KR20230028228A - 성형 재료, 성형체 및 성형 재료의 제조 방법 - Google Patents

성형 재료, 성형체 및 성형 재료의 제조 방법 Download PDF

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마사히토 나카이시
요시미 야쿠오
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글렌칼 테크놀로지 가부시키가이샤
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Abstract

바이오매스 재료를 사용하면서, 성형 가공 시에 종래보다 고온에서 가열할 수 있는, 성형 재료, 성형체 및 성형 재료의 제조 방법을 제공한다. 본 실시 형태에 관한 성형 재료는, 함수 유기물로부터 얻어지는 바이오매스 재료로서, 수분율이 20[%] 이하이고, 또한 중온성 호기성 균의 균수가 105/g 이하이며, 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크가 300[℃] 이상에서 검출되는 바이오매스 재료를 사용한다. 이와 같이, 성형 재료는, 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크의 검출 온도가 종래의 바이오매스 재료보다 높은 바이오매스 재료를 사용하고 있는 점에서, 성형 가공 시에 종래보다 고온에서 가열할 수 있다.

Description

성형 재료, 성형체 및 성형 재료의 제조 방법
본 발명은 성형 재료, 성형체 및 성형 재료의 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 음식물 쓰레기 등의 함수 유기물은, 호기성 균을 이용한 분해 처리에 의한 처리가 행해져 왔다. 일반적인 음식물 쓰레기 처리 장치는, 블레이드와 환기 장치를 마련한 처리조에 톱밥, 왕겨 등의 배양 기재를 수용하고, 여기에 파쇄기를 통해서 파쇄한 음식물 쓰레기를 교반하는 방식을 채용하고 있다.
또한, 대기로 배출하는 박테리아나 악취의 원인이 되는 분자를 오존에 의해 살균, 분해하고, 무해한 분자로 바꾸어서 외기로 방출할 것이 제안되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1). 그리고, 근년에는, 이와 같이 하여 함수 유기물로부터 얻은 바이오매스 재료에 대해서, 단순히 폐기하지 않고, 트레이나 플랜터 등의 성형체의 재료로서 재이용될 것이 생각되고 있다.
일본특허공개 평7-136629호 공보 일본특허공개 제2010-136683호 공보
그러나, 함수 유기물로부터 얻은 일반적인 바이오매스 재료는, 내열성이 낮게, 대략 180[℃] 내지 260[℃] 정도에서 탄화해버리기 시작한다(특허문헌 2[0007] 참조). 그 때문에, 내열성이 낮은 바이오매스 재료를 포함한, 종래의 성형 재료에 대해서는, 180[℃] 내지 260[℃] 초과의 고온에서 가열할 필요가 있는 사출 성형이나 압출 성형 등의 성형 가공을 행하면, 바이오매스 재료의 물성이 열화되어 버리는 점에서, 고온에서 성형 가공을 행하는 것은 어렵다는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명은 이상의 점을 고려해서 이루어진 것으로, 바이오매스 재료를 사용하면서, 성형 가공 시에 종래보다 고온에서 가열할 수 있는, 성형 재료, 성형체 및 성형 재료의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 성형 재료는, 성형체의 재료로서 사용되는 성형 재료로서, 함수 유기물로부터 얻은 바이오매스 재료와, 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 수지용 첨가제 중 적어도 어느 1종 이상을 포함하고, 상기 바이오매스 재료는, 수분율이 20[%] 이하이고, 또한 중온성 호기성 균의 균수가 105/g 이하이며, 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크가 300[℃] 이상에서 검출되는 것이다.
본 발명에 관한 성형 재료의 제조 방법은, 성형체의 재료로서 사용되는 성형 재료의 제조 방법으로서, 함수 유기물을 처리조 내에 수용하는 수용 공정과, 상기 함수 유기물을 상기 처리조 내에서 교반하면서 가열하고, 또한 상기 처리조 내에서 기체를 1[㎥/min] 이상 300[㎥/min] 이하로 배기하여, 이온 밀도가 200만[pcs/cc] 이상인 이온 가스를 1[㎥/min] 이상 300[㎥/min] 이하로 상기 처리조 내에 공급함으로써, 상기 함수 유기물의 물분자를 분리시켜 상기 함수 유기물에 포함되는 수분을 증발시키는 처리를 하여 바이오매스 재료를 제조하는 처리 공정과, 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 수지용 첨가제 중 적어도 어느 1종 이상과, 상기 바이오매스 재료를 혼합해서 성형 재료를 제조하는 제조 공정을 구비하는 것이다.
본 발명에 따르면, 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크의 검출 온도가 종래의 바이오매스 재료보다 높은 바이오매스 재료를 사용하는 점에서, 성형 가공 시에 종래보다 고온에서 가열할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료의 제조에 사용하는 처리 장치를 측부측에서 보았을 때의 단면 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 처리 장치를 단부측에서 보았을 때의 단면 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 사과박에서 얻어진 바이오매스 재료의 열중량 분석, 시차열 중량 분석 및 시차열 분석의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 당근박에서 얻어진 바이오매스 재료의 열중량 분석, 시차열 중량 분석 및 시차열 분석의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 커피박에서 얻어진 바이오매스 재료의 열중량 분석, 시차열 중량 분석 및 시차열 분석의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
(1) <본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료>
본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료는, 처리조 내에서 함수 유기물을 교반하면서 가열하여, 처리조 내에서 기체를 1[㎥/min] 이상 300[㎥/min] 이하로 배기하고, 이온 밀도가 200만[pcs/cc] 이상인 이온 가스를 처리조 내에 공급하는 처리를 행함으로써 제조된다.
바이오매스 재료의 원재료가 되는 함수 유기물로서는, 예를 들어 야채 쓰레기, 과일 쓰레기, 전정초, 음료 추출 후의 유기물 잔사, 고기 쓰레기, 연어 등의 물고기 쓰레기, 오물, 폐기 식품 등이 있다. 음료 추출 후의 유기물 잔사로서는, 사과박, 밀감박, 포도박, 자몽박, 복숭아박, 당근박, 피망박, 주박, 녹차박, 보리차박, 커피박 등이 있다.
또한, 이들 함수 유기물로 바이오매스 재료를 제조하는 경우, 각 함수 유기물의 종류마다 처리 시간이 약간 달라지는 경우도 있기 때문에, 복수 종류의 함수 유기물을 혼합하지 않고, 각 함수 유기물마다 각각 처리해서 바이오매스 재료를 제조하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료는, 예를 들어 서비스 트레이, 데스크 트레이, 펜 트레이 및 코스터 트레이 등의 다양한 트레이, 컨테이너나 플랜터 등의 용기, 전자 기기의 부품, 자동차의 부품, 블록, 건축재 등, 다양한 성형체를 제조할 때, 당해 성형체의 재료가 되는 성형 재료에 함유시킬 수 있다.
함수 유기물에 대하여 상술한 처리를 행함으로써 제조된 바이오매스 재료는, 수분율이 20[%] 이하가 되고, 또한 중온성 호기성 균의 균수가 105/g 이하가 된다. 이러한 구성에 더하여, 본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료는, 시차열 분석법에 있어서, 대기 중에서 가열해서 실온에서부터 승온시켜 갔을 때에 발열 최대 피크가 300[℃] 이상에서 검출되는 점에서, 내열성이 높고, 고온으로 가열해도 탄화하기 어렵다고 하는 특성을 갖는다.
본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료의 수분율은, 건조 감량법에 의해 측정하는 것이 가능하다. 건조 감량법은, 먼저 수분을 포함한 처리 전의 함수 유기물의 중량을 계측하고, 그 후, 함수 유기물을 가열해서 수분을 증발시켜서, 수분이 제로가 된 함수 유기물의 중량을 계측함으로써, 감량한 중량을 수분이라 가정하여, 수분율을 측정하는 것이다.
중온성 호기성 균의 균수는, 예를 들어 표준 한천 평판 배양법에 의해 측정하는 것이 가능하다. 본 실시 형태에서는, 일반 재단법인 일본 식품 분석 센터에서 행해지는 표준 한천 평판 배양법(https://www.jfrl.or.jp/storage/file/072.pdf)에 따라서 중온성 호기성 균의 균수를 구하고 있다.
시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크가 나타나는 온도는, 열 분석 장치(예를 들어, SII·나노테크놀로지 가부시키가이샤제, 시차열 열중량 동시 측정 장치(제품명 「TG/DTA7220」))에 의해 측정하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 대기 중에서 시료(바이오매스 재료)과 기준 물질(여기서는 알루미나)을 가열해서 실온에서부터 승온시켜 가고, 이때의 시료와 기준 물질의 온도차를 측정하고, 얻어진 기준 물질과의 온도차를 나타내는 곡선(이하, 시차열 분석(DTA: Differential Thermal Analysis) 곡선이라고도 칭한다)을 해석함으로써, 발열 최대 피크가 나타나는 온도를 특정할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료에서는, 시차열 분석법에 있어서, 대기 중에서 가열해서 실온에서부터 승온시켜 갔을 때에 발열 최대 피크가 300[℃] 이상, 바람직하게는 350[℃] 이상 700[℃] 이하, 보다 바람직하게는 450[℃] 이상 600[℃] 이하에서 검출되는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 예를 들어 사과박, 당근박 및 커피박을 처리해서 각각 얻어진 바이오매스 재료에 대해서, 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크가 나타나는 온도를 확인한바, 발열 최대 피크가 모두 400[℃] 이상에서 검출되는 것을 확인하였다. 이 검증 시험에 대해서는 후술한다.
또한, 상술한 이온 가스를 공급하지 않고 음식물 쓰레기 등의 함수 유기물을 단순히 분쇄하면서 가열 등을 하여 처리하는 종래의 음식물 쓰레기 처리기에 의해 제조된 바이오매스 재료(이하, 단순히 종래의 바이오매스 재료라고 칭한다)에서는, 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크가 나타나는 온도가 180[℃] 내지 260[℃] 정도인 것이 확인되고 있다. 즉, 본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료는, 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크가 나타나는 온도가, 종래의 바이오매스 재료보다 현격히 높아지고 있고, 종래의 바이오매스 재료와는 명백히 다른 물성을 갖고 있다.
여기서, 사출 성형이나 압출 성형 등의 성형 가공에 의해 성형체를 제조하는 경우에는, 일반적으로, 180[℃] 내지 260[℃] 초과의 고온에서 원료를 가열할 필요가 있다. 그 때문에, 내열성이 낮은 종래의 바이오매스 재료를 성형체의 원료로서 사용하면, 가열에 의해 당해 바이오매스 재료에 탄화나 산화 등이 발생하여, 물성이 열화되어 버리는 점에서, 성형체의 원료로서 성형 재료 내에 포함하는 것은 곤란했다.
이에 반해, 본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료는, 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크가 나타나는 온도가 300[℃] 이상이며 내열성이 높은 점에서, 성형 가공에 의해 성형체를 제조하는 경우에 성형 재료에 함유시켜도, 가열에 의해 탄화 등을 하기 어렵기 때문에, 물성의 열화가 발생하는 일이 없어, 성형체의 원료로서 사용할 수 있다.
또한, 종래의 바이오매스 재료는, 제조 직후, 수분율을 20[%] 이하로 해도, 시간 경과와 함께, 수분율이 상승해 가서, 수분율이 20[%] 초과가 되어 버리는 것을 확인하였다. 또한, 종래의 바이오매스 재료로는, 수분율이 20[%] 초과가 되어 버리면, 표준 한천 평판 배양법에 의해 측정되는 중온성 호기성 균의 균수가 108/g 이상이 되는 것도 확인하였다. 그 결과, 종래의 바이오매스 재료는, 제조로부터 소정 기간이 경과하면 부패가 시작되고, 제조 직후의 상태를 1년간 유지하지 못하기 때문에, 장기간 보존이 곤란했다.
한편, 본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료는, 제조로부터 1년간, 상온에서 방치한 후에 측정해도, 상술한 수분율, 중온성 호기성 균의 균수 및 시차열 분석법에 의한 발열 최대 피크의 검출 온도가 얻어진다. 예를 들어, 커피박이나 사과박을 처리해서 얻어진 본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료는, 제조 후에 약 1년간 동안, 상온(20[℃]±15[℃](5 내지 35[℃]))에서 방치하고 있었지만, 제조로부터 약 1년 후에 수분율을 측정한바, 수분율이 아직 20[%] 이하이고, 중온성 호기성 균의 균수가 105/g 이하인 것을 확인할 수 있다. 또한, 제조로부터 약 1년 후에서도, 이들 바이오매스 재료에 있어서는, 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크가 300[℃] 이상에서 검출된다.
이러한 검증 결과로부터 고찰하면, 본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료는, 종래의 바이오매스 재료와 달리, 바이오매스 재료의 많은 세포벽이 파괴되지 않았기 때문에, 수분율 등이 제조 시 그대로 장시간 유지할 수 있는 것으로 추측할 수 있다. 또한, 제조 시에 이온 밀도가 200만[pcs/cc] 이상인 이온 가스를 처리조 내에 공급하는 처리를 행함으로써, 예를 들어 처리 시에 있어서의 물 클러스터의 사이즈나 극성을 작게 하거나, 바이오매스 재료의 고분자 사이즈를 작게 하거나, 고분자 표면을 포러스상으로 하거나, 바이오매스 재료를 살균하거나, 바이오매스 재료를 탈취하거나, 바이오매스 재료의 극성 크기가 조정되는 등의 다양한 현상이 발생하고 있는 것으로 추측된다.
그 결과, 장기간, 수분율이나 중온성 호기성 균의 균수, 시차열 분석법에 의한 발열 최대 피크의 검출 온도를 제조 시 그대로 유지할 수 있어, 장기적으로 보존 가능해서 내열성이 높은 바이오매스 재료를 제공할 수 있다.
(2) <본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료의 제조 방법>
(2-1) <본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료의 제조에 사용하는 처리 장치의 전체 구성>
이어서, 본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료의 제조에 사용하는 처리 장치의 일례에 대해서 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료의 제조에 사용하는 처리 장치(10)를, 측부(24)측에서 보았을 때의 단면 구성을 나타낸 단면도이고, 도 2는 처리 장치(10)를 단부(22)측에서 보았을 때의 단면 구성을 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 처리 장치(10)는 처리조(12)와, 교반부(14)와, 이온 가스 공급부(15)와, 배기부(61)와, 가열기(72)를 구비하고 있으며, 처리조(12) 내에 수용된 함수 유기물을 처리하는 것이다. 처리조(12)는 저부(20)와, 긴 변 방향으로 대향 배치된 한 쌍의 단부(22)(도 1)와, 짧은 변 방향으로 대향 배치된 한 쌍의 측부(24)(도 2)와, 상부(25)를 갖고, 내부에 밀폐 공간을 형성하고 있다. 처리조(12)는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber-Reinforced Plastics)으로 형성할 수 있다. 처리조(12)의 저부(20)에는, 로드셀(28)을 통해 기대(26)가 마련되어 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 처리조(12)는, 한 쌍의 단부(22)가 대향하는 긴 변 방향에 있어서의 밀폐 공간의 길이가 약 4.5[m] 정도, 한 쌍의 측부(24)가 대향하는 짧은 변 방향에 있어서의 밀폐 공간의 폭이 약 2.3[m] 정도, 상부(25)로부터 저부(20)의 곡면(78, 80)의 최하부까지의 밀폐 공간의 높이가 약 1.6[m] 정도로 선정되어 있다.
로드셀(28)은, 로드셀(28) 상에 설치된 처리조(12)로부터 가해지는 하중을 측정하고 있고, 조작 패널(도시하지 않음)로부터의 리셋 명령을 받으면, 리셋 명령을 받은 시점의 측정값을 기준값으로서 설정한다. 이에 의해, 로드셀(28)은 처리조(12) 내에 함수 유기물을 수용한 직후에 리셋 명령이 부여되는 것으로, 처리 전의 함수 유기물의 중량을 기준값으로서 설치할 수 있고, 기준값을 기준으로, 처리 중의 함수 유기물의 중량 감소 경향이나, 처리 종료 후의 함수 유기물(바이오매스 재료)의 중량을 측정할 수 있다.
또한, 상부(25)에는, 소정 위치에 두께 방향으로 개구한 투입구(68)와, 당해 투입구(68)를 개폐하는 덮개(70)가 마련되어 있다. 덮개(70)는 일단부에 있어서 힌지를 통해 상부(25)에 회전 가능하게 고정되어, 투입구(68)를 개폐한다. 이에 의해, 함수 유기물은 덮개(70)가 개방 상태가 됨으로써 노출된 투입구(68)로부터 처리조(12) 내에 투입되고, 덮개(70)가 폐쇄 상태가 됨으로써 밀폐한 처리조(12) 내에 수용된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 측부(24)에는 열선 히터, PTC 히터 등의 가열기(72)가 각각 마련되어 있다. 가열기(72)는 처리조(12) 내를 가열하고, 처리조(12) 내의 온도를 25[℃] 이상 70[℃] 이하의 범위에서 추이시킨다. 또한, 여기에서 처리조(12) 내의 온도란, 함수 유기물이 수용되는 처리조(12) 내의 밀폐 공간에 설치된 온도계에 의해 측정되는 값이다.
이와 같이, 처리조(12) 내의 온도가 25[℃] 이상 70[℃] 이하의 범위에서 추이하는 현상은, 함수 유기물의 처리 상태에 따라서 처리조(12) 내의 온도가 변화하기 때문이지만, 처리조(12) 내의 온도가 25[℃] 이상 70[℃] 이하의 범위에 있을 때의 처리조(12) 내의 평균 온도는 30[℃] 이상 50[℃] 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 처리조(12) 내의 평균 온도란, 가열기(72)에 의한 가열에 의해 처리조(12) 내의 온도가 25[℃] 이상 70[℃] 이하의 범위에 있을 때, 처리조(12) 내의 온도를 소정 간격 또는 임의의 타이밍에 복수회 측정해 가고, 최종적으로 함수 유기물의 처리를 종료했을 때의 평균 온도이다.
처리조(12) 내의 평균 온도가 30[℃] 미만이 되는 가열 처리에서 함수 유기물을 처리하면, 함수 유기물이 건조되기 어렵기 때문에, 처리조(12) 내의 평균 온도는 30[℃] 이상인 것이 바람직하다. 또한, 처리조(12) 내의 평균 온도가 50[℃] 초과가 되는 가열 처리에서 함수 유기물을 처리하면, 함수 유기물이 지나치게 건조되어 버릴 우려가 있고, 처리 종료 시, 바이오매스 재료가 분진이 되어 대기 중에 확산되기 쉬워지기 때문에, 처리조(12) 내의 평균 온도는 50[℃] 이하인 것이 바람직하다.
처리조(12) 내에 마련되는 교반부(14)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 처리조(12)의 짧은 변 방향의 일측에 배치된 제1 교반부(74)와, 타측에 배치된 제2 교반부(76)를 갖는다. 제1 교반부(74) 및 제2 교반부(76)는 동일 구성을 갖고 있고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 단부(22) 사이에 배치된 회전축(30)과, 당해 회전축(30)에 마련된 블레이드(32)를 갖는다. 회전축(30)은 단부(22)에 각각 마련된 베어링(34)에 의해, 처리조(12)에 대하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 회전축(30)의 일단부는 구동부(36)에 연결되고 있다.
본 실시 형태의 경우, 제1 교반부(74)는 반시계 방향, 제2 교반부(76)는 시계 방향으로 회전하고, 처리조(12) 내에 수용된 함수 유기물을, 처리조(12)의 저부(20)측으로부터, 제1 교반부(74)와 제2 교반부(76) 사이를 향해서 유도하도록 교반한다.
저부(20)는 이들 제1 교반부(74) 및 제2 교반부(76)를 따른 원호 상의 곡면(78, 80)을 갖는다. 곡면(78, 80)은, 회전축(30)을 중심으로 회전하는 제1 교반부(74)와 제2 교반부(76)의 각 블레이드(32)가 원상으로 회전하는 궤도를 따라 형성되어 있다.
이러한 구성에 더하여, 본 실시 형태에 있어서의 처리조(12)의 상부(25)에는, 소정 위치에 두께 방향으로 관통한 배기구(57)가 마련되어 있다. 배기구(57)에는, 유로(60)를 통해 배기부(61)가 접속되어 있다. 배기부(61)는, 예를 들어 블로워이고, 처리조(12)에서 함수 유기물을 처리하고 있을 때, 처리조(12) 내의 기체를 흡인하고, 처리조(12) 내의 기체를 외부로 배기한다.
본 실시 형태에 있어서, 배기부(61)는, 처리조(12) 내로부터 기체를 1[㎥/min] 이상 300[㎥/min] 이하, 보다 바람직하게는 50[㎥/min] 이상 300[㎥/min] 이하로 배기하는 것이 바람직하다. 또한, 처리조(12) 내로부터의 기체의 배기량은, 처리조(12) 내의 기체를 외기로 배출하는 배기부(61)로부터의 기체의 배기량이며, 예를 들어 배기부(61)를 블로어로 한 경우에는, 블로어의 설정값을 조정함으로써, 원하는 배기량으로 조정할 수 있다.
여기서, 처리조(12)에는, 처리조(12)로부터 기체가 배기된 분만큼, 후술하는 이온 가스 공급부(15)로부터 이온 가스(여기서는, 마이너스 이온을 포함하는 기체(예를 들어, 마이너스 이온을 포함하는 공기))가 공급된다. 이 경우, 처리조(12) 내로부터 기체를 1[㎥/min] 이상으로 배기함으로써, 후술하는 이온 가스 공급부(15)로부터 처리조(12) 내에 공급되는 이온 가스 공급량을 최적의 값으로 유지할 수 있고, 또한 처리조(12) 내에서 기체를 적절하게 순환시켜서, 처리조(12) 내에 있어서의 결로의 발생을 방지하고, 함수 유기물의 수분 기화를 촉진시킬 수 있다. 50[㎥/min] 이상으로 함으로써 이온 가스 공급부(15)로부터의 이온 가스 공유량을 증가시킬 수 있고, 또한 처리조(12) 내에서 기체를 한층 더 순환시켜서, 보다 확실하게 결로의 발생 방지 등의 효과를 얻을 수 있다.
한편, 처리조(12) 내로부터 기체를 300[㎥/min] 이하로 배기함으로써, 이온 가스 공급부(15)로부터 처리조(12) 내에 유도된 이온 가스를 처리조(12) 내에 머무르게 할 수 있고, 또한 처리조(12) 내에서 순환하는 기체에 의해 함수 유기물의 수분이 지나치게 기화해버려, 바이오매스 재료가 분진이 되는 것을 억제할 수 있다.
이온 가스 공급부(15)는 마이너스 이온 발생기(38A)와, 상측 노즐(44)이 형성된 상측 공급관(40A)과, 마이너스 이온 발생기(38A) 및 상측 공급관(40A)을 연통하는 유로(42)를 갖는다. 이온 가스 공급부(15)는, 예를 들어 코로나 방전이나 열 전리 등에 의해 마이너스 이온 발생기(38A)에서 마이너스 이온을 발생시켜서, 마이너스 이온을 포함하는 이온 가스를, 유로(42)를 경유해서 상측 공급관(40A)까지 공급하고, 상측 공급관(40A)의 상측 노즐(44)로부터 처리조(12) 내로 배출한다.
본 실시 형태에서는, 처리조(12) 내로부터의 기체의 배기에 수반하여 마이너스 이온 발생기(38A)로부터 외기를 흡인하고, 마이너스 이온 발생기(38A)를 통과하는 기체 내에 마이너스 이온을 발생시킨다. 마이너스 이온 발생기(38A)는, 예를 들어 외기에 포함되는 산소나 질소 등의 기체 분자로부터 전자를 이탈시킴으로써, 기체 분자를 이온화한다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 배기부(61)에 의한 처리조(12) 내로부터의 기체의 배기량을 조정함으로써, 이온 가스 공급부(15)로부터 처리조(12) 내에 공급되는 이온 가스 공급량이 조정되어 있다. 이 경우, 이온 가스 공급부(15)로부터 처리조(12) 내에 공급되는 이온 가스는, 이온 밀도가 200만[pcs/cc] 이상, 바람직하게는 2000만[pcs/cc] 초과, 더욱 바람직하게는 6000만[pcs/cc] 이상인 것이 바람직하다.
또한, 예를 들어 「이온 밀도가 200만[pcs/cc] 이상인 이온 가스를 1[㎥/min] 이상 300[㎥/min] 이하로 공급한다」고 하는 것은, 1분당 200만×106=2×1012[pcs] 이상의 이온을 공급하는 것을 나타낸다. 이렇게 이온을 공급함으로써, 이온이 함수 유기물 중에 확실하게 확산되어, 함수 유기물로부터의 물분자의 분리가 촉진되고, 함수 유기물에 포함되는 수분이 증발해 함수 유기물이 감량된다.
또한, 종래의 음식물 쓰레기 처리기에 사용하는 마이너스 이온은, 음식물 쓰레기 처리기 내를 탈취하기 위해서 사용되고 있고, 음식물 쓰레기 등 함수 유기물 자체에 직접 영향을 주어 처리하는 관점에서는 사용되고 있지 않다. 그 때문에, 음식물 쓰레기 처리기에서 생성되는 이온 가스는, 공기 청정기에 사용되는 이온 발생기의 이온 밀도 정도이고, 일반적으로 106[개/cc] 오더 정도이다(참고 문헌 1: 일본특허공개 제2011-206665호 공보, 참고 문헌 2: 일본특허공개 제2008-175428호 공보).
참고 문헌 1, 2에 기재된 이온 카운터 ITC-201A의 샘플링 풍량은 「약 500cc/초」라고 제품 사양에 기재되고 있다 (https://www.andes.co.jp/product/prd_ai/prd_ai_inti_itc-201a/). 따라서, 106[개/cc]×500[cc/초]로부터 5×108[개/초]로 계산되고, 1분당 환산하면, 3×109[개]로 산출된다. 이 값은, 본원의 「1분당 2×1012[pcs] 이상」이라고 하는 수치와 비교하면 약 세자리 작은 값이 된다.
그 때문에, 종래의 음식물 쓰레기 처리기에 사용하는 이온 가스는, 음식물 쓰레기 처리기 내의 악취(기체)로 확산되는 정도이고, 마이너스 이온을 음식물 쓰레기 안에까지 확산시키는 것까지는 고려되어 있지 않다.
이에 반해, 본 실시 형태에서는, 처리조(12) 내의 이온 밀도를 200만[pcs/cc] 이상, 바람직하게는 2000만[pcs/cc] 초과, 더욱 바람직하게는 6000만[pcs/cc] 이상으로 하여, 처리조(12) 내의 이온 밀도를, 종래의 탈취용으로 사용하는 음식물 쓰레기 처리기보다 각별히 고밀도로 함으로써, 이온 가스 중의 마이너스 이온이 함수 유기물 중에도 확실하게 확산해 가서, 함수 유기물로부터의 물분자의 분리를 촉진하고 있다.
여기서, 함수 유기물로부터 분리한 물분자는, 처리조(12) 내를 상승해 가서, 상기 물분자의 일부는, 상승할 때에 물분자가 복수(예를 들어, 5 내지 6개) 결부된 클러스터 구조가 깨지고, 증발하고, 배기부(61)에 의해 외부로 방출된다.
한편, 남은 물분자, 즉 클러스터 구조를 유지한 물분자는, 교반되고 있는 함수 유기물과, 처리조(12) 내의 기체로 채워진 공간과의 경계에 체류하지만, 이온 가스가, 상기 경계에 분사되기 때문에, 이온 가스 중의 마이너스 이온이, 물분자의 클러스터 구조를 분해한다. 클러스터 구조가 분해된 물분자는, 가열기(72)에 의해 가해진 열량에 의해 용이하게 증발하고, 배기부(61)에 의해 외부로 방출된다.
상기한 바와 같이 이온 가스의 이온 밀도를 고밀도로 함으로써, 이온 가스가 함수 유기물 중에 포함되는 수분을 함수 유기물로부터 분리하고, 또한 이온 가스가 물분자의 클러스터 구조를 분해한다. 따라서, 처리 장치(10)는 함수 유기물에 포함되는 수분을 증발해서 용이하게 감량할 수 있다.
여기서, 처리조(12) 내의 이온 밀도를 2000만[pcs/cc] 초과로 함으로써, 마이너스 이온이 함수 유기물 중에 한층 더 확산되기 쉬워지므로, 그만큼, 이온 가스에 의해, 함수 유기물 중에 포함되는 수분을 함수 유기물로부터 분리시킬 수 있고, 또한 물분자의 클러스터 구조의 분해를 촉진시킬 수 있다. 또한, 처리조(12) 내의 이온 밀도를 6000만[pcs/cc] 이상으로 함으로써, 함수 유기물 중에 마이너스 이온을 한층 더 확실하게 확산시킬 수 있다.
마이너스 이온 발생기(38A)에 연통하는 상측 공급관(40A)은, 예를 들어 원 형상의 개구로 이루어지는 상측 노즐(44)이 소정 위치에 소정 간격으로 형성되어 있다. 또한, 상측 공급관(40A)은 회전축(30)에 평행하게 배치되어 있고, 회전축(30)보다 상방의 위치에 마련되어 있다.
본 실시 형태의 경우, 상측 공급관(40A)은 처리조(12) 내에 함수 유기물을 수용했을 때에 당해 함수 유기물보다 상방에 위치하도록 배치되어 있고, 처리조(12) 내에 함수 유기물을 수용했을 때에 당해 함수 유기물에 매립되지 않고, 상측 노즐(44)을 통해 함수 유기물의 상방으로부터 이온 가스를 조사할 수 있다.
상측 공급관(40A)은 처리조(12)의 짧은 변 방향 중앙에 마련되어 있는 배기구(57)를 사이에 두고 양측에 배치된 제1 배관(64)과, 제2 배관(66)을 갖는다. 제1 배관(64)은 한쪽 측부(24)(도 2중 좌측의 측부)를 따르도록, 제2 배관(66)은 다른 쪽 측부(24)(도 2중 우측의 측부)를 따르도록 배치되어 있다.
제1 배관(64)에는, 상측 노즐(44)로서 제1 상측 노즐(45)이 형성되어 있고, 제2 배관(66)에는, 상측 노즐(44)로서 제2 상측 노즐(47)이 형성되어 있다. 제1 상측 노즐(45) 및 제2 상측 노즐(47)은, 수평 방향의 처리조(12)의 중앙 방향으로부터 연직 방향의 하향의 범위로 개구되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 제1 배관(64)의 중심부와 제1 상측 노즐(45)을 연결하는 직선 a1과, 제2 배관(66)의 중심부와 제2 상측 노즐(47)을 연결하는 직선 a1이, 제1 교반부(74)와 제2 교반부(76) 사이를 향해서 연장되어 있다. 이에 의해, 제1 배관(64) 및 제2 배관(66)은 처리조(12)의 저부(20)로부터 제1 교반부(74)와 제2 교반부(76) 사이로 유도된 함수 유기물과, 처리조(12)의 기체로 채워진 공간의 경계를 향해서 이온 가스를 조사한다.
(2-2) <처리 장치를 사용한 바이오매스 재료의 제조 방법>
이어서, 처리 장치(10)를 사용해서 함수 유기물로 바이오매스 재료를 제조하는 제조 방법에 대해서 설명한다. 이 경우, 사용자는, 처리 대상으로 하는 함수 유기물을 처리조(12) 내에 투입하고, 처리조(12) 내의 밀폐 공간에 함수 유기물을 수용한다(수용 공정). 그리고, 사용자는 처리 장치(10)의 조작 패널(도시하지 않음)을 통해 처리 개시 명령을 부여함으로써, 교반부(14), 배기부(61), 가열기(72) 및 마이너스 이온 발생기(38A)를 구동시켜, 처리 장치(10)에 있어서 함수 유기물의 처리를 개시시킨다.
이 경우, 처리 장치(10)는 처리 개시 명령이 주어지면, 교반부(14)를 구동하고, 처리조(12) 내의 함수 유기물을 교반한다(교반 공정). 또한, 이때, 교반부(14)에 의한 함수 유기물의 교반은 함수 유기물이 처리조(12) 내 전체를 순환할 정도로 교반시킨다.
또한, 처리 장치(10)는 처리 개시 명령이 주어지면, 배기부(61)를 구동하고, 처리조(12) 내로부터 기체를 1[㎥/min] 이상 300[㎥/min] 이하로 배기하기 시작함과 함께(배기 공정), 마이너스 이온 발생기(38A)를 구동해서 기체 중에 마이너스 이온을 발생시킨다.
마이너스 이온 발생기(38A)는 배기부(61)에 의해 처리조(12) 내로부터 기체가 배기된 분만큼 외기를 흡인하고, 외기에 포함되는 산소나 질소 등의 기체 분자로부터 전자를 이탈시켜서, 기체 분자를 이온화한다. 이때, 배기부(61)에 의한 배기량이 조정되고, 예를 들어 이온 밀도가 200만[pcs/cc] 이상, 바람직하게는 2000만[pcs/cc] 초과, 더욱 바람직하게는 6000만[pcs/cc] 이상인 이온 가스가, 이온 가스 공급부(15)로부터 처리조(12) 내에 공급되고, 처리조(12) 내가 이온 가스로 채워진다(이온 가스 공급 공정).
또한, 이때, 처리 장치(10)는 가열기(72)를 구동하고, 처리조(12) 내를 가열하고, 처리조(12) 내의 온도를 25[℃] 이상 70[℃] 이하의 사이에서 추이시킴과 함께, 이 온도 범위에서의 처리 종료 시에 있어서의 처리조(12) 내의 평균 온도가 30[℃] 이상 50[℃] 이하가 되도록 조정한다(가열 공정).
처리 장치(10)는 이와 같이, 함수 유기물의 교반과, 처리조(12) 내의 가열과, 처리조(12) 내로부터의 기체의 배기와, 이온 밀도가 소정 이상인 이온 가스의 처리조(12) 내에의 공급을 소정 시간 계속해서 행한다(처리 공정).
이에 의해, 처리 장치(10)는 함수 유기물의 교반이나 가열, 배기에 의한 처리조(12) 내에서의 기체의 순환, 처리조(12) 내에의 이온 가스의 공급을 행하고, 그 상승 효과에 의해, 함수 유기물 중에 포함되는 물분자를 분리하기 쉽게 해서 함수 유기물을 분해함과 함께, 물분자의 클러스터 구조를 분해해 가서, 함수 유기물이 효율적으로 분해시켜 간다. 이에 의해, 처리 장치(10)에 의해 처리되는 함수 유기물은, 최종적으로, 원하는 수분율이 되고, 또한 당초의 함수 유기물보다 대폭으로 감량한 바이오매스 재료가 될 수 있다.
여기서, 함수 유기물의 처리를 종료하는 시간은, 함수 유기물의 수분율을 기준으로 결정하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 바이오매스 재료의 수분율이 2[%] 이상 20[%] 이하, 보다 바람직하게는 10[%] 이상 20[%] 이하가 되었을 때, 함수 유기물의 처리를 종료하는 것이 바람직하다. 또한, 수분율은 상술한 건조 감량법에 의해 측정한 값이다.
함수 유기물을 처리함으로써 얻어지는 바이오매스 재료의 수분율이 2[%] 미만이 되면, 바이오매스 재료가 지나치게 건조되어 분진이 되어 버리고, 처리조(12)를 개방했을 때 등에 바이오매스 재료가 대기 중으로 날아오르는 등이 되어 버리기 때문에, 바이오매스 재료의 수분율은 2[%] 이상인 것이 바람직하다. 또한, 바이오매스 재료의 수분율을 20[%] 이하로 함으로써, 중온성 호기성 균의 균수를 105/g 이하로 할 수 있고, 바이오매스 재료를 성형체의 원료로서 사용할 수 있다. 바이오매스 재료를 성형 재료 내에 함유시키는 경우에는, 취급하기 쉬운 점에서, 바이오매스 재료의 수분율을 10[%] 이상 20[%] 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 이러한 함수 유기물의 처리 시간은, 함수 유기물의 투입량이나, 함수 유기물의 종류, 함수 유기물의 수분 상태, 처리조(12) 내의 가열 온도, 이온 가스의 공급량, 처리조(12) 내로부터의 기체의 배기량 등에 따라 바뀌지만, 수분율이 40[%] 이상 90[%] 이하에서, 대략 30[㎏] 이상 300[㎏] 이하 정도의 일반적인 야채 쓰레기나, 음료 추출 후의 유기물 잔사라면, 예를 들어 상술한 처리 조건에 있어서 이온 밀도를 6000만[pcs/cc] 이상으로 해서, 2시간 이상 70시간 이하의 시간에서 연속적으로 함수 유기물을 처리함으로써, 수분율이 20[%] 이하의 바이오매스 재료를 얻을 수 있다.
또한, 일반적으로는, 50[℃] 이하의 낮은 온도의 처리조에서는, 함수 유기물내의 중온성 호기성 균의 균수를 105/g 이하로 하는 것은 어렵다. 그러나, 처리 장치(10)에서는, 함수 유기물을 처리할 때에 함수 유기물의 교반이나, 처리조(12) 내에서의 기체의 순환에 더하여, 함수 유기물에의 이온 가스의 공급을 행함으로써, 처리조(12) 내의 평균 온도를 50[℃] 이하로 낮게 해도, 이들의 상승 효과에 의해, 단시간에 바이오매스 재료의 중온성 호기성 균의 균수를 105/g 이하로 할 수 있다.
또한, 상술한 것 외에, 함수 유기물을 처리해서 함수 유기물의 총량을 감소시키는 것을 목적으로 한 경우에는, 로드셀(28)에 의해 얻어지는 함수 유기물의 중량 측정의 결과를 기준으로, 함수 유기물의 처리 시간을 정할 수도 있다. 처리 장치(10)에서는, 상술한 처리 조건에 있어서, 함수 유기물을 2시간 이상 70시간 이하의 시간에서 연속적으로 처리함으로써, 처리조(12) 내의 처리 전의 함수 유기물을, 8분의 1 이상 3분의 1 이하로까지 감소시킬 수 있다.
이 경우, 처리 장치(10)는 로드셀(28)에 의해, 처리조(12) 내에 있어서의 처리 전의 함수 유기물의 중량으로부터 8분의 1 이상 3분의 1 이하가 된 것을 검지하고, 음이나 광 등에 의해 사용자에게 통지함으로써, 함수 유기물의 처리 종료 시를 사용자에게 알릴 수 있다.
(3) <성형 재료>
이어서, 상술한 바이오매스 재료를 포함하는 성형 재료에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 관한 성형 재료는, 상술한 바이오매스 재료 외에, 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 수지용 첨가제 중 적어도 어느 1종 이상을 포함하고 있다. 이 경우, 성형 재료에는, 바이오매스 재료를 적어도 5[질량%] 이상, 바람직하게는 10[질량%] 이상, 보다 바람직하게는 30[질량%] 이상 포함하고 있는 것이 바람직하다. 바이오매스 재료를, 적어도 5[질량%] 이상 함유 시킴으로써, 성형체의 굽힘 강도를 종래의 범용 PP(폴리프로필렌 수지)의 성형체 등보다 향상시킬 수 있다.
또한, 비용 저감을 고려한 경우에는, 성형 재료에 바이오매스 재료를 50[질량%] 이상, 바람직하게는 70[질량%] 이상, 보다 바람직하게는 95[질량%] 이상 포함하는 것이 바람직하다. 성형 재료에 포함하는 바이오매스 재료의 함유량을 증가시키는 것으로, 그만큼만 열가소성 수지나, 열경화성 수지, 수지용 첨가제의 함유량을 저감시킬 수 있고, 보다 많은 바이오매스 재료의 재이용을 도모할 수 있다. 또한, 일반적으로 폐기되는 함수 유기물을 이용해서 제조되는 바이오매스 재료는 저렴한 점에서, 열가소성 수지나, 열경화성 수지, 수지용 첨가제의 함유량을 저감하고, 당해 바이오매스 재료의 함유량을 증가시키는 것으로, 성형 재료의 원료비용 등, 제조 비용을 저감할 수 있다.
성형 재료에 있어서, 바이오매스 재료 이외의 남은 잔부는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 수지용 첨가제 중 적어도 어느 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 이들 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 수지용 첨가제는, 바이오매스 재료 이외의 남은 잔부로서, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
열가소성 수지로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 폴리프로필렌 수지(PP), 폴리에틸렌 수지(PE), 폴리염화비닐 수지(PVC), 폴리스티렌 수지(PS), ABS 수지, AS 수지(아크릴로니트릴·스티렌), 아크릴 수지(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(PBT) 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(PET) 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
또한, 열경화성 수지로서는 특별히 한정은 되지 않지만, 예를 들어 에폭시 수지, 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 폴리우레탄 수지, 규소 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미노아미드 수지 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
수지용 첨가제로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 난연제, 열 안정제, 광안정제, 착색제, 산화 방지제, 대전 방지제, 활제 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
(4) <성형 재료의 제조 방법>
이어서, 성형 재료의 제조 방법에 대해서 설명한다. 먼저, 상술한 바이오매스 재료의 제조 방법을 따라서 바이오매스 재료를 제조한 후, 진동체기에 의해 바이오매스 재료로부터 이물을 제거한다. 이물을 제거한 바이오매스 재료와, 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 수지용 첨가제 중 적어도 어느 1종 이상을, 믹서에게 투입해서 혼합함으로써 성형 재료를 얻는다.
얻어진 성형 재료를, 예를 들어 압출 조립기 등에 투입하여, 성형 재료를 펠릿의 형태로 하고, 제습 건조기에 의해 건조시킴으로써, 펠릿의 형태로 한 성형 재료를 제조할 수 있다(제조 공정).
또한, 성형 재료로서는, 믹서에 의해 혼합한 분상의 형태대로 사용해도 되고, 상술한 바와 같이, 압출 조립기나 제습 건조기에 의해 펠릿의 형태로 해서 사용해도 된다.
이와 같이 하여 얻어진 성형 재료는, 사출 성형이나 압출 성형 등의 공지의 성형 가공에 의해 소정의 형상으로 형성됨으로써, 원하는 형태를 갖는 성형체를 제조할 수 있다.
(5) <동작 및 효과>
이상의 구성에 있어서, 이 성형 재료는, 함수 유기물에서 얻어지는 바이오매스 재료로서, 수분율이 20[%] 이하이고, 또한 중온성 호기성 균의 균수가 105/g 이하이며, 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크가 300[℃] 이상에서 검출되는 바이오매스 재료를 사용한다. 이와 같이, 성형 재료는, 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크의 검출 온도가 종래의 바이오매스 재료보다 높은 바이오매스 재료를 사용하고 있는 점에서, 성형 가공 시에 종래보다 고온에서 가열할 수 있다.
또한, 이러한 바이오매스 재료의 제조 방법으로서는, 먼저, 처리조(12) 내에 수용한 함수 유기물을 교반부(14)에서 교반함과 함께, 가열기(72)에 의해 처리조(12) 내를 가열한다. 또한, 이와 동시에, 처리 장치(10)에서는, 배기부(61)에 의해, 처리조(12) 내로부터 기체를 1[㎥/min] 이상 300[㎥/min] 이하로 배기하고, 이 배기에 수반하여, 이온 밀도가 200만[pcs/cc] 이상인 이온 가스를 이온 가스 공급부(15)로부터 처리조(12) 내에 공급하여, 함수 유기물을 처리한다(처리 공정).
이와 같이, 처리 장치(10)에서는, 종래의 배양 기재를 사용하지 않고, 함수 유기물의 교반과, 처리조(12) 내의 가열과, 처리조(12) 내로부터의 기체의 배기와, 함수 유기물에의 이온 가스의 공급에 의해 함수 유기물을 처리함으로써, 본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료를 제조할 수 있다.
또한, 처리 장치(10)에서는, 함수 유기물의 처리 중, 가열기(72)에 의해 처리조(12) 내의 온도를 25[℃] 이상 70[℃] 이하의 범위로 추이시켜, 바람직하게는 이온 밀도를 6000만[pcs/cc] 이상으로 하고, 처리조(12) 내에 있어서 함수 유기물의 처리를, 2시간 이상 70시간 이하의 시간, 연속해서 행하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 수분율 등이 다른 다양한 함수 유기물로부터 본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료를 제조할 수 있다.
이렇게 해서 얻어진 본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료는, 수분율이 20[%] 이하, 중온성 호기성 균의 균수가 105/g 이하, 시차열 분석법에 의한 발열 최대 피크의 검출 온도가 300[℃] 이상,이라고 하는 제조 시의 상태를, 상온에서 제조로부터 1년 방치해도 유지할 수 있다. 따라서, 장기간 보존이 가능한 바이오매스 재료를 제공할 수 있어, 취급하기 쉬운, 성형 재료를 실현할 수 있다.
또한, 함수 유기물을 재이용하기 위해서 제조한 종래의 바이오매스 재료에 대해서는, 시차열 분석법에 의한 발열 최대 피크의 검출 온도가 300[℃] 미만에서, 내열성이 낮으므로, 사출 성형이나 압출 성형 등과 같이 고온에 의한 가열이 필요해지는 성형 가공에는 사용이 곤란했지만, 본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료는, 시차열 분석법에 의한 발열 최대 피크의 검출 온도를 300[℃] 이상으로 할 수 있으므로, 고온으로 가열하는 성형 가공에도 사용할 수 있다.
(6) <다른 실시 형태>
본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지 범위 내에서 적절히 변경하는 것이 가능하며, 처리조로서, 다양한 크기의 처리조를 적용해도 된다. 또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 이온 가스 공급부로서, 마이너스 이온 발생기(38A)를 마련하고, 마이너스 이온의 이온 밀도가, 200만[pcs/cc] 이상, 바람직하게는 2000만[pcs/cc] 초과, 더욱 바람직하게는 6000만[pcs/cc] 이상인 이온 가스를 처리조(12) 내에 공급하는 이온 가스 공급부(15)를 적용했지만, 본 발명은 이것에 한정하지 않는다. 예를 들어, 이온 가스 발생기로서 플러스 이온 발생기를 마련하고, 플러스 이온의 이온 밀도가, 200만[pcs/cc] 이상, 바람직하게는 2000만[pcs/cc] 초과, 더욱 바람직하게는 6000만[pcs/cc] 이상인 이온 가스를 처리조(12) 내에 공급하는 이온 가스 공급부를 적용해도 된다.
또한, 기타 이온 가스 공급부로서는, 플러스 이온 및 마이너스 이온의 양쪽을 발생시키는 이온 발생기를 마련하고, 플러스 이온 및 마이너스 이온을 합한 이온 밀도가, 200만[pcs/cc] 이상, 바람직하게는 2000만[pcs/cc] 초과, 더욱 바람직하게는 6000만[pcs/cc] 이상인 이온 가스를 처리조(12) 내에 공급하는 이온 가스 공급부를 적용해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 배기부(61)로서, 블로워를 마련하고, 처리조(12) 내로부터 기체를 강제적으로 배기시키도록 한 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정하지 않는다. 예를 들어, 흡인측이 되는 마이너스 이온 발생기(38A)에, 흡기부가 되는 블로워를 마련하고, 배기부를 단순한 필터 등으로 해서, 흡기부에서의 흡인에 의해, 배기부에서 처리조(12) 내의 기체를 1[㎥/min] 이상 300[㎥/min] 이하로 배기하도록 해도 된다.
(7) <검증 시험>
(7-1) <본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료의 수분율 및 중온성 호기성 균의 균수>
이어서, 함수 유기물로서, 음료 추출 후의 사과박, 복숭아박, 당근박, 피망박, 주박, 녹차박, 보리차박 및 커피박을 준비하고, 각 함수 유기물로부터, 상술한 제조 방법에 따라, 각각 별도로 바이오매스 재료를 제조하고, 각바이오매스 재료의 수분율과 중온성 호기성 균의 균수에 대해서 조사했다.
여기에서는, 이들 처리조(12) 내로부터 기체를 50[㎥/min]으로 배기하고, 처리조(12) 내에 공급하는 이온 가스의 이온 밀도를 6000만[pcs/cc] 정도로 유지하고, 함수 유기물의 처리 중의 처리조(12) 내의 온도를 20[℃] 내지 70[℃]에서 추이시키고, 이러한 처리를 소정 시간 연속해서 행하였다.
구체적으로는, 음료 추출 후에서 수분율이 78.9[%]인 사과박을 200[㎏] 준비하고, 처리 장치(10)를 사용해서 상술한 처리 조건에 따라, 이온 밀도를 6000만[pcs/cc] 정도로 해서, 42시간 계속해서 처리를 했다. 얻어진 바이오매스 재료에 대해서, 수분율과 중량을 조사한바, 수분율이 3.2[%]가 되고, 중량이 45[㎏]이 되는 것을 확인했다. 얻어진 바이오매스 재료는 처리 전의 중량으로부터 대략 5분의 1로 감소하는 것을 확인했다.
또한, 음료 추출 후에서 수분율이 71.0[%]인 복숭아박을 40[㎏] 준비하고, 처리 장치(10)를 사용해서 상술한 처리 조건에 따라, 이온 밀도를 6000만[pcs/cc] 정도로 해서, 18시간 계속해서 처리했다. 얻어진 바이오매스 재료에 대해서, 수분율과 중량을 조사한바, 수분율이 6.2[%]가 되고, 중량이 12[㎏]이 되는 것을 확인했다. 얻어진 바이오매스 재료는 처리 전의 중량으로부터 대략 4분의 1로 감소하는 것을 확인했다.
또한, 음료 추출 후에서 수분율이 87.1[%]인 당근박을 231[㎏] 준비하고, 처리 장치(10)를 사용해서 상술한 처리 조건에 따라, 이온 밀도를 6000만[pcs/cc] 정도로 해서, 48시간 계속해서 처리했다. 얻어진 바이오매스 재료에 대해서, 수분율과 중량을 조사한바, 수분율이 2.8[%]가 되고, 중량이 24[㎏]이 되는 것을 확인했다. 얻어진 바이오매스 재료는 처리 전의 중량으로부터 대략 10분의 1로 감소하는 것을 확인했다.
또한, 음료 추출 후에서 수분율이 84.4[%]인 피망박을 200[㎏] 준비하고, 처리 장치(10)를 사용해서 상술한 처리 조건에 따라, 이온 밀도를 6000만[pcs/cc] 정도로 해서, 48시간 계속해서 처리했다. 얻어진 바이오매스 재료에 대해서, 수분율과 중량을 조사한바, 수분율이 12.1[%]가 되고, 중량이 68[㎏]이 되는 것을 확인했다. 얻어진 바이오매스 재료는 처리 전의 중량으로부터 대략 3분의 1로 감소하는 것을 확인했다.
또한, 음료 추출 후에서 수분율이 45.0[%]인 주박(소맥 밀기울 함유)을 189[㎏] 준비하고, 처리 장치(10)를 사용해서 상술한 처리 조건에 따라, 이온 밀도를 6000만[pcs/cc] 정도로 해서, 48시간 계속해서 처리했다. 얻어진 바이오매스 재료에 대해서, 수분율과 중량을 조사한바, 수분율이 3.5[%]가 되고, 중량이 96[㎏]이 되는 것을 확인했다. 얻어진 바이오매스 재료는 처리 전의 중량으로부터 대략 2분의 1로 감소하는 것을 확인했다.
또한, 음료 추출 후에서 수분율이 86.4[%]인 녹차박을 106[㎏] 준비하고, 처리 장치(10)를 사용해서 상술한 처리 조건에 따라, 이온 밀도를 6000만[pcs/cc] 정도로 해서, 24시간 계속해서 처리했다. 얻어진 바이오매스 재료에 대해서, 수분율과 중량을 조사한바, 수분율이 2.3[%]가 되고, 중량이 17[㎏]이 되는 것을 확인했다. 얻어진 바이오매스 재료는 처리 전의 중량으로부터 대략 6분의 1로 감소하는 것을 확인했다.
또한, 음료 추출 후에서 수분율이 80.2[%]인 보리차박을 130[㎏] 준비하고, 처리 장치(10)를 사용해서 상술한 처리 조건에 따라, 이온 밀도를 6000만[pcs/cc] 정도로 해서, 18시간 계속해서 처리했다. 얻어진 바이오매스 재료에 대해서, 수분율과 중량을 조사한바, 수분율이 20[%] 이하가 되고, 중량이 69[㎏]이 되는 것을 확인했다. 얻어진 바이오매스 재료는 처리 전의 중량으로부터 대략 2분의 1로 감소하는 것을 확인했다.
또한, 음료 추출 후에서 수분율이 47.0[%]인 커피박을 303[㎏] 준비하고, 처리 장치(10)를 사용해서 상술한 처리 조건에 따라, 이온 밀도를 6000만[pcs/cc] 정도로 해서, 68시간 계속해서 처리했다. 얻어진 바이오매스 재료에 대해서, 수분율과 중량을 조사한바, 수분율이 19.8[%] 이하가 되고, 중량이 109[㎏]이 되는 것을 확인했다. 얻어진 바이오매스 재료는 처리 전의 중량으로부터 대략 3분의 1로 감소하는 것을 확인했다.
(7-2) <본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료를 장기간 보존했을 때의 수분 재흡습에 관한 검증 시험>
이어서, 사과 주스를 제조했을 때에 남은 사과 주스 착즙 찌꺼기(사과박)를, 본 실시 형태의 처리 장치(10)를 사용해서 처리를 하여 바이오매스 재료를 제조했다. 또한,커피의 착즙 찌꺼기(커피박)에 대해서도, 본 실시 형태의 처리 장치(10)를 사용해서 처리를 하여 바이오매스 재료를 제조했다.
여기에서는, 처리조(12) 내로부터 기체를 50[㎥/min]으로 배기하고, 처리조(12) 내에 공급하는 이온 가스의 이온 밀도를 6000만[pcs/cc] 이상으로 유지하고, 함수 유기물의 처리 중의 처리조(12) 내의 온도를 20[℃] 내지 70[℃]에서 추이시키고, 이러한 처리를 약 20시간 정도, 연속해서 행하여, 사과박 및 커피박으로 각각 별도로 바이오매스 재료를 제조했다. 또한, 이 검증 시험에서는, 상술한 검증 시험에서 설명한 실시예의 사과박 및 커피박과는 다른, 사과박 및 커피박을 사용했다.
처리 장치(10)를 사용해서 사과박을 처리해서 제조한 바이오매스 재료(이하, 사과박 바이오매스 재료라고 칭한다)와, 처리 장치(10)를 사용해서 커피박을 처리해서 제조한 바이오매스 재료(이하, 커피박 바이오매스 재료라고 칭한다)에 대해서, 특히 엄밀한 밀봉 등의 처리를 행하지 않고 장기간 보존했을 때의 수분 재흡습에 대해서 관찰했다.
또한, 커피박이나 사과박을 처리해서 얻어진 본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료에 대해서는, 이 검증 시험을 행하기 전에, 이미 제조 후 약 1년간 동안, 상온 (20[℃]±15[℃](5 내지 35[℃]))에서 옥외에 방치하고, 제조로부터 약 1년 후에서도, 수분율이 20[%] 이하, 중온성 호기성 균의 균수가 105/g 이하, 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크가 300[℃] 이상이 되는 것을 확인하였지만, 그 때에는, 이들의 관점에서의 검증 시험이 아니었기 때문에, 이 검증 시험은 다시 한번 행한 것이다.
이 검증 시험에서는, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 튼튼한 화학 섬유로 짜여진 시트로 형성된, 용량 1000[㎏]의 플렉서블 컨테이너 백(가부시키가이샤 아쓰타 시자이사제, 상품명 AS-002F(원웨이 컨테이너 백))을 준비했다.
2019년 6월 20일에, 일본의 아오모리현 히로사키시 내에 있는 공장에서, 상술한 사과박 바이오매스 재료를 제작하고, 당해 플렉서블 컨테이너 백 내에 사과박 바이오매스 재료를 투입해서, 플렉서블 컨테이너 백 전체를 사과박 바이오매스 재료로 충족했다. 그리고, 사과박 바이오매스 재료를 가득 채운 플렉서블 컨테이너 백의 개구부를 연결해서 밀봉 상태로 했다.
이러한 사과박 바이오매스 재료를 가득 채운 플렉서블 컨테이너 백을, 상기 공장(일본의 아오모리현 히로사키시 내) 부지 내에 있는 창고 안에, 쌓아 올리지 않고 단순히 배열하여, 그대로 방치했다. 또한, 플렉서블 컨테이너 백을 방치한 창고는, 콘크리트 블록으로 측벽이 형성되고, 지붕이 함석으로 형성되어 있어, 특히 단열재 등을 사용하지 않은, 비나 바람을 피할 수 있는 창고였다.
또한, 커피박 바이오매스 재료에 대해서도, 마찬가지로 하여, 플렉서블 컨테이너 백에 가득 채우고 개구부를 연결해서 밀봉하여, 사과박 바이오매스 재료를 가득 채운 플렉서블 컨테이너 백을 방치한 동일한 창고 안에 마찬가지로 방치했다.
여기에서는, 플렉서블 컨테이너 백에 가득 채워서 검증 시험을 시작할 때의 사과박 바이오매스 재료 및 커피박 바이오매스 재료의 각각의 수분율을 측정했다. 이 검증 시험에서의 수분율은 상술한 건조 감량법에 의해 측정한 값이다.
사과박 바이오매스 재료는, 2019년 6월 20일부터 검증 시험을 개시하고, 검증 시험 개시 시의 수분율은 11.8[%]였다. 그리고, 사과박 바이오매스 재료를 가득 채운 플렉서블 컨테이너 백을, 상술한 일본의 아오모리현 히로사키시 내에 있는 창고에 상온에서 계속해서 방치하고, 2020년 1월 7일에, 플렉서블 컨테이너 백 내의 사과박 바이오매스 재료에 대해서, 다시 수분율을 측정했다.
또한, 검증 시험을 행하는 시기로서는, 계절 변화나 기온 변동에 의한 영향 등에 대해서도 확인하기 위해서, 여름 (30[℃])과 겨울 (-10[℃])의 환경에 노출되는 시기(2019년 6월 내지 2020년 7월)를 선택했다.
2019년 6월 20일부터 2020년 1월 7일까지 창고 안에 방치한, 플렉서블 컨테이너 백 내의 사과박 바이오매스 재료의 수분율은, 12.2[%]였다. 또한, 사과박 바이오매스 재료에 대해서는, 검증 시험 중, 균수 검사 등도 행하고 있고, 약 1개월마다 플렉서블 컨테이너 백의 개봉을 행하고 있다. 이상, 검증 시험의 결과로부터, 본 실시 형태의 처리 장치(10)에서 제조한 사과박 바이오매스 재료는, 제조 시에 수분율을 20[%] 이하로 할 수 있음과 함께, 제조 시의 수분율을 20[%] 이하대로 장기간(약 6개월간) 유지할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 2020년 6월의 시점에 있어서도, 사과박 바이오매스 재료에 대해서, 제조 시의 수분율을 20[%] 이하대로 장기간 유지할 수 있는 것을 확인하였다.
또한, 커피박 바이오매스 재료는, 2019년 7월 6일부터 검증 시험을 개시하고, 검증 시험 개시 시의 수분율은 9.4[%]였다. 그리고, 커피박 바이오매스 재료를 가득 채운 플렉서블 컨테이너 백을, 상술한 일본의 아오모리현 히로사키시 내에 있는 창고에 상온에서 계속해서 방치하고, 2020년 1월 7일에, 플렉서블 컨테이너 백 내의 커피박 바이오매스 재료에 대해서도, 다시 수분율을 측정했다.
2019년 7월 6일부터 2020년 1월 7일까지 창고 안에 방치한, 플렉서블 컨테이너 백 내의 커피박 바이오매스 재료의 수분율은, 9.4[%]였다. 이것으로부터, 제조 시에 수분율을 20[%] 이하로 한 커피박 바이오매스 재료에 대해서, 제조 시의 수분율을 20[%] 이하대로 장기간(약 6개월간) 유지할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 2020년 6월의 시점에 있어서도, 커피박 바이오매스 재료에 대해서, 제조 시의 수분율을 20[%] 이하대로 장기간 유지할 수 있는 것을 확인하였다.
이들 사과박 바이오매스 재료 및 커피박 바이오매스 재료에 대해서는, 표준 한천 평판 배양법에 의해 측정되는 중온성 호기성 균의 균수가 105/g 이하가 되는 것도 확인하였다. 이 검증 시험에서는, 약 6개월간 보존한 바이오매스 재료의 측정 결과이지만, 수분율 등의 추이로부터 급격한 변화는 보이지 않고, 1년간의 장기간 보존이 가능한 것을 다시 한번 알 수 있었다.
또한, 음식물 쓰레기 등의 함수 유기물을 분쇄하면서 가열해서 처리하는 종래의 음식물 쓰레기 처리기에 의해 제조된 종래의 바이오매스 재료는, 제조 직후, 수분율을 20[%] 이하로 해도, 시간 경과와 함께, 수분율이 상승해 가서, 일반적으로 대략 3 내지 4개월 정도에 수분율이 20[%] 초과가 되어 버리는 것은 확인하였다. 그리고, 종래의 바이오매스 재료는, 그 결과, 중온성 호기성 균의 균수가 108/g 이상이 되어 부패가 시작되어, 장기간 보존이 곤란한 것도 확인하였다.
본 검증 시험에서는, 사과박과 커피박으로 각각 제조한 바이오매스 재료에 대해서 장기간 보존하고, 수분 재흡습에 관한 검증 시험을 행하였지만, 이들 사과박과 커피박에서 얻어진 바이오매스 재료의 검증 결과로부터, 기타 복숭아박, 당근박, 피망박, 주박, 녹차박, 보리차박에 대해서도, 마찬가지로, 제조 시의 수분율을 20[%] 이하대로 기간 유지할 수 있는 것을 추측할 수 있다.
즉, 본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료는, 함수 유기물을 처리조(12) 내에서 교반하면서 가열하고, 또한 처리조(12) 내로부터 기체를 1[㎥/min] 이상 300[㎥/min] 이하로 배기하고, 이온 밀도가 200만[pcs/cc] 이상인 이온 가스를 1[㎥/min] 이상 300[㎥/min] 이하로 처리조(12) 내에 공급함으로써, 함수 유기물의 물분자를 분리시켜 함수 유기물에 포함되는 수분을 증발시키는 처리가 행해지고, 이러한 처리에 의해, 종래의 바이오매스 재료와 달리, 바이오매스 재료의 많은 세포벽이 파괴되지 않고, 수분율을 20[%] 이하대로 장시간 유지할 수 있다고 할 수 있다.
따라서, 상기의 처리에 의해, 복숭아박, 당근박, 피망박, 주박, 녹차박, 보리차박으로 각각 제조한 바이오매스 재료에 있어서도, 사과박과 커피박으로 제조한 바이오매스 재료와 마찬가지로, 바이오매스 재료의 많은 세포벽이 파괴되지 않고 수분율을 20[%] 이하로 할 수 있으므로, 수분율을 그대로 장시간 유지할 수 있는 것으로 추측할 수 있다.
(7-3) <본 실시 형태에 관한 바이오매스 재료의 열중량 분석, 시차열 중량 분석 및 시차열 분석에 관한 검증 시험>
이어서, 사과 주스를 제조했을 때에 남은 사과 주스 착즙 찌꺼기(사과박)와, 당근 주스를 제조했을 때에 남은 당근 착즙 찌꺼기(당근박)와, 커피의 착즙 찌꺼기(커피박)에 대해서도, 각각 별도로 처리 장치(10)를 사용해서 처리를 하여 바이오매스 재료를 제조했다.
처리 조건으로서는, 상술한 검증 시험과 마찬가지로, 처리조(12) 내로부터 기체를 50[㎥/min]으로 배기하고, 처리조(12) 내에 공급하는 이온 가스의 이온 밀도를 6000만[pcs/cc] 이상으로 유지하고, 함수 유기물의 처리 중의 처리조(12) 내의 온도를 20[℃] 내지 70[℃]에서 추이시키고, 이러한 처리를 약 20시간 정도 연속해서 행하였다. 그리고, 사과박, 당근박 및 커피박으로 각각 별도로 바이오매스 재료를 제조했다. 또한, 이 검증 시험에서는, 상술한 검증 시험에서 설명한 사과박, 당근박 및 커피박과는 다른, 사과박, 당근박 및 커피박을 사용했다.
얻어진 바이오매스 재료에 대해서, 바이오매스 재료를 가열해서 중량 감소를 조사하는 열중량 분석과, 열중량의 측정 결과를 미분한 시차열 중량 분석과, 바이오매스 재료를 가열했을 때의 흡열 또는 발열을 조사하는 시차열 분석을 행하였다.
바이오매스 재료에 대한, 열중량 분석, 시차열 중량 분석 및 시차열 중량 분석은, SII·나노테크놀로지 가부시키가이샤제의 시차열 열중량 동시 측정 장치(제품명 「TG/DTA7220」)를 사용하여 측정했다.
이 경우, 시차열 열중량 동시 측정 장치에, 시료가 되는 바이오매스 재료와, 기준 물질로 하는 알루미나를 설치하고, 대기 중에서 시료(바이오매스 재료)와 기준 물질(알루미나)을 가열하고, 30[℃]에서부터 500[℃]까지 승온시켰다. 그때의 시료 열중량 곡선(TG(Thermo Gravimetry)곡선)과, 시차열 중량 곡선(DTG(Differential Thermo-Gravimetry)곡선)과, 시차 열 곡선(DTA(Differential Thermal Analysis) 곡선)을, 시차열 열중량 동시 측정 장치에 의해 측정했다.
그 결과, 사과박으로 제조한 바이오매스 재료에 대해서 도 3에 도시한 바와 같은 결과(「시료명: 사과」라고 표기)가 얻어졌다. 도 3은 사과박으로 제조한 바이오매스 재료에 대해서 행한, 열중량 분석, 시차열 중량 분석 및 시차열 분석의 측정 결과를 나타낸다.
도 3 중, 열중량 분석의 측정 결과인 TG 곡선은, 온도[℃]를 횡축으로 하고, 중량(질량) 변화[㎎]를 종축으로 해서 나타내고 있다. 또한, 시차열 중량 분석의 측정 결과인 DTG 곡선은, 온도[℃]를 횡축으로 하고, 중량(질량) 변화 속도[㎍/mim]를 종축으로 해서 나타내고 있다. 시차열 분석의 측정 결과인 DTA 곡선은, 온도[℃]를 횡축으로 하고, 열류로서 열전대의 기전력의 출력[uV]을 종축으로 나타내고 있다.
도 3의 TG 곡선으로부터, 시험 개시 온도인 30[℃]에서부터 200[℃]에 걸쳐서, 주로 시료에 포함되는 수분을 원인으로 한 중량 감소(약 0.25[㎎] 정도(약 10[%])의 중량 감소)가 발생했다. 그 후, 350[℃] 부근에 걸쳐서, 더욱 중량 감소가 일어나서, 500[℃]를 향해서 연소하고 있다.
도 3의 DTG 곡선에서는, 70[℃] 내지 80[℃]에 피크가 보이고, 또한 220[℃] 부근 및 350[℃] 부근에도 피크가 보였다. 이것은 중량 감소에 수반하는 것이라 생각된다.
도 3의 DTA 곡선에서는, 100[℃]까지, 물의 휘발에 수반하는 기화열에 의해 흡열의 피크를 확인할 수 있었다. 또한, 310[℃] 부근에 발열의 피크가 보였지만, 이들은 가열에 의한 열 분해 가스의 발생에 수반하는 발열이라고 추측된다. 또한, 430[℃] 부근으로부터의 급준한 피크에 대해서는, 탄화를 향하는 연소에 의한 것이라 생각되며, 대략 500[℃] 부근에 발열 최대 피크가 나타나서 탄화하는 것을 추측할 수 있었다.
이상으로부터, 사과박으로 제조한 바이오매스 재료는, 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크가 적어도 400[℃] 이상에서 검출되고 있어, 내열성이 높은 것을 확인할 수 있었다.
당근박으로 제조한 바이오매스 재료에 대해서는 도 4에 도시한 바와 같은 결과(「시료명: 당근」이라고 표기)가 얻어졌다. 도 4는 당근박으로 제조한 바이오매스 재료에 대해서 행한, 열중량 분석, 시차열 중량 분석 및 시차열 분석의 측정 결과(TG 곡선, DTG 곡선 및 DTA 곡선)를 나타낸다.
도 4의 TG 곡선으로부터, 시험 개시 온도인 30[℃]에서부터 200[℃]에 걸쳐서, 주로 시료에 포함되는 수분을 원인으로 한 중량 감소(약 0.3[㎎] 정도(약 10[%])의 중량 감소)가 발생했다. 그 후, 320[℃] 부근에 걸쳐서, 더욱 중량 감소가 일어나서, 500[℃]를 향해서 연소하고 있다.
도 4의 DTG 곡선에서는, 220[℃] 부근, 250[℃] 부근 및 320[℃] 부근에 피크가 보였다. 이것은 중량 감소에 수반하는 것이라 생각된다.
도 4의 DTA 곡선에서는, 200[℃]까지, 물의 휘발에 수반하는 기화열에 의해 흡열의 피크를 확인할 수 있었다. 또한, 310[℃] 부근에 발열의 피크가 보였지만, 이들은 가열에 의한 열 분해 가스의 발생에 수반하는 발열이라고 추측된다. 또한, 500[℃]를 향해서 상승하는 급준한 피크에 대해서는, 탄화를 향하는 연소에 의한 것이라 생각되며, 대략 500[℃] 부근에 발열 최대 피크가 나타나서 탄화하는 것을 추측할 수 있었다.
이상으로부터, 당근박으로 제조한 바이오매스 재료는, 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크가 적어도 400[℃] 이상에서 검출되고 있어, 내열성이 높은 것을 확인할 수 있었다.
커피박으로 제조한 바이오매스 재료에 대해서는 도 5에 도시한 바와 같은 결과(「시료명: 커피」라고 표기)가 얻어졌다. 도 5는 커피박으로 제조한 바이오매스 재료에 대해서 행한, 열중량 분석, 시차열 중량 분석 및 시차열 분석의 측정 결과(TG 곡선, DTG 곡선 및 DTA 곡선)를 나타낸다.
도 5의 TG 곡선으로부터, 시험 개시 온도인 30[℃]에서부터 250[℃]에 걸쳐서, 주로 시료에 포함되는 수분을 원인으로 한 중량 감소(약 0.3[㎎] 정도(약 10[%])의 중량 감소)가 발생했다. 그 후, 350[℃] 부근에 걸쳐서, 더욱 중량 감소가 일어나서, 500[℃]를 향해서 연소하고 있다.
도 5의 DTG 곡선에서는, 300[℃] 부근 및 400[℃] 부근에 피크가 보였다. 이것은 중량 감소에 수반하는 것이라 생각된다.
도 5의 DTA 곡선에서는, 200[℃]까지, 물의 휘발에 수반하는 기화열에 의해 흡열의 피크를 확인할 수 있었다. 또한, 340[℃] 부근에 발열의 피크가 보였지만, 이들은 가열에 의한 열 분해 가스의 발생에 수반하는 발열이라고 추측된다. 또한, 500[℃]를 향해서 상승하는 급준한 피크에 대해서는, 탄화를 향하는 연소에 의한 것이라 생각되며, 대략 510[℃] 부근에 발열 최대 피크가 나타나서 탄화하는 것을 추측할 수 있었다.
이상으로부터, 커피박으로 제조한 바이오매스 재료는, 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크가 적어도 400[℃] 이상에서 검출되고 있어, 내열성이 높은 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 처리 장치(10)의 처리에 의해, 사과박, 당근박 및 커피박으로 각각 제조된 바이오매스 재료는, 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크의 검출 온도가 있지 않고 담으나 400[℃] 이상으로 되고, 종래의 바이오매스 재료보다 높으므로, 그만큼, 성형 가공 시에 종래보다 고온에서 가열할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
(7-4) <본 실시 형태에 관한 성형 재료를 사용해서 제조한 성형품의 물성>
이어서, 본 실시 형태에 관한 성형 재료를 사용해서 제조한 성형체의 물성에 대해서 확인했다. 여기에서는, 본 실시 형태의 처리 장치(10)를 사용해서 커피의 착즙 찌꺼기(커피박)에 대해서 처리를 하여 바이오매스 재료를 제조했다. 그리고, 진동체기에 의해 바이오매스 재료로부터 이물을 제거했다. 얻어진 바이오매스 재료와 폴리프로필렌 수지(PP)을 믹서에 의해 혼합해서 성형 재료를 제조했다.
여기에서는, 실시예로서 2종류의 성형 재료를 제조했다. 1종은 커피박을 처리해서 얻어진 상기의 바이오매스 재료가 30[질량%], 폴리프로필렌 수지(PP)가 70[질량%]인 성형 재료이다(실시예 1의 성형체가 되는 성형 재료). 다른 1종은, 커피박을 처리해서 얻어진 상기의 바이오매스 재료가 50[질량%], 폴리프로필렌 수지(PP)가 50[질량%]인 성형 재료이다(실시예 2의 성형체가 되는 성형 재료).
바이오매스 재료의 제조 시에 있어서의 처리 조건은, 상술한 검증 시험과 마찬가지로, 처리조(12) 내로부터 기체를 50[㎥/min]으로 배기하고, 처리조(12) 내에 공급하는 이온 가스의 이온 밀도를 6000만[pcs/cc] 이상으로 유지하고, 함수 유기물의 처리 중의 처리조(12) 내의 온도를 20[℃] 내지 70[℃]에서 추이시키고, 이러한 처리를 약 20시간 정도 연속해서 행하였다.
이어서, 시판하고 있는 사출 성형기를 사용한 사출 성형에 의해, 상기의 2종류의 성형 재료로부터 원주상의 성형체(실시예 1, 2)를 각각 제조했다.
또한, 이것과는 별도로 비교예로서, 폴리프로필렌 수지(PP)가 100[질량%]로 이루어지는 원주상이 성형체를, 실시예 1, 2와 동일 조건에서 사출 성형에 의해 제조했다(범용 PP).
이들 실시예 1, 2 및 비교예에 대해서, 비중 측정 장치를 사용해서 비중을 측정한바, 실시예 1은 1.025, 실시예 2는 1.101, 비교예는 0.91이었다.
실시예 1, 2 및 비교예에 대해서, 장력 측정 장치를 사용하여, 각각 「JIS K7113」에 따라, 인장 응력을 조사한바, 실시예 1은 26[Mpa], 실시예 2는 35[Mpa], 비교예는 35[Mpa]이었다.
또한, 실시예 1, 2 및 비교예에 대해서, 굽힘 탄성률 측정 장치 및 굽힘 강도 측정 장치를 사용하여, 각각 「JIS K7171」에 따라, 굽힘 탄성률과 굽힘 강도를 조사했다. 그 결과, 실시예 1의 굽힘 탄성률은 2.000[㎫], 실시예 2의 굽힘 탄성률은 3.570[㎫], 비교예의 굽힘 탄성률은 1.350[㎫]이었다. 또한, 실시예 1의 굽힘 강도는 46[㎫], 실시예 2의 굽힘 강도는 55[㎫], 비교예의 굽힘 강도는 41[㎫]이었다.
또한, 실시예 1, 2 및 비교예에 대해서, 충격 강도 측정 장치를 사용하여, 각각 「JIS K7111」에 따라, 샤르피 충격 강도를 조사한바, 실시예 1은 2.9[kJ/m2], 실시예 2는 3.3[kJ/m2], 비교예는 3.3[kJ/m2]이었다.
또한, 실시예 1, 2 및 비교예에 대해서, 각각 가열해서 외형이 변형하는 열변형 온도를 조사한바, 실시예 1은 115[℃], 실시예 2는 130[℃], 비교예는 100[℃]이었다.
이상으로부터, 본 실시 형태에 관한 성형 재료를 사용한 실시예 1, 2는, 굽힘 탄성률, 굽힘 강도 및 열변형 온도에 관해서, 범용 PP 제품과 비교해서 향상하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 커피박을 처리해서 얻어진 상기의 바이오매스 재료가 10[질량%], 폴리프로필렌 수지(PP)가 90[질량%]인 성형 재료를 사용하여, 사출 성형기에 의해 성형체를 제작하고, 당해 성형체에 대해서도, 굽힘 탄성률, 굽힘 강도 및 열변형 온도를 측정한바, 굽힘 탄성률, 굽힘 강도 및 열변형 온도가 범용 PP 제품과 비교해서 향상하는 것도 확인하였다.
10 : 처리 장치
12 : 처리조
14 : 교반부
15 : 이온 가스 공급부
38A : 마이너스 이온 발생기(이온 발생기)
61 : 배기부
72 : 가열기

Claims (8)

  1. 성형체의 재료로서 사용되는 성형 재료로서,
    함수 유기물로부터 얻은 바이오매스 재료와,
    열가소성 수지, 열경화성 수지 및 수지용 첨가제 중 적어도 어느 1종 이상을 포함하고,
    상기 바이오매스 재료는,
    수분율이 20[%] 이하이고, 또한 중온성 호기성 균의 균수가 105/g 이하이고,
    시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크가 300[℃] 이상에서 검출되는, 성형 재료.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바이오매스 재료는,
    상기 시차열 분석법에 있어서 발열 최대 피크가 350[℃] 이상 700[℃] 이하에서 검출되는, 성형 재료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 함수 유기물이, 야채 쓰레기, 과일 쓰레기, 전정초, 음료 추출 후의 유기물 잔사, 고기 쓰레기, 물고기 쓰레기, 오물 및 폐기 식품 중 어느 것인, 성형 재료.
  4. 제3항에 있어서, 상기 음료 추출 후의 유기물 잔사는, 사과박, 밀감박, 포도박, 자몽박, 복숭아박, 당근박, 피망박, 주박, 녹차박, 보리차박 및 커피박 중 어느 것인, 성형 재료.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 펠릿의 형태인, 성형 재료.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 성형 재료를 성형 가공함으로써 제조되는, 성형체.
  7. 성형체의 재료로서 사용되는 성형 재료의 제조 방법으로서,
    함수 유기물을 처리조 내에 수용하는 수용 공정과,
    상기 함수 유기물을 상기 처리조 내에서 교반하면서 가열하고, 또한 상기 처리조 내에서 기체를 1[㎥/min] 이상 300[㎥/min] 이하로 배기하고, 이온 밀도가 200만[pcs/cc] 이상인 이온 가스를 1[㎥/min] 이상 300[㎥/min] 이하로 상기 처리조 내에 공급함으로써, 상기 함수 유기물의 물분자를 분리시켜 상기 함수 유기물에 포함되는 수분을 증발시키는 처리를 하여 바이오매스 재료를 제조하는 처리 공정과,
    열가소성 수지, 열경화성 수지 및 수지용 첨가제 중 적어도 어느 1종 이상과, 상기 바이오매스 재료를 혼합해서 성형 재료를 제조하는 제조 공정
    을 구비하는, 성형 재료의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 처리 공정은,
    상기 함수 유기물의 처리 중, 상기 처리조 내의 온도를 25[℃] 이상 70[℃] 이하의 범위에서 추이시키고,
    상기 처리를, 2시간 이상 70시간 이하의 시간, 연속해서 행하는, 성형 재료의 제조 방법.
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