(57)【要約】【課題】合成高分子の母相にバイオマス由来成分の分散相が形成されている高分子複合材料において、前記分散相を高度に微細化、均一化させる技術を提供する。【解決手段】高分子複合材料の製造装置(10)において、前記合成高分子の主剤及び前記バイオマス由来成分の過剰含水物を投入する投入区間（A）が上流側に設けられ取出手段(17)が下流側に設けられているシリンダ(13)と、合成高分子が溶融する混練温度(Tz)に設定されているシリンダ(13)の内部で軸回転し前記主剤及び前記過剰含水物の混練物を取出手段(17)に向かって押し出すスクリュー(15)と、シリンダ(13)に設けられ混練温度(Tz)における飽和蒸気圧(Pz)よりも低くかつ大気圧よりも高い設定圧力（Pa,Pb,Pc）で混練物に含まれる水分を脱水する脱水手段(40)とを、備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成高分子及びバイオマス由来成分が混合してなる高分子複合材料を製造する製造装置において、
前記バイオマス由来成分の過剰含水物が少なくとも含まれる混練物を設定された混練温度で混練する混練手段と、
前記混練温度における飽和蒸気圧よりも低くかつ大気圧よりも高い設定圧力で前記混練物を脱水する脱水手段と、
脱水された前記混練物を取り出す取出手段とを、含むことを特徴とする高分子複合材料の製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の高分子複合材料を製造する製造装置において、
前記混練手段は、
前記合成高分子の主剤及び前記バイオマス由来成分の過剰含水物を投入する投入手段が上流側に設けられ前記取出手段が下流側に設けられているシリンダと、
前記混練温度に設定されている前記シリンダの内部で軸回転し前記混練物を前記投入手段から前記取出手段へ向かって押し出すスクリューとを、有し、
前記脱水手段は、
前記シリンダの内部及びその外部を隔てるとともに前記混練物のうち含まれる水分を選択的に濾過する濾過板と、
前記濾過板により濾過された水分を気化させる気化空間を形成するとともに大気を遮断する遮断壁と、
前記気化空間の気圧を前記設定圧力に設定する調圧手段とを、有することを特徴とする高分子複合材料の製造装置。
【請求項３】
請求項２に記載の高分子複合材料の製造装置において、前記シリンダに対し複数個の前記脱水手段が設けられ、
これら複数個の脱水手段の設定圧力は、前記取出手段に近くなる程小さく設定されていることを特徴とする高分子複合材料の製造装置。
【請求項４】
請求項３に記載の高分子複合材料の製造装置において、前記取出手段に直近の前記脱水手段の設定圧力は、大気圧よりも低圧に設定できることを特徴とする高分子複合材料の製造装置。
【請求項５】
請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載の高分子複合材料の製造装置において、前記脱水手段が備えられている部位の前記混練物が上流側よりも加圧される構成を備えていることを特徴とする高分子複合材料の製造装置。
【請求項６】
請求項４に記載の高分子複合材料の製造装置において、大気圧より低圧に設定された前記脱水手段が備えられている部位の前記混練物が上流側よりも減圧される構成を備えていることを特徴とする高分子複合材料の製造装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の高分子複合材料の製造装置において、前記加圧又は前記減圧する構成は、前記スクリューの軸径を変化させることによることを特徴とする高分子複合材料の製造装置。
【請求項８】
請求項５又は請求項６に記載の高分子複合材料の製造装置において、前記加圧又は前記減圧する構成は、前記スクリューに設けられるフライトのピッチを変化させるものであることを特徴とする高分子複合材料の製造装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の高分子複合材料の製造装置において、前記過剰含水物、液状試薬又は水が前記投入手段よりも下流側に設けられている圧入手段から圧入されることを特徴とする高分子複合材料の製造装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の高分子複合材料を製造する製造装置において、
前記混練手段は、
前記合成高分子の主剤及び前記バイオマス由来成分の過剰含水物を投入する投入手段並びに前記取出手段が設けられるケーシングと、
密閉空間にされ前記混練温度に設定された前記ケーシングの内部で回転し前記混練物を混練するローターとを、有し、
前記脱水手段は、
前記密閉空間の気圧を前記設定圧力に設定する調圧手段を、有することを特徴とする高分子複合材料の製造装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の高分子複合材料を製造する製造装置において、
前記ケーシングの内部及び外部を隔てるとともに前記混練物のうち含まれる水分を選択的に濾過する濾過板と、
前記濾過板を介して前記密閉空間に連通する気化空間が形成されるとともに前記調圧手段が設けられている遮断壁とを、有することを特徴とする高分子複合材料の製造装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の高分子複合材料の製造装置において、
前記合成高分子として熱可塑性高分子が適用されるものであることを特徴とする高分子複合材料の製造装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の高分子複合材料の製造装置において、
前記合成高分子として熱硬化性高分子が適用されるものであることを特徴とする高分子複合材料の製造装置。
【請求項１４】
合成高分子及びバイオマス由来成分が混合してなる高分子複合材料を製造する製造方法において、
前記バイオマス由来成分の過剰含水物が少なくとも含まれる混練物を設定された混練温度で混練する混練工程と、
前記混練温度における飽和蒸気圧よりも低くかつ大気圧よりも高い設定圧力で混練物を脱水する脱水工程と、
脱水された混練物を取り出す取出工程とを、含むことを特徴とする高分子複合材料の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の高分子複合材料を製造する方法において、
前記バイオマス由来成分はデンプン質系バイオマスに由来するものであって、このデンプン質系バイオマスを過剰含水物にする水を注水する注水工程を含むことを特徴とする高分子複合材料の製造方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の高分子複合材料を製造する方法において、
前記バイオマス由来成分はバイオマスを機械的に微粒子化したものであって、その集合体に水を含浸させて過剰含水物にする含水工程を含むことを特徴とする高分子複合材料の製造方法。
【請求項１７】
請求項１４から請求項１６のいずれか１項に記載の高分子複合材料を製造する方法において、
前記合成高分子及び前記バイオマス由来成分の合計量１００重量部に対し、鎖状炭化水素の主鎖の炭素数が１０から１００の範囲に含まれるワックスを１から２０重量部配合するワックス配合工程を含むことを特徴とする高分子複合材料の製造方法。
【請求項１８】
請求項１４から請求項１７のいずれか１項に記載の高分子複合材料を製造する方法において、
前記混練工程では前記バイオマス由来成分の過剰含水物及び相溶化剤を混練し、
前記脱水工程を経てから前記合成高分子の主剤を混合しさらに混練することを特徴とする高分子複合材料の製造方法。
【請求項１９】
請求項１４から請求項１８のいずれか１項に記載の製造方法により得られるバイオマス由来成分が分散した高分子複合材料組成物。
【請求項２０】
請求項１９に記載のバイオマス由来成分が分散した高分子複合材料組成物を成形して得られる成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成高分子及びバイオマス由来成分が混合してなる高分子複合材料に関連する技術分野に属し、特にそのような高分子複合材料を製造する製造装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ここで、バイオマス（生物資源）とは、太陽のエネルギーによって、成長する動物や植物のうち再生可能な有機性資源を指す。
具体的には、リグノセルロース又はセルロースを主成分とする草木質系バイオマス（木材工業およびパルプ工業等の廃棄物である間伐材・建築解体材等、農業廃棄物である稲ワラ・さやガラ・籾ガラ等）、アミロース又はアミロペクチンを主成分とするデンプン質系バイオマス（米、小麦、とうもろこし、馬鈴薯、甘藷、タピオカ等）、甲殻類動物に由来するキチン（又はキトサン）質系バイオマス（蟹ガラ、蝦ガラ等）が挙げられる。
【０００３】
現在、これらバイオマスに由来する成分と合成高分子とを複合化させることにより、化石資源から生産される合成高分子の使用量を低減させ地球環境の保全に貢献したり、従来にない新機能を発現したりする高分子複合材料を創出する研究が進められている。そのような高分子複合材料にあっては、合成高分子の母相にバイオマス由来成分をいかにして微細にかつ均一に分散させるかが重要な検討課題となっている。
しかし、バイオマスは、分子間の強固な水素結合に基づく高い結晶性を有するとともに三次元架橋等の高次構造を有している。また機械的に粉砕された場合であってもバイオマスの粉末は凝集しやすい性質を有している。このため、バイオマス由来成分を合成高分子の母相に微細にかつ均一に分散させることは一般に容易でない。
【０００４】
前記した課題に対する従来技術として、前記デンプン質系バイオマスにあっては、これに含水処理を行った後に、合成高分子の主剤とともに加熱混練することにより、デンプン質を糊化（α化）させ母相に微細に均一に分散させる技術が公知となっている（例えば、特許文献１）。
また、草木質系バイオマスやキチン質系バイオマスにあっては、高圧ホモゲナイザー等を用いて、これらバイオマスを水溶媒中で微細化し均質な懸濁液を作製する。そして、この懸濁液を、合成高分子の主剤とともに加熱混練することにより、バイオマス由来成分を母相に微細に均一に分散させる技術が公知となっている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１５０２号公報
【特許文献２】特開２００６−２８９１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、以上述べた従来技術では、混練処理中に微細に均一に分散したバイオマス由来成分が、大気圧開放により急激になされる脱水工程において、部分的に再凝集する現象が避けられない問題があった。このため、前記した従来技術により製造された高分子複合材料は、母相に対する分散相の微細化・均一化の達成度が不十分であるといえる。
【０００７】
本発明は、前記した問題を解決することを課題とし、合成高分子の母相におけるバイオマス由来成分の分散相を高度に微細化、均一化した高分子複合材料を製造する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために本発明は、合成高分子及びバイオマス由来成分が混合してなる高分子複合材料を製造する製造装置において、前記バイオマス由来成分の過剰含水物が少なくとも含まれる混練物を設定された混練温度で混練する混練手段と、前記混練温度における飽和蒸気圧よりも低くかつ大気圧よりも高い設定圧力で前記主剤及び前記過剰含水物を含む混練物を脱水する脱水手段と、脱水された前記混練物を取り出す取出手段とを、含むことを特徴とする。
【０００９】
このような手段から本発明が構成されることにより、大量の水分を共存させた状態で混練が実行され、バイオマス由来成分と合成高分子との微細な混合状態が得られる。そして、このように微細に混合した混練物が前記設定圧力におかれると、含まれる大量の水分が徐々に気化して分離し、前記混練物の脱水が実行される。そして、バイオマス由来成分の再凝集が抑制されることになる。なお、合成高分子は、熱可塑性高分子及び熱硬化性高分子のいずれであっても適用することができる。
【００１０】
さらに本発明は、この高分子複合材料を製造する製造装置において、前記混練手段は、前記合成高分子の主剤及び前記バイオマス由来成分の過剰含水物を投入する投入手段が上流側に設けられ取出手段が下流側に設けられているシリンダと、前記混練温度に設定されている前記シリンダの内部で軸回転し前記投入手段から前記取出手段に向かって押し出すスクリューと、を有し、前記脱水手段は、前記シリンダの内部及びその外部を隔てるとともに前記混練物のうち含まれる水分を選択的に濾過する濾過板と、前記濾過板により濾過された水分を気化させる気化空間を形成するとともに大気を遮断する遮断壁と、前記気化空間の気圧を前記設定圧力に設定する調圧手段とを、手段として有することを特徴とする。
【００１１】
このような手段から本発明が構成されることにより、連続式の製造装置が構成される。すなわち、合成高分子が溶融する温度に設定されたシリンダの内部で軸回転するスクリューによって、バイオマス由来成分は、含有する水分とともに混練物中に均一に分散される。また、軸回転するスクリューから付与される圧力によって、混練物は濾過板に押し付けられるとともに含有する水分が気化空間に濾しだされることになる。そして、この気化空間は調圧手段により前記した設定圧力に設定されるので、濾しだされた水分はこの気化空間において気化して調圧手段から大気中に放出されることになる。
【００１２】
さらに本発明は、この高分子複合材料の製造装置において、前記シリンダに対し複数個の前記脱水手段が設けられ、これら複数個の脱水手段の設定圧力は、取出手段に近い程小さく設定されていることを特徴とする。
【００１３】
このように本発明が構成されることにより、混練物がシリンダの下流に向かって押し出される過程において、この混練物に含まれる水分は、段階的に脱水されることとなり、バイオマス由来成分の再凝集が効果的に抑制されることになる。
【００１４】
さらに本発明は、この高分子複合材料の製造装置において、前記取出手段に直近の前記脱水手段の設定圧力は、大気圧よりも低圧に設定することも可能であることを特徴とする。
【００１５】
このように本発明が構成されることにより、混練物がシリンダの下流に向かって押し出される過程において、この混練物の脱水がより完全になり、バイオマス由来成分の再凝集が抑制されることになる。
【００１６】
さらに本発明は、高分子複合材料の製造装置において、前記脱水手段が備えられている部位の前記混練物を上流側よりも加圧する構成を備え、この構成は具体的に、前記スクリューの軸径を変化させたり、前記スクリューに設けられるフライトのピッチを変化させたりすることにより達成されることを特徴とする。
【００１７】
このように本発明が構成されることにより、混練物に含まれる水分が除去されてこの混練物の容積が減少しても、この混練物に付与される圧力は少なくとも維持されることになる。
【００１８】
さらに本発明は、高分子複合材料の製造装置において、大気圧より低圧に設定された前記脱水手段が備えられている部位の前記混練物を上流側よりも減圧する構成を備え、この構成は具体的に、前記スクリューの軸径を変化させたり、前記スクリューに設けられるフライトのピッチを変化させたりすることにより達成されることを特徴とする。
【００１９】
このように本発明が構成されることにより、スクリューから混練物に付与されている圧力は解除されることになり、大気圧より低圧にさらされる混練物からの脱水が促進されることになる。
【００２０】
さらに本発明は、高分子複合材料の製造装置において、前記過剰含水物、液状試薬又は水が前記主剤の投入手段よりも下流側に設けられている圧入手段から圧入されることを特徴とする。
【００２１】
このように本発明が構成されることにより、バイオマス由来成分の過剰含水物が、懸濁液のように流動性の高いものであっても、混練される合成高分子の主剤に対してむらなく投入されることになる。さらに、投入されるバイオマス由来成分に対し、その下流側から水が注水されることによって、混練を実行しながらこのバイオマス由来成分を過剰含水物に調整することができる。また、種々の液状の液状試薬を混練物に追加することができる。
【００２２】
さらに本発明は、高分子複合材料を製造する製造装置において、前記混練手段は、前記合成高分子の主剤及び前記バイオマス由来成分の過剰含水物を投入する投入手段並びに前記取出手段が設けられるケーシングと、密閉空間にされ前記混練温度に設定された前記ケーシングの内部で回転し前記混練物を混練するローターとを、有し、前記脱水手段は、前記密閉空間の気圧を前記設定圧力に設定する調圧手段を、有することを特徴とする。
【００２３】
このように本発明が構成されることにより、バッチ式の製造装置が構成される。すなわち、合成高分子が溶融する温度に設定されたケーシングの内部で軸回転するロータによって、バイオマス由来成分は、含有する水分とともに混練物中に均一に分散される。また、このように混練物が混練されている最中は、投入手段及び取出手段の開口は閉じられることによりケーシングの内部は密閉空間となっている。そして、この密閉空間は調圧手段により前記した設定圧力に設定され、混練物に含まれる水分はこの密閉空間において気化して調圧手段から大気中に放出されることになる。
【００２４】
さらに本発明は、高分子複合材料を製造する製造装置において、前記ケーシングの内部及び外部を隔てるとともに前記混練物のうち含まれる水分を選択的に濾過する濾過板と、前記濾過板を介して前記密閉空間に連通する気化空間が形成されるとともに前記調圧手段が設けられている遮断壁とを、有することを特徴とする。
【００２５】
このように本発明が構成されることにより、軸回転するロータから付与される圧力によって、混練物が濾過板に押し付けられると含有する水分が気化空間に濾しだされる。そして、この気化空間は調圧手段により前記した設定圧力に設定されるので、濾しだされた水分はこの気化空間において気化して調圧手段から大気中に放出されることになる。
【００２６】
さらに本発明は、合成高分子及びバイオマス由来成分が混合してなる高分子複合材料を製造する製造方法において、前記バイオマス由来成分の過剰含水物が少なくとも含まれる混練物を設定された混練温度で混練する混練工程と、前記混練温度における飽和蒸気圧よりも低くかつ大気圧よりも高い設定圧力で混練物を脱水する脱水工程と、脱水された混練物を取り出す取出工程とを、含むことを特徴とする高分子複合材料の製造方法であることを特徴とする。
【００２７】
これにより、前記した設定圧力で混練物を脱水しバイオマス由来成分が分散した高分子複合材料を製造するという本発明の技術思想は、特定の製造装置に限定されることなく適用することが可能になる。つまり、後記する実施形態で示す連続方式をとる押出型製造装置やバッチ方式をとる加圧ニーダ製造装置に限定されることなく本発明の製造方法を適用することが可能になる。
さらに、本発明により、水、脱水処理をしないバイオマス由来成分、バイオマス由来以外の高含水の繊維状の副材料などを投入することも可能となり、製造工程の効率化や物性の改質が容易となる。
【００２８】
さらに本発明は、高分子複合材料を製造する方法において、前記バイオマス由来成分はデンプン質系バイオマスに由来するものであって、このデンプン質系バイオマスを過剰含水物にする水を注水する注水工程を含むことを特徴とする。
【００２９】
このように本発明が構成されることにより、例えば、合成高分子のペレットと、バイオマス原料（例えば精米）と、水とをそれぞれ別個に製造装置の投入手段に投入して高分子複合材料を製造することができる。これにより、生産効率の向上が見込まれる。
【００３０】
さらに本発明は、高分子複合材料を製造する方法において、前記バイオマス由来成分はバイオマスを機械的に微粒子化したものであって、その集合体に水を含浸させて過剰含水物にする含水工程を含むことを特徴とする。
【００３１】
このように本発明が構成されることにより、飛散しやすい微粒子の集合体の取り扱いが簡便化し、生産効率の向上が見込まれる。さらに、この微粒子の集合体は、内包される空気が水に置換されて混練に付されることとなり、気泡による欠陥の少ない高分子複合材料を製造することができる。なお、ここで微粒子の集合体とは、バイオマスを機械的に粉砕して得られる微粉末体であったり、バイオマスから抽出される繊維質体であったりする。
【００３２】
さらに本発明は、高分子複合材料を製造する方法において、前記合成高分子及び前記バイオマス由来成分の合計量１００重量部に対し、鎖状炭化水素の主鎖の炭素数が１０から１００の範囲に含まれるワックスを１から２０重量部配合するワックス配合工程を含むことを特徴とする。
【００３３】
このように本発明が構成されることにより、混練工程において、ワックスが合成高分子の主剤よりも先行して溶解し水と混合液相を形成するので、混練物の粘性が低下し、混練性が向上する。さらに先行して溶融したワックスが、バイオマス由来成分に吸着し、溶融した合成高分子の主剤に対するバイオマス由来成分の拡散を促進する。
【００３４】
さらに本発明は、高分子複合材料を製造する方法において、前記混練工程では前記バイオマス由来成分の過剰含水物及び相溶化剤を混練し、前記脱水工程を経てから前記合成高分子の主剤を混合しさらに混練することを特徴とする。
【００３５】
このように本発明が構成されることにより、バイオマス由来成分は、さらに粉砕されて微粒子化するとともに、その表面に相溶化剤を吸着させて、後で投入される合成高分子に対する親和性が向上する。
【発明の効果】
【００３６】
本発明により、合成高分子の母相におけるバイオマス由来成分の分散相を高度に微細化、均一化した高分子複合材料を製造する技術が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
（第１実施形態）
図１（ａ）は本発明に係る高分子複合材料の製造装置１０（以下、単に「製造装置」という）の第１実施形態を示す縦断面図である。
この製造装置１０は、投入手段１２（ホッパ）と、混練手段５０と、脱水手段４０と、強制減圧装置３０とを、含んで構成されている。ここで混練手段５０は、駆動手段１１と、シリンダ１３と、スクリュー１５とを含んだ構成である。
【００３８】
このように製造装置１０が構成されことにより、投入手段１２により高分子複合材料の原材料が投入されると、この原材料は、シリンダ１３の内部で軸回転するスクリュー１５により混練されるとともに、脱水手段４０及び強制減圧装置３０により脱水処理されて、取出手段１７から高分子複合材料の溶融体となって取り出されることになる。
なお、この高分子複合材料の溶融体は、取出手段１７に設けられ小さな穴が十数ヶ所空いているダイ（図示略）を通って、束状に放出される。さらに、冷却バスを通過して凝固した後にペレタイザー（図示略）に引込まれ米粒状のペレットにカットされる。
【００３９】
駆動手段１１は、スクリュー１５の一端に接続して、このスクリュー１５を軸回転させるものであって、高分子複合材料の原材料を混練する動力源である。なお図１においてスクリュー１５は、一本のみ表示されているが、製造装置１０は、このような一軸のものに限定されるものではなく、二本以上のスクリュー１５が並列して構成される多軸のものである場合も含まれる。
このように、多軸で構成される製造装置１０にあって駆動手段１１は、設置される複数のスクリュー１５のそれぞれを軸回転させる。なおこの場合、複数のスクリュー１５のそれぞれの軸回転の方向及び速度については任意設定事項である。
【００４０】
投入手段１２は、高分子複合材料の原材料である合成高分子の主剤及びバイオマス由来成分の過剰含水物を、シリンダ１３の内部に投入するものである。この投入されるものの分量並びに配合率は、合成高分子とバイオマス由来成分の過剰含水物とをそれぞれ供給する供給部１２ａ，１２ｂによって任意に設定することができる。
さらに、この投入手段１２には、バイオマス由来成分がデンプン質系バイオマスに由来するものである場合、このバイオマス由来成分が後記するように糊化するのに必要な水分が注水され過剰含水物になるための注水手段が設けられている場合がある。
【００４１】
ここで合成高分子として製造装置１０に投入されるものとして、加熱により溶融する熱可塑性樹脂や、加熱により硬化する熱硬化性樹脂のいずれも採用することができる。
熱可塑性高分子の主剤として採用することができるものとしては、ペレット状に成形された、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）等のポリオレフィン系の樹脂が好適である。
またこれらに限定されることなく、その他、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、アクリル・ブチレン・スチレン（ＡＢＳ）等、加熱により熱流動する性質を有し一般に押出成形が可能なものであれば、特に制限無く用いることができる。さらに、これら熱可塑性樹脂は、二種以上混合して使用してもよい。
【００４２】
一方、熱可塑性高分子の主剤として、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）等の生分解性を具備したものを用いれば、その全てが土に還元される性質を有し、環境保全の観点から好適な高分子複合材料が得られる。また、テグラノボン（商標）や、マクロテク・リサーチ社（米国）のＥＣＭマスターバッチ（商品名）等の生分解性を付与する添加剤が付与されているポリオレフィン樹脂を用いても同様に環境保全の観点から好適である。
【００４３】
熱硬化性高分子として採用することができるものとしては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド、ジアリルフタレート、アルキド等の各種公知の熱硬化性樹脂が挙げられる。
これら熱硬化性高分子は、公知の硬化剤を主剤に添加して、所定の形状を保持して、硬化温度に設定して重合反応させることにより成形品にすることができるものである。なお、これら熱硬化性高分子の主剤は、重合反応前の単量体が低分子量化合物であるために、液体、固体、半固体の性状を取り得るが、少なくとも温度を上げれば流動状態を示すものである。
よって、硬化温度よりも低い温度に設定された混練温度で、熱硬化性高分子の主剤とバイオマス由来成分とが混練されることになる。
【００４４】
これら熱硬化性高分子のなかでも、アルキド樹脂は、多価アルコールと多塩基酸とが縮合重合してなる合成高分子であって、この多塩基酸は、混練中にバイオマス由来成分の表面のヒドロキシ基（−ＯＨ）ともエステル結合する。このために、合成高分子とバイオマス由来成分とは界面の親和性が良好になるので、微細でかつ均一な分散構造が得られる。
このような多価アルコールとして、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール等が挙げられる。
多塩基酸としては無水フタル酸、無水マレイン酸、アジピン酸等が挙げられる。
また硬化剤として、有機過酸化物（ベンゾイールペルオキシド、ジクミルペルオキシド等）が挙げられる。
【００４５】
また、前記した多価アルコールに代えてエポキシドを採用してもよい。この場合、エポキシドが混練されるとその３員環が開裂して周囲の水分子が付加して二価の多価アルコールとなり、前記した場合と同様のアルキド樹脂が合成される。また混練時に未反応のエポキシドは、その後、硬化温度に設定して成形品にする際に、３員環が開環重合してエポキシ樹脂になる。
【００４６】
混練工程における多塩基酸を投入するタイミングとしては、多価アルコール（又はエポキシド）の投入よりも先行させて、バイオマス由来成分の表面と化学反応（エステル化）させることを優先させることが望ましい。これにより、バイオマス由来成分の表面が改質されて、合成高分子に対する親和性の向上がさらに期待できるからである。このように、混練工程の前段階でバイオマス由来成分の過剰含水物と多塩基酸の一部とを化学反応させて表面改質してから、多塩基酸の残部と多価アルコール（又はエポキシド）を投入して混練する。
なお、硬化剤を投入するタイミングは、混練工程の前半・後半及び脱水工程の前・後いずれの場合もありうるが実験的に最適条件が導かれる。
【００４７】
ワックスとして採用することができるものとしては、常温で固体であり、加熱すると合成高分子の主剤よりも低温で溶融しかつ低粘度である有機化合物である。このワックス（Ｃ）は、天然物から抽出されるものであったり、工業的に合成されるものであったりするが、有機化合物中の鎖状炭化水素の主鎖の炭素数が１０から１００の範囲に含まれるものであることが望ましい。
【００４８】
ワックスは、混練工程において合成高分子の主剤よりも先行して溶融し、水と混合液相を形成する。このため、混練物の粘性が低下し、混練手段５０の負担が軽減するとともに混練性が向上する。さらに先行して溶融したワックスは、バイオマス由来成分に吸着し、このバイオマス由来成分が、合成高分子の主剤の溶融体に拡散するのを促進する。
【００４９】
この炭素数が１０よりも小さいと、溶融したワックスは混練温度で気化しやすくなり、脱水工程において水とともに外部に排出されてしまう。
また炭素数が１００よりも大きいと、溶融したワックスの粘度が大きくなり、水との混合液相が形成されにくくなり、混練性の向上に貢献できない。
【００５０】
ワックスのうち天然物から抽出されるものとしては、飽和脂肪酸が挙げられる。飽和脂肪酸とは、鎖状炭化水素の１価のカルボン酸であって、CH3(CH2)nCOOHの示性式で示される化合物であって、本発明に適用されるものはｎが９以上であるものが好ましい。
【００５１】
この飽和脂肪酸は、その末端に位置するカルボキシル基（COOH）が親水基であって、鎖状炭化水素の部分（CH3(CH2)n）が疎水基（親油基）となっている。
このために溶融した飽和脂肪酸は、その疎水基が中心になり親水基が外側を向いて水と界面を成し、水との混合液相を形成しやすい。また水との混合液相中、飽和脂肪酸は、球状ミセルを形成しているので、脱水工程において水に付随して外部に排出されにくい特徴を有している。
【００５２】
そして、水との混合液相における飽和脂肪酸の球状ミセルは、混練により微細化して混練物の全体に一様に拡散するととになる。球状ミセルの表面に位置する飽和脂肪酸のカルボキシル基（COOH）は、バイオマス由来成分に接触すると、その表面のヒドロシル基（OH）と、エステル反応して化学結合する（化学吸着する）。
このような化学反応により、バイオマス由来成分は、その表面が飽和脂肪酸によって化学修飾されて、親水性が解消し親油性が向上することとなる。これにより、バイオマス由来成分が合成高分子の主剤の連続相中に拡散しやすい好都合な性質を備えることになる。
【００５３】
一方、ワックスのうち工業的に合成されるものとしては、メタロセン触媒に代表されるシングルサイト触媒により重合されたオレフィン樹脂（特にプロピレン系、エチレン系）が挙げられる。
具体例としては、プロピレン又はエチレンのモノマーの単独重合体、これらモノマーとα−オレフィンとの共重合体が挙げられる。なお、α−オレフィンとしては、エチレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、１−ヘプテン、１−オクテンなどが挙げられ、共重合体はブロック共重合体、ランダム共重合体、ランダムブロック共重合体の何れであってもよい。
なお、ワックスは、二種以上の前記した有機化合物を混合して使用してもよい。
【００５４】
シングルサイト触媒により重合されたオレフィン樹脂のワックスは、チグラー・ナッタ触媒に代表されるマルチサイト触媒による場合と比較して、側鎖の分岐、分子量、結晶粒径の分布が均一化している。
シングルサイト触媒により重合されたオレフィン樹脂のワックスによれば、天然ワックスよりも分子量が大きいにもかかわらず溶融粘度が低いために、良好な混練性を維持して脱水工程で水の効率的な排出に貢献する。
【００５５】
これらワックスの配合量は、前記合成高分子及び前記バイオマス由来成分の合計量１００重量部に対し、１から２０重量部の範囲に含まれるのが望ましい。
ワックスの配合量が１重量部よりも少ない場合、混練性の向上効果が認められなく、脱水工程における水の効率的な排出効果も認められない。
一方、ワックスの配合量が２０重量部よりも多い場合、製造される高分子複合材料の平均分子量が低下することとなり成形品の機械的性質が低下することになる。
【００５６】
バイオマス由来成分の過剰含水物として採用することができるものとしては、水に所定時間浸漬させた後に水切りした生米、芯や表皮を取り除き大きさを適当に揃えて刻む程度の簡単な処理を行ったトウモロコシ、馬鈴薯、甘藷等のデンプン系の穀物が挙げられる。
これらデンプン系の穀物は、所定量以上の水分の存在下で一般的な混練温度Ｔｚ（１００〜２００℃）に置かれると、水分子が入り込んで結晶構造が崩れる糊化が起こる。このように糊化したデンプン（バイオマス由来成分）は、分子鎖相互間の水素結合の束縛から解放されているので、溶融している熱可塑性高分子中に微細に均一に分散されやすい性質を備えることとなる。
また、前記したように投入手段１２に注水手段が設けられていれば、これらのデンプン系の穀物を製造装置１０に投入すると同時に、デンプンを糊化させるのに必要な水分を補給する注水を適宜行って、過剰含水物を調整する場合もある。
【００５７】
次に、バイオマス由来成分の過剰含水物として採用することができるものとして、リグノセルロース又はセルロースを主成分とする草木質系バイオマスや、蟹ガラ及び蝦ガラ等のキチン質系バイオマス等を水中で微細化させてなる懸濁液が挙げられる。このような懸濁液は、前記した特許文献２に挙げられるような高圧ホモゲナイザーを用いてバイオマスを水中で物理的に粉砕させる場合の他、化学的な処理を行うことにより形成させる方法もとり得る。なおここで過剰含水物とは、前記した通りバイオマスに水分が人為的に加えられて構成されるもののほか、元来水分を固有に含むバイオマスそのものも指し、混練工程で最終的に脱水される水分が含有されるものであれば全て対象になる。
【００５８】
例えば、バイオマスとして木材を採用する場合は、この木材を機械的に粉砕する前処理を施して、最大径が数ｍｍ程度のサイズの粒状又はチップ状にする場合がある。もちろん、木材をそれ以下のサイズの微粒子の集合体にしても適宜採用される。なお、そのような微粒子の集合体として、バイオマスから化学的工程を経て抽出される繊維質体も含まれることとする。
これら、木材の微粉末体は、人為的に水分を加えなくても吸湿作用により、十数ｗｔ％から数十ｗｔ％の水分を含有する過剰含水物であるといえる。このような木材の微粉末体（または籾ガラ等）は、乾燥処理等の特別な工程を経ることなくそのまま製造装置１０に投入することができる。
このように、バイオマスが、数ｍｍ程度の最大径のサイズを有していることの効果は、その含水量が多い場合であっても、投入手段１２からバイオマス原料を製造装置１０に投入するに際し、目詰まりが回避されることが挙げられる。
【００５９】
一方、バイオマスのサイズがそれ以下の微粒子の集合体であって、吸湿による含水量が多くて投入手段１２が目詰まりする場合は、逆に、その集合体に水を人為的に含浸させて含水量をさらに増加させることによりこの目詰まりを回避することができる。
このように、水分が元来含有されているバイオマスの過剰含水物に水をさらに含浸させることにより、前記した目詰まりを回避させる効果以外に、飛散しやすい微粒子の集合体の取り扱いが簡便化し生産効率が向上する効果が得られる。
さらに、微粒子の集合体は、内包する空気が水に置換された後に、合成高分子と混練されることになる。これにより、製造される高分子複合材料は、残留する気泡が減少し欠陥が少なくなる効果が得られる。
【００６０】
なお、投入手段１２に対し、合成高分子とバイオマス由来成分との相溶性を向上させる相溶化剤をさらに送入させる場合もある。この相溶化剤は、例えば、飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸またはその誘導体が用いられる。また、合成高分子を不飽和カルボン酸またはその誘導体で変性させたものを使用することもできる。
このほか、無機・有機物質を問わず、シリカや繊維状の物質等を添加し、これら添加剤成分を高分子複合材料中に微分散させることも可能である。
【００６１】
シリンダ１３は、投入手段１２を備える原料投入区間Ａを最上流とし取出手段１７を備える部分を最下流として、この最上流と最下流との間が、少なくとも混練区間Ｂ、脱水区間Ｃ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）、再加圧区間Ｄに分類されるよう構成されている。また、シリンダ１３の周囲には、その内部を混練温度Ｔｚ（図１（ｃ）参照）に設定するためのヒータ（図示せず）が設けられている。
【００６２】
混練区間Ｂは、投入手段１２から投入された、合成高分子の主剤、バイオマス由来成分の過剰含水物、及び相溶化剤を、所定の圧力と混練温度Ｔｚとで混練する区間である。これによりバイオマス由来成分は、混練物中で微細化し、適宜相溶化剤と化学反応することによって合成高分子との親和性が付与され、混練物中に均一に分散することになる。
【００６３】
脱水区間Ｃは、さらに加圧脱水区間Ｃ１、常圧脱水区間Ｃ２、減圧脱水区間Ｃ３に分類することができ、これらにはそれぞれ少なくとも１つ以上の脱水手段４０（図１（ｂ）参照）が設けられている。
ここで、加圧脱水区間Ｃ１は、混練物に含まれる水分を、図１（ｃ）に示されるように、その混練温度Ｔｚにおける飽和蒸気圧Ｐｚよりも低くかつ大気圧Ｐ０よりも高い設定圧力Ｐａ，Ｐｂで脱水する部分である。
このような設定圧力Ｐａ，Ｐｂで脱水処理されることにより、混練物は、含水量を急激ではなく徐々に低減させながら、さらに混練されることになる。これにより、混練物中で微細化して分散したバイオマス由来成分は、再凝集することが抑制されつつさらに、微細化、分散化が進行することとなる。
【００６４】
常圧脱水区間Ｃ２は、加圧脱水区間Ｃ１を通過した混練物に含まれる水分を、図１（ｃ）に示されるように、大気圧Ｐ０に近い設定圧力Ｐｃ，Ｐｄで脱水する部分である。このような設定圧力Ｐｃ，Ｐｄで脱水処理されることにより、含水量が低減した混練物は、さらに含水量を徐々に低減しつつさらに混練されることになる。これにより、混練物中で微細化して分散したバイオマス由来成分は、再凝集することが抑制されつつさらに、微細化、分散化が進行することとなる。
【００６５】
減圧脱水区間Ｃ３は、常圧脱水区間Ｃ２を通過した混練物に含まれる水分を、図１（ｃ）に示されるように、強制減圧装置３０によって大気圧Ｐ０よりも低い設定圧力Ｐｅで脱水する部分である。このような設定圧力Ｐｅで脱水処理されることにより、混練物に含まれる水分はほとんど除去されることになる。
なお減圧脱水区間Ｃ３が接続する真空トラップ３１は、気化した蒸気を冷却して液体に戻し、強制減圧装置３０に高温の飽和水蒸気が強制減圧装置３０に入るのを防止してその劣化を抑制するものである。
このように、混練物に付与される圧力を、脱水区間Ｃにおいて、混練温度Ｔｚにおける飽和蒸気圧Ｐｚから段階的に引き下げて脱水することにより、バイオマス由来成分の再凝集を抑制しつつ、その微細化、分散化を促進させることができる。
【００６６】
再加圧区間Ｄは、脱水処理の終了した混練物を継続して混練するとともに、再加圧して取出手段１７から取り出されるに必要な圧力を付与する部位である。これにより、バイオマス由来成分が微細に分散している高分子複合材料の溶融体が取出手段１７から取り出されることになる。
【００６７】
スクリュー１５は、その軸周りに螺旋状のフライト１６が形成されているものであって、軸回転することにより、フライト１６が圧力を付与して混練物を、シリンダ１３の上流から下流に向けて押し出すものである。
【００６８】
脱水手段４０は、図１（ｂ）の部分断面図で示されるように、濾過板４１と、遮断壁４２と、調圧手段４５とを、含んで構成されるものである。
このように構成される脱水手段４０は、調圧手段４５により混練温度Ｔｚにおける飽和蒸気圧Ｐｚよりも低くかつ大気圧Ｐ０よりも高い任意の設定圧力Ｐｘ（ｘ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）を、シリンダ１３内の混練物に付与するものである。これにより脱水手段４０は、混練物に含まれる水分を、急激ではなく徐々に脱水していくことが可能になる。
【００６９】
濾過板４１は、シリンダ１３の壁面に設けられた開口を閉じるように配置され、シリンダ１３の内部及びその外部を隔てるとともに混練物のうち含まれる水分を選択的に濾過するものである。このような濾過板４１の構成としては、板面に多数の孔を設けられ、その板面がシリンダ１３の内壁面に沿って固定されるものが挙げられる。
【００７０】
遮断壁４２は、濾過板４１により濾過された水分を気化させる気化空間Ｖを形成するとともにこの気化空間Ｖを大気から遮断するものである。このような遮断壁４２の構成としては、有底の容体がその開口とシリンダ１３に設けた開口とを略一致するように固定され、さらに濾過板４１を当接してこれが固定されるようにするものが挙げられる。
【００７１】
調圧手段４５は、気化空間Ｖの気圧を計測する圧力計４３と、気化空間Ｖから遮断壁４２を通過して大気側に放出される気体（水蒸気）に流動抵抗を可変して付与する絞り弁４４とから構成され、気化空間Ｖの気圧を所定の設定圧力Ｐｘ（ｘ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）に設定するものである。
この絞り弁４４の絞り量を適宜調節することにより、気化空間Ｖの気圧を、混練温度Ｔｚにおける飽和蒸気圧Ｐｚから大気圧Ｐ０までの間の任意の値に設定することができる。つまり、絞り弁４４を完全に閉塞すれば気化空間Ｖの気圧は、この飽和蒸気圧Ｐｚに設定され、絞り弁４４を完全に開放すればから大気圧Ｐ０に設定されることになる。さらに矯正減圧装置３０に接続して気化空間Ｖの気圧を大気圧Ｐ０以下に設定することができる。
【００７２】
なお、この調圧手段４５は、シリンダ１３に設けられている複数個の脱水手段４０においてその設定圧力Ｐｘが取出手段１７に近くなる程小さく設定されていること（Ｐａ＞Ｐｂ＞Ｐｃ）が、バイオマス由来成分の再凝集が抑制する上で望ましいことはすでに述べたとおりである。
また設定圧力Ｐｘは、投入された液状試薬が気化して排出されないように、水分が優先的に排出されるように適宜設定される。
そして、シリンダ１３に複数設けられている脱水手段４０のうち最下流に位置するものを大気圧Ｐ０よりも低圧な設定圧力Ｐｅ（Ｐ０＞Ｐｅ）にすることで、取出手段１７から押し出される混練物の脱水をより完全にすることができる。
【００７３】
（製造装置の動作説明）
次に図１（ａ）並びに図１（ｂ）及び水の状態図である図１（ｃ）を参照して製造装置１０の動作並びに脱水手段４０の機能説明を行う。
製造装置１０の内部に、合成高分子の主剤、バイオマス由来成分の過剰含水物及びその他必要な成分（ワックス、相溶化剤等）が、投入手段１２を通じて投入され、設定された混練温度で混練手段５０により混練される。すると、活性化した水がバイオマスの分子鎖間に侵入してその分子間結合を緩くする。さらに、混練で付与される機械エネルギーにより、バイオマスが開裂して微細化が進行する。
【００７４】
さらに、溶融したワックスは、水と低粘度の混合液相を形成し混練物全体の粘性を低下させ混練性を向上させるとともにバイオマス由来成分の表面に吸着する。またカルボキシル基を有するその他の化合物（相溶化剤、脂肪酸、多塩基酸等）は、下記式（３）に示す脱水反応（エステル反応）によって、バイオマス由来成分の表面（Ｒ´）のヒドロシル基（OH）をエステル結合を有する置換基に置換する。これにより、バイオマス由来成分の親水性が低下して水分との結びつきが弱まり、次の脱水工程において効率の良い脱水が実現される。
【００７５】
【化１】
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【００７６】
シリンダ１３に設けられたもののうち最上流に位置する脱水手段４０ａに到達した混練物は、スクリュー１５から付与される圧力により、濾過板４１に押し付けられて、含まれる水分が選択的にこの濾過板４１を通過して気化空間Ｖに溜まる。この気化空間Ｖに溜まった水分は混練温度Ｔｚであるところ、その飽和蒸気圧Ｐｚより低い圧力Ｐａに設定されている気化空間Ｖにおいて、この溜まった水分は気化することになる。この気化した水分（水蒸気）は調圧手段４５の絞り弁４４を通過して大気に放出されることになる。
この脱水手段４０ａでは、設定圧力Ｐａと大気圧Ｐ０との差圧が小さいために、混練物の脱水が急激にされることはなく、含水量が低減した状態となって混練されながら下流の脱水手段４０ｂに押し出される。
【００７７】
次の脱水手段４０ｂにおいても、同様に、飽和蒸気圧Ｐｚより低い圧力Ｐｂに設定されている気化空間Ｖにおいて溜まった水分は気化して大気に放出されることになる。
以下、このように、下流側に設けられている脱水手段４０（４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ）において同様の動作が繰り返されて、混練物は段階的に徐々に脱水を実行しつつ混練されるためにバイオマス由来成分の再凝集が抑制されることになる。
【００７８】
そして、脱水が完了した混練物は、バイオマス由来成分が分散した高分子複合材料の溶融体として、取出手段１７から取り出されるとともに、ペレタイザー（図示略）等により米粒状のペレット等（高分子複合材料組成物）に成形される。
このペレットは、再加熱して溶融させてから、金型に注入してバルク状の成形品としたり、延伸加工(例えばインフレーション法、カレンダー加工法、Ｔ−ダイ法、吹き込み法等)してフィルム状の成形品としたり、発泡させて発泡成形品としたりして、一般的な高分子加工成形品を製造するための原料として適用することができる。
なおこのように、ペレットの成形を経由せずに、取出手段１７から押し出される高分子複合材料の溶融体からそのような成形品を直接製造してもよい。
【００７９】
以上の実施形態は本発明を説明するための一例であり、本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、製造装置１０は、加圧脱水区間Ｃ１が少なくとも設けられていれば、特に常圧脱水区間Ｃ２及び減圧脱水区間Ｃ３を設ける必要が無い場合がある。これは、混練温度Ｔｚにおいては、大気圧Ｐ０よりも高い圧力で充分に脱水する（水分を気化させる）ことが可能であることが図１（ｃ）の水の状態図から充分に裏付けられるからである。
【００８０】
また、図示されているシリンダ１３の区分（Ａ，Ｂ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｄ）は例示であって、これらの区分の間に他の区分を設けること（例えば、常圧脱水区間Ｃ２と減圧脱水区間Ｃ３との間に混練区間Ｂを設けること、原料投入区間Ａを複数設けること等）は適宜可能である。
そのような、他の具体的な適用例について例示する。投入手段１２からは、バイオマス（木材の粉砕物又は籾ガラの未処理物等）と、相溶化剤とを、投入して第１の原料投入区間Ａで両者を混練する。この原料投入区間Ａで、バイオマスは、さらに粉砕されて微粒子化するとともにその表面に相溶化剤を吸着させて、後に投入される合成高分子に対する親和性を向上させる。
【００８１】
次に、第２の原料投入区間（図示せず）において、合成高分子の主剤及びその他必要な試薬を投入し、バイオマスと共に混練する。これにより、バイオマス由来成分が合成高分子の連続相に微細にかつ均一に分散していくこととなる。
なお製造装置１０の構成として、脱水区間Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、第１の原料投入区間Ａと第２の原料投入区間（図示せず）との中間工程に位置する場合、第２の原料投入区間（図示せず）の後工程に位置する場合の、いずれの場合も取り得る。さらに、混練区間Ｂが、任意区間の中間に追加される場合も取り得る。
【００８２】
（第２実施形態）
次に図２（ａ）に示す縦断面図を参照して、本発明に係る高分子複合材料の製造装置の第２実施形態を説明する。なお、図２（ａ）において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、すでにした記載を援用して、詳細な説明を省略する。
【００８３】
第２実施形態の製造装置１０’は、高分子複合材料の原料として用いられるバイオマス由来成分の過剰含水物として、懸濁液のような含水量が多く流動性の高いものが採用される場合に適切なものである。
そのような製造装置１０’において特徴的な構成は、このバイオマス由来成分の過剰含水物をシリンダ１３の内部に圧入する圧入手段２０と、軸径が変化しているスクリュー１５’とを採用する点にある。そして、高分子複合材料の原料が投入される区間は、合成高分子の主剤が投入される主剤投入区間Ａ１と、その下流に設けられバイオマス由来成分の過剰含水物の懸濁液が投入される懸濁液投入区間Ａ２とに分割して構成される。
【００８４】
圧入手段２０は、シリンダ１３の懸濁液投入区間Ａ２に設けられている注入口１４を介して接続されるものであって、バイオマス由来成分の過剰含水物が充填されている液溜２１と、この液溜２１からバイオマス由来成分の過剰含水物をシリンダ１３に注入する駆動力を与えるモータ２２と、この注入されるバイオマス由来成分の過剰含水物の逆流を防止する逆止弁２４と、シリンダ１３に注入されるバイオマス由来成分の過剰含水物の注入量を調節する絞り弁２５とを含んで構成されている。
なお、この注入口１４の近傍のシリンダ１３の内部は、合成高分子の混練物が加圧された状態にあるので、圧入手段２０は、それよりも大きな圧力でバイオマス由来成分の過剰含水物を圧入させる必要がある。また、圧入された過剰含水物が混練物の温度を下げないように、圧入手段２０には、過剰含水物を加熱する加熱手段を適宜設けてもよい。
【００８５】
仮に、このような流動性の高いバイオマス由来成分の過剰含水物を、第１実施形態の製造装置１０のように合成高分子と混合してシリンダ１３に投入するとなると、投入手段１２の内部で両者が分離して、バイオマス由来成分の配合比率が変動して混練物に配合比率のむらが生じることが懸念される。しかし、第２実施形態の製造装置１０’のように、流動性の高いバイオマス由来成分の過剰含水物を下流側に設けた注入口１４から圧入することにより、常に一定比率でむらなくバイオマス由来成分を混練物に投入することが可能になる。
【００８６】
そして圧入手段２０から圧入されるものは、前記したバイオマス由来成分の過剰含水物に限定されるものではなく、例えば前記したような、多塩基酸、多価アルコール、有機過酸化物のような混練工程において配合される種々の液状試薬が圧入される場合もある。
また圧入手段２０は、図２に示されるように単数配置に限定されるものでなく目的に応じて複数配置される場合があり、また配置される位置も脱水手段４０の上流に配置されることに限定されるものでなく、その下流に配置される場合もある。前記したような液状試薬は、脱水が充分に行われた後に、混練物に圧入されることが望ましい場合があるからである。
【００８７】
次に、スクリュー１５’は、加圧脱水区間Ｃ１又は常圧脱水区間Ｃ２に設けられている脱水手段４０（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ）の設置部位において、その軸径が上流側よりも太径に形成されている。このようにスクリュー１５’が構成されることにより、混練物は上流側よりもさらに加圧されることとなり、含有する水分が除去されて混練物の容積が減少してもこの混練物に付与される圧力は少なくとも維持されることになる。
【００８８】
さらにスクリュー１５’は、減圧脱水区間Ｃ３に設けられている脱水手段４０（４０ｅ）の設置部位において、その軸径が上流側よりも細径に形成されている。このようにスクリュー１５’が構成されることにより、混練物はこの区間においてスクリュー１５’から混練物に付与されている圧力は解除（減圧）されることになり、さらに混練物は大気圧Ｐ０より低圧にさらされて脱水が促進されることになる。
【００８９】
さらにスクリュー１５’は、脱水区間Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を通過した再加圧区間Ｄにおいて、その軸径が上流側よりも太径に形成されている。このようにスクリュー１５’が構成されることにより、脱水された混練物はこの区間において再加圧されて取出手段１７から取り出されることになる。
【００９０】
また、前記した第２実施形態の説明においては、投入手段１２からシリンダ１３の内部には合成高分子の主剤が投入され、圧入手段２０からシリンダ１３の内部にバイオマス由来成分を含む懸濁液が投入される例を示した。
第２実施形態における他の適用例として、投入手段１２からは合成高分子の主剤及びデンプン質系バイオマス（生米等）がシリンダ１３の内部に投入されることとして、圧入手段２０を注水手段としてシリンダ１３の内部に水を注水する場合もある。
この場合、圧入手段２０は、流量並びに温度の調節機能を有する一般的な給湯手段を用いることができる。そして、デンプン質系バイオマス（生米等）は、合成高分子の主剤とともに混練されつつ、注水された水を吸水して過剰含水物になってから糊化する。
【００９１】
（第３実施形態）
次に図２（ｂ）に示す縦断面図を参照して、本発明に係る高分子複合材料の製造装置の第３実施形態を説明する。なお、図２（ｂ）において図１及び図２（ａ）と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、すでにした記載を援用して、詳細な説明を省略する。
【００９２】
第３実施形態の製造装置１０”は、第２実施形態の場合と同様に、高分子複合材料の原料として用いられるバイオマス由来成分の過剰含水物として、懸濁液のように含水量が多く流動性の高いものを採用する場合に適切なものである。
そして製造装置１０”において特徴的な構成は、フライト１６のピッチが変化しているスクリュー１５”を採用する点にある。
このようにスクリュー１５の下流に向うに従いフライト１６のピッチが狭く変化すると混練物に付与される圧力は増大し、逆にピッチが広く変化すると混練物に付与される圧力は減少することになる。
【００９３】
そこでスクリュー１５”は、加圧脱水区間Ｃ１又は常圧脱水区間Ｃ２に設けられている脱水手段４０（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ）の設置部位において、フライト１６のピッチが上流側よりも狭く形成することにする。そしてスクリュー１５”は、減圧脱水区間Ｃ３に設けられている脱水手段４０（４０ｅ）の設置部位において、フライト１６のピッチが上流側よりも広く形成されている。
このようにスクリュー１５”が構成されることにより、混練物は、第２実施形態の場合と同じ要領で、脱水手段４０が設けられている位置で加圧又は減圧されることになり、その脱水が段階的に促進されることになる。
【００９４】
（第４実施形態）
次に図３に示す断面図を参照して、本発明に係る高分子複合材料の製造装置の第４実施形態を説明する。前記した図１及び図２の製造装置１０は、原料の投入工程、混練工程、混練物の取出工程がそれぞれ寸断されることなく同時に進行し連続的に高分子複合材料を製造する連続式のものであった。これに対し、第４実施形態に係る製造装置６０は、原料の投入工程、混練工程、混練物の取出工程がそれぞれ順繰りに繰り返され断続的に高分子複合材料を製造するバッチ式のものである。
【００９５】
この製造装置６０は、投入手段１２（ホッパ）と、混練手段６２と、脱水手段４０とを、含んで構成されている。ここで混練手段６２は、駆動手段（図示せず）と、ケーシング６３と、ロータ６５とを含んだ構成である。
また図３（ａ）〜（ｃ）は、ロータ６５の回転軸に直交する断面であって、その長手方向に沿って異なる（それぞれ投入手段１２、脱水手段４０、取出手段６７を含む）製造装置６０の断面図を示している。
なお、図３において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、すでにした記載を援用して、詳細な説明を省略する。
【００９６】
混練手段６２は、ケーシング６３と、ロータ６５とを構成に含み、投入された合成高分子の主剤、バイオマス由来成分の過剰含水物及びその他のものを設定した混練温度で撹拌して混練し、微細にかつ均一な高分子複合材料にするものである。
ケーシング６３は、合成高分子の主剤及びバイオマス由来成分の過剰含水物を投入する投入手段１２並びに混練物を外部に取り出す取出手段６７が設けられている。
この投入手段１２は、第１開閉手段６１を介してケーシング６３内部の混練空間Ｗと連通しており、この第１開閉手段６１を「開状態」にすると投入手段１２から混練空間Ｗに合成高分子の主剤やバイオマス由来成分の過剰含水物を投入することができるようになっている。一方、第１開閉手段６１を「閉状態」にすると混練空間Ｗと投入手段１２との間を行き交う気体の流れも遮断される。
【００９７】
取出手段６７は、第２開閉手段６８を介してケーシング６３の混練空間Ｗと連通しており、この２１開閉手段６１を「開状態」にすると混練空間Ｗにある混練物が取り出せることができるようになっている。一方、第２開閉手段６８を「閉状態」にすると混練空間Ｗと取出手段６７との間を行き交う気体の流れも遮断される。
このように、第１開閉手段６１及び第２開閉手段６８を「閉状態」にすると混練空間Ｗは密閉空間になり、混練空間Ｗは、設定された混練温度Ｔｚにおける飽和蒸気圧Ｐｚ（＞Ｐ０：大気圧）に保持されることになる（図１（ｃ）参照）。
【００９８】
ロータ６５は、密閉空間にされ混練温度に設定されたケーシング６３の混練空間Ｗで回転し混練物を混練するものである。このロータ６５は、図３中、互いに回転方向が逆方向である二つの回転体が、投入手段１２からの投入物を巻き込むようにかつ取出手段６７へ混練物を押し出すように回転するものが例示されているが、このような実施形態に限定されるものでなく公知のものを適用することができる。
【００９９】
脱水手段４０は、図３（ｂ）に示されるように、ケーシング６３に穿設された混練空間Ｗの開口に設けられ、密閉空間の圧力を調節し、この調節された圧力により混練物の脱水を実行するものである。
濾過板４１は、ケーシング６３の混練空間Ｗ及び外部を隔てるとともに混練物のうち含まれる水分を選択的に濾過するものである。
遮断壁４２は、濾過板４１を介して混練空間Ｗに連通する気化空間Ｖが形成されるとともに調圧手段４５が設けられている。
調圧手段４５は、密閉空間にされた混練空間Ｗの気圧を調節して設定圧力に設定するものであって、圧力計４３及び絞り弁４４を備える。
【０１００】
なお図３（ｂ）の脱水手段４０は、図１（ｂ）と同じものが示されているが、本実施形態の製造装置６０おいては、混練空間Ｗの上部も連通する気化空間Ｖと同じ役割を果たしてい濾過板４１及び遮断壁４２を設けずに、ケーシング６３に直接調圧手段４５を設ける構成も取り得る。
また、図３で図示されていないが、製造装置６０において、圧入手段２０（図２参照）が設けられる構成も取り得る。
【０１０１】
（製造装置の動作説明）
次に図３を参照して製造装置６０の動作説明を行う。
第１開閉手段６１を「開状態」とし第２開閉手段６８を「閉状態」とし、製造装置６０の内部に、合成高分子の主剤、バイオマス由来成分の過剰含水物及びその他必要な成分（ワックス、相溶化剤等）を、投入手段１２を通じて投入する。そして、第１開閉手段６１を「閉状態」にして投入物を混練温度に設定し混練手段６２により混練する。
【０１０２】
そして、適時、調圧手段４５を動作させて混練空間Ｗにある水分を水蒸気にして外部に放出させたり、図示しない圧入手段２０（図２参照）から必要な液状試薬を投入したりする。また必要に応じて強制減圧装置３０（図１（ａ）参照）により、混練空間Ｗを大気圧よりも減圧し、脱水を完全にする。
次に第２開閉手段６８を「開状態」とし混練空間Ｗ内の混練物を取出手段６７から取り出す。以上の工程を繰り返すことにより、高分子複合材料を量産する。
【０１０３】
以上述べた高分子複合材料の製造装置１０，１０’，１０”，６０で混練される合成高分子の主剤としては、熱可塑性高分子及び熱硬化性高分子のいずれも適用することができるものである。また、これら合成高分子の主剤に適宜添加される試薬（熱硬化性高分子の硬化剤を含む）については、その種類、性状、添加方法について公知のものを採用することができる。さらにそのような試薬を主剤に混合する手段は、例示した実施形態に限定されるものでなく、事例に応じて最適な手段が採用される。
【０１０４】
また合成高分子の主剤、バイオマス由来成分の過剰含水物及びその他必要な成分（ワックス、相溶化剤等）が、投入手段１２から投入される順番並びに脱水を実施するタイミング及び回数についても任意である。
つまり、前記した成分を全て一機に投入して混練・脱水して取り出す場合の他、例えば、バイオマス由来成分の過剰含水物及び相溶化剤を、先行して投入し混練・脱水した後に、合成高分子の主剤を投入して混練して混練物を取り出す場合も取り得る。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】（ａ）は本発明に係る高分子複合材料の製造装置の第１実施形態を示す回転軸に沿う縦断面図であり、（ｂ）はその脱水手段の部分を拡大して示す部分断面図であり、（ｃ）はこの脱水手段の機能説明をするのに利用する水の状態図である。
【図２】（ａ）は本発明に係る高分子複合材料の製造装置の第２実施形態を示す回転軸に沿う縦断面図であり、（ｂ）は第３実施形態を示す回転軸に沿う縦断面図である。
【図３】（ａ）から（ｃ）は第４実施形態を示す高分子複合材料の製造装置の回転軸に直交する縦断面図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０，１０’，１０”，６０  製造装置
１２    ホッパ（投入手段）
１３    シリンダ
１４    注入口
１５，１５’，１５”  スクリュー
１６    フライト
１７    取出手段
２０    圧入手段
３０    強制減圧装置
４０（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ）  脱水手段
４１    濾過板
４２    遮断壁
４５    調圧手段
５０，６２  混練手段
６３    ケーシング
６５    ロータ
６７    取出手段
６１，６８  開閉手段
Ａ      原料投入区間
Ｂ      混練区間
Ｃ１    加圧脱水区間（脱水区間）
Ｃ２    常圧脱水区間（脱水区間）
Ｃ３    減圧脱水区間（脱水区間）
Ｄ      再加圧区間
Ｐ０    大気圧
Ｐｚ    混練温度における飽和蒸気圧
Ｐｘ（Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ，Ｐｅ）  設定圧力
Ｔｚ    混練温度
Ｖ      気化空間
Ｗ      混練空間（密閉空間）
【図１】
2008296569.tif 000004
【図２】
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【図３】
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