JP3038158B2

JP3038158B2 - 紙を用いた成型物、緩衝材およびその製造方法

Info

Publication number: JP3038158B2
Application number: JP33032196A
Authority: JP
Inventors: 康夫鈴木; 尚洋佐藤; 啓雄伊藤; 展豊島; 輝式曽根; 昇鈴木
Original assignee: SUZUKI INDUSTRY CO., LTD.; Miyagi Prefectural Government.
Current assignee: SUZUKI INDUSTRY CO., LTD.; Miyagi Prefectural Government.
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1996-11-25
Publication date: 2000-05-08
Anticipated expiration: 2016-11-25
Also published as: JPH10152173A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紙を用いた成型
物、緩衝材およびその製造方法に関し、特に、古紙を用
いてその再資源化を可能にするものである。

【０００２】

【従来の技術】優れた緩衝性能や価格面から、従来、家
電製品や精密機器、ＯＡ機器用の緩衝材として発泡スチ
ロ−ルに代表されるプラスチック系緩衝材が広く用いら
れてきた。しかしながら、近年、環境により優しい緩衝
材が求められ、段ボ−ルやパルプモ−ルド、あるいは古
紙を再生した紙系の緩衝材が一躍注目されるようになっ
てきている。

【０００３】現在使用されている紙系緩衝材は、パルプ
モ−ルド、段ボ−ルシ−ト加工品、積層段ボ−ル、紙
管、再生紙の成形加工品、クラフト紙の多層化材等に大
きく分類される。しかしながら、紙系緩衝材は発泡プラ
スチック系緩衝材と比較した場合、物性や緩衝性での評
価が発泡プラスチックに圧倒的に劣っている。まず、紙
系緩衝材には復元力がなく、圧力や衝撃が掛かって凹む
と元に戻らない。また、紙系緩衝材は、一般にシート状
の成形品であり、ブロック状の発泡プラスチック系緩衝
材の代わりにはなり難い。

【０００４】これらの一般の紙系緩衝材に対し、低比重
で、弾力性能・クッション性能を持たせた従来の紙系緩
衝材として、例えば、特開平７−１７５７１号公報に示
すものがある。すなわち、澱粉と古紙と水とを混練し、
発泡成形させて緩衝材を製造するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
７−１７５７１号公報に示す緩衝材は、発泡性に欠ける
ため、十分な弾力性能を得られないという問題点があっ
た。

【０００６】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、紙を用いた新規な成型物、弾力性
能に優れた緩衝材およびその製造方法を提供することを
目的とする。

【０００７】

【問題を解決するための手段】一般に、緩衝作用を得る
ためには、気体の取り込みなどにより、全体の比重を軽
くする必要がある。たとえば、発泡スチロールでは、ポ
リスチレンビ−ズにプロパン、ブタンなどの脂肪属炭化
水素を含浸させた後、それらを生蒸気で気化させて気泡
を取り込ませている。一般に、発泡剤の種類としては、
アルミナ触媒、チグラーナッタ触媒、ウレタン系発泡
剤、重曹(NaHCO₃)、天然物では、卵白、デンプン等の多
糖類などが挙げられる。

【０００８】発明者らは、発泡スチロ−ルのごとき低比
重で、弾力性能を付与し、しかも環境を十分考慮した発
泡系として、泡立てによる空気発泡を指向した。すなわ
ち、（１）空気を取り込み発泡する、（２）保護コロイ
ド性（粒子を包み込む性質）が高い、（３）膠などに見
られるように接着剤としての働きがある、等の作用を同
時に満たすようなバインダーを天然物中に求めた。その
結果、ゼラチンが、好適であることを見出し、本発明を
完成した。

【０００９】すなわち、本発明に係る紙を用いた成型物
は、紙成分とゼラチンを５０重量％以上含むバインダー
と架橋反応促進剤と柔軟化剤とを混合した発泡成形物か
ら成ることを特徴とする。

【００１０】本発明に係る紙を用いた緩衝材は、紙成分
とゼラチンを５０重量％以上含むバインダーと架橋反応
促進剤と柔軟化剤とを混合した発泡成形物から成り、柔
軟性を有することを特徴とする。

【００１１】本発明に係る紙を用いた緩衝材では、前記
紙成分は古紙の粉砕物または解繊物から成り、前記バイ
ンダーは天然物から成ることが好ましい。しかしなが
ら、紙成分は、パルプまたは一般の紙の粉砕物または解
繊物から成ってもよい。バインダーは、卵白、デンプン
等の多糖類などの天然物バインダーを含んでいてもよ
い。

【００１２】本発明に係る紙を用いた成型物の製造方法
は、紙と、水と、ゼラチンを５０重量％以上含むバイン
ダーと架橋反応促進剤と柔軟化剤とを混合し、空気によ
り発泡成形することにより得られる、紙を用いた成型物
において、柔軟化剤の添加量を調節することにより、そ
の柔軟性を調節することが可能であることを特徴とす
る。

【００１３】本発明に係る紙を用いた緩衝材の製造方法
は、微粉化した古紙と、水と、ゼラチンと、架橋反応促
進剤と、柔軟化剤とを撹拌混合し、発泡することにより
得られる、柔軟性を有する紙を用いた緩衝材において、
柔軟化剤の添加量を調節することにより、その柔軟性を
調節することが可能であることを特徴とする。

【００１４】本発明に係る紙を用いた緩衝材の製造方法
では、発泡成形する前に架橋反応促進剤を混合すること
が好ましい。

【００１５】本発明に係る紙を用いた緩衝材の製造方法
では、発泡成形する前に柔軟化剤を混合することが好ま
しい。

【００１６】

【００１７】この場合、ゼラチンの水への添加割合は、
１〜５（ｗ／ｖ）％であり、特に、３〜５（ｗ／ｖ）％
が最適である。１（ｗ／ｖ）％未満では結合力が弱くな
り、５（ｗ／ｖ）％を超えると泡立ちすぎる傾向があ
る。古紙の水への添加割合は５〜１０（ｗ／ｖ）％であ
り、７．５（ｗ／ｖ）％が最適である。５（ｗ／ｖ）％
未満または１０（ｗ／ｖ）％を超えると、成形性が悪く
なる傾向がある。古紙は、予めターボカッターで粗砕し
た後、ミルで３，０００〜６，０００ｒｐｍに高速回転
して微粉化したものが好ましい。微粉化された古紙のサ
イズは、一例を挙げれば、最大径が２〜５ｍｍ程度であ
る。攪拌混合は、数分間の高速撹拌により泡立たせるよ
う行うことが好ましい。攪拌混合は、ゼラチン溶液に古
紙を添加した後に行っても、古紙と水とを混合したもの
にゼラチンを添加した後に行ってもよい。

【００１８】本発明に係る紙を用いた緩衝材の製造方法
では、前記架橋反応促進剤は、トランスグルタミナーゼ
に代表される架橋促進酵素、アルデヒド化合物であるホ
ルマリン、アセトアルデヒド、グルタルアルデヒド、錯
イオンである明礬（硫酸アルミニウムカリウム）または
これらの２種以上から成ることが好ましい。

【００１９】架橋反応促進剤は、泡が立った形状を安定
化させるために用いられる。架橋反応促進剤は、水に対
して概ね２〜１０（ｖ／ｖ）％程度の配合が望ましい。

【００２０】本発明に係る紙を用いた緩衝材の製造方法
では、前記柔軟化剤は、グリセリン、エチレングリコー
ル、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、
トリエタノールアミン、ポリビニルアルコールまたはこ
れらに糖類を加えたものまたはこれらの２種以上から成
ることが好ましい。

【００２１】柔軟化剤は、形状安定化した発泡体に弾力
性を与えるために用いられ、ゼラチンへの保湿性を考慮
したものを用いることが望ましい。柔軟化剤は、水に対
して概ね２〜１０（ｖ／ｖ）％程度加えれば十分な弾力
性が得られる。

【００２２】本発明に係る紙を用いた緩衝材の製造方法
では、発泡後、加熱、凍結乾燥、マイクロ波照射または
自然乾燥によって乾燥させることが好ましい。

【００２３】攪拌後の混合物を型の中に入れて乾燥する
ことにより、緩衝材が得られる。乾燥する際は、発泡体
内部から乾燥させることが望ましい。凍結乾燥法を使用
する場合には、形状を安定化させるための架橋反応促進
剤の添加が無くてもよい。

【００２４】本発明に係る紙を用いた成形物は、梱包用
の緩衝材のほか、断熱材、園芸用資材、その他に用いら
れてもよい。本発明に係る紙を用いた成形物は、紙成分
およびゼラチンなどの天然物から成るため、自然界で容
易に分解される。

【００２５】バインダーにゼラチンを用いて緩衝材を製
造する場合、ゼラチンの水への最適な添加割合を調べる
ため、実験１を行った。

【００２６】〔実験１〕（１）ゼラチンと水とを表１に示す割合で計りとり、室
温で30分以上放置後、50℃〜70℃で水浴により加温し
た。

【００２７】

【表１】

【００２８】（２）古紙を40ｇ計りとり、溶液に添加し
た。古紙には、予めターボカッターで粗砕した新聞古紙
をミルで３，０００〜６，０００ｒｐｍに高速回転して
微粉化したものを用いてある。（３）これを、30分撹拌
した。（４）撹拌後、ゲル状の溶液を、ビーカーにビニ
ール袋をかぶせたものに移し入れ、室温または冷蔵条件
で、保管し凝固させた。（５）凝固後、40℃で５〜７日
間乾燥させた。得られた成型物について、最も成形性の
良いものを◎、成形性の良いものを○、成形性の悪いも
のを×で評価した。その結果を表２に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２から、ゼラチンの水への添加割合はサ
ンプル３、すなわち５（ｗ／ｖ）％が最も良好であり、
ゼラチン濃度が濃くなるにつれ、泡立ちすぎる傾向を示
すことがわかる。

【００３１】また、バインダーにゼラチンを用いて緩衝
材を製造する場合、紙成分の水への最適な添加割合を調
べるため、実験２を行った。

【００３２】〔実験２〕（１）ゼラチン20ｇを計りとり400ml の水に溶かし、室
温で30分以上放置後、50℃〜70℃で水浴にて加温し、ゼ
ラチン5%溶液を作った。（２）新聞紙の古紙を25ｇ、30
ｇ、40ｇ、45ｇの量でそれぞれ計り、溶液に添加した。
（３）これを、30分撹拌した。攪拌は、粉末状の古紙と
ゼラチン溶液とが分離しないよう十分に行った。（４）
撹拌後、ゲル状の溶液を、ビーカーにビニール袋をかぶ
せたものに移し入れ、室温または冷蔵条件で、保管し凝
固させた。（５）凝固後、40℃で５〜７日間乾燥させ
た。ゼラチンの融点は約40℃であるので、これ以上加熱
するとゼラチン分が溶けだす恐れがあるので、望ましく
ないと思われる。得られた成型物について、最も成形性
の良いものを◎、成形性の良いものを○、成形性の悪い
ものを×で評価した。その結果を表３に示す。

【００３３】

【表３】

【００３４】表３から、古紙の水への添加割合が７．５
（ｗ／ｖ）％のとき最も成形性が良かった。但し、いず
れのサンプルにおいても大変硬く、緩衝材として必要な
弾力性は得られなかった。サンプル４ａ、４ｂは乾燥前
の状態と比較すると形状が大きく変化し、扁平なものと
なった。さらに、サンプルを切断し断面を観察したとこ
ろ、ゼラチンの成分が表面に浮き出していることが分か
った。サンプル４ａ、４ｂでは、この膜がサンプル全体
を包み込むために硬化したものと推測される。この原因
の一つは古紙に対してゼラチンの割合が多いと考えら
れ、古紙の量とゼラチンの分量との加減も重要な因子で
あることが認められる。

【００３５】また、バインダーにゼラチンを用いて緩衝
材を製造する場合、架橋反応促進剤および柔軟化剤の種
類と、水への最適な添加割合とを調べるため、実験３を
行った。

【００３６】〔実験３〕（１）ゼラチン20ｇを計りとり400ml の水に溶かし、室
温で30分以上放置後、50℃〜70℃で水浴にて加温し、ゼ
ラチン5%溶液を作った。（２）溶液に表４および表５に
示す量の添加剤を添加した。（３）新聞紙の古紙を30ｇ
または40ｇ計りとり、溶液に添加した。（４）これを、
30分撹拌した。（５）撹拌後、ゲル状の溶液を、ビーカ
ーにビニール袋をかぶせたものに移し入れ、室温または
冷蔵条件で、保管し凝固させた。（６）凝固後、40℃で
５〜７日間乾燥させた。得られた成型物について、柔ら
かく成形性の良いものを◎、固いが成形性の良いものを
○、柔らかいが成形性の悪いものを□、固くて成形性の
悪いものを×、◎より少し劣るものを△で評価した。

【００３７】

【表４】

【００３８】

【表５】

【００３９】結果を、表４および表５に示す。サンプル
５ａ〜７ｂのように、架橋反応促進剤および柔軟化剤と
して、ホルマリンを40ml添加し、さらにグリセリンを40
mlないし160ml を加えた場合に、かなりの弾力性が得ら
れることが確認された。一方、明礬を添加したものでは
目的とする弾力性こそ示さなかったが、ゼラチンのみを
入れた状態に比べて大変強固なものとなった。また、架
橋反応促進剤は、水に対して概ね１０（ｖ／ｖ）％程度
の配合が望ましいことがわかる。また、柔軟化剤は、水
に対して概ね１０（ｖ／ｖ）％程度加えれば十分な弾力
性が得られることがわかる。

【００４０】また、バインダーにゼラチンを用い、架橋
反応促進剤に明礬を用いて緩衝材を製造する場合、乾燥
法による違いを調べるため、実験４を行った。

【００４１】〔実験４〕（１）ゼラチン5%溶液800ml に新聞紙の古紙80ｇおよび
それぞれ異なる添加剤を添加した。添加剤としては、明
礬のみ、ホルマリンおよびグリセリン、グリセリンのみ
のいずれかを添加した。（２）これを、30分撹拌した。
（３）撹拌後、ゲル状の溶液を３０ｃｍ×２０ｃｍ×５
ｃｍのバット内で発泡、成形させ、冷蔵庫で、保管し凝
固させた。（４）凝固後、乾燥前に重量および寸法を測
定し、次に、30℃〜40℃で５〜７日間の乾燥または２日
間の凍結乾燥を行った後、重量および寸法を測定した。
その結果を表６に示す。

【００４２】

【表６】

【００４３】表６からわかるとおり、凍結乾燥を行った
場合、乾燥の前後でほとんどサンプルの形状および寸法
に変化は見受けられなかった。また、凍結乾燥の場合、
天然乾燥に比べてゼラチン分が全体にむらなく広がり、
見た目も良かった。添加剤による違いをみると、明礬の
みを添加したものでは、凍結乾燥法により非常に良好な
結果が得られた。ホルマリンとグリセリンを添加したも
のでは、天然乾燥の場合でも、ホルマリン臭が若干残っ
ているものの、形状、弾力ともに良いサンプルができ
た。また、ホルマリンとグリセリンを添加したもので
は、明礬の系と比較して寸法の面で、厚さの変化が少な
いことが分かる。これは、グリセリンの保湿性により急
激な水分の蒸発が、ある程度抑えられたためと思われ
る。その一方で蒸発しない水分がサンプル中に残存した
分、重量が若干重いものになった。凍結乾燥法を使用す
る場合、グリセリンのみを添加し、形状を安定化させる
ための架橋反応促進剤の添加が無くても、ホルマリンを
入れ加熱乾燥を施した系と同等の柔軟性および弾力性を
得られた。

【００４４】

【実施例】以下に図面に基づき本発明の実施例について
説明する。（１）ゼラチン40ｇと水800gとを混合し、室温で30分以
上放置後、50℃〜70℃で水浴により加温した。（２）古
紙80ｇおよび添加剤をゼラチン溶液に添加した。古紙に
は、予めターボカッター（ターボ工業（株）製、商品名
「ターボカッターＣ-300」）で粗砕した１２kgの新聞古
紙をミル（ターボ工業（株）製、商品名「ターボミルＴ
-400」）により３，０００ｒｐｍで約６分間、高速回転
して微粉化したものを用いた。添加剤には、グリセリ
ン、ホルマリンまたはポリエチレングリコール（ＰＥ
Ｇ）を用いた。（３）これを、30分撹拌した。（４）撹
拌後、ゲル状の溶液を、ビーカーにビニール袋をかぶせ
たものに移し入れ、冷蔵庫内で４℃の温度条件で、保管
し凝固させた。（５）凝固後、40℃の加熱乾燥または３
５℃の凍結乾燥により緩衝材を得た。サンプルごとの添
加剤の種類と分量、乾燥条件を表７に示す。

【００４５】

【表７】

【００４６】得られた緩衝材について、密度、含水率、
曲げ強度、圧縮強度、吸水量、吸水厚さ膨張率を求め
た。含水率の測定は、ＪＩＳ規格のＡ５９０５−1994の
繊維板に準拠して行った。曲げ強度の測定は、ＪＩＳ規
格のＫ７２２１−1995の硬質発泡プラスチックの曲げ試
験方法に準拠して行った。圧縮強度の測定は、ＪＩＳ規
格のＺ０２３４−1996の包装用緩衝材の静的圧縮試験方
法に準拠して行った。吸水量の測定は、ＪＩＳ規格のＡ
９５１１−1995の発泡プラスチック保温材に準拠して行
った。吸水厚さ膨張率の測定は、ＪＩＳ規格のＡ５９０
５−1994の繊維板に準拠して行った。その結果を図１〜
図６に示す。なお、吸水量および吸水厚さ膨張率は、浸
水１０秒後の厚さを基準として求めた。

【００４７】

【発明の効果】本発明に係る紙を用いた成型物、緩衝材
およびその製造方法によれば、ゼラチンを用いた新規な
成型物、弾力性能に優れた緩衝材およびその製造方法を
提供することができる。

【００４８】特に、本発明に係る緩衝材およびその製造
方法によれば、従来、再利用されても加工度が低かった
新聞紙等の古紙を、新たな性質を持つ緩衝材として有効
に使うことができ、付加価値の高い製品開発が可能にな
る。また、一般廃棄物である古紙等を素材とし、それに
機能性、高付加価値を兼ね備えさせることにより、軽く
てしかも弾力性のある緩衝材に代表される商品を新たに
創り出すことができる。

【００４９】本発明に係る緩衝材の製造方法によれば、
工業化に際し、従来の段ボール製造に代表される紙系緩
衝材製造に不可欠な大型で高額な設備を要せず、中小企
業でも十分参入することができ、紙・パルプ製造業、金
型製造業は勿論のこと、広く廃棄物利用に関連する産業
界の活性化に繋るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で製造した緩衝材の密度を示す
グラフである。

【図２】本発明の実施例で製造した緩衝材の含水率を示
すグラフである。

【図３】本発明の実施例で製造した緩衝材の曲げ強度を
示すグラフである。

【図４】本発明の実施例で製造した緩衝材の圧縮強度を
示すグラフである。

【図５】本発明の実施例で製造した緩衝材の吸水量を示
すグラフである。

【図６】本発明の実施例で製造した緩衝材の吸水厚さ膨
張率を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＤ２１Ｈ 21/56 Ｂ６５Ｄ 81/14 Ｃ (72)発明者伊藤啓雄宮城県仙台市泉区泉ヶ丘四丁目15番６号 (72)発明者豊島展宮城県仙台市青葉区双葉ケ丘二丁目３番 25号 (72)発明者曽根輝式宮城県仙台市宮城野区原町三丁目２番53 号フォレスト・コート原町202 (72)発明者鈴木昇宮城県仙台市若林区中倉二丁目16番15号 (56)参考文献特開平７−18112（ＪＰ，Ａ) 特開平６−93124（ＪＰ，Ａ) 特開平５−320397（ＪＰ，Ａ) 特開平８−34476（ＪＰ，Ａ) 特開平５−287113（ＪＰ，Ａ) 特開平８−109277（ＪＰ，Ａ) 特開平６−157991（ＪＰ，Ａ) 特表平６−507925（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B65D 57/00 - 59/08 B65D 81/00 - 81/06 C08J 9/04 C09H 7/00 D21J 3/00 D21H 17/21 D21H 21/56

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】紙成分とゼラチンを５０重量％以上含むバ
インダーと架橋反応促進剤と柔軟化剤とを混合した発泡
成形物から成ることを特徴とする紙を用いた成型物。
【請求項２】紙成分とゼラチンを５０重量％以上含むバ
インダーと架橋反応促進剤と柔軟化剤とを混合した発泡
成形物から成り、柔軟性を有することを特徴とする紙を
用いた緩衝材。
【請求項３】前記紙成分は古紙の粉砕物または解繊物か
ら成り、前記バインダーは天然物から成ることを特徴と
する請求項２記載の紙を用いた緩衝材。
【請求項４】紙と、水と、ゼラチンを５０重量％以上含
むバインダーと架橋反応促進剤と柔軟化剤とを混合し、
空気により発泡成形することにより得られる、紙を用い
た成型物において、柔軟化剤の添加量を調節することに
より、その柔軟性を調節することが可能であることを特
徴とする紙を用いた成型物の製造方法。
【請求項５】微粉化した古紙と、水と、ゼラチンと、架
橋反応促進剤と、柔軟化剤とを撹拌混合し、発泡するこ
とにより得られる、柔軟性を有する紙を用いた緩衝材に
おいて、柔軟化剤の添加量を調節することにより、その
柔軟性を調節することが可能であることを特徴とする紙
を用いた緩衝材の製造方法。
【請求項６】前記架橋反応促進剤は、架橋促進酵素、ホ
ルマリン、アセトアルデヒド、グルタルアルデヒド、明
礬またはこれらの２種以上から成ることを特徴とする請
求項５記載の紙を用いた緩衝材の製造方法。
【請求項７】前記柔軟化剤は、グリセリン、エチレング
リコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコ
ール、トリエタノールアミン、ポリビニルアルコールま
たはこれらに糖類を加えたものまたはこれらの２種以上
から成ることを特徴とする請求項５または６記載の紙を
用いた緩衝材の製造方法。
【請求項８】発泡後、加熱、凍結乾燥、マイクロ波照射
または自然乾燥によって乾燥させることを特徴とする請
求項５，６または７記載の紙を用いた緩衝材の製造方
法。