JP3113706B2

JP3113706B2 - 生分解性発泡体の製造法

Info

Publication number: JP3113706B2
Application number: JP03199144A
Authority: JP
Inventors: 仁司寺西; 正之一色; 益生藪
Original assignee: Sanwa Starch Co Ltd
Current assignee: Sanwa Starch Co Ltd
Priority date: 1991-08-08
Filing date: 1991-08-08
Publication date: 2000-12-04
Anticipated expiration: 2015-12-04
Also published as: JPH0539377A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多糖類及び又は多糖類
誘導体を主成分とする素材に対し水分、気泡調整剤の添
加量を適切に選択することにより、押出機を使用して、
低密度、高弾性率、しかも圧縮強度に優れ、容易に生分
解することを特徴とする発泡性包装材料等の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】大量に発生する汎用プラスチック類の廃
棄物は、埋立て処理及び焼却処理共に大きな社会問題に
なっている。とりわけ、発泡ポリスチレン、発泡ポリエ
チレン、発泡ポリウレタン、発泡ポリエチレンテレフタ
レート等を使用した使い捨て包装容器、包装材料、例え
ば、トレー、カップ、シート、緩衝充填剤等を代替しう
る生分解性素材の開発は社会的要求に基づく緊急の課題
である。しかしながら、現時点で満足できる代替製品の
無いのが実情である。

【０００３】一般的な従来法は１)澱粉、水、ベーキン
グパウダー混合物の加熱オーブンによる焼成方式、２)
水分を含有した澱粉含有体(米、ポップコーンなど)を圧
力下に一定時間焼成後、急激に開放する方法、３)澱
粉、水、ベーキングパウダーなどをあらかじめ混合した
ものを押出し発泡させる方法などが挙げられる。それら
の方法の改良法として、例えば、特公昭５３−３９９０
２号公報では、澱粉に対し、沸点１００℃以下の水可溶
性の有機溶剤を必須成分とし、必要により可塑剤、安定
剤、充填剤、気泡調整剤(炭酸カルシウム、タルク、ベ
ントナイトなど)を添加して押出成型することにより澱
粉質発泡体を製造する方法を記載している。この特許の
方法は、前記従来法に比較して工業的生産性、発泡倍
率、気泡の均一性に優れているとしているが、その実施
例に記載された発泡倍率は、６.４〜８.３倍程度の低い
もので、発泡スチレン代替製品としては到底実用に供し
えないものである。

【０００４】公表特許公報昭５９−５００２５１号公報
では、澱粉に対し水１０〜３０％、ガス形成性またはガ
ス発生性膨張剤の存在下に６０〜２２０℃で押出し成型
すると記載しているが、この発明のガス形成性またはガ
ス発生性膨張剤とは、炭酸金属塩と有機酸の反応による
炭酸ガスを意味している。従来より、金属炭酸塩と有機
酸は混合接触する場合、特に水分含有状態においては、
直ちに炭酸ガスを発生することはよく知られている。従
って、金属炭酸塩と有機酸の混合物の使用前保存安定性
には問題がある。更に、発泡に温度依存性がないため、
押出機内での加熱温度と無関係に発泡し、目的とする発
泡体を得ることが困難であり、到底工業的に実施できな
いものである。

【０００５】特開平２−２９８５２５号では、少なくと
も４５％のアミロースを含有した澱粉を使用した発泡
性、低密度、独立気泡性、弾性、かつ圧縮性の生分解性
成形物を開示している。当該特許においては、普通種コ
ーンスターチを使用した場合、圧縮性は高いが弾性率が
０％、即ち復元性が無く容易に破壊に至るから使用でき
ないとし、アミロース含有量４５％以上を必須としてい
る。

【０００６】特開昭５０−８３４６９号では、アミロー
スに水および必要に応じ可塑剤を混合したものを、押出
温度１２５〜２００℃で成型することを特徴とするアミ
ロース発泡体の製造法を記載している。普通種コーンス
ターチがアミロース２５％とアミロペクチン７５％を含
有するのに対し、ハイアミロース種が４５〜７０％のア
ミロースを含有することはよく知られている。更に、ア
ミロースはそのフィルム形成性、フィルム強度において
アミロペクチンより優れていることも公知の事実であ
る。従って澱粉発泡体の開発に当たってアミロースを素
材に選択することは理解できるが、アミロースの価格は
普通種コーンスターチに比較して、工業的原料として耐
え難い程高価格であり、実用的とは言い難い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、低密度、高
弾性率、高圧縮強度を備え、低価格、しかも、工業生産
性に優れた生分解性発泡体を、多糖類及び又は多糖類誘
導体を含む素材を押出成型により加熱発泡させることに
より製造し、発泡ポリスチレン等環境保全に悪影響のあ
る包装材料の代替製品を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、鋭意研究を重ねた結果、多糖類及び又は多糖類誘導
体と、水、及び加熱ガス発生型の水不溶性気泡調整剤を
特定の比率において押出成形することにより、加熱発泡
させると、優れた効果を発揮することを見いだした。

【０００９】従来より、最も多く使用されているポリス
チレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート等
は、熱可塑性で、その上熱安定性、フィルム性に優れる
ため、フロン或は有機溶剤(ヘプタン、ヘキサンなど)を
含浸したビーズまたはペレットをガラス転移温度付近に
おいて加熱発泡すると、容易に低密度、高弾性率、圧縮
強度に優れた発泡体を形成するが、一方、多糖類及び又
は多糖類誘導体を主成分として含む素材は、熱可塑性で
はなく加熱分解性であるため、適量の水分を含有する場
合にのみ、加熱溶解し押出成形が可能になる。しかしな
がら、多糖類及び又は多糖類誘導体と水のみの混合体で
は、均質な発泡体を得ることが困難であり、圧縮性、即
ち硬さにおいては優れているが、弾性率は０％、従って
復元性は無く、圧縮により容易に破壊に至るとを見いだ
した。また、上記特公昭５３−３９９０２号では、澱粉
に対し、沸点１００℃以下の水可溶の有機溶剤を添加し
て押出成型することにより澱粉質発泡体を製造している
が、密度、弾性率、圧縮性において、不満足なものであ
った。この事実は、使用した水可溶の有機溶剤(例え
ば、エタノール)は水に溶解するために、押出し発泡時
に蒸気圧力を上昇させるのには効果があるが、微泡形成
のための気泡調製剤としての機能をもたないためであ
る。即ち、加熱ガス発生型の気泡調整剤は発生ガスが水
可溶であってはならないことを見いだした。更に、公表
特許公報昭５９−５００２５１号では、澱粉と水及び発
泡剤として金属炭酸塩と有機酸の混合物を使用している
が、本混合物の使用前の保存安定性が極端に悪く、しか
も発泡は化学反応に依存し、押出し温度依存性が無いた
め、目的とする発泡体を得ることが困難であることを突
き止めた。

【００１０】言い替えれば、多糖類及び又は多糖類誘導
体を主成分として含む素材に対し、特定の比率の水分を
含有させ、押出温度において溶融した素材の粘度、フィ
ルム性、ガス保持性を調整し、かつ、適量の加熱ガス発
生型の水不溶性気泡調整剤を加えることにより、均質な
微細気泡を発泡さすことが肝要であることを見いだし
た。即ち、多糖類及び又は多糖類誘導体を主成分として
含む素材と水分及び加熱ガス発生型の水不溶性気泡調整
剤が特定の比率に配合されるときのみ、目的とする発泡
体が得られることを見いだした。その結果、本発明を成
すに至った。

【００１１】即ち、本発明は多糖類及び又は多糖類誘導
体を主成分とする素材１００部を、水５〜４５部、及び
加熱ガス発生型の水不溶性気泡調整剤０.０１〜２０部
の存在下に押出成型により加熱発泡させることを特徴と
する低密度、高弾性率、圧縮強度に優れた生分解性発泡
体の製造方法を提供する。本発明で言う生分解性とは、
自然界に存在する生物及びまたは微生物による分解を意
味する。

【００１２】本発明で言う、多糖類としては、特に制限
はないが、例えば、トウモロコシ、馬鈴薯、タピオカ、
甘薯、小麦等から得られる澱粉、寒天、コンニャク、プ
ルラン、ロカストビーンズガム、キチン、キトサン等及
びセルロース、ヘミセルロース等が例示され、多糖類誘
導体としては上記多糖類のエステル化、エーテル化、酸
化、酵素分解、酸化分解物などが例示される。また多糖
類及びまたは多糖類誘導体以外の成分としては、蛋白、
脂肪などが挙げられる、更に場合により、通常の合成プ
ラスチック、即ちポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
スチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタ
ン、ポリビニルアルコールを混合使用する事ができる
が、生分解性を目的とする本発明の発泡体としては、極
力少量に限定すべきである。従って、多糖類及び又は多
糖類誘導体を６０％(絶乾状態にて)以上含む事が好まし
く、更には８０〜１００％が好ましい。またこれら合成
プラスチックを混合して、使用する場合に空気酸化及び
光分解剤として不飽和脂肪酸及びその金属塩、特に遷移
金属塩を添加し合成プラスチックの分解促進を計ること
ができる。

【００１３】水の含有量は、押し出し条件での良好な発
泡体製造の為に必要な溶融粘度と発泡圧力の調整に重要
な役割を果たし、通常５〜４５部が選択されるが、５部
以下では素材は溶融せず、又４５部以上では、粘度の低
下が激しく、良好な発泡体は得られない。しかし、更に
好ましい範囲としては１０〜２５部である。

【００１４】本発明で言う、気泡調整剤としては、押出
し温度付近において、加熱により水不溶性気体を発生す
る化合物であれば何れでも良いが、例えば、有機発泡
剤：アゾ系；アゾビスイソブチロニトリル、アゾジカル
ボンアミド、バリウムアゾジカルボキシレート、ジアゾ
アミノベンゼン、ヒドラジン系；ジフェニルスルホン−
３,３'−ジススルホヒドラジン、４,４'−オキシビス
(ベンゼンスルホニルヒドラジド)、トリヒドロジノトリ
アジン、アリルビス(スルホヒドラジド)、セミカルバジ
ド系；Ｐ−トルイレンスルホニルセミカルバジド、４,
４'−オキシビス(ベンゼンスルホニルセミカルバジ
ド)、トリアゾール系；５−モルホリル−１,２,３,４−
チアトリアゾール、Ｎ−ニトロソ系；Ｎ,Ｎ'−ジニトロ
ソペンタメチレンテトラミン、Ｎ,Ｎ'−ジメチル−Ｎ,
Ｎ'−ジニトロソテレフタルアミド等が例示される。無
機系ガス発生剤としては、重炭酸アンモニア、重炭酸ソ
ーダ、重炭酸カリなどが例示される。更に、揮発性化合
物、例えば、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、
オクタン、ベンゼン、トルエン、などの炭化水素、その
たエーテル類、エステル類等が挙げられる。又は、上記
揮発性化合物をマイクロカプセル内に保持し、所定の温
度にて放出するように設計されたものでもよい。更に、
従来より知られている多孔質性気泡調整剤であるタル
ク、ベントナイト、炭酸カルシウム等と併用することが
出来る。上記気泡調整剤の気体発生温度は押出条件によ
って適宜選択される。又、上記気泡調整剤は単独又は混
合使用しても良い。又上記気泡調整剤の添加方法につい
ては制限なく、通常多糖類及び又は多糖類誘導体にあら
かじめ混合使用するか、または押出し機内に圧入する。
添加割合は、多糖類及び又は多糖類誘導体を主成分とす
る素材１００部に対し水５〜４５部を用いる系におい
て、加熱ガス発生型の水不溶性気泡調整剤０.０１〜２
０部を用いる。０.０１部以下あるいは２０部以上では
良好な気泡が得られない。可塑剤としては、特に制限は
無いが、低分子のポリ酸化アルキレン；ポリエチレング
リコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレン−
プロピレングリコール、低分子量の有機可塑剤；グリセ
ロール、ペンタエリトリット、グリセロールモノアセテ
ート、グリセロールジアセテート、グリセロールトリア
セテート、プロピレングリコール、ソルビトール、マル
チトール、ジエチルスルホコハク酸ナトリウムなどが例
示される。押出成形条件には、特に制限は無いが、二軸
押出機が好ましく、押出温度は１００〜２５０℃、押出
圧力は１０〜５０ｋｇ／ｃｍ²が好ましい。押出後発泡
体は使用目的にしたがって、各種形状に加工することが
出来る。例えば、棒状発泡体として押出し充填型緩衝材
に、あるいはシート状に押出し包装緩衝材に使用するこ
とが出来る。又このシート状緩衝材の片面又は両面にポ
リエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等のフィル
ムを積層一体化させるか、耐水性塗装を施せば、水分を
含んだ製品等を包装することもできる。

【００１５】本発明の生分解性発泡体は、合成プラスチ
ック等を混合使用しない場合には、水中浸漬、又は土中
に埋没することにより、容易に生物又は、微生物により
消化分解される。本発明で言う低密度とは、０.１ｇ／
ｃｍ³以下、高弾性率とは４０％以上、高圧縮強度とは
０．５ｋｇ／ｃｍ²以上が好ましく、通常は０．５〜
２．０ｋｇ／ｃｍ²の範囲が適当である。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、生分解性に優れ、低密
度、高弾性率、高圧縮強度を備えた環境にやさしい発泡
包装材料を提供することが出来る。

【００１７】(実施例)本発明を実施例により更に詳細に
説明する。本発明はこれら実施例に限定されない。

【００１８】参考例１〜２二種類の市販ポリスチレン発泡緩衝剤の密度、圧縮強
度、及び弾性率の測定値を表１に示した。密度範囲は
０.０１２〜０.０２４ｇ／ｃｍ³と約２倍、圧縮強度は
０.５５９〜１.５３２ｋｇ／ｃｍ²と約３倍、弾性率は
４９〜７５％と約１．５倍の値を示した。これらは各用
途に応じそれぞれ使い分けている。密度は性能の許す限
り軽い方が好ましいが、密度の低下は圧縮強度の低下を
もたらし、圧縮強度と弾性率は反比例の関係にある。従
って、これら３特性のバランスが重要である。

【００１９】

【表１】

【００２０】実施例１〜１０多糖類及び又は多糖類誘導体を主成分とする素材に対
し、水、及び加熱ガス発生型の水不溶性気泡調整剤を必
要量均一混合した組成物を、スクリュー直径４６ｍｍ、
スクリューの長さ／直径比(Ｌ／Ｄ)は１５／１の２軸ス
クリュー押出機に供給した。スクリュー回転数２００ｒ
ｐｍ、押出温度は、水分量、気泡調整剤及び多糖類の種
類により異なり、押出量２５ｋｇ／ｈｒで押出発泡させ
た。

【００２１】表２に示すように、多糖類及び又は多糖類
誘導体、水分量、及び気泡調整剤の量を本発明の範囲に
設定した押出発泡体は総て良好な性能を示した。表２の
酸化コーンスターチとは、Ｂ型粘度：１５ｃｐ(１０
％、５０℃)。酢酸タピオカ澱粉とは、置換度：０.０
３、Ｂ型粘度：９０ｃｐ(２％、４０℃)。ポリビニルア
ルコールとは、(株)クラレ製：ＰＶＡｃｓ(完全けん化
型重合度１，７００)、マイクロカプセルとは、松本
油脂製薬株式会社製：マツモトマイクロスフェアー；熱
膨張性カプセル中に低沸点炭化水素(ブタン、ペンタ
ン、ヘキサンなど)を含有。

【００２２】

【表２】

【００２３】比較例１〜９表３に示すように、本発明の特許請求の範囲外の発泡体
を調製した。比較例１から３に示すように、水分量が本
発明の範囲にあっても気泡調整剤の存在しない系におい
ては、弾性率は０％と極めて脆く、圧縮強度は測定出来
ず、密度もまた重いものであった。気泡調整剤を使用し
ても、その使用量が本発明の範囲以下または以上におい
ては性能は劣ったものになった(比較例４，５)。水分量
が本発明の範囲を越えると、特に２部のように少ない範
囲では、押出そのものが不可能になり、また５０部以上
では硬く脆いものになった(比較例６，７)。炭酸水素ナ
トリウムとアジピン酸の系を気泡調整剤に使用した場合
には、保存中に失活し工業上使用出来ないものであった
(比較例８)。また気泡調整剤がエチルアルコールのよう
に水可溶性の場合にも、気泡調整剤無しの場合と同じ
く、弾性率が０％と使用に耐えるものでは無かった(比
較例９)。このように本発明の範囲を外れると、ポリス
チレン発泡体に匹敵する緩衝材は得られない。

【００２４】

【表３】

【００２５】発泡体の物性評価方法は以下の通りであっ
た。密度：発泡体の密度(ｄ)は、以下の式を用いて計算
した。ｄ＝Ｗ／Ｖ式中、Ｗはサンプルの重量、Ｖはサンプルの体積サンプルの体積Ｖは、一定体積の菜種顆粒にサンプルを
入れ、菜種顆粒の体積の増量分をその値とした。

【００２６】圧縮強度：圧縮強度の測定は、クリープメ
ーター「レオナーＲＥ−３３００５／(株)山電」を用い
た。サンプルは、２ｃｍ角の立方体に切断し、プランジ
ャー(直径４０ｍｍ)にて５０％全面圧縮し、２０秒放置
したときの応力を測定した。圧縮スピードは０.５ｍｍ
／secである。測定は各々新しいサンプルで３回行な
い、その平均を圧縮強度の値とした。高い値はサンプル
が比較的硬いことを意味する。弾性率：圧縮強度テスト終了後１分後のサンプルの高さ
を測定。

【数１】高い弾性率(％)は回復性が優れていることを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＣ０８Ｌ 3:00 (72)発明者藪益生奈良県北葛城郡河合町星和台１丁目12番地６ (56)参考文献特開昭50−109262（ＪＰ，Ａ) 国際公開91／2023（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08J 9/00 - 9/42 B29C 47/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】多糖類及び又は多糖類誘導体を主成分と
する素材１００部を、水５〜４５部、及び加熱ガス発生
型の水不溶性気泡調整剤０.０１〜２０部の存在下に、
押出し成型により加熱発泡させることを特徴とする低密
度、高弾性率、圧縮強度に優れた生分解性発泡体の製造
方法。