JP2015086350A - Composition for molding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低温で焼成が可能であって、かつ環境負荷に配慮した陶磁器や建材などの種々の成形物品の素材となる組成物に関する。 The present invention relates to a composition that can be fired at a low temperature and is a material for various molded articles such as ceramics and building materials in consideration of environmental load.
我々の生活空間においては、様々な物品が使用されている。例えば食器などの日用品、建造物の壁や床などに使用される建材、趣味や嗜好に合わせた工芸品などが、様々な生活空間の中で使用されている。これら日用品、建材、工芸品などは、自然界から採掘される天然原料を用いて製造されることが多い。例えば、自然界から採掘される陶石が用いられて、日用品や工芸品などが製造されることが多い。また、建材においても、自然界から採掘される天然原料を用いて製造されることがある。 Various items are used in our living space. For example, daily necessities such as tableware, building materials used for walls and floors of buildings, and crafts adapted to hobbies and tastes are used in various living spaces. These daily necessities, building materials, crafts, and the like are often manufactured using natural raw materials mined from the natural world. For example, pottery stones mined from nature are often used to produce daily necessities and crafts. In addition, building materials are sometimes manufactured using natural raw materials mined from the natural world.
ここで、陶土や配合土など、自然界から採掘・加工されて、これら日用品、建材、工芸品などの製造に用いられる素材の元となる原料を、成形用組成物と称することとする。すなわち、日用品、建材、工芸品などの一定の形状を有する物品は、可塑性のある素材から成形されて固化されて製造される。このため、これら日用品、建材、工芸品などの物品を製造する素材の元となる原料を、成形用組成物と称することにする。なお、可塑性とは、力を加えると連続的に変形が起こり、力を除くと、その直前の状態を保つことのできる性質のことをいうものとする。 Here, a raw material that is mined and processed from the natural world, such as porcelain and mixed soil, and used as a raw material for manufacturing daily necessities, building materials, crafts, and the like is referred to as a molding composition. That is, articles having a certain shape such as daily necessities, building materials, and crafts are manufactured by being molded from a plastic material and solidified. For this reason, the raw material used as the raw material which manufactures articles | goods, such as these daily necessities, building materials, and crafts, will be called a composition for shaping | molding. In addition, plasticity means a property in which deformation occurs continuously when a force is applied, and a state immediately before the force can be maintained when the force is removed.
上述したように陶土や配合土など成形用組成物は、一般的には自然界から採掘・加工される。例えば、日本各地で焼き物の産地として有名な地域には、陶土を製造するのに最適な天然原料が、現在あるいは過去において産出している。例えば、熊本県の天草陶石は江戸時代から現在に至るまで採掘が行われ、陶磁器原料として主に九州地域で消費されている。このように天然原料から陶土が製造され、この陶土が用いられて日用品や工芸品が製造されている。 As described above, molding compositions such as porcelain clay and blended soil are generally mined and processed from the natural world. For example, in areas famous for pottery production in various parts of Japan, natural materials that are most suitable for producing porcelain have been produced at present or in the past. For example, Amakusa pottery stone in Kumamoto Prefecture has been mined from the Edo period to the present, and is consumed mainly in the Kyushu region as a ceramic raw material. Thus, porcelain clay is manufactured from natural raw materials, and daily necessities and crafts are manufactured using this porcelain.
一方で、近年においては、上述の陶土原料のうち良質のものが減少しており、良質の陶土原料を十分な量で採掘することが難しくなっている。例えば、「何何焼き」と呼ばれる、地域名を冠した陶磁器の製造には、元来は当該地域あるいはその近隣地域で産出される陶土原料を用いていたが、これらの陶土原料は長年にわたって採掘されているために、その採掘量が十分に確保できなくなっているという問題がある。 On the other hand, in recent years, the quality of the above-mentioned porcelain clay materials has decreased, and it has become difficult to mine high-quality porcelain clay materials in a sufficient amount. For example, the production of ceramics with the name of the area, called “Daiden Yaki”, originally used porcelain materials produced in or near the area, but these porcelain materials were mined for many years. Therefore, there is a problem that the amount of mining cannot be secured sufficiently.
あるいは、近年の環境問題への意識の高まりと共に自然界の陶土原料を大量に採掘することに対する懸念も高まっているケースもある。陶土原料の採掘においては、山を削ったり森林を減少させたりすることが実際に行われているからである。山や森林を減少させることは、二酸化炭素を指標とする地球温暖化においても好ましくないからである。 In some cases, there is a growing concern about mining a large amount of natural earthen clay material as the awareness of environmental issues increases in recent years. This is because in the mining of porcelain material, it is actually practiced to cut mountains or reduce forests. This is because reducing mountains and forests is not preferable in global warming using carbon dioxide as an index.
また、日用品や工芸品のみでなく、建材を製造するのに用いられる成形用組成物もほとんどは自然界から採掘される。自然界から採掘された岩石や鉱物が、その目的に応じて処理され、成形、加工等の工程を経て、建材が製造される。 In addition to daily necessities and crafts, most of the molding compositions used to produce building materials are mined from nature. Rocks and minerals mined from nature are processed according to their purpose, and building materials are manufactured through processes such as molding and processing.
このように、日用品、工芸品、建材などの様々な物品を製造する組成物は、自然界から採掘される天然原料を用いることが多い。前記の陶土原料と同様に、自然界で採掘されるこれら天然原料の採掘可能量が減少している問題がある。採掘可能な埋蔵量が減少している問題と共に、採掘することによる環境負荷の問題があるからである。 As described above, a composition for producing various articles such as daily necessities, crafts, and building materials often uses natural raw materials mined from the natural world. Similar to the above-mentioned porcelain clay materials, there is a problem that the minable amount of these natural materials mined in nature is reduced. This is because there is a problem of the environmental load caused by mining along with the problem that the minable reserves are decreasing.
一方、上述のような日用品や工芸品は、陶磁器製ではなく合成樹脂製の製品が市場に溢れている。皿、茶碗、コップなどの生活に身近な陶磁器製飲食器は、製造工程が短く、製造原価が低い合成樹脂製に取って代わられている。すなわち合成樹脂製の飲食器は、原料の安定供給や、射出成形機などによる生産性の高い製造工程により、製造原価を陶磁器製品よりもはるかに低く抑えることが可能となっている。 On the other hand, daily commodities and crafts such as those described above are full of products made of synthetic resin rather than ceramic. Ceramic dishes such as dishes, teacups, and cups, which are familiar to daily life, have been replaced by synthetic resins that have a short manufacturing process and low manufacturing costs. That is, a synthetic resin eating and drinking apparatus can be manufactured at a much lower cost than a ceramic product by a stable supply of raw materials and a highly productive manufacturing process using an injection molding machine.
合成樹脂の原材料についても、その原材料は基本的に石油であり、他の多くの消費財と供給源を共有しているため、そのコストを低くできる。 As for the raw material of synthetic resin, since the raw material is basically petroleum and shares the supply source with many other consumer goods, the cost can be reduced.
このように、合成樹脂の原料原価、成形にかかる加工原価が、陶磁器の素材に比べて低く抑えられていることが、合成樹脂製品が陶磁器製品に置き換わっている大きな原因である。 In this way, the raw material cost of synthetic resin and the processing cost for molding are kept lower than those of ceramic materials, which is a major reason why synthetic resin products are replaced with ceramic products.
しかしながら、このように合成樹脂人工素材を用いた日用品や工芸品などは、これらが廃棄されることによる新たな環境問題を引き起こしている。上述の通り、製造の容易性やコストの低さから、市場には人工素材製品の一つであるプラスチック製品があふれている。このプラスチックの原料は化石燃料であり、プラスチック製品の増加は化石燃料の使用量の増加をもたらしている。この点で環境負荷を大きくしている。 However, daily necessities and crafts using synthetic resin artificial materials in this way cause new environmental problems due to their disposal. As described above, because of ease of manufacturing and low cost, the market is overflowing with plastic products that are one of artificial material products. The raw material for this plastic is fossil fuel, and the increase in plastic products has led to an increase in the amount of fossil fuel used. In this respect, the environmental load is increased.
加えて、日用品や工芸品は使い捨て感覚で短期間の使用で廃棄されることが多く、毎年多くのプラスチック製品が廃棄されている問題がある。この廃棄されるプラスチック製品は、日用品や工芸品に限らず、オフィス用品、電化製品、輸送機器の一部など、様々なものがある。 In addition, daily necessities and crafts are often disposed of for a short time in a disposable manner, and there is a problem that many plastic products are discarded every year. The plastic products to be discarded are not limited to daily necessities and crafts, but include various items such as office supplies, electrical appliances, and parts of transportation equipment.
このように、現代社会では、従来は陶磁器で製造されていた製品を代替したプラスチック製品を含み、多くのプラスチック製品があふれている。これらの多くのプラスチック製品が、短期間の使用の後で、大量に廃棄されている。これらの廃棄プラスチックは、その多くが焼却処分されるか埋め立て処分されるかしている。 As described above, in the modern society, many plastic products are overflowing, including plastic products that have been replaced with products that have been manufactured with ceramics. Many of these plastic products are disposed of in large quantities after a short period of use. Most of these waste plastics are incinerated or landfilled.
焼却処分される場合には、害のある化学物質ガスを発生させる問題がある。また、焼却に伴って地球温暖化の原因とされている二酸化炭素を大量に排出してしまう問題もある。埋め立て処分される場合には、埋立地の不足を生じさせたり、埋め立て後の土壌汚染、水質汚染などの問題も生じさせたりしている。 When incinerated, there is a problem of generating harmful chemical gases. There is also a problem that a large amount of carbon dioxide, which is a cause of global warming, is discharged along with incineration. In the case of landfill disposal, there is a shortage of landfill sites, and problems such as soil contamination and water pollution after landfilling are caused.
このようにして、我々の周りには、プラスチックなどの人工素材で製造される物品が主流となっていることの種々の問題が存在している。まとめると、(1)化石燃料の大量消費、(2)化石燃料で製造されたプラスチック製品等の大量廃棄および廃棄されたプラスチック製品の処理、(3)安価であることによる使い捨て指向の高まり、といった問題がある。 Thus, there are various problems around us that articles made of artificial materials such as plastics have become mainstream. In summary, (1) mass consumption of fossil fuel, (2) mass disposal of plastic products etc. manufactured with fossil fuel and disposal of discarded plastic products, (3) increase in disposable orientation due to low cost, etc. There's a problem.
このように既にプラスチックで大量生産されている日用品や工芸品などを、従来のように自然界から採掘される原料を用いた組成物に戻すことが、上記の(1)〜(3)の問題解決の第一歩となる。 In this way, it is possible to return daily commodities and crafts already mass-produced with plastics to compositions using raw materials mined from the natural world as in the past, to solve the problems (1) to (3) above. The first step.
しかしながら、自然界から採掘される原料を用いた陶土などの成形用組成物で、日用品、工芸品、建材などを製造する場合には、既述のように、自然界での採掘可能量が、埋蔵量や環境問題などによって減少している問題に直面する。この結果、素材となる成形用組成物のコストが高くなる問題がある。加えて、陶土原料などの天然原料による成形用組成物を用いて、日用品や工芸品を製造するには、成形、乾燥、焼成・固化、加工・仕上げなどの様々な製造工程を必要とする。このため、素材である成形用組成物そのもののコストのみならず、物品を製造する物品製造コストも高くなる問題がある。 However, when manufacturing daily necessities, crafts, building materials, etc., with a molding composition such as porcelain using raw materials mined from the natural world, as already mentioned, the minable amount in the natural world is the reserve amount. Facing problems that are decreasing due to environmental problems. As a result, there is a problem that the cost of the molding composition as a raw material increases. In addition, in order to produce daily necessities and crafts using a molding composition made of natural materials such as porcelain materials, various manufacturing processes such as molding, drying, firing / solidification, processing / finishing are required. For this reason, there is a problem that not only the cost of the molding composition itself, which is a raw material, but also the cost of manufacturing the article for manufacturing the article is increased.
このように、自然界から採掘した天然原料より得られる成形用組成物を原料として、プラスチック等の人工素材で製造された日用品、工芸品、建材などの物品を製造するには、採掘量確保、採掘における環境負荷、素材コスト、製造コストなどの産業上の問題が阻害要因となっている。 In this way, in order to produce commodities such as daily necessities, crafts, and building materials manufactured from artificial materials such as plastics, using the molding composition obtained from natural raw materials mined from the natural world, securing the mining amount, mining Industrial problems such as environmental load, material cost, and manufacturing cost are obstructive factors.
また、プラスチック等の人工素材で物品が製造される場合には、既に固化している板材などを成形加工するだけであるので、物品の製造工程において、加熱処理をあまり必要としない。 In addition, when an article is manufactured using an artificial material such as plastic, it is only necessary to mold a plate material that has already been solidified, so that heat treatment is not required in the article manufacturing process.
一方で、自然界から採掘される土壌や岩石などを陶土原料とする場合には、陶土原料を成形した上で、焼成して緻密化・固化させる必要がある。この緻密化・固化には大量の熱エネルギーを必要とするので、対応する化石燃料の消費による環境負荷を生じさせる問題がある。人工素材であっても、加工等の工程で熱を必要とするが、その温度は、高くない。 On the other hand, in the case where soil or rocks mined from nature are used as a raw material for porcelain, it is necessary to mold the porcelain material before firing and densify and solidify it. Since this densification / solidification requires a large amount of heat energy, there is a problem of causing an environmental load due to consumption of the corresponding fossil fuel. Even if it is an artificial material, heat is required in processes such as processing, but the temperature is not high.
一方で、天然素材に基づく組成物を固化させるための焼成温度は非常に高い。例えば、天然原料から得られる陶土を用いて素焼きの日用品を製造するには、その焼成には900℃前後の温度を必要とする。あるいは、天然原料から得られる陶土を用いて陶磁器の日用品を製造するには、1200℃以上の温度を必要とする。 On the other hand, the firing temperature for solidifying the composition based on natural materials is very high. For example, in order to manufacture daily products for unglazed baking using ceramic clay obtained from natural raw materials, a temperature of about 900 ° C. is required for the baking. Alternatively, a temperature of 1200 ° C. or higher is required to produce daily ceramic items using porcelain obtained from natural raw materials.
これらの非常に高い焼成温度を実現するためには、当然ながら、燃焼に伴うエネルギーの消費や二酸化炭素の排出という環境負荷をもたらす。また、焼成温度が高いだけでなく、長い焼成時間を必要とするので、焼成温度と焼成時間の両面からエネルギー消費や二酸化炭素排出の問題が生じる。もちろん、焼成温度や焼成時間の大きさによる、製造工程の管理コストなども高くなり、結果として、製造コストが高くなる。 In order to realize these extremely high firing temperatures, it is a matter of course that environmental burdens such as energy consumption and carbon dioxide emission accompanying combustion are brought about. Moreover, since not only the firing temperature is high but also a long firing time is required, problems of energy consumption and carbon dioxide emission arise from both the firing temperature and the firing time. Of course, the management cost of the manufacturing process due to the baking temperature and the size of the baking time also increases, and as a result, the manufacturing cost increases.
このように、自然界から採掘される天然原料から得られる成形用組成物を用いて日用品や工芸品を製造する場合には、その製造工程における技術上の問題がある。 Thus, when manufacturing daily necessities and crafts using a molding composition obtained from a natural raw material mined from the natural world, there is a technical problem in the manufacturing process.
以上のように、人工素材であるプラスチック製品の廃棄問題や化石燃料の消費といった現代社会の問題を解決するために、人工素材の日用品や工芸品を、自然界から採掘される天然原料を素材とする日用品や工芸品に、戻していくことが求められている。 As described above, in order to solve the problems of modern society such as the disposal of plastic products that are artificial materials and the consumption of fossil fuels, the daily use of artificial materials and crafts are made from natural raw materials mined from the natural world. There is a need to return to daily goods and crafts.
しかしながら、この戻していく必要性においては産業上および技術上における次の課題がある。 However, this need to return has the following industrial and technical challenges.
(課題1)天然原料が、自然界から採掘される採掘可能量が減少している。
(課題2)天然原料を自然界から採掘するにおいて、山や森林を破壊するという環境問題を生じさせる。
(課題3)天然原料を組成物(陶土など)として物品を製造するに当たって、固化のための焼成温度および焼成時間を長く必要とする問題がある。
(課題4)課題3に基づいて、燃焼による二酸化炭素排出という環境負荷問題がある。
(Problem 1) The minable amount of natural raw materials mined from the natural world is decreasing.
(Problem 2) When mining natural raw materials from the natural world, an environmental problem of destroying mountains and forests is caused.
(Problem 3) When manufacturing an article using a natural raw material as a composition (such as porcelain clay), there is a problem of requiring a long baking temperature and baking time for solidification.
(Problem 4) Based on problem 3, there is an environmental load problem of carbon dioxide emission due to combustion.
自然界から採掘される天然原料を用いつつも、このような課題1〜4を解決する物品を製造する新しい成形用組成物が求められている。このような状況で、組成物の提案がなされている(例えば、特許文献1参照)。 There is a demand for a new molding composition for producing an article that solves these problems 1 to 4 while using natural raw materials mined from the natural world. In such a situation, a composition has been proposed (for example, see Patent Document 1).
特許文献1は、ポリ乳酸系重合体、焼成ホタテ貝殻粉砕物およびカオリンを含有したポリ乳酸系組成物全量を100質量%とした場合に、ポリ乳酸系重合体含有量が30〜85質量%、焼成ホタテ貝粉砕物の含有量が5〜40質量%、カオリンの含有量が5〜50質量%である、ポリ乳酸系樹脂組成物、を開示する。 Patent Document 1 shows that when the total amount of the polylactic acid-based composition containing the polylactic acid-based polymer, the baked scallop shells and kaolin is 100% by mass, the polylactic acid-based polymer content is 30 to 85% by mass, Disclosed is a polylactic acid-based resin composition having a baked scallop pulverized content of 5 to 40% by mass and a kaolin content of 5 to 50% by mass.
特許文献1に開示される組成物は、いわゆる食器などの日用品や人形などの工芸品の成形・製造の素材として用いられる。特許文献1に開示される組成物は、焼成ホタテ貝殻粉砕物という、自然界の陶土そのものではなく廃棄されうる物質を組成の一つとして用いつつ、ポリ乳酸重合体を組成として用いることで、自然界からの陶土の採掘量を低減している。 The composition disclosed in Patent Document 1 is used as a material for molding and manufacturing daily goods such as so-called tableware and crafts such as dolls. The composition disclosed in Patent Document 1 uses a polylactic acid polymer as a composition while using a material that can be discarded as a scallop pulverized product, not natural porcelain itself, but from the natural world. The amount of mined porcelain is reduced.
また、特許文献1に開示される組成物は、焼成温度が100℃〜300℃と、自然界から採掘される陶土(以下、「天然陶土」という)に比較して非常に低い焼成温度で焼成できる。このようにして、特許文献1は、上述の課題1、課題2を解決しようとしている。 Further, the composition disclosed in Patent Document 1 can be fired at a firing temperature of 100 ° C. to 300 ° C., which is very low compared to porcelain clay mined from nature (hereinafter referred to as “natural porcelain clay”). . In this way, Patent Document 1 attempts to solve the above-described problems 1 and 2.
特許文献1に開示される組成物は、ポリ乳酸重合体を主原料として用いている。このポリ乳酸重合体を前提に、焼成ホタテ貝殻粉砕物を骨材として陶土の代わりを実現しようとしている。 The composition disclosed in Patent Document 1 uses a polylactic acid polymer as a main raw material. On the premise of this polylactic acid polymer, we are trying to realize a substitute for porcelain clay using baked scallop shells as aggregates.
しかしながら、ポリ乳酸重合体はその分子量が大きく、焼成ホタテ貝殻粉砕物とカオリンの他の物質を結合させる力が弱い。また、ポリ乳酸重合体は、水溶性ではないので、バインダとしての特性を発揮できず、この点でも、他の物質を結合させる力が弱い。このように、特許文献1の組成物は、焼成温度を低くできても、その製造される完成品の強度、耐久性が弱いという問題を有している。 However, the polylactic acid polymer has a large molecular weight, and its ability to bind the baked scallop shell pulverized product with other materials of kaolin is weak. In addition, since the polylactic acid polymer is not water-soluble, it cannot exhibit the properties as a binder, and in this respect as well, the ability to bind other substances is weak. Thus, even if the composition of patent document 1 can make a calcination temperature low, it has the problem that the intensity | strength and durability of the manufactured finished product are weak.
また、特許文献1に開示される組成物は、骨材として、焼成ホタテ貝殻粉砕物を用いているが、焼成ホタテ貝殻粉砕物を製造、入手することに不要なコストが生じることもある。ホタテ貝殻は、ホタテ貝の産地やホタテ貝の加工工場が立地している場所においては得られやすい。しかしながら、これらの場所においても、ホタテ貝の貝殻を焼成しているとは限らず、廃棄物となったホタテ貝殻をわざわざ焼成しなければならない。この焼成においては当然に二酸化炭素の排出などの環境負荷を生じさせることになる。 Moreover, although the composition disclosed by patent document 1 uses the baked scallop shell ground material as an aggregate, an unnecessary cost may arise in manufacturing and obtaining a fired scallop shell ground material. Scallop shells are easy to obtain in places where scallop production areas and scallop processing plants are located. However, in these places, scallop shells are not necessarily fired, and waste scallop shells must be fired. This firing naturally causes an environmental load such as emission of carbon dioxide.
また、ホタテ貝殻の産出地と、特許文献1のポリ乳酸系樹脂組成物を使用する場所とは離れていることも多く、ホタテ貝殻の輸送コストや輸送による二酸化炭素の排出などの環境負荷の発生も問題となる。これらの結果、特許文献1に開示される組成物を用いて製造される種々の製品の製造コストは高くなってしまう。 In addition, the origin of scallop shells and the place where the polylactic acid-based resin composition of Patent Document 1 is used are often far from each other, and environmental burdens such as transportation costs of scallop shells and carbon dioxide emissions due to transportation are generated. Is also a problem. As a result, the production costs of various products produced using the composition disclosed in Patent Document 1 are increased.
このように、特許文献1に開示される従来技術の組成物では、次のような問題を有している。 Thus, the prior art composition disclosed in Patent Document 1 has the following problems.
(問題1)成形用組成物を構成する原料粒子同士の結合力が弱いことで、製品の強度、耐久性が低くなる。 (Problem 1) The strength and durability of the product are lowered because the bonding force between the raw material particles constituting the molding composition is weak.
(問題2)成形用組成物を構成する原料粒子それぞれの製造コスト、輸送コストが高くなり、最終的に製造される種々の製品の製造コストも高くなる。 (Problem 2) The production cost and transportation cost of each of the raw material particles constituting the molding composition are increased, and the production costs of various products finally produced are also increased.
(問題3)成形用組成物を構成する原料粒子の製造過程や輸送過程での環境負荷が大きい。 (Problem 3) The environmental load in the production process and transportation process of the raw material particles constituting the molding composition is large.
本発明は、これら問題1〜3を解消しつつ、上述の課題1〜課題4を同時解決できる、低温焼成でありながら十分な強度と耐久性を製品に与えることのできる成形用組成物を提供することを目的とする。 The present invention provides a molding composition capable of simultaneously solving the above-mentioned problems 1 to 4 while solving these problems 1 to 3 and imparting sufficient strength and durability to a product while being low-temperature firing. The purpose is to do.
上記課題に鑑み、本発明の成形用組成物は、骨材、粘土、オリゴ乳酸および不可避混合物を含有し、所定物品の製造に用いられる。 In view of the said subject, the molding composition of this invention contains an aggregate, clay, oligolactic acid, and an unavoidable mixture, and is used for manufacture of a predetermined | prescribed article.
本発明の成形用組成物は、様々な場所で回収される廃棄プラスチックから得られるオリゴ乳酸を原料の一つとするので、オリゴ乳酸の製造場所と陶土を用いた種々の製品を製造する場所との離隔距離を短くできる。もちろん、オリゴ乳酸の入手も容易となるので、成形用組成物の製造コスト、輸送コストを低減できる。加えて、成形用組成物の製造や輸送工程での環境負荷を低減できる。 Since the molding composition of the present invention uses oligolactic acid obtained from waste plastics collected at various places as one of the raw materials, the production site of oligolactic acid and the place where various products using porcelain are produced The separation distance can be shortened. Of course, since the oligolactic acid can be easily obtained, the manufacturing cost and the transportation cost of the molding composition can be reduced. In addition, it is possible to reduce the environmental burden in the manufacturing and transportation process of the molding composition.
また、本発明の成形用組成物は、自然界から採掘される骨材や粘土に、一定量のオリゴ乳酸を含有するので、最終的に製造される物品に必要となる天然原料の量を相対的に低減できる。このため、自然界で採掘される必要のある天然原料の採掘可能量の減少の課題を解決できる。 In addition, since the molding composition of the present invention contains a certain amount of oligolactic acid in aggregates and clays mined from the natural world, the amount of natural raw material required for the final manufactured article is relatively Can be reduced. For this reason, the subject of the reduction of the minable amount of the natural raw material which needs to be mined in nature can be solved.
更に、本発明の成形用組成物は、低い焼成温度で焼成できるので、専用の素焼炉が無くても製品の製造ができる。加えて、オリゴ乳酸は、その重合度・分子量が小さいことにより、成形用組成物中の天然原料である骨材粒子や粘土粒子など粒子間のバインダとして好適に働き、製品の強度や耐久性を向上させることができる。また素焼温度に比べると焼成温度が大幅に低いことから、焼成に要する熱エネルギーを大幅に小さくすることができるので、製造コストを低減できる。 Furthermore, since the molding composition of the present invention can be fired at a low firing temperature, a product can be produced even without a dedicated kiln. In addition, oligolactic acid works well as a binder between particles, such as aggregate particles and clay particles, which are natural raw materials in molding compositions, due to its low degree of polymerization and molecular weight, thereby improving the strength and durability of the product. Can be improved. In addition, since the firing temperature is significantly lower than the firing temperature, the thermal energy required for firing can be significantly reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
このため、普及が促進され、プラスチック製品などから天然原料を含む本発明の成形用組成物を用いた製品への代替が進む。結果として、廃棄の困難な人工素材の廃棄物の増加を抑え、環境問題を解決できる。特に、オリゴ乳酸は、既に廃棄されていた廃棄プラスチックの分解・粉砕から得られるので、廃棄物のリサイクルによって、廃棄困難ではない物品を製造できるので、循環型工業に非常に合致している。 For this reason, the spread is promoted, and the replacement of the plastic product or the like with the product using the molding composition of the present invention containing the natural raw material proceeds. As a result, it is possible to suppress an increase in waste of artificial materials that are difficult to dispose of and to solve environmental problems. In particular, since oligolactic acid is obtained from the decomposition and pulverization of waste plastics that have already been discarded, it is possible to produce articles that are not difficult to dispose by recycling the waste, which is very suitable for the recycling industry.
本発明の第1の発明に係る成形用組成物は、骨材、粘土、オリゴ乳酸および不可避混合物を含有し、所定物品の製造に用いられる。 The molding composition according to the first aspect of the present invention contains aggregate, clay, oligolactic acid and an unavoidable mixture, and is used for producing a predetermined article.
この構成により、成形用組成物において、自然界から採掘される天然原料の割合を減らし、種々の物品を製造する材料の提供を実現できる。 With this configuration, in the molding composition, it is possible to reduce the ratio of natural raw materials mined from the natural world and to provide materials for manufacturing various articles.
本発明の第2の発明に係る成形用組成物では、第1の発明に加えて、オリゴ乳酸は、重合度が2以上500未満である。
本発明の第3の発明に係る成形用組成物では、第1の発明に加えて、オリゴ乳酸は、分子量が、180以上5万未満である。
In the molding composition according to the second aspect of the present invention, in addition to the first aspect, oligolactic acid has a polymerization degree of 2 or more and less than 500.
In the molding composition according to the third aspect of the present invention, in addition to the first aspect, oligolactic acid has a molecular weight of 180 or more and less than 50,000.
これらの構成により、オリゴ乳酸は、成形用組成物内部において、均一かつ広く分散できる。結果として、オリゴ乳酸がバインダとしての機能を広く発揮できる。 With these configurations, oligolactic acid can be uniformly and widely dispersed inside the molding composition. As a result, oligolactic acid can exhibit a wide range of functions as a binder.
本発明の第4の発明に係る成形用組成物では、第1から第3のいずれかの発明に加えて、オリゴ乳酸は、廃棄プラスチックを所定工程で粉砕して得られる。 In the molding composition according to the fourth invention of the present invention, in addition to any of the first to third inventions, oligolactic acid is obtained by pulverizing waste plastic in a predetermined step.
この構成により、オリゴ乳酸は、リサイクルで得られる。この結果、製造される成形用組成物は、天然原料の割合を低下させる点、固化に要する焼成温度を下げる点に加えて、環境負荷を低減できる。 With this configuration, oligolactic acid can be obtained by recycling. As a result, the produced molding composition can reduce the environmental load in addition to reducing the proportion of natural raw materials and lowering the firing temperature required for solidification.
本発明の第5の発明に係る成形用組成物では、所定工程は、所定工程は、過熱水蒸気による分解処理を含む。 In the molding composition according to the fifth aspect of the present invention, the predetermined step includes a decomposition treatment with superheated steam.
この構成により、重合度や分子量の小さいオリゴ乳酸を、容易に得ることができる。 With this configuration, oligolactic acid having a small degree of polymerization and a low molecular weight can be easily obtained.
本発明の第6の発明に係る成形用組成物では、第1から第5のいずれかの発明に加えて、所定物品は、陶磁器、日用品、工芸品、建材のいずれかである。 In the molding composition according to the sixth aspect of the present invention, in addition to any of the first to fifth aspects, the predetermined article is any one of ceramics, daily necessities, crafts, and building materials.
この構成により、成形用組成物は、成形工程および焼成工程を経て製造される様々な物品に適用できる。 With this configuration, the molding composition can be applied to various articles produced through a molding process and a baking process.
本発明の第7の発明に係る成形用組成物では、第1から第6のいずれかの発明に加えて、骨材は、石英又は長石である。 In the molding composition according to the seventh aspect of the present invention, in addition to any of the first to sixth aspects, the aggregate is quartz or feldspar.
この構成により、骨材は、成形用組成物の骨格を作ることができる。 With this configuration, the aggregate can make a skeleton of the molding composition.
本発明の第8の発明に係る成形用組成物では、第7の発明に加えて、石英又は長石は、天然陶石由来であるである。 In the molding composition according to the eighth aspect of the present invention, in addition to the seventh aspect, quartz or feldspar is derived from natural ceramic stone.
この構成により、骨材を、容易に得ることができる。 With this configuration, the aggregate can be easily obtained.
本発明の第9の発明に係る成形用組成物では、第1から第8のいずれかの発明に加えて、粘土は、カオリン鉱物を主成分とするカオリン粘土又は白雲母である。 In the molding composition according to the ninth aspect of the present invention, in addition to any of the first to eighth aspects, the clay is kaolin clay or muscovite containing a kaolin mineral as a main component.
この構成により、粘土を容易に得ることができる。また可塑性に優れた成形用組成物が得られる。 With this configuration, clay can be easily obtained. Moreover, the molding composition excellent in plasticity is obtained.
本発明の第10の発明に係る成形用組成物では、第9の発明に加えて、カオリン粘土が、木節粘土、ニュージーランドカオリン、英国SPカオリン由来のカオリン粘土である。 In the molding composition according to the tenth aspect of the present invention, in addition to the ninth aspect, the kaolin clay is kaolin clay derived from Kibushi clay, New Zealand kaolin, or British SP kaolin.
この構成により、成形性に優れ、白色度の高い成形用組成物が得られる。 With this configuration, a molding composition having excellent moldability and high whiteness can be obtained.
本発明の第11の発明に係る成形用組成物では、第1から第10のいずれかの発明に加えて、粘土は、天草陶土由来又は七隈粘土由来のカオリン粘土又は白雲母である。 In the molding composition according to the eleventh invention of the present invention, in addition to any of the first to tenth inventions, the clay is kaolin clay or muscovite derived from Amakusa porcelain clay or Shichijo clay.
この構成により、自然界から採掘容易な粘土を用いることができる。 With this configuration, clay that can be easily mined from the natural world can be used.
(実施の形態1) (Embodiment 1)
実施の形態について説明する。
(全体概要)
実施の形態における成形用組成物は、日用品、工芸品、建材などの種々の物品を製造する材料である。ここで、実施の形態における成形用組成物は、成形に用いられる材料となるので、種々の物品を製造する材料として利用されるために、次の段階を経ることもある。
Embodiments will be described.
(Overview)
The molding composition in the embodiment is a material for producing various articles such as daily necessities, crafts, and building materials. Here, since the molding composition in the embodiment is a material used for molding, it may be subjected to the following steps in order to be used as a material for manufacturing various articles.
例えば、成形用組成物が、最終的に日用品や工芸品に用いられる場合には、成形用組成物は、陶土の段階を経ることがある。これら日用品や工芸品がいわゆる陶磁器の範疇において製造される場合には、成形用組成物が陶土として利用されるからである。あるいは成形用組成物が、最終的に建材に用いられる場合には、成形用組成物は、建材素材の段階を経る。このように、成形用組成物は、最終的に製造される物品に従って、必要な素材としての段階を経る。なお、成形用組成物がそのまま物品を製造するのに必要な素材として把握されても良いし、成形用組成物に別の工程や添加などが行われて、物品を製造するのに必要な素材となることで把握されても良い。 For example, when the molding composition is finally used for daily necessities and crafts, the molding composition may go through a ceramic clay stage. This is because, when these daily necessities and crafts are manufactured in the category of so-called ceramics, the molding composition is used as porcelain. Alternatively, when the molding composition is finally used as a building material, the molding composition goes through the building material material stage. Thus, the molding composition goes through a stage as a necessary raw material in accordance with the finally manufactured article. In addition, the molding composition may be grasped as a raw material necessary for producing the article as it is, or a raw material necessary for producing the article by performing another process or addition to the molding composition. It may be grasped by becoming.
成形用組成物は、骨材、粘土、オリゴ乳酸および不可避混合物を含有する。この成形用組成物が、日用品、工芸品、建材などの種々の物品の製造の材料として用いられる。上述したとおり、この成形用組成物に必要に応じて別の工程や別の添加物が添加されることで、次の段階の素材となる。この素材が最終的に製造される物品の直接的な材料となる。 The molding composition contains aggregate, clay, oligolactic acid and an inevitable mixture. This molding composition is used as a material for manufacturing various articles such as daily necessities, crafts, and building materials. As above-mentioned, it will become a raw material of the next step by adding another process and another additive as needed to this molding composition. This material becomes the direct material of the final manufactured article.
骨材は、成形用組成物の基本的な原料である。骨材が、成形用組成物において文字どおり主たる成分として主たる骨格をなす。すなわち、骨材は成形時においては、後述の可塑性成分である粘土と一体となって目標とする形状に変形し、一旦、成形の操作が終わると、その形状を維持するための骨格成分となる。すなわち、骨材は成形後の物品の形骸を与えるものであると同時に、骨材同士が相互に充填構造を形成することにより、物品の自重や外力など物品を変形させようとする力に抗して、物品の形骸を維持するという役割を担っている。このように成形用組成物に骨材が含まれることで、成形用組成物は、種々の物品の素材として利用される際に、物品の形状や一定の強度を生みだす。 Aggregate is the basic raw material of the molding composition. Aggregate literally forms the main skeleton as the main component in the molding composition. That is, during molding, the aggregate is deformed into a target shape integrally with clay, which is a plastic component described later, and once the molding operation is finished, it becomes a skeletal component for maintaining the shape. . In other words, the aggregate provides the shape of the molded article, and at the same time, the aggregate forms a filling structure with each other, thereby resisting the force of the article, such as its own weight and external force, which tends to deform the article. It is responsible for maintaining the shape of the article. When the aggregate is contained in the molding composition as described above, the molding composition produces a shape and a certain strength of the article when used as a material for various articles.
粘土は、成形用組成物に一定の可塑性を与える。この性質のために、例えば、成形用組成物は、水分が添加されることで、練ったり、成形・加工したりできるようになる。このような加工においては、材料そのものが水分によって混和した上で、成形・加工しやすいことが必要である。すなわち、固化していない段階で成形用組成物を成形・加工するに際して、成形用組成物は、一定の可塑性を有していることが必要である。 Clay imparts a certain plasticity to the molding composition. Due to this property, for example, the molding composition can be kneaded, molded and processed by adding moisture. In such processing, it is necessary that the material itself is easily mixed and formed with moisture and then easy to form and process. That is, when the molding composition is molded and processed at a stage where it is not solidified, the molding composition needs to have a certain degree of plasticity.
粘土は、この成形用組成物が素材として成形加工される際の、可塑性を付与することができる。例えば、成形用組成物が陶土として用いられる場合には、作業者が、陶土をロクロ成形や押出し成形などの手法により所定形状に成形していく。この作業工程において、成形用組成物が一定の可塑性を有していない場合には、当然に練ったり成形したりすることが難しい。成形する工程で、ひびが入ったり崩れたりすれば、当然に物品を製造することができない。粘土は、成形用組成物を成形する工程で、成形用組成物に外力が加わると、その外力に応じて、成分粒子の間に滑りを生じさせ変形を助け、また、成形工程が終わるとその直前の状態を維持するために必要となる可塑性を付与する成分である。 Clay can impart plasticity when the molding composition is molded as a raw material. For example, when the molding composition is used as porcelain clay, an operator molds the porcelain clay into a predetermined shape by a technique such as roll molding or extrusion molding. In this work process, when the molding composition does not have a certain plasticity, it is naturally difficult to knead or mold. Of course, if the cracking or breaking occurs in the molding process, the article cannot be manufactured. Clay is a process of forming a molding composition, and when an external force is applied to the molding composition, it causes slippage between the component particles according to the external force to help deformation, and when the molding process ends, It is a component that imparts the plasticity necessary to maintain the previous state.
また、粘土は、成形時の可塑性だけでなく、成形された物品(低温での焼成による固化を含む)のグリーン強度も生み出す。グリーン強度は生強度とも言われ、成形した後の成形物が有する強度のことである。また、陶磁器は焼成するとさらに大きな強度(焼成強度)をもつようになるため、焼成強度に対する言葉として用いられる。 Clay also produces not only plasticity during molding, but also green strength of the molded article (including solidification by firing at low temperatures). Green strength is also referred to as green strength, and is the strength of a molded product after molding. Moreover, since ceramics have a greater strength (firing strength) when fired, they are used as a term for the firing strength.
実施の形態においては、成形用組成物が陶土として利用されて日用品や工芸品が製造される場合や、同様に相応の坏土に仕立てて建材が製造される場合でも、製造されるこれら物品は、一定のグリーン強度を有していることが求められる。成形品は固化した後に変形可能である必要はないが、外部から加わる圧力に対する応力としてのグリーン強度、すなわちハンドリング強度を有していることが好ましい。 In the embodiment, even when daily commodities and crafts are manufactured by using the molding composition as porcelain clay, and when building materials are manufactured by making the corresponding clay as well, these manufactured articles are It is required to have a certain green strength. The molded article does not need to be deformable after solidification, but preferably has a green strength as a stress against a pressure applied from the outside, that is, a handling strength.
成形品が固化した後に自重や外的な力によって変形させようとする力が加わっても、固体化が十分なグリーン強度を有していれば、実際に変形や破壊が起こる可能性が減少する。物品を製造する材料である成形用組成物が年度を含むことで、製造される物品に圧力や衝撃に対しての強さが与えられる。すなわち、骨材や年度は、自然界から採掘される鉱物資源を粉砕して得られる。すなわち、骨材や粘土は天然材料である。 Even if a force that attempts to deform the molded product by its own weight or external force is applied after solidification, if the solidification has sufficient green strength, the possibility of actual deformation or breakage decreases. . When the molding composition that is a material for manufacturing the article includes the fiscal year, the manufactured article is given strength against pressure and impact. In other words, the aggregate and year are obtained by crushing mineral resources mined from the natural world. That is, aggregate and clay are natural materials.
しかしながら、従来技術で説明した通り、自然界で採掘される高品位の天然原料は減少している。更に、天然原料は地上資源であり、産業的価値に基づいて大規模な採掘が繰り返されれば、本来の地上構造が破壊されてしまい、地上の侵食や地面の陥没などを誘発することにもなる。近年、鉱物資源の採掘には、環境破壊の行為として社会の目が向けられている。このように天然原料としての鉱物は、化石燃料とは異なるものの、環境問題の側面を有していることがある。 However, as explained in the prior art, high-quality natural raw materials mined in nature are decreasing. In addition, natural raw materials are terrestrial resources, and if large-scale mining is repeated based on industrial value, the original ground structure will be destroyed, leading to ground erosion and ground depression. . In recent years, mining of mineral resources has attracted social attention as an act of environmental destruction. As described above, the mineral as a natural raw material is different from the fossil fuel, but may have an environmental problem.
オリゴ乳酸は、成形用組成物を構成するに当たって、鉱物原料である骨材や粘土の体積を代替できる。しかも、オリゴ乳酸の密度は骨材や粘土の概ね半分程度であるため、成形用組成物に混合されると、成形用組成物の体積を増加させる効果がある。つまり、成形用組成物における鉱物原料の割合は相対的に低下する。 Oligolactic acid can substitute for the volume of aggregates and clay, which are mineral raw materials, in constituting the molding composition. Moreover, since the density of oligolactic acid is about half that of aggregate and clay, when mixed with the molding composition, there is an effect of increasing the volume of the molding composition. That is, the proportion of the mineral raw material in the molding composition is relatively lowered.
このようにオリゴ乳酸は成形用組成物の全体量における鉱物原料の割合を減らすことができる。 Thus, oligolactic acid can reduce the proportion of the mineral raw material in the total amount of the molding composition.
ここで、実施の形態におけるオリゴ乳酸は、ポリ乳酸を分解して製造している。ポリ乳酸は乳酸を重合させることにより得られ、その性質は汎用的なプラスチックとして知られるポリエチレンテレフタラートと類似している。その一方で、ポリ乳酸は微生物の作用や加水分解などにより自然界で分解されやすいことから、生分解性プラスチックの代表例となっている。 Here, the oligolactic acid in the embodiment is produced by decomposing polylactic acid. Polylactic acid is obtained by polymerizing lactic acid, and its properties are similar to polyethylene terephthalate known as a general-purpose plastic. On the other hand, polylactic acid is a representative example of a biodegradable plastic because it is easily degraded in nature by the action of microorganisms, hydrolysis, and the like.
ポリ乳酸の製造は、大きく糖化、発酵、精製、重合の4工程からなっている。原料はサトウキビ、トウモロコシといった植物由来の原料から製造可能なデンプンである。このデンプンを糖化して得られるグルコースを、さらに発酵させることにより乳酸が得られる。この乳酸から、エステル化、重合の操作を経て、環状二量体であるラクチドを作り、さらに開環重合によりポリ乳酸が作られている。 The production of polylactic acid mainly comprises four steps of saccharification, fermentation, purification and polymerization. The raw material is starch that can be produced from plant-derived raw materials such as sugar cane and corn. Lactic acid can be obtained by further fermenting glucose obtained by saccharifying this starch. From this lactic acid, lactide which is a cyclic dimer is produced through esterification and polymerization, and polylactic acid is produced by ring-opening polymerization.
このように、オリゴ乳酸は植物由来の原料から製造されており、鉱物原料と同じ天然原料である。つまり、本発明の成形用組成物は天然原料で構成されていると考えることができる。 Thus, oligolactic acid is produced from plant-derived materials and is the same natural material as mineral materials. That is, it can be considered that the molding composition of the present invention is composed of natural raw materials.
また、成形用組成物を用いて成形された成形物を固化するための焼成において、オリゴ乳酸は微少な粉体粒子となる事により、結合材の役割を果すことができる。このようにオリゴ乳酸が微小な粒子であるオリゴ乳酸粒子となることで、骨材等と混合される状態となる。このため、成形用組成物は、オリゴ乳酸粒子が用いられる。成形用組成物は、骨材や粘土を含んでおり、混練工程でこれらが混ざり合う。焼成においては、混ざり合った骨材と粘土のそれぞれの微小な粉体粒子は、相互に接合される必要がある。オリゴ乳酸粒子は、この骨材の微小な粒子と粘土の微小な粒子を、相互に接合する役割を担う。 Moreover, in the baking for solidifying the molded product molded using the molding composition, oligolactic acid can serve as a binder by forming fine powder particles. Thus, it becomes a state mixed with aggregate etc. by making oligolactic acid into the oligolactic acid particle | grains which are microparticles | fine-particles. For this reason, oligolactic acid particles are used for the molding composition. The molding composition contains aggregate and clay, and these are mixed in the kneading process. In firing, fine powder particles of mixed aggregate and clay need to be joined to each other. The oligolactic acid particles play a role of joining the fine particles of the aggregate and the fine particles of the clay to each other.
粉体粒子間の接合のメカニズムは次のように考えられる。骨材、粘土、オリゴ乳酸粒子を配合し、これに適量の水分を加えて充分な混合を行うと、それぞれの成分は均質に混ざり合う。すなわち、骨材粒子と骨材粒子、粘土粒子と粘土粒子、骨材粒子と粘土粒子の間に、オリゴ乳酸粒子が入り込み、理想的にはすべての天然原料粒子の間にオリゴ乳酸粒子が入り込んだ状態となる。オリゴ乳酸粒子はその表面に加水分解で生じたカルボキシル基や水酸基を有しており、これらの親水性基は骨材粒子や粘土粒子の表面にある水酸基と水素結合を形成している。 The mechanism of bonding between the powder particles is considered as follows. When the aggregate, clay, and oligolactic acid particles are blended and an appropriate amount of water is added to the particles and mixed thoroughly, the respective components are mixed homogeneously. In other words, oligolactic acid particles entered between aggregate particles and aggregate particles, clay particles and clay particles, aggregate particles and clay particles, and ideally, oligolactic acid particles entered between all natural raw material particles. It becomes a state. Oligolactic acid particles have carboxyl groups and hydroxyl groups generated by hydrolysis on their surfaces, and these hydrophilic groups form hydrogen bonds with hydroxyl groups on the surfaces of aggregate particles and clay particles.
このようにして成形用配合物の構成粒子はそれぞれに相互にオリゴ乳酸粒子により結合した状態になっている。この成形体にさらに熱を加えると、オリゴ乳酸粒子は少なくとも170℃付近で溶融状態となり、の天然原料粒子の密着するようになり、また前後してオリゴ乳酸粒子と天然原料粒子の間に形成された、水素結合状態にある親水性基は脱水縮合を起こし、結合状態としてより強力な共有結合に変化する。このように、天然原料粒子間のポリ乳酸は溶融状態への変化と天然原料粒子間の結合力増加により、天然原料粒子より強力に結びつけるように変化する。この結果、熱処理後の成形用組成物(成形品)の強度が高められるものと考えられる。 Thus, the constituent particles of the molding compound are in a state of being bonded to each other by the oligolactic acid particles. When further heat is applied to the molded body, the oligolactic acid particles become molten at around 170 ° C., and the natural raw material particles come into close contact with each other, and are formed between the oligolactic acid particles and the natural raw material particles before and after. In addition, a hydrophilic group in a hydrogen bond state undergoes dehydration condensation and changes to a stronger covalent bond as a bond state. As described above, the polylactic acid between the natural raw material particles changes so as to be combined more strongly than the natural raw material particles due to the change to the molten state and the increase in the binding force between the natural raw material particles. As a result, it is considered that the strength of the molding composition (molded product) after the heat treatment is increased.
また、この固化によって得られる物品は、従来の天然原料のみでの日用品や工芸品と同じ態様や同様の特性を有する。すなわち、オリゴ乳酸粒子の混合によって、成形用組成物が必要とする天然原料の割合を減らしつつ、天然原料のみで製造される物品と変わりのない物品が製造できる。 Moreover, the articles | goods obtained by this solidification have the same aspect and the same characteristic as the daily necessities and crafts only with the conventional natural raw material. That is, by mixing oligolactic acid particles, it is possible to produce an article that is the same as an article produced from only a natural raw material, while reducing the proportion of the natural raw material required by the molding composition.
以上のように、オリゴ乳酸粒子は、(1)成形用組成物における天然原料の割合を減らして、自然界から天然原料を採掘することに伴う問題や環境負荷に対応できる、(2)微小粒子となる事で骨材や粘土のバインダとして働き、焼成によって得られる物品の強度や耐久性を実現する、(3)天然原料の割合を減少させつつも、天然原料のみで製造された物品と外観等において遜色のない物品を製造できる、とのメリットを発揮できる。 As described above, the oligolactic acid particles can (1) reduce the ratio of natural raw materials in the molding composition to cope with problems and environmental burdens associated with mining natural raw materials from the natural world. As a result, it works as a binder for aggregates and clays, and realizes the strength and durability of the products obtained by firing. (3) While reducing the proportion of natural materials, the products and the appearances made only from natural materials In this case, it is possible to produce an inferior article.
以上のように、実施の形態における成形用組成物は、環境負荷の問題となっている天然原料を減らしつつ、従来の天然原料のみで製造される物品と同様の物品を製造することができる。 As described above, the molding composition according to the embodiment can produce an article similar to an article produced using only a conventional natural raw material while reducing natural raw materials that are a problem of environmental burden.
次に、各要素の詳細や、種々のバリエーションについて説明する。 Next, details of each element and various variations will be described.
(オリゴ乳酸)
オリゴ乳酸は、廃棄プラスチックを所定工程で粉砕して得られる。この所定工程においては、加熱蒸気による分解処理が含まれる。現代社会においては、様々なプラスチック製品があふれており、これらが廃棄されて大量のごみとなる問題が生じている。廃棄プラスチックは、焼却処理されると有毒ガスを発生させたり、二酸化炭素を発生させたりして環境負荷を与えることになる。あるいは、一般的に容器包装等に使用されるプラスチックは、廃棄した際の容積が大きく、そのまま埋め立てると社会問題となっている埋立用地不足を更に助長させることに繋がる。
(Oligolactic acid)
Oligolactic acid is obtained by pulverizing waste plastic in a predetermined process. This predetermined process includes a decomposition process using heated steam. In modern society, various plastic products are overflowing, and there is a problem that these are discarded and become a large amount of garbage. When waste plastic is incinerated, it generates toxic gas or carbon dioxide, which causes an environmental load. Or the plastic generally used for containers and packaging has a large volume when discarded, and if it is landfilled as it is, it leads to further promoting the landfill shortage which has become a social problem.
このような廃棄プラスチックの処理や処分が、大きな社会問題となっている。 The disposal and disposal of such plastic waste has become a major social problem.
オリゴ乳酸は、バージン原料の他にこの廃棄プラスチックが過熱水蒸気処理を含む粉砕工程を経ることにより得られる。すなわち、成形用組成物に混合されるオリゴ乳酸は、本来は廃棄されていた廃棄プラスチックをリサイクルかつ有効利用することで得られる物質である。上述で説明した通り、オリゴ乳酸は、ポリ乳酸の分解によって得られる。 Oligolactic acid is obtained by pulverizing the waste plastic in addition to the virgin raw material through a superheated steam treatment. That is, oligolactic acid mixed with the molding composition is a substance obtained by recycling and effectively using waste plastics that were originally discarded. As explained above, oligolactic acid is obtained by degradation of polylactic acid.
ここで、オリゴ乳酸は、ポリ乳酸とは異なる。ポリ乳酸は、その重合度が500以上であり、分子量が5万以上である。これに対して、実施の形態の成形用組成物で使用されるオリゴ乳酸は、その重合度が2以上500未満である。分子量は、180以上5万未満である。 Here, oligolactic acid is different from polylactic acid. Polylactic acid has a degree of polymerization of 500 or more and a molecular weight of 50,000 or more. In contrast, the oligolactic acid used in the molding composition of the embodiment has a degree of polymerization of 2 or more and less than 500. The molecular weight is 180 or more and less than 50,000.
このように、オリゴ乳酸は、ポリ乳酸に比較してその重合度や分子量において小さい。従来技術で提案されているポリ乳酸重合体を混合物として用いる組成物では、この重合度や分子量の大きなポリ乳酸が用いられている。これに対して、実施の形態における成形用組成物では、このポリ乳酸より重合度や分子量の小さなオリゴ乳酸が用いられる。 Thus, oligolactic acid has a smaller degree of polymerization and molecular weight than polylactic acid. In a composition using a polylactic acid polymer proposed in the prior art as a mixture, polylactic acid having a large degree of polymerization and molecular weight is used. On the other hand, in the molding composition in the embodiment, oligolactic acid having a polymerization degree and molecular weight smaller than that of polylactic acid is used.
上述のとおり、オリゴ乳酸は、重合度が2以上500未満であり、分子量が180以上5万未満である。もちろん、更に好ましい範囲として、実施の形態の成形用組成物に含まれるオリゴ乳酸は、その重合度が2以上100未満であり、分子量が180以上9000未満である。更には、オリゴ乳酸は、重合度が2以上10数未満であり、分子量が180以上数1000未満であることでもよい。 As described above, oligolactic acid has a degree of polymerization of 2 or more and less than 500, and a molecular weight of 180 or more and less than 50,000. Of course, as a more preferable range, the oligolactic acid contained in the molding composition of the embodiment has a degree of polymerization of 2 or more and less than 100 and a molecular weight of 180 or more and less than 9000. Furthermore, oligolactic acid may have a degree of polymerization of 2 or more and less than 10 and a molecular weight of 180 or more and less than 1000.
このように、成形用組成物は、ポリ乳酸より重合度および分子量で小さなオリゴ乳酸を利用している。 Thus, the molding composition utilizes oligolactic acid having a smaller degree of polymerization and molecular weight than polylactic acid.
オリゴ乳酸は、ポリ乳酸に比較して重合度や分子量が小さいので、ポリ乳酸に比較して脆く壊れやすい。すなわち、オリゴ乳酸は粉体となりやすい。一方、ポリ乳酸は、重合度や分子量が大きいので、壊れにくく粉体になりにくい。成形用組成物は、混練や成形工程を経て加工されるので、骨材、粘土と共にオリゴ乳酸が十分に分散しつつ混合されることが適当である。ポリ乳酸の場合には、粉体となりにくいことで、成形用組成物の中で十分な分散や混合が難しい。 Oligolactic acid has a smaller degree of polymerization and a lower molecular weight than polylactic acid, and is therefore more brittle and fragile than polylactic acid. That is, oligolactic acid tends to be a powder. On the other hand, since polylactic acid has a high degree of polymerization and molecular weight, it is difficult to break and become a powder. Since the molding composition is processed through a kneading and molding process, it is appropriate that oligolactic acid is mixed with aggregate and clay while being sufficiently dispersed. In the case of polylactic acid, since it is difficult to form a powder, it is difficult to sufficiently disperse and mix in the molding composition.
これに対して、オリゴ乳酸は、微小な粒子となりやすいので、成形用組成物の中で十分に分散して混合される。この結果、成形用組成物において、オリゴ乳酸が天然原料の割合を減少させることが確実に行える。 On the other hand, since oligolactic acid tends to be fine particles, it is sufficiently dispersed and mixed in the molding composition. As a result, in the molding composition, oligolactic acid can surely reduce the proportion of natural raw materials.
加えて、上述したように、オリゴ乳酸は、結合材の役割を果す。このため、オリゴ乳酸が成形用組成物の中で十分に分散して混合されることで、結合材としての役割をより確実に果すことができる。バインダの役割を確実に果せることで、ポリ乳酸を混合する場合よりも、効率よく製品の強度増強を実現できる。 In addition, as described above, oligolactic acid serves as a binder. For this reason, the role as a binder can be more reliably fulfilled when oligolactic acid is sufficiently dispersed and mixed in the molding composition. By ensuring the role of the binder, the strength of the product can be increased more efficiently than when polylactic acid is mixed.
このように、オリゴ乳酸が用いられることで、廃棄プラスチックのリサイクルが有効に行えるだけでなく、オリゴ乳酸はポリ乳酸に比較してバインダ機能や混合割合において、優位な結果をもたらすことができる。 Thus, by using oligolactic acid, not only can plastic waste be effectively recycled, but oligolactic acid can bring about superior results in binder function and mixing ratio compared to polylactic acid.
実施の形態における成形用組成物は、天然原料に加えて、廃棄プラスチックから製造される人工原料であるオリゴ乳酸を混合することで、天然原料の割合を減らしつつ、天然原料のみで製造される物品と同等の物品を製造することができる。 The molding composition according to the embodiment is an article manufactured by using only natural raw materials while reducing the ratio of natural raw materials by mixing oligolactic acid, which is an artificial raw material manufactured from waste plastic, in addition to natural raw materials. Can be produced.
(焼成温度)
また、オリゴ乳酸が用いられることで、成形用組成物を固化させる際の焼成温度を低くすることができる。
(Baking temperature)
Moreover, the firing temperature at the time of solidifying a molding composition can be made low by using oligolactic acid.
骨材および可塑性原料などの天然原料のみの成形用組成物を成形して固化させるためには高い温度を必要とする。例えば、陶磁器の素焼き温度は一般的に900℃前後であり、磁器として緻密化するためには概ね1300℃前後の温度で焼成する必要がある。また、焼成時間も非常に長く、製造される物品の大きさや形状にもよるが、例えば陶土による人形の場合には、概ね10時間程度の焼成時間を必要とする。 A high temperature is required to mold and solidify a molding composition composed only of natural raw materials such as aggregates and plastic raw materials. For example, the unglazed temperature of ceramics is generally around 900 ° C., and it is necessary to fire at a temperature around 1300 ° C. in order to densify the ceramic. Also, the firing time is very long and depends on the size and shape of the article to be manufactured. For example, in the case of a doll made of clay, a firing time of about 10 hours is required.
このように高い焼成温度および長い焼成時間を必要とすることは、焼成に伴うエネルギー消費(燃料消費)と、焼成によって生じる二酸化炭素の排出といった環境負荷をもたらす。また、製造者にとっても高い焼成温度と長い焼成時間は、余分な手間を生じさせる。 The necessity of such a high firing temperature and a long firing time brings about an environmental load such as energy consumption (fuel consumption) accompanying firing and emission of carbon dioxide generated by firing. Moreover, a high baking temperature and a long baking time also cause extra labor for the manufacturer.
これに対して、実施の形態における成形用組成物は、オリゴ乳酸を含有しており、既述のように、オリゴ乳酸は結合材として構成粒子間を接着している。すなわち、骨材粒子と粘土粒子、あるいは骨材粒子同士や粘土粒子同士を接着によって結合させている。 On the other hand, the molding composition in the embodiment contains oligolactic acid, and as described above, oligolactic acid adheres between constituent particles as a binder. That is, aggregate particles and clay particles, or aggregate particles and clay particles are bonded together by adhesion.
また成形用組成物は、焼成によってより確実に固化する。既述のように、オリゴ乳酸粒子はその表面に加水分解によって生じたカルボキシル基や水酸基を有しており、これらの親水性基は骨材粒子や粘土粒子の表面にある水酸基と水素結合を形成している。すなわち成形用配合物の構成粒子はそれぞれに相互にオリゴ乳酸粒子により結合した状態になっており、この成形体にさらに熱を加えると、オリゴ乳酸のカルボキシル基や水酸基など親水性基は、水素結合状態にある天然原料粒子上の水酸基と脱水縮合を行い、結果として天然原料粒子はオリゴ乳酸粒子を介してより強力に結合することになると考えられる。 Further, the molding composition solidifies more reliably by firing. As described above, oligolactic acid particles have carboxyl groups and hydroxyl groups generated by hydrolysis on their surfaces, and these hydrophilic groups form hydrogen bonds with hydroxyl groups on the surfaces of aggregate particles and clay particles. doing. That is, the constituent particles of the molding compound are bonded to each other by oligolactic acid particles, and when this molded body is further heated, hydrophilic groups such as carboxyl groups and hydroxyl groups of oligolactic acid are hydrogen bonded. It is considered that dehydration condensation is performed with hydroxyl groups on the natural raw material particles in a state, and as a result, the natural raw material particles are more strongly bonded via the oligolactic acid particles.
一方、天然原料のみで構成される、従来の一般的な陶磁器素焼素地は、石英、長石、粘土の混合物、あるいは、石英、白雲母、粘土の混合物であるが、構成粒子同士が、主に粘土粒子の結合材としての性質によって相互に接着された状態である。用いられている粘土は主にカオリン族粘土鉱物で、さらに普通はカオリナイトが多用されている。カオリナイトは素地の成形時に可塑性を与えるだけではなく、素焼焼成の過程で結晶水を不可逆的に脱水するため、素焼製品が水を吸収することがあっても、構成粒子が水に再分散し、素焼製品が崩壊することを防いでいる。このように、天然原料のみで構成される素地は、素焼温度で焼成することにより、主に粘土粒子による接着によって、その素焼強度を保っている。 On the other hand, a conventional general ceramic clay made of only natural raw materials is a mixture of quartz, feldspar, clay, or a mixture of quartz, muscovite, clay, but the constituent particles are mainly clay. The particles are bonded to each other due to their properties as a binder. The clay used is mainly kaolin clay minerals, and kaolinite is usually used frequently. Kaolinite not only gives plasticity during the molding of the substrate, but also irreversibly dehydrates the crystal water during the firing process, so that even if the unglazed product absorbs water, the constituent particles re-disperse in the water. This prevents the unglazed product from collapsing. Thus, the base material comprised only with a natural raw material is maintaining the unbaking intensity | strength mainly by adhesion | attachment by a clay particle by baking at unbaking temperature.
以上のように、実施の形態における成形用組成物では、オリゴ乳酸が結合材の役割を果すため、固化のための焼成温度は低くて済む。実際には、成形用組成物の固化に要する焼成温度は、160℃〜220℃の範囲で充分である。オリゴ乳酸の溶融温度が低いためである。 As described above, in the molding composition in the embodiment, since oligolactic acid plays a role of a binder, the firing temperature for solidification may be low. Actually, the firing temperature required for solidification of the molding composition is sufficient in the range of 160 ° C to 220 ° C. This is because the melting temperature of oligolactic acid is low.
また、オリゴ乳酸が接着剤の役割を果すことで、固化に要する温度のみならず焼成時間を短くすることができる。焼成温度が低く焼成時間も短くできることで、成形用組成物を用いて陶磁器、日用品、工芸品、建材などの様々な物品を製造するに当たって、環境負荷を低減できる。 In addition, since the oligolactic acid serves as an adhesive, not only the temperature required for solidification but also the firing time can be shortened. Since the firing temperature is low and the firing time can be shortened, the environmental burden can be reduced when manufacturing various articles such as ceramics, daily necessities, crafts, and building materials using the molding composition.
また、オリゴ乳酸は、ポリ乳酸に比較してその重合度および分子量が小さい。このため、成形用組成物内部において、オリゴ乳酸は均一かつ広く分散する。すなわちオリゴ乳酸は、成形用組成物内部において、骨材や粘土の粉末の隙間に均質に分散して入り込むようになる。この結果、オリゴ乳酸は、ポリ乳酸の場合に比較して、より均一かつ分散した状態で溶融して骨材や粘土を接着できる。 Oligolactic acid has a smaller polymerization degree and molecular weight than polylactic acid. For this reason, oligolactic acid is uniformly and widely dispersed in the molding composition. That is, oligolactic acid comes to be uniformly dispersed in the gaps between the aggregate and clay powder inside the molding composition. As a result, oligolactic acid can be melted in a more uniform and dispersed state than in the case of polylactic acid to bond aggregate or clay.
また、オリゴ乳酸はポリ乳酸より重合度および分子量の点で小さいことで、燃焼熱による溶融温度も低くなる。 In addition, oligolactic acid is smaller than polylactic acid in terms of polymerization degree and molecular weight, so that the melting temperature due to combustion heat is also lowered.
これらが相まって、オリゴ乳酸は、ポリ乳酸に比較してより低い焼成温度で、成形用組成物の固化を実現できる。このように、オリゴ乳酸は、成形用組成物の含有物とされる際に壊れやすく微細な粉末となりやすいことで、均一かつ広く分散して混合される。この分散と混合により、骨材や粘土との接着度合いが高まり、低い焼成温度と短い焼成時間で、固化することができる。 Together, oligolactic acid can achieve solidification of the molding composition at a lower firing temperature than polylactic acid. As described above, oligolactic acid is easily broken and becomes a fine powder when it is included in the molding composition, so that it is uniformly and widely dispersed and mixed. By this dispersion and mixing, the degree of adhesion to the aggregate and clay is increased, and it can be solidified at a low firing temperature and a short firing time.
(骨材)
骨材は、成形用組成物の主原料であり、成形用組成物の骨格となる成分である。
(aggregate)
Aggregate is a main raw material of the molding composition and is a component that becomes a skeleton of the molding composition.
骨材は、自然界から採掘されればよく、自然界から採掘される天然原料を分離して骨材が取り出されて使用されても良い。あるいは、自然界から採掘される天然原料が実施の形態の成形用組成物に添加される。この天然原料に含まれる骨材が、成形用組成物の骨材の成分となる。 The aggregate may be mined from the natural world, and the natural raw material mined from the natural world may be separated and the aggregate may be taken out and used. Or the natural raw material mined from nature is added to the molding composition of embodiment. Aggregate contained in the natural raw material becomes a component of the aggregate of the molding composition.
このように、実施の形態の成形用組成物が含有する骨材は、成分として単独で混合されても良いし、骨材を含んだ天然原料のままで混合されても良い。 Thus, the aggregate which the molding composition of embodiment contains may be mixed independently as a component, and may be mixed with the natural raw material containing aggregate.
骨材は成形用組成物が成形・加工された際に、成形品の組織中で充填構造をつくり形状を維持できる粒子であれば、その鉱物の如何を問わないが、成形用組成物が陶土もしくは練土である場合は、実際には石英または長石が適当である。因みに陶土における長石は、陶土が磁器化するような高温度(通常は1300℃程度)で焼成される場合には、長石それ自身は溶融し、粘土成分をその中に溶かしこむような働きをするために、媒溶材として扱われている。一方、本願の成形用組成物は160℃〜220℃で焼成され、長石の溶融する温度よりはるかに低いために骨材として機能する。石英及び長石は、天然原料としてその存在量が多く、その採掘が容易であり、成形用組成物の主成分として、十分な量を用いることができる。 As long as the aggregate is a particle that can form a filled structure and maintain its shape in the structure of the molded product when the molding composition is molded and processed, any mineral can be used. In the case of clay, quartz or feldspar is actually suitable. By the way, feldspar in porcelain works when it is baked at a high temperature (usually around 1300 ° C) at which porcelain is porcelain, it melts itself and dissolves clay components in it. Therefore, it is treated as a solvent medium. On the other hand, the molding composition of the present application is fired at 160 ° C. to 220 ° C. and functions as an aggregate because it is much lower than the melting temperature of feldspar. Quartz and feldspar are abundant as natural raw materials and can be easily mined, and a sufficient amount can be used as a main component of the molding composition.
骨材の一つである石英は、様々な天然原料から得ることができる。この天然原料は、さまざまであってよい。ただし、成形用組成物が、地域に根ざした陶磁器の陶土として用いられる場合には、地域に産出する天然原料由来の石英が骨材として用いられることも好適である。 Quartz, one of the aggregates, can be obtained from various natural raw materials. This natural source can vary. However, when the molding composition is used as a ceramic clay rooted in a region, it is also preferable that quartz derived from a natural raw material produced in the region is used as an aggregate.
例として、骨材として用いられる石英や長石は、天草陶石と呼ばれる天然原料由来であることも好適である。天草陶石は採掘可能量が多く、石英または長石を成分として含み、成形用組成物として使用されるのに適切だからである。 For example, it is also preferable that quartz or feldspar used as an aggregate is derived from a natural raw material called Amakusa pottery stone. This is because Amakusa pottery stone has a large minable amount and contains quartz or feldspar as a component and is suitable for use as a molding composition.
ここで、実施の形態における成形用組成物は、天草陶石から分離された石英を、骨材として含有しても良い。あるいは、天草陶石そのものが混合されることで、骨材としての石英を含有することになってもよい。 Here, the molding composition in the embodiment may contain quartz separated from Amakusa pottery stone as an aggregate. Alternatively, Amakusa pottery stone itself may be mixed to contain quartz as an aggregate.
もちろん、ここでは骨材成分を配合するための一例として天草陶石を挙げたが、他の天然原料に由来する骨材が用いられてもよいし、天然原料などから分離されて原料の一つとなった骨材が用いられてもよい。これらが、他の原料と共に混合されて、実施の形態における成形用組成物が得られる。 Of course, Amakusa porcelain stone was mentioned here as an example for blending the aggregate components, but aggregates derived from other natural raw materials may be used, and separated from natural raw materials etc. The resulting aggregate may be used. These are mixed with other raw materials, and the molding composition in embodiment is obtained.
(粘土)
粘土は成形用組成物に適量の水分を含ませて混練する際の流動性や、成形する際の可塑性を与えることができる。また、成形用組成物を乾燥した後は、微細な粘土粒子による接着効果をもたらすことができるので、オリゴ乳酸粒子による接着効果と相まって、物品の機械的強度を高く維持することに貢献する。
(clay)
Clay can impart fluidity when kneading an appropriate amount of moisture in the molding composition and plasticity when molding. In addition, after drying the molding composition, it is possible to bring about an adhesive effect by the fine clay particles, and therefore, in combination with the adhesive effect by the oligolactic acid particles, contributes to maintaining high mechanical strength of the article.
このように、粘土は製造段階において成形用組成物が有する可塑性を生じさせる。このため、粘土は、成形用組成物によって製造される物品の骨格を作る機能には乏しいが、骨材粒子やオリゴ乳酸粒子の間に入り込み、成形用組成物全体に可塑性を与えることができる。 Thus, the clay causes the plasticity of the molding composition in the production stage. For this reason, although clay is poor in the function of forming the skeleton of an article produced by the molding composition, it can enter between the aggregate particles and the oligolactic acid particles and give plasticity to the entire molding composition.
骨材と同様に、粘土も自然界から採掘される天然原料として、実施の形態における成形用組成物に混合されても良い。あるいは、粘土を成分として含む陶石等の天然原料がそのまま成形用組成物に混合されても良い。いずれの場合でも、粘土がその成分として成形用組成物に混合されるからである。 Similarly to the aggregate, clay may be mixed with the molding composition in the embodiment as a natural raw material mined from the natural world. Alternatively, natural raw materials such as porcelain stone containing clay as a component may be directly mixed with the molding composition. This is because, in any case, clay is mixed as a component of the molding composition.
一例として、粘土はカオリン鉱物を主成分とするカオリン粘土もしくは白雲母であることも好適である。可塑性に優れたカオリン粘土は、国内では木節粘土や蛙目粘土があり、また、天草陶石のようにカオリン粘土の他に、カオリン粘土ではないが可塑性を持つ白雲母を含む陶石がある。 As an example, the clay is also preferably kaolin clay or muscovite containing a kaolin mineral as a main component. Kaolin clay with excellent plasticity includes Kibushi clay and Sasame clay in Japan. Besides kaolin clay like Amakusa pottery stone, there are porcelain stones that are not kaolin clay but contain muscovite with plasticity. .
なお、陶石は他の天然原料を配合することなく、水簸などの手段で粗粒の石英成分を除いて陶土に加工される。さらに、いくつかの人形用に多用されている七隈粘土は、天草陶土(天草陶石から単味で製造される陶土)と同様に、石英、カオリナイト、白雲母から構成されており、天草陶土と同様に成形用組成物の原料として用いて好適である。いずれもカオリン鉱物や白雲母の有する可塑性が、粘土を含有成分とする実施の形態における成形用組成物の目的に適うからである。 In addition, porcelain stones are processed into porcelain without adding coarse natural quartz components by means such as water poultry without blending other natural raw materials. In addition, Nanakuma clay, which is widely used for some dolls, is composed of quartz, kaolinite, and muscovite as well as Amakusa porcelain (a porcelain clay made from Amakusa porcelain stone). It is suitable to be used as a raw material for the molding composition as in This is because the plasticity of kaolin mineral and muscovite is suitable for the purpose of the molding composition in the embodiment containing clay as a component.
また、ニュージーランドカオリン由来のカオリンが用いられることも好適である。ニュージーランドカオリンはカオリン鉱物のハロイサイトを主な構成鉱物としている。このハロイサイトもまた可塑性に富む粘土である。また、ニュージーランドカオリン由来のカオリンは、その白色度が高いので、得られる成形用組成物の白色度が高まることも、この粘土を用いる理由の一つである。
英国SPカオリンもまた成形用組成物の粘土として用いるのに好適である。英国SPカオリンの主成分はカオリナイトであるが、ニュージーランドカオリンと同じように可塑性に富んでおり、かつ白色度の高い粘土である。したがって、成形用組成物に配合されると、その白色度を高く維持することに貢献する。
It is also preferable to use kaolin derived from New Zealand kaolin. New Zealand Kaolin is mainly composed of kaolin mineral halloysite. This halloysite is also a highly plasticized clay. In addition, since kaolin derived from New Zealand kaolin has high whiteness, one of the reasons for using this clay is that whiteness of the resulting molding composition is increased.
British SP kaolin is also suitable for use as the clay in the molding composition. The main component of British SP kaolin is kaolinite, but like New Zealand kaolin, it is a highly plasticized clay with high whiteness. Therefore, when it mix | blends with the composition for shaping | molding, it contributes to maintaining the whiteness high.
成形用組成物の白色度が高ければ、当然に製造される物品の白色度も高まる。実施の形態における成形用組成物は、オリゴ乳酸がバインダの役割を果すことで、焼成温度を低くできる。このため
、焼成によって物品の白色度が落ちにくい。このため、成形用組成物の白色度が高ければ、得られる物品の白色度も高く維持される。
If the whiteness of the molding composition is high, naturally the whiteness of the manufactured article is also increased. In the molding composition in the embodiment, the oligolactic acid serves as a binder, so that the firing temperature can be lowered. For this reason, it is difficult for the whiteness of the article to be reduced by firing. For this reason, if the whiteness of the molding composition is high, the whiteness of the resulting article is also kept high.
成形用組成物を用いて製造される種々の物品は、その製造後にデザインや色の付与が行われる適用性が高いことが好ましい。このため、製造される物品は、その色味が白色に近いことが好ましい。白色に近ければ、その後のデザインや色の付与が容易となるからである。加えて、付与されたデザインや色の美しさが際立つからである。 It is preferable that various articles manufactured using the molding composition have high applicability in which design and color are imparted after the manufacture. For this reason, it is preferable that the color of the manufactured article is close to white. This is because if the color is close to white, the subsequent design and color can be easily applied. In addition, the beauty of the assigned design and color stands out.
また、国内に産する天然原料の粘土として、木節粘土由来であることも好適である。木節粘土は国内で安定的に産出する天然原料であり、採掘が容易であると共に、可塑性において優れており、得られる成形用組成物の成形性やハンドリング強度を良好にすることができる。 Moreover, it is also suitable that it is derived from Kibushi clay as a natural raw clay produced in Japan. Kibushi clay is a natural raw material that is stably produced in Japan, is easy to mine, and is excellent in plasticity, and can improve the moldability and handling strength of the resulting molding composition.
以上のように、実施の形態における成形用組成物は、骨材、粘土、オリゴ乳酸および不可避混合物を含有することで、天然原料の割合を減らしつつ低い焼成温度で、種々の物品を製造できる。結果として、様々な段階および観点での環境負荷を低減できる。 As described above, the molding composition according to the embodiment contains aggregates, clay, oligolactic acid and an inevitable mixture, so that various articles can be produced at a low firing temperature while reducing the ratio of natural raw materials. As a result, it is possible to reduce the environmental load at various stages and viewpoints.
なお、骨材、粘土、オリゴ乳酸は、基本的に微粉末粒子の混合した状態として、成形用組成物が構成されれば良いが、その具体的な方法は、基本的には天然原料である骨材と粘土にオリゴ乳酸を加えて、これらを均質に混合することによって達成される。 It should be noted that the aggregate, clay, and oligolactic acid may be basically composed of a mixture of fine powder particles, so that the molding composition may be configured. However, the specific method is basically a natural raw material. This is accomplished by adding oligolactic acid to the aggregate and clay and mixing them homogeneously.
(実験結果)
次に、発明者が、実施の形態で説明した成形用組成物を実際に作製して、曲げ強さ、白色度、焼成温度と曲げ強さとの関係について、実験を行った。実験においては、骨材および粘土については、種々の由来のものを用いることで、複数の試料を作製して、実験を行った。
(Experimental result)
Next, the inventor actually produced the molding composition described in the embodiment, and conducted an experiment on the relationship between the bending strength, the whiteness, the firing temperature, and the bending strength. In the experiment, the aggregate and the clay were tested by producing a plurality of samples by using materials of various origins.
(実験1:試料1〜試料5による実験)
実験1では、一般的な天草陶土などから得られる骨材などを主とした成形用組成物を用いた。
(Experiment 1: Experiment with Sample 1 to Sample 5)
In Experiment 1, a molding composition mainly composed of aggregates obtained from general Amakusa porcelain clay was used.
発明者は、骨材、粘土およびオリゴ乳酸を含有する成形用組成物を製造し、これに成形工程、焼成工程を付与して最終的に焼成物を作製した。表1は、実験1に用いた試料1〜試料5の成形用組成物の配合を示している。すなわち、表1においては、骨材、粘土およびオリゴ乳酸の成分比率あるいは骨材や粘土の由来によって異なる成形用組成物を、試料1から試料5まで、試料毎に示している。 The inventor manufactured a molding composition containing aggregate, clay, and oligolactic acid, and provided a molding process and a baking process to finally produce a fired product. Table 1 shows the composition of the molding compositions of Sample 1 to Sample 5 used in Experiment 1. That is, in Table 1, the molding compositions that differ depending on the component ratio of aggregate, clay and oligolactic acid or the origin of aggregate and clay are shown for each sample from sample 1 to sample 5.
各試料の配合に用いた天然原料は、その化学分析値とX線回折により明らかにした構成鉱物をもとに、ノルム計算によって、その鉱物の割合(質量%)を算出している。なお、ノルムとは,天然原料の化学組成から、一定の規則に従って算出された仮想的な鉱物組成とされているが、ここでは、天然原料の化学成分を、石英、長石、カオリナイト、セリサイトのいずれかに帰属させて、その鉱物割合を算出している。 The natural raw material used for blending each sample is calculated by the norm calculation based on the chemical analysis values and the constituent minerals clarified by X-ray diffraction. Norm is a hypothetical mineral composition calculated according to certain rules from the chemical composition of natural raw materials. Here, the chemical components of natural raw materials are quartz, feldspar, kaolinite, sericite. The percentage of minerals is calculated by assigning to either of these.
この算出結果をもとに各試料中の骨材(石英及び長石の合量)、粘土(カオリナイト及び白雲母の合量)の質量%が求められる。表1では、天草陶土Aにオリゴ乳酸を加えた試料(試料1),骨材、粘土、オリゴ乳酸をそれぞれ配合した試料(試料2,試料3)、また、七隈粘土A、七隈粘土Bにオリゴ乳酸を加えた試料(試料4,試料5)を示している。 Based on this calculation result, mass% of aggregate (total amount of quartz and feldspar) and clay (total amount of kaolinite and muscovite) in each sample is obtained. In Table 1, samples of Amakusa porcelain A added with oligolactic acid (Sample 1), samples containing Aggregate, Clay, and oligolactic acid (Sample 2 and Sample 3), and Nanakuma Clay A and Nanakuma Clay B The sample (sample 4, sample 5) which added lactic acid is shown.
表1に示されるように、発明者が製作した試料は、次のとおりである。 As shown in Table 1, the samples manufactured by the inventors are as follows.
(試料1)骨材:36.7wt%、粘土:49.8wt%、オリゴ乳酸:13.5wt%、骨材及び粘土は天草陶土A由来である。 (Sample 1) Aggregate: 36.7 wt%, clay: 49.8 wt%, oligolactic acid: 13.5 wt%, aggregate and clay are derived from Amakusa porcelain clay A.
(試料2)骨材:56wt%、粘土:33wt%、オリゴ乳酸:11.1wt%、粘土は、ニュージーランドカオリン由来である。 (Sample 2) Aggregate: 56 wt%, clay: 33 wt%, oligolactic acid: 11.1 wt%, clay is derived from New Zealand kaolin.
(試料3)骨材:56wt%、粘土:33wt%、オリゴ乳酸:11.1wt%、粘土は木節粘土由来である。 (Sample 3) Aggregate: 56 wt%, clay: 33 wt%, oligolactic acid: 11.1 wt%, clay is derived from Kibushi clay.
(試料4)骨材:21.2wt%、粘土68.3wt%、オリゴ乳酸:10.5wt%、粘土は七隈粘土A由来である。 (Sample 4) Aggregate: 21.2 wt%, clay 68.3 wt%, oligolactic acid: 10.5 wt%, and clay is derived from Nanakuma clay A.
(試料5)骨材:17.2wt%、粘土72.3wt%、オリゴ乳酸10.5wt%、骨材及び粘土は七隈粘土B由来である。 (Sample 5) Aggregate: 17.2 wt%, Clay 72.3 wt%, Oligolactic acid 10.5 wt%, Aggregate and clay are derived from Nanakuma Clay B.
なお、既述のように、試料1〜試料5の各成分の比率は、原料の化学分析とX線回折による構成鉱物の同定から、計算によって求められる。 As described above, the ratio of each component of Sample 1 to Sample 5 is obtained by calculation from the chemical analysis of raw materials and the identification of constituent minerals by X-ray diffraction.
この試料1〜試料5のそれぞれを、実際に成形(鋳込み)工程および焼成工程(200℃で1h保持)を経て、試料1〜5それぞれにおいて曲げ強さ測定用の円柱状試料(直径約10mm、長さ約80mm)及び白色度測定用の板状試料(縦約50mm、横約50mm、厚み約10mm)を得た。 Each of Sample 1 to Sample 5 is actually subjected to a molding (casting) step and a firing step (held at 200 ° C. for 1 h), and each of Samples 1 to 5 is a cylindrical sample (diameter of about 10 mm, for bending strength measurement). A plate-like sample (length: about 50 mm, width: about 50 mm, thickness: about 10 mm) for measuring whiteness and whiteness was obtained.
更に、試料1〜試料5のそれぞれにおける測色計によって測定した白色度も測定された。表2は、この試料1〜試料5の曲げ強度の測定結果および白色度の測定結果を示している。 Furthermore, the whiteness measured by the colorimeter in each of Sample 1 to Sample 5 was also measured. Table 2 shows the measurement results of the bending strength and the whiteness of Samples 1 to 5.
表2の結果から明らかなとおり、試料1〜5のいずれにおいても、一般的な天然陶土を用いて得られる素焼きの曲げ強さである8MPaを越えている。一般的な天然陶土を用いて得られる素焼きとして、発明者は、天草陶土を上記と同様に鋳込み成形し、920℃で焼成して得られる円柱状試料を用いた。 As is clear from the results in Table 2, all of the samples 1 to 5 exceed 8 MPa, which is the bending strength of unglazed baking obtained using general natural ceramic clay. The inventors used a cylindrical sample obtained by casting and molding Amakusa porcelain in the same manner as described above and firing at 920 ° C. as unglazed obtained using general natural porcelain.
また、試料1〜試料5のいずれも160℃〜220℃の温度で焼成されたものである。すなわち、一般的な天然陶土の素焼きの焼成に必要な温度よりも非常に低い温度で、焼成できる。この非常に低い温度での焼成にも係らず、920℃程度で焼成される天然陶土の素焼きよりも高い曲げ強さを有していることが分かる。これは、曲げ強さが十分であることを示すだけでなく、焼成における製造コスト、製造負担、環境負荷を低減できることを示している。このように実施の形態1,2における成形用組成物は、実際に作製された結果からも、従来技術も課題や問題点を解決できている。 Moreover, all of the samples 1 to 5 were fired at a temperature of 160 ° C to 220 ° C. That is, it can be fired at a temperature that is much lower than that required for firing of natural clay clay. In spite of firing at this very low temperature, it can be seen that it has a higher bending strength than the unglazed natural porcelain fired at about 920 ° C. This not only indicates that the bending strength is sufficient, but also indicates that the manufacturing cost, manufacturing burden, and environmental load in firing can be reduced. As described above, the molding compositions according to Embodiments 1 and 2 can also solve the problems and problems of the prior art from the results of actual production.
表2は、白色度も示している。白色度の参考値として天草陶土素焼の白色度を示しているが、試料1、試料2の白色度は天草陶土素焼のそれよりもはるかに高い値を示している。特に試料1は同じ天草陶土を用いているにも拘わらず5%あまりも高い値となっている。これは、陶土を素焼焼成すると、陶土に含まれる鉄分の酸化により、赤みを帯びるようになるためであり、試料1は素焼温度(920℃)に比べて充分に低温度(200℃)で焼成するため、鉄分の酸化による白色度低下を免れるためである。 Table 2 also shows the whiteness. The whiteness of Amakusa pottery ware is shown as a reference value of whiteness, but the whiteness of Sample 1 and Sample 2 is much higher than that of Amakusa pottery ware. In particular, Sample 1 has a value as high as 5% despite using the same Amakusa porcelain clay. This is because when porcelain is baked, it becomes reddish due to oxidation of iron contained in the porcelain. This is to avoid a decrease in whiteness due to oxidation of iron.
試料2は粘土として鉄分の少ないニュージーランドカオリンを用いているために、その白色度は試料1よりもさらに5%高い。一方、試料3,試料4の白色度はいずれも75%程度にとどまっているが、これは原料として用いた木節粘土、七隈粘土の白色度が元々低いことによる。焼成品の曲げ強さは、製品の機械的耐久性を左右する性質であり、特に大形製品には自重や取り回しによる破損を抑制する観点から重要である。また、白色度は製品に彩色を施す際に、下塗りの要・不要や下地による発色への影響を小さくする観点から重要である。表1の結果では、曲げ強さ、白色度のいずれかに優れており、それぞれの長所を活かす製品作りが、実施の形態における成形用組成物で可能である。
(実験2:試料6〜10による実験)
Since Sample 2 uses New Zealand kaolin with low iron content as clay, its whiteness is 5% higher than Sample 1. On the other hand, the whiteness of Sample 3 and Sample 4 is only about 75%, which is due to the low whiteness of Kibushi clay and Shichijo clay used as raw materials. The bending strength of the fired product is a property that affects the mechanical durability of the product, and is particularly important for large products from the viewpoint of suppressing breakage due to its own weight or handling. Also, whiteness is important from the viewpoint of reducing the necessity / unnecessity of undercoating and the effect of coloring on the background when coloring products. In the result of Table 1, it is excellent in either bending strength or whiteness, and the manufacture of the product which utilizes each advantage is possible with the molding composition in embodiment.
(Experiment 2: Experiment with Samples 6-10)
次に、表1と異なる由来による骨材や粘土を用いた成形用組成物の試料6〜試料10を作製して、実験2を行った。試料6〜試料10の成分組成を、表3に示す。試料6、試料7は、粘土成分が少ない低下度天草陶土Bに粘土およびオリゴ乳酸を加えた成形用組成物である。試料8〜試料10は、鉄分の多い天草陶土Cにオリゴ乳酸を加えた成形用組成物である。 Next, Sample 6 to Sample 10 of the molding composition using aggregates and clays having different origins from Table 1 were prepared, and Experiment 2 was performed. Table 3 shows the component compositions of Sample 6 to Sample 10. Samples 6 and 7 are molding compositions in which clay and oligolactic acid are added to the reduced degree Amakusa porcelain clay B with a small amount of clay components. Samples 8 to 10 are molding compositions obtained by adding oligolactic acid to Amakusa porcelain clay C with a high iron content.
実験2は、実験1と異なり、粘土成分が元々少ない天然陶土を、骨材や粘土に用いる実験1のバリエーションと異なる成形用組成物での曲げ強さや白色度を確認する。
試料6〜試料10は次の通りである。 Samples 6 to 10 are as follows.
(試料6)骨材:37wt%、粘土:53wt%、オリゴ乳酸:10wt%。骨材は天草陶土B(低下度)、粘土は天草陶土B(低下度)及び英国SPKカオリン由来である。 (Sample 6) Aggregate: 37 wt%, clay: 53 wt%, oligolactic acid: 10 wt%. Aggregate is derived from Amakusa porcelain clay B (decreasing degree), and clay is derived from Amakusa porcelain clay B (decreasing degree) and British SPK kaolin.
(試料7)骨材:34wt%、粘土:51wt%、オリゴ乳酸:15wt%。骨材は天草陶土B(低下度)由来、粘土は天草陶土B(低下度)及び英国SPKカオリン由来である。 (Sample 7) Aggregate: 34 wt%, clay: 51 wt%, oligolactic acid: 15 wt%. Aggregate is derived from Amakusa porcelain clay B (decreasing degree), and clay is derived from Amakusa porcelain clay B (decreasing degree) and British SPK kaolin.
(試料8)骨材:29wt%、粘土:56wt%、オリゴ乳酸:15wt%。骨材及び粘土は天草陶土C(鉄分・粘土分が多い)由来である。 (Sample 8) Aggregate: 29 wt%, clay: 56 wt%, oligolactic acid: 15 wt%. Aggregate and clay are derived from Amakusa Porcelain C (rich in iron and clay).
(試料9)骨材:28wt%、粘土:54wt%、オリゴ乳酸:18wt%。骨材及び粘土は天草陶土C(鉄分・粘土分が多い)由来である。 (Sample 9) Aggregate: 28 wt%, clay: 54 wt%, oligolactic acid: 18 wt%. Aggregate and clay are derived from Amakusa Porcelain C (rich in iron and clay).
(試料10)骨材:42wt%、粘土:43wt%、オリゴ乳酸:15wt%。骨材及び粘土は天草陶土D(鉄分が多く粘土分が少ない)由来である。 (Sample 10) Aggregate: 42 wt%, clay: 43 wt%, oligolactic acid: 15 wt%. Aggregate and clay are derived from Amakusa porcelain clay D (rich in iron and low in clay).
試料6〜試料10のそれぞれの成形用組成物を、上述の鋳込み成形および焼成工程(200℃で1時間の焼成)を経て得られた成形物の曲げ強さおよび白色度を測定した。測定方法等については、表2で説明したものと同様である。この測定結果を、表4に示す。
試料6,試料7は、いずれも天草陶土B(低下度陶土。粘土分38%)に、白色度に優れる英国SPカオリンを配合した試料である。SPカオリンの配合量が10wt%、15wt%と増加すると、試料の曲げ強さは試料6:14.5MPa、試料7:16MPaと増加した。試料7の曲げ強さは天草陶土素焼の8MPaの2倍に当たる。 Samples 6 and 7 are samples prepared by blending Amakusa porcelain B (decreasing degree porcelain clay with 38% clay content) with British SP kaolin having excellent whiteness. When the compounding amount of SP kaolin was increased to 10 wt% and 15 wt%, the bending strength of the sample increased to 6: 14.5 MPa and 7:16 MPa. The bending strength of the sample 7 is twice that of 8 MPa of Amakusa pottery ware.
試料8,試料9は、天草陶土C(粘土分65%、鉄分0.6%)にオリゴ乳酸をそれぞれ15wt%、18wt%加えて得た試料である。試料の曲げ強さは21.1MPa、23.3MPaと供試料中最大となった。試料9の曲げ強さは天草陶土素焼の約3倍である。一方、白色度は試料8:84.3%、試料9:85%と、天草陶土素焼と同程度であった。 Samples 8 and 9 are samples obtained by adding 15 wt% and 18 wt% of oligolactic acid to Amakusa porcelain clay C (65% clay, 0.6% iron), respectively. The bending strength of the sample was 21.1 MPa and 23.3 MPa, which was the maximum among the samples. The bending strength of sample 9 is about three times that of Amakusa pottery ware. On the other hand, the whiteness was 8: 84.3% of the sample and 9: 85% of the sample, which was similar to Amakusa pottery ware.
試料10は、天草陶土D(粘土分43%、鉄分0.5%)にオリゴ乳酸15wt%を加えて得た試料である。試料10の曲げ強さは16.9MPa、白色度は87.2MPaであった。 Sample 10 is a sample obtained by adding 15 wt% oligolactic acid to Amakusa porcelain clay D (43% clay, 0.5% iron). Sample 10 had a bending strength of 16.9 MPa and a whiteness of 87.2 MPa.
以上のように、品位が異なる天草陶土、もしくは天草陶土に英国SPカオリンを加えたものに、オリゴ乳酸を加え、低温度で固化させることにより、天草陶土素焼の概ね2〜3倍の曲げ強さをもち、白色度が天草陶土素焼と同等もしくは6〜7%高い成形用組成物を得ることができる。
実験2から明らかな通り、骨材や粘土の由来としてバリエーションを有する場合でも、実施の形態における成形用組成物は、実用上十分な成形物を生じさせることができる。
As mentioned above, Amakusa porcelain clay with different grades, or Amakusa porcelain with British SP kaolin added to it, solidified at low temperature by adding oligolactic acid, approximately 2-3 times the bending strength of Amakusa porcelain clay Thus, a molding composition having a whiteness equivalent to that of Amakusa pottery ware or 6 to 7% higher can be obtained.
As is clear from Experiment 2, even when there are variations in the origin of aggregates and clay, the molding composition in the embodiment can produce a practically sufficient molded product.
(実験3:焼成温度範囲の確認)
次に、発明者は実験3として、実施の形態における成形用組成物の焼成温度の最適範囲を検討する実験を行った。
(Experiment 3: Confirmation of firing temperature range)
Next, the inventor conducted an experiment as Experiment 3 to examine the optimum range of the firing temperature of the molding composition in the embodiment.
天草陶土(低下度。粘土分38%)90wt%に、オリゴ乳酸10wt%を加えて作製した試料11を、泥しょう鋳込み成形により曲げ強さ測定用の円柱状試料(直径約10mm、長さ約80mm)の形態に成形し、100℃で乾燥した後、160℃、180℃、200℃、220℃の各温度で1時間焼成した。すなわち、焼成温度の異なる4種類の成形物が作製された。ここで、160℃で焼成した成形物をサンプル1、180℃で焼成した成形物をサンプル2、200℃で焼成した成形物をサンプル3、220℃で焼成した成形物をサンプル4とする。 A sample 11 prepared by adding 10 wt% oligolactic acid to 90 wt% of Amakusa porcelain clay (decrease degree: 38% clay) is a cylindrical sample (diameter: about 10 mm, length: about 10 mm). 80 mm), dried at 100 ° C., and fired at 160 ° C., 180 ° C., 200 ° C., and 220 ° C. for 1 hour. That is, four types of molded articles having different firing temperatures were produced. Here, a molded product fired at 160 ° C. is sample 1, a molded product fired at 180 ° C. is sample 2, a molded product fired at 200 ° C. is sample 3, and a molded product fired at 220 ° C. is sample 4.
これらサンプル1〜サンプル4の曲げ強さを測定したところ、次の通りであった。 When the bending strengths of Sample 1 to Sample 4 were measured, they were as follows.
サンプル1: 6.2MPa
サンプル2: 9.2MPa
サンプル3: 10.6MPa
サンプル4: 10.1MPa
Sample 1: 6.2 MPa
Sample 2: 9.2 MPa
Sample 3: 10.6 MPa
Sample 4: 10.1 MPa
このように、試料11の曲げ強さはサンプル1からサンプル4が示すように、焼成温度の増加とともに高くなる。実際には、200℃の焼成温度であるサンプル3で曲げ強さは、最大となり、220℃の焼成温度であるサンプル4では曲げ強さは若干減少した。 As described above, the bending strength of the sample 11 increases as the firing temperature increases, as shown by the samples 1 to 4. Actually, the bending strength was the maximum in sample 3 having a firing temperature of 200 ° C., and the bending strength was slightly reduced in sample 4 having a firing temperature of 220 ° C.
このように、実施の形態におけるオリゴ乳酸を結合材として用いる成形用組成物は、160℃〜220℃、更に好ましくは180℃〜220℃の焼成温度が、曲げ強さの観点から最適な温度範囲であると考えられる。もちろん、曲げ強さでの結果がよいことは、耐久性や使用強度などもよいことを示している。 As described above, the molding composition using the oligolactic acid as a binder in the embodiment has a firing temperature of 160 ° C. to 220 ° C., more preferably 180 ° C. to 220 ° C., which is the optimum temperature range from the viewpoint of bending strength. It is thought that. Of course, a good result in bending strength indicates that durability and use strength are also good.
一方で、天然陶土を用いた一般的な素焼きの焼成温度は900℃程度である。この900℃程度の焼成温度に比較して、180℃〜220℃の焼成温度は極めて低い。すなわち、実施の形態で説明した成形用組成物を、焼成して成形物とする場合には、製造コスト、製造負担、環境負荷(エネルギー消費、二酸化炭素発生などの点で)を、低減できるメリットがある。 On the other hand, the firing temperature of general unglazed baking using natural porcelain is about 900 ° C. Compared to the firing temperature of about 900 ° C., the firing temperature of 180 ° C. to 220 ° C. is extremely low. In other words, when the molding composition described in the embodiment is baked into a molded product, the manufacturing cost, the manufacturing burden, and the environmental burden (in terms of energy consumption, carbon dioxide generation, etc.) can be reduced. There is.
以上より、オリゴ乳酸をその成分として含有する成形用組成物は、200℃前後の低温度で焼成することにより、天然陶土素焼よりも高い曲げ強さ与えることができ、また、素焼焼成で現れる鉄分による着色を回避できることから、焼成品の白色度もはるかに高い数値が得られる。この結果、実施の形態における成形用組成物は、陶磁器、日用品、工芸品、建材など種々の物品の材料として利用できる。 From the above, the molding composition containing oligolactic acid as its component can be given higher bending strength than natural ceramic clay by firing at a low temperature of around 200 ° C. Since the coloration due to can be avoided, the whiteness of the fired product can be a much higher numerical value. As a result, the molding composition in the embodiment can be used as a material for various articles such as ceramics, daily necessities, crafts, and building materials.
以上、実施の形態で説明された成形用組成物は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。 As described above, the molding composition described in the embodiment is an example for explaining the gist of the present invention, and includes modifications and alterations without departing from the gist of the present invention.
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