JP7209996B2

JP7209996B2 - 組成物、成形体の製造方法、及び、成形体

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Publication number: JP7209996B2
Application number: JP2018124252A
Authority: JP
Inventors: 日出子酒井; 勝廣島田; 独歩松原
Original assignee: Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Instititute (TIRI)
Current assignee: Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Instititute (TIRI)
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2023-01-23
Anticipated expiration: 2038-06-29
Also published as: JP2020002288A

Description

本発明は、組成物、成形体の製造方法、及び、成形体に関する。

従来より、木粉と、ポリエチレンなどの合成樹脂とを混合した組成物を、加熱しながら成形し、その後冷却して、成形体を得ることが知られている（例えば特許文献１～３）。

また、木粉と、ポリビニルアルコールと、ホウ砂とを含む組成物から成形体を得ることも知られている（特許文献４，５）

特開２０１５－３０７４６号公報特開２００７－１８５８９０号公報特開２０１７－１２４５０６号公報特開２００２－１３７９５７号公報特開２０１１－１４０５３８号公報

しかしながら、特許文献１～３の組成物では、加熱しないと成形ができない。一方、特許文献４、５では、加熱しなくても成形できるが、ポリビニルアルコールのような合成樹脂を使用する必要がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、常温で成形ができ、かつ、合成樹脂を必要としない組成物、成形体の製造方法、及び、成形体を提供することを目的とする。

本発明にかかる組成物は、リグノセルロース粉と、天然糊と、水と、を含む。

ここで、前記天然糊は、動物由来又は植物由来であることができる。

また、前記天然糊は、海藻糊、デンプン糊、及び、膠からなる群から選択される少なくとも一つであることができる。

また、前記リグノセルロース粉は木質バイオマス粉、及び、草本バイオマス粉からなる群から選択される少なくとも一つであることができる。

また、前記リグノセルロース粉は、木粉、及び、竹粉からなる群から選択される少なくとも一つである、であることができる。

また、リグノセルロース粉及び天然糊の合計を１００質量部としたときに、天然糊を３～９９．５質量部含むことができる。

また、天然糊及び水の合計を１００質量部としたときに、天然糊を０．０１～６５質量部含むことができる。

また、リグノセルロース粉、水、及び天然糊の合計を１００質量部としたときに、水を４０～９５質量部含むことができる。

本発明にかかる成形体の製造方法は、上述の組成物を成形する工程と、成形した組成物を乾燥させて成形体を得る工程と、を備える。

ここで、前記成形体は、家具、置物、装飾部材、又は、膜であることができる。

また、前記成形する工程は、シリンジの細孔から、前記組成物をプランジャで押し出してフィラメントを得ることを含むことができる。

本発明にかかる成形体は、リグノセルロース粉と、天然糊と、を含む。

本発明によれば、常温で成形ができ、かつ、合成樹脂を必要としない組成物、成形体の製造方法、及び、成形体が提供される。

図１は、実施形態にかかる組成物の成形方法を説明する一部破断図である。図２は、実施形態にかかる組成物の他の成形方法を説明する断面図である。

（組成物）
本発明の実施形態にかかる組成物は、リグノセルロース粉と、天然糊と、水と、を含む。

（リグノセルロース粉）
リグノセルロース粉とは、リグノセルロースを主成分とする粉である。リグノセルロースは、セルロース、ヘミセルロース、及び、リグニンを主要成分とする材料である。

リグノセルロース粉の例は、木質バイオマス粉、草本バイオマス粉である。木質バイオマス粉の例は、木粉、竹粉である。木の例は、スギ、ヒノキ、マツ等の針葉樹、ブナ、ナラ、カバ等の広葉樹である。木粉、竹粉は、原木の粉砕等により製造してもよいが、廃材の粉砕等により製造してもよい。草本バイオマス粉の例は、トウモロコシの茎、イネの茎、イグサの茎を粉砕した粉である。

リグノセルロース粉の粒径は特に限定されないが、粒径の下限は、１μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍであることができる。粒径の上限は、１０００μｍ、５００μｍ、４００μｍ、３００μｍ、２００μｍとすることができる。

粒径は、レーザ回折式の粒度分布計の体積基準の粒度分布のＤ５０とすることができる。

（天然糊）
天然糊とは、天然成分に由来する成分を主成分とする接着剤である。
天然糊は、動物由来、又は、植物由来の成分を主成分とする接着剤であることができる。天然糊は水溶性であることが好適である。

動物由来の天然糊の例は、膠、カゼインである。膠は、牛や豚などの動物に由来するゼラチンなどのタンパク質を主成分とする。カゼインは、牛乳などの乳から分離されるタンパク質である。

植物由来の天然糊の例は、海藻糊、及び、デンプン糊である。
海藻糊は海藻から抽出される多糖類を主成分とする糊である。海藻の例は、紅藻である。
紅藻の例は、ツノマタ、ギンナンソウ、フノリ、スギノリである。これらの紅藻から抽出される多糖類の例は、カラギーナンである。
紅藻の他の例はテングサで有り、テングサから抽出される多糖類の例はアガロース（寒天）である。
海藻の他の例は、コンブなどの褐藻であり、これらの褐藻から得られる多糖類の例はアルギン酸及びその塩（ナトリウム塩、カリウム塩など）である。
これらの海藻糊の中でも、ツノマタ、ギンナンソウ、フノリ等から抽出されるカラギーナンを主成分とする海藻糊が好ましい。

デンプン糊は、糊化したデンプンを主成分とする糊である。デンプン源の例は、トウモロコシ、コメ、タピオカ、小麦、豆類、ジャガイモ、サツマイモである。
膠、カゼイン、海藻糊、デンプン糊の抽出方法は公知であり、市販もされている。

（固形分中の天然糊の含有量ＣＡ）
リグノセルロース粉及び天然糊（固形分であって水を含まない）の合計を１００質量部としたときに、組成物における天然糊の含有量ＣＡは、特に限定されないが、下限は３質量部、５質量部、７質量部、９質量部、であることができ、上限は、９９．５質量部、９９質量部、９５質量部、９０質量部、８０質量部、７０質量部、６０質量部、５０質量部、４５質量部とすることができる。

手で成形する粘土用の組成物の場合には、天然糊の含有量ＣＡは、７～４５質量部であることが好適である。

プレスして成形する用途の組成物の場合には、天然糊の含有量ＣＡは７～５５質量部であることが好ましく、９～２２質量部であることがより好ましい。

塗料用の組成物の場合には、天然糊の含有量ＣＡは１４～９９．５質量部である。

（天然糊水溶液の天然糊の含有量ＣＢ）
天然糊（固形分）と水との合計質量を１００としたときに、組成物における天然糊の含有量ＣＢの下限は０．０１質量部、０．０５質量部、０．１質量部、０．５質量部、１質量部、２質量部、３質量部、４質量部とすることができ、上限は、６５質量部、５０質量部、４０質量部、３０質量部、２５質量部、２２質量部とすることができる。

粘土用の場合には、天然糊の含有量ＣＢを１～４０質量部とすることが好適である。

プレス成形用の場合には、天然糊の含有量ＣＢを１～４５質量部とすることが好適である。

塗料用の組成物場合には、天然糊の含有量ＣＢは４質量部以上とすることが好適である。

（組成物中の水の含有量ＣＣ）
天然糊（固形分）と水とリグノセルロース粉との合計質量を１００としたときに、組成物における水の含有量ＣＣの下限は４０質量部、５０質量部とすることができ、上限は、９５質量部、９０質量部、８５質量部とすることができる。

組成物は、上記の成分以外に添加剤を含むことができる。添加剤の例は、着色剤、防腐剤、界面活性剤、ｐＨ調整剤である。添加剤の量は、リグノセルロース粉及び天然糊の合計質量を１００質量部としたときに、１０質量部以下とすることが好適である。

このような組成物は、リグノセルロース粉と、天然糊水溶液とを混合することにより、または、リグノセルロース粉と、天然糊と、水とを混合することにより容易に得ることができる。

（成形体の製造方法）
続いて、このような組成物を利用した成形体の製造方法について説明する。

（成形）
上述の組成物は、常温で変形させることができるので、組成物の塊を手で所望の形に変形させたり、一つの塊を複数に分割（ちぎるなど）したり、複数の塊を一つに合一させたりすることができ、容易に成形組成物を得ることができる。このような成形方法は、粘土としての利用に好適である。特に、玩具として利用したときに安全性が高い。

また、図１に示すような押し出し成形も可能である。まつ、上記の組成物Ｃを、先端に細孔１０ａのあるシリンジ１０内に充填する。次に、シリンジ１０の細孔１０ａとは反対の開口１０ｂ側からシリンジ１０内にプランジャ（ピストン）２０を挿入する。プランジャ駆動装置３０で、プランジャ２０をシリンジ１０の細孔１０ａ側に押し込んで、シリンジ１０内の組成物Ｃを細孔１０ａから押し出して、組成物Ｃのフィラメント（細線）Ｆを形成することができる。さらに、公知の３Ｄプリンタに適用されている駆動手段４０により、組成物ＣのフィラメントＦを押し出しながら、台５０の上でシリンジ１０を任意の３次元方向に移動させることにより、台５０上に、組成物のフィラメントＦを所望の位置及び方向に配置して、フィラメントＦを積み重ねることができ、これにより、管、立体等の所望の高さの所望の形状の組成物の成形組成物ＭＡを得ることができる。

また、型による成形も可能である。例えば、図２に示すように、上型Ｍ２及び下型Ｍ１の間に組成物Ｃを挟みこんで成形し、上型Ｍ２と下型Ｍ１との間のキャビテイＶに対応する形状を有する組成物の成形組成物ＭＡを得ることもできる。

さらに、組成物を公知の方法（例えば、刷毛、ローラー、コーター）などにより、基材の上に塗布して、組成物の層を形成することができる。基材としては、紙、樹脂、コンクリート、モルタル、等が挙げられる。

（乾燥）
得られた成形組成物を乾燥して、乾燥した成形体を得る。乾燥は、例えば、成形組成物を常温の室内に放置することにより行うことができる。また、成形組成物を乾燥機内に収容して乾燥を行ってもよい。

乾燥により、成形体中の水分量を２０質量％以下、好ましくは、１０質量％以下、より好ましくは５質量％以下になるように除去することが好適である。

乾燥により成形組成物から水を除去することにより、リグノセルロース粉と、天然糊とが強固に結合し、所望の形状の乾燥した成形体が完成する。

立体形状を有する成形体は、置物、家具などにして利用することができる。また、塗布された組成物の層は基材を被覆する木質膜となり、木質の化粧板として利用することができる。その他、装飾部材例えばモールディング（壁と天井の接合部、壁面、柱などの装飾部材）、アクセサリーなどにも利用できる。

（成形体）
本発明の実施形態の成形品は、上述の成形組成物の乾燥品であり、リグノセルロース粉と、天然糊と、を含む。水分量は、２０質量％以下である。

リグノセルロース粉及び天然糊の合計質量に占める天然糊の質量割合、添加剤等は、上述と同様とすることができる。

（作用効果）
本実施形態によれば、組成物の成形時の加熱が不要となる。これにより、粘土としての利用が可能であるし、成形時の省エネルギー化に資する。また、原料に合成樹脂を添加することが不要となり、粘土として組成物を手で成形したときの安全性、及び、得られた木質物品に人が触れた場合の安全性などに優れることになる。

また、リグノセルロース粉と、天然糊は、強固に接着することができ、成形体の強度の維持、及び、木質物品の強度に優れる。

（実施例Ａ１）
スギ粉Ａ（粒径１７７μｍ）、及び、ツノマタ糊水溶液（ツノマタ糊４質量％配合）を用意した。スギ粉１０質量部及びツノマタ糊水溶液４０質量部を、ＢＥＧＯ社の攪拌機Ｍｏｔｏｖａ３００で攪拌して、組成物を得た。

（実施例Ａ２、Ａ３）
ツノマタ糊水溶液の量を、それぞれ、５０質量部、６０質量部にする以外は、実施例Ａ１と同様として、それぞれ組成物を得た。

（実施例Ｂ１）
スギ粉Ｂ（粒径２２μｍ）、及び、ツノマタ糊水溶液（ツノマタ糊４質量％配合）を用意した。スギ粉１０質量部及びツノマタ糊水溶液２５質量部を、ＢＥＧＯ社の攪拌機Ｍｏｔｏｖａ３００で攪拌して、組成物を得た。

（実施例Ｂ２、Ｂ３）
ツノマタ糊水溶液の量を、それぞれ、３０質量部、４０質量部にする以外は、実施例Ａ１と同様として、それぞれ組成物を得た。

（実施例Ｃ１）
スギ粉Ｂ（粒径２２μｍ）、及び、タピオカ糊水溶液（タピオカ糊２０質量％配合）を用意した。スギ粉１０質量部及びタピオカ糊水溶液２５質量部を、ＢＥＧＯ社の攪拌機Ｍｏｔｏｖａ３００で攪拌して、組成物を得た。

（実施例Ｃ２、Ｃ３）
ツノマタ糊水溶液の量を、それぞれ、３０質量部、４０質量部にする以外は、実施例Ｃ１と同様として、それぞれ組成物を得た。

（成形）
得られた組成物を、シリンジの細孔から０．６６ＭＰａの圧力で押し出し、直径２．５ｍｍ、長さ３００ｍｍ及び長さ５０ｍｍの成形組成物フィラメントを得た。このフィラメントは、成形後にその形状を維持することができ、フィラメントを多段重ねて筒状などの成形組成物を得ることができた。また、手による成形も可能であった。

（乾燥）
成形後、成形組成物を自然乾燥（２日）して、成形体を得た。

直径２ｍｍ及び長さ５０ｍｍのフィラメントを、万能試験機で３点曲げ試験を行い、強度の測定をおこなった。

条件及び結果を、表１～２に示す。

Ｃ…組成物、ＭＡ…成形組成物、Ｆ…フィラメント、１０…シリンジ、１０ａ…細孔、２０…プランジャ。

Claims

１～１０００μｍの粒径を有するリグノセルロース粉（リグノセルロース粉が繊維形状である場合を除く）と、天然糊（天然糊がコーンスターチ糊のみからなる場合を除く）と、水と、を含み、
前記粒径は、レーザ回折式の粒度分布計の体積基準の粒度分布のＤ５０である、組成物。
前記天然糊は、動物由来又は植物由来である、請求項１記載の組成物。
前記天然糊は、海藻糊、デンプン糊、膠、及び、カゼインからなる群から選択される少なくとも一つである、請求項１記載の組成物。
前記リグノセルロース粉は、木質バイオマス粉、及び、草本バイオマス粉からなる群から選択される少なくとも一つである、請求項１～３のいずれか１項に記載の組成物。
前記リグノセルロース粉は、木粉、及び、竹粉からなる群から選択される少なくとも一つである、である、請求項１～４のいずれか１項に記載の組成物。
リグノセルロース粉及び天然糊の合計を１００質量部としたときに、天然糊を３～９９．５質量部含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の組成物。
天然糊及び水の合計を１００質量部としたときに、天然糊を０．０１～６５質量部含む、請求項１～３のいずれか１項記載の組成物。
リグノセルロース粉、水、及び天然糊の合計を１００質量部としたときに、水を４０～９５質量部含む、請求項１～７のいずれか一項記載の組成物。
請求項１～８のいずれか一項に記載の組成物を成形する工程と、成形した組成物を乾燥させて成形体を得る工程と、を備える、成形体の製造方法。
前記成形体は、家具、置物、装飾部材、又は、膜である、請求項９記載の方法。
前記成形する工程は、シリンジの細孔から、前記組成物をプランジャで押し出してフィラメントを得ることを含む、請求項９又は１０記載の方法。
１～１０００μｍの粒径を有するリグノセルロース粉（リグノセルロース粉が繊維形状である場合を除く）と、天然糊（天然糊がコーンスターチ糊のみからなる場合を除く）と、を含み、水分量が２０質量％以下であり、
前記粒径は、レーザ回折式の粒度分布計の体積基準の粒度分布のＤ５０である、成形体。