JPH07278351A - 澱粉を含む組成物と発泡成形物およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 発泡スチロール樹脂のような廃棄物公害にな
らない発泡成形物を提供することを目的とする。 ［構成］ 澱粉に水と二塩基性酸と可塑剤とを混和し、
澱粉をα化するとともに、α化された澱粉を含む混合物
をエキストルーダで押出して造粒し、得られた混合物の
造粒体を用いて発泡成形することにより、発泡成形物を
得るようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は澱粉を含む組成物とこの
組成物によって成形された発泡成形物およびその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】包装箱内に収納されて物流に供される商
品を衝撃から保護するために、商品と包装箱との間に発
泡スチロール樹脂の緩衝体が介装される。また各種の食
品を物流に供するために、発泡スチロール樹脂の成形体
から成る箱体が用いられる。さらには食品の販売の際の
包装手段として、発泡スチロール樹脂から成るトレーが
用いられている。

【０００３】このように各種の用途に発泡スチロール樹
脂が広く用いられている。このような発泡スチロール樹
脂成形物は、使用後において廃棄処分される。最も一般
的な廃棄処分は焼却処理である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】発泡スチロール樹脂か
ら成る緩衝体や箱体、あるいはまたトレー状の容器は、
焼却処理の際に黒煙を発し、大気汚染の原因となる。ま
た焼却の際に高温の熱を発生するために、炉を損傷させ
ることになる。そのままの状態で廃棄しても、自然崩壊
性を有していないために、水やバクテリヤ等によって分
解されることがなく、そのままの状態を長期間にわたっ
て維持することになる。これによって廃棄物公害の原因
になる。

【０００５】このような問題点に鑑みて、澱粉を原料と
した発泡成形体が提案されている。ところが澱粉から成
る発泡成形体は所要の強度を有しない。また弾性に乏し
く、このために従来の発泡スチロール樹脂のような緩衝
体としての利用に限界がある。さらには澱粉の発泡成形
体は柔軟性に乏しく、また水に対して非常に弱く、少し
でも水が付着すると簡単に崩壊することになる。

【０００６】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、所要の強度と弾性と柔軟性とを有し、
さらには必要に応じて耐水性または撥水性をも具備し、
水が付着しても崩壊することがないようにした発泡成形
物を製造するための澱粉を含む組成物と、この組成物に
よって得られる発泡成形物と、その製造方法とを提供す
ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、澱粉に水とと
もに二塩基性酸を混和する工程と、前記混和する工程の
前または後に加熱して澱粉をα化する工程と、α化され
た澱粉を含む混合物を造粒する工程と、前記混合物の造
粒体を用いて発泡成形する工程と、から成る発泡成形物
の製造方法およびこの製造方法に用いられる組成物、な
らびにこの組成物から成る発泡成形物に関するものであ
る。

【０００８】本発明をその製造方法の順に説明する。本
発明は澱粉を少量の水と加熱混和し、α化して押出し機
で造粒後、発泡させ、これによって軽量の緩衝体等を得
るものであって、とくに澱粉のα化に際し、二塩基性酸
や可塑剤を混和し、これによって発泡成形物に所要の強
度、弾性、柔軟性、さらには必要に応じて耐水性をも付
与し、従来の発泡スチロール樹脂から成る成形体にとっ
て代るようにしたものである。

【０００９】主たる原料を構成する澱粉としては、馬鈴
薯、とうもろこし、甘藷、米、麦等が用いられてよい。
最も純粋に得られるタピオカ澱粉が軽量構造材の原料と
して最適なものである。

【００１０】二塩基性酸（ジカルボン酸）には、無水物
と遊離酸とが存在するが、澱粉との混和および反応の容
易性から考えると無水物の方が好ましい。二塩基性酸の
無水物として一般的なものは、無水フタル酸、無水マレ
イン酸、無水ノルボンナンジカルボン酸、無水コハク
酸、無水イタコン酸、無水ノルボルネンジカルボン酸、
デヒドロ無水フタル酸等のものが使用可能である。

【００１１】これに対して二塩基性酸の遊離酸は、蓚
酸、マロン酸、マレイン酸、フマール酸、コハク酸、グ
ルタル酸、アジピン酸等が利用可能である。

【００１２】二塩基性酸とともに澱粉に混和される可塑
剤としては、上記二塩基性酸のエステルが最も好ましい
が、三塩基性の燐酸エステルや高級の一塩基性酸エステ
ル、弗素系のエステル類、活性基を持つ硅素樹脂等であ
って、エポキシや水酸基を持つものがとくに有効であ
る。

【００１３】このような可塑剤は少量の添加によって、
発泡澱粉の成形物の物性、とくに強度や弾性の向上に著
しい効果があることが確認されている。

【００１４】例示すれば、タピオカ澱粉１００部に対
し、無水フタル酸０．１〜１０部と水１０〜３０部とを
添加し、エキストルーダで加熱混和後冷却しながら押出
すと、澱粉の大部分がα化し、無水フタル酸も大部分が
エステル化していることが判った。なお一部の無水フタ
ル酸はモノエステルとして存在するために酸性の性質を
付与する。従って微量でも硬くなり、次のホルマリン処
理にも有効である。

【００１５】エキストルーダの出口に回転式載断器を配
置し、押出された混和物を粒状に切断することによって
造粒物が得られる。この造粒物を加圧式熱プレスで２０
０℃、５気圧で数秒間処理すると、その全量が３０〜５
０倍に発泡し、金型の内部形状と一致する発泡成形体が
得られる。

【００１６】このような発泡成形体は耐水性が比較的低
いために、そのまま水中に投入すると、約３０分間で崩
壊し、３時間後には原形を止めなくなる。

【００１７】このような発泡成形体の耐水性を向上させ
るためには、高温のホルマリンガス室を通した後に真空
で脱ホルマリンを行なう。また成形体の表面に耐水ニス
を塗布することによって、水中でも数日間は原形を保つ
ようになった。より耐水性を高めるためには、後述の弗
素系あるいは硅素系の可塑剤やエステル系の可塑剤を添
加することが有効である。

【００１８】造粒にあたって、タピオカ澱粉１００部に
対して、無水フタル酸０．１〜１部の添加であれば、発
泡成形物の強度は高くなるが、柔軟性がなく、割れ易く
なる。無水フタル酸を５％添加すると、曲げ強度が約２
倍になり、１０％の添加を行なうと４．５倍の強度にな
る。

【００１９】造粒に際して可塑剤として、弗素樹脂（例
えば弗素化高級アルコールグリシジールエステル）の水
性エマルジョンを０．２部添加すると、発泡成形物の圧
縮強度が約３０％向上し、耐水性も高くなり、水中で浮
いたまま数日間は原形を保つことが認められた。可塑剤
として用いられる弗素樹脂は撥水剤としても有効で、
０．０５〜１．０％の添加で発泡成形物に完全な撥水性
を付与できるようになる。

【００２０】弗素樹脂の代りに、エポキシ硅素樹脂の水
性エマルジョン０．５部を添加すると、同じ効果が認め
られた。弗素樹脂の方が曲げ強度の向上効果が大きいこ
とが認められた。なお硅素樹脂は弗素樹脂の数倍の添加
量を要する。そして弗素樹脂は発泡成形物に撥水性と撥
油性を付与するが、硅素樹脂は撥水性と親油性とを付与
することになり、有機溶剤に対しては反対の性質を示
す。

【００２１】可塑剤として上記弗素樹脂や硅素樹脂の他
に、フマール酸、オクチルエステル、ステアリン酸、ブ
チルエステル、ＤＯＰ等の公知の可塑剤を加えると、曲
げ強度が著しく向上することが判った。

【００２２】長期間にわたって使用するためには、公知
の防黴剤や鼠の嫌忌剤等の添加も有効である。

【００２３】

【実施例】実施例１ ２軸混和押出し機（エキストルーダ）にタピオカ澱粉１
００部と、無水フタル酸５部と、ジオクチルフマール酸
５部に水１５部を加え、１５０℃で加熱混和し、８０℃
に冷却しながら押出した。そして押出された混和物を回
転切断器で細粒に切断することによって造粒物が得られ
た。

【００２４】得られた造粒物を２００℃の加圧成形機に
入れ、５〜８ｋｇ／ｃｍ² に加圧すると、金型通りの型
に発泡成形したものが得られた。

【００２５】造粒物をそのまま加圧下で加熱発泡させる
ことによって、約４０倍に膨張した。このような発泡成
形体は充填材としてそのまま利用できる。この発泡成形
物の耐水性を向上させるために、加熱室内でホルマリン
ガスを作用させるか、表面に耐水性ニスを塗布すること
が可能である。このような発泡成形物は水中や土壌中に
放置すると、数日間から数週間で分解消滅してしまうこ
とが判明した。

【００２６】実施例２ タピオカ澱粉１００部に対してアジピン酸４部とジブチ
ルマレイン酸５部に水２５部をエキストルーダ中で加熱
混和し、押出して造粒した。ここで充填材として利用す
る場合には、１５０℃以上で加熱したまま押出し切断す
ると、約３０〜５０部に膨化した軽量物が得られる。

【００２７】成形用には出口を８０℃以下として太線状
に押出し、回転式の切断器で小粒状の造粒物を得た。

【００２８】このような造粒物を加熱した２００℃の加
圧成形機で発泡成形すると、金型と同じ形状であって約
３０〜５０倍に膨化した発泡成形物が得られた。

【００２９】このような発泡成形物を水中に投入する
と、数時間で分散することが確認された。耐水性を向上
させるためには、ホルマリンガス加工や耐水ニスを塗布
する加工を行なえばよく、これによって十分な耐水性が
得られる。

【００３０】実施例３ エキストルーダへタピオカ澱粉１００部に無水マレイン
酸８部、水２０部、弗素樹脂エマルジョン２部を入れ、
１５０℃に加熱混和し、その出口で７０℃以下に冷却し
ながら押出した。押出された混和物を細断造粒した。こ
のような造粒物を２００℃の金型成形機で５秒間加圧す
ることにより、金型通りの発泡成形物が得られた。

【００３１】この成形物は弾性も高く、圧縮強度や曲げ
強度も高く、水中に投入しても浮いたまま数時間は変化
が見られなかった。

【００３２】実施例４ タピオカ澱粉１００部に対して無水ノルボルネンジカル
ボン酸１０部と水２０部をエキストルーダで１４０℃に
加熱混和後、エキストルーダの出口を６０℃に冷却しな
がら押出し、細断することによって造粒物を得た。この
ような造粒物を用いて２２０℃の金型成形機で４秒間加
熱すると、金型の形状と整合する発泡成形物が得られ
た。造粒物は約４０倍に膨化した。このような発泡成形
物は強度が高いものの、圧縮弾性率が低く、強度以上の
力を加えると凹んでしまった。

【００３３】実施例５ 上記実施例４の方法において、エキストルーダで混和す
る際に、上記混合物にさらにポリプロピレングリコール
１０部を添加した。このようにして得られた混和物を造
粒するとともに、実施例４と同一の方法で金型成形機に
より成形したところ、強度が５％低下するが、圧縮弾性
率が５０％以上増加することが判った。耐水性はそれほ
ど高くならず、可塑剤の添加したものも無添加のものも
水中に投入すると、１０〜３０時間後にはその形状が崩
壊した。

【００３４】実施例６ タピオカ澱粉１００部に対して無水フタル酸６部、エポ
キシシリコン水性エマルジョン１０部（４０％）と水１
５部をエキストルーダに入れ、１４０℃に加熱後、出口
を８０℃に冷却して押出し、切断造粒物を得た。

【００３５】このような造粒物を２２０℃の射出成形機
で４秒間圧縮し、金型と同一形状に成形した。造粒物は
３０〜４０倍に発泡した。このような発泡成形体は圧縮
強度や剛性が高く、水中に投入したときに約２日間は原
形を保った。

【００３６】

【発明の効果】本発明に係る澱粉を含む組成物によって
成形された発泡成形体は、澱粉を主たる原料とするもの
であって、焼却処理を行なうと紙と同様に静かに燃え、
このときの温度も発泡スチロール樹脂に比べてはるかに
低く、炉を損傷することがない。またこのような澱粉を
主成分とする発泡成形物の焼却の際に発生するのは、炭
酸ガスと水であって、有害物質を発生せず、大気汚染あ
るいは環境汚染の原因にならない。またこのような発泡
成形物はそのままで水中あるいは土壌中に廃棄すると、
水中に投入された場合には、数時間から数日間で崩壊す
るとともに、土壌中に投棄された場合においても、水を
含むと次第にその形状を失うとともに、バクテリヤによ
って短期間で分解してしまうことが確認された。

【００３７】澱粉を含む発泡成形物は、その中に投入さ
れる可塑剤の種類や量に応じて、その物性を任意に調整
可能であって、所要の強度、弾性、柔軟性等を成形物に
付与することが可能になる。従って用途に応じて可塑剤
の種類や量を選択することにより、好ましい物性を有す
る発泡成形物が得られることになる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】α化された澱粉と、水と、二塩基性酸を混
   和して成る澱粉を含む組成物。
2. 【請求項２】α化された澱粉と、水と、二塩基性酸と、
   可塑剤を混和して成る澱粉を含む組成物。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の澱粉を含
   む組成物から成る発泡成形物。
4. 【請求項４】澱粉に水とともに二塩基性酸を混和する工
   程と、 前記混和する工程の前または後に加熱して澱粉をα化す
   る工程と、 α化された澱粉を含む混合物を造粒する工程と、 前記混合物の造粒体を用いて発泡成形する工程と、 から成る発泡成形物の製造方法。
5. 【請求項５】澱粉に水とともに二塩基性酸と可塑剤とを
   混和する工程と、 前記混和する工程の前または後に加熱して澱粉をα化す
   る工程と、 α化された澱粉を含む混合物を造粒する工程と、 前記混合物の造粒体を用いて発泡成形する工程と、 から成る発泡成形物の製造方法。