JPH0732377A - 生分解性樹脂発泡体の製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 均質な生分解性樹脂の発泡体を得ることがで
きて適宜形状に成形することができる技術を提供するこ
と。 【構成】 シリンダ１内に実質的に水分と生分解性樹脂
とを投入して生分解性樹脂を押圧する間に軟化点ないし
融点付近に昇温せしめて流動状とし、少なくとも一部が
連続多孔質製である通気性の成形型Ａ内に押し出す。こ
れにより生分解性樹脂は加熱加圧状態から急激に解放さ
れるので発泡が起きる。このときノズル１２を成形型Ａ
に対して相対的に後退させると、成形型Ａの奥側から順
次生分解性樹脂が詰まっていくので無理な押し込みがな
く、発泡セルが押し潰されることなく型通りのしかも均
質な発泡体が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、合成樹脂に代って脚光
を浴びてきた生分解性樹脂についての発泡体を製造する
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に普通の合成樹脂は、量産性、成形
性及び耐久性に優れているため多岐の分野に亘って使用
されており、なかでも合成樹脂の発泡体は、軽量で緩衝
性が高いことからガラス製品などの壊れ易い物の保護ケ
ース、運搬物の梱包用緩衝材、飲食用容器更には断熱材
や防音材などに用いられている。ところが合成樹脂品の
廃棄量が莫大になってきたため、種々の問題が提起され
ている。

【０００３】即ち合成樹脂は焼却されると大量の有害ガ
スを発生して大気を汚染するし、またそのまま廃棄され
た場合には酸化や光分解が起こらないため長年その形状
を維持し、環境を汚染する。更に合成樹脂は分子間結合
力が非常に強いため、焼却した場合には高熱を発して炉
壁の使用寿命を短かくしてしまう。

【０００４】このようなことから最近において生分解性
樹脂が注目されてきており、その開発が盛んに行われて
いる。この生分解性樹脂は、例えばデンプン系高分子を
配合してなるものであって、土中や水中の微生物により
分解されるため、廃棄物対策として非常に有効なもので
ある。

【０００５】そして生分解性樹脂の加工技術に関して
は、現在フィルム材の加工技術が実用化されつつある
が、発泡化についても実現できればその用途が非常に広
がり、生分解性樹脂の有利点をより活用することができ
る。ここに樹脂を発泡する技術としては、例えばスチレ
ンビーズを成形型の中に投入し、水蒸気を加えた後減圧
して発泡ビーズ群を得る方法や、押出機の中に例えばス
チレン樹脂を有機溶剤などの発泡剤と共に投入し、樹脂
が押し出されたときの減圧作用により発泡させる方法な
どが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら生分解性
樹脂は通常の合成樹脂と性状が異なるため種々の問題点
がある。その一つの問題点を述べると、生分解性樹脂は
加圧状態から解放されるや否や発泡を開始してしまう
が、生分解性樹脂が加熱されて流動状となっているとき
の粘度が大きいため、生分解性樹脂が成形型の奥まで入
り込みにくく、このため生分解性樹脂の一部はシリンダ
から押出されて金型の内面に到達する前に発泡してしま
い、この結果金型の隅部や入り組んだ個所においては本
来奥に達して発泡すべき部分が途中で発泡してその手前
に溜まりこれにより奥部に空隙が形成され、この状態で
続いて押し出された生分解性樹脂が前方の発泡部分を背
面から押圧し、これにより当該部分が押し潰されてしま
う。このように一旦発泡してもその部分が後方より押し
潰されてしまうと、所望の形状の発泡体が得られない
し、また十分な緩衝性能を有するものが得られない。

【０００７】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、その目的は、生分解性樹脂について発泡
セルの潰れを抑え、所望形状で均質な発泡体を得ること
のできる生分解性樹脂発泡体の製造方法を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、前方
に狭窄開口な押し出し口を備えた筒状容器内に実質的に
水分と生分解性樹脂とを投入し、生分解性樹脂を前記押
し出し口に圧送する間に昇温せしめて流動状とすると共
に、押し出し口を成形型内にの奥側に位置させておい
て、流動状の生分解性樹脂を押し出し口から成形型内に
押し出しながら押し出し口を成形型に対して相対的に後
退させ、こうして流動状の生分解性樹脂を筒状容器内の
加熱加圧状態から急激に解放させて発泡させ、成形型に
応じた形状に成形することを特徴とする。

【０００９】請求項２の発明は、通気性の成形型と、こ
の成形型内に挿脱自在なノズルが前方に形成され、実質
的に水分と生分解性樹脂とが投入される筒状容器と、こ
の筒状容器内の生分解性樹脂を押送し、昇温されて流動
状となった生分解性樹脂を前記ノズルから成形型内に押
し出すための押送手段と、前記ノズルと成形型とを相対
的に進退させるように構成され、流動状の生分解性樹脂
をノズルから成形型内に押し出しながら当該ノズルを成
形型に対して相対的に後退させるための移動機構とを有
することを特徴とする。

【００１０】

【作用】生分解性樹脂は、筒状容器内を押し出し口まで
押送されるまでの間に例えば軟化点ないし融点付近に昇
温せしめられて流動状になると共に加圧条件下におかれ
る。このとき生分解性樹脂に含有されている水分は、加
圧によって沸点が上昇するため流動状の生分解性樹脂か
ら蒸発することなくその中に閉じ込められた状態となっ
ている。

【００１１】そして生分解性樹脂が押し出し口から成形
型内に押し出されると加熱加圧状態から急激に解放され
るので今まで生分解性樹脂内に閉じ込められていた水分
が瞬間的に蒸発して発泡し、その一部が成形型を通って
放散される。一方押し出し口は、押し出し開始時には成
形型内の奥側に位置しており、生分解性樹脂が押し出さ
れながら成形型の手前に移動するので生分解性樹脂は成
形型の奥側から順次充填され、このため成形型内の細部
及び隅々に到達するタイミングと発泡のタイミングとの
差が小さくなるかあるいは実質的に無くなる。この結果
成形型内の細部及び隅々まで発泡セルが行き渡り、この
ため発泡セルの押し潰れを極力未然に防ぐことができる
ので所望形状で均質な発泡体が得られる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の実施例について説明するが、
具体的な製法について述べる前に先ず生分解性樹脂につ
いて説明する。生分解性樹脂とは生物学的作用に基づき
物性を低下する樹脂材料を意味し、これには樹脂自体が
完全に分解するタイプと、分解し難い樹脂とブレンドし
崩壊性を付与したタイプとがある。そして、前者のタイ
プには微生物による生産物、天然高分子の利用品、石油
系原料からの生成品等があり、また、後者のタイプには
デンプンとのブレンド体、脂肪族ポリエステルとのブレ
ンド体等がある。これらの生分解機構としては、リパー
ゼ、アミラーゼ、セルラーゼ、プロテアーゼ等の酵素に
よる分解、活性汚泥中等の微生物による分解、森林や耕
作地等の自然環境における土壌による分解等、種々の態
様がある。

【００１３】更に具体的には、ポリヒドロキシ酪酸及び
その誘導体、プルラン、セルロース−キトサン混合体、
セルロースやアミロースや木粉のエステル化物、ポリエ
ステル−ナイロン共重合体、ポリエステル共重合体、デ
ンプンとポリエチレンとのブレンド体をはじめ、ポリビ
ニルアルコール、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリア
ミド等が挙げられる。これらはおしなべて低融点を有
し、水の存在下に分解促進されるものである。

【００１４】そして、本実施例では、生分解性樹脂に日
本合成化学工業株式会社販売のＭａｔｅｒ−Ｂｉ「マタ
ービー」（登録商標）のペレット状のものを用いたが、
これは、イタリアのモンテジソングループに属するＮＯ
ＶＡＭＯＮＴ社の開発に係り、デンプンなどの複数農産
物からの誘導品と変性ポリビニルアルコールとが分子レ
ベルで相互に相手分子中に潜り込み、水素結合により結
ばれてなる、熱可塑性の生分解性ポリマーとされている
ものである。また、水を吸収して膨潤することにより生
分解促進され、微生物生存の環境下で紙と同等の生分解
性を示すとされている。

【００１５】また、生分解性樹脂と水分とを後述の筒状
容器内に投入するためには、発泡用の生分解性樹脂ペレ
ットを成形するときに予め適度の水分を含有させるよう
にしてもよいし、あるいは例えば生分解性樹脂の粒体に
水を積極的に含水させる前処理工程を設けてもよい。ま
た生分解性樹脂とともに水そのものをホッパ内に直接添
加してもよいし、ニーダを介してシリンダ内に供給して
もよく、実質的に生分解性樹脂と水分とが供給されさえ
すればよい。

【００１６】また予め水分を吸湿させた吸湿性の微粒子
状物質例えばタルク（滑石）やシリカを生分解性樹脂に
添加しておけば、これら微粒子状物質は樹脂との相溶
性、分散性が水の直接添加よりは高いため、また、発泡
時には微粒子中の水分がその微粒子を起点として発泡し
得るので、結果として微細かつ均一に発泡した発泡体が
得られる。

【００１７】次に本発明の実施例で用いる製造装置につ
いて図１を参照しながら述べると、１は筒状容器に相当
するシリンダであり、後端部上方には成形材料投入用の
ホッパ１１が設けられている。このシリンダ１の先端部
には、先端が狭窄開口をなす長尺なノズル１２が形成さ
れると共に、シリンダ１の周囲には加熱用のヒータ１３
が配置されている。なお、勿論ノズル１２部分にもヒー
ターを内蔵するようににしても良い。

【００１８】前記シリンダ１内には、前後方向に伸びる
スクリュー２がその内壁に近接して配設されており、こ
のスクリュー２の後端はシリンダ１の後端開口部より後
方側に延び出して、スクリュー２を回転させるための油
圧モータ２１に接続されている。更に油圧モータ２１の
後部には、射出シリンダ２２内に摺動自在に配置された
ピストン２３が取り付けられており、従って油圧により
ピストン２４、油圧モータ２１及びスクリュー２が一体
となって前後方向に移動すると共に、スクリュー２は油
圧モータ２１により回転する。

【００１９】こうしていわゆるインラインスクリュー式
射出成形機が構成され、この成形機の先端には、通気性
の成形型Ａが配置されている。前記成形型Ａは、型締め
時に成形空間をなすキャビティ３１、４１を夫々備えた
固定側金型３と可動側金型４とから構成されており、固
定側金型３の前面（射出成形機側の面）壁部には、前記
射出成形機の長尺なノズル１２が挿通できるように、キ
ャビティ３１から外側に連通する挿通孔３２が形成され
ている。

【００２０】前記成形型Ａには型締め機構５０が組み合
わせて設けられ、この型締め機構５０は、例えば可動側
金型４を固定側金型３と対向しつつ接離するようにガイ
ドするタイバー５１、５２や可動金型４を接離動作させ
るための作動機構５３などから構成される。

【００２１】前記成形型Ａは、ほぼ全体において内外を
連通する無数の網組織状の孔を有する多孔質材から成っ
ている。この多孔質材としては、発泡金属がある他、空
隙を形成し得る充填材を添加して焼結成形した金属又は
セラミックス等の焼結物、更には金網、パンチングメタ
ル等をプレス賦形しそれらを積層してなるもの等を使用
することができ、簡易な構造としては、一枚板のパンチ
ングメタルを所定の形状に成形したものも使用できる。
ここで、多孔質材の孔が大きいと、蒸気の排出効率及び
通風効率が良いが、あまり大きくすると発泡後の成形体
の表面に孔による凹凸が強く出て表面が荒れる。このた
め多孔質材の孔の大きさは、成形体の用途に応じた表面
の平滑性が得られる範囲内であって、通気抵抗があまり
大きくならない範囲に設定され、好適なものとしては孔
径の設定が容易でかつ構造が簡易であることなどからパ
ンチングメタルを用いたものを挙げることができる。

【００２２】前記成形型Ａ及び型締め機構５０は移動台
６の上に載置して固定されており、この移動台６は、ガ
イドレール６１に沿って転動する車輪６２、６３を備え
ている。前記移動台６の後端部（図１中左端部）には枠
板部６４が取り付けられ、この枠板部６４は、これの前
方に位置すると共に油圧シリンダー６５内を移動するピ
ストン６６に連結されている。油圧シリンダー６５は図
示しない支台などに固定され、ピストン６６に油圧を与
えることにより移動台６を移動させる。この実施例では
これら移動台６、ガイドレール６１、車輪６２、６３、
枠板部６４、シリンダ６５及びピストン６６により移動
機構６０が構成されている。ただし本発明では、油圧シ
リンダ６５及びピストン６６を設けずに移動台６が生分
解性樹脂の押し出し圧力によりフリーな状態で動くよう
にしてもよいが、この場合には図１に同時に示すように
例えば界磁電流の調整部７１が接続された、電磁石によ
る制動機構７を車輪６２に配設して、移動台６の後退速
度を制御するようにしてもよい。

【００２３】以上のような構成の製造装置を用いて本発
明の製造方法を説明すると、先ず成形型Ａを型締めして
おくと共に、図１に示すように射出成形機のノズル１２
の先端が成形型Ａの奥側に位置するように移動台５を前
進位置に設定しておく。この位置設定は、例えばガイド
レール６１にストッパを設けておくことにより行うこと
ができる。そして図１に示すようにホッパ１１内に生分
解性樹脂の粒体１０を供給し、スクリュー２によりシリ
ンダ１内を前方に押送せしめる。生分解性樹脂の粒体１
０は、押送される間に、スクリュー２の回転に伴う剪断
力及びヒータ１３によるシリンダ１の内壁からの加熱に
より軟化点または融点程度の温度に昇温され、スクリュ
ー２の先端側におけるシリンダ１の内部空間に流動状に
なって溜まる。

【００２４】このとき当該内部空間は加熱加圧状態とな
っているため、生分解性樹脂の粒体に含まれていた水分
は、流動状の生分解性樹脂から蒸発することなくその中
に閉じ込められた状態となっている。続いてスクリュー
２の回転を止め、射出シリンダ２２内のピストン２３を
稼働して図２（ａ）に示すようにスクリュー２を前進さ
せ、流動状の生分解性樹脂をノズル１２から成形型Ａ内
の成形空間（キャビティ３１内）に一気に注入する。

【００２５】これによって生分解性樹脂は加熱加圧状態
から急激に大気圧下にさらされることとなるので、閉じ
込められていた水分が瞬間的に蒸発して発泡すると共
に、油圧シリンダ６５の油圧により成形型Ａが後方側
（図中左側）へ後退し、この結果生分解性樹脂は成形型
Ａの奥側から順次押し出し置かれつつ発泡していくこと
となる。。成形型Ａの後退速度は、油圧シリンダ６５に
おける油圧制御により調整されるが、その速度があまり
早いと成形型Ａの手前側に押し出される生分解性樹脂の
量が多過ぎて、予定より手前側で発泡してしまうし、逆
にその速度が遅すぎると成形型Ａの奥側で発泡した発泡
セルが後続の生分解性樹脂の押し出しにより押し潰され
てしまうので、これらの兼ね合いを考慮して生分解性樹
脂が奥側から適量づつ押し出されるように成形型Ａの後
退速度を決定することが望ましい。そして生分解性樹脂
内には水蒸気の膨脹する力が働くが、その最外郭は成形
型Ａに接しているためキャビティ３１の形状に規制され
る一方水蒸気は成形型Ａの多孔質部分を通って外部に放
散され、こうして全体が一つに成形された生分解性樹脂
の発泡体が得られる。 一方図２（ｃ）に示すようにス
クリュー２を回転させながら後退する間に再度流動状と
なった生分解性樹脂がスクリュー２の先端側におけるシ
リンダ１の内部空間に溜まり始め、次の射出に備える。
この間に成形型Ａ内のキャビティ３１内では、成形後の
生分解性樹脂発泡体の冷却固化も完了するので成形型Ａ
を型開きして発泡体Ｂを取り出し、再び型締めして次の
操作を行う。

【００２６】そして上述の実施例では、ノズル１２の先
端の押し出し口を、はじめ成形型Ａの奥側に位置させて
おいて、生分解性樹脂を成形型Ａ内に押し出しながら押
し出し口を後退させているため、生分解性樹脂が今から
詰まっていく成形型Ａの型内面とノズル１２の押し出し
口とが接近した状態で生分解性樹脂が押し出されること
となり、従って本来発泡すべき位置の型内面において押
し出される。このため生分解性樹脂が成形型Ａ内の隅々
まで入り込んだ状態で発泡が完了するため、発泡セルが
型内面から浮いた位置に溜まって後方から生分解性樹脂
の押圧により無理に押し込まれて潰されるという不具合
を緩和あるいは回避することができ、従って一旦発泡し
た発泡セルの押し潰しを抑えることができるので所望の
形状で均質な発泡体を得ることができ、この結果十分な
緩衝性能を得ることができる。

【００２７】以上において成形型Ａとノズル１２とを相
対的に進退させるにあたっては、成形型Ａ側を進退自在
に構成する代わりに、射出成形機側を進退自在に構成し
てもよく、あるいは両方を進退自在に構成してもよい
し、ノズル１２が気密性を保持しつつ伸縮する構成を採
用してもよい。

【００２８】そして成形型Ａとノズル１２との相対的移
動の速度を例えば油圧シリンダなどにより制御すれば、
発泡密度（充填度合）を制御することができ、従って例
えば成形型の表面を硬く、内層を柔らかくするといった
こともできる。

【００２９】ここでノズル１２については、生分解性樹
脂が霧状に噴射されるようにその押し出し口の口径を可
成り小さくしてもよく、このようにすれば更に複雑な形
状の成形型にも対応できるという利点がある。そしてま
た本発明では、図３に示すように成形型Ａやその型締め
機構５０を気密構造のチャンバ８内に収納配置すると共
に、減圧ポンプ８０及びバルブＶ１を備えた第１の配管
８１と、バルブＶ２を備えた大気解放用の第２の配管８
２とをチャンバ８に接続し、減圧ポンプ８０によりチャ
ンバ８内を減圧するようにすれば、生分解性樹脂から発
生した水蒸気が成形型Ａの周囲から強制的に外部に放出
されるため、気化膨脹して発泡に寄与した後の水分の再
付着に起因する収縮を抑えられるという利点がある。た
だしこの場合チャンバ８内を減圧する代わりに通風する
ようにしても同様の効果が得られる。なおこの場合チャ
ンバ８は成形型Ａのみを囲むように構成され、型締め機
構５０はチャンバ８の外に配置されていてもよい。

【００３０】ここで、射出成形機のノズルは開放されて
おり、またシリンダの原料供給側のホッパも開放されて
おり、原料や溶融樹脂により有る程度の密閉度が確保さ
れるものの、シリンダ内の密閉性が低いと加圧が不十分
になり、生分解性樹脂の軟化点ないし融点と加圧下の水
の沸点との兼ね合いで射出前シリンダ内にて一部の水分
が気化し、発泡するおそれがあり、またノズルから鼻垂
れ状態で発泡することもある。そこで本発明では、ノズ
ルをバルブ付きのものにしたり、原料供給部側のホッパ
を密閉したり、さらには原料供給口にロータリバルブを
付設するなどして密閉性を高めることが好ましい。ま
た、例えばポリエチレングリコールなどを溶質として水
に溶かし、この水を添加するようにして、これにより水
の沸点を上昇させ射出前シリンダ内発泡を抑制するよう
にしてもよい。

【００３１】なお本発明により得られる生分解性樹脂発
泡体は緩衝材としての用途に限定されるものではなく、
断熱材や防音材などに用いるものであってもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、発泡セル
の押し潰れを抑えて均質な生分解性樹脂の発泡体を得る
ことができて適宜形状に成形することができ、従来の合
成樹脂の発泡体の代替品として使用することによりゴミ
公害などの環境汚染の軽減に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る製造装置を示す概略縦断
面図である。

【図２】本発明の実施例の作用を示す作用説明図であ
る。

【図３】本発明の他の実施例に係る製造装置の要部を示
す概略縦断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダ １０ 生分解性樹脂の粒体 ２ スクリュー １２ ノズル ３ 固定側金型 ４ 可動側金型 Ａ 成形型 ５０ 型締め機構 ６ 移動台 ６０ 移動機構 ７ 制動機構 ８ 気密構造のチャンバ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前方に狭窄開口な押し出し口を備えた筒
   状容器内に実質的に水分と生分解性樹脂とを投入し、生
   分解性樹脂を前記押し出し口に押送する間に昇温せしめ
   て流動状とすると共に、押し出し口を通気性の成形型内
   の奥側に位置させておいて、流動状の生分解性樹脂を押
   し出し口から成形型内に押し出しながら押し出し口を成
   形型に対して相対的に後退させ、こうして流動状の生分
   解性樹脂を筒状容器内の加熱加圧状態から急激に解放さ
   せて発泡させ、成形型に応じた形状に成形することを特
   徴とする生分解性樹脂発泡体の製造方法。
2. 【請求項２】 通気性の成形型と、この成形型内に挿脱
   自在なノズルが前方に形成され、実質的に水分と生分解
   性樹脂とが投入される筒状容器と、この筒状容器内の生
   分解性樹脂を押送し、昇温されて流動状となった生分解
   性樹脂を前記ノズルから成形型内に押し出すための押送
   手段と、前記ノズルと成形型とを相対的に進退させるよ
   うに構成され、流動状の生分解性樹脂をノズルから成形
   型内に押し出しながら当該ノズルを成形型に対して相対
   的に後退させるための移動機構とを有することを特徴と
   する生分解性樹脂発泡体の製造装置。