JPH0732379A - 生分解性樹脂発泡体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 生分解性樹脂を均一に発泡させることができ
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】 筒状容器１内に実質的に水分と生分解性樹脂
１０とを投入して生分解性樹脂１０を押送する間に軟化
点ないし融点程度に昇温せしめて加熱加圧状態の流動状
物とし、この加熱加圧状態の流動状物を筒状容器１の狭
窄開口１２から通気性の成形型Ａ内に霧化状態で射出す
る。霧化状態の生分解性樹脂粒子が成形型Ａ内の隅々ま
で充填されて発泡し、発泡セルが押し潰されることなく
型通りのしかも均一に発泡した発泡体が得られる。

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、所望の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】本発明は、前方に狭窄開
口を有する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狭窄開口に押送する間に
昇温せしめて加熱加圧状態の流動状物とし、この加熱加
圧状態の流動状物を前記狭窄開口から通気性の成形型内
に霧化状態で射出して霧化状態の生分解性樹脂粒子を発
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】

【作用】生分解性樹脂は狭窄開口に押送する間に例えば
軟化点ないし融点程度に昇温せしめられて加熱加圧状態
の流動状物となり、同時に存在する水分は加圧状態下で
あ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。この加熱加圧状態の流動状物を狭窄開口から通気性
の成形型内に霧化状態で射出すると、霧化状態の生分解
性樹脂粒子が成形型内の隅々まで行き渡ると共に加熱加
圧状態から急激に解放されて今まで内部に閉じ込められ
ていた水分が一気に蒸発しようとして膨張拡大し、蒸発
した水分は通気性の成形型外に放散される一方、霧化状
態の生分解性樹脂が各々発泡して集合し、発泡セルが押
し潰されることなく所望の形状で均質な発泡体が得られ
る。

【００１０】

【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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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２３、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。

【００１７】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が配置されており、この成形型Ａは、固定側ダ
イセット７を介してノズル１２の開口（狭窄開口）に連
通するキャビティ３１が形成された固定側金型３と、コ
ア４１が形成された可動側金型４とから構成されてい
る。この実施例ではキャビティ３１は例えば方形状をな
し、またコア４１は例えば方形状の一面に小さな方形状
の凸部を有する形状をなしており、両金型３、４を型締
めしたと成形型Ａに対応する形状の発泡品が得られるよ
うになっている。

【００１８】そして前記成形型Ａには型締め機構が組み
合わせて設けられ、この型締め機構は、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４２、４３や可動側金型４を接離動作させ
るための作動機構４４などから構成されている。

【００１９】ここでノズル１２の口径は、加熱加圧状態
の流動状物をノズル１２から霧化状態でキャビティ３１
とコア４１とにより形成される成形空間に射出するため
に従来の一般の射出成形機のノズルよりも小径とするこ
とが必要である。即ち従来の一般の射出成形機のノズル
の口径は例えば２〜５ｍｍとされているが、この実施例
では例えばノズル１２の口径を１ｍｍ程度の小径なもの
としている。

【００２０】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、１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。

【００２１】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
おき、ホッパ１１内に生分解性樹脂の粒体１０を供給
し、図２（ａ）に示すように、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物
になって溜まる。このとき当該内部空間は加熱加圧状態
となって、生分解性樹脂の粒体１０に含まれていた水分
はその流動状物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。

【００２２】続いて、図２（ｂ）に示すように，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２
３を稼働してスクリュー２を前進させ、流動状物をノズ
ル１２から成形型Ａ内のキャビティ３１とコア４１とに
より形成される成形空間内に霧化状態で一気に噴射す
る。

【００２３】ここで霧化状態で噴射するためには、上述
のようにノズル１２の口径を従来一般のものよりも小径
としたうえ、スクリュー２による流動状物の射出速度
と、当該流動状物の押し出し前後の圧力差を適宜調整す
ればよい。なお霧化状態とするために必要なノズル１２
の口径は流動状物の押し出し速度によっても変動するの
で、上述のように１ｍｍ程度に限定されるものではな
い。

【００２４】一方、成形型Ａの外部は大気に開放されて
いるので、通気性の成形型Ａの多孔質部分を介してその
キャビティ３１も大気圧となっている。従って霧化状態
でキャビティ３１内に一気に射出された生分解性樹脂は
加熱加圧状態から急激に大気圧下に晒されることとなる
ので、これに閉じ込められていた水分が瞬間的に蒸発し
て発泡する。生分解性樹脂内にはこの水蒸気の膨張する
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とコア４１の形状に規制される。そして水
蒸気は成形型Ａの多孔質部分を通って外部に放散される
一方、生分解性樹脂内部の各粒子毎に発泡が行われて気
泡１００（発泡セル）が形成され、これら粒子が絡み合
い、融着し合って全体が一つに賦形された生分解性樹脂
の発泡体Ｂが得られる。

【００２５】次いで図２（ｃ）に示すようにスクリュー
２を回転させながら後退させるとその間に再度流動状と
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】そして上述の方法では、流動状の生分解性
樹脂がノズル１２から霧化状態で大気圧下のキャビティ
３１内に射出されるので、霧化状態の生分解性樹脂粒子
がキャビティ３１とコア４１とにより形成される成形空
間内の隅々まで充填されると共に、各霧化状態の生分解
性樹脂粒子が各々発泡して集合する。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
了するので、成形型Ａの形状が複雑であっても発泡セル
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】本発明においては、成形型Ａの外部を通風
雰囲気としてもよく、この場合は水蒸気が成形型Ａの外
に強制的に放出されるので、気化膨張して発泡に寄与し
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。

【００２８】なお成形型Ａを減圧チャンバーの内部に配
置して成形型Ａの外部雰囲気を大気圧以下に減圧しても
よく、この場合は大きな圧力差が得られるので、より高
発泡化させることができると共に、水蒸気の強制放出作
用がより大きくなって成形型Ａにおける結露が抑えられ
る。

【００２９】また本発明ではノズル１２は１本に限定さ
れず、例えば図３に示すように複数のノズル１２を設け
てもよいし、場合によっては図４に示すようにシリンダ
１の先端に多数の微細な噴射穴１４を備えたシャワー部
１５を設けてもよい。更に、図示しないが、ランナー、
ゲートを経由して成形型内に生分解性樹脂が導入される
場合には、ランナーやゲートの口径を小さくするなどし
て、生分解性樹脂が霧化状態で成形型内に導入されるよ
うにすればよい。

【００３０】更に本発明では、図５に示すように互いに
気密な複数の減圧室５１〜５３に分割された減圧チャン
バー５を成形型Ａを取り囲むように設けると共に、各室
に対応する減圧用配管６１〜６５を設け、各減圧用配管
による減圧の程度を変化させることにより、霧化状態の
生分解性樹脂粒子が成形空間の奥から効率良く順次に充
填されるように充填状態を調整するようにしてもよい。
この場合減圧チャンバー５は、例えば成形型Ａと同時に
開閉できるように構成される。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、生分解性
樹脂を均一に発泡させ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】本発明方法の一実施例に用いられる製造装置の
一例を示す概略縦断面図である。

【図２】インラインスクリュー式射出成形機を用いて本
発明方法の一実施例を実施する様子を示す概略縦断面図
である。

【図３】複数のノズルを設けたシリンダ先端部の概略斜
視図である。

【図４】シャワー部を設けたシリンダ先端部の概略斜視
図である。

【図５】本発明方法を実施するための他の製造装置の要
部を示す概略縦断面図である。

【符号の説明】

Ａ 成形型 Ｂ 発泡体 １ シリンダ １１ ホッパ １２ ノズル ２ スクリュー ２３ ピストン ３ 固定側金型 ３１ キャビティ ４ 可動側金型 ４１ コア ５ 減圧チャンバー ５１、５２、５３ 減圧室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前方に狭窄開口を有する筒状容器内に実
   質的に水分と生分解性樹脂とを投入し、生分解性樹脂を
   前記狭窄開口に押送する間に昇温せしめて加熱加圧状態
   の流動状物とし、この加熱加圧状態の流動状物を前記狭
   窄開口から通気性の成形型内に霧化状態で射出して霧化
   状態の生分解性樹脂粒子を発泡させ、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。