JP2002079585A - 澱粉発泡成形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 澱粉発泡成形物を高周波加熱を用いて効率よ
く、連続的に製造する方法の提供。 【解決手段】 澱粉を主成分とする水分４０％以下の原
料をシート状に押し出した後、連続式加熱圧延により所
望の厚さ及び強度の澱粉発泡シートとし、該澱粉発泡シ
ートを水分値２５％以下で高周波誘電加熱または電磁誘
導加熱下に低圧プレス成形することを特徴とする澱粉発
泡成形物の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発泡ポリスチレン
（ＥＰＳ）代替の、澱粉を主成分とする自然環境下で生
分解する澱粉発泡成形物の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】容器・包装材の多くは石油系のプラスチ
ックが使用されている。特に、カップ、トレーやトロ箱
など使い捨て用途が多い発泡ポリスチレン(以下、EPSと
いう)は、自然環境下での非分解性や焼却時の有毒ガス
排出、さらには環境ホルモン含有の懸念など深刻な社会
問題を引き起こしている。

【０００３】そこで、石油系のプラスチック代替を目指
して、土壌中で生分解可能または堆肥化可能な生分解性
成形物(以下、成形物という)の開発が行われている。こ
れらの成形物としては、微生物が作り出したもの、化学
合成製品でありながら生分解するもの、及び天然の澱粉
や木材、タンパク質などから作られたものがある。特に
天然物から作られたものは、環境ホルモンの懸念も少な
く、食品容器・包装材には最適である。澱粉やタンパク
質からの生分解性成形物の製造方法としては、水分調整
した澱粉やタンパク質を金型に注入し、加熱炉で焼成す
る方法、または、高圧プレスによる加圧成形が知られて
いる。具体的には、図２に示すように、澱粉を多量の水
と混合し、金型内に注入し、加熱炉中で加圧・発泡成形
し、耐水剤で表面コートすることにより澱粉発泡成形物
が製造される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２の
方法は、次のような問題点があり、未だ工業的製造法と
して確立されたものはない。すなわち、原料澱粉スラ
リーの金型への仕込み、金型の加熱炉への移動など、工
程が複雑で設備費の増大、成形速度の低下をもたらす。
耐水性付与は、通常、成形後、耐水化剤の塗布を行う
ために、再加熱や溶剤回収工程を必要とし、コストアッ
プ要因となる。澱粉スラリーは多量の水分蒸発を必要
とするため、焼成に時間とエネルギーがかかる。加熱
は金型外部からの加熱、すなわち、金型の熱伝導に依存
するため、熱の伝達が遅く、焼成時間がかかる。また、
放熱によるエネルギーロスも多い。特に、加熱工程での
加熱効率の低さと長い所要時間が従来法の最大の問題点
である。

【０００５】特開平８−８１５６５号公報には、上記の
製造の改良として、押出機で押し出された澱粉のシート
を高周波誘電加熱で成形する方法が開示されている。し
かし、高周波加熱は澱粉の水分含量とシートの厚さが適
切でないとその機能を果たさない。さらに、効率のよい
高周波加熱は、澱粉混合からシート化、発泡、成形に至
る各工程の最適化と連続化が達成されたときにのみその
真価を発揮するもので、バッチプロセスにおいてはその
効果は少ない。これらの理由により、従来の澱粉成形物
は売価が高く、普及が妨げられている。多くの改良研究
が行われたが、未だ成功例のないのが現状である。

【０００６】一方、高圧プレス成形では、澱粉が熱によ
り柔らかくならないため、成形には、高圧とそれに伴
う大規模な設備を必要とする。製造時の騒音や振動並
びに危険が伴う。製品は、澱粉が発泡していないため
極めて硬く、脆いものになる。これらの理由により、澱
粉高圧成形物は性能と製造法に難点があり商品化されて
いない。

【０００７】現在、発泡ポリスチレンペパーを打抜き成
形し、カップやトレーを製造する技術は、すでに実用化
されている。その成形速度は、製品１個あたり数秒であ
る。しかし、澱粉をEPS同様にシートまたはフィルム化
した後、打抜き成形する技術は開発されていない。その
理由は、澱粉シートにシート化や加熱発泡、プレス工
程間を移動できるだけの柔軟性と強度の付与が困難。
所定の発泡倍率への正確な発泡が難しい。澱粉シート
表面への耐水性皮膜形成技術がない。澱粉シートを各
工程間を移動さす機械工学的知識に欠けている。澱粉
シートを低圧プレスで成形する技術が存在しない等であ
る。本発明者らは、上記、従来法の問題点である成形方
法を工業プロセスの実用性という観点から見直した結
果、本発明に到達し、性能・価格両面からEPSに匹敵する
製品の工業的生産法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の澱粉発泡
成形物の製造方法は、澱粉を主成分とする水分４０％以
下の原料をシート状に押し出した後、連続式加熱圧延に
より所望の厚さ及び強度の澱粉発泡シートとし、該澱粉
発泡シートを水分値２５%以下で高周波誘電加熱または
電磁誘導加熱下に低圧プレス成形することを特徴として
いる。

【０００９】澱粉スラリーを加熱焼成する従来法の成形
速度は製品１個当り数分を必要とし、ＥＰＳの打抜き成
形法に比較して数十倍遅い。本発明者らは、澱粉スラリ
ー法を捨て去り、澱粉シートの打抜き成形こそが澱粉発
泡成形物が工業レベルで生産され、社会に受け入れられ
る方法と確信して、本発明を完成するに至った。

【００１０】本発明のシート状押出工程においては、食
品工業やプラスチック工業において用いられる押出機が
定量的供給のために用いられる。しかし、押出し方法に
限定はない。水分を４０％以下に調製した澱粉原料は、
押出機内で混合、混練、圧縮、加熱などにより、所定の
澱粉糊化率や粘度、温度に調整され、Ｔ型ダイより後工
程で必要とする巾と厚さで押し出される。水分が５０%
以上の澱粉は流動性を持つ液体でシートはできない。押
出時の温度は特に制限はないが、通常１００℃以下、好
ましくは５０〜７０℃の範囲である。１００℃を超える
と、澱粉の糊化や水分の蒸発が起こる。糊化率に制限は
ないが、通常、１０〜３０％程度である。糊化が進みす
ぎると製品強度が劣ったものになる。水分量は、蒸発熱
量の低減という目的からは、少量ほど好ましいが、シー
ト形成という観点からは５０％以下、製品水分２０％以
下という値から蒸発熱の省エネを考慮すれば、、４０％
以下、厳密にはプレス成形機にかけられる時点での水分
値が、２５％以下の範囲、さらに好ましくは２０％であ
ることが肝要である。すなわち、２０％の澱粉シート水
分でプレス成形を行えば、水分蒸発量が限りなくゼロに
近い成形が達成される。

【００１１】押出されたシートの厚さや発泡倍率を調整
する方法には、特に制限はないが、好ましくは多段ロー
ルにより加圧と加熱を繰り返すことにより行われる。す
なわちロールの間隙を通過する際に澱粉は、１部糊化さ
れ柔軟なシートになり、さらに加熱により発泡し、移動
と打抜きに最適なシートになる。澱粉シートの強度特性
にとって、ロールの本数と圧力は重要な要素である。本
数は、通常、３〜８本位が好ましい。ロールの温度は通
常８０〜１８０℃が好ましい。澱粉発泡倍率は、最終製
品の発泡倍率よりやや大きめに設定するのが好ましい。
プレス工程で澱粉シートが加熱膨張・発泡すると耐水シ
ートの剥離や損傷が発生する。従って、発泡率をやや大
きく発泡しておくことにより、プレス時に、シートは厚
さ方向に圧縮され完璧な容器に成形できる。

【００１２】本発明の成形方法は、プレス成形工程で水
分の少ない澱粉シートを高周波誘電加熱または電磁誘導
加熱により水分子を励起して内部から瞬間的に昇温し、
軟化した澱粉シートを低圧プレス成形することを特徴と
している。従来の高周波誘電加熱により水を蒸発さす金
型成形とは異なる。したがって、水分は、温度上昇に必
要なだけの量でよい。従来の澱粉スラリーの焼成方法
は、水の蒸発のために行われるが、本発明の方法では、
水分は熱の発生源であり、自己発熱により昇温・軟化し
た澱粉シートのプレスにより行われることを特徴として
いる。従って、所要エネルギーと時間は画期的に低減さ
れる。通常、水分２０％程度の澱粉シート１０〜２０グ
ラムのトレー成形に要する時間は数秒以下であり、澱粉
スラリーから焼成法で成形する際の所要時間である数分
と比較すると数十分の１程度に短縮されている。

【００１３】本発明のプレス工程では、軟化した澱粉発
泡シートをプレスするため、通常の固体粉末などを成形
する条件に比較して、その推力は、５００〜３，０００
ｋｇ程度の低圧であり、５０トンを越える高圧プレスに
比較して設備ならびに騒音、危険性が低減される。

【００１４】本発明で用いる高周波誘電加熱とは、高周
波電界中に加熱対象物を置き、誘電損失により対象物自
体を発熱・加熱する方法であり、通常、２７．１２ＭＨ
ｚまたは４１．１４ＭＨｚが使用される。電磁誘導加熱
は、変化する磁力線の中に金属からなる金型を置き、金
型内部で発生する電流によって発生するジュール熱によ
る加熱である。高周波誘電加熱は、加熱対象物自体が発
熱するので、エネルギー効率が極めて高く、周囲への放
熱や発熱ムラも非常に少ない。均一な組織の成形物を短
時間・加熱処理で得ることを特徴としている。電磁誘導
過熱も加熱効率がよい。

【００１５】請求項２に記載の耐水化方法は、澱粉シー
トへの耐水フィルムのラミネーションもしくは耐水化材
のコートを特徴としている。本発明の方法では、澱粉の
シート上に耐水シートまたはフィルムを装着するか、液
体の耐水化剤を塗布する。シートが平面的であるためラ
ミネーションやコートが容易であり、そのままロール圧
着またはプレス成形時に同時圧着することが可能で、効
率的方法といえる。圧着温度はフィルムの軟化温度に依
存するが、通常、１００〜２００℃の範囲である。

【００１６】上記方法により得られた成形物の用途は、
食品用用途としては、ハンバーガー、フライドチキン、
アイスクリーム、麺類、たこ焼き、ご飯、カレー、シチ
ュー、ジュース、コーヒー、野菜、果物などの食品用容
器、また食品用以外では、植木鉢、包装・梱包用材料、
日用品など広い分野での利用が可能である。

【００１７】本発明の成形物は、自然環境下で容易に分
解するので、生ゴミとして、廃棄できるので取扱が簡単
であり、公害問題も起こさない。分解に要する時間は、
通常１ヶ月以内と短い。また、肥料や家畜の飼料として
有効利用することも可能である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に用いられ
る装置と材料について図１に基づいて、詳細に説明す
る。しかし、これらに限定されるものではない。図１
は、本発明の実施に用いられる装置を模式的に示す図で
ある。

【００１９】（押出機１）澱粉、水、その他添加剤を混
合した配合澱粉をロールに供給するための装置である。
特に強い練りやせん断圧力を必要としない。

【００２０】（加熱ロール２、３）押出機より供給され
た澱粉生地をシート上に延ばすと共に加圧糊化と加熱発
泡を行う装置であり、一本の親ロール２（直径約３０ｃ
ｍ、巾３０ｃｍ）と数本の子ロール３（直径約８ｃｍ、
巾３０ｃｍ）からなり、子ロール３は親ロール２の周り
に等間隔で圧着されている。澱粉シート１０は親ロール
２の表面に沿いながら加熱され、子ロール３により加圧
糊化及び厚さの制御を行う。

【００２１】（耐水化剤塗布装置）一対の主ロール４と
それぞれの主ロール４に耐水化剤６を供給する２本の補
助ロール５とからなり、耐水化剤６が液状である場合
に、耐水化剤６が補助ロール５から主ロール４に移行
し、主ロール４の間を通過する澱粉シート１０に耐水化
剤を塗布することができる。

【００２２】耐水化剤を用いずに、耐水フィルムを使用
する場合は、図示していないが、別に形成した耐水フィ
ルムを澱粉シート１０の上面と下面に接するように誘導
し、澱粉シート１０を上下から挟むようなローラにより
圧着して、必要により温度をかけて、澱粉シート１０の
上下面に耐水シートをラミネートする。

【００２３】（プレス成型）耐水化処理した澱粉シート
１０を上下一対の金型７でプレス成型するのであるが、
本発明では金型７を高周波発振器８に接続して、高周波
により澱粉シート１０を内部から加熱すると同時に、金
型７内で成型する。高周波発振器８としては、例えばパ
ール工業株式会社の高周波発振器（最大高周波出力３ｋ
Ｗ、発振周波数４１．１４ＭＨｚ）が使用できる。

【００２４】澱粉シート１０の原料は、澱粉及び／また
は穀粉、たとえば、馬鈴薯澱粉、小麦澱粉、こめ澱粉、
トウモロコシ、甘藷、タピオカ、小麦粉、米粉など特に
制限はない。また、酸化澱粉、リン酸澱粉、デキストリ
ンなどの加工澱粉も適宜使用される。上記原料澱粉と水
とにより、澱粉シート１０が形成されるが、必要に応じ
て、軟化剤、強度補強剤あるいは充填剤を配合してもよ
い。澱粉への柔軟性の付与剤としては、ブドウ糖、麦芽
糖などの糖類、糖アルコール、糖エステル、油脂類等が
挙げられる。強度補強剤はキサンタンガム、グアガム、
カードラン、コンニャクマンナンなどの増粘多糖類が挙
げられる。充填剤も特に制限なく、セルロース類、炭酸
カルシウム、タルク、シリカゲル等が挙げられる。耐水
化処理に用いる耐水化剤としては、特に制限はないが、
耐水性のフィルムおよびシートとしては、ポリ乳酸、ポ
リカプロラクトンなど、耐水化剤としてはロジン、みつ
ろう、ワックス、シェラックなどが挙げられる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。実施例１ 馬鈴薯澱粉(乾物)７００ｇと水３００ｇを十分に混合
後、押出機でロール上に押出し、ロール圧延により巾２
０ｃｍ、厚さ２ｍｍのシートとした。このシートをさら
に１２０℃の加熱ロールで発泡と同時に圧延し、厚さ６
ｍｍの発泡シートを得た。発泡倍率は約１５倍、水分値
は２０％であった。このシートをプレス成形機の推圧：
１トン、高周波誘電加熱装置の発振周波数:４１．１４
ＭＨｚ、出力３ｋＷで加熱した結果、６秒の成形時間
で、厚さ４ｍｍ、発泡倍率約１０倍の澱粉発泡成形物が
得られた。強度特性と生分解性はともに満足すべきもの
であった。

【００２６】実施例２ 実施例１で作成した澱粉発泡シートにポリカプロラクト
ン(軟化温度:１２０℃)の耐水性フィルムを１４０℃で
ラミネートし、成形した製品は、９０℃熱水、２０分で
水漏れや変形は認められなかった。

【００２７】比較例１ 馬鈴薯澱粉(乾物)４００ｇと水６００ｇを十分に混合
後、湯浴上で６０℃に数分加熱後、この澱粉スラリーを
予め加熱したテフロンコートの金属製の径１０ｃｍ、深
さ４ｃｍの椀型の型枠の底に入れ、１８０℃、３分間加
熱発泡させた。加熱後澱粉は発泡して金型の空間一杯に
発泡体を形成した。得られた発泡体は均一な気泡を有し
その発泡倍率は１５倍であった。

【００２８】比較例２ 比較例１と同様の条件で、６秒間加熱した結果、澱粉ス
ラリーはほとんど変化をしていなかった。

【００２９】比較例３ 実施例１と同様の条件で、作成した澱粉シートを高周波
誘電加熱を使用せずに成形した結果、成形物は得られな
かった。

【００３０】比較例４ 実施例１と同様の条件で、作成した澱粉発泡シートの水
分値を３５％に設定し、プレス／高周波併用で加熱成形
した結果、激しく蒸発と発泡が起こり、均質な成形物は
得られなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に用いる澱粉発泡成形物の製造方法の
一例を模式的に示す図である。

【図２】 従来の澱粉発泡成形物の製法の一例を模式的
に示す図である。

【符号の説明】

１…押出機、２…親ロール、３…子ロール、４…主ロー
ル、５…補助ロール、６…耐水化剤、７…金型、８…高
周波発振器および１０…澱粉シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 三郎 大阪府高槻市富田町４−３−20 (72)発明者 島岡 幸一 大阪府大阪市東成区大今里南４丁目６番16 号 株式会社幸和工業内 (72)発明者 松枝 日出郎 大阪府大阪市東成区大今里南４丁目６番16 号 株式会社幸和工業内 (72)発明者 工藤 謙一 京都府京都市左京区下鴨森本町15番地 株 式会社グリーンバイオ内 Ｆターム(参考） 3B001 AA02 AA11 CC15 4F212 AA01 AE10 AG20 AH55 AH58 AJ03 AK10 AK11 UA09 UA15 UB01 UG02 UG05 UW10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 澱粉を主成分とする水分４０％以下の原
   料をシート状に押し出した後、連続式加熱圧延により所
   望の厚さ及び強度の澱粉発泡シートとし、該澱粉発泡シ
   ートを水分値２５％以下で高周波誘電加熱または電磁誘
   導加熱下に低圧プレス成形することを特徴とする澱粉発
   泡成形物の製造方法。
2. 【請求項２】 澱粉発泡シートが低圧プレス成形の前に
   耐水性フィルムによるラミネーションまたは耐水化剤で
   コートされることを特徴とする請求項１記載の澱粉発泡
   成形物の製造方法。
3. 【請求項３】 シート状に押し出した澱粉シートを多段
   加熱ロールにより厚さ、強度及び発泡倍率を調整するこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の製造方法。
4. 【請求項４】 低圧プレス成形工程で、澱粉発泡シート
   を圧縮成形することにより耐水皮膜の破壊、仕上がり不
   良及びバリの発生を少なくすることを特徴とする請求項
   １〜３いずれかに記載の製造方法。
5. 【請求項５】 澱粉発泡成形物がカップ、トレーまたは
   容器類である請求項１〜４いずれかに記載の製造方法。
6. 【請求項６】 澱粉発泡成形物が梱包・包装材料用の緩
   衝材である請求項１〜４いずれかに記載の製造方法。