(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビール粕を含有する原料が提供される工程ａと、
石化プラスチックを含有する原料が提供される工程ｂと、
ビール粕及び石化プラスチックが調合されてなる調合物を得る工程ｃであって、ビール粕の添加量は１０％から３０％であり、石化プラスチックの添加量は７０％から９０％である工程ｃと、
前記調合物に相溶化剤（Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒ）が提供される工程ｄと、を含み、
工程ａにおいて、前処理ユニットを備え、前記前処理ユニットによりビール粕に対して脱水処理、乾燥処理、ベーク処理、研磨処理、及びスクリーニング処理が行われて、形成されたビール粕の長径比（Ｌ（長さ）／Ｄ（直径））の平均値が７．６から１０．２の範囲であり、かつビール粕の含水率が２％から５％であり、
工程ｄにおいて、前記調合物に対する相溶化剤の添加量は８％から１２％であり、
機械的引張強度が２０ＭＰａ以上のバイオ複合プラスチックを得ることを特徴とする、
ビール粕を含有するバイオ複合プラスチックの製造方法。
【請求項２】
相溶化剤の添加量の数値は８％であることを特徴とする、請求項１に記載のビール粕を含有するバイオ複合プラスチックの製造方法。
【請求項３】
工程ｄにおいて、原料裁断機に連結されるツインスクリュー押出機を含む造粒ユニットを備え、前記ツインスクリュー押出機は、石化プラスチック投入口と、ビール粕投入口と、原料吐出口とを有し、前記原料裁断機は原料裁断口及び出口を有し、前記ツインスクリュー押出機の原料吐出口は前記原料裁断機の原料裁断口に連通され、前記ツインスクリュー押出機により調合されたビール粕及び石化プラスチックが棒状プラスチックになるように押し出され、前記原料裁断機により裁断されて粒状のプラスチックが形成されることを特徴とする、請求項１に記載のビール粕を含有するバイオ複合プラスチックの製造方法。
【請求項４】
添加量が１０％から３０％のビール粕と、添加量が７０％から９０％の石化プラスチックとを含む調合物に対し、添加量が８％から１２％の相溶化剤をさらに含み、
前記ビール粕の長径比（Ｌ（長さ）／Ｄ（直径））の平均値が７．６から１０．２の範囲であり、かつビール粕の含水率が２％から５％であり、
機械的引張強度が２０ＭＰａ以上であることを特徴とする、
ビール粕を含有するバイオ複合プラスチック。
【請求項５】
相溶化剤の添加量の数値は８％であることを特徴とする、請求項４に記載のビール粕を含有するバイオ複合プラスチック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タバコ及び酒の廃棄物（ビール粕）の応用に関し、より詳しくは、ビール粕を含有するバイオ複合プラスチック及びその製造方（ＢＩＯ−ＰＬＡＳＴＩＣ  ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ  ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ  ＢＲＥＷＥＲ’Ｓ  ＳＰＥＮＴ  ＧＲＡＩＮＳ  ＡＮＤ  Ａ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＭＡＫＩＮＧ  ＴＨＥ  ＳＡＭＥ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
台湾で１年間に使用されるポリ袋は１８０億枚にも上り、且つプラスチック製のストローも２０億本にも上り、甚大な環境汚染を引き起こしている。また、石油化学産業で精製されたこれらのプラスチック製品の原料価格は石油価格に基づいて決定されるため、石油価格が高騰すると精製にかかるコストも高騰してしまう。さらには、石油の精製自体がエネルギー消費が多く汚染度の高い産業である上、製造されたプラスチック製品の回収及びリサイクル率も低く、多くのプラスチック廃棄物が不法投棄されたり、勝手に焼却されたり、埋められる等し、空気、土壌、水源に重大な汚染をもたらした。
【０００３】
近年では、我が国を含む多くの国家において、環境保護意識が高まっており、環境に有利な１００％生分解性プラスチックや部分的に生分解が可能なプラスチック製品が徐々に増え、石化プラスチック製品の使用量が減少している。
現在市場で最も使用されているポリ乳酸（Ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ  ａｃｉｄ、ＰＬＡ）及び澱粉由来のプラスチックは完全に生分解されるバイオ複合原料であり、特にＰＬＡは現在のバイオ複合プラスチックの約半分の使用量を占め、業界では広く使用されている。しかしながら、現在ＰＬＡは主にとうもろこし等の食用の作物を原料としており、収穫が不安定で原料コストが高いのみならず、「食料や農地の奪い合い」といった係争を抱えている。
【０００４】
このため、業者は農業廃棄物を採用してＰＬＡ及びバイオ複合プラスチックの使用量を減らしたり代替したりしており、よくある農業廃棄物として、稲の籾殻、小麦の籾殻、とうもろこしの芯、バガス、椰子の木、椰子の殻、木屑、及びコーヒーの出し殻等を含む。稲の籾殻及びコーヒーの出し殻が最も広く応用されているが、我が国は稲の生産国であるため、毎年３４万トンにも及ぶ稲の籾殻が廃棄物として利用可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、稲の籾殻の多くは農家で農業用飼料、育苗、堆肥、及び燃料等に使用されているため、稲から取得するのは容易ではない。コーヒーの出し殻はコーヒーチェーン店やコンビニエンスストアで取得できるが、前処理が簡単ではなく、原料コスト自体は高くないが、前処理のコストが高いため、製造された製品の価格も高騰してしまう。
そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、コストが低く、且つ前処理が容易なタバコ及び酒の廃棄物により稲の籾殻及びコーヒーの出し殻を代替させ、石化プラスチックと結合させることで新たなバイオ材料とする方法を提供する。
【０００６】
本発明は、以上の従来技術の課題を解決する為になされたものである。即ち、本発明に係るビール粕を含有するバイオ複合プラスチック及びその製造方法の目的は、石化プラスチックにビール粕を添加することで、石化プラスチックの使用量を減らし、プラスチックによる汚染を低減させることである。
【０００７】
また、本発明に係るビール粕を含有するバイオ複合プラスチック及びその製造方法の他の目的は、前記バイオ複合プラスチックを利用して、器、皿、瓶、缶、容器、部材等の様々なバイオ複合プラスチック製品の製造が可能であり、タバコ及び酒の廃棄物の利用価値を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するための本発明に係るビール粕を含有するバイオ複合プラスチックの製造方法は、ビール粕を含有する原料が提供される工程ａと、石化プラスチックを含有する原料が提供される工程ｂと、ビール粕及び石化プラスチックが調合される工程ｃであって、ビール粕の添加量は１０％から６０％であり、石化プラスチックの添加量は４０％から９０％であることと、相溶化剤が提供され、ビール粕及び石化プラスチックが均等に調合されると共に機械全体の好ましい引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が維持される工程ｄであって、前記相溶化剤の添加量は８％から１２％であることとを含む。
【０００９】
好ましくは、工程ａにおいて、前処理ユニットを備え、前処理ユニットによりビール粕に対して脱水処理、乾燥処理、ベーク処理、研磨処理、及びスクリーニング処理が行われて、形成されたビール粕の長径比（Ｌ／Ｄ）の平均値（以下、単純に「長径比」という。）が７．６から１０．２の範囲になる。
【００１０】
ビール粕の含水率が２％から５％に制御されると機械全体の引張強度ＴＳ（ＭＰａ）の効果が最も好ましくなり、含水率の数値は２％が最も好ましい。
【００１１】
ビール粕の添加量の数値は２０％が最も好ましく、ビール粕及び石化プラスチックの全体の強度ＴＳ（ＭＰａ）の数値は２３．７が最も好ましい。
【００１２】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係るビール粕を含有するバイオ複合プラスチックは、添加量が１０％から６０％のビール粕と、添加量が４０％から９０％の石化プラスチックと、添加量が８％から１２％の相溶化剤とを含む。相溶化剤によりビール粕及び石化プラスチックが均等に調合されると共に機械全体の好ましい引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が維持される。
【００１３】
好ましくは、原料裁断機に連結されるツインスクリュー押出機を含む造粒ユニットを更に備える。ツインスクリュー押出機は、石化プラスチック投入口と、ビール粕投入口と、原料吐出口とを有し、原料裁断機は裁断口及び出口を有する。ツインスクリュー押出機の原料吐出口は原料裁断機の裁断口に連通される。ツインスクリュー押出機により調合されたビール粕及び石化プラスチックが棒状プラスチックになるように押し出され、原料裁断機により裁断されて粒状のプラスチックが形成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るビール粕を含有するバイオ複合プラスチック及びその製造方法は、主にビールの製造過程で生成されるタバコ及び酒の廃棄物（ビール粕）（Ｂｒｅｗｅｒｙ  Ｓｐｅｎｔ  Ｇｒａｉｎ、ＢＳＧ）が脱水処理、乾燥処理、ベーク処理、研磨処理、及びスクリーニング処理等の前処理プロセスを経た後、乾燥ビール粕粉末が特定の比率で特定の石化プラスチックに添加されて調合され、相溶化剤によりビール粕及び石化プラスチックが均等に調合され、造粒工程を経てビール粕＋石化プラスチックのバイオ複合プラスチックの造粒が完成する。
石化プラスチック中にビール粕が添加されることによって、石化プラスチックの使用量が減少し、プラスチック汚染を減らす目的を達成させる。また、本発明に係るビール粕を含有するように製造されたバイオ複合プラスチックに一般的なプラスチック成形加工方式を利用することで、器、皿、瓶、缶、容器、部材等の様々なバイオ複合プラスチック製品が製造可能であるため、タバコ及び酒の廃棄物の利用価値を高める目的を達成させる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の前処理ユニットを説明する概略図である。
【図２】本発明の造粒ユニットの構成を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。
【実施例】
【００１７】
（第１実施形態）
本発明に係るビール粕を含有するバイオ複合プラスチック及びその製造方法は、主に既存の石化プラスチックにおいてその重量比が減少され、ビール粕が加えられ、且つ相溶化剤が添加されることにより、バイオ複合プラスチックが、添加量１０％から６０％のビール粕と、４０％から９０％の石化プラスチックと、８％から１２％の相溶化剤とを含有する。
【００１８】
さらに、ビール粕はビール製造過程において生成されるタバコ及び酒の廃棄物であり、且つ含水量は７０％から８０％に達する。このため、ビール粕が石化プラスチックに調合される前には前処理ユニット１０により前処理が行われる必要がある（図１参照）。
前処理ユニット１０は、脱水処理１１と、乾燥処理１２と、ベーク処理１３と、研磨処理１４と、スクリーニング処理１５とを含む。脱水処理１１では、ビール粕に対して初期の脱水が行われる。乾燥処理１２では、ビール粕が通風室に入れられて乾燥される。ベーク処理１３では、ビール粕が乾燥器に入れられて１１０度の温度で８時間乾燥された後、含水率が計測される。研磨処理１４では、８時間乾燥された後のビール粕が粉砕機に入れられて１０秒間粉砕される。スクリーニング処理１５では、粉砕されたビール粕が２０、４０、５０、６０のサイズのメッシュ（Ｍｅｓｈ）でスクリーニングされた後に異なる長径比（Ｌ／Ｄ）のビール粕が得られる。
表１はビール粕の長径比（Ｌ／Ｄ）の実験データを示す。
【００１９】
【表１】
0006404891.tif 000002
【００２０】
表１の実験データに基づくと、メッシュのサイズが２０（Ｍｅｓｈ）の場合に得られるビール粕の長径比（Ｌ／Ｄ）は７．６であり、メッシュのサイズが４０（Ｍｅｓｈ）の場合に得られるビール粕の長径比（Ｌ／Ｄ）は９．０であり、メッシュのサイズが５０（Ｍｅｓｈ）の場合に得られるビール粕の長径比（Ｌ／Ｄ）は１０．２であり、メッシュのサイズが６０（Ｍｅｓｈ）の場合に得られるビール粕の長径比（Ｌ／Ｄ）は１８４．８である。
繊維がなく顆粒状になり、長径比もなくなり、繊維サイズが５０（ＭＥＳＨ）より大きい他のビール粕の長径比（Ｌ／Ｄ）は７．６から１０．２となる。この実験からは、本発明では長径比（Ｌ／Ｄ）が７．６から１０．２のビール粕が採用されて石化プラスチックと調合され、補強効果が達成され、且つ、長径比（Ｌ／Ｄ）＞９のビール粕の補強効果が好ましいことが分かる。
表２はビール粕の添加量が異なる場合の実験データを示す。
【００２１】
【表２】
0006404891.tif 000003
【００２２】
表２の実験データによると、ビール粕が全く添加されない場合の全体的な機械的引張強度ＴＳ（ＭＰａ）は２３．４である。ビール粕の添加量が１０％である場合、全体的な機械的引張強度ＴＳ（ＭＰａ）は２３．５であり、或いはビール粕の添加量が２０％及び３０％である場合、全体的な機械的引張強度ＴＳ（ＭＰａ）はそれぞれ２３．７及び２１．５であり、ビール粕の添加量が１０％から３０％の間であれば全体的な機械的引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が均しく２０ＭＰａ以上に達し、ビール粕が全く添加されない場合の機械的引張強度ＴＳ（ＭＰａ）２３．４に十分に近似する。特に、１０％から２０％のビール粕の添加量では機械的引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が２３．４に最も接近する。
ビール粕の添加量が増えるにつれ、機械的引張強度ＴＳ（ＭＰａ）のデータが下降線をたどり、添加量が４０％に達すると全体的な機械的引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が１６．６まで下降し、且つ添加量が６０％まで増加すると全体的な機械的引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が１０．１まで下降する。このように、最適なビール粕の添加量は１０％から３０％であり、機械的全体的な引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が均しく２０以上に達するため、ビール粕が全く添加されない場合の全体的な機械的引張強度ＴＳ（ＭＰａ）２３．４に十分近似する。また、添加量が１０％から２０％の場合の機械的引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が最も好ましい数値２３．４に最も接近する。
表３は含水率の違いが全体的な機械的強度に与える影響の実験データを示す。
【００２３】
【表３】
0006404891.tif 000004
【００２４】
表３の実験データに基づくと、ビール粕の含水率の違いは全体的な機械的引張強度ＴＳ（ＭＰａ）に確実に影響を及ぼし、実験からは含水量の増加につれて機械全体の引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が下降することが分かり、ビール粕の含水率が低いほど機械全体の引張強度ＴＳ（ＭＰａ）の性能が高まる。ビール粕は前記ベーク処理１３を施された後に含水率が２％から５％に制御されることにより、機械全体の引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が２０以上に達する。
含水率が２％の機械全体の引張強度ＴＳ（ＭＰａ）は２３．７であり、含水率が５％の機械全体の引張強度ＴＳ（ＭＰａ）は２２．５であり、両者のデータはビール粕が全く添加されない場合の機械全体の引張強度ＴＳ（ＭＰａ）２３．４に十分近似する。ビール粕の含水率が２％から５％の間の場合に機械全体の引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が最も良くなり、含水率は２％が最も好ましい数値である。
【００２５】
最後に、表４は、ビール粕の添加量が１０％から３０％、及び含水率が２％から５％の条件で異なる添加量の相溶化剤が添加された場合の実験データを示す。
【００２６】
【表４】
0006404891.tif 000005
【００２７】
表４の実験データに基づくと、相溶化剤が０％から５％の場合は機械全体の引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が２０より低くなる。添加量の不足が原因であり、相溶化剤の添加量が低すぎる場合、ビール粕及び石化プラスチックの間の結合性及び機械全体の引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が不足し、且つ表四からは相溶化剤の添加含量が８％から１２％に達すると、機械全体の引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が２３．７及び２０．８に達することが分かる。
添加含量が８％の場合の機械全体の引張強度ＴＳ（ＭＰａ）２３．７が最も好ましい数値であり、ビール粕が全く添加されない場合の全体的な引張強度Ｔｓ（ＭＰＡ）２３．４に十分近似する。添加量が１２％の場合、機械的引張強度ＴＳ（ＭＰａ）がやや下降する現象が見られるが、但しデータによれば２０．８に保持される。このように、ビール粕及び石化プラスチックの間の結合性及び機械的引張強度ＴＳ（ＭＰａ）を均しく２３．４に接近するように保持させるためには、前記相溶化剤の添加量が８％から１２％である必要がある。
【００２８】
図２は本発明の造粒ユニットの構成を説明する概略図である。造粒ユニット２０は原料裁断機２２に連結されるツインスクリュー押出機２１を備え、ツインスクリュー押出機２１は、石化プラスチック投入口２１０と、ビール粕投入口２１１と、原料吐出口２１２とを有し、原料裁断機２２は裁断口２２０及び出口２２１を有する。ツインスクリュー押出機２１の原料吐出口２１２は原料裁断機２２の裁断口２２０に連通される。
石化プラスチック及びビール粕は石化プラスチック投入口２１０及びビール粕投入口２１１からそれぞれツインスクリュー押出機２１内に入れられ、ツインスクリュー押出機２１により調合されたビール粕及び石化プラスチックが棒状プラスチックＡになるように押し出され、且つ原料吐出口２１２から原料裁断機２２の裁断口２２０に送られて、裁断口２２０により棒状プラスチックＡが粒状のプラスチックＢになるように切断され、器、皿、瓶、缶、容器、部材等が製造される。
【００２９】
上述の説明から分かるように、本発明に係るビール粕を含有するバイオ複合プラスチックは以下の方法で取得され、以下の工程を含む。
ビール粕を含有する原料が提供される工程ａ。
石化プラスチックを含有する原料が提供される工程ｂ。
ビール粕及び石化プラスチックが調合される工程ｃであって、ビール粕の添加量は１０％から６０％であり、石化プラスチックの添加量は４０％から９０％である工程ｃ。
相溶化剤が提供され、ビール粕及び石化プラスチックが均等に調合されると共に機械全体の好ましい引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が維持される工程ｄであって、前記相溶化剤の添加量は８％から１２％である工程ｄ。
【００３０】
上述の方法に加えて表１乃至表４の実験データを参照すると、ビール粕の添加量は１０％から２０％が最も好ましく、且つビール粕の粒径の長径比（Ｌ／Ｄ）の範囲は７．６から１０．２である。長径比（Ｌ／Ｄ）＞９のビール粕の補強効果が好ましく、ビール粕の含水率が２％から５％に制御されると機械全体の引張強度ＴＳ（ＭＰａ）の効果が最も好ましくなる。含水率は２％が最も好ましい。
なお、本実施形態において、相溶化剤（Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒ）は高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ、  Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）に適合するものが選択され、低圧下で製造されると共に多くの長鎖を含み、様々なプラスチック製品の製造に用いられる。さらに、本発明に係るビール粕を含有するように製造されたバイオ複合プラスチックに一般的なプラスチック成形加工方式を利用することで、器、皿、瓶、缶、容器、部材等の様々なバイオ複合プラスチック製品が製造可能であり、タバコ及び酒の廃棄物の利用価値を高める目的を達成させる。
【００３１】
総合すると、本発明はビール粕を含有するバイオ複合プラスチック及びその製造方法であり、主にビールの製造過程で生成されるタバコ及び酒の廃棄物（ビール粕）（Ｂｒｅｗｅｒｙ  Ｓｐｅｎｔ  Ｇｒａｉｎ、  ＢＳＧ）が脱水処理、乾燥処理、ベーク処理、研磨処理、及びスクリーニング処理等の前処理プロセスを経た後、乾燥ビール粕粉末が特定の比率で特定の石化プラスチックに添加されて調合され、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ、Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）に適合する相溶化剤が選択されてビール粕及び石化プラスチックが均等に調合され、ツインスクリュー押出機２１及び原料裁断機２２によりビール粕＋石化プラスチックのバイオ複合プラスチックが造粒される。
なお、本発明は、石化プラスチックにビール粕が添加されることで、石化プラスチックの使用量が確実に減少され、プラスチック汚染を低減させる目的を達成させる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
１０    前処理ユニット
１１    脱水処理
１２    乾燥処理
１３    ベーク処理
１４    研磨処理
１５    スクリーニング処理
２０    造粒ユニット
２１    ツインスクリュー押出機
２１０  石化プラスチック投入口
２１１  ビール粕投入口
２１２  原料吐出口
２２    原料裁断機
２２０  裁断口
２２１  出口
Ａ      棒状プラスチック
Ｂ      プラスチック
【図１】
0006404891.tif 000006
【図２】
0006404891.tif 000007