JP3566325B2 - 澱粉に基づく材料 - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、生分解生成物成形物品の製造に特に有用な、澱粉に基づく材料に関する。
【0002】
【従来技術】
近年では、非生分解性材料から製造される使い捨て物品を生分解性の同等物に置き換えることに益々興味がもたれてきている。澱粉は、包装、および固有の廃棄問題を有する同様な用途において合成重合体材料の生分解性代替物として特に興味を引いてきた物質である。
【0003】
1970年代初期から、ラップ用フィルムのような生分解性物品の基礎として澱粉を使用するという考えが、一連の英国特許明細書、すなわち英国特許第1485833号明細書、同第1487050号明細書、同第1524821号明細書、同第1592062号明細書、同第1600496号明細書、同第1600497号明細書および同2029836号明細書に開示されている。これらの特許明細書はまた、澱粉と熱可塑性重合体との混合物を使用すること、および押出成形または射出成形によって澱粉または澱粉と熱可塑性重合体との混合物から成形物品の形成させることも開示している。
【0004】
より最近になって、澱粉分子を破壊して、成形された際に改良された形状安定性、および最小限の寸法のずれを有する物品を与えると主張されている澱粉の形態を生ずると言われている熱/圧力処置が施された澱粉から生分解性物品を製造することが提案されている。例えば、ヨーロッパ特許第118240号明細書には、その特許請求の範囲に、(a)制御された温度および圧力の下に澱粉と水との組成物(組成物の重量に基づいて水5〜30%)を維持し、(b)この組成物を、昇圧下でその含水量を維持しながらそれのガラス転移温度以上かつ融点以上に加熱することによって溶融物を形成させ、そして(c)この溶融物を更に加熱し、そして可塑化して本質的に分子的に分散した形態に澱粉を水中に溶解させ、そのプロセス中の温度を80°ないし240℃とすることによって、澱粉の分子状水中分散物を製造する方法が記載されている。ヨ−ロッパ特許第118240号明細書にはまた、上記分子的に分散した澱粉を射出成形して個々にカプセルを製造することが記載されている。
【0005】
上記ヨ−ロッパ特許第118240号に引き続く特許出願は、このヨ−ロッパ特許第118240号明細書に記載された方法および生成物を様々に変更した態様および改良を開示している。すなわち、
ヨ−ロッパ特許出願第282451号明細書
このヨ−ロッパ特許出願においては、組成物に基づいて10ないし25%の水を含有する澱粉組成物を容器内で鎖の分断触媒、例えば酸またはアルカリの存在下に高温にまで加熱し、そして元の量平均分子量と比較して2ないし5000倍まで材料の平均分子量が減少するまで加熱を続ける。この改良方法は、表面欠陥の発生を減少させ、そしてヨ−ロッパ特許第118240号明細書に記載の方法により製造された生成物の伸び率を改良すると言われている。
【0006】
ヨ−ロッパ特許出願第298920号明細書
この特許明細書に記載されている方法は、馬鈴薯澱粉に特に適用可能であって澱粉を予備処理して澱粉のホスフェ−ト基に結合している遊離の電解質と金属カチオンを除去し、そして場合によりカチオンを特定の一価金属および/または多価カチオンに置き換えることを含んでいる。澱粉と水との合計に基づいて10ないし25重量%の含水率を有する、このように製造された澱粉は、次いでヨ−ロッパ特許第118240号の方法で使用される。この変更方法もまた、表面欠陥の発生を減少させるとともに、成形された生成物の伸び率を改良すると言われている。
【0007】
ヨ−ロッパ特許出願公開第304401号明細書
ヨ−ロッパ特許第118240号明細書に記載された、水組成物中で分子的に分散された澱粉は、製造直後では溶融状態で押出成形されるけれども、ヨ−ロッパ特許出願公開第304401号明細書に記載の方法では、先ず該組成物を固化させ、次いでこれを射出成形するために再び溶融する。ヨ−ロッパ特許出願公開第304401号明細書に記載の方法は、このように操作することによって一層安定となり、そして成形品は更に高い物理的強度を有すると言われている。
【0008】
ヨ−ロッパ特許出願公開第326517号明細書
この特許出願明細書に開示された方法の特徴は、澱粉の酸化分解および熱分解の吸熱特性変化直前の狭い最終的な吸熱変移を包含する全ての吸熱変移を受けるまで澱粉および水の組成物(組成物の重量に基づいて5ないし40重量%の水を含む)を加熱することにある。この特徴を採用することによって、ヨ−ロッパ特許出願公開第118240号明細書に記載された方法は、一層安定となるばかりでなく、製造された製品は物理的強度が一層高くなると言われている。
【0009】
ヨ−ロッパ特許出願公開第391853号明細書
結合したホスフェ−ト基を有するように使用される澱粉には必須であるので、馬鈴薯澱粉は特にこの特許出願の課題となっている。ホスフェ−ト基に結合したカチオンとプロトンとの相対的な濃度が臨界的とみなされて、或る範囲内にあるものとして特定されている。ヨ−ロッパ特許出願公開第391853号明細書に記載されて特許請求されているこの方法の特徴を採用することによる利点は、製造された物品における表面欠陥の減少および改良された伸長性にあると言われている。
【0010】
上記の5つの特許出願は、ヨ−ロッパ特許第118240号明細書で使用されている「水中に分子的に分散された澱粉」という用語の代わりに記述上の「破壊澱粉」という用語を用いている。
【0011】
ヨ−ロッパ特許第118240号およびこれに関連している、破壊された澱粉の製造に主として関係している上記5つの特許出願に加えて、破壊された澱粉および熱可塑性合成重合体料からなる組成物に係わる13の特許出願がある。ヨ−ロッパ特許出願公開第327505号明細書はこのような組成物の一般的な開示を含んでおり、一方、以下の12の特許出願は、破壊された澱粉と特定の熱可塑性重合体との組合せを目指している。これらの特許出願明細書はヨ−ロッパ特許出願公開第404723号明細書、同第404727号明細書、同第404728号明細書、同第407350号明細書、同第408501号明細書、同第408502号明細書、同第408503号明細書、同第409781号明細書、同第409782号明細書、同第409783号明細書、同第409788号明細書および同第409789号明細書である。
【0012】
上に挙げた全ての特許公報は、破壊された澱粉または破壊された澱粉と熱可塑性合成重合体物質との組合せを記載しているか否かに拘わらず、破壊された澱粉の製造で使用される澱粉と水との基本組成物にその他の物質を添加することを記載している。特定の付加的な成分としては下記のものを包含している。
【0013】
すなわち、水溶性または水膨潤性である、本質的に親水性の重合体物質である「増量剤」。増量剤の例としては、ゼラチン、タンパク質、水溶性多糖類、例えばガム、ペクチンおよびセルロ−ス誘導体および種々の水溶性合成重合体が挙げられる。
【0014】
「無機充填剤」、例えばマグネシウム、珪素、チタン等の酸化物。
「可塑剤」、例えば低分子量ポリ(アルキレンオキサイド)グリセロ−ル、グリセリルモノアセテ−ト、プロピレングリコ−ルおよびソルビト−ル、並びにポリビニルアルコ−ル、アミロ−スおよびキサンタンガムのような高分子量製品。
【0015】
「着色剤」、例えばアゾ染料、天然顔料または無機顔料。
「流動改良剤」 この添加物の例は、単独の状態またはモノ− および/またはジ− グリセライドまたはホスファチド、特にレシチンと混合された状態にある、好ましくは水素化されている動物または植物の脂肪である。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等の経験によれば、澱粉を含む成形物の製造について実験した際には成形プロセス中の溶融物の粘度に起因する困難に遭遇することが研究によって明らかになった。この困難性は、高い背圧、金型の不完全な充填および成形物の極端な脆性のために、とりわけ金型に供給される材料の量の制御に関係している。しかしながら、本発明者等は、澱粉成形組成物中に或る種の澱粉減成生成物を含有させることによってこれらの困難性を実質的に低減できることを見出した。
【0017】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、澱粉含有組成物を押出成形して成形品の製造に好適な材料を製造する方法であって、澱粉、および1ないし40のDE値を有する澱粉加水分解生成物、酸化澱粉およびピロデキストリンからなる群から選ばれる澱粉減成生成物が組成物中に存在することを特徴とする方法である。
【0018】
本発明による方法に使用することができる澱粉は塊茎澱粉または顆粒状澱粉であって、例えば、エステル化またはエ−テル化によって変性されていてもよい。しかしながら、澱粉は自然のままの馬鈴薯澱粉、タピオカ澱粉、小麦澱粉またはコ−ン(マイズ)澱粉あるいはこれらのワックス状同等物であるのが好ましい。所望ならば、澱粉の混合物、例えばコ−ンスタ−チとワックス状コ−ンスタ−チとの混合物を使用してもよい。
【0019】
澱粉減成生成物はまた、顆粒状澱粉または塊茎澱粉から誘導することができ、そして組成物中に使用されているのと同一または異なる種類の澱粉から誘導することができる。
【0020】
「澱粉加水分解生成物」とは、酸または酵素のいずれかの触媒作用を受ける加水分解によって減成された澱粉誘導体である。減成の程度は、D.E.または「デキストロ−ス当量」値によって表され、これは乾燥基準でD− グルコ−スとして表される澱粉加水分解物の還元能力である。このDE値が低ければ低い程、加水分解物の分子量は益々高くなり、かつ減成の程度は益々低くなる。通常、20までのEDを有する加水分解物はマルトデキストリンと呼ばれ、そして20よりも大きいDE値を有するものは噴霧乾燥グルコ−スシロップと呼ばれる。本発明の方法で使用される加水分解生成物は、好ましくはマルトデキストリンであり、そしてより好ましくは2ないし20のDE値を有する。
【0021】
「酸化澱粉」は、ほぼ同じ顆粒構造を有するという点で、外見上天然のままの澱粉に似ている市販製品であり、典型的な極性クロスを示し、冷水に不溶性であり、そして沃素で特徴のある澱粉着色反応を示す。しかしながら、水と一緒に加熱されると、酸化澱粉は天然のままの澱粉よりも希薄な溶液を生じ、これは酸化法によって生ずる減成の程度の指標となる。過酸化化合物もまた使用することができるけれども、酸化のために使用される最もありふれた試薬は次亜塩素酸塩、特に次亜塩素酸ナトリウムまたは次亜塩素酸カルシウムである。
【0022】
「ピロデキストリン」はアルカリまたは酸のような化学薬品を添加して、または添加しないで澱粉を加熱することによって製造される澱粉減成生成物である。このプロセスの間に、澱粉アミロ−スおよびアミロペクチンの分子は鎖長の短い分子に減成され、そしてこれはそのまま残っていてもよいし、あるいは再び結合して新しい分子を生じてもよい。
【0023】
組成物中に存在する澱粉減成生成物の量は好ましくは0.5ないし50重量%であり、そしてより好ましくは1ないし30%である(この百分率、および本明細書および特許請求の範囲で表現されているその他の全ての百分率は、別にそうでないと指摘されていなければ、組成物の全重量に基づく重量による百分率である。)。
【0024】
澱粉含有組成物は好ましくはまた、特に10%までの水を含んでいる(別にそうでないと指摘されていなければ、本明細書および特許請求の範囲における水の濃度は添加された水を指していて、澱粉成分中に含まれるどの水も含んでいない。)。更に、この組成物は好適には10ないし30%の可塑剤を含んでいるのが好ましい。この可塑剤は好ましくは、低分子量を有するのが好ましく、例えば低分子量ポリ(アルキレンオキサイド)、ペンタエリスリト−ル、グリセリルモノアセテ−ト、グリセリルジアセテ−トまたはグリセリルトリアセテ−ト、エリスリト−ル、プロピレングリコ−ル、C1 〜C4 アルキルシトレ−トまたはC1 〜C4 アルキルフタレ−ト、トリメチロ−ルプロパンまたは特にグリセロ−ルまたはソルビト−ルである。この組成物が乳化剤を含有するならば、本方法は更に促進される。市場で入手できる多くの乳化剤がこの目的に好ましいが、長鎖脂肪酸のグリセリルエステル、例えばグリセリルモノステアレ−トが、好適には1ないし5%の量で特に有効である。
【0025】
本発明の方法で使用するのに好ましい組成物は澱粉、澱粉減成生成物、低分子量可塑剤、水および場合により乳化剤を含んでいる。より好ましい組成物はコ−ンスタ−チ、DE2ないし20のマルトデキストリン、グリセロ−ルまたはソルビト−ル、水および、場合により乳化剤、特にグリセリルモノステアレ−トを含んでいる。コ−ンスタ−チ、グリセロ−ルまたはソルビト−ル10ないし30重量%、DE2ないし20のマルトデキストリン1ないし25%、水5ないし10%および乳化剤、特にグリセリルモノステアレ−ト5%までを含有する組成物が特に好ましい。
【0026】
本発明の方法で使用される組成物はまた、要求に応じたその他の成分、例えば無機顔料、例えば二酸化チタン、着色物質、離型剤、例えばステアリン酸マグネシウム、引き続いて成形された生成物の湿潤耐性を改良するための澱粉用架橋剤、例えばエチレンジメチロ−ル尿素および/または引き続いての成形プロセスにおいて組成物の均一な発泡を保証するための発泡剤、例えばカ−ボネ−トおよび/またはタルクを含有していてもよい。
【0027】
押出プロセスが行われる条件は、一般に、前記の特許公報を包含する、これに関連した文献に以前記載されていたものである。押出機の設計はその押出機の内容物に課せられる圧力と剪断効果に影響を及ぼすので、押出機の選択は重要である。本発明者等は、本明細書の後の方に記載されている実施例で示されている結果を得るのに使用された押出成形機、すなわち、Werner and Pfleiderer ZSK 40が本発明方法で使用するのに特に適していることを見出した。押出機バレルの温度は好ましくは20ないし170℃であり、より好ましくは80ないし160℃であり、そして押出機出口直前で測定された圧力は好ましくは10×105 ないし100×105 Pa、特に20×105 ないし70×105 Paである。本発明組成物の成分は押出機に供給される前に予め混合することができるか、あるいはその一部を予め混合し、そしてその他の部分を別途添加し、そして押出機バレル内で最終的な混合を行ってもよい。
【0028】
押出機を出る生成物は2ないし12%の全含水率(すなわち、添加された水と澱粉成分中に含まれる水との合計)を有するのが好ましく、そしてこの目的のためには、必要ならば、圧力を低下させ、そして生成物が押出機を去る直前に水を抜き取る手段を設けることによって、生成物から水を抜き取ってもよい。
【0029】
押出機を去る生成物は好適には、例えば連続的に回転するナイフにより切断してペレットとし、冷却し、そして、例えば射出成形装置で成形するための準備として貯蔵される。本発明方法の生成物からそのまま物品を成形してもよいが、この生成物は熱可塑性重合体材料、特に熱可塑性合成重合体材料、例えばポリエチレンと組み合わせてもよい。所望ならば、この押出機は射出成形機の一部となっていてもよく、この場合、澱粉材料は分離されなくて直接射出成形される。
【0030】
【発明の効果】
本発明の組成物における減成された澱粉生成物の効果は、射出成形装置の流動的な操作を容易にし、極端な圧力を適用しないで金型を充填することを可能とし、そして物品の強度を損なわないで鍛えることができる成形品を製造することである。
【0031】
ここで、以下の実施例を参照して本発明について更に説明する。
【0032】
【実施例】
使用した押出機は内部篩分け型の共回転式二軸押出成形機(28のL/Dを有するWerner and Pfleiderer ZSK 40)であって、そのバレルは各帯域が次のように制御された温度を有する8つの連続した帯域を有するスクリュウを囲んでいた。
帯域 1 2 3 4 5 6 7 8
温度(℃) 20 110 150 150 150 150 110 90
試験材料を導入する手段は、帯域2に配置され、そして帯域1は導入された材料が帯域2で過熱されるのを防ぐ温度緩衝として役立つ。帯域3、4、5および6は、材料が二軸スクリュ−の影響下に押出機バレルに沿って可塑化され、そして移動する間に、その材料が試験の下に加熱される加熱帯域とした。帯域7は圧力を低下させることによって水を除去できる出口手段が設けられた水分制御帯域とした。最終冷却帯域8には、引き続いて各々が孔径4.0mmである6個の孔を有するダイを配置した。加熱帯域における圧力は約60×105 Paとし、そして水分制御帯域においては約40×105 Paとした。押出機への供給速度は30kg/時間とし、スクリュ−回転速度は200rpmとし、そして試験材料が押出機に滞留する時間は約2分間とした。
【0033】
例1
上記の装置で2種の組成物を押出成形した。その組成は下記の通りであった。
【0034】
A(比較例):コ−ンスタ−チ 76.5%、グリセロ−ル 22.1%、グリセリルモノステアレ−ト 1.4%
B:コ−ンスタ−チ 59.1%、グリセロ−ル 21.0%、グリセリルモノステアレ−ト 1.7%、マルトデキストリン(DE 18)12.9%+水5.3%。
【0035】
押出機に供給する前に澱粉、グリセロ−ルモノステアレ−トおよびマルトデキストリンを予備混合し、そしてグリセロ−ルおよび水を別々に供給した。
重要であると考えられる押出成形物の特性は破断点引張強度、E− モジュ−ルおよび破断点伸びである。更に、材料の流動性は150×105 Paの圧力の下に150℃で行われる試験の下で6gの材料から形成されたフィルムの直径を測定することによって評価された。直径が大きくなればなるほど、試験の下にある材料の流動性は益々大きくなり、一方、順繰りに、流動性は押出成形法における溶融物の粘度に反映しており、流動性が高ければ高い程益々低い押出成形圧力を示す。一般に、約160以上の流動度が望ましい。引張強度、E− モジュ−ルおよび破断点伸びは成形物の強度の指標となる。
【0036】
得られた結果は下記の通りであった。
上記Bの試験片の直径が大きくなると、生成物の流動性が改良されることが示され、一方Bの生成物の強度特性は、Aのそれと同一のオ−ダ−のままであり、すなわち、Bの組成物は、製造された生成物の強度に悪影響を及ぼすことなく、加工が容易となった。
【0037】
例2
本発明方法および上記の装置を使用して、4種の組成物を首尾よく押出成形した。その組成は次の通りであった。
【0038】
C:コ−ンスタ−チ67.2%、マルトデキストリン(DE 5)3.9%、グリセロ−ル 21.7%、水 5.4%
D:コ−ンスタ−チ 68.7%、噴霧乾燥されたグルコ−スシロップ(DE21)2.0%、グリセロ−ル 21.9%、水 5.6%
【0039】
E:コ−ンスタ−チ 66.6%、噴霧乾燥されたグルコ−スシロップ(DE21)4.0%、グリセロ−ル 22.1%、水 5.5%
F:コ−ンスタ−チ 67.1%、噴霧乾燥されたグルコ−スシロップ(DE37)4.0%、グリセロ−ル 21.7%、水 5.4%
【0040】
各組成物はまた、グリセロ−ルモノステアレ−ト1.8%を含有していた。
上記組成物に関する流動性の測定値は次の通りであった。
C:168mm
D:176mm
E:174mm
F:166mm
【0041】
例3
上記の装置を用い、本発明の方法によって下記の組成物を首尾よく押出成形した。
【0042】
G:コ−ンスタ−チ39.3%、酸化澱粉(平均分子量37890)30.5%
H:コ−ンスタ−チ59.6%、酸化澱粉(平均分子量44820)10.2%
【0043】
I:コ−ンスタ−チ39.3%、酸化澱粉(平均分子量44820)30.5%
J:コ−ンスタ−チ18.9%、酸化澱粉(平均分子量44820)50.9%。
【0044】
K:コ−ンスタ−チ39.3%、酸化澱粉(平均分子量54210)30.5%。
引用した平均分子量は数平均分子量である。
【0045】
各組成物はまた、それぞれグリセロ−ル22.6%、水5.7%およびグリセロ−ルモノステアレ−ト1.9%を含有していた。
上記5種の組成物に関する流動性の測定値は以下の通りであった。
【0046】
G:191mm
H:172mm
I:186mm
J:200mm
K:182mm
【0047】
例4
上記の装置を用い、本発明の方法によって下記の組成物を首尾よく押出成形した。
【0048】
L:コ−ンスタ−チ 39.3%、ピロデキストリン(平均分子量8710)
30.5%、グリセロ−ル22.6%、水5.7%
M:コ−ンスタ−チ59.8%、ピロデキストリン(平均分子量24490)
10.2%、グリセロ−ル22.4%、水5.7%
【0049】
N:コ−ンスタ−チ39.3%、ピロデキストリン(平均分子量24490)
30.5%、グリセロ−ル22.6%、水5.7%
O:コ−ンスタ−チ20.1%、ピロデキストリン(平均分子量24490)
53.9%、グリセロ−ル24.0%
【0050】
P:コ−ンスタ−チ39.3%、ピロデキストリン(平均分子量42400)
30.5%、グリセロ−ル22.6%、水5.7%。
引用した平均分子量は数平均分子量である。
【0051】
組成物L、M、NおよびPはそれぞれグリセロ−ルモノステアレ−ト1.9%を含有し、そして組成物Oはグリセロ−ルモノステアレ−ト2.0%を含有していた。
【0052】
上記5種の組成物に関する流動性の測定値は以下の通りであった。
L:>230mm
M:172mm
N:203mm
O:206mm
P:184mm
【産業上の利用分野】
本発明は、生分解生成物成形物品の製造に特に有用な、澱粉に基づく材料に関する。
【0002】
【従来技術】
近年では、非生分解性材料から製造される使い捨て物品を生分解性の同等物に置き換えることに益々興味がもたれてきている。澱粉は、包装、および固有の廃棄問題を有する同様な用途において合成重合体材料の生分解性代替物として特に興味を引いてきた物質である。
【0003】
1970年代初期から、ラップ用フィルムのような生分解性物品の基礎として澱粉を使用するという考えが、一連の英国特許明細書、すなわち英国特許第1485833号明細書、同第1487050号明細書、同第1524821号明細書、同第1592062号明細書、同第1600496号明細書、同第1600497号明細書および同2029836号明細書に開示されている。これらの特許明細書はまた、澱粉と熱可塑性重合体との混合物を使用すること、および押出成形または射出成形によって澱粉または澱粉と熱可塑性重合体との混合物から成形物品の形成させることも開示している。
【0004】
より最近になって、澱粉分子を破壊して、成形された際に改良された形状安定性、および最小限の寸法のずれを有する物品を与えると主張されている澱粉の形態を生ずると言われている熱/圧力処置が施された澱粉から生分解性物品を製造することが提案されている。例えば、ヨーロッパ特許第118240号明細書には、その特許請求の範囲に、(a)制御された温度および圧力の下に澱粉と水との組成物(組成物の重量に基づいて水5〜30%)を維持し、(b)この組成物を、昇圧下でその含水量を維持しながらそれのガラス転移温度以上かつ融点以上に加熱することによって溶融物を形成させ、そして(c)この溶融物を更に加熱し、そして可塑化して本質的に分子的に分散した形態に澱粉を水中に溶解させ、そのプロセス中の温度を80°ないし240℃とすることによって、澱粉の分子状水中分散物を製造する方法が記載されている。ヨ−ロッパ特許第118240号明細書にはまた、上記分子的に分散した澱粉を射出成形して個々にカプセルを製造することが記載されている。
【0005】
上記ヨ−ロッパ特許第118240号に引き続く特許出願は、このヨ−ロッパ特許第118240号明細書に記載された方法および生成物を様々に変更した態様および改良を開示している。すなわち、
ヨ−ロッパ特許出願第282451号明細書
このヨ−ロッパ特許出願においては、組成物に基づいて10ないし25%の水を含有する澱粉組成物を容器内で鎖の分断触媒、例えば酸またはアルカリの存在下に高温にまで加熱し、そして元の量平均分子量と比較して2ないし5000倍まで材料の平均分子量が減少するまで加熱を続ける。この改良方法は、表面欠陥の発生を減少させ、そしてヨ−ロッパ特許第118240号明細書に記載の方法により製造された生成物の伸び率を改良すると言われている。
【0006】
ヨ−ロッパ特許出願第298920号明細書
この特許明細書に記載されている方法は、馬鈴薯澱粉に特に適用可能であって澱粉を予備処理して澱粉のホスフェ−ト基に結合している遊離の電解質と金属カチオンを除去し、そして場合によりカチオンを特定の一価金属および/または多価カチオンに置き換えることを含んでいる。澱粉と水との合計に基づいて10ないし25重量%の含水率を有する、このように製造された澱粉は、次いでヨ−ロッパ特許第118240号の方法で使用される。この変更方法もまた、表面欠陥の発生を減少させるとともに、成形された生成物の伸び率を改良すると言われている。
【0007】
ヨ−ロッパ特許出願公開第304401号明細書
ヨ−ロッパ特許第118240号明細書に記載された、水組成物中で分子的に分散された澱粉は、製造直後では溶融状態で押出成形されるけれども、ヨ−ロッパ特許出願公開第304401号明細書に記載の方法では、先ず該組成物を固化させ、次いでこれを射出成形するために再び溶融する。ヨ−ロッパ特許出願公開第304401号明細書に記載の方法は、このように操作することによって一層安定となり、そして成形品は更に高い物理的強度を有すると言われている。
【0008】
ヨ−ロッパ特許出願公開第326517号明細書
この特許出願明細書に開示された方法の特徴は、澱粉の酸化分解および熱分解の吸熱特性変化直前の狭い最終的な吸熱変移を包含する全ての吸熱変移を受けるまで澱粉および水の組成物(組成物の重量に基づいて5ないし40重量%の水を含む)を加熱することにある。この特徴を採用することによって、ヨ−ロッパ特許出願公開第118240号明細書に記載された方法は、一層安定となるばかりでなく、製造された製品は物理的強度が一層高くなると言われている。
【0009】
ヨ−ロッパ特許出願公開第391853号明細書
結合したホスフェ−ト基を有するように使用される澱粉には必須であるので、馬鈴薯澱粉は特にこの特許出願の課題となっている。ホスフェ−ト基に結合したカチオンとプロトンとの相対的な濃度が臨界的とみなされて、或る範囲内にあるものとして特定されている。ヨ−ロッパ特許出願公開第391853号明細書に記載されて特許請求されているこの方法の特徴を採用することによる利点は、製造された物品における表面欠陥の減少および改良された伸長性にあると言われている。
【0010】
上記の5つの特許出願は、ヨ−ロッパ特許第118240号明細書で使用されている「水中に分子的に分散された澱粉」という用語の代わりに記述上の「破壊澱粉」という用語を用いている。
【0011】
ヨ−ロッパ特許第118240号およびこれに関連している、破壊された澱粉の製造に主として関係している上記5つの特許出願に加えて、破壊された澱粉および熱可塑性合成重合体料からなる組成物に係わる13の特許出願がある。ヨ−ロッパ特許出願公開第327505号明細書はこのような組成物の一般的な開示を含んでおり、一方、以下の12の特許出願は、破壊された澱粉と特定の熱可塑性重合体との組合せを目指している。これらの特許出願明細書はヨ−ロッパ特許出願公開第404723号明細書、同第404727号明細書、同第404728号明細書、同第407350号明細書、同第408501号明細書、同第408502号明細書、同第408503号明細書、同第409781号明細書、同第409782号明細書、同第409783号明細書、同第409788号明細書および同第409789号明細書である。
【0012】
上に挙げた全ての特許公報は、破壊された澱粉または破壊された澱粉と熱可塑性合成重合体物質との組合せを記載しているか否かに拘わらず、破壊された澱粉の製造で使用される澱粉と水との基本組成物にその他の物質を添加することを記載している。特定の付加的な成分としては下記のものを包含している。
【0013】
すなわち、水溶性または水膨潤性である、本質的に親水性の重合体物質である「増量剤」。増量剤の例としては、ゼラチン、タンパク質、水溶性多糖類、例えばガム、ペクチンおよびセルロ−ス誘導体および種々の水溶性合成重合体が挙げられる。
【0014】
「無機充填剤」、例えばマグネシウム、珪素、チタン等の酸化物。
「可塑剤」、例えば低分子量ポリ(アルキレンオキサイド)グリセロ−ル、グリセリルモノアセテ−ト、プロピレングリコ−ルおよびソルビト−ル、並びにポリビニルアルコ−ル、アミロ−スおよびキサンタンガムのような高分子量製品。
【0015】
「着色剤」、例えばアゾ染料、天然顔料または無機顔料。
「流動改良剤」 この添加物の例は、単独の状態またはモノ− および/またはジ− グリセライドまたはホスファチド、特にレシチンと混合された状態にある、好ましくは水素化されている動物または植物の脂肪である。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等の経験によれば、澱粉を含む成形物の製造について実験した際には成形プロセス中の溶融物の粘度に起因する困難に遭遇することが研究によって明らかになった。この困難性は、高い背圧、金型の不完全な充填および成形物の極端な脆性のために、とりわけ金型に供給される材料の量の制御に関係している。しかしながら、本発明者等は、澱粉成形組成物中に或る種の澱粉減成生成物を含有させることによってこれらの困難性を実質的に低減できることを見出した。
【0017】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、澱粉含有組成物を押出成形して成形品の製造に好適な材料を製造する方法であって、澱粉、および1ないし40のDE値を有する澱粉加水分解生成物、酸化澱粉およびピロデキストリンからなる群から選ばれる澱粉減成生成物が組成物中に存在することを特徴とする方法である。
【0018】
本発明による方法に使用することができる澱粉は塊茎澱粉または顆粒状澱粉であって、例えば、エステル化またはエ−テル化によって変性されていてもよい。しかしながら、澱粉は自然のままの馬鈴薯澱粉、タピオカ澱粉、小麦澱粉またはコ−ン(マイズ)澱粉あるいはこれらのワックス状同等物であるのが好ましい。所望ならば、澱粉の混合物、例えばコ−ンスタ−チとワックス状コ−ンスタ−チとの混合物を使用してもよい。
【0019】
澱粉減成生成物はまた、顆粒状澱粉または塊茎澱粉から誘導することができ、そして組成物中に使用されているのと同一または異なる種類の澱粉から誘導することができる。
【0020】
「澱粉加水分解生成物」とは、酸または酵素のいずれかの触媒作用を受ける加水分解によって減成された澱粉誘導体である。減成の程度は、D.E.または「デキストロ−ス当量」値によって表され、これは乾燥基準でD− グルコ−スとして表される澱粉加水分解物の還元能力である。このDE値が低ければ低い程、加水分解物の分子量は益々高くなり、かつ減成の程度は益々低くなる。通常、20までのEDを有する加水分解物はマルトデキストリンと呼ばれ、そして20よりも大きいDE値を有するものは噴霧乾燥グルコ−スシロップと呼ばれる。本発明の方法で使用される加水分解生成物は、好ましくはマルトデキストリンであり、そしてより好ましくは2ないし20のDE値を有する。
【0021】
「酸化澱粉」は、ほぼ同じ顆粒構造を有するという点で、外見上天然のままの澱粉に似ている市販製品であり、典型的な極性クロスを示し、冷水に不溶性であり、そして沃素で特徴のある澱粉着色反応を示す。しかしながら、水と一緒に加熱されると、酸化澱粉は天然のままの澱粉よりも希薄な溶液を生じ、これは酸化法によって生ずる減成の程度の指標となる。過酸化化合物もまた使用することができるけれども、酸化のために使用される最もありふれた試薬は次亜塩素酸塩、特に次亜塩素酸ナトリウムまたは次亜塩素酸カルシウムである。
【0022】
「ピロデキストリン」はアルカリまたは酸のような化学薬品を添加して、または添加しないで澱粉を加熱することによって製造される澱粉減成生成物である。このプロセスの間に、澱粉アミロ−スおよびアミロペクチンの分子は鎖長の短い分子に減成され、そしてこれはそのまま残っていてもよいし、あるいは再び結合して新しい分子を生じてもよい。
【0023】
組成物中に存在する澱粉減成生成物の量は好ましくは0.5ないし50重量%であり、そしてより好ましくは1ないし30%である(この百分率、および本明細書および特許請求の範囲で表現されているその他の全ての百分率は、別にそうでないと指摘されていなければ、組成物の全重量に基づく重量による百分率である。)。
【0024】
澱粉含有組成物は好ましくはまた、特に10%までの水を含んでいる(別にそうでないと指摘されていなければ、本明細書および特許請求の範囲における水の濃度は添加された水を指していて、澱粉成分中に含まれるどの水も含んでいない。)。更に、この組成物は好適には10ないし30%の可塑剤を含んでいるのが好ましい。この可塑剤は好ましくは、低分子量を有するのが好ましく、例えば低分子量ポリ(アルキレンオキサイド)、ペンタエリスリト−ル、グリセリルモノアセテ−ト、グリセリルジアセテ−トまたはグリセリルトリアセテ−ト、エリスリト−ル、プロピレングリコ−ル、C1 〜C4 アルキルシトレ−トまたはC1 〜C4 アルキルフタレ−ト、トリメチロ−ルプロパンまたは特にグリセロ−ルまたはソルビト−ルである。この組成物が乳化剤を含有するならば、本方法は更に促進される。市場で入手できる多くの乳化剤がこの目的に好ましいが、長鎖脂肪酸のグリセリルエステル、例えばグリセリルモノステアレ−トが、好適には1ないし5%の量で特に有効である。
【0025】
本発明の方法で使用するのに好ましい組成物は澱粉、澱粉減成生成物、低分子量可塑剤、水および場合により乳化剤を含んでいる。より好ましい組成物はコ−ンスタ−チ、DE2ないし20のマルトデキストリン、グリセロ−ルまたはソルビト−ル、水および、場合により乳化剤、特にグリセリルモノステアレ−トを含んでいる。コ−ンスタ−チ、グリセロ−ルまたはソルビト−ル10ないし30重量%、DE2ないし20のマルトデキストリン1ないし25%、水5ないし10%および乳化剤、特にグリセリルモノステアレ−ト5%までを含有する組成物が特に好ましい。
【0026】
本発明の方法で使用される組成物はまた、要求に応じたその他の成分、例えば無機顔料、例えば二酸化チタン、着色物質、離型剤、例えばステアリン酸マグネシウム、引き続いて成形された生成物の湿潤耐性を改良するための澱粉用架橋剤、例えばエチレンジメチロ−ル尿素および/または引き続いての成形プロセスにおいて組成物の均一な発泡を保証するための発泡剤、例えばカ−ボネ−トおよび/またはタルクを含有していてもよい。
【0027】
押出プロセスが行われる条件は、一般に、前記の特許公報を包含する、これに関連した文献に以前記載されていたものである。押出機の設計はその押出機の内容物に課せられる圧力と剪断効果に影響を及ぼすので、押出機の選択は重要である。本発明者等は、本明細書の後の方に記載されている実施例で示されている結果を得るのに使用された押出成形機、すなわち、Werner and Pfleiderer ZSK 40が本発明方法で使用するのに特に適していることを見出した。押出機バレルの温度は好ましくは20ないし170℃であり、より好ましくは80ないし160℃であり、そして押出機出口直前で測定された圧力は好ましくは10×105 ないし100×105 Pa、特に20×105 ないし70×105 Paである。本発明組成物の成分は押出機に供給される前に予め混合することができるか、あるいはその一部を予め混合し、そしてその他の部分を別途添加し、そして押出機バレル内で最終的な混合を行ってもよい。
【0028】
押出機を出る生成物は2ないし12%の全含水率(すなわち、添加された水と澱粉成分中に含まれる水との合計)を有するのが好ましく、そしてこの目的のためには、必要ならば、圧力を低下させ、そして生成物が押出機を去る直前に水を抜き取る手段を設けることによって、生成物から水を抜き取ってもよい。
【0029】
押出機を去る生成物は好適には、例えば連続的に回転するナイフにより切断してペレットとし、冷却し、そして、例えば射出成形装置で成形するための準備として貯蔵される。本発明方法の生成物からそのまま物品を成形してもよいが、この生成物は熱可塑性重合体材料、特に熱可塑性合成重合体材料、例えばポリエチレンと組み合わせてもよい。所望ならば、この押出機は射出成形機の一部となっていてもよく、この場合、澱粉材料は分離されなくて直接射出成形される。
【0030】
【発明の効果】
本発明の組成物における減成された澱粉生成物の効果は、射出成形装置の流動的な操作を容易にし、極端な圧力を適用しないで金型を充填することを可能とし、そして物品の強度を損なわないで鍛えることができる成形品を製造することである。
【0031】
ここで、以下の実施例を参照して本発明について更に説明する。
【0032】
【実施例】
使用した押出機は内部篩分け型の共回転式二軸押出成形機(28のL/Dを有するWerner and Pfleiderer ZSK 40)であって、そのバレルは各帯域が次のように制御された温度を有する8つの連続した帯域を有するスクリュウを囲んでいた。
帯域 1 2 3 4 5 6 7 8
温度(℃) 20 110 150 150 150 150 110 90
試験材料を導入する手段は、帯域2に配置され、そして帯域1は導入された材料が帯域2で過熱されるのを防ぐ温度緩衝として役立つ。帯域3、4、5および6は、材料が二軸スクリュ−の影響下に押出機バレルに沿って可塑化され、そして移動する間に、その材料が試験の下に加熱される加熱帯域とした。帯域7は圧力を低下させることによって水を除去できる出口手段が設けられた水分制御帯域とした。最終冷却帯域8には、引き続いて各々が孔径4.0mmである6個の孔を有するダイを配置した。加熱帯域における圧力は約60×105 Paとし、そして水分制御帯域においては約40×105 Paとした。押出機への供給速度は30kg/時間とし、スクリュ−回転速度は200rpmとし、そして試験材料が押出機に滞留する時間は約2分間とした。
【0033】
例1
上記の装置で2種の組成物を押出成形した。その組成は下記の通りであった。
【0034】
A(比較例):コ−ンスタ−チ 76.5%、グリセロ−ル 22.1%、グリセリルモノステアレ−ト 1.4%
B:コ−ンスタ−チ 59.1%、グリセロ−ル 21.0%、グリセリルモノステアレ−ト 1.7%、マルトデキストリン(DE 18)12.9%+水5.3%。
【0035】
押出機に供給する前に澱粉、グリセロ−ルモノステアレ−トおよびマルトデキストリンを予備混合し、そしてグリセロ−ルおよび水を別々に供給した。
重要であると考えられる押出成形物の特性は破断点引張強度、E− モジュ−ルおよび破断点伸びである。更に、材料の流動性は150×105 Paの圧力の下に150℃で行われる試験の下で6gの材料から形成されたフィルムの直径を測定することによって評価された。直径が大きくなればなるほど、試験の下にある材料の流動性は益々大きくなり、一方、順繰りに、流動性は押出成形法における溶融物の粘度に反映しており、流動性が高ければ高い程益々低い押出成形圧力を示す。一般に、約160以上の流動度が望ましい。引張強度、E− モジュ−ルおよび破断点伸びは成形物の強度の指標となる。
【0036】
得られた結果は下記の通りであった。
上記Bの試験片の直径が大きくなると、生成物の流動性が改良されることが示され、一方Bの生成物の強度特性は、Aのそれと同一のオ−ダ−のままであり、すなわち、Bの組成物は、製造された生成物の強度に悪影響を及ぼすことなく、加工が容易となった。
【0037】
例2
本発明方法および上記の装置を使用して、4種の組成物を首尾よく押出成形した。その組成は次の通りであった。
【0038】
C:コ−ンスタ−チ67.2%、マルトデキストリン(DE 5)3.9%、グリセロ−ル 21.7%、水 5.4%
D:コ−ンスタ−チ 68.7%、噴霧乾燥されたグルコ−スシロップ(DE21)2.0%、グリセロ−ル 21.9%、水 5.6%
【0039】
E:コ−ンスタ−チ 66.6%、噴霧乾燥されたグルコ−スシロップ(DE21)4.0%、グリセロ−ル 22.1%、水 5.5%
F:コ−ンスタ−チ 67.1%、噴霧乾燥されたグルコ−スシロップ(DE37)4.0%、グリセロ−ル 21.7%、水 5.4%
【0040】
各組成物はまた、グリセロ−ルモノステアレ−ト1.8%を含有していた。
上記組成物に関する流動性の測定値は次の通りであった。
C:168mm
D:176mm
E:174mm
F:166mm
【0041】
例3
上記の装置を用い、本発明の方法によって下記の組成物を首尾よく押出成形した。
【0042】
G:コ−ンスタ−チ39.3%、酸化澱粉(平均分子量37890)30.5%
H:コ−ンスタ−チ59.6%、酸化澱粉(平均分子量44820)10.2%
【0043】
I:コ−ンスタ−チ39.3%、酸化澱粉(平均分子量44820)30.5%
J:コ−ンスタ−チ18.9%、酸化澱粉(平均分子量44820)50.9%。
【0044】
K:コ−ンスタ−チ39.3%、酸化澱粉(平均分子量54210)30.5%。
引用した平均分子量は数平均分子量である。
【0045】
各組成物はまた、それぞれグリセロ−ル22.6%、水5.7%およびグリセロ−ルモノステアレ−ト1.9%を含有していた。
上記5種の組成物に関する流動性の測定値は以下の通りであった。
【0046】
G:191mm
H:172mm
I:186mm
J:200mm
K:182mm
【0047】
例4
上記の装置を用い、本発明の方法によって下記の組成物を首尾よく押出成形した。
【0048】
L:コ−ンスタ−チ 39.3%、ピロデキストリン(平均分子量8710)
30.5%、グリセロ−ル22.6%、水5.7%
M:コ−ンスタ−チ59.8%、ピロデキストリン(平均分子量24490)
10.2%、グリセロ−ル22.4%、水5.7%
【0049】
N:コ−ンスタ−チ39.3%、ピロデキストリン(平均分子量24490)
30.5%、グリセロ−ル22.6%、水5.7%
O:コ−ンスタ−チ20.1%、ピロデキストリン(平均分子量24490)
53.9%、グリセロ−ル24.0%
【0050】
P:コ−ンスタ−チ39.3%、ピロデキストリン(平均分子量42400)
30.5%、グリセロ−ル22.6%、水5.7%。
引用した平均分子量は数平均分子量である。
【0051】
組成物L、M、NおよびPはそれぞれグリセロ−ルモノステアレ−ト1.9%を含有し、そして組成物Oはグリセロ−ルモノステアレ−ト2.0%を含有していた。
【0052】
上記5種の組成物に関する流動性の測定値は以下の通りであった。
L:>230mm
M:172mm
N:203mm
O:206mm
P:184mm
Claims (10)
- 固有の廃棄問題を有する合成ポリマー性材料の代替品として使用される成形品の製造のための材料を澱粉含有組成物の押出成形により製造する方法であって、
・澱粉、および
・澱粉加水分解生成物(DE値=1ないし40)、酸化澱粉およびピロデキストリンからなる群から選ばれる澱粉減成生成物、
が前記組成物中に存在することを特徴とする方法。 - 澱粉含有組成物中における澱粉がコ−ン(マイズ)澱粉、馬鈴薯澱粉、タピオカ澱粉または小麦澱粉である請求項1記載の方法。
- 澱粉減成生成物がマルトデキストリンである請求項1または2記載の方法。
- 前記組成物が、それの全重量を基準にして、澱粉減成生成物0.5ないし50重量%、好ましくは1ないし30重量%を含む請求項1ないし3のいずれか一つに記載の方法。
- 前記組成物が、それの全重量を基準にして、10重量%までの水を含む請求項1ないし4のいずれか一つに記載の方法。
- 前記組成物が、それの全重量を基準にして、可塑剤を好ましくは10ないし30重量%の量で含む請求項1ないし5のいずれか一つに記載の方法。
- 前記可塑剤がグリセロールまたはソルビト−ルである請求項1ないし6のいずれか一つに記載の方法。
- 前記組成物が、それの全重量を基準にして、乳化剤、例えば、グリセリルモノステアレ−トを、好ましくは1ないし5重量%の量で含む請求項1ないし7のいずれか一つに記載の方法。
- 請求項1ないし8のいずれか一つに記載の方法に使用する組成物であって、澱粉、澱粉減成生成物、低分子量可塑剤、水および、場合により乳化剤を含むことを特徴とする前記組成物。
- ・主成分としてのコ−ンスタ−チ、及び各々組成物の全重量を基準にして、
・グリセロ−ルまたはソルビト−ル10ないし30重量%、
・DE2ないし20のマルトデキストリン1ないし25重量%、
・水5ないし30重量%、および場合により
・乳化剤、好ましくはグリセリルモノステアレ−ト5重量%まで、及び必要に応じて
・他の成分、
を含む請求項9記載の組成物。
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