JPH09500148A - 藻プラスチック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、発泡藻プラスチックと、それから製造される製品と、並びに、藻プラスチックの製造方法に関するものである。本発明は、前記発泡藻プラスチックと藻プラスチック製品とを製造するための藻プラスチック樹脂プリカーサにも関する。発泡藻プラスチックは、発泡し、安定化され、寸法安定性を備える繊維状緑藻類のファイバマトリックスから成る。発泡藻プラスチックは、例えば、成形パッキン、或いは、発泡粒子状パッキン（例えば、包装用ピーナッツ）のような包装材の製造に使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 藻プラスチック 発明の背景 発泡包装材は、強度が高く、軽量で、緩衝能、並びに、絶縁能を有することか ら、包装産業において重要な要素となってきている。つい近年までは、ほとんど 全ての発泡プラスチック材は、ばら材にせよ、成形材にせよ、ポリスチレン樹脂 から製造されていた。これらの樹脂は素晴らしい性能を持っており、他の包装材 の性能を測定する際の基準として用いられている。 適切な緩衝性と熱遮断性が必要な場合には、固形状の発泡包装材が用いられる 。前者は、電子機器や、事務機器、電機部品、コンピューター、工具、巨大装置 、ハードウェア、及び、玩具等の壊れやすい物体を輸送時に保護するための固形 成形包装において、最も重要なファクターである。後者は、熱い液体用のカップ 、或いは、暖かい食品を断熱するための成形パッキンなどの用途において、より 重要である。熱い液体用のカップについては、これらの包装材が水に溶解しない ことも明らかに影響する。 大部分のプラスチックは、石油プラスチックのカテゴリーに含まれ、石油化学 品のなかの非エネルギー製品の一つである。石油ベースのプラスチックは、非生 分解性である、或いは、せいぜい非常にゆっくりと生分解される程度である、例 えば、微生物や他の自然現象によって分解される、と考えられている。この点と 、製造されてくずや埋め立てごみとなっていくプラスチックの量と、が主なきっ かけとなって、生分解性プラスチックを求める活動が引き起こされた。アメリカ 合衆国内だけでも、１９８９年に、約５８０億ポンドの石油ベースのプラスチッ クが製造された。都市部の固形ごみには、重量で７％、体積で１７−２５％のプ ラスチックが含まれており、これらの大部分は包装材である。伝統的なプラスチ ックを、容易に化学分解できるように改良することは可能であるが、残留物の毒 性について対策が必要である。 石油化学ベースのプラスチックを、生物由来のプラスチックに置き換えること により、石油の使用量を低減することができる。そのようなプラスチック製のご みは、環境の中へ消失していき、通常の生物的な残留物のみを残す。埋め立て地 以外での生分解性ごみの堆肥化、焼却、包装材の低減、及び、リサイクルなどの 統合的な廃棄物管理を行うことにより、ごみの廃棄を調節できるようになると考 えられる。 ここ数年のあいだ、植物性材料からばらの包装材を開発する試みが行われてき た。これらの包装材は、一般にトウモロコシや他のデンプンから製造されており 、重合や化学的架橋、或いは、たわみ性を向上するように作用する他の物質を添 加することも可能である。これらのばらの包装材は、発泡ポリスチレンの製造時 に使用される様々な標準的な発泡成形方法や押出成形方法によって、或いは、穀 物食品を押出成形したり、爆発的にはじけさせることによって、製造されている 。しかし、これらの主にデンプンをベースとした材料は、湿った条件下で比較的 早く分解し、本質的に壊れやすく、圧縮強さが低いために、固形発泡パッキンが 用いられる多くの用途には適さないことがしばしばである。 発明の概要 本発明は、発泡藻プラスチックと、それから製造される製品、並びに、藻プラ スチックの製造方法に関する。本発明はまた、前記発泡藻プラスチック、及び、 前記藻プラスチック製品を製造するための藻プラスチック樹脂プリカーサに関す る。前記発泡藻プラスチックは、発泡し、安定化され、寸法安定性を備える藻フ ァイバマトリックスから構成されている。前記発泡藻プラスチックは、例えば、 成形パッキンやばらの粒子状パッキン（例えば、パッキン”ピーナッヅ”）など の包装材を製造するために使用される。 前記藻プラスチック、及び、前記藻プラスチックプリカーサは、Ｃｈｌｏｒｏ ｐｈｙｔａ門、Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｃａｃａｅ綱、Ｃｌａｄｐｈｏｒａｌｅｓ目 の繊維状の緑藻類から製造され、少なくとも以下の属を含む：Ｃｌａｄｏｐｈｏ ｒａ属、Ｃｈａｅｔｏｍｏｒｐｈａ属、Ｒｈｉｚｏｃｌｏｎｉｕｍ属、Ｐｉｔｈ ｏｐｈｏｒａ属、Ｖａｌｏｎｉａ属、Ｖａｌｏｎｉｐｓｉｓ属、Ｃｌａｄｏｐｈ ｏｒｏｐｓｉｓ属、Ｂｏｅｒｇｅｓｅｎｉａ属、Ａｎａｄｙｏｍｅｎｅ属、Ｍｉ ｃｒｏｄｉｃｔｙｏｎ属、Ｂｏｏｄｌｅａ属、Ｃｈａｍａｅｄｏｒｉｓ属、及び 、Ｄｉｃｔｙｏｓｐｈａｅｒｉａ属。例えば、繊維状の緑藻であるＣｌａｄｏｐ ｈｏｒａ ｇｌｏｍｅｒａｔａ Ｋｕｅｔｚｉｎｇを用いて、本発明の藻プラス チックを製造することができる。 本藻プラスチックは、酸化防止剤、静電防止剤、相溶剤、難燃剤、熱安定剤、 撥水剤、衝撃調整剤、溶剤、紫外線安定剤、殺菌剤、顔料、着色剤、充填剤、衝 撃調整剤／可塑剤、泡安定剤、粘度調整剤、及び、これらの組み合わせ等の添加 剤を含んでもよい。上記添加剤は、藻ファイバマトリックスの製造前、或いは、 製造と同時に、藻パルプに混和することができ、又は、成形済みの藻プラスチッ クをコートするために用いることもできる。例えば、藻プラスチックは、未修飾 の植物デンプン、修飾植物デンプン、アルギナート、グリコース−アミノグリカ ン、ヘキソースアミン、ペントサン、グアーガム、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、ヒドロキシエチル−セルロース、ヒドロキ シプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルブチルメチルセルロース、カ ルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリビニル−ピロリドンデントナイト、 寒天、デキストラン、キチン、ポリマルトース、ポリフラクトース、ペクチン、 及び、これらの組み合わせ等の追加の多糖成分を含んでもよい。例えば、粘り気 の高い米から単離したデンプンのような高グルテンデンプンを藻パルプへ添加し て、プラスチックの藻ファイバマトリックス内に組み込むこともできる。 本発泡藻プラスチックは、繊維状の緑藻パルプを、好ましくは、例えば、イソ シアン酸塩ベース法、発泡剤や水を用いて（複数の）藻パルプ成分を蒸発させる 、藻パルプに真空発泡ガスを溶解する、ガスをホイップして藻パルプ中にかくは んする、結晶や他の小さな粒子をパルプに混合して、泡を安定化させた後に除去 する、等のセルラープラスチックフォームの製造方法に供することによって、製 造される。しかし、どのような発泡方法を用いても、結果として得られる藻プラ スチックは、均一に織り合わされたファイバ構造から構成されていなければなら ない。 本発明の藻プラスチックと藻プラスチック製品によれば、無比の利益が得られ る。例えば、環境的側面についていえば、プラスチック工業において繊維状藻類 を使用することにより、石油化学品を使用した場合に心配されることであるが、 環境に有毒な化学品を大量に使用しなければならない合成ポリマーの使用量を減 らすことができる。藻プラスチックは、生分解性、及び／或いは、リサイクル可 能であるように処方することができる。さらに、繊維状藻プラスチックの寸法安 定性品質は、同じ、或いは、同様の用途に用いられている合成プラスチックの品 質の範囲内である。 図面の説明 図１は、ポリウレタン発泡法で製造した２０体積％の発泡藻プラスチックの断 面図である。 図２は、ポリウレタン発泡法で製造した４０体積％の発泡藻プラスチックの断 面図である。 図３は、ポリウレタン発泡法で製造した６０体積％の発泡藻プラスチックの断 面図である。 図４は、ポリウレタン発泡法で製造した２０体積％の発泡藻プラスチックの表 面の顕微鏡写真である。 図５は、ポリウレタン発泡法で製造した４０体積％の発泡藻プラスチックの表 面の顕微鏡写真である。 図６は、ポリウレタン発泡法で製造した６０体積％の発泡藻プラスチックの表 面の顕微鏡写真である。 図７は、ポリウレタン発泡法で製造した様々な密度の４０体積％の発泡藻プラ スチックについて、圧縮強さと密度をプロットしたものである。細かく粉砕した 藻を用いて製造した藻プラスチックサンプルの圧縮強さデータを（△）で示し、 粗く粉砕した藻を用いて製造したプラスチックの圧縮強さデータを（○）で示す 。発泡ポリスチレン（■）、並びに、押出ポリスチレン（●）のデータ値もプロ ットに含めた。 図８は、様々な密度の７０体積％の発泡藻プラスチックについて、圧縮強さと 密度をプロットしたものである。 図９は、様々な密度の６０体積％の発泡藻プラスチックについて、圧縮強さと 密度をプロットしたものである。 発明の詳細な説明 ここで説明する藻プラスチック、及び、藻プラスチック樹脂は、ばらのパッキ ン、及び、固形状のパッキン、のいずれを製造するためにも適したものである。 必要な場合には、藻プラスチックの成分を選択して、ほぼ完全に生分解性である ような最終製品を製造することもできる。 ここで説明する藻ファイバ、パルプ、樹脂、及び、プラスチックは、セルロー ス、ヘミセルロース、糖、及び、タンパク質から成る独特な構造的化合物である 。繊維状藻類は、細胞壁本来の構造成分としてセルロース等の多糖類（巨大で、 複雑な炭水化物鎖）を含むため、成形発泡材や他のプラスチック用途の原材料と して適していることが発見された。これらの構造成分に処理を施すことで、ここ で説明する藻プラスチックの繊維状マトリックスを製造することができる。多く の場合、セルロースは、複雑なミクロフィブリル層から成る長いファイバとして 並んでいる。繊維状藻類中には、ある種の成形工程において、また、結果として 得られる藻プラスチックの寸法安定性と強度において重要な役割を果たし得るよ うな他の材料も見つかっており、水酸基に富む糖や、構造的なグルコサミンやタ ンパク質が含まれている。 本特許出願で述べる目的に用いる生物体は、Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｔａ門、Ｃｈ ｌｏｒｏｐｈｙｃａｃａｅ綱、Ｃｌａｄｐｈｏｒａｌｅｓ目の繊維状の緑藻類で ある。Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｃａｃａｅ綱の緑藻類のうちで、Ｃｌａｄｐｈｏｒａ ｌｅｓ目の繊維状藻類が、本発明の藻プラスチックの製造には特に適している。 これらの藻類はセルロース鎖から成る長いマクロフィブリル構造を備えており、 その基礎構造であるミクロフィブリル層は複雑で、かつ、本質的に強度が高い。 また、Ｃｌａｄｐｈｏｒａｌｅｓ目の藻類は、重要な構造成分であるセルロース に特に富んでいる。 さらに、これらの繊維状藻類の中には、例えば、Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａ ｇｌ ｏｍｅｒａｔａ（Ｌ）Ｋｕｔｚｉｎｇのように、工業、農業、及び、都市排水か らの廃棄物中の汚染物質による富栄養化の結果、非常に有害な割合にまで達して 、生態学上、非常に有害な生物となっているものもある。この生物は、航行、レ クリエーション、水質、及び、特性値に対して悪影響を及ぼしている。アメリカ 合衆国内で使用されている除草剤の３０％は、この有害生物を抑制するために使 用されている。発泡包装材などの用途において、Ｃ．ｇｌｏｍｅｒａｔａをポリ スチレン樹脂の生分解性代替物として使用することから得られる利益に加えて、 これを工業的に使用することで、さらに、コスト効率が良く、生態学的に有効な 有害生物抑制法が得られる可能性が生じる。さらに、本発明の藻プラスチックの 製造において有用な藻類の中には、工業及び家庭廃棄物の排水流や廃棄池で成長 するものもあり、現在未開拓の環境で生育する、新しく、再生可能な工業資源が 得られる可能性が考えられる。 Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目は、ここでは、少なくとも以下の属を含むと定 義される：Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａ属、Ｃｈａｅｔｏｍｏｒｐｈａ属、Ｒｈｉｚｏ ｃｌｏｎｉｕｍ属、Ｐｉｔｈｏｐｈｏｒａ属、Ｖａｌｏｎｉａ属、Ｖａｌｏｎｉ ｐｓｉｓ属、Ｃｌａｄｏｐｈｏｒｏｐｓｉｓ属、Ｂｏｅｒｇｅｓｅｎｉａ属、Ａ ｎａｄｙｏｍｅｎｅ属、Ｍｉｃｒｏｄｉｃｔｙｏｎ属、Ｂｏｏｄｌｅａ属、Ｃｈ ａｍａｅｄｏｒｉｓ属、及び、Ｄｉｃｔｙｏｓｐｈａｅｒｉａ属である。分類学 上の流動性のため、Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目は、さらに、上で説明したよ うな細胞壁の特徴、一般的な化学的並びに物理的組成、構造、及び、機能を有す るＣｈｌｏｒｏｐｈｙｃｅａｅ綱のあらゆる繊維状緑藻類を含むものとする。本 発明において最も好ましい種は、Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａ ｓｐｐ．、特にＣｌａ ｄｏｐｈｏｒａ ｇｌｏｍｅｒａｔａ Ｋｕｅｔｚｉｎｇ、Ｃｈａｅｔｏｍｏｒ ｐｈａ ｓｐｐ．、Ｐｉｔｈｏｐｈｏｒａ ｓｐｐ．、及び、Ｒｈｉｚｏｃｌｏ ｎｉｕｍ ｓｐｐ．である。 現在の世界における汚染による富栄養化状況のもとで、採収するのが最も好ま しい種は、Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａ ｇｌｏｍｅｒａｔａ Ｋｕｅｔｚｉｎｇであ る。世界中で、この種は、繊維状緑藻類の中で最も広く分布し、最大のバイオマ スを擁している。さらに、この種は、細胞壁中のセルロースＩ（結晶性の高いセ ルロースの形状）ミクロフィブリルの比率が二番目に高い属である。しかし、当 業者には、他のＣｌａｄｏｐｈｏｒａ ｓｐｐ．、Ｃｈａｅｔｏｍｏｒｐｈａ ｓｐｐ．、Ｐｉｔｈｏｐｈｏｒａ ｓｐｐ．、及び、Ｒｈｉｚｏｃｌｏｎｉｕｍ ｓｐｐ．が全て細胞壁にセルロースＩを含み、これらを下に説明する様々な処 方や用途に用いることも可能であることが理解できるであろう。 培養するにあたっては、好ましくは、Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａ ｇｌｏｍｅｒａ ｔａ Ｋｕｅｔｚｉｎｇ、Ｃｈａｅｔｏｍｏｒｐｈａ ｓｐｐ．、Ｐｉｔｈｏｐ ｈｏｒａ ｓｐｐ．、及び、Ｒｈｉｚｏｃｌｏｎｉｕｍ ｓｐｐ．が用いられる 。例えば、Ｐｉｔｈｏｐｈｏｒａ ｓｐｐ．は、一般に浮漂しており、流れのな い水を好む傾向を有する。従って、これらは、汚染された廃棄池で培養するため の最適の候補である。しかし、最終的には、最高品質のセルロースと、水素結合 を誘導する関連の多糖類の収率が最高となるように栽培できる、或いは、生物工 学的に改変できるような、Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目が用いられることにな る。株の改良は、研究室内の標準的な条件下で単一の藻を培養することによって 、或いは、ゲノムの組換え処理により遺伝子を導入することによって、行うこと ができる。 Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目が、発泡包装材製造のための原材料として特に 適しているのは、その繊維状構造とマクロフィブリル構造のためである。Ｃｌａ ｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目は、その複雑なミクロフィブリル構造の結果として、１ メーター、或いは、それ以上の長さを持つファイバを持ち、その構造は、繊維状 緑藻類から製造した発泡包装材の構造上の完全さ、寸法安定性、及び、強度にお いて、重要なファクターとなりうる。これらのファイバは、主に、セルロースの 高強度の形状であるセルロースＩから成り、グルコサミン等の他の強い構造材料 を含む場合もある。これらのファイバの強度は、上記のように、本来的に互いに 織り込まれているフィブリル構造の結果である。 より詳細には、藻プラスチックから製造される物体は、その機能を果たすため に十分な強度、寸法安定性、及び、圧縮性（例えば、包装材として機能するため に十分な寸法安定性）を備えていることが重要である。また、場合によっては、 湿った空気の中でも、寸法安定性を維持することが重要である。例えば、藻発泡 プラスチックの寸法安定性は、その藻発泡プラスチックが使用される用途用の押 出ポリスチレンや発泡ポリスチレンから決定される特性の範囲内とすることがで きる。最終的な発泡製品の引張強さと圧縮強さは、フィブリル構造自体の影響を 受けるだけでなく、共存するヘミセルロースの水素結合能にも影響される。繊維 状構造内の多糖類は、内因性の多糖類性の糊として機能し、発泡包装材の凝集性 を強化し得る。最後に、多くの用途において、製品は、リサイクル可能、及び／ 或いは、破棄後に生分解性でなければならない。これらの藻類から製造された発 泡材は多孔性であり、植物性の成分から成るため、もともと生分解性ではあるが 、比較的疎水性であるために、吸湿が遅く、従って、通常の使用条件下では、ゆ っくりと分解することとなる。 さらに、これらの構造は多糖類材料や糖類によって取り囲まれており、これら が発泡反応に参加することで、合成ポリオールのような合成材料を代わりに用い る必要性が低減する。これらの繊維状藻類は、本来的にヘミセルロース含量が高 く、水酸基含量が高いため、この目的のためには特に有用である。これらの水溶 性の糖類は、乾式パルプ化の条件下では、様々な発泡反応にも寄与しうる。乾燥 した藻樹脂やパルプに内在する水分含量でさえも、例えば、蒸気爆発発泡法にお いては重要である。 Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目の分類法を下にまとめた。Ｃｌａｄｏｐｈｏｒ ａｌｅｓ目は、直鎖状で分枝した繊維状の植物であって、互いに連結した細胞か ら成る。多核細胞は含まれていたり、含まれていなかったりし、一般に、連続的 なクチクラで覆われて、フィラメントを形成している。これは、Ｃｈｌｏｐｈｙ ｃａｅａｅ綱の他の目と対照的である。他の目は、単細胞の、或いは、細胞がコ ロニー状に配置した植物である。フィラメントは、根茎によって基質に接着し手 いるか、或いは、浮遊している。細胞は、壁細網を形成する多数の円盤状の角状 葉緑体を含むが、これらが原形質気泡内部の網目まで伸長している場合もある。 壁の主な多糖類は高結晶性のセルロース（セルロースＩ）であり、交差したフィ ブリルパターン状に、多数のミクロフィブリル層を形成している。少なくとも一 つの種、つまりＰｉｔｈｏｐｈｏｒａでは、外壁と横壁に、セルロースＩの他に 、ｎ−グルコサミン（キチン）が含まれている。外壁に二酸化ケイ素を含む種は 一種、或いは、それ以上存在する。生殖は、無性生殖、或いは、有性生殖の何れ かである。 Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目の非常に複雑かつ正確な壁形成系から、ミクロ フィブリルの沈着と配位は、非常に正確な制御下にあり、ミクロフィブリルの生 成と配位は、細胞質の最外層の作用であることが示唆された。ミクロフィブリル の組は、胞子を形成している細胞に沈着し、まず、最初に沈着するものが横軸に 対して小さな角度で沈着し、次いで、第二番目に沈着するものがより大きな角度 で沈着し、最後に、第三番目がある場合はそれが沈着する。沈着のリズムは、複 数の細胞分裂を通して娘細胞によって維持されるので、フィラメント中で隣接す る細胞は、同じ方向に配置した最内層を有する。このような層の配位の結果、強 度が高く、寸法安定性の高い構造が得られる。 繊維状藻類のミクロフィブリルは、一般に、その伸長末端に酵素や他の因子を 含む末端合成複合体（ＴＣ）の形成を通して合成される。ＴＣ構造は、繊維状藻 類の細胞壁中における最終的なミクロフィブリルの集合状態を決定する。ＴＣに は２つの基本的な形状がある：ロゼット状、及び、糸状である。 繊維状緑藻類の細胞壁の化学的、及び、物理的性質の相互作用によって、形状 、強度、及び、安定性が提供される。これらの性質には以下のものが含まれる： １．セルロースＩから成るミクロフィブリル層。 ２．フィラメントの内壁と外壁の間に位置し、ミクロフィブリル層を取り囲む 多糖類から成るアモルファスマトリックス。 ３．ミクロフィブリルの外表面に濃縮したヘミセルロース。 ４．ある種の外壁、及び、横壁中のキチン、及び、キトサン。 ５．ある種の外壁中の二酸化ケイ素。 ６．タンパク質、糖タンパク質、及び、ヘテロ多糖類。 一般に、Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目の藻類の繊維は、二重の細胞壁に覆わ れた細胞から構成されている。内壁は個々の細胞を覆い、一方、薄い外壁は繊維 全体を鞘のように覆っている。細胞壁の大部分は、剛性と強度を提供するミクロ フィブリルエレメントからできている。最も一般的なミクロフィブリル成分は、 多糖類であるセルロースである。Ｃｈｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目では、Ｃｌａ ｄｏｐｈｏｒａ属、Ｃｈａｅｔｏｍｏｒｐｈａ属、Ｐｉｔｈｏｐｈｏｒａ属、及 び、Ｒｈｉｚｏｃｌｏｎｉｕｍ属の全ての種は、高結晶性のセルロースの形状で あるセルロースＩ、或いは、天然セルロースを含んでおり、一方、Ｓｐｏｎｇｏ ｍｏｒｐｈａ ｓｐｐ．は、全て、セルロースＩＩ（不規則的に配置された分子 を含み、重合度が低い形状のセルロース）を含んでいる。Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａ 属では、ミクロフィブリル材料のパーセンテージは約２８．５％であり、Ｃｈａ ｅｔｏｍｏｒｐｈａ属では３６．５−４１％の範囲である。 細胞壁内では、セルロースは通常、二方向に伸長する層の形状で、急な、或い は、緩やかならせん状で存在し、第三の層が存在するときには、第三の層に対し てほぼ直角に、つまり、Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａ属、Ｃｈａｅｔｏｍｏｒｐｈａ属 、及び、Ｖａｌｏｎｉａ属のいくつかの種において、フィブリルが他の２本のフ ィブリルに対して鈍角で伸長するように存在する。ミクロフィブリルは、層の異 なる帯の間に織り込まれている。側壁のミクロフィブリルは、横壁のミクロフィ ブリルと連続している。このような織り込まれて架橋したミクロフィブリルパタ ーンの結果、比較的剛性で、構造的に強度が高く、寸法安定性を有する藻ファイ バマトリックスが得られる。ミクロフィブリル層は、一般に、多糖類から成る水 溶性のアモルファス材によって覆われている。 Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目の細胞壁の多糖類組成は、一般に、以下の通り である： セルロースミクロフィブリル−グルコース、ガラクトース、アラピソース、 及び、キシロース。 水溶性画分−ウロン酸、ガラクトース、グルコース、アラビノース、及び、 キシロース。 ヘミセルロース画分−ガラクトグルコマンナン、アラビノグルクロノキシラン 。 他の糖類は、互いに結合している、或いは、セルロースに結合している、糖タ ンパク質とヘテロ多糖類の成分である。構造的にコラーゲンに関連性を有するタ ンパク質も含まれている。 用途によっては、製造された発泡藻プラスチックの水分含量を低くすることが ある。水分含量が低いことが必要な用途の場合には、発泡工程に続く段階におい て、或いは、発泡工程の一部として、藻プラスチックを脱湿することができる。 低水分含量が必要となるのは、例えば、包装材が、使用中に、水分に感受性の高 い物体に接する場合や、藻ファイバマトリックスの安定性が、プラスチックの水 分含量によって影響される場合である。 包装材として用いる場合には、しばしば、最終的な藻プラスチック製品の製造 に用いる発泡方法と成形方法に応じて、製造する藻フィラメント樹脂が選択され る。例えば、ばらのパッキンを製造するために、ポリスチレン製のばらパッキン の押出法と同様の押出方法を用いる場合には、パルプ化段階の間にファイバの長 さを短くし、また、架橋を最大限とするために、藻の塊からヘミセルロースとデ ンプンを遊離させることが好ましく、そうすることによって、結果として得られ る藻プラスチックの寸法安定性と強度が最適化する。次に、パルプを加熱して、 ヘミセルロースがアモルファス状の塊を形成し、その中にファイバが埋め込まれ ている状態になる温度として、比較的半透明の樹脂を製造し、この樹脂を、押出 機で加熱したときに爆発するために十分な水分含量になるように、ペレット化す る。場合によっては、”はじけさせた”藻プラスチックを塊から切り出して、成 形したばらパッキンとすることもできる。同様の樹脂は、ここで参照する、Ｓｐ ｒａｔｔらの米国特許第４、９９０、３４８号で開示されているようなマイクロ 波爆発式発泡機に用いることもできる。 ここで説明する固形包装材用には、藻樹脂の調製にあたって、例えば、製紙用 に開発されたパルプ化方法などの、どのようなパルプ化方法を用いてもよい。し かし、使用する繊維状藻類本来のファイバ構造の損傷、或いは、破壊を最低限に するという観点から、パルプ化方法を選択することが好ましい。（例えば、同じ 譲渡人に譲渡されている「藻パルプ及びプレパルプ、並びに、それらから製造さ れる製品」という名称の米国特許出願第０７／９２８，９７８号を参照。ここで 参照する。）望ましい最終産物に応じて、パルプ化方法を選択することが好まし い。木材や非木材ファイバの工程で用いられているパルプ化方法及びファイバ調 製法（例えば、Ｐｕｌｐ ａｎｄ Ｐａｐｅｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ｖｏｌ．Ｉ ｅｄ．Ｊａｍｅｓ Ｃ ａｓｅｙ（１９８０年）Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ、ＮＹ；Ｐａｐｅｒｍａｋｉ ｎｇ、ｅｄ．Ｆｒａｎｃｉｓ Ｂｏｌａｍ（１９６５年）Ｃｌｏｗｅｓ ＆ Ｓ ｏｎｓ、ロンドン、第４章及び第５章；Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｃｈａ ｎｉｃａｌ Ｐｕｌｐｉｎｇ、ｅｄ．Ｊａｍｅｓ Ｃａｓｅｙ（１９８４年）Ｍ ａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ、ＮＹ；及び、Ｊｏｊｎｔ Ｔｅｘｔｂｏｏｋ Ｃｏ ｍｍｉｔｔｅｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｐａｐｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ、ｅｄ．Ｔ．Ｇ ｒａｃｅとＥ．Ｍａｌｃｏｌｍ（１９８９年）ＴＡＰＰＩ、アトランタを参照。 全てを引用する。）は、一般に、本発明のＣｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目のパル プの製造に利用可能である。 大部分の藻プラスチックにおいては、パルプ化の目的は、藻の繊維状構造を最 大限に維持し、ファイバの架橋能を最適化することである。従って、一般に、主 として機械的で、穏やかな方法が望ましい。一方、使用する発泡方法によっては 、藻ファイバの様々な多糖類成分表面の化学構造を露出させるような、或いは、 変化させるようなパルプ化工程を使用してもよい。例えば、最終的な発泡方法が 、樹脂の水酸基とイソシアン酸塩との反応を利用した、主成分である藻ファイバ のパーセンテージが高い、架橋した強固な材料を製造するようなものである場合 には、この点は非常に重要である。 Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目の藻パルプは、機械的パルプ化法によって、穏 やかな化学的作用と選択的抽出によって、生物的パルプ化法によって、或いは、 これらの組み合わせによって製造できる。選択するパルプ化方法は、１）用途に 適したファイバ長を維持、或いは、作り出す方法、また、２）ヘミセルロースや 他の糖重合体を区別をつけて選択し、及び／或いは、露出させることで、水酸基 の比率を上昇させ、水素結合能を上昇させ、或いは、混合物中のセルロースの比 率を上昇させて、藻樹脂の架橋を最大限とするような方法、でなければならない 。これらの抽出法は、常に、横断せん断を除いては、藻類のフィラメント構造を ほぼ完全な状態に維持するように、選択されるものである。 藻類の機械的パルプ化には、木材及び非木材ファイバをパルプ化する際に使用 される様々な機械的パルプ化法のうちの、どれを用いてもよい。一般には、藻プ ラスチックにおいて望まれるファイバ長に応じて、どの工程を使用するか、及び 、パルプ化の時間が決まる。機械的パルプ化工程の例としては、ディスクリファ イナー、グラインダー、及び、回転ブレードブレンダーの使用が挙げられる。さ らに、パルプの機械的処理の一部として、叩解、及び、精製を行ってもよい。こ れらの工程は、しばしば、パルプファイバのけん濁液を、回転している回転子と 静止している固定子との間の狭いギャップに通すことによって、水の存在下で行 われる。ここで、回転子と固定子は、共に、ストックの流れの線にほぼ沿って並 んだ棒、或いは、ナイフを備えている。叩解、及び、精製の主な効果は、パルプ ファイバの比表面積を広げることである。”叩解”という用語は、一般に、例え ば、オランダ式ビータやその改良品などにおけるストックのバッチ処理に用いら れる。”精製”という用語は、ストックが、一つ、或いは、直列、又は、並列に 並んだ複数のリファイナーを連続的に通過するときに用いられる。本発明におい て有用なリファイナーの例としては、ディスク型、円錐型、或いは、広角型が挙 げられる。 機械的叩解工程の他に、高強度音波を用いてパルプファイバにエネルギーを加 えるパルプの超音波処理を用いて、叩解を行ってもよい。 Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目の藻類をパルプ化するにあたって、本発明で有 用な化学的工程としては、アルカリ亜硫酸塩、酸亜硫酸塩、中性亜硫酸塩、硫酸 塩（Ｋｒａｆｔ及びＧｒｅｅｎ Ｌｉｑｕｏｒ）、重硫酸塩、並びに、ポリスル フィドを用いる反応が挙げられる。また、苛性ソーダ（コールドソーダ等）、ソ ーダＡＱ（水酸化ナトリウム、及び、アントラキノン）、重炭酸ナトリウム、及 び、ソーダー酸素反応等の非硫黄化合物を用いたパルプ化方法を用いてもよい。 これらの化学的工程を、ディスク精製、或いは、叩解などの、機械的に繊維を ほぐす方法や機械的なパルプ分解段階と組み合わせて、化学機械的パルプ化工程 とすることもできる。例えば、藻の塊を、短時間の間、及び／或いは、少量の化 学薬品を用いて、冷水酸化ナトリウム溶液に浸す、或いは、他の化学的方法で処 理する。次に、部分的にパルプ化した藻類を、機械的に繊維にほぐすステップに 供し、よりきめ細かく、分散したファイバとする。しかし、使用するパルプ化工 程に関わらず、目的とするのは、常に、藻樹脂中の藻ファイバの品質と利用しや すさを維持し、かつ、最大限として、藻ファイバの架橋を最適化し、そうするこ とで、最終的な藻プラスチックの寸法安定性と強度を最適化することである。 主なパルプ化手段として、藻の塊に、熱エネルギーと機械的な力とを加える熱 機械的、或いは、化学熱機械的パルプ化工程を用いることもできる。熱機械的パ ルプ化工程において生成したパルプは、一般に、たいていの化学的、並びに、化 学機械的パルプ化法によって生成されるもものよりも、長いファイバを含み、ヘ ミセルロースレベルが高い。 さらに、藻類を酵素的に消化することによってセルロースフィブリルを遊離さ せる生物的パルプ化工程を用いて、藻パルプを製造することもできる。これらの 工程を用いて、藻類の非セルロース成分を消化し、また、セルロースファイバ自 体の性質を変化させて、ファイバを露出させ、架橋を促進することができる。例 えば、生物的パルプ化工程は、精製酵素、又は、半精製酵素を用いて行うことが でき、或いは、パルプ生成工程において藻の成分を消化するように働く微生物体 （天然、及び、改変されたものの何れでもよい）で処理することによっても、実 施できる。 本発明によって藻プラスチックを製造するにあたっては、適切な数の水酸基を 露出するようなパルプ化方法を用いて、藻パルプを製造することが一般に好まし い。例えば、フィブリル構造を少なくとも部分的に破壊して、通常はファイバ中 に埋め込まれているミクロフィブリルエレメントの一部を露出することで、水酸 基を露出することができる。藻プラスチックを製造する発泡方法が、ウレタン発 泡法のように非極性の方法である場合には、乾式精製／パルプ化方法を用いる、 或いは、臨界超過抽出／反応条件を利用することが有益である。例えば、乾式パ ルプ化法による水酸基の露出は、最小限の量の水を用いて、ブレンダー法によっ て行うことができる。このような条件下においては、製造された樹脂は、発泡方 法に応じて、発泡混合物に添加する前に乾燥して、簡単に粉砕できたり、或いは 、そのままで使用できるような樹脂である。例えば、製造工程において、パルプ ファイバのけん濁液を、回転している回転子と静止している固定子の間の比較的 狭いギャップに通して、藻ファイバの薄さを合わせるために、狭いブレード孔を 有するリファイナーを用いることもてきる。 水性発泡法には、湿式パルプ化法を利用することができる。例えば、機械的な 湿式パルプ化法を用いて、水酸基を有する分子を保存し、かつ、多く露出させて 、ファイバの架橋を促進することができる。藻ファイバを膨潤、或いは、伸展す るために、藻ファイバを”浸す”ことが有益な場合もある。さらに、藻ファイバ の精製に続いて、パルプを化学的、或いは、酵素的に処理して、ヘミセルロース の水酸基をさらに露出することもできる。しかし、非極性の発泡方法において、 湿式パルプ化法を使用する場合には、発泡の前に、得られたパルプを乾燥しなけ ればならないのは明らかである。或いは、水性発泡法において、乾式パルプ化法 を利用する場合には、パルプを水和すればよい。 本発明の藻プラスチックは、藻プラスチックの性能、強度、及び、寸法安定性 を改良できる、或いは、加工上の問題点を解決できるような、一連のプラスチッ ク添加物のうちの少なくとも一種類を含んでもよい。適切な藻プラスチック添加 物としては、酸化防止剤、静電防止剤、化学的発泡剤、相溶剤、難燃剤、熱安定 剤、衝撃調製剤、撥水剤、溶剤、紫外線安定剤、殺菌剤、顔料と着色剤、充填剤 と補強可塑剤、泡安定剤、及び、粘度調整剤、が挙げられる。どの条件下で、ど の添加物が有効であるか、また、どの添加物が最終的な藻プラスチックの生分解 性にどの程度影響するか、は、当業者には明らかであろう。 酸化防止剤は有名な添加物であり、藻プラスチックとその成分の酸化分解を遅 らせるのに役立つ。分解は、しばしば、熱、紫外線照射、機械的せん断、或いは 、金属不純物によってフリーラジカルが生じることで開始する。フリーラジカル が生成すると、連鎖反応が始まり、藻プラスチックの酸化が開始する。ラジカル と酸素分子とが反応すると、ペルオキソラジカルが生じ、これが入手可能な水素 原子と反応して、不安定なヒドロペルオキシドと別のフリーラジカルを生じる。 酸化防止剤がないと、これらの反応は自己伝播的に進行し、藻プラスチックが分 解される。 一般に、本発明において有用な酸化防止剤は、二つの基本型、つまり、一次、 及び、二次、に分類できる。一次酸化防止剤は、活性な水素原子を提供すること で、フリーラジカルを捕らえて、安定化する。束縛フェノール類（例えば、チオ ビスフェノールや、アルキリデンビスフェノール）、及び、芳香族アミンは、本 発明で有用な一次酸化防止剤の二つの代表例である。二次酸化防止剤は、不安定 なヒドロペルオキシドを安定な産物へと分解することで、追加のフリーラジカル の生成を防止することができる。亜リン酸塩とチオエステルが、有用な二次酸化 防止剤の二つの代表例である。藻プラスチックの処方の中に、二次酸化防止剤、 或いは、相乗剤を、一次酸化防止剤と共に、使用してもよい。 ここで説明する藻プラスチックの多くは、それ自体が本来的に静電防止性であ る。しかし、藻プラスチックを標準的な静電防止剤で処理して、例えば、電子部 品のパッキンのように、電気的に感受性の高い装置における利用を増やすことが 望ましい場合がある。静電防止剤を本発明の藻プラスチック中に処方、或いは、 藻プラスチック上にコートすると、静電荷を分散することができる。静電気を分 散することで、スパーク、塵の誘引、或いは、加工中の干渉等の問題を防止する ことができる。藻プラスチックの製造においては、外用、及び、内用、の二つの タイプの静電防止剤が使用される。外用、或いは、局所的静電防止剤は、スプレ ー、塗付、或いは、含浸等の方法によって、藻プラスチックの表面につけること ができる。内用静電防止剤は、加工中に、藻樹脂の中へ成分として混和すること ができる。これらの薬剤は、扱っている間に、ブルーミング（静電防止剤が藻プ ラスチック表面に移動していくこと）という過程を通じて徐々に失われていく藻 プラスチックの静電防止性を補足する能力を有する。このように、内用静電防止 剤によれば、長期間にわたって、静電荷から保護できることとなる。本発明にお いて有用な静電防止剤としては、周囲の空気から湿気を吸収し、ポリマーの表面 に電荷を分散する水の伝導層を作り出す吸湿性化合物が挙げられる。そのような 吸湿性化合物の例としては、第四アンモニウム化合物とアミン類、及び、それら の関連誘導体が挙げられる。リン酸塩と脂肪酸エステル、多価アルコール誘導体 、硫化ワックス、エトキシル化及びプロポキシル化脂肪酸及び芳香族化合物、並 びに、他の物質も使用することができる。 相溶剤とは、さもなくば混合しない、或いは、部分的に混合しない藻プラスチ ックの成分に対して、永久的な相溶性、又は、融和性を与え、そうすることによ って、成分毎に分離しないような、均一の材料を作り出す薬剤である。本発明に おける相溶剤は、界面張力を低下させることによって相溶性を上昇するものであ り、固体ポリマー性界面活性剤として機能しうる。これらの相溶剤は、さらに、 反応性と、非反応性と、に分類できる。反応性相溶剤は、混ぜ合わせる間に、藻 プラスチック系と化学的に反応し、非反応性相溶剤よりも、広い範囲の系にまた がって有効である。しかし、これらが提供する相溶性の程度は、混ぜ合わせの条 件に強く影響される。非反応性相溶剤は、ブロック共重合体、或いは、グラフト 共重合体であることが多く、混ぜ合わせる間に、藻プラスチックの成分と、化学 的にではなく、物理的に相互作用を行う。 難燃剤は、藻樹脂中に物理的に混和することができる、或いは、反応して藻プ ラスチックの一部となることができるような化合物である。これらは、藻プラス チック製品を処理して、燃焼に対する耐性を改善、或いは、改変するために用い られる。難燃材は、燃焼を物理的、或いは、化学的に妨げるように、しかし、十 分な熱と酸素が存在するときには、藻プラスチックが燃焼することを妨げないよ うに、選択される。 熱安定剤は、熱分解を防止するために藻プラスチックに添加され、熱にさらさ れる最終産物の寿命を長くするために用いられる。溶剤、ＵＶ安定剤、及び、相 乗性酸化防止剤は、しばしば、熱安定剤と共に使用される。 衝撃調製剤／可塑剤は、最終的な藻プラスチックの応力に対する耐性と、製品 の外観と耐久性とを向上させ、疎水性などの藻プラスチックの性質を改変するた めに、藻プラスチックの中に処方される。これらの添加剤は、一般にエラストマ ーであるが、ある種のプラスチックを使用することもできる。本発明において有 用な衝撃調製剤／可塑剤の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸 、マレイン酸、イタコン酸と、エチレン、塩化ビニル、酢酸ビニル等のビニルエ ステル、ビニルエーテル、アクリル酸エステル、アクリロニトリル、ピロリドン 等のモノマー類、及び、他の既知のモノマーと、の共重合体が挙げられる。また 、メタクリレート−アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンと、アクリロニト リル−ブタジエン−スチレンのようなポリスチレン；塩化ポリエチレン、ポリビ ニルアルコール；及び、エチレン−酢酸ビニルも含まれる。これらの添加物は、 溶融工程を速めて、溶融物の流動性と機械的性質を向上させることもできる。さ らなる例としては、ポリエチレン、ポリイソブチレン、ポリプロピレンなどのポ リオレフィン；ポリ（塩化ビニル）、ポリ（酢酸ビニル）などのビニルポリマー ；ポリアクリロニトリル；ポリメタクリル酸塩などのポリアクリル酸塩；ポリア セタール；ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリ （アルキレンテレ−フタル酸塩）などの熱可塑性の重縮合物；ポリアリルエーテ ル；ポリイミド；アルキレン／ビニルエステル共重合物；エチレン／ビニルアル コール−共重合物；アルキレン／アクリル酸塩又はメタクリル酸塩共重合物；エ チレン／エチルアクリル酸塩共重合物；エチレン／メチルアクリル酸塩共重合物 ；ＡＢＳ共重合物；スチレン／アクリロニトリル共重合物；アルキレン／無水マ レイン酸共重合物；アクリルアミド／アクリロニトリル共重合物が挙げられる。 また、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテートフタレート、ポリビニルピ ロリドン、ポリ（エチレングリコール）、ポリ（プロピレングリコール）、ポリ （エチレン−プロピレングリコール）などのポリ（アルキレンオキシド）、ポリ イソブチレン、リグニンアクリルアミド、リグニン２−ヒドロキシル−エチルメ タクリレート、グリセロール、ペンタエリトリトース、グリセロールモノアセテ ート、ジアセテート、又は、トリアセテート、プロピレングリコール、ノルビト ール、ジエチルスルフォサクシネートナトリウム、トリエチルサイトレート、及 び、トリエチルサイトレートなどの低分子量の有機可塑剤、並びに、同様に機能 する他の物質も含まれる。 さらに、本藻プラスチックは、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、及び、 チタンの酸化物、ヒマワリタンパク質、大豆タンパク質、綿実タンパク質、ピー ナッツタンパク質、血液タンパク質、卵タンパク質、菜種タンパク質、及び、こ れらのアセチル化誘導体、ゼラチン、架橋ゼラチン、酢酸ビニル、及び、アシル 化タンパク質などの充填剤や増量剤と組み合わせることもできる。このような充 填剤は、一般に繊維状ではないため、結果として得られる藻プラスチックに構造 的に寄与するものではなく、主に、結果として得られる藻プラスチックの剛性、 或いは、弾力性を変化させるために添加されるものである。 パルプ化工程においては、藻ファイバによって最終産物が獲得するたわみ性な どの性質を失うことなく、ポリビニルアルコールのような重合化アジュバントの 他に、０から８８％のあいだのトウモロコシ、ジャガイモ、或いは、他の植物性 デンプンを添加することができる。ここで使用する”デンプン”という用語は、 例えば、主にアミロース、及び／或いは、アミロペクチンから成る天然の植物由 来の炭水化物などの非修飾デンプンを含む。これらのデンプンは、例えばジャガ イモ、米、タピオカ、トウモロコシ、豆や、ライ麦、オーツ麦、及び、小麦など の穀物等の様々な植物から抽出できる。”粘り気の高い”米（例えば、スイート ライス、或いは、餅米）のようなグルテン含量の高いデンプン源から得られたデ ンプンは、結果として得られる藻プラスチックの構造上の強度に寄与するため、 本発明で使用すると非常に有利である。デンプンという用語は、さらに、ゼラチ ン化デンプン、又は、調理済みデンプン、酸価を改変したデンプン、及び、破壊 デンプンのように、物理的に修飾されたデンプンをも含む。さらに、例えば、Ｃ ａ²⁺、或いは、Ｍｇ²⁺のような二価イオンがリン酸基と共にデンプンから部分的 に、或いは、完全に洗い流されているデンプンや、同じ、或いは、異なる単価、 或いは、多価イオンによって、完全に、或いは、部分的に置き換わっているよう なデンプンも含まれる。本発明で有用なデンプンの例は、ここで参照するヨーロ ッパ特許出願公開第０，４０４，７２７号（Ｌｅｎｔｚら）、ＰＣＴ出願第ＰＣ Ｔ／ＵＳ９１／０５８７３号（Ｃｏｌｅら）、米国特許第５、０９５、０５４号 （Ｇｕｓｔａｖら）、及び、米国特許第４，６７３，４３８号（Ｗｉｔｔｗｅら ）の中で提供されている。それ自身の強度、及び／或いは、寸法安定性によって 最終産物に寄与しうる他の多糖類も、添加、或いは、デンプンの代替とすること ができる。これには、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、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピル−メチルセルロース 、ヒドロキシプロピルブチルメチル−セルロース、カルボキシメチル−セルロー スナトリウム、ポリビニルピロリドンデントナイト、寒天、デキストラン、キチ ン、ポリマルトース、ポリフラクトース、ペクチン、アルギナート、アルギン酸 やその類似物のような多糖類と修飾多糖類、グルコース、フラクトース、サッカ ロースのような単糖類、ラクトースのようなオリゴ糖、ケイ酸塩、炭酸塩、及び 、重炭酸塩、キサンガム、ガムアリビル、グアーガムのようなガムが含まれる。 さらに、綿、亜麻、及び、木材パルプのような天然ファイバも、藻プラスチック に添加して、強度と寸法安定性を向上させることができる。 強度特性は、乳酸、グリコール酸、これらの重合体、及び、その混合物の他に 、例えばキチンのような、ヘキソアミン等のアミノ基を持つ化合物を添加するこ とによって、向上することができる。 生分解性を維持しつつ、疎水性を増すためには、発泡性の処方に他の添加物を 添加することができる。例えば、処方に、コラーゲン、ゼラチン、或いは、カー ドランのようなタンパク質性の物質を添加することができる。 藻プラスチックが、最終的に、家畜や他の動物の飼料として用いられる場合が ある。例えば、”ピーナッヅ”のような発泡包装材は、包装材としての実用性が なくなった後に、ウシやブタなどの飼料として用いることができる。このように 、最終的な生分解が動物の消化管内で行われる場合には、例えば、タンパク質、 ビタミン、ミネラルなどを添加することで、藻プラスチックの栄養を強化しても よい。例えば、藻プラスチックへのカゼインの添加は、パルプ化段階で行うこと が可能であり、これは、家畜に飼料源を提供するという最終的な目的のために、 必須アミノ酸に富むタンパク質をプラスチックに導入するための代表的な方法で ある。 例えば、食品の包装や、熱い飲料の容器のような用途においては、生分解性に 悪影響を及ぼすことなく、発泡パッキンの表面を、防水表面を形成するような重 合物でコートすることが好ましい場合がある。現在、紙、及び／或いは、プラス チック製品に使用されている標準的な表面被覆剤は、藻発泡プラスチックをコー トするのに適している。 溶剤は、加工中における藻プラスチックの流れ特性を改善するために、藻樹脂 に添加されるものである。これらは、例えば、溶融粘度を低下させたり、或いは 、加工装置の金属表面と溶融した藻プラスチックとの間の接着を低減することに よって機能する。溶剤の選択にあたっては、極性、融点、及び、樹脂への溶解性 を考慮することが重要である。分子摩擦を低減することで、藻プラスチックの溶 融粘度を低下させ、流れやすくするような溶剤は、内部溶剤と呼ばれる。藻プラ スチック溶融物がその周囲の面に接触するときの摩擦を低下させることで、樹脂 を流れやすくする物質は、外部溶剤と呼ばれる。主な溶剤としては、アミン、エ ステル、ステアリン酸金属塩、ワックス、及び、酸が含まれる。適切な溶剤の例 としては、グリセリド、ワックス、脂肪酸、及び、それらの塩などの脂質、アル ミニウム、カルシウム、マグネシウム、及び、スズのステアリン酸塩、ケイ酸マ グネシウム、シリコン、及び、同様に機能する物質が挙げられる。例えば、藻プ ラスチック樹脂の流れ特性を改善するためには、動物性、或いは、植物性脂肪の ような、特に、室温で固体であるような脂質を使用してもよい。例えば、多くの Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₆、及び、Ｃ₁₈脂肪酸のトリグリセリドのような、融点が５０℃ よりも高い脂肪を選択すればよい。 紫外線安定剤は、藻樹脂の光分解の防止に役立つものである。吸収したＵＶが 放散されないと、ポリマー内の結合が破壊されて、フリーラジカルによる連鎖反 応が開始し、藻プラスチックの変色、脆化、そして、最終的には早期の分解が引 き起こされる。つまり、屋外で使用するために設計された藻プラスチック製品は 、藻プラスチック自体よりも多くのＵＶ光を吸収する添加物、或いは、有害なフ リーラジカルとヒドロペルオキシドが生じると、それらを分解するような添加物 で安定化することができる。ＵＶ吸収剤として機能する市販の製品としては、ベ ンゾフェノン、及び、ベンゾトリアゾールの二つが広く使用されており、これら は、本発明の藻プラスチックの成分として混ぜ合わせることができる。 場合によっては、藻プラスチックに殺菌剤を添加して、藻プラスチックパルプ や樹脂、或いは、最終的な藻プラスチック製品中における微生物、菌類、及び／ 或いは、藻類の増殖を防止することが望ましいときがある。殺菌剤は、発泡の前 に、パルプ、又は、樹脂に直接添加してもよいし、或いは、後のコーティング過 程で使用することもできる。本発明において有用な殺菌剤の例としては、塩化メ チルベンゼトニウム、塩化ベンゼトニウム、クロルヘキシジングルコネート、ア ルキルジメチルアンモニウムクロライド、ダイアルキルメチルベンジルアンモニ ウムクロライド、及び、ハロゲン化ヒダントインが含まれる。 藻にはクロロフィルや他の色素分子が存在するため、最終的な藻プラスチック 製品の色が重要となるときには、漂白過程が必要となることがある。藻プラスチ ックの化学的漂白は、木材、或いは、非木材パルプの漂白方法と同じ方法を用い て行うことができる。実際の漂白工程は、使用するパルプ化方法と、最終的なプ ラスチック産物に要求される明度によって、部分的に決定される。本発明の漂白 工程において有用な強力な酸化剤、或いは、還元剤の例としては、二酸化塩素、 次亜塩素酸塩（次亜塩素酸カルシウム、及び、次亜塩素酸ナトリウムなど）、重 亜硫酸塩、亜ジチオン酸塩、過酸化物（過酸化ナトリウム、及び、過酸化水素な ど）、過塩素酸塩、塩化ナトリウム、オゾン、ホウ化水素ナトリウム、及び、チ オグリコール酸が挙げられる。ここで概説した化学的漂白工程は、本発明の方法 によって製造される藻プラスチックの寸法安定性や構造的な特性を低下、或いは 、破壊することなく実施されることが好ましい。 上記の化学的漂白法に加えて、或いは、その代替法として、光漂白を行うこと で、漂白パルプを得ることもできる。藻類を、光合成や細胞成長とは反対の条件 下におき、クロロフィルを含む葉緑体を自己融解させるのである。しかし、細胞 構造や、結果として得られる藻プラスチックの寸法安定性は、光漂白によって悪 影響を受けることはない。適切なエネルギーの存在下では、光漂白によって、藻 類の塊の色を、かなりの部分、除去することができる。必要とされる紙製品の明 度によっては、藻プレパルプの製造のために光漂白を行い、それに続いて、藻パ ルプの化学的漂白を行うことが好ましい場合もある。光漂白に用いるための適切 なエネルギーとしては、自然の太陽光、或いは、葉緑体の漂白を行うのに適した 波長の人工光が挙げられる。 パルプ製造に際してＣｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目をｉｎ ｓｉｔｕ漂白（光 漂白）するためには、通常の自然条件下、或いは、人工的に刺激された条件下に おいて、採収する集団の少なくとも一部が最大成長に達し、かつ、生理学的に葉 緑体の自己融解が誘導されており、クロロフィルの低下が起こっているときに、 Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目の藻類を採収するのがよい。採収前にこのような 成長状態に到達していることが必要な集団のパーセンテージは、使用している特 定の株に応じて、また、最終産物における必要性に応じて、決定される。例えば 、このような画分は、収穫した集団の３０パーセントから７０パーセントの範囲 であってもよい。 採収後は、光漂白に必要な適切なエネルギーを当てながら、Ｃｌａｄｏｐｈｏ ｒａｌｅｓ目の藻類をゆっくりと乾燥させる。スプリンクラーを用いて乾燥工程 を制御し、Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目の藻類の湿度を、葉緑体の分解などの 生理的工程を維持するために十分な湿度に維持することもできる。湿潤が必要か どうかは、周囲の気象条件と太陽の強さによって変化する乾燥速度に応じて決定 することができる。乾燥工程は、藻の塊が完全に乾燥した時点まで、或いは、緑 色の消失で示される、葉緑体が完全に自己融解した時点まで、行わなければなら ない。藻類の塊の光漂白が十分であって、必要であれば、乾燥段階を中止して、 湿り気を含む光漂白後のプレパルプを、直接、パルプ化段階に用いてもよい。漂 白と同様に、ここで説明した乾燥工程は、結果として得られる藻プラスチックの 本来的な寸法安定性と構造上の強度に対して、悪影響を及ぼすことはない。 藻プラスチックを採収して、機械的に水を絞り出してから（例えば、熱、圧力 、或いは、これらの組み合わせを用いて）、材料を加工場所へ輸送することが好 ましい場合もある。乾燥した藻類は、加工場所において、機械的なパルプ化の前 、或いは、後に、人工光、或いは、自然光によって光漂白することができる。Ｃ ｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目の藻類を成長段階で採収すること、或いは、葉緑体 の自己融解を引き起こす、又は、自己融解をしやすくするような生理的な刺激を 与えることが重要である。 セルラープラスチック、或いは、発泡プラスチックとは、塊全体にわたって多 数のセルが存在するために、見かけの密度が著しく低くなっているプラスチック の一つと定義される。セルラーポリマーの名称は標準化されていないが、しばし ば、ベースとなっているポリマーの性質、製造方法、セルの構造、或いは、これ らの組み合わせによって分類される。セルラープラスチック、或いは、発泡プラ スチックは、少なくとも、固相と、内因性のガス、又は、発泡剤由来の気相、の 二つの相から構成されている。フォームが形成されるためには、泡の形成、成長 、及び、安定化のシステムが必要であり、通常、固相の粘度を増大させ、吸着相 への表面アクセスを低下するために、表面張力の抑制剤や、最終産物を安定化さ せる化学的手段（例えば、ポリマー相の架橋）が必要となる。 本発明の発泡藻プラスチックは、一般に、二つの構造コンフィギュレーション のうちの一方をとる：（ａ）個々のセルがプラスチックの壁によって完全に囲ま れている独立セルタイプ、或いは、（ｂ）個々のセルが互いに連通している連続 セルタイプ、である。藻発泡プラスチックは、硬質にも、半硬質にも、或いは、 軟質にすることもできる。最終産物の性質は、藻プラスチックの組成によって影 響を受けるだけでなく、使用した工程のタイプ（例えば、注型、押出し、射出成 形）によっても影響される。 製造されるセルラーフォームのタイプは、ポリマーの剛性の程度、発泡剤、及 び、使用した技術によって決まる。一般に、この分野には、本発明の藻セルラー プラスチックの製造に利用可能であるような、理解の進んだセルラープラスチッ ク製造技術がたくさん存在する。 藻セルラープラスチックの製造に有用な方法の例を以下に挙げる： １．藻プラスチックけん濁液に、空気、或いは、他のガスを機械的に混合（ホ イップ）する； ２．藻プラスチックけん濁液中に溶解したガスを、減圧下で、真空発泡する； ３．藻プラスチックけん濁液の成分を熱で蒸発させ； ４．藻プラスチックけん濁液に、化学的、或いは、熱分解反応によってガスを 生成する化学的発泡剤を混合する； ５．藻プラスチックけん濁液に、ガスを生成する架橋剤を混合する； ６．藻プラスチックけん濁液に、可溶性の結晶、発泡性ビーズ、或いは、樹脂 を添加する。 発泡方法の一つである”ホイッピング”は、藻ファイバを機械的に分離して露 出させ、ファイバが架橋する可能性を最適化し、ホイップした藻パルプに通気を することによって行われる。続いて、パルプを硬化して安定化したプラスチック を成形する前に、ファイバを沈殿させる。或いは、代替法として、通気された構 造を保持するために、ホイップしたパルプを安定化してもよい。標準的なファイ バ長が比較的長い場合には、ファイバはパックされにくく、沈殿させることによ ってフォームを形成する。通気したパルプを沈殿させるかどうか、の選択は、少 なくとも一部は、藻プラスチックに必要とされる密度、強度、及び、寸法特性に よって決まる。 この工程は、ファイバを直接使用することによって、或いは、セルロースを誘 導体化することによって達成できる。前者の場合には、植物体を消化して、セル ロース、及び、ヘミセルロースファイバの濃厚な混合液を作る。消化工程には、 水性の溶液（アルカリ溶液など）を用いてもよい。消化した後、ファイバを沈殿 させて、結果として、ファイバが組み合わさり、もつれ合った状態とする。発泡 レベルは、機械的ホイッピングの程度、パルプ中のファイバ長、界面活性剤の使 用と通気、及び、ホイッピング剤等のファクターによって制御することができる 。 フォームを安定化して、セルラープラスチックとするためには、単に、フォー ムを乾燥させればよい。藻ファイバの機械的な、及び、水素結合による組み合わ さりによって、最終的な発泡プラスチックはかなりの寸法安定性を得ることとな る。ホイッピングの前に、藻のけん濁液に糊や接着剤を添加して、最終的に得ら れる藻プラスチックの強度と安定性を高めることもできる。例えば、ファイバを 低融点のポリマー（例えば、ポリビニルアルコールなど）と架橋剤、或いは、溶 剤に溶かした接着剤でコートしてもよい。”粘着性の”ファイバの間の接触点で 融合がおこることで、フォームのセルラー構造を維持することができる。場合に よっては、表面張力と毛細管現象のために、コートされた物質がファイバの末端 へ移動し、固定したネットワークを形成することもある。 藻プラスチックの真空発泡は、パルプを減圧下においたときに、藻けん濁液中 に存在するガスや蒸気（例えば、物理的発泡剤など）が膨張することによる。（ 例えば、Ｇａｒｄｏｎら、（１９６１年）Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｊｏｕｒｎａｌ、３１：１６０を参照のこと。ここで参照する。）例えば、粉砕 した乾燥藻ファイバを、溶剤、界面活性剤、及び、泡安定剤と混合し、混合物を よく混ぜ合わせて、成形金型に入れる。金型に蒸気の熱を与えることで加熱しな がら（約１５０℃にする）、圧力を加える。所定の時間後に、圧力を緩め、混合 物を発泡させる。 セルラー発泡プラスチックを製造するためには、藻パルプ成分の蒸発を利用す ることもできる。例えば、パルプ成分の間の発熱反応によって、或いは、系に外 から加えることによって発生した熱を用いて、パルプの成分を蒸発させることが できる。蒸発した成分が膨張することによって、フォームが形成される。例えば 、蒸発性の成分は、パルプ中に存在する水であってもよい。蒸気の作用によって 、パルプが膨張し、セルラープラスチックが作られる。本発明の一実施態様にお いては、粉砕した乾燥状態の、或いは、湿ったパルプ状の藻樹脂を約９５℃に加 熱することで、或いは、藻ファイバのペクチン性成分がアモルファス状のゲルの ような状態に達するまで加熱することで、発泡プラスチックの”スターター”材 料を調製することができる。セルロースフィブリルはアモルファス状の物質に取 り囲まれており、この材料を所定の水分含量まで乾燥させる。乾燥材料はペレッ トの形状であってもよい。続いて、ペレット中に残っている水分を加熱する押出 機、或いは、マイクロ波発泡装置を用いて、乾燥材料を蒸気爆発に供し、蒸気を 発生させて、ペレットを”ポンポンと”膨らませる。本発明の別の実施態様にお いては、藻ファイバを他の添加物（例えば、デンプン、水など）と混合し、マイ クロ波、或いは、熱押出機（例えば、スクリュ押出機）によって、直接的に発泡 させてもよい。 下で説明する物理的、及び、化学的発泡剤を用いて、発泡藻プラスチックを製 造することもできる。物理的発泡剤とは、蒸発性の液体、或いは、圧縮ガスであ り、これらがプラスチックの加工中に変化することによって、セルラー構造を有 するプラスチックが生じる。窒素、二酸化炭素、及び、大気などのガス、或いは 、短鎖の炭水化物などの低沸騰性の液体を藻プラスチック樹脂に溶解し、圧力を 緩めることによって、或いは、加工中の熱によって、沸騰させることができる。 化学的発泡剤とは、加工中の熱によって分解するとガスを発生し、発泡藻プラス チック製品を作り出す固体、或いは、液体である。化学的発泡剤は、はっきりと 決められた温度範囲内で分解するように設計することが可能であり、その温度範 囲は、活性化化合物を添加することで、下げることができる。 発泡剤は、藻プラスチックに混ぜ合わせることができ、発泡した（セルラー） 藻プラスチックを形成することができる成分である。発泡剤を用いて藻プラスチ ックを発泡させるのに最も便利な方法は、熱分解の結果、或いは、化学的反応の 結果として、ガスを発生するような化合物を、樹脂内に混合することである。本 発明において有用な発泡剤としては、有機発泡剤と無機発泡剤とを共に挙げるこ とができる。発泡藻プラスチックが独立セル構造であるべきときには、一般に、 有機発泡剤が好ましい。”ソーダ”（重炭酸ナトリウム）、及び、他の無機発泡 剤と対照的に、有機発泡剤は、しばしば、細かい独立セル構造を作り出すために より適している。 一般に、有機発泡剤とは、通常の貯蔵温度、及び、混合温度では安定であるが 、あるはっきりと決められた分解温度において、制御可能にガスを発生するよう な有機化合物である。入手可能な有機発泡剤には、様々な性質のものがある。重 要な点は、ガスを発生する温度が異なることと、分解産物の性質である。またこ れらの薬剤は、膨張可能な藻プラスチック中に存在し、活性化剤、或いは、抑制 剤として機能しうる他の材料に対しても、異なる反応を示す。窒素は不活性で、 無臭無毒のガスであるので、窒素を放出する発泡剤が最も好ましい。しかし、例 えば二酸化炭素のような他のガスを発生する発泡剤を用いて製造することもでき る。本発明において有用な発泡剤の例としては、アゾジカルボンアミド、ジニト ロペンタメチレンテトラミン、ベンゼンスルフォニルヒドラジド、ｐ−トルエン スルフォニルヒドラジド、ｐ，ｐ−オキシビス（ベンゼンスルフォニルヒドラジ ド）、５−フェニルテトラゾール、及び、スルフォニルセミカルバジドが挙げら れる。プラスチックの水分含量や化学組成のような条件が、発泡剤の分解温度に 影響することは良く知られている。また、様々な活性剤、或いは、抑制剤を用い て、分解温度を上下に調整することができる。 上記の工程は、平均のファイバ長が長い藻パルプに最適な方法である。しかし 、藻ファイバが短いときには、架橋技術によって、セルラープラスチックの製造 に関してよりよい結果を得ることができる。発泡のためには、架橋剤と溶剤が必 要となる。可能性のある架橋剤としては、ジイソシアン酸塩、グルタルアルデヒ ド、メラミンホルムアルデヒド、及び、尿素ホルムアルデヒドが挙げられる。発 泡工程の間に、計測した量の架橋剤を、ファイバと溶剤が入った反応チャンバに 加える。次に、混合物に熱、及び／或いは、圧力を加えて、溶剤を蒸発させ、発 泡構造を得る。この藻プラスチックのセル構造を安定化するためには、Ｎａ₂Ｓ ｉＦ₆や、Ｓｉ、及び、Ａｌ化合物のような泡安定剤を、適量使用することが有 用である。 架橋剤としてイソシアン酸塩を使用することについてより詳しく述べると、本 発明の藻プラスチックは、ポリウレタン発泡法と同様な、或いは、類似のイソシ アン酸塩ベースの方法を用いて製造することができる。ポリウレタンフォームは 、水酸基を持つ化合物（ポリオール）とイソシアン酸塩とを反応させることで調 製される。藻類の多糖類は、水酸基を有するファイバ源として架橋に関与し、様 々な形状で、イソシアン酸塩によって作り出されたフォーム内に組み込まれる： つまり、（ａ）非修飾型；（ｂ）誘導型；（ｃ）解重合、及び、誘導型、並びに 、（ｄ）非炭水化物性ポリオールへの変換型、である。パルプ化段階と同時に、 或いは、パルプ化段階に続いて、後の化学的修飾を行うことができる。さらに、 ポリエステルポリオールのような他のポリオールをパルプに添加してもよい。藻 プラスチックを製造するための、ウレタン様の反応（イソシアン酸塩をベースと した反応）において有用なイソシアン酸塩の例としては、トルエンジイソシアン 酸塩（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアン酸塩（ＭＤＩ）、及び、ポリメ チレンポリフェニルイソシアン酸塩（ＰＡＰＩ）が挙げられる。 イソシアン酸塩ベースでフォームを製造する際には、二つの反応が起こる。第 一の反応では、イソシアン酸塩が、藻パルプの多糖類の水酸基と反応して、鎖の 間で架橋を形成する。第二の反応は、化学的、或いは、物理的性質のものであり 、発泡ガスが発生し、発泡したフォーム構造が形成される。化学的反応において は、イソシアン酸塩と多糖類との反応によって、ポリマー構造のフォームが形成 される。同時に、イソシアン酸は反応混合物中に含まれる水と反応して、中間産 物であるカルバミン酸を生じ、これが分解して、マトリックスを発泡させる発泡 剤である二酸化炭素を生じる。物理的反応においては、膨張が起こるために、発 泡剤（例えば、不活性な低沸点性の化合物）が蒸発する。発泡剤は処方中に添加 され、発泡構造は、多糖類−イソシアン酸塩の反応から生じた熱によって発泡剤 が沸騰することで形成される。 発泡藻プラスチックは、可溶性の結晶や、発泡ビーズ、或いは、樹脂を、藻パ ルプに添加することによっても製造できる。例えば、セルロースをアルカリ（Ｎ ａＯＨ）溶液中で誘導体化し、生成した濃いけん濁液にＮａ₂ＳＯ₄の結晶を添加 する。これらの結晶は、パルプ化したファイバの濃厚なスラリー中にけん濁され 、捕らわれた状態となる。この時点で、セルロース構造を沈殿させるために、Ｈ₂ ＳＯ₄を添加する。次に、セルロース中のＮａ₂ＳＯ₄の結晶を水で洗い流すと、 半多孔性の連続セル状の藻フォーム構造が得られる。藻フォームの大きさは、結 晶の大きさを調節することで、制御可能である。 セルロースの分散が不十分である場合には、原材料のパルプでも実施可能であ る。このパルプにＮａ₂ＳＯ₄の結晶をを添加する。ファイバは、粘性の高い液体 中で沈殿し、先に説明したように、機械的に組み合わさって、構造上の強度と寸 法安定性を提供する。続いて、Ｎａ₂ＳＯ₄の結晶を水で洗い流すと、フォーム構 造が得られる。フォーム構造をより良いものにするために、界面活性剤と泡安定 剤を使用してもよい。Ｎａ₂ＳＯ₄の代わりに、他の結晶を使用してもよい。 さらに別の実施態様においては、発泡セルラープラスチックよりも高い寸法安 定性を必要とする用途に使用できるような、非発泡プラスチック（例えば、”硬 質”プラスチック）を製造することが望ましい場合がある。そのような場合には 、セルラープラスチックの構造を作り出すために必要な発泡剤などが提供されな いような技術を用いて、藻プラスチックを製造することができる。そのような固 形プラスチックは、例えば、射出成形によって、或いは、藻プラスチック樹脂を 長網抄紙機にかけて製造した藻プラスチックのシートをスタンピングすることに よって、目的物に成形できる。そのような固形藻プラスチックから得られた藻プ ラスチック目的物の例としては、生分解性のゴルフティー、生分解性のプラスチ ックバッグ、及び、それらの類似物などが含まれる。 例１ 藻プラスチック樹脂は、繊維状の緑藻類であるＣｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目 の藻類から、藻を均一の顆粒にまで乾燥粉砕することによって、製造できる。満 足のいく樹脂を製造するためには、前もって空気乾燥した５ｍｇのＣ．ｇｌｏｍ ｅｒａｔａ Ｋｕｅｔｚｉｎｇを研究用のワーリングブレンダーに入れ、可能な 限り遅い速度で５秒間かくはんして、ばらばらの凝集していない繊維状樹脂を製 造する。目視、或いは、走査型顕微鏡によって観察したところ、せん断を除けば 、ファイバは、明らかな損傷を受けていないことが観察された。 例２ 繊維状の緑藻類のパルプにポリオールを添加して、イソシアン酸塩を用いて発 泡藻プラスチックを製造した。この技術は、藻ファイバとポリオールの水酸基と 、イソシアン酸塩との反応によってフォームを形成するという、先に説明したイ ソシアン酸塩ベースの方法によっている。藻樹脂を、ポリエーテルポリオールと イソシアン酸塩との混合物（ＭＯＮＤＵＲ ＭＲ（ＬＩＧＨＴ）（４，４−ジ フェニルメタンジイソシアン酸塩；ジフェニルメタンジイソシアン酸塩、及び、 ＭＤＩの高級オリゴマー）と反応させて、架橋を作成し、それによって、剛性の 藻発泡構造を得た。フォームを形成するために発泡剤（ペンタン）を使用し、反 応を促進するために、触媒（ジメチルエタノールアミン）を使用した。 適量の原材料を、室温で、容器、或いは、適切な金型中で混合した。例えば、 約４０パーセント（ｖ／ｖ）の藻類から成る藻ウレタンフォームを製造する場合 には、体積／体積のパーセンテージで示したところで、２８％のポリオール、４ ０％の乾燥粉砕繊維状緑藻（Ｃ．ｇｌｏｍｅｒａｔａ Ｋｕｅｔｚｉｎｇ）、４ ％の触媒、５％のペンタン、及び、２３％のイソシアン酸塩、を混合した。混合 後、藻パルプが隆起し始め、発泡構造を形成した。触媒の量を制御することで、 発泡速度を調節した。この例においては、典型的な発泡時間が約３分から１５分 の範囲となるように調節した。ある反応で用いる藻類のパーセンテージは、その 用途の必要に応じて調節可能である。上で説明したように、約７０パーセント（ ｖ／ｖ）の藻類から成る藻ウレタンフォームを製造する場合には、１６％のポリ オール、６６−７０％の乾燥粉砕藻類、２％の触媒、３％のペンタン、及び、１ ３％のイソシアン酸塩を用いて、発泡反応を行う。藻ファイバが存在しない条件 で発泡反応を行うと、発泡プラスチックが形成されない、という点は重要である 。 図１−３は、本例で説明したポリウレタン発泡法で製造した藻フォームの断面 図である。図１は、細かく粉砕した藻成分を体積で２０％含む発泡藻プラスチッ クのものである。図２は、細かく粉砕した藻成分を体積で４０％使用した藻プラ スチックのものである。図３は、細かく粉砕した藻成分を体積で６０％使用した 藻プラスチックのものである。各々の発泡藻プラスチックは、独立セルタイプで あった。図４、５、及び、６は、図１−３に示した藻プラスチックの表面の顕微 鏡写真である。 本技術によって製造された藻フォームは、かなり剛性で、弾力性を有し、衝撃 耐性が高かった。これらの性質は、ポリスチレン包装材の性質と類似している。 本方法で製造された藻プラスチックの圧縮プロフィール（例えば、圧縮強さ、及 び、圧縮モジュラス）は、ポリスチレンフォームにおけるものの範囲内であった 。例えば、図７−９は、イソシアン酸塩ベースの発泡方法によって製造された、 体積あたり４０％、７０％、及び、６０％の藻プラスチックの圧縮強さと密度と をプロットしたものである。図７には、押出、及び、発泡ポリスチレンの圧縮デ ータも含めた。最終的な発泡製品の剛性、或いは、弾力性は、使用した藻材料の パーセンテージと、使用した他の添加剤、例えば、ポリオール、イソシアン酸塩 などのパーセンテージによって影響を受ける。典型的な密度は、０．０８から０ ．１５ｇ／ｃｍ³くらいであることが判明した。さらに、使用したポリオールの 量によって、発泡材料の圧縮性が影響を受け得ることが判明し、ポリオールの量 が多いと（例えば、３５パーセントｖ／ｖ以上）、発泡材料の性質は柔らかいフ ォーム状となることが分かった。また、発泡剤を増やすと、藻フォーム中の多孔 性が増すことが分かった。発泡剤を非常に大量に添加すると、孔のサイズも大き くなり、藻フォームは非常に脆性となる。 発泡を成功するためには、藻パルプの水酸基数を決定し、使用するポリオール の水酸基数を正確に知ることが必要である。水酸基数の計測方法は、本分野では よく知られている。 上で説明したイソシアン酸塩ベースの発泡法は、射出成形法における反応にも 利用できた。例えば、測定した量の反応液をポリエチレン金型に入れ、金型中で 反応（発泡）を進行させる。結果として得られた成形藻プラスチックの特性は、 金型の外で製造したフォームと同様であった。射出成形においては、成形された 藻プラスチックを金型から外しやすくするために、脂肪酸のような、溶剤を使用 した。 例３ イソシアン酸塩と、湿パルプ化藻樹脂を用いた発泡方法によって、藻プラスチ ックを製造した。接近可能な水酸基数が非常に多い湿パルプ藻樹脂を用いたとこ ろ、例２で説明したフォームと同様のフォームが製造された。そのようなパルプ では、露出している水酸基の数に比例して、藻パルプ対ポリオールの比率が上昇 し、その結果、フィブリルの架橋の程度が上昇した。 合成ポリオールをデンプンで代替することも可能である。例えば、トウモロコ シデンプンと、”粘り気のある”米デンプンとを用いて実験を行った。ポリオー ルの大部分を、未架橋のデンプンで置き換えた。例えば、８０ｇの水に３５ｇの デンプンを添加して、９５℃に加熱してゲル様の状態とした。このデンプンゲル を用いて、例２で説明した反応中のポリオールの少なくとも一部を置き換えた。 この条件下では、剛性の藻フォームが製造された。 例４ イソシアン酸塩を除去して、より生物学的適合性の高い物質に置き換えること ができるような、様々な発泡技術が使用されている。この例においては、乾燥パ ルプ化繊維状緑藻（Ｃ．ｇｌｏｍｅｒａｔａ Ｋｕｅｔｚｉｎｇ）を、グリコー ル酸、ペンタン発泡剤、及び、場合によっては、少量の泡安定剤（例えば、ジフ エニルグアニジン）と混合した。次に、この混合物を真空下で発泡させた。真空 にすると、混合物は急激に隆起し始め、その状態で安定化した。この方法で作成 されたフォームは、何れも生分解性である藻類とグリコール酸しか含まない。 例５ 様々な方法を用いて、マイクロ波で発泡させた藻フォームを作成した。例えば 、４ｇの繊維状緑藻粉末（約６０％ｖ／ｖ）、３３ｇのデンプン、及び、４ｇの 重ソウを、８０ｍｌの水に混合し、室温で１５−２０分間静置した。続いて、６ ００ワットのマイクロ波発生器の中で、セッティングを高として、混合物にマイ クロ波を１分間あてた。 場合によっては、発泡に先立って、ジフェニルグアニジンなどの少量の泡安定 剤を藻樹脂に添加した。 例６ 衝撃調整剤／可塑剤を、本藻プラスチックに添加することの影響についても評 価した。例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を可塑剤として用いて、藻プ ラスチックの押出成形や射出成形における流れ特性を向上させることもできる。 ＰＶＡをマイクロ波用の組成に様々なパーセンテージで添加し、重量ロス、及び 、硬さ特性に対する影響を調べた。２種類のＰＶＡを使用した：高粘度ＰＶＡ（ ４５，０００−５０，０００センチポアズ／秒）、及び、ＰＶＡ（分子量１３， ０００−２３，０００）である。使用した組成は以下の通りである： 例５のプロトコールに従って、マイクロ波発泡法を用いて藻プラスチックフォ ームを製造し、結果として得られたプラスチックを分析した。硬さ試験と重量ロ ス分析の結果は以下の通りである： 例８ 同様に、藻プラスチックの硬さに対するポリエチレングリコール（ＰＥＧ）分 子量１００，０００）添加の影響について調べた。発泡性は良好であったが、サ ンプルの硬さが著しく上昇した。使用した組成は以下の通りである： 例５、及び、６と同様のプロトコールに従って、マイクロ波発泡法を用いて藻 プラスチックを製造し、結果として得られたプラスチックを分析した。硬さ試験 と重量ロス分析の結果は以下の通りである： 例８ スクリュエクストルーダを用いて、藻フォームを製造した。例えば、発泡剤を 含む藻樹脂混合物（例えば、４０−８０％の藻類の範囲、ｖ／ｖ）を、射出成形 器のホッパに加えた。５０ｍＰａ、および、１００−１５０℃の温度のスクリュ エクストルーダは、藻樹脂に対して、発泡作用を有した。上記の圧力下で、スク リュドライブで樹脂の塊を金型へ押し込んだ。続いて、圧力を緩めて、金型をユ ニットから外し、成形された藻プラスチックを金型から取り出した。 或いは、発泡剤として水を使用する場合には、藻樹脂の混合物を棒状、或いは 、ペレット状に押出して、その後に、残っている水を蒸発させ、棒やペレットを ”ポンポンとはじけさせる”ために十分な熱を加えて、発泡させてもよい。例え ば、押出した藻樹脂をペレット状に切断して、ペレットを６００ワットのマイク ロ波発生器で加熱し、ペレット中に残っている水を蒸発させることで発泡させる こともできる。押出樹脂が発泡藻プラスチックペレット（例えば、ピーナッツ） へと膨張する際には、例えば、３００−４００パーセントの体積変化が伴う。発 泡量は、マイクロ波による膨張前のペレットの水分含量を変化させることで調節 可能である。さらに、ペレットをエクストルーダのホッパに供給して、ペレット に加えられた熱で発泡させ、発泡したプラスチックをピーナッツや成形プラスチ ックの形状で押出することもできる。 例９ 例８のような射出成形法における可塑剤の影響についても調べた。例えば、藻 パルプ（乾燥粉砕によって製造したもの）にポリプロピレンを添加し、樹脂を、 １６５から１７０℃、及び、８００ｐｓｉ（射出シリンダの圧力）で運転してい る射出成形器（Ｓｃｒｅｗ Ａｒｂｕｒｇ ２２０Ｅ−１５０Ｍ／ｅ）のホッパ に、直接送った。結果として得られた藻樹脂の引張モジュラスは、藻ファイバ含 量の増加と共に増大することが分かった。 例１０ 藻発泡パッキンにおいては、射出成形法を使用することが非常に好ましい。例 えば、ガスインジェクション法は、アモルファス状のマトリックス中に長い繊維 が埋め込まれているような樹脂を発泡させるために有効に用いられる。 射出成形に必要な高温下で、藻パルプが熱に対して安定であるか、及び、寸法 安定性があるかどうかを調べ、射出成形のために適切なパラメータを決定するた めに、実験を行った。繊維状緑藻類のサンプルを４００℃までの温度にさらした 。藻類に対する熱の影響は、熱重量分析によって分析した。結果から、藻類を加 熱すると、約５８℃で最初の重量ロスがおこることが示された。この重量ロスは 、６３℃でピークに達し、８２℃で終了した。この時点での総重量ロスは約５％ であった。藻類をさらに加熱したところ、２２２℃までは、顕著な重量ロスはお こらなかった。この反応は２５４℃でピークに達し、２７２℃で終了した。この 温度における総重量ロスは約１５％であった。藻類をさらに加熱すると、重量ロ スが徐々におこり、４００℃における総重量ロスは５５％であった。 同等の実施態様 当業者は、通常の実験から、ここで説明した特定の方法や組成と同等であるよ うな数々の実施態様を認識、或いは、確信できるであろう。そのような同等の実 施態様は、本発明の範囲内と考えられ、以下のクレームによって網羅されると考 える。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．発泡し、安定化され、寸法安定性を備える繊維状緑藻類のファイバマトリッ クスから構成される、ことを特徴とする発泡包装材。 ２．酸化防止剤、静電防止剤、相溶剤、難燃剤、熱安定剤、撥水剤、衝撃調整剤 、溶剤、紫外線安定剤、殺菌剤、顔料、着色剤、充填剤、衝撃調整剤／可塑剤、 泡安定剤、粘度調整剤、及び、これらの組み合わせ、から成る群より選択される 添加剤をさらに含む、ことを特徴とする、請求項１記載の発泡包装材。 ３．前記添加物が、前記藻ファイバマトリックスを製造するための工程中に、藻 パルプと混合される、ことを特徴とする、請求項２記載の発泡包装材。 ４．前記添加物が、ポストコーティング工程において前記藻ファイバマトリック スをコートするために用いられる、ことを特徴とする請求項２記載の発泡包装材 。 ５．追加の多糖類成分をさらに含む、ことを特徴とする、請求項１記載の発泡包 装材。 ６．前記追加の多糖類が、未修飾の植物デンプン、修飾植物デンプン、アルギナ ート、グリコース−アミノ−グリカン、ヘキソースアミン、ペントサン、グアー ガム、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、ヒドロ キシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロ ピルブチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリビ ニル−ピロリドンデントナイト、寒天、デキストラン、キチン、ポリマルトース 、ポリフラクトース、ペクチン、及び、これらの組み合わせ、から成る群より選 択される、ことを特徴とする、請求項５記載の発泡包装材。 ７．高グルテンデンプンをさらに含む、ことを特徴とする、請求項１記載の発泡 包装材。 ８．タンパク質成分をさらに含む、ことを特徴とする、請求項１記載の発泡包装 材。 ９．前記タンパク質成分が、前記藻ファイバマトリックスの寸法安定性を高める 繊維状タンパク質である、ことを特徴とする、請求項８記載の発泡包装材。 １０．前記タンパク質成分が、動物によって消化されるための食物源である、こ とを特徴とする、請求項８記載の発泡包装材。 １１．追加の衝撃調整剤／可塑剤をさらに含む、ことを特徴とする、請求項１記 載の発泡包装材。 １２．前記の追加の可塑剤が、ポリエチレン、ポリイソブチレン、ポリプロピレ ン、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（酢酸ビニル）、ポリビニルアルコール、ポリス チレン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルカルバゾール、ポリアミド、水に不 溶なポリ（アクリル酸塩）、水に不溶なポリ（メタクリル酸塩）、ポリ（乳酸） 、ポリ（ヒドロブチレート−コ−ヒドロキシバレレート）、メタクリル酸塩−ア クリロニトリル−ブタジエン−スチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチ レン、塩化ポリエチレン、ポリビニルアルコール、エチレン−酢酸ビニル、ポリ オレフィン、ポリアセタール、熱可塑性の重縮合物、ポリアリルエーテル、ポリ イミド、アルキレン／ビニルエステル共重合物、エチレン／ビニルアルコール共 重合物、メタクリル酸塩共重合物、エチレン／エチルアクリル酸塩共重合物、エ チレン／メチルアクリル酸塩共重合物、ＡＢＳ共重合物、スチレン／アクリロニ トリル共重合物、アルキレン／無水マレイン酸共重合物、アクリルアミド／アク リロニトリル共重合物、ポリビニルアセテートフタレート、ポリビニルピロリド ン、ポリ（アルキレンオキシド）、ポリ（プロピレングリコール）、ポリ（エチ レン−ポロピレングリコール）、ポリイソブチレン、リグニンアクリルアミド、 リグニン２−ヒドロキシエチルメタクリレート、グリセロール、ペンタエリトリ トース、グリセロールモノアセテート、ジアセテート、トリアセテート、プロピ レングリコール、ノルビトール、ジエチルスルフォサクシネートナトリウム、ト リエチルサイトレート、トリブチルサイトレート、及び、これらの混合物、から 成る群より選択される、ことを特徴とする請求項１１記載の発泡包装材。 １３．前記藻ファイバマトリックスが、Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｔａ門から選択され る繊維状緑藻類から製造される藻パルプから得られる、ことを特徴とする請求項 １記載の発泡包装材。 １４．前記繊維状緑藻類が、Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａｌｅｓ目から選択される、こ とを特徴とする、請求項１３記載の発泡包装材。 １５．前記繊維状緑藻類が、Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａ ｇｌｏｍｅｒａｔａ Ｋｕ ｅｔｚｉｎｇである、ことを特徴とする、請求項１３記載の発泡包装材。 １６．前記包装材の各成分が、前記包装材を実質的に生分解性とするように選択 される、ことを特徴とする、請求項１記載の発泡包装材。 １７．前記藻ファイバマトリックスが、成形パッキンの形状に形成される、こと を特徴とする、請求項１記載の発泡包装材。 １８．前記藻ファイバマトリックスが、粒子状パッキンの形状に形成される、こ とを特徴とする、請求項１記載の発泡包装材。 １９．発泡し、安定化され、寸法安定性を備える藻ファイバマトリックスから構 成される発泡包装材であって、前記ファイバマトリックスが、繊維状の緑藻類の ファイバとデンプンとから構成され、前記発泡包装材が、実質的に生分解性であ る、ことを特徴とする発泡包装材。 ２０．前記デンプンが、高グルテンデンプンである、ことを特徴とする、請求項 １９記載の発泡包装材。 ２１．イソシアン酸塩によって発泡され、架橋した繊維状緑藻類のファイバマト リックスから構成され、寸法安定性を備える、ことを特徴とする発泡包装材。 ２２．繊維状緑藻パルプを発泡工程に供して、その結果、ある程度の寸法安定性 を備える藻発泡ファイバマトリックスを製造する、ことを特徴とする、発泡包装 材の製造方法。 ２３．前記発泡工程が、イソシアン酸塩ベースの発泡法によって、前記藻発泡フ ァイバマトリックスを製造することから成る、ことを特徴とする、請求項２２記 載の方法。 ２４．前記イソシアン酸塩ベースの発泡法が、前記藻パルプを所定量のイソシア ン酸塩、触媒、及び、発泡剤と混合することで、前記藻発泡ファイバマトリック スを製造し、かつ、前記藻発泡ファイバマトリックスのファイバを架橋して、あ る程度の寸法安定性を得る方法から成る、ことを特徴とする、請求項２３記載の 方法。 ２５．前記発泡工程が、前記藻パルプと、ポリオール、デンプン、及び、それら の組み合わせから成る群より選ばれる添加物と、を混合することをさらに含む、 ことを特徴とする、請求項２４記載の方法。 ２６．前記デンプンが、高グルテンデンプンである、ことを特徴とする、請求項 ２５記載の方法。 ２７．前記発泡工程が、前記藻パルプ中の蒸発性成分を蒸発させることから成る 、ことを特徴とする、請求項２２記載の方法。 ２８．前記蒸発性成分が、前記藻パルプに熱エネルギーを加えることによって蒸 発される、ことを特徴とする、請求項２７記載の方法。 ２９．前記熱エネルギーが、マイクロ波システム、及び、押出システムから成る 群より選択される熱エネルギー源を用いて、前記けん濁液に供給される、ことを 特徴とする、請求項２８記載の方法。 ３０．前記蒸発性成分が、前記けん濁液中でおこる発熱反応によって発生した熱 エネルギーによって蒸発される、ことを特徴とする、請求項２７記載の方法。 ３１．前記蒸発性成分が水である、ことを特徴とする、請求項２７記載の方法。 ３２．前記蒸発性成分が、前記藻ファイバと混合された発泡剤である、ことを特 徴とする、請求項２７記載の方法。 ３３．前記発泡工程が、前記藻パルプのけん濁液中で、結果としてガスを発生す るような化学的反応によって行われることから成る、ことを特徴とする、請求項 ２２記載の方法。 ３４．前記発生したガスが二酸化炭素である、ことを特徴とする、請求項３３記 載の方法。 ３５．前記発生したガスが窒素である、ことを特徴とする、請求項３３記載の方 法。 ３６．前記化学的反応が、化学的発泡剤の熱分解である、ことを特徴とする、請 求項３３記載の方法。 ３７．前記発泡工程が、前記藻パルプのけん濁液を真空下におき、前記けん濁液 中に溶解しているガスを真空発泡させることから成る、ことを特徴とする、請求 項２２記載の方法。 ３８．前記発泡工程が、前記藻パルプのけん濁液中に、ガスをホイップすること から成る、ことを特徴とする、請求項２２記載の方法。 ３９．前記発泡工程が、前記藻パルプが不溶な溶媒に可溶である結晶を前記藻パ ルプに混合し、前記結晶と前記藻パルプとのほぼ乾燥状態の混合物中で、前記結 晶を前記溶媒で溶解することから成る、ことを特徴とする、請求項２２記載の方 法。 ４０．前記藻パルプが、機械的パルプ化工程、化学的パルプ化工程、生物的パル プ化工程、及び、これらの組み合わせ、から成る群より選択されたパルプ化工程 を用いて、繊維状緑藻類の塊をパルプ化することによって調製される、ことを特 徴とする、請求項２２記載の方法。 ４１．前記藻パルプが、前記パルプ化した藻の塊に少なくとも一つの添加物を混 合することによってさらに調製される、ことを特徴とする、請求項２２記載の方 法。 ４２．前記添加剤が、酸化防止剤、静電防止剤、相溶剤、難燃剤、熱安定剤、撥 水剤、衝撃調整剤、溶剤、紫外線安定剤、殺菌剤、顔料、着色剤、充填剤、衝撃 調整剤／可塑剤、泡安定剤、粘度調整剤、及び、これらの組み合わせ、から成る 群より選択される、ことを特徴とする、請求項４１記載の方法。 ４３．前記藻発泡ファイバマトリックスが、成形包装材の形状に形成されている 、ことを特徴とする、請求項２２記載の方法。 ４４．前記藻発泡ファイバマトリックスが、粒子状パッキンの形状に形成されて いる、ことを特徴とする、請求項２２記載の方法。 ４５．繊維状緑藻類のパルプと、蒸発性成分と、から成る藻プラスチックプリカ ーサ樹脂であって、前記蒸発性成分が、前記プリカーサ樹脂に熱エネルギーを与 えることによって蒸発され、前記プリカーサ樹脂を発泡し、安定化した藻プラス チックへと発泡させる、ことを特徴とする藻プラスチックプリカーサ樹脂。