JP2020075974A - 発泡体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高強度を発揮し得る発泡体を提供すること、発泡体の生産効率を高めることを課題とする。【解決手段】本発明は、粉状バイオマス原料、澱粉、無機成分及び樹脂成分を含む発泡体であって、無機成分として少なくともＣａ、Ｓｉ及びＡｌを含み、発泡体の全質量に対するＣａの含有量が１５質量％以下であり、発泡体の全質量に対するＳｉの含有量が５質量％以下であり、発泡体の全質量に対するＡｌの含有量が５質量％以下であり、発泡体の全質量に対するＣａ、Ｓｉ及びＡｌの合計含有量が０．１質量％以上である、発泡体に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、発泡体に関する。具体的には、本発明は、粉状バイオマス原料を含む発泡体に関する。

従来、断熱材や緩衝材として、合成樹脂を主体とする発泡体が多用されている。例えば、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリオレフィン等を原料とした発泡体が知られている。このような合成樹脂を発泡させて、合成樹脂中に気体を分散させることで発泡体が得られる。しかし、合成樹脂を主体とする発泡体は生分解性に乏しく、焼却処分時には温暖化ガスである二酸化炭素を多く排出することが指摘されている。このため、近年は、紙粉やデンプンを用いた発泡体の開発も進められている。

例えば、特許文献１には、紙微粉体と親水性高分子との混合物である紙ペレットと、再生樹脂と、発泡性ポリプロピレン樹脂と、水とを加熱混合し、発泡成形してなる発泡体が開示されている。また、特許文献２には、官製葉書古紙の紙粉未成分と、澱粉成分と、ポリプロピレン樹脂成分とからなる発泡体が開示されている。

また、発泡体においては、無機成分を含有した充填材を添加したものも知られている。例えば、特許文献３には、澱粉と、紙粉と、ポリビニルアルコールまたはカルボキシメチルセルロースと、炭酸カルシウムとを含む緩衝材が開示されている。さらに、特許文献４には、タンパク質と、デンプンと、天然セルロース繊維と、ＣａＣｌ₂・２Ｈ₂Ｏ、Ｃａ（ＮＯ₃）₂・４Ｈ₂Ｏ、ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ、ＡｌＫ（ＳＯ₄）₂・１２Ｈ₂Ｏ、ＡｌＮＨ₄（ＳＯ₂）₂・１２Ｈ₂Ｏ、Ｃ₄Ｈ₆Ｏ₄Ｚｎ・２Ｈ₂Ｏ、Ｃ₆Ｈ₁₀Ｃａ・１２Ｈ₂Ｏ、またはそれらの混合物である金属塩水和物とを含む生分解性熱可塑性組成物が開示されており、このような生分解性熱可塑性組成物から発泡体を形成することが検討されている。

特許第４５９４４４５号公報 特開２００１−３５４７９５号公報 特開２００１−９８０７８号公報 特許第４３０２３１８号公報

発泡体を製造する方法としては、紙粉や水分を含む各種原料を溶融混練し、溶融原料を径の小さな射出口から射出することで発泡体を形成する方法が知られている。この場合、射出口の径を小さくすることで射出口付近を加圧条件とし、射出後に加圧が解除されることで発泡が促進される。しかしながら、射出口の径が小さいために、溶融混練した原料が詰まり易く、射出口が目詰まりすることで、生産効率が低下するといった問題がある。また、紙粉等を含む従来の発泡体においては、その強度が十分に発揮されない場合もあり、改善が求められていた。

そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、紙粉等のバイオマス原料を用いた場合であっても高強度を発揮し得る発泡体を提供することを目的として検討を進めた。また、本発明者らは、発泡体の製造工程における生産効率を高めることの検討も行った。

上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、粉状バイオマス原料、澱粉、無機成分及び樹脂成分を含む発泡体において、無機成分として少なくともＣａ、Ｓｉ及びＡｌを含有させ、さらに各無機成分の含有量を所定条件とすることにより、高強度を発揮し得る発泡体が得られることを見出した。さらに、本発明者らは、このような発泡体を製造する際には、射出口の目詰まりが抑制され、生産効率が高まることを発見し、本発明を完成するに至った。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。

［１］ 粉状バイオマス原料、澱粉、無機成分及び樹脂成分を含む発泡体であって、
無機成分として少なくともＣａ、Ｓｉ及びＡｌを含み、
発泡体の全質量に対するＣａの含有量が１５質量％以下であり、発泡体の全質量に対するＳｉの含有量が５質量％以下であり、発泡体の全質量に対するＡｌの含有量が５質量％以下であり、
発泡体の全質量に対するＣａ、Ｓｉ及びＡｌの合計含有量が０．１質量％以上である、発泡体。
［２］ 粉状バイオマス原料がセルロース由来原料である［１］に記載の発泡体。
［３］ 樹脂成分が、ポリオレフィン系樹脂及び生分解性樹脂から選択される少なくとも１種である［１］又は［２］に記載の発泡体。
［４］ 発泡体の全質量に対する粉状バイオマス原料の含有量が、５〜５０質量％である［１］〜［３］のいずれかに記載の発泡体。
［５］ 発泡体の全質量に対する澱粉の含有量が、５〜８０質量％である［１］〜［４］のいずれかに記載の発泡体。
［６］ 発泡体の全質量に対する樹脂成分の含有量が、５〜７０質量％である［１］〜［５］のいずれかに記載の発泡体。
［７］ 粉状バイオマス原料と無機成分を含む原料として、ペーパースラッジが用いられる［１］〜［６］のいずれかに記載の発泡体。

本発明によれば、高強度を発揮し得る発泡体を得ることができる。また、本発明によれば、発泡体の生産効率を高めることができる。

図１は、発泡体の製造装置を説明する概略図である。

以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は「〜」前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。

（発泡体）
本発明は、粉状バイオマス原料、澱粉、無機成分及び樹脂成分を含む発泡体に関する。ここで、本発明の発泡体は、無機成分として少なくともＣａ、Ｓｉ及びＡｌを含み、発泡体の全質量に対するＣａの含有量が１５質量％以下であり、発泡体の全質量に対するＳｉの含有量が５質量％以下であり、発泡体の全質量に対するＡｌの含有量が５質量％以下であり、発泡体の全質量に対するＣａ、Ｓｉ及びＡｌの合計含有量が０．１質量％以上である。なお、本明細書において、発泡体とは、粉状バイオマス原料、澱粉、無機成分及び樹脂成分を含む固形部分に気体（気泡）が分散した分散体である。

本発明の発泡体は上記構成を有するものであるため、高強度である。本発明の発泡体の引張強度は、５６．０Ｎ／１０ｍｍ以上であることが好ましく、５６．５Ｎ／１０ｍｍ以上であることがより好ましく、５７．０Ｎ／１０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、発泡体の引張強度の上限値は特に限定されるものではないが、発泡体の引張強度は１００Ｎ／１０ｍｍ以下であることが好ましい。なお、発泡体の引張強度は以下のようにして測定されるものである。具体的には、発泡体を縦１０ｍｍ×横１５０ｍｍ×高さ９ｍｍの直方体に裁断し、連続的に射出口から射出される方向が引張方向となるように、引張試験に供試する。なお、発泡倍率が高く上手く試験片を切り出せない場合は、密度が０．４５ｇ／ｃｍ³程度となるまで発泡体を均一にプレスし、表面を平滑化して切り出してもよい。引張強度はテンシロン（ＡＮＤ製、ＲＴＧ−１３１０）にて下記の条件で測定し、１０回測定を繰り返した平均値を採用する。
スパン長：１００ｍｍ
引張速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ

また、本発明においては、発泡体の生産効率がよい。具体的には、本発明の発泡体を製造する際には、粉状バイオマス原料、澱粉、所定の無機成分、樹脂成分、水分を含む各種原料を溶融混練し、溶融原料を径の小さな射出口から射出することで発泡体を形成しているが、本発明においては、無機成分として少なくともＣａ、Ｓｉ及びＡｌを所定量含むため、溶融原料の混練均一性が高められる。このため、射出口に溶融原料が詰まることが抑制され、結果として発泡体の生産効率が高められる。なお、本発明においては、溶融原料の混練均一性が高められているために、得られる発泡体の強度も向上しているものと考えられる。

本発明の発泡体の密度は、０．０１ｇ／ｃｍ³以上であることが好ましく、０．０２５ｇ／ｃｍ³以上であることがより好ましい。また、発泡体の密度は、０．０６ｇ／ｃｍ³以下であることが好ましく、０．０４５ｇ／ｃｍ³以下であることがより好ましい。なお、発泡体の密度は、発泡体を1ｃｍ角の立方体に切り出し、重量測定をして以下の式で算出した値である。
密度（ｇ／ｃｍ³）＝重量（ｇ）／体積（ｃｍ³）

本発明の発泡体の圧縮率は、５０％以上であることが好ましく、６０％以上であることがより好ましく、７０％以上であることがさらに好ましい。発泡体の圧縮率は、厚さ１ｃｍの発泡体に０．４Ｎ／ｃｍ²の加重をかけた状態で厚み（１）を測定する。次いで、厚さ１ｃｍの発泡体に５．０Ｎ／ｃｍ²の加重をかけた状態で厚み（２）を測定し、以下の式で圧縮率を算出する。
圧縮率（％）＝（厚み（２）−厚み（１））／厚み（２）×１００

本発明の発泡体の形状は特に限定されるものではないが、例えば、板状や棒状の発泡体であってもよい。また、本発明の発泡体はブロック状の発泡体であってもよく、球状や繭状の発泡体であってもよい。本発明の発泡体は棒状の発泡体の集合体であってもよく、例えば、発泡体が板状である場合には、棒状の発泡体が長さ方向に整列して集合することで板状の発泡体を形成することが好ましい。

（粉状バイオマス原料）
粉状バイオマス原料は、バイオマス原料を粉末状にしたものである。ここで、バイオマス原料とは、化石燃料を除いた生物由来の資源である。中でも、バイオマス原料は植物資源を原料とするものであることが好ましく、セルロース系バイオマスであることが特に好ましい。すなわち、粉状バイオマス原料はセルロース由来原料であることが好ましい。

セルロース由来原料としては、例えば、製紙用樹木、林地残材、間伐材等のチップ又は樹皮、製材工場等から発生する鋸屑又はおがくず、街路樹の剪定枝葉、建築廃材等が挙げられる。また、草本系の資源としては、ケナフ、稲藁、麦わら、バガスなどの農産廃棄物、草本系エネルギー作物のエリアンサス、ミスカンサス、ネピアグラス等が挙げられる。さらに、セルロース系バイオマスとして、木材由来の紙、ティシュペーパー、新聞紙、古紙、パルプ、ペーパースラッジ等も利用可能である。なお、木材由来の紙、新聞紙、古紙、パルプ、ペーパースラッジ等を粉末状にしたものを、所謂、紙粉と呼ぶこともある。

粉状バイオマス原料の平均粒子径は特に限定されるものではないが、平均粒子径は１μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以上であることがさらに好ましい。また、粉状バイオマス原料の平均粒子径は１０００μｍ以下であることが好ましく、８００μｍ以下であることがより好ましく、５００μｍ以下であることがさらに好ましい。粉状バイオマス原料を得るためには、所望の粒子径となるようにバイオマス原料を粉砕してもよい。

粉状バイオマス原料の含有量は、発泡体の全質量に対して、５質量％以上であることが好ましく、１０質量％以上であることがより好ましく、１５質量％以上であることがさらに好ましく、２０質量％以上であることが特に好ましい。また、粉状バイオマス原料の含有量は、発泡体の全質量に対して、５０質量％以下であることが好ましく、４５質量％以下であることがより好ましい。粉状バイオマス原料は、主に発泡体の強度を高めるための充填材として機能する。このため、粉状バイオマス原料の含有量を上記下限値以上とすることにより、発泡体の強度をより効果的に高めることができる。

一方、粉状バイオマス原料の含有量は、発泡体の全質量に対して、５０質量％以上であってもよい。特に粉状バイオマス原料としてパルプを使用する場合であって、粉状バイオマス原料の含有量が発泡体の全質量に対して５０質量％以上である場合、得られる発泡体は紙製品に分類されることとなり、より環境フレンドリーな製品となる。

粉状バイオマス原料がセルロース由来原料である場合、粉状バイオマス原料にはセルロース由来原料の少なくとも一部が繊維として含まれていることが好ましい。この場合、セルロース繊維の平均繊維長は、５００μｍ以下であることが好ましく、４００μｍ以下であることがより好ましく、３００μｍ以下であることがさらに好ましい。また、セルロース繊維の平均繊維長は、１μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましく、２０μｍ以上であることがさらに好ましい。粉状バイオマス原料に含まれるセルロース繊維の繊維長を上記範囲内とすることにより、発泡体の強度を高めつつも、発泡体形成用の溶融原料を射出成形（押出成形）する際に射出口に溶融原料が詰まることを抑制することができる。

（無機成分）
本発明の発泡体は、無機成分として少なくともＣａ、Ｓｉ及びＡｌを含む。発泡体には、Ｃａ、Ｓｉ及びＡｌを含む化合物が含まれていてもよく、また、Ｃａ、Ｓｉ及びＡｌが単体で含まれていてもよい。

発泡体の全質量に対するＣａの含有量は、０．０１質量％以上であることが好ましく、
０．０５量％以上であることがより好ましく、０．１質量％以上であることがさらに好ましい。また、発泡体の全質量に対するＣａの含有量は、１５質量％以下であることが好ましく、１０質量％以下であることがより好ましく、５質量％以下であることがさらに好ましい。

発泡体の全質量に対するＳｉの含有量は、０．０１質量％以上であることが好ましく、
０．０２質量％以上であることがより好ましく、０．１質量％以上であることがさらに好ましい。また、発泡体の全質量に対するＳｉの含有量は、５質量％以下であることが好ましく、４質量％以下であることがより好ましく、３質量％以下であることがさらに好ましい。

発泡体の全質量に対するＡｌの含有量は、０．０１質量％以上であることが好ましく、
０．０２質量％以上であることがより好ましく、０．１質量％以上であることがさらに好ましい。また、発泡体の全質量に対するＡｌの含有量は、５質量％以下であることが好ましく、４質量％以下であることがより好ましく、３質量％以下であることがさらに好ましい。

また、発泡体の全質量に対するＣａ、Ｓｉ及びＡｌの合計含有量は、０．１質量％以上であればよく、０．５質量％以上であることが好ましく、１質量％以上であることがより好ましい。また、発泡体の全質量に対するＣａ、Ｓｉ及びＡｌの合計含有量は、２０質量％以下であることが好ましく、１５質量％以下であることがより好ましく、１０質量％以下であることがさらに好ましい。

本発明においては、上述した無機成分の含有量を上記条件とすることにより、発泡体を構成する各種原料を溶融混練した際の混練均一性を高めることができる。特に、上述した粉状バイオマス原料にセルロース繊維が含まれる場合に、セルロース繊維の分散性を高め、セルロース繊維が凝集することを抑制することができる。これにより、得られる発泡体の強度が向上する。また、溶融混練した原料を射出成形（押出成形）する際に射出口（ノズル）に溶融原料が詰まることを抑制することができる。このため、発泡体の生産効率を高めることができる。

なお、上述したような無機成分は、粉状バイオマス原料とは別に添加される化合物等に含まれるものであってもよい。例えば、無機成分として炭酸カルシウムやシリカ、タルク、ベントナイト、セピオライト、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、スチーブンサイト、ヘクトライト等の層状ケイ酸塩鉱物、ケイ酸ナトリウム、ゼオライト、アルミナ、硫酸アルミニウム等を添加してもよい。また、本発明においては、粉状バイオマス原料と上述したような無機成分の両方を含む原料として、ペーパースラッジを用いてもよい。ここで、ペーパースラッジとは、再生紙等を製造する際に出される廃棄物であり、製紙工程の排水から回収される短繊維や無機成分などを濃縮脱水することで得られるものである。通常の製紙工程から回収されるペーパースラッジには無機成分として少なくともＣａ、Ｓｉ及びＡｌが含まれる。このため、粉状バイオマス原料と上述したような無機成分の両方を含む原料として、ペーパースラッジを用いることで、廃棄物の有効活用をすることができる。

本発明において、ペーパースラッジを使用する場合、ペーパースラッジは、Ｃａ、Ｓｉ及びＡｌを含むものであるが、さらにＦｅ、Ｍｇ、Ｔｉなどを含むものであってもよい。本実施形態における発泡体は、Ｃａ、Ｓｉ及びＡｌに加えて、さらにＦｅ、Ｍｇ及びＴｉから選択される少なくとも一種を含むことも好ましい。この場合、Ｆｅ、Ｍｇ及びＴｉの合計含有量は、発泡体の全質量に対して、０．１質量％以上であることが好ましく、０．２質量％以上であることがより好ましく、０．３質量％以上であることがさらに好ましい。

なお、本実施形態においては、粉状バイオマス原料と無機成分の両方を含む原料として、ペーパースラッジを用いてもよいが、粉状バイオマス原料とペーパースラッジを併用することも好ましい。例えば、粉状バイオマス原料とペーパースラッジを組み合わせて用いることにより、Ｃａ、Ｓｉ及びＡｌの添加量を調整することもできる。

ペーパースラッジの平均粒子径は特に限定されるものではないが、平均粒子径は１μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以上であることがさらに好ましい。また、ペーパースラッジの平均粒子径は１０００μｍ以下であることが好ましく、８００μｍ以下であることがより好ましく、５００μｍ以下であることがさらに好ましい。所望の粒子径を有するペーパースラッジを得るためには、製紙工程から回収されるペーパースラッジを粉砕する工程を設けてもよい。

（澱粉）
本発明の発泡体は澱粉を含む。澱粉としては、例えば、馬鈴薯澱粉、小麦澱粉、タピオカ澱粉、トウモロコシ由来澱粉等を挙げることができる。トウモロコシ由来の澱粉としては、コーンスターチ、ワキシーコーンスターチ等が挙げられる。中でも、澱粉は、コーンスターチであることが好ましい。また、澱粉としては、エステル化処理、エーテル化処理、酸化処理、アルカリ処理、酵素処理、漂白処理等を施した加工澱粉を用いることもできる。

発泡体の全質量に対する澱粉の含有量は、５質量％以上であることが好ましく、１０質量％以上であることがより好ましく、１５質量％以上であることがさらに好ましく、２０質量％以上であることが特に好ましい。また、発泡体の全質量に対する澱粉の含有量は、８０質量％以下であることが好ましく、７５質量％以下であることがより好ましく、７０質量％以下であることがさらに好ましい。澱粉の含有量を上記範囲内とすることにより、発泡体を形成する際の発泡性をより高めることができ、さらに発泡体の弾性を高めることができる。また、澱粉の含有量を上記範囲内とすることにより、発泡体を構成する各種原料を溶融混練した際の混練均一性をより高めることができ、発泡体の強度を高めることができる。

（樹脂成分）
本発明の発泡体は樹脂成分を含む。樹脂成分としては、熱可塑性樹脂や水溶性樹脂、生分解性樹脂を用いることが好ましい。樹脂成分としては、例えば、ナイロンなどのポリアミド系樹脂；ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体などのポリオレフィン系樹脂；ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂；ポリメチルメタクリレートやポリエチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂；ポリスチレン、（メタ）アクリル酸エステル−スチレン樹脂などのスチレン系樹脂等を挙げることができる。また、生分解性樹脂として、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリビニルアルコール系樹脂等を挙げることができる。中でも、樹脂成分は、ポリオレフィン系樹脂及び生分解性樹脂から選択される少なくとも１種であることが好ましい。より具体的には、樹脂成分は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール及びポリ乳酸から選択される少なくとも１種であることが好ましい。

発泡体の全質量に対する樹脂成分の含有量は、５質量％以上であることが好ましく、１０質量％以上であることがより好ましく、１５質量％以上であることがさらに好ましい。また、発泡体の全質量に対する樹脂成分の含有量は、７０質量％以下であることが好ましく、６５質量％以下であることがより好ましく、６０質量％以下であることがさらに好ましい。樹脂成分の含有量を上記範囲内とすることにより、発泡体の弾性や柔軟性を高めることができる。また、樹脂成分の含有量を上記範囲内とすることにより、発泡体の強度を高めることができる。

（水分）
本発明の発泡体は水分を含む。水は発泡体の弾性や柔軟性を高めるが、発泡体の製造工程において、水は膨張剤としても機能する。すなわち、発泡体を形成するための溶融混練原料中に水が含まれることで、加熱した際に水蒸気となる性質を利用して発泡体を得る。

発泡体中に含まれる水分の含有量は、発泡体の全質量に対して５〜２０質量％であることが好ましい。なお、発泡体中に含まれる水分の含有量を算出する際には、まず発泡体を室温２３℃、相対湿度５０％の環境下で一晩静置して調湿し、重量を測定する。次いで、発泡体を１０５℃の乾燥機で２時間処理し、重量を測定する。そして、下記の式で水分の含有量を算出する。
水分の含有量（質量％）＝（乾燥前重量―乾燥後重量）／乾燥前重量×１００

（任意成分）
本発明の発泡体は、上述した成分の他に任意成分を含んでもよい。例えば、発泡体を形成するためには、溶融混練原料中に膨張剤を添加してもよい。膨張剤としては、例えば、エタノール、２−プロパノール、アセトン等の有機溶剤や、窒素や二酸化炭素等のガスを挙げることができる。また、膨張剤としては、炭酸水素ナトリウムやアゾ化合物といった化合物を挙げることができる。

任意成分としては、膨張剤の他に、例えば、架橋剤、潤滑剤、可塑剤、着色剤、紫外線吸収剤、防腐剤、殺菌剤、香料、界面活性剤等を挙げることができる。

（発泡体の製造方法）
本発明の発泡体の製造方法は、粉状バイオマス原料、澱粉、Ｃａ、Ｓｉ及びＡｌを含む無機成分、樹脂成分及び水を溶融混練する工程と、溶融混練した原料を射出口から射出する工程とを含む。

図１には、本発明の発泡体を製造するための製造装置（押出成形機）の一例が示されている。押出成形機１００は、原料を投入するホッパー１０と、内部にスクリュー４０を備えた本体部（シリンダ）２０と、シリンダ２０の下流端に設けられた射出口（ノズル）５０とを備える。なお、スクリュー４０は少なくとも１本設けられていればよいが、２本以上設けられていてもよい。図１に示されるように、スクリュー４０が２本設けられている押出成形機を二軸押出成形機という。また、シリンダ２０の中間位置には、内部の混合物にタンク３０内の水を供給する給水路３５が設けられている。なお、図示していないが、シリンダ２０の外周部にはシリンダ２０を加熱するためのヒーターが複数備え付けられていてもよい。さらに、シリンダ２０の上流側には、スクリュー４０を回転させるためのモーター４５が設けられている。

溶融混練する工程では、まず、ホッパー１０に粉状バイオマス原料、澱粉、Ｃａ、Ｓｉ及びＡｌを含む無機成分及び樹脂成分が投入され、混合される。この際、樹脂成分は樹脂ペレットとして投入されることが好ましい。ホッパー１０で混合された原料は、シリンダ２０に供給され、シリンダ２０内で２本のスクリュー４０によって撹拌されながら、加熱されることによって溶融混練が行われる。なお、溶融混練時のシリンダ２０内の温度は、１２０℃以上であることが好ましく、１５０℃以上であることがより好ましい。また、溶融混練時のシリンダ２０内の温度は３００℃以下であることが好ましく、２５０℃以下であることがより好ましい。

シリンダ２０内では、給水路３５から加熱された水が供給され、溶融混練された原料と混合される。加熱された水は、溶融された原料と共にさらに加熱されることで、その少なくとも一部が気化する。これにより、原料内部に多数の気泡が形成される。

シリンダ２０で溶融混練された原料は、射出口（ノズル）５０から射出される。射出口は、１つのノズルからなるものであってもよいが、複数個のノズルからなるものであってもよい。シリンダ２０で溶融混練された原料は、ノズルの細孔から押し出されることで、大気圧下に開放されるため、溶融混練された原料に含まれる水が気化したり、原料内部に抱き込まれた気泡が膨張することで、発泡体１が形成される。このような工程で形成される発泡体１は棒状の発泡体である。なお、射出口が複数個のノズルからなるものである場合、複数の棒状発泡体が同時に形成され、その後に押圧工程等が設けられることで、例えば、板状に成形されてもよい。

各ノズル５０のノズル径（直径）は、１ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましい。また、ノズル径（直径）は、１０ｍｍ以下であることが好ましく、８ｍｍ以下であることがより好ましい。また、溶融混練された原料を射出する際の、射出圧力は５００〜５０００ｋｇ／ｃｍ²であることが好ましく、射出速度は５〜５００ｃｍ³／ｓｅｃであることが好ましい。

以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。

（実施例１）
木材パルプ（王子製紙社製ＬＢＫＰ）をボールミルで平均粒子径が１００μｍとなるまで粉砕し、セルロース粉末を得た。また、（製紙工程）で排出される廃棄物であるペーパースラッジをボールミルで平均粒子径が５０μｍとなるまで粉砕し、ペーパースラッジ粉末を得た。セルロース粉末３０質量部、澱粉（イングレディオン社製、ＣＡＴ０３０８）４９質量部、ポリプロピレン（日本ポリプロ株式会社製、ＢＣ８）２０質量部、ペーパースラッジ粉末１質量部を、二軸押出成形機（日本製鋼所製、ＴＥＸ５８Ｆ）の上流のホッパーに投入し混合した。

混合した原料を二軸押出成形機の本体部（シリンダ）内で溶融混練し、その際に水１０質量部を連続して加え、混練した。なお、二軸押出成形機内の温度は１８０℃とし、スクリュー径は２８ｍｍ、スクリュー回転速度は２６５ｒｐｍとした。溶融混練した原料を二軸押出成形機の射出口（ノズル）から射出することで発泡体を得た。この際の二軸押出成形機の射出口のノズル径は４ｍｍとし、射出圧力は１９９０ｋｇ／ｃｍ²，射出速度は８０ｃｍ³／ｓｅｃとした。

（実施例２〜５及び比較例１）
ホッパーに投入する原料の配合量を表１に記載のとおり変更した以外は、実施例１と同様にして発泡体を作製した。

（比較例２）
セルロース粉末３０質量部、澱粉４９質量部及びポリプロピレン２０質量部と、予め良く混連した炭酸カルシウム（関東化学製）０．２質量部と二酸化ケイ素（関東化学製）０．１質量部を、二軸押出成形機の上流のホッパーに投入し混合した以外は、実施例１と同様にして発泡体を作製した。

（評価）
＜発泡体中の無機元素定量方法＞
（Ｃａ、Ａｌの測定方法）
（１）まず発泡体の灰化を行った。具体的には、発泡体を粉砕機（大阪ケミカル製ＤＭ−６）で粉砕し、磁性るつぼに粉砕物を移し、電気炉（５２５℃）で２時間焼成した。その後、得られた灰分を正確に秤量し、発泡対中の灰分率を算出した。
灰分率％＝灰分重量ｇ／発泡体重量ｇ×１００
（２）次いで、測定サンプルの調製（灰分の酸溶解）を行った。具体的には、（１）で得られた灰分１ｇを正確に計り取り、テフロン製容器に移し、５０％硝酸２０ｍＬを加えて１２０℃で加熱した。その後、アドバンテック製ろ紙（Ｎｏ．２）を用いて未溶解分をろ過した。ろ液を１００ｍＬのメスフラスコに移し、イオン交換水で定容して測定サンプルを調製した。なお後述の検量線内に測定値が入るよう、必要に応じて希釈した。
（３）測定サンプルについて、以下の条件でＩＣＰ（微量元素抽出）発光分光分析を行った。
ＩＣＰ装置：リガク製 ＣＩＲＯＳ１２０。
Ａｌ測定波長：１６７．０７８ｎｍ
Ｃａ測定波長：４２２．６７６ｎｍ
プラズマ出力：１４００Ｗ
プラズマガス（Ａｒ）流量：１４．０Ｌ／ｍｉｎ
補助ガス（Ａｒ）流量：１．０Ｌ／ｍｉｎ
キャリアガス（Ａｒ）流量：０．９Ｌ／ｍｉｎ
（４）検量線用の試薬を用いて検量線を作成した。なお、検量線用の試薬としては、以下のものを用いた。
Ｃａ標準液（関東化学製）濃度１０００ｍｇ／Ｌ
Ａｌ標準液（関東化学製）濃度１０００ｍｇ／Ｌ
それぞれの標準液を０、１０、２０、４０、６０、８０、１００ｍｇ／Ｌに希釈して検量線用のサンプルを調製し、（３）と同じ条件でＩＣＰ発光分光分析を行い、検量線を作成した。この検量線から測定サンプル中に含まれるＣａ、Ａｌ含有量をそれぞれ算出し、以下の式から灰分中のＣａ及びＡｌ含有量を算出した。
灰分中の各元素含有量（質量％）＝測定サンプル中各元素濃度（ｍｇ／Ｌ）×０．１（Ｌ）／１０００（灰分重量（ｍｇ））
次いで、発泡体中の各元素含有量は下記の式で算出した。
発泡体中の各元素含有量（質量％）＝発泡体中灰分含有量（質量％）×灰分中各元素含有量（質量％）
（Ｓｉの測定方法）
（１）まず発泡体の灰化を行った。具体的には、発泡体を粉砕機（大阪ケミカル製ＤＭ−６）で粉砕し、磁性るつぼに粉砕物を移し、電気炉（５２５℃）で２時間焼成した。その後、得られた灰分を正確に秤量し、発泡対中の灰分率を算出した。
灰分率％＝灰分重量ｇ／発泡体重量ｇ×１００
（２）次いで、測定サンプルの調製（シリカのアルカリ溶解）を行った。具体的には、（１）で得られた灰分１ｇをテフロン製容器に移し、２０％水酸化カリウムを２５ｇ加えてオートクレーブで１２０℃、２時間加熱した。その後、アドバンテック製ろ紙（Ｎｏ．２）を用いて未溶解分をろ過した。ろ液を１００ｍＬのメスフラスコに移し、イオン交換水で定容して測定サンプルを調製した。なお後述の検量線内に測定値が入るよう、必要に応じて希釈した。
（３）測定サンプルについて、以下の条件でＩＣＰ（微量元素抽出）発光分光分析を行った。観測する発光波長を２５１．６１２ｎｍに変更した以外は、上述した方法と同様の方法で測定を行った。
（４）検量線用の試薬を用いて検量線を作成した。なお、検量線用の試薬としては、以下のものを用いた。
Ｓｉ標準液（関東化学製）濃度１０００ｍｇ／Ｌ
それぞれの標準液を０、１０、２０、４０、６０、８０、１００ｍｇ／Ｌに希釈して検量線用のサンプルを調製し、（３）と同じ条件でＩＣＰ発光分光分析を行い、検量線を作成した。この検量線から測定サンプル中に含まれるＳｉ含有量を算出し、以下の式から発泡体中のＳｉ含有量を算出した。
灰分中のＳｉ含有量（質量％）＝測定サンプル中Ｓｉ濃度（ｍｇ／Ｌ）×０．１（Ｌ）／１０００（灰分重量ｍｇ）
発泡体中のＳｉ含有量（質量％）＝発泡体中灰分含有量（質量％）×灰分Ｓｉ元素含有量（質量％）

＜目詰まり頻度の測定＞
二軸押出成形機に原料を投入しているのにも関わらず吐出が停止した場合に、目詰まりが発生したとして、発泡体が押出機の射出口から射出され始めた時間を０時間として、目詰まりの発生が確認されるまでの時間を測定した。その時間から１時間あたりの目詰まりの発生回数を算出した。

＜強度の測定＞
発泡体を縦１０ｍｍ×横１５０ｍｍ×高さ９ｍｍの直方体に裁断し、連続的に射出口から射出される方向が引張方向となるように、引張試験に供試した。引張強度はテンシロン（ＡＮＤ製、ＲＴＧ−１３１０）にて下記の条件で測定し、１０回測定を繰り返した平均値を採用した。
スパン長：１００ｍｍ
引張速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ

実施例では、優れた強度を有する発泡体が得られた。また、実施例においては、発泡体の製造工程において、射出口（ノズル）の目詰まりの発生が抑制されていた。

１ 発泡体
１０ ホッパー
２０ シリンダ
３０ タンク
３５ 給水路
４０ スクリュー
４５ モーター
５０ ノズル
１００ 押出成形機

Claims (7)

1. 粉状バイオマス原料、澱粉、無機成分及び樹脂成分を含む発泡体であって、
   前記無機成分として少なくともＣａ、Ｓｉ及びＡｌを含み、
   前記発泡体の全質量に対する前記Ｃａの含有量が１５質量％以下であり、前記発泡体の全質量に対する前記Ｓｉの含有量が５質量％以下であり、前記発泡体の全質量に対する前記Ａｌの含有量が５質量％以下であり、
   前記発泡体の全質量に対する前記Ｃａ、前記Ｓｉ及び前記Ａｌの合計含有量が０．１質量％以上である、発泡体。
2. 前記粉状バイオマス原料がセルロース由来原料である請求項１に記載の発泡体。
3. 前記樹脂成分が、ポリオレフィン系樹脂及び生分解性樹脂から選択される少なくとも１種である請求項１又は２に記載の発泡体。
4. 前記発泡体の全質量に対する前記粉状バイオマス原料の含有量が、５〜５０質量％である請求項１〜３のいずれか１項に記載の発泡体。
5. 前記発泡体の全質量に対する前記澱粉の含有量が、５〜８０質量％である請求項１〜４のいずれか１項に記載の発泡体。
6. 前記発泡体の全質量に対する前記樹脂成分の含有量が、５〜７０質量％である請求項１〜５のいずれか１項に記載の発泡体。
7. 前記粉状バイオマス原料と前記無機成分を含む原料として、ペーパースラッジが用いられる請求項１〜６のいずれか１項に記載の発泡体。

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