(57)【要約】【課題】高い吸水性や吸・放湿性を発揮する立体的な成形体およびその製造方法。【解決手段】植物繊維と高吸水性材とがバインダ樹脂で一体化した複合材を少なくとも一部に具備させた。立体的形状を維持するにも十分な強度を有し、かつ、高い吸水性や吸・放湿性を発揮する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物繊維と高吸水性材とがバインダ樹脂で一体化した複合材を少なくとも一部に具備することを特徴とする成形体。
【請求項２】
前記植物繊維がパルプ繊維であることを特徴とする請求項１記載の成形体。
【請求項３】
前記高吸水性材が繊維状であることを特徴とする請求項１または２記載の成形体。
【請求項４】
前記高吸水性材が架橋ポリアクリル酸ナトリウム塩系繊維であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成形体。
【請求項５】
前記複合材が層状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成形体。
【請求項６】
多層構造を有し、その内の少なくとも一層が前記複合材からなる層であることを特徴とする請求項５に記載の成形体。
【請求項７】
容器状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の成形体。
【請求項８】
植物繊維と高吸水性材とバインダ樹脂とを乾式法で混合し、加熱処理を施してバインダ樹脂を溶融し、融着、一体化する工程を有することを特徴とする成形体の製造方法。
【請求項９】
前記混合に供するバインダ樹脂が繊維状であることを特徴とする請求項８に記載の成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、容器やトレー等の成形に関するもので、特に、吸水性及び吸・放湿性を有する成形体、並びに、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、紙おむつ、止水材、除湿材、保水シート等には高い吸水性能を有する材料が求められ、種々の高吸水性材が知られている。
中でも、吸水性繊維「ベルオアシス」（カネボウ（株）製）は高い吸水率、吸湿性を発揮する優れたものとして広く知られている（例えば、特許文献１、２参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１５４２８６号公報
【特許文献２】
特許第３１７０３６６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような吸水性繊維は、特に吸水時には、強度が高いものではなく、利用形態として、不織布、編織物、布団、フィルタ等のように、形状を保持するための強度が低くてもすむ形態に限られ、容器等のように立体的形状を保持する必要のある成形体への適用は困難であった。
【０００５】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、高い吸水性や吸・放湿性を発揮する成形体およびその製造方法を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の成形体は、植物繊維と高吸水性材とがバインダ樹脂で一体化した複合材を少なくとも一部に具備することを特徴とするものである。
その植物繊維としてはパルプ繊維が、高吸水性材としては繊維状のものが望ましい。特に、高吸水性材としては架橋ポリアクリル酸ナトリウム塩系繊維が望ましい。
また、複合材は層状であることが望ましく、成形体として多層構造を有し、その内の少なくとも一層が前記複合材からなる層であるものが好適である。
本発明の成形体は広く様々の形状、特に容器に適用できる。
本発明の成形体の製造方法は、植物繊維と高吸水性材とバインダ樹脂とを乾式法で混合し、加熱処理を施してバインダ樹脂を溶融し、融着、一体化する工程を有することを特徴とするものである。
その混合に供するバインダ樹脂は繊維状のものが望ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の成形体は、その少なくとも一部が、植物繊維と高吸水性材とがバインダ樹脂で一体化した複合材で形成されているものである。
植物繊維としては、例えば、広葉樹、針葉樹、イネ、葦等の草本類の繊維が好適である。その利用形態としては、パルプ繊維になったもの、古紙由来の脱墨パルプ（ＤＩＰ）の他、古紙なども可能である。さらに、植物繊維のみだけでなく、必要に応じて合成繊維などの材料も含む繊維を併用してよく、通常の湿式抄紙に用いられているサイズ剤等の添加物を含むものであっても構わない。
この植物繊維は、本発明における複合材の主成分を担うもので、成形体としての強度を維持するものである。
また、植物繊維であることから、成形体において嵩高さを発現し、軽量でありながら肉厚のある成形体を可能ならしめるだけでなく、通水性、通気性を有し、表面に付着した水分を速やかに内部の吸水性材料に導いたり、また、湿気を吸水性材料に取り込ませたり、逆に、吸水性材料から外部に湿気を放出させ得るようになる。
【０００８】
本発明の高吸水性材としては、広く吸水性材料として知られているものを適用できる。例えば、ポリアクリル酸塩系樹脂、デンプン−アクリル酸塩グラフト系ポリマー、酢酸ビニル共重合体、無水マレイン酸共重合体、ビニルアルコール系共重合体、無機系材料としてはＡ型シリカゲル、Ｂ型シリカゲル、また天然材料としてパルプやコットン等の植物性材料が挙げられる。特に、吸水量が１０ｇ／ｇ以上のものが好ましい。
高吸水性樹脂の市販品としては、例えば、粉体状では、「アクアリック」（日本触媒）、「アロンザップ」（東亞合成）、「アクアリザーブ」（日本合成化学）、「アクアキープ」（住友精化）等がある。また、繊維状では、「ランシール」（東洋紡績）、「ベルオアシス」（カネボウ合繊）等がある。
中でも、アクリル酸ナトリウム塩系のポリマーを直接紡糸し、架橋処理した「ベルオアシス」は、高い吸水性能（自重の８０倍（生理的食塩水下：自重の４５倍））と、高い吸湿性能（相対湿度９０％下で、吸湿率１５０質量％）を有し、相対湿度９０％の条件下において木綿の約７倍、Ｂ型シリカゲルの約２倍の吸湿能力を発揮し、速やかな吸水速度、大きな表面積により素早く吸水し、圧力を加えても容易に水分を逃さない。また、吸水・吸湿を繰り返しても性能低下がない優れた耐久性能を有している。さらに、耐光性が高く、光による吸水性能の劣化が見られない。また、様々な有機溶媒（アセトン、ベンゼン、アルコール等）に対する耐薬品性もある。また、耐熱性は、１５０℃以上であり、熱による吸水・吸湿性能の低下も小さい。さらに、優れた難燃性（酸素指数ＬＯＩ＝４２、防災協会認定コードＡ−２１）を有する他、消臭機能、特にアンモニアに対する消臭性を発揮する。さらに、燃焼時のカロリーが低く（４２００ｃａｌ／ｇ）、焼却が容易で環境にも優しいものである。
高吸水性材は、繊維状、粉末状等、成形性を妨げなければ種々の形態のものを適用できるが、繊維状であれば、植物繊維とより絡ませることができて脱落を確実に防止でき、さらに、液体を吸収して膨潤した後も毛細管現象が損なわれずに良好な浸透性を保つことができるので、繊維状であることが望ましい。
繊維状の場合、混合融着に障害にならず、また、表面への過度の析出を防止するために、２．０〜１２．０ｄｔｅｘ、繊維長２．０〜７．０ｍｍの範囲内のものが好ましい。
【０００９】
バインダ樹脂としては、植物繊維や高吸水性材との相性や、成形体の用途等にもよるが、種々の熱可塑性樹脂を適用できる。特に融着加工の容易化の点からは融点が低いものがよく、ポリオレフィン、特にポリエチレンや、または、ポリ乳酸等が好適である。
このバインダ樹脂も植物繊維等とより絡みやすくして脱落を確実に防止する点で、溶融前の形態としては繊維状であることが望ましい。繊維状の場合には、溶融前の長さが１〜２５ｍｍの繊維が強度や成形性等の点から好ましい。また、同様の理由から、０．５〜５０ｄｔｅｘが好ましい。
また、バインダ樹脂として、少なくとも表面に熱融着性があればよく、芯鞘型等の複合繊維でもよい。例えば、その内部が熱可塑性樹脂ではない、植物繊維や化学繊維等で構成されている樹脂繊維等であっても、界面活性剤等の添加物を含むものであっても構わない。また、融点の異なる材料を使用した複合繊維を用いて融着時には外側の融点の低い樹脂のみを溶融させるようにすることで、より強度の高い成形体とすることができる。
このバインダ樹脂があることにより、植物繊維と高吸水性材とが一体化し、高吸水性材による吸水性や、吸・放湿性等の機能を発揮しつつ、形状を保持し続ける立体成形体への成形が可能となる。
【００１０】
複合材中における割合は、植物繊維が２０〜８５質量％、高吸水性材が５〜５０質量％、バインダ樹脂が１０〜３０質量％が好適である。これらのより適切な割合は成形体を適用する用途にもよるが、植物繊維が５０〜８０質量％であることにより、成形体としての強度、十分な通気性、通液性等に優れるものとなる。また、高吸水性材が１０〜４０質量％であることにより、高い吸水性、吸・放湿性を発揮し、バインダ樹脂が１０〜３０質量％であることにより、植物繊維や高吸水性材の各機能を阻害することなく、それらを確実に一体化できる。
【００１１】
複合材中には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、他の成分を配合することもできる。例えば、必要に応じて、公知の種々の添加剤、即ち、酸化防止剤、可塑剤、滑剤、各種安定剤、ブロッキング防止剤、帯電防止剤、染料、顔料、耐候性安定剤、帯電防止剤、防曇剤、スリップ剤、レベリング剤、光安定剤、紫外線吸収剤、重合禁止剤、シランカップリング剤、消臭剤、芳香剤、無機フィラー、有機フィラー、表面有機化処理した無機フィラー等の各種の無機・有機充填剤などを添加することは可能である。
【００１２】
本発明の成形体は、上述した複合材を使って成形したものであり、成形体の全部または部分的に、その複合材を使用したものである。
成形体としての形状は、その目的に応じて賦形するもので、図１に示すような平板状の他、種々の立体成形体が適用される。例えば、図４に例示する容器２８においては、その容器本体３０及び蓋体３２のいずれにも複合材を使用しており、また、図５に例示するトレーにおいても複合材を使用している。
図１に示す平板状の成形体１０は、その全体が上述した複合材のみで成形されている。従って、全体にわたって吸水性機能を発揮する。
図２に示す平板状の成形体１２は、植物繊維と高吸水性材とがバインダ樹脂で一体化した複合材からなる層１４と、植物繊維をバインダ樹脂で一体化した空隙を有する層１６の２層構造のものである。
図３に示す平板状の成形体１８は、植物繊維と高吸水性材とがバインダ樹脂で一体化した複合材からなる部分２０と、その周囲に形成された植物繊維をバインダ樹脂で一体化した部分２２からなる層２４と、熱可塑性樹脂層２６の２層構造のもので、複合材が偏在したものである。
このように本発明の成形体では、上述した複合材が少なくとも一部に具備されていれば良く、勿論、３層以上の多層構造であってもかまわない。そして、このように複合材と他の材料とを併用することにより、強度物性や形態保持性、表面状態等を用途に対応させて設計することができる。
例えば複合材にあまりに多量の水を吸水させるとゲル化し、繊維同士の接着が低下すると同時に、表面形状の変形も生じ易くなるが、図２に示すように二層又はそれ以上の多層構造体とすることにより、複合材以外からなる層が支持体として機能し、形態保持性・耐座屈性および引張強度が向上し、膨潤による変形も抑制できる。
また、製造過程において金型で押圧成形する際には、複合材だけよりも、他の層と共に成形した方が離型性が向上し脱型し易くなる。
また、例えば食品容器等の用途等において、仮に複合材の食品へのダイレクト・コンタクトが忌避される場合には、表面に他の支障のない材料からなる被膜層を形成しておけばよい。
【００１３】
さらに本発明の成形体はより複雑な形状に賦形したものに適用できる特徴がある。例えば、図４に示す容器２８では、容器本体３０と蓋体３２の両方が上述した複合材を用いたものからなる。即ち、容器本体３０と蓋体３２のいずれにおいても、上述した複合材からなる複合材層３４を植物繊維をバインダ樹脂で一体化してなる透過層３６と、耐水性層３８とで挟み込んだ３層構造のものである。
このような容器２８では、例えば、容器２８内に水分を有する物を収容し、蓋体３２で密封した場合、その内容物から染み出た又は揮発した水分は容器本体３０と蓋体３２の透過層３６を透過し、容器本体３０と蓋体３２の複合材層３４に吸収される。従って、結露等による水滴が容器本体３０や蓋体３２の内面に付着するのを防ぎ、内容物への部分的な水濡れを防止できる。さらに、高吸水性材は任意の平衡状態を保つように水分を放出するので、容器２８内は一定の湿度に保たれ、極度な乾燥も防げる。従って例えば、内容物がケーキ等のような場合であっても、良好な品質に保つことができる。
また、複合材層３４が表面に露出していないので、吸水による表面変形や吸湿による表面のべたつきを抑えられる。
また、容器本体３０と蓋体３２の外側には耐水性層３８が設けられているので、容器として外部からの水分を吸収することはなく、また、耐水性が保たれることで使用勝手も向上する。
従って、単一層構成であれば製造の簡易性の利点はあるものの、上述したような多層構成とすることで、それぞれに異なる機能を発揮させることで、付加価値の高いより優れた成形体とすることができる。
【００１４】
図５に示すトレイ４０は、ポリスチレン等の熱可塑性樹脂製の基板４２上に、上述した複合材からなる吸水性層４４と植物繊維をバインダ樹脂で一体化した透過層４６を積層成形したもので、透過層４６上で零れた水などの液体は速やかに透過層４６を透過し、吸水性層４４に吸収され、トレイ４０上に液体が溜まるのを防止できる。
【００１５】
本発明の成形体の製造方法は、上述した複合材を用いて成形するもので、その複合材を成形するにあたって、その構成成分たる植物繊維と高吸水性材とバインダ樹脂とを乾式法で混合し、加熱処理を施してバインダ樹脂を溶融し、融着、一体化する工程を有するものである。
具体的には例えば、図６に示すように、３つのホッパ５０、５２、５４から、十分に解繊処理したパルプ繊維、繊維状バインダ樹脂、繊維状高吸収性材を混練ロータ５６に供給してこれらを混合し、ベルトコンベヤ５８上に散布し、ウェブ６０とする。この際、使用するベルトコンベヤ５８としては、搬送ベルトがメッシュ状のフォーミングコンベヤがよく、下方から吸引することで、より均一厚さのシートが得られる。尚、図示例では植物繊維と高吸水性材とバインダ樹脂を同時に混合しているが、これに限られるものではなく、例えば、予め高吸水性材とバインダ樹脂を混合した混合物と植物繊維とを混合したり、植物繊維とバインダ樹脂の混合物からなるシートに接着剤を添加した高吸収性材を塗したりしてもよい。
【００１６】
その後、バインダ樹脂を溶融すべく、加熱処理を施す。加熱処理を施すには、図７に示すように、加熱装置６２内を通過させればよい。図示例の加熱装置６２は、メッシュ状コンベヤ５８上のウェブ６０に対して、上方から下方に向けて熱風を吹き付けるもので、バインダ樹脂の種類に応じて、例えば、バインダ樹脂がポリエチレンであれば１２０〜１６０℃に加熱された熱風を吹き付けるものである。この他、加熱装置としては例えば赤外線や電子ビームを利用するもの等も挙げられるが、熱風による加熱装置であると、ウェブの内部にまで熱が伝わりやすく、生産性に優れている。
また、加熱処理に加圧処理を併用することが望ましく、ニップロール等を採用すればよい。また、熱プレス成形を行えば、加熱処理及び加圧処理と賦形とを同時に施すこともできる。
このような加熱処理を施すことにより、バインダ樹脂は溶融し、そして、冷却固化することで、植物繊維と高吸収性材は融着、一体化し、図１に示すようなシート状成形体が製造される。このような成形体は、厚さにもよるが巻回して保存運搬に供することができる。
本発明では、このような乾式法を利用することが重要である。即ち、従来一般に、植物繊維を材料として用いた成形法では、植物繊維を水中に分散し、そのスラリーを特定の形状を有する網にて漉き上げた後、乾燥して成形物とする、いわゆる湿式パルプモールド法と呼ばれる成形法が通常である。しかしながら、スラリー中にＰＡＡ−Ｎａ繊維のような高吸水性材を混入すると、スラリー中の水分を取り込んでしまい適当な成形が実施されない。また、仮に良好に賦形できたとしても、乾燥工程に従来の湿式方式よりもさらに多大な時間及びエネルギを費やしてしまいコストアップの一因となりうる。
しかし、本発明ではバインダ樹脂を用いることにより乾式積繊法を利用でき、高吸水性材を混合して、良好に成形できる。
【００１７】
図２に示すような積層体とする場合には、上記加熱処理を施す前に所定材料を積層し、その状態で加熱処理を施して一体化したり、また、各層を別々に製造した後に、貼り合わせる等、公知の種々の手段を適用できる。図３に示すような成形体の場合にも同様に種々の公知の手段を適用することで適宜製造できる。
そして、得られたシート状成形体を用いて、二次成形を行うことで、さらに種々の形状の成形体を製造できる。二次成形法も特に限られるものではなく、ストレート成形やドレープ成形等の真空成形法などが好適である。このような成形法を適用することで、図４、５に示すような、容器本体３０、蓋体３２、トレイ４０等の立体成形体も成形できる。
また、図１、２に示すようなシート状成形体の２枚の３辺を互いに貼り合わせて製袋することにより袋状成形体とすることもできる。
多層化手段においても、多層シートを用いて立体成形する他、いずれかの層を成形した後に、塗装等により多層化することもできる。例えば図４に示すような容器本体３０の場合、複合材層３４と透過層３６で２層構造で成形した後、耐水性層３８を例えば、水性エマルジョンのスプレーコートによる方法、真空成形による樹脂コートによる方法、パウダー静電塗工及び加熱処理による造膜による方法等により成膜することができる。
また、二次成形を経ることなくトレイのような成形体を製造することも可能であり、例えば、特開２００１−２３２６１１号公報に記載されているように、植物繊維等の各原材料の混合物を直接、所定の金型上に供給し、熱プレス成形を施す等により所望の成形体を製造することもできる。
【００１８】
本発明の成形体は広く種々の用途に適用できるが、特に、生鮮食品の水分を吸水するドリップシート（敷き紙）や鮮魚若しくは生肉用トレイ、肉まん等の電子レンジによる加熱調理用トレイや袋等に適用すれば、水分を内部に吸水することができ、弁当箱、生菓子容器、ペット飼育用箱、チルド輸送用コンテナの内壁材等に適用すれば、内部の結露等を防げる上に湿度を一定に保つことができ、植木鉢等に適用すれば散水回数を削減できるなど、極めて有用である。
【００１９】
【実施例】
植物繊維として、針葉樹由来ブリーチクラフトパルプ（ＮＢＫＰ）を解繊したフラフパルプを用意した。
バインダ樹脂として、芯鞘構造をもつ樹脂繊維（芯／鞘＝ポリププロピレン（以下ＰＰと称する）／ポリエチレン（以下ＰＥと称する））を用意した。
そして、これらフラフパルプと樹脂繊維を混ぜ合わせ（質量比９：１）、乾式プロセスであるエアレイド法によってウェブ化し（比重：約４００ｇ／ｍ２、厚さ５〜６ｍｍ）、さらに用いた樹脂繊維のＰＥの融点（１３０℃）以上ＰＰの融点（１６０℃）以下のオーブンに晒してパルプマットを作成した。
また、アクリル酸が７８モル％（７５％がナトリウム塩として中和）、メチルアクリレートが２０モル％、ヘキサプロピレングリコールモノメタクリレートが２モル％からなる共重合体であるポリアクリル酸ナトリウム塩系繊維（ＰＡＡ−ＮＡ繊維）を用意した。そして、上記同様のフラフパルプ及び樹脂繊維とＰＡＡ−ＮＡ繊維を混合（質量比６：２：２）して、上記同様にして複合材からなるパルプマット（比重：約４００ｇ／ｍ２、厚さ：約５ｍｍ）を作成した。
得られた２種類のパルプマットを重ねあわせ、熱プレス金型の雌型側に複合材からなるパルプマットを配し、対向した雄型で押圧して熱プレス成形し、２層構成の図４に示す容器本体の形状の成形体を製造した。尚、熱プレス成形においては、樹脂繊維の芯部であるＰＰを溶かすために、金型温度をＰＰの融点である１６０℃以上にした。
そして、複合材からなる層の外側に水性アクリルエマルジョンをウエット・スプレーコーティングして図４に示すような耐水性層３８の設けられた容器本体３０を製造した。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の成形体は、立体的形状を維持するにも十分な強度を有し、かつ、高い吸水性や吸・放湿性を発揮するものである。
本発明の成形体の製造方法であると、簡易且つ短時間に及び低コストで様々な形状を有し、高い吸水性や吸・放湿性を発揮する成形体を製造できる。
従って、本発明によれば、高い吸水性が求められる生鮮食品の水分を吸水するドリップシート（敷き紙）や鮮魚若しくは生肉用トレイ、肉まん等の電子レンジによる加熱調理用トレイや袋等や、湿度を一定に保つことが求められる弁当箱、生菓子容器、ペット飼育用箱、チルド輸送用コンテナの内壁材等や、高い保水性が求められる植木鉢等に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形体の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の成形体の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の成形体の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の成形体の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の成形体の一例を示す断面図である。
【図６】本発明の成形体の製造方法の一例を説明する一工程図である
【図７】本発明の成形体の製造方法の一例を説明する一工程図である
【符号の説明】
１０  成形体
１２  成形体
１８  成形体
３４  複合材層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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