WO2011062224A1 - 連続気泡多孔質体及びその製造方法 - Google Patents

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正樹 天野
杉山 武史
福永 真一
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株式会社カネカ
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    • C08J2367/04Polyesters derived from hydroxy carboxylic acids, e.g. lactones

Definitions

  • the present invention relates to an open-cell porous body and a method for producing the open-cell porous body.
  • the porous body is a solid having a large number of cavities.
  • the structure in which the cavities are connected to each other is called an open cell structure.
  • the porous body having the open cell structure often has a property of absorbing liquid.
  • polyurethane foam having an open-cell structure is widely used as a dishwashing sponge by utilizing its water absorption.
  • polyurethane foam and phenol foam having an open cell structure are used as a pedestal for flower arrangement.
  • This application utilizes water absorption by an open-cell porous body, and has a function of holding fresh flowers without dying for a long period of time.
  • an open-cell porous body obtained by solidifying rock wool has been used as a medium for use in hydroponic cultivation.
  • the open-cell porous body used in this application holds the root of the plant to be cultivated, and has the function of sucking up water containing nutrients and supplying it to the root.
  • the open-cell porous body is extremely useful. Furthermore, among the media used in the above-mentioned flower arrangement pedestal and plant hydroponics, etc., those composed of biodegradable resins are decomposed in the environment, so when discarded after use, etc. Since it has the merit that processing is easy, its usefulness is further increased.
  • Patent Document 1 discloses a polylactic acid porous body having a continuous pore having an average pore diameter of 1 to 30 ⁇ m and made of a polymer mainly composed of lactic acid.
  • the porous body is prepared by dissolving a polymer containing lactic acid as a main component, a water-soluble polyalkylene ether and a lactic acid copolymer in a solvent, drying the solution to obtain a solid, The copolymer is eluted with a liquid of
  • this manufacturing method has a problem that the procedure is extremely complicated and the cost tends to increase. Further, in this manufacturing method, a film-like material can be easily obtained, but there is a problem that not only the communication structure is likely to change during drying, but also that it is difficult to obtain a relatively thick material.
  • Patent Document 2 discloses an open cell body and a flower arrangement mainly composed of a biodegradable plastic produced by kneading, extruding and foaming a composition comprising a biodegradable resin, a foaming agent, an inorganic filler and the like. A pedestal is disclosed. However, it is difficult to obtain a good open cell structure simply by molding a biodegradable plastic together with a foaming agent or the like. Further, in the extrusion foaming method, the shape of the obtained molded body is limited, and cannot be molded into an arbitrary shape.
  • Patent Document 3 discloses that a foam made of an aliphatic polyester such as a polylactic acid resin is used for a pedestal for flower arrangement.
  • this aliphatic polyester-based resin foam is an open-cell foam, it does not necessarily have a cell structure suitable for water absorption, so that the water absorption rate is slow and the amount of water absorption is not sufficient.
  • Patent Document 4 discloses a method for producing a foamed molded product by pressurizing foamed particles having a polymer coating in a mold to sinter without using steam. The use of pulverized particles obtained from a foamed molded product by use is described. However, Patent Document 4 uses pre-expanded particles of expanded polyolefin or expandable styrene polymer as expanded particles, and does not describe a biodegradable polymer. Patent Document 4 does not describe an example using pulverized particles obtained from a foam molded article. Furthermore, Patent Document 4 does not describe a foam having an open cell structure.
  • An object of the present invention is a porous body having an open-cell structure, which is composed of a resin having water absorption and biodegradability, and is decomposed in the environment. It is an object of the present invention to provide a porous foam and a method for producing the same. Another object of the present invention is a method for producing an open-cell porous body made of a resin exhibiting biodegradability as described above, and it is easy to produce a large molded product having no unevenness in the fused state inside and outside. Another object of the present invention is to provide a production method that can be obtained with high production efficiency in a short time. A further object of the present invention is to provide a water-absorbing material having water absorbability and biodegradability.
  • the present inventors have found that finely divided powder pieces obtained by pulverizing a foam of a resin composition mainly composed of a polylactic acid resin are bonded to each other. It has been found that a porous body in which a wall forms an open cell structure has a good open cell structure and is excellent in water absorption. Furthermore, the present inventors have found that the porous body exhibits extremely excellent water absorption by containing a predetermined amount of a surfactant. In addition, the present inventors perform heating at the time of forming an open-cell porous body in an atmosphere containing water vapor at 60 to 140 ° C. and a relative humidity of 20% or more, so that the polylactic acid resin is a main component. It has been found that a large-sized molded article comprising the powder of the resin composition as described above and having no unevenness in the fused state between the pulverized pieces of the powder can be easily obtained. The present invention has been completed based on these findings.
  • the present invention is an open-celled porous body made of a resin composition containing a polylactic acid-based resin as a main component, and pulverized pieces of powder obtained by pulverizing the foam of the resin composition are bonded to each other.
  • the pore walls formed have an open cell structure of the porous body, the apparent density is 0.01 g / cm 3 or more and 0.2 g / cm 3 or less, and the 10% compression stress is 0.02 MPa or more and 0.
  • an open-cell porous body having a pressure recovery rate of 3 MPa or less and a compression recovery rate of 95% or less.
  • the crushed pieces are joined to each other by fusion bonding.
  • the bulk density of the powder is 0.001 g / cm 3 or more and 0.1 g / cm 3 or less.
  • the average diameter of the said powder is 100 micrometers or more and 2000 micrometers or less.
  • the foam of the resin composition is hydrolyzed.
  • the open-cell porous body contains a surfactant.
  • the present invention is also a method for producing an open-cell porous body comprising a resin composition containing a polylactic acid resin as a main component, wherein the apparent density of the porous body is 0.01 g / cm 3 or more and 0.2 g. / Cm 3 or less, 10% compression stress is 0.02 MPa or more and 0.3 MPa or less, compression recovery rate is 95% or less,
  • a method for producing an open-cell porous body comprising the following steps (1) to (3).
  • a foam production step of obtaining a foam by foaming a resin mainly composed of a polylactic acid-based resin (2) A powder production process for obtaining powder by pulverizing the foam, (3) A porous body obtained by forming the powder into a predetermined shape and joining the crushed pieces of the foam to each other to form a pore wall to obtain an open-cell porous body having an open-cell structure The process of producing.
  • the fusion is performed by heating.
  • the heating is performed in an atmosphere containing water vapor and at 60 to 140 ° C. and a relative humidity of 20% or more.
  • the heating is performed in an atmosphere with a relative humidity of 60-100%.
  • the bulk density of the powder is 0.001 g / cm 3 or more and 0.1 g / cm 3 or less.
  • the foam is hydrolyzed after the foam production step and before the powder production step.
  • surfactant is contained in the said open-cell porous body by adding surfactant in the preparation process of the said foam, or the preparation process of the said porous body.
  • the present invention also provides a water-absorbing material comprising the open-cell porous body of the present invention as described above or the open-cell porous body produced by the method of the present invention.
  • the open-cell porous body of the present invention can be obtained by a simple method of forming a powder obtained by pulverizing a foam.
  • the pore wall formed by joining the pulverized pieces of the powder obtained by pulverizing the foam made of the resin composition together forms an open-cell structure of the porous body.
  • the open-cell porous body of the present invention exhibits excellent water absorption.
  • the open-cell porous body of the present invention exhibits a relatively low stress with respect to compression deformation and a relatively low recovery rate upon compression.
  • the open-cell porous body of the present invention is very suitably used as a pedestal for flower arrangement or a culture medium for nutrient solution cultivation of plants.
  • the open-cell porous body of the present invention is composed of a resin composition mainly composed of a biodegradable polylactic acid-based resin and is decomposed in the environment, so that disposal after use is easy. .
  • the open-cell porous body of the present invention exhibits higher water absorption by including a surfactant, and can be preferably used as a pedestal for flower arrangement or a plant culture medium.
  • an open-celled porous body made of a polylactic acid-based resin powder that has a uniform fusion state between the pulverized pieces of the powder, even if it is large. However, it can be obtained easily and with high production efficiency.
  • the water-absorbing material of the present invention has an open-cell structure and is excellent in water absorption, and can be preferably used as a flower arrangement pedestal or a plant medium. Furthermore, the water-absorbing material of the present invention is composed of a resin composition mainly composed of a polylactic acid-based resin exhibiting biodegradability, and is easily decomposed in the environment, so that disposal after use is easy.
  • the open-celled porous body of the present invention comprises a resin composition containing a polylactic acid resin as a main component, and a pulverized piece of powder (see FIG. 2) obtained by pulverizing a foamed body of the resin composition (see FIG. 3). .) Are joined to each other to form an open cell structure (for example, see FIG. 1).
  • the open-cell porous body of the present invention uses a resin composition containing a polylactic acid resin as a main component as a base resin.
  • the polylactic acid resin refers to a resin containing 50% by weight or more of polylactic acid.
  • Polylactic acid-based resins have the advantage of exhibiting thermoplasticity and relatively good processability.
  • polylactic acid-based resins tend to exhibit good biodegradability. Therefore, when used for agricultural horticultural materials such as pedestals for flower arrangements, culture medium for plant nourishing, etc. There is an advantage that no processing is required.
  • polylactic acid-based resin those based on polylactic acid having an isomer ratio of lactic acid component of 5% or more, preferably 8% or more are substantially amorphous and have foamability and moldability. This is preferable because it tends to easily obtain a low-density foam.
  • the polylactic acid resin used in the present invention is not particularly limited, and commercially available polylactic acid can be used as it is, but it is desired to obtain a foam having a lower density (higher expansion ratio). In some cases, those having a melt viscosity increased using a cross-linking agent may be used.
  • an isocyanate compound is preferable as a cross-linking agent because it can efficiently improve the melt viscosity of polylactic acid.
  • the polyisocyanate compound include aromatic and aliphatic polyisocyanates.
  • aromatic polyisocyanates include polyisocyanate compounds having skeletons of tolylene, diphenylmethane, naphthylene, and triphenylmethane.
  • alicyclic polyisocyanate there exists a polyisocyanate compound which makes isophorone and hydrogenated diphenylmethane frame
  • skeleton As the aliphatic polyisocyanate, there are polyisocyanate compounds having hexamethylene and lysine as a skeleton. Any of these can be used, but from the viewpoint of versatility and handling properties, tolylene and diphenylmethane polyisocyanates are preferred, and diphenylmethane polyisocyanate is particularly preferred.
  • a biodegradable resin other than the polylactic acid resin can be mixed and used.
  • the biodegradable resin include poly (hydroxy (hydroxybutyrate)), poly (3- (hydroxybutyrate-co-valerate), poly (3- (hydroxybutyrate-co-hexanoate)) and the like.
  • Condensation products Ring-opening polymerization products of lactones such as polycaprolactone; polybutylene succinate, polybutylene adipate, polybutylene succinate adipate, poly (butylene adipate / terephthalate), etc.
  • a resin comprising a polycondensate with a polyvalent carboxylic acid comprising a polycondensate with a polyvalent carboxylic acid; an aliphatic polyester resin such as polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone, and other synthetic polymers; proteins such as gelatin, collagen, zein, and fibroin; cellulose, acetylcellulose, Mechi Cellulose, hydroxypropyl cellulose, chitin, and cellulose derivatives such as chitosan. These may be included singly with respect to the polylactic acid resin, or may be included in combination of two or more.
  • an aliphatic polyester resin such as polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone, and other synthetic polymers
  • proteins such as gelatin, collagen, zein, and fibroin
  • the resin composition used in the present invention may contain less than 10% by weight of a resin other than the biodegradable resin as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • a resin other than the biodegradable resin include polyethylene resins, polypropylene resins, polystyrene resins, polyamide resins, polyether resins, acrylic resins, vinyl resins, and aromatic polyester resins. These may be included singly with respect to the polylactic acid resin, or may be included in combination of two or more.
  • the melt flow rate of the polylactic acid resin in the present invention is not particularly limited, but the melt flow rate (hereinafter abbreviated as “MFR”) of the polylactic acid resin constituting the foam is 0.001 to 10 g / 10. By setting the minute range, a low-density one tends to be easily obtained.
  • MFR of the polylactic acid resin is a value measured under conditions of 190 ° C. and 2.16 kg according to JIS K7210.
  • the powder used in the present invention is made of a pulverized piece of a foam of a resin composition mainly composed of the polylactic acid resin, and can be obtained by pulverizing the foam.
  • the pulverization of the foam can be easily performed using a known technique.
  • Preferable specific examples include a method using a pulverizer such as a jet mill, a cutter mill, a ball mill, a spiral mill, a hammer mill, and an oscillator. At this time, it is also possible to use a method in which the processed product after passing through the pulverizer is sieved and only the sufficiently fine powder is selected.
  • a method of cooling the foam or pulverizer is preferably used for the purpose of preventing the melting of the base resin during pulverization.
  • the pulverized piece of powder obtained by pulverizing the foam has a fine structure including a flaky portion derived from the cell wall of the original foam (for example, see FIG. 2).
  • This powder also has a low bulk density.
  • the open-cell porous body is not only lightweight, but also has a large internal cavity ratio, so that the amount of water absorption per volume can be significantly increased.
  • the average cell diameter of the foam before pulverization is 100 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m, and further 150 ⁇ m or more and 700 ⁇ m or less. If the average cell diameter of the foam is less than 100 ⁇ m, the powder contains closed cells and the water absorption tends to decrease. Moreover, when it exceeds 1000 micrometers, there exists a tendency for the bulk density of powder to become large.
  • the average diameter of the powder varies depending on the properties of the porous body to be obtained, but is preferably 100 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less. If the average diameter of the powder is less than 100 ⁇ m, the bulk density of the powder tends to increase. On the other hand, if the average diameter of the powder exceeds 2000 ⁇ m, the powder contains closed cells and the water absorption tends to decrease.
  • the average diameter as used in the present invention refers to the diameter at which the cumulative percentage is 50% in the mass-based particle size distribution of the dry sieving particle size determined by the dry sieving test method defined in JIS K0069.
  • the average diameter is defined as the opening value at which the cumulative percentage is 50%.
  • the bulk density of the powder tends to depend on the density of the foam to be pulverized and the shape of the powder. Generally, the smaller the apparent density of the foam and the smaller the aspect ratio of the crushed pieces, the smaller the bulk density. Tend to be.
  • Bulk density of the powder is preferably not more than 0.001 g / cm 3 or more 0.1 g / cm 3, more preferably not more than 0.002 g / cm 3 or more 0.05 g / cm 3.
  • the bulk density of the powder is measured according to JIS K6911 and can be calculated based on the following formula (1).
  • Bulk density of powder (g / cm 3 ) [mass cylinder in which sample was put (g) ⁇ mass cylinder mass (g)] / [capacity of measuring cylinder (cm 3 )] (1)
  • the powder used in the present invention may be hydrolyzed for the purpose of adjusting the hardness.
  • the open-cell porous body obtained in the present invention is used as a flower arrangement pedestal or a plant culture medium, brittleness is manifested by the hydrolysis treatment, and the hardness of the open-cell porous body is suitable for these applications. Can be adjusted.
  • the hydrolysis treatment is preferably performed prior to the pulverization process.
  • preferable hydrolysis treatment conditions include high temperature and high humidity (specifically, 40 ° C. or higher and 140 ° C. or lower, preferably 60 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, and a relative humidity of 60% RH or higher, more preferably 80 % RH or more), the time is generally 3 hours or more and 48 hours or less, although it depends on the type of the base resin constituting the pre-treatment foam.
  • the apparent density of the open-cell porous body of the present invention is 0.01 g / cm 3 or more and 0.2 g / cm 3 or less from the viewpoint that it is lightweight and excellent in water absorption, and can have an appropriate mechanical strength. It is preferable that it is 0.02 g / cm 3 or more and 0.1 g / cm 3 or less.
  • the open-cell porous body of the present invention exhibits a relatively low stress during compression deformation.
  • the 10% compressive stress of the open-cell porous body of the present invention is 0.02 MPa to 0.3 MPa, preferably 0.03 MPa to 0.25 MPa.
  • the 10% compressive stress is measured according to JIS K7220.
  • the open-cell porous body of the present invention exhibits a relatively low recovery rate upon compression. Specifically, the open-cell porous body of the present invention has a recovery rate of 95% or less observed when recovered after 10% compression.
  • the recovery rate is 1 in a state in which a porous body (length 4 cm ⁇ width 4 cm ⁇ thickness 2.5 cm) is compressed by 10% (up to 90% of the original thickness) by applying a load by pressing at room temperature. This is a value calculated according to the following formula (3) from the thickness of the porous body after one day has elapsed after being held for a minute and then removed from the load (ie, the thickness after recovery).
  • Recovery rate (%) [thickness after recovery (mm) / original thickness (mm)] ⁇ 100 (3)
  • the open-cell porous body of the present invention can be obtained by binding powder pulverized pieces obtained by pulverizing a foam to each other.
  • the binding of the pulverized pieces here means that the pulverized pieces are partially joined together.
  • a preferable example is a method in which the pulverized pieces of the powder are fused together by heat.
  • the specific method for producing the open-cell porous body of the present invention is as follows: (1) A foam production step of obtaining a foam by foaming a resin composition containing a polylactic acid resin as a main component; (2) A powder production process for obtaining powder by pulverizing the foam, (3) Forming the powder into a predetermined shape and joining the pulverized pieces of the foam to each other to form a pore wall to obtain a porous body having an open cell structure. Production process, Consists of.
  • a foam is produced using the resin composition mainly composed of the polylactic acid resin as described above.
  • a method for producing the foam any known method is preferably used.
  • the extrusion foaming method described in JP-A-2005-162804, the bead method described in JP-A-2004-149649, and the like can be exemplified.
  • the foam is pulverized to produce a powder.
  • the method of pulverization is as described above.
  • the crushed pieces of the foam are joined to each other to form pore walls to produce a porous body having an open cell structure.
  • the bonding method is not particularly limited, but bonding by fusion is preferable, and fusion by heating is more preferable.
  • a temperature at which the powder is put into a mold, the powder is softened and can be fused, and does not melt A method in which the powder is softened and fused, and the powder is fused while gradually depositing the powder on a heating plate adjusted to a temperature at which the powder is not melted.
  • the temperature at this time varies depending on the type of the base resin constituting the powder and the shape and size of the porous body to be obtained, except for the case where heating is performed in an atmosphere containing water vapor, which will be described later. 80 ° C. or more and 200 ° C. or less is preferable. When the temperature is less than 80 ° C., fusion does not occur sufficiently, and there is a tendency that a sufficiently solidified open-cell porous body cannot be obtained. Moreover, when temperature exceeds 200 degreeC, the density of a porous body tends to become high and it tends to become an open-cell porous body inferior in water absorption.
  • the heat treatment time varies depending on the type of the base resin constituting the powder, the shape and size of the open-cell porous body to be obtained, the treatment temperature, the treatment method, etc., but the atmosphere contains water vapor. Except when heating in, it is preferably 10 minutes to 24 hours. When the heat treatment time is shorter than 10 minutes, the fusion between the powders does not proceed sufficiently, and a sufficiently solidified open-cell porous body may not be obtained. For example, when a relatively large porous body such as a block-shaped open-cell porous body having a size of 11 cm ⁇ 23 cm ⁇ 8 cm, which is a common size as a pedestal for flower arrangement, is formed, the heat treatment time becomes longer. Tend. On the other hand, when the heat treatment time exceeds 24 hours, the obtained open-cell porous body tends to shrink with time, and the density tends to increase.
  • the heating is preferably performed in an atmosphere containing water vapor and having a temperature of 60 to 140 ° C. and a relative humidity of 20% or more.
  • the fusion between the crushed pieces proceeds efficiently.
  • water vapor has a relatively large heat capacity, the efficiency of transferring heat to the powder is increased, and the polylactic acid resin is relatively high Since it has water vapor permeability, it is considered that water vapor penetrates into the gaps of the powder relatively easily and the inside can be efficiently heated.
  • the upper limit of the temperature of the atmosphere containing water vapor is preferably 140 ° C. or lower, and more preferably 120 ° C. or lower.
  • the degree of shrinkage associated with fusion tends to increase.
  • the atmosphere containing water vapor is an atmosphere made of a mixture of water vapor and air at a predetermined temperature under normal pressure.
  • an atmosphere consisting only of water vapor at a predetermined temperature under normal pressure can be preferably used in the present invention.
  • an atmosphere made of a mixture of water vapor and air that is set to a predetermined temperature under pressure or reduced pressure, or made of only water vapor can be preferably used.
  • the pressure When using a pressurized atmosphere, the pressure may be set as appropriate according to the required temperature and the water vapor / air ratio, but is usually in the range of normal pressure to 0.3 MPa in absolute pressure, and when using a reduced pressure atmosphere The pressure is usually in the range of 0.04 MPa to normal pressure in absolute pressure.
  • the atmosphere containing water vapor may contain a small amount of vapor components other than water vapor and air for the purpose of accelerating the fusion of powders.
  • vapor components other than water vapor and air for the purpose of accelerating the fusion of powders.
  • Specific examples thereof include lower alcohols such as methanol and ethanol; dimethyl ether; Examples include lower ethers such as diethyl ether; lower ketones such as acetone and methyl ethyl ketone.
  • the composition ratio of these steam components other than water vapor and air is 10% or less by weight.
  • a batch-type heat treatment furnace having a temperature control and humidity control function is used as a preferable specific example from the viewpoint of forming a powder.
  • the method of doing is mentioned.
  • Another preferred specific example is a method in which steam or a mixture of steam and air is blown out into a continuous furnace having a function of transporting powder so that the furnace has a predetermined atmosphere.
  • a method of maintaining the state of the atmosphere in the furnace by adjusting the blowout amount of the mixture according to the measured temperature in the furnace is also preferably used.
  • the atmosphere is substantially normal pressure and has a relative humidity of 60 to 100% because it is easy to keep the state of the atmosphere constant. It is particularly preferred.
  • the relative humidity of the atmosphere is less than 60%, the processing time required for mutual fusion of the pulverized pieces of the powder obtained by pulverizing the foam tends to be long.
  • the conditions for the atmosphere containing water vapor necessary for the heat treatment in the present invention are as described above, but the time for the heat treatment is the type of substrate used, the conditions of the atmosphere, and the open cells to be obtained. Depending on the size of the porous material, it may be set appropriately, but it is about 2 minutes to 3 hours. For example, the processing time required to form a block-like open-cell porous body of 11 cm ⁇ 23 cm ⁇ 8 cm, which is a common size for a flower arrangement pedestal, is generally in the range of 2 to 40 minutes.
  • a powder or a mixture of a powder and an optional component described later is placed in a mold having a required size, and heated in the mold.
  • the method of processing is mentioned.
  • the shape of the mold it is preferable that at least a part of the mold has an opening through which water vapor can permeate because water vapor easily penetrates between the powders.
  • a method using a mold having an open top surface or a mold having many fine holes sufficient for water vapor to pass through can be used.
  • the powder filling density should be as uniform as possible so that the whole has a uniform density. Preferably it is.
  • the mold is lightly impacted, or by filling the mold filled with a part or all of the powder.
  • a method for making the density uniform is preferably used in the present invention.
  • a powder or a mixture of a powder and an optional component described later may be slightly compressed in a mold or continuously.
  • a preform is obtained by preliminarily shaping and the preform is heat-molded.
  • an open-cell porous body can be obtained, and a shape suitable for the application such as a block shape or a sheet shape can be obtained.
  • the open-cell porous body in the present invention may contain various additives as optional components within a range that does not impair the effects of the present invention.
  • additives include surfactants; pigments; dyes; talc, calcium carbonate, borax, zinc borate, aluminum hydroxide, calcium stearate and other inorganic materials; flame retardants; antistatic agents; weathering agents; Antifogging agents; antibacterial agents; lubricants; nutrients and the like.
  • additives can be added by mixing the powder at the time of thermoforming, or by mixing in advance with a base resin constituting the powder.
  • the open-celled porous body when used for applications requiring water absorption, such as a flower arrangement pedestal or a plant culture medium, a better water absorption can be obtained by incorporating a surfactant. Can be expressed.
  • the content of the surfactant in the present invention is 0.1 wt% or more and 30 wt% or less, preferably 2 wt% or more and 20 wt% or less when the total weight of the open-cell porous body is 100 wt%. is there. If the surfactant content is less than 0.1% by weight, the effect of improving water absorption tends to be hardly exhibited, and if it exceeds 30% by weight, the strength of the porous body after water absorption is insufficient. It tends to be.
  • any type of anionic surfactant, cationic surfactant, amphoteric surfactant, and nonionic surfactant can be suitably used, but the safety is relatively high.
  • Anionic surfactants and nonionic surfactants are preferred because they are expensive and inexpensive.
  • surfactants preferably used in the present invention include fatty acid sodium, fatty acid potassium, sodium alkylbenzene sulfonate, potassium alkylbenzene sulfonate, higher alcohol sodium sulfate, higher alcohol potassium sulfate, sodium alkyl ether sulfate, alkyl ether sulfate.
  • Anionic surfactants such as ester potassium, ⁇ -sulfo fatty acid ester, sodium ⁇ -olefin sulfonate, potassium ⁇ -olefin sulfonate, sodium monoalkyl sulfate, potassium monoalkyl sulfate, sodium monoalkyl phosphate; alkyltrimethylammonium chloride , Cationic surfactants such as dialkyldimethylammonium chloride and alkylbenzyldimethylammonium chloride; Amphoteric surfactants such as lucarboxybetaine; polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkylphenol ether, alkyl glucoside, polyoxyethylene fatty acid ester, sucrose fatty acid ester, sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, fatty acid diethanolamide , And nonionic surfactants such as alkyl monoglyceryl ether. These may be used alone or in combination of
  • a specific example of a preferable method is a method in which the surfactant is mixed with the powder before obtaining the open-cell porous body, and then the powder is bound to each other. And a method of kneading a surfactant in advance in the base resin constituting the powder.
  • the open cell ratio of the open cell porous material of the present invention is preferably 60% or more and less than 100%, more preferably 80% or more and less than 100%. When the open cell ratio is less than 60%, the water absorption characteristic of the open cell porous body tends to be insufficient.
  • the water absorption (water absorption amount per 1 g of porous body) of the open-cell porous body of the present invention is preferably 5 to 100 g / g, and more preferably 10 to 100 g / g.
  • water absorption is less than 5 g / g, the performance as a flower arrangement pedestal or a plant medium tends to be insufficient.
  • the open-cell porous body of the present invention has a low density and is easy to have uniform open cells throughout, and as a result, has a structure that easily exhibits good liquid absorbency (for example, FIG. 1). reference.). Furthermore, by including a specific amount of a surfactant in the open-celled porous body having the above-described structure, it becomes possible to express extremely excellent water absorption. Therefore, the open-cell porous body of the present invention can be suitably used as a water-absorbing material.
  • the water-absorbing material refers to a material that, when in contact with water under normal temperature and normal pressure, allows water to naturally permeate into the interior and to retain water in a state where water has permeated.
  • the water-absorbing material of the present invention exhibits water absorption based on a physical phenomenon such as a so-called capillary phenomenon, so that water retention is moderately weak. For example, water is released in response to absorption of water by plant roots. It has the characteristic that it can be.
  • Specific examples include pedestals for flower arrangements, plant culture media, soil conditioners, and the like, which are preferably used.
  • Liquid absorbency (g / g) [Liquid absorption amount (g)] / [Weight of cube before liquid absorption (g)] (6)
  • the evaluation was finished after 10 minutes, and the liquid absorbency was calculated according to equation (6).
  • Example 1 [Production of expanded particles] 100 parts by weight of a polylactic acid resin having a D-form ratio of 10%, a melt flow rate of 3.7 g / 10 min, and 2.0 parts by weight of a polyisocyanate compound (manufactured by NIPPON POLYURETHAN INDUSTRY CO., LTD, MR-200) , Using a twin screw extruder (TOSHIBA MACHINE CO., LTD, TEM35B), melt kneading at a cylinder temperature of 185 ° C., and using a submerged cutter, about 1 mm ⁇ (about 1.5 mg) Polylactic acid resin particles were obtained.
  • a polyisocyanate compound manufactured by NIPPON POLYURETHAN INDUSTRY CO., LTD, MR-200
  • the obtained polylactic acid-based resin expandable particles are put into a pre-foaming machine (manufactured by DAISEN CO., LTD, BHP-300), and kept in steam at 90 ° C. for 40 to 60 seconds for polylactic acid-based resin. Expanded particles were obtained.
  • the obtained polylactic acid-based resin foamed particles were air-dried, and then the fused particles were separated using a sieve.
  • the bulk density of the fractionated polylactic acid resin foamed particles was 0.025 g / cm 3 and the average cell diameter was 500 ⁇ m.
  • Preparation of powder The obtained foamed particles were pulverized by a cutter mill, and powder was obtained through a sieve having an opening of 800 ⁇ m.
  • the bulk density of the powder was 0.031 g / cm 3 .
  • Ratio of 10 parts by weight of powder of sodium ⁇ -olefin sulfonate as a surfactant manufactured by LION CORPORATION, Lipolan (registered trademark) PJ-400
  • This mixture was placed in an aluminum mold (inner dimensions: 5 cm ⁇ 5 cm ⁇ 5 cm) and subjected to heat treatment at 120 ° C. for 10 hours in a hot air dryer to obtain an open-cell porous body.
  • Example 2 In Example 1, an open-cell porous body was obtained in the same manner as in Example 1 except that 10 parts by weight of sodium ⁇ -olefin sulfonate (Lipolan PJ-400, manufactured by Lion Corporation) was changed to 2 parts by weight. It was.
  • Napolan PJ-400 sodium ⁇ -olefin sulfonate
  • Example 3 an open-cell porous material was obtained in the same manner as in Example 1 except that 10 parts by weight of ⁇ -olefin sodium sulfonate powder (Lion Co., Ltd., Lipolan PJ-400) was 25 parts by weight. It was.
  • ⁇ -olefin sodium sulfonate powder Lion Co., Ltd., Lipolan PJ-400
  • Example 4 An open-celled porous material in the same manner as in Example 1 except that 0.2 parts by weight of 10 parts by weight of sodium ⁇ -olefin sulfonate powder (manufactured by Lion Corporation, Liporan PJ-400) was used. Got.
  • Example 5 An open-celled porous material was obtained in the same manner as in Example 1 except that sodium ⁇ -olefin sulfonate powder (Lipolan PJ-400, manufactured by Lion Corporation) was not used.
  • sodium ⁇ -olefin sulfonate powder Lipolan PJ-400, manufactured by Lion Corporation
  • Example 6 [Production of expanded particles]
  • polylactic acid resin expandable particles were obtained in the same manner as in Example 1 except that 12 parts by weight of deodorized butane as a foaming agent was changed to 4 parts by weight.
  • the resulting polylactic acid resin expandable particles had a foaming agent impregnation rate of 2.5%. This was treated in the same manner as in Example 1 to obtain polylactic acid-based resin expanded particles. After air-drying the obtained polylactic acid-based resin expanded particles, the bulk density of the separated polylactic acid-based resin expanded particles after separating the fused particles using a sieve is 0.08 g / cm 3 , the average cell diameter was 300 ⁇ m.
  • Example 7 [Preparation of powder]
  • the polylactic acid-based resin expanded particles obtained in Example 1 were programmed at a temperature and humidity of 80 ° C. and a relative humidity of 95% (ISUZU SEISAKUSYO CO., LTD), program temperature and humidity controller, HPAV-120
  • the solution was allowed to stand at ⁇ 40 type) for 15 hours and subjected to hydrolysis treatment.
  • the foamed particles were pulverized with a cutter mill, and powder was obtained through a sieve having an opening of 800 ⁇ m.
  • the bulk density of the powder was 0.033 g / cm 3 .
  • Example 1 Polylactic acid-based resin foamable particles were obtained in the same manner as in Example 1 except that 12 parts by weight of deodorized butane as a foaming agent was changed to 2 parts by weight. The resulting polylactic acid-based resin foamable particles had a foaming agent impregnation rate of 1.0%. This was treated in the same manner as in Example 1 to obtain polylactic acid-based resin expanded particles. After air-drying the obtained polylactic acid-based resin expanded particles, the bulk density of the separated polylactic acid-based resin expanded particles after separating the fused particles using a sieve is 0.29 g / cm 3 , the average cell diameter was 100 ⁇ m.
  • the foamed particles were pulverized with a cutter mill, and powder was obtained through a sieve having an opening of 800 ⁇ m.
  • the bulk density of the obtained powder was 0.28 g / cm 3 .
  • 10 parts by weight of a powder of sodium ⁇ -olefin sulfonate as a surfactant (Lipolan PJ-400, manufactured by Lion Corporation) was added and mixed well. This mixture was put in an aluminum mold (inner dimensions: 5 cm ⁇ 5 cm ⁇ 5 cm) and subjected to heat treatment at 120 ° C. for 10 hours in a hot air dryer to obtain a porous body.
  • Example 2 Using the polylactic acid-based foamed particles obtained in Example 1, an in-mold foam-molded product was produced under the following conditions. That is, a 300 ⁇ 400 ⁇ 25 mm mold was installed in a foam molding machine (BHP-300, manufactured by Daisen Kogyo Co., Ltd.), the polylactic acid-based foamed particles were filled at a compression rate of 0%, and a steam pressure of 0.1 MPa (G) For 10 to 20 seconds to obtain a polylactic acid resin-in-mold foam-molded product. The obtained in-mold foamed product was hydrolyzed for 12 hours under the conditions of a temperature of 80 ° C. and a relative humidity of 100%, and further subjected to a pressure treatment for 4 hours at a nitrogen pressure of 0.3 MPa to obtain an open cell porous structure. A mass was obtained.
  • BHP-300 foam molding machine
  • G steam pressure
  • Comparative Example 3 The polylactic acid resin in-mold foam molded body obtained in the same manner as in Comparative Example 2 was coarsely pulverized using a coarse pulverizer (SEISHIN ENTERPRISE CO., LTD, quick mill, screen 8 mm ⁇ ). A powder having an average outer diameter of 5.6 mm and a bulk density of 0.038 g / cm 3 was obtained. The obtained powder was put into an aluminum mold (inner dimensions: 5 cm ⁇ 5 cm ⁇ 5 cm) and subjected to heat treatment at 120 ° C. for 10 hours in a hot air dryer to obtain a molded body.
  • a coarse pulverizer SEISHIN ENTERPRISE CO., LTD, quick mill, screen 8 mm ⁇ .
  • a powder having an average outer diameter of 5.6 mm and a bulk density of 0.038 g / cm 3 was obtained.
  • the obtained powder was put into an aluminum mold (inner dimensions: 5 cm ⁇ 5 cm ⁇ 5 cm) and subjected to heat treatment at 120 ° C. for 10
  • Table 1 shows the evaluation results of the porous bodies (molded bodies) obtained in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3 described above.
  • the porous body of Comparative Example 1 having a high density has a high recovery rate when compressed and a low water absorption.
  • the molded body of Comparative Example 2 obtained by hydrolyzing and pressurizing a molded body made of conventional polylactic acid resin expanded particles has a high open cell ratio, but its pore structure hardly allows liquid to pass through.
  • the liquid absorbency is not satisfactory.
  • the molded product of Comparative Example 3 has insufficient powder fineness, and the closed cells originally present in the foam before pulverization remain in the powder particles after pulverization. Therefore, the molded body of Comparative Example 3 has a low open cell ratio and is not satisfactory in liquid absorption.
  • Example 8 [Production of expanded particles and powder]
  • a powder having a bulk density of 0.031 g / cm 3 was obtained.
  • 3 parts by weight of sodium ⁇ -olefin sulfonate powder manufactured by Lion Corporation, Lipolan PJ-400
  • the obtained mixture was put so as to fill a rectangular parallelepiped paper mold (inside dimension: length 11 cm ⁇ width 23 cm ⁇ height 8 cm) whose top surface was opened.
  • Example 9 In [Production of open-cell porous body], an open-cell porous body was obtained in the same manner as in Example 8 except that the heat treatment atmosphere was changed to normal pressure, 90 ° C., and 70% RH.
  • Example 10 In [Production of open-cell porous body], an open-cell porous body was obtained in the same manner as in Example 8 except that the heat treatment atmosphere was changed to normal pressure, 70 ° C., and 70% RH.
  • Example 11 [Production of expanded particles and powder] In the same manner as in Example 6, a powder having a bulk density of 0.06 g / cm 3 was obtained. [Preparation of open-cell porous body] To 100 parts by weight of the obtained powder, 3 parts by weight of sodium ⁇ -olefin sulfonate powder (manufactured by Lion Corporation, Lipolan PJ-400) as a surfactant was added and mixed well. A mixture of the obtained mixture so as to fill a rectangular parallelepiped paper mold (inside dimension: length 11 cm ⁇ width 23 cm ⁇ height 8 cm) has temperature control and humidity control functions together with the mold.
  • sodium ⁇ -olefin sulfonate powder manufactured by Lion Corporation, Lipolan PJ-400
  • Example 12 In [Production of open-cell porous body], an open-cell porous body was obtained in the same manner as in Example 8 except that the heat treatment atmosphere was changed to normal pressure, 90 ° C., and 50% RH.
  • Example 13 [Production of expanded particles] A batch-type heat treatment furnace having a temperature control and humidity control function in which the polylactic acid-based resin expanded particles obtained in Example 1 have a temperature of 80 ° C. and a relative humidity of 95% [program temperature and humidity controller manufactured by Isuzu Seisakusho, HPAV -120-40 type] was allowed to stand for 18 hours for hydrolysis treatment. [Preparation of powder] The obtained foamed particles were pulverized by a cutter mill, and powder was obtained through a sieve having an opening of 800 ⁇ m. The bulk density of the powder was 0.041 g / cm 3 .
  • Table 2 shows the evaluation results of the open-cell porous material obtained in Examples 8 to 13 above.
  • Example 14 In [Preparation of open-cell porous body], a hot air dryer (manufactured by ASONE, forced convection constant temperature dryer, SOFW-600 type) was used as the heat treatment machine, and the heat treatment atmosphere was at normal pressure and 120 ° C. (conditioning). In the same manner as in Example 8, except that the treatment time was changed to 24 hours, an open-cell porous body was obtained.
  • a hot air dryer manufactured by ASONE, forced convection constant temperature dryer, SOFW-600 type
  • Table 3 shows the evaluation results of the molded bodies (porous bodies) obtained in Comparative Examples 4 to 6, Example 14 and Reference Examples 1 and 2.
  • the production conditions of the present invention in particular, the production conditions in which the powder obtained by pulverizing the foam is heated in an atmosphere containing water vapor at 60 to 140 ° C. and a relative humidity of 20% or more.
  • the present invention even when a relatively large mold is used, the fusion of the powder proceeds in a short time, and an open-cell porous body that is in a good fused state up to the inside can be obtained.
  • Comparative Example 4 having a low value it can be seen that when a relatively large mold is used, a sufficient fusion state cannot be obtained.
  • Comparative Examples 5 and 6 and Example 14 when a relatively large mold is used, a sufficient fusion state is not obtained or a sufficient fusion state is obtained under conditions of low relative humidity. It can be seen that a very long time is required. As is clear from Reference Examples 1 and 2, when a relatively small mold is used, even if the temperature and relative humidity are low, a good open-cell porous structure in which the inside is in a good fusion state A mass is obtained. Moreover, as shown in the Example, it can confirm that the open-cell porous body containing surfactant shows the favorable water absorptivity calculated
  • the open-cell porous material and the water-absorbing material of the present invention can be preferably used as a flower arrangement pedestal or as a culture medium for plant sap culture.
  • the open-cell porous body and the water-absorbing material of the present invention are mainly composed of a biodegradable resin composition, no special treatment is required for disposal after use, and post-treatment is easy. It is.

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Abstract

【課題】フラワーアレンジメント用台座や植物の培地として好ましく使用することができる連続気泡多孔質体及び吸水材料を提供する。 【解決手段】ポリ乳酸系樹脂を主成分とする樹脂組成物からなる連続気泡多孔質体であって、前記樹脂組成物の発泡体を粉砕してなる粉体の粉砕片が相互に接合してなる細孔壁が、前記多孔質体の連続気泡構造を形成しており、見かけ密度が0.01g/cm3以上0.2g/cm3以下、かつ、10%圧縮応力が0.02MPa以上0.3MPa以下、圧縮回復率が95%以下である連続気泡多孔質体、該多孔質体からなる吸水材料。

Description

連続気泡多孔質体及びその製造方法
 本発明は、連続気泡多孔質体及び該連続気泡多孔質体の製造方法に関する。
 多孔質体は、多数の空洞を有する固体である。また、空洞が互いに連結した構造は、連続気泡構造と呼ばれる。前記連続気泡構造を有する多孔質体は、液体を吸収する性質を有していることが多い。
 例えば、連続気泡構造を有するポリウレタンフォームは、その吸水性を利用して食器の洗浄用スポンジとして広く用いられている。また、連続気泡構造を有するポリウレタンフォームやフェノールフォームが、フラワーアレンジメント用台座として使用されている。この用途は、連続気泡多孔質体による吸水性を利用したものであり、生花を長期間にわたり枯らさずに保持する機能を有している。更に、農業分野において、ロックウールを固めて得られる連続気泡多孔質体が、養液栽培等で用いる培地として使用されるようになってきている。この用途において使用される連続気泡多孔質体は、栽培される植物の根を保持するとともに、それ自身が養分を含んだ水を吸い上げて根へ供給するという機能を担っている。
 以上のように、連続気泡多孔体は極めて有用なものである。更に、前記したフラワーアレンジメント用台座や植物の養液栽培等で用いる培地のうち、生分解性を示す樹脂で構成されたものは、環境中で分解されるために、使用後に廃棄等する際の処理が容易であるといったメリットを有することから、更にその有用性は高いものとなる。
 生分解性を示す多孔質体の提案として、特許文献1には、乳酸を主成分とする重合体からなる、平均孔径1~30μmの連通孔を有するポリ乳酸多孔質体が開示されている。該多孔質体は、乳酸を主成分とする重合体と水溶性のポリアルキレンエーテルと乳酸の共重合体とを溶媒に溶解して溶液とし、該溶液を乾燥して固形物とした後に、別の液体で前記共重合体を溶出させて製造される。しかしながら、この製造法は手順が極めて煩雑であり、コストアップにつながりやすいという問題がある。また、この製造法では、フィルム状のものは容易に得ることが出来るが、乾燥時に連通構造が変化しやすいだけでなく、比較的厚みのあるものを得ることが困難であるという問題もある。
 また、特許文献2には、生分解性樹脂、発泡剤、無機充填剤等からなる配合物を混練押し出し発泡させることにより製造される、生分解性プラスチックを主成分とする連続気泡体及びフラワーアレンジメント用台座が開示されている。しかしながら、生分解性プラスチックを単に発泡剤等とともに成形するだけでは、良好な連続気泡構造を得ることは難しい。また、押し出し発泡法では、得られる成形体の形状に制限があり、任意の形状に成形することはできない。
 更に、特許文献3には、ポリ乳酸系樹脂等の脂肪族ポリエステルからなる発泡体をフラワーアレンジメント用台座に用いることが開示されている。しかしながら、この脂肪族ポリエステル系樹脂発泡体は、連続気泡発泡体ではあるが、吸水性に適した気泡構造を必ずしも有しておらず、そのため吸水速度が遅く、吸水量も十分ではない。
 なお、特許文献4には、ポリマー被覆を有する発泡粒子を金型内で加圧することにより、蒸気を用いずに焼結して発泡成形体を製造方法が開示されており、前記発泡粒子として再利用による発泡成形体から得られた粉砕粒子を用いることが記載されている。しかしながら、特許文献4は、発泡ポリオレフィン又は発泡性スチレンポリマーの予備発泡粒子を発泡粒子として使用するものであり、生分解性ポリマーについては記載されていない。また、特許文献4には、発泡成形体から得られた粉砕粒子を用いた実施例の記載はない。更に、特許文献4には、連続気泡構造を有する発泡体についても記載されていない。
特開2006-306983号公報 特開2000-217683号公報 国際公開第2009/119325号 特表2009-506149号公報
 本発明の目的は、連続気泡構造を有する多孔質体であって、吸水性を有するとともに、生分解性を示す樹脂で構成されており、環境中で分解されるために、使用後の廃棄処理などが容易な多孔質発泡体及びその製造方法を提供することにある。
 本発明の他の目的は、上記のような生分解性を示す樹脂からなる連続気泡多孔質体の製造方法であって、内部と外部で融着状態にむらのない大型の成形品を、容易に、かつ短時間に高い生産効率で得られる製造方法を提供することにある。
 本発明の更なる目的は、吸水性を有するとともに、生分解性を有する吸水材料を提供することにある。
 本発明者らは、前記課題に対して鋭意検討した結果、ポリ乳酸系樹脂を主成分とする樹脂組成物の発泡体を粉砕してなる粉体の粉砕片が相互に接合してなる細孔壁が、連続気泡構造を形成している多孔質体は、良好な連続気泡構造を有し、吸水性に優れていることを見出した。更に、本発明者らは、前記多孔質体が、所定量の界面活性剤を含むことで、極めて優れた吸水性を示すことを見出した。また、本発明者らは、連続気泡多孔質体を成形する際の加熱を、60~140℃、相対湿度20%以上の、水蒸気を含む雰囲気中で行うことにより、ポリ乳酸系樹脂を主成分とする樹脂組成物の粉体からなり、粉体の粉砕片相互の融着状態にむらのない大型成形体が容易に得られることを見出した。本発明は、これらの知見に基づき、完成されたものである。
 本発明は、ポリ乳酸系樹脂を主成分とする樹脂組成物からなる連続気泡多孔質体であって、前記樹脂組成物の発泡体を粉砕してなる粉体の粉砕片が相互に接合してなる細孔壁が、前記多孔質体の連続気泡構造を形成しており、見かけ密度が0.01g/cm3以上0.2g/cm3以下、かつ、10%圧縮応力が0.02MPa以上0.3MPa以下、圧縮回復率が95%以下である連続気泡多孔質体を提供する。
 一実施形態では、前記粉砕片が、融着により相互に接合してなる。
 一実施形態では、前記粉体のかさ密度が0.001g/cm3以上0.1g/cm3以下である。
 一実施形態では、前記粉体の平均径が100μm以上2000μm以下である。
 一実施形態では、前記樹脂組成物の発泡体が、加水分解処理されたものである。
 一実施形態では、前記連続気泡多孔質体が界面活性剤を含有する。
 また、本発明は、ポリ乳酸系樹脂を主成分とする樹脂組成物からなる連続気泡多孔質体の製造方法であって、前記多孔質体の見かけ密度が0.01g/cm3以上0.2g/cm3以下、10%圧縮応力が0.02MPa以上0.3MPa以下、圧縮回復率が95%以下であり、
 下記(1)~(3)の工程を含むこと特徴とする連続気泡多孔質体の製造方法を提供する。
 (1)ポリ乳酸系樹脂を主成分とする樹脂を発泡させて発泡体を得る、発泡体の作製工程、
 (2)前記発泡体を粉砕して粉体を得る、粉体の作製工程、
 (3)前記粉体を所定の形状に成形し、前記発泡体の粉砕片を相互に接合することにより孔壁を形成して、連続気泡構造を有する連続気泡多孔質体を得る、多孔質体を作製する工程。
 一実施形態では、前記融着を、加熱により行う。
 一実施形態では、前記加熱を、水蒸気を含み、60~140℃、相対湿度20%以上である雰囲気中で行う。他の実施形態では、前記加熱を、相対湿度60~100%の雰囲気中で行う。
 一実施形態では、前記粉体のかさ密度が0.001g/cm3以上0.1g/cm3以下である。
 一実施形態では、前記粉体の平均径が100μm以上2000μm以下である請求項7~12のいずれか1項に記載の連続気泡多孔質体の製造方法。
 一実施形態では、前記発泡体の作製工程後、前記粉体の作製工程前に、前記発泡体を加水分解処理する。
 一実施形態では、前記発泡体の作製工程又は前記多孔質体の作製工程において、界面活性剤を添加することにより、前記連続気泡多孔質体中に界面活性剤を含有させる。
 また、本発明は、前記のような本発明の連続気泡多孔質体又は本発明の方法により製造される連続気泡多孔質体からなる吸水材料を提供する。
 本発明の連続気泡多孔質体は、発泡体を粉砕した粉体を成形するという簡便な方法により得られる。本発明の連続気泡多孔質体は、樹脂組成物からなる発泡体を粉砕してなる粉体の粉砕片が相互に接合してなる細孔壁が、多孔質体の連続気泡構造を形成しており、また、全体にわたり均一な連続気泡構造を有しているため、優れた吸水性を示す。更に、本発明の連続気泡多孔質体は、圧縮変形に対して比較的低い応力を示し、かつ圧縮に際して比較的低い回復率を示す。これにより、本発明の連続気泡多孔質体は、フラワーアレンジメント用台座や植物の養液栽培用の培地として、非常に好適に用いられる。しかも、本発明の連続気泡多孔質体は、生分解性を示すポリ乳酸系樹脂を主成分とする樹脂組成物からなり、環境中で分解されるため、使用後の廃棄処理などが容易である。
 本発明の連続気泡多孔質体は、界面活性剤を含ませることにより、より高い吸水性を示し、フラワーアレンジメント用台座や植物の培地として好ましく使用できる。
 本発明の連続気泡多孔質体の製造方法によれば、大型であっても、粉体の粉砕片相互の融着状態にむらのない、ポリ乳酸系樹脂の粉体からなる連続気泡多孔質体が、容易に、かつ高い生産効率で得られる。
 本発明の吸水材料は、連続気泡構造を有し、吸水性に優れており、フラワーアレンジメント用台座や植物の培地として好ましく使用できる。更に、本発明の吸水材料は、生分解性を示すポリ乳酸系樹脂を主成分とする樹脂組成物からなり、環境中で分解されるため、使用後の廃棄処理などが容易である。
ポリ乳酸系樹脂発泡体を粉砕した粉体を成形して得られた連続気泡多孔質体の断面の顕微鏡写真である。 ポリ乳酸系樹脂発泡体を粉砕して得られた粉体の顕微鏡写真である。 粉砕前のポリ乳酸系樹脂発泡体(粒子)の断面の顕微鏡写真である。
 本発明の連続気泡多孔質体は、ポリ乳酸系樹脂を主成分とする樹脂組成物からなり、前記樹脂組成物の発泡体(図3参照。)を粉砕した粉体の粉砕片(図2参照。)が相互に接合してなる細孔壁が、連続気泡構造を形成している(例えば、図1参照。)。
 本発明の連続気泡多孔質体は、基材樹脂としてポリ乳酸系樹脂を主成分とする樹脂組成物を用いる。ポリ乳酸系樹脂とは、ポリ乳酸を50重量%以上含むものをいう。ポリ乳酸系樹脂は、熱可塑性を示し、また加工性が比較的良好である利点を有する。また、ポリ乳酸系樹脂は、良好な生分解性を示す傾向があるため、フラワーアレンジメント用台座、植物の養液栽培の培地等の農業園芸資材に使用した後に廃棄処分などする際に、特段の処理を必要としないという利点がある。
 前記ポリ乳酸系樹脂として、乳酸成分の異性体比率が5%以上、好ましくは8%以上であるポリ乳酸を主成分としたものは、実質的に非晶性であり、発泡性、成形性の点から低密度の発泡体を得やすい傾向があるため好ましい。
 本発明に用いるポリ乳酸系樹脂は特に限定されるものではなく、商業的に入手可能なポリ乳酸をそのまま用いることも可能であるが、より密度の低い(発泡倍率の高い)発泡体を得たい場合には架橋剤を用いて溶融粘度を高めたものを用いてもよく、特にイソシアネート化合物はポリ乳酸の溶融粘度を効率的に向上させることができるため、架橋剤として好ましい。前記ポリイソシアネート化合物としては、芳香族、脂肪族系のポリイソシアネートがある。例えば、芳香族ポリイソシアネートとしては、トリレン、ジフェニルメタン、ナフチレン、トリフェニルメタンを骨格とするポリイソシアネート化合物がある。また、脂環族ポリイソシアネートとしては、イソホロン、水素化ジフェニルメタンを骨格とするポリイソシアネート化合物がある。また、脂肪族ポリイソシアネートとしては、ヘキサメチレン、リジンを骨格とするポリイソシアネート化合物がある。これらはいずれも使用可能であるが、汎用性、ハンドリング性等から、トリレン、ジフェニルメタン系のポリイソシアネート類が好ましく、特に好ましくはジフェニルメタン系ポリイソシアネートが使用される。
 また、本発明においては、前記ポリ乳酸系樹脂以外の生分解性樹脂を混合して使用することもできる。前記生分解性樹脂としては、ポリ3-(ヒドロキシブチレート)、ポリ3-(ヒドロキシブチレート-コ-バリレート)、ポリ3-(ヒドロキシブチレート-コ-ヘキサノエート)等を代表とするヒドロキシ酸重縮合物;ポリカプロラクトン等のラクトンの開環重合物;ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート、ポリブチレンサクシネートアジペート、ポリ(ブチレンアジペート/テレフタレート)等、主成分として脂肪族多価アルコールと脂肪族多価カルボン酸との重縮合物からなる樹脂;などの脂肪族ポリエステル系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドンなどの合成高分子、ゼラチン、コラーゲン、ゼイン、フィブロインなどのタンパク質、セルロース、アセチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、キチン、キトサンなどのセルロース誘導体などが挙げられる。これらは、ポリ乳酸系樹脂に対して単独で含まれてもよいし、2種以上を組み合わせて含まれてもよい。
 更に、本発明に用いる樹脂組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で、生分解性樹脂以外の樹脂を、10重量%未満含んでいてもよい。その具体例として、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、アクリル系樹脂、ビニル系樹脂、芳香族ポリエステル系樹脂が挙げられる。これらは、ポリ乳酸系樹脂に対して単独で含まれてもよいし、2種以上を組み合わせて含まれてもよい。
 本発明におけるポリ乳酸系樹脂のメルトフローレートに特段の制限はないが、発泡体を構成するポリ乳酸系樹脂のメルトフローレート(以下、「MFR」と略す。)を0.001~10g/10分の範囲としておくことにより、容易に低密度のものが得られる傾向にある。
 なお、ポリ乳酸系樹脂のMFRは、JIS K7210に従い、190℃、2.16kgの条件にて測定した値である。
 本発明に使用する粉体は、前記ポリ乳酸系樹脂を主成分とする樹脂組成物の発泡体の粉砕片からなり、前記発泡体を粉砕加工することにより得ることができる。発泡体の粉砕加工は、公知の技術を用いて容易に行うことができる。好ましい具体例として、ジェットミル、カッターミル、ボールミル、スパイラルミル、ハンマーミル、オシレーター等の粉砕機を用いる方法が挙げられる。またこの際、粉砕機を通過後の処理物をふるいにかけ、十分に微細化された粉体のみを選別する方法を併用してもよい。また、粉砕時の基材樹脂の溶融を防止する目的で、発泡体や粉砕機を冷却する方法も好ましく用いられる。
 前記発泡体を粉砕した粉体の粉砕片は、元の発泡体のセル壁に由来する薄片状の部分を含む微細構造を有している(例えば、図2参照。)。また、この粉体は、低いかさ密度を有する。これにより、連続気泡多孔質体が軽量となるのみならず、内部の空洞比率を大きくとることができるようになるため、体積当たりの吸水量を大幅に高めることができる。
 前述の微細構造を有する粉体とするため、粉砕前の発泡体(例えば、図3参照。)の平均気泡径を、100μm以上1000μm、更には150μm以上700μm以下にしておくことが好ましい。前記発泡体の平均気泡径が100μm未満であると、粉体に独立気泡が含まれ、吸水性が低下する傾向がある。また、1000μmを超えると、粉体のかさ密度が大きくなる傾向がある。
 前記粉体の平均径は、得ようとする多孔質体の性状によって異なるが、100μm以上2000μm以下であることが好ましい。粉体の平均径が100μm未満であると、粉体のかさ密度が大きくなる傾向がある。また、粉体の平均径が2000μmを超えると、粉体に独立気泡が含まれ、吸水性が低下する傾向がある。本発明でいう平均径とは、JIS K0069に規定された乾式ふるい分け試験方法で求めた乾式ふるい分け粒子径の質量基準の粒子径分布において、積算百分率が50%となる径をいう。具体的には、JIS Z8801-1に規定された標準ふるいを用いた上記試験で得られた、各ふるいの目開きに対する積算百分率(%)をプロットし、各点を直線でつないだ図において、積算百分率が50%となる目開きの値をもって平均径とする。
 前記粉体のかさ密度は、粉砕加工に供する発泡体の密度および、粉体の形状に依存する傾向があり、一般には発泡体の見かけ密度が小さいほど、また粉砕片のアスペクト比が大きいほど小さくなる傾向がある。
 前記粉体のかさ密度は、0.001g/cm3以上0.1g/cm3以下であることが好ましく、より好ましくは0.002g/cm3以上0.05g/cm3以下である。
 なお、粉体のかさ密度はJIS K6911に準拠して測定されるものであり、下式(1)に基づいて算出できる。
 粉体のかさ密度(g/cm3)=〔試料を入れたメスシリンダの質量(g)-メスシリンダの質量(g)〕/〔メスシリンダの容量(cm3)〕…(1)
 本発明で用いられる粉体は、硬さを調節する目的で、加水分解処理を施されているものであっても良い。特に、本発明で得られる連続気泡多孔質体をフラワーアレンジメント用台座や植物の培地として用いる場合、加水分解処理により脆性が発現し、連続気泡多孔質体の硬さをこれら用途に好適な程度に調節することができる。
 加水分解処理を施された粉体を用いる場合、加水分解処理は、前記の粉砕加工に先立って行われることが好ましい。また、好ましい加水分解処理条件の例としては、高温高湿度下(具体的には40℃以上140℃以下、好ましくは60℃以上100℃以下、かつ、相対湿度60%RH以上、より好ましくは80%RH以上)、時間は、処理前発泡体を構成する基材樹脂の種類にもよるが、一般に3時間以上48時間以下である。また、このときに加水分解時間を短縮する目的で、微量のアルカリ成分を含んだアルカリ蒸気により加水分解処理をしてもよい。
 前記加水分解処理を行う具体的な手段についても特段の限定はないが、温調および水蒸気またはアルカリ蒸気によりチャンバー内を所定の相対湿度に保つことができる調湿機能を有するバッチ式の加熱処理炉を使用する方法が挙げられる。
 本発明の連続気泡多孔質体の見かけ密度は、軽量かつ吸水量に優れ、また、適度な機械的強度とすることができるという点から0.01g/cm3以上0.2g/cm3以下であることが好ましく、更には0.02g/cm3以上0.1g/cm3以下であることが好ましい。
 なお、連続気泡多孔質体の見かけ密度は、多孔質体から3cm×3cm×3cmの立方体を切り出し、該立法体の重量を測定し、下式(2)から算出される値である。
 見かけ密度(g/cm3)=[立方体の重量(g)]/[27(cm3)]…(2)
 また、本発明の連続気泡多孔質体は、圧縮変形に際して比較的低い応力を示す。具体的には、本発明の連続気泡多孔質体の10%圧縮応力は、0.02MPa以上0.3MPa以下、好ましくは0.03MPa以上0.25MPa以下である。
 なお、前記10%圧縮応力は、JIS K7220に準拠して測定を行う。
 また、本発明の連続気泡多孔質体は、圧縮に際して、比較的低い回復率を示す。具体的には、本発明の連続気泡多孔質体は、10%圧縮後、回復した際に観察される回復率が95%以下である。
 なお、前記回復率とは、常温下、プレスにより荷重をかけて多孔質体(縦4cm×横4cm×厚さ2.5cm)を10%(元の厚みの90%まで)圧縮した状態で1分間保持し、荷重を除いた後、常温に静置して1日経過後の多孔質体の厚み(即ち、回復後の厚み)から、下式(3)に従って算出される値である。
 回復率(%)=[回復後の厚み(mm)/元の厚み(mm)]×100…(3)
 本発明の連続気泡多孔質体は、発泡体を粉砕した粉体の粉砕片を互いに結着させることによって得ることができる。ここでいう粉砕片の結着とは、前記粉砕片同士が一部で接合していることをいう。前記粉砕片同士を互いに結着させる方法に特段の制限はないが、好ましい例として、前記粉体の粉砕片同士を熱により融着させる方法が挙げられる。
 本発明の連続気泡多孔質体の具体的な製造方法は、
 (1)ポリ乳酸系樹脂を主成分とする樹脂組成物を発泡させて発泡体を得る、発泡体の作製工程、
 (2)前記発泡体を粉砕して粉体を得る、粉体の作製工程、
 (3)前記粉体を所定の形状に成形し、前記発泡体の粉砕片を相互に接合することにより細孔壁を形成して、連続気泡構造を有する多孔質体を得る、多孔質体の作製工程、
 からなる。
 前記工程(1)では、前記のようなポリ乳酸系樹脂を主成分とする樹脂組成物を用いて、発泡体を作製する。該発泡体の作製方法としては、公知の方法がいずれも好ましく用いられる。例えば、特開2005-162804号公報に記載の押出発泡法、特開2004-149649号公報に記載のビーズ法等が例示できる。
 次いで、工程(2)において前記発泡体を粉砕して粉体を作製する。粉砕の方法は既述の通りである。
 更に、工程(3)により、前記発泡体の粉砕片を相互に接合して細孔壁を形成して連続気泡構造を有する多孔質体を作製する。前記接合の方法は、特に限定はないが、融着による接合が好ましく、加熱による融着がより好ましい。
 加熱により前記発泡体の粉砕片を相互に融着させて多孔質体を得る方法の具体例としては、粉体を型に入れ、粉体が軟化して融着可能であり、かつ溶融しない温度に加熱し、該温度において所定時間処理する方法、粉体が軟化して融着可能であり、かつ溶融しない温度に調節された熱盤の上に徐々に粉体を堆積させながら融着させる方法などが挙げられる。
 このときの温度は、粉体を構成する基材樹脂の種類、および得ようとする多孔質体の形状や大きさ等により異なるが、後述する、水蒸気を含む雰囲気中で加熱を行う場合以外は、80℃以上200℃以下であることが好ましい。温度が80℃未満であると融着が十分に起こらず、十分に固化した連続気泡多孔質体が得られない傾向がある。また、温度が200℃を超える場合、多孔質体の密度が高くなりやすく、吸水性に劣る連続気泡多孔質体となりやすい傾向がある。
 また、加熱処理時間は粉体を構成する基材樹脂の種類、および得ようとする連続気泡多孔質体の形状や大きさ、更には処理温度、処理方法等によっても異なるが、水蒸気を含む雰囲気中で加熱を行う場合以外は、10分以上24時間以下であることが好ましい。加熱処理時間が10分より短い場合、粉体同士の融着が十分進まず、十分に固化した連続気泡多孔質体が得られない場合がある。例えば、フラワーアレンジメント用台座として一般的なサイズである11cm×23cm×8cmのブロック状の連続気泡多孔質体などの比較的大型の多孔質体を成形する場合には、加熱処理時間がより長くなる傾向がある。その一方で、加熱処理時間が24時間を超える場合、得られる連続気泡多孔体が時間とともに収縮し、密度が高くなる傾向がある。
 更に、加熱により前記発泡体の粉砕片を相互に融着させる方法において、加熱を、水蒸気を含み、温度60~140℃、相対湿度20%以上である雰囲気中で行うことが好ましい。この製造方法によれば、前記粉砕片相互の融着が効率的に進むようになる。このような効果が発現する理由については必ずしも明らかではないが、水蒸気が比較的大きな熱容量を有しているために粉体へ熱を伝える効率が高まること、また、ポリ乳酸系樹脂が比較的高い水蒸気透過性を有しているために、水蒸気が粉体の間隙に比較的容易に浸透し、内部を効率的に加熱できることが影響しているものと考えられる。
 前記水蒸気を含む雰囲気の温度の下限は60℃以上が好ましく、70℃以上がより好ましい。水蒸気を含む雰囲気の温度の下限が60℃未満である場合、粉体相互の融着に必要な処理時間が長くなる傾向にある他、融着が十分進まなくなる場合もある。
 また、水蒸気を含む雰囲気の温度の上限は140℃以下が好ましく、120℃以下がより好ましい。水蒸気を含む雰囲気の温度の上限が140℃を超える場合、融着に伴う収縮度合いが大きくなりやすい傾向にある。
 前記水蒸気を含む雰囲気の例としては、常圧下において所定の温度とされた、水蒸気と空気の混合物からなる雰囲気が、最も好ましい例として挙げられる。また、常圧下において所定の温度とされた、水蒸気のみからなる雰囲気も、本発明では好ましく用いることができる。更に、雰囲気温度を調節する目的で、加圧下、若しくは減圧下において所定の温度とされた水蒸気と空気の混合物からなる、または、水蒸気のみからなる雰囲気も好ましく用いることができる。加圧雰囲気を用いる場合、その圧力は必要な温度及び水蒸気/空気の比に応じて適宜設定すればよいが、通常、絶対圧力で常圧~0.3MPaの範囲にあり、減圧雰囲気を用いる場合、その圧力は通常絶対圧力で0.04MPa~常圧の範囲にある。
 前記水蒸気を含む雰囲気は、粉体の融着を促進する等の目的で、水蒸気、空気以外の蒸気成分を少量含んでいても良く、その具体例として、メタノール、エタノール等の低級アルコール;ジメチルエーテル、ジエチルエーテル等の低級エーテル;アセトン、メチルエチルケトン等の低級ケトンが挙げられる。通常、これら水蒸気、空気以外の蒸気成分の組成比は、重量比で10%以下である。
 前記水蒸気を含む雰囲気を達成するための具体的方法について特段の制限はないが、粉体の成形を行う観点から好ましい具体例として、温調および調湿機能を有するバッチ式の加熱処理炉を使用する方法が挙げられる。また、好ましい別の具体例として、粉体を輸送する機能を有する連続式炉の中に、水蒸気もしくは水蒸気と空気の混合物を吹き出して、炉内を所定の雰囲気とする方法が挙げられる。この場合、測定された炉内の温度に応じて前記混合物の吹き出し量等を調節して炉内の雰囲気の状態を維持する方法も好ましく用いられる。
 以上述べた本発明で用いられる、水蒸気を含む雰囲気のうち、雰囲気の状態を一定に保つのが容易な点から、雰囲気は、実質的に常圧であり、かつ相対湿度60~100%であることが特に好ましい。雰囲気の相対湿度が60%未満であると、発泡体を粉砕してなる粉体の粉砕片相互の融着に必要な処理時間が長くなる傾向にある。
 本発明において加熱処理を行う際に必要な水蒸気を含む雰囲気の条件については前記したとおりであるが、加熱処理を行う時間については、用いる基材の種類、雰囲気の条件、得ようとする連続気泡多孔質体の大きさにより異なり、適宜設定すればよいが、概ね2分~3時間程度である。例えば、フラワーアレンジメント用台座として一般的なサイズである11cm×23cm×8cmのブロック状の連続気泡多孔質体を成形するのに必要な処理時間は、概ね2~40分の範囲内にある。
 具体的に好ましく用いられる連続気泡多孔質体の成形方法としては、必要なサイズを有する型内に、粉体、または粉体と後述する任意成分との混合物を入れ、型に入った状態で加熱処理する方法が挙げられる。この際、型の形状に特段の制限はないが、水蒸気が効率的に粉体間に浸透していきやすいことから、少なくとも一部に水蒸気が浸透できる開口部分を有していることが好ましい。具体的には、天面が開口した型、若しくは、水蒸気が通過するに十分な微細な孔が多数開けられた型を用いる方法が挙げられる。
 本発明において、粉体を型に充填する方法、および充填状態に特段の制限はないが、成形体とした際、全体に均一な密度となるよう、粉体の充填密度がなるべく均一となっていることが好ましい。また、前記の目的から、粉体の一部または全部を型に充填した後に、型に軽く衝撃を加える方法、また、粉体の一部または全部が充填された型を加振することによって充填密度を均一化する方法は、本発明において好ましく用いられる。
 また、具体的に好ましく用いられる別の連続気泡多孔質体の成形方法として、粉体、または粉体と後述する任意成分との混合物を、型内もしくは連続的にわずかに圧縮する等の方法で予備的に賦形することにより予備成形体を得、該予備成形体を加熱成形する方法が挙げられる。
 以上、本発明の製造方法により、連続気泡多孔質体を得ることができ、ブロック状、シート状など用途に応じて適した形状とすることができる。
 本発明における連続気泡多孔質体は、本発明の効果を阻害しない範囲の任意成分として、各種の添加剤を含んでいてもよい。添加剤として、具体的には、界面活性剤;顔料;染料;タルク、炭酸カルシウム、ホウ砂、ほう酸亜鉛、水酸化アルミニウム、ステアリン酸カルシウム等の無機物;難燃剤;帯電防止剤;耐候剤;充填剤;防曇剤;抗菌剤;潤滑剤;栄養剤などが挙げられる。これらの添加剤は、粉体を加熱成形する際に混合したり、粉体を構成する基材樹脂などに予め混合しておくことで添加することができる。
 本発明においては、殊に、連続気泡多孔質体をフラワーアレンジメント用台座や植物の培地といった吸水性が要求される用途に用いる際は、界面活性剤を含有させることにより、より良好な吸水性を発現させることができる。
 本発明における界面活性剤の含有量は、連続気泡多孔質体全重量を100重量%とした場合、0.1重量%以上30重量%以下であり、好ましくは2重量%以上20重量%以下である。界面活性剤の含有量が0.1重量%未満では、吸水性を向上させる効果が発揮されにくい傾向にあり、30重量%を超える場合は、吸水させた後の多孔質体の強度が不十分となる傾向にある。
 本発明で用いられる界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤いずれの種類も好適に用いることができるが、安全性が比較的高く、安価である点から、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤が好ましい。
 本発明で好ましく用いられる界面活性剤の具体例としては、脂肪酸ナトリウム、脂肪酸カリウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸カリウム、高級アルコール硫酸ナトリウム、高級アルコール硫酸カリウム、アルキルエーテル硫酸エステルナトリウム、アルキルエーテル硫酸エステルカリウム、α-スルホ脂肪酸エステル、α-オレフィンスルホン酸ナトリウム、α-オレフィンスルホン酸カリウム、モノアルキル硫酸ナトリウム、モノアルキル硫酸カリウム、モノアルキルリン酸ナトリウムなどのアニオン性界面活性剤;アルキルトリメチルアンモニウムクロライド、ジアルキルジメチルアンモニウムクロライド、アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライドなどのカチオン性界面活性剤;アルキルカルボキシベタインなどの両性界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、アルキルグルコシド、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸ジエタノールアミド、アルキルモノグリセリルエーテルなどのノニオン性界面活性剤;などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 界面活性剤の添加方法に特段の限定はないが、好ましい方法の具体例として、連続気泡多孔質体を得る前に界面活性剤を前記粉体と混合した後、粉体を互いに結着させる方法、粉体を構成する基材樹脂中にあらかじめ界面活性剤を練りこんでおく方法などが挙げられる。
 本発明の連続気泡多孔質体の連続気泡率は、60%以上100%未満が好ましく、80%以上100%未満がより好ましい。連続気泡率が60%未満の場合、連続気泡多孔質体の特徴である吸水性が十分でなくなる傾向がある。
 本発明の連続気泡多孔質体の吸水性(多孔質体1gあたりの吸水量)は5~100g/gが好ましく、10~100g/gがより好ましい。吸水性が5g/g未満の場合、フラワーアレンジメント用台座や植物の培地としての性能が不十分となる傾向がある。
 本発明の連続気泡多孔質体は、低密度で、全体にわたり均一な連続気泡を有するものとすることが容易であり、その結果、良好な液体吸収性を示しやすい構造となる(例えば、図1参照。)。更に、前記構造を有する連続気泡多孔質体に特定量の界面活性剤を含有させることによって、きわめて優れた吸水性を発現させることが可能となる。したがって本発明の連続気泡多孔質体は、吸水材料として好適に使用することができる。
 前記吸水材料とは、常温常圧下において水と接触することで、自然に水が内部に浸透するとともに、水が浸透した状態でそれ自身が水を保持する材料をいう。本発明の吸水材料は、いわゆる毛細管現象などの物理現象に基づいた吸水性を示すことで水の保持力が適度に弱く、例えば植物の根が水を吸収するのに対応して水を放出することができるという特徴を有しているものをいう。具体的には、フラワーアレンジメント用台座、また植物の培地、土壌改良剤などが例示でき、これらに好適に用いられる。
 以下、本発明を具体的な実施例により詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
 各実施例、比較例で得られた多孔質体について、見かけ密度、10%圧縮応力、回復率、連続気泡率、吸水性、吸液速度、内部融着状態を以下の基準で評価した。
 (見かけ密度)
 得られた多孔質体から3cm×3cm×3cmの立方体を切り出すと共に、その重量を測定し、見かけ密度を、下式(2)に従って算出した。
見かけ密度(g/cm3)=[立方体の重量(g)]/[27(cm3)]…(2)
 (10%圧縮応力)
 JIS K7220に準拠して測定を行った。
 (回復率)
 常温下、プレスにより荷重をかけて多孔質体(縦4cm×横4cm×厚さ2.5cm)を10%(元の厚みの90%まで)圧縮した状態で1分間保持し、荷重を除いた後、常温に静置して1日経過後の多孔質体の厚み(即ち、回復後の厚み)から、下式(3)に従って算出した。
 回復率(%)=[回復後の厚み(mm)/元の厚み(mm)]×100…(3)
 (連続気泡率)
 得られた多孔質体から1cm×1cm×1cmのサンプルを切り出し、エアピクノメーター(東京サイエンス(TOKYO SCIENCE CO., LTD)、空気比較式比重計1000型)を用いて、発泡体の体積を測定した。連続気泡率は、下式(4)に従って算出した。
 連続気泡率(%)={1-〔エアピクノメーターを用いて測定した発泡体体積(cm3)/1(cm3)〕}×100…(4)
 (吸水性)
 得られた多孔質体から3cm×3cm×3cmの立方体を切り出し、1L容ビーカー内に、深さ10cmとなるように水道水を注入し、液面の揺れが安定してなくなった後、得られた立方体の底面が液面に接するように、立法体を静かに置いた。多孔質体からなる立方体は、前記水溶液を吸収しながら沈降してゆくが、液面への静置後、5分間経過した時点で立方体を引き上げ、吸水前後の立方体の重量変化から吸水量を求め、更に下式(5)に従って算出した。
 吸水性(g/g)=[吸水量(g)]/[吸水前の立方体の重量(g)]…(5)
 (吸液速度)
 得られた多孔質体から5cm×5cm×5cmの立方体を切り出し、その重量を測定した。1L容ビーカー内に、深さ10cmとなるようにα-オレフィンスルホン酸ナトリウム1重量%水溶液を注入し、液面の揺れが安定してなくなった後、得られた立方体の底面が液面に接するように、立法体を静かに置いた。多孔質体からなる立方体は、前記水溶液を吸収しながら沈降してゆくが、目視にて、立方体の天面が液面と同位置となるまでに要する時間を測定した。
 また、沈降直後の立方体を引き上げ、吸液前後の立方体の重量変化から吸液量を求め、更に下式(6)に従って吸液性を算出した。
 吸液性(g/g)=[吸液量(g)]/[吸液前の立方体の重量(g)]…(6)
 なお、立方体の天面が液面と同位置まで沈降しない場合は、10分後に、評価を終了し、式(6)に従って吸液性を算出した。
 (内部融着状態)
 得られた多孔質体を、その最長辺(横方向)に垂直、かつ最長辺の半分の位置となる面に沿ってカッターナイフで切断し、切断面の中心部における粉体の融着状況を、以下の基準によって評価した。
 ○:融着が十分であり、指で軽く押しても形状が維持される。
 △:融着が不十分で、指で軽く押すと剥がれ落ちる粉体があるが形状は維持される。
 ×:融着しておらず、指で軽く押すと粉体が崩れて形状を保てない。
 (実施例1)
[発泡粒子の作製]
 D体比率10%、メルトフローレート3.7g/10分のポリ乳酸樹脂100重量部とポリイソシアネート化合物(日本ポリウレタン(NIPPON POLYURETHAN INDUSTRY CO., LTD)製、MR-200)2.0重量部を、二軸押出機(東芝機械(TOSHIBA MACHINE CO., LTD)製、TEM35B)を用いて、シリンダー温度185℃で溶融混練し、水中カッターを用いて約1mmφ(約1.5mg)のビーズ状のポリ乳酸系樹脂粒子を得た。
 得られたポリ乳酸系樹脂粒子100重量部に対して、水100重量部、発泡剤として脱臭ブタン(ノルマルブタン/イソブタン重量比=7/3)12重量部、食塩10重量部、分散助剤としてポリオキシエチレンオレイルエーテル0.3重量部をオートクレーブに仕込み、84℃で90分間保持した。十分に冷却した後、取出し、乾燥して、ポリ乳酸系樹脂発泡性粒子を得た。得られたポリ乳酸系樹脂発泡性粒子の発泡剤含浸率は5.5%であった。
 得られたポリ乳酸系樹脂発泡性粒子を予備発泡機(ダイセン工業(DAISEN CO., LTD)製、BHP-300)に投入し、90℃の蒸気に40~60秒間保持してポリ乳酸系樹脂発泡粒子を得た。得られたポリ乳酸系樹脂発泡粒子を風乾した後、ふるいを使用し融着粒子を分別した。分取されたポリ乳酸系樹脂発泡粒子のかさ密度は0.025g/cm3、平均気泡径は500μmであった。
[粉体の作製]
 得られた発泡粒子をカッターミルで粉砕し、目開き800μmのふるいを通して粉体を得た。粉体のかさ密度は0.031g/cm3であった。
[連続気泡多孔質体の作製]
 得られた粉体100重量部に対し、界面活性剤としてα-オレフィンスルホン酸ナトリウムの粉末〔ライオン株式会社(LION CORPORATION)製、リポラン(LIPOLAN、登録商標)PJ-400)〕10重量部の割合で加え、よく混合した。この混合物をアルミニウム製の型(内寸;5cm×5cm×5cm)に入れ、熱風乾燥機中にて、120℃×10時間加熱処理を行い、連続気泡多孔質体を得た。
 (実施例2)
 実施例1において、α-オレフィンスルホン酸ナトリウムの粉末(ライオン株式会社製、リポランPJ-400)10重量部を2重量部とした以外は、実施例1と同様にして連続気泡多孔質体を得た。
 (実施例3)
 実施例1において、α-オレフィンスルホン酸ナトリウムの粉末(ライオン株式会社製、リポランPJ-400)10重量部を25重量部とした以外は、実施例1と同様にして連続気泡多孔質体を得た。
 (実施例4)
 実施例1において、α-オレフィンスルホン酸ナトリウムの粉末(ライオン株式会社製、リポランPJ-400)10重量部を0.2重量部とした以外は、実施例1と同様にして連続気泡多孔質体を得た。
 (実施例5)
 実施例1において、α-オレフィンスルホン酸ナトリウムの粉末(ライオン株式会社製、リポランPJ-400)を使用しなかった以外は、実施例1と同様にして連続気泡多孔質体を得た。
 (実施例6)
[発泡粒子の作製]
 実施例1において、発泡剤の脱臭ブタン12重量部を、4重量部に変更した他は実施例1と同様にしてポリ乳酸系樹脂発泡性粒子を得た。得られたポリ乳酸系樹脂発泡性粒子の発泡剤含浸率は2.5%であった。これを実施例1と同様にして処理を行い、ポリ乳酸系樹脂発泡粒子を得た。得られたポリ乳酸系樹脂発泡粒子を風乾した後、ふるいを使用し融着粒子を分別した後の分取されたポリ乳酸系樹脂発泡粒子のかさ密度は0.08g/cm3、平均気泡径は300μmであった。
[粉体の作製]
 得られた発泡粒子をカッターミルで粉砕し、目開き800μmのふるいを通して粉体を得た。該粉体のかさ密度は0.06g/cm3であった。
[連続気泡多孔質体の作製]
 得られた粉体100重量部に対し、界面活性剤としてα-オレフィンスルホン酸ナトリウムの粉末(ライオン株式会社製、リポランPJ-400)10重量部の割合で加え、よく混合した。この混合物をアルミニウム製の型(内寸;5cm×5cm×5cm)に入れ、熱風乾燥機中、120℃×10時間加熱処理を行い、連続気泡多孔質体を得た。
 (実施例7)
[粉体の作製]
 実施例1で得られたポリ乳酸系樹脂発泡粒子を、温度80℃、相対湿度95%にした恒温恒湿機(いすず製作所(ISUZU SEISAKUSYO CO., LTD)製プログラム温湿度調節器、HPAV-120-40型)に15時間静置し加水分解処理を行った。この発泡粒子をカッターミルで粉砕し、目開き800μmのふるいを通して粉体を得た。該粉体のかさ密度は0.033g/cm3であった。
[連続気泡多孔質体の作製]
 得られた粉体100重量部に対し、界面活性剤としてα-オレフィンスルホン酸ナトリウムの粉末(ライオン株式会社製、リポランPJ-400)10重量部の割合で加え、よく混合した。この混合物をアルミニウム製の型(内寸;5cm×5cm×5cm)に入れ、熱風乾燥機中、120℃×10時間加熱処理を行い、連続気泡多孔質体を得た。
 この連続気泡多孔質体は加水分解処理を受けた結果、適度な脆性を示すことで良好な花挿し感を有し、フラワーアレンジメント台座として好適な特性を有していた。
 (比較例1)
 実施例1において、発泡剤の脱臭ブタン12重量部を、2重量部に変更した他は実施例1と同様にしてポリ乳酸系樹脂発泡性粒子を得た。得られたポリ乳酸系樹脂発泡性粒子の発泡剤含浸率は1.0%であった。これを実施例1と同様にして処理を行い、ポリ乳酸系樹脂発泡粒子を得た。得られたポリ乳酸系樹脂発泡粒子を風乾した後、ふるいを使用し融着粒子を分別した後の分取されたポリ乳酸系樹脂発泡粒子のかさ密度は0.29g/cm3、平均気泡径は100μmであった。
 続いて、発泡粒子をカッターミルで粉砕し、目開き800μmのふるいを通して粉体を得た。えられた粉体のかさ密度は0.28g/cm3であった。次に、この粉体100重量部に対し、界面活性剤としてα-オレフィンスルホン酸ナトリウムの粉末(ライオン株式会社製、リポランPJ-400)10重量部の割合で加え、よく混合した。この混合物をアルミニウム製の型(内寸;5cm×5cm×5cm)に入れ、熱風乾燥機中、120℃×10時間加熱処理を行い、多孔質体を得た。
 (比較例2)
 実施例1で得られたポリ乳酸系発泡粒子を用いて、次の条件にて、型内発泡成形品を作製した。即ち、発泡成形機(ダイセン工業製、BHP-300)に300×400×25mmの金型を設置し、前記ポリ乳酸系発泡粒子を圧縮率0%で充填し、スチーム圧0.1MPa(G)で10~20秒間処理し、ポリ乳酸系樹脂型内発泡成形体を得た。
 得られた型内発泡成形体を、温度80℃、相対湿度100%の条件下で12時間加水分解処理し、更に、窒素加圧0.3MPaにて4時間加圧処理して、連続気泡多孔質体を得た。
 (比較例3)
 比較例2と同様にして得たポリ乳酸系樹脂型内発泡成形体を、粗粉砕機(セイシン企業(SEISHIN ENTERPRISE CO., LTD)製、クイックミル、スクリーン8mmφ)を用いて粗粉砕を行い、平均外径5.6mm、かさ密度0.038g/cm3の粉体を得た。得られた粉体をアルミニウム製の型(内寸;5cm×5cm×5cm)に入れ、熱風乾燥機中にて、120℃×10時間加熱処理を行い、成形体を得た。
 以上の実施例1~7及び比較例1~3で得られた多孔質体(成形体)についての評価結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示した結果から、実施例で得られた、低密度かつ高い連続気泡率を有する多孔質体、更に界面活性剤を含んだ連続気泡多孔質体は、高い吸水性を示していることが確認できる。また、実施例7に示したように、加水分解処理を施した発泡体から得られた粉体を使用した連続気泡多孔質体は、フラワーアレンジメント用台座として好適に用いられることが確認できた。
 一方、高密度となった比較例1の多孔質体は、圧縮した際の回復率が高く、また吸水性が低い。また、従来のポリ乳酸系樹脂発泡粒子からなる成形体を加水分解・加圧処理して得られる比較例2の成形体は、高い連続気泡率を有するものの、その孔構造が液体を通しにくいものにとどまっており、吸液性は満足できるものではない。比較例3の成形体は、粉体の細かさが不十分であり、粉砕後の粉体の粒子中に、粉砕前の発泡体に元々存在した独立気泡が残った状態となっている。それ故に、比較例3の成形体は、連続気泡率が低く、吸液性が満足できるものではない。
 (実施例8)
[発泡粒子、粉体の作製]
 実施例1と同様にして、かさ密度0.031g/cm3の粉体を得た。
[連続気泡多孔質体の作製]
 得られた粉体100重量部に対し、界面活性剤としてα-オレフィンスルホン酸ナトリウムの粉末〔ライオン(株)製、リポランPJ-400〕を3重量部の割合で加え、よく混合した。得られた混合物を、天面が開口した直方体の紙製の型(内寸;縦11cm×横23cm×高さ8cm)内に満たすように入れた。型ごと、温調および調湿機能を有するバッチ式の加熱処理炉(いすず製作所製、プログラム温湿度調節器HPAV-120-40型)に入れた後、前記加熱処理炉内において、炉内温度を一定に保つと共に、必要量の水蒸気を炉内に都度供給して湿度を一定に保つことにより達成される常圧、90℃、95%RHの雰囲気にて、10分間加熱処理して連続気泡多孔質体を得た。
 (実施例9)
 [連続気泡多孔質体の作製]において、加熱処理雰囲気を常圧、90℃、70%RHに変更した以外は、実施例8と同様にして、連続気泡多孔質体を得た。
 (実施例10)
 [連続気泡多孔質体の作製]において、加熱処理雰囲気を常圧、70℃、70%RHに変更した以外は、実施例8と同様にして連続気泡多孔質体を得た。
 (実施例11)
[発泡粒子、粉体の作製]
 実施例6と同様にして、かさ密度0.06g/cm3の粉体を得た。
[連続気泡多孔質体の作製]
 得られた粉体100重量部に対し、界面活性剤としてα-オレフィンスルホン酸ナトリウムの粉末〔ライオン(株)製、リポランPJ-400〕を3重量部の割合で加え、よく混合した。得られた混合物を、天面が開口した直方体の紙製の型(内寸;縦11cm×横23cm×高さ8cm)を満たすように入れたものを、型ごと温調および調湿機能を有するバッチ式の加熱処理炉[いすず製作所製プログラム温湿度調節器、HPAV-120-40型]に入れた後、常圧、90℃、95%RHの雰囲気で10分間加熱処理して連続気泡多孔質体を得た。
 (実施例12)
[連続気泡多孔質体の作製]において、加熱処理雰囲気を常圧、90℃、50%RHに変更した以外は、実施例8と同様にして、連続気泡多孔質体を得た。
 (実施例13)
[発泡粒子の作製]
 実施例1で得られたポリ乳酸系樹脂発泡粒子を、温度80℃、相対湿度95%にした温調および調湿機能を有するバッチ式の加熱処理炉[いすず製作所製プログラム温湿度調節器、HPAV-120-40型]に18時間静置し、加水分解処理を行った。
[粉体の作製]
 得られた発泡粒子をカッターミルで粉砕し、目開き800μmのふるいを通して粉体を得た。該粉体のかさ密度は0.041g/cm3であった。
[連続気泡多孔質体の作製]
 得られた粉体100重量部に対し、界面活性剤としてα-オレフィンスルホン酸ナトリウムの粉末〔ライオン(株)製、リポランPJ-400〕を3重量部の割合で加え、よく混合した。得られた混合物を、天面が開口した直方体の紙製の型(内寸;縦11cm×横23cm×高さ8cm)を満たすように入れたものを、型ごと温調および調湿機能を有するバッチ式の加熱処理炉[いすず製作所製プログラム温湿度調節器、HPAV-120-40型]に入れた後、常圧、90℃、95%RHの雰囲気で10分間加熱処理して連続気泡多孔質体を得た。
 以上の実施例8~13で得られた連続気泡多孔質体の評価結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 (比較例4)
[連続気泡多孔質体の作製]において、加熱処理雰囲気を常圧、50℃、95%RHに変更した以外は、実施例8と同様にして、連続気泡多孔質体を得ようとしたが、内部融着した連続気泡体を得ることができなかったため、評価を行わなかった。
 (比較例5)
[連続気泡多孔質体の作製]において、加熱処理機として熱風乾燥機(アズワン(AS ONE CORPORATION)、強制対流定温乾燥機、SOFW-600型)を用い、加熱処理雰囲気を、常圧、120℃の条件(調湿せず)に変更した以外は、実施例8と同様にして、連続気泡多孔質体を得ようとしたが、内部融着した連続気泡体を得ることができなかったため、評価を行わなかった。
 (実施例14)
[連続気泡多孔質体の作製]において、加熱処理機として熱風乾燥機(アズワン製、強制対流定温乾燥機、SOFW-600型)を用い、加熱処理雰囲気を、常圧、120℃の条件(調湿せず)として、処理時間を24時間に変更した以外は、実施例8と同様にして、連続気泡多孔質体を得た。
 (比較例6)
[連続気泡多孔質体の作製]において、加熱処理雰囲気を常圧、90℃、15%RHに変更した以外は、実施例8と同様にして、連続気泡多孔質体を得ようとしたが、内部融着した連続気泡体を得ることができなかったため、評価を行わなかった。
 (参考例1)
[連続気泡多孔質体の作製]において、加熱処理雰囲気を常圧、50℃、95%RHに、紙製の型を、天面が開口した直方体の紙製の型(内寸;縦5cm×横5cm×高さ2cm)に変更した以外は、実施例8と同様にして、連続気泡多孔質体を得た。
 (参考例2)
[連続気泡多孔質体の作製]において、加熱処理機として熱風乾燥機(アズワン製、強制対流定温乾燥機、SOFW-600型)を用い、加熱処理雰囲気を、常圧、120℃の条件(調湿せず)に、紙製の型を、天面が開口した直方体の紙製の型(内寸;縦5cm×横5cm×高さ2cm)に変更した以外は、実施例8と同様にして、連続気泡多孔質体を得た。
 以上の比較例4~6、実施例14及び参考例1、2で得られた成形体(多孔質体)の評価結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表2および表3に示した結果から、本発明の製造条件、特に、発泡体を粉砕した粉体を、水蒸気を含み、60~140℃、相対湿度20%以上の雰囲気中で加熱する製造条件によれば、比較的大きな型を用いた場合であっても、粉体の融着が短時間に進み、内部まで良好な融着状態となった連続気泡多孔質体が得られる一方、加熱温度の低い比較例4では、比較的大きな型を用いた場合には、十分な融着状態が得られないことが判る。また、比較例5、6及び実施例14からは、比較的大きな型を用いた場合には、相対湿度の低い条件では、十分な融着状態が得られないか、十分な融着状態を得るのに非常に長い時間が必要となることが判る。なお、参考例1、2から明らかなように、比較的小さな型を用いた場合にあっては、温度や相対湿度が低くても、内部まで良好な融着状態となった良好な連続気泡多孔質体が得られる。
 また、実施例に示したように、界面活性剤を含んだ連続気泡多孔質体は、フラワーアレンジメント用台座や植物の培地で求められる良好な吸水性を示すことが確認できる。
 本発明の連続気泡多孔質体及び吸水材料は、フラワーアレンジメント用台座や植物の栄液培養の培地として好ましく使用することができる。また、本発明の連続気泡多孔質体及び吸水材料は、生分解性を示す樹脂組成物を主成分とすることから、使用後の廃棄処分などに際して特別な処理を必要とせず、後処理が容易である。

Claims (17)

  1.  ポリ乳酸系樹脂を主成分とする樹脂組成物からなる連続気泡多孔質体であって、
     前記樹脂組成物の発泡体を粉砕してなる粉体の粉砕片が相互に接合してなる細孔壁が、前記多孔質体の連続気泡構造を形成しており、
     見かけ密度が0.01g/cm3以上0.2g/cm3以下、かつ、
     10%圧縮応力が0.02MPa以上0.3MPa以下、
     圧縮回復率が95%以下、
     である連続気泡多孔質体。
  2.  前記粉砕片が、融着により相互に接合してなる請求項1記載の連続気泡多孔質体。
  3.  前記粉体のかさ密度が0.001g/cm3以上0.1g/cm3以下である請求項1又は2に記載の連続気泡多孔質体。
  4.  前記粉体の平均径が100μm以上2000μm以下である請求項1~3のいずれか1項に記載の連続気泡多孔質体。
  5.  前記樹脂組成物の発泡体が、加水分解処理されたものである請求項1~4のいずれか1項に記載の連続気泡多孔質体。
  6.  界面活性剤を含有する請求項1~5のいずれか1項に記載の連続気泡多孔質体。
  7.  ポリ乳酸系樹脂を主成分とする樹脂組成物からなる連続気泡多孔質体の製造方法であって、
     前記多孔質体の見かけ密度が0.01g/cm3以上0.2g/cm3以下、10%圧縮応力が0.02MPa以上0.3MPa以下、圧縮回復率が95%以下であり、
     下記(1)~(3)の工程を含むこと特徴とする連続気泡多孔質体の製造方法。
     (1)ポリ乳酸系樹脂を主成分とする樹脂組成物を発泡させて発泡体を得る、発泡体の作製工程、
     (2)前記発泡体を粉砕して粉体を得る、粉体の作製工程、
     (3)前記粉体を所定の形状に成形し、前記発泡体の粉砕片を相互に接合することにより細孔壁を形成して、連続気泡構造を有する多孔質体を得る、多孔質体の作製工程。
  8.  前記粉砕片を、融着により相互に接合する請求項7記載の連続気泡多孔質体の製造方法。
  9.  前記融着を、加熱により行う請求項8記載の連続気泡多孔質体の製造方法。
  10.  前記加熱を、水蒸気を含み、60~140℃、相対湿度20%以上である雰囲気中で行う請求項9に記載の連続気泡多孔質体の製造方法。
  11.  前記加熱を、相対湿度60~100%の雰囲気中で行う請求項10に記載の連続気泡多孔質体の製造方法。
  12.  前記粉体のかさ密度が0.001g/cm3以上0.1g/cm3以下である請求項7~11のいずれか1項に記載の連続気泡多孔質体の製造方法。
  13.  前記粉体の平均径が100μm以上2000μm以下である請求項7~12のいずれか1項に記載の連続気泡多孔質体の製造方法。
  14.  前記発泡体の作製工程後、前記粉体の作製工程前に、前記発泡体を加水分解処理する請求項7~13のいずれか1項に記載の連続気泡多孔質体の製造方法。
  15.  前記発泡体の作製工程又は前記多孔質体の作製工程において、界面活性剤を添加することにより、前記連続気泡多孔質体中に界面活性剤を含有させる請求項7~14のいずれか1項に記載の連続気泡多孔質体の製造方法。
  16.  請求項1~6のいずれか1項に記載の連続気泡多孔質体からなる吸水材料。
  17.  請求項7~15のいずれか1項に記載の方法により製造される連続気泡多孔質体からなる吸水材料。
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