JP2010173169A - コーヒーかすを含有する成形品の製造方法および成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、予備混練やペレット化なしに、コーヒーかすを含有する樹脂成形品を低コストに能率良く製造する方法およびこれによって得られる成形品を提供するものである。
【解決手段】コーヒーかすを含有する樹脂成形品の製造方法であって、合成樹脂１００重量部と、含水率が３％未満であり、３０メッシュの篩を通過し、かつ５０メッシュの篩を通過しないコーヒーかす５０重量部以上２００重量部未満とを、撹拌混合したのち、成形することを特徴とする、コーヒーかすを含有する樹脂成形品の製造方法ならびに、この方法によって製造されたコーヒーかすを含有する樹脂成形品である。
【選択図】図１

Description

本発明は、コーヒーかすを含有する成形品を各種成形法によって効率的に製造する方法、ならびにこの方法によって製造されたコーヒーかす含有射出成形品に関する。

コーヒー豆からコーヒーを抽出したあとに残る産業廃棄物としてのコーヒーかすは、焼却して廃熱を利用したり、堆肥の原料としたりして、さまざまな用途が模索されている。その一つとして、コーヒーかすを樹脂組成物の１成分として利用することに関する記述が、いくつかの文献に記載されている。

特許文献１〜３には、食材廃棄物と植物粉粒体と生分解性樹脂と熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含む素材からなるプリント基板用基材、電化製品用ボディ、通信機機用ボディが記載されており、植物粉粒体としておから、ふすま、コーヒー豆のかす、大豆かす、醤油かす、ビールかすが挙げられている。しかし、特許文献１〜３の発明の実施の形態における記載は、おからを使用した場合のみであり、コーヒーかすを使用した場合の説明は記載されていない。

特許文献４に記載された樹脂成形品は、植物繊維とポリオレフィン樹脂とからなり、ポリオレフィン樹脂が全体の１０重量％以上５０重量％未満になっているペレットを原料として射出成形またはブロー成形してなることを特徴とする樹脂成形品であり、前記植物繊維が豆腐かす、ビールかすおよびコーヒーかすの少なくとも１つであることを特徴とする。特許文献４の実施例には、植物繊維として豆腐かすを５０重量％、ビールかすを３０重量％、コーヒーかすを５重量％混合した場合と、豆腐かすを４０重量％、ビールかすを２５重量％、コーヒーかすを４重量％混合した場合とが、記載されているが、コーヒーかすのみを使用した例は、記載されていない。

特許文献５に記載された樹脂組成物の製造方法は、熱可塑性樹脂と添加剤とを加熱混練する混練工程を含む樹脂組成物の製造方法であり、特許請求の範囲には、添加剤の例としてのさまざまな物質の一つとしてコーヒーかす粉砕物が記載されている。しかし発明を実施するための最良の形態の記述にも、添加剤の例としてコーヒーかす粉砕物が挙げられているのみであり、実際にコーヒーかすを用いた場合の記載は全く存在しない。

特許文献６に記載された発明は、天然系充填材を含有する樹脂組成物の製造方法であって、前記樹脂および前記天然系充填材とを混練する混練工程を有し、前記混練工程が、前記天然系充填材の黒化防止のために、ホウ素化合物の存在下で実施される製造方法であり、前記天然系充填材の一例としてコーヒーかす粉砕物が挙げられている。しかし、特許文献６においても、発明を実施するための最良の形態の記述には、特許文献５と同様に、天然系充填材の一例としてコーヒーかす粉砕物が挙げられているのみであり、実際にコーヒーかすを用いた場合の記載は全く存在しない。

このように、コーヒーかすを成形品の一成分として用いることができるという記載は、いくつかの文献に存在するが、コーヒーかすを含む樹脂組成物を用いて成形品を得るために、実際にどのようにしたら良いのかという具体的な記述は、無いに等しかったのである。また、上に掲げた特許文献に記載された発明においては、いずれも充填材と樹脂とを予め混練してペレット化し、得られたペレットを再度溶融して成形するという予備混練方式が採用されており、省エネルギーの観点やコストの面からは好ましくないものであった。

特開平10-145021号公報 特開平10-145054号公報 特開平10-145055号公報 特開2002-52562号公報 再公表特許WO2004/033538号公報 特開2006-16461号公報

本発明の課題は、予備混練やペレット化なしに、コーヒーかすを含有する樹脂成形品を低コストに能率良く製造する方法およびこれによって得られる成形品を提供するものである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、コーヒーかすを含有する樹脂成形品の製造方法であって、合成樹脂１００重量部と、含水率が３％未満であり、３０メッシュの篩を通過し、かつ５０メッシュの篩を通過しないコーヒーかす５０重量部以上２００重量部未満とを、撹拌混合したのち、成形することを特徴とする、コーヒーかすを含有する樹脂成形品の製造方法である。

また、請求項２に記載の発明は、前記合成樹脂が、メルトフローレート（ＪＩＳ Ｋ７２１０準拠、以下ＭＦＲと略す）が、１０以上３０未満の熱可塑性樹脂であり、前記成形機が射出成形機であることを特徴とする請求項１に記載のコーヒーかすを含有する樹脂成形品の製造方法である。

また、請求項３に記載の発明は、前記合成樹脂が、生分解性樹脂であることを特徴とする、請求項１または２に記載のコーヒーかすを含有する樹脂成形品の製造方法である。

また、請求項４に記載の発明は、成型時の熱によって、コーヒーかすを炭化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコーヒーかすを含有する樹脂成形品の製造方法である。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法によって製造されたコーヒーかすを含有する樹脂成形品である。

本発明に係るコーヒーかすを含有する樹脂成形品の製造方法は、合成樹脂１００重量部と、含水率が３％未満であり、３０メッシュの篩を通過し、かつ５０メッシュの篩を通過しないコーヒーかす５０重量部以上２００重量部未満とを、撹拌混合したのち、成形することを特徴とするものであるから、予備混練やペレット化を必要とせず、原料であるコーヒーかすと合成樹脂ペレットを成形機のホッパー中で直接撹拌混合するのみの簡単な方法で成形品を能率的に得ることが可能である。産業廃棄物であるコーヒーかすを添加することによって樹脂の節約になり、低コストの成形品を得ることができる。また本発明の方法は、省エネルギーの観点からも優れた方法である。

また、本発明に係る成形品は、コーヒーかすを含有するためコーヒーの香りがするので、コーヒーの香りが好まれるような用途には好適に使用できる。また成形品は、コーヒーかすの本来持っている脱臭効果を有しているので、同様にして脱臭効果を必要とするような用途に好適に使用できる。また、樹脂の臭気を吸収するので樹脂臭が嫌われるような場合の用途にも適している。

また、前記合成樹脂が、ＭＦＲが、１０以上３０未満の熱可塑性樹脂を用いた場合には、射出成形法による場合であっても、成形機のホッパー中で熱可塑性樹脂とコーヒーかすを簡単に混合するだけの簡単な方法によって成形品が得られる。

また、前記合成樹脂が、生分解性樹脂である場合には、得られた成形品はすべての原料が生分解性の材料であるので、成形品自体も生分解性を有するものとなり、生分解性が必要とされる用途に好適に使用できる。

また、成型時の熱によって、コーヒーかすを炭化させるようにした場合には、炭化の結果として生じるカーボンが黒色顔料の働きをするため、特に顔料を添加しなくても黒色の成形品が得られるという効果がある。またカーボンの働きにより脱臭効果がさらに高まる。

本発明に係るコーヒーかすを含有する樹脂成形品の製造方法を模式的に示した断面説明図である。 本発明に係るコーヒーかすを含有する樹脂成形品の一例であるコースターの斜視図である。

本発明に係るコーヒーかすを含有する樹脂成形品の製造方法について、図面に従って詳細に説明する。図１は、本発明に係るコーヒーかすを含有する樹脂成形品の製造方法を模式的に示した断面説明図である。この図においては、射出成形法における製造方法について説明するが、成型方法については、射出成形に限定されるものではない。射出成形機１のホッパー４に投入されたコーヒーかす２と樹脂ペレット３は、ホッパー中で撹拌装置５によって撹拌混合され、射出成形機のシリンダー６内に導かれる。シリンダー内に入ったコーヒーかすと樹脂ペレットの混合組成物は、スクリュー７によって押し出され、ヒーター８によって加熱されて溶融し、スクリュー７によってさらに均一に混練混合される。溶融した樹脂組成物は、成形型９に射出されて、成形品となる。

ホッパー４に投入されるコーヒーかす２と樹脂ペレット３とは、所定の混合比率となるように定量づつを投入するか、または予め所定の混合比率で粗混合したものを投入してもよい。撹拌装置５は、低速回転のプロペラ、スクリュー等による、比較的簡単な構造の撹拌装置で十分であり、バンバリーミキサーやヘンシェルミキサー等の混練装置のように剪断力が強く、樹脂が発熱して溶融するような装置は好ましくない。事前の混合が十分であれば、ホッパー中の撹拌装置は、省略することも可能であるが、通常の樹脂ペレットだけの場合に比較して、ホッパー中でのつまりを発生しやすいので、撹拌しながらある程度強制的に押し込んでやる手段があった方が安定する。本発明に係る方法においては、射出成形に先立ち、ペレタイザーによって一旦樹脂とコーヒーかすを混練して押し出し、ペレット化する工程を必要としないことが大きな特徴である。

本発明の方法に使用するコーヒーかすについて説明すると、コーヒーかすの含水率については、３％未満とすることが必要である。コーヒーかすは、通常５〜２０％の水分を含んでいるが、含水率が３％以上である場合、成形機のシリンダー内で水蒸気が発生してスクリューが空転し、樹脂とコーヒーかすの混合物を溶融することが出来なくなる結果、成
形が困難になる場合がある。
また無理に成形したとしても、水蒸気による発泡で成形品がもろいものとなり、また成形品の表面にも気泡が発生する。コーヒーかすの含水率を３％未満とすることは、樹脂混合物が金型に付着するのを防止する上でも有効である。従って、成形に先立って、コーヒーかすを撹拌しながら乾燥する工程が必要となる。なお、成形品にコーヒーの香りを生かそうとする場合には、発生したコーヒーかすを可能な限り新鮮なうちに乾燥させ、さらにコーヒーかすの水分を１〜３％残すことが望ましい。

一般にコーヒー豆は３０メッシュ〜５０メッシュ程度に粉砕されて抽出に使用されているので、抽出後に生じるコーヒーかすは、そのままの粒度でほぼ使用可能であるが、粗大な粒子や微粉末の混入は好ましくないので、３０メッシュの篩を通過し、かつ５０メッシュの篩を通過しない粒径に揃えることが好ましい。３０メッシュの篩を通過しないような粗い粒子が混入していると、樹脂と混合した時の流動性が不足する場合がある。また５０メッシュの篩を通過するような細かい粉末が混入していると、コーヒーかすが凝集して塊状になり易く、均一な分散が困難となる場合がある。篩の開口径は、篩の線径によっても異なるので、メッシュの値だけでは、コーヒーかすの粒度を正確に規定することはできないが、３０メッシュの篩を通過するコーヒーかすの粒径は、概ね０．５ｍｍ程度以下であり、５０メッシュの篩を通過しないコーヒーかすの粒径は、概ね０．３ｍｍ程度以上である。従って上記コーヒーかすの好ましい粒径としては、３００μｍ以上５００μｍ以下と表現することも可能である。

本発明の方法に使用する合成樹脂としては、広範な種類の熱可塑性樹脂ならびに熱硬化性樹脂が使用可能である。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン樹脂、低密度ポリエチレン樹脂、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリルスチレン共重合体樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）、ポリ乳酸樹脂等の、熱可塑性樹脂が好ましく使用できる。これらの樹脂の中でも、融点が低く、２１０℃以下の温度で成形できるグレードがより好ましい。

熱可塑性樹脂とコーヒーかすの混合樹脂組成物が成形機の加熱シリンダー内に長時間滞留すると、コーヒーかすの炭化が進行するので、２１０℃以下の温度で、２分以内の滞留時間に留めることが好ましい。

ただし、成型時の熱を利用してコーヒーかすを炭化させ、この過程で生じるカーボンブラックを黒色顔料の替わりに用いて、黒色の成形品を得ようとする場合には、より高温で成形可能な樹脂を使用することもできる。炭化が進行したコーヒーかすは、脱臭効果がさらに高まる。

特に、射出成形法によって成形品を製造する場合には、熱可塑性樹脂としては、ＭＦＲ（ＪＩＳ Ｋ７２１０準拠）が、１０以上３０未満の熱可塑性樹脂であることが好ましい。ＭＦＲが１０未満であると、コーヒーかすよりも樹脂が遅れて型内に充填する傾向がある。またＭＦＲが３０以上である場合には、樹脂よりもコーヒーかすが遅れて充填する傾向があるため、いずれの場合も樹脂とコーヒーかすの分散が悪くなり、均一な成形品が得られない危険性がある。

通常の熱可塑性樹脂を使用した場合、コーヒーかすの水分が失われて、樹脂で取り囲まれる結果、腐りにくくなるため、植木鉢等の用途にも使用可能であるが、ポリ乳酸樹脂等の生分解性樹脂を使用した場合には、生分解性を有する成形品が得られる。ポリ乳酸樹脂は、コーヒーかすとの親和性が高く、コーヒーかすとよく融合する。また成形品は土中で分解しやすいので、通常の植木鉢ではなく、土中に直接埋めて使用する植木鉢や植栽ポッ
トとして使用することが可能であり、土中で分解した成形品は、そのまま肥料としての機能を発揮する。もちろん当初から固形肥料としての用途展開も可能である。

また熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂等が最も好ましく使用できる。熱硬化性樹脂を使用した場合には、灰皿等の耐熱性を必要とする用途に好適に用いることができる。

合成樹脂とコーヒーかすの配合比率については、樹脂１００重量部に対して、コーヒーかすを５０重量部以上２００重量部未満とする。コーヒーかすの配合量が５０重量部未満の場合、コーヒーかすを添加する効果が薄れてしまう。２００重量部以上の場合には、成形品がもろくなり、成形品の表面からコーヒーかすが脱落したり、成形体全体が崩れやすくなったりして好ましくない。また成形品の重量に占めるコーヒーかすの重量が５０％を超えると、成形品は産業廃棄物に該当する。５０％以下である場合にはプラスチック成形品としての扱いとなる。いずれを選択するかは、主としてその用途によって決定される。

合成樹脂とコーヒーかす以外に、成形性や金型からの離型性を改良する目的で流動パラフィンやエポキシ化大豆油等の滑剤を少量添加したり、アゾジカルボンアミド等の発泡剤を添加することもできる。発泡剤を添加した場合には、成形品の軽量化とともに、成形品の内部に空間が生じる結果、成形品の脱臭効果が高まる。

成形に用いる金型については、金型の樹脂混合物に接する面に、クロームめっきまたはニッケルめっき、あるいは窒化チタンコーティング等の表面処理を施すことが必要である。鋼やアルミの素地表面は、コーヒーかすから発生する気化成分が付着したり、コーヒーかす自体が焦げ付いたりしやすく、好ましくない。また金型の表面には、定期的に離型剤を塗布することが望ましい。また金型の温度は、射出成形の場合であれば、６０℃以上とするのが好ましい。

成型方法としては、上記に説明した射出成形法の他、押出し成形法、圧縮成形法、真空圧空成形法等の成型方法が選択できる。どのような成形法を選択するかは、製造しようとする成形品の形状や使用目的によって適宜選択される。

本発明に係るコーヒーかすを含有する樹脂成形品の用途としては、コーヒーの香りを生かした用途として、コーヒー店で使用するコースターやトレイ等各種物品類や、のら猫忌避用品等が挙げられる。また脱臭効果を生かした用途としては、灰皿や脱臭剤の収納容器、ペット用品等が挙げられる。この他、植木鉢、育苗ポット等のガーデニング用品、床デッキ材、窓枠材等の建材等に使用することができる。合成樹脂として、生分解性の樹脂を使用した場合には、土中に埋められる植木鉢や育苗ポット、固形肥料等の農業資材の他、釣り具、漁業用資材、林業用資材等に使用することができる。以下実施例に基づいて、本発明に係るコーヒーかすを含有する成形品の製造方法および成形品についてさらに具体的に説明する。

コーヒーかすを乾燥し、３０メッシュの篩で粗粒を除去し、さらに５０メッシュの篩で微粉を除去して、粒径の範囲が３００μｍ〜５００μｍのコーヒーかすを作成した。コーヒーかすの含水率は、１〜２％の範囲に調整した。
低密度ポリエチレン樹脂（日本ポリエチレン社製、ノバテックＬＤ ＬＪ１８０４１、ＭＦＲ２３ｇ／１０ｍｉｎ）１００重量部に対して、流動パラフィン１重量部を添加して混合し、樹脂ペレットの表面を流動パラフィンで濡らした後、前記のコーヒーかす１０５部を添加し、撹拌して、均一に混合した。混合は、射出成形機のホッパーに取り付けたスクリュー式の撹拌装置によって行った。射出成形用金型としては、ダイレクトスプルー形式
とし、金型の樹脂に接する表面には、窒化チタン処理を施した。金型の温度は、６０℃に設定した。図２に示した形状のコースターを作成した。コースターの重量は、約７０ｇであり、射出成形機の成形容量１００ｇの約７０％であった。得られた成形品は、表面状態も良好であり、コーヒーの香りがして、コーヒー店用のコースターとして好適なものであった。

１・・・射出成形機
２・・・コーヒーかす
３・・・樹脂ペレット
４・・・ホッパー
５・・・撹拌機
６・・・シリンダー
７・・・スクリュー
８・・・ヒーター
９・・・成形型
１０・・・成形品（コースター）

Claims (5)

1. コーヒーかすを含有する樹脂成形品の製造方法であって、合成樹脂１００重量部と、含水率が３％未満であり、３０メッシュの篩を通過し、かつ５０メッシュの篩を通過しないコーヒーかす５０重量部以上２００重量部未満とを、撹拌混合したのち、成形することを特徴とする、コーヒーかすを含有する樹脂成形品の製造方法。
2. 前記合成樹脂は、メルトフローレート（ＪＩＳ Ｋ７２１０準拠）が、１０以上３０未満の熱可塑性樹脂であり、前記成形機が射出成形機であることを特徴とする請求項１に記載のコーヒーかすを含有する樹脂成形品の製造方法。
3. 前記合成樹脂は、生分解性樹脂であることを特徴とする、請求項１または２に記載のコーヒーかすを含有する樹脂成形品の製造方法。
4. 成型時の熱によって、コーヒーかすを炭化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコーヒーかすを含有する樹脂成形品の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法によって製造されたコーヒーかすを含有する樹脂成形品。