ポストさんてん日記

放射線・エネルギー・環境・化学物質・食品などの情報をアーカイブとして整理すると同時に、徒然につぶやいています。 リンクはご自由に。

生分解性プラスチックの種類と特徴

[ 2019/09/02 (月) ]
全面的に改訂・追記。2019/9/2
初回公開日:2019/4/23



海洋プラスチック問題やストロー問題の中で、『生分解性プラスチック』という言葉が良く出てきます。すこし勉強してみました。

目次

1.環境負荷の少ないプラスチックは2種類あるが目的が違う
2.生分解プラスチックにも色々な種類がある
3.原料や製造方法の観点から3つに区分
4.生分解性プラスチックとメーカーの一例
5.生分解性は環境によって異なる一例

本論に入る前に
1.環境負荷の少ないプラスチックは2種類あるが目的が違う

生分解プラスチックとバイオマスプラスチック
生分解プラスチック
自然界で分解される、
最終的には水とCO2にまで。
微生物が出す酵素で
分解される成分でできている
非生分解系
バイオマスプラスチック
カーボンニュートラルの考え方ができる
原料が植物由来のバイオマスで、
燃やしても地球全体のCO2は増加しない
生分解マルチフィルム、
ティーバックなど
素材はPLA:ポリ乳酸など
(原料はトーモロコシ,サトウキビ)
自動車の内装材、
電気・情報・OA機器など、
メーカーの地球温暖化対応
として増えてきた。
非バイオ(石油合成系)医療用縫合糸、釣り糸
畑の畝に使用する生分解マルチフィルム
(収穫後にフィルムを剥がす必要がなく、
そのまま鋤きこめる

堆肥化施設に回収する生ごみ用袋
移植用苗ポット
素材はPGA:ポリグリコール酸など
一般のプラスチック
現状では、圧倒的に多い。
  • 増えているのは『バイオ』で『非生分解』の部分。トヨタなどの自動車メーカーの発信情報をみるとかなり積極的に取り組んでいる事がわかる。
  • 『生分解』の部分の釣り糸の例では製品価格が高くなるため普及が進んでいない。
  • 両方の特性が同時に求められるニーズは少ないようだ。
  • 焼却処理するプラスチックを『生分解』に転換するのは、理にかなわないトンチンカンな対応。

本論として、
2.生分解プラスチックにも色々な種類がある

上記の『生分解プラスチック』の欄に、
  • 自然界で分解される、
  • 最終的には水とCO2にまで。
  • 微生物が出す酵素で
  • 分解される成分でできている
と記載したが、種類や条件によって、大きな違いがあるようだ。

結論を先に言うと
  • 海の中のような自然環境下で迅速かつ完全に分解する”生分解性”プラがまだない。①
  • 現在までの知見では、海洋仕様に適した生分解性プラスチックと、そうではない生分解性プラスチックがあるようだ。③
  • 国連環境計画(UNEP)は、生分解性プラは海洋ごみの現実的な解決方法にはならないと見解を示している。⑥
    しかし、これに関しては議論がある。(後述)
  • カリフォルニア州では、プラ素材商品に「生分解可能」「堆肥化可能」という環境に優しい文言を記載することを、法律で原則禁止している。①

①~⑥は、それぞれの出典。本項下部に記載。
種類や特徴
弊ブログでも“生分解”に含めない↓
「加水分解型」の生分解プラスチック【参考までに】
石油由来の
「酸化型」
種類トウモロコシなどの植物由来デンプンを乳酸発酵したものを重合して合成。発酵は微生物の力で行うため、製造時のエネルギーが少ない。

石油由来のものもある。
石油由来プラ
(たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、PET)に、
酸化を促進する添加剤(プロデグラダント)を加えたもの。
分解の原理
加水分解型

加水分解によってプラのポリマーを低分子化

崩壊して小さくなったプラの欠片を微生物に分解してもらう(生物分解)

分解するまでに多くの時間を要す。⑤
自然環境の土壌中では微生物に効率よく分解される。⑥

酸化型
オキソ分解型」ともいう

日本バイオプラスチック協会は、
生分解性プラスチックとは認めてない。
PDF出典

紫外線や熱、酸素に曝されると、添加剤の効果でプラのポリマーの酸化反応がはやく起き、ポリマー分子の鎖が切れて小さくバラバラになる(酸化分解)。
崩壊して小さくなったプラの欠片を微生物に分解してもらう(生物分解)??
酸化分解の過程で急速に微細化して、膨大な数のマイクロプラスチックを生み出してしまう。
また、その酸化分解速度は速いので、あたかも大きなプラスチック製品が急速になくなってしまうような印象を与えるが、
発生したマイクロプラスチックは、従来のマイクロプラスチックと何ら変わらず、
海などの自然環境条件下では、完全に生物分解されるのに、数十年間〜数百年という非常に長い時間を要し、その小さな破片は、生態系に脅威を与え続ける。
分解性の補足自然環境中で消えてなくなるまでの時間(無機化されるまでの時間)は分解が始まる環境条件(温度や微生物の種類など)によって大きく左右。

自然環境下で生分解性を評価する方法は、試験が長期にわたる上に、場所や季節によって結果がバラつくため、たいていコンポストを用いた方法で評価。試験の多くは20℃〜60℃で実施。自然環境中でどのくらい長い時間残り続けるのか実はよくわかっていない。
誤解産業用の堆肥化施設で、高温条件の下、許容範囲の時間スケール内に完全に分解(無機化)されたプラはすべて、「生分解可能(biodegradable)」や「堆肥化可能(compostable)」と名乗ることが出来る。それらの表示されていると、消費者や企業は、あたかもどんな条件下でも(特殊な条件下でテストしたのと)同じように速いスピードで分解されるものだと勘違いする。

国連環境計画(UNEP)は、生分解性プラは海洋ごみの現実的な解決方法にはならないと見解を示している。
しかし、これに関しては議論がある。(後述)

カリフォルニア州では、プラ素材商品に「生分解可能」「堆肥化可能」という環境に優しい文言を記載することを、法律で原則禁止している。
具体例


植物バイオマス由来
PLAポリ乳酸
PHAポリヒドロキシアルカン酸系(PHBH等)
石油由来
PVAポリビニルアルコール樹脂
PGAポリグリコール酸
PBSAポリブチレンアジペート/テレフタレート
PETSポリエチレンテレフタレートサクシネート
PP・PE系樹脂に
添加剤(プロデグラダント)を
数%添加
(レジ袋等に使用)
両者の中間(植物バイオマス由来+石油由来
バイオPBSポリブチレンサクシネート
ポリ乳酸ブレンド・PBATポリブチレンアジペートテレフタレート
スターチブレンド・ポリエステル樹脂
PBTSポリブチレンテレフタレートサクシネート

【情報の出典】
①:「生分解性プラスチック」が地球に優しいウソホント(プラスチックの海 2019/02/17)
②:PDFバイオプラスチック概要(日本バイオプラスチック協会 2018/9/19)
③:PDF生分解性プラスチックの現状と課題(日本バイオプラスチック協会(JBPA)百地正憲2016/1/24)
④:PDF日本バイオプラスチック協会パンフレット
⑤:海藻由来の生分解性プラでごみゼロへ!マイクロアルジーにも注目(プラスチックの海 2019/02/18)
⑥:バイオプラスチックで問題は解決?(プラスチックの海 2019/02/17)
.
国連機関のUNEP(国連環境計画)の発表とそれについての議論
PDF海洋プラスチックごみと マイクロプラスチック(下)(府川伊三郎 旭リサーチセンター 2017年12月)のP35

2015年11月に開かれた海の環境に関するGPAの20回記念大会において 、UNEPリポート“ Biodegradable Plastics & Marine Litter(生分解性プラスチックと海洋のごみ)が発表された。その際に、UNEPより次のような見解が出された。

“Biodegradable(生分解性 )”と印字された製品を幅広く採用しても 、海洋に排出されるプラスチックの量を顕著に減らすことや、海洋環境に対してプラスチックが引き起こす物理的および化学的リスクを顕著に軽減することにはならないであろう。ある種の生分解性プラスチックは分解するために商業的コンポスターを必要とし、かつ50℃以上の温度に長く保持しなければならないことは、海洋中で生分解性プラスチックが完全に分解する条件はあったとしても稀であろう。限られた証拠であるが、製品に「生分解性」の表示をすると、一般の人のプラスチックごみを捨てる傾向が増加する 。
この内容は日本の新聞で報道された。
UNEPが言う“Biodegradable (生分解性)”と印字された製品は、PLA(ポリ乳酸)製であろう。 生分解性 プラスチックのなかで、PLAの生産量が一番多くしかもコストが安い。
既存のプラスチックをPLAで代替すれば、海洋プラスチックごみも生分解して消失してしまうと考えていたところ、50 ℃以上の温度でなければ分解しないことを知りかなり否定的な見解になったものと思われる。
しかし、PLA を否定するあまり、生分解性プラスチック全体を否定すると取られかねない発言は妥当でない。前記のように、兼廣名誉教授は低温の深海中でもPHBVPCLPBS は生分解性することを明らかにしている(なお、前述のUNEPリポートの“Biodegradable Plastics & Marine Litter”には、関口・兼廣らの文献がきちんと記載されている)。生分解性プラスチックの有用性と可能性を評価し、海洋プラスチックごみ軽減のために活用すべきであろう。

3.原料や製造方法の観点から3つに区分

表1 生分解性プラスチック一覧
出典:生分解性プラスチック(環境展望台 2019/4)

区分代表的な生分解プラ概要
微生物産生系

微生物が体内で重合
PHA
ポリヒドロキシアルカノエート
微生物の多くは、体内にエネルギー貯蔵物質として
PHAと呼ばれるポリエステルを蓄積する。
PHAそのものでは脆いため、別の成分モノマーを導入したもの。
天然物系

それ自体がポリマー
セルロース誘導体植物によってつくられるセルロースの加工性を改良したもの。
デンプン穀類やイモ類に含まれるデンプン(グルコースポリマー)は、
結晶性に乏しいため、単独ではプラスチックの性質がないので
ほかの生分解性プラスチックとブレンドしたもの。
また、デンプンに熱可塑性をもたせた変性デンプンが
プラスチックの原料に使われている。
化学合成系

モノマー
を化学的に重合
PLA
ポリ乳酸
デンプンの発酵などによってつくられたL-乳酸を、
化学重合法で合成した高分子。
各種樹脂とのアロイ
(複数のポリマーを混合することで新しい特性を持たせた高分子)
が使われている。
PBSPBSA
ポリブチレンサクシネート系
コハク酸またはアジピン酸と、1,4-ブタンジオールからの
重合によってつくられる高分子。
前者がPBSポリブチレンサクシネート、
後者がPBSAポリブチレンサクシネートアジペート。
最近はコハク酸の製造をバイオマスからつくる技術が
開発されている。
PCL
ポリカプロラクトン
ε-カプロラクトンの合成によって得られた高分子。
PVA
ポリビニルアルコール
ポリ酢酸ビニルを加水分解してつくられる。
その他脂肪族ポリエステル類の生分解性プラスチックとしては
このほか、PGAポリグリコール酸や
変性ポリエチレンテレフタレートなどが開発されている。
出典:生分解性プラスチック(環境展望台 2019/4)

4.生分解性プラスチックとメーカーの一例

略号
プラスチック名
メーカー
商品名
結晶融点ガラス
転移温度
密度原料
PHA
ポリヒドロキシアルカノエート
メタボリックス
PHBV
144~162℃~0℃1.0以上バイオマス
カネカ
PHBH
100~160℃na1.0以上バイオマス
PLA
ポリ乳酸
ネーチャーワイクス
浙江海正生物材料
170℃60℃1.26バイオマス
PGA
ポリグリコール酸
クレハ225℃40℃1.5~1.6石油
PBS
ポリプチレンサクシネート
三菱化学115℃40℃1.24~1.26石油
バイオマス
PBSA
ポリプチレンサクシネートアジペート
(共重合体)
三菱化学nanana一部
バイオマス
PBAT
ポリブチレンアジペートテレフタレート
(共重合体)
BASF110~120℃na1.25~1.27一部
バイオマス
PETS
ポリエチレンテレフタレートサクシネート
(共重合体)
DuPont195℃na1.35一部
バイオマス
PCL
ポリカプロラクトン
na60℃-60℃na石油
出典:PDF海洋プラスチックごみと マイクロプラスチック(下)(府川伊三郎 旭リサーチセンター 2017年12月)

5.生分解性は環境によって異なる一例

生分解性は環境によって異なる
水環境で分解されるのは生分解性プラスチックの中でもPHBH(ポリヒドロキシブチレート/ヒドロキシヘキサノエート)などのごく一部に限られる。
出典:生分解性プラスチックの課題と将来展望(舟橋龍之介 三菱総合研究所 2019/4/9)

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[ 2019/09/02(月) ] カテゴリ: 廃棄プラスチック問題 | CM(0)
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