JP3261368B2 - 紙繊維を主要成分とする成形材料の調整方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、故紙、紙パルプの
ような紙繊維を利用して育苗容器のような生分解性の製
品を、押し出し成形あるいは射出成形により製造する場
合に使用する成形材料を調整する技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来において、紙繊維と澱粉系結合剤と
水とを含む成形材料を用いて育苗容器のような生分解性
の製品を製造する場合、圧縮成形によるときはタブレッ
ト状に調整した成形材料を用いているが（例えば、特開
平１０−３０９１３５号公報参照）、押し出し成形ある
いは射出成形によるときは、ヘンシェルミキサーにより
攪拌、混合して粉末状もしくはペレット状に調整した成
形材料を用いている（例えば、特開平９−７６２１３号
公報参照）。

【０００３】しかし、粉末状もしくはペレット状に成形
材料を調整する場合、ヘンシェルミキサーにより常温で
攪拌、混合していたので、解繊された紙繊維と澱粉系結
合剤と水とは単に均質に混合された状態で小さいかさ密
度となり、著しくかさ張った状態になっていた。そのた
めに、調整された成形材料は、ホッパーなどから自然落
下させて成形装置に供給するのが困難となり、成形材料
の供給が不安定になり易かった。

【０００４】そして、かさ張っている成形材料を供給し
易くするために、ホッパー内に攪拌装置を取り付けた
り、ホッパーの下部にスクリュウコンベアを取り付けた
りなどして補助手段を設けていたが、このようにする
と、成形装置の構成が煩雑になるという問題点があっ
た。また、補助手段を設けたとしても、成形材料は少量
ずつしか供給することできないので、成形材料の可塑化
と計量とに時間が掛かり、成形材料の調整時間が長くな
るという問題点があった。

【０００５】これらの問題点を解決するために、紙繊維
と澱粉系結合剤と水とを常温で攪拌して混合したのち、
２軸混練押出機により混練して紐状に押し出し、これを
裁断してペレット状の成形材料に調整することにより、
成形材料を減容化してかさ張りをなくしていた（例え
ば、特許第２９１６１３６号公報参照）。この紙繊維と
澱粉系結合剤と水とを常温で攪拌して混合する工程にお
いては、高い速度で攪拌すると紙繊維などが微細化され
てかさ張りが増大し、その結果、混練押出機への供給が
困難となるので、低い速度で混合している。そこで、２
軸混練押出機のような高効率の混練装置を必要としてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の射出成形あるい
は押し出し成形に用いる成形材料の調整方法にあって
は、調整された成形材料はペレット状になっているの
で、自然落下により成形装置に供給し易くなり、成形材
料の供給はスムーズになって成形時間を短くすることは
できるが、反面、２軸混練押出機により予備混練してペ
レット状にするために必要な処理手段および工程数が増
加し、調整工程でのエネルギー消費が大きくなるという
問題点を有するようになる。

【０００７】本発明は、処理手段および工程数を増加さ
せることなく成形材料を減容化し、かさ密度を大きくし
て成形材料の供給を容易にし、調整時間を短縮し、消費
エネルギーを少なくして成形材料を調整することを目的
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の紙繊維を主要成分とする成形材料の調整
方法においては、まず、水と紙繊維とを攪拌することに
より紙繊維を解繊し、ついで、この解繊した紙繊維を、
６０〜１００℃で糊化させた澱粉系結合剤により結合さ
せ、さらに粒状化させることとしている。

【０００９】そして、まず紙繊維は、攪拌されることに
より水を含んだ状態で解繊され（いわゆる解繊工程）、
ついで、澱粉系結合剤を添加して６０〜１００℃で攪拌
されることにより澱粉系結合剤は糊化されて増粘し、こ
の糊化された澱粉系結合剤と解繊された紙繊維とは均質
に混合され、同時に、解繊状の紙繊維は糊化状の澱粉系
結合剤により結合され、さらに、攪拌されることによ
り、紙繊維は粒状に形成される（いわゆる造粒工程）。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の紙繊維を主要成分とする
成形材料の調整方法は、水を添加した紙繊維を攪拌して
紙繊維を解繊し、ついで、少なくとも澱粉系結合剤を添
加して６０〜１００℃で攪拌し、解繊された紙繊維を粒
状化するものである。

【００１１】そして、水を添加した紙繊維は攪拌される
ことにより、集合して絡み合っている紙繊維が叩解状
態、すなわち機械的に切断、離解されて水を含んだ解繊
状態となるが、この段階では、非常にかさ張った状態に
なっている。なお、解繊工程における攪拌では温度に影
響されることは殆どないが、つぎの造粒工程において
は、澱粉系結合剤が急速に糊化して塊状になるのは好ま
しくないので、常温〜６０℃以下の範囲に保持している
ことが好ましい。

【００１２】ついで、この解繊状態の紙繊維に澱粉系結
合剤を添加して６０〜１００℃で攪拌すると、澱粉系結
合剤は解繊されている紙繊維に均一に分散され、ついで
澱粉系結合剤が糊化すると、解繊状の紙繊維は糊化した
澱粉系結合剤により相互に結合された状態となる。この
状態で、さらに攪拌すると、造粒されて紙繊維は密に結
合された粒状体になる。この粒状体は解繊された短い紙
繊維が主成分になっているので、その表面は平滑になっ
ている。

【００１３】なお、澱粉系結合剤を添加して６０〜１０
０℃で攪拌するのは、６０℃以下では澱粉系結合剤の糊
化が起こり難いので、解繊された紙繊維が澱粉系結合剤
により結合されて粒状化され難くなり、１００℃以上で
は澱粉系結合剤の糊化が急速に進行し、それに伴って紙
繊維の粒状化が急速に進行して大きさが不均一となり、
塊状のものも形成されて好ましくないことに起因してい
る。

【００１４】この粒状化された成形材料は、常温付近ま
で冷却したのち、密閉容器に貯蔵しておけば、成形の都
度、成形装置に供給することができる。なお、常温付近
まで冷却する工程では、水分の蒸発が急速に行われる
が、その水分の蒸発は主として粒状体の表面のみで行わ
れ、粒状体の中心部の含水率は比較的に高い状態に維持
されているので、冷却された粒状の成形材料の表面は、
乾燥状態で粘着性が低い状態になっている。

【００１５】そこで、澱粉系結合剤および水が少なくと
も添加されている紙繊維からなる粒状の成形材料は、表
面が乾燥状態で粘着性が低く、かさ密度が高く、球形に
近い状態で粒状化されているので、ホッパーなどより自
然落下させて容易にかつ迅速に成形装置に供給すること
ができるようになる。さらに、紙繊維の解繊、および解
繊された紙繊維と澱粉系結合剤と水との分散混合、澱粉
系結合剤の糊化、解繊された紙繊維同士の結合、紙繊維
の造粒とはひとつの装置で一連の工程として行うことが
できるので、成形材料の調整時間を短縮し、従来におけ
る混練工程を省略することができる。

【００１６】以上説明したように調整して粒状化された
成形材料は、材料成分が殆ど混練されていない状態で均
質に混合された状態になっているので、紙繊維は解繊さ
れた状態で存在し、この解繊された紙繊維の表面は糊化
された澱粉系結合剤により充分に被覆された状態にはな
っていない。しかし、成形する際に、粒状化されている
成形材料を供給する成形装置には混練機能が備えられて
いるので、この混練機能により混練されると、紙繊維間
は良好に絡み合い、また、紙繊維の表面は澱粉系結合剤
により良好に被覆されるようになり、成形品を形成した
場合、その機械的強度を向上させ、表面を平滑して外観
を良好にすることができる。

【００１７】また、粒状化する際に、かさ密度が０．３
〜０．８ｇ／ｃｍ³になるようにすると、自然落下によ
る成形材料の供給が容易かつ良好になって好ましい成形
材料が得られる。

【００１８】また、成形材料としての澱粉系結合剤およ
び水ならびに紙繊維の配合比率としては、発明者らが特
許第２９５１９３３号においてすでに提案しているが、
粒状化する場合の成形材料の配合割合としては、この場
合よりも水の割合が少ない方が粒状化し易くなって好ま
しく、紙繊維５０〜９０部、澱粉または澱粉の１０〜５
０％をポリビニルアルコールにより置き換えた澱粉系結
合剤１０〜５０部の混合物１００部に、水６０〜１２０
部を加えて（固形成分）／（水）の割合を１０／６〜１
０／１２とし、さらに、この混合物１００部に非アルカ
リ金属の長鎖脂肪酸塩を０．２〜２．０部添加したもの
が好ましい。

【００１９】また、成形材料としての澱粉系結合剤およ
び水ならびに紙繊維を攪拌する攪拌装置としては、
（株）三井三池製作所のヘンシェルタイプミキサ、
（株）カワタのスーパーミキサなどを用いることができ
る。そして、解繊工程においては絡み合っている紙繊維
を叩解状態にするので、攪拌速度は速い方が好ましく、
造粒工程において、含水率が小さい場合は攪拌速度が速
くても粒状化することができるが、含水率が大きい場合
は攪拌速度が速すぎると塊状になって粒状化し難くなる
ので好ましくない。そこで、固形成分量１００部に対す
る水の量が８０部以下６０部の範囲では、攪拌速度が速
くても粒状化することができるので、造粒工程における
攪拌速度は解繊工程における場合と同じ攪拌速度にする
ことができる。また、固形成分量１００部に対する水の
量が８０部以上１２０部の範囲では混合物は水を多く含
んでいて軟かく、攪拌速度を速くすると塊状になって粒
状化できないので、造粒工程における攪拌速度は解繊工
程における場合よりもかなり遅くする必要がある。

【００２０】例えば、（株）カワタのスーパーミキサＳ
ＭＶ−２０型の場合、内容積が２０リットル、内径が３
４０ｍｍの円筒状攪拌槽の底部に、最高回転速度が１８
００回／分で回転する攪拌羽根を取り付けている。この
攪拌羽根は長さが３１０ｍｍで円筒状攪拌槽の内壁との
間には１５ｍｍの間隙を形成し、攪拌羽根の外周の最高
円周速度は約２９ｍ／秒となっている。なお、攪拌羽根
としては、下羽根に一枚刃を用い、上羽根に３枚刃を用
いて組み合わせた上下４枚刃とすると、好ましい攪拌能
力が得られる。

【００２１】そして、このスーパーミキサを用いた場
合、水を添加した紙繊維を解繊させる解繊工程における
攪拌速度は、攪拌羽根の円周速度が最高値に近い２０〜
２９ｍ／秒と速くすることが好ましく、澱粉系結合剤を
糊化し、その糊化した澱粉系結合剤により紙繊維を結合
させ、粒状化する造粒工程における攪拌速度は、紙繊維
と澱粉または澱粉の一部をポリビニルアルコールにより
置き換えた澱粉系結合剤とからなる固形成分量１００部
に対する水の量が８０部以下６０部の範囲では、解繊工
程における攪拌羽根の円周速度と殆ど同じ円周速度で粒
状化することができ、また、水の量が８０部以上１２０
部の範囲では、解繊工程における攪拌羽根の円周速度よ
りも小さくする必要がある。この場合、５〜１５ｍ／秒
程度の円周速度にしておくことが好ましい。

【００２２】なお、紙繊維を結合させて粒状化する造粒
工程において、攪拌温度および攪拌羽根の円周速度を低
めにすると、攪拌時間は長くなるが、平滑な表面の粒状
体が得られ易くなる。しかし、造粒工程での攪拌時間が
余りに長すぎると、粒状体の直径が急速に増大して塊状
となる可能性があるので、条件に応じた管理が必要にな
る。

【００２３】また、（株）カワタのスーパーミキサＳＭ
Ｖ−１００型の場合、円筒状攪拌槽の内容積が１００リ
ットル、最高回転速度が１３５０回／分で回転する長さ
５３０ｍｍの攪拌羽根を取り付け、攪拌羽根の外周の最
高円周速度は約３７．４ｍ／秒となっており、このよう
に円周速度が大きくなった場合は、以下に説明するよう
にすることが好ましい。固形成分量１００部に対し、水
の量が６０〜８０部と少ない場合、紙繊維の解繊工程に
おける攪拌羽根の円周速度は最高近くまで速くても良い
が、紙繊維を粒状化する造粒工程における攪拌羽根の円
周速度は、２０〜３０ｍ／秒程度に低くすると良好に粒
状化されて好ましい。

【００２４】さらに、造粒工程における所要時間は、攪
拌する温度として６０〜１００℃の範囲に設定される温
度により決まり、この攪拌温度が高いほど短い時間で粒
状化が完了する。なお、材料成分の温度は、攪拌羽根の
円周速度、材料成分の熱伝達、摩擦熱などにより影響さ
れ、例えば、攪拌羽根の円周速度が大きいと、攪拌され
る材料成分の温度は上記により設定された温度よりも急
激に上昇する。例えば、（固形成分）／（水）の割合が
１０／６〜１０／８を、内壁を７０℃に加温した円筒状
攪拌槽に供給して攪拌した場合、澱粉系結合剤を添加し
て６０秒攪拌した後には粒状化が開始し、９０秒後には
攪拌されている材料成分の温度が９０〜９５℃に上昇し
て粒状化が完了し、平均粒径が６ｍｍ程度の粒状体が得
られる。

【００２５】

【実施例】（実施例１）以下に説明するような条件で調
整する。

【００２６】 ・成形材料の組成（固形成分／水＝１０／７） 紙繊維 ６０部 （カナダ産針葉樹パルプよりなる厚さ３〜４ｍｍの紙原
料を、幅３ｍｍ 、長さ２５ｍｍにシュレッダー加工し
たもの） 澱粉 ２８部 （王子コーンスターチ（株）製のとうもろこし澱粉「コ
ーンＹ」） ポリビニルアルコール １２部 （日本合成化学工業（株）製「ゴーセノールＮＭ−１
４」） 水 ７０部 ステアリン酸亜鉛 １部 ・解繊工程における条件 攪拌円周速度 ２５ｍ／秒 攪拌時間 ９０秒 ・造粒工程における条件 攪拌円周速度 ２５ｍ／秒 造粒工程での攪拌温度を変化させた場合の結果は表１に
示す通りで、澱粉系結合剤を添加し、６０〜１００℃で
攪拌して粒状化すると良好な粒状体が得られ、この温度
範囲外では造粒できなかったり、塊状化して好ましくな
いことがわかる。

【００２７】

【表１】

【００２８】（実施例２）以下に説明するような条件で
調整する。

【００２９】 ・成形材料の組成（固形成分／水＝１０／１０） 紙繊維 ６０部 （カナダ産針葉樹パルプよりなる厚さ３〜４ｍｍの紙原
料を、幅３ｍｍ、長さ２５ｍｍにシュレッダー加工した
もの） 澱粉 ２８部 （王子コーンスターチ（株）製のとうもろこし澱粉「コ
ーンＹ」） ポリビニルアルコール １２部 （日本合成化学工業（株）製「ゴーセノールＮＭ−１
４」） 水 １００部 ステアリン酸亜鉛 １部 ・解繊工程における条件 攪拌円周速度 ２５ｍ／秒 攪拌時間 ９０秒 ・造粒工程における条件 攪拌円周速度 １５ｍ／秒 造粒工程での攪拌温度を変化させた場合の結果は表２に
示す通りで、澱粉系結合剤を添加し、６０〜１００℃で
攪拌して粒状化すると良好な粒状体が得られ、この温度
範囲外では造粒できなかったり、塊状化して好ましくな
いことがわかる。

【００３０】

【表２】

【００３１】なお、解繊工程においては常温で攪拌して
も良いが、解繊工程では温度による影響が殆ど認められ
ないので、解繊工程で攪拌槽をある程度加温して造粒工
程で条件温度に到達する時間を短縮するようにすると、
調整時間を短くすることができて好ましいので、実施例
１および２においては、解繊工程から攪拌槽を６０℃近
傍まで加温している。また、造粒工程での攪拌温度は、
６０℃、７０℃・・と設定しているが、材料成分の攪拌
による摩擦熱、せん断熱などにより材料成分の温度はこ
の設定温度よりも高くなっているので、材料成分の温度
が１００℃になる前に造粒が完了するようにしている。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３３】紙繊維と澱粉系結合剤と水とを常温で攪
拌、混合したのち混練して成形装置に供給し易いペレッ
ト状にするのではなく、まず、水と紙繊維とを攪拌して
紙繊維を解繊し、ついで澱粉系結合剤を添加し、６０〜
１００℃で攪拌することにより、紙繊維と水と澱粉系結
合剤とが混合された状態の粒状体にしているので、混練
工程が不要となり、調整時間を短縮することができる。

【００３４】さらに、成形装置により成形材料の混練を
行うので、成形材料の調整工程におけるエネルギー消費
を少なくすることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 船木 正彦 大阪府守口市大日町１丁目３番７号 大 宝工業株式会社内 審査官 長井 啓子 (56)参考文献 特開 平８−284100（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−247472（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B27N 1/00 D21J 5/00 B65D 81/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水を添加した紙繊維を攪拌して解繊し、
   ついで、少なくとも澱粉系結合剤を添加して６０〜１０
   ０℃で攪拌し、解繊した紙繊維を粒状化させる紙繊維を
   主要成分とする成形材料の調整方法。
2. 【請求項２】 紙繊維および澱粉系結合剤の固形成分と
   水との割合を、１０／６〜１０／１２の範囲にする請求
   項１記載の紙繊維を主要成分とする成形材料の調整方
   法。