(57)【要約】【課題】生分解性と機械的強度の両面の性質を備えた天然の生分解性素材を、シート、ペレット等に成形するシステムを提供する。【解決手段】培地とする植物澱粉に、バチルス属に属する微生物の体内で重合して得られたバインダ、又は汎用樹脂からなるバインダを加え、更に炭酸カルシウム又は珪酸マグネシウムの含有物を添加して、加熱・混練して得られた混練物を成形する。混練の手段として、水分含有率が１．５〜２．５である植物澱粉をスーパミキサの温混機内で１１０℃〜１８０℃に加熱して脱水し、バインダを投入してから冷混機内で６５℃〜８５℃に冷却し、二軸スクリュー押出成形機を用い、該押出成形機内の加熱温度が、１４０〜１９０℃で押し出す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物澱粉にバインダを混入させて、加熱して混練し、得られた混練物を成形する成形物であって、前記バインダは、培地とする澱粉にバチルス属に属する微生物を添加・培養して得られたもの、または汎用樹脂であることを特徴とする生分解性成形物。
【請求項２】
上記バインダに炭酸カルシウム又は珪酸マグネシウムの含有物が混入されていることを特徴とする請求項１記載の生分解性成形物。
【請求項３】
上記植物澱粉は、改質したものが用いられていることを特徴とする請求項１又は２記載のいずれかの生分解性成形物。
【請求項４】
上記植物澱粉は、水分含有率が１．５〜５．０、好ましいは１．５〜２．５の含水率であることを特徴とする請求項１〜３記載のいずれかの生分解性成形物。
【請求項５】
炭酸カルシウム又は珪酸マグネシウム含有物が、貝殻粉末であることを特徴とする請求項２〜４記載のいずれかの生分解性成形物。
【請求項６】
培地とする澱粉にバチルス属に属する微生物体内重合して得られたバインダ、または汎用樹脂からなるバインダを、植物澱粉に混入させ、加熱して混練して得られた混練物を成形することを特徴とする生分解性成形物の成形システム。
【請求項７】
上記微生物のほかに、バイオプロセスにより、微生物の増殖を高効率に行わせる為に、炭酸カルシウム又は珪酸マグネシウムの含有物を添加して混練することを特徴とする請求項６記載の生分解性成形物の成形システム。
【請求項８】
上記混練の手段として、上記植物澱粉はスーパミキサで温混機内で１１０℃〜１８０℃に加熱して脱水し、上記バインダを投入してから冷混機内で６５℃〜８５℃に冷却し、二軸スクリュー押出成形機を用い、該押出成形機内の加熱温度が、１４０〜１９０℃で押し出すことを特徴とする請求項６又は７記載の生分解性成形物の成形システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【発明が属する技術分野】
【０００１】本願発明は、例えば、植物澱粉にバインダを混入させて、加熱して混練し、得られた混練物を成形する成形物であって、前記バインダは、培地とする澱粉にバチルス属に属する微生物を添加・培養して得られたもの、または汎用樹脂である生分解性成形物及びその成形システムに関する。
【背景技術】
【０００２】現在、生分解性成形物及びその成形システムは、種々開発されている。この出願の発明者も、下記発明（特許文献１参照）を行い、特許権を取得している。そして、更に開発を進め、この発明を完成するに至った。【０００３】生分解性材料の開発について多くの研究がなされ、種々の原料から、各種の方法により、生分解性材料を製造する方法が開示されているが、従来のものは、一部に石油系の素材を用いたり、また、生分解性が低レベルであることや、フィルムや容器等への利用に際して必要とされる機械的強度等の面から、実用上要求される材料特性において、十分に満足し得るものは開発されていない。したがって、これらの生分解性材料の実用化が十分に行なわれていないというのが現状である。【０００４】  そこで、天然物質からの生分解性素材について鋭意探索する中で、澱粉を培養原料とし、該原料にバチルス属に属する微生物を添加・培養し、高分子粘着性の物質を採取することにより、石油由来の高分子化合物には存在しない水酸基を有するセルロース様の性質を持ち、しかも、ポリプロピレン様の構造を有する天然高分子物質を得ることができ、この天然高分子物質をバインダとして用い、この天然高分子物質に、植物澱粉及び／又は貝殻粉末を混合することにより、セルロースに匹敵する生分解性を有し、しかもポリプロピレンの特性を備えた機械的強度を有する生分解性素材を得ることができることを見い出し、特願２００６−３２４４５８号（下記特許文献２参照）として、提案している。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  この発明の課題は、上記先の特許発明の加工技術に関するものであり、原料に、植物澱粉を活用することで、環境汚染を引き起こさず、自然循環型の技術を提供することにある。また、生分解性と機械的強度の両面の性質を備えた、実用上優れた特性を有する天然の生分解性成形物、及び、該生分解性成形物を成形するための成形手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上記課題を達成するために、この発明は、下記の手段を講じた。即ち、
この発明に係る生分解性成形物は、植物澱粉にバインダを混入させて、加熱して混練し、得られた混練物を成形する成形物であって、前記バインダは、培地とする澱粉にバチルス属に属する微生物を添加・培養して得られたもの、または汎用樹脂であることを特徴とする。
また、生分解性成形物は、上記手段において、生分解性成形物は、上記手段において、上記バインダに炭酸カルシウム又は珪酸マグネシウムの含有物が混入されていることを特徴とする。
また、生分解性成形物は、上記手段において、上記植物澱粉は、改質したものが用いられていることを特徴とする。
また、生分解性成形物は、上記手段において、上記植物澱粉は、水分含有率が１．５〜５．０、好ましいは１．５〜２．５の含水率であることを特徴とする。
また、生分解性成形物は、上記手段において、炭酸カルシウム又は珪酸マグネシウム含有物が、貝殻粉末であることを特徴とする。
生分解性成形物の成形システムは、培地とする澱粉にバチルス属に属する微生物体内重合して得られたバインダ、または汎用樹脂からなるバインダを、植物澱粉に混入させ、加熱して混練して得られた混練物を成形することを特徴とする。
生分解性成形物の成形システムは、上記微生物のほかに、バイオプロセスにより、微生物の増殖を高効率に行わせる為に、炭酸カルシウム又は珪酸マグネシウムの含有物を添加して混練することを特徴とする。
生分解性成形物の成形システムは、上記混練の手段として、上記植物澱粉はスーパミキサで温混機内で１１０℃〜１８０℃に加熱して脱水し、上記バインダを投入してから冷混機内で６５℃〜８５℃に冷却し、二軸スクリュー押出成形機を用い、該押出成形機内の加熱温度が、１４０〜１９０℃で押し出すことを特徴とする。
【０００９】（用語の意味）
なお、本明細書において、使用する用語の意味は、下記の通りである。
「バインダ用澱粉」は、バインダの製造原料となる澱粉であり、その原料となる植物の種類としては、廉価のコウリャンの外、他の澱粉を採用することも可能である。
【００１０】  「植物性澱粉」は、成形物或いは生分解性天然素材の製造原料となる澱粉であり、植物の種類としては、トウモロコシ、馬鈴薯、甘藷、小麦、米、タピオカ、サゴ、キャッサバ豆、葛、などの澱粉が利用できる。また、改質澱粉の種類としては、酸化澱粉、エステル化澱粉、エーテル化澱粉、及び、架橋澱粉等を用いることができる。
「微生物」は、バチルス属の微生物であり、「バチルス属」は、一般的な用語と同義で、この実施例では、３種のものを使用している。
また、「バインダ」は、粘着性があり、バインダ用澱粉と水と微生物とから製造される天然高分子物質である。また、「生分解性天然素材」は、基本的には最終生分解性成形物と同一組成であり、成形物として成形する前の状態を、生分解性天然素材と呼び、シート、ペレット、粒、粉末等の形状である。
「汎用樹脂」とは、合成樹脂の中に粘着性がある全てのもので、例えば、オレフィン系のポリプロピレン、ポリエチレン、ＥＶＡなどである。
また、「バイオプロセス」とは、生産性を向上、適用範囲の拡大、実用化する為に、従来の依存型増殖方法に加えて、更に非依存型微生物の増殖方法で珪酸または珪酸マグネシムを加えて、高増殖率が実現出来る手段を含むものとする。
「微生物体内重合」とはある微生物が取り込んだ植物体等の物質を生体内で原子転換させて他の物質を生産するもので、例えば、従来知られる物として、蚕が桑の葉からシルクを生産すること、また、鶏がえさの草、米等から卵殻を生産することがある。
【００１１】
【参考文献】
【特許文献１】特許第３６５１８８９号
【特許文献２】特許第４１１７９００号
【発明の実施の態様】
【００１２】  以下、この発明の実施例を説明する。図１は、この発明の実施例を説明する製造システム図である。
【発明を実施するための最良の形態】（全体説明）
一般的に、澱粉は、（Ｃ６Ｈ１０Ｏ５）ｎの構造を有している。この発明は、コウリャン澱粉を培養原料とし、該原料にバチルス属に属する微生物を水（Ｈ２Ｏ）とともに添加・培養し、高分子粘着性の物質（プロピレンバイオマスモノマーＣ，Ｈ，Ｏ）を採取することにより生分解性成形物形成用に用いられる。即ち、前記物質を植物性バインダとして、澱粉及び貝殻粉末を混合して、押し出し成形機によりを調製し、生分解性フィルム又は容器を成形する。【００１３】（培養原料）
この発明において、培養原料としては、コウリャン澱粉を用いる。この発明においては、該コウリャン澱粉に、とうもろこし澱粉、いも澱粉等、他の澱粉を適宜配合することができる。【００１４】（用いる微生物）
この発明において、コウリャン澱粉を培養原料とて、天然高分子物質を製造するために用いる微生物としては、バチルス属に属する微生物を用いるが、該微生物としては、バチルス・ズブチリス、バチルス・プミルス、及びバチルス・チューリンゲンシスから選択された少なくとも２種以上の混合微生物を用いることが好ましい。
特に、好ましくは、バチルス・ズブチリス、バチルス・プミルス及びバチルス・チューリンゲンシスから選択された３種の混合微生物を用いるのが好ましい。これらの３種の混合微生物の混合割合を適宜調製することにより、製造される天然高分子物質の特性を調整することができる。これらのバチルス属に属する微生物は、従来、堆肥や、汚泥等における分解処理のための微生物として使用されている微生物であり（特開２００３−１９０９９３号公報、特開２００３−３４２０９２号公報、特開２００４−６５１９０号公報）、第三者が容易に入手することができるものである。【００１５】  なお、上記３種の微生物のほか、粘着性が実現できれば、その他のバチルス属に属する微生物を採用しても良いことは言うまでも無い。【００１６】（バインダ（天然高分子物質）の製造）
この発明において、バインダを製造するには、コウリャン澱粉を培養原料とし、該原料にバチルス属に属する微生物を添加・培養し、高分子粘着性の物質を採取することにより行なわれる。該培養に用いられる条件は、基本的には、通常、バチルス属に属する微生物を培養する条件を採用することができる。この発明は、バチルス属に属する微生物を培養することにより天然高分子物質（バインダ）を生産し、採取するものであるが、該バチルス属に属する微生物による天然高分子物質の生産は、該微生物の培養における胞子形成期に高生産されることから、胞子形成が促進される条件で培養するのが好ましい。  その条件として、培養工程において、培養液に、珪酸又は珪酸マグネシウム（珊瑚の化石粉又は貝殻）を添加する。微生物の胞子形成には、珪酸が必要であり、マグネシウムは、微生物の増殖速度を促進する。したがって、これらの成分を添加することにより、胞子形成を促進することができる。【００１７】（バインダ）
この発明の製造システムによって製造される天然高分子物質（バインダ）は、赤外吸収スペクトル分析（ＩＲ）によれば、石油由来の合成高分子物質には含まれない、セルロース様の水酸基の存在による吸収が示される。また、ポリプロピレン基の存在を示す吸収が示されることから、天然高分子物質は、セルロースに匹敵する生分解性を有し、セルロースに似た通気性を具備させることができる。そして、この天然高分子物質の構造は、構成単位分子式が、（Ｃ１１Ｈ１６Ｏ７）ｎで表される化合物と推定される。【００１８】（バインダの利用）
この発明においては、この発明のバインダに、澱粉及び／又は貝殻粉末を混合して、成形し、天然生分解性フィルム又は容器製造用の生分解性天然素材として、調製される。
上記成形は、通常、ペレット状に成形されるが、粒状、或いは、粉状であっても差し支えない。該生分解性天然素材の調製に混合される澱粉としては、とうもろこし澱粉やジャガイモ澱粉等適宜の澱粉を用いることができるが、該澱粉の分子構造を変化させ、ネット状分子構造を持つように改質した澱粉を用いるのが好ましい。該改質澱粉としては、酸化澱粉、エステル化澱粉、エーテル化澱粉、及び、架橋澱粉等を挙げることができる。貝殻粉末の添加は、貝殻の主成分である炭酸カルシウムと珪酸カルシウムを添加することにより、成形品の強度と質感を向上させる効果を有する。【００１９】  この発明において、生分解性成形物素材の調製に際しての、澱粉、貝殻粉末及びバインダの配合割合は、表１に示す配合割合となる。【００２０】
【表１】
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【００２１】  先ず、実施例として、生分解性天然素材を、バインダとして用いて、成形することにより天然素材からなる生分解性フィルム、容器等を製造することができる。例えば、生分解性フィルムを製造する場合には、生分解性成形物素材全量に対して、澱粉を５〜１０重量％、貝殻粉末を５〜１０重量％、及び、バインダ（天然高分子物質）を８０〜９０重量％の範囲で混合して、押出成形機によって、成形することが好ましい。【００２２】  また、生分解性容器を製造する場合には、生分解性素材全重量に対して、澱粉を５０〜６０重量％、貝殻粉末を１０〜２０重量％、及び、バインダ（天然高分子物質）を３０〜４０重量％の範囲の割合で混合して、成形するのが好ましい。
また、上記生分解性素材全重量に対して、に、カルシュウム含有物、例えば、珊瑚の化石を粉末にしたものを適量添加することで混練物のｐＨ調整がなされ、植物育成用ポットの保形期間を、例えば、数ヶ月単位で調整できる。【００２３】  次に、具体的な実施形態について説明するが、素材を異にするものの、主な加工手段において、基本的には、先に提案した、上記特許文献２記載のものをベースとしている。【００２４】（生分解性フィルムの製造）
この発明において、生分解性フィルム及び容器の製造は、この発明の生分解性素材を用いて、公知の成形手段により、フィルム或いは容器に成形し、実施することができる。
先ず、生分解性フィルムを製造する場合には、生分解性素材全重量に対して、澱粉を５〜１０重量％、貝殻粉末を５〜１０％、及び、この発明のバインダを８０〜９０重量％の範囲で混合して、成形する。また、生分解性容器を製造する場合には、生分解性素材全重量に対して、澱粉を５０〜６０重量％、貝殻粉末を１０〜２０％、及び、この発明のバインダを３０〜４０重量％の範囲の割合で混合して、成形する。【００２５】  この発明においては、特に、限定されないが、生分解性素材は、好ましくはペレットの状態で調製される。該生分解性素材のペレットや、生分解性フィルムの製造においては、生分解性素材の粉末を、加熱・加圧して成形するため、原料を伸ばして成形することが特徴であり、該成形方法を用いることにより、良好な物性の成形調製品を得ることができる。この発明で用いられる成形方法としては、フィルム類の成形においては、例えば、インフレーション成形による方法を、容器類の成形においては、例えば、真空成形（トレイ類の成形）、真空圧空成形（カップ類の成形）による方法を用いることができる。【００２６】（成形システム）
混練手段として、上記植物澱粉はスーパミキサ１で温混機２内で１１０℃〜１８０℃に加熱して脱水し、上記バインダを投入してから冷混機３内で６５℃〜８５℃に冷却し、押出成形機には、二軸スクリュー押し出す成形機４を用い、なお、高速混合機能を実現するためには、同方向又は異方向の２軸押出成形機を用いても良い。また、成形材料に空気、水などの揮発成分が含まれ、これを成形物から除去したい場合には、ベント式押出成形機を用いることもできる。該押出成形機内の加熱温度が、１４０〜１９０℃で押し出すことする。【００２７】  押出成形機は、一般的に、モータ、減速機、成形材料投入用ホッパ、シリンダ、スクリュウ、ヒータ、冷却ファン、ブレーカープレート、ダイ取付ベット、等からなり、中でも、最も重要なスクリュウには、コンスタントピッチバリアブルデプス型、バリアブルピッチコンスタントデプス型、バリアブルピッチバリアブルデプス型、メタリング型等が、適宜用いられる。なお、２軸押出成形機の場合には、ダルメージスクリュウ、ウエーブスクリュウ、ユニメルトスクリュウ等が用いられる。また、Ｔダイ５は、シート用として、フラットダイが用いられるが、パイプ用とする場合には、サーキュラダイが用いられる。【００２８】  押出成形機による押出成形は、材料の投入とその余熱、成形材料の加熱・流動化、押し出し、そして、シートの巻き取りと、操作が進められる。その場合、押出成形の条件として、ポリプロピレンに準じて、スクリュウ回転数は、２０〜１００ｒｐｍに調節され、シリンダにおいては、供給部では、常温〜６℃、前部では、１６０〜１９０℃、中部では、１６０〜１７０℃、後部では、１４０〜１５０℃、ダイス出口では、１７０〜２００℃、に加熱させる。
押出後の成形材料は、フラットダイにより、シート化され、更に、ロールにより、送出され、適温に冷却後、巻き取られる。なお、この場合、冷却速度等も種々設計される。【００２９】（生分解性フィルム及び容器の特徴）
この発明において製造される生分解性フィルム及び容器は、セルロースに匹敵する生分解性を有し、しかもポリプロピレンの特性を備えた機械的強度の特性を備えた、天然素材からなる生分解性フィルム又は容器を提供する。また、この発明において製造される生分解性フィルム及び容器は、植物材料に由来するため、石油由来の合成プラスチックにはない通気性の製品を得ることができる。この通気性は、例えば、この発明のフィルム又は容器を、果物や野菜の包装や容器に用いた場合には、その通気性によって、内部のエチレンガス等を効率よく排出することができ、また、フィルムや容器が曇りにくいという効果も期待できる。したがって、このようなフィルムや容器を用いることにより、商品の流通現場で、商品の賞味期限を延ばすことができたり、或いはその通気性により防曇り加工を施す必要がない等の実用上の効果を得ることができる。【００３０】  以下、実施例によりこの発明をより具体的に説明するが、この発明の技術的範囲はこれらの例示に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３１】  ［生分解性天然素材の製造］
（天然高分子物質の製造）
培養原料としてコウリャン澱粉１ｋｇを用い、栄養源としてナツメの果肉の破砕物を添加し、水１０〜１５ｗｔ％を添加し、これに培養微生物として、バチルス・ズブチリス、バチルス・プミルス及びバチルス・チューリンゲンシスからなる３種の混合微生物を略同じ比率で添加し、約４０℃の温度条件下で培養を行なった。培養に際しては、増殖速度を速め、胞子の形成を促進するために珪酸マグネシウム（貝殻粉）約１００ｇを添加した。培養開始後、４８時間を過ぎると、胞子が形成され、胞子の細胞壁は粘着性の物質で覆われる。この状態のものを、６０〜９８℃の熱湯又は糖水で掻き混ぜることにより、物性の安定した高粘性の高分子物質を得ることができた。【００３２】（天然高分子物質の同定）
調製した高分子物質を、赤外線吸収スペクトル分析（ＩＲ分析）を用いて同定した。高分子物質は、石油からの合成プラスチックには含まれない水酸基の吸収があり、また、プロピレンのようなアルケンの吸収を示すことから、セルロースのようなＯＨ基を持ち、ポリプロピレンのような構造を持つ、新規な高分子物質であることが同定された。【００３３】（生分解性天然素材の製造）
上記実施例で製造した天然高分子物質をバインダとして、生分解性天然素材を製造した。すなわち、トウモロコシ澱粉及びイモ澱粉の混合物１．２ｋｇに、貝殻粉末約１００ｇを混合し、これに上記高分子物質からなるバインダ約１００〜２００ｇを混合し、これを１１５〜１２０℃で加熱・加圧成形して、ペレット状とし、容器製造用の生分解性天然素材調製品を製造した。【００３４】（生分解性天然素材の生分解性試験）
上記生分解性天然素材調製品を用いて、生分解性試験を行なった。この発明の実施例によって製造された生分解性天然素材は、７５日間で生分解率７７．８％であり、対照材料であるセルロースとの生分解率の差は上記の炭酸カルシウムと珪酸マグネシウムであった。対照材料であるセルロースとの生分解率の差が補正すると同じであることと、それぞれのグラフの傾きがほぼ同じでということは、この発明の生分解性天然素材と植物の主成分であるセルロースの生分解率及び生分解速度がほぼ同じということであり、この発明の生分解性天然素材の優れた生分解性が証明された。
（他の成形加工手段の採用）
他の素材との混合比率を調整することによって、真空成形、インフレーション成形、インジェクション成形、プレス成形の加工法を採用することも可能である。
なお、上記実施例は、バインダは培地とする澱粉にバチルス属に属する微生物を添加・培養して得られたもので説明したが、バインダとして汎用樹脂を用いても良く、この場合も、上記実施例と同様に取り扱うことが出来る。特に、この汎用樹脂を用いた場合でも、この成形システムの発明によれば、澱粉と合成樹脂の不合現象が発生せず、極めて物性が安定した成形物を得ることができる。
【発明の効果】
【００３５】以上の説明から理解できるように、この発明によれば、カーボンニュートラルで、低炭素社会への実現に大きく寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の成形システムの説明図である。
【符号の説明】
１…  スーパミキサ
２…  温混機
３…  冷混機
４…  二軸押出機
５…  Ｔダイ
【図１】
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