JP2002371153A

JP2002371153A - 生分解性発泡成形体及びその製造法

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Publication number: JP2002371153A
Application number: JP2001181687A
Authority: JP
Inventors: Minoru Hishinuma; 菱沼稔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2002-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、前記問題点を鑑みてなされたもので
あり、耐水性、弾性、機械的・物理的強度に優れた生分
解性発泡体で、食品用容器、精密部品、建築資材、農業
用資材等広い分野に応用が可能となる生分解性製発泡成
形体を提供しようとするものである。また、自然環境下
で分解・崩壊し、仮に焼却したとしても有害ガスの発生
することはなく、環境汚染を引き起すことがない。安価
に製造ができる有用な生分解性発泡成形体を提供しよう
とするものである。【解決手段】即ち本発明は、澱粉質を主たる成分とし
て、水溶性高分子物質、油脂と必要に応じて生分解性樹
脂を含む発泡原料組成物を押出機内で加熱・混合・混練
・可塑化溶融し、連続的に発泡させることで、弾性，強
度並びに耐水性に優れ、自然環境下で分解し、焼却する
場合にも焼却炉を傷めることがない生分解性発泡成形体
を提供することが出来た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、食品用容器、医薬
品・化粧品、精密部品、建築用資材、家電製品等の箱詰
め用バラ緩衝材、成形加工された発泡成形材等の資材が
各分野で使用されている生分解性発泡成形体及びその製
造法に関するものでる。

【０００２】

【従来の技術】従来主として食品用容器、医薬品・化粧
品、精密機械部品等の箱詰め用のバラ緩衝材、包装資材
及び成形品等に発泡ポリスチレン樹脂、発泡ポリエチレ
ン樹脂が使用されている。

【０００３】例えば、上記製品を輸送する時、振動や衝
撃等から保護する目的で、各種の形状をした発泡緩衝材
等が使用されている。その目的から、加えられた機械的
・物理的衝撃を吸収するために弾性、耐水性、圧縮強度
等の特性が必要とされる。つまり、食品容器、医薬品・
化粧品、精密機械部品、電気製品等の梱包輸送時に用い
られている発泡ポリスチレン樹脂や発泡ポリエチレン樹
脂の代替として発泡成形体が注目されている。

【０００４】各種容器、箱詰め用バラ緩衝材、梱包用固
定材、建築資材、農業用資材等の各分野で使用されてい
る発泡ポリスチレン樹脂や発泡ポリエチレン樹脂、ポリ
塩化ビニル樹脂等は、梱包開封後の廃棄処理時に有害ガ
スや黒煙を発生するため、環境汚染の原因になってい
る。また、焼却時の燃焼温度が高いため焼却設備が高額
になる問題がある。またその廃棄処理には、その多くを
埋め立て処理に頼らなければならない等の観点から、こ
れに替わる環境に優しく、廃棄処分が容易な生分解性発
泡成形体が望まれている。

【０００５】しかし、これらのポリスチレン樹脂、ポリ
エチレン樹脂等の熱可塑性樹脂を配合された物は、自然
環境下では容易に分解することがなく、環境問題に対す
る社会的な関心が高まり、埋め立て施設の減少や環境汚
染等の原因で、次第に廃棄物に対する規制が厳しくなっ
てきた。

【０００６】こうした社会状況を背景として、澱粉質を
主原料として、自然環境下で微生物等の働きで容易に分
解する。環境に優しい生分解性緩衝材の包装資材、農業
用資材、食品容器資材等の分野で注目を集め、澱粉質を
主成分とする緩衝材が、多く提案されている。

【０００７】澱粉質を主原料に用いた緩衝材は、耐水性
が低く、高温多湿度の環境下では、べとつき、脆く、壊
れやすいという問題がある。例えば、特開平２−２９８
５２５号公報では、澱粉質を改質することで問題を解決
することが提案されているが，この発泡成形体は、高湿
度下においてはべとつきが出て弾性が低下するという問
題がある。低湿度下においては、機械的・物理的強度が
低下する等の問題がある。

【０００８】また、発泡ポリスチレン、発泡ポリエチレ
ン樹脂等の製造においては、加熱・加圧により分解して
窒素ガスや炭酸ガスを発生する化学発泡剤、フロン系、
低沸点炭化水素等の発泡剤が用いられている。発泡剤が
高価で、揮発性が高いため取り扱いが難しいという問題
がある。この点を改善し、安価で安全性が高く取り扱い
が容易な水を発泡剤に使用することが提案されている。

【０００９】例えば、特開平２−２９８５２５号公報に
澱粉質を主成分とする発泡体の弾性及び圧縮強度を改善
する提案されているが、実用に耐えられる強度ではな
く、耐水性が低いという問題がある。上記の点について
更に改善した方法として、例えば、特開平９-１１１０
２８９号公報に提案されている植物性発泡剤、ポリプロ
ピレン樹脂、澱粉系添加剤及び水を原料としたバラ緩衝
材の製造法が開示されている。ポリプロピレン樹脂原料
を含有しているため、自然環境化で消化分解、崩壊や不
腐化等の作用を受けることがなく、環境に対する負苛が
高いという問題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記問題点
を鑑みてなされたものであり、自然環境下で分解し、環
境汚染を引き起すことなく、耐水性、弾性に優れた生分
解性発泡成形体で、食品用容器、精密部品、建築資材、
農業用資材等広い分野に応用が可能となる生分解性発泡
成形体を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明者は，鋭意検討を行なった。請求項１では、
澱粉質を主たる成分とし、水溶性高分子物質、油脂およ
び生分解性樹脂を含む発泡原料組成物からなることを特
徴とする生分解性発泡成形体を要旨とする。請求項２で
は、上記水溶性高分子物質の添加率が、０．５〜２０重
量％であることを特徴とする請求項１記載の生分解性発
泡成形体を要旨とする。請求項３では、上記油脂の添加
率が、１〜２０重量％であることを特徴とする請求項１
記載の生分解性発泡成形体を要旨とする。

【００１２】請求項４では、前記澱粉質の量に対して、
２〜２５重量％の水を含有する発泡原料組成物を押出機
内で加熱・混合・可塑化溶融し、発泡押出成形すること
を特徴とする請求項１記載の生分解性発泡成形体の製造
法を要旨とする。

【００１３】ここで生分解性とは、自然環境下で自然界
に存在する因子，例えばバクテリア、かび、酵母等の微
生物あるいは他の生物の作用により、消化分解、不腐化
や破壊されること等をいう。土中への埋め立て処理や汚
泥処理等の従来の廃棄物処理法により、容易に分解し自
然環境状況が維持できる処理できることである。

【００１４】すなわち本発明は、澱粉質並びに水溶性高
分子物質の糊化した粗成分の発泡・膨化で、澱粉質並び
に水溶性高分子物質の高分子多塘類・粘結性物質等の水
素結合による網目構造中に水分子が取り込まれ、加熱・
加圧の条件下で不可逆的に膨潤した粘調性発泡組成物
が、常圧下に開放されることによって発泡する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に説明
する。生分解性発泡成形体の製造するに際して，澱粉質
を主成分とし、添加剤として水溶性高分子物質、油脂、
必要に応じて生分解性樹脂を配合した組成物に、澱粉質
に対して２〜２５重量％の水を添加し、攪拌混合し、押
出機で温度１２０〜１９０℃、圧力５〜１００Ｋｇ／ｃ
ｍ^２・ゲージの条件下で混合・可塑化溶融しながら、ダ
イから連続的に常圧下に押出成形をしたところ均一な独
立気泡構造である生分解性発泡成形体が得られる。発泡
原料組成物中の澱粉質に対する水の添加率が、２重量％
以下では糊化・膨化が抑制される。また、２５重量％以
上の水を添加した場合は、発泡原料組成物の溶融粘度が
下がり発泡後収縮し、満足した生分解性発泡成形体が得
られない。

【００１６】澱粉質としては、生澱粉（トウモロコシ澱
粉，小麦澱粉，馬鈴薯澱粉並びに蛋白質成分を含む未精
製澱粉等），変性澱粉（α―澱粉、酸化処理澱粉、エス
テル化澱粉、エーテル化澱粉等），セルロース誘導体
（カルボキシメチルセルロースナトリウム，メチルセル
ロース等）を挙げることが出来る。発泡成形体の所望の
特性並びに用途に応じて、単独あるいは2種類以上併用
して用いることが出来る。

【００１７】水溶性高分子物質としては、天然高分子で
ある植物系粘質物（グァーガム、ローカストビンガム、
アラビアガム、トラガントガム等）、海藻由来の粘質物
（寒天、カラギーナン、アルギン酸塩等）、微生物産生粘
質物（キサンタガム、デキストラン等）、動物蛋白質
（ゼラチン、カゼイン等）等を挙げることが出来る。ま
たこれらの物質を化学的・機械的処理等によって得られ
た水溶性高分子物質である粘質物を使用することが出来
る。所望の特性並びに用途に応じて、単独あるいは2種類
以上併用して用いることが出来る。

【００１８】水溶性高分子物質の機能としては、水によ
る膨潤・糊化作用による澱粉質の固着並びに発泡原料組
成物の粘度を調整することで、押出機内での均一な流動
性が得られ、安定した吐出量で、均一な気泡構造を有
し、弾性（復元性）に優れた生分解性発泡成形体が得ら
れる。その添加量は、０．５〜２０重量％で、その添加
率が０．５重量％以下の場合、得られた生分解性発泡成
形体の弾性が低く，２０重量％以上であると押出機への
負担ガ高くなり焦げやすくなり、また発泡性が低くな
る。好ましくは、２〜１５重量％である。

【００１９】油脂としては、植物油脂（ナタネ油、大豆
油、ヤシ油、パーム油、木ロウ等）、動物油脂（牛脂、
豚脂、乳脂、蜜蝋等）、脂肪酸、ステアリン酸、パルミ
チン酸、オレイン酸等）を挙げることができ、所望の特
性並びに用途に応じて、単独あるいは２種類以上を併用
して用いることができる。その添加率は、所望の特性並
びに用途に応じて１〜２０重量％用いられる。その添加
率が、１重量％以下であると得られた生分解性発泡成形
体は、べとつきや吸湿性が高く、また２０重量％以上の
場合は、発泡性が抑制され好ましくない。好ましくは、
２〜１０重量％である。

【００２０】油脂の機能としては、発泡原料組成物が押
出機内で加熱・混合・可塑化溶融工程において発泡原料
組成物の流動性を高め、ダイとのすべりが良くなる。ま
た押出機駆動部への負担が減少する。また製品の光沢並
びに耐水性を付与する目的で添加される。

【００２１】生分解性樹脂としては、自然環境下で消化
分解、崩壊や不腐化等の作用を受ける樹脂であれば特に
限定されるものではない。環境汚染等を考慮すると有害
ガスが発生せず、焼却炉を傷めないような生分解性樹脂
が好ましい。例えば、ポリビニールアルコール系樹脂
（エチレンー酢酸ビニル共重合体、オキシアルキレン変
性）、脂肪族ポリエステル系樹脂（ポリカプロラクト
ン、ポリ乳酸、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレ
ンサクシネート、ポリヒドロキシバリレート等のホモポ
リマーあるいはコポリマー、これらのホモポリマーある
いはコポリマーの変性した物等）、ポリエーテル系樹脂
（ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール
等）等が挙げられる。

【００２２】所望の特性並びに用途に応じて、単独ある
いは2種類以上併用して用いることが出来る。その添加
率は、所定の特性並びに用途に応じて決まり、０〜４０
重量％である、好ましくは、５〜２０重量％である。

【００２３】澱粉質、水溶性高分子物質、油脂、生分解
性樹脂等の配合比率は、生分解性発泡成形体の所望の特
性並びに用途に応じて決められ特に限定されない。澱粉
質、水溶性高分子物質、油脂並びに生分解性樹脂等の攪
拌混合は、公知の混合機で均一混合が出来る装置であれ
ばよく、特に限定されるものではない。

【００２４】本発明の生分解性発泡成形体の製造法にお
いて水の添加方法は、水を添加された発泡原料組成物の
全てを押出機に取り付けられているホッパーから全発泡
原料組成物を供給する方法あるいはシリンダーの途中か
ら発泡原料組成物の一部をホッパーに供給し、残りの水
をバレルの途中から添加する方法のどちらでも良く、押
出機の機能に応じて選択される。シリンダー温度１２０
〜１９０℃、圧力５〜１００Ｋｇ／ｃｍ^２・ゲージの条
件下で、混合・混練・可塑化溶融された組成物は，ダイ
から常圧下に吐出される。このため発泡組成物に含まれ
ている水分や空気等が急激に気化・膨張して澱粉質等が
膨化し、均一な独立気泡構造を有した生分解性発泡成形
体が得られる。

【００２５】生分解性発泡成形体は、押出機のダイ形状
に応じて任意の形状例えば、バラ緩衝材、発泡シート、
発泡ブロック、チューブ、板等に成形され、従来の発泡
ポリスチレン樹脂の緩衝材と同等の機械的・物理的強度
並びに耐水性を保持していた。

【００２６】例えば、見かけ比重（例えば嵩比重０．２
ｇ／ｃｍ^２以下）が小さい高発泡性の生分解性発泡成形
体は、箱詰用の緩衝材として、耐水性の点で、従来品よ
り優れた高温高湿度の環境においてもべとつきや吸湿性
が認められなかった。例えば、見かけ比重の小さい生分
解性発泡成形体（例えば嵩密度０．５ｇ／ｃｍ ^２以下）
は、高い強度で、弾性（復元性）を示し精密部品のコー
ナーパット、建築資材等の機械的・物理的強度が要求さ
れる用途に適していた。

【００２７】生分解性発泡成形体の所望の特性並びに用
途等に応じて、例えば充填材としてタルク、炭酸カルシ
ウム等を添加することができる。強度の付与並びに充填
材作用を有する古紙粉砕物、セルロースファイバー等を
添加することができる。また、香料，着色料，界面活性
剤、化防止剤、難燃剤、抗菌剤、可塑化剤等の有用な添
加剤を配合することができる。

【００２８】

【実施例】本発明の実施例を以下において、具体的に説
明する。

【実施例１】コーンスターチ６６Ｋｇ、グァーガム３Ｋ
ｇ、タルク４Ｋｇ並びに古紙粉砕物６Kgを秤量し、混練
機に投入し、水を1３．５Ｋｇ（対コーンスターチ１
７．０重量％）添加し均一になるまで攪拌・混合し、該
混合物にポリビニールアルコール１５Ｋｇ、ステアリン
酸３Ｋｇ並びにパーム油３Ｋｇを配合し、充分に攪拌・
混合された原料を2軸押出機（日本製鋼所製ＴＥＸ−３
０ＸＳＳＴ）のホッパーに投入し、該混合物を100Ｋｇ
／時間の押出速度、１65〜185度、吐出圧１５〜６０Ｋ
ｇ／ｃｍ^２・ゲージ、ダイ内径３ｍｍの吐出開口部より
連続的に常圧下に吐出させて生分解性発泡成形体を得
た。得られた生分解性発泡成形体の特性を表１に示し
た。

【００２９】

【実施例２】実施例１で用いたコーンスターチをタピオ
カ澱粉に替え、実施例１の条件で押出成形を行なった。
得られた生分解性発泡成形体の特性を表１に示した。

【００３０】

【実施例３】コーンスターチ６６Ｋｇ、グァーガム３Ｋ
ｇ、タルク４Ｋｇ、０．２〜３．５ｍｍのセルロースフ
ァイバー６Ｋｇ，パーム油３Ｋｇ、ステアリン酸３Kg及
びポリ乳酸（株式会社島津製作所テクティ９０２０）樹
脂１５Ｋｇをミキサーミに投入し、攪拌・混合し、該混
合物を2軸押出機のホッパーに投入し、該混合物を連続
的に１５Ｌ／時間（対コーンスターチ１７．０重量％）
の速度で供給し、100Kg／時間の押出速度、１７5〜1９
０度、吐出圧２０〜６０Ｋｇ／ｃｍ^２・ゲージ、ダイ内
径３ｍｍの吐出開口部より連続的に常圧下に吐出させ生
分解性発泡成形体を得た。得られた生分解性発泡成形体
の特性を表１に示した。

【００３１】

【実施例４】タピオカ澱粉７２Ｋｇ、グァーガム８Ｋ
ｇ、タルク４Ｋｇ、０．２〜３．５ｍｍのセルロースフ
ァイバー４Ｋｇ，パーム油４Ｋｇ、ステアリン酸６Ｋｇ
並びに大豆油２Ｋｇをミキサーミに投入し、攪拌・混合
し、該混合物を2軸押出機のホッパーに投入し、該混合物
を連続的に１７Ｌ／時間（対タピオカ澱粉１９．１重量
％）の速度で供給し、100Kg／時間の押出速度、１７5〜
1９０度、吐出圧２０〜６５Ｋｇ／ｃｍ^２・ゲージ、ダ
イ内径３ｍｍの吐出開口部より連続的に常圧下に吐出さ
せ生分解性発泡成形体を得た。得られた生分解性発泡成
形体の特性を表１に示した

【００３２】

【実施例５】タピオカ澱粉７１Ｋｇ、グァーガム６Ｋ
ｇ、タルク４Ｋｇ、０．２〜３．５ｍｍのセルロースフ
ァイバー６Ｋｇ，パーム油５Ｋｇ、ステアリン酸６Ｋｇ
並びに大豆油２Ｋｇをミキサーミに投入し、攪拌・混合
し、該混合物を2軸押出機のホッパーに投入し、該混合物
を連続的に１６Ｌ／時間（対タピオカ澱粉１８．４重量
％）の速度で供給し、100Kg／時間の押出速度、１７5〜
1９０度、吐出圧２０〜６５Ｋｇ／ｃｍ^２・ゲージ、ダ
イ内径３ｍｍの吐出開口部より連続的に常圧下に吐出さ
せ生分解性発泡成形体を得た。得られた生分解性発泡成
形体の特性を表１に示した。

【００３３】

【比較例１】実施例１の発泡原料組成物をもちいて、水
の添加量を２８Ｋｇ（対コーンスターチ２９．８重量
％）として、実施例１の条件で生分解性発泡成形体を得
た。得られた生分解性発泡成形体の特性を表１に示し
た。

【００３４】

【比較例２】コーンスターチ７５Ｋｇ、タルク４Ｋｇ、
０．２〜３．５ｍｍのセルロースファイバー６Ｋｇ、こ
の物に、ポリ乳酸樹脂１５Ｋｇをミキサーミに投入し、
攪拌・混合し、該混合物を2軸押出機のホッパーに投入
し、該混合物を連続的に１６Ｌ／時間（対コーンスター
チ１７．６重量％）の速度で供給し、100Kg／時間の押
出速度、１65〜185度、吐出圧２０〜６０Ｋｇ／ｃｍ^２
・ゲージ、ダイ内径３ｍｍの吐出開口部より連続的に常
圧下に吐出させ生分解性発泡成形体を得た。得られた生
分解性発泡成形体の特性を表１に示した。

【００３５】生分解性発泡成形体の特性試験方法は、下
記の測定法で行なった。１）嵩密度(見かけ比重) 単位体積当りの重量で表す。２）吸湿性（耐水性）（％）温度４０度、相対性湿度９０％の条件下で４８時間放置
後の吸水率で評価を行った。３）弾性（復元性）試験片の大きさ：長さ５０ｍｍ×実施例で得られた試験
片の直径。試験片の数量：各５本。試験法：平滑なガラス板（幅５０ｍｍ×長さ５０
ｍｍ×厚み２ｍｍ）に試験片を挟み、水平に置き、上面
のガラス板上中央に１Kgの荷重を１０分間かけた後、こ
の荷重並びに上面のガラス板を外し、３０分後の試験片
の復元性を次の基準で評価した。〇：直径の８０％以上復元。 △ ：直径の５０〜７９％復元。 × ：直径の５０％以下の復元あるいは崩
壊。

【００３６】４）耐吸湿性収縮性保持率（％）４０度、相対湿度９０％の環境条件下に１４日間放置し
た時の寸法変化を測定し、試験前の寸法に対する収縮率
で評価した。

【００３７】上記、実施例１〜５並びに比較例１，２お
よび澱粉を主成分とする市販のバラ緩衝材（王子製袋
（株）製）について生分解性発泡成形体の特性結果を説
明する。

【表１】

【００３８】実施例１〜５において、水溶性高分子物質
である植物系粘質物並びに油脂を添加したことで、吸湿
性が１．５％以下と低く、弾性も８０％以上復元し、耐
吸湿性収縮性保持率が１０．９％以下と収縮性が低い特
性であった。また、比較例１、２および市販緩衝材と比
べて、吸湿性、弾性並びに耐吸湿性収縮性保持率が優れ
た特性であることが明らかになった。

【００３９】生分解性樹脂であるポリ乳酸を配合した系
において、油脂を配合しない比較例１では、吸湿性、耐
吸湿性収縮性保持率が添加された実施例３に比べ低かっ
た。対澱粉質に対する水の添加率の影響は、比較例１
（対コーンスターチ２９．４重量％）の高添加率の場合
は、充分な発泡が得られず、吸湿性等が実用に耐えられ
ない特性であった。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を有する。澱粉質
を主成分として、水溶性高分子物質、油脂並びに必要に
応じて生分解性樹脂を配合することで、生分解性発泡成
形体としての必要な弾性、機械的・物理的強度並びに耐
水性を備え、自然環境下で消化分解、崩壊や不腐化され
る生分解性発泡成形体を得ることができた。しかも、押
出機の負苛が少なく、均一な気泡構造を有する生分解性
発泡成形体を安定した品質で連続的に生産することが出
来た。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０８Ｌ 3/02 ＺＢＰＢ６５Ｄ 81/12 ＢＲＱＡ //(Ｃ０８Ｌ 3/02 ＢＳＲ 101:00 ＢＳＦ 91:00） 81/04 Ｆターム(参考） 3E066 AA61 CA20 DA01 KA08 LA30 MA01 NA01 NA29 NA41 NA47 4F074 AA01 AA02 AA03 AA04 AA17A AA22A AA42 AA76 AA81 BA34 CA22 4J002 AB011 AB041 AD002 AD012 AD022 AD032 AE053 AF032 BB224 BE024 CF184 CF194 CH024 DE026 FD326 GG01 GL00 GT00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】澱粉質を主たる成分とし、水溶性高分子
物質、油脂および生分解性樹脂を含む発泡原料組成物か
らなることを特徴とする生分解性発泡成形体。
【請求項２】上記水溶性高分子物質の添加率が、０．
５〜２０重量％であることを特徴とする請求項１記載の
生分解性発泡成形体。
【請求項３】上記油脂の添加率が、１〜２０重量％で
あることを特徴とする請求項１記載の生分解性発泡成形
体。
【請求項４】上記澱粉質の量に対して２〜２５重量％
の水を含有する発泡原料組成物を押出機内で加熱・混合
・可塑化溶融し、発泡押出成形することを特徴とする請
求項１記載の生分解性発泡成形体の製造法。