−乳酸やポリD−乳酸等のホモポリマー、ポリL/D−乳酸共重合体、及びこれらに他のポリマーを共重合させたポリ乳酸共重合体、そして上記ポリマー間、および他の成分ポリマーとのブレンド体を含み、重合体中の乳酸成分質量比率が20%以上であるものをいう。

0018

また、本発明における成型品は、フィルム、不織布、シート、紐、バンド、フィラメント、発泡体等に成型加工を施されたもの、およびこれらから成る複合体をいう。これらの成型品は、農業資材、工業資材食品資材、建築資材土木資材等いかなる用途に使用されるものでも構わないが、本発明は農業用途に用いられる農業資材に好適に実施することができる。農業資材としては、マルチフィルム、べた掛け、紐、ネット育苗シート育苗ネット、各種留め具等があるが、いかなる形態のものでも構わない。

0019

また、上記成型品をアルカリ性物質で分解するに際して、予め一般に用いられる粉砕機により30mm2以下の断片に粉砕しておくことが、アルカリ性物質との接触面積が大きくなり効率的に分解が促進されるため、好ましい。

0020

マルチフィルム、トンネルマルチおよびべた掛けは、多種の作物の栽培に使用されており、多くの場合風で捲れないように四辺が土中にき込まれている。通常作物の収穫後には手作業で回収されるが、本発明ではマルチフィルムを回収する必要が無く、これにアルカリ性物質を散布することで速やかに分解させることができる。また、ネットや紐および留め具は多くの場合、蔓植物の栽培に誘引および結束の目的として使用されるが、収穫後は紐に蔓が巻付いており手作業での回収に困難を強いるものである。本発明ではこれらを選別回収する必要が無く、蔓が巻き付いた状態のまま、アルカリ性物質を散布するか、またはアルカリ性物質溶液に浸漬することで、速やかに分解することができる。さらに、シートおよび容器としては、発泡体、成型品、不織布状のものが、育苗ポットおよび育苗シートとして使用されているが、これらは従来は収穫後に手作業で土中から回収されている。本発明では、これらを回収せずにアルカリ性物質を散布するか、または回収してアルカリ性物質溶液に浸漬することで、速やかに分解させることができる。

0021

次に、実施例により本発明を具体的に説明する。
(成型品の製造)
成型品1
D−乳酸を1.2モル%含有し、数平均分子量が140000である結晶性ポリ乳酸(カーギルダウポリマーズ社製、ECOPLA;融点170℃、相対粘度2.295)を、コートハンガータイプのTダイを具備した50mmφ押出機を使用して、滞留時間5分、Tダイ温度230℃で溶融押出し、25℃に制御されたキャストロール密着急冷して、厚さ80μmの未延伸シートを得た。得られた未延伸シートを、150mm幅スリットした後、温度200℃の予熱炉内ロール延伸方式によりMD方向に7.0倍延伸し、さらに撚り加工を施して、13500dtexのポリ乳酸製の紐を得た。
成型品2
D−乳酸を5.6モル%含有し、数平均分子量が100000である結晶性ポリ乳酸(カーギル ダウ ポリマーズ社製;融点150℃、相対粘度2.315)と、ビオノーレ(昭和高分子社製 ♯3001)と、アセチルクエン酸トリブチル(三建化工社製)と、シリカとを、69.1:12.2:16.3:2.4の質量比で混合した組成物を用いた。そして、この組成物を、コートハンガータイプのTダイを具備した50mmφ押出機を使用して、滞留時間5分、Tダイ温度230℃で溶融押出し、25℃に制御されたキャストロールに密着させて急冷し、厚さ200μmの未延伸シートを得た。得られた未延伸シートを、予熱ロール温度60℃、延伸ロール温度70℃でMD方向に3.0倍延伸し、次いで延伸温度80℃でTD方向に3.5倍延伸した後、横方向の弛緩率を5%として150℃で熱処理を施した。そして、これを切り出し、幅300mm、長さ350mm、厚さ15μmのフィルムを得た。
成型品3
成型品2の製造に使用した組成物を用いて、65mmφのダイススリット式一段冷却環を備えた40mmφの押出し機とによって、押出温度210℃でインフレーション加工を施した。そしてその後に切り出し、幅300mm、長さ350mm、厚さ30μmのポリ乳酸製のフィルムを得た。
成型品4
D−乳酸含有量が1モル%で数平均分子量が100000のポリ乳酸(カーギル ダウ ポリマーズ社製)を、シリンダー直径40mm、L/D=36の単軸押出機にて190℃で溶融混合した後、Tダイより200℃で押出し、厚さ2mm、幅380mmのシートを得た。そして、冷却を施した後、得られたシートを幅350mm、長さ400mmの寸法に切出し、これを凸状の金型を有する真空成型機にて140℃で成型加工し、幅300mm、長さ350mm、深さ30mmのポリ乳酸製の容器を得た。
成型品5
D−乳酸含有量が8モル%で数平均分子量が100000のポリ乳酸(カーギル ダウ ポリマーズ社製、ECOPLA)と、架橋剤としてジ−t−ブチルパーオキサイド2質量%と、架橋促進剤としてジメチルアニリン5質量%とを含む組成物を、シリンダー直径40mm、L/D=36の単軸押出機にて190℃で溶融混合した。そして、バレル途中から発泡剤としてブタンを10質量%圧入した後、190℃でTダイより押し出し、厚さ2mm、幅380mmの発泡シートを得た。これを冷却した後、得られた発泡シートを幅350mm、長さ400mmの寸法に切出し、これを凸状の金型を有する真空成型機にて90℃で成型加工し、幅300mm、長さ350mm、深さ30mmのポリ乳酸製の発泡緩衝容器を得た。
(成型品の分解性の評価)試験開始後から3カ月後のポリ乳酸製成型品において、原型を留めない程分解しているものを◎、3カ月後には手で容易に砕ける程分解しているものを○、5カ月後には手で容易に砕ける程分解しているものを△、5カ月以上経過しても全く分解していないものを×と評価した。
(実施例・比較例)
実施例1〜5
土壌表面1m2に10g相当量の成型品1〜5を置き、50gのCaO(飽和水溶液のpHは12)を散布した。そのときの試験結果を表1に示す。
実施例6〜10
土壌表面1m2に10g相当量の成型品1〜5を置き、20gのCaOを散布した後、14日後にさらに同量のCaOを散布した。そのときの結果を表1に示す。
実施例11〜15
土壌表面1m2に50gのCaOを散布した後、その表面から深さ20cmまでの土をかき混ぜ、その土壌の中に10g相当量の成型品1〜5を埋設した。そのときの結果を表1に示す。
実施例16〜20
土壌表面1m2に10g相当量の成型品1〜5を置き、20gのCa(OH)2(飽和水溶液のpHは12)を散布した。そのときの結果を表1に示す。
実施例21〜25
土壌表面1m2に10g相当量の成型品1〜5を置き、10gのCaCO3(飽和水溶液のpHは9)を散布し、14日後と28日後にさらに同量のCaCO3をそれぞれ散布した。そのときの結果を表1に示す。
実施例26〜30
成型品1〜5をCa(OH)2の0.2質量%水溶液(pH12)に浸漬した。そのときの結果を表1に示す。
比較例1〜5
実施例1〜5と同様に土壌表面1m2に10g相当量の成型品1〜5を置いたが、CaOを散布することなく放置した。そのときの結果を表1に示す。
比較例6〜10
実施例11〜15と同様に土壌表面から深さ20cmまでの土をかき混ぜたが、CaOを散布することなく、その土壌の中に10g相当量の成型品1〜5を埋設した。そのときの結果を表1に示す。

0022

ID=000002HE=195 WI=130 LX=0400 LY=0300
実施例1〜20では、土壌表面および土壌中での3カ月後のポリ乳酸製成型品は手で簡単に砕ける程に分解が進んでおり、十分な分解速度を呈した。また、実施例21〜25では土壌表面のポリ乳酸製成型品は5カ月後には手で簡単に砕ける程に分解が進んでおり十分な分解速度を呈した。さらに、実施例26〜30では浸漬後のポリ乳酸成型品は数時間後に完全に分解した。

0023

これに対し比較例1〜10では5カ月経過後も全く分解しておらず、これでは農作業等の妨げになるため、農作業を開始する前に成型品を除去する必要があった。

発明の効果

0024

本発明によれば、たとえばポリ乳酸製成型品が農業資材である場合には、使用後のポリ乳酸製成型品にアルカリ性物質を散布し土壌表面および土壌中で放置することで、そのポリ乳酸製成型品は5カ月の期間で分解するので、成型品を除去する手間が省け、農作業や土木作業等の妨げにならず、経済的利点が多い。しかも、酸性雨等により酸性化した土壌をアルカリ性の土壌に改質することが出来るため、農地を含む自然環境を健全な状態に維持できるので、非常に環境に優しいポリ乳酸製成型品の分解方法であると言える。

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