JP5005531B2

JP5005531B2 - 押出法

Info

Publication number: JP5005531B2
Application number: JP2007512352A
Authority: JP
Inventors: グラハムジョンウィットチャーチ
Original assignee: モノソルエイエフリミテッド
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2025-05-11
Also published as: MXPA06013063A; ES2343535T3; ATE465209T1; EP1745097B1; GB0410388D0; CA2566510C; NO20065202L; PL1745097T3; EP1745097A1; US20070232720A1; DE602005020765D1; JP2007537324A; CA2566510A1; WO2006032929A1; NO338489B1

Description

発明の詳細な説明

本発明は、ポリマー物品を製造するための押出法、及びそのように製造された物品に関し、特にポリマーフィルムを製造する方法を提供する。

広い種類の異なるポリマーが、ペレットの形態で市場から入手可能である。そのようなペレットは、熱可塑的に押出されてフィルムを形成することができ、及び2種の異なる技術が知られている。一つはキャスト押出と呼ばれ、及びもう一つは吹込フィルム押出である。例えば、PVA(ポリビニルアルコール)のペレットを用い、環状金型に通す吹込フィルム押出によって120〜20μmの厚みのフィルムを形成することができる。しかし、これは、例えばポリエチレンよりも高価なポリマーである。スターチもペレットとして入手可能であり、及びキャスト押出によって押出すことができ、約120μmまでの厚さのフィルムを形成する。そのようなフィルムは、いくつかの目的に適切であるが、スターチが十分に強くないために、さらに薄いフィルムを形成できないことが見出されており、及び十分な弾性がなく、さらに薄いフィルムを形成するには脆過ぎ且つ粘着性過ぎる。

本発明では、ポリマー押出品又は成形品を形成する方法であって、熱可塑性で押出可能なスターチのペレット及び熱可塑性で押出可能なPVAのペレットが混合され、続いて160℃〜190℃の温度で押出されて該押出品又は該成形品を形成する方法が提供される。

該物品は、吹込フィルム押出によって製造されたフィルム又はチューブでよく、又はそれとは別に射出成形によって形成された物品でもよい。該方法は所望の製品を形成することを可能にし、何よりも混合ペレットの製造を必要とせずにスターチ及びPVAを混合する。

第二の特徴として、本発明は、上記の方法によって製造され、主にスターチ及びPVAからなるポリマー物品又はフィルムを提供する。

好ましくは、得られたポリマーは、少なくとも10%であるが、さらに好ましくは少なくとも25%(質量基準)のスターチ、及び少なくとも10%、好ましくは少なくとも20%、及びさらに好ましくは少なくとも25%のPVAを含む。例えば、等しい割合のスターチ及びPVA、又は一方の成分を75%以下含んでもよい。該組成物は可塑剤を含んでもよい。例えば、スターチのペレットが可塑剤を含んでよく、及び/又はPVAのペレットが可塑剤を含んでよい。好ましくは、スターチのペレット及びPVAのペレットは実質的に同じサイズであり、最も好ましくは約25%の範囲内で同じ寸法である。例えば、スターチのペレット及びPVAのペレットは、各々が直径3mm及び長さ3mmのずんぐりした円柱の形状でよい。

スターチ及びPVAは化学的に無関係であり、及びそれらの物理的特性において有意に異なるが、驚くべきことに、それらは均一に見える均質フィルムを形成することが見出された(これは、粘質且つ水かき様の不均質フィルムを製造するPVA及びポリエチレンの混合物を押出した結果と対照的になり得る)。本発明のフィルムは、均一性の損失無く、20μm程度に薄い厚みまで吹込むことができる。望ましくは、スターチ及びPVAは、実質的に同じメルトフローインデックスを有し、メルトフローインデックスの値の範囲は、約50%以下、好ましくは25%以下で異なる。該押出法は、好ましくは一軸スクリュー押出機を用いる。

さらに、得られたフィルムは、PVA(これは溶解されるまで生物分解されない)よりもかなり容易に生物分解可能であり、及び堆肥化方法において生物分解性である。スターチ自体は好ましくは水溶性であるが、堆肥化方法は、生物分解を引き起こす微生物の成長のための湿気を必要とするだけである。得られたフィルムはまた、PVA単独よりかなり安価であるという利点も有する。

スターチ及びPVAのペレットは、一軸スクリュー押出機で溶融混合されて均質な混合物を形成し、及び続いて押出される。明らかに、該ペレットは押出機に供給される前に混合されてよく、又は押出機に別々に供給されてその中で混合されてもよい。従って、単に各ペレットの数を調整することにより、2種の成分、PVA及びスターチの割合を調整するのが非常に簡単である。ここで用いられる“溶融”という用語は、限定はしないが、単に押出のために十分なポリマーを軟化させることを含む。スターチの融点は約120〜130℃であり、及びPVAの融点は約180〜220℃であり、それらはグレードに依存する。押出法は、好ましくは約160〜185℃(PVAのグレードに依存する)の温度、すなわち、スターチの融点以上であるがPVAの融点以下の温度で行われる。

吹込フィルム押出は、プラスチックバッグ及びプラスチックシートを製造するための方法としてよく知られている。典型的に、溶融プラスチックのチューブは、環状金型から押出され、及び続いて内部空気圧及びローラーからの張力によって、さらに大きい直径及び縮小された肉厚に延伸及び膨張される。熱いチューブを外気で冷却する。外気はまた、チューブ内に内部空気圧を提供し、及び従ってフィルムチューブのサイズ及び厚みを制御するのにも用いられる。従って、外表面のみ、又はチューブの内表面及び外表面の両方の上に空気の流れがあり、必要とされる程度の冷却が得られ得る。チューブ内の空気圧の注意深い制御は、チューブの最終的な直径をフィルムの厚みと同じように制御することを可能にする。

本明細書における“スターチ”という用語は、主にアミロース及び/又はアミロペクチンからなる植物起源の天然炭水化物を指す。種々の植物、例えばジャガイモ、トウモロコシ又はタピオカが、スターチの供給源として用いられ得る。好ましくは、熱可塑性スターチは、約5%以下の水分を有する実質的に乾燥したスターチを用いて調製されたものであり、該スターチを溶融するために、高温(例えば120℃〜220℃)において、グリセロール又はソルビトールなどの膨潤剤又は可塑剤と共に押出法で加工する。得られた熱可塑性スターチは、実質的に結晶性フラクションを含まず、及びその特性は保存中に有意に変化しない。好適な材料は、例えばBiotec Biologische Naturverpackungen GmbH & Co KGで製造されており、及び調製方法は米国特許第6472497号明細書に記載されている。従って、該スターチペレットは、典型的に可塑剤を含んでおり、及び他の生物分解性ポリマーを含んでいてもよいと理解される。該方法は、ポリ乳酸も含むスターチペレットを用いるときに役立つことは見出されていない。

ここで、本発明を、例証のみの目的で、添付する図面を参照してさらにより詳細に説明する。該図面は吹込フィルム押出装置の側面図を概略して示している。

ここで図面を参照すると、従来の吹込フィルム押出装置１０がホッパー１２を組み込んでおり、そこへ熱可塑性スターチのペレット(例えばBioplast TPS)及びPVAのペレットが、シュート１３を通って供給される。該ペレットは、典型的に2〜3mmの直径、及び2〜4mmの長さである。例えば、各成分のペレットは、好ましくは0.45〜1.6g/10分のメルトフローインデックス(210℃及び2.16kgの荷重)を有する。ホッパー１２におけるペレットの混合物は、ポリマーを混合及び加熱する一軸スクリュー押出機１４に供給され、及び得られた溶融混合物は、環状金型１６に供給される。それは、ポリマーチューブ１５として現れる。圧縮空気をダクト１８からチューブの内部に供給し、チューブ１５の直径を増加させ、典型的には該直径は2.5〜4.5倍に増加する。チューブ１５を冷却すると、その物理的寸法が決定する(これは“霜点”と呼ばれ得る)。続いて、チューブ１５は、斜めのガイド２０によってチューブを平らにする一対のニップローラー２２に導かれ、2枚の平らなフィルム２４を形成する。ニップローラー２２は、チューブ１５を金型１６中に押出されるよりも速い速度で引っ張り、それによってチューブ１５は縦方向に伸展される(同様に、空気圧によって横方向に伸展される)。続いて、フィルム２４は、収納ローラー２６上に送られる。そのような装置１０は、例えば米国特許第3959425号明細書及び米国特許第4820471号明細書に記載されており、少なくともポリエチレンからのフィルム形成に関して公知である。

従って、本発明は、生物分解性で水溶性又は水分散性なフィルムを、比較的低コストで、且つ良好な物理的特性を持たせて製造することを可能にする。これは、表１に示されているように、得られたフィルムの測定された特性から明らかであり、該表では従来のPVAフィルムにおける測定値を、PVA及びスターチを各成分50%で含有する混合物における測定値と比較している。この場合、PVAは、約10℃の冷たい水に可溶なグレードである。本発明の2枚のフィルムは、わずか25μm及び75μmの厚みであった。(乾燥フィルムの)機械的特性は、押出品の縦方向である流れ方向(MD)、及び横方向(TD)の両方で作表する。分解時間及び溶解時間は、フィルムが10℃の水において分解又は溶解するのにかかる時間である。

表１

ここで表２を参照すると、従来のPVAのフィルム、及びPVA及びスターチの混合物から製造されたフィルムの測定値が示されている。この場合、PVAは、約60℃の温水に可溶なグレードである。本発明のフィルムを、異なる厚みにしたことに注目すべきである。(乾燥フィルムの)機械的特性は、押出品の縦方向である流れ方向(MD)、及び横方向(TD)の両方で作表する。分解時間及び溶解時間は、フィルムが63℃の水において分解又は溶解するのにかかる時間である。

表２

本発明の吹込フィルム押出装置の概略した側面図。

Claims

ポリマー押出品又は成形品を形成する方法であって、熱可塑性で押出可能なスターチのペレット及び熱可塑性で押出可能な水溶性ＰＶＡのペレットを混合する工程、及び続いて１６０℃〜１９０℃の温度で押出して該押出品又は該成形品を形成する工程を有し、
前記押出温度は、前記スターチの融点よりも高く且つ前記水溶性ＰＶＡの融点よりも低く、且つ
前記熱可塑性スターチは、５％以下の水分を有する実質的に乾燥したスターチを用いて調製されたものであって、該スターチが溶融するように押出法において膨潤剤又は可塑剤を用いて高温で加工されたものである、方法。
膨潤剤又は可塑剤がグリセロール又はソルビトールである、請求項１記載の方法。
前記ペレットが、一軸スクリュー押出機を用いて混合及び押出される、請求項１又は２記載の方法。
混合されるスターチ及びＰＶＡの割合が、少なくとも１０質量％のスターチ及び少なくとも１０質量％のＰＶＡである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
スターチのペレット及びＰＶＡのペレットが実質的に同じサイズである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
該ペレットが２５％の範囲内で同じ寸法である、請求項５記載の方法。
主に熱可塑性スターチ及び水溶性ＰＶＡからなり、且つ請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法によって形成され、及び射出成形によって形成される、ポリマー成形品。
主に熱可塑性スターチ及び水溶性ＰＶＡからなり、且つ請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法によって形成される、ポリマー押出品。
フィルムである、請求項８記載のポリマー押出品。
５０μｍよりも薄い厚みである、請求項９記載のフィルム。
ＰＶＡが少なくとも１０℃の温度で水に可溶である、請求項１に記載の方法。
ＰＶＡが少なくとも６０℃の温度で水に可溶である、請求項１に記載の方法。