JPH10265607A - 生分解性発泡体成形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種成形体に賦形する際の型内成形が容易で
あり、しかも機械的特性の良好な生分解性発泡体成形物
の製造方法を提供する。 【解決手段】 セルロース誘導体からなる発泡体粒子に
生分解性ポリマーを付着せしめた後、該発泡体を型内に
充填して熱賦形し、発泡体粒子表面を熱可塑化して熱融
着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は生分解性発泡体成形
物の製造方法に関する。さらに詳しくは、断熱材、緩衝
材、食品包装材などの各種形態の成形体を容易に成形す
ることができ、しかも得られる成形体の寸法安定性や機
械的特性が良好な生分解性発泡体成形物の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、合成樹脂からなる発泡体は多種多
様のものが製造され、断熱材、緩衝材、食品包装容器な
どの幅広い分野で活用されてきた。近年、これら合成樹
脂発泡体の需要は年々増加する傾向にあり、このため廃
棄される量も年々増加して、環境問題、公害問題として
大きくクローズアップされてきている。

【０００３】しかし、廃棄合成樹脂発泡体を再生利用す
るには社会的規模の様々な対応が求められ、一方焼却処
分するには有毒ガスの発生防止、高熱発生による熱焼却
炉の劣化防止など山積みされている問題が多く、廃棄処
理の容易な発泡体の開発が強く望まれている。

【０００４】このような要求に対して、これらの合成樹
脂（例えばポリスチレン）を生分解性樹脂で置き換えた
発泡体が種々提案されている。

【０００５】例えば、特開平５−３０６３４９号公報、
特開平５−２６９８７５号公報などには、水を含浸させ
た生分解性樹脂チップを、油で加熱して発泡ビーズまた
は発泡ペレットをいったん成形した後、これを型に詰め
て熱賦形する方法および水を含浸させた生分解性樹脂を
型に詰め込み、型全体を油で加熱して発泡させ、発泡体
成形物を得る方法が開示されている。

【０００６】しかし、これらの方法では、粒子間の接着
性に乏しく成形物の機械的特性が低いという問題があ
る。さらに、加熱媒体として油を使用しているため、発
泡体粒子間に油が残存しやすく、これが徐々にしみ出し
て汚染するという問題もある。

【０００７】この粒子間の接着を改善するため、接着剤
を用いて成形する方法も提案されているが、接着剤は生
分解性を有していないものが多く、このような接着剤で
発泡体粒子を被覆すると、生分解性が阻害されることと
なる。

【０００８】一方、澱粉や膠などに代表される天然物由
来の接着剤は、生分解性の点では良好であるが、親水性
であるため湿度の影響を受けやすく、吸湿・吸水により
接着性が極端に低下するため、使用環境の制限を受ける
という問題がある。

【０００９】また、通常接着剤を使用する場合には、粒
子に接着剤を付着させたものを型に充填させ、熱をかけ
て乾燥させるという手法がとられるが、この方法では、
粒子を型に充填させる際、接着剤により粒子が粘着性を
帯びており、取り扱いが非常に困難であるという問題が
あった。

【００１０】また、特開平５−３２０４０５号公報、特
開平６−３２９２８号公報には、ベンジル化セルロース
やセルロースアセテートなどのセルロース誘導体からな
る発泡体粒子の製造方法が開示され、得られた発泡体粒
子を型内に詰めて蒸気加熱により発泡体粒子間を融着せ
しめて成形体となすことも開示されている。

【００１１】しかし、上記方法において、セルロース誘
導体に可塑剤が配合されていない場合には、セルロース
誘導体の可塑化が難しくなって、蒸気加熱では十分に発
泡体粒子間を融着させることは困難である。一方セルロ
ース誘導体に、発泡体粒子間を融着させるに十分な量の
可塑剤が配合されている場合は、熱融着処理の際に発泡
体粒子全体が可塑化されるため、発泡体粒子が収縮して
得られる成形体の寸法安定性が悪化し、機械的特性も低
下し、さらには成形体使用時に該可塑剤が溶出して汚染
するという問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の有する問題に鑑みなされたもので、その目的は、断
熱材、緩衝材、食品包装材などの各種成形体に賦形する
際の型内成形が容易であり、しかも機械的特性の良好な
生分解性発泡体成形物の製造方法を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するために鋭意検討した結果、発泡体粒子を構成す
るセルロース誘導体に可塑剤を配合する代わりに、発泡
体粒子表面に生分解性ポリマーを付着させた後、熱賦形
するとき、所望の発泡体成形物が得られることを究明し
た。

【００１４】かくして本発明によれば、セルロース誘導
体からなる発泡体粒子に生分解性ポリマーを付着せしめ
た後、該発泡体を型内に充填して熱賦形し、発泡体粒子
表面を熱可塑化して熱融着させることを特徴とする生分
解性発泡体成形物の製造方法が提供される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の発泡体粒子を構成するセルロース誘導体とは、
セルロース中の水酸基を少なくとも一部エステル化又は
エーテル化したものであり、導入される基としては、ア
セチル基、プロピオニル基、ブチロイル基、メチル基、
エチル基、シアノエチル基、ベンジル基、オクチル基な
どが例示される。

【００１６】なかでもアセチル基が導入されたセルロー
スアセテートが好ましく、この場合酢酸エステル化度
は、セルロースに結合している酢酸の重量割合で表わさ
れる酢化度でいって４５％以上、特に酢化度が４７〜６
０％（セルロース１単位当たりの結合アセチル基の数は
１．９〜２．８）のものが好ましい。

【００１７】酢化度が４５％未満の場合には、溶融温度
が高くなりすぎるため、安定して発泡体粒子に溶融成形
することが困難となる場合がある。

【００１８】上記セルロース誘導体には、本発明の目的
を損なわない範囲で他の物質、例えば、熱安定剤、発泡
調整剤、発泡助剤等を配合しても良い。

【００１９】具体的には、タルク、酸化ケイ素、酸化チ
タン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、ケイ酸カ
ルシウム等の無機系微粒子、或いはセルロース粉末、キ
チン、キトサン、木粉、ステアリン酸金属塩等の有機系
微粒子などの発泡調整剤が挙げられ、特にタルクは、該
セルロース誘導体に、より好適な発泡性を付与すること
ができるので、均一で且つ硬度に発泡した発泡体粒子が
容易に得られる。

【００２０】かかる発泡調整剤は、各々単独でもよく、
２種類以上を混合して用いてもよい。さらに発泡性を向
上させたり、発泡体粒子作成時に副生される酸性物質を
中和させるとともにガスを発生させる目的で、例えば炭
酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウ
ム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム等の無機微粒子を併
用してもよい。

【００２１】これら発泡調整剤や発泡助剤等のセルロー
ス誘導体に対する配合量は、セルロース誘導体の重量を
基準として２〜５０重量％、好ましくは５〜３０重量％
の範囲が適当である。

【００２２】該配合量が２重量％未満ではこれら添加物
を配合した効果が現われず、例えば発泡調整剤の量が２
重量％未満の場合は、不均一で粗い発泡セルが形成され
やすく、一方５０重量％を超えるとこれら添加物の２次
凝集が起こりやすくなるため、やはり不均一で粗い発泡
セルが形成されやすくなり、またセルロース誘導体の分
率が低下するため発泡性も低下する。

【００２３】また、上記セルロース誘導体には、少量の
可塑剤を配合しても良い。可塑剤としては、ポリエチレ
ングリコール、ポリメチレングリコール、グリセリン等
の多価アルコール、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチ
ル、フタル酸ジプロピル、フタル酸ジブチル、フタル酸
ジアミン、フタル酸ジメトキシエチルなどのフタル酸エ
ステル、リン酸トリブチル、リン酸トリフェニル、リン
酸トリクレジル等のリン酸エステル、セバシン酸ジエチ
ル、セバシン酸ジブチル、セバシンジオクチル等のセバ
シン酸エステル、アジピン酸ジオクチル、アジピン酸ブ
チルオクチル、アジピン酸ブチルベンジル等のアジピン
酸エステル、クエン酸トリブチル、クエン酸−２−エチ
ルヘキシル、クエン酸アセチルトリブチル、クエン酸ア
セチルトリオクチル等のクエン酸エステル、或いは酒石
酸ジイソブチル、ステアリン酸ブチル、オレイン酸ブチ
ル、大豆油、ひまし油、樟脳等を例示することができ
る。

【００２４】これらの可塑剤はそれぞれ単独で用いても
よく、例えばポリエチレングリコールとグリセリンのよ
うに２種以上を混合して用いてもよい。

【００２５】上記可塑剤のセルロース誘導体に対する配
合量は、多すぎると前述のような問題が発生するので、
セルロース誘導体の重量を基準として１０重量％未満に
止めることが適当である。

【００２６】本発明で用いられる、上述のセルロース誘
導体からなる発泡体粒子は、その見かけ密度が０．０１
〜０．１２ｇ／ｃｍ³、好ましくは０．０１４〜０．０
６４ｇ／ｃｍ³、またその長軸と短軸の比（長軸／短
軸）が１〜１０、好ましくは１〜３の範囲にあることが
好ましい。

【００２７】見かけ密度が０．０１ｇ／ｃｍ³未満の場
合には、得られる発泡体成形物の強度をはじめとする機
械的特性が低下し、一方、０．１２ｇ／ｃｍ³を超える
場合には、発泡体成形物の硬度が大きくなり、緩衝材、
断熱材、充填材としての特性が不十分となる場合があ
る。

【００２８】また、長軸／短軸比が１０を超える場合に
は粒子というよりも棒状または紐状となるため、型内に
均一に充填することが難しくなり、得られる成形体に密
度斑が生じやすい。

【００２９】なお、ここでいう見かけ密度とは、発泡体
粒子重量を発泡体粒子の体積で除したものであり、また
長軸／短軸比は発泡体粒子の最も長い軸方向と最も短い
軸方向の長さの比である。

【００３０】また、発泡体粒子の大きさは、短軸方向の
切断面積を円に換算したときの直径が３〜２０ｍｍ、好
ましくは５〜１０ｍｍの範囲にあることが好ましい。こ
の範囲未満では発泡体粒子が小さくなりすぎて取り扱い
性が悪化し、一方これより大きくなりすぎると、型内に
充填・熱賦形して得られる成形物に大きな空洞部ができ
やすくなる。

【００３１】上述の、発泡体粒子の製造方法は特に限定
されず、任意の方法により製造すればよい。セルロース
アセテートを例にあげると、セルロースアセテート１０
０重量部に対して発泡剤としての水を３〜１００重量
部、好ましくは５〜５０重量部の割合で含浸させ、この
混合物を温度１２０〜２５０℃、好ましくは１８０〜２
２０℃で加熱溶融混練し、次いで径０．５〜５ｍｍの細
孔を有するダイから押出す。

【００３２】溶融混練時間は、単位時間当たりの吐出
量、溶融混練温度などにより異なってくるので一概に決
定することはできないが、該混合物が均一に溶融混練さ
れるに十分な時間であればよい。また吐出部のダイ温度
は、前記溶融混練温度と同じでもよいが、吐出できる範
囲内で該温度よりも低温にしてもよい。

【００３３】ここで溶融混練に使用される押出し機は、
高温高圧下で、水分を含浸させたセルロースアセテート
を、加熱溶融混練できるものであればどのようなタイプ
の押出し機でもよいが、通常は１軸または２軸のスクリ
ュータイプの押出し機が用いられる。

【００３４】次に、ダイ細孔から吐出された溶融セルロ
ースアセテートは、その温度および水分量によって発泡
（膨化）開始位置は異なってくるが、通常ダイ部より
０．１ｍｍ離れた位置から発泡が開始されており、この
発泡過程にあるものを切断するのが好ましい。

【００３５】このようにセルロースアセテートが固化す
る前の溶融可塑化状態で切断することにより、新たに形
成される接断面は、切断後さらに膨化する過程でその表
面が滑らかとなるため、表面が滑らかで、しかも発泡体
粒子も角が丸まったものが得られ、型内充填性が向上す
るので好ましい。

【００３６】溶融セルロース誘導体を押出すダイ細孔の
形状は丸、三角、四角、矩形、星形、中空などいずれで
あってもよく、目的に応じて適宜選択すればよい。

【００３７】本発明においては、上記の方法により得ら
れた発泡体粒子に生分解性ポリマーを付着せしめた後、
該発泡体を型内に充填して熱賦形することが必要であ
る。

【００３８】ここで、生分解性ポリマーとしては、融点
が１５０℃以下、更に好ましくは融点が１００℃以下の
熱可塑性の生分解性ポリマーが好ましく例示され、具体
的には、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネー
ト、ポリエチレンサクシネート、ポリエステルアミド、
ポリヒドロキシブチレート等を挙げることが出来る。

【００３９】上記生分解性ポリマーの発泡体粒子への付
着量は、発泡体粒子全重量に対して３〜５０重量％が好
ましく、３〜３０重量％が更に好ましい。

【００４０】上記付着量が３重量％未満の場合は、発泡
体粒子間の融着斑が生じやすく、十分な接着が得られな
くなる場合がある。一方、５０重量％を超える場合に
は、発泡体粒子間の接着性は向上するものの、生分解性
ポリマーが発泡体粒子内部まで浸透するため、熱賦形時
の発泡体粒子の収縮が大きくなり、得られる成形体の寸
法安定性や密度斑などが悪化する場合がある。

【００４１】生分解性ポリマーを発泡体粒子に付着する
方法としては、 溶融した生分解性ポリマーを溶融ノズルから吐出して
発泡体に付着させた後、冷却固化する方法 生分解性ポリマーを溶解した溶液を、スプレー等で発
泡体粒子に付着させた後、乾燥する方法 発泡体粒子を、溶融した生分解性ポリマーが入ったバ
スに浸漬した後、冷却固化する方法 発泡体粒子を、生分解性ポリマーを溶解した溶液が入
ったバスに浸漬した後、乾燥する方法 生分解性ポリマーを繊維状となし、発泡体粒子に絡め
る方法等任意の方法が採用できる。

【００４２】特に、の方法を採用した場合、生分解性
ポリマーが繊維状で付着されるため、得られる成形物中
に空隙が存在し易くなり、成形物の軽量性、クッション
性が向上する。

【００４３】尚、の方法を採用する場合、生分解性ポ
リマーからなる繊維の繊度や単糸数には特に制限はない
が、発泡体粒子と絡める際の取扱性の点から、短繊維状
とすることが好ましい。

【００４４】次いで、生分解性ポリマーを付着させた発
泡体粒子を型内に充填して熱賦形し、発泡体粒子表面を
熱可塑化して融着させる。その際の温度は、使用する生
分解性ポリマーの種類に応じて適宜設定すれば良いが、
あまり低温すぎると、生分解性ポリマーの溶融が不十分
で接着不良が発生しやすく、一方、あまり高温すぎると
発泡体粒子自身の溶融、収縮などが生じやすいため、１
００〜２００℃の範囲で設定することが好ましい。

【００４５】熱賦形の方法についても、熱プレスによる
方法、加熱バス中で加熱する方法、熱風熱処理機により
熱風を吹き付ける方法などが挙げられる。

【００４６】本発明によれば、曲げ強度が０．８ｋｇ／
ｃｍ²以上、特に１．０ｋｇ／ｃｍ²以上といった著しく
優れた特性を有する発泡体成形物が得られ、またその破
断面において、発泡体セルが破壊されるほど発泡体粒子
間は強固に接着される。

【００４７】

【実施例】以下実施例により本発明を更に詳細に説明す
る。なお実施例中の各評価項目は下記の方法に従い測定
したものである。

【００４８】（１）曲げ強度 ＪＩＳ Ｋ７２２１に準拠し、幅５ｃｍ×高さ４ｃｍ×
有効長２０ｃｍの試験体をインテスコ製圧縮試験機を用
いて、その曲げ強度を測定した。

【００４９】（２）破断面の破壊状況 上記曲げ強度試験における、破断面の破壊状況を、素材
破壊（発泡セルの破壊）の有無により目視判定した。曲
げ強度が０．８ｋｇ／ｃｍ²以上で接着力が発泡体粒子
の素材強度を上回り、破断面において発泡体セルの破壊
が生じるため、発泡体同士の接着力が良好であると判断
できる。

【００５０】（３）取り扱い性 発泡体粒子を型内に充填して熱賦形する際に、粒子が粘
着性を帯びておらず、充填しやすいものを、充填しにく
いものを×として評価した。

【００５１】（４）収縮率 ３０ｃｍ×３０ｃｍ×５ｃｍの板状の成形型を使用して
成形を行い、得られた成形物の大きさから収縮率を算出
した。実用的には、この値が５％以下であることが好ま
しい。

【００５２】［実施例１〜４、比較例１〜２］帝人
（株）製セルロースジアセテート９０重量％と富士タル
ク製タルク（ＬＭＲ−２００）１０重量％とからなる発
泡体粒子（長軸／短軸比＝１．５、短軸方向の切断面
積：円換算で直径６ｍｍに相当）に、バイエル社製生分
解性ポリマー（ポリエステルアミド、商品名ＢＡＫ６０
９５）を溶融させたものを、発泡体粒子重量に対して表
１記載の割合となるように付着させ、次いで型内に充填
して熱風乾燥機で１５０℃下３０分間熱成形した。得ら
れた発泡成形体の密度はいずれも０．０４５ｇ／ｃｍ³
であった。

【００５３】［比較例３］実施例１で使用した発泡体粒
子に、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の１０％水溶液
を、発泡体粒子重量に対して１０重量％付着させ、次い
で型内に充填して熱風乾燥機で１５０℃下３０分間熱成
形した。得られた発泡成形体の密度は０．０４５ｇ／ｃ
ｍ³であった。

【００５４】［実施例５］バイエル社製生分解性ポリマ
ー（ポリエステルアミド、商品名ＢＡＫ６０９５）を温
度２０５℃、紡糸速度５００ｍ／分にて溶融紡糸し、マ
ルチフィラメントを得た。該マルチフィラメントを１０
〜３０ｃｍ程度の長さにカットしたものを、発泡体粒子
重量に対して表１記載の割合となるように、発泡体粒子
に混合して絡ませた後、型内に充填して熱風乾燥機で１
５０℃下３０分間熱成形した。得られた発泡成形体の密
度は０．０４５ｇ／ｃｍ³であった。得られた発泡体成
型物の物性を表１に示す。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、各種成形体に賦形する
際の型内成形が容易であり、しかも機械的特性の良好な
生分解性発泡体成形物が得られ、ボード状、シート状、
ブロック状等の断熱材、緩衝材、壁材、吸音材などの各
種成形体、包装容器などに使用できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｋ 1:00 105:04 (72)発明者 松井 亨景 大阪府茨木市耳原３丁目４番１号 帝人株 式会社大阪研究センター内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セルロース誘導体からなる発泡体粒子に
   生分解性ポリマーを付着せしめた後、該発泡体を型内に
   充填して熱賦形し、発泡体粒子表面を熱可塑化して熱融
   着させることを特徴とする生分解性発泡体成形物の製造
   方法。
2. 【請求項２】 セルロース誘導体がセルロースアセテー
   トである請求項１記載の生分解性発泡体成形物の製造方
   法。
3. 【請求項３】 生分解性ポリマーの付着量が、発泡体粒
   子全重量に対し３〜５０重量％である請求項１又は２記
   載の生分解性発泡体成形物の製造方法。
4. 【請求項４】 生分解性ポリマーが、繊維状を呈してい
   る請求項１、２又は３記載の生分解性発泡体成形物の製
   造方法。