(57)【要約】【課題】射出成形時等における切断の少ないふすまと熱可塑性樹脂とを含む成形用樹脂材料を提供する。【解決手段】粉砕処理したふすまを、熱可塑性樹脂と、ふすまの配合率が４０質量％以上６０質量％未満となるように、加熱混練して成形用樹脂材料とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉砕したふすま及び熱可塑性樹脂を含み、前記ふすまを４０質量％以上６０質量％未満含有することを特徴とする成形用樹脂材料。
【請求項２】
前記ふすまの９０％粒子径が、４００μｍ以下である、請求項１記載の成形用樹脂材料。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン及び／またはポリエチレンである、請求項１ないし２記載の成形用樹脂材料。
【請求項４】
前記ふすまが、γ線照射処理を行なわれたものである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形用樹脂材料。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形用樹脂材料から製造される成形物品。
【請求項６】
熱可塑性樹脂、及び、得られる成形用樹脂材料の質量に基づいて４０質量％以上６０質量％未満の粉砕したふすまを加熱混練すること含む、成形用樹脂材料の製造方法。
【請求項７】
前記ふすまの９０％粒子径が、４００μｍ以下である、請求項６記載の製造方法。
【請求項８】
前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン及び／またはポリエチレンである、請求項６ないし７記載の製造方法。
【請求項９】
前記加熱混練することの前に、前記ふすまに、γ線照射処理を行うことをさらに含む、請求項６〜８のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ふすまと、ポリプロピレンやポリエチレンに代表される熱可塑性樹脂とを原料とする熱可塑性成形材料に関するものであり、特に、配合する「ふすま」が粉砕されたものであることを特徴とする成形用樹脂材料及びその製法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業資源としてのバイオマス材が注目されている。バイオマス材とは、植物などの生物を由来とした材料を意味する。バイオマス材は有機物であるため、燃焼させると二酸化炭素が排出される。しかしこれに含まれる炭素は、そのバイオマスが成長過程で光合成により大気中から吸収した二酸化炭素に由来するため、バイオマス材を使用しても全体として見れば大気中の二酸化炭素量を増加させていないと考えてよいとされる。この性質をカーボンニュートラルと呼ぶ。
【０００３】
地球温暖化問題等の地球環境問題を背景として、省資源化、及び廃棄物の原材料を目指すマテリアルリサイクル、そして、生分解性プラスチックに代表される環境循環サイクルの推進が急務となっており、我が国でも改正リサイクル法やグリーン購入法等が整備され、これに対応した製品のニーズも高まっている。
【０００４】
こうした状況において、自動車部品の材料から日用品まで幅広く使用されている樹脂成型品にバイオマス材を配合することは、カーボンニュートラルの理念の実践を促進するところであり、バイオマス材であり、食物廃棄物でもあり、かつ、ほとんど利用されないまま廃棄されている「ふすま（小麦を精麦する際に得られる粕）」を樹脂材料に配合することは、近年の環境循環サイクルの推進に合致するところである。特許第３１４３８５１号明細書（特許文献１）には、「ふすま」と「粉末状ポリプロピレン」を混合し成形機により加熱溶融し成形することが、記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１４３８５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、単に「ふすま」と「ポリプロピレン」とを混合して加熱溶融して成形する場合には、ふすまとポリプロピレンとが均一に混合できない、ふすまとポリプロピレンとの混合物を射出する装置出口で樹脂体が細かく切れてしまう、得られる成形物品の表面が滑らかでない、などの問題があった。
【０００７】
また、特許文献１では「粉末状ポリプロピレン」を使用すると記載されているが、通常ポリプロピレンは、粒径３〜５ｍｍ程度の粒状で販売されており紛体ではない。予め５μｍ程度の紛体状に加工した粉末状ポリプロピレンも市販されている（例えば、ポリプロピレンパウダーＰＰＷ−５：株式会社セイシン企業）が、このような粉末状ポリプロピレンのプラスチック製造での用途はプラスチック改質剤であり、樹脂の主原料として積極的に用いられるものではない。ふすまと混合する前に粒状のポリプロピレンを粉砕し、紛体状にして利用することも考えられるが、粉砕を行うと粉砕エネルギーの一部が、局所的な樹脂温度の上昇を起こし、それにより樹脂の溶融固着を発生させるなどの問題が生じることが考えられ、その対策のために、製造工程が過大に複雑化する懸念がある。また、特許文献１には、このような問題に対しての記載は見られない。
【０００８】
そこで、本発明は、バイオマス材料であるふすまを混合した熱可塑性成形用材料において、ふすまと樹脂とが均一に混合されており、射出時などの成形時の切断が少ない成形用材料を提供することに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、粉砕処理を行ったふすまを、ポリプロピレンやポリエチレン等の熱可塑性樹脂と混合して加熱混練することで、成形安定性に優れた成形用樹脂材料が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。特に、γ線処理を行ったふすまを粉砕したものを樹脂と混合すると、ふすまの配合量を増加させても、ふすまを含有しない通常樹脂と比べて、成形安定性に遜色の無いものが得られることを確認した。
【００１０】
本発明としては、以下に限定されないが、次のものが挙げられる。
（１）粉砕したふすま及び熱可塑性樹脂を含み、前記ふすまを４０質量％以上６０質量％未満含有することを特徴とする成形用樹脂材料。
（２）前記ふすまの９０％粒子径が、４００μｍ以下である、（１）記載の成形用樹脂材料。
（３）前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン及び／またはポリエチレンである、（１）ないし（２）記載の成形用樹脂材料。
（４）前記ふすまが、γ線照射処理を行なわれたものである、（１）〜（３）のいずれか１項に記載の成形用樹脂材料。
（５）（１）〜（４）のいずれか１項に記載の成形用樹脂材料から製造される成形物品。
（６）熱可塑性樹脂、及び、得られる成形用樹脂材料の質量に基づいて４０質量％以上６０質量％未満の粉砕したふすまを加熱混練すること含む、成形用樹脂材料の製造方法。
（７）前記ふすまの９０％粒子径が、４００μｍ以下である、（６）記載の製造方法。
（８）前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン及び／またはポリエチレンである、（６）ないし（７）記載の製造方法。
（９）前記加熱混練することの前に、前記ふすまに、γ線照射処理を行うことをさらに含む、（６）〜（８）のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ふすまを含む成形用樹脂材料を安定的に製造することができる。また、ふすま配合率を高めることにより、カーボンニュートラルに優れる成形用樹脂材料を得ることができる。本発明の成形用樹脂材料は、射出成形等により、種々の目的に合わせた成形が可能であり、プラスチック製品の代替品、即ちトレー等、自動車部品、カード、トナー容器等の各種容器、建築材、農業用シート、筆記具、木製品の代替品等の製造に幅広く適用可能である。これらの製品は不要となった場合、廃棄処分されることとなるが、例えば、焼却処理され二酸化炭素を排出することになっても、配合されたふすまの分は、大気中の二酸化炭素量を増加させていないものとして取り扱うことができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明において原料として用いるふすまは、小麦を精麦する際に発生する廃棄物（糠）でよい。ふすまは、市販されている。ふすまは通常、９０％粒子径が１３００μｍ程度、１０％粒子径が７０μｍ程度の粒度分布を有する多様な大きさの粒子を含む粉粒体であるが、本発明ではこれを粉砕処理したものを用いる。
【００１３】
ふすまの粉砕においては、ふすまの９０％粒子径を４００μｍ以下とすることが好ましく、３００μｍ以下がさらに好ましい。ふすまの９０％粒子径が４００μｍより大きいと、樹脂との均一な混合が困難になり、ふすまと樹脂との混合物を射出する装置出口で、樹脂体が細かく切れる、冷却処理装置への搬出が困難となる、などの問題が生じ得る。粉砕したふすまの１０％粒子径は、好ましくは２０μｍ〜４０μｍである。そのようなふすまは、下記に例示するような粉砕機を用いてふすまを粉砕した後に、必要に応じて、下記に例示するような方法で分級することにより得ることができる。
【００１４】
ふすまの粒子径の測定は、限定されないが、例えば、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて行うことができる。
【００１５】
ふすまを粉砕する時に用いる粉砕機は、有機物を粉砕可能な装置であればよく、例えば、これらに限定されないが、ボールミル、ロッドミル、ビーズミル、コニカルミル、ディスクミル、エッジミル、ハンマーミル、乳鉢、ペレットミル、ＶＳＩミル、ウィリーミル、ローラーミル、ジェットミルなどを用いることができる。
【００１６】
また、ふすまを分級する際は、風力分級と篩分けのどちらを用いても良く、例えば、これらに限定されないが、風力分級では、重力落差風力式、強制遠心風力式が挙げられ、篩分けでは、振動スクリーン式、円形振動式、ロータリー式、円筒撹拌式、超音波式、ブロワシフタ式などが挙げられる。分級により回収されるふすまの最大粒子径は、８００μｍ程度が好ましく、５００μｍ程度がさらに好ましい。
【００１７】
本発明に用いられる粉砕したふすまは、γ線照射処理されたものであることが好ましい。γ線照射には、食品用包装資材の滅菌等に用いられる装置を用いることが出来るが、これに限定されない。γ線の線量は、５ＫＧｙ〜２５ＫＧｙが好ましく、７ＫＧｙ〜１０ＫＧｙがさらに好ましい。
【００１８】
γ線照射処理を行うと、ふすまと熱可塑性樹脂との均一な混合が促進される。また、ふすまのような有機物は加熱するとガスが発生することがあり、樹脂加工及び成形加工における加工トラブルや製品品質の低下の問題を引き起こすことがあるが、樹脂材料の製造前にふすまのγ線照射処理を行うと、ガス発生の元となる成分を分解することが可能となるので、後の加熱時におけるガス発生や発泡を防ぐことが出来る。
【００１９】
ふすまのγ線照射履歴は、通常の食品のγ線照射履歴の分析方法と同様に分析することが出来、その方法としては、例えば、ＥＳＲ法、ＴＬ法、ＰＳＬ法、ＧＣ法、コメットアッセイ法、ＤＥＦＴ／ＡＰＣ法、ＬＡＬ／ＧＮＢ法が挙げられる。中でも、セルロースの検知に優れるＥＳＲ法は、本発明の成形用樹脂材料における照射履歴の確認に適しているので好ましい。このような方法を実践できる食品の検査用に開発された検査装置を適宜利用することにより、ふすまのγ線の照射履歴を確認することができる。
【００２０】
本発明の成形用樹脂材料は、上記のふすまを、熱可塑性樹脂と加熱混練することにより、得ることができる。成形用樹脂材料中のふすまの配合率は、カーボンニュートラルを高いレベルで実現するためには、高い方が好ましいが、得られる樹脂材料、成形物品の製造や強度を考慮すると、４０質量％以上６０質量％未満が好適であり、より好ましくは４５質量％以上５５質量％未満である。なお、ここでいうふすまの質量とは水分含量５〜１０％（ＷＢ）程度に調製した際の質量を指す。
【００２１】
本発明に用いる熱可塑性樹脂は、粒状に成形されたものが扱い易さの点で好ましいが、どのような形態でもよい。また、２種類以上の熱可塑性樹脂を同時に利用することもできる。熱可塑性を有する生分解性樹脂も含まれる。さらに、ふすまとの混練時には、均一性及び密着性を高める目的で、熱可塑性樹脂でもある相溶化樹脂を添加しても良い。
【００２２】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、Ｌ−ＬＤＰＥが挙げられるが、これらに限定されず、熱により可塑化し成形が可能である樹脂であればいずれも用いることができる。中でも、ポリエチレン及びポリプロピレンは成形性の観点から好ましい。
【００２３】
熱可塑性を有する生分解性樹脂としては、これらに限定されないが、例えば、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリグリコール、ポリカプロラクトン、ポリビニルアルコール等が挙げられる。
【００２４】
相溶化樹脂としては、公知のものを用いることができ、例えば、これに限定されないが、モディック（登録商標）Ｐ９０８（三菱化学製）等が挙げられる。相溶化樹脂は、ふすまと熱可塑性樹脂との均一混合や密着性を高める働きをするものである。相溶化樹脂は用いなくともよいが、用いる場合には、混練により得られる成形用樹脂材料中に、最大で６質量％程度の量で用いられる。
【００２５】
本発明の成形用樹脂材料の製造方法では、ふすま及び熱可塑性樹脂を加熱混練する。加熱混練には、一般的な樹脂成形に用いられる装置を用いることができる。例えば、一般的なエクストルーダーを用いることが出来る。
【００２６】
本発明の成形用樹脂材料を用いて、種々の成形物品を製造することができる。成形には、熱可塑性樹脂の成形に用いられる通常の方法を用いることができ、例えば、これらに限定されないが、射出成形、押出成形、ブロー成型などを行うことができる。
【００２７】
本発明の成形用樹脂材料は、ふすまと熱可塑性樹脂とを加熱混練することにより製造されるが、加熱混練後の材料（ふすまと熱可塑性樹脂との混合物）をそのまま所定の金型に射出するなどして成形物品としてもよい。
【００２８】
本発明では、ふすまを熱可塑性樹脂と混練する前に、粉砕する。また、γ線照射機を用いてふすまを事前処理してもよい。これらの処理により、熱可塑性樹脂とふすまとが均一に混合されるようになる。セルロースはγ線で切断される。その他の原理は明らかではないが、粉砕により粒子径が小さくなり比表面積が増えることや、γ線処理により表面電荷が増加することが関係している可能性がある。
【００２９】
本発明の成形用樹脂材料又はそれを成形することにより得られる成形物品には、樹脂とふすま以外の有機物及び／又は無機物を含有させてもよく、例えば、動物や昆虫を誘因する匂いを持つ物質や、忌避物質を含有させても良い。これらのふすま及び樹脂以外の成分の配合率は、成形用樹脂材料の強度や成形の安定性を考えると、成形用樹脂材料又は成形物品の質量に基づいて、５質量％から１０質量％程度である。
【００３０】
誘引物質は、化学物質では、例えば、シクロヘキシル基を有するカルボン酸エステル、芳香性を有する脂肪酸ケトン、炭素数７から９のケトン、バニリン、エチルバニリン、イソバニリン、ピペロナール、ピペロナールアセトン、２，６−ノナジエーテル等が挙げられ、天然物質では、糖類、アルコール、カルボン酸、酵母、核酸、フェロモン物質等が挙げられる。天然物質においては、食品廃棄物を利用しても良く、例えば、穀物残渣、野菜残渣、果物残渣、魚肉残渣、食肉残渣等が挙げられるが、これらに限られない。
【００３１】
忌避物質は、化学物質では、例えば、ジクロルボス、フェナンチオン、テメホス、トリクロルホン、プロペタンホス、ピレスロイドエステル化合物、ディート（Ｎ，Ｎ−ジメチル−ｍ−トルアミド）、シンナミルアルコール、シンナミルアセテート、オイゲノール、サフロール、イミプロトリン、フタルスリン、アレスリン、ビフェントリン、レスメトリン、フェノトリン、シフェノトリン、ペルメトリン、サイパーメスリン、エトフェンプロックス、シフルスリン、デルタメスリン、フェンバレレート、フェンプロパスリン、シラフルオフェン、フェニトロチオン、ダイアジノン、マラソン、ピリダフェンチオン、プロチオホス、オキシム、クロルピリホス、カルバリル、プロポクスル、メソミル、チオジカルブ、メトキサジアゾン、フィプロニル、アミドフルメト、ジノテフラン、イミダクロプリド、メトプレン、ピリプロキシフェン、クロルフェナピル、エチルブチルアセチルアミノプロピオネート等が挙げられ、天然物質では、カプサイシン、竹酢液、ウコン等が挙げられる、天然物質においては、食品廃棄物を利用しても良く、例えば、唐辛子残渣、柑橘系植物残渣、グレープフルーツ種子残渣、わさび残渣等が挙げられるが、これらに限られない。
【００３２】
さらに、誘引物質、忌避物質ともに、市販の他の薬剤なども適宜利用できる。
【００３３】
誘引物質や忌避物質を含有する成形用樹脂材料、及び成形用樹脂材料を用いた成形物品とした場合、含有する物質に応じて誘因または忌避の効果を得ることが出来る。それら誘因又は忌避物質は、成形用樹脂材料又は成形物品から徐々に放出されるため、効果の持続性の点で、物質単独で用いるより優れる。また、通常の樹脂材料又は成形物品と同様に取り扱うことが出来るため、取扱い性に優れる。また、例えば、誘因物質又は忌避物質が、水に溶出しやすい特性を有するものであったとしても、樹脂と混練することにより、水に晒された際の効果の急激な喪失を防ぐことが出来る。このように、効果の持続に関して、環境影響を受けにくいことは、誘引剤、忌避剤として、有利な特徴である。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例及び比較例をあげてより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、特に断らない限り、部および％は質量部および質量％を示す。
【００３５】
［試験１：ふすまの粉砕、γ線照射］
ハンマーミル（高速ハンマーミル１０１８−Ｓ−３；吉田製作所 製）を用い、市販の飼料用ふすま（日清製粉製）を粉砕した。ハンマーミルの回転数は ６，５００ｒｐｍに設定した。得られた粉砕ふすまを、孔径（スクリーン相当）１．０ｍｍ又は０．７ｍｍのメッシュに通過させて回収した。同様に、予めγ線照射を行ってから粉砕したふすまも用意した。
【００３６】
照射及び粉砕処理したふすまの粒度分布は、レーザー回折式粒度分布測定装置を使用し、具体的には水中にふすまを分散させた湿式での測定を行い、体積基準で１０％粒子径、９０％粒子径等を算出した。ふすまの１０％粒子径と９０％粒子径、及びγ線照射の際の吸収線量を表１中に示す。なお、処理前の原料ふすまは粒度が粗いため、ふるい分け法により粒度分布の測定を行った。
【００３７】
【表１】
2016050210.tif 000002
【００３８】
［試験２：ふすまと熱可塑性樹脂との加熱混練］
エクストルーダー（一軸タイプ エクストルーダー；東大精機株式会社製）を用い、表１に記載のふすまＡ〜Ｅのそれぞれと、表２に記載の熱可塑性樹脂及び相溶化樹脂の組合せとを、表４に記載の配合比で混合し、１６０℃で加熱混練させて、ふすまを含有する成形用樹脂材料を製造した。
【００３９】
熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン及びポリエチレンの２種について試験した。使用した熱可塑性樹脂の銘柄と相溶化樹脂の銘柄の組合せを表２に示す。
【００４０】
【表２】
2016050210.tif 000003
【００４１】
本試験では、エクストルーダー内で、ふすま、熱可塑性樹脂、及び相溶化樹脂を加熱混練させたのち、エクストルーダーから押出し、直径３〜５ｍｍ程度の線状に加工し冷却した後、断裁し３〜５ｍｍ程度の粒子とした。この断裁までの過程において、意図しない所で切断してしまうなどにより、安定した製造が行えなかったケースの頻度を表３に記載の基準で評価した。
【００４２】
【表３】
2016050210.tif 000004
【００４３】
製造安定性の結果を表４に示す。さらに参考として、得られた成形用樹脂材料の一部について、射出成形機（Ｊ８５ＥＬIII−１１０Ｈ−ＭｕＣｅｌｌ型（株）日本製鋼所製）を使用し、植木鉢状に加工成形した成形物品を製造した。その目視評価を表４に記載する。
【００４４】
【表４】
2016050210.tif 000005
【００４５】
上記の結果から、粉砕処理したふすま（ふすまＡ〜Ｄ）を４０質量％から６０質量％の範囲で含む場合（実施例１〜８）、成形用樹脂材料の製造が可能であったことがわかる。特に、ふすまの９０％粒子径が４００μｍ以下である実施例１〜３と実施例５〜７では、製造安定性が高いことがわかる。
【００４６】
一方、粉砕処理していないふすま（ふすまＥ）を用いた場合（比較例５、１０）には、ふすまの配合率が５０質量％であっても、製造不能（×）であったことがわかる。また、粉砕したふすまを用いた場合であっても、ふすま含有率が６０質量％よりも高い場合（比較例１〜４、６〜９）にも、製造不能（×）であったことがわかる。