(57)【要約】  本開示は、殻材料を加工する方法を提供する。加工された殻材料は、生分解性であることができ、さらに、新しいタイプの有用な材料を提供し得る。例として、加工された殻材料は、有用な材料、品物、物体および/または道具を作るための材料として使用可能であり得る。
2020516782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
殻廃棄物を加工して生分解性材料を生成する方法であって、
a)殻廃棄物を粒状化するステップ;
b)粒状化殻廃棄物を結合剤と接触させるステップ;および
c)粒状化殻廃棄物/結合剤混合物を乾燥させるステップ
を含み、乾燥された前記混合物が生分解性材料である、方法。
【請求項２】
ステップa)が、顆粒サイズによって粒状化殻廃棄物を分離することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
粒状化殻廃棄物が、200μm未満のサイズの顆粒を含む、請求項1または2に記載の方法。
【請求項４】
粒状化殻廃棄物が、124μm未満のサイズの顆粒を含む、請求項1または2に記載の方法。
【請求項５】
粒状化殻廃棄物が、74μm未満のサイズの顆粒を含む、請求項1または2に記載の方法。
【請求項６】
粒状化殻廃棄物が、53μm未満、54〜74μm、75〜124μm、125〜249μmのいずれか1つの範囲内の顆粒サイズを含む、請求項1または2に記載の方法。
【請求項７】
流動剤の使用をさらに含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
粒状化殻廃棄物および結合剤がさらに流動剤と接触させられる、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
結合剤が流動剤を含む、請求項7に記載の方法。
【請求項１０】
粒状化殻廃棄物が、結合剤と流動剤とを含む組成物に接触させられる、請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
流動剤が水である、請求項7から10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
結合剤が懸濁液の形態で用意される、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
粒状化殻廃棄物が、結合剤の懸濁液と接触させられる、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
粒状化殻廃棄物が、接触させるステップb)の前に懸濁液として調製される、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
粒状化殻廃棄物懸濁液が結合剤と接触させられる、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
成形するステップを含む、請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
成形するステップが、乾燥させるステップc)の前、および/または乾燥させるステップc)のあいだに起こる、請求項15に記載の方法。
【請求項１８】
成形するステップが、加工された殻廃棄物を所定の形状に成形する、請求項16または17のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
乾燥させるステップc)が、ろ過、凍結乾燥、および/または空気乾燥を含む、請求項1から18のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
殻廃棄物が卵殻および/またはアカザエビ（langoustine）殻を含む、請求項1から19のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
結合剤が生分解性のフィブリルまたは繊維をベースとする材料である、請求項1から20のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
生分解性のフィブリルまたは繊維をベースとする材料が、セルロースをベースとする材料である、請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
セルロースをベースとする材料がナノセルロースである、請求項22に記載の方法。
【請求項２４】
ナノセルロースがセルロースマイクロフィブリル(CMF)および/またはセルロースナノフィブリル(CNF)である、請求項23に記載の方法。
【請求項２５】
殻廃棄物:結合剤の比が、5:1、4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4、または1:5である、請求項1から24のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
殻廃棄物:結合剤の比が3:1である、請求項1から25のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
染料または着色剤を添加する追加のステップを含む、請求項1から26のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
着色剤または染料が、乾燥させるステップc)の後に添加される、請求項27に記載の方法。
【請求項２９】
着色剤が、天然の着色剤である、請求項27または28のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
疎水性のコーティングが生分解性材料に適用される、請求項1から29のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
疎水性のコーティングがバイオプラスチックである、請求項30に記載の方法。
【請求項３２】
バイオプラスチックがポリ乳酸である、請求項31に記載の方法。
【請求項３３】
フィラー材料、無機炭酸塩、クレーおよび/または石炭残留物の使用を必要としない、請求項1から32のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
分散剤、マレイン酸および/またはクエン酸の使用を必要としない、請求項1から33のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
合成炭酸カルシウム、天然の重質炭酸カルシウムまたは表面修飾炭酸カルシウムの使用を必要としない、請求項1から34のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
請求項1から35のいずれか一項に記載の方法によって形成されるまたは得ることができる、物体または品物。
【請求項３７】
(i)テーブルウェア;
(ii)パッケージングおよび/またはパッキング材料;
(iii)断熱材;ならびに
(iv)化粧用製品
からなる群から選択される物体または品物である、請求項36に記載の物体または品物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、殻材料(shell material)を加工する方法、およびそれによって生成した新規材料を提供する。本開示は、生分解性のフィブリルまたは繊維をベースとする結合剤と、骨材（aggregate）として作用し機械的強度をもたらす、主に炭酸カルシウムをベースとする原材料からなる、新しい生分解性材料を作り出す方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭酸カルシウムは自然界に豊富であり、様々な廃棄副産物(例えば、廃棄卵殻、廃棄貝殻、小エビなど)で見出すことができ、その十分な潜在力まで使用されることなくしばしば廃棄されている。
【０００３】
現行の法律および規制のために、これら殻廃棄副産物（例えば卵プロセッサーからの卵殻廃棄物）の多くは埋め立て地で処分される。埋め立て処分は高価であり環境上有害であるので、これは問題である。その結果、潜在的に価値の高い殻廃棄副産物が環境を害している。英国では、125億個を超える鳥卵が2016年に消費されたと推測されている。これらの卵の23%のみが加工されたと推測されている。卵殻の平均重量は6gであり、これは2016年に17,000トンを超える卵殻廃棄物が英国の埋め立て地に送られたことを意味する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明により、埋め立て地への殻廃棄物の処分を低減または不要にさえすることができる。主に炭酸カルシウムをベースとするどんな材料または副産物も、粉砕すれば本発明で使用することができる。
【０００５】
本開示は殻材料を加工する方法の開発に基づく。
【０００６】
開示した方法を使用して、殻材料、例えば殻廃棄物材料を、生分解性にすることができる。
【０００７】
より具体的には、殻材料の粒状化および結合剤の添加を含む方法によって、生分解性の材料がもたらされることが見出された。さらに、本明細書に記述するいずれかの方法を使用して生成した材料は、様々な用途を有している。例えば、加工された殻材料(加工されたその材料が生分解性であってもよい)は、例えばテーブルウェア、パッケージング、断熱材（insulating material）、および/または化粧用製品を含む様々な異なる品物、物体および/または道具の製造に有用であり得る。
【０００８】
第1の態様では、本開示は、殻材料を加工する方法であって、
a)殻材料を粒状化するステップ;
b)粒状化殻材料を結合剤と接触させるステップ;および
c)粒状化殻材料/結合剤混合物を乾燥させるステップ
を含み、ステップ(c)の生成物が加工された殻材料である、方法を提供する。
【０００９】
加工された殻材料(すなわち、方法ステップ(c)の生成物)は、新しいタイプの有用な材料を表すことができる。例として、加工された殻材料は、有用な材料、品物、物体および/または道具を作るための材料として使用可能であり得る。
【００１０】
加工された殻材料は、生分解性であり得る。
【００１１】
そのため、本開示の第1の態様による方法は、殻廃棄物材料を加工して生分解性材料を形成する方法であって、
a)殻材料を粒状化するステップ;
b)粒状化殻材料を結合剤と接触させるステップ;および
c)粒状化殻材料/結合剤混合物を乾燥させるステップ
を含み、ステップ(c)の生成物が生分解性材料である、方法を提供することができる。
【００１２】
第2の態様では、本開示は、本開示の第1の態様の方法によって形成されるまたは得ることができる、有用な材料および/または生分解性材料を提供する。
【００１３】
述べたように、本明細書に記述する方法に従って調製した材料は、様々な用途を有することができ、そのため第3の態様は、(i)本発明の第1の態様による方法によって形成される材料または(ii)第2の態様による材料の、物体、品物および/または物品の製造における使用を提供する。
【００１４】
例えば、本明細書に記述する方法によって生成される材料は、テーブルウェア、パッケージング材料、断熱材ならびに/または化粧用途のための生成物および/もしくはアクセサリーの製造において使用され得る。
【００１５】
本明細書の全体にわたり、「含む(comprising)」という用語は、本発明の実施形態が、記載された特徴を「含み(comprise)」、そのため、他の特徴も含み(include)得ることを示すために使用されることに留意すべきである。しかしながら、本開示の文脈では、「含む(comprising)」という用語は、その開示が、該当する特徴「から本質的になる(consists essentially of)」または該当する特徴「からなる(consists of)」実施形態も包含し得る。
【００１６】
本開示の方法は、2つの手順ステップ：殻材料(「骨材」)を粒状化する第1のステップ；および粒状化殻材料を結合剤と接触させる第2のステップを含むか、それから本質的になるか、またはそれからなる。これら2つステップの生成物は、特定の形状または形態に成形または操作することができるスラリーまたは混合物(粒状化殻材料/結合剤混合物)である。本開示の方法は、粒状化殻材料/結合剤混合物を乾燥して、加工された殻材料を形成する、第3のステップをさらに含んでもよい。本明細書に記述する方法に関連する利点としては、単純性(方法が、2〜3ステップだけを含むか、それらから本質的になるか、またはそれらからなる)、および低コストが挙げられる。
【００１７】
開示した方法のさらなる利点は、1つの骨材(粒状化殻材料)のみが必要なことである。これは、しばしば追加の骨材、例えば、フィラー材料、例えば、無機炭酸塩、クレーまたは石炭残留物の使用を必要とする従来技術の方法に対して、改善を表す。このタイプの追加の成分は不要となり得る。さらに本開示の方法は、分散剤、例えば、マレイン酸またはクエン酸の使用を不必要とし得る。
【００１８】
本発明の方法は、殻材料を加工して生分解性材料を形成する方法を提供することができる。本明細書で使用する「生分解性」という用語は、人為的な化学物質またはプロセスを必要とせずに環境中で破壊することができる材料を意味する。例えば本明細書に記述する方法によって生成される生分解性材料は、微生物、例えばバクテリア、菌類または他の生物学的手段の作用を通して、堆肥化および/または分解され得る。本明細書で開示する方法によって生成した生分解性材料は、再利用および/または肥料として使用され得る。
【００１９】
「殻材料」という用語は、例えば卵殻および体殻(body shell)(例えば、外骨格)材料を包含する。殻材料は、有意量の炭酸カルシウム成分によって特徴づけられ得、例えば、本開示の方法で使用する殻材料は、少なくとも約30、40、50、60、70、80、90、95、99または100%の炭酸カルシウムを含有し得る。有用な殻材料は、炭酸カルシウムの合成された形態、天然の重質炭酸カルシウム（ground calcium carbonate）または表面修飾炭酸カルシウムを含まないかまたはそれを包含しなくてもよい。本開示の文脈では、「約」という用語は、所与のタイプの殻材料における+/-1、2、3、4または5%の炭酸カルシウム含量を意味し得る。殻材料という用語は、例えば殻廃棄物を含み得る。これは、卵(卵殻廃棄物)、例えばアカザエビ（langoustine）、クルマエビ、カキ、ムラサキイガイ、カタツムリなどを含む甲殻類(crustacean)および軟体動物からの廃棄殻材料を含む。有用な卵殻は、任意の卵生動物の卵から由来することができる。述べたように、卵殻は、炭酸カルシウム成分を含む(またはその相当量を有する）ことができる。典型的には、卵殻は鳥または爬虫類の卵からである。通常、卵殻は鳥卵からであり、好ましくは家禽からである。本明細書で使用する「家禽」という用語は、その卵、肉または羽毛のために飼われる任意の飼育された鳥を規定する。非限定的な例としては、ニワトリ、アヒル、ダチョウ、ガチョウ、レアおよびウズラが挙げられる。
【００２０】
体殻は、外骨格を有する任意の動物から取得されうる。有用な体殻は、しばしばシェルフィッシュ(shellfish)と呼ばれる、水中に生息する甲殻類または水中に生息する軟体動物の外骨格から得てもよい。「貝殻(seashell)」という用語は、水中に生息する軟体動物の外骨格を規定するために使用され、したがって、貝殻は、本明細書で使用する「体殻」という用語の範囲内にある。こうした水中に生息する甲殻類および軟体動物の非限定的な例としては、ロブスター、カニ、ザリガニ、クルマエビ(小エビとしても知られる)、カキ、ムラサキイガイ、二枚貝、エゾバイおよびタマキビガイが挙げられる。陸上に生息する甲殻類および軟体動物の体殻も使用してもよく、非限定的な例はカタツムリの殻である。通常、体殻は、甲殻類、典型的にはロブスターの外骨格からである。
【００２１】
好ましい実施形態では、殻材料は卵殻またはアカザエビからの体殻を含む。好ましくは、前記卵殻は鳥卵からである。
【００２２】
本明細書に記述する方法で使用する殻材料は、1種または複数の異なるタイプの殻材料を含んでもよい。例えば、殻材料は、卵殻材料のみから本質的になってもよく(もしくはなってもよく)、または卵殻材料と体殻材料の組み合わせを含んでもよい。
【００２３】
殻材料は廃棄殻材料であってもよい。例えば、殻材料は卵殻廃棄物を含んでもよい。
【００２４】
第1の態様による方法は、殻材料(例えば卵殻廃棄物)を、顆粒に低減するプロセスまたはプロトコルに供することを必要とする。言い換えれば、殻材料は粒状化によって加工され得る。したがって、殻材料は「粒状化される」。粒状化殻材料は、「微粒子」の性状であると言われることもある。本開示の方法は、特定の顆粒サイズまたはサイズ範囲を有する粒状化殻材料の使用を必要とする可能性がある。従って、粒状化殻材料の粒子(または顆粒)は、(本開示の方法のステップ(b)の前に)異なる顆粒サイズまたは粒子サイズに分離または選別され得る。粒状化殻材料を分離または選別する任意のステップは、特定(所定)のサイズの粒子がそこを通過できるメッシュを有する、ふるいタイプの装置を使用して行ってもよい。
【００２５】
粒状化ステップは、サイズ(例えば、粒子の最大径または最大長さ)が、約1μM(すなわち、1ミクロン)〜約1000μM(すなわち、1000ミクロン)の間である、殻の顆粒または粒子を含む粒状化殻材料を提供し得る。粒子サイズは、他に「粒子のグレード」と呼ぶことがある。例えば、粒状化殻材料は、約5μm、10μM、15μM、20μM、25μM、30μM、35μM、40μM、45μM、50μM、55μM、60μM、65μM、70μM、75μM、80μM、90μM、100μM、150、200μM、250μM、300μM、350μM、400μM、450μM、500μM、550μM、600μM、650μM、700μM、750μM、800μM、850μM、900μMまたは950μMの最大サイズを有する粒子または顆粒を含んでもよい。本明細書で開示する方法は、1μM未満の粒子サイズ(例えば直径または長さ)を有する粒状化殻材料を使用しなくてもよい。粒状化殻材料は、一定の範囲の粒子または顆粒のサイズを含み得る。例として、粒状化殻材料(例えば殻廃棄物)は、以下の寸法(サイズは、粒状化殻内の粒子または顆粒の直径または長さを表す)を有する、粒子または顆粒を含んでもよい:
(i)  53μM未満;
(ii)  54〜74μM;
(iii)  75〜124μM;
(iv)  125〜249μM;
(v)  250〜499μM;または
(vi) 500μM超。
【００２６】
粒状化殻材料の顆粒および/または粒子はすべて、サイズが200μM未満であってもよい。
【００２７】
粒状化殻材料の顆粒および/または粒子はすべて、54〜249μMの範囲内のサイズを有してもよい。
【００２８】
したがって、本明細書に記述する方法のいずれかで使用するための粒状化殻の調製物は、単一の均一なサイズの顆粒または粒子を含んでもよい(ここで所与の顆粒または粒子のサイズは、いくらかの所定の許容差、例えば+/-1μM、2μM、3μM、4μM、5μM、6μM、7μM、8μM、9μM、10μM、15μM、20μM、25μM、30μM、35μM、40μM、45μMまたは50μM以内で実質的に同じである)。代わりに、本明細書に記述する方法のいずれかで使用するための粒状化殻の調製物は、一定の範囲の異なるサイズの顆粒または粒子を含んでもよい。上述のように、粒子または顆粒サイズの範囲は、所定の下限から所定の上限までに広がり得る。必要な粒子または顆粒サイズは、生分解性材料に望まれる特性に依存し得、例えば平滑な触感を有する材料は、比較的小さい顆粒(または粒子)サイズ(例えば53μM以下の粒子サイズに粒状化した殻材料)を必要とすることがあり、一方、粗いまたは荒い触感を有する生分解性材料は、比較的大きい顆粒サイズ(例えば54μM以上の粒子サイズに粒状化した殻廃棄物)を必要とすることがあることを、当業者は認識するであろう。
【００２９】
結合剤は、粒状化殻材料を結合させる作用剤である。結合剤は、何らかの形態の生分解性フィブリルおよび/または繊維をベースとする材料を含み得る。述べたように、本明細書で使用する「生分解性」という用語は、生きた生物体によって分解されることができる物質を規定する。「フィブリル」とは、細い糸様の構造を意味する。天然のフィブリルまたは繊維をベースとする結合剤は、ほぼすべての生きた生物体で見出すことができ、豊富な再生可能資源である。生分解性繊維の非限定的な例としては、セルロース、キチン/キトサン、コラーゲン、ウールおよびシルクが挙げられる。結合剤はセルロースであるか、またはそれを含んでもよい。例えば、結合剤は「ナノセルロース」を含んでもよい。結合剤は、セルロースマイクロ繊維/フィブリル(CMF：cellulose microfibers/fibrils)、セルロースナノ繊維/フィブリル(CNF：cellulose nanofibers/fibrils)、ナノ結晶セルロース、バクテリアナノセルロースおよび/またはこれらの組み合わせを含んでもよい。
【００３０】
結合剤は、結合剤と希釈剤または賦形剤とを含む溶液(または組成物)として使用するために調製されてもよい。例えば、結合剤は、希釈剤または賦形剤の量(100-n部)と混合された結合剤の量(n部)で、0.1%、0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%の溶液として、調製されてもよい。例えば、結合剤は、99部の希釈剤または賦形剤と混合または組み合わせられた1部の結合剤で、1%の溶液として調製されてもよい。調製された結合剤溶液(組成物または混合物)は、結合剤ストック溶液と呼ぶことがある。
【００３１】
粒状化殻廃棄物を結合剤と接触させるステップは、粒状化殻廃棄物をある量の結合剤ストック溶液と接触させることを含んでもよい。
【００３２】
粒状化殻廃棄物を結合剤と接触させるステップは、所定の比によって行ってもよく、その比は、使用する材料の質量によって(すなわち、重量によって)計算される。例えば粒状化殻廃棄物および結合剤(任意選択で結合剤ストック溶液の形態で用意されてもよい)は、以下のように組み合わせてもよい:
(i)  1部の粒状化殻廃棄物対1部の結合剤;
(ii)  1部の粒状化殻廃棄物対2部の結合剤;
(iii)  1部の粒状化殻廃棄物対3部の結合剤;
(iv)  1部の粒状化殻廃棄物対4部の結合剤;
(v)  1部の粒状化殻廃棄物対5部の結合剤;
(vi)  1部の粒状化殻廃棄物対6部の結合剤;
(vii)  1部の粒状化殻廃棄物対7部の結合剤;
(viii)  1部の粒状化殻廃棄物対8部の結合剤;
(ix)  1部の粒状化殻廃棄物対9部の結合剤;または
(x)  1部の粒状化殻廃棄物対10部の結合剤。
【００３３】
代わりに、粒状化殻廃棄物および結合剤(任意選択で結合剤ストック溶液の形態で用意されてもよい)は、以下のように組み合わせてもよい:
(i)  1部の粒状化殻廃棄物対1部の結合剤;
(ii)  2部の粒状化殻廃棄物対1部の結合剤;
(iii)  3部の粒状化殻廃棄物対1部の結合剤;
(iv)  4部の粒状化殻廃棄物対1部の結合剤;
(v)  5部の粒状化殻廃棄物対1部の結合剤;
(vi)  6部の粒状化殻廃棄物対1部の結合剤;
(vii)  7部の粒状化殻廃棄物対1部の結合剤;
(viii)  8部の粒状化殻廃棄物対1部の結合剤;
(ix)  9部の粒状化殻廃棄物対1部の結合剤;または
(x)  10部の粒状化殻廃棄物対1部の結合剤。
【００３４】
結合剤溶液(ストック溶液)を調製するために使用する希釈剤または賦形剤は、「流動剤（flow agent）」を含んでもよい。流動剤は、粒状化殻材料を結合剤と接触させるのに好適な任意の溶媒であり得る。非限定的な例としては、水ならびにアルコール(例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリンおよびエタノール)が挙げられる。好ましい実施形態では、流動剤は水である。流動剤の使用は、それによって殻材料が結合剤全体にわたって効果的に分散できるので有利である。「ストック溶液」という用語は、既知量の材料(例えば、結合剤)が分散している液体を規定するために、本明細書で使用される。この材料の一部は、溶解して溶質を形成してもよい。しかしながら、こうした材料が溶液中に溶解することは必要条件ではない。材料の一部は、懸濁物として溶媒中に懸濁されていてもよい。
【００３５】
好ましくは、結合剤を流動剤に添加して組成物(ストック溶液とも呼ぶ)を形成する。次に、粒状化殻材料をこの組成物に添加して結合剤と接触させる。典型的には、結合剤/流動剤混合物を含む組成物は懸濁液である。次に、粒状化殻材料をこの懸濁液に添加して結合剤と接触させる。ある特定の実施形態では、粒状化殻材料は、それを結合剤と接触させる前に、しばしば流動剤中で、懸濁液として調製される。ある特定の実施形態では、粒状化殻材料および結合剤の両方が、それらが一緒にされる前に、しばしば流動剤中で、懸濁液として調製される。
【００３６】
述べたように、粒状化殻材料は粒状化卵殻を含むか、それから本質的になるか、またはそれからなってもよく、結合剤は(ナノ)セルロースマイクロ繊維/フィブリルを含むか、それから本質的になるか、またはそれからなってもよい。
【００３７】
さらに、生分解性材料の所望の最終特性が、使用する粒状化殻材料および結合剤の正確な量を決定し得ることを当業者は認識するであろう。例えば、可鍛性、可撓性および/または成形可能性を有する生分解性材料は、粒状化殻材料より多い部の結合剤を含み得る。対照的に、隆起した(ridged)および/または脆い生分解性材料は、結合剤より多い部の粒状化殻材料を含み得る。
【００３８】
結合剤より多い部の粒状化殻材料(すなわち、より多い炭酸カルシウム)を有する生分解性材料は、より強くなり得、約(+/-0.5〜1)3部の粒状化殻材料対1部の結合剤の比が、汎用性のある生分解性材料をもたらすことを本発明者は発見した。
【００３９】
粒状化殻材料は、結合剤と接触させられる。例えば、粒状化殻材料は、結合剤に添加されてもよく、または結合剤内に分散されてもよい。粒状化殻廃棄物を結合剤と接触させるステップは、手動でおよび/または機械式混合機を使用して(粒状化殻廃棄物と結合剤を)混合することを含む、任意の好適な手段によって達成され得る。粒状化殻廃棄物と結合剤を接触させるステップは、周波数ベースの振盪機を使用して達成してもよい。
【００４０】
本明細書に記述する方法によって生成または製造される生分解性材料は、やや親水性であり得る。疎水性のコーティングを生分解性材料に適用してもよい。例えば生分解性材料に、疎水性の生分解性材料、例えばバイオプラスチック(例えば、ポリ乳酸PLA)の層またはコーティングを施してもよい。
【００４１】
本明細書に記述する方法は、加工された殻材料を何らかの方法で付形するステップである、成形ステップを含んでもよい。加工された殻材料を成形するステップは、ステップ(c)の乾燥プロセスの前および/またはその乾燥プロセスのあいだに行ってもよい。
【００４２】
加工された殻廃棄物を、任意の好適な形態、例えば(任意の好適なサイズもしくは厚みの)シートに、または2Dもしくは3D形状、例えばブロック、球体、アルファベット/数字などに成形し得る。加工された殻廃棄物を、皿(または他の何らかの形態のテーブルウェア)、用具、道具、パッケージング、化粧用商品、パッドなどに、成形または付形してもよい。
【００４３】
加工された殻材料を乾燥させるステップは、空気、熱および/または凍結乾燥を含んでもよい。乾燥させるステップが熱を含む場合、乾燥させる材料を炉に入れ、約20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃または100℃の温度に、材料を乾燥させるのに好適なある期間供してもよい。
【００４４】
それに加えて、またはそれに代えて、乾燥させる材料を真空中に入れて湿気を除去してもよい。
【００４５】
さらに、乾燥プロセスは、圧力下で材料を加圧(「加圧加工」)または成形して湿気を除去することを含んでもよい。
【００４６】
(乾燥させるべき）比較的湿った材料を第2の比較的乾燥した吸収性材料の上に配置する浸透または拡散による脱湿に、乾燥させるべき材料をさらに供してもよい。これらの条件下で、第2の比較的乾燥した/吸収性の材料によって、乾燥させる材料からの湿気が吸い上げられ得る。
【００４７】
乾燥させる材料を加圧/加圧加工に供し、次に、浸透/拡散によるさらなる脱湿に供してもよい。これらの条件下で乾燥させることによって、乾燥時に材料がカールするおよび/または割れることを防ぐことができる。
【００４８】
乾燥させるステップが凍結乾燥を含む場合、粒状化殻/結合剤混合物を凍結させて次に凍結乾燥に供してもよい。
【００４９】
凍結乾燥による乾燥は、軽く「ふわふわした」材料を製造する。このタイプの材料は、断熱材として、または化粧品産業での使用に(製品塗布/除去パッド等として)、または保護パッケージング(例えば発泡ペレット、発泡スチロール、ポリスチレン等の非生分解性パッケージング材料を置き換えるもの)として、用途を見出し得る。
【００５０】
したがって、1つの態様では、本開示は、殻材料を加工して断熱材を生成する方法であって、
a)殻材料を粒状化するステップ;
b)粒状化殻材料を結合剤と接触させるステップ;および
c)粒状化殻材料/結合剤混合物を凍結乾燥するステップ
を含み、ステップ(c)の生成物が断熱材である、方法を提供する。
【００５１】
上述の方法によって調製された断熱材はまた、生分解性であり得る。
【００５２】
本開示は、殻材料を加工して断熱材を生成する上記方法によって得ることができる断熱材をさらに提供する。
【００５３】
生分解性材料に着色または染色してもよく、換言すれば、生分解性材料は加工される際に染料または着色剤を添加するステップに供される。
【００５４】
粒状化の前、粒状化のあいだ、または粒状化の後に、殻材料に染料または着色剤を添加し得る。
【００５５】
それに加えて、またはそれに代えて、使用のために結合剤を調製する前、調製するあいだ、または調製した後に、着色剤または染料を結合剤に添加してもよい。
【００５６】
それに加えて、またはそれに代えて、粒状化殻/結合剤混合物に着色剤または染料を添加してもよい。
【００５７】
それに加えて、またはそれに代えて、乾燥した(生分解性)材料に着色剤または染料を添加または適用してもよい(言い換えると、任意の乾燥させるステップの完了後に、加工された殻材料に着色剤または染料を添加してもよい)。
【００５８】
乾燥の後に、加工された殻廃棄物に着色剤または染料を添加した場合、色は鮮やかで際立ったままになることを発明者は発見した。乾燥させるステップの前に着色剤または染料を添加すると、色または染料の退色、鈍化または変化をもたらすおそれがある。ある特定の実施形態では、疎水性のコーティングおよび着色剤を使用する。好ましくは、着色剤または染料の添加後に疎水性のコーティングを適用する。
【００５９】
上記に基づいて、本開示は以下を提供する。
【００６０】
殻材料を加工して、成形された生分解性材料を生成する方法であって、
a)殻材料を粒状化するステップ;
b)粒状化殻材料を、ナノセルロースを含む結合剤と接触させるステップ;および
c)粒状化殻廃棄物/結合剤混合物を成形し乾燥させるステップ
を含み、ステップ(c)の生成物が、成形された生分解性材料である、方法。
【００６１】
卵殻材料を加工して生分解性材料を生成する方法であって、
a)卵殻材料を粒状化するステップ;
b)粒状化卵殻材料を、ナノセルロースを含む結合剤と接触させるステップ;および
c)粒状化卵殻材料/結合剤混合物を乾燥させるステップ
を含み、ステップ(c)の生成物が生分解性材料である、方法。
【００６２】
卵殻材料を加工して、成形された生分解性材料を生成する方法であって、
a)卵殻材料を粒状化するステップ;
b)3部の粒状化卵殻材料を、1部のナノセルロースをベースとする結合剤と接触させるステップ;および
c) 粒状化卵殻材料/結合剤混合物を成形して乾燥させるステップ
を含み、ステップ(c)の生成物が、成形された生分解性材料である、方法。
【００６３】
上記のように、殻廃棄物を加工する本開示の方法では、追加の骨材、例えば、フィラー材料、例えば無機炭酸塩、クレーもしくは石炭残留物、または分散剤、例えば、マレイン酸もしくはクエン酸の使用が不必要になり得る。
【００６４】
殻廃棄物を加工して生分解性材料を生成する方法であって、
a)殻廃棄物を収集および粒状化するステップ;
b)結合剤を調製するステップ;
c)結合剤内で殻廃棄物を分散させるステップ;
d)殻廃棄物/結合剤混合物を成形するステップ;
e)乾燥した生分解性生成物を形成するステップ
を含む方法。
【００６５】
この方法の一実施形態が、図1のフローチャートとして提示される(ここで骨材は殻廃棄物である)。
【００６６】
さらなる態様では、本開示は、本明細書に記述する方法によって得ることができる材料/生分解性材料を提供する。
【００６７】
本開示はさらに、本明細書に記述する方法によって得ることができる生分解性材料の、物体、品物または道具の製造における使用を提供する。物体、品物または道具は、
(i)パッキングおよび/またはパッケージング;
(ii)断熱材;
(iii)化粧用アクセサリー;ならびに
(iv)テーブルウェア
からなる群から選択され得る。
【００６８】
本開示は、化粧品用添加剤として使用するための粒状化卵殻をさらに提供する。例えば粒状化殻材料、例えば粒状化卵殻廃棄物を、化粧用製品(ゲル、クリーム、軟膏、粉末など)に添加し得る。さらに粒状化殻材料、例えば粒状化卵殻廃棄物を、プラスチックマイクロビーズの代用品として使用してもよい。粒状化殻廃棄物を、本明細書に記述のように加工し、成形しもしくはマイクロビーズとして調製し、任意選択で着色剤で染色し、および/または疎水性のコーティングで被覆し、次いでマイクロビーズ代用品として使用し得る。
【００６９】
ここで本発明を、以下の図を参照して詳細に記述する。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態をフローチャートとして示す図である。
【図２】本発明の方法によって得た生成物の写真である。この例では、1:0.39の卵殻(53μM未満):セルロースミクロフィブリルの比を使用し、卵殻/セルロースミクロフィブリル混合物は、空気乾燥(左の試料)または炉乾燥(右の試料)している。
【図３】本発明の方法によって得た生成物の、加えた荷重(N)の関数としての伸び(mM)のグラフである。3:1の卵殻(53μM未満):セルロースミクロフィブリルの比を使用し、卵殻/セルロースミクロフィブリル混合物は空気乾燥している。
【図４】本発明の方法によって得た生成物の、加えた荷重(N)の関数としての伸び(mM)のグラフである。5:1の卵殻(53μM未満):セルロースミクロフィブリルの比を使用し、卵殻/セルロースミクロフィブリル混合物は空気乾燥している。
【図５】本発明の方法によって得た生成物の写真である。3:1の卵殻(53μM未満):セルロースミクロフィブリルの比を使用し、卵殻/セルロースミクロフィブリル混合物は凍結乾燥している。
【図６】本発明の方法によって得た生成物の写真である。3:1の卵殻(53μM未満):セルロースミクロフィブリルの比を使用し、卵殻/セルロースミクロフィブリル混合物は空気乾燥している。右側の試料は、クロロホルム中に1%ポリ乳酸を含む疎水性溶液でコーティングしている。
【図７】本発明の方法によって得た生成物の写真である。3:1の卵殻(53μM未満):セルロースミクロフィブリルの比を使用し、2つの材料を接触させ空気乾燥している。次に、試料は廃棄コーヒー(左の試料)、ビートの根廃棄物(中央の試料)および赤キャベツ廃棄物(右の試料)を使用して染色している。
【図８】本発明の方法によって得た生成物の写真である。3:1の卵殻(53μM未満):セルロースミクロフィブリルの比を使用し、卵殻/セルロースミクロフィブリル混合物は(コーヒープレスを使用して)加圧し、紙タオルを使用した浸透/拡散によるさらなる脱湿に供している。
【図９】本発明の方法によって得た生成物の写真である。3:1の卵殻(53μM未満):セルロースミクロフィブリルの比を使用し、卵殻/セルロースミクロフィブリル混合物を成形し、ヘアドライヤーを使用して加熱乾燥している。この成形された材料を使用して皿を製造した。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
英国を本拠とする卵加工会社JUST EGGから得た粉砕卵殻粉末を、篩振盪機を使用して最初に6つの顆粒サイズのグループに選別した:
1.  500ミクロン超
2.  250〜499ミクロン
3.  125〜249ミクロン
4.  75〜124ミクロン
5.  54〜74ミクロン
6.  53ミクロン未満
【００７２】
実験に使用した顆粒サイズの2つの特定グループは、以下からなるものであった:
1.  54〜249ミクロン
2.  53ミクロン未満。
【００７３】
実施例1:概念の実証
周波数ベースの振盪機(LabRAM)を用いて、以下を接触させることによって2つの試料を調製した:
-  1gの卵殻粉末(53ミクロン未満);および
-  39gの、水中1%のセルロースマイクロフィブリル(CMF)溶液。
【００７４】
結果として得られた材料を2個のカップに分け、空気乾燥または炉乾燥によって乾燥させた。1週間後に、試料は乾燥して、強く可撓性の厚紙のような材料を形成した(図2参照)。理論によって拘束されることを望むものではないが、この結果は、セルロース繊維が卵殻からの炭酸カルシウムを効果的に結合できることを示していると見られた。
【００７５】
実施例2:卵殻とセルロースの比の最適化
試料を実施例1で使用した方法によって調製したが、ただし卵殻粉末:CMFの比は5:1、4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5とした。
【００７６】
より多くのCMFを含む比(例えば、1:2〜1:5)は、より可撓性である材料を製造し、一方、より多くの卵殻粉末を含む比(例えば、5:1〜2:1)は、より脆いが強度の大きな材料を製造した。
【００７７】
より多くの炭酸カルシウムを有する試料は、より強いと分かった。強度と柔軟性の最良のバランスを有する材料は、3:1の卵殻粉末:CMFの比で製造されたものであった。図3および4は、この方法によって得られた材料に加えた荷重(N)の関数としての伸び(mM)のグラフであり、材料は3:1または5:1の卵殻(53μM未満):CMFの比を使用していた。3:1の比を使用して製造した、より可撓性の高い材料は、5:1の比を使用して製造したものより大きな程度まで伸長する(伸びる)ことができる。これによって、5:1の比を使用して製造した、より脆い材料(およそ38Nまでに耐えることができる)と比較して、それが破断する前により大きな荷重(およそ115Nまで)に耐える、より可撓性の材料がもたらされる。3:1の卵殻粉末:CMFの比により、様々な用途に有用であり得る汎用性のある材料が得られる。
【００７８】
実施例3:凍結乾燥
実施例2で使用した方法によって、3:1の卵殻粉末:CMFの好ましい比を用いて試料を調製した。空気乾燥または炉乾燥ではなく、試料を冷凍庫で凍結し、次に、凍結した試料の形状を保存しながらすべての湿気を除去する、凍結乾燥機を使用して乾燥させた。
【００７９】
結果として得られた材料(図5参照)は軽くふわふわしており、綿パッド(エアロゲル)に触感が類似していた。この材料は断熱性を有すると考えられ、構造物中の断熱材として使用され得る。あるいは、化粧品産業でのパッドとして、例えば製品(例えば、メーキャップ製品)の塗布または除去のためのものとしてそれを使用し得る。一旦ある特定の形状に成形されれば、この材料は(発泡スチロールおよびプラスチックの包装材料を置き換えて)保護パッケージングにおいても使用できる。
【００８０】
同じ凍結乾燥法を、54〜249ミクロンの卵殻顆粒サイズでも使用した。より大きな粒子は、砕けがちな材料を生成するようであった。53ミクロン未満の卵殻顆粒サイズを用いて得た凍結乾燥材料は、それほど砕けなく好ましい材料である。
【００８１】
実施例4:吸水性、および疎水性コーティング
実施例2で使用した方法によって、3:1の好ましい卵殻粉末:CMFの比を用いて試料を調製した。水の吸収について材料を試験した。一滴の水を材料と接触させたところ、およそ7分後にはそれは吸収され、材料が親水性であることを示していた。
【００８２】
水または湿気の存在下で使用して材料が水溶液に耐えなければならない場合、疎水性のコーティングが必要になる。
【００８３】
ポリ乳酸(PLA)のバイオプラスチックペレットをクロロホルム中に溶解し、6%および3%のPLAを含む溶液を製造した。10mL、7.5mLおよび5mLの6%溶液、ならびに10mLの3%溶液を乾燥させて生じたバイオプラスチックコーティングの厚みを比較した。PLAの3%溶液10mLを使用して生じたコーティングの厚みが好適であるようだったが、スプレーガンで使用するにはこの溶液はあまりにも粘性であった。このため、クロロホルム中1%のPLAの溶液を使用し、実施例2で使用した方法によって調製した、3:1の好ましい卵殻粉末:CMFの比を有する材料試料上にスプレーガンによって噴霧した。結果として得られた被覆材料は疎水性であった(図6参照)。
【００８４】
スプレーガンを用いるバイオプラスチックコーティングの適用は、必要な場合にいつでもこのコーティングを適用することができるので有利である。
【００８５】
実施例5:材料の着色
3つの天然の着色剤または染料、すなわち赤キャベツ、ビートの根、およびコーヒーを使用した。実施例2で使用した方法によって、3:1の卵殻粉末:CMFの好ましい比を用いて試料を調製した。廃棄コーヒーかす(coffee ground)または赤キャベツの色素を、各試料に乾燥の前に添加した。赤キャベツからの着色は試料が乾燥するにつれて色あせしたが、コーヒーかすからの着色は変わらなかった。
【００８６】
実施例2で使用した方法によって、3:1の好ましい卵殻粉末:CMFの比を用いて調製した別の試料を、着色剤の添加前に乾燥させた。乾燥した材料を着色することが、鮮やかで、より鮮明な色(図7参照)を与え、好ましい染色方法であることが分かった。
【００８７】
実施例6:より大きな顆粒サイズ
実施例2で使用した方法によって、3:1の好ましい卵殻粉末:CMFの比を用い、53ミクロン未満ではなく54〜249ミクロンの顆粒サイズの卵殻を用いて試料を調製した。
【００８８】
結果として得られた材料はうまく形成され、53ミクロン未満の卵殻顆粒サイズを使用して形成したものと類似していた。この材料は、より小さな卵殻顆粒サイズで形成されたものと比べて、より粗いまたはより荒い表面触感を有するという点で異なり、剥離用途で有用となり得る。
【００８９】
249ミクロンのサイズに近い卵殻顆粒は、取り扱い時に材料からボロボロ落ちるようであった。このため、好ましい卵殻顆粒サイズは249ミクロン未満であり、好ましくは200ミクロンである。
【００９０】
同じ3:1の卵殻粉末:CMF比は、強度と柔軟性の最もよいバランスを与え、すべての卵殻顆粒サイズにとって好ましい。
【００９１】
実施例7:材料の加圧および乾燥
実施例2で使用した方法によって、3:1の好ましい卵殻粉末:CMFの比を用いて試料を調製した。単に空気乾燥または炉乾燥させるのではなく、試料をコーヒープレスで加圧して大部分の水を除去した。次に、試料をプレスから取り出し、紙タオル上に放置して過剰な水を吸収させ、続いて炉乾燥させた。
【００９２】
この乾燥方法は、単に空気乾燥または炉乾燥で製造したものと類似の試料を製造したが(図8参照)、試料ははるかに速く乾燥した。
【００９３】
実施例8:成形
プレートデザインはコンピュータ数値制御およびプラスチックチューブ中に形成された真空を使用して作成された。型にドリルで穴を開け、次に濾紙で内張りした。粒状化殻廃棄物/結合剤混合物を、実施例2で使用した方法によって、3:1の好ましい卵殻粉末:CMFの比を用いて調製した。次に、混合物を型へ注いだ。重力ろ過によって水が混合物から分離し、結果として得られた材料を、ヘアドライヤーを使用して乾燥させた。材料は、型の皿形状を保持していた(図9参照)。
【００９４】
より小さな物体、例えば図9の先割れスプーンは、実施例2および実施例7で使用した方法によって3:1の好ましい卵殻粉末:CMFの比を用いて調製した、より大きな試料から、所望の形状を切り取ることによって調製した。
【図１】
2020516782.tif 000003
【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】
2020516782.tif 000009
【図８】
2020516782.tif 000010
【図９】
2020516782.tif 000011
【国際調査報告】
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