JP2006509098A

JP2006509098A - 向上した耐水性を有する生分解性組成物及びその製造工程

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Publication number: JP2006509098A
Application number: JP2004569608A
Authority: JP
Inventors: スーン−ゲウンフワン; ヘオン−ムーキム; スン−アーンリー; ジョー−ユブエオン; カン−スーキム; サン−ファンヨン
Original assignee: ヨウルチョンケミカルカンパニー，リミテッド
Priority date: 2003-03-21
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2006-03-16
Also published as: AU2003232674B9; KR20040083213A; EP1622984A1; CN1324091C; EP1622984A4; WO2004083311A1; EP1622984B1; CN1665889A; US20040249021A1; KR100574547B1; ATE535577T1; US7132463B2; AU2003232674A1; AU2003232674B2

Abstract

本発明の生分解性組成物はアクリル酸共重合体でコーティングされた繊維パウダーのマトリックス及び前記マトリックスに分散されている天然高分子を含んでおり、例えばカップヌードルのようなファストフードのための携帯用容器の製作に有利に使うことができる。

Description

本発明は向上した耐水性を有する生分解性組成物及びその製造工程に関するものである。

生分解性天然高分子及び澱粉に基づいたファストフード用の環境に優しい携帯用食料品容器を開発するための多くの研究がなされている。例えば、特開平８−３１１２４３号公報は澱粉高分子、植物性繊維、金属イオン、発泡剤及び脂肪族ポリエステルを混合することによる生分解性の発泡性組成物について開示している。

そのような生分解性高分子組成物に制御された耐水性を付与するために、特開平７−９７５４５号公報では、例えば、ポリ乳酸のような生分解性脂肪族ポリエステルを、例えば、ＣＦＣ１２３のようなハロゲン化炭化水素に溶解して生産される、優れた耐水性及び加工性を有するコーティング剤について開示している。前記コーティングは耐水性の弱い澱粉系物質で作られる容器に適用することができる。

米国特許第６、３６１、８２７号明細書は、ゼインのようなプロラミンを表面に結合させることによって、耐水性の弱い成形されたポリサッカライドに耐水性を付与する方法を提供する。

そのような生分解性組成物は、例えば、ハンバーガーのような低い水分含量を持つファストフードまたは脱水された食品をラッピングするための携帯用容器またはパッケージに適合している。しかし、前記組成物は長い流通貯蔵期間中における十分な抗黴性、抗バクテリア性及び耐水性を提供しない。特に前記組成物は、カップヌードルのように、お湯を注いで調理される脱水されたインスタント食品または液状インスタント食品のための容器として使うことができない。

したがって、本発明の目的はカップヌードルのようなインスタント食品の容器の製造に有利に使うことができる、生分解性または加工性に対する悪影響なしに耐水性及び貯蔵保存性を向上させることのできる生分解性組成物を提供することにある。

本発明の上記目的はアクリル酸共重合体でコーティングされた繊維パウダーマトリックス及び前記マトリックスに分散されている天然高分子を含む生分解性組成物によって達成される。

本発明の一側面によると、前記生分解性組成物はアクリル酸共重合体でコーティングされた繊維パウダーのマトリックス及び前記マトリックスに分散されている天然高分子を含む。

本発明の好ましい実施例によると、前記天然高分子は陰イオン性澱粉である。より好ましくは、前記天然高分子はとうもろこし、じゃが芋、小麦、米、タピオカまたはさつま芋から得られる、官能基が置換されていない陰イオン性澱粉である。

本発明の好ましい実施例によると、前記生分解性組成物は天然高分子１００重量部に対して、繊維パウダー３０〜５０重量部及びアクリル酸共重合体５〜５０重量部を含む。

好ましくは、前記繊維パウダーは木材、藁、サトウキビ、竹、木質茎、靭皮繊維、葉繊維または種苗から得られる一つ或いはそれ以上のセルロース繊維から得られ、前記繊維パウダーの繊維の長さは１０〜９０μｍの範囲にある。

前記アクリル酸共重合体は好ましくは下記化学式１の構造を有する。

ここで、Ｒ１及びＲ２は独立にＣ_1-12アルキル、アルコキシアルキル、ヒドロキシアルキル、グリシジルまたは２−(ジメチルアミノ)エチルであり;
Ｒ３及びＲ４は独立に（メタ）アクリル酸、Ｎ−メチルオールアクリルアミド、スチレン、酢酸ビニル、ビニルアルコール、アクリロ二トリル、アクリルアミド、無水マレイン酸、マレイン酸、１,３−ブタジエン、フタル酸ジアリル、イタコン酸またはネオペンチルグリコールから導かれる繰返し単位であり;
そして、ｌ、ｍ、ｎ及びｘは各々０.２〜０.６、０.１〜０.６、０.０５〜０.５及び０.０５〜０.５の範囲のモル分率である。

より好ましくは、Ｒ1及びＲ２が独立にメチル、エチル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、t−ブチル、２−ヒドロキシエチル、２−エトキシエチル、デシル、２−エチルヘキシル、２−ヒドロキシプロピル、グリシジル、ラウリル及び２−（ジメチルアミノ）エチルから選択される。

好ましい実施例において、本発明の生分解性組成物はソルビン酸、ソルビン酸カリウム、安息香酸ナトリウム、プロピオン酸ナトリウム、プロピオン酸カルシウム、デヒドロ酢酸ナトリウム及びｐ−ヒドロキシ安息香酸ブチルから選択される、一つまたはそれ以上の保存剤を含むことができる。好ましくは、前記組成物の総重量に対して０.０５〜２重量％の保存剤が本発明の生分解性組成物内に存在することができる。

本発明の別の側面によると、２０〜９０℃で繊維パウダーをアクリル酸共重合体、天然高分子、溶媒及び選択的に保存剤と混合して成形用組成物を製造することを含む生分解性組成物を製造するための工程が提供される。

本発明の好ましい実施例によると、前記混合段階は、アクリル酸共重合体と繊維パウダーを混合してアクリル酸共重合体でコーティングされた機能性繊維パウダーを製造し、前記機能性繊維パウダーと天然高分子及び溶媒を混合して成形用組成物を製造することを含む二段階の工程によって遂行される。

前記成形用組成物は繊維パウダー５〜３０重量％、アクリル酸共重合体１〜２０重量％、天然高分子１０〜５０重量％、溶媒３０〜６０重量％及び選択的に保存剤０.０５〜２重量％を含むことが好ましい。好ましくは、前記繊維パウダーのアクリル酸共重合体に対する混合割合は１対０.１〜２の範囲である。前記溶媒は好ましくは、水、アルコール及びアルカリまたは酸性水溶液から選択される。

前記天然繊維は、針葉樹または闊葉樹、藁、草、サトウキビ、竹、木質茎、靭皮繊維、葉繊維、種苗などのような天然資源から得ることができるし、それらの化学的性質はセルロースの含量によって変わる。特に繊維前駆体の粉砕、分解、叩解の工程では水を媒体として利用するため、繊維の親水性は本発明の工程に非常に重要である。

一般にパルプセルロース繊維は５００meq 以上の陰イオン電荷を持っているし、それゆえ、自分たち同士で互いに固まってしまう傾向がある。パルプセルロース繊維を天然高分子と混合する場合にも、前記繊維及び天然高分子は全て陰イオン電荷を帯びるため、分子間の相互作用が弱く、組成物の耐水性が弱まるようになる。

本発明によると、セルロース繊維を微粉末化させて陰イオン電荷を１５０〜２５０meqになるように減少させ、５０〜３００meqの陽イオン電荷を持つアクリル酸共重合体で混合する。

図１は本発明の生分解性組成物の構造を概略的に図示する。図１(ａ)及び(ｂ)に示すように、陰イオン電荷を帯びる繊維１０は陽イオン電荷を帯びるアクリル酸高分子１２でコーティングされ、陰イオン電荷を帯びる天然高分子１４が分散されるマトリックス１３を形成する。図１(ａ)及び(ｂ)は各々機能性繊維パウダーと天然高分子との間の相互作用の最初及び最後の状態を示す。

このような反対の電荷間の相互作用によって本発明の組成物の成分の間の結合力を増加させ、本発明の組成物から成形される製品の強度及び耐水性を向上させることができる。

図２は本発明による生分解性組成物を製造するための工程の概略的な流れ図を示す。繊維パウダー及び天然高分子パウダーが乾燥されて混合される。機能性繊維パウダーを提供する前に耐水性アクリル酸共重合体を繊維パウダーと混合することができるし（図３の工程(ａ))、または繊維パウダー及び天然高分子パウダーの混合物に溶媒と共に添加することもできる（図３の工程(ｂ)）。

工程(ａ)では約１時間の間８０〜９０℃で繊維パウダー対アクリル酸共重合体を１対０.１〜２の割合で混合することによって表面に陽イオン性アクリル酸共重合体で均一にコーティングされた機能性繊維パウダーが得られる。

好ましくは、繊維パウダー３０〜５０重量部及びアクリル酸共重合体５〜５０重量部が天然高分子１００重量部と混合される。

成形用組成物は、本発明の生分解性組成物に溶媒及び選択的に保存剤を添加し、その混合物を２０〜９０℃、好ましくは、５０〜９０℃で攪拌することによって製造することができる。前記溶媒は水、アルコール、アルカリもしくは酸性水溶液またはそれらの混合物とすることができる。成形用組成物は繊維パウダー５〜３０重量％、アクリル酸共重合体１〜２０重量％、天然高分子１０〜５０重量％、溶媒３０〜６０重量％及び選択的に保存剤０.０５〜２重量%を含むことができる。

成形用組成物は１００〜２５０℃、好ましくは１４０〜２２０℃の温度で加熱されたモールドを使い、０.５〜８kgf／cm²、好ましくは１〜５kgf／cm²の圧力で１０秒乃至５分間、好ましくは６０秒乃至５分間望ましい形態に成形され、向上した耐水性、成形性及び保存性を有する生分解性成形体を得ることができる。

本発明の実施例を記述するが、この実施例は本発明の範囲を限定するものではない。

〔実施例１〕
陰イオン性のとうもろこし澱粉３５重量部、針葉樹から得られた繊維パウダー１４重量部、化学式１のアクリル酸共重合体３重量部（Ｒ１はジメチルアミノ、Ｒ２はｎ−ブチル、Ｒ３はアクリロニトリル及びＲ４はスチレン；ｌ、ｍ、ｎ及びｘは各々０.４、０.３、０.１及び０.２である）及び水４８重量部をダブルジャケット反応器内で２０分間混合して成形用組成物を製造した。

前記アクリル酸共重合体は固形分の含量２０〜２４％、ｐＨ４〜６、２５℃での粘度８０〜１００cpsの乳白色の懸濁液であった。

〔実施例２乃至５及び比較例〕
実施例２乃至５及び比較例は、実施例１と同じ天然高分子、繊維パウダー、アクリル酸共重合体および水を表１に示すように配合したものであり、表１に示す成分を用いて実施例１の工程が繰り返された。

〔実施例６乃至１０〕
Ｒ１がメチルである化学式１のアクリル酸共重合体及びじゃが芋澱粉が使われたことを除いては、実施例６乃至１０はそれぞれ表１に示す実施例１乃至５の配合（重量部）と同じであり、その成分を用いて実施例１の工程が繰り返された。

〔実施例１１乃至１５〕
タピオカ澱粉、闊葉樹から導かれた繊維パウダー及びＲ２がイソプロピルである化学式１のアクリル酸共重合体が使われたことを除いては、実施例１１乃至１５はそれぞれ表１に示す実施例１乃至５の配合（重量部）と同じであり、その成分を用いて実施例１の工程が繰り返された。

〔実施例１６乃至２１〕
保存剤の安息香酸ナトリウムが追加して使われたことを除いては、実施例１６乃至２１は、実施例１と同じ天然高分子、繊維パウダー、アクリル酸共重合体および水を表２に示すように配合したものであり、表２に示す成分を用いて実施例１の工程が繰り返された。

〔実施例２２乃至２７〕
保存剤としてのソルビン酸カリウム、Ｒ１がメチルである化学式１のアクリル酸共重合体、じゃが芋澱粉が使われたことを除いては、実施例２２乃至２７はそれぞれ表２に示す実施例１６乃至２１の配合（重量部）と同じであり、その成分を用いて実施例１の工程が繰り返された。

〔実施例２８乃至３２〕
前処理された機能性繊維パウダーを成形する前に実施例１と同じ針葉樹から得られた繊維パウダーを６０℃で実施例１と同じアクリル酸共重合体と混合したことを除いては、実施例２８乃至３２は実施例１と同じ天然高分子、上記の前処理された繊維パウダー、安息香酸ナトリウムおよび水を表３に示すように配合したものであり、表３に示す成分を用いて実施例１の工程が繰り返された。

〔実施例３３乃至３７〕
安息香酸ナトリウムの代わりにソルビン酸カリウム及び闊葉樹から得られた繊維パウダーが使われたことを除いては、実施例３３乃至３７はそれぞれ表３に示す実施例２８乃至３２の配合（重量部）と同じであり、その成分を用いて実施例１の工程が繰り返された。

実施例１乃至３７及び比較例で製造された成形用組成物をモールドに注入し、１８０℃及び３kgf／cm²で１５０秒の間成形して容器或いはトレ―を成形した。成形された容器或いはトレ―に対して次の特性が調査され、その結果が表４−１および表４−２に示してある。

（１）耐水性
２５℃または９８℃の水を上記容器に入れ、漏水発生までの時間を測定して各容器の耐水性を調べた。
Ａ：３０分以上の間に漏水が観察されなかった。
Ｂ：５分乃至３０分の間に漏水が観察されなかった。
Ｃ：１分乃至５分の間に漏水が観察されなかった。
Ｄ：１分以内に漏水が観察された。

（２）成形性
◎：表面が滑らかで、皺やピンホールが発見されなかった。
○：表面が相対的に荒いが、皺やピンホールが発見されなかった。
×：皺やピンホールは表面に発見されたし、成形することができなかった。

（３）分散性
前記組成物は１０分の間４５rpmの回転速度で撹拌され、２０倍率の顕微鏡で表面が観察された。
◎：均一に分散
○：塊部位の数が５または５未満
×：塊部位の数が５を超過

（４）圧縮強度
上記容器の一方の側が２mm／sの速度でロードセルによって加圧された場合に容器が壊れる時の強度。
◎：５kg・m／s²超過
○：３〜５kg・m/s²
×：３kg・m/s²未満

（５）柔軟性
圧縮強度の測定の間、上記容器が壊れるまで容器表面にロードセルが接触しつつロードセルが動いた距離。
◎：２０mm超過
○：１５〜２０mm
×：１５mm未満

（６）異臭
澱粉の独特の香とは異なる不快な異臭を調べるために３人の調査員が上記容器の臭いを嗅いだ。
Ｎ：なし
Ｙ：あり

（７）褐変
成形された容器の色を、標準組成物（とうもろこし澱粉３４重量％、繊維パウダー１４重量％、水４２重量％）の色と比べた。
Ｎ：なし
Ｙ：あり

表４ー１および表４−２に示すように、比較例の組成物は劣る性能を示している反面、実施例１乃至３７の成形用組成物によって製造された容器は耐水性、成形性、均一性、衝撃強度及び柔軟性において向上した特性を示している。

〔黴の成長に対する抵抗性〕
一方、微生物の成長に対する抵抗性を測定するために比較例及び実施例２、３、１７、１８、２３、２４、２９及び３０で製造された各組成物別に１０個の試料を３０℃及び相対湿度９０％に維持された恒温恒湿器に置いた後、最初に黴が発見されるまでの日数を測定した。

表５に示すように、前記組成物の抗黴性は耐水性アクリル酸共重合体及び保存剤を使うことによって向上した。

〔生分解性〕
本発明の組成物の生分解性を測定するために生分解性のテストが遂行された。実施例の組成物を使って成形された容器（図３ａ参照）が１メートルの深さで土壌に埋められ、毎週観察された。図３ａ乃至３ｆは埋められてから７日、１５日、３０日、６０日及び９０日が経過した時の容器の写真である。全ての容器が３ヶ月以内に土壌で分解され、肥料化された。したがって、本発明の組成物は土壌で完全に分解される、環境にやさしい容器を提供する。

上記結果から分かるように、本発明の生分解性組成物は、耐水性アクリル酸共重合体、繊維パウダー及び天然高分子を含むものであって、向上した耐水性及び保存性を有しており、したがって、カップヌードル容器のようなインスタント食品用容器の製造に有利に使うことができる。

本発明を上記特定の実施例と関連して記述したが、当業者なら本発明に多様な修正及び変形をすることが可能であり、そのような修正及び変形も添付される特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内にあることが認識されるべきである。

図１は本発明の一実施例による生分解性組成物の構造を示す概略的な図面である。図２は本発明の一実施例による生分解性組成物を製造するための流れ図である。図３は本発明による組成物の時間による分解を表わす写真である。

Claims

アクリル酸共重合体でコーティングされた繊維パウダーマトリックス及び前記マトリックスに分散されている天然高分子を含むことを特徴とする生分解性組成物。
前記天然高分子は官能基が置換されていない陰イオン性澱粉であることを特徴とする請求項１に記載の生分解性組成物。
前記澱粉はとうもろこし、じゃが芋、小麦、米、タピオカまたはさつま芋から得られることを特徴とする請求項２に記載の生分解性組成物。
前記天然高分子１００重量部に対し、前記繊維パウダー３０〜５０重量部及び前記アクリル酸共重合体５〜５０重量部を含むことを特徴とする請求項１に記載の生分解性組成物。
前記繊維パウダーの繊維の長さは１０〜９０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の生分解性組成物。
前記繊維パウダーは、木材、藁、サトウキビ、竹、木質茎、靭皮繊維、葉繊維または種苗から得られることを特徴とする請求項１に記載の生分解性組成物。
前記アクリル酸共重合体は化学式１の構造を有することを特徴とする請求項１に記載の生分解性組成物。

ここで、Ｒ１及びＲ２は独立にＣ_1-12アルキル、アルコキシアルキル、ヒドロキシアルキル、グリシジルまたは２−(ジメチルアミノ)エチルであり;
Ｒ３及びＲ４は独立に（メタ）アクリル酸、Ｎ−メチルオールアクリルアミド、スチレン、酢酸ビニル、ビニルアルコール、アクリロ二トリル、アクリルアミド、無水マレイン酸、マレイン酸、１,３−ブタジエン、フタル酸ジアリル、イタコン酸またはネオペンチルグリコールから導かれる繰返し単位であり;
そして、ｌ、ｍ、ｎ及びｘは各々０.２〜０.６、０.１〜０.６、０.０５〜０.５及び０.０５〜０.５の範囲のモル分率である。
Ｒ1及びＲ２が独立にメチル、エチル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、t−ブチル、２−ヒドロキシエチル、２−エトキシエチル、デシル、２−エチルヘキシル、２−ヒドロキシプロピル、グリシジル、ラウリル及び２−（ジメチルアミノ）エチルから選択されることを特徴とする請求項７に記載の生分解性組成物。
前記組成物の総重量に対して保存剤を０.０５〜２重量％含むことを特徴とする請求項１に記載の生分解性組成物。
前記保存剤はソルビン酸、ソルビン酸カリウム、安息香酸ナトリウム、プロピオン酸ナトリウム、プロピオン酸カルシウム、デヒドロ酢酸ナトリウム及びｐ−ヒドロキシ安息香酸ブチルで構成されるグループから選択されることを特徴とする請求項９に記載の生分解性組成物。
２０〜９０℃で繊維パウダーをアクリル酸共重合体、天然高分子、溶媒及び選択的に保存剤と混合して成形用組成物を製造することを含むことを特徴とする請求項１の生分解性組成物を製造するための工程。
前記混合段階は、
ａ）アクリル酸共重合体と繊維パウダーを混合してアクリル酸共重合体でコーティングされた機能性繊維パウダーを製造し、
ｂ）前記機能性繊維パウダーと天然高分子及び溶媒を混合して成形用組成物を製造することを含む二段階の工程によって遂行されることを特徴とする請求項１１に記載の工程。
前記成形用組成物は繊維パウダー５〜３０重量％、アクリル酸共重合体１〜２０重量％、天然高分子１０〜５０重量％、溶媒３０〜６０重量％及び選択的に保存剤０.０５〜２重量％を含むことを特徴とする請求項１１に記載の工程。
前記繊維パウダーのアクリル酸共重合体に対する混合割合は１対０.１〜２の範囲内にあることを特徴とする請求項１２に記載の工程。
前記溶媒は水、アルコール、アルカリもしくは酸性水溶液またはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１１に記載の工程。
前記成形用組成物を、１００〜２５０℃の温度で加熱したモールドを使い、０.５〜８kgf／cm²の圧力で１０秒乃至５分間望ましい形態に成形することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の工程。