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JP7796474B2 - 可塑剤及びプラスチック製品 - Google Patents
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JP7796474B2 - 可塑剤及びプラスチック製品 - Google Patents

可塑剤及びプラスチック製品

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Description

本開示は、プラスチック材料添加剤に関し、特に生分解性可塑剤に関する。
プラスチック製品に起因する環境問題を解決するために、現在、生分解性プラスチックが開発されており、例えばポリ乳酸（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ；ＰＬＡ）、ポリブチレンサクシネート（ｐｏｌｙ（ｂｕｔｙｌｅｎｅ ｓｕｃｃｉｎａｔｅ）；ＰＢＳ）及び（１，４－ブタンジオールアジペート／１，４－ブタンジオールテレフタレート）共重合体（ｐｏｌｙ（ｂｕｔｙｌｅｎｅ ａｄｉｐａｔｅ－ｃｏ－ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）；ＰＢＡＴ）などである。しかしながら、このようなプラスチックの特性は、石油化学プラスチックに及ばないところがあり、例えば、ポリ乳酸は、剛性と透明度に優れているが、その耐久性、耐熱性、耐衝撃性、柔軟性、及び気密性が不十分であり、用途には多くの制限がある。
生分解性プラスチックの特性、質感、及びコストの問題を改善するために、従来の分解可能な添加剤を添加して、生分解性プラスチックの柔軟性と耐久性などを変えることができるが、従来の添加剤の生分解性プラスチックの特性を改善する効果はまだ不十分であり、且つ放出しやすく、コストが高いため、従来の添加剤にはまだ改善の余地がある。その他、生分解性プラスチックの分解条件は厳しく、例えば、ポリ乳酸プラスチック製品は、特定の環境条件と十分な時間だけで、完全に二酸化炭素と水に分解され、且つ危害を及ぼすことなく自然環境に入って循環することができるが、ポリ乳酸プラスチック製品を一般的な環境で自然に完全に分解することは非常に困難であり、このため、分解速度を促進して、生分解性プラスチックを迅速に分解して自然環境に入ることを助けることができる添加剤の開発は、将来の重要な傾向となる。
本開示によれば、生分解性を有する可塑剤であって、可塑剤の分子は、第１の連結構造と定義される少なくとも１つのアミノ酸を含むアミノ基と、第２の連結構造と定義される少なくとも１つのアミノ酸を含むカルボキシ基とを少なくとも内包する中心構造と定義される少なくとも１つのアミノ酸を含む中心構造と、複数の炭素原子を持つ少なくとも２つの分岐構造と、を備え、少なくとも２つの分岐構造の一方は第１の連結構造に結合し、少なくとも２つの分岐構造の他方は第２の連結構造に結合し、当該一方はアミノ基に結合してアミド結合を形成し、当該他方はカルボキシ基に結合してエステル結合を形成し、分岐構造に芳香族化合物が含まれず、分岐構造がアミノ基に結合する炭素数をｎＮＣとし、分岐構造がカルボキシ基に結合する炭素数をｎＯＣとすると、全ての前記分岐構造についてｎＮＣ及びｎＯＣは０.２０≦ｎＮＣ／（ｎＮＣ＋ｎＯＣ）≦０．８０という条件を満たし、ｎＮＣ及びｎＯＣはそれぞれゼロまたは正の整数であり、且つｎＮＣ及びｎＯＣは同時にゼロではない可塑剤を提供する。少なくとも２つの分岐構造の各炭素数は５～２０である。
または、本開示によれば、生分解性を有する可塑剤であって、可塑剤の分子は、第１の連結構造と定義される少なくとも１つのアミノ酸を含むアミノ基と、第２の連結構造と定義される少なくとも１つのアミノ酸を含むカルボキシ基とを少なくとも内包する少なくとも１つのアミノ酸を含む中心構造と、複数の炭素原子を持つ少なくとも２つの分岐構造と、を備え、少なくとも２つの分岐構造はそれぞれ第２の連結構造に結合し、それぞれカルボキシ基に結合してエステル結合を形成し、分岐構造に芳香族化合物が含まれない可塑剤を提供する。少なくとも２つの分岐構造の各炭素数は５～１０である。
これによって、革新的な分子構造を研究開発することにより、第１の連結構造（アミノ基、又は、ヒドロキシ基）と第２の連結構造（カルボキシ基）を有し、且つベンゼン誘導体及び／又はアミノ酸を中心構造として、複数の炭素を持つ分岐構造を外側へグラフトし、プラスチックの質感を改善し、幅広い用途に対応でき、分解循環をさらに促進する生分解性可塑剤を開発した。さらに、高い生分解性を目標として、十分な耐久性、耐熱性、耐衝撃性、柔軟性を有し、且つ人体に無害であり、放出しにくくコストが低い可塑剤を設計した。
本開示によれば、生分解性を有するプラスチック製品であって、前述可塑剤及びポリエステルプラスチックを含み、ポリエステルプラスチックがポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、（１，４－ブタンジオールアジペート／１，４－ブタンジオールテレフタレート）共重合体またはポリヒドロキシアルカノエートであり、可塑剤がポリエステルプラスチックに混合されているプラスチック製品を提供する。
本開示によれば、生分解性を有する他の可塑剤であって、可塑剤の分子は、第１の連結構造と定義される少なくとも１つのヒドロキシ基と、第２の連結構造と定義される少なくとも１つのカルボキシ基とを少なくともそれぞれ内包し、中心構造と定義され、かつ２－ヒドロキシ安息香酸である少なくとも２つのベンゼン誘導体と、複数の炭素を持ち、各ベンゼン誘導体のヒドロキシ基及びカルボキシ基により各ベンゼン誘導体にそれぞれ結合し、各カルボキシ基に結合する場合、エステル結合を形成する分岐構造とを備え、分岐構造に芳香族化合物が含まれず、かつ分岐構造はベンゼン誘導体のカルボキシ基に結合する他の可塑剤を提供する。
本開示の第１実施形態による可塑剤分子構造の模式図である。 本開示の第２実施形態による可塑剤分子構造の模式図である。 本開示の第３実施形態による可塑剤分子構造の模式図である。 本開示の第４実施形態による可塑剤分子構造の模式図である。 本開示の第５実施形態による可塑剤分子構造の模式図である。 本開示の第６実施形態による可塑剤分子構造の模式図である。 本開示の第７実施形態による可塑剤分子構造の模式図である。 本開示の第８実施形態による可塑剤分子構造の模式図である。 本開示の第９実施形態による可塑剤分子構造の模式図である。 本開示の第１０実施形態による可塑剤分子構造の模式図である。 本開示の第１１実施形態による可塑剤分子構造の模式図である。 本開示の第１２実施形態による可塑剤分子構造の模式図である。 本開示の第１３実施形態による可塑剤分子構造の模式図である。 本開示の第１４実施形態による可塑剤分子構造の模式図である。 比較例、第２９実施例及び第３０実施例による生分解試験結果図である。
本開示は、生分解性を有する可塑剤を開示し、可塑剤の分子は、中心構造（アミノ酸、又は、ベンゼン誘導体、以下同様）、少なくとも２つの連結構造（アミノ基及びカルボキシ基、又は、ヒドロキシ基及びカルボキシ基、以下同様）及び少なくとも１つの分岐構造を含む。少なくとも２つの連結構造はそれぞれ中心構造に接続され、且つ分岐構造は少なくとも２つの連結構造のうちの少なくとも１つに接続される。
（なお、本明細書では、「接続する」は「結合する」の同義語として用いられている。）
中心構造は、ベンゼン誘導体及び少なくとも１つのアミノ酸のうちの少なくとも１つを含み、ベンゼン誘導体は可塑剤の生分解性を維持することに役立ち、アミノ酸は生体細胞で異化することができ、可塑剤の生分解性を向上させることに役立つ。また、中心構造はベンゼン誘導体であってもよく、且つアミノ酸をさらに含んでもよい。さらに、中心構造はアミノ酸であってもよく、且つ少なくとも２つのアミノ酸を含んでもよく、アミノ酸の残基が酸性、塩基性、親水性又は疎水性であってもよく、アミノ酸の残基性質に従って可塑剤の特性を調整することに役立つ。
ベンゼン誘導体は、２－アミノ安息香酸（２－ａｍｉｎｏｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ）、３－アミノ安息香酸（３－ａｍｉｎｏｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ）、４－アミノ安息香酸（４－ａｍｉｎｏｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ）、２－ヒドロキシ安息香酸（２－ｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ）、３－ヒドロキシ安息香酸（３－ｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ）又は４－ヒドロキシ安息香酸（４－ｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ）などの類似構造を有する化合物であってもよい。
アミノ酸は、標準アミノ酸、人体が自分で合成できない必須アミノ酸、修飾アミノ酸（例えば、ヒドロキシプロリン（ｈｙｄｒｏｘｙｐｒｏｌｉｎｅ）、ヒドロキシリシン（ｈｙｄｒｏｘｙｌｙｓｉｎｅ）又はチロキシン（ｔｈｙｒｏｘｉｎｅ）、或いはその他の非標準アミノ酸（例えば、ホモシステイン（ｈｏｍｏｃｙｓｔｅｉｎｅ）、ホモセリン（ｈｏｍｏｓｅｒｉｎｅ）又はオルニチン（ｏｒｎｉｔｈｉｎｅ）であってもよい。以下、標準アミノ酸と必須アミノ酸を表１にまとめる。
中心構造は、グリセリン（即ちグリセロール、ｐｒｏｐａｎｅ－１，２，３－ｔｒｉｏｌ）又は２－（２－ヒドロキシエトキシ）－１－プロパノール（２－（２－ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｏｘｙ）ｐｒｏｐａｎ－１－ｏｌ）であってもよい。
少なくとも２つの連結構造は、第１の連結構造及び第２の連結構造を含み、第１の連結構造はアミノ基（ａｍｉｎｅ ｇｒｏｕｐ）であり、第２の連結構造はカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ）である。
中心構造はベンゼン誘導体である場合、ベンゼン誘導体でのアミノ基とカルボキシ基の位置は隣接（オルト、ｏｒｔｈｏ）する又は隣接しない（メタ、ｍｅｔａ又はパラ、ｐａｒａ）ことができる。
アミノ基は－ＮＨ2、－ＮＨＲ、－ＮＲ2などの官能基であってもよい。また、アミノ基は第１級アミン（ｐｒｉｍａｒｙ ａｍｉｎｅ）、第２級アミン（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ａｍｉｎｅ）、第３級アミン（ｔｅｒｔｉａｒｙ ａｍｉｎｅ）又は第４級アンモニウムカチオン（ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｃａｔｉｏｎ）であってもよい。さらに、第１の連結構造は、アミノ基からヒドロキシ基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ）に置換することができ、分岐構造はヒドロキシ基に接続される場合、その接続場所が加水分解によって分解することができ、可塑剤の生分解性を向上させることに役に立つ。
可塑剤の分子は２つの連結構造を含む場合、それぞれ第１の連結構造と第２の連結構造である。また、可塑剤の分子は３つの連結構造を含んでもよく、それぞれ第１の連結構造、第２の連結構造及び第３の連結構造であり、第３の連結構造はアミノ酸の残基であってもよく、例えば、リジン残基のアミノ基を第３の連結構造として、或いはアスパラギン酸残基のカルボキシ官能基を第３の連結構造とする。また、可塑剤の分子は４つの連結構造を含んでもよく、それぞれ第１の連結構造、第２の連結構造、第３の連結構造及び第４の連結構造であり、第３の連結構造と第４の連結構造はアルギニン残基のジアミノ基などの同じ官能基であってもよいし、異なる官能基であってもよい。さらに、中心構造は複数のアミノ酸を含む場合、可塑剤の分子に５つ以上の連結構造を持たせてもよい。
分岐構造は複数の炭素を持つ分岐であり、分岐構造の炭素数は１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９又は２０などであってもよい。さらに、分岐構造には、エーテル官能基を形成するように、酸素を有してもよく、分岐構造の酸素数は１、２、３、４、５、６又は７などであってもよい。
分岐構造は飽和脂肪酸（ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｆａｔｔｙ ａｃｉｄ）であってもよく、その炭素数は１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５又は３６であってもよく、例えば酢酸（脂質番号ｌｉｐｉｄ ｎｕｍｂｅｒがＣ２：０である）、酪酸（ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ、Ｃ４：０）、カプロン酸（Ｃ６：０）、カプリル酸（Ｃ８：０）、カプリン酸（Ｃ１０：０）、ラウリン酸（Ｃ１２：０）、リグノセリン酸（Ｃ２４：０）又はヘキサトリアコンチル酸（Ｃ３６：０）などである。
分岐構造は、不飽和脂肪酸（ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｆａｔｔｙ ａｃｉｄ）であってもよく、その炭素数は１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３又は２４であってもよく、且つその二重結合の数は１、２、３、４、５又は６であってもよく、例えばエイコセン酸（ｐａｕｌｌｉｎｉｃ ａｃｉｄ，Ｃ２０：１）、エイコサトリエン酸（ＤＧＬＡ，Ｃ２０：３）、ドコサヘキサエン酸（ｄｏｃｏｓａｈｅｘａｅｎｏｉｃ ａｃｉｄ，ＤＨＡ，Ｃ２２：６）又はテトラデセン酸（Ｃ２４：１）などである。
分岐構造は、エチレングリコール（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）、ポリエチレングリコール（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ；ＰＥＧ）、プロピレングリコール（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）又はポリプロピレングリコール（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ；ＰＰＧ）をモノマーとして選択し、連続重合してなることができる。さらに、分岐構造のモノマーは、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール及びポリプロピレングリコールからなる群から選ばれ、且つ重合してなるものであってもよい。分岐構造は、上記のモノマーの重合によって形成され、可塑剤の必要な分子量を制御することができ、且つ可塑剤の親水性、疎水性を適切に調整し、可塑剤が最高の特性を発揮し、可塑剤とプラスチックの混合時の相溶性を向上させることに役立つ。
分岐構造は第１の連結構造及び第２の連結構造のうちの少なくとも１つに接続され、即ち中心構造は、第１の連結構造及び／又は第２の連結構造を介して、エステル化、脱水又はペプチド化などの方式で分岐構造に接続されてもよい。
分岐構造はアミノ基に接続される場合、アミド結合（ａｍｉｄｅ ｂｏｎｄ）を形成し、可塑剤が酵素によって分解される効率を向上させることに役立ち、さらに可塑剤の生分解性を改善する。また、分岐構造はカルボキシ基に接続される場合、エステル結合（ｅｓｔｅｒ ｂｏｎｄ）を形成する。さらに、分岐構造はヒドロキシ基に接続される場合、エーテル結合（ｅｔｈｅｒ ｂｏｎｄ）を形成し、エーテル結合は特定の環境で加水分解によって分解されることができ、可塑剤の生分解性を改善することに役に立つ。
可塑剤は、分岐構造に接続される少なくとも１つの極性官能基をさらに含んでもよく、極性官能基が分岐構造の中段又は末端に位置できる。また、極性官能基は、カルボキシ基（－ＣＯＯＨ）、ヒドロキシ基（－ＯＨ）、アミノ基（－ＮＨ2）又はリン酸基（－ＰＯ（ＯＨ）2）であってもよい。さらに、可塑剤は、必要に応じて極性官能基を配置し、可塑剤の親水性及び可塑剤とプラスチックとの間の親和性を向上させ、可塑剤とプラスチックの混合に役に立つように、カルボキシ基、ヒドロキシ基、アミノ基及びリン酸基からなる群から選ばれる少なくとも２つの極性官能基を含んでもよい。
分岐構造のアミノ基に接続される炭素数はｎＮＣであり、分岐構造のカルボキシ基に接続される炭素数はｎＯＣであり、０≦ｎＮＣ／（ｎＮＣ＋ｎＯＣ）≦１．００という条件を満たし、ｎＮＣ及びｎＯＣはそれぞれゼロまたは正の整数であり、且つｎＮＣ及びｎＯＣは同時にゼロではない。さらに、０．０１≦ｎＮＣ／（ｎＮＣ＋ｎＯＣ）、ｎＮＣ／（ｎＮＣ＋ｎＯＣ）≦１．００、０．０５≦ｎＮＣ／（ｎＮＣ＋ｎＯＣ）≦０．９５、０．１０≦ｎＮＣ／（ｎＮＣ＋ｎＯＣ）≦０．９０、０．１５≦ｎＮＣ／（ｎＮＣ＋ｎＯＣ）≦０．８０、０．２０≦ｎＮＣ／（ｎＮＣ＋ｎＯＣ）≦０．７０、０．２５≦ｎＮＣ／（ｎＮＣ＋ｎＯＣ）≦０．６０、０．３０≦ｎＮＣ／（ｎＮＣ＋ｎＯＣ）≦０．５０、又は０．３５≦ｎＮＣ／（ｎＮＣ＋ｎＯＣ）≦０．４０という条件を満たすことができる。
分岐構造のアミノ基に接続される酸素数はｎＮＯであり、分岐構造のカルボキシ基に接続される酸素数はｎＯＯであり、分岐構造のヒドロキシ基に接続される炭素数はｎＯ’Ｃであり、分岐構造のヒドロキシ基に接続される酸素数はｎＯ’Ｏである。分岐構造のｎＮＣとｎＮＯはアミノ基の窒素原子以外から計算され、分岐構造のｎＯＣ、ｎＯＯ、ｎＯ’Ｃ及びｎＯ’Ｏはカルボキシ基又はヒドロキシ基の酸素原子以外から計算され、且つｎＮＣ、ｎＮＯ、ｎＯＣ、ｎＯＯ、ｎＯ’Ｃ及びｎＯ’Ｏは極性官能基の炭素原子又は酸素原子を含まない。ｎＯ’Ｃは計算時にｎＯＣとされ、ｎＯ’Ｏは計算時にｎＯＯとされる。
可塑剤の分子量はＭｗＰであり、４５０≦ＭｗＰという条件を満たすことができ、可塑剤の分子量が大きいほど、細胞膜を通過することが難しくなり、可塑剤が細胞膜を直接通過して細胞内に入ることを避けることに役に立つ。さらに、ＭｗＰ≦２０００、４７５≦ＭｗＰ≦１０００、５００≦ＭｗＰ、５２５≦ＭｗＰ、５５０≦ＭｗＰ、又は６００≦ＭｗＰ≦１５００という条件を満たすことができる。
上記の本開示の可塑剤の各技術的特徴を組み合わせて配置することができ、対応する効果を達成する。
本開示は、生分解性を有する他の可塑剤を更に開示し、可塑剤の分子は少なくとも２つの中心構造、少なくとも２つの連結構造及び分岐構造を含む。各中心構造はそれぞれ少なくとも１つの連結構造に接続され、且つそれぞれ連結構造により分岐構造に接続され、即ち前記中心構造はいずれも同じ分岐構造に接続される。中心構造、連結構造及び分岐構造の詳細な特徴はいずれも上記の可塑剤と同じ、ここで繰り返して説明しない。
本開示は、生分解性を有するプラスチック製品をさらに提供する。プラスチック製品は、前述可塑剤及びポリエステルプラスチック（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｒｅｓｉｎ）を含み、ポリエステルプラスチックがポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、（１，４－ブタンジオールアジペート／１，４－ブタンジオールテレフタレート）共重合体又はポリヒドロキシアルカノエート（ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙａｌｋａｎｏａｔｅ、ＰＨＡ）であってもよく、可塑剤がポリエステルプラスチックに混合され、ポリエステルプラスチックの種類を選択することにより、可塑剤と相溶性の高いプラスチックとの混合を確保でき、プラスチックの延性を向上させ、且つ可塑剤の放出の可能性を減少することに役に立つ。さらに、ポリヒドロキシアルカノエートは、ポリヒドロキシブチレート（ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙｂｕｔｙｒａｔｅ；ＰＨＢ）であってもよい。
＜第１実施形態＞
図１を参照されたく、図１は本開示の第１実施形態による可塑剤分子１００の構造模式図である。図１から分かるように、第１実施形態の可塑剤の分子１００は中心構造１１０、２つの連結構造及び分岐構造１３０を含む。
中心構造１１０はベンゼン誘導体である。
２つの連結構造はそれぞれ第１の連結構造及び第２の連結構造であり、且つそれぞれ中心構造１１０に結合される。第１の連結構造はアミノ基１２１であり、第２の連結構造はカルボキシ基（図示せず）である。
分岐構造１３０は、エチレングリコール又はポリエチレングリコールのモノマーの重合によって形成され、第２の連結構造に結合され、且つエステル結合１２２’を形成する。
＜第２実施形態＞
図２を参照されたく、図２は本開示の第２実施形態による可塑剤分子２００の構造模式図である。図２から分かるように、第２実施形態の可塑剤の分子２００は中心構造２１０、２つの連結構造、分岐構造２３０及び極性官能基２６０を含む。
中心構造２１０はベンゼン誘導体である。
２つの連結構造はそれぞれ第１の連結構造及び第２の連結構造であり、且つそれぞれ中心構造２１０に結合される。第１の連結構造はアミノ基２２１であり、第２の連結構造はカルボキシ基（図示せず）である。
分岐構造２３０は、プロピレングリコール又はポリプロピレングリコールのモノマーの重合によって形成され、第２の連結構造に結合され、且つエステル結合２２２’を形成する。
極性官能基２６０は分岐構造２３０に結合される。
＜第３実施形態＞
図３を参照されたく、図３は本開示の第３実施形態による可塑剤分子３００の構造模式図である。図３から分かるように、第３実施形態の可塑剤の分子３００は中心構造３１０、２つの連結構造及び分岐構造３３０を含む。
中心構造３１０はベンゼン誘導体である。
２つの連結構造はそれぞれ第１の連結構造及び第２の連結構造であり、且つそれぞれ中心構造３１０に結合される。第１の連結構造はアミノ基３２１であり、第２の連結構造はカルボキシ基（図示せず）である。
分岐構造３３０は第１短鎖３３１及び第２短鎖３３２が結合してなり、第１短鎖３３１はエチレングリコール又はポリエチレングリコールのモノマーの重合によって形成され、第２短鎖３３２はプロピレングリコール又はポリプロピレングリコールの重合によって形成され、分岐構造３３０は第２の連結構造に結合され、且つエステル結合３２２’を形成する。
＜第４実施形態＞
図４を参照されたく、図４は本開示の第４実施形態による可塑剤分子４００の構造模式図である。図４から分かるように、第４実施形態の可塑剤の分子４００は中心構造４１０、２つの連結構造及び分岐構造４３０を含む。
中心構造４１０はベンゼン誘導体である。
２つの連結構造はそれぞれ第１の連結構造及び第２の連結構造であり、且つそれぞれ中心構造４１０に結合される。第１の連結構造はアミノ基（図示せず）であり、第２の連結構造はカルボキシ基４２２である。
分岐構造４３０は脂肪酸であり、第１の連結構造に結合され、アミド結合４２１’を形成する。
＜第５実施形態＞
図５を参照されたく、図５は本開示の第５実施形態による可塑剤分子５００の構造模式図である。図５から分かるように、第５実施形態の可塑剤の分子５００は中心構造５１０、２つの連結構造、２つの分岐構造５３０、５４０及び極性官能基５６０を含む。
中心構造５１０はベンゼン誘導体である。
２つの連結構造はそれぞれ第１の連結構造及び第２の連結構造であり、且つそれぞれ中心構造５１０に結合される。第１の連結構造はアミノ基（図示せず）であり、第２の連結構造はカルボキシ基（図示せず）である。
分岐構造５３０は第１短鎖５３１及び第２短鎖５３２が結合してなり、第１短鎖５３１はエチレングリコール又はポリエチレングリコールのモノマーの重合によって形成され、第２短鎖５３２はプロピレングリコール又はポリプロピレングリコールのモノマーの重合によって形成され、分岐構造５３０は第２の連結構造に結合され、且つエステル結合５２２’を形成する。
分岐構造５４０は脂肪酸であり、第１の連結構造に結合され、且つアミド結合５２１’を形成する。
極性官能基５６０は分岐構造５３０に結合される。
＜第６実施形態＞
図６を参照されたく、図６は本開示の第６実施形態による可塑剤分子６００の構造模式図である。図６から分かるように、第６実施形態の可塑剤の分子６００は中心構造６１０、２つの連結構造、分岐構造６３０及び極性官能基６６０を含む。
中心構造６１０はアミノ酸であり、且つ残基６１１を含む。
２つの連結構造はそれぞれ第１の連結構造及び第２の連結構造であり、且つそれぞれ中心構造６１０に結合される。第１の連結構造はアミノ基６２１であり、第２の連結構造はカルボキシ基（図示せず）である。
分岐構造６３０はエチレングリコール又はポリエチレングリコールのモノマーの重合によって形成され、第２の連結構造に結合され、且つエステル結合６２２’を形成する。
極性官能基６６０は分岐構造６３０に結合される。
＜第７実施形態＞
図７を参照されたく、図７は本開示の第７実施形態による可塑剤分子７００の構造模式図である。図７から分かるように、第７実施形態の可塑剤の分子７００は、中心構造７１０、２つの連結構造及び分岐構造７３０を含む。
中心構造７１０はアミノ酸であり、且つ残基７１１を含む。
２つの連結構造は、それぞれ第１の連結構造及び第２の連結構造であり、且つそれぞれ中心構造７１０に結合される。第１の連結構造はアミノ基７２１であり、第２の連結構造はカルボキシ基（図示せず）である。
分岐構造７３０はプロピレングリコール又はポリプロピレングリコールのモノマーの重合によって形成され、第２の連結構造に結合され、且つエステル結合７２２’を形成する。
＜第８実施形態＞
図８を参照されたく、図８は本開示の第８実施形態による可塑剤分子８００の構造模式図である。図８から分かるように、第８実施形態の可塑剤の分子８００は中心構造８１０、２つの連結構造及び分岐構造８３０を含む。
中心構造８１０はアミノ酸であり、且つ残基８１１を含む。
２つの連結構造は、それぞれ第１の連結構造及び第２の連結構造であり、且つそれぞれ中心構造８１０に結合される。第１の連結構造はアミノ基８２１であり、第２の連結構造はカルボキシ基（図示せず）である。
分岐構造８３０は第１短鎖８３１及び第２短鎖８３２が結合してなり、第１短鎖８３１はエチレングリコール又はポリエチレングリコールのモノマーの重合によって形成され、第２短鎖８３２はプロピレングリコール又はポリプロピレングリコールのモノマーの重合によって形成され、分岐構造８３０は第２の連結構造に結合され、且つエステル結合８２２’を形成する。
＜第９実施形態＞
図９を参照されたく、図９は本開示の第９実施形態による可塑剤分子９００の構造模式図である。図９から分かるように、第９実施形態の可塑剤の分子９００は中心構造９１０、２つの連結構造及び分岐構造９３０を含む。
中心構造９１０はアミノ酸であり、且つ残基９１１を含む。
２つの連結構造は、それぞれ第１の連結構造及び第２の連結構造であり、且つそれぞれ中心構造９１０に結合される。第１の連結構造はアミノ基（図示せず）であり、第２の連結構造はカルボキシ基９２２である。
分岐構造９３０は脂肪酸であり、第１の連結構造に結合され、且つアミド結合９２１’を形成する。
＜第１０実施形態＞
図１０を参照されたく、図１０は本開示の第１０実施形態による可塑剤分子１０００の構造模式図である。図１０から分かるように、第１０実施形態の可塑剤の分子１０００は中心構造１０１０、２つの連結構造、２つの分岐構造１０３０、１０４０及び極性官能基１０６０を含む。
中心構造１０１０はアミノ酸であり、且つ残基１０１１を含む。
２つの連結構造は、それぞれ第１の連結構造及び第２の連結構造であり、且つそれぞれ中心構造１０１０に結合される。第１の連結構造はアミノ基（図示せず）であり、第２の連結構造はカルボキシ基（図示せず）である。
分岐構造１０３０は第１短鎖１０３１及び第２短鎖１０３２が結合してなり、第１短鎖１０３１はエチレングリコール又はポリエチレングリコールのモノマーの重合によって形成され、第２短鎖１０３２はプロピレングリコール又はポリプロピレングリコールのモノマーの重合によって形成され、分岐構造１０３０は第２の連結構造に結合され、且つエステル結合１０２２’を形成する。
分岐構造１０４０は脂肪酸であり、第１の連結構造に結合され、且つアミド結合１０２１’を形成する。
極性官能基１０６０は分岐構造１０３０に結合される。
＜第１１実施形態＞
図１１を参照されたく、図１１は本開示の第１１実施形態による可塑剤分子１１００の構造模式図である。図１１から分かるように、第１１実施形態の可塑剤の分子１１００は中心構造１１１０、３つの連結構造、３つの分岐構造１１３０、１１４０、１１５０及び極性官能基１１６０を含む。
中心構造１１１０は２つのアミノ酸を含み、且つ各アミノ酸はそれぞれ残基１１１１、１１１２を含む。
３つの連結構造はそれぞれ第１の連結構造、第２の連結構造及び第３の連結構造であり、且つそれぞれ中心構造１１１０に結合される。第１の連結構造はアミノ基（図示せず）であり、第２の連結構造及び第３の連結構造はそれぞれカルボキシ基（図示せず）であり、且つ第３の連結構造は残基１１１１に結合される。
分岐構造１１３０はエチレングリコール又はポリエチレングリコールのモノマーの重合によって形成され、第２の連結構造に結合され、且つエステル結合１１２２’を形成する。
分岐構造１１４０は脂肪酸であり、第１の連結構造に結合され、且つアミド結合１１２１’を形成する。
分岐構造１１５０は第１短鎖１１５１及び第２短鎖１１５２が結合してなり、第１短鎖１１５１はエチレングリコール又はポリエチレングリコールのモノマーの重合によって形成され、第２短鎖１１５２はプロピレングリコール又はポリプロピレングリコールのモノマーの重合によって形成され、分岐構造１１５０は第３の連結構造に結合され、且つエステル結合１１２３’を形成する。
極性官能基１１６０は分岐構造１１５０に結合される。
＜第１２実施形態＞
図１２を参照されたく、図１２は本開示の第１２実施形態による可塑剤分子１２００の構造模式図である。図１２から分かるように、第１２実施形態の可塑剤の分子１２００は中心構造１２１０、３つの連結構造及び３つの分岐構造１２３０、１２４０、１２５０を含む。
中心構造１２１０は２つのアミノ酸を含み、且つ各アミノ酸がそれぞれ残基１２１１、１２１２を含む。
３つの連結構造は、それぞれ第１の連結構造、第２の連結構造及び第３の連結構造であり、且つそれぞれ中心構造１２１０に結合される。第１の連結構造及び第３の連結構造はそれぞれアミノ基（図示せず）であり、第２の連結構造はカルボキシ基（図示せず）であり、且つ第３の連結構造は残基１２１２に結合される。
分岐構造１２３０はエチレングリコール又はポリエチレングリコールのモノマーの重合によって形成され、第２の連結構造に結合され、且つエステル結合１２２２’を形成する。
分岐構造１２４０は脂肪酸であり、第１の連結構造に結合され、且つアミド結合１２２１’を形成する。
分岐構造１２５０は脂肪酸であり、第３の連結構造に結合され、且つアミド結合１２２３’を形成する。
＜第１３実施形態＞
図１３を参照されたく、図１３は本開示の第１３実施形態による可塑剤分子１３００の構造模式図である。図１３から分かるように、第１３実施形態の可塑剤の分子１３００は中心構造１３１０、４つの連結構造、３つの分岐構造１３３０、１３４０、１３５０及び極性官能基１３６０を含む。
中心構造１３１０は３つのアミノ酸を含み、且つ各アミノ酸がそれぞれ残基１３１１、１３１２、１３１３を含む。
４つの連結構造はそれぞれ第１の連結構造、第２の連結構造、第３の連結構造及び第４の連結構造であり、且つそれぞれ中心構造１３１０に結合される。第１の連結構造はアミノ基１３２１であり、第２の連結構造及び第３の連結構造はそれぞれカルボキシ基（図示せず）であり、第４の連結構造はアミノ基（図示せず）であり、且つ第３の連結構造及び第４の連結構造はそれぞれ残基１３１１及び残基１３１３に結合される。
分岐構造１３３０はエチレングリコール又はポリエチレングリコールのモノマーの重合によって形成され、第２の連結構造に結合され、且つエステル結合１３２２’を形成する。
分岐構造１３４０は第１短鎖１３４１及び第２短鎖１３４２が結合してなり、第１短鎖１３４１はエチレングリコール又はポリエチレングリコールのモノマーの重合によって形成され、第２短鎖１３４２はプロピレングリコール又はポリプロピレングリコールのモノマーの重合によって形成され、分岐構造１３４０は第３の連結構造に結合され、且つエステル結合１３２３’を形成する。
分岐構造１３５０は脂肪酸であり、第４の連結構造に結合され、且つアミド結合１３２４’を形成する。
極性官能基１３６０は分岐構造１３３０に結合される。
＜第１４実施形態＞
図１４を参照されたく、図１４は本開示の第１４実施形態による可塑剤分子１４００の構造模式図である。図１４から分かるように、第１４実施形態の可塑剤の分子１４００は２つの中心構造１４１０ａ、１４１０ｂ、２つの連結構造、分岐構造１４３０及び２つの極性官能基１４６０ａ、１４６０ｂを含む。
各中心構造１４１０ａ、１４１０ｂはベンゼン誘導体である。
各中心構造１４１０ａ、１４１０ｂはそれぞれ対応する連結構造に接続され、即ち中心構造１４１０ａがそのうちの一方の連結構造に接続され、且つ中心構造１４１０ｂは他方の連結構造に接続される。前記２つの連結構造は何れもカルボキシ基（図示せず）である。
分岐構造１４３０はエチレングリコール又はポリエチレングリコールのモノマーの重合によって形成される。各中心構造１４１０ａ、１４１０ｂはそれぞれ連結構造により分岐構造１４３０に接続され、且つエステル結合１４２０ａ、１４２０ｂをそれぞれ形成する。
各極性官能基１４６０ａ、１４６０ｂはそれぞれ対応する中心構造１４１０ａ、１４１０ｂに結合される。
上記の実施形態によれば、以下、具体的な実施例を挙げて詳細に説明する。
第１～第８実施例において、アミノ基、カルボキシ基及びヒドロキシ基に接続される分岐構造をそれぞれＳＣＡ、ＳＣＣ及びＳＣＨとして番号付け、可塑剤分子に同じ官能基に接続される複数の分岐構造を含み、例えば第１実施例はアミノ基に接続される２つの分岐構造を含むと、前記２つの分岐構造をそれぞれＳＣＡ１及びＳＣＡ２として番号付け、その他の分岐構造の番号付け方式も同じ、ここで繰り返して説明しない。
また、第１～第８実施例において、ｎＮＣSCA1及びｎＮＯSCA1はそれぞれ分岐構造ＳＣＡ１の炭素数及び酸素数を表し、ｎＮＣSCA2及びｎＮＯSCA2はそれぞれ分岐構造ＳＣＡ２の炭素数及び酸素数を表し、且つｎＯＣSCC及びｎＯＯSCCは分岐構造ＳＣＣの炭素数及び酸素数を表す。ＳＣＡ１、ＳＣＡ２及びＳＣＣは、それらが表す意味をより明確に理解するためのマーキングのみとして使用され、ｎＮＯ、ｎＮＣ、ｎＯＣ及びｎＯＯなどの値の特許請求の範囲の炭素数及び酸素数の計算に影響を及ぼさなく、即ちｎＮＣSCA1はｎＮＣとされ、ｎＮＯSCA1はｎＮＯとされ、ｎＮＣSCA2はｎＮＣとされ、ｎＮＯSCA2はｎＮＯとされ、ｎＯＣSCCはｎＯＣ及びｎＯＯSCCはｎＯＯとされる。下記の表の記載方式も同じ、繰り返して説明しない。
図１５を参照されたく、図１５は比較例、第２９実施例及び第３０実施例の生分解試験結果図である。以下、異なる分子構造を有する可塑剤に対して生物分解試験（ＡＳＴＭ５３３８）を行い、試験対象は比較例、第２９実施例及び第３０実施例であり、上記試験対象の異なる日数での生分解速度（ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）を下記の表に示す。
本開示内容は、革新的な分子構造を研究開発することにより、第１の連結構造と第２の連結構造を有し、且つベンゼン誘導体及び／又はアミノ酸を中心構造として、複数の炭素を持つ分岐構造を外側へグラフトし、プラスチックの質感を改善し、幅広い用途に対応でき、分解循環をさらに促進する生分解性可塑剤を開発した。可塑剤の親水性と疎水性を調整するように、可塑剤は極性官能基を含んでもよい。さらに、高い生分解性を目標として、十分な耐久性、耐熱性、耐衝撃性、柔軟性を有し、且つ人体に無害であり、放出しにくくコストが低い可塑剤を設計した。
本開示の実施例を前述の通りに開示したが、これは、本開示を限定するものではなく、当業者なら誰でも、本開示の精神と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えることができ、したがって、本開示の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００：分子、
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０、１０１０、１１１０、１２１０、１３１０、１４１０ａ、１４１０ｂ：中心構造、
６１１、７１１、８１１、９１１、１０１１、１１１１、１１１２、１２１１、１２１２、１３１１、１３１２、１３１３：残基、
１２１、２２１、３２１、６２１、７２１、８２１、１３２１：アミノ基、
４２１’、５２１’、９２１’、１０２１’、１１２１’、１２２１’、１２２３’、１３２４’：アミド結合、
４２２、９２２：カルボキシ基、
１２２’、２２２’、３２２’、５２２’、６２２’、７２２’、８２２’、１０２２’、１１２２’、１１２３’、１２２２’、１３２２’、１３２３’、１４２０ａ、１４２０ｂ：エステル結合、
１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、５４０、６３０、７３０、８３０、９３０、１０３０、１０４０、１１３０、１１４０、１１５０、１２３０、１２４０、１２５０、１３３０、１３４０、１３５０、１４３０：分岐構造、
３３１、５３１、８３１、１０３１、１１５１、１３４１：第１短鎖、
３３２、５３２、８３２、１０３２、１１５２、１３４２：第２短鎖、
２６０、５６０、６６０、１０６０、１１６０、１３６０、１４６０ａ、１４６０ｂ：極性官能基。

Claims (13)

  1. 生分解性を有する可塑剤であって、前記可塑剤の分子は、
    第１の連結構造と定義される少なくとも１つのアミノ酸を含むアミノ基と、第２の連結構造と定義される少なくとも１つのアミノ酸を含むカルボキシ基とを少なくとも内包する少なくとも１つのアミノ酸を含む中心構造と、
    複数の炭素原子を持つ少なくとも２つの分岐構造と、
    を備え、
    前記少なくとも２つの分岐構造の一方は前記第１の連結構造に結合し、前記少なくとも２つの分岐構造の他方は前記第２の連結構造に結合し、当該一方は前記アミノ基に結合してアミド結合を形成し、当該他方は前記カルボキシ基に結合してエステル結合を形成し、
    前記分岐構造に芳香族化合物が含まれず、
    前記分岐構造が前記アミノ基に結合する炭素数をｎＮＣとし、前記分岐構造が前記カルボキシ基に結合する炭素数をｎＯＣとすると、
    全ての前記分岐構造についてｎＮＣ及びｎＯＣは０.２０≦ｎＮＣ／（ｎＮＣ＋ｎＯＣ）≦０．８０という条件を満たし、
    ｎＮＣ及びｎＯＣはそれぞれゼロまたは正の整数であり、且つｎＮＣ及びｎＯＣは同時にゼロではなく、
    前記少なくとも２つの分岐構造の各炭素数は５～２０である可塑剤。
  2. 前記分岐構造が前記アミノ基に接続される炭素数をｎＮＣとし、前記分岐構造が前記カルボキシ基に接続される炭素数をｎＯＣとすると、
    ｎＮＣ及びｎＯＣは０．２５≦ｎＮＣ／（ｎＮＣ＋ｎＯＣ）≦０．６０という条件を満たす請求項１に記載の可塑剤。
  3. 前記分岐構造が前記アミノ酸に接続される炭素数をｎＮＣとし、前記分岐構造が前記カルボキシ基に接続される炭素数をｎＯＣとすると、
    ｎＮＣ及びｎＯＣは０．３０≦ｎＮＣ／（ｎＮＣ＋ｎＯＣ）≦０．５０という条件を満たす請求項２に記載の可塑剤。
  4. 前記可塑剤の分子量はＭｗＰとすると、
    ＭｗＰは４７５≦ＭｗＰ≦１０００という条件を満たす請求項１に記載の可塑剤。
  5. 前記アミノ酸の残基は酸性である請求項４に記載の可塑剤。
  6. 前記アミノ酸はアスパラギン酸（Ａｓｐａｒｔａｔｅ）である請求項５に記載の可塑剤。
  7. 前記中心構造は少なくとも２つの前記アミノ酸を含む請求項４に記載の可塑剤。
  8. 生分解性を有する可塑剤であって、前記可塑剤の分子は、
    第１の連結構造と定義される少なくとも１つのアミノ酸を含むアミノ基と、第２の連結構造と定義される少なくとも１つのアミノ酸を含むカルボキシ基とを少なくとも内包する少なくとも１つのアミノ酸を含む中心構造と、
    複数の炭素原子を持つ少なくとも２つの分岐構造と、
    を備え、
    前記少なくとも２つの分岐構造はそれぞれ前記第２の連結構造に結合し、それぞれ前記カルボキシ基に結合してエステル結合を形成し、
    前記分岐構造に芳香族化合物が含まれず、
    前記少なくとも２つの分岐構造の各炭素数は５～１０である可塑剤。
  9. 前記可塑剤の分子量はＭｗＰとすると、
    ＭｗＰは４５０≦ＭｗＰという条件を満たす請求項１に記載の可塑剤。
  10. 前記分岐構造に結合され、カルボキシ基、ヒドロキシ基、アミノ基又はリン酸基である少なくとも１つの極性官能基をさらに含む請求項１に記載の可塑剤。
  11. カルボキシ基、ヒドロキシ基、アミノ基及びリン酸基からなる群から選ばれる少なくとも２つの前記極性官能基を含む請求項１０に記載の可塑剤。
  12. 生分解性を有するプラスチック製品であって、
    請求項１に記載の可塑剤と、
    ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、（１，４－ブタンジオールアジペート／１，４－ブタンジオールテレフタレート）共重合体又はポリヒドロキシアルカノエートであるポリエステルプラスチックと、
    を含み、
    前記可塑剤は前記ポリエステルプラスチックに混合されているプラスチック製品。
  13. 生分解性を有する可塑剤であって、前記可塑剤の分子は、
    第１の連結構造と定義される少なくとも１つのヒドロキシ基と、第２の連結構造と定義される少なくとも１つのカルボキシ基とを少なくともそれぞれ内包し、中心構造と定義され、かつ２－ヒドロキシ安息香酸である少なくとも２つのベンゼン誘導体と、
    複数の炭素を持ち、各前記ベンゼン誘導体の前記ヒドロキシ基及び前記カルボキシ基により各前記ベンゼン誘導体にそれぞれ結合して、各前記カルボキシ基に結合する場合、エステル結合を形成する分岐構造と、
    を備え、
    前記分岐構造に芳香族化合物が含まれず、かつ前記分岐構造は前記ベンゼン誘導体の前記カルボキシ基に結合する可塑剤。
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