JP3749921B2 - 藻類を原材料とする成形体の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、工業的な大量培養が容易な微細藻類の有効利用に関し、大気中の二酸化炭素の低減，再資源化に用いて有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市化，産業化の発展により化石燃料が大量消費され、二酸化炭素の排出量が年々増え続ける傾向にあり、これにともなう大気中の二酸化炭素濃度の増大が地球温暖化をもたらす一因として考えられている。地球温暖化は、生物の生存環境に直接影響を与えるため、大気中の二酸化炭素濃度の低減を図ることが急務とされている。
【０００３】
大気中の二酸化炭素濃度の低減を図る方法として、植物体に、光合成反応を行わせて二酸化炭素を固定し、これを熱可塑性樹脂に混合して成形体を形成して再資源化を図る方法がある。
この場合、植物体として農業廃棄物，林業廃棄物または余剰培養体等の非木質植物廃棄物が採用され、具体的には、サトウキビかす，麦わら，イネわらなどのわら類，ジュートなどのじん皮繊維，アサなどの葉繊維、あるいはクロレラ等の余剰培養体が採用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの再資源化に際して、以下のような課題が残されている。
１） 植物体は、熱可塑性樹脂に対して５〜７０重量％程度混合することが好ましいものの、混合率をあげると成形品の引張り強さが低下して製品の用途を限定してしまう。
２） 熱可塑性樹脂としてポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）の使用が考えられているが、劣化防止剤（安定剤）として、例えば、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，亜鉛脂肪酸などが使用され、さらに、製品の褐色防止剤としてパラフィンを添加するなど、必要に応じて強化充填材，滑材，可塑材等の添加剤を使用することになるため、製品やその切断材（端材）等の焼却処分を行ったときに、塩素ガスを発生しかつ燃えかす中に、添加剤、劣化防止剤（安定剤）、重金属類等の有害物質が残留してその処理を新たに考慮する必要がある。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、以下の目的を達成するものである。
▲１▼ 焼却を余儀なくされる場合にあっても、塩素等の有害物質の発生を防止すること。
▲２▼ 重金属類等の有害物質の残留を皆無とすること。
▲３▼ 成形品を形成する際の生産コストを低減すること。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
熱可塑性樹脂に藻類を混合して成形体を作製するとともに、熱可塑性樹脂としてポリエチレン樹脂を選択し、成形体原材料として炭酸ガスを固定した藻類を選択する技術が採用される。
ポリエチレン樹脂として、低温雰囲気で粉砕することによって、粒径を１ｍｍ以下の微粉体に調整したポリエチレン樹脂粉体が使用される。
藻類は、光合成反応によって炭酸ガスを固定したものを乾燥させるとともに、この乾燥した藻類を粉砕して粒径を数μｍの微粉末状に調製した微粉末状藻体が使用され、藻体は、クロレラ等の微細藻が選択される。
具体的には、ポリエチレン樹脂粉体と微粉末状藻体とを均質混合させる。均質混合された混合体を金型に充填し、加熱圧縮することによって加熱圧縮成形体を製造する。
他の手段として、溶融状態のポリエチレン樹脂と、藻類とを混合する工程と、ポリエチレン樹脂と藻類との混合物をペレット化する工程と、前記ペレットを金型に充填して加熱圧縮して成形体を成形する工程とを有する技術が採用され、これらの手段に、一度、金型から成形体を取り出し、該成形体が可塑状態にあるうちに再度加圧して冷却することにより製品を安定させる技術が付加される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
【０００８】
本発明に係わる藻類を原材料とする成形体の製造方法およびその成形体の第１実施形態について、図１を参照して説明する。
図１は、藻類としてクロレラを選択した場合の成形体の製造工程を示している。
【０００９】
〔Ｓ１：ポリエチレン樹脂〕
成形体として、高密度ポリエチレン樹脂（ＨＤＰＥ）が採用される。このポリエチレン樹脂は、通常、ペレット状に加工されたものが提供される。
【００１０】
〔Ｓ２：樹脂の低温化〕
ポリエチレン樹脂は、およそ−２０℃の温度まで冷却した状態として、以下の工程に供給される。
低温化を行うのが微粉体化を効率的に行うためにも望ましいことであるが、この工程を省略しても微粉体化を行うことができる。しかし、低温化しない場合は、周囲に付着する等して取扱いが若干困難となる。
【００１１】
〔Ｓ３：ポリエチレン樹脂の微粉体化〕
常温下のポリエチレン樹脂もしくはそれ以下に低温化されたポリエチレン樹脂は、適宜粉砕機等により粉砕された後、篩い等にかけられて、粒径が１ｍｍ以下の微粉体のみが選別される。
低温で粉砕する理由は、樹脂の粘性を低下させて粉砕し易い状態とするとともに、破砕時に生じる粉砕粒の造粒化現象を防止するためである。
かかるポリエチレン樹脂の微粉体化技術としては、特開平７−２６１４５８号公報「トナー用微粒子の製造方法及びその装置」等が提案されている。つまり、この技術例のように、原料粉体をドライアイス粒子の介在下で粉砕するとともに、ドライアイス粒子の気化を利用して粉砕時の発生熱を除去するようにしてもよい。
【００１２】
〔Ｓ４：二酸化炭素固定化〕
成形体原材料として、光合成反応により炭酸ガスを固定した状態の微細藻類のクロレラが適用される。
【００１３】
〔Ｓ５：藻体の乾燥〕
クロレラは、増殖容器等の中で大量培養された後、乾燥されるとともに、一定量に秤量されてブロック状あるいはペレット状の固形体として提供される。
【００１４】
〔Ｓ６：藻体の微粉化〕
ブロック状あるいはペレット状のクロレラは、粉砕機等により粉砕される。
【００１５】
〔Ｓ７：微粉末状藻体〕
微粉末状藻体は、粒径が数μｍの微粉末状藻体に調製されて、微粉末状藻体供給容器等に収納されるとともに、以下の工程に供給される。
【００１６】
〔Ｓ８：混合（粉／粉）〕
Ｓ３のポリエチレン樹脂の微粉体と、Ｓ７の微粉末状藻体とは所望の比率で均質に混合される。つまり、粉末状態の混合体が作製される。この混合時においては、ポリエチレン樹脂とクロレラとが１ｍｍ以下の微粉末相互の混合となることにより、均質混合性が高められる。
【００１７】
〔Ｓ９：加熱圧縮成形〕
所望比の混合体を秤量し、これを金型内に充填して加熱する。この時の成形温度はポリエチレン樹脂の成形適温に準じ、およそ１６０℃に設定される。
【００１８】
〔Ｓ１０：取出し〕
成形時において、成形体が半固化状態にあるうちに、金型より成形途中の成形体（半成形体）が取り出される。
【００１９】
〔Ｓ１１：再加圧（冷却）〕
金型より取り出された半成形体は、再度金型に装填して再加圧を行い、そのまま冷却して製品の品質をより安定させる。
【００２０】
〔Ｓ１２：取出し〕
形成された成形体は金型より取り出され、必要に応じて仕上げ加工を施し完成品となる。
【００２１】
以下に、本発明に係わる藻類を原材料とする成形体の製造方法およびその成形体の第２実施形態について、図２を参照して説明する。
図２も、藻類としてクロレラを原材料とする成形体を製造するものであるが、以下に説明するように、途中にポリエチレン樹脂とクロレラのとの混合体をペレット化する工程が付加されている。
【００２２】
〔Ｓ２１：ポリエチレン樹脂の溶融〕
成形材として、ポリエチレン樹脂が採用される。このポリエチレン樹脂は、ペレット状のものが提供されるが、ここでは、加熱溶解してポリエチレン樹脂を溶融状態とする。
【００２３】
〔Ｓ２２：微細藻〕
クロレラは、ペレット状，あるいは粉末状等に乾燥，加工されたものが採用される。
【００２４】
〔Ｓ２３：混合〕
溶融状態のポリエチレン樹脂と乾燥クロレラとを混合して、高温状態で混練し、均質状態の混合体を作製する。
【００２５】
〔Ｓ２４：冷却〕
Ｓ２３で作製された混合体を冷却するとともに、可塑性を有するものを次工程に供給する。
【００２６】
〔Ｓ２５：ペレット化〕
ポリエチレン樹脂とクロレラとの混合体をペレット化する。このペレット化により取扱い性が高められるとともに、ポリエチレン樹脂とクロレラとの均質混合化が図られる。
【００２７】
〔Ｓ２６：秤量〕
成形体形成に必要なペレット量が秤量される。
【００２８】
〔Ｓ２７：加熱圧縮成形〕
ペレットを成形金型内部に充填して溶解し、およそ１６０℃の温度で成形する。
【００２９】
〔Ｓ２８：取出し〕
Ｓ１０に準じて、半成形体が金型より取り出される。
【００３０】
〔Ｓ２９：再加圧（冷却）〕
Ｓ１１に準じて、半成形体を再度金型に装填して再加圧および冷却し、製品の品質を安定させる。
【００３１】
〔Ｓ３０：取出し〕
成形された成形品は金型より取り出され、必要に応じて仕上げ加工を施し完成品となる。
【００３２】
【実施例】
以下、藻類を原材料とする成形体の製造実施例について図３ないし図５を参照して説明する。
【００３３】
図３は、ポリエチレン樹脂からなる成形体の成形圧力と引張強度との関係を計測した結果を示すものである。
成形体の仕様は以下の通りである。
材料： 高密度ポリエチレン樹脂（ＨＤＰＥ）
成形温度： １６０℃
成形時間： ２分
【００３４】
図３から明らかなように、成形圧力を１〜７ＭＰａの範囲で変化させた場合に、引張強度は２４〜２５ＭＰａを示し、顕著な値差が認められない。
これは、成形圧力が１〜７ＭＰａの範囲においては、成形圧力が成形体の引張強度に及ぼす影響は極めて小さいことを意味する。
【００３５】
図４は、高密度ポリエチレン成形体における成形温度と引張強度との関係を計測した結果を示すものである。
使用した成形体（サンプル１，サンプル２）の仕様は以下の通りである。
〔サンプル１（○印）〕
ポリエチレン樹脂の形状： ペレット
成形圧力： ２．２ＭＰａ
成形時間： ２分
〔サンプル２（△印）〕
ポリエチレン樹脂の形状： 細片
成形圧力： ２．２ＭＰａ
成形時間： ２分
【００３６】
図４から明らかなように、成形温度を１５０〜１９０℃の範囲で変化させた場合に、引張強度は２５〜２６ＭＰａを示し、顕著な値差が認められない。
これは、成形温度が１５０〜１９０℃の範囲においては、成形温度が成形体の引張強度に及ぼす影響は極めて小さいことを意味する。
【００３７】
図５は、高密度ポリエチレン樹脂とクロレラとの成形体におけるクロレラの含有量と引張強度との関係を計測した結果を示すものである。
成形体の仕様は以下の通りである。
原材料： クロレラ（粒径：数μｍ）
熱可塑性樹脂： 高密度ポリエチレン樹脂（粒径：１ｍｍ以下）
成形温度： １６０℃
成形時間： ２分
成形圧力： ２．２ＭＰａ
【００３８】
図５から明らかなように、クロレラ混合比を０〜６０％の範囲で変化させた場合に、引張強度が２５ＭＰａから１０ＭＰａに徐々に減少しているのが認められる。
また、この時、加熱圧縮成形によるクロレラの褐色変化は認められなかった。
【００３９】
以上より、高密度ポリエチレン樹脂は、成形圧力１〜７ＭＰａの範囲，成形温度１５０〜１９０℃の範囲において、引張強度に及ぼす影響がほとんど認められないため、成形体の引っ張り強度（所望強度）に応じてクロレラの混合比を設定すればよい。
つまり、比較的広い範囲の樹脂成形条件を設定することができるため、製品を様々な用途に十分に適用させることができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係わる藻類を原材料とする成形体の製造方法およびその成形体によれば、以下の効果を奏する。
（１） 塩化ビニールを使用する場合と比較して塩素を含有しないポリエチレン樹脂を使用することにより、製品または端材を焼却処分する必要が生じた場合にあっても塩素ガス等の有害物質の発生を防止することができる。
（２） 成形温度を低くしてクロレラの褐色（劣化）を防止することにより、褐色変防止剤（パラフィン等）を使用せずに成形品を形成することができる。
（３） 成形温度を低くしてクロレラの劣化を防止するとともに、成形体を再加圧してり製品を安定させることにより、塩化ビニールと比較して褐変防止剤や安定剤等の添加剤の使用を省略することができる。
（４） 炭水化物の組成に近いポリエチレン樹脂と植物体（炭水化物）とを混合して成形体を形成することにより、燃えかす中に重金属等の有害物質を残留させずに焼却することができる。
（５） 粉末状の混合体を直接金型に充填して加熱圧縮することにより、熱エネルギーを多く必要とする熱混和や再ペレット化を省略することができる。
（６） 熱可塑性樹脂および原材料の微粉化して粉末状の混合体を作製することにより、混合体の均等混合を加熱せずに行うことができる。
（７） ポリエチレン樹脂粉体と微粉末状藻体とを混合することにより、均質混合時の作業時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる藻類を原材料とする成形体の製造方法およびその成形体の第１実施形態における実施工程のフローチャートである。
【図２】 本発明に係わる藻類を原材料とする成形体の製造方法およびその成形体の第２実施形態における実施工程のフローチャートである。
【図３】 ポリエチレン樹脂成形体の成形圧力と引張強度との関係曲線図である。
【図４】 ポリエチレン樹脂成形体の成形温度と引張強度との関係曲線図である。
【図５】 クロレラを混合したときの混合比と引張強度との関係曲線図である。

Claims (2)

1. 熱可塑性樹脂に藻類を混合してなる成形体の成形方法であって、
   熱可塑性樹脂としての溶融状態のポリエチレン樹脂と成形体原材料としての炭酸ガスを固定した藻類とを混合して混合体とする工程と、
   前記混合体をペレット化する工程と、
   前記ペレットを金型に充填して加熱圧縮し成形体を製造する工程と、
   可塑状態の成形体を金型から取り出して再度加圧して冷却する工程と
   を有することを特徴とする藻類を原材料とする成形体の製造方法。
2. 藻体として炭酸ガスを固定したクロレラが選択されることを特徴とする請求項１記載の藻類を原材料とする成形体の製造方法。

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