JP6731139B2 - 生分解性樹脂組成物及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高い生分解性を保持し、価格の上昇を抑え、さらに石油製合成樹脂に匹敵する程度の高い機械的強度を有する成形品などの原料となる生分解性組成物及びこの組成物の製造方法に関する。

現代社会において、合成樹脂からなる多種多様の成形体或いは成形品が広い分野で大量に使用されている。しかし、これらの成形品などは、その殆どが石油を原料とした合成樹脂製であって、これらが不要となって廃棄処分する場合に、例えば地中に埋めるとそれらはほぼ半永久にそのままの状態で地中に残存してしまい、また焼却するとダイオキシンなどの有害物質やＣＯ_２が発生してしまうなどとして、これらが環境破壊或いは人体への悪影響などの諸問題を誘発する。そのため、近年、このような諸問題を解決する方策の一つとして、自然環境下で分解される生分解性樹脂が提案されて、一部で実用化が試みられている。

例えば特許文献１（特許第３７９３７８３号公報）には、多種の植物繊維材から、竹材を採用して、これを粉末にしたものを用いて成形した竹粉製プラスチック様成形体及びその製造方法が提案されている。この製造方法は、以下の（ａ）〜（ｂ）工程を含んでいる。すなわち、（ａ）２０重量％以下の水分含有量及び１０メッシュパス以下或いは４００メッシュパス以上の粒度を有する竹粉を準備する準備工程、（ｂ）この竹粉を所定の成形型に充填し、８０℃〜２００℃の加熱温度及び２０ＭＰａ以上の圧力で加圧する成形工程、及び（ｃ）前記成形型内で冷却固化せしめて成形体とする冷却工程。

この技術によれば、接着剤などを使用せずに竹粉のみでプラスチック様成形体の製造ができて、従来の木粉を利用した成形体に比べて十分に低温かつ低圧でプラスチック様成形体を得ることができる、とされている。

また、特許文献２（特許第４１４９８８７号公報）には、少量の生分解性樹脂と多量の植物系粉粒体を用いて製造した複合生分解性成形品が提案されている。この成形品は植物系材料６０〜９０重量％とヒドロキシカルボン酸系樹脂４０〜１０重量％（両者の合計は１００重量％）とで構成されて、前記ヒドロキシカルボン酸系樹脂はポリ乳酸及びポリカプロラクトンからなり、これらのポリ乳酸／ポリカプロラクトンの重量比率は５／９５〜９５／５の範囲に設定されている。
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。

しかし、これらの特許文献１、２に記載された成形体（品）は、いずれも粒度が小さい、すなわち微粉末を用いて製造するもので、これらには種々の課題が潜在している。例えば特許文献１に記載された成形体は、竹粉は２０重量％以下の水分含有量及び１０メッシュパス以下或いは４００メッシュパス以上にしたものを使用し、また、特許文献２に記載された成形品は、植物系材料は木粉、竹粉などの粉末でその粒度を２０メッシュ以下、好ましくは５０メッシュ以下、さらに好ましくは１００メッシュ以下にしたものを使用したものである。

ところが、これらの竹粉や木粉などの粒度を上記メッシュパス或いはメッシュ値になるまで粉砕するには、それらの製造が困難でかつ面倒であると共に、微粉末にするためには、例えば竹材を使用する場合、竹そのもののみの利用にとどまり、枝、茎、葉は使用できない。また、それらの微粉末の取扱いが極めて難しく、扱い方によっては不慮の事故を誘発する恐れがあり、一方でまたこれらがコスト高を招来する原因となるなどの多くの課題が潜在している。すなわち、上記のような微粉末を製造するには高精度の粉砕機を必要とし、その粉砕に掛かる処理時間が多くなり、また竹材や木材などの植物系材料を粉砕機で粉砕する前工程に、これらの材料の乾燥処理が必須となり、所定の水分含有量以下に乾燥しなければ、通常、上記のような微粉末を製造できない。特許文献１の竹粉準備工程では、２０重量％以下の水分含有量にしなければならないので、通常、生竹の含水水分量はほぼその倍程度であり、この倍程度の水分量を半分以下にしなければならないので、そのための乾燥装置及び乾燥処理が必要となり、相当の設備費及び処理費が掛かってしまうことになる。また、特許文献２の成形品の製造にあっても同様の課題が潜在している。

また、上記のような微粉末の扱いには、高温処理が必要となるので、成形に際して内部に水蒸気が滞留し易くなって、いわゆるパンク（破壊）が発生し、これがときに不慮の事故原因となることがあり、また成形不良を招くことも多くなる。その結果、現実的に上記のような微紛末を製造すること及びその扱いが極めて難しく、このような微粉末を用いた成形体（品）の製造は極めて困難となっている。なお、このパンクの発生原因は、未だ明確にされていないが所定の含水量とされた粉末を圧密して加熱加圧下で成形する際に、内部に発生する水蒸気が加圧下で成形体内部に滞留し、これが加熱によって小爆発して成形表面に露呈し、或いは内部の熱分解物を発生させることによるものと考えられる。

したがって、特許文献１、２の成形体（品）は、いずれも高精度の粉砕機及び乾燥装置が必要となり、そのための設備費などが高価となり、成形体（品）のコスト高を招くことになる。なお、これらの成形体（品）を製造する際の微粉末の扱いに危険性が潜在しているので、そのための対策も必須となっている。

また、特許文献２は、ポリ乳酸を使用しているが、このポリ乳酸と植物系材料とを直接結合させることが困難であって、これらの間の親和性ないしなじめ性が不足しがちになり、凝固状態においても結合力の不足を起して所望の機械的強度を得ることが難しくなっている。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。

特許第３７９３７８３号公報 特許第４１４９８８７号公報

以上から、特許文献１、２の成形体（品）は、いずれも製造には高精度の粉砕機及び乾燥装置などが必要となり、設備費及び処理費などが高騰し、これが製品コスト高の原因となって、これまでの石油製合成樹脂からなる成形体（品）との価格競争力が失われており、このような成形体（品）の実用化が試みられているものの未だ普及するまでに至っていない。

そこで、本発明者は、これらの課題のうち、まずコストの高騰は従来の粉末に換えてこれより粒度が大きくまたこれとは異なる範疇に分類されるフレーク（flake）を使用することにより高精度の粉砕機及び乾燥装置などを不要にしてコストの低減を図るとともに微粉末を扱う危険性を解消し、またこのようなフレークを用いても結合剤を使用することによってポリ乳酸との結合が堅固になり所望の機械的強度が得られること、さらにポリ乳酸が抱える課題はその含有量を所定量にすることにより解決できることなどを見出して本発明を完成するに至ったものである。

そこで、本発明の目的は、高い生分解性を保持し、石油製合成樹脂に匹敵する程度の高い機械的強度を有するとともに、さらなるコストの低減を図って、これまでの石油製合成樹脂との価格競争力を付けて商業化を実現した生分解性樹脂組成物及びこの樹脂組成物の製造方法並びに成形品を提供することにある。

本発明は、以下の構成によって達成できる。すなわち、本発明の第１の態様における生分解性樹脂組成物は、竹材及び笹材から選択される少なくとも１つの、地下茎、茎、葉及び枝から選択された少なくとも１つを含む植物系材料（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。

さらに、本発明の第２の態様における生分解性樹脂組成物の製造方法は、竹材及び笹材から選択される少なくとも１つの、地下茎、茎、葉及び枝から選択された少なくとも１つを含む植物系材料（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。

第１の態様の生分解性樹脂組成物によれば、高い生分解性を保持し、コストの上昇を抑えて低コスト化を実現し、さらに石油製合成樹脂と匹敵する程の高い機械的強度を有する成形体の原料となる生分解性組成物を提供できる。具体的には、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の適用により植物系材料（Ａ）の増量が可能になるとともに、ポリ乳酸（Ｃ）との結合が堅固になり、石油製合成樹脂に匹敵する程の高い機械的強度が得られ、また、ポリ乳酸が抱える課題はこの量を所定量にすることにより解消できる。そして、特に特徴的なことは、低コスト化が実現できて、石油製合成樹脂との価格競争力が付くので、より広い分野での利用が可能になることである。

しかも、第１の態様の生分解性組成物によれば、従来技術の粉末を使用したときに生じる課題を解決できて、しかもデザイン性を向上させることができる。加えて、植物系材料（Ａ）として、放棄されることが多かった竹材及び笹材から選択される少なくとも１つの、地下茎、茎、葉及び枝から選択された少なくとも１つを含むものを用いているので、環境悪化を抑制することができるので社会的意義が大となる。また、結合剤としてのカゼイン、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、タピオカは身近に存在しているもので、簡単かつ安価に入手できるため、より生分解性樹脂組成物の低コスト化を実現できる。

さらに、第２の態様の生分解性樹脂組成物の製造方法によれば、高い生分解性を保持し、コストの上昇を抑えてコスト低減を実現しつつ、さらに石油製合成樹脂と匹敵する程度の高い機械的強度を有する成形体の原料となる生分解性組成物を製造できる。特に、コストの低減は、これまでの合成樹脂との価格競争力にも対抗できるものであり、この樹脂組成物は広い分野での利用が可能になる。しかも、植物系材料（Ａ）として、放棄されることが多かった竹材及び笹材から選択される少なくとも１つの、地下茎、茎、葉及び枝から選択された少なくとも１つを含むものを用いているので、環境悪化を抑制することができるので社会的意義が大となる。

具体的には、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により植物系材料（Ａ）の増量が可能になるとともに、ポリ乳酸（Ｃ）との結合が堅固になり、石油製合成樹脂に匹敵する程の高い機械的強度が得られる。なお、この結合剤（Ｂ）はポリ乳酸（Ｃ）の量より少なくしてあるのでポリ乳酸の減量にならず、その特性を損なうことがない。すなわち、ポリ乳酸が抱える課題はこの量を所定量にすることにより解消できる。そして、特に特徴的なことは、低コスト化が実現できて、石油製合成樹脂との価格競争力が付くので、多種多様な成形体乃至成形品が製造できるので、多様な分野での利用が可能になることである。

本発明に係る生分解性樹脂組成物の製造方法の製造工程を示すブロック図である。 本発明の実施例及び比較例で使用した混練機の概略平面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し、以下の示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための生分解性樹脂組成物などを例示するものであって本発明をこれらに特定するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適用し得るものである。

図１を参照して、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を説明する。
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。

以下、個々の工程を順次詳述する。

ア 植物系材料（Ａ）の準備工程１
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。

本発明の実施形態は、上記の利点を有する竹を用いるが、この竹は、竹の種類が限定されるものではなく、全ての種類の竹が使用できる。これらの竹は、まるごとの竹、すなわち地下茎、茎、枝、葉（以下、これらを総称して竹材ともいう。）を含み、これらのいずれかの１つ或いは２つ以上を混ぜ合せて用いる。また、この竹だけでなく、笹材であってもよく、またこの笹材と竹材との混合物もよい。

この竹材は破砕などによりフレーク（flake）にしたものを用いる。すなわち、竹材を破砕すると砕けて大量の破片或いは薄片などとなり、これらは概ね立方体、直方体、多角柱及び多角錐などに近似乃至これらが変形した立体形状のものとなる[以下、これらを総称してフレーク（flake）ともいう。］。このフレークをそのまま使用することもできるがサイズが大きいと組成物の製造或いは成形の際に流動性が悪くなって均一に分散されず、また他の材料との混合或いは混練も十分行えなく所望の成形体などを得ることが困難になり、一方でまた、小サイズにすると従来技術の粉末粒度に近づいて従来技術の課題が顕在化する恐れがあるので小さく過ぎることもできない。
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。

このフレークは破砕機を用いて竹材を破砕して作成する。この破砕は上記サイズにするのであれば粗破砕で可能となるので、従来技術のような高精度の粉砕機は不要となる。これにより設備費及び処理費などを低減できる。また、破砕は竹の種類、部位などを分別することなく、まるごとを破砕機に投入して粗破砕するのがよい。すなわち、まるごとの竹、すなわち地下茎、茎、枝、葉などを一緒にして破砕する。この破砕によると、フレークは上記のサイズにあって２mm以下のもの、すなわち粉末も発生する。しかし、この粉末は廃棄することなく、所定の少量であれば上記サイズのフレークに混ぜて使用する。この混ぜ合せにより、大きいサイズのフレーク間の隙間を埋めることができて、形成の際に、金型の狭い隙間にも入り込んで、成形品のデザイン性をアップできる。このような粉末は、竹材の破砕のときに発生し、また、後工程の結合剤混合工程２及びポリ乳酸混練工程３においても個々のフレークが互いに擦りあっても発生する。

しかし、このような粉末の量が多くなると、従来技術の粉末の課題が発生する恐れがあるので、上記サイズのフレークと粉末との比率はフレークが多くなるようにする一方で粉末を少なくする。この比率は最終工程において、フレークが５０質量％を超え８０質量％未満、粉末が質量５０％以下にする。最も好ましいはフレーク８０質量％対粉末２０質量％である。これらの比率にすれば、前者の比率であっても従来技術の課題を回避でき、また、後者の比率であれば問題が発生することがない。また、フレークは５mm以上のものも少量であれば使用してもよい。また、これらの竹材は、特に乾燥せずに生材を使用してもよく、この生竹を使用した場合は、各工程、すなわち、材料準備工程１、結合剤混合工程２及びポリ乳酸混練工程３で摩擦熱によって乾燥される。

したがって、この材料準備工程１では、特に乾燥装置を設置する必要がない。勿論、乾燥したものを材料から除外するものではなく、乾燥材を使用すれば、個々の工程における処理時間の短縮ができる。上記サイズのフレークは、篩で選別し、この篩を通過しなかったものは、再度、破砕機に投入して破砕する。

イ 結合剤（Ｂ）の混合工程２
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。

結合剤は、カゼイン、大豆蛋白、グルテン等の植物性蛋白質、コンニャクイモ粉末、澱粉、リグニン、マツヤニ、タンニン、ドライスターチ、コーンスターチ、タビオカ等が有効である。これはすべて身近に存在しているもので、簡単かつ格安に入手できる。

この結合剤は、混合機を用いて、撹拌しながら混合する。なお、この混合は破砕機内でフレークをさらに破砕しながら行ってもよい。この混合工程２では、温度管理が重要となる。すなわち、混合／破砕の際に、個々のフレークが互いに摩擦しあって熱が発生し、この熱によって水分が減少し、一方で吸着ガスが放出されてフレークが昇温する。このとき昇温が高温になると、フレークが焦げて品質が低下し、また低すぎると水分や吸着ガスの放出不足等による結合力の低下を招くので、適切な温度管理が必須となる。そこで、破砕機の破砕槽は油等によるジャケット付きにするとよい。なお、適切な昇温範囲は１４０〜２２０℃、望ましくは１５０〜１８０℃である。
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。

具体的には、この結合剤の混合により、フレークの混入比率の上昇を可能にし、竹材の高強度を十分引出すことが可能になる。すなわち、竹材は木材などと比べて、緻密で機械的強度が優れているので、フレークの樹脂組成物もこの特性を備えたものになる筈である。しかし、このフレークは、均等な分散がし難く部分的な分布差、つまり偏在が発生し、この偏在から成形体などの破壊が生じてしまい、竹材の高強度特性を十分活かしきれない。また、この竹材の混入比率を上げた場合、さらに偏在が顕著となり、ペレットすら正常に得られないか、得られたとしても破砕し易いものとなるが、これらが解消できる。特に、結合剤（Ｂ）の適用により植物系材料（Ａ）の増量が可能になるとともに、ポリ乳酸との結合を堅固にして、石油製合成樹脂と匹敵する程の高い機械的強度が得られ、これにより石油製合成樹脂との価格競争力が付きより広い分野での利用が可能になる。

ウ ポリ乳酸の混練工程３
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。

このような特性を有するポリ乳酸を混合物に加えて混練する。この混練物は互いに平行に近接配置して自転する一対のロール間で多数回繰り返して圧展するのが好ましい。具体的には、混練物をロール入口部で強い粘性流動を伴う高圧加圧とロール出口部での圧力開放サイクルを多数回繰り返して圧展する。これにより、フレークの破砕面から水分やその他の吸着ガスが放出されて、このガスがポリ乳酸へ移行拡散されて表面が浄化され、これによりポリ乳酸や結合剤との親和、なじみが改善され、ポリ乳酸とフレークとの結合力強化が達成され、さらに、混練物が多数回近接されたロール間で薄い膜状に圧展されることで、偏在発生が抑制される。また、ポリ乳酸と混合物間の温度差等に起因して生じる粘度斑、つまり高粘度部分も低粘度部分も平等の厚みに圧展して偏在の発生が抑止される。なお、混練物は、ロール間で薄く押圧される過程で、金属などの圧延と類似の状態となるが、ロール出口側ではロール表面に付着したままロールの回転により再び入口側に至るため、圧延の用語は不適当で圧展とした。この混練方法により、フレークの混入比率を上昇した場合も偏在の発生を抑制し、ペレットを始めとする高強度の成形体を得ることができる。

また、ポリ乳酸が抱える課題は、フレーク量を多くすることによって抑制できる。すなわち、フレーク含有量が５０質量％を超えるようにすると、フレーク相互間の平均距離が縮小され、ポリ乳酸の耐熱性が低いことによる粘性変形ないし流動や垂れ等形状保持能力の低下が抑制され、また、相対的にポリ乳酸成分量が少なくなるので、ポリ乳酸が抱える耐熱性の課題は限定されたものとなる。

エ 着色剤の添加
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。

オ 組成物成形工程４
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。

カ 成形品作製工程５
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。

（実施例及び比較例）
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）。

実施例及び比較例はいずれもフレーク（サイズ２〜３mm程度。）の水分比率を測定し、水分が５％となったと仮定したときの分量を結合剤とともに破砕・ミキサー装置に投入した。使用した破砕・ミキサー装置は、垂直ポット型槽の底部に２段の高速回転羽根を有し、槽の底、外周、肩部に保温層と加熱用ジャケットを有するものである。
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。

次に、上記のフレークと結合剤との混合物に、ポリ乳酸を混練したときの状況を説明する。先ず、使用した混練機について述べる。
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。

被混練物は二つのロール間の谷状部で上部ではバンク（塊状溜）を形成しつつ、下部の微小隙間で圧展された後、ロール面に付着したまま、ロール回転により再びバンクに混入されることを多数回繰り返されつつ、スパイラル溝ａの作用により軸方向右側に移動する。軸方向右側端部には一方のロール１０とその右端部で表面どうしを圧接しあって設けられ、半径方向に多数の小孔が穿設されたリング状の造粒ロール３０の小孔から内径側に押し出され、スクレーパーにより寸断されてペレットとなる。

図２のｃ部上方に設けられたホッパーに投入された粉末状ポリ乳酸は、二本のロール間で圧展を繰り返しつつ圧縮されて粉末粒子間に随伴された空気を排出しつつ、スパイラル溝ａの作用により右側に送られ、両ロールの加温ジャケットからの熱及び混練動力に起因して発生する熱とにより昇温溶融し、ロールの長さ方向中央部に達する。ロール中央部ｄに達した溶融ポリ乳酸は、連続的に送り移動しつつｄ部上方に設けられた図示しないホッパーを経て、同期的運転された前述の粉砕・ミキサー装置から供給される混合物を、連続的に互いに同一温度（極力）で添加され、圧展を繰り返されつつ混練混合される。
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。

前記の実施例Ｎｏ．５で述べたイ、ロ、ハの各テストの混練時の状況は、ロール１０、３０間の隙間は、０．５ｍｍとし、ロール１０の入口側；１４０〜１５０℃、出側；１１０℃、ロール２０間は、入口側、出口側ともロール１０よりやや低目にして両ロール温度を種々に変化させた。その結果、イ、ロ、ハとも各温度に変化した際にも偏在が認められない良好なペレットを得ることができた。
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。

比較例Ｎｏ．２１は、竹材過多のため正常なペレットが得られなかった。比較例Ｎｏ．２２はペレットとしての形状は保持できたが、縦断面観察の結果、偏在が認められた。比較例Ｎｏ．２３はペレットとしては正常であった。

前記の試料で製造されたペレットを用いダンベル試験方及びシャルピー衝撃試験方を射出整形機により作製した。成形温度は１７０℃、金型温度は４０℃とした。
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。

以上、竹材を用いた生分解性組成物の製造方法及び成形品を説明したが、これらはまた他の材料、すなわち木材、籾殻など或いはこれらを組合せた材料を用いた場合も同様の生分解性組成物の製造方法及び成形品となる。

本発明の生分解性組成物及び成形品は、いずれもほぼ全量植物由来の原料によるものであるから、カーボンニュートラルとなり、地球に優しく、ＰＰに匹敵する機械的強度と優れた生産性を兼備する。最も重要なことは、さらなる低コスト化が実現できて、これにより石油製合成樹脂との価格競争力が付きより広い分野での利用が可能になる。

１ 材料準備工程
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)

1. 竹材及び笹材から選択される少なくとも１つの、地下茎、茎、葉及び枝から選択された少なくとも１つを含む植物系材料（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。
2. 竹材及び笹材から選択される少なくとも１つの、地下茎、茎、葉及び枝から選択された少なくとも１つを含む植物系材料（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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