JP3709427B2 - 成形体の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、植物体または藻類を、二酸化炭素の放出なしに有効利用する方法に関し、特に非木質植物廃棄物を用いた成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
藁などの農業廃棄物や、森林の残材などの林業廃棄物として生じる植物廃棄物のうち、リグニンを多く含む木質植物廃棄物は比較的利用しやすいものの、非木質植物廃棄物は有効利用しにくいため、焼却処理などの方法で廃棄されるか、あるいは地上または地中に放置され、自然界の微生物によって分解されることが多い。このような焼却処理や分解により、植物等の光合成反応により固定化した二酸化炭素が再び大気中に放出されることになる。
二酸化炭素の増加は、地球温暖化をもたらす原因であり、こうした二酸化炭素の再放出は望ましくない。
一方、二酸化炭素は、植物や藻類の光合成反応を利用して固定化補集することができ、微細藻類を大量培養して二酸化炭素を固定する研究が進められている。ところが、培養後に得られる藻体のうち、食用、家畜の飼料等に利用されない余剰培養藻体等は、有効利用されないまま、焼却処理などの方法で廃棄されるか、あるいは地上または地中に放置され、自然界の微生物によって分解されることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のごとく、余剰の非木質植物廃棄物や藻類（以下、非木質植物廃棄物という）を焼却処理すると、光合成反応により、固定化した二酸化炭素が大気中に放出されることになる。また他の生物による分解を受けて二酸化炭素の生成源となる。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、これらの非木質植物廃棄物を有効利用しつつ、二酸化炭素を発生させない処理方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の成形体の製造方法は、非木質植物廃棄物を乾燥および粉砕した後、合成樹脂と混合、成形して成形体を得ることを特徴としている。
前記成形は、加熱圧縮成形としてよい。
前記非木質植物廃棄物としては、農業廃棄物、林業廃棄物、または余剰培養藻体などの植物廃棄物を用いてよい。
また前記非木質植物廃棄物としては、植物葉茎部、緑藻類などの葉緑体含有植物廃棄物を用いてよい。
あるいは前記非木質植物廃棄物として、微細藻類を用いてよい。
また、１０〜６０重量部の微細藻類の藻体と、９０〜４０重量部の合成樹脂を混合、成形した成形体を得ることを特徴としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の成形体の製造方法で用いられる非木質植物廃棄物は、農業廃棄物、林業廃棄物、および余剰培養藻体などの植物廃棄物が好ましく用いられ、例えば、サトウキビかす、ムギ藁、イネ藁などの藁、ジュートなどのじん皮繊維、アサなどの葉繊維、アシ、タケ、パピルス、落葉、花弁、あるいは大量培養したクロレラ等の余剰藻体などを好適に用いることができる。
特に、非木質植物廃棄物として、植物葉茎部、緑藻類などの葉緑体含有植物廃棄物を用いれば、葉緑体由来の緑色を活かした成形体を作製することが可能となる。
これらの非木質植物廃棄物は、乾燥および粉砕により、水分含量１０重量％以下の乾燥粉末として調製する。
【０００６】
一方混和剤として用いられる合成樹脂（以下混和剤という）としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のどちらでもよく、用途に応じて適宜用いる樹脂を決めればよい。しかしながら、非木質植物廃棄物添加率を上げると引張強さが低下するので、引張強さの高い合成樹脂を混和剤として用いることが好ましい。また透明度の高いものを用いると非木質植物廃棄物由来の色を活かすことができる。
具体的には、広くハウジング材等に用いられる合成樹脂を用いればよく、例えば、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、高密度ポリエチレン、ポリフェニレンオキシド、ポリカーボネート、不飽和ポリエステル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリウレタンなどの熱可塑性樹脂を用いることができる。特に、パネル、壁材、建材、タイルとしては、ポリ塩化ビニル、ポリスチレンなどを用いることができる。あるいはフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂を用いることもできる。
また目的とする成形体の用途によっては、耐燃焼性の高い合成樹脂を用いることが好ましい。
【０００７】
本発明の成形体の製造方法においては、まず非木質植物廃棄物と合成樹脂の混合を行う。
ここで混和剤が粉末樹脂の場合は、非木質植物廃棄物の粉末と容易に混合することができるので好ましいが、粉末樹脂に代えて溶融樹脂の中に非木質植物廃棄物を入れて混練してもよい。
非木質植物廃棄物と混和剤との混合において、非木質植物廃棄物の含有量は、５〜７０重量％程度とすることが好ましい。非木質植物廃棄物の含有量が低すぎると、非木質植物廃棄物を有効利用することができず、また非木質植物廃棄物の含有量が高すぎると、成形体の強度および成形性が低下するので好ましくない。
またこの混合の際に、必要に応じて添加剤、例えば、熱安定剤、光安定剤（紫外線吸収剤）、酸化防止剤、難燃剤、強化充填剤、帯電防止剤、滑剤、結晶核剤、離型剤、防菌・防カビ剤などを添加することができる。また、可塑剤は必ずしも添加する必要はない。
【０００８】
ついで、混合した非木質植物廃棄物と混和剤の混合物を金型内に導入し、成形する。成形の方法は、圧縮成形、押し出し成形、射出成形など周知の成形方法を用いることができるが、加熱圧縮成形が好ましい。ここで、上記混合物が粉末状の場合は、粉末状態のまま金型内に入れて金型内で加熱圧縮する粉末成形法を用いることができる。
成形温度は、用いた混和剤の種類に応じて適宜設定するが、２２０℃以下、好ましくは２００℃以下とすればよい。成形圧力は特に限定されないが、０．３〜１ＭＰａ程度とする。
【０００９】
こうして金型内で賦形した後、これを硬化させる。熱可塑性樹脂の場合は、金型を冷却して固化させる。得られた成形体は必要に応じて再加圧あるいは他の二次加工を行う。すなわち用いた合成樹脂の成形に通常用いられる周知の方法で、成形体を作製することができる。
こうして得られた製品は、広い用途に用いることができ、例えば、タイル、建材、壁材、パネルなどの建築用品、家具、食器、文具、雑貨などの日用品、パイプ、シート、板、工芸品などに用いることが可能である。特に建材、耐久物に利用することにより、植物体が固定した二酸化炭素を半永久的に封じ込めることができる。
【００１０】
【実施例】
以下、非木質植物廃棄物として微細藻類の藻体、混和剤としてポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を用いた実施例に基づいて、本発明を詳しく説明する。
まず、微細藻類の藻体、ポリ塩化ビニル、必要に応じて安定剤を混合する。ポリ塩化ビニルとして、粉末状のものを用いると、混合が容易であって好ましい。
上記混合において、藻体の含有量は５〜７０重量％程度、好ましくは１０〜６０重量％、さらに好ましくは１０〜５０重量％とする。藻体の含有量が１０〜６０重量％の範囲であれば少なくとも軟質ポリ塩化ビニルと同等の強度の成形体を得ることができる（図１参照）。
さらにポリ塩化ビニルの劣化防止のために通常用いられる安定剤を添加することが好ましい。このような安定剤としては、三塩基性硫酸鉛（ＴＣ）、二塩基性ステアリン酸鉛（ＤＢＬ）、カドミウム・バリウム・鉛脂肪酸塩、バリウム・亜鉛脂肪酸などが挙げられる。
また可塑剤は添加する必要はなく、通常ポリ塩化ビニルの成形に必須である可塑剤を省略することができる。
【００１１】
微細藻類の藻体とポリ塩化ビニルを混合した後、秤量し、金型内に導入し、加熱する。成形温度は、１８０〜２２０℃以下、好ましくは１８０〜２００℃以下、成形圧力は特に限定されないが、０．３〜１ＭＰａ程度とする。この加熱加圧状態で、１分から７分保持して成形体の賦形を行う。
賦形終了後、冷却して固化させる。ついで、再加圧を行い、研磨して製品とする。すなわちＰＶＣの成形に通常用いられる周知の方法で、成形体を作製することができる。
こうして得られた微細藻類の藻体とポリ塩化ビニルからなる成形体は、広い用途に用いることができ、例えば、タイル、建材、壁材、パネルなどの建築用品、家具、食器、文具、雑貨などの日用品、パイプ、シート、板、工芸品などに用いることが可能である。
【００１２】
以下の実施例において、実験材料としては、市販のクロレラ乾燥粉末（水分３．４重量％、グルコース含量４．９重量％）およびポリ塩化ビニル（ＰＶＣ、和光純薬、重合度約１１００）を用いた。クロレラ乾燥粉末は使用前に５０℃で４８時間以上減圧乾燥処理した。安定剤として、三塩基性硫酸鉛（ＴＣ、水澤化学工業）、二塩基性ステアリン酸鉛（ＤＢＬ、東亜理化）、カドミウム・バリウム・鉛脂肪酸塩（Ｌ−５００、栄伸化成）、バリウム・亜鉛脂肪酸（ＰＳＥ−２２７、栄伸化成）およびパラフィンを使用した。
成型体の作製には、４０×１４０×７ｍｍのアルミ板の中央を２０×１２０ｍｍの矩形に切り欠いたものと、切り欠き部と同じ大きさのパンチとを組み合わせた金型を用いた。これにクロレラとＰＶＣの混合物約８ｇを充填し、圧縮成形機（神藤金属工業所、ＮＳＦ−３７型）による成形体の試作を行った。加熱、加圧によって得られた成形体を金型とともに冷水中に投入して冷却した後、金型から成形体を剥離した。
引張強さ、厚さはＪＩＳ Ｋ６７４０−１９７６（硬質塩化ビニルコンパウンド）に基づき、それぞれ万能試験機（島津製作所、オートグラフＡＧ−１００Ａ型）を用いて測定した。
密度は、成形体の可利用部分の重量を体積で割って求めた。
【００１３】
（実施例１）
成形体のクロレラ含有量を、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０重量％に変化させて成形体を作製し、得られた成形体の引張強さを調べた。
ＴＣを１．５重量％、ＤＢＬを０．５重量部％、およびＬ−５００を０．５重量部の割合で添加したＰＶＣに、上記含有量となるようにクロレラ乾燥粉末を添加して均一に混合した後、約８ｇを金型に充填し、成形温度２００℃、成形圧力０．４ＭＰａ（ゲージ圧）の条件下で２分間処理した。その結果を図１に示す。図１に示したように、無添加の場合に比べクロレラの含有量の増加に伴い成形体の引張強さは低下した。例えばクロレラ１０重量％の添加で引張強さは半減した。しかしそれ以上の添加量では引張強さの低下は緩やかとなった。特に１０〜３０重量％の混合比では成形体の引張強さの変動が小さく、この範囲で比較的安定していることがわかった。
また図１の結果より、成形体のクロレラ含有量を６０重量％以下とすれば、少なくとも軟質塩化ビニルの引張強さ（１００〜２５０ｋｇ／ｃｍ²）の樹脂を得ることができることがわかった。
【００１４】
（実施例２）
ＴＣを１．５重量％、ＤＢＬを０．５重量部％、およびＬ−５００を０．５重量部の割合で添加したＰＶＣとクロレラの重量比を４：１となるように混合し、成形温度を２００℃、成形時間を２分とし、成形時のゲージ圧力を０．３〜１ＭＰａの範囲で変化させて、得られた成形体の厚さの変化を測定した結果を図２に、引張強さおよび密度の変化を図３に示す。ここで用いた金型は密閉型でないため圧力の増加につれて溶融した原料の一部が金型から押し出され、バリとなり、成形体の厚さも薄くなった。
しかし図３に示すように、引張強さおよび密度は圧力に関係なくほぼ一定であったことから、成形時のゲージ圧力が０．３ＭＰａ以上では一定の引張強さを有する成形体が得られると考えられる。
【００１５】
（実施例３）
ＴＣを１．２重量％、ＤＢＬを０．４重量部％、およびＬ−５００を０．４重量部の割合で添加したＰＶＣとクロレラの重量比を４：１となるように混合し、ゲージ圧０．４ＭＰａ、成形時間を１．５分、２分、３分、５分および７分とし、成形温度を１８０℃、１９０℃、２００℃、２１０℃及び２２０℃に変えたときの成形体の引張強さの変化を図４に示した。成形温度１８０℃の場合は、他と違い特異的なパターンを示し、成形時間の増加につれて成形体の引張強さが増加し、約５分で最大となり、その後ほとんど安定したのに対し、他の成形温度では成形時間の増加につれて引張強さの低下が見られた。なお１．５分以下の成形時間では、熱伝達が不十分でＰＶＣの溶融が不完全となり、強度的に満足できる成形体が得られなかった。なお成形温度１９０℃以上では温度が高くなるにつれて最大強度が低下し、高温下でのＰＶＣの分解が進むことが示唆された。
図４に示した結果より、成形条件が１９０℃、２分の場合と、１８０℃、５分の場合がほぼ同等の強度の成形体が得られる至適条件であることがわかった。
【００１６】
（実施例４）
クロレラとＰＶＣの重量比を１：４とした場合に、成形体の物性に及ぼす安定剤の影響を調べた。その結果を図５に示す。成形温度１８０℃、成形圧力０．４ＭＰａ（ゲージ圧）の条件下では、対ＰＶＣ添加率として、ＤＢＬ３重量％およびＬ−５００ ０．５重量％と、ＰＳＥ−２２７ ３重量％およびパラフィン０．２重量％の両者は、ほぼ同等の引張強さ特性を示した。一方ＴＣ１．５重量％、ＤＢＬ０．５重量％およびＬ−５００ ０．５重量％と、ＰＳＥ−２２７ ３重量％およびパラフィン３重量％の両者は、前２者に比べ、若干強度の低下が認められた。なお、ＤＢＬの添加率を増加させると成形体表面の光沢が増し、溌水性がよくなった。ＤＢＬの代わりにＰＳＥ−２２７を用いても同様の効果が認められ、これらの添加は成形体の物性改善に効果のあることが示された。ＰＳＥ−２２７はＤＢＬと異なり、カドミウムや鉛を含まないので、より望ましい安定剤といえる。
【００１７】
以上、非木質植物廃棄物として微細藻類の藻体、混和剤としてポリ塩化ビニルを用いて、本発明の成形体の製造方法を説明したが、混和剤に用いる合成樹脂の種類を変えても、周知の合成樹脂の成形方法と組み合わせることにより本発明の成形体の製造方法を実施できる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、非木質植物廃棄物を有効利用することができ、かつ光合成反応により藻類に固定した二酸化炭素を大気中に再放出させない手段として、合成樹脂を混和剤とした成形体内に植物や藻類を封じ込めることができる。したがってこの成形体を建材あるいは耐久材に用いることにより、植物体に固定化された二酸化炭素を成形体として半永久的に固定することができる。
また本発明の成形体の製造方法は、安価で、毒性のない非木質植物廃棄物によって増量充填するものであり、しかも可塑剤を用いずに成形が可能であるので、安価で安全な成形体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 乾燥藻体の含有率と、成形体の引張強さとの関係を示したグラフである。
【図２】 乾燥藻体の含有率と、成形体厚さおよびバリとの関係を示したグラフである。
【図３】 成形圧力と成形体厚さとの関係を示したグラフである。
【図４】 成形圧力と成形体の引張強さおよび密度との関係を示したグラフである。
【図５】 成形温度を変化させて、成形時間と成形体の引張強さとの関係を示したグラフである。

Claims (3)

1. 微細藻類を乾燥および粉砕した後、合成樹脂と混合、成形して成形体を得ることを特徴とする成形体の製造方法。
2. 前記成形が加熱圧縮成形であることを特徴とする請求項１記載の成形体の製造方法。
3. １０〜６０重量部の微細藻類の藻体と、９０〜４０重量部の合成樹脂を混合、成形した成形体を得ることを特徴とする請求項１または２記載の成形体の製造方法。

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