【発明の詳細な説明】
生分解性シートおよびその製造方法
関連出願の説明
この出願は、前の出願かつ現在係属中の出願、すなわち１９９６年３月１５日
に発明の名称「生分解性シートおよびその製造方法」にて出願された、米国仮出
願第６０／０１３，４３７号（参照番号２７７９８−３１Ｌ、発明者ネブリング
、ジョンとスペンス、オービル）の利益を主張するものである。
技術分野
本発明は、生分解性物質およびその製造方法、特に、薄いシートを形成する生
分解性物質およびその製造方法に関する。
発明の背景
従来、様々な生分解性物質が知られている。一般的に広く知られ、商業上成功
した生分解性物質の一つとして、デンプン主成分の組成物からなるものがある。
通常、これらの化合物は複数の変性した高級アミロースデンプン成分からなる。
染料や他の添加剤は、例えば色や手触り等の特質を備えるために使用される。高
級アミロースデンプンは物質に弾力性および圧縮性を付与するために使用される
。また、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）が、デンプン主成分の生分解性物質の
柔軟性を高めることも知られている。
デンプンは、通常、細粒状構造をなす約２０〜２５％のアミロースと約７５〜
８０％のアミロペクチンの混合物からなる多糖類である。アミロースは、α−１
，４−Ｄ−グルコシド結合により連結した、Ｄ−無水グルコース分子の鎖状高分
子化合物である。高級アミロースデンプンは、４５重量％以上のアミロースを含
む
デンプンである。化工デンプンは、アルキレンオキサイドとのエーテル化等、公
知の工程により誘導あるいは変性されて形成される。
デンプン主成分の生分解性物質は、通常複数の成分の混合により１つの物質を
形成する。次に、その物質は押出成形、切断、粉砕、寸断により、様々な形や大
きさに形成される。伝統的にダイ押出成形機が通常使用されてきたこれまでは、
生分解性物質を押出成形により厚さ１／８インチ以下に形成することは困難であ
った。このように、デンプン主成分の生分解性物質の用途は、大きさに低限があ
るために制限されていた。例えば、厚さ１／８以下のデンプン主成分の生分解性
物質の薄いシートは形成できなかった。生分解性物質のシートは、用途は無数に
あった。例えば、筆記用紙や便箋等の紙製品は生分解性物質から成り、繊細かつ
秘密の情報の伝達に使用できた。一度紙に印刷された情報が利用されると、その
紙は大量の水分（水、尿、唾液等）に作用させ、その紙を構成成分に分解し、紙
に印刷された情報は永久かつ完全に一掃される。他にも生分解性の薄いシートの
用途は多くある。
このように、デンプン主成分の生分解性物質はこれまで、デンプン主成分の物
質が紙やその他の製品として利用できる薄いシートを形成できることは開示され
ず、薄いシート内に存在する他物質のシートとして利用できる生分解性物質の需
要が残されてきた。
本発明の概要
本発明は、厚さ１／８インチ以下、望ましくは１／１６インチ以下、特に１／
３２〜１／６４インチの薄いシートを形成できるデンプン主成分の生分解性物質
を提供することである。１／２００インチという極薄のシートも製造できる。こ
のような薄さに成りうる生分解性物質のシートおよびその製造方法が、本発明者
の実験の偶然の結果により伝統的な状況の中から発明された。本発明者は、物質
の柔軟性の改良を目的に、デンプン主成分の生分解性物質に添加剤を導入する実
験をしていた際、ある一定の濃縮度のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を添加す
ると、合成されたデンプン主成分の物質は押出形成により厚さ１／３２〜１／６
４インチの物質からなるシートを形成することを発見した。発明者はその実験を
数回反復し、毎回生分解性物質の薄いシートを形成した。そして、これらのシー
ト物質が複数に応用できることをすぐに認知すると共に、直径約８．５ｘ１１イ
ンチの薄い生分解性物質の部門、すなわち通常の紙のサイズは削除した。次に、
シートは普通プリンタに給紙すると、その印刷されたシートは普通のボンド紙と
全く同一に思われた。シートは、カラーと白黒の両方のインクに対応できた。シ
ートの柔軟性は普通の筆記用紙と近似している。
他の紙製品に関しては、形成されたシート物質は染料を使用して色を付すこと
ができる。しかし、他の紙製品とは異なり、本発明の生分解性シートは容易、低
コスト永久的、環境的に安全に処理できる。実際、もし食用色素や他の添加剤が
なければ、シートは人間の消費により処分される。この特性は、例えば子供向け
の本に特に有益で、子供が誤って本の頁を食べても害がないようになっている。
シート物質の印刷あるいは対処についてテストした結果、シート物質は伝統的
なボンド紙あるいは繊維紙と近似しており、柔軟で、インクを塗りやすく、汚れ
ることなく、また必要以上の乾燥時間を不要とし、耐久性を有する。しかし、シ
ート物質は再生可能な原料から形成されており、伝統的なボンド紙あるいは繊維
紙とは異なり、水分を帯びると構成成分に容易に分解し、また環境的にも安全と
なっている。
図面の簡単な説明
本発明およびその利点の理解を容易にするために、以下に図面に沿って説明す
る。
第１図は、本発明の生分解性シートの製造方法過程を示したフローチャートで
ある。
図面の詳細な説明
第１図を参照すると、本発明の生分解性シート物質の製造方法の過程が示され
ている。
本過程は、公知の押出成形機を使用した連続した押出加工の工程を包含する。
実施例の過程において、噛合、自動拭い、共同回転する一対のスクリューを有す
る押出成形機が使用されている。本発明の生分解性シート物質に関する有益な物
理的性質としては、ある意味においては純成分の正確かつ完全な混合に影響され
るため、正確な送り、混練、加熱、冷却がその過程において重要となる。なお、
ここでは噛合、自動拭い、共同回転する、二軸押出成形機が記載されているが、
プラスチック用の一本のスクリューを備えたタイプ等、如何なる種類の押出成形
機でも利用できる。
先ず、ステップ１０において、色を希望する場合、食用色素と色素を０．０１
〜２％の量で供給する。加工済みのシート物質が生分解性であるため、食物性品
質染料が選択される（ただし、希望により他の染料も使用できる）。色が追加さ
れると、それに従い追加する混合物含量が調節される。ステップ２０において、
０％〜２０％の化工あるいは無加工デンプンが供給される。次に、ステップ３０
において、高級アミロースの化工デンプンが６０〜９０重量％の範囲で供給され
る。上述の成分は風乾状態で供給されるのが望ましい。デンプンは公知の技術に
おける過程、例えばエーテル化、エステル化、酸化、酸性加水分解、架橋等を経
て変性あるいは誘導される。炭素原子２〜６を含む１５重量％のアルキレンオキ
サイドのエーテル化が望ましい変性技術である。化工デンプンは望ましくは、プ
ロピレンオキサイドで変性された約７０％のアミロースを含む高級アミロースデ
ンプンである。
ステップ４０において、８〜２０重量％の、望ましくは１０〜１５重量％のポ
リビニルアルコールが成分として含まれている。シートを形成する生分解性物質
は、上述のＰＶＡの範囲全体を通して形成され、最適な濃度は１２〜１２．５％
である。加水分解されたものおよび概ね加水分解されたものを含め、如何なるポ
リビニルアルコールも使用できる。例えば、概ね加水分解されたＰＶＡは、テキ
サス州、アーヴィングのＡｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｓ，Ｉｎｃ．の登録商標Ａｉｒｖｏｌ ３２５が使用されている。Ａｉｒｖｏｌ
３２５は十分に加水分解され（９８．０％〜９８．８％）、粘性２８．０〜
３２．０ｃｐｓ（２０℃において４％水溶液）、５．０〜７．０ｐＨである。
次の過程のステップ５０においては、成分が押出成形機内において水と混合さ
れる。押出成形機内の全水分は、デンプンの乾燥重量に基づき２５重量％以下、
望ましくは約１０〜２１重量％となりうる。全水分は、デンプンの残余水分およ
び押出成形機に流入される水からなる。通常、デンプンは約９〜１２％の残余水
分を含む。ステップ６０のように、こうして混合されたものは、押出成形機内に
おいて、ダイを使用して送り、捏和、破砕、押出しされる間、約８８℃（１９０
°Ｆ）〜２５０℃（４８２°Ｆ）、望ましくは約１００℃（２１２°Ｆ）〜２０
５℃（４００°Ｆ）まで加熱される。熱は、たいていこれらの過程の間に押出成
形機により物質に作用する圧力により発生する。これらのステップは、継続的に
加工押出成形機により行われるが、希望により手動でも行える。生分解性物質の
特有の形式として、押出形成されるとダイから膨張し、生分解性物質からなる厚
さ１／８インチ以下の薄いシートを形成する。
ステップ７０において、押出形成されたものは切断や切り込み、あるいは好み
の大きさや形への押圧、また冷却にも対応する。この工程は、公知の技術の範囲
内で１つあるいは複数の方法でも成されうる。
変性された高級アミロース物質が特質を拡大させているが、低級アミロース凝
縮の無化工、あるいは化工デンプンがその物質の特性の拡大を助長している（約
０〜２０％濃度）。高級アミロースデンプンは生分解性物質に弾力性や圧縮性を
付与するために使用される。柔軟性および他の特質は、好みにより、添加剤を使
用して生み出すこともできる。望ましくはその物質は、特定濃度約０．５〜４０
ｌｂｓ／ｆｔ3、より好ましくは、約０．５〜２０ｌｂＳ／ｆｔ3となっている。
一度本発明の方法に従って形成された生物分解性シート物質は、多くの方法に
使用できる。
重要なことは、本発明の生分解性シート物質は、一度処分を望むだけで、一掃
するのに事前に計画あるいは心配することなく使用できる。水溶性の生分解性シ
ート物質は、水との接触により分解し、水をシート物質に作用させるという容易
な方法で一掃できる。
本発明の実施例は、以下の図面に例示され、上述の詳細の説明に記載されてい
るが、本発明はここでの開示に制限することなく、本発明の精神から外れること
なく一部要素的に無数に変形が可能である。Detailed Description of the Invention Biodegradable Sheets and Methods of Making Same Description of Related Applications This application is an earlier and currently pending application, entitled "Biodegradable Sheets and Claims the benefit of U.S. Provisional Application No. 60 / 013,437 (ref. 27798-31L, inventor Nebuling, John and Spence, Orville), filed under "Method of Manufacturing". TECHNICAL FIELD The present invention relates to a biodegradable substance and a method for producing the same, and particularly to a biodegradable substance that forms a thin sheet and a method for producing the same. BACKGROUND OF THE INVENTION Conventionally, various biodegradable substances are known. One widely known and commercially successful biodegradable material is one comprising a starch-based composition. Usually, these compounds consist of a plurality of modified higher amylose starch components. Dyes and other additives are used to provide properties such as color and hand. Higher amylose starch is used to impart elasticity and compressibility to the material. It is also known that polyvinyl alcohol (PVA) increases the flexibility of starch-based biodegradable substances. Starch is a polysaccharide that usually consists of a mixture of about 20-25% amylose and about 75-80% amylopectin in a fine-grained structure. Amylose is a chain high molecular compound of D-anhydroglucose molecules linked by α-1,4-D-glucosidic bonds. Higher amylose starch is a starch containing at least 45% by weight amylose. Modified starch is formed by induction or modification by a known process such as etherification with an alkylene oxide. A starch-based biodegradable substance usually forms one substance by mixing a plurality of components. The material is then formed into various shapes and sizes by extrusion, cutting, crushing, and shredding. Until now, when die extruders were usually used, it has been difficult to extrude biodegradable materials to a thickness of less than 1/8 inch. Thus, the use of biodegradable substances based on starch has been limited due to its low size. For example, a thin sheet of a biodegradable substance composed mainly of starch having a thickness of 1/8 or less could not be formed. The sheets of biodegradable material have countless uses. For example, paper products such as writing paper and stationery have been made of biodegradable materials and have been used to transmit sensitive and confidential information. Once the information printed on the paper is used, the paper acts on a large amount of water (water, urine, saliva, etc.), decomposes the paper into its constituent components, and the information printed on the paper is permanent and complete. Is wiped out. There are many other uses for thin biodegradable sheets. As described above, it is not disclosed that a starch-based biodegradable substance can form a thin sheet in which the starch-based substance can be used as paper or other products. There remains a demand for biodegradable substances that can be used as a biodegradable substance. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a starch-based biodegradable material capable of forming thin sheets of less than 1/8 inch, preferably less than 1/16 inch, especially 1/32 to 1/64 inch. That is. Ultra-thin sheets of 1/200 inch can be manufactured. Such a thin sheet of biodegradable material and its manufacturing method have been invented in a traditional situation as a result of the inventor's experiments. The inventor of the present invention has conducted an experiment to introduce an additive into a biodegradable substance composed mainly of starch for the purpose of improving the flexibility of the substance, and when adding a certain concentration of polyvinyl alcohol (PVA), It has been discovered that the synthesized starch-based material forms a sheet of material 1/32 to 1/64 inch thick by extrusion. The inventors repeated the experiment several times, each time forming a thin sheet of biodegradable material. We immediately recognized that these sheet materials could be applied to multiple applications and eliminated the section of thin biodegradable materials about 8.5 x 11 inches in diameter, ie the size of regular paper. The sheet was then fed to a regular printer, and the printed sheet appeared to be exactly the same as ordinary bond paper. The sheet was compatible with both color and black and white inks. The flexibility of the sheet is similar to ordinary writing paper. For other paper products, the formed sheet material can be colored using a dye. However, unlike other paper products, the biodegradable sheets of the present invention are easy, low cost, permanent and environmentally safe to process. In fact, if there were no food coloring or other additives, the sheets would be disposed of by human consumption. This property is particularly useful, for example, for children's books, so that children can accidentally eat book pages without harm. After testing the printing or handling of the sheet material, the sheet material is similar to traditional bond or fiber paper, is flexible, easy to ink, does not smear, and does not require excessive drying time, Has durability. However, the sheet material is formed from renewable raw materials and, unlike traditional bond paper or fiber paper, is easily decomposed into constituents when wet, and is environmentally safe. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In order to facilitate understanding of the present invention and its advantages, the following description is made with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart showing a process of a method for producing a biodegradable sheet of the present invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Referring to FIG. 1, there is shown a process of a method for producing a biodegradable sheet material of the present invention. This process includes a continuous extrusion process using a known extruder. In the course of the example, an extruder having a pair of screws that engage, self-wipe, and co-rotate is used. A useful physical property of the biodegradable sheet material of the present invention is that accurate feeding, kneading, heating and cooling are important in the process, as it is influenced in some sense by accurate and thorough mixing of the pure components. Become. Although a twin-screw extruder that engages, automatically wipes, and rotates cooperatively is described here, any type of extruder such as a type having a single screw for plastic can be used. First, in step 10, if a color is desired, an edible pigment and a pigment are supplied in an amount of 0.01 to 2%. Food quality dyes are selected because the processed sheet material is biodegradable (although other dyes can be used if desired). As the color is added, the additional mixture content is adjusted accordingly. In step 20, 0% to 20% of modified or unprocessed starch is provided. Next, in step 30, the modified starch of higher amylose is supplied in the range of 60 to 90% by weight. The above components are desirably supplied in an air-dried state. Starch is denatured or derived through processes known in the art, such as, for example, etherification, esterification, oxidation, acidic hydrolysis, crosslinking, and the like. Etherification of a 15% by weight alkylene oxide containing 2 to 6 carbon atoms is a desirable modification technique. The modified starch is desirably a high amylose starch containing about 70% amylose modified with propylene oxide. In step 40, 8 to 20% by weight, preferably 10 to 15% by weight, of polyvinyl alcohol is included as an ingredient. The biodegradable material forming the sheet is formed throughout the PVA range described above, with an optimal concentration of 12 to 12.5%. Any polyvinyl alcohol can be used, including hydrolyzed and generally hydrolyzed. For example, generally hydrolyzed PVA is available from Air Products and Chemicals, Inc. of Irving, Texas. The registered trademark Airvol 325 is used. Airvol 325 is fully hydrolyzed (98.0% to 98.8%) and has a viscosity of 28.0 to 32.0 cps (4% aqueous solution at 20 ° C.), 5.0 to 7.0 pH. In the next step, step 50, the ingredients are mixed with water in the extruder. The total moisture in the extruder can be up to 25% by weight, preferably about 10-21% by weight, based on the dry weight of the starch. The total moisture consists of the residual moisture of the starch and the water flowing into the extruder. Typically, starch contains about 9-12% residual moisture. As in step 60, the mixture thus obtained is fed using a die in an extruder and is kneaded, crushed and extruded during a period between about 88 ° C (190 ° F) and 250 ° C (482 ° F). ), Preferably to about 100 ° C (212 ° F) to 205 ° C (400 ° F). Heat is usually generated by the pressure exerted on the material by the extruder during these processes. These steps are performed continuously by a processing extruder, but can also be performed manually if desired. A unique form of biodegradable material is that when extruded, it swells from a die to form a thin sheet of biodegradable material less than 1/8 inch thick. In step 70, the extruded material corresponds to cutting, cutting, pressing to the desired size and shape, and cooling. This step can be accomplished in one or more ways within the scope of known techniques. Modified higher amylose materials have expanded their properties, but non-modified or modified starches of lower amylose condensate have helped to expand the properties of the materials (about 0-20% concentration). Higher amylose starch is used to impart elasticity and compressibility to biodegradable substances. Flexibility and other attributes can also be created using additives, if desired. Desirably, the substance has a specific concentration of about 0.5-40 lbs / ft 3 , more preferably about 0.5-20 lbS / ft 3 . The biodegradable sheet material once formed according to the method of the present invention can be used in many ways. Importantly, the biodegradable sheet material of the present invention need only be disposed of once and can be used without prior planning or concern for cleaning. The water-soluble biodegradable sheet material is decomposed by contact with water and can be wiped out by an easy method of causing water to act on the sheet material. While embodiments of the present invention are illustrated in the following drawings and are set forth in the foregoing detailed description, the invention is not limited to the disclosure herein, but elements without departing from the spirit of the invention. Infinitely many deformations are possible.
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ
Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ
(72)発明者 スペンス、オービル
アメリカ合衆国 テキサス 76017、アー
リントン、ウィンハム 819
(72)発明者 ネブリング、ジョン
アメリカ合衆国 ニュージャージー
07934、グラッドストン、ヒルクレスト
アベニュー 17
(72)発明者 トーミー、ベス シー.
アメリカ合衆国 ニュージャージー
08825、フレンチタウン、リッジ ロード
17────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L
U, MC, NL, PT, SE), JP
(72) Inventors Spence, Orville
United States Texas 76017, Ar
Lynton, Winham 819
(72) Inventor Nebuling, John
United States New Jersey
07934, Gladstone, Hillcrest
Avenue 17
(72) Inventor Tommy, Beth C.
United States New Jersey
08825, Frenchtown, Ridge Road
17