JP3376416B2 - 生分解性ポリ乳酸発泡体の製造方法 - 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、生分解性ポリ乳酸
発泡体の製造方法に関するものである。さらに詳しく
は、生分解性を保持しつつ、深絞り成形加工してもほぼ
均一な肉厚でしかも寸法安定性等にも優れ、さらに適度
な腰のある二次加工製品に成形加工できる生分解性ポリ
乳酸発泡体の製造方法に関するものである。

【０００２】ところで、本明細書において、”異形体”
とは、平板形状と、角柱乃至円柱と、中空の角柱乃至
円、所望する横断面となるように適宜設計されたもの等
をすべてを含み、特には、後加工を施すことで、巾木、
廻り縁、長押、開口枠等に代表される内装建材や家具装
飾材となる異形品、店舗資材、電化等の産業資材となる
異形品、土産、菓子、贈答用ケース部材となる異形品、
文具、玩具等の応用製品等として活用できるものを指し
示す用語とし使用する。

【０００３】

【従来の技術】近時、プラスチックによる発泡体、とり
わけ押出機による発泡体として、発泡ポリスチレン、発
泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレン等があり、これら
は軽量、断熱、防音性、クッション性等に加えて二次成
形加工性に優れるため、多岐の分野で幅広く使用されて
いる。しかしながら、自然環境下ではほとんど分解され
ないため、自然界に蓄積され、埋め立て地不足、土壌・
河川・海洋汚染など、環境上、生態系上の社会的な大問
題となっている。一方では、回収再利用しようとしても
嵩高くて回収コスト高となり、さらに焼却時の焼却炉の
損傷、有毒ガス発生等の問題があって、回収、再生は極
めて困難である。

【０００４】かかる環境負荷抑制手段の一つとして、土
中や水中の微生物により分解され、自然界の物質循環系
に組み込まれ、環境を汚染しない生分解性ポリマーの開
発が望まれている。これら生分解性ポリマーとしては各
種の合成、天然のポリマーが知られており、ポリヒドロ
キシブチレート、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、セル
ロース、キトサン、澱粉等がある。また、加工が困難な
セルロース、澱粉等の改良剤としてポリビニルアルコー
ル、ポリエチレン、エチレン／酢酸ビニル共重合体等を
使用したものがあり、また、例えば特開平５−３９３７
７号公報には、コーンスターチなどの多糖類やその誘導
体を主体とした天然物等の発泡体に関する技術が開示さ
れている。

【０００５】一方、乳酸系ポリマーは、安定性が高くし
かも焼却時の燃焼カロリーが低いために環境に優れたポ
リマーとして注目されており、ポリ乳酸酸とε−カプロ
ラクトンとの共重合体等の乳酸系ポリエステルの発泡体
に関しては、例えば特開平４−３０４２４４号公報、特
開平５−１４０３６１号公報、特開平６−２８７３４７
号公報、特公平５−５０８６６９号公報等に公開されて
いる。

【０００６】しかしながら、従来のポリ乳酸の発泡体
は、生分解性は優れるものの、弾性、復元力に乏しく、
機械的な衝撃に対して脆いという欠点があり、また乳酸
とε−カプロラクトンとの共重合体は比較的柔軟性があ
るものの、耐熱性が劣るため、二次成形加工時に安定し
た成型品を得ることが難しく、限られた用途にしか使用
できないという問題等があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、叙上の従来
技術の具有する問題点に鑑みなされたものであり、その
目的とするところは、特には、生分解性を保持しつつ、
発泡倍率のばらつきが少なく、発泡体表面に皺や裂けが
生じることがなく、仕上がり表面が綺麗であり、更に十
分な柔軟性、優れた耐衝撃性と二次成形加工性を有し、
寸法安定性に優れ多様な用途に有用な二次成形品に成形
できるポリ乳酸発泡体を、安定的に提供できるポリ乳酸
発泡体の製造方法を提供せんとするものである。

【０００８】また、本発明の他の目的とするところは、
ポリ乳酸発泡体製の異形体の製造方法を提供せんとする
ところにもある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために本発明が採用した手段の要旨とするところは、叙
上の特許請求の範囲に記載されているとおりである。

【００１０】このような構成を採用した請求項１記載の
発明に係る生分解性ポリ乳酸発泡体の製造方法による
と、生分解性を保持しつつ、軽量であり、高価なポリ乳
酸原材の低減が図れ、更に十分な柔軟性と二次成形加工
性を有し、優れた耐衝撃性と良好な寸法安定性等を備え
た二次成形品を成形することのできる生分解性の発泡ボ
ードや、例えば内装建材や家具装飾材となる異形体が製
造でき、多様な用途に使用できる。

【００１１】請求項２記載の発明に係る生分解性ポリ乳
酸発泡体の製造方法によると、請求項１記載の発明に係
る生分解性ポリ乳酸発泡体の製造方法にて得られる作用
に加えて、特には、冷却むらや冷却不全が生じて発泡倍
率がばらついたり、発泡体表面に皺や裂けが生じ難くな
るという作用が得られる。すなわち、押出直後の高温発
泡体をガラス転移温度以下にまで急激に冷却しても、冷
却むらや冷却不全が生じ難く、発泡倍率や結晶化度のバ
ラツキが原因となって皺や裂けが生じ難い。すなわち、
表面の綺麗な発泡体を製造でき、しかも、例えば真空成
形法等のごとき二次成形加工が極めて良好に実施できる
発泡体として提供できるのである。

【００１２】請求項３記載の発明に係る生分解性ポリ乳
酸発泡体の製造方法によると、請求項１又は２記載の発
明に係る生分解性ポリ乳酸樹脂ペレットが奏する作用に
加えて、特には、ポリ乳酸ペレットの含水率が７５〜２
５０ｐｐｍであると、表面が綺麗な平面状に成形された
深絞り二次成形加工性を有する生分解性の発泡体が製造
できる。また、ポリ乳酸ペレットの含水率が２０〜７５
ｐｐｍ程度であると、エンボス加工を施したような表面
形状を有する生分解性の発泡体が製造でき、深絞り二次
成形加工してもエンボス状の表面形状を保持させておく
ことできる。

【００１３】請求項４記載の発明に係る生分解性ポリ乳
酸発泡体の製造方法によると、請求項１〜３のいずれか
記載の発明に係る生分解性ポリ乳酸樹脂ペレットが奏す
る作用に加えて、特には、セルが緻密で、優れた弾性、
復元力を有する生分解性の発泡体が製造できる。

【００１４】請求項６記載の発明に係る生分解性ポリ乳
酸発泡体の製造方法によると、請求項１〜４のいずれか
記載の発明に係る生分解性ポリ乳酸樹脂ペレットが奏す
る作用に加えて、特には、内装建材や家具装飾材、店舗
資材や電化製品等の産業資材、ケース部材、及び文具若
しくは玩具等の応用製品を製造するための異形体とし
て、提供できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の内容を詳細に説明
する。

【００１６】本発明の生分解性ポリ乳酸発泡体の製造方
法は、 （１）４５〜６０℃で乾燥した生分解性ポリ乳酸ペレッ
トに、発泡剤、滑剤並びに核剤をドライブレンドしする
工程と、 （２）得られた混合物を、シリンダー温度条件１２０〜
２１０℃、ダイス温度条件１１０〜１７０℃にて長尺形
に押出発泡成形する工程、 （３）ついで、波取り処理した後５０℃以下に保持した
成形ロールにて押圧する工程、又はサイジング装置をと
おした後に冷却する工程、 （４）ついで、引取装置にて連続的に引き出し適宜長さ
に切断する工程、を有するものである。なお、波取り処
理した後５０℃以下に保持した成形ロールにて押圧する
工程を採用すると、ポリ乳酸発泡体は発泡ボードとな
り、サイジング装置をとおした後に冷却する工程を採用
すると、ポリ乳酸発泡体は異形体となる。

【００１７】生分解性ポリ乳酸ペレットは、熱風乾燥機
にて、４０℃では５〜６時間程度、６０℃では１．３〜
５時間程度乾燥処理を行う。乾燥温度が４０℃以下であ
ると、長時間連続乾燥してもポリ乳酸ペレットの乾燥状
態が不十分となって（水分率が高すぎるために）、押出
発泡した発泡体に水分の気泡や縦すじができたり、さら
には、得られる発泡体自体が脆くなる傾向がある。一
方、乾燥温度が６０℃以上であると、ポリ乳酸ペレット
がホッパー内で互いにくっつきあって塊になるために押
出発泡させることができなくなるとか、発泡体自体が硬
くなって脆くなる等の傾向がある。

【００１８】また、ポリ乳酸ペレットは、その含水率を
１０〜２５０ｐｐｍの範囲となるように乾燥させておく
必要がある。含水率が１０ｐｐｍ以下であると、発泡体
の表面にいわゆる「メヤニ」が発生する傾向があり、含
水率が２５０ｐｐｍ以上であると、上述したように、押
出発泡した発泡体に水分の気泡や縦すじができたり、さ
らには、得られる発泡体自体が脆くなる傾向がある。

【００１９】また、ポリ乳酸ペレットの含水率は、発泡
して得られる発泡体の表面形状に影響を及ぼす傾向があ
る。ポリ乳酸ペレットの含水率が７５〜２５０ｐｐｍで
あると、表面が綺麗な平面状に成形された深絞り二次成
形加工性を有する生分解性の発泡体が成形でき、提供で
きる。

【００２０】特に、ポリ乳酸ペレットの含水率が２０〜
７５ｐｐｍ程度であると、エンボス加工を施したような
表面形状を有する生分解性の発泡体が再現性良く成形で
き、しかも、深絞り二次成形加工してもエンボス状の表
面形状をそのまま保持した二次成型品が成形できるの
で、好適である。

【００２１】発泡剤をより具体的に示すと、無機系発泡
剤としては、重炭酸ナトリウム、重炭酸アンモニウム、
炭酸アンモニウム、水素化ホウ素ナトリウム、アジド化
合物などが例示できる。有機系発泡剤としては、アゾジ
カルボンアミドやアゾビスイソブチロニトリルに代表さ
れるアゾ化合物、オキシスベンゼンスルホニルヒドタジ
ドに代表されるスルホニルヒドラジド化合物、ジニトロ
ソペンタメチレンテトラミンに代表されるニトロソ化合
物、等が例示できる。これらの発泡剤は単独使用しても
良いし、その２種以上を組み合わせて使用しても構わな
いが、アゾ化合物系の発泡剤を使用すると、セルが緻密
で、優れた弾性、復元力を有する生分解性の発泡体が製
造でき、提供できる。

【００２２】発泡剤の混合割合は、ポリ乳酸樹脂１００
重量部に対して０．２〜２．０重量部の割合であり、好
ましくは０．５〜１．２重量部である。発泡剤の使用量
は、所望する発泡倍率とするために必要な量であること
はいうまでもない。

【００２３】つぎに、乾燥済みポリ乳酸ペレットは、前
記工程（２）において、シリンダー内にて溶融され、つ
いで、ダイスより長尺形に押出発泡成形される。ダイス
を出ると、板状の押し出し物は、樹脂温度やダイス形状
などに応じて一定の倍率まで膨張する。シリンダーの好
適な温度条件は１２０〜２１０℃であり、ダイスの温度
は１１０〜１７０℃であり、好ましくは１４０〜１７０
℃である。ダイスとしては、例えばＴ−ダイ、円形−ダ
イ等が使用できる。

【００２４】ダイスより大気中に開放することで得られ
る発泡体の表面にはコルゲート（波打ち）が発生する傾
向があるため、押出直後の発泡体に対して波取り処理を
施すとともに、樹脂自体に粘着性があるために冷却ロー
ルにて押圧しながら発泡体に成形加工することが好まし
い。複数の冷却ロールにて冷却しつつ、引取装置にて連
続的に成形し例えば刃体を有する適当な切断手段にて所
望する寸法形状に切断すると、最終製品である生分解性
のポリ乳酸発泡体が製造できる。なお、押出直後の発泡
体に対して波取り処理を施した後、冷却ロールで押圧し
て表面を綺麗に仕上げた後、水槽中を通過させ冷却する
構成を採用しても構わない。

【００２５】このように製造された生分解性ポリ乳酸発
泡体の密度は、好適には０．５〜１．０５ｇ／ｃｍ³で
ある。密度が１．０５ｇ／ｃｍ³を越えるものは、発泡
体中の気泡が少なく、発泡体の優れた特性である断熱
性、軽量化が十分に現れない。密度が０．５ｇ／ｃｍ³
よりも低いものは、発泡体中の気泡含有量が多すぎるた
め、二次加工成形性が低下する傾向がある。

【００２６】発泡体がボードある時、その厚みは、１〜
８ｍｍが好ましい。１ｍｍよりも薄い板状の発泡体は極
めて製造し難く、製造できても、発泡体中の気泡が少な
く、発泡体の優れた特性である断熱性、軽量化が十分に
現れないことが多い。また、８ｍｍよりも厚い発泡体は
厚みが均一となるように押出発泡成形することが困難で
ある。そして、真空成型法、圧空成型法など公知の方法
により、ドロ−ダウンを生じさせることなく（発泡体と
しての優れた特性を消失させることなく）、また、生分
解性特性を消失させることなく、様々な二次加工製品に
成形加工することができる。

【００２７】また、押出発泡直後の発泡体を、サイジン
グ装置にとおし速やかに冷却しながら引取装置にて連続
的に異形体が製造できる。この異形体に対して、例えば
刃体を有する適当な切断手段にて所望する寸法形状に切
断する等の後加工処理を施すと、巾木、廻り縁、長押、
開口枠等に代表される内装建材や家具装飾材となる異形
品、店舗資材、電化等の産業資材となる異形品、土産、
菓子、贈答用ケース部材となる異形品、文具、玩具等の
応用製品等を製造することができる。

【００２８】なお、メヤニ防止剤、顔料、酸化防止剤、
耐候性改良剤、帯電防止剤等を含有させることもできる
ことはいうまでもないことである。

【００２９】実施例１ 以下に本発明を実施例を挙げてさらに具体的に説明をす
るが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００３０】カネボウ合繊株式会社から購入したポリ乳
酸バージンペレット（商品名「ラクトロン ７００Ｄ
Ａ」）１００重量部に再生「ラクトロン７００ＤＡ」２
０重量部を混合した混合ペレットを、熱風乾燥機にて、
６０℃、３．０時間乾燥処理した後、得られた乾燥済み
ペレット１００重量部に、発泡剤として「ＤＳ ＃２
５」）０．８重量部と、核剤としてタルク０．５重量部
をドライブブレンドし、得られる混合物を、押出口径１
３０φに、クレアランス０．９ｍｍのＴダイス２を取り
付け、シリンダーの温度条件１３０〜１９０℃、ダイス
の温度１４５〜１５５℃で、長尺形に押出発泡成形し
た。なお、発泡剤として使用した「ＤＳ ＃２５」は永
和化成株式会社製であり、アゾジカルボンアミドとオキ
シビスベンゼンスルホニルヒドラジドとからなるアゾ化
合物系の複合発泡剤である。

【００３１】得られた発泡体１０の表面に、コルゲート
（波打ち）が発生する傾向があるので、直ちに発泡体に
対して波取り処理を施した後、３５℃に冷却した冷却ロ
ール３にて押圧しつつ板状の発泡成形ボードに加工し、
必要ならば水槽中を通過させて冷却する。そして、複数
の冷却ロール５，５にて冷却しつつ引取装置４にて連続
的に成形し、カッター６にて所望する寸法形状に切断す
ると、最終製品である生分解性のポリ乳酸発泡体が製造
できる（図１）。

【００３２】このように製造された発泡体は、その密度
が０．５〜１．０５ｇ／ｃｍ³となるようにする必要が
ある。密度が１．０５ｇ／ｃｍ³を越えるものは、発泡
体中の気泡が少ないためか、発泡体の優れた特性である
断熱性、軽量化が十分に現れない傾向があり、また、密
度が０．５ｇ／ｃｍ³ よりも低いものは、発泡体中の気
泡含有量が多すぎるためか、二次加工成形性が著しく低
下する傾向がある。

【００３３】製造された発泡体の厚みを１〜８ｍｍとす
ることが好ましい。１ｍｍよりも薄い発泡体は極めて製
造し難く、仮に製造できたとしても、発泡体中の気泡が
少なく、断熱性、軽量化が十分に現れないことが多く、
また、８ｍｍよりも厚い発泡体は、その厚みが均一とな
るように押出発泡成形することが困難であるからであ
る。

【００３４】なお、発泡押出直後の発泡体に対して波取
り処理を施した後、冷却ロールで押圧して表面を綺麗に
仕上げた後、さらに冷却ロールで押圧しながら冷却する
構成を採用しても表面が綺麗な長尺形の発泡体が製造で
きる。

【００３５】このようにして得られた発泡体を真空圧空
成形法にて弁当箱状に成形したところ、ドローダウンす
ることなくしかも表面が綺麗でしかも独特な風合いを持
ったものを二次成形品を成形加工できた。また、このポ
リ乳酸発泡弁当箱をハンマーで粉砕し、コンポスト化し
たところ、１〜２ヶ月で形態を留めなくなり、良好な生
分解性を示した。

【００３６】実施例２ 実施例２は、肉厚が３ｍｍの中空六角柱（異形体）の製
造方法に関するものであり、”異形体”の製造法を代表
する実施例として述べるに過ぎない。

【００３７】図２に示すように、実施例２の中空六角柱
（異形体）の製造方法は、押出発泡し金型１２にて中空
六角柱に成形した後、サイジング装置１３にとおしてサ
イジングし、ついで、速やかに水槽１５にで冷却しなが
ら引取装置１４にて連続的に製造する点においてのみ、
実施例１と相違するものであり、他の各条件は実施例１
と同一である。

【００３８】この中空六角柱（図３（ａ））を含む各異
形体の特性等は、実施例１の発泡ボードと同等であり、
ハンマーで粉砕し、コンポスト化したところ、１〜２ヶ
月で形態を留めなくなり、良好な生分解性を示した。

【００３９】ところで、図３（ａ）乃至（ｆ）は、長尺
形状の”異形体”の多様性を示すために、その横断面を
例示的に示すものであり、適宜設計変更可能な事項であ
り、これらに限定されるものではない。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明となるポリ乳
酸発泡体の製造方法によると、生分解性を保持しつつ、
軽量で、原料たるポリ乳酸の使用量の低減が図れ、セル
が緻密で優れた弾性、復元力を有するとともに十分な柔
軟性と二次成形加工性を有し、優れた耐衝撃性と良好な
寸法安定性等を備えた二次成形品に成形加工できる生分
解性ボードや複雑な横断面を持った長尺形の各種異形体
を極めて安定的に製造でき、提供できる。

【００４１】また、ポリ乳酸ペレットの含水率を適宜調
整することで、エンボス加工したような表面を有する発
泡ボード並びに異形体が製造でき、さらに、特に、発泡
ボードを深絞り二次成形しても二次成形加工製品の表面
にエンボス形状を保持されることができ、多様な用途に
使用できるし、更に、破損したり不要になった最終製品
や成形時の規格外製品等のリユースが可能であり、資源
の有効利用及び環境保全の面からも有利であるなど、極
めて実効性に優れた作用効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明となる長尺形状の生分解性ポ
リ乳酸発泡ボードを製造するための一製造方法を、概略
的に示すフローチャート図である。

【図２】 図２は、本発明となる長尺形状の生分解性ポ
リ乳酸発泡異形体を製造するための一製造方法を、概略
的に示すフローチャート図である。

【図３】 図３（ａ）乃至（ｆ）は、代表的な生分解性
ポリ乳酸発泡異形体の横断面である。

【符号の説明】

１…ホッパー ２…Ｔ−ダイス ３…成形ロール ４…引取装置 ５…成形ロール ６…カッター １０…生分解性ポリ乳酸発泡ボード １２…異形用金型 １３…サイジング装置 １４…引取装置 １５…水槽 １６…カッター ２０…生分解性ポリ乳酸発泡異形体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 眞治 福井県武生市大虫町３字１番地１ ハッ ポー化学工業株式会社内 (72)発明者 景山 英治 岐阜県美濃市神洞648番地の１ 株式会 社東海化成内 (72)発明者 田中 賢司 岐阜県本巣郡穂積町野田新田4045 株式 会社パールマネキン内 (72)発明者 森田 三郎 岐阜県本巣郡穂積町野田新田4045 株式 会社パールマネキン内 (56)参考文献 特開2001−253964（ＪＰ，Ａ) 特開2000−7812（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 47/00 - 47/96 C08J 9/04 - 9/14

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】４５〜６０℃で乾燥した生分解性ポリ乳酸
   ペレットに、発泡剤、滑剤並びに核剤をドライブレンド
   し、得られる混合物を、シリンダー温度条件１２０〜２
   １０℃、ダイス温度条件１１０〜１７０℃にて長尺形に
   押出発泡成形し、ついで、波取り処理した後に５０℃以
   下に保持した成形ロールにて押圧する工程又はサイジン
   グ装置をとおした後に冷却する工程のいずれかを有する
   生分解性ポリ乳酸発泡体の製造方法であって、 該生分解性ポリ乳酸発泡体の密度が、０．５〜１．０５
   ｇ／ｃｍ³の範囲内であることを特徴とする生分解性ポ
   リ乳酸発泡体の製造方法。
2. 【請求項２】前記生分解性ポリ乳酸樹脂ペレットに、非
   晶性の生分解性ポリ乳酸が１重量％以上含まれているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の生分解性ポリ乳酸発泡
   体の製造方法。
3. 【請求項３】前記生分解性ポリ乳酸ペレットの含水率
   が、２０〜２５０ｐｐｍであることを特徴とする請求項
   ２又は３に記載の生分解性ポリ乳酸発泡体の製造方法。
4. 【請求項４】前記発泡剤がアゾ化合物であり、前記生分
   解性ポリ乳酸ペレット１００重量部あたり０．２〜２．
   ０重量部の割合で配合することを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれかに記載の生分解性ポリ乳酸発泡体の製造方
   法。
5. 【請求項５】前記生分解性ポリ乳酸発泡体の製造方法に
   おいて、 前記生分解性ポリ乳酸発泡体の全体形状が板状であり、
   その厚さが、１〜８ｍｍであることを特徴とする請求項
   １〜４のいずれかに記載の生分解性ポリ乳酸発泡体の製
   造方法。
6. 【請求項６】前記生分解性ポリ乳酸発泡体の製造方法に
   おいて、 前記生分解性ポリ乳酸発泡体が、異形体であることを特
   徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の生分解性ポリ
   乳酸発泡体の製造方法。