JP2000026643A - 生分解性発泡デンプン製品及びその製造法 - Google Patents

生分解性発泡デンプン製品及びその製造法

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John Nevling
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David C Rawlins
シー．ロウリンズ デビッド
Robert L Billmers
エル．ビルマーズ ロバート
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Abstract

(57)【要約】 相対湿度１０％及び２３℃で約７．２１Kg／ｍ3 未満の
低嵩密度及び１．０％未満の低粉末度の生分解性発泡デ
ンプン製品であって、 ａ）約１０〜３０重量％のアミロース含量を有し、約２
〜６重量％の結合した、２〜４個の炭素原子を有するア
ルキレンオキシドで変性されたデンプン及び ｂ）約８８〜９９％の加水分解度を有する、デンプンの
重量に基づいて約８〜１５重量％の加水分解ポリビニル
アルコールを含むデンプン製品。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は低嵩密度及び低粉末
度 (dustiness ）特性を有する、包装製品を包含する、
生分解性発泡デンプン製品及び更に前記製品の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】デンプン、すなわち、すぐに手に入れる
ことができる生分解性材料は、種々の目的のための発泡
製品、フィルム製品及び他の造形製品を製造するために
用いられてきた。これらのデンプン製品及びその用途の
いくつかは、それぞれ、１９９１年６月３０日及び１９
９１年８月２７日に両方共エヌ・ラコース（N. Lacours
e ）等に発行された米国特許第５，０３５，９３０号及
び第５，０４３，１９６号に記載されており、少なくと
も４５重量％のハイアミロース含量を有するデンプンの
発泡包装製品を明らかにしている。ジー・レイ（G. La
y）等に１９９２年３月１０日に発行された米国特許第
５，０９５，０５４号は、多数の熱可塑性ポリマー材料
を用いて構造破壊されたデンプンを含む熱可塑性ポリマ
ー組成物を開示している。これらの組成物は、ポリマ
ー、たとえば、ポリオレフィン、ビニルポリマー、ポリ
アセタール、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエ
ーテル等を用いて、変性されまたは変性されないデンプ
ンを包含する。この特許はさらに、上記組成物を造形品
に成形する方法を開示している。
【０００３】近年、その即時利用性及び環境にやさしい
特性のために、デンプン及びその誘導体を種々の製品に
成形するために上述したような多数の試みがなされてき
た。他の開示はイー・ジョージ（E. George ）等に１９
９５年２月２８日に発行された米国特許第５，３９３，
８０４号を包含し、それは、低分子量の転化または分解
デンプン、可塑剤及びアルケノールポリマーを含む生分
解性組成物を用いる製品の形成を示している。他の開示
である、１９９６年５月２２日に公開されたＥＰＯ ７
１２８８３号は特定の粒度を有するデンプンを用いる造
形製品の形成を明らかにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これらの方法は開示さ
れている特定の型の製品のために適切な性質を提供する
けれども、それらは一般的に、低嵩密度並びに良好な柔
軟性または低い脆化の組み合わせが必要な用途には適切
ではなかった。これは、通常低嵩密度のデンプン製品が
製造されるところで起こる。というのは、このような製
品は一般に嵩密度が低下するにつれ、脆くなるからであ
る。これは、特に、包装用途、たとえば、特に低相対湿
度で（その問題が最も言明されている）非常に低い嵩密
度及び良好な柔軟性または低い脆化を備えた製品が、必
要とされる、隙間詰め（loosefill）のための製品を与
えるのに当てはまる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】さて、選択されたアルキ
レンオキシド変性デンプンと加水分解ポリビニルアルコ
ールを併用すると、低嵩密度及び低粉末度または低い脆
化を有するデンプンをベースとする製品が得られること
が見出された。より詳細には、本発明は相対湿度１０％
及び２３℃で、７．２１Kg／ｍ3 （０．４５lb／ft3 ）
未満の低嵩密度及び１．０％未満の低粉末度を有する生
分解性発泡製品に向けられており、 ａ）約１０〜３０重量％のアミロース含量を有し、約２
〜６重量％の結合した２〜４個の炭素原子を有するアル
キレンオキシドで変性された変性デンプン、及び ｂ）デンプンの重量に基づいて約８〜１５重量％の、約
８８〜９９％の加水分解度を有する、加水分解ポリビニ
ルアルコールを含む。
【０００６】本発明はさらに上記発泡製品の製造方法に
関し、その方法においては変性デンプン及び加水分解ポ
リビニルアルコールを含む組成物を１７〜２５％の総湿
分含量の存在下に押し出す。本発明に従って、選択され
た変性デンプンと加水分解ポリビニルアルコールを発泡
させることにより、生分解性の低嵩密度、低粉末度また
は低い脆化製品がもたらされる。
【０００７】本発明で用いられるデンプン材料は、天然
または転化された、約１０〜３０重量％のアミロース含
量の任意のいくつかのデンプンである。これは、植物
源、たとえば、コーン、ジャガイモ、タピオカ、小麦、
米、サゴ及びモロコシから得られたデンプンを包含し、
好ましくは、コーン及びタピオカである。本発明で用い
られるデンプン材料は、アルキレンオキシド、特に２〜
４個の炭素原子及び好ましくは３個の炭素原子を含有す
るものまたはプロピレンオキシドを用いるエーテル化に
より変性される。変性の量は重要であり、より詳しくは
約２〜６重量％の結合アルキレンオキシド、好ましく
は、約３〜５％の結合アルキレンオキシドが用いられ
る。
【０００８】本発明において用いられるポリビニルアル
コールは加水分解され、より詳しくは部分的から完全ま
で加水分解される。ポリビニルアルコールはポリ酢酸ビ
ニルの加水分解により製造された、周知の市販の製品で
ある。それは部分的に加水分解されたから完全または過
度に加水分解されたと定義され、約８８〜９９％の加水
分解度を有する等級で市販されている。好ましいポリビ
ニルアルコールは、約９７．５〜９８．９％の加水分解
度を有し、完全に加水分解されている。ポリビニルアル
コールの粘度は分子量と共に変化し、２０℃で４％水溶
液のセンチポイズで測定される。有用な粘度範囲は約２
〜５０センチポイズで、好ましくは約２５〜５０センチ
ポイズのより高い範囲である。このより高い範囲は典型
的には重量平均分子量の約１３０，０００〜１８０，０
００ｇ／モルに関連する。用いられるポリビニルアルコ
ールの量は、デンプンの重量に基づき、約８〜１５重量
％、好ましくは約１０〜１２重量％である。
【０００９】低嵩密度及び低粉末度または低い脆化を有
する本発明の発泡製品は、本明細書に定義された変性デ
ンプン及び加水分解ポリビニルアルコールの選択された
組成物の押出により製造される。この押出工程を実施す
るのに、押出機中のデンプン材料の総湿分含量が、デン
プン材料の乾燥重量に基づいて、約１７〜２５重量％、
好ましくは約１８〜２２重量％のレベルであることが重
要である。総湿分または水含量は、乾燥デンプン中の残
留湿分、環境から吸収した湿分及び押出機に供給された
水を包含するものと定義される。加工の間の押出機の温
度は一般に約１００〜２５０℃、より特定的には約１５
０〜２００℃の範囲である。本発明の発泡した隙間詰め
製品を製造するのに、押出は押出機排出端近くの、約２
８．１〜１４０．６Kg／cm2 （４００〜２０００psi
）、好ましくは約５２．７〜８４．４Kg／cm2 （７５
０〜１２００psi ）のダイ圧力を有するダイを用いて実
施し得る。
【００１０】デンプン組成物の加工及び所望の性質の低
嵩密度及び低脆化を有する製品の生成をより容易にする
ために、望ましくは核剤を供給材料に加えることができ
る。核剤の使用は発泡製品中の細胞構造並びに他の所望
の性質を改良するのに役に立つ。本発明の発泡デンプン
製品を製造するのに種々の核剤を用いることができる。
上記核剤は、あらゆる無機塩またはそれらの混合物、特
に、アルカリ金属塩またはアルカリ土金属塩、たとえ
ば、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム及びケイ酸マグネ
シウム（タルク）を包含する。上記金属の酸化物、たと
えば、酸化マグネシウム及び酸化バリウムも有用であ
る。アルミニウム含有生成物、たとえば、アルミナ及び
ケイ酸アルミニウム及びシリカ（すべて粘土中に見い出
される）も、チタニウム生成物、たとえばチタニアと同
様に用い得る。好ましい核剤は硫酸ナトリウム及びタル
クである。核剤は、デンプンの重量に基づいて、約０．
０５〜１．５重量％、好ましくは、約０．１〜０．５重
量％の量で用い得る。核剤の使用はデンプン中に存在し
得るあらゆる残留塩に加えてである。これは、残留塩、
たとえば、硫酸ナトリウム及び塩化ナトリウムを包含す
る。デンプン供給材料中の残留塩と核剤を加えたものの
合計は、デンプンの重量に基づいて、約０．５〜１．５
重量％、好ましくは、約０．７５〜１．２５重量％であ
る。
【００１１】押出加工並びに発泡製品の得られる特性に
おいて役に立つ出発材料の他の特徴は、デンプン供給粒
度である。約４００〜１６００ミクロン及びより詳細に
は約６００〜１２００ミクロンのデンプン供給粒度が加
工に役に立ち、均一な独立気泡の構造を与えることが見
い出された。上記粒度を有するデンプン供給材料を得る
ために、一般にチルソネート (chilsonating) といわれ
る、圧縮顆粒化として知られる方法を用い得る。
【００１２】選択された変性デンプンと加水分解ポリビ
ニルアルコールの組合わせを含む本発明の発泡製品は良
好な柔軟性及び強度特性を有する。造形品において特に
望ましい性質は非常に低い脆化であって、それは低相対
湿度（１０％）で１．０％未満の低粉末度を証拠として
表わされる。他の望ましく、かつ、驚くべき性質は、造
形製品が示す非常に低い嵩密度〔＜約７．２１Kg／ｍ3
（０．４５lb／ft3 ）〕である。発泡製品が有するこれ
らの組み合わされた特性に加えて均一な独立気泡構造
は、それらを種々の用途及び特に包装用途、たとえば、
隙間詰めに有用にしている。隙間詰めは、その目的が弾
性または衝撃荷重もしくは振動エネルギーを吸収する能
力を与える包装材料、詰め物、インサートまたは包装要
素である。隙間詰め材料はさらさらしていて、あらゆる
空隙を満たし、包みの内容物を固定し、かつ、クッショ
ン代りとなるべきである。
【００１３】本発明をさらに次の例により説明する。特
に記載がなければ、すべての部及び％は重量で示され、
すべての温度はセ氏で示されている。次の手順は、本明
細書及び明細書中に特定されたように評価される材料の
特徴的な性質を決定するのに用いられた。
【００１４】嵩密度試験 本発明の発泡隙間詰め製品の嵩密度は次のように決定し
た。発泡隙間詰め材料をステンレススチール製ビーカー
(Ohauss series ８００）中に入れた。次に材料の入っ
たビーカーを三本さお天びん (Ohauss series ８００）
（これは直接lb／ft3 で測定する）を用いて秤量した。
【００１５】粉末試験 特定の条件下の発泡隙間詰め材料についての粉末の量を
次のように決定した。 １．試験すべき発泡隙間詰め材料を相対湿度１０％及び
２３℃に設定した湿度室中で４８時間状態調節した。 ２．約１５．０ｇの状態調節した隙間詰め材料を１ガロ
ン（約３．７９リットル）のスチール製ペンキ缶に加え
た。この缶を、缶の頂部及び底から約３．８１cm（１．
５インチ）のところに針金のメッシュスクリーンがある
ように変えた。メッシュの開口は巾５mm、長さ１０mmの
ダイヤモンド形である。この缶は発泡したまたは隙間詰
め材料の添加を容易にするために中央で割かれ、そし
て、ガスケットで結合させる。
【００１６】３．このペンキ缶をペンキ缶シェーカー
(Red Devil ５４００ペンキミキサー）上に置き、３０
分間揺動する。 ４．発泡材料を粉末と分離させ、次いで、秤量し、次の
式を用いて粉末の％を決定した。 〔（Ｗi −Ｗf ）／Ｗi 〕×１００＝粉末の重量％ 式中、Ｗi は揺動する前の発泡材料の初期の重量で、Ｗ
f は揺動後の発泡材料の最終重量である。
【００１７】例１ ３重量％の結合プロピレンオキシド（ＰＯ）で変性さ
れ、約９．９％の完全に加水分解されたポリビニルアル
コール（ＰＶＡ）(Air Pouducts and ChemicalsInc.か
ら市販されている Airvol ３２５）を含有するコーンデ
ンプンの試料を二軸スクリュー、直径６５mmのＡＰＶ
ＢＡＫＥＲ押出機中に押出した。押出機に湿分を加えて
デンプンの総湿分を約２０％にし、さらに０．２９重量
％のタルクを核剤として加えた（デンプン供給材料は約
０．９８％の残留硫酸ナトリウムをしていた）。１０％
の相対湿度及び２３℃での発泡製品の嵩密度並びに％粉
末度を前記手順を用いて測定し、次の表に示す。比較試
料をコーンデンプンを用いて、１つの試料はポリビニル
アルコールを用いずに、他の試料はプロピレンオキシド
変性をせずに製造し、嵩密度及び粉末度％の性質を測定
し、また、下記の表に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】本発明に従ってプロピレンオキシドを用い
て変性したコーンデンプン及び完全に加水分解したポリ
ビニルアルコールを用いた時（試料Ａ）、低嵩密度並び
に低粉末度％または低脆化という驚くべき組み合わせを
示す、良好な発泡体製品が形成された。これに対し、プ
ロピレンオキシドを用いない比較例（試料Ｂ）及びポリ
ビニルアルコールを用いない比較例（試料Ｃ）であるコ
ーンデンプンの比較例を用いると、嵩密度及び粉末度％
は著るしく高く、本発明による組成物を用いて製造され
た製品ほど魅力的でない。
【００２０】比較例（Ｄ及びＥ）は、約７０％のアミロ
ース含量を含有するハイアミロースコーンデンプンであ
る、Hylon VII (National Starch and Chemical Compan
y の製品）を用いて製造された。両試料はプロピレンオ
キシド（ＰＯ）で変性され、試料Ｄはポリビニルアルコ
ール（ＰＶＡ）を含有せず、試料Ｅはポリビニルアルコ
ールを含有していた。両試料は比較的に低い量の粉末度
を含有するが、両試料は本発明の製品よりも著しく高い
嵩密度を有していた。他の比較例である試料Ｆは、２０
％のポリビニルアルコールを有する小麦デンプンを用い
て製造され、良好な粉末度特性を有するが高嵩密度の製
品を生じた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン ネブリング アメリカ合衆国，ニュージャージー 07934，グラッドストーン，ヒルクレスト アベニュ 17 (72)発明者 デビッド シー．ロウリンズ アメリカ合衆国，ニュージャージー 08854，ピスキャタウェイ，パットン ア ベニュ 416 (72)発明者 ロバート エル．ビルマーズ アメリカ合衆国，ニュージャージー 08559，ストックトン，ローズモント リ ンゴーズ ロード 406

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 相対湿度１０％及び２３℃で、７．２１
    Kg／ｍ3 （０．４５lb／ft3 ）未満の低嵩密度及び１．
    ０％未満の低粉末度を有する生分解性発泡製品であっ
    て、 ａ）約１０〜３０重量％のアミロース含量を有し、約２
    〜６重量％の結合した２〜４個の炭素原子を有するアル
    キレンオキシドで変性された変性デンプン及び ｂ）約８８〜９９％の加水分解度を有する、デンプンの
    重量に基づいて約８〜１５重量％の加水分解ポリビニル
    アルコールを含む、発泡製品。
  2. 【請求項２】 前記デンプンがコーン及びタピオカから
    なる群から選択される請求項１の製品。
  3. 【請求項３】 前記デンプンが約３〜５％のアルキレン
    オキシドで変性され、約１０〜１２％のポリビニルアル
    コールが用いられる請求項２の製品。
  4. 【請求項４】 前記アルキレンオキシドが３個の炭素原
    子を有し、前記ポリビニルアルコールは約９７．５〜９
    ８．９％の加水分解度を有し、完全に加水分解されてお
    り、前記デンプンがコーンデンプンである請求項３の製
    品。
  5. 【請求項５】 隙間詰め包装材料である請求項４の製
    品。
  6. 【請求項６】 相対湿度１０％及び２３℃で、７．２１
    Kg／ｍ3 （０．４５lb／ft3 ）未満の嵩密度及び１．０
    ％未満の低粉末度を有する発泡生分解性造形製品を製造
    する方法であって、 ａ）約１０〜３０重量％のアミロース含量を有し、約２
    〜６重量％の結合した２〜４個の炭素原子を有するアル
    キレンオキシドで変性された変性デンプン及び ｂ）デンプンの重量に基づいて約８〜１５重量％の、約
    ８８〜９９％の加水分解度を有する加水分解ポリビニル
    アルコールを含む組成物を、約１７〜２５％の総湿分含
    量及び約１００〜２５０℃の温度で押出す、前記方法。
  7. 【請求項７】 前記デンプンがコーン及びタピオカから
    なる群から選択される請求項６の方法。
  8. 【請求項８】 デンプンの重量に基づいて、約０．０５
    〜１．５重量％の核剤を用い、前記デンプンは約３〜５
    ％のアルキレンオキシドで変性され、そして約１０〜１
    ２％のポリビニルアルコールが用いられる請求項７の方
    法。
  9. 【請求項９】 前記デンプンがコーンデンプンであり、
    前記核剤がアルカリ金属またはアルカリ土金属塩及び酸
    化物、アルミナ、ケイ酸アルミニウム、シリカ並びにチ
    タニアからなる群から選択され、前記ポリビニルアルコ
    ールは約９７．５〜９８．９％の加水分解度を有し、完
    全に加水分解されている請求項８の方法。
  10. 【請求項１０】 前記製品が隙間詰め包装材料である請
    求項９の方法。
JP11168433A 1998-06-16 1999-06-15 生分解性発泡デンプン製品及びその製造法 Pending JP2000026643A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/097859 1998-06-16
US09/097,859 US6107371A (en) 1998-06-16 1998-06-16 Biodegradable expanded starch products and the method of preparation

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