JP3597645B2

JP3597645B2 - 生分解性緩衝材の製造方法

Info

Publication number: JP3597645B2
Application number: JP21301296A
Authority: JP
Inventors: 謙一中村
Original assignee: 株式会社産業技術研究所
Priority date: 1996-07-24
Filing date: 1996-07-24
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2016-07-24
Also published as: JPH1036550A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、廃棄処理の際に発泡スチロール樹脂のような環境負荷がないコーナーパッドなどに使用される生分解性緩衝材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、梱包用緩衝材には、古新聞紙等の紙を丸めたものや、おが屑、籾殻など身近なものが有効利用されていたが、産業の発達に伴い、家電製品、精密機械、ガラス製品、電子部品等の工業製品を多量にかつ安全に運ぶ必要が高まってくると、現今では、軽量で取扱い性が良く、かつ緩衝特性を有する発泡スチロール樹脂成形緩衝材が大量に使用されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし乍ら、この便利な発泡スチロール樹脂緩衝材は、使用後は軽量、安定であるが故に、却って廃棄処分に困る存在となっている。即ち、地区の焼却センターで焼却処分するにしても、かさばるため回収コストが掛かるだけでなく、燃焼カロリーが高すぎるため、焼却時に焼却炉を傷め、また黒煙が発生するなどの問題がある。
また、土中に埋め立て処分するにしても、化学的に安定なため、いつまでも消滅することなく、かさばることと相埃って埋め立て処分場の寿命を短かくしている問題があった。
【０００４】
一方、素材を再利用するにしても、熱熔融処理工程を取ることが一般的なため、熱劣化による着色や、物性低下、不純物混入等があり、付加価値のない限られた用途にしか再利用し得ない難点もある。
そのため、ドイツを始めとする欧米先進国の一部では、発泡スチロール樹脂自体の持ち込みを禁止している国もあり、特に輸出の多い家電メーカーからは、発泡スチロール樹脂に代る梱包緩衝材が強く望まれている。また、この緩衝材には、使用後は、有効にリサイクル使用できるか、そのまま土中に埋め立てても環境に悪影響を及ぼすことなく分解消滅してしまうか、焼却炉を傷めずに焼却処分できるものが求められている。
【０００５】
一方、本出願人は、先に特願平５−３５０８０９号に於て、発泡スチロール製品に代るべき軽量でクッション性のある発泡状紙成形品の提案を行った。このものは、対向する複数の成形型間のキャビティに成形材料を充填して成形するものてあり、成形型を完全に締切らない状態で、予め発泡状態にした紙ペレットに液状もしくはペースト状の接着剤を塗布して、所要量を成形型キャビティ内に射出注入した後、成形型を閉鎖し、加熱して接着剤を固化し形成するか、または、微小紙片の所要量と、発泡剤を練り込んだ液状もしくはペースト状の接着剤の所要量とを予め混練した成形材料を、閉鎖した成形型の射出口よりキャビティ内に射出注入し型内で発泡固化させるもので、接着剤は加熱により固化する生分解性のものを使用するようにしている。
【０００６】
ところが、出願人等は、この提案を実施するべく実験プラントにおいて種々テストの結果、予め発泡状態にした紙ペレット、又は微小紙片等のバインダー（接着剤）に液状もしくはペースト状のものを用いた成形材料を使用していることから、成形型に設けた射出口より成形型キャビティ内に該成形材料を射出注入する工程において、成形材料の粘性のため、その流動性に問題があり、成形型の射出口よりの型内への射出注入が円滑に行われないことを見出すに至った。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされるものであって、発泡スチロール製品に代わるべき軽量にして緩衝性（クッション性）があり、使用後はそのまま土中に埋め立てても環境に悪影響を及ぼすことなく分解消滅するとともに、コーナーパットなど緩衝材を成形型を用いて成形する際、成形材料として、型内に容易に注入充填して成形することのできる成形加工性のよい生分解性緩衝材の製造方法を提供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】
前記目的を達成するために本発明に於ては、生分解性緩衝材の製造に当り、複数の成形型を組合せ、対向する成形型の内面間のキャビティに成形材料を充填して成形するものとし、成形型を完全に締切らない状態で、微小紙材に粉末状の生分解性バインダーをまぶして所要量を加圧空気により成形型キャビティ内に吹込んだ後、加熱空気を吹込んでバインダーを熔融した後成形型を閉鎖して微小紙材相互の接点に於て接着し、次いで金型もしくは金型内を冷却してバインダーを固化せしめて成形するという方法をとっている。
この場合、成形材料には微小紙材に粉末状のバインダーをまぶして紙材表面にバインダーをくまなく付着せしめたものを用いており、成形材料は、乾式の成形材料であって、液状若しくはペースト状の接着剤を用いた粘性のある湿式の成形材料でないから、成形型の一部に設けた射出口から加圧空気により注入して型の隅々まで円滑にくまなく容易に充填することができる。そして加熱空気によるバインダーの熔融後型を閉鎖した後型の冷却によりバインダーは固化し、対向する型の開放により所定形状に型成形された生分解性緩衝材（コーナーパッド等）を取出すことができる。
【０００９】
前記粉末状の生分解性バインダーとしては、平均粒子径が２０〜２００μｍの粉末ポリ乳酸を使用するのが効果的である。
この場合、微小紙材のバインダーとして、澱粉などの水系ポリマー、酢酸ビニル、アクリル酸エステル、スチレンブタジエンなどのエマルジョン系ポリマーが検討されたが、澱粉、酢酸ビニルをバインダーに使用したきには、得られる緩衝材の脆性が顕著となるため、緩衝特性が不十分なことは免れない。また、アクリル酸エステル、スチレンブタジエンをバインダーに使用したときには、バインダーに生分解性がないため、土中に埋め立てられたときには、緩衝材中のパルプ成分は生分解しても、バインダーは分解せず土中に蓄積されて行くことになり、自然界への悪影響が懸念される。
【００１０】
本発明者らは、発泡スチロール樹脂緩衝材に代るものとして、微小紙材をバインダーで結合せしめた乾式パルプモールド緩衝材を用い、該緩衝材における微小紙材のバインダーとして緩衝特性、成形加工性が良く、且つ、生分解性があって環境に優しいバインターを鋭意検討した結果、バインダーのガラス転移点が５０〜１００℃の間にあり、生分解性と微小紙材のパルプ繊維への接着性に優れた熱可塑性樹脂を、ある範囲の大きさに粉末化して得られるポリマーをバインダーとして使用すると前述の課題解決に適合することを見出し、平均粒子径２０〜２００μｍの粉末ポリ乳酸をバインダーとして使用することが効果的なことを見出したのである。すなわち、このポリ乳酸は、耐熱性が低く軟化点が６０℃なので１００〜１５０℃の熱空気を吹込めば粉末はすぐ熔融するが紙は１５０℃迄は変化しないため〔紙は１７０℃位で黄変が始まり、次第に褐変（２００℃）し、２４０℃で発火〕、微小紙材のバインダーに好適に使用することができるのである。
【００１１】
本発明に使用するポリ乳酸の平均粒子径は２０〜２００μｍであるが、特に４０〜１００μｍが好適に用いられる。この場合、平均粒子径が２００μｍ以上では梱包緩衝材としての強度が弱くなり、緩衝性能が不十分である。強度を向上させるためには、バインダーの使用量を増やせば良いが、緩衝性能は低下してしまう。また、平均粒子径が２０μｍ以下では取扱中に粉塵爆発の可能性があり、使用に適しない。
【００１２】
前記ポリ乳酸粉末を使用した微小紙片の乾式モールドによる熱成形温度は、ポリ乳酸の融点以上、熱分解温度以下であれば問題はなく、通常１００℃〜２００℃程度で行われる。熱圧成形時間はポリマーが溶融し、微小紙片のパルプ繊維に融着する時間があれば良く、成形厚やかさ密度にもよるが通常３０秒〜２分あれば十分である。成形体のかさ密度は成形圧により通常０．０５〜０．５ｇ／ｃｍ^３に調整される。なお、微小紙片のパルプ繊維に対するバインダーの使用量は、緩衝特性、風合い、コストとのバランスから５〜２０重量％が好ましい。
【００１３】
前記微小紙材としては、都市ゴミから分割された紙ゴミ又は古紙を微細な微小紙片に粉砕したものを用いるのが効果的である。これにより、従来焼却処理された紙ゴミや供給過剰の古紙を有効に活用することができ、炭酸ガスの発生など焼却による環境汚染を少くするとともに、焼却処理に伴う焼却灰の処理などの費用や労力を軽減することができる。
【００１４】
また、前記微小紙材として、微小紙片と澱粉を水で混練して発泡させた小発泡体を使用することができる。
この場合、微小紙片と澱粉を水で混練し、之を加熱加圧しつつ、例えば、１〜０．５ｍｍφ位のダイスで押出すと、秒速２ｍ位の速度で発泡しつつ３〜４ｍｍφの発泡体が押出され之を３ｍｍ長にホットカットすると３〜４ｍｍφ×３ｍｍの小発泡体ができる。之を生分解性樹脂で接着すると非常に軽い（比重０．１以下）緩衝材ができ、発泡スチスール（ＥＰＳ）の代替に好適に用いることができる。
【００１５】
前述のごとく、ポリ乳酸粉末などの生分解性バインダーを微小紙片や小発泡体等の微小紙材に用いて乾式で製造される生分解性緩衝材は、発泡スチロール樹脂緩衝材に代わり得る緩衝性，成形性を有しながら、生分解性に優れ、使用後土中に埋め立てされても環境への負荷が少く、速やかに分解消滅する。また、発泡スチロール樹脂緩衝材と異なり、古紙リサイクルによる資源の有効利用も可能であり、焼却処分しても燃焼熱が低く、有害ガスも発生しない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を下記の各実施例に基づいて説明する。
【００１７】
【実施例】
〔実施例１〕
本発明の第１の実施例として請求項３に基づく製造を行い、製品として縦２００ｍｍ×横２００ｍｍ×厚さ２０ｍｍのパルプモールド緩衝材の成形を行った。この実施例では１ケ取りの金型（上型，下型各１面）を使用した。次にその製造工程を図１の工程図に基づいて説明する。
１．古紙（新聞紙）を粉砕機（ハンマーヘッドミル）により粉砕して一辺の平均長さ２ｍｍの微小紙片を造る。
２．生分解性バインダーとして島津製作所製ポリ乳酸「ラクティー」の小粒状物を冷凍粉砕し、平均粒子径１００μｍの粉体を得た。
３．微小紙片１００重量部に対し、ポリ乳酸粉末１５重量部を夫々に秤量機で秤量し、混合機（ミキサー）に供給して常温攪拌し原料を十分混合した。
４．之により発生する静電気の作用で生分解性微粉末が表面に付着した微小紙片が得られた。
５．混合機からの上記原料を、圧縮空気により射出成形機の上型、下型半開きの成形型内に吹込む一方、圧縮空気をヒーターで加熱し、加熱空気（２００℃）を成形型内に吹込みバインダーを熔融せしめた。
６．そして、上型・下型を閉鎖型締めして１分間熱圧成形し、冷却水で閉鎖状態の金型を冷却せしめ材料を固化成形した。
７．金型を開き、製品を取出して、かさ密度０．２ｇ／ｃｍ^３で寸法：縦２００×横２００ｍｍ×厚さ２０ｍｍのパルプモールド緩衝材を完成することができた。
【００１８】
これを現在流通しているかさ密度０．０２ｇ／ｃｍ^３の発泡スチロール樹脂緩衝材と緩衝特性を比較したところ、次のごとく十分実使用できる水準であった。

なお、緩衝係数、圧縮強度の測定は、新・包装技術便覧（日本包装技術協会）に記載の方法によった。
また、実施例で得られた緩衝材の生分解性は、土中に埋め立て後、３ヶ月で崩壊が始まり、１年後には消滅していた。
【００１９】
〔実施例２〕
本発明の第２の実施例として請求項４に基づく製造を実施した。次にその製造工程を図２の工程図に基づいて説明する。
１．古紙（新聞紙）を粉砕機（ハンマーヘッドミル）により粉砕して１ｍｍφパスの微小紙片を造る。
２．小発泡体作製のための接着剤として澱粉（コーンスターチ）を粉砕し１００ｍｅｓｈ以下の粉末澱粉を得た。
３．微小紙片２０重量部に対し、澱粉末５０重量部を夫々秤量機で秤量し、混練機に供給して混合するとともに水を秤量機で秤量して１０〜２０重量部を逐次添加しつつ混練機で十分混練する。
４．混練機からの十分混練した上記原料を、スクリュー外径５０ｍｍの押出機（Ｌ／Ｄ＝２０）により、加熱加圧しつつ先端のダイス孔（０．５ｍｍφ）より高速（秒速１．５ｍ）で押出すと外径３ｍｍφの発泡体が押出される。之を高速のホットカッターで長さ３ｍｍに切断すると３φ×３ｍｍの紙発泡ペレットが得られた。
５．生分解性バインダーとして島津製作所製ポリ乳酸「ラクティー」の小粒状物を冷凍粉砕し、１００ｍｅｓｈ以下の平均粒子径１００μｍの粉体を得た。
６．紙発泡ペレット１００重量部に対し、ポリ乳酸粉末２０重量部を夫々に秤量機で秤量し混合機（ミキサー）で常温攪拌すると、発生する静電気の作用により紙発泡ペレットの外部にポリ乳酸粉末が付着したものが得られる。
７．この材料を圧縮空気を用いて発泡成形金型（上・下型半開き状態）の中に吹込み、さらに圧縮空気をヒーターで加熱した加熱空気（１５０℃）を吹込み、材料表面に付着しているポリ乳酸粉末を熔融軟化せしめた。
８．この状態で上下の金型を締切り、金型に冷水を流すと同時に金型内に−９０℃の窒素ガスを吹込むとポリ乳酸は急速に固化し、紙発泡ペレットは相互に強固に接着される。金型を開きこの固化成形した製品を取出して所望の形状（金型内面に沿った）の紙発泡成形品を得ることができた。
【００２０】
以上のようにして得られた製品は、その比重は０．０３で軽量であり、且つ生分解性を有しており、燃焼時にも何等有毒有害なガスを発生することが無いので、発泡スチロールに代る可き環境にやさしい無公害な緩衝材とすることができる。
なお、前記実施例では微小紙材にまぶすべき粉末状の生分解性バインダーとして、平均粒子径１００μｍのポリ乳酸粉末を用いたが、軟化点が低く１５０℃以下で粉末がすぐ熔融するもので、平均粒子径が２０〜２００μｍの範囲内の生分解性のものであれば、他の生分解性微粉末を用いることが可能なのは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明の生分解性緩衝材の製造方法によれば、緩衝材を使用後廃棄しても完全生分解し環境を汚染することがなく、また緩衝材の成形に際して成形材料を乾式で型内に容易に充填して成形することができ、従来の発泡スチロール樹脂緩衝材が引き起していた廃棄物処理の諸問題を解決することができて発泡スチロール樹脂に代ることのできる生分解性緩衝材を成形性よく製造することができる。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、粉末状の生分解性バインダーとして、この粉末ポリ乳酸を使用するとき、生分解性と微小紙材への接着性にすぐれ、且つ製造した緩衝材の強度、緩衝性能の保持を十分にするとともに、バインダー取扱中の粉塵爆発の危険性をなくすことができる。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、従来焼却処理されていた紙ゴミや、その他古紙を有効に活用することができ、炭酸ガスの発生など焼却による環境汚染を少なくするとともに、焼却処理にともなう焼却灰の処理などの費用や労力を軽減することができる。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、原料の微小紙材に小発泡体を使用することにより、成形した生分解性緩衝材の重量をきわめて軽くして発泡スチロール樹脂に代る軽量な生分解性緩衝材を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】成形材料の微小紙材として微小紙片を使用したときの本発明方法の工程図である。
【図２】成形材料の微小紙材として紙発泡ペレットを使用したときの本発明方法の工程図である。

Claims

複数の成形型を組合せ、対向する成形型の内面間のキャビテイに成形材料を充填して成形するものとし、成形型を完全に締切らない状態で、微小紙材に粉末状の生分解性バインダーをまぶして所要量を加圧空気により成形型キャビテイ内に吹込んだ後、加熱空気を吹込んでバインダーを熔融した後成形型を閉鎖して微小紙材相互の接点において接着し、次で金型もしくは金型内を冷却してバインダーを固化せしめて成形することを特徴とする生分解性緩衝材の製造方法。
粉末状の生分解性バインダーが、平均粒子径２０〜２００μｍの粉末ポリ乳酸である請求項１記載の生分解性緩衝材の製造方法。
微小紙材が、紙ゴミ又は古紙の粉砕物の微小紙片である請求項１又は２記載の生分解性緩衝材の製造方法。
微小紙材が、微小紙片と澱粉を水で混練し発泡させた小発泡体であることを特徴とする請求項１又は２記載の生分解性緩衝材の製造方法。