JP2004331984A - 生分解性樹脂組成物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【目的】本発明は、変性剤や変性澱粉を使用しなくとも、汎用の生分解性樹脂と均一化させることが可能であって、また、系内の水の多少にかかわらず、良質な生分解性樹脂組成物を提供すること、及び該生分解性樹脂組成物を製造可能な生分解性樹脂製造プラントを提供することを課題とする。
【構成】本発明の生分解性樹脂組成物は、未加工澱粉と、熱可塑性を有する生分解性樹脂とを必須成分とする混合物を加熱・溶融して得られるものであって、
混合物の加熱・溶融を、ベント穴及び機械的剪断力を付与可能なフライト（ねじ山）を有する剪断押出機を使用して行うことにより、混合物から発生する水蒸気を除去しつつ、混合物に機械的剪断力を加えて、未加工澱粉の分子間水素結合を分断して、均一化させたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、生分解性樹脂組成物の製造方法に関する。より詳しくは、未加工澱粉と、熱可塑性を有する生分解性樹脂（生分解性ポリマー）とを必須成分とする混合物を加熱・溶融して得られる生分解性樹脂組成物の製造方法に関する。

近年、地球環境保護の観点から、天然高分子を利用した生分解性プラスチックの分野が注目されてきている。天然高分子である澱粉とその他の合成樹脂を複合化した生分解性組成物に関しても、いくつかの発明がなされている。

澱粉とその他の合成樹脂とを複合化（ブレンド）する場合、通常、澱粉と合成樹脂とからなる混合物を加熱・溶融し、必要により水を添加して押出成形機等を使用してコンパウンドとされることが多い。しかし、押出成形機を使用する方法では加熱時に発生する水蒸気の影響により、良質なコンパウンドを得難いという問題があった。

すなわち、均一なコンパウンドを得るためには、澱粉及び樹脂が充分に分散又は相溶するような温度まで加熱する必要がある。なお、未加工澱粉の溶融温度は約１２０℃以上と非常に高い。そのため樹脂の溶融温度においては、水蒸気が発生し、押出成形機の押出圧に抗する水蒸気圧により押出成形性が悪くなる。また、発生した水蒸気により、成形品に気泡が混入してしまう。

そのため、従来、水の添加量をできるかぎり少なくして上記問題を解決する方法が提案されている。例えば、水を添加せず、かつ含水率の少ない変性（denaturated)澱粉と特定の生分解性樹脂とを使用して、生分解樹脂組成物を得る方法（特許文献１）や、水の代わりに尿素等の変性剤(denaturant)及び可塑剤を加えて生分解性樹脂組成物を得る方法（特許文献２）等が提案されている。
特開平１１−２２８７３６号公報 特開平１１−３３５４０１号公報

しかし、上記公報記載の方法では、ともに水分含有量が少ないため、得られる生分解性樹脂組成物の透明性が低かった。さらに、溶融物は水分含有量が低いため、高粘度であって均一に相溶又は分散（均一化）し難かった。

また、系内から完全に水を排除することは不可能であるため、圧力上昇や、気泡混入の問題を完全に解決することはできなかった。

系内から完全に水を排除することができない理由は下記の如くである。澱粉粒は、分子が無秩序に集合したものではなく、部分的に微小な結晶状の構造が発達した微結晶構造であるとされている。澱粉分子は相互に水素結合したり、若しくは水分子と水素結合したりして安定化しているものと考えられる。

上記構造により、澱粉粒は水素結合による強固な核で自らの含水率をコントロールしようとする性質を有する。そのため、乾燥澱粉であっても通常は平衡水分として一定量の水分子を含んでいるからである。

本発明は、変性剤や変性澱粉を使用しなくとも、汎用の生分解性樹脂と均一化させることが可能であって、また、系内の水の多少にかかわらず、良質な生分解性樹脂組成物を提供すること、及び該生分解性樹脂組成物を製造可能な生分解性樹脂製造プラントを提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意研究・開発に努力する過程で、下記構成の生分解性樹脂組成物、及び生分解性樹脂製造プラントに想到した。

本発明の生分解性樹脂組成物は、未加工澱粉と、熱可塑性を有する生分解性樹脂とを必須成分とする混合物を加熱・溶融して得られるものであって、
混合物の加熱・溶融を、ベント穴及び機械的剪断力を付与可能なフライト（ねじ山）を有する剪断押出機を使用して行うことにより、混合物から発生する水蒸気を除去しつつ、混合物に機械的剪断力を加えて、未加工澱粉の分子間水素結合を分断して、均一化させたことを特徴とする。

上記構成において、混合物の質量組成比は、未加工澱粉（乾燥澱粉基準）：約３０〜７０％、生分解性樹脂：約３０〜７０％、混合物の溶融温度以上の沸点を有する可塑剤：約０〜２０％、滑剤：約０〜１％とすることができる。

上記可塑剤としては、多価アルコールを使用することができる。特に、グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、エリトリット、アラビット、ソルビットの中から単独又は２種以上選択されると、良質なコンパウンドが得られる。

上記滑剤としては、脂肪酸アミド（脂肪酸アマイド）を好適に使用することができ、特に、ステアリン酸アミドを使用すると良質のコンパウンドを得ることができる。

また、本発明の生分解性樹脂製造プラントは、上記生分解性樹脂組成物を製造するために使用されるものであって、
未加工澱粉と、熱可塑性を有する生分解性樹脂とを必須成分とする混合物を均一混合可能なヘンシェルミキサと、
混合物を混練・剪断するために使用する、ベント穴及び機械的剪断力を付与可能なフライト（ねじ山）を有する剪断押出機と、
剪断押出機から押し出された生分解性樹脂組成物をペレット化するペレット成形機と、
ペレット成形機により成形されたペレットの大きさを選別するペレット選別機と、
を備えてなることを特徴とする。

本発明の生分解製樹脂組成物は、原料となる混合物の加熱・溶融時において、発生する水蒸気を除去しつつ、混合物に機械的剪断力を加えて、未加工澱粉の分子間水素結合を分断して、均一化させたことにより、従来の如く、変性剤や変性澱粉を使用しなくとも、汎用の生分解性樹脂と澱粉とを均一化させることが可能となった。また、系内の水の多少にかかわらず、良質な生分解性樹脂組成物を提供することが可能となった。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明を行う。なお、本明細書中において、配合比率を表す「％」は、特に断らない限り、「質量％」を示すものである。また、水分は湿量基準含水率：ｗ［kg/ kg(wet stock)] を意味する。

本発明の生分解性樹脂組成物は、コンパウンドであって、各種生分解性樹脂製品向けに使用が可能である。

ここで、コンパウンドとは、「合成樹脂あるいはゴムに、必要に応じて可塑剤、硬化剤、充填剤、着色剤、安定剤、強化剤など各種配合剤を加えて混合し、そのままの状態で成形加工することができるようにした材料」（「図解 プラスチック用語辞典 第２版」 日刊工業新聞社(1994) p.297 ）のことであって、粉末状、粒状、ペレット状、ペースト状、顆粒状、小球状等、形状はいずれでもよい。

そして、本発明の生分解性樹脂組成物は、未加工澱粉と、熱可塑性を有する生分解性樹脂とを必須成分とする混合物を加熱・溶融して得られる生分解性樹脂組成物であることを基本的特徴とする。

未加工澱粉とは、植物中に存在する天然澱粉そのものであって、変性処理が施されていない澱粉のことをいう。

なお、変性には、1)主原料に他の単量体を加え共重合や共縮合したり、ある高分子化合物に他の高分子化合物を結合（ブロック共重合、グラフト共重合）したり混合する変性（modification) ：いわゆる化学的変性と、2)イオン結合、水素結合、疎水結合等の分子内非共有性結合により保持している固有の立体構造を、加熱などの物理的処理や、ｐＨの変化などの化学的処理によって切断する、化学組成変化をほとんど伴わない変性（denaturation) ：いわゆる物理的変性とがある（「図解 プラスチック用語辞典 第２版」 日刊工業新聞社(1994) p.741 参照）。

未加工澱粉としては、天然又は植物起源の、本質的にアミロース及び／又はアミロペクチンからなる澱粉全てが好適に使用可能である。具体的には、トウモロコシ澱粉、ジャガイモ澱粉、コメ澱粉、タピオカ澱粉、穀類（ライムギ、カラスムギ、小麦等）由来の澱粉等を例示することができ、これらの中から単独又は２種以上を選択して使用することができる。特にトウモロコシ澱粉（コーンスターチ）が入手し易く望ましい。

また、未加工澱粉は、含水率の制限なく使用することができ、乾燥澱粉（平衡水分（ＲＨ：８１％のときの）として約１３．５％以下の水分を含有するもの）から、湿潤状態の澱粉まで使用可能である。乾燥状態の未加工澱粉を使用すれば、後述の如く、加熱時における蒸気の発生を少なくすることができる。一方、含水率が高い未加工澱粉を使用すれば、生分解性樹脂組成物の透明性が良好となる。よって、含水率は、目的物に応じて適宜設定可能である。なお、含水率の上限は特に規定しないが、約６０％前後で効果（透明性に関して）が飽和する。

なお、トウモロコシ澱粉を原料とした精製後の未加工乾燥澱粉の平衡水分は、ＲＨ：約８１％の際、約１２〜１３％である。

一方、生分解性樹脂としては、熱可塑性を有するものであれば、現在市販されているあらゆる生分解性樹脂を好適に使用することができる。澱粉との相溶性が高い樹脂を使用すれば、均一に相溶した生分解性樹脂組成物が得られ、また、澱粉との相溶性が低い樹脂であっても、均一に分散した生分解性樹脂組成物を得ることが可能である。

例えば、酢酸セルロース、（キトサン／セルロース／澱粉）重合系、（澱粉／化学合成グリーンプラ（Ｒ））重合系、（脂肪族ポリエステル／芳香族ポリエステル）重合系（copolymer of aliphatic and aromatic polyester)等の天然高分子由来のものや、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリ（ブチレンサクシネート／アジペート）、ポリ（ブチレンサクシネート／カーボネート）、ポリエチレンサクシネート、ポリ（ブチレンサクシネート／テレフタレート）、ポリビニルアルコール、ポリ（グリコール／ジカルボン酸）(Glycols and dicarboxylic acid) 等の合成高分子、ポリ（ヒドロキシブチレート／ヒドロキシバリデート）等の微生物産生系高分子等の中から単独又は２種以上選択して使用することができる。

より具体的には、化学合成グリーンプラ（Ｒ）として市販されている、「ビオノーレ（Ｒ）」（昭和高分子（株）・昭和電工（株）製）、「セルグリーン（Ｒ）ＰＨ」（ダイセル化学工業（株）製）、「ラクティ（Ｒ）」（（株）島津製作所製）、「テラマック（Ｒ）」（ユニチカ（株）製）、「ユーペック（Ｒ）」（三菱ガス化学（株）製）、「レイシア（Ｒ）」（三井化学（株）製）、「エコフレックス（Ｒ）」（ＢＡＳＦジャパン（株）製）、「エンポル（ＴＭ）」（IRe CHEMICAL社製）等が使用可能である。

ここで、グリーンプラ（Ｒ）とは、有害重金属等を基本的に含まず、生分解性と安全性が一定基準値以上にあることが確認された材料だけから構成される生分解性プラスチックの総称である（登録商標第３３６４１９６号）。グリーンプラ（Ｒ）と澱粉とを使用した生分解性樹脂組成物は、生分解性が非常に良好である。

さらに、上記混合物には必然的ではないが、その他の添加剤を添加することができる。例えば、混合物の溶融温度以上の沸点を有する可塑剤を添加して可塑性を改善することができる。なお、澱粉の溶融温度は、トウモロコシ澱粉で、約１２０℃以上である。

上記可塑剤としては、多価アルコールを使用することができる。具体的には、グリセリン(bp. 290℃) 、エチレングリコール(bp. 197.7℃) 、プロピレングリコール(bp. 188.2℃) 、トリメチレングリコール(bp. 214.2℃) 、テトラメチレングリコール(bp. 235℃) 、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、エリトリット(bp. 329〜 331℃）、アラビット、ソルビットから単独又は二種以上選択して使用することができる（「化学便覧 基礎編Ｉ」日本化学会編（S.41・9・25)丸善 参照）。

さらに、上記混合物には、滑剤を添加して溶融速度、溶融粘度、安定性等を改善することができる。

滑剤としては、脂肪酸アミド系、脂肪酸系、アルコール系、脂肪酸エステル系、炭化水素系、金属石けん系等があるが、使用する樹脂との兼ね合いで脂肪酸アミド系を好適に使用することができる。

脂肪酸アミド系滑剤としては、ステアリン酸アミド、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ベニン酸アミド、メチレン−ビス−ステアラアミド、エチレン−ビス−ステアラアミド、エチレン−ビス−ヒドロキシ−ステアラアミド、ヒドロキシステアラアミド、メチロールアミド、エルカ酸アミド、レシチン−モノ−リン酸アルキル、レシチン−ジ−リン酸アルキル等があるが、特にステアリン酸アミドが好適に使用できる。

上記混合物にはさらに、滑剤以外の添加剤として、カーボンブラック等の紫外線安定剤、難燃剤、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド等の架橋剤、抗菌剤、除草剤、酸化防止剤、肥料、乳白剤、安定剤等を含有することもできる。

そして、上記混合物の質量組成比は、例えば、未加工澱粉（乾燥澱粉基準）：約３０〜７０％、望ましくは約４０〜６０％、さらに望ましくは約５０％前後、生分解性樹脂：約３０〜７０％、望ましくは約４０〜６０％、さらに望ましくは約５０％前後、可塑剤：約０〜２０％、滑剤：約０〜１％とすると、澱粉及び生分解性樹脂の双方の特徴を生かした生分解性樹脂組成物を得ることができる。

上記の質量組成比以外にも、種々の設計変更が可能である。すなわち、未加工澱粉と生分解性樹脂との混合比は任意であって、未加工澱粉ベースであっても、生分解性樹脂ベースであってもよい。当然、未加工澱粉の相対量が多くなれば、未加工澱粉の特性が強まり、逆に生分解性樹脂の相対量が多くなれば、生分解性樹脂の特性が強く現れる。

可塑剤の混合比が多すぎると、相対的に生分解性樹脂や未加工澱粉の量が減るため、望ましくない。また、滑剤の混合比が多すぎても、それ以上の効果が期待できず効果が飽和してしまう。可塑剤及び滑剤は、上述の如く必須成分ではない。

上記混合物は、均一に混合されていることが望ましい。後工程での加熱・溶融の際、より均一な生分解性樹脂組成物を得るためである。なお、混合は手作業等で行ってもよいが、後述の如く、通常の混合に使用されるヘンシェルミキサ、フラッシュミキサ等を使用することができる。

そして上記混合物の加熱・溶融を、ベント穴及び機械的剪断力を付与可能なフライト（ねじ山）を有する剪断押出機を使用して行うことにより、混合物から発生する水蒸気を除去しつつ、混合物に機械的剪断力を加えて、前記未加工澱粉の分子間水素結合を分断して、均一化させることが本発明の最大の特徴である。

水蒸気を除去するのは、剪断押出機を使用して上記混合物を加熱・攪拌する場合、剪断押出機の押出圧力に抗する水蒸気圧が加わるのを防止するため、及び水蒸気により、生分解性樹脂組成物内に気泡が混入するのを防止するためである。

上記でも述べた如く、加熱時においては、平衡水分のみを含んだ乾燥状態の澱粉であっても、澱粉中に含有されている水分の蒸発が起こる。そのため、乾燥澱粉を使用する場合であっても水蒸気の除去は必要である。

水蒸気の除去は、剪断押出機の途中などにベント穴を設けて大気開放とするか、若しくは、発生する水蒸気の量が多い場合は必要により吸引（真空吸引等）により排除すればよい。

このように、水蒸気を加熱・溶融時に除去する構成としたため、最初から含水率の少ない澱粉を使用する必然性がない。そのため、生分解性樹脂組成物に透明性を付与するために、別途水分を添加しても押出成形性を低下させることはない。よって、澱粉の前処理や、変性剤の添加を省略することができ、工程が簡略化する。

また、上記混合物の加熱・溶融時に機械的剪断力を与えるのは、上記未加工澱粉分子間の水素結合を少なくとも部分的に分断するためである。機械的剪断力により水素結合を破壊すれば、澱粉粒を微粉化すると同時に、生分解性樹脂と澱粉とを均一に相溶又は分散させることができる。

機械的剪断力のない条件下では、加熱したにもかかわらず、澱粉分子の水素結合が強いため、未破壊の澱粉粒が原料に残留することとなり、均一に分散又は相溶させることができない。

加熱・溶融後の上記混合物は、高粘性であるが、機械的剪断力の働きで効率的に分散・相溶が行われる。すなわち、低粘性や低融点の変性澱粉を使用したり、変性剤を添加しなくても均一に分散・相溶した生分解性樹脂組成物を得ることができる。

上記機械的剪断力は、剪断押出機において、ダルメージタイプ、その他ずれ変形を付与可能なフライト（ねじ山）を有する剪断押出機を使用して付与することができる。なお、フライトとは、スクリュー溝を加工した後に残された螺旋型の山の外面部分のことをいう。

本発明の生分解性樹脂組成物の製造に使用可能な剪断押出機のモデル図を図１に示す。図１の剪断押出機１２は、図示しない加熱手段を備えてなる単軸型の剪断押出機である。シリンダー１４内部にスクリュー１６を備えてなり、シリンダー１４には、第１ベント穴１８ａ、第２ベント穴１８ｂが設けられている。第１ベント穴１８ａ、第２ベント穴１８ｂは、それぞれ真空ポンプ等に接続可能とされており、原料から発生する水蒸気を効率的に剪断押出機外へ除去可能とされている。

なお、具体的なスクリュー形状は、図４に示すようなものとなる。

ベント穴の径は１３０mm押出機（シリンダ内径１３０mm）の場合、例えば４０mm×９０mmの角型ベント穴とすることができる。また、ベント穴の個数は最大３個設ければよい。

スクリュー１６には、フライト２０、溝部２２が形成されている。剪断押出機の投入口側の原料投入口２４から投入された原料は、スクリュー１６の溝部２２を黒矢印方向に移動して剪断押出機１２から排出され、排出口側に備えられた造粒機２６等により造粒される。

上記原料は、第１ベント穴１８ａから第２ベント穴１８ｂの区間では半溶融状態で存在しており、この区間が剪断・混練に効果的である。

フライト２０の排出口側は、溶融状態の原料が後退し、脈動するように透き間が設けられた構成とする。原料が後退しつつ、何度も剪断・混練を繰り返しながら原料を押し出すことができるため、混練性が向上し、より均一な混合が可能となるからである。

図４に望ましい具体的態様の先端に造粒手段１２６を備えた剪断押出機１１２を示す。ここで、図１における対応部位については、２桁の図符号に頭に「１」を付して３桁図符号として、それらの説明の全部又は一部を省略する。

スクリュー１１６は、第１ベント穴（水分吸入穴）１１８ａの手前において第一剪断／圧縮混練区間が形成されている。この第一剪断／圧縮混練区間は、複数個（図例では３個）の谷部（溝部）１２２に渡り、ねじ山の両側部から所定角度（６０〜１８０°戻し変位させて始まる複数個の混練隆起部（スクリューネジ山より低い。）１２３ａ、１２３ｂが形成されている。この混練隆起部１２３ａ、１２３ｂの存在により谷部間の断面積が小さくなり圧縮作用を受けると共に、混練隆起部１２３ａ、１２３ｂ間の変位により、溶融原料には、谷部１２２の戻し作用が発生して溶融原料の部分的に前後移動（流動）が繰り返されて圧縮・剪断の流動現象が発生する。こうして原料は、半溶融であっても、この圧縮・剪断作用を受けながら、全体として本体スクリューにより前進移動をする。なお、この第一剪断／圧縮混練区間は、原料が半溶融状態にあり圧縮・剪断混練が最も効果的な区間である。また、混練隆起部１２３は谷部１２２の底面から逓増して形成されている。

また、第二ベント穴（水分吸入穴）１１８ｂの手前において第二混練促進区間Ｂが形成されている。図例ではネジの始点移送を所定角度（６０〜１２０°：図例では９０°）ずつ戻し変位させることにより多条ネジ部（図例では４条）として形成されている。

この変位させた多条ネジ部のねじ山（フライト）１２０ｂ、１２０ｂ・・・群の間で溶融原料には、部分的な前後移動（流動）を繰り返しながら圧縮・剪断の流動現象が発生する。溶融原料は、こうして圧縮・剪断の混練を受けながら、全体として本体スクリューにより前進移動をする。

さらに、図例では押出しダイス１２５に面して、所定時間ごとにモータ１２７で回転駆動されるカッタ１２９が配されて造粒可能とされている。こうして造粒されたペレットは、ペレット出口１３１から回収コンテナ（図示せず。）に落下するようになっている。図例中１３３は、スクリーンメッシュである。

本発明の生分解性樹脂組成物は例えば、図２に示す工程図に沿って製造される。すなわち、原料をヘンシェルミキサ等で混合し、その後上記記載の剪断押出機１２を使用して混練・剪断し、ペレット成形等の造粒を行う。

この際、上記剪断押出機１２を含んだ、図３に示す製造プラントを使用することができる。

図３における製造プラントは、未加工澱粉と、熱可塑性を有する生分解性樹脂とを必須成分とする混合物を均一混合可能なヘンシェルミキサ２８と、
混合物を混練・剪断するために使用する、上記記載のベント穴１８及び機械的剪断力を付与可能なフライト（ねじ山）２０を有する剪断押出機１２と、
剪断押出機から押し出された生分解性樹脂組成物をペレット化する造粒機（ペレット成形機）２６と、
ペレット成形機により成形されたペレットの大きさを選別するペレット選別機３０と、を備えてなることを特徴とする。

以下、図３に基づいて、原料（被加工物）の流れに沿って製造プラントの説明を行う。なお、本発明の生分解性樹脂の製造は、下記製造プラントのみに限定されるものではない。

まず、生分解性樹脂、生澱粉等の粉体原料を、ブレンダー３２により混合する。ブレンダー３２は、上部に粉体投入口３４、３４を備えてなるものであって、架台３８上の回転槽３６をモーター等により高速回転させて粉体混合を行う。粉体混合に通常使用されるブレンダーを使用することができ、例えば、ドラムブレンダー、バケットブレンダー等を例示できる。混合された粉体は、粉体定量供給機４０を経て、一定量ずつヘンシェルミキサ２８の混合槽４８内に供給される。

一方、必須成分ではないが、グリセリンや水等の液体原料は、液体タンク４２、４２から、液体ポンプ４３、４３により汲み上げられ液体流量計４４、４４を経て一定量ずつヘンシェルミキサ２８の混合槽４８内に供給される。

その他必要な添加剤は、添加剤投入コンベア４６を利用して同じくヘンシェルミキサ２８の混合槽４８内に供給される。

ヘンシェルミキサ２８では、上記材料の混合を行う。ヘンシェルミキサとは、プロペラミキサー式の高速混合機の一種であって、主として粉粒体、プラスチック原材料、着色剤及び添加剤などの均一混合、カラリング等に汎用されている（「図解 プラスチック用語辞典 第２版」 日刊工業新聞社(1994) p.741 参照）。本プラントにおいては、汎用のヘンシェルミキサを好適に使用可能である。

通常、上記混合槽４８内に設けられたプロペラ（攪拌翼）が、駆動モーター５０に接続されたＶベルト５２により回転し、均一混合を行う構造とされている。

均一混合された混合物は、混合物排出口５４から自重落下により排出され、フィーダー５６を経て、予備加熱用押出機５８に搬入される。フィーダー５６としては、定量供給が可能なプロペラ式フィーダーを使用することが望ましい。

予備加熱用押出機５８内では、混合物が目的の溶融温度まで加熱され、次工程の上記で述べた剪断押出機１２へと搬送される。予備加熱用押出機５８としては、例えば、３軸型のスクリューを使用することができる。なお、図３においては、予備加熱用押出機５８から剪断押出機１２への供給を、供給装置６０内の縦軸スクリューを使用して強制押込みにより行う。

剪断押出機１２内には、上述の特殊なフライト２０を有するスクリュー１６が備えられており、効率的に剪断・混練が行われる。剪断押出機１２の構造は、すでに述べたため、ここでは詳しい説明を省略する。

剪断押出機１２から排出された混練後の樹脂は、造粒機（ペレット成形機）２６によりペレット化される。ペレット成形機２６においても、通常樹脂成形に使用される汎用のペレット成形機を使用できる。図３においては、剪断押出機１２の出口で樹脂を切断するホットカット方式のペレット成形機を使用しているが、その他、コールドカット方式、アンダーウオーターカット方式、シートカット方式、等のペレット成形機（ペレタイザ）を使用することもできる。

成形されたペレットは、ペレット冷却槽６２で冷却される。冷却は、水冷、空気冷等により容易に行うことができる。図３においては、水冷でペレットを冷却しているため、その後、ペレット乾燥機６４でペレットを乾燥させた後、ペレット選別機３０に搬送される。

ペレット乾燥機６４は、汎用の熱風送風手段等を備えたもので、ペレット及び熱風を供給して気流乾燥し、上部に設けられた捕集機６６まで空気搬送されて回収される。回収されたペレットは、ペレット選別機３０で大きさ毎に選別される。

ペレット選別機３０は、汎用品を使用することができる。具体的には、パンチングプレートやメッシュ等で形成された振動状態のスクリーン上をペレットが通過することにより大きさの選別を行う振動型選別機等を好適に使用することができる。

選別されたペレットは、ブロア６８等を使用して空気搬送によりペレット貯蔵用上部タンク７０に搬送される。その後、ペレット排出口７２から自動計量器７６上に配された完成品ストックタンク７４内にペレットが供給され、真空自動シーラ７８等で包装され製品となり、完成品搬送コンベア７９等で搬送される。

上記の如く、本発明の生分解性樹脂製造プラントを使用することにより、生分解性樹脂製造において、完全自動化が実現可能となる。

上記における生分解性樹脂組成物の製造条件としては、押出圧力：約６０kg/cm²以上、押出温度約１３０〜１６０℃とする。押出温度が低過ぎると、澱粉や生分解性樹脂の溶融温度に到達せず、樹脂が溶融せずに残り、可塑化できない。また、押出温度が高すぎると、澱粉や生分解性樹脂の解重合がおこり、特性が失われる。

上記加熱・溶融処理後は、未変性澱粉は熱変性（denaturation) されて、α化澱粉となる。なお、未加工澱粉は、冷水に対して水不溶性である。溶融状態で機械的剪断力を加えて微粉化した澱粉は水難溶性と、若干溶解性が良好となる。

なお、これまでの記載では、未加工澱粉を使用することを前提として説明を行ったが、該記載は、変性澱粉の使用を積極的に排除するものではない。本発明は、あくまでも低融点・低粘度の変性澱粉や、低含水率の変性澱粉を使用しなくても、植物由来の未加工澱粉を直接使用できることを示すにすぎず、当然変性澱粉を使用することも可能である。

使用可能な変性澱粉としては、未加工澱粉の分解物である、デキストリン、酸処理澱粉、酸化澱粉、未加工澱粉の誘導体である架橋澱粉、澱粉エステル、澱粉エーテル、グラフト共重合体等が挙げられる。

例えば、澱粉エステルの例として、アセチル化澱粉があるが、アセチル化処理された澱粉を使用することにより、澱粉の耐老化性・透明性を改善することができる。アセチル化は上記に記載した本発明の混合物に無水酢酸、酢酸、無水イタコン酸、酢酸ビニル、塩化アセチル、ケテン等のアセチル化剤を添加するだけでよい。アセチル化剤の添加量は、例えば混合物全体の約０．０５〜１％とすればよい。

以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明を行う。実施例において混合物に使用した原料および混合量を記載する。

・トウモロコシ澱粉（未加工澱粉：アメリカ産黄色デント種（馬歯種））：約４５％
・生分解性樹脂（ＭＦＲ：１．４ｇ／１０min （１９０℃、２．１６kg荷重）：約４０％
・グリセリン（可塑剤：純度９８．５％以上）：約１５％
・ステアリン酸アミド（滑剤：純度９８％以上）：約０．５％
上記各原料を使用して、発明の詳細な説明で詳述した生分解性樹脂製造プラントにより、加熱温度：ダイス部分１３８℃、その他１４０℃、押出圧力：６０kg/cm2、剪断用スクリュー直径：１２９．８mm、シリンダー内径：１３０mmの条件で押出成形し、ペレットを作成した。剪断押出機の剪断開始部分と、終了部分には、ベント穴を設けて水蒸気の除去が可能な構成とした。なお、水蒸気の除去は真空ポンプを使用して行った。

その結果、トウモロコシ澱粉と生分解性樹脂が均一に分散した生分解性樹脂が得られることが確認でき、また押出し成形性も良好であった。

本発明の生分解性樹脂組成物の製造に使用可能な剪断押出機のモデル図である。 本発明の生分解性樹脂組成物の製造工程図である。 図１の剪断押出機を含んだ本発明の生分解性樹脂製造プラント図である。 本発明の生分解樹脂組成物の製造に使用する剪断押出機の一例を示す概略断面図である。

符号の説明

１２…剪断押出機
１４…シリンダー
１６、…スクリュー
１８ａ、１８ｂ…ベント穴
２０…フライト（ねじ山）
２２…溝部
２６…造粒機
２８…ヘンシェルミキサ
３０…ペレット選別機
６２…ペレット冷却槽
６４…ペレット乾燥機

Claims (4)

1. 未加工澱粉と、熱可塑性を有する生分解性樹脂とを必須成分とする混合物を加熱・溶融して得られる生分解性樹脂組成物の製造方法であって、
   前記混合物の過熱・溶融を、ベント穴及び機械的剪断力を付与可能なフライト（ねじ山）を有する剪断押出機を使用して行うことにより、混合物から発生する水蒸気を除去しつつ、混合物に機械的剪断力を加えて、前記未加工澱粉の分子間水素結合を分断して、均一化させて製造することを特徴とする生分解性樹脂組成物の製造方法。
2. 生分解性樹脂組成物を製造するための生分解性樹脂製造プラントであって、
   未加工澱粉と熱可塑性を有する生分解性樹脂とを必須成分とする混合物を均一混合可能なヘンシェルミキサと、
   前記混合物を混錬・剪断するために使用し、水蒸気を除去するためのベント穴及び機械的剪断力を付与可能なフライト（ねじ山）を有する剪断押出機と、
   前記剪断押出機から押し出された生分解性樹脂成分をペレット化するペレット成形機と、
   前記ペレット成形機により成形されたペレットの大きさを選別するペレット選別機と、
   を備えてなることを特徴とする生分解性樹脂製造プラント。
3. 前記剪断押出機が、シリンダに少なくとも第１ベント穴と第２ベント穴とを備え、スクリューはフライト及び溝部を備え前記第１ベント穴から前記第２ベント穴へ原料を移動可能とされ、前記フライトは、溶融状態の原料が後退し、脈動するように透き間が設けられた構成であることを特徴とする請求項２記載の生分解性樹脂製造プラント。
4. 前記スクリューは、前記第１ベント穴の手前において第一剪断／圧縮混練区間が、前記第２ベント穴の手前において第ニ剪断／圧縮混練区間がそれぞれ形成され、
   前記第一剪断／圧縮混練区間は、前記スクリューねじ山の両側に所定角度戻し変位させて始まる混練隆起部が形成されたフライトで形成され、また、
   前記第二剪断／圧縮混練区間は、多条ねじ部としたフライトで形成されていることを特徴とする請求項３記載の生分解性樹脂製造プラント。
   
   

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