JP6539368B2 - 生分解性樹脂組成物及びその製造方法 - Google Patents
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Description
この技術によれば,多量の植物系粉粒体に対して少量の生分解性樹脂を使用して,機械的物性や耐湿性に優れ,空気中で使用する際には機械的物性や耐湿性に優れ,生分解性,すなわち土中に放置すれば分解あるいは崩壊してしまう成形品を得ることができると,されている。
本発明の実施形態に係る生分解性樹脂組成物の製造方法は,以下の工程を含んでいる。
植物系材料(A)からなる所定サイズのフレークを準備する材料準備工程1,
フレークの所定量に所定量の結合剤(B)を混合する結合剤混合工程2,
混合物にポリ乳酸(C)を所定量の範囲にあって,結合剤(B)量未満の量(これら(A)〜(C)の合計は100質量%)を混入して混錬するポリ乳酸混練工程3,
混練物から任意形状の素材を成形する組成物成形工程4,及び工程で成形された組成物を用いて各種の成形品を作製する成形品作製工程5。
植物系材料(A)は,特に限定されないが木材,竹材,籾殻,麻などである。以下,これらのうち竹材を使用した例について説明する。特に,竹材を採用すると,以下の利点がある。
竹は,従来,建築用資材,野菜栽培用資材,物干し竿や釣り竿などの材料に広く利用されていたが,近年,これらは合成樹脂製に置き換わってその需要が大幅に減少し,一方でまた,竹は強靭な生命力及び繁殖力があることから増殖をし続けて,里山が竹藪化し,他の植物の生育を妨げるとともに環境悪化を招いている。さらに,この竹の繁殖は,竹根が地表面の浅いところに張って,地中深く入り込まないので,豪雨などにより地表土砂崩れなどの自然災害を起す原因ともなっている。この状況下で,竹の利用を見つけ出すと,上記課題を解決できて,社会的意義が大きい。また,竹を採用すると,木などと比べて,緻密で機械的強度(静的強度及び衝撃強度)が優れ,リグニンの量が少ない(この量が多いと混練機に付着して機器メンテナンスが面倒で手間がかかる。)ので,機器メンテナンスの手間が軽減されて高強度の成形品を得ることができる。
そこで,このフレークは一辺が2〜5mm及び他の辺が5mm以下のサイズにしたものを使用するのが好ましい。また,このサイズのフレークは所定量内にあって,50質量%を超えるようにするのが好ましい。なお,これらのフレークサイズはJIS規格メッシュ(目数/インチ)で表すと,2〜5mmは8.60メッシュ(2000μm)〜3.85メッシュ(5000μm)の範囲となる。
この混合工程2では,前工程で準備したフレークの所定量に,所定量の混合剤を混合する。フレークは95〜51質量%の範囲にあって,これに17質量%以下(但し,下限量は2質量%とし,この量が前記範囲の質量%内にあって後記のポリ乳酸の質量%を超えない量。)の結合剤を混合する。すなわち,この混合量が多くなると,流動性が悪くなって生産性が低化するので,ポリ乳酸の量を超えないようにする。
一方でまた水分調整も必要となる。この混合物は,所定の水分量になるまで撹拌/破砕する。撹拌/破砕処理後の水分は7%以下,望ましくは5%以下である。伐採直後の竹材は水分が多いので,破砕処理時間を延長して水分調整を行う。この混合工程2で,結合剤がフレークの破砕面に粉状または溶融状態で付着する。この結合剤の混合により,次工程において,フレークとポリ乳酸との結合力を高めるとともに偏在を抑制できる。
このポリ乳酸混練工程3では,前工程で生成した混合物に35質量%以下(但し,下限量は3質量%にし,この範囲にあって前記結合剤の質量%を超える量。)を添加して混練する。ポリ乳酸(C)は植物起源の素材から合成されたバイオプラスチックの一つで,環境中の水分により加水分解を受け低分子化され,微生物などにより最終的に二酸化炭素と水に分解される。なお,このポリ乳酸は微生物によって最終的に二酸化炭素へ分解されて大気中に放出されるが,植物は大気中の二酸化炭素を吸収してデンプンを合成しているため,トータルで見て地球温暖化の原因とされる二酸化炭素の量を増やすことがない。この性質は一般に「カーボンニュートラル」といわれている。しかし,一方でまた,このポリ乳酸は,結晶化が極めて遅く通常の成形条件では殆ど非結晶状態であり,ガラス転移温度60℃以上では形状維持が困難なほど軟化するなどの課題がある。
この竹製生分解樹脂組成物は,フレークの条件及び混入比率などによって,赤褐色になりまた経年変色する。これを回避するために,着色剤として無機質や有機質の種々の色彩の顔料を混入し,また必要により展色剤と共に錬り合わせた塗料により着色することができる。また,フレークをポリ乳酸などとの混練前に,望ましくは粗破砕後の段階で染色することもできる。着色剤の他,発泡剤,ゴム粉末など,種々の機能改善剤を添加することができ,これらの添加物を混入する場合,ポリ乳酸,結合剤と竹の混合物を添加後の混練過程とするのがよい。
前工程3で生成した混練物を成形機により,任意形状,例えばペレットの成形物を作製する。また,この工程において,直接,成形品を作製してもよい。これらの成形物及び成形品は,フレーク(A)95〜51質量%と結合剤(B)17〜2質量%及びポリ乳酸(C)35〜3質量%(これら(A)〜(C)の合計は100質量%)とからなり,一辺が2〜5mmであって他の辺が5mm以下のフレークを主成分とし,結合剤(B)の質量%はポリ乳酸(C)の質量%未満となる。
この工程5では,前工程4で作製した形成物(ペレット)を用い,成形機,例えば押出成形機,射出成形機などを用いて,任意の成形品,例えば,家具材,建築材,また自動車,家電用品,情報通信機器などの内装材,さらに外装材,ハウジング材,さらにまた植木鉢,柵,筏,育苗ポットなどの農業・水産業・園芸用品,さらにまたゴルフティ,浮き,屋外用椅子やテーブルなどのレジャー用品,さらにまたフィルム,シート,トレイなどの使い捨て用品などを作製する。また,使用する設備は,特別なものを必要とせず,従来の押出成形機,射出成形機などで対応でき,なおかつ使用する金型も従来の合成樹脂用金型で対応できる。
以下,本発明の実施例を比較例と対比して説明する。この実施例では,フレークは竹材のみ,及びこの竹材と笹材とをミックスしたものを用いている。
表1は実施例1〜14及び比較例21〜23の各原料の配合比(質量%)とペレットの成形性を示している。但し,竹材及び笹材の配合比はその水分が5%に減少すると仮定した値である。また,まるごととは笹材は葉と茎の全部,竹材は地下茎,茎,枝,葉の全部をそれぞれ粗破砕したものを意味する(地下茎は全体の5%分を配合した)。
代表例として,No.5の状況を以下に示す。水分16.8%のマダケの茎のフレーク21.7Kgと,コーンスターチ(結合剤)1.58Kgを破砕・ミキサー装置に投入し,処理時間はイ.19.5分,ロ.20.2分,ハ.22分間それぞれ破砕,混合処理した。処理後の温度は,イ.146℃,ロ.149℃,ハ.153℃であり,いずれも水分5%以下であった。
図2は混練機の概略平面図である。共に加温用ジャケットを有する一対のロールのうち,一方のロール10は表面に浅い多数の軸方向溝bと,浅い多数のスパイラル溝aを有する。他方のロール20は,実施例及び比較例ではスパイラル溝aを有するロールとした。これらのロールは微小隙間を以って水平に配置され,その対向部分が下向きとなる方向に駆動回転する。被混練物のうち,ポリ乳酸は二本のロールの左方部分cの上方に設けた図示しないホッパーを経て粉末状で供給する。一方の被混練物である混合物は二本のロールの軸方向中央部dの上方に設けられた図示しないホッパーを経て供給する。
その結果ポリ乳酸は,混合物と,偏在を防止されつつ緊密な結合を達成され,ついには造粒ロールでペレットに成形される。
表1の実施例No.5以外の各例は,配合比,結合剤の種類が違う以外は,No.5とほぼ同条件で,結合剤の添加,さらなる破砕,ポリ乳酸との混練及びペレットの成形へと処理を進めた。実施例の各例はいずれも偏在のない正常なペレットが得られた。
実施例No.12は,着色剤としてカーボンブラックを5%添加したものであり,真っ黒のペレットが得られた。そして掌中で揉んでも掌が黒くなることはなかった。
実施例13は製品の比重低下の試みとしてゼオライトを5%添加したもので,比重低下が確認できた。
実施例14は製品の衝撃強さ改善の試みとしてゴム粉末を5%添加した物で,その効果が見られた。本発明では上記3点のみならず機能向上のため,種々の添加物の添加が可能である。
表2にNo.5(ロ)及びNo.3の結果をポリプロピレン樹脂(以下,PPという。)のそれぞれの値と比較して示す。
表2から,引っ張り強さでNo.5(ロ)は一般型PPにやや劣るが,耐衝撃型PPに対しては優に凌駕すること,No.3は耐衝撃型PPを凌駕することが分かる。
また,曲げ強さにおいては,No.5(ロ),No.3とも耐衝撃型PPを凌駕することが分かる。
以上からこれらの組成物はPPに匹敵する高い機械的強度を有するといえる。比較例No.22及びNo.23の各ペレットを用いてNo.5及びNo.3と同条件で引っ張り試験方を作製して試験した結果,いずれもポリ乳酸のみで作製・試験による値を超えることはなかった。
2 混合工程
3 混練工程
4 組成物成形工程
5 製品作製工程
10,20 混練ロール
30 造粒ロール
a スパイラル溝
b 軸方向溝
c ポリ乳酸を供給するホッパーの位置
d 竹・笹由来材と結合剤の混合物を供給したホッパーの位置
Claims (2)
- 少なくとも木材,竹材,籾殻,麻のいずれかが含まれる植物系材料(A)と,結合剤(B)と,ポリ乳酸(C)とからなる生分解性樹脂組成物であって,
前記植物系材料(A)の含有量は95〜51質量%,前記結合材(B)の含有量は17〜2質量%,前記ポリ乳酸(C)の含有量は35〜3質量%(これら(A)〜(C)の合計は100質量%)であり,かつ,前記結合剤(B)の含有量は前記ポリ乳酸(C)の含有量未満であり,
前記結合剤(B)は,カゼイン,大豆蛋白,グルテン,コンニャクイモ粉末,澱粉,ドライスターチ,コーンスターチ,タピオカのうちの1または2以上の組合せからからなり,
前記植物系材料(A)は、少なくとも一辺が2〜5mmで他の辺が5mm以下のサイズのフレーク状のものからなることを特徴とする生分解性樹脂組成物。 - 少なくとも木材,竹材,籾殻,麻のいずれかを含む植物系材料(A)を破砕して少なくとも一辺が2〜5mmで他の辺が5mm以下のサイズのフレークにする材料準備工程と,
前記フレーク(A)にされた植物系材料95〜51質量%に結合剤(B)17〜2質量%を混合する結合剤混合工程と,
前記結合剤混合工程で混合した混合物に,ポリ乳酸(C)を35〜3質量%の範囲にあって,前記結合剤(B)の含有量未満(これら(A)〜(C)の合計は100質量%)の量を混入して混錬するポリ乳酸混練工程と,
を含む生分解性樹脂組成物の製造方法であって,
前記結合剤(B)として,カゼイン,大豆蛋白,グルテン,コンニャクイモ粉末,澱粉,ドライスターチ,コーンスターチ,タピオカのうちの1または2以上の組合せからからなるものを用いることを特徴とする,生分解性樹脂組成物の製造方法。
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