JP2006342207A

JP2006342207A - 発泡材料組成物、発泡材料、および発泡材料の再生方法

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Publication number: JP2006342207A
Application number: JP2005166971A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Yoshida; 健太郎吉田; Yumiko Oyasato; 由美子親里
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2006-12-21
Also published as: US20060272548A1; EP1743916A2; EP1743916A3

Abstract

【課題】環境負荷を最小限に抑制され、優れた緩衝力および復元力を有するとともに、水溶性能を備えた発泡材料を提供する。
【解決手段】エステル結合またはアミド結合を有する水溶性多糖類と、発泡剤と、可塑剤とを含むマトリックス、および、前記マトリックス中に分散され、前記発泡剤により形成された気泡を含有することを特徴とする発泡材料である。
【選択図】なし

Description

本発明は、発泡材料組成物、発泡材料、および発泡材料の再生方法に関する。

近年、自然環境保護の見地から、自然環境中で分解する生分解性樹脂及びその成形品が求められ、例えば脂肪族ポリエステルやでんぷん等の生分解性樹脂の研究が活発に行なわれている。これらは、緩衝材・構造材として用いるには、緩衝力が弱く、復元力がないため繰り返して使用することができない。また、水崩壊性はあるものの完全に水溶しないため、処理しにくく、容易に再生できない。しかも、石油系の改質剤を使用することで性能を高めていることから、完全に環境によい材料とは言えない（特許文献１参照）。

他方、天然の水溶性多糖類は安全が高く、且つ自然環境中に放出された場合、速やかに微生物によって分解され、消滅する。こうした材料のうち、特にゲル形成能を有するものは、増粘剤・ゲル化剤として、食品・化粧品・トイレタリー等の分野で広く使用される。また、成形性を有するため、例えばオブラート等可食性フィルムとして使用されている。しかしながら、この可食性フィルムは薄く、強度が小さく、構造材・緩衝材等に使用不可能であり、強度を増すために厚みのあるシートにすると、成形が困難になる。加えて、原料費・乾燥エネルギー費用等が増大する。

天然水溶性多糖類の中でも、例えば海草中の成分であるアルギン酸は、船舶の航行に障害となる海草から採取することができる。また、食糧問題に影響しない不要な物質を原料として用い得るため、コストを最小限に抑制できる可能性がある。この物質は、水溶性であるという特性を有しており、環境負荷の低減された将来の樹脂材料として有望であり、アルギン酸を用いて生分解性ポリマーを作製することも試みられている（特許文献２参照）。こうした生分解性ポリマーは、アルギン酸またはその金属塩に発泡剤、可塑剤、および架橋剤等を混合し、保水性を有する材料である。よって表面が堅く、圧縮性能がなく、緩衝材・構造材として使用するには適さない。
特開２００１−２７９０１８号公報特開平８−３３７６７４号公報

本発明は、環境負荷を最小限に抑制され、優れた緩衝力および復元力を有するとともに、水溶性能を備えた発泡材料、かかる発泡材料を作製するための組成物、およびかかる発泡材料の再生方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる発泡材料組成物は、エステル結合またはアミド結合を有する水溶性多糖類と、発泡剤と、可塑剤とを含有することを特徴とする。

本発明の一態様にかかる発泡材料は、エステル結合またはアミド結合を有する水溶性多糖類と、発泡剤と、可塑剤とを含むマトリックス、および
前記マトリックス中に分散され、前記発泡剤により形成された気泡
を含有することを特徴とする。

本発明の一態様にかかる発泡材料の再生方法は、前述の発泡材料を水に溶解して水溶物を得る工程と、
前記水溶物を発泡させる工程と、
前記水溶物から前記水を除去して再生発泡材料を成形する工程と
を具備することを特徴とする。

本発明によれば、環境負荷を最小限に抑制され、優れた緩衝力および復元力を有するとともに、水溶性能を備えた発泡材料、かかる発泡材料を作製するための組成物、およびかかる発泡材料の再生方法が提供される。

以下、本発明の実施形態を説明する。

本発明者らは、多糖類などの生物由来の発泡材料について鋭意研究を重ねた結果、エステル結合やアミド結合を有する水溶性多糖類を用いることによって、次のような効果を得られることを見出した。すなわち、凝固剤を用いることなく発泡状態を維持することができ、従来の生物由来の発泡材料にはない緩衝力と復元力が発現される。しかも、凝固剤フリーのため処理がしやすくなり、水溶性能が改善される。本発明は、こうした知見に基づいてなされたものである。

本発明の実施形態にかかる発泡材料組成物には、エステル結合またはアミド結合を有する水溶性多糖類と、発泡剤と、可塑剤とが含有される。かかる発泡材料組成物を注型し、発泡させることによって、本発明の実施形態にかかる発泡材料が得られる。

エステル結合またはアミド結合を有する水溶性多糖類としては、具体的には、以下のものが挙げられる。すなわち、アルギン酸プロピレングリコールエステルのようなアルギン酸のカルボキシル基部位をエステル化した誘導体；ヒアルロン酸プロピレングリコールエステルのようなヒアルロン酸のカルボキシル基部位をエステル化した誘導体；アルギン酸メチルアミドのようなアルギン酸のカルボキシル基部位をアミド化した誘導体；ヒアルロン酸メチルアミドのようなヒアルロン酸のカルボキシル基部位をアミド化した誘導体；カラゲナン、寒天、キサンタンガム、ジェランガム、ペクチン、キトサン、澱粉、またはアミロース、アミロペクチンをエステル化またはアミド化した誘導体；およびこれらの生理学的に許容される人工的な誘導体；およびこれらが任意の炭素数のアルコールと脱水縮合したエステル；カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルデキストラン、カルボキシメチルプルランなどの通常ではカルボキシル基を含有しない多糖類の人工的な誘導体；およびカルボキシルメチルキチンなどのカルボキシル基が導入されたキチン誘導体などである。これらの材料のうち、豊富に存在し最も入手が容易であることから、アルギン酸プロピレングリコールエステルが特に好ましい。

例えば、アルギン酸をエステル化した誘導体とは、次のように得られる誘導体である。アルギン酸は、２つの水酸基と１つのカルボキシル基とを有している。このカルボキシル基に１価以上のアルコール類あるいはアルキレンオキサイド類を反応させて、エステル結合を有する物質に変化させたものである。アルコール類としては、炭素数１〜５のアルキル基をもつ一価アルコール、二価アルコール、および三価アルコールを用いることができるが、生成物の親水性、界面活性性、および実用性の観点から、二価アルコールが最も好ましい。具体的には、プロピレングリコール、エチレングリコール、およびグリセリンなどが挙げられる。アルキレンオキサイド類としては、炭素数１〜５のアルキル基をもつ物質を用いることができる。具体的には、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、およびブテンオキサイドなどが挙げられる。あるいは、水酸基にカルボキシル基を有する物質を反応させて、エステル結合を有する物質に変化させたものでもよく、炭素数１〜５の有機酸が特に好ましい。カルボキシル基と水酸基とを含む乳酸、グリコール酸などを用いることもできる。

アルギン酸をアミド化した誘導体とは、１価以上のアミン類を反応させてアミド結合を有する物質に変化させたものである。アミン類としては、炭素数１〜５のアルキル基をもつ第一級アミン、第二級アミン、および第三級アミンを用いることができるが、第一級アミンが最も好ましい。具体的には、メチルアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、およびメチルエチルアミンなどが挙げられる。

アルギン酸をエステル化した誘導体とアルギン酸をアミド化した誘導体とを組み合わせて、水溶性多糖類として用いることもできる。この場合、アミド化した誘導体の含有量は、水溶性多糖類全量の７０ｗｔ％程度以下に留めることが望まれる。アミド化した誘導体の含有量が７０ｗｔ％を越えると、発泡材料の緩衝性が全く生じないといった不都合が生じるおそれがある。アミド化した誘導体の含有量は、水溶性多糖類全量の４０ｗｔ％以下であることがより好ましく、水溶性多糖類の全て（１００ｗｔ％）がエステル化した誘導体であることが最も好ましい。

上述したような水溶性多糖類は、発泡剤、可塑剤とともに水に溶解して、本発明の実施形態にかかる発泡材料組成物が得られる。組成物の粘度は、１．０×１０¹（Ｐａ・ｓ）以上１．５×１０⁷（Ｐａ・ｓ）以下であることが好ましい。本発明の実施形態にかかる発泡材料組成物は水に溶解して調製されるが、粘性が低いと発泡状態の膜が破泡してしまうため、粘度の下限は１．０×１０¹（Ｐａ・ｓ）となる。一方、発泡材料の発泡倍率および緩衝特性を維持するために、本発明の実施形態にかかる発泡材料組成物の粘度の上限は１．５×１０⁷（Ｐａ・ｓ）に規定される。

基本的には、発泡材料組成物の粘度は、水溶性多糖類の種類、重合度、重量平均分子量、および含有量によって決定される。したがって、この粘度範囲が得られるように、水溶性多糖類の種類等に応じて含有量を調整すればよい。発泡材料の発泡の状態を良好に保つためには、水溶液粘度を統一の指標とすることが好ましい。特に材料的な脆さが少なく、加工しやすく、ポリマーの耐久性が大きいことなどを考慮すると、粘度はこの範囲にあることが望まれる。緩衝材のような材料とする場合には、良好な機械的特性を発現することが求められ、発泡材料組成物の粘度は、１．８×１０²（Ｐａ・ｓ）以上６．０×１０⁴（Ｐａ・ｓ）以下であることが好ましい。

水溶性多糖類の重合平均分子量は、その種類に応じて適宜決定することができる。例えば、アルギン酸プロピレングリコールエステルであれば、重量平均分子量は７０，０００〜１００，０００程度が好ましい。この場合の重合度は、２９９〜４２７程度に相当する。また、ヒアルロン酸プロピレングリコールエステルであれば、重量平均分子量は１００，０００〜１５０，０００程度が好ましく、この場合の重合度は、２２０〜３３１程度に相当する。一般的に、水溶性多糖類の重量平均分子量が増加すると、粘性が増加し溶解が困難となると同時に、発泡材料の緩衝性が失われる傾向にある。このため、重量平均分子量の上限は、２００，０００程度に留めることが望まれる。

発泡剤としては界面活性剤を用いることができ、特にイオン系界面活性剤あるいは非イオン系界面活性剤が挙げられる。イオン系界面活性剤は、例えば、ステアリン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、αオレフィンスルホン酸塩、スルホアルキルアミド、モノカルボキシココイミダゾリン化合物、ジカルボキシココイミダゾリン化合物、および硫酸化脂肪族ポリオキシエチレン第４窒素化合物から選ぶことができる。一方、非イオン系界面活性剤は、例えば、オクチルフェノールエトキシレート、修飾直鎖脂肪族ポリエーテル類、およびソルビタンエステル類から選ぶことができる。発泡剤は、水溶性・安全性・生分解性等を勘案して適宜選択すればよい。

発泡剤の含有量は、通常、発泡材料組成物１００重量％に対して１〜１０重量％程度である。１重量％未満の場合には、発泡剤の効果を十分に得ることが困難となる。一方、１０重量％を越えると、発泡材料のもつ機械特性や環境調和性が損なわれるおそれがある。

可塑剤としては、例えば、グリセロール、グルコース、多価アルコール、トリエタノールアミン、ステアリン酸塩から選ぶことができる。可塑剤は、発泡後の発泡材料に柔軟性を与え、かつ送風乾燥時の収縮を低減する作用を有する。

可塑剤の含有量は、通常、発泡材料組成物１００重量％に対して２０〜４０重量％程度である。２０重量％未満の場合には、可塑剤の効果を十分に得ることが困難となる。一方、４０重量％を越えると、発泡材料のもつ機械特性や環境調和性が損なわれるおそれがある。

必要に応じて、オリゴマーあるいはポリマーフォーム改質剤を、本発明の実施形態にかかる発泡材料組成物中に含有させてもよい。フォーム改質剤を含有することによって、発泡材料の柔軟性や靱性を改善するため用いることができる。フォーム改質剤としては、例えば、ポリエチレングリコール、グアガム（ｇｕａｒｇｕｍ）、アルブミン、ゼラチン、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリオキサゾリン、およびポリエチレンイミンなどが挙げられる。こうしたフォーム改質剤を用いる場合には、発泡材料組成物１００重量％に対して１重量％程度の割合で配合すれば、その効果を得ることができる。ただし、フォーム改質剤が過剰に含有された場合には、発泡材料のもつ機械特性や環境調和性が損なわれるといった不都合が生じるおそれがあるので、その配合量は、発泡材料組成物１００重量％に対して３重量％程度に留めることが望まれる。

また、フォーム改質剤として水溶性多糖類の塩を配合することができる。使用し得る塩としては、例えば、アルギン酸塩やヒアルロン酸塩、特に、アルギン酸ナトリウムおよびヒアルロン酸ナトリウムなどから選択することができる。例えば、アルギン酸塩としては、ナトリウムをはじめとするアルカリ金属塩やカルシウムをはじめとするアルカリ土類金属塩が挙げられる。こうした塩を配合することによって、硬質で頑強な発泡材料を作製することができる。水溶性多糖類の塩が用いられる場合、その配合量は、上述したエステル結合やアミド結合を有する水溶性多糖類との合計の９０重量％までとすることができる。塩の配合量が９０重量％を越えた場合には、発泡状態の維持が困難となる、または発泡材料の緩衝性が失われるといった不都合が生じるおそれがある。

水溶性多糖類の塩は、水溶した時の粘度が、１．０×１０¹（Ｐａ・ｓ）以上１．５×１０⁷（Ｐａ・ｓ）以下であることが望まれる。水溶液の粘度は、水溶性多糖類の塩の種類、重合度、および重量平均分子量によって変化する。発泡材料の発泡の状態を良好に保つためには、水溶液粘度を統一の指標とすることが好ましい。特に材料的なもろさが少なく、加工しやすく、ポリマーの耐久性が大きいことなどを考慮すると、粘度はこの範囲にあることが望まれる。緩衝材のような材料とする場合には、良好な機械的特性を発現するために、粘度範囲は、１．８×１０²（Ｐａ・ｓ）以上６．０×１０⁴（Ｐａ・ｓ）以下であることが望まれる。

本発明の実施形態にかかる発泡材料組成物には、必要に応じてフォーム安定剤を配合してもよい。フォーム安定剤は、例えば、ステアリン酸アンモニウム、ドデシルアルコール、テトラデカノール、ヘキサデカノール、トリデシルオキシポリエタノール、およびポリオキシエチル化オレイルアミンから選ぶことができる。その配合量は、特に限定されないが、通常、発泡材料組成物１００重量％に対して１重量％程度であれば、十分な効果を発揮することができる。ただし、過剰に配合された場合には、発泡材料のもつ機械特性や環境調和性が損なわれるおそれがあるので、配合量の上限は３重量％程度に留めることが望まれる。

上述したようなエステル結合またはアミド結合を有する水溶性多糖類、発泡剤、および可塑剤を水に溶解して所定粘度の水溶液として、本発明の実施形態にかかる発泡材料組成物が得られる。この発泡材料組成物を用いて、以下の方法により本発明の実施形態にかかる発泡材料を作製することができる。

発泡材料の作製に当たっては、まず、発泡材料組成物を機械的に攪拌することによって発泡材料を泡立てする。機械的攪拌は、例えばプレッシャーミキサー、連続高圧発泡ミキサー、台所用ミキサー、ビーター、ホモジナイザーによって行なうことができる。この泡立ての時間によって、得られる発泡材料の気泡径を制御することができる。発泡材料の孔径は、通常５〜２０００μｍの範囲内であり、５０〜５００μｍの範囲内に制御されることが好ましい。径が５μｍ未満の小さな気泡は、作製することが極めて困難である。一方、２０００μｍを越えて大きな径を有する気泡が存在すると、発泡状態の維持が困難となる、または発泡材料の緩衝性が失われるといった不都合が生じるおそれがある。なお、組成物を泡立てする際、水溶液の粘度が材料の発泡の状態、性質等に大きく影響を及ぼすため、これを制御する必要がある。こうした理由から、発泡材料組成物の粘度は、上述したように１．０×１０¹（Ｐａ・ｓ）以上１．５×１０⁷（Ｐａ・ｓ）以下であることが好ましい。

発泡材料組成物を泡立てすることによって、発泡材料の湿潤状態が形成される。例えば、これを所望の型内に流延して発泡材料組成物の層を成形する。層の厚さは、約１ｍｍ以下の薄いものから約５０ｍｍ以上の厚いものまで、所望の用途に応じて任意に選択することができる。厚い層の場合は、内部に“気泡破壊”の層を有することもできる。“気泡破壊”とは、せん断力や切断などの外的要因により破泡し、気泡が肥大化または一部欠落する現象をさす。発泡材料の表面に配置された気泡は、著しく気泡破壊されずに、新たに製造された気泡と同様な外観であり、またほぼ等しい気泡径および気泡径分布を有する。

本発明の実施形態にかかる発泡材料は、層のみならず、造形品として注型することもできる。なお、造形品とは、人が創造したデザイン、工芸などの作品、商品などをさす。この場合には、例えば、プレス型、プラスチック用射出成形の型、プラスチック用ブロー成形の型のような型が用いられる。こうした型を用いて発泡材料組成物を注型することによって、造形品を成形することができる。

注型後には、送風乾燥・凍結乾燥等の乾燥処理を施して、水分を含有率１０％以下まで除去することによって、目的の微細気泡構造を有する発泡材料が作製される。乾燥処理は、室温（２５℃）にて２日間程度、または水の融点以下の温度かつ真空に近い圧力で１日程度行なうことが望まれる。十分に乾燥処理が行なわれなかった場合には、使用中の水分蒸発または流出により、水分に弱い物質に影響を及ぼすといった不都合が生じるおそれがある。また、発泡材料の特性を損なわず、乾燥エネルギーを削減する観点から、室温（２５℃）にて対流乾燥が特に好ましい。常温対流乾燥は、例えば、密閉空間内に送風を行なうことが可能な装置（卓上換気装置、局所排気装置等）によって達成することができる。

所定の条件下で乾燥処理を施すことによって、本発明の実施形態にかかる発泡材料が作製される。すなわち、エステル結合またはアミド結合を有する水溶性多糖類と、発泡剤と、可塑剤とによってマトリックスが構成され、このマトリックス中には、発泡剤の作用により所定のサイズで形成された気泡が分散される。得られた発泡材料がシート状の場合には、そのまま用いることによって、電子機器等、予め水や湿度に触れる可能性の少ない部分に適用することができる。あるいは、本発明の実施形態にかかるシート状の発泡材料は、複数枚を重ねて使用してもよい。この場合には、少なくとも２層のシートは、互いに積層し機械的あるいは化学的に接着する。具体的には、２液混合エポキシ系、ゴム系、シアノアクリレート系、酢酸ビニール樹脂エマルジョン、澱粉糊などの接着剤を使用したり、ホットメルト接着剤を塗工した樹脂フィルム、ポリイミド系接着フィルム、エチレン・アクリル酸系共重合体接着フィルムなどのフィルムを間に挟むことによって重ね合わせて複合構造を形成する。こうした材料は、例えば、シートを単独でまたは積層して耐水性のポリ袋などに収容し、電子機器等の予め水や湿度に触れる可能性の少ない部分に適用することが可能である。

本発明の実施形態にかかる発泡材料は、医療系材料、細胞培養用固定化培地、工業用・農業用・食品用の包装用資材（例えば食品トレーなど）の原料として用いることができる。さらには、その他シートなど任意の形状で、包装用容器（ワンウェイ容器）、玩具、シート、家具部品、建材や自動車、家電製品、ＯＡ機器の部材、内装材、およびハウジングなどに有効利用ができるものと期待される。

緩衝材または構造材として使用されることによって、本発明の実施形態にかかる発泡材料は圧縮されて、緩衝材としての機能が低下することがある。こうした場合には、本発明の実施形態にかかる方法によって発泡材料を再生することができる。本発明の実施形態にかかる発泡材料は、水溶性多糖類を含有しているので、使用後に容易に処理することができる。すなわち、発泡材料を水に溶解して水溶物を得る工程と、前記水溶物を発泡させる工程と、前記水溶物から前記水を除去して再生発泡材料を成形する工程とを具備する方法によって、本発明の実施形態にかかる発泡材料を再生することが可能である。

基本的には、水に発泡材料を加え、テフロン（登録商標）製などの撹拌翼が付随した撹拌装置等を用いて攪拌することによって溶解して水溶物を得ることができる。発泡材料を水に溶解するに当たっては、得られる水溶物の粘度が所定の範囲内となるように、水量を調整することが望まれる。具体的には、発泡材料を溶解してなる水溶物の粘度は、１．０×１０¹（Ｐａ・ｓ）以上１．５×１０⁷（Ｐａ・ｓ）以下であることが好ましい。すでに説明したように、発泡材料の水溶物を泡立てする際には、この水溶物の粘度が得られる発泡材料の発泡の状態、性質等に大きく影響を及ぼすため、これを事前に制御する必要がある。発泡材料の濃度によらず、数分から１時間で容易に溶解することができ、再生する場合に溶解に手間がかかることもない。発泡材料の溶解に当たっては、例えば、加熱機能つき撹拌装置（ホットスターラー）等を用いて６０℃程度まで昇温させてもよい。これによって、発泡材料の溶解を促進することが可能となる。ただし、過剰に高温に加熱した場合には、発泡材料に含まれる水溶性多糖類の分子量低下が起こり、発泡材料の機械的特性全般が低下するおそれがある。これを避けるため、加熱温度の上限は８０℃程度とすることが望まれる。

発泡材料を水に溶解させることによって、運搬の際に従来の発泡材料よりも大量に運ぶことが可能となり、発泡材料の再生や処理に有利となる。従来の発泡材料は、運搬の際、車両の最大積載量に対して１５重量％程度しか運ぶことができない。これに対して、本発明の実施形態にかかる発泡材料では、ほとんどの水溶性多糖類において、１５重量％以上で溶解することができる。また、水溶物の粘度を１．０×１０¹（Ｐａ・ｓ）以上１．５×１０⁷（Ｐａ・ｓ）以下に規定させることによって、発泡して再生することが可能である。運搬の際に粘度を所定の範囲に規定できなかった場合は、発泡直前にバージン材を混合すればよい。あるいは、水を混合して粘度を調整することによって、良好な発泡材料を再生することができる。

発泡材料を溶解して所定粘度の水溶物を得、これを用いて上述したような手法にしたがって再生発泡材料が作製される。すなわち、まず、水溶物を泡立てすることによって発泡材料の湿潤状態を形成する。この際の気泡径は、上述の同様の理由から、５〜２０００μｍの範囲内に制御することが望まれる。

これを所望の型内に流延して、所定の厚さの層あるいは造形品を成形する。注型後には、室温または融点以下の温度で送風乾燥・凍結乾燥等の乾燥処理を施して、水分を除去することによって、目的の微細気泡構造を有する再生発泡材料が得られる。

所定の条件下で乾燥処理を施すことによって、エステル結合またはアミド結合を有する水溶性多糖類と、発泡剤と、可塑剤とを含むマトリックス、および、前記マトリックス中に分散され、前記発泡剤により形成された気泡を含有する再生発泡材料が作製される。本発明の実施形態にかかる方法により再生された発泡材料は、使用前の発泡材料（バージン材）と比較して、その特性は何等遜色ない。このため、バージン材と同様の種々の用途に用いることができる。すなわち、再生された発泡材料がシート状の場合には、そのまま用いることによって、電子機器等、予め水や湿度に触れる可能性の少ない部分に適用することができる。あるいは、再生されたシート状の発泡材料は、複数枚を重ねて使用してもよい。この場合には、少なくとも２層のシートは、互いに積層し機械的あるいは化学的に接着する。具体的には接着剤を使用したり、フィルムを間に挟むことにより重ね合わせて複合構造を形成する。こうした材料は、例えば、シートを単独でまたは積層して耐水性のポリ袋などに収容し、電子機器等の予め水や湿度に触れる可能性の少ない部分に適用することができる。

上述したように、本発明の実施形態にかかる発泡材料は、特定の水溶性多糖類と発泡剤と可塑剤とを含有する組成物から作製されるので、環境負荷は最小限に低減される。しかも、優れた緩衝力および復元力を備えている。さらに、本発明の実施形態にかかる発泡材料は水溶性であることから、本発明の実施形態にかかる方法によって容易に再生することが可能である。再生後の発泡材料も、バージン材と同様に優れた緩衝力および復元力を備え、緩衝材として再利用が可能となる。

以下、本発明の具体例を示す。
（実施例１）
まず、水溶性多糖類としてアルギン酸プロピレングリコールエステル（キミカ製キミロイドＨＶ、重量平均分子量Ｍｗ：約１００，０００）を用意し、５重量％の濃度で水に溶解して水溶液を調製した。得られた水溶液２００ｇに、発泡剤としてドデシル硫酸ナトリウム（和光純薬工業製）１ｇ、および可塑剤としてグリセリン（ナカライテスク製）２．８ｇを添加して、実施例１の発泡材料組成物を調製した。得られた発泡材料組成物の粘度は、３．２×１０³（Ｐａ・ｓ）であった。

この発泡材料組成物を台所用ミキサーで撹拌して、発泡材料の湿潤状態を形成した。さらに、金属トレイの上に拡げ、２日間常温送風乾燥させて発泡材料を作製した。乾燥後の発泡材料を、３０ｍｍ×３０ｍｍのサイズにカットしてサンプルを得、重量および厚さを測定した。その結果、重さ１３．５ｇ、厚さ３．７５ｍｍであり、これらの値から算出された見かけ密度は０．０８８ｇ／ｃｍ³、発泡倍率は約１０．４倍であった。

また、発泡材料を５重量％の濃度で含む水溶液を調製し、発泡材料が完全に溶解するまでの時間（水溶時間）を測定した。本実施例においては、発泡材料は２５分で完全に溶解した。水溶時間が６０分以内であれば、発泡材料は十分な水溶性を有しているといえる。

さらに、作製された発泡材料について圧縮歪を測定した。圧縮歪測定用のサンプルは、発泡材料を切り出し積層し、各辺約３ｃｍの立方体を作製することによって準備した。このサンプルに、一定の荷重（０．０５６ｋｇ／ｃｍ²）を一定時間（３時間）かけて圧縮した後、荷重を開放した。果樹開放直後のサンプルの高さを測定して、初期高さに対する割合を算出し、圧縮歪とした。また、荷重解放３分後の高さを初期高さに対する割合として算出し、圧縮永久歪とした。その結果を、図１のグラフに示す。なお、グラフには、圧縮時の高さも併せて示した。

本実施例の発泡材料は、十分な水溶性を有するとともに、図１のグラフに示すように圧縮特性も良好であった。

（実施例２）
実施例１で得られた発泡材料を、０．０５６ｋｇ／ｃｍ²の荷重下で２４ｈ静置した後、再生を行なった。再生に当たっては、まず、水に溶解して５重量％の濃度の水溶物を調製した。得られた水溶物の粘度は、２．８×１０³（Ｐａ・ｓ）であった。この水溶物を台所用ミキサーで撹拌して、発泡材料の湿潤状態を形成した。さらに、金属トレイの上に拡げて２日間、常温送風乾燥させて発泡材料を再生した。実施例１と同様のサイズのサンプルについて調べたところ、厚さ３．２５ｍｍ、見かけ密度は０．１５６ｇ／ｃｍ³、発泡倍率は約５．８倍であった。

再生された発泡材料を５重量％の濃度で含む水溶液を調製して、水溶時間を調べた。その結果、３０分で完全に溶解した。さらに、実施例１と同様の手法により、本実施例で再生された発泡材料の圧縮性を測定し、その結果を図１のグラフに示した。
本実施例で再生された発泡材料は、十分な水溶性を有するとともに、図１のグラフに示すように圧縮特性も良好であった。

（実施例３）
まず、水溶性多糖類としてアルギン酸プロピレングリコールエステル（キミカ製キミロイドＨＶの分解体、重量平均分子量Ｍｗ：約７０，０００）を用意し、５重量％の濃度で水に溶解して水溶液を調製した。こうして得られた水溶液を用いた以外は、前述の実施例１と同様の処方で本実施例の発泡材料組成物を調製した。得られた発泡材料組成物の粘度は、２．５×１０³（Ｐａ・ｓ）であった。

この発泡材料組成物を用いて、前述の実施例１と同様の方法により発泡材料を作製した。実施例１と同様のサイズのサンプルについて調べたところ、重さ１３．３ｇ、厚さ３．３５ｍｍ、見かけ密度は０．１１２ｇ／ｃｍ³、発泡倍率は約８．１倍であった。

本実施例の発泡材料を５重量％の濃度で含む水溶液を調製して、水溶時間を調べた。その結果、２０分で完全に溶解した。さらに、実施例１と同様の手法により、本実施例の発泡材料の圧縮性を測定し、その結果を図１のグラフに示した。
本実施例の発泡材料は、十分な水溶性を有するとともに、図１のグラフに示すように圧縮特性も良好であった。

（実施例４）
実施例３で得られた発泡材料を、０．０５６ｋｇ／ｃｍ²の荷重下で２４ｈ静置した後、前述の実施例２と同様の方法により再生を行なった。再生前（発泡前）の水溶物の粘度は、２．０×１０³（Ｐａ・ｓ）であった。実施例１と同様のサイズのサンプルについて調べたところ、厚さは３．１３ｍｍ、見かけ密度は０．１４４ｇ／ｃｍ³、発泡倍率は約６．３倍であった。

再生された発泡材料を５重量％の濃度で含む水溶液を調製して、水溶時間を調べた。その結果、２０分で完全に溶解した。さらに、実施例１と同様の手法により、本実施例で再生された発泡材料の圧縮性を測定し、その結果を図１のグラフに示した。
本実施例で再生された発泡材料は、十分な水溶性を有するとともに、図１のグラフに示すように圧縮特性も良好であった。

（実施例５）
可塑剤を４．７ｇのグリセリンに変更した以外は、前述の実施例１と同様の処方で本実施例の発泡材料組成物を調製した。得られた発泡材料組成物の粘度は、１．５×１０³（Ｐａ・ｓ）であった。
この発泡材料組成物を用いて、前述の実施例１と同様の方法により発泡材料を作製した。実施例１と同様のサイズのサンプルについて調べたところ、重さ１５．４ｇ、厚さ２．７８ｍｍ、見かけ密度は０．１０８ｇ／ｃｍ³、発泡倍率は約８．５倍であった。

（実施例６）
実施例５で得られた発泡材料を、０．０５６ｋｇ／ｃｍ²の荷重下で２４ｈ静置した後、前述の実施例２と同様の方法により再生を行なった。再生前（発泡前）の水溶物の粘度は、１．３×１０³（Ｐａ・ｓ）であった。実施例１と同様のサイズのサンプルについて調べたところ、厚さは２．９５ｍｍ、見かけ密度は０．１１２ｇ／ｃｍ³、発泡倍率は約８．１倍であった。

（実施例７）
まず、水溶性多糖類としてアルギン酸プロピレングリコールエステル（キミカ製キミロイドＨＶ、重量平均分子量Ｍｗ：約１００，０００）を用意し、６重量％の濃度で水に溶解して水溶液を調製した。得られた水溶液２００ｇに、発泡剤としてドデシル硫酸ナトリウム（和光純薬工業製）１．２ｇ、および可塑剤としてグリセリン（ナカライテスク製）３．３ｇを添加して、本実施例の発泡材料組成物を調製した。得られた発泡材料組成物の粘度は、５．２×１０⁴（Ｐａ・ｓ）であった。

この発泡材料組成物を台所用ミキサーで撹拌して、発泡材料の湿潤状態を形成した。さらに、金属トレイの上に拡げ、２日間常温送風乾燥させて発泡材料を作製した。実施例１と同様のサイズのサンプルについて調べたところ、重さ１６．２ｇ、厚さ３．９６ｍｍ、見かけ密度は０．１５８ｇ／ｃｍ³、発泡倍率は約５．８倍であった。

（実施例８）
実施例７で得られた発泡材料を、０．０５６ｋｇ／ｃｍ²の荷重下で２４ｈ静置した後、再生を行なった。再生に当たっては、まず、水に溶かして６重量％の水溶物を調製した。得られた水溶物の粘度は、４．０×１０⁴（Ｐａ・ｓ）であった。この水溶物を台所用ミキサーで撹拌して、発泡材料の湿潤状態を形成した。さらに、金属トレイの上に拡げて２日間、常温送風乾燥させて、発泡材料を再生した。実施例１と同様のサイズのサンプルについて調べたところ、厚さ３．４７ｍｍ、見かけ密度は０．１３９ｇ／ｃｍ³、発泡倍率は約６．５倍であった。

（実施例９）
可塑剤を４．７ｇのポリエチレングリコール（重合度２００、ナカライテスク製）に変更した以外は、前述の実施例１と同様の処方で本実施例の発泡材料組成物を調製した。得られた発泡材料組成物の粘度は、２．５×１０³（Ｐａ・ｓ）であった。
この発泡材料組成物を用いて、前述の実施例１と同様の方法により発泡材料を作製した。実施例１と同様のサイズのサンプルについて調べたところ、重さ１５．２ｇ、厚さ３．５３ｍｍ、見かけ密度は０．１２３ｇ／ｃｍ³、発泡倍率は約７．４倍であった。

本実施例の発泡材料を５重量％の濃度で含む水溶液を調製して、水溶時間を調べた。その結果、１５分で完全に溶解した。さらに、実施例１と同様の手法により、本実施例の発泡材料の圧縮性を測定し、その結果を図１のグラフに示した。
本実施例の発泡材料は、十分な水溶性を有するとともに、図１のグラフに示すように圧縮特性も良好であった。

（実施例１０）
実施例９で得られた発泡材料を、０．０５６ｋｇ／ｃｍ²の荷重下で２４ｈ静置した後、前述の実施例２と同様の方法により再生を行なった。再生前（発泡前）の水溶物の粘度は、１．９×１０³（Ｐａ・ｓ）であった。実施例１と同様のサイズのサンプルについて調べたところ、厚さ３．３１ｍｍ、見かけ密度は０．１１０ｇ／ｃｍ³、発泡倍率は約８．３倍であった。

（実施例１１）
まず、水溶性多糖類としてアルギン酸プロピレングリコールエステル（キミカ製キミロイドＨＶ、重量平均分子量Ｍｗ：約１００，０００）を用意し、５重量％の濃度で水に溶解して水溶性多糖類の水溶液を調製した。水溶性多糖類の塩としてアルギン酸ナトリウム（ナカライテスク製、重量平均分子量Ｍｗ：約１３０，０００）を用意し、５重量％の濃度で水に溶解して塩の水溶液を調製した。各水溶液を１００ｇずつ混合して得られた混合溶液に、発泡剤としてドデシル硫酸ナトリウム（和光純薬工業製）１ｇ、および可塑剤としてグリセリン（ナカライテスク製）４．７ｇを添加して、本実施例の発泡剤組成物を調製した。得られた発泡剤組成物の粘度は、２．２×１０³（Ｐａ・ｓ）であった。

この発泡材料組成物を用いて、前述の実施例１と同様の方法により発泡材料を作製した。実施例１と同様のサイズのサンプルについて調べたところ、重さ１５．３ｇ、厚さ４．８５ｍｍ、見かけ密度は０．１６５ｇ／ｃｍ³、発泡倍率は約５．５倍であった。

本実施例の発泡材料を５重量％の濃度で含む水溶液を調製して、水溶時間を調べた。その結果、３０分で完全に溶解した。さらに、実施例１と同様の手法により、本実施例の発泡材料の圧縮性を測定し、その結果を図１のグラフに示した。
本実施例の発泡材料は、十分な水溶性を有するとともに、図１のグラフに示すように圧縮特性も良好であった。

（実施例１２）
実施例１１で得られた発泡材料を、０．０５６ｋｇ／ｃｍ²の荷重下で２４ｈ静置した後、前述の実施例２と同様の方法により再生を行なった。再生前（発泡前）の水溶物の粘度は、１．４×１０³（Ｐａ・ｓ）であった。実施例１と同様のサイズのサンプルについて調べたところ、厚さ３．９１ｍｍ、見かけ密度は０．２２５ｇ／ｃｍ³、発泡倍率は約４．０倍であった。

再生された発泡材料を５重量％の濃度で含む水溶液を調製して、水溶時間を調べた。その結果、２５分で完全に溶解した。さらに、実施例１と同様の手法により、本実施例で再生された発泡材料の圧縮性を測定し、その結果を図１のグラフに示した。
本実施例で再生された発泡材料は、十分な水溶性を有するとともに、図１のグラフに示すように圧縮特性も良好であった。

（実施例１３）
まず、アルギン酸プロピレングリコールエステル（キミカ製キミロイドＨＶ、重量平均分子量Ｍｗ：約１００，０００）を用意し、５重量％の濃度で水に溶解してエステル誘導体の水溶液を調製した。また、アルギン酸のカルボキシル基がアミド基に置換された化合物（アミド誘導体、重量平均分子量Ｍｗ＝約６０，０００）を用意し、５重量％の濃度で水に溶解してアミド誘導体の水溶液を調製した。ここで用いたアミド誘導体を、下記一般式に示す。

このアミド誘導体は、次のような手法により合成したものである。まず、２００ｍＬの三角フラスコにＴＨＦ溶液５０ｍｌを収容し、氷浴に浸漬して約７〜８℃で冷却した。これにアルギン酸を２．５ｇ加え、スターラーにて攪拌しつつジシクロヘキシルカルボジイミド２．９ｇをゆっくり加えた。この混合物を約１５分間かき混ぜた後、メチルアミン４０％水溶液１．２ｍｌを少量ずつ加えた。さらに氷浴を外し、室温まで加温しながら６時間攪拌した。この後、浮遊する固体を取り出し、メタノール２００ｍｌ中に沈殿させ攪拌した。その後、２時間ほど室温で乾燥させることによって、アミド誘導体（収量２．６ｇのスケール）が得られた。

エステル誘導体の水溶液１２０ｇと、アミド誘導体の水溶液８０ｇとを混合して混合溶液を得、さらに、発泡剤としてドデシル硫酸ナトリウム（和光純薬工業製）１ｇ、および可塑剤としてグリセリン（ナカライテスク製）４．７ｇを添加して、本実施例の発泡材料組成物を調製した。得られた発泡材料組成物の粘度は、１．２×１０¹（Ｐａ・ｓ）であった。

この発泡材料組成物を用いて、前述の実施例１と同様の方法により発泡材料を作製した。実施例１と同様のサイズのサンプルについて調べたところ、重さ１５．０ｇ、厚さ２．３４ｍｍ、見かけ密度は０．２６９ｇ／ｃｍ³、発泡倍率は約３．４倍であった。

（実施例１４）
実施例１３で得られた発泡材料を、０．０５６ｋｇ／ｃｍ²の荷重下で２４ｈ静置した後、前述の実施例２と同様の方法により再生を行なった。再生前（発泡前）の水溶物の粘度は、１．０×１０¹（Ｐａ・ｓ）であった。実施例１と同様のサイズのサンプルについて調べたところ、乾燥後の発泡材料は、厚さ２．２１ｍｍ、見かけ密度は０．２３５ｇ／ｃｍ³、発泡倍率は約３．９倍であった。

再生された発泡材料を５重量％の濃度で含む水溶液を調製して、水溶時間を調べた。その結果、１５分で完全に溶解した。さらに、実施例１と同様の手法により、本実施例で再生された発泡材料の圧縮性を測定し、その結果を図１のグラフに示した。
本実施例で再生された発泡材料は、十分な水溶性を有するとともに、図１のグラフに示すように圧縮特性も良好であった。

（実施例１５）
まず、水溶性多糖類としてアルギン酸プロピレングリコールエステル（キミカ製キミロイドＨＶ、重量平均分子量Ｍｗ：約１００，０００）を用意し、８重量％の濃度で水に溶解して水溶液を調製した。得られた水溶液２００ｇに、発泡剤としてドデシル硫酸ナトリウム（和光純薬工業製）１．６ｇ、および可塑剤としてグリセリン（ナカライテスク製）５．８ｇを添加して、本実施例の発泡材料組成物を調製した。得られた発泡材料組成物の粘度は、１．４×１０⁷（Ｐａ・ｓ）であった。

この発泡材料組成物を用いて、前述の実施例１と同様の方法により発泡材料を作製した。実施例１と同様のサイズのサンプルについて調べたところ、重さ１８．５ｇ、厚さ２．５２ｍｍ、見かけ密度は０．４５８ｇ／ｃｍ³、発泡倍率は約２．０倍であった。

本実施例の発泡材料を５重量％の濃度で含む水溶液を調製して、水溶時間を調べた。その結果、４０分で完全に溶解した。さらに、実施例１と同様の手法により、本実施例の発泡材料の圧縮性を測定し、その結果を図１のグラフに示した。
本実施例の発泡材料は、十分な水溶性を有するとともに、図１のグラフに示すように圧縮特性も良好であった。

（実施例１６）
実施例１５で得られた発泡材料を、０．０５６ｋｇ／ｃｍ²の荷重下で２４ｈ静置した後、前述の実施例２と同様の方法により再生を行なった。再生前（発泡前）の水溶物の粘度は、９．２×１０⁶（Ｐａ・ｓ）であった。実施例１と同様のサイズのサンプルについて調べたところ、厚さ２．８３ｍｍ、見かけ密度は０．４３６ｇ／ｃｍ³、発泡倍率は約２．１倍であった。

再生された発泡材料を５重量％の濃度で含む水溶液を調製して、水溶時間を調べた。その結果、４５分で完全に溶解した。さらに、実施例１と同様の手法により、本実施例で再生された発泡材料の圧縮性を測定し、その結果を図１のグラフに示した。
本実施例で再生された発泡材料は、十分な水溶性を有するとともに、図１のグラフに示すように圧縮特性も良好であった。

（比較例１）
コーンスターチ（水分１３％）１００部、メタブレンＰ５３０Ａ（三菱レーヨン製、メタクリル酸メチル、アクリル酸アルキル共重合物、分子量３１０万）１部、水３０部をヘンシェルミキサー（三井三池化工機製）で１０００ｒｐｍ、１０分間混合して、混合物を作製した。得られた混合物を、試験用押出機（東洋精機製ラボプラストミル）にて１００℃でペレット化し、水分１３．５％まで乾燥した。

乾燥後のペレットを用い、バラ状緩衝材製造設備にて１９０℃で本比較例の発泡体を形成した。得られた発泡体の周囲から厚み３ｍｍ程度で削り取っていき、これを３ｃｍ角シート状に切り出して厚さ３ｃｍ程度まで積層した。こうしてサンプルを作製し、発泡体の圧縮歪を測定した。

本比較例の発泡材料を５重量％の濃度で含む水溶液を調製して、水溶時間を調べた。その結果、１５分で崩壊したものの、さらに放置しても発泡材料は完全には溶解しなかった。実施例１と同様の手法により、本実施例の発泡材料の圧縮性を測定し、その結果を図１のグラフに示した。

本比較例の発泡材料は、水溶性は不十分であることから、本発明の実施形態にかかる方法での再生は不可能である。しかも、図１のグラフに示すように圧縮に対する耐久力が弱くまた復元力も弱い。このため、一度圧力をかけてしまうと、機能が減少してしまい、長期間使用する耐久性は乏しいことがわかる。

（比較例２）
まず、アルギン酸ナトリウム（ナカライテスク製、重合度６５０）を水に溶解して、３重量％の濃度の水溶液を調製した。得られた水溶液の粘度は、１．５（Ｐａ・ｓ）であった。この水溶液１００ｇに、発泡剤としてドデシル硫酸ナトリウム（和光純薬工業製）０．１ｇを添加して、混合溶液を得た。

得られた混合溶液を台所用ミキサーで撹拌して、フォームを形成した。フォームを金属トレイの上に拡げ、５重量％の濃度の塩化カルシウム溶液で架橋結合させた。具体的には、ナトリウムイオンとカルシウムイオンのイオン交換反応によって、アルギン酸ナトリウムを架橋結合させた。その後、フォームを乾燥させて、本比較例の発泡材料とした。乾燥後のフォームは、厚さ０．０５ｍｍ、見かけ密度は、１ｍ³当たり７ｇであった。

こうして作製された発泡材料は、従来の多糖類を用いた発泡材料に相当する。従来の多糖類を用いた発泡材料は、２価以上の陽イオンによる架橋結合や凝固させることによって気泡の安定性を確保していた。

本比較例の発泡材料を５重量％の濃度で含む水溶液を調製しようと試みたが、水に不溶であった。さらに、実施例１と同様の手法により、本実施例の発泡材料の圧縮性を測定し、その結果を図１のグラフに示した。
本比較例の発泡材料は、水に不溶なために、本発明の実施形態にかかる方法での再生は不可能である。しかも、図１のグラフに示すように緩衝能力を全く有しないことから、耐久材としての使用は不向きである。すなわち、こうした発泡材料は、緩衝材・構造材として用いるには柔軟性が乏しく、使用後には容易に処理するのが困難である。

実施例の発泡材料および比較例の発泡材料について、環境性、圧縮性、圧縮影響歪、および水溶性を、下記表１に示す。なお、下記表１には、従来の石油系発泡材料についても併せて示した。

上記表１に示されるように、本発明の実施形態にかかる発泡材料は、原料として水溶性多糖類を含有するので環境負荷は極力低減される。また、圧縮性や圧縮耐久性は、石油系発泡材料とほぼ同等またはそれ以上とすることができるのみならず、圧縮に対する復元力も十分であり緩衝機能が低下しない。原料となる発泡材料組成物の組成を変更することによって、本発明の実施形態にかかる発泡材料は、緩衝材から構造材まで幅広く適用できる可能性がある。

加えて、本発明の実施形態にかかる発泡材料は、水溶性であることから、使用後には容易に水に溶解して水溶物を得ることができる。場合によっては、この水溶物を下水に流して処理したり、土に撒いて植物の肥料として使用することも可能である。特に本発明の実施形態においては、得られた水溶物を撹拌し、注型した後、乾燥することによって、発泡材料を容易に再生することが可能となる。

発泡材料の圧縮特性を表わすグラフ図。

Claims

エステル結合またはアミド結合を有する水溶性多糖類と、発泡剤と、可塑剤とを含有することを特徴とする発泡材料組成物。
前記エステル結合またはアミド結合を有する水溶性多糖類は、アルギン酸エステル類またはアルギン酸アミド類であることを特徴とする請求項１に記載の発泡材料組成物。
粘度が１．０×１０¹（Ｐａ・ｓ）以上１．５×１０⁷（Ｐａ・ｓ）以下となるように水を含有させてなることを特徴とする請求項１または２に記載の発泡材料組成物。
エステル結合またはアミド結合を有する水溶性多糖類と、発泡剤と、可塑剤とを含むマトリックス、および
前記マトリックス中に分散され、前記発泡剤により形成された気泡
を含有することを特徴とする発泡材料。
請求項４に記載の発泡材料を水に溶解して水溶物を得る工程と、
前記水溶物を発泡させる工程と、
前記水溶物から前記水を除去して再生発泡材料を成形する工程と
を具備することを特徴とする発泡材料の再生方法。