JP2010280744A

JP2010280744A - 食品廃棄物を含有するポリ乳酸樹脂成形品およびその製造方法

Info

Publication number: JP2010280744A
Application number: JP2009132879A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Wada; 潔和田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2010-12-16

Abstract

【課題】本発明の解決しようとする課題は、ポリ乳酸樹脂と食品廃棄物を配合した樹脂組成物を用いた成形品において、事前のペレット化を必要とせず、生分解性に優れたポリ乳酸樹脂成形品ならびにその製造方法を提案しようとするものである。
【解決手段】ポリ乳酸樹脂と、食品廃棄物を含む樹脂混合物を成形してなる成形品であって、前記食品廃棄物は含水率が１０％未満であり、２０メッシュの篩を通過し、５０メッシュの篩を通過しない粒径であり、食品廃棄物の樹脂混合物全体に対する含有量は、３０質量％以上６０質量％未満であることを特徴とする成形品である。
【選択図】図１

Description

本発明は、食品廃棄物を含有するポリ乳酸樹脂成形品およびその製造方法に関する。

環境意識の高まりを背景に、天然物から生産することができるバイオプラスチックの代表としてポリ乳酸樹脂が注目されている。ポリ乳酸樹脂は、当初生分解性を有する点が注目されていたが、現在ではむしろ製造から廃棄の過程において大気中の二酸化炭素を増やさない点が評価されている。ポリ乳酸樹脂は、とうもろこしやさとうきびなどの天然物を出発原料として、乳酸菌の働きによって産出される乳酸を縮重合して合成することができる。このような製造方法によって製造されたポリ乳酸樹脂は、原料が大気中の二酸化炭素から作られたと考えることができるため、カーボンニュートラルなプラスチックであるとみなされている。

しかしながらポリ乳酸樹脂は、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂などの汎用プラスチックに比較して相当高価であり、単体では使い切れないため、さまざまな充填剤、増量剤を添加する試みがなされている。

特許文献１に記載された生分解性プラスチック成形品の製造方法は、植物性食物残滓を含有する生分解性プラスチック成形品の製造方法であって、（１）植物性残滓を熱風乾燥することにより含水率が１３％以下および平均粒径が３０μｍ以下の乾燥粉末を作製し、（２）前記乾燥粉末とコーンスターチを、重量比（乾燥粉末／コーンスターチ）を９５／５〜８／２の割合で混練し、（３）前記混練したものを押出成形機に投入して円柱状の混合ペレットを作製し、（４）前記混合ペレットと生分解性プラスチックを、重量比（混合ペレット／生分解性プラスチック）を５１／４９〜３５／６５の割合で混合し、（５）さらに炭酸カルシウムを加えて混合した後、成形機内に投入して、特定形状に成形することを特徴とする方法である。植物性食物残滓の例として、おから、とうもろこし澱粉滓、コーヒー滓、すそこ及び籾殻が記載されている。また生分解性プラスチックの例としてポリ乳酸樹脂が記載されている。

特許文献２に記載された樹脂組成物およびそれからなる成形品は、ポリ乳酸樹脂および天然由来の有機充填剤に対し、結晶化促進剤、ポリ乳酸以外の熱可塑性樹脂、天然由来の有機充填剤以外の充填剤、安定剤、離型剤、カルボキシル基反応性末端封鎖剤から選ばれる少なくとも１種を配合してなる樹脂組成物およびこれからなる成形品である。この発明は、従来ポリ乳酸樹脂において問題となっていた結晶化速度が遅いという問題を解決することを目的としており、優れた結晶化特性による成形性、機械特性、耐熱性、耐久性などに優れた樹脂組成物および成形品を提供することを目的としている。天然由来の有機充填剤としては、籾殻、木材チップ、おから、古紙粉砕材などを含むさまざまな材料が列挙されている。

特許文献３に記載された樹脂組成物およびそれからなる成形品は、ポリエステル樹脂１００重量部に対して、天然由来の有機充填剤１〜３５０重量部および、重量平均分子量が１０００〜２００００の範囲であり、かつエポキシ基含有ビニル系単位を含む重合体０．０１〜３０重量部を配合してなる樹脂組成物およびこれからなる成形品である。この発明は、成形性、表面外観性、耐衝撃性および耐久性に優れた樹脂組成物を目的としている。ポリエステル樹脂のひとつとして、ポリ乳酸樹脂が、また有機充填剤として籾殻、木材チップ、おから、古紙粉砕材などを含むさまざまな材料が列挙されている。

特開2002-371187号公報特開2005-2174号公報特開2006-117768号公報

特許文献１に記載された生分解性プラスチック成形品の製造方法は、熱風乾燥した植物性食物残滓とコーンスターチを混合して混練して押出機にかけてペレタイズし、さらにこのペレットと生分解性プラスチックと炭酸カルシウムを混合して成形機に投入するという多段の工程を要するため、コストがかかり、安価な植物性食物残滓を利用する意味が薄れてしまうという問題がある。

特許文献２には、天然由来の有機充填剤の最適な粒度や配合比率に関する記載がなく、実施例としては、ポリ乳酸樹脂７０部に対して古紙粉末、木粉を２０〜３０部添加した例が記載されているのみであり、食品廃棄物を用いた実施例の記載はない。

特許文献３にも、天然由来の有機充填剤の最適な粒度に関する記載はなく、実施例として用いられた有機充填剤は、木粉、板紙古紙紙粉、ＯＡ古紙紙粉、ケナフ繊維、竹繊維、ヘンプペレットであって、食品廃棄物を用いた実施例の記載はない。また文献２、３においては、成形にあたって、ポリ乳酸樹脂と有機充填剤を混合した後、押出機などで混練してペレット化し、このペレットを用いて実際の成形を行うことが行われている。このようにペレット化のための工程が必要なため、成形品は高価なものとならざるを得なかった。

また、ポリ乳酸樹脂は、生分解性を有するとはいえ、土中に埋めてしかも堆肥と接触させるなど、相応の環境に置かない限り、簡単に分解するものではない。本発明の解決しようとする課題は、ポリ乳酸樹脂と食品廃棄物を配合した樹脂組成物を用いた成形品において、事前のペレット化を必要とせず、生分解性に優れたポリ乳酸樹脂成形品ならびにその製造方法を提案しようとするものである。

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、ポリ乳酸樹脂と、食品廃棄物を含む樹脂混合物を成形してなる成形品であって、前記食品廃棄物は含水率が１０％未満であり、２０メッシュの篩を通過し、５０メッシュの篩を通過しない粒径であり、食品廃棄物の樹脂混合物全体に対する含有量は、３０質量％以上６０質量％未満であることを特徴とする成形品である。

また、請求項２に記載の発明は、前記食品廃棄物が、珈琲かす、茶かす、果物あるいは野菜の絞りかすのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の成形品である。

また、請求項３に記載の発明は、成形機のホッパーにポリ乳酸樹脂ペレットと食品廃棄物を投入し、撹拌して混合した後、成型することを特徴とする請求項１または２に記載の成形品の製造方法である。

本発明に係る成形品は、ポリ乳酸樹脂に配合する食品廃棄物の粒径と配合量を特定したことにより、ポリ乳酸樹脂ペレットと食品廃棄物の混合物を直接成形機に投入して成形品を得ることが可能となり、一般的に行われている樹脂と食品廃棄物を混練してペレット化する工程を省略することが可能となった。

また、ポリ乳酸樹脂と食品廃棄物の親和性が良好であり、成形品表面には、食品廃棄物が露出せず、成形品の表面はポリ乳酸樹脂で覆われるため、成形品の外観が良好である。また、食品廃棄物を混合したプラスチック成形品においてしばしば認められるぬめりの発生もない。

また、ポリ乳酸樹脂の生分解性に着目すると、食品廃棄物を添加することにより、成形品中への水分の吸収が多くなり、土中での分解速度が速くなる効果を有する。

ポリ乳酸樹脂は、カーボンニュートラルなプラスチックであるが、食品廃棄物もまたカーボンニュートラルであるから、食品廃棄物を添加しても、ポリ乳酸樹脂のこの特性が失われることはない。

本発明に係る成形品を射出成形法によって製造する方法について示した断面説明図である。

以下、本発明に係る食品廃棄物を含有するポリ乳酸樹脂成形品について詳細に説明する。本発明に係る食品廃棄物を含有するポリ乳酸樹脂成形品は、ポリ乳酸樹脂と、食品廃棄物を含む樹脂混合物を成形してなる成形品であって、前記食品廃棄物は２０メッシュの篩を通過し、５０メッシュの篩を通過しない食品廃棄物であり、食品廃棄物の樹脂混合物全体に対する含有量は、３０質量％以上６０質量％未満であることを特徴とする。

乳酸には、Ｌ体とＤ体の２つの光学異性体が存在する。ポリ乳酸樹脂としては、環境的側面を重視する考え方からとうもろこしやじゃがいもの澱粉やさとうきびの糖類などから乳酸発酵によって得られるＬ−乳酸を出発原料とするＬ−乳酸樹脂が賞用されているが、本発明を実施するに当たっては、化学合成によって得られるＤ−乳酸を原料とするＤ−乳酸樹脂でも良い。ただし、光学純度が低いと、樹脂としての物性が劣るので、Ｌ、Ｄいずれかのポリ乳酸樹脂が少なくとも９０％以上含まれるポリ乳酸樹脂であることが望ましい。

ポリ乳酸樹脂は、食品廃棄物との相溶性が良好であり、食品廃棄物の分散性が良い。これは、食品廃棄物を構成するセルロース繊維とポリ乳酸樹脂のらせん構造がうまくからまり合い易い事と、食品廃棄物に含まれる水分によってポリ乳酸の一部が加水分解し、低分子化したポリ乳酸が食品廃棄物と馴染みやすいことに起因しているものと考えられる。通常、食品廃棄物とプラスチックを混合した場合、しばしばぬめりや粘着性を発生するが、ポリ乳酸樹脂の場合には、食品廃棄物に含まれる水分によって加水分解を起こし、遊離した乳酸が粘着物、ぬめり、着色成分の遊離を防止する効果があるものと考えられる。

ポリ乳酸樹脂は、生分解性を有するとはいえ、土中にしかも堆肥と接触して埋めるなど、微生物が繁殖しやすい環境でないと、簡単には分解しないものであるが、食品廃棄物を混合した場合には、生分解性が著しく向上する。これは、食品廃棄物がセルロース繊維を含んでおり、水分を吸収して成形品の分解を促進することによるものと考えられる。

本発明に係る食品廃棄物を含有するポリ乳酸樹脂成形品に用いる食品廃棄物としては、珈琲かす、茶かす、果物や野菜の絞りかす等を用いることができる。食品廃棄物の粒度としては、粗すぎても細かすぎても成形性が悪くなり、２０メッシュの篩を通過し、５０メッシュの篩を通過しない粒度であることが望ましい。これは、粒径に換算すると、３００
μｍ以上７８０μｍ以下と表現することもできる。２０メッシュの篩を通過するような大きな粒径の食品廃棄物であると成形する時に食品廃棄物同士がからまって樹脂と食品廃棄物が均一に分散せず、食品廃棄物が偏在してしまうことがある。逆に５０メッシュの篩を通過するような細かさであると、やはり分散性が悪くなり、食品廃棄物が塊状に固まってしまうことがある。最も分散性の良い範囲が、２０メッシュの篩を通過し、５０メッシュの篩を通過しない粒径の範囲である。

食品廃棄物には、通常１０％程度の水分が含まれているが、この程度の水分は、食品廃棄物とポリ乳酸樹脂との分散性をむしろ高める効果がある。これは、ポリ乳酸樹脂の一部が加水分解して低分子化したり、酸成分が生成したりするのを助長し、これらの成分が食品廃棄物とよく馴染んで、相溶性を発揮することによるものと推定される。

図１は、本発明に係る成形品を射出成形法によって製造する方法について示した断面説明図である。射出成形機１のホッパー４には、攪拌機５が取り付けてあり、一定の割合で投入されるポリ乳酸樹脂ペレット３と食品廃棄物２が、ホッパー内で撹拌混合され、スクリュー７によってシリンダー６内に押し込まれる。ポリ乳酸樹脂と食品廃棄物の混合物は、ヒーター８によって加熱されまた同時にスクリューによって混練されて成形型９に射出される。食品廃棄物の粒度が上記の範囲内であると、このような簡単な構造の成形機によって直接成形することが可能となり、通常必要とされる事前のペレタイズ工程を省略することができる。

本発明に係る成形品の成型方法については、射出成形法の他、押出成形法、圧縮成形法を用いることができる。成形に当たっては、混練性や流動性を改善する目的で、パラフィンやワックス等、公知の潤滑剤を少量添加しても良い。

ポリ乳酸樹脂に添加する食品廃棄物の配合量については、全体量に対する質量％において３０％以上６０％未満であることが望ましい。

ポリ乳酸樹脂は、もともと高価な樹脂であるので、これに安価な食品廃棄物を添加することは、樹脂単価の低減にも大きな効果がある。また食品廃棄物を使用した場合、配合量が３０％以上である場合には、エコマーク（登録商標）の取得が可能となる。

１・・・射出成形機
２・・・食品廃棄物
３・・・樹脂ペレット
４・・・ホッパー
５・・・攪拌機
６・・・シリンダー
７・・・スクリュー
８・・・ヒーター
９・・・成形型

Claims

ポリ乳酸樹脂と、食品廃棄物を含む樹脂混合物を成形してなる成形品であって、前記食品廃棄物は含水率が１０％未満であり、２０メッシュの篩を通過し、５０メッシュの篩を通過しない粒径であり、食品廃棄物の樹脂混合物全体に対する含有量は、３０質量％以上６０質量％未満であることを特徴とする成形品。
前記食品廃棄物は、珈琲かす、茶かす、果物あるいは野菜の絞りかすのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の成形品。
成形機のホッパーにポリ乳酸樹脂ペレットと食品廃棄物を投入し、撹拌して混合した後、成型することを特徴とする請求項１または２に記載の成形品の製造方法。