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JP3296565B2 - デンプン含量の高い成形シートの製造方法 - Google Patents

デンプン含量の高い成形シートの製造方法

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JP3296565B2
JP3296565B2 JP53644297A JP53644297A JP3296565B2 JP 3296565 B2 JP3296565 B2 JP 3296565B2 JP 53644297 A JP53644297 A JP 53644297A JP 53644297 A JP53644297 A JP 53644297A JP 3296565 B2 JP3296565 B2 JP 3296565B2
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JP
Japan
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sheet
starch
moldable mixture
sheets
mixture
Prior art date
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Inventor
アンダーセン,パー,ジェイ.
ホドソン,サイモン,ケー.
オング,シャオデ.
クリステンセン,ブルース,ジェイ.
Original Assignee
イー.カショギ インダストリーズ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • B65D43/16Non-removable lids or covers hinged for upward or downward movement
    • B65D43/162Non-removable lids or covers hinged for upward or downward movement the container, the lid and the hinge being made of one piece
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    • B65DCONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
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    • B65D65/46Applications of disintegrable, dissolvable or edible materials
    • B65D65/466Bio- or photodegradable packaging materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B26/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B26/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
    • C04B26/02Macromolecular compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B26/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
    • C04B26/02Macromolecular compounds
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18Manufacture of films or sheets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L3/02Starch; Degradation products thereof, e.g. dextrin
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
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    • C08L5/12Agar or agar-agar, i.e. mixture of agarose and agaropectin; Derivatives thereof
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    • E05LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05DHINGES OR SUSPENSION DEVICES FOR DOORS, WINDOWS OR WINGS
    • E05D1/00Pinless hinges; Substitutes for hinges
    • E05D1/02Pinless hinges; Substitutes for hinges made of one piece
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    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B11/00Single-unit hand-held apparatus in which flow of contents is produced by the muscular force of the operator at the moment of use
    • B05B11/01Single-unit hand-held apparatus in which flow of contents is produced by the muscular force of the operator at the moment of use characterised by the means producing the flow
    • B05B11/10Pump arrangements for transferring the contents from the container to a pump chamber by a sucking effect and forcing the contents out through the dispensing nozzle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05CAPPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/0245Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work for applying liquid or other fluent material to a moving work of indefinite length, e.g. to a moving web
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27NMANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N1/00Pretreatment of moulding material
    • B27N1/02Mixing the material with binding agent
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    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/34Feeding the material to the mould or the compression means
    • B29C2043/3433Feeding the material to the mould or the compression means using dispensing heads, e.g. extruders, placed over or apart from the moulds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/44Compression means for making articles of indefinite length
    • B29C43/46Rollers
    • B29C2043/461Rollers the rollers having specific surface features
    • B29C2043/463Rollers the rollers having specific surface features corrugated, patterned or embossed surface
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    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C49/00Blow-moulding, i.e. blowing a preform or parison to a desired shape within a mould; Apparatus therefor
    • B29C49/02Combined blow-moulding and manufacture of the preform or the parison
    • B29C2049/023Combined blow-moulding and manufacture of the preform or the parison using inherent heat of the preform, i.e. 1 step blow moulding
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    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2791/00Shaping characteristics in general
    • B29C2791/004Shaping under special conditions
    • B29C2791/006Using vacuum
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    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2795/00Printing on articles made from plastics or substances in a plastic state
    • B29C2795/007Printing on articles made from plastics or substances in a plastic state after shaping
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    • B29C2949/00Indexing scheme relating to blow-moulding
    • B29C2949/07Preforms or parisons characterised by their configuration
    • B29C2949/0715Preforms or parisons characterised by their configuration the preform having one end closed
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    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
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    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/04Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles using movable moulds
    • B29C43/06Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles using movable moulds continuously movable in one direction, e.g. mounted on chains, belts
    • B29C43/08Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles using movable moulds continuously movable in one direction, e.g. mounted on chains, belts with circular movement, e.g. mounted on rolls, turntables
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    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/001Combinations of extrusion moulding with other shaping operations
    • B29C48/0017Combinations of extrusion moulding with other shaping operations combined with blow-moulding or thermoforming
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    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/09Articles with cross-sections having partially or fully enclosed cavities, e.g. pipes or channels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/15Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. extrusion moulding around inserts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/88Thermal treatment of the stream of extruded material, e.g. cooling
    • B29C48/91Heating, e.g. for cross linking
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C49/00Blow-moulding, i.e. blowing a preform or parison to a desired shape within a mould; Apparatus therefor
    • B29C49/02Combined blow-moulding and manufacture of the preform or the parison
    • B29C49/06Injection blow-moulding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C49/00Blow-moulding, i.e. blowing a preform or parison to a desired shape within a mould; Apparatus therefor
    • B29C49/02Combined blow-moulding and manufacture of the preform or the parison
    • B29C49/06905Using combined techniques for making the preform
    • B29C49/0691Using combined techniques for making the preform using sheet like material, e.g. sheet blow-moulding from joined sheets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C51/00Shaping by thermoforming, i.e. shaping sheets or sheet like preforms after heating, e.g. shaping sheets in matched moulds or by deep-drawing; Apparatus therefor
    • B29C51/08Deep drawing or matched-mould forming, i.e. using mechanical means only
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C51/00Shaping by thermoforming, i.e. shaping sheets or sheet like preforms after heating, e.g. shaping sheets in matched moulds or by deep-drawing; Apparatus therefor
    • B29C51/08Deep drawing or matched-mould forming, i.e. using mechanical means only
    • B29C51/082Deep drawing or matched-mould forming, i.e. using mechanical means only by shaping between complementary mould parts
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の属する技術分野 本発明は、成形シートおよびそのシートに由来する製
品を製造するための組成物および方法に関する。より詳
細には、本発明は、繊維で補強したデンプン結合マトリ
ックスを有し、任意で無機鉱物充填剤を含むシートに関
する。この成形シートは、慣用の紙や板紙の製品に代替
してよい。
発明の背景 A.シート、容器、およびその他の製品 紙や板紙、プラスチック、ポリスチレン、はては金属
のような材料から作った薄く柔軟なシートは、現在、印
刷材料やラベル、マット、ならびに、容器や分離器(se
parator)、分配器(divider)、封筒、ふた、栓、缶、
およびその他の包装材料のような他の製品の製造に、大
量に用いられている。加工や包装技術の進歩により、現
在、非常に多様な液体や固形の物品を、有害な要素から
保護しつつ、保存し、包装し、または輸送することがで
きる。
容器やその他の包装材料は、環境の影響や配達時の損
傷、特に化学的および物理的な影響から物品を保護す
る。包装することによって、ガスや水分、光、微生物、
害虫、物理的な衝撃、物品を押しつぶす力、振動、液体
の漏れやこぼれから、非常に様々な物品を保護すること
ができる。包装材料の中には、製造元や中身、広告、説
明書き、ブランドの表示、および価格のような情報を、
消費者に配付するための媒体を提供するものもある。
典型的には、容器やカップ(使い捨て容器を含む)の
ほとんどは、紙や板紙、プラスチック、ポリスチレン、
ガラス、および金属材料でできている。毎年、1000億個
のアルミニウム缶、10億個のガラス瓶、および数千トン
の紙やプラスチックが、ソフトドリンク、ジュース、加
工食品、穀物、ビール等の保存や分配に使用されてい
る。食品や飲料産業以外でも、そのような材料でできて
いる包装容器(特に使い捨て容器)はいくらでもある。
雑誌や新聞、本、包装紙、および主として木に由来する
紙から作られた平たい紙製品のみならず、印刷用紙や書
きもの用紙、コピー用紙も、毎年大量に製造されてい
る。米国だけで、毎年約550万トンの紙が包装用に消費
されているが、これは国内の紙の年間総生産量の約15%
にしかならない。
B.紙、プラスチック、ガラス、および金属の影響 近年、これらの材料(たとえば、紙、板紙、プラスチ
ック、ポリスチレン、ガラス、または金属)のいずれが
最も環境を損なうかについて、論争が起こっている。環
境についての意識を高めようとする団体は、環境的によ
り「正しく」あるために、一つの材料の代わりの別の材
料を使おうといっては多くの人を説得している。こうし
た論争は、個々の材料がそれぞれ特殊な環境的弱点を有
するという点を見逃しがちだ。特定の環境問題の観点か
ら見れば、ある材料が別の材料よりも優れていることも
あるが、そうすると、その好ましそうに見える材料が、
その問題とは異なる、しばしばより大きな問題を伴うと
いうことを無視することになる。実際、紙や板紙、プラ
スチック、ポリスチレン、ガラス、および金属材料は、
それぞれ独自に特殊な環境的弱点をもっている。
ポリスチレン製品、特に容器やその他の包装材料は、
最近になって環境団体の怒りをかっている。ポリスチレ
ン自体は比較的不活な物質であるが、その製造には、危
険な化学物質や出発物質がいろいろと含まれる。未重合
スチレンは非常に反応しやすいので、その取扱者に健康
上の問題を生じてしまう。またスチレンは、ベンゼン
(突然変異源として知られており、おそらくは発がん物
質である)から製造するため、スチレン中には残留した
ベンゼンを見いだすことができる。最後に、重合したス
チレンは通常条件下では比較的安定なので、スチレンか
ら作った容器や梱包用小片状充填材(packing peanut
s)、およびその他の製品は分解しにくく、したがっ
て、環境中に廃棄された場合は長期間にわたって残存す
る。
環境を損なう可能性がより高いのは、「膨張」または
「発泡」ポリスチレン製品の製造における、クロロフル
オロカーボン(または「CFC」)の使用である。これ
は、CFCがオゾン層の破壊と関係があるからである。膨
張ポリスチレンを含む発泡体の製造において、CFC(揮
発性の非常に高い液体)を用いてポリスチレンを「発泡
させ」るか、または「膨張させる」かして発泡材料と
し、次いでこれをカップや皿、トレー、箱、「クラムシ
ェル」容器、スペーサー、または包装材料に成形する。
より「環境を損なわない」膨張剤(たとえばHCFC、CO
2、およびペンタン)でも、やはりかなり有害で、これ
を除去することが有効であろう。
その結果、企業には、ポリスチレン製品をやめ、より
環境的に安全な材料を使うよう、各方面から圧力が圧力
がかけられている。ある環境団体は、一時的に方針を変
更して、生物分解が可能と思われる。木材パルプから作
った紙やその他の製品のような「天然の」製品をより多
く使うことをよしとしている。それにもかかわらず、他
の環境団体は、木の伐採と森林の消滅を最小限に抑えよ
うと、それとは反対の見解を示している。
紙製品はまぎれもなく生物分解が可能であり、またオ
ゾン層の破壊とは関連がないものであるが、昨今の研究
は、紙の製造が環境に与える影響はポリスチレンの製造
よりも大きいことを示している。実際、木材パルプや製
紙産業は、米国において上位5つの環境汚染産業のうち
の1つとされている。たとえば、紙から作られる製品
は、等量のポリスチレン製品に較べて、10倍量の水蒸
気、20倍の電気、および2倍量の冷却水を必要とする。
様々な研究が、製紙工場からの廃水には、ポリスチレン
発泡体の製造において生じる量の10〜100倍の汚染物質
が含まれることを示している。
紙や板紙の製造における別の欠点は、紙を作るのに必
要なエネルギー量が比較的大きいということである。こ
れには、繊維が絡まり特性則(the principles of web
physics)にしたがって実質的に自己結合するように、
繊維を十分に脱木質化して、ほつれるまで、木材パルプ
を処理するのに必要とされるエネルギーも、含まれる。
また、水を約99.5容量%まで含む慣用の紙スラリーから
水を除去するには、大量のエネルギーが必要である。ス
ラリーからは大量の水を除去しなくてはならないので、
シートを乾燥するために加熱ローラを用いる前にも、文
字通りスラリーから水を吸い取らなくてはならないので
ある。更に、脱水工程中にシートから吸い取った水のほ
とんどが、通常は環境中に廃棄される。
金属シートを容器(特にアルミニウムやスズで出来た
缶)に成形したり、ガラス瓶を吹き出したり、陶器の容
器を作ったりする製造方法は、原料を溶融し、次いでこ
れを、別途中間生成物や最終製品に加工したり成形した
りする必要性があることから、大量のエネルギーを利用
することになる。これらの高エネルギーや製造上の要件
は、高価なエネルギー源を利用するのみならず、重大な
大気汚染、水汚染、および熱汚染を環境にもたらすこと
になる。ガラスはリサイクル可能であるが、埋め立てさ
れることになる一部のガラスについては、本質的に分解
不可能である。また割れたガラスの破片は非常に危険
で、何年も残存することがある。
その多くが生物分解可能であると考えられている紙や
板紙でさえ、いずれも通常の生物分解活性に必要な空気
や光、および水から遮断された埋め立て地中では、数
年、時には数十年にわたって残存することがある。数十
年も埋められていたゴミの中から、電話帳や新聞紙が出
てきたという報告もある。こうした紙の寿命の長さは、
紙の分解を更に遅らせるかまたは防ぐ作用をする様々な
保護物質で紙を処理したり、被覆したり、または含浸さ
せたりすることが一般的であることから、更にむずかし
い問題となっている。
紙や板紙、ポリスチレン、およびプラスチックにつて
の別の問題は、それぞれが、ポリスチレンやプラスチッ
クの製造における石油のように時として補充不可能な、
比較的高価な有機出発物質を必要とすることである。紙
や板紙を製造するのに使う木は、厳密な意味でいえば補
充可能であるが、木々が広い土地を必要とすること、お
よび世界の特定地域においてそれが急速に減少している
ことは、上記した観念をおびやかすものである。したが
って、シートやシートに由来する製品を作る際に、本質
的に補充不可能な出発物質を大量に使用するのは支持で
きないことであり、長い目で見ると賢明なこととは言え
ない。さらに、包装用原料(紙パルプ、スチレン、また
は金属のシートのようなもの)は非常にエネルギー集約
的であり、大量の水を消費し、大気汚染を引き起こすも
ので、またかなりの資本金を必要とするものである。
上記した見地から、どの原料が環境に対しより有害で
あるとか有害でないとかいうことを議論すべきではな
く、むしろ、現在使われている原料それぞれに伴う様々
な環境問題のすべてとは言わないまでも、そのほとんど
を解決する代替原料を開発できるかどうかという点を議
論すべきである。
C.デンプン結合剤 更に最近になって、成形品の結合剤または単独成分と
して、デンプンまたはデンプン誘導体を利用する試みが
多くなされている。デンプンを成形する一つの方法は、
当分野において「脱構造化デンプン(destructurized s
tarch)」として知られるものを形成する方法である。
脱構造化デンプンの製造においては、天然のデンプンま
たはデンプン誘導体を可塑剤と混合し、高温高圧下で液
化させて「ホットメルト」を生成して、これを「ガラス
転移温度」より低い温度まで冷却することによって固化
する。この方法では、デンプンを熱可塑性の材料のよう
に扱う。脱構造化またはホットメルトデンプンの系は、
理論的には容易に思えるが、実際には、製造の際に非常
にコストがかかり、またそこから得られる製品は、一般
に満足のいくものではなく、低品質である。
デンプン系混合物を製品に成形する別の方法には、加
熱したダイの間で水性デンプン混合物を成形する工程を
含むものである。デンプン結合剤は、成形可能な水性混
合物中では、最初は変性しておらず、ゲル化していない
ことが好ましい。そうでないと、デンプンがゲル化し、
水中でゲル化したデンプンが強力な粘度増加作用を生じ
ることから、同じ成形特性を維持するためには非常に大
量の水を含まなくてはならなくなる。金型の間に入れた
デンプン水混合物は、この成形可能な混合物から水の大
部分を除去するのに十分な温度であることはもちろん、
デンプンのゲル化に十分な温度となるまで加熱される。
得られる成形品は金型から外すが、最初のうちは非常に
もろいので、この成形品を湿度の高いチャンバーに長時
間置いて再度水分を吸収させることによって「調整」す
る。単に成形品を金型から外して残留する水分を吸収さ
せるというのは、発泡した気泡デンプンマトリックス
が、十分に乾燥されておらず、硬化していない場合はこ
われやすいため、実行可能であるかどうかわからない。
しかし、こわれないように十分な強度を有する気泡デン
プンマトリックスを得るには、必然的にデンプンを過度
に乾燥しなくてはならなくなる。そのような調整を、成
形工程後に行なわなくてはならない。前記した成形方法
はいくらか有用ではあるが、慣用の製紙法におけるよう
に、連続したシートを連続的に作るのを可能にするもの
ではない。デンプン誘導体も、製紙産業においてにじみ
止め剤や被覆剤として、紙の孔を封じたり、よりなめら
かで孔の少ない表面を作り出すために広く用いられてい
る。しかし、慣用の製紙方法は、一般に、シートの結合
マトリックスを形成するために、繊維同士な密接な結び
つきや水素結合といった、網目構造の物理学的原則に依
存する。紙スラリーや完成紙料に加えたデンプン結合剤
は、製紙工程において完成紙料からデンプンが流出する
際に、ほとんどのデンプンが水とともに製紙用ワイヤを
通り抜けてしまうので、副次的な結合剤としてしか作用
しない。したがって、完成紙料に加えたデンプンのほと
んどは無駄になってしまう。よって、慣用の紙において
デンプンを単独または主要な結合剤として用いるのは、
非常に不経済ということになる。
更に、デンプン結合剤の問題の一つに、この結合剤を
水に溶かすか、または水中でゲル化すると、一般に非常
に粘着質になるということがある。これによって、デン
プンは一般にすぐれた結合剤となるものの、大量の溶解
またはゲル化デンプン結合剤を用いて作ったシートまた
は成形品が、金型やシート形成装置に付着しやすくなる
ことから、製造工程が面倒になる。一方、未変性のデン
プン顆粒は、一般に水に不溶であり、デンプン顆粒を含
む組成物をデンプンのゲル化温度より高い温度まで加熱
しない限りは、湿った系内でただ不活な充填剤粒子とし
て作用する。しかし、いったんゲル化すると、未変性の
デンプン顆粒も、もちろん非常に粘着質になり、成形装
置、特に加熱した成形装置に付着しやすくなる。
前記のことから、必要なのは、紙や板紙、ポリスチレ
ン、プラスチック、または金属のシートと同様の特性を
有する、低コストで、環境にやさしいシートを製造する
ための、改善された組成物および製造方法である。
そのようなシートを、紙や板紙、ポリスチレン、プラ
スチック、または金属のシートから成形品を形成するの
に現在用いられている製造装置や技術によって、多様な
容器またはその他の成形品に成形することができれば、
当分野を有意に改善することになるだろう。
また、慣用の紙を作るのに用いる典型的なスラリー中
に含まれる水および/または繊維の画分のみを含み、か
つ、シート成形過程で徹底した脱水を必要としないよう
な成形用組成物から、上記の環境にやさしいシートを成
形することができれば、シート製造における進歩となろ
う。
また、そのようなシートおよびシートから作られる容
器その他の成形品が、地中によく見られる物質に容易に
生物分解可能であるおよび/または解体可能であるなら
ば、当分野における有意な改善となろう。
現実的な観点からすれば、紙やプラスチック、または
金属製品を製造する現在の方法のコストに匹敵するか、
またはそれよりも更に低いコストで、シートや容器その
他の製品を製造することのできる組成物および製造方法
を提供することは、有意な改善であろう。特に、紙やプ
ラスチック、または金属の所望の特性を有する製品を製
造するのに必要なエネルギーや、最初にかかる資本投資
を減らすことは望ましい。
また、デンプン、特にゲル化したデンプンが成形装置
やシート形成装置に付着することに伴う問題を克服しな
がら、シート中に比較的大量のデンプンを含ませること
のできる組成物や製造方法を提供することは、当分野に
おいて更なる進歩となろう。
更に、任意で、上記したシートが天然の無機鉱物充填
剤を有意な量含むことのできる組成物や製造方法を提供
することは、当分野において大きな進歩となろう。特
に、そのような無機物を充填したシートが、従来の無機
充填剤の含量の高い材料に較べて柔軟性や引張強度、剛
性、成形性、および大量生産性についてより優れている
ならば、それは当分野において有意な改善となろう。
上記したシートを製造するための組成物および製造方
法を、ここに開示し、請求する。
発明の要旨 本発明は、比較的高濃度のデンプンと、任意で無機鉱
物充填剤を有する、環境にやさしいシートを製造するた
めの組成物および製造方法に関する。このデンプン成分
は主たる結合剤を含むため、本発明のシートは、以下、
「デンプン結合シート」と称することにする。このよう
なシートは強度およびその他の特性を有しており、これ
によって慣用の木質紙に匹敵するか、またはそれより優
れたシートとなる。
デンプン結合シートを形成するのに用いる成形可能な
組成物には、典型的には、ゲル化していないデンプン顆
粒と、セルロースエーテルと、均一に分散した繊維と、
水と、任意で無機鉱物充填剤およびその他の任意成分が
含まれる。適切なセルロースエーテルには、水性系をそ
のセルロースエーテルの熱析出点より高い温度まで加熱
すると、水性系中のセルロースエーテルが水を遊離し、
固化するという現象である、「熱析出(thermal precip
itation)」を生じるものが含まれる。このようにし
て、セルロースエーテルはシート外面上に粘着性のない
フィルムを形成して湿ったシートを内部に包むことで、
その後のシート形成段階におけるゲル化によって、成形
可能な組成物中のデンプン顆粒がシート形成用ローラに
付着するのを防止する。
成形可能な組成物は、好ましくは、セルロースエーテ
ルの熱析出温度かまたはそれより高い温度であるが、デ
ンプンのゲル化温度より低い温度まで加熱した形成用ロ
ーラの間を通すことによって、シートに成形する。形成
用ローラは、熱析出したセルロースエーテルの粘着性の
ないフィルムを有する未焼成シートを生成する。この時
点で、未焼成シートは、内部にはかなりの水分が含まれ
るものの、比較的乾燥した表面を有している。次いで、
このシートを、デンプン顆粒がゲル化するのに十分な温
度まで加熱したローラの間を通す。ゲル化したデンプン
顆粒は、シート中で共に融合して非常に強力な結合マト
リックスを形成するが、そのゲル化したデンプンは熱析
出したセルロースエーテルの粘着性のないフィルムに包
まれているため、シートがローラに付着することはな
い。このシートを更に加熱し、蒸発によって実質的な量
の水を除去して、実質的に乾燥したシートを得る。好ま
しい方法にしたがって成形したシートは、実質的に均一
に分散した繊維で補強した、デンプン結合マトリックス
を含んでいる。このシートは、任意で、無機鉱物充填剤
やその他の添加剤を含んでいてよい。
シートを形成するのに好ましい組成物には、組成物中
の全固形物の約5重量%〜約90重量%にわたる濃度のゲ
ル化していないデンプン結合剤と;組成物中の全固形分
の約0.5重量%〜約10重量%にわたる濃度のセルロース
エーテルと;組成物中の全固形分の約3重量%〜約40重
量%にわたる濃度の繊維材料と;任意で、組成物中の全
固形分の約0重量%〜約90重量%にわたる濃度の無機骨
材と;そして、成形可能な組成物を生じるのに十分な量
の水が含まれる。成形用組成物中のセルロースエーテル
は、液体画分の降伏強さを高め、かつ繊維を成形用組成
物中に均一に分散させる、濃化剤として作用する。
本発明の組成物および方法を用いて形成されるシート
は、約0.01mmもの低い厚みから、10cm以上もの高い厚み
を有することができる。しかし、このシートが紙や板紙
と同様の品質を有するには、約1cm未満の厚さが一般的
であり、約5mm未満の厚さが好ましく、約3mm未満の厚さ
がより好ましく、約1mm未満の厚さが最も好ましい。ま
た、シートのデンプン結合構造マトリックスは、水に長
時間露出すると分解する。
本発明者らが、比較的大量のデンプンを熱析出性セル
ロースエーテルと組み合せて利用できることを発見する
以前、無機物充填シートを成形するのに好ましい主要な
結合剤は、実際セルロースエーテルそのものであった。
しかし、セルロースエーテルには、シートを作るのに用
いる他の成分に較べて非常に高価であるという欠点があ
る。あらゆるデンプンの中で最も廉価であるゲル化して
いないデンプンは、いったんゲル化するときわめて粘着
質になるという欠点があることから、これまで結合剤と
しての用途はほとんど認められていなかった。シート形
成法において主要な結合剤として使用する試みは、デン
プンが押出機またはシート形成装置に付着してしまうた
め、うまくいかなかった。
本発明は、従来シート製造用の組成物に用いられてい
たセルロースエーテル結合剤の大部分を、大量のデンプ
ンで代替することを提供するものである。少量の比較的
高価なセルロースエーテルを、より大量の、比較的廉価
で未変性のデンプン顆粒と組み合せることで、上記した
ような、これらの結合剤を別々に用いることの欠点が解
消する。シートの形成に用いる成形可能な組成物中のセ
ルロースエーテル量を減らすことによって、シートの製
造コストが実質的に低下する。また、デンプンは非常に
廉価であるばかりか、セルロースエーテルに較べると結
合剤としても優れており、セルロースエーテルを単独の
結合剤として用いたシートに較べ、はるかに高品質のシ
ートをはるかに低コストで得ることができる。
成形用組成物の成分を合わせて混合する場合、デンプ
ン顆粒に、それを破壊するかまたは破断するのに十分な
大きさの剪断力をかけないことが重要である。また、混
合物をデンプンのゲル化温度より下の温度に維持するこ
とで、シート形成工程がはじまる前にデンプン結合剤の
ゲル化が起こらないようにすることも重要である。そう
しないと、セルロースエーテルがまず析出してシート表
面上に粘着性のないフィルムを形成する前に、シート表
面のデンプンがシート形成装置に付着することがある。
したがって、本発明のシートの形成に用いる成形用組
成物の好ましい調製方法は、まず、水と、繊維およびセ
ルロースエーテルを高剪断混合によって混合して、繊維
を実質的に均一に分散し、繊維混合物を形成する工程を
含む。次いで、未変性のデンプン顆粒と、無機鉱物充填
剤と、その他の任意の添加剤を前記の繊維混合物にブレ
ンドして、成形用組成物を形成する。追加の水をこのと
き加えてもよい。次いでこの成形用組成物を、セルロー
スエーテルの熱析出温度に加熱した少なくとも1組の形
成用ローラに通すことによって、シートに成形する。成
形用組成物は、押出機によって、好ましくは「ウィグ・
ワグ(wig wag)・システム」によって、直接形成用ロ
ーラの間に供給してよい。あるいは、押出機がシート形
成ダイを有することもできる。前記したように、セルロ
ースエーテルにより、シート中のデンプン結合剤はロー
ラに付着しない。
次いで、得られる未焼成シートを、デンプンのゲル化
点かまたはそれより高い温度に加熱したデンプンゲル化
ローラの間に通す。ジャガイモのデンプンのようなある
種のデンプンは約65度でゲル化するが、コーンスターチ
のような他のデンプンは約95度でゲル化する。ワックス
状のコーンスターチは、約70度でゲル化する。次いで、
蒸発によって十分量の水を除去する手早いやり方で、シ
ートを有意な程度まで硬化させる。デンプンのゲル化に
用いるローラと水の除去に用いるローラにはほとんど違
いはないが、ゲル化ローラによって、水の少なくとも一
部を除去してよい。水を除去するのに十分な熱さのロー
ラは、デンプン顆粒もゲル化する。乾燥したシート中の
繊維は、デンプンマトリックス中に、補強剤として均一
に分散している。
単純なシート形成工程に加えて、得られるシートを未
焼成状態(in a green)かつ少なくとも一部が成形可能
な状態に保ちながら、任意で圧縮することで、たとえ
ば、蒸発によって構造マトリックスから水を除去したと
きに生じる不必要な空隙をなくしたり、結合剤と繊維の
接着を強めたり、表面をよりなめらかにすることができ
る。圧縮は、シートの厚みよりも薄いけば(nap)を有
する1組かまたはそれ以上の圧縮ローラの間にシートを
通すことによって行なう。
シートの表面は、固いローラと柔らかいローラからな
る1対かまたはそれ以上の仕上げローラの間にシートを
通すことによって改善することができる。柔らかいロー
ラは、シートとの接点における速度が実質的にシートの
速度と同じになるように、シートをとらえるのに十分な
摩擦を有するものである。「固いローラ」は非常になめ
らかで、シートを磨くように、シートとの接点における
速度が実質的にシート速度より大きくなる速度で回転さ
せる。その他の仕上げローラには、それぞれシートにき
めを出したり波形をつけたりする、きめ出しローラや波
形ローラがある。
本発明にしたがって作るシートは、紙やプラスチッ
ク、薄壁金属と同様の特性を有しており、容器やその他
の包装材料のような多様な製品を形成するためにすぐ用
いることができる。あるいは、そのようなシートを大き
なスプールに巻き付けることもできるし、小さいシート
に切って、紙や板紙のようにパレット上に積んで必要な
ときまで保存することもできる。次いで、積んだシート
または巻いたシートを切って、製造する所望の製品を形
成してよい。
本発明のシートは、任意で再度湿らせて、より柔軟に
したりおよび/または自己接着性を付与したりしてよ
い。柔軟性を増すことによって、所望の製品を形成して
いるときにシートが裂けたり割れたりする可能性が少な
くなる。また、デンプンは熱可塑性物質のようにふるま
うこともできる。本発明のシートをデンプンのガラス転
移温度より高い温度に加熱した場合、シートを所望の形
に成形することができる。ガラス転移温度より低い温度
まで冷却すると、シートは成形された形を維持するよう
になる。シート中でデンプンを熱的に溶融することによ
って、デンプンは自己接着質になり、たとえばらせん状
に巻いたりすることで容器を形成する場合に、シートを
接着し、密にすることができる。シートを再度湿らせる
ことと熱成形は、有利に組み合せることができ、これに
よってシートの用途を広げて、またシートを用いた可能
な製造法の幅も広げることができる。
本発明のシートは引張強度が高く、デンプンと繊維の
含量に応じて100MPaまで高くなることもある。このシー
トは紙や板紙によく似て、印刷することができるし、被
覆したり、薄片状にしたり、積層したり、縮らせたり、
クレープを入れたり、伸ばしたり、印をつけたり、曲げ
たり、折ったり、巻いたり、巻き込んだり、らせん状に
巻いたり、圧縮したり、折ったり、溝を付けたり、波形
を付けたり、接着したりして、様々な製品を形成するこ
とができる。また、製造過程でシートに核線(スコア;s
core)や切り込み(スコアカット;score cut)、波形、
または目打ちして、シート内の特定の位置に曲がり目や
ヒンジを形成しやすくするのが有利な場合もある。
本発明の成果は、これまでに紙や板紙、プラスチッ
ク、ポリスチレン、または金属から作られている多様で
異なる製品を、それら従来の材料を用いる際のコストに
大抵匹敵するか、もしくはほとんどの場合それよりも低
いコストで大量生産することが可能となったことであ
る。この省コストは、原料のコストを下げたことばかり
でなく、より少ないエネルギーと、最初により少ない資
本投資しか必要としない製造方法により実現したもので
ある。特に、本発明のシートの製造に用いる組成物につ
いては、プラスチックや金属の製造に較べて必要な原料
にかかる経費がはるかに少ないばかりか、必要な脱水
も、紙の製造で行なうよりもはるかに少なくてすむ。
更に、本発明のデンプン結合シートはより環境にやさ
しい成分を含むため、そのようなシートの製造において
は、従来の原料からシートを作る場合よりも環境に与え
る影響が非常に少なくてすむ。本発明のシートは、紙や
プラスチック、または金属のシートまたはその他の製品
の製造において必要とされるような、高濃度の木材パル
プや石油製品、またはその他の天然資源を必要としな
い。
デンプンとセルロースエーテル成分は容易に水に溶解
し、リサイクルや生物分解を促進する。使用済みのシー
トやその他の製品は、水中で容易に細分することがで
き、同様の製品の製造に再利用することができる。環境
中に廃棄した場合、デンプンとセルロースエーテルは水
を吸収してすばやく溶解し、少量の個々の繊維と、土と
似ているかまたは同一の組成である様々な量の天然鉱物
充填剤を残す。溶解したデンプンおよびセルロースエー
テル、ならびに分散した繊維は、土壌中に存在する微生
物によって、容易に分解される。
図面の簡単な説明 上記した本発明の利点および目的、ならびに上記した
以外の本発明の利点および目的を達成しうる方法を理解
するために、添付の図面において図解する本発明の特定
の態様に参照することによって、本発明について先に簡
潔に特徴づけたよりも更に詳細な記載を提示する。これ
らの図面が本発明の典型的な態様のみを示すものであ
り、よってそれらが本発明の範囲を限定すると見なすべ
きではないことを理解した上で、本発明を添付の図面を
用いてより具体的かつ詳細に記載する。図面において: 図1Aは、デンプン結合シートを製造するための好まし
いシステムであって、押し出されたシートが圧縮ローラ
の間を通っているところの概略図である。
図1Bは、デンプン結合シートを製造するための別の好
ましいシステムであって、不定形混合物がシート形成ロ
ーラの間を直接通っているところの概略図である。
図2Aは、図1Aのシステムに用いた、排気室(evacuati
on chamber)とダイヘッドを備えたオーガー押出機のカ
ットアウェイ図を伴う、拡大された透視図である。
図2Bは、形成ローラの間に成形用組成物を供給するた
めの「ウィグ・ワグ」押出システムを示す。
図3は、ピストン押出機の側面図である。
図4は、1対の縮小ローラと、そのローラによって縮
小されているシートの側面図である。
図5は、1対の圧縮ローラと、そのローラの間で圧縮
されているシートの側面図である。
図6は、「固い」ローラと「柔らかい」ローラを含む
1対の仕上げローラの透視図である。
図7は、波形シートを形成するのに用いる1対の波形
ローラの側面図である。
図8は、個々のシートに切断され、蓄積されている、
連続シートを示す透視図である。
発明の詳細な説明 本発明は、任意で有意な量の無機鉱物充填剤を含むデ
ンプン結合シートを製造するための組成物および方法に
関する。このデンプン結合シートは、紙や板紙、または
その他のシート材料からなるシートと同様の特性を有す
るように製造することができる。そのようなシートは、
結合剤として大量のデンプンが導入されているために優
れた強度を有しており、またデンプンの導入によってコ
ストを下がることができ、かつ、慣用の木質紙製品に較
べてはるかに環境にやさしくなる。デンプンは、従来用
いられているように、のり付け剤として添加されるので
はなく、シートの製造に用いられるところの成形用組成
物の一部として、シートの湿潤端に加える。またシート
は、実質的に均一に分散した補強用の繊維を含み、柔軟
性と剛性を付与されている。
本発明のデンプン結合シートは、一般に、多成分で、
様々な規模の、繊維で補強された微小複合物として記載
することができる。別個でありながら相乗的に関連する
特性を付与することの可能な、多様な異なる材料を注意
深く導入することによって、強度や剛性、環境保全性、
大量生産性、および低コストといった優れた特性を有す
るところの、特殊な種類または範囲の微小複合物を製造
することができる。
上記の「多成分」なる用語は、シートを整合するのに
用いる組成物が、典型的には、水や、水中に廃棄できる
セルロースエーテル、最初は不溶なデンプン顆粒(これ
はあとでシート形成する際にゲル化する)、繊維、無機
鉱物充填剤、およびその他の添加剤のような、化学的ま
たは物理的に異なる材料または相を3種またはそれ以上
含んでいることを指すものである、これらの幅広いカテ
ゴリーにある材料のそれぞれが、これらから作られる最
終的なシートを形成するための組成物のみならず、その
シート自体に、1つまたはそれ以上の特殊な性質を付与
するものである。これらの幅広いカテゴリーにより、異
なるがしかし相補的な特性をシートに付与することので
きる、2種またはそれ以上の無機充填剤または繊維とい
った、異なる成分を更に含むことが可能である。このこ
とは、シートに所望の特性を付加するような特定の技術
を、シートの製造方法と組み合せて用いるようにするも
のである。
本発明のデンプン結合シートの多成分(したがって多
特性)の性質は、本質的に単一成分系である、プラスチ
ックやポリスチレン、紙、または金属といった慣用の材
料とは有意に異なっている。単一成分の材料から作った
薄いシートは、一般に、その材料に固有の特性を有する
ものに限定される。たとえば、もろいシートは一般にそ
のシートをこわさずに曲げたり折ったりすることができ
ないし、柔軟なシートはそれ自身の重量を支えられない
ことが多い。対照的に、本発明の材料の多成分性を採用
すれば、それから作られるシートに複数の特性を導入す
ることができる。
上記した「様々な規模の」なる用語は、本発明の組成
物および材料を、異なるレベルまたは規模で定義するこ
とが可能であることを指している。詳細には、本発明の
シート中に含まれるものは、典型的には、約10nmから約
10mmにまで及びマクロ成分組成物と、約1ミクロンから
約100ミクロンに及ぶミクロ成分組成物と、そしてミク
ロン以下の成分がある。これらのレベルはフラクタルで
はないこともあるが、通常はそれぞれが非常に近似して
おり、そして各レベルで均質かつ均一である。
上記した「繊維で補強された」なる用語のキーワード
は「補強された」との語であるが、これは自明であり、
本発明のシートを慣用の紙または紙製品と明確に区別す
るものである。慣用の紙は「網」の物理的特性か、また
は繊維の絡み合いに依存して、紙の結合のみならず、構
造マトリックスと重量部分を提供する。しかしながら、
本発明のシート中の結合マトリックスは、デンプン結合
剤と、繊維と、そして任意の無機鉱物充填剤成分と(な
らびにある程度までセルロースエーテル)の間の相互作
用を含んでいる。繊維は主として補強成分として作用
し、特に引張強度と柔軟性を付与するが、実質的に網の
物理的特性により結合することはない。
最後に、上記した「微小複合物」なる用語は、シート
化合物が単なる化合物や混合物ではなく、大きさ、形、
および化学的性質が異なる、微小レベルの特定の異なる
材料からなる設計されたマトリックスであることを指し
ている。これらの材料は、それぞれの特殊な性質が最終
的な複合物中で十分に示されるように、十分に結合し、
相互作用している(たとえば、マトリックスの引張強度
は、繊維とデンプン結合剤の引張強度と直接相関してい
る)。
これらの定義の原理から、デンプン結合剤および繊維
(共に有機および無機)、ならびに任意で無機骨材を含
む材料を組み合せて、慣用の紙や板紙のシートと同様の
特性を有するシートを含む多様の製品に成形することが
できる。また本発明のデンプン結合シートは、プラスチ
ックやポリスチレンから作ったシート、ひいては金属か
ら作ったシートの代替品とすることができる。シートは
切断して、(曲げたり、折ったり、巻いたりするなどし
て)多様な容器やその他の製品に成形することができ
る。本発明の組成物および方法、ならびにその組成物か
ら作ったシートは、ファースト・フード産業用などの、
使い捨ての容器や包装の大量生産に特に有用である。
I.一般的な議論 A.慣用の紙製品 「紙」とは、水懸濁液からふるい上に形成される、植
物繊維(主として木材)が絡み合うかフェルト状になっ
た、広範囲の網についての一般的な用語である。多くの
人が「紙」や「板紙」と称するシート製品は、木から得
られる木材パルプから作られるため、一般に「木質紙
(tree paper)」というものである。木質紙は無機充填
剤や増量剤、デンプン、またはその他の微量成分を含み
うるものであるが、典型的には木質繊維を比較的高含量
で、一般的には紙シートの約80容量%から98容量%にお
よぶ含量で含むものである。これは、繊維が常に、網の
物理的性質によって互いに結合するのに十分高い濃度を
有さなくてはならないからである。
紙に典型的な、よく知られた性質を得るために、木材
由来の繊維の代わりに代替繊維基質が加えられている。
これらには、麦わらや亜麻、マニラ麻、麻およびバガス
のような多様な植物繊維(「第二繊維」として知られ
る)が含まれる。この紙は、しばしば「草木紙」と称す
る。セルロース系の紙や、主として草木、植物、または
木質の紙の幅広いカテゴリーを、以後、まとめて「慣用
の紙」と称する。
慣用の紙の製造においては、典型的にはクラフト法ま
たは亜硫酸塩法を採用して、パルプシートを形成する。
クラフト法では、バルブ繊維をNaOH中で「煮込み」、繊
維をばらばらにする。亜硫酸塩法では、繊維分解プロセ
スに酸を用いる。いずれの方法も、まず繊維を処理し
て、繊維壁内にあるリグニンを遊離する。しかし、繊維
からリグニンを除去すると、繊維の強度がほとんど失わ
れてしまう。亜硫酸塩法はいっそう過酷なため、亜硫酸
塩法で作った紙の強度は、一般にクラフト法で作った紙
の強度の約70%しかない。
クラフト法または亜硫酸塩法のいずれかによって木材
パルプにした木材は、更にビーター中で加工して、更に
繊維内のリグニンとヘミセルロースを遊離させ、また繊
維をばらばらにする。得られるスラリーは、一般に水を
約99.5%と、木材パルプを約0.5%しか含まないもので
あるが、これを激しく叩くことでヘミセルロースを十分
に遊離させ、繊維同士がからみあう網効果によって本質
的に自己結合(水素結合を含む)している繊維混合物を
形成するまで繊維をぼろぼろにする。しかし、そのよう
な激しい処理により、繊維の全長に沿って大きな傷が生
じ、そのため繊維の引張強度や引裂強度、破裂強度がほ
とんど失われてしまうことになる。紙の製造は、必然的
に網の物理的性質に依存することで紙シートに必要な結
合や構造的な完全さを得るために、比較的高いパーセン
テージ(通常は少なくとも80%以上)の繊維を紙シート
に加えなくてはならない。
次いで、高度に水性のスラリー(または完成紙料)
を、まず多孔質の網かまたはワイヤふるい上に載せて、
ローラ・ニップ(roller nip)を用いて水を「搾り出
す」ことによって、実質的に脱水する。この最初の脱水
工程により、水の含量が約50〜60%のシートとなる。慣
用の紙の製造において、繊維スラリーまたは完成紙料
が、本発明におけるように成形できるような「成形可能
な」状態になる時点はまったくない。最初の脱水のの
ち、部分的に乾燥した紙を、しばしば加熱ローラを用い
ることによって更に加熱乾燥する。網の物理的特性によ
り生じる制限のみならず、紙の製造工程のために、慣用
の紙シート中に含浸させることのできる無機骨材充填剤
の量には上限がある。
これとは明瞭に異なり、本発明は、デンプン結合シー
トの成分を共に結合するために網の物理的性質には依存
しないものである。むしろ、デンプン成分、およびある
程度のセルロースエーテル成分の結合力により、シート
の引張強度と曲げ強度の大部分が提供される。デンプン
結合剤は繊維およびその他の固形成分とある程度まで相
互作用するのみならず、結合マトリックスとしてそれ自
身と相互作用する。
その成果は、繊維により付与される引張強度や引裂強
度、破裂強度、および柔軟性といった有益な効果を維持
しながら、シート中に含まれる繊維をはるかに少なくで
きるというものである。良好な強度特性を維持しながら
繊維をより少なく用いることによって、シートや容器、
またはその他の製品を(紙に較べて)より経済的に生産
することができる。これは、(1)繊維が無機充填剤、
ひいてはデンプン結合剤よりも高価である、(2)加工
用の装置についての資本投資が非常に小さくなる、およ
び(3)繊維含量を最小に抑えることによって、繊維の
製造に伴って環境中に放出される有害物質の量を減少さ
せることもできるため、である。
本発明のシートは、木質紙または草木紙の約50分の1
〜3分の1の繊維しか使用していなくとも、そうした紙
と同様の引張強度や曲げ強度、結合強度のような特性を
有している。これは、一つには、本発明で用いる繊維に
おいては、紙を作るのに用いる繊維よりもはるかに加工
の度合いが小さいせいである。また、比較的大量のデン
プンを、結合剤および構成成分として含んでいるせいで
もある。
より高濃度の無機骨材充填剤を任意で含むことを別に
しても、本発明は慣用の製紙法といくつかの点において
異なっている。まず、本発明の成形可能な混合物におい
て用いる水は、慣用の紙スラリー(典型的には、少なく
とも97重量%の水、時には99.9重量%もの水を含む)に
較べてはるかに少ない(通常は約50重量%未満)。より
重要なことに、本発明のシートは、いったん型の中に置
かれると、一般には更に成形するかまたは圧力をかけな
いかぎりその形を維持するような、水性スラリーという
よりは、非常に結合力がある成形可能な混合物から形成
される。
B.シート、容器、およびその他の製品 本願明細書および添付の請求項で用いるような「シー
ト」なる用語は、ここに記載する組成物および方法を用
いて作る、実質的に平らか、波形か、湾曲しているか、
曲がっているか、または模様を出してある、いかなるシ
ートも含むものである。唯一の本質的な組成上の制限
は、結合マトリックスが、シート製造の過程でデンプン
顆粒がゲル化することによって形成されるデンプンを含
むことである。デンプン結合シートは、有機被覆剤、印
刷、その上に積層されたその他のシート等を含んでいて
よい。
本発明の範囲内にあるシートは、そのシートについて
意図されている特定の用途に応じて、厚みを大きく変え
ることができる。シートは、約0.01mmにまで薄くするこ
ともできるし、強度、耐久性、およびまたは嵩を重視し
て、1cm以上にまで厚くすることもできる。
本願明細書および添付のクレームで用いるような「容
器」なる用語は、様々な製品または物体(限定はない
が、食物や飲料製品を含む)を保存したり、分配した
り、包装したり、分割したり、または輸送したりするの
に利用する、あらゆる製品、貯蔵器、または器を含むこ
とを意図する。そのような容器の具体例は以下に詳細に
記載するが、特に箱やカップ、「クラムシェル」容器、
広口ビン、ビン、皿、ボウル、トレー、ボール箱、パッ
ク、かご、シリアル用の箱、冷凍食品用の箱、牛乳パッ
ク、飲料容器用キャリヤー、深皿、卵用パック、ふた、
ストロー、封筒、またはその他の入れ物を含んでいる。
完全に形成された容器に加え、容器とともに用いる包含
用製品も、「容器」なる用語に含めるものとする。その
ような製品には、たとえば、包装や保存、輸送、分割、
配膳、または容器内への物体の分配に用いるふたやライ
ナー、仕切り、包装紙、緩衝材、用品、およびその他の
あらゆる製品がある。
シートや容器のほかに、ここに記載するデンプン結合
シートを用いて形成することのできるあらゆる製品も、
本発明の範囲内にある。そのようなものには、たとえ
ば、模型飛行機やブックカバー、ゲーム盤、がん具、ベ
ネチャンブラインド、郵送用円筒、シャツ包装用の型、
ランチョンマット、および一時的なカー・ウィンドーの
日よけのような多種多様な製品がある。
本願明細書および添付の請求項において、「大量生産
可能な」という語句や、「商業的」または「経済的な」
やり方で製造されたという語句は、ここに記載するシー
トを、紙や板紙、ポリスチレン、または金属のようなそ
の他の材料から作ったシートに経済的に匹敵する速度で
速やかに生産することができることを指すものである。
本発明は、加熱した形成ローラを用いて大量に製造した
シート中に、高い割合でデンプンが導入されているとい
う従来技術の問題を解決する、革新的な組成物に関す
る。
「固形分」または「全固形物」なる用語は、水と混合
する前は固体であるあらゆる添加剤を含めることを意図
するものである。これには、繊維や無機充填剤、デンプ
ン、またはセルロースエーテル等が含まれる。
本発明のデンプン結合シート(またそのシートから製
造した容器、印刷した材料、またはその他の製品)の利
点は、これらを使い捨てることで、紙や板紙、プラスチ
ック、ポリスチレン、ガラス、または金属製品に較べ、
環境に与える影響がはるかに少ないということである。
本発明のシートおよび製品は、共に容易にリサイクル可
能であり、またリサイクルせずとも、水分や圧力、およ
びその他の環境的な力にさらされると、土の成分に相補
的な成分まで容易に劣化し、分解する。デンプンおよび
セルロースエーテル成分は、水中で徐々に溶解し、そし
て微生物の作用により速やかに分解される。また繊維も
速やかに分解し、まず紙に較べてはるかに少ない量で含
まれるものである。無機充填剤は不活であり、少なくと
も土に対しては相溶性がある。
これとは対照的に、湖や小川に投げ捨てられたポリス
チレンやプラスチック、または金属のカップや缶は、数
十年、ひいてはおそらく数世紀にわたって残り続ける。
紙や板紙製品でさえ数ヶ月、また分解条件が完全でなけ
れば数年にわたって残り続ける。逆に、本発明のシート
から作ったシートや容器、またはその他の製品は、存在
する水分量に応じて、およそ数時間または数日で速やか
に分解する。
C.成形用組成物 「成形用組成物」、「成形可能な混合物」、または
「デンプン系混合物」なる用語には互換可能な意味があ
り、ここに開示し請求するシートに成形することのでき
る、デンプンで満たした混合物を指すものである。その
ような混合物は、成形可能な、プラスチックのような粘
稠度を有する混合物を形成するための、有意な量のゲル
化していないデンプン顆粒と、より少ない量のセルロー
スエーテル、様々な量の繊維と鉱物充填剤、および水を
有するということによって特徴づけられる。本願明細書
および添付の請求項において用いるように、「全固形
分」なる用語は、混合物の水相中に懸濁または溶解して
いるあらゆる固形分を含むものである。成形可能な混合
物は、可塑剤や潤滑剤、分散剤、水硬性の材料、および
空隙形成剤のようなその他の添加剤を含んでいてもよ
い。
成形可能な混合物は比較的高い降伏強さを有すること
で特徴づけられており、これによって、混合物は非常に
加工しやすくなり、また結合力が高くなって、混合物を
所望の形に成形した直後かまたはしばらくあとは形状安
定となる。「成形用組成物」、「成形可能な混合物」ま
たは「デンプン系混合物」は、実施した乾燥の度合いに
関係なく混合物を指す。そのような混合物には、部分的
に乾燥しているか完全に乾燥している、非常に加工しや
すい混合物が含まれる(但し、通常はシート中に、デン
プン結合剤中の結合水としていくらかの水が残ってい
る)。成形用組成物をシートに成形し、加熱してデンプ
ン顆粒をゲル化して、少なくとも部分的に乾燥したのち
に作ったシートまたは製品は、「デンプン結合構造マト
リックス」または「無機的に充填したデンプン結合マト
リックス」を有している。
D.有機ポリマー結合剤 本発明のデンプン結合シートおよびその他の製品の製
造に用いる成形用組成物は、実質的に溶媒和化した水分
散性の有機ポリマー結合剤、主としてデンプン結合剤か
ら乾燥すると、強度特性を発揮する。この成形用組成物
は、混合物がプラスチック用の特性を有するような量の
水を混合物に加えることによって、まず加工性と流動特
性を示す。次いで、この水分散性の有機結合剤は、蒸発
によって水を除去すると最大の強度特性を発揮する。有
機結合剤は、成形可能な混合物のレオロジー、特に冷水
の存在下で溶解しゲル化するセルロースエーテルのレオ
ロジーに影響する。
本発明において考えられる水分散性の有機ポリマー結
合剤は、一般に以下のカテゴリーにまとめることができ
る:(1)デンプン、一般に未変性のデンプン顆粒;
(2)熱析出し、フィルム形成可能なセルロースエーテ
ル;および(3)多糖類やタンパク質、および合成有機
材料のような、デンプンやセルロースエーテルに相溶性
のあるその他の有機シックナーおよび/または結合剤。
1.デンプン 本発明のシートは、水中で前記デンプンすなわち澱粉
を主性ぶとする結合剤をゲル化した後に蒸発によって水
を除去することで、強度のほとんどを発揮する。デンプ
ンは、天然に顆粒状態で見いだされる重合したグルコー
ス分子を含む、天然の炭水化物鎖である。デンプン顆粒
には、二種の異なるグルコース鎖、すなわち、分岐して
いない単一鎖のアミロースと、分岐した多重鎖のアミロ
ペクチンが含まれる。
一般に、デンプン顆粒は冷水に不溶であるが、顆粒の
外膜を、たとえばすりつぶすなどして破壊した場合、顆
粒は冷水中で膨張してゲルを形成する。未処理の顆粒を
温水にさらすと、顆粒は膨張して、可溶なデンプン(ア
ミロース)の一部が顆粒壁を通って拡散し、ペーストを
形成する。熱湯中では、顆粒は破裂するまで膨張し、混
合物がゲル化することになる。デンプン系結合剤が膨張
し、ゲル化する正確な温度は、デンプンの種類による。
ゲル化は、最初は顆粒中で圧縮されている線状アミロ
ースポリマーが伸びて、互いに、またアミロペクチン鎖
と絡み合った結果である。水を除去して得られる相互に
連結したポリマー鎖の網目は、約40〜50MPaまでの引張
強度を有することのできる固体材料を形成する。繊維で
補強したデンプン結合シートは、シート中のデンプンと
繊維の種類および濃度に応じて、約100MPaまでの引張強
度を有することができる。
デンプンは多くの植物において生成するが、最も重要
な供給源は、粉状およびひきわり状で用いることもでき
るトウモロコシ、ワクシー・コーン(waxy corn)、小
麦、モロコシ、コメ、およびワクシー・ライス(waxy r
ice)のような穀粒である。デンプンのその他の供給源
には、ジャガイモのような塊茎類、タピオカ(すなわち
キャッサバ)のような根菜類、サツマイモ、クズウコ
ン、およびサゴヤシの髄がある。ジャガイモおよびワク
シー・コーンのデンプンが、目下のところ好ましいデン
プンである。
天然のデンプンが異なれば、そのゲル化温度も有意に
異なってくる。たとえば、ジャガイモデンプンのゲル化
温度は、典型的には約65度であり;コーンスターチのゲ
ル化温度は約95度であり;ワクシー・コーンスターチの
ゲル化温度は約70度である。いかなる未変性のデンプン
も、本発明において作用することができる。しかし一般
に、用いるデンプンが同じ成形用組成物に採用したセル
ロースエーテルの熱析出温度よりも高いゲル化温度を有
する種類である限り、新たに形成されるシートの粘着性
は著しく低下する。これにより、セルロースエーテルの
熱析出温度かそれよりも高い温度であるが、デンプンの
ゲル化温度よりも低い温度を有する形成ローラを用いる
ことになる。皿にこのことから、シートが形成ローラの
間を通るときにセルロースエーテルが熱析出し、シート
の表面が部分的に乾燥して、新たに形成される未焼成シ
ートの表面上にセルロースエーテルの皮膜が作られると
いう利点が生じる。
未変性のデンプン系結合剤は、かなり廉価であること
から、変性したデンプン系結合剤よりも一般に好まし
い。更に重要なことに、未変性のデンプン系結合剤は、
シート製造工程においてデンプンのゲル化点にシートを
加熱する時点まではゲル化状態にならない。セルロース
エーテルを乾燥することによって非粘着性のフィルムを
形成する前にゲル化する変性デンプンまたはデンプンの
場合は、未焼成シートが形成ローラに付着することがあ
る。
純粋なデンプン組成物は、平衡状態において、水が一
般に組成物の約10〜12重量%の量で存在するように、空
気中から周囲の水分を吸収することができる。本発明の
ようにデンプン組成物中に無機骨材や繊維が含まれる場
合は、組成物中の全デンプン量が少ないため、平衡状態
において、水は全組成物の約3〜6重量%の量で存在す
る。形成される生成物中の最終的な水の含量は、デンプ
ンの約10〜15重量%である。
本発明の成形可能な混合物におけるデンプン系結合剤
の濃度は、全固形分の約5〜約90重量%、好ましくは約
15〜約75重量%、更に好ましくは約30〜約60重量%であ
る。
2.セルロースエーテル 本発明に用いるセルロースエーテルは、成形可能な混
合物中に、デンプン結合剤に較べて少ない量で含まれ
る。セルロースエーテルは、無機充填シートを形成する
際にデンプン結合剤を使わずに単独で用いられている
が、結合剤としてセルロースエーテルのみを用いる場合
のコストは、デンプンを主要な結合剤として用いる場合
よりも著しく高くなる。このように、付着を防ぐため
に、高含量のデンプンを比較的少量のセルロースエーテ
ルとともに用いるのは、経済的により実行可能なことで
ある。これによって、より柔軟で引張強度の高い、高品
質のシートが得られる。熱析出特性を有するものであれ
ば、いかなるセルロースエーテルも用いてよい。
適切なセルロースエーテルとしては、たとえば、メチ
ルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシメチルエチ
ルセルロース、カルボキシメチルセルロース、メチルセ
ルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロ
ース、ヒドロキシエチルプロピルセルロースなど、なら
びにそれらの混合物または誘導体がある。可能な代替物
は全体で厖大な範囲にわたるのでここでは列挙しない
が、熱析出特性を有するその他のセルロースエーテルを
用いることもできる。
好ましいセルロースエーテルは、メチルセルロース製
品のMethocel(登録商標;Dow Chemical社より入手可
能)である。Methocelの熱析出温度は約70度である。別
の好ましいセルロースエーテルは、熱析出温度が約85度
のTylose(登録商標)FL15002である。異なる特性と熱
析出温度を有するセルロースエーテルの混合物を用いて
もよい。当業者であれば、シート形成工程においてロー
ラと未焼成シートとの間の付着を抑えるために、デンプ
ン顆粒のゲル化温度よりも熱析出温度が低いセルロース
エーテルをどのように選択するかわかるであろう。
いくつかのセルロース系結合剤は、溶液中で交差重合
することができる。一つの例が、Union Carbide社より
入手可能なヒドロキシエチルセルロース製品のCellosiz
e(登録商標)である。Cellosize(登録商標)は水中で
ジアルデヒドやメチロール尿素、またはメラミン−ホル
ムアルデヒド樹脂と架橋して、より水に溶けにくい結合
剤を形成することができる。
本発明の成形可能な混合物に用いるセルロースエーテ
ルは、全固形分の約0.5〜約10重量%の範囲で含まれる
のが好ましく、約1〜約5重量%の範囲で含まれるのが
更に好ましく、約2〜約4重量%の範囲で含まれるのが
最も好ましい。
3.その他の有機結合剤 本発明の組成物においては、デンプン結合剤とセルロ
ースエーテル結合剤が好ましいものの、その他の有機結
合剤材料も追加して用いることができる。たとえば、使
用できるその他の多糖類系結合剤としては、アルギン
酸、フィココロイド、寒天、アラビアゴム、グアールゴ
ム、イナゴマメゴム、梧桐ゴム、およびトラガカントゴ
ム、ならびにこれらの混合物または誘導体がある。適切
なタンパク質系結合剤としては、たとえば、Zein R(ト
ウモロコシ由来のプロラミン)、コラーゲン(動物の結
合組織および骨から抽出したもの)およびゲルやにかわ
などの誘導体、カゼイン(牛乳の主タンパク質)、なら
びにそれらの混合物または誘導体がある。
水溶性である合成有機結合剤を用いることができ、こ
れらの結合剤としては、たとえば、ポリビニルピロリド
ン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、
ポリビニルメチルエーテル、ポリアクリル酸、ポリアク
リル酸塩、ポリビニルアクリル酸、ポリビニルアクリル
酸塩、ポリアクリルアミド、エチレンオキシドポリマ
ー、ポリ酪酸、ラテックス(スチレン−ブタジエンコポ
リマーなどの、水中に形成される多様な重合可能な物質
を含む幅広いカテゴリーである)、ならびにこれらの混
合物または誘導体がある。
硬化したシートにおける全有機結合剤の含量は、硬化
シートの全固形物の約6〜約90重量%の範囲にあるのが
好ましく、約20〜約80重量%の範囲にあるのが更に好ま
しく、約30〜約60重量%の範囲にあるのが最も好まし
い。
4.シート形成時の有機結合剤の特徴 セルロースエーテル(たとえばMethocel)は、押し出
しおよびローラを用いる方法でシートを作る際に最大の
性能を発揮することが本発明者らによって認められてい
るが、セルロースエーテルには、シート製造に用いる他
の成分に較べて非常に高価であるという欠点がある。デ
ンプンは優れた結合剤であり、そのコストはセルロース
エーテルに較べて著しく低くなるが、シート形成工程に
おいて単一の有機結合剤として用いた場合、非常に粘着
質になり、しばしばシートをローラに付着させて、シー
トの大量生産をむずかしくするという欠点がある。
本発明は、大量のセルロースエーテルの代わりにデン
プンを用いるものである。少量のセルロースエーテルを
デンプン結合剤と組み合せることにより、シート形成工
程の間にデンプンがローラに付着しないようにしなが
ら、シート形成のコストを実質的に下げるという利点を
提供する。その上、比較的大量のデンプンを含めること
によって、大量のセルロースエーテル結合剤を含むシー
トに較べて、より強く、破れにくいシートが得られる。
本発明の好ましいシート形成法では、以下に詳細に議
論するシート形成工程において、変性しておらず、かつ
ゲル化していないデンプン顆粒を、加熱する前の成形可
能な混合物に加える。この成形可能な混合物を、セルロ
ースエーテルを熱析出させるように(Methocelでは約70
度に)加熱した1組の加熱ローラの間に通すことによっ
て、セルロースエーテルを析出させ、形成シートの表面
上に非粘着性の皮膜を形成する。シートの表面では、デ
ンプン顆粒が析出したセルロースエーテルフィルム結合
剤に包まれているため、デンプン顆粒がゲル化したとき
にデンプン結合剤がローラに付着しなくなる。このよう
に、セルロースエーテルは形成されたシートにおいてフ
ィルム結合剤として作用する。シートの内部でデンプン
がゲル化し、水が蒸発してデンプンが乾燥すると、デン
プンはシートの構造マトリックス中のその他の固形成分
を結合させる主要な結合剤となる。
成形可能な混合物の成分を共に混合する際は、未変性
のデンプン顆粒をこわすかまたは破裂されるほど大きな
剪断力を、デンプン系結合剤にかけないことが重要であ
る。そうしないと、ゲル化が早まったり、混合物がロー
ラに付着したりすることがある。また、同じ理由で、混
合物の温度をデンプン系結合剤のゲル化温度より低く保
つことも重要である。好ましいデンプン系結合剤には、
セルロースエーテルの熱析出温度かまたはそれより高い
温度でゲル化して、デンプン顆粒のゲル化前にシート表
面にセルロースエーテル皮膜を形成させる、未変性のデ
ンプンが含まれる。
E.水 有機結合剤を混合物中に溶解するか、または少なくと
も分散させるために、成形可能な混合物に水を加える。
水により、繊維や無機充填剤のような他の固形成分も、
成形可能な混合物中に分散する。このように、水は、粘
度や降伏強さを含む所望のレオロジー特性を有する成形
可能な混合物を作る機能を果たす。
成形可能な混合物が適当な加工性を有するためには、
一般に、無機骨材粒子、繊維、またはその他の固形粒子
のそれぞれを湿らすのに十分な量の水を含ませて、有機
結合剤を溶媒和化するか、もしくは少なくとも分散さ
せ、そして粒子間の隙間または空隙を、少なくとも部分
的に満たすようにしなくてはならない。分散剤または潤
滑剤を加えるような場合は、最初に用いる水の量を少な
くして、適当な加工性を維持することができる。
成形可能な混合物に加える水の量は、混合物が十分に
加工できるように、また同時に、最初の水含量を低くす
ると、硬化したシートを形成するのに除去すべき水の量
が少なくなるということを認識しながら、注意して釣合
いをとるべきである。こうした要件を満たす適当なレオ
ロジーは、降伏強さとして定義することができる。成形
可能な混合物の降伏強さは、約2kPa〜約5MPaの範囲にあ
ることが好ましく、約100kPa〜約1MPaの範囲にあること
が更に好ましく、約200kPa〜約700kPaの範囲にあること
が最も好ましい。降伏強さの所望のレベルは、シートを
形成するのに用いる特定の方法に適合させ、最適にする
ことができる。
過剰の水は蒸発によって除去できることから、最初に
比較的大量の水を含ませるのが望ましい場合もある。そ
れにもかかわらず、慣用の紙を作るのと比較した本発明
の重要な特徴の一つは、最初に成形可能な混合物中にあ
る水の量が、慣用の紙を作るのに用いる繊維スラリー中
で通常用いる量よりもはるかに少ないということにあ
る。これによって、製紙用スラリーに較べて、混合物の
降伏強さおよび形状安定性が著しく高くなる。自立し、
結合した材料(すなわち形状が安定した材料)を得るた
めに成形可能な混合物から除去しなくてはならない水の
全量は、慣用の紙を製造するのに用いるスラリーと比較
して、本発明の混合物の場合の方がはるかに少ない。更
に、本発明の中間未焼成シートは、水で漉いた繊維スラ
リーに較べて、内部の結合力が著しく大きい。
混合物に加えるべき水の量は、デンプンまたはその他
の水を吸収する成分の量、繊維、無機充填剤、および充
填剤の粒子充填密度に大きく依存する。この量はまた、
成形可能な混合物の所望のレオロジーにも依存する。本
発明の成形可能な混合物を形成するために加える水の量
は、成形可能な混合物の約5〜約80重量%の範囲にあ
り、約10〜約70重量%の範囲にあるのがより好ましく、
約20〜約50重量%の範囲にあるのが最も好ましい。当業
者であれば、水のレベルを調整して、あらゆる製造法に
ついて適当な加工性を得ることができるであろう。
ほとんどの場合、成形可能な混合物の加工性を所望の
レベルにするのに必要な最小限の量の水を含むことによ
って、加工したシートから除去しなくてはならない水の
量を減らすことが好ましい。蒸発による水の除去はエネ
ルギーの投入を要することから、除去すべき水の量を減
らすと、一般に製造コストが低くなる。
F.無機充填剤 製紙産業で一般に用いられる無機材料や、コンクリー
ト産業で用いられる微細に粉砕した骨材を、本発明の成
形可能な混合物に任意で用いてよい。とはいっても、骨
材や無機充填剤材料の大きさは、しばしば製紙産業で用
いられる無機充填剤材料の何倍にもなる。製紙産業で用
いられる無機充填剤中にある粒子の平均粒径が通常2ミ
クロン未満であるのに対し、本発明で用いる骨材材料の
平均粒径は、最終的なシートの壁の厚みに応じて100ミ
クロンまで、もしくはそれ以上になることもあるため、
一般により廉価であり、比表面積はより低い。
製紙産業において用いる無機充填剤材料は、一般に、
本発明で用いる充填剤に較べて大きさが均一である。一
般には、混合物中の充填剤の他の材料を添加する前のそ
れ自体の粒子充填密度を上げるために、粒径が広範囲の
充填剤を用いることが好ましいことが多い。一般に大き
めで、大きさに変化がある粒子を用いることにより、製
紙産業で用いられる無機充填剤材料に較べて、無機充填
剤成分のコストは更に低くなる。粒径の全体的な均一さ
を維持するのはもとより、製紙産業において求められる
きわめて小さな粒径の許容度を維持するには、更に多大
なコストがかかる。
粒径の範囲が著しく広がることで、本発明で用いられ
る無機骨材材料は、慣用の紙の製造に較べてますます多
様になる。したがって、本発明の骨材材料は、最終的な
シートにますます多様な特性を付与するように選択して
よい。また、粒子が密集した骨材充填剤は、慣用の紙を
作るのに用いる典型的なスラリーに較べて、より成形し
やすい混合物を供給する。網の物理的性質というよりは
有機結合剤によってシートは維持されるので、慣用の紙
に較べてはるかに多くの無機骨材を、任意で本発明の材
料に導入してよい。
有用な骨材の例としては、パーライト、バーミキュラ
イト、砂、砂利、岩、石灰岩、砂岩、ガラス玉、エーロ
ゲル、キセロゲル、シーゲル(seagel)、雲母、粘土、
合成粘土、アルミナ、シリカ、フライアッシュ、フュー
ムド・シリカ(fumed silica)、融解シリカ、平板アル
ミナ、白土、ミクロスフェア、中空ガラス球、多孔質セ
ラミック球、石膏、石膏二水和物、炭酸カルシウム、ア
ルミン酸カルシウム、コルク、種晶、軽量ポリマー、ゾ
ノトラ石(xonotlite;結晶性ケイ酸カルシウムゲル)、
軽量発泡粘土、水和しているかまたは水和していない水
硬性セメント粒子、残余コンクリート生成物、軽石、は
く離岩石、およびその他の地質学的材料がある。フュー
ムド・シリカや、部分的に水和しているかまたは水和し
たセメントは、表面積が大きく、新たに形成されるシー
トの初期の結合力が高くなるなどの、優れた利益をもた
らす。
異なる無機骨材は、それぞれに特徴的な表面特性をシ
ートに付与するので、それにしたがって無機骨材を選択
してよい。たとえば、白土を用いると比較的なめらか
で、さほど多孔質でない仕上げとなるが、雲母やその他
の粘土のような平板様の材料を用いると、光沢のある表
面が得られる。典型的には、炭酸カルシウムのような比
較的大きな骨材を用いると、つやのない表面が得られる
が、小さな粒子を用いると、ガラスのような表面が得ら
れる。慣用の紙の製造に対する本発明の利点は、マトリ
ックス中に、上記した骨材材料のいずれも直接加えてよ
いことである。
本発明に用いるのに好ましい骨材材料は、炭酸カルシ
ウムである。乾式粉砕した炭酸カルシウムは、湿式粉砕
によって炭酸カルシウムを得る場合の3分の1のコスト
で得られるので特に好ましい。好ましい炭酸カルシウム
は、粒径が約10〜150ミクロン、平均粒径が約42ミクロ
ンの、比表面積が小さい炭酸カルシウムR040である。
粘土および石膏は、その入手の容易さ、きわめて低い
コスト、加工性、成形の容易さから、また十分量加えた
場合にある程度の結合力、凝集力、および強度を提供で
きることから、特に有用な骨材材料である。石膏半水和
物は水和可能であり、水の存在下で、ある種の水硬性結
合剤である硫酸カルシウム二水和物を形成する。水和す
ると、石膏は硬化して、その濃度に応じて硬い構造とな
り、それによって最終製品に後から結合強度を追加する
ことになる。
ポルトランドセメントのような水硬性セメントを、本
発明の成形可能な混合物中に無機充填剤材料として加え
ることができる。水硬性セメントは比較的廉価で豊富に
あり、十分量加えればデンプン結合マトリックスにある
程度の結合力を付与することができる。また、水硬性セ
メントは水と化学的に反応することによって、成形可能
な混合物内に内部乾燥作用を生じるので、蒸発をせずと
も混合物中の水の少なくともいくぶんかを効果的に除去
することができる。石膏半水和物や焼成粘土についても
同じことがいえる。前もって水和したセメント粒子を骨
材充填剤として加えてもよい。
成形可能な混合物やそれから作られるシートの性質の
ために、間隙の多い軽量骨材を含めるようにして、成形
したシートに断熱効果を付与することもできる。シート
に軽量さおよび断熱性を付与することのできる骨材の例
としては、パーライト、バーミキュライト、ガラス玉、
中空ガラス球、合成材料(たとえば多孔質セラミック
球、平板アルミナ等)、コルク、および軽量の発泡粘土
や砂、砂利、岩、石灰岩、砂岩、軽石、ならびにその他
の地質学的材料がある。
紙やセメント産業において使われる慣用の骨材に加え
て、金属や金属合金(たとえばステンレス、鉄、および
銅)、ボールまたは中空球材料(たとえばガラス、ポリ
マー、金属)、やすり粉、ペレット、および粉末(たと
えばミクロシリカ)といった強化材を含む、その他の多
様な骨材を本発明の範囲にある成形可能な混合物に加え
てよい。種晶やゲル、および寒天状の材料のようなもの
も、骨材として導入することができる。これら後者の骨
材は有機物であり容易に生物分解が可能であるが、これ
らは結合剤ではなく、主として充填剤として作用するの
で、ここに記載するものとする。
成形用組成物に加えてよい別種の骨材には、シリカゲ
ル、ケイ酸カルシウムゲル、ケイ酸アルミニウムゲルな
どの無機ゲルやミクロゲルがある。これらの骨材は、固
形状で加えることもできるし、もしくはイン・サイチュ
(in situ)で析出させてもよい。ゲルやミクロゲルは
水を吸収しやすいので、成形可能な混合物の水含量を下
げて、混合物の降伏強さを増すためにこれらのゲルを加
えることができる。また、シリカ系のゲルやミクロゲル
が高吸湿性であることから、これらのゲルを最終的な硬
化シート内の水分調節剤として用いることができる。ゲ
ルやミクロゲルは空気中から水分を吸収することによっ
て、通常の周囲条件下であらかじめ設定された水分量を
シートが維持するようにする。いうまでもなく、空気中
からの水分の吸収速度は、空気の相対湿度と相関する。
シートの水分含量を調節することにより、シートの伸び
や弾性率、曲げ特性、折れ特性、および延性をより微妙
に調節できるようになる。
成形可能な混合物に、重合可能なケイ酸塩のような、
重合可能な無機骨材材料を含めることも、本発明の範囲
にある。こうした骨材を、通常のシリカやケイ酸塩とし
て混合物に加え、次いで重合反応を生じるようイン・サ
イチュで処理して、重合したケイ酸塩骨材を作り出して
よい。重合した無機骨材は、その他のほとんどの無機骨
材材料に較べてより柔軟であることから、ある用途にお
いてはしばしば有利となる。
本発明によれば、混合物中の骨材粒子と繊維との間の
間隙をより完全に満たすことのできる、大きさや種類の
異なる複数の骨材を含むことが一般に好ましい。粒子充
填密度を最適にすると、代わりに間隙水(しばしば「毛
管水」と称する)で満たされることになる空間がなくな
るために、所望のレベルの加工性を得るのに必要な水の
量を減らすことができる。
充填密度を最適にするために、粒径が約0.05ミクロン
と小さいものから約2mmと大きいものにまでわたってい
る、異なる大きさの骨材を用いてよい。得られる生成物
の所望の目的および厚みにより、用いる様々な骨材につ
いて適当な粒径が決まる。最終的な硬化シートまたは製
品の最終的な強度や重量特性はもちろん、成形可能なグ
リーン混合物について所望のレオロジー特性を達成する
ために、骨材の種類や大きさを大体つかむことは、当業
者の知識の範囲内である。
本発明のある好ましい態様では、骨材の性質や特徴
(たとえば強度や低密度、高断熱性といった性質)を最
大に発揮させるために、成形可能な混合物中の骨材量を
最大にするのが望ましいこともある。そのような骨材量
を最大にするために、粒子充填技術を成形用組成物に採
用してよい。
粒子充填についての詳細な議論は、本発明の発明者の
一人が共著者である以下の文献中に見いだすことができ
る:Johansen,V.& Andersen,P.J.,“Particle Packing
and Concrete Properties",Materials Science of Conc
rete II,111−147,The American Ceramic Society(199
1)。更に詳細な情報は、次の文献から入手できる:Ande
rson,P.J.の博士論文、“Control and Monitoring of C
oncrete Production−−A Study of Particle Packing
and Rheology",The Danish Academy of Technical Scie
nces。開示の目的のために、上記の文献および博士論文
を、引用によってここに導入する。
高断熱性を有するシート(またはそのシートから作っ
た物体)を得るのが望ましい場合の態様では、熱伝導性
が低いか、または「k因子」(W/m・Kとして定義され
る)が低い軽量の骨材をデンプン結合マトリックス中に
導入するのが好ましいことがある。一般に、k因子が非
常に低い骨材も、中に閉じ込められた間隙や空気、気体
混合物、もしくは、これも骨材の強度を著しく下げやす
い部分的な真空を、大量に含んでいる。したがって、断
熱と強度の利害関係は競合しやすいので、粒子ミックス
を設計する際は注意して釣合いを取るべきである。
上記した観点から、本発明の成形可能な混合物に加え
る骨材の量は、骨材それ自体の粒子充填密度のみなら
ず、ほかに加える成分の量や種類などの様々な因子に依
存していることになる。したがって、本発明のシート中
の骨材濃度は、全固形分の0〜約90重量%の範囲にある
のが好ましく、約20〜約80重量%の範囲にあるのが更に
好ましく、約30〜約70重量%の範囲にあるのが最も好ま
しい。
G.繊維 広範囲にわたる繊維を本発明に用いることができ、良
好な結果を得ることができる。本願明細書および添付の
請求項で用いるように、「繊維」および「繊維材料」な
る用語には、無機繊維と有機繊維の双方が含まれる。繊
維は、得られるシートまたは製品の曲げ強度や引張強度
のみならず、柔軟性や、延性、曲げ特性、結合力、延伸
性、偏向性、剛性、および破断エネルギーといった性質
を高めるために、成形可能な混合物に加えてよい。繊維
材料を用いることにより、デンプン結合シートまたはそ
のシートから作った製品に断面に沿って力を加えた場
合、それらがこわれる可能性が低くなる。
シートまたは製品のデンプン結合マトリックスに導入
してよい繊維には、麻や綿、植物の葉、木材、または茎
から抽出したセルロース繊維のような、天然に存在する
有機繊維が含まれる。農業関連産業において植え付けた
り刈り取ったりすることのできる豊富なあらゆる繊維
を、本発明で利用することができる。そのような繊維材
料を用いることによって、減少しつつある森林を保護す
るという有益な効果が追加される。また、ガラス、グラ
ファイト、シリカ、セラミック、または金属材料から作
った無機繊維を用いてもよい。
綿や木材繊維(硬木および軟木の双方の繊維があり、
それぞれの例として、南国の硬木と南国の松がある)、
亜麻、マニラ麻、麻、バガスのような繊維は、通常の条
件下で容易に分解することから好ましい。しかし、ガラ
ス繊維のような他の繊維が、シートまたは製品の意図さ
れた用途や性能の基準によっては好ましいこともある。
きわめて廉価で、豊富にある再生紙の繊維さえ用いるこ
とができる。
本発明のシートおよびその他の製品の製造に用いる繊
維としては、長さ/幅比(もしくは「アスペクト比」)
が高いものが好ましい。なぜなら、より長く、細い繊維
の方が、デンプン結合マトリックスを有意に嵩高くした
り重くしたりすることなく、マトリックスの強度をいっ
そう強めることができるからである。繊維のアスペクト
比は少なくとも約10:1であるべきで、少なくとも約100:
1であるのがより好ましい。
本発明の成形可能な混合物に加える繊維の量は、引張
強度や剛性、柔軟性、およびあらゆるミックスに添加す
べき繊維の量を決めるための主要な基準であるコストと
いった、最終製品の所望の特性に応じて変化する。した
がって、本発明のシート中の繊維濃度は、全固形分の約
3〜約40重量%の範囲にあり、約5〜約30重量%の範囲
にあることが好ましく、約7〜約20重量%の範囲にある
ことが更に好ましい。
繊維の強度は、用いる繊維の量を決める際に非常に重
要な要素となることが認識されるだろう。繊維の引張強
度が大きくなるほど、得られる製品に特定の引張強度を
与えるために用いるべき繊維の量は少なくなる。引張強
度や引裂強度、および破裂強度が高い繊維があるが、よ
り引張強度の小さい他種の繊維の方が、弾性がより高い
こともある。繊維を比較的高濃度で含むのは、シートに
スコアが入れてあって、比較的大きな角度で折り曲げる
ようになっている場合に特に有用である。
アスペクト比が小さい繊維ほど、シート内部に容易に
おさまり、より均一で、より欠点の少ないシートを生じ
るが、一方でアスペクト比の大きな繊維ほど、繊維の強
度付与効果が高くなる。南国の松やマニラ麻のようなあ
る繊維は、引裂強度や破裂強度が高いが、綿などの他の
繊維は、強度が低くとも柔軟性に優れている。繊維の配
置や柔軟性、引裂強度、および破裂強度においてより優
れたものが求められる場合は、アスペクト比と強度特性
の異なる繊維を組み合せて、混合物に加えることができ
る。たとえば、南国の硬木と南国の松を組み合せること
によって、混合物中に繊維がより良く分散するようにな
り、繊維の分散が良好で、折れ耐性に優れたシートが得
られる。いずれにしろ、本発明に用いる繊維には、慣用
の紙を作る際に行なう激しい処理は施さないで、そのも
ともとの長さをほぼ維持することが好ましい。また、繊
維には化学的処理もそれほど必要ない。
ロジンおよびミョウバン[Al2(SO4またはNaAl
(SO4]で繊維を処理すると、ミョウバンは繊維表
面にロジンを析出し、繊維表面を著しく疎水性にするの
で、この処理によって、耐水性を更に改善することがで
きる。ミョウバンによって形成されるアルミニウム凝結
物は、繊維表面に、陽性デンプンのような正に荷電した
有機結合剤に対する陰イオン吸着部位を作りだす。
H.分散剤 「分散剤」なる用語は、ここでは、成形可能な混合物
の粘度と降伏強さを下げるために加えることのできる材
料種を称するために用いる。分散剤は、個々の無機骨材
粒子または繊維を分散することによって混合物の粘度を
下げる働きをする。これによって、適当なレベルの加工
性を維持しながら、使用する水をより少なくできる。分
散剤は、湿った状態でも固形成分同士を結合する有機結
合剤とは対照的に作用する。
分散剤は、一般に、骨材粒子の表面上および/または
粒子の近コロイド二重層中に吸着されることによって作
用する。これによって粒子の表面上またはその周囲に負
の荷電が生じ、粒子同士がはじきあい、かたまらないよ
うになる。粒子のはじきあいによって、それがなければ
粒子同士の相互作用を高めるような摩擦や引力が減り、
「なめらかさ」が加わる。これにより材料の充填密度が
いくらか高まり、成形可能な混合物の加工性を維持しな
がら、少量の水を添加すればすむようになる。分散剤
は、セルロースエーテルの添加前に加えるべきである。
分散剤の使用についてのより詳細な記述は、Anderse
n,P.J.の修士論文である“Effects of Organic Superpl
asticizing Admixtures and their Components on Zeta
Potential and Related Properties of Cement Materi
als"(ベンジルバニア州立大学材料研究所、1987年)に
見いだすことができる。開示の目的のために、上記の修
士論文を引用によってここに導入する。
好ましい分散剤は、スルホン化ナフタレン−ホルムア
ルデヒド縮合物であり、例として、W.R.Grace,Inc.社か
ら入手可能な、WRDA 19の商標名で市販されているもの
がある。使用可能なその他の分散剤には、スルホン化メ
ラミン−ホルムアルデヒド縮合物、リグノスルホネー
ト、およびポリアクリル酸がある。
加える分散剤の量は、成形可能な混合物中の水の約5
重量%までの範囲が一般的であり、約0.5〜約4重量%
の範囲が好ましく、約1〜約2重量%の範囲が最も好ま
しい。
I.その他の添加剤 その他の様々な成分を任意で成形可能な混合物に添加
して、最終的なシートおよび製品に所望の特性を付与す
ることができる。柔軟性は、可塑剤を成形可能な混合物
に加えることで高めることができる。可塑剤には、デン
プン系結合剤に吸収されて、形成するシートまたは製品
の構造マトリックスを柔らかくすることのできる材料が
含まれる。潤滑剤としても働くそのような可塑剤は、成
形工程中にマトリックスから蒸発しないように、また好
ましくはシートまたは製品が形成された後も安定である
ように、十分に高い沸点を有している。
本発明において適切に用いられる可塑剤には、水に代
わって、5%と低い水分で可塑剤として機能するポリエ
チレングリコール(分子量600未満)、グリセリン、お
よびソルビトールがある。好ましい可塑剤は、形成工程
中に蒸発しないが、形成されたシートや製品中に残っ
て、デンプンマトリックスを柔らかくするものである。
水の除去工程中に水とともに除去されることがわかっ
ているグリセリンを、シート形成の後処理工程としてシ
ートに添加して、シートの柔軟性を高め、湿潤剤として
働かせることもできる。グリセリン処理によって、水性
被覆剤を塗布するときのようにシートを少量の水にさら
した場合に、より反りにくくなるようにシートが安定化
される。
ジアルデヒドやメチル尿素、およびメラミン−ホルム
アルデヒド樹脂のような架橋用添加剤を混合物に添加し
て、水に溶けにくいデンプン結合マトリックスを生成す
ることができる。架橋用添加剤はデンプン系結合剤のヒ
ドロキシルイオンに結合して、デンプン系結合剤が水を
再吸収する速度を遅くする。その結果、最終的な製品
は、より速く形状安定性を獲得でき、より優れた強度を
有し、こわれるまでより長い間液体を維持することがで
きるようになる(たとえば、カップは、水漏れしはじめ
るまでより長い間水を保持することができる)。
J.空隙 強度ではなく断熱性が最も重要な因子である場合(す
なわち、熱いかまたは冷たい材料を断熱するのが望まし
い場合)、軽量骨材に加えて、シートの構造マトリック
ス中に空隙を導入して、シートまたはシートから作る製
品の断熱性を高めるのが望ましいことがある。空隙の導
入は、シートの強度を無駄に低下させることなく、必要
な断熱性と軽量特性を付与するように、注意深く計算さ
れる。断熱性が重要でない場合は、強度を最大にし、容
量を最小にするために、空隙を最小限にするのが望まし
い。
空隙は、空隙を導入しやすくするために発泡剤または
安定化剤を成形可能な混合物に加えて、高剪断・高速混
合を行なうことによって導入してよい。適切な発泡およ
び空隙導入剤には、一般に用いられている界面活性剤が
ある。一つの例がビンゾール(vinsol)樹脂である。
成形可能な混合物をシートに成形する工程の間は、水
を除去するために混合物を加熱するのが望ましい。これ
により、シートを圧縮しない場合、シートの密度を下げ
る多孔性を残すこともできる。
用いることのできる別の発泡剤は、クエン酸と、重炭
酸塩か、または小さな顆粒または粒子に加工され、かつ
ワックスやデンプン、または水溶性の被覆剤で被覆され
た重炭酸塩との混合物である。これらは、次の二通りの
やり方で空隙の形成に用いることができる:(1)デン
プン結合マトリックス中に気泡構造を作るために、水と
反応させてCO2を形成する、または(2)マトリックス
の一部として上記粒子を充填し、マトリックスを硬化し
たのちに、生成物を180度より高い温度に加熱すること
によって発泡粒子を除去し、粒子の吸熱分解を生じせし
め、十分に制御された軽量の気泡構造を残す。
最後に、成形工程の間に、成形可能な混合物に熱を加
えた場合に膨張する膨張剤をその混合物に加えることに
よって、混合物中に空隙を導入してよい。膨張剤は、典
型的には、低沸点の液体と、微細に分割された炭酸カル
シウムからなっている。膨張剤は、成形可能な混合物中
に均一に混ぜて、加圧・加熱下に維持する。液状の膨張
剤は炭酸カルシウム粒子の個々の孔に浸透するが、その
孔は、圧力を急激に下げたときに膨張剤が熱膨張して蒸
発できる部分として作用する。
II.成形可能な混合物からのシートの製造 本発明のデンプン結合シートは、成形可能なデンプン
を充填した混合物を徐々に温度を上げて成形して、まず
セルロースエーテルの皮膜を形成し、次いでデンプン顆
粒をゲル化させ、最後に蒸発によって水を除去すること
によって製造する。
好ましいシート形成工程についての詳細な記載は、共
に係属中である米国特許願第08/152,354号(発明の名
称:“Sheets Having A Highly Inorganically Filled
Organic Polymer Matrix"、出願日:1993年11月19日、出
願人:Per Just Andersen博士とSimon K.Hodson)に見い
だすことができる。無機充填したシートの製造を含む開
示の目的のために、上記出願を引用によってここに導入
する。
容器またはその他の製品に成形可能な本発明のデンプ
ン結合シートの製造に用いる包括的な一連の製造工程
を、以下の製造工程を実施するための装置を含めて図1A
に湿す:(1)成形用組成物を調製・混合し;(2)適
当なダイを通して混合物を押し出してシートまたはその
他の形にし、(3)押し出した混合物を少なくとも1対
の形成ローラに通すことによって、所望の厚みをした棒
状のものを形成し;そして(4)シートを更に別の組の
ローラに通して、デンプンをゲル化し、水の少なくとも
一部を混合物から除去して、1つまたはそれ以上のより
径の大きい加熱した乾燥ローラに巻くことによってシー
トを更に乾燥し;(5)任意で、やや湿った状態でシー
トを圧縮して空隙をなくし、シートの強度を増し;
(6)任意で、シートを圧縮してから乾燥し;(7)任
意で、1対またはそれ以上の仕上げローラの間にシート
を通すことによって仕上げし;また(8)任意で、実質
的に乾燥したシートをスプールに巻いて、保存して必要
なときに使用できるロールを形成する。これらの製造工
程のそれぞれを、以下に更に詳細に記載する。
図1Bに示すように、成形可能な混合物をシート形成ロ
ーラの間に直接供給することもできる。図1Cは、別の好
ましい方法である、材料のビード(bead)をシート形成
ローラの長さ方向に対して左右にすばやく供給する「ウ
ィグ・ワグ」押出装置を示すものである。
ほとんどのミックスの設計に適した第2の方法には、
次の工程が含まれる:(1)混練機内で、成形可能な混
合物を混合し、次いで真空下で空気を除去し、(2)混
合物を押し出して、適当な形(たとえば円筒状)をした
個々の単位に切断し;(3)押し出した単位をホッパー
内に運び入れ;(4)自己供給する1対の押出ローラの
間に押し出した単位を通してシートを形成し;そして
(5)任意で乾燥するか、そうでなければシートを仕上
げる。上記の押し出し工程により、成形可能な混合物の
脱気が促進され、また押し出された個々の単位により、
成形可能な混合物が押出ローラの入口により均一に供給
されることになる。
A.成形可能な混合物の調製 シート製造の第一工程には、最終的な硬化シートにつ
いての強度や柔軟性、剛性、および分解可能性のみなら
ず、加工性や圧粉体強さといった所望の特性を有する適
切な成形可能な混合物を形成することが含まれる。成形
可能な混合物に関して一般に望ましいと考えられる特性
のいくつかは、適当な加工性、プラスチック様の性質、
および所定の押し出し、巻き付け、および/または成形
工程における圧粉体強さである。前記したように、水や
有機結合剤、および(任意の)分散剤の含量が、骨材や
繊維、可塑剤、空隙混入剤等の、混合物中の他の成分と
同様に、混合物の加工性や押し出し特性を決定づけるも
のとなる。しかし、単独の成分では、成形可能な混合物
のレオロジーその他の特性を決定するものにはなりえな
い。むしろ、成分のそれぞれが、相関して共働するので
ある。
1.混合物レオロジーに対する成分の影響 適当な加工性と流動性を有する混合物を得るのに加え
るべき水の量は、無機充填剤の濃度と粒子充填密度、繊
維の量、有機結合剤の種類と量、ならびにその他の添加
剤(たとえば分散剤、可塑剤、または潤滑剤)の種類と
量に依存する。しかし、一般には、水を加えるほど混合
物の粘度と降伏強さが低くなって、混合物の流動性が高
まり、またそれを成形した物体の形状安定性を下がるこ
とになる。有機結合剤は、湿った混合物中の有機結合剤
の種類や濃度、およびゲル化または溶解の度合いによっ
て、混合物のレオロジーに大きく影響することができ
る。セルロースエーテルは、一般に、水に溶解するか、
または少なくとも非常に細かく分散する。デンプン粒子
は、成形を行なうまでは、湿った混合物中でゲル化しな
いのが好ましい。
セルロースエーテルは、粘度や降伏強さにおいて様々
であるばかりでなく、水への溶解性または分散性におい
て実に様々に異なっている。たとえば、Tylose登録商標
FL15002(メチルヒドロキシエチルセルロース)の2%
溶液は、20度で約15000cpsの粘度を有するが、Tylose登
録商標4000の同じ溶液は、約4000cpsの粘度を有してい
る。前者は成形可能な混合物の降伏強さとプラスチック
様の特性を著しく高めるが、後者は潤滑剤または可塑剤
により近い作用をしうるものである。
デンプン成分は、シート形成工程の後の方でゲル化す
る。デンプンのような多くの有機ポリマー結合剤は、成
形可能な混合物に加えたときに重合も脱重合もせず、む
しろゲル化したのちに乾燥して結合マトリックスを形成
するが、成形可能な混合物に水溶性または水分散性の重
合可能な単位を加えて、時間の経過とともにイン・サイ
チュで重合させるのも本発明の範囲である。重合反応の
速度は、混合物の温度を調整するおよび/または触媒ま
たは開始剤を加えることによって制御することができ
る。成形可能な混合物に添加してよい重合可能な単位の
例としては、Cellosizeおよびラテックス形成モノマー
がある。
ゲル化については、水中においてほとんどのセルロー
スエーテルが室温で容易にゲル化する。その他の多くの
デンプンのようなものは、水中では高温でしかゲル化し
ない。しかし、ある変性したデンプンは、室温でゲル化
することができる。セルロースエーテルは、一般に、そ
の最大のレオロジー的効果をほとんどすぐに発揮する
が、重合可能な結合剤は時間をかけて固まり、またデン
プン系結合剤は、一般に、混合物の温度が上がるにした
がって固まる。
成形可能な混合物のレオロジーに直接影響させるため
に加えてよいその他の添加剤には、分散剤、可塑剤、お
よび潤滑剤がある。スルホニル系材料のような分散剤
は、一般に、水の含量を維持しながら、成形可能な混合
物の粘度を低下させ、加工性を高める。分散剤を用いる
ことによって、同じレベルの加工性を保ちながら、水の
含量を少なくすることができる。
無機骨材充填剤の量や種類、および粒子充填密度は、
成形可能な混合物のレオロジーや加工性に大きく影響す
ることができる。多孔性であるか、または比表面積の大
きな無機骨材は、非多孔性の骨材よりもより多くの水を
吸収しやすいので、粒子をなめらかにするのに加える水
の量が少なくなる。これにより、より固まった、粘度の
ある混合物となる。粒子充填密度も、混合物を流動させ
るために一般に水や潤滑剤、有機ポリマー、またはその
他の液体で満たさなくてはならない間隙の量を決めるこ
とから、混合物のレオロジーに多大な影響を及ぼすこと
ができる。
一例として、他の材料を添加する前のそれ自体の充填
密度が0.65の骨材系は、一般に、粒子間の間隙を実質的
に満たすために、約35容量%の液体(水を含む)を必要
とする。一方、他の材料を添加する前のそれ自体の充填
密度が0.95の骨材系は、一般に、粒子間の空隙を実質的
に満たすために、約5容量%の液体しか必要としない。
このように、粒子充填密度は、混合物の加工性のレベル
を含むレオロジー特性と直接相関している。骨材粒子の
大きさと形状も、成形可能な混合物のレオロジーや流動
特性にある程度影響することができる。
水硬性セメントや石膏半水和物、および酸化カルシウ
ムのような水硬性の無機骨材は、水吸収機構として利用
することができる。これらの骨材を水と化学的に反応さ
せることによって、加熱や乾燥技術に頼ることなく、成
形可能な混合物中の有効なレベルの水を減らすことがで
きる。そのような材料は、時間と相関する水和の度合い
にしたがって、成形可能な混合物のレオロジーに大きく
影響することができる。また、水硬性セメントが、成形
可能なグリーン混合物およびその混合物から作られる新
鮮なシートの結合強度を高めることがわかっている。結
合により、成形した材料は共に維持され、シートがロー
ラを通して引っぱられ、そしてシートが十分な引張強度
を得るように十分に乾燥されるまで形を維持するように
なる。
最後に、混合物中の、繊維のようなその他の固形成分
も、無機骨材と同様にして混合物のレオロジーに影響す
る。ある繊維は、その多孔性と膨張能に応じて水を吸収
しうる。またある繊維は、イオン荷電するように処理す
ることによって、イオン荷電した有機可塑剤と化学的に
相互作用することができる。このようにして、繊維は混
合物のレオロジーにある程度影響しうる。
2.最終的な特性に対する成分の影響 最終的な乾燥または硬化した生成物に関して、シート
の構造マトリックスに組み込むのが望ましいと一般に考
えられる特性のいくつかに、高い引張強度(一般にまた
は特定の方向に沿って)、柔軟性、および伸び、偏向、
または曲げ特性がある。ある場合は、慣用の紙または板
紙製品の特性を実質的に導入したシートを得るのが望ま
しいこともある。しかし、またある場合は、通常の木材
パルプやその他の慣用の製紙用出発材料を用いたのでは
得られない特性を有する構造マトリックスを得るのが望
ましいこともある。こうした特性には、より高い剛性
や、弾性率、耐水性、または低い嵩密度がある。
シートの特性が用いるパルプの特性にきわめて依存し
ている慣用の紙や板紙とは対照的に、本発明のデンプン
結合シートの特性は、シートを作るのに用いる繊維の特
性には実質的に依存していない。確かに、より長く、よ
り柔軟な繊維は、一般に、短く固い繊維よりもシートを
柔軟にするであろう。しかし、慣用の紙の著しくパルプ
依存的な特性は、採用する加工技術のみならず、成形可
能な混合物の非繊維成分の濃度を調整することによっ
て、デンプン結合シートに組み込むことができる。固さ
や剛性、表面仕上げ、多孔性などのような特性は、一般
に、デンプン結合シートに用いる繊維の種類には依存し
ない。
柔軟性や引張強度、または弾性率は、成形可能な混合
物中の成分や、成分の相対濃度を変えることによって、
シートや容器、またはシートから作られるその他の物体
の特定の性能基準に適合させることができる。ある場合
には、より高い引張強度が重要な特性となりうる。また
ある場合は、それはさほど重要ではないことがある。あ
るシートは柔軟であるほうが好ましいが、他のシートは
固くすべきこともある。あるものは比較的密であるが、
またあるものはより厚みがあって、軽く、そしてより断
熱性が高いことがある。重要なのは、コストその他の、
実際の生産ラインのパラメータを認識しつつ、特定の用
途に適した特性を有する材料を達成することである。特
定の性質について、「非常に多い」とか「非常に少な
い」というのは、性能的な面からするとささいなことか
もしれないが、コストの面からいえば、特定の性質を提
供するためには無駄であったり、不十分なこととなりう
る。
一般に、有機ポリマー結合剤の量を増やすと、最終的
な硬化シートの引張強度が増すが、これはシートの柔軟
性や弾力が増し、弾性率が下がることにもなる。同様
に、混合物中の繊維濃度を高めると、一般に、最終的な
シートの引張強度や柔軟性、引裂強度、および破裂強度
が高まる。繊維が異なると、引裂強度や破裂強度、柔軟
性、引張強度、壊れることなく伸びる性能、および剛性
の度合いが大きく変わってくる。繊維が異なることによ
る有利な特性を得るために、ある場合は、二種以上の異
なる繊維を成形可能な混合物中に組み込むのが望ましい
こともある。
押し出しやローリングといったあるシート形成工程で
は、繊維は混合物やシートが伸びる方向に配向しやす
い。これは、ある方向に対するシートの引張強度を最大
にするために有利なこととなりうる。たとえば、シート
をヒンジに沿って曲げる必要がある場合は、シートのヒ
ンジを補強するために、繊維が折り目に対して直角に配
向することによってヒンジの両側をより効果的につなぐ
ように配向しているのが好ましい。また、ヒンジの周辺
か、またはシートがより丈夫で強いことが求められる区
域に、より多くの繊維が集中していることが望ましいこ
ともある。
骨材の種類も、最終的な硬化シートの特性に影響する
ことができる。粘土や白土、またはチョークのような、
一般に固く、柔軟ではない小粒子を含む骨材を用いる
と、一般に、比較的壊れやすくなめらかなシートができ
る。パーライトや中空ガラス球のような軽量骨材を用い
ると、比較的低密度で壊れにくく、より断熱性の高いシ
ートが得られる。破砕砂、シリカ、石膏、または粘土の
ような骨材はきわめて廉価であるため、シートを製造す
る際のコストを著しく安くすることができる。比表面積
の高い材料を用いると、いずれも乾燥時によけいに縮ん
だり、縮み方がひどくなったりする。比表面積の低い材
料は、比較的粘着質でないことから、比較的低い温度の
ローラに付着することなくシートを加工することができ
るため有利である。
水硬性セメントや石膏半水和物、および酸化カルシウ
ムのような水硬性骨材は、そのような水硬性骨材の添加
量に応じて、硬化シート中の結合の度合いを小さくもす
るし、かなり大きくもする。こうした骨材は、最終的な
シートの剛性や包括的な強度を高め、または引張強度を
ある程度まで高めうる。水硬性セメントは、シートの水
溶性を低めることによって、シートの水分解性を高める
こともできる。
最後に、成形可能な混合物中のその他の添加剤は、ロ
ジンまたはミョウバンを混合物に加えるようにして、最
終生成物に撥水性を付与することができる。こうした添
加剤は相互作用して、デンプン結合マトリックス中に非
常に耐水性の成分を形成する。そのような撥水剤が有意
な量存在しない場合、特にシートを容器のような別の製
品に成形する際は、水を用いて再度シートを湿らせ、シ
ートが壊れる前に柔軟性や曲げ特性、および伸び特性を
一時的に高めることができる。もちろん水は、シートが
廃棄されたときにその分解を促進することもできる。
一般的な法則として、有機ポリマー結合剤と繊維の濃
度が比較的低いデンプン結合シートは、比較的固く、断
熱性が高く、結合力が弱く、耐熱性があり、引張強度が
弱く、耐水分解性がある(特に水硬性セメントを含む場
合、それによって最終製品の結合強度も高めることがで
きる)。
有機結合剤の濃度は低いが繊維含量は高いシートは、
一般に引調強度が高く、剛性が高く、結合強度および曲
げ強度が低く、それほど固くなく、柔軟性が高く、そし
て水分解に対する耐性がかなり高い。
有機結合剤の濃度が高く繊維濃度の低いシートは、よ
り水溶性であり水分解性があり、成形しやすく(これに
より、比較的薄いシートの製造が可能となる)、結合強
度および引張強度がかなり高く、剛性が高く、中くらい
の柔軟性で、それほど固くない。
最後に、有機ポリマー結合剤と繊維濃度が高いシート
は、慣用の紙に最も近い特性を有していて、引張強度や
剛性、および折れ耐性が高く、結合強度がかなり高く、
水分解に対する耐性が非常に低く、耐熱性が低く(特
に、繊維の発火点または結合剤の分解点に達した場
合)、柔軟性が高く、それほど固くない。
ここに記載する組成物を用いて形成したデンプン結合
シートは、引張強度が約0.05MPa〜約100MPaの範囲にあ
ることが好ましく、約5MPa〜約80MPaの範囲にあること
が更に好ましい。また、シートの嵩密度は約2g/cm3未満
であることが好ましく、約0.4g/cm3〜約1.5g/cm3の範囲
にあることが更に好ましい。シートの密度が上記範囲の
下限に近いか、中くらいか、または上限に近いかは、一
般に、所定の用途についての所望の性能基準に依存す
る。上記から、本発明のデンプン結合シートの引張強度
/嵩密度比は、約2〜約500MPa・cm3/gの範囲にあるこ
とが好ましく、約5〜約150MPa・cm3/gの範囲にあるこ
とが更に好ましい。
本発明のデンプン結合シートの方向特異的な強度特性
は、引張強度と引裂強度に関心て強い方向と弱い方向を
有することが知られている紙の特性と対比すべきであ
る。慣用の紙における強い方向は紙の流れ方向であり、
弱い方向はそれと直交する方向である。強い方向と弱い
方向における強度の比は、慣用の紙では約3:1である
が、本発明では、採用する特定の形成工程に応じて、シ
ートは均一に分散した強度(すなわち強度比が約1:1)
を有するように製造することができる。
本願明細書および添付の請求項において、デンプン結
合シートに関して用いるような「伸びる」なる用語は、
シートの構造マトリックスが、壊れることなく伸長する
ことができ、そしてなおも仕上げられた表面を有してい
ることを意味する。換言すれば、シートのデンプン結合
マトリックスは、引っぱったり伸ばしたりといった力に
よって壊れることなく、動いたり、形を変えることがで
きる。シートの構造マトリックスが壊れる前に伸びる性
能は、Instron引張試験および強制引張試験によって測
定する。
ミックスの設計を最適にすることによって、シートが
裂けたり壊れたりする前の、新鮮で湿っている場合は約
30%まで、またシートが乾いている場合は約0.5〜12%
まで伸びることができる結合マトリックスを有するシー
トを製造することが可能である。すなわち、シートは二
つの断片に壊れることなく、これらの範囲内で伸びるこ
とができる。また、乾燥シートの伸びは、シートに蒸気
または水分を加えることによって、シートの乾燥重量の
約20重量%のオーダーまで高めることができる。しか
し、このシートを再度湿らす工程では、シートが再び乾
くまで、その強度は一時的にしか下がらない。
本願明細書および添付の請求項において、デンプン結
合シートに関して用いるような「しなる(deflect)」
という用語は、仕上げた表面が壊れたり変化を生じたり
することなく、曲がったり、折れたり、巻いたりできる
構造マトリックスをシートが有していることを意味す
る。シートのしなりは、当業界に公知の手段によって、
シートの弾性率と破断エネルギーを測定することによっ
て評価する。どのような材料を用いても、本発明にした
がって製造したシートの曲げ特性は、シートの厚みに大
きく依存する。
所望の強度、曲げ特性、断熱性、剛性、重量またはそ
の他の性能基準を有するシートを得るために、以下によ
り詳細に記載するように、ローラの間の空間を調節する
ことによって、シートの厚みを変えることができる。ま
た、特定のシートの厚みに合わせるために、厚みと所望
の性能基準に応じて、成分とその相対濃度を調整するこ
とができる。本発明のシートは、厚みを著しく違わせる
ように設計してよいが、壁の薄い材料を必要とする製品
のほとんどが、一般に、約1cm未満、好ましくは約5mm未
満、より好ましくは約3mm未満、最も好ましくは約1mm未
満の厚みを有するものである。とはいえ、断熱性や強度
の高さ、または固さが更に重要とされる用途の場合は、
シートの厚さは約1cmまでの範囲でよい。もちろん、組
成物は10cm以上のシートに成形することもできる。
英国の単位(English units)では、箱用の波形シー
トは、厚みが約0.010"であることが好ましく、牛乳パッ
ク用としては約0.020"であることが好ましく、ジュース
のパック用としては約0.010"であることが好ましい。
シートを雑誌やその他の読物の印刷に用いる場合、そ
のシートの厚みは慣用の紙製品に匹敵し、典型的には約
0.05mmである。より柔軟で、比較的固くないことが求め
られる印刷可能なシート(たとえば雑誌やパンフレット
の普通のページ)は、典型的には約0.025〜0.075mmの厚
みがある。より強度があって固く、また比較的柔軟でな
いことが求められるシート(たとえば雑誌やパンフレッ
トの表紙)は、約0.1〜2mmの厚みがある。どんな特別な
紙も、その厚みと柔軟性は、問題となる読み物用または
その他の印刷物の所望の性能基準に依存する。
以下により詳細に議論するように、成形可能な混合物
は、通常、有意な量の水を飛ばし、圧粉体強さの高いシ
ートの成形を助ける一連の加熱ローラに通す。とはい
え、当業者であれば、水の含量を調整して、成形可能な
混合物を特定のダイを通して容易にかつ効果的に押し出
し、なおかつ、ほかの工程でシートが一連のローラを通
る際に、シートの完全さが維持されるように形状安定性
が十分となるような適当なレオロジーをその混合物が有
するようにしてよい。
産業規模の施設で適当な成形可能な混合物を調製する
のに現在好ましい態様は、成形可能な混合物中に導入さ
れる材料が、オーガー押出機によって自動的かつ連続的
に計量供給され、混合(または混練)、脱気、および押
し出される装置を含むものである。また、成分のいくつ
かを必要に応じて容器内で予備混合し、混合した成分を
混練混合機に供給することもできる。
押出用のオーガーが付いた、シグマ形ブレードを有す
る二軸スクリュ混練混合機は、好ましい種類の混合機で
ある。この混合機は、異なる回転数(rpm)を有するよ
うに調整して、それによって様々な成分について剪断力
が異なるようにしてよい。典型的には、成形可能な混合
物は、最長で約10分間混合し、次いで、最長で約3分間
の押し出しによって混合機から出す。
ある状況では、より十分に分散した均一な混合物を形
成するために、高剪断力をかけた混合物中で成分のいく
つかを混合するのが望ましいことがある。たとえば、あ
る繊維を互いに十分に離すかまたはばらばらにするため
に、そのような混合が必要となる場合がある。高剪断力
をかける混合によって、最終的な硬化シートの強度を高
めるばかりでなく、未硬化の成形可能な混合物の粘稠度
を改善するような、より均一にブレンドされた混合物が
得られる。これは、高剪断混合によって、繊維や骨材粒
子、および結合剤が混合物中により均一に分散し、それ
によって、硬化シート中により均一な構造マトリックス
を作りだすからである。
混合機を違わせることで、成形可能な混合物に異なる
剪断力を与えることができる。たとえば、混練機は通常
のセメント混合機に較べて高い剪断力を付与するが、そ
の剪断力はEirich Intensive Mixerまたは二軸オーガー
食物押出機に較べると低い。
しかし、高剪断・高速混合を、そのような条件下で壊
れたり分解したりしやすい材料に用いるべきではないこ
とは理解すべきである。デンプン顆粒は、高剪断条件下
では早くゲル化することができる。パーライトや中空ガ
ラス球のようなある軽量の骨材は、高剪断条件下では粉
々になったりつぶれたりしやすい。また、プロペラによ
る高剪断混合は、一般に、混合物の粘度が比較的低い場
合にのみ有効である。より結合力がある、プラスチック
用の混合物を得るのが望ましい場合は、水を含む成分の
いくつかを高剪断混合機内でブレンドし、次いで低剪断
混練混合機を用いて、繊維や骨材のような固形分の濃度
を高めるのが望ましい場合がある。高剪断混合は、特
に、空気導入剤を加えることで、小さな、かたまってい
ない空隙を成形可能な混合物中に組み込むことが望まし
い場合に有用である。
ここに記載するようなより均一な混合物を作るのに有
用な高剪断混合機は、次の米国特許に開示されている:
米国特許第4,225,247号(発明の名称:“Mixing and Ag
itating Device")、米国特許第4,552,463号(発明の名
称:“Method and Apparatus for Producing a Colloid
al Mixture")、米国特許第4,889,428号(発明の名称:
“Rotary Mill")、米国特許第4,944,595号(発明の名
称:“Apparatus for Producing Cement Building Mate
rials")、および米国特許第5,061,319号(発明の名
称:“Process for Producing Cement Building Materi
al")。開示目的のために、上記の特許を、引用によっ
てここに導入する。これらの特許の範囲内にある高剪断
混合機は、カリフォルニア州サンタ・バーバラ所在のE.
Khashoggi Industries社より入手可能である。
B.成形可能な混合物からのシートの形成 成形可能な混合物を適当にブレンドしたら、この混合
物を、典型的には押出機と一連のローラを含むシート形
成装置に移す。ある場合は、成形可能な混合物の混合と
押し出しの双方が可能な装置を用いて、操作を合理化
し、システム内の様々な要素を協調させるのを最小限に
とどめてよい。さて、成形可能な混合物からシートを製
造するために現在好ましいシステムを図解する図1Aに参
照する。このシステムには、混合装置10、オーガー押出
機20、1対のシート形成ローラ40、第一の乾燥ローラセ
ット50、1対の圧縮ローラ60(任意)、第二の乾燥ロー
ラセット70(任意)、一連の仕上げローラ80(任意)、
およびスプール90(任意)が含まれる。
現在好ましい第一のシート形成工程では、材料を適当
な押出ダイに通し、次いで押し出した材料を少なくとも
1対の縮小または形成ローラに通すことによって、成形
可能な混合物をシートに成形する(図1A)。もしくは、
図1Bに示すように、成形可能な混合物をシート形成ロー
ラの間に直接供給することができる。図2Bに示すのは、
ウィグ・ワグ押出システムであり、これも成形用組成物
をシート形成ローラの間に供給する別の好ましい態様で
ある。
図2Aは、オーガー押出機20の拡大図であり、押出機20
内の第一の内部室24に成形可能な混合物を供給するフィ
ーダー22を含んでいる。内部室24内には、前方向への圧
力を出し、その内部室24内を通して成形可能な混合物を
排出室28へと前進させる第一のオーガースクリュ26があ
る。典型的には、排出室28に負圧をかけるか真空にし、
成形可能な混合物内の望ましくない空隙を除去する。
次いで、成形可能な混合物を第二の内部室30に供給す
る。第二のオーガースクリュ32は、ダイ幅38およびダイ
厚39に対して横方向のスリット36を有するダイヘッド34
に向かって混合物を送る。スリット36の断面形状は、一
般にダイ幅38とダイ厚39に対応する所望の幅と厚みのシ
ートができるように形作られる。
もしくは、図3に示すように、押出機は、オーガー押
出機の代わりにピストン押出機20'を含んでいてよい。
ピストン押出機20'は、オーガースクリュの代わりにピ
ストン22'を採用して前方向への圧力を出し、アーム24'
の内部室を通して成形可能な混合物を前進させる。ピス
トン押出機を使う利点は、成形可能な混合物により高い
圧力をかけられることである。とはいえ、本発明におい
て典型的に採用する混合物が非常にプラスチックに近い
性質をもっていることから、オーガー押出機を用いて達
成されるよりも高い圧力を出すのは通常必要ないし、そ
れが有利でないことさえある。
ダイの好ましい幅と厚みは製造すべき特定のシートの
幅と厚みに依存するが、押し出したシートの厚みは、通
常は少なくとも最終的なシート厚の少なくとも2倍、時
として数倍になる。縮小のかげん(そして、それに相応
する厚み拡大率)は、製造するシートの特性に依存す
る。縮小工程は繊維の配向制御の役に立つため、縮小量
は、しばしば所望の配向の度合いに対応する。また、厚
みの縮小が大きいほど、シートの伸びが大きくなる。
ローラ同士の間隙と、シートを縮小ローラの間に通す
前のシート厚との違いが小さい場合、材料の繊維配向流
れはシート表面か表面近くに局在しやすく、シート内部
は繊維配向流れに沿わないということが認識されるであ
ろう。これによって、シートの表面かその近くに有意な
単一方向性または二方向性に配向した繊維と、シート内
部によりランダムに配向した繊維を有するシートを製造
できるようになる。しかし、最初のシート厚に対するロ
ーラ同士の間隙を小さくすることによって、シート内部
の材料の繊維配向流れを増して、シート内部の繊維の配
向性を高めることができる。
平らなシートを形成するための狭いダイスリットに加
えて、その他の物体や形状を形成するためにほかのダイ
を用いてよい。そのための基準は、押し出された形状
が、その後シートに成形できるかどうかということだけ
である。たとえば、ある場合はきわめて幅の広いシート
を押し出すのが望ましくないことがある。そうであれ
ば、パイプまたはチューブを押し出し、ダイヘッドのす
ぐ外にあるナイフを用いて連続的にカットし、それを広
げてよい。
成形可能な混合物を押し出すために加える圧力は、一
般に、所望の押出速度のみならず、混合物をダイヘッド
に通すのに必要な圧力に依存する。シート形成速度を、
その後のシートを伸ばす工程でシートをローラに通す速
度に対応させるために、押出速度を注意深く制御しなく
てはならないことを理解すべきである。押出速度が速す
ぎると、ローラの陰に過剰の材料が蓄積しやすく、結果
としてシステムに詰まりが生じることになる。逆に、押
出速度が遅すぎると、押し出したシートがローラで伸び
やすくなり、割れているかまたは均一でない構造マトリ
ックスとなり、悪くするとシートの破れや裂けにつなが
る。また後者の場合は、連続的なシート形成工程が完全
にくずれてしまうことにもなりかねない。
押出速度に影響しうる変数すべてを制御できないこと
は往々にしてあるため、押出速度を測定し、ローラの陰
に蓄積する過剰のいかなる材料も検出できる変換器の統
合システムを有することが好ましいこともある。次いで
この情報を、押出機にシグナルを送ることのできるコン
ピュータ・プロセッサに供給して、全体のシステムを微
調整するために、押し出しの圧力と速度を調整すること
ができる。以下に記載するように、適切に統合されたシ
ステムは、更にローラのスピードをモニターし、調整す
ることもできる。
軽量の低強度骨材を用いる場合は、それを砕いたり破
壊したりしないように、押出工程の間は成形可能な混合
物にかかる圧力をそれほど大きくしてはならないことを
理解すべきである。大量の空隙を含む軽量骨材の構造的
に完全な状態がつぶれるか、そうでなければ破壊される
と、空隙がなくなって、骨材の断熱効果が低下する。と
はいえ、パーライトやはく離した岩石、またはそれに似
たその他の材料は比較的廉価なので、骨材粒子がある程
度つぶれたり壊れたりするのは許容できる。過剰な圧力
や剪断力が、デンプン顆粒のゲル化を早めてしまうこと
もある。
硬化シートに繊維が付与する特性は、シート中の繊維
を単一方向かまたは二方向に配向させることによって高
めることができる。押出機のダイヘッドの形状に応じ
て、成形可能な混合物をダイヘッドを通して押し出すこ
とにより、成形可能な混合物中の個々の繊維は、押し出
したシートの「Y」軸またはシートの流れ方向に沿って
単一方向に配向しやすい。以下に詳細に議論するローリ
ング工程は、縮小操作の際にシートが更に伸びるにつれ
て、繊維を更に「Y」方向に配向する。また、ローラ間
の隙間を「Z」方向に変化させたローラ(たとえば円す
いローラ)を採用することによって、繊維のいくつか
を、「X」方向、すなわちシートの幅または流れに交差
する方向に沿って配向させることができる。このよう
に、押し出しとローリングを組み合せてシートを作るこ
とにより、繊維を二方向に配向させることができる。
上記したような伝統的な押出法の採用に加えて、水平
に配向した押出ローラのすぐ上に配置したホッパーに個
々の混合物を運んで押し出すか、または単に成形可能な
混合物をホッパーに運ぶことが好ましい場合がある。こ
れにより、ローリング工程の前に、まず成形可能な混合
物を押し出してシートにする必要がなくなる。コンベヤ
法(conveyor method)の一つに、オーガー・コンベヤ
があるが、これにより、成形可能な混合物をローラに供
給する圧力を変えることができるようになる。
押出工程が、当業界で使用される用語としての「押出
機」を正式に採用する必要がないことは、当業者が認め
るところである。押出工程の目的は、成形用組成物を連
続的に、十分に調節された状態でローラに供給すること
である。これは、適当な開口部を通して材料を「押し出
す」か流すような、当業者に知られているほかの機構に
よって達成してよい。成形可能な混合物を流すのに必要
な力は、たとえば重力によってもたらされる。
第1Bに参照すべきである。この図は別の好ましい態様
を図解するものであり、成形可能な混合物を混合機10か
ら1対の押し出し縮小ローラ40に直接供給し、ここで無
形の成形可能な混合物を、押出機ダイを用いずに直接シ
ートに変換するものである。図1Aに図解したシステムの
ように、形成ローラ40によって形成したシートは、第一
の乾燥ローラのセット50、1対の圧縮ローラ60(任
意)、第二の乾燥ローラのセット70(任意)、一連の仕
上げローラ80(任意)に供給され、次いでスプール90
(任意)に巻き取られる。形成ローラ40は、セルロース
エーテルが最初にフィルムを形成したのち、デンプン顆
粒がゲル化するのに十分な温度まで加熱される。この本
発明の好ましいシート形成法では、有意な量の水は液状
では除去されない。
図1Aに参照する。この図は本発明のシート形成法の一
つの態様を示すものであり、加熱した一連のシート形成
ローラをシート形成工程に採用している。縮小ローラ40
の拡大した側面図を図4に示す。縮小ローラ40は、所定
の間隙(またはnip)44をあけて互いに隣接する2つの
ローラ42を含んでいる。個々のローラの間の間隙44は、
ローラ42の間を通った縮小シート46の所望の厚み44'に
対応する。
1対のローラを通ってシートが薄くなる際、シートは
また、前進方向(または「Y」方向)、そうでなければ
「流れ方向」として知られる方向に伸びる。シートが伸
びることにより、一つには、更に繊維の少なくとも一部
が流れ方向に配向するか整列するようになる。このよう
にして、最初の押出工程と組み合わせた縮小工程によ
り、繊維が実質的に流れ方向に単一に配向したシートを
作ることができる。しかし、縮小ローラの速度を速める
と、繊維がシート全体にわたって有利にランダムに配向
することがわかった。
シート中の繊維のランダムな配向を維持する別のやり
方は、ローラの、異なるシート形成速度を下げるという
ものである。すなわち、成形可能な混合物を低圧下で押
出ローラの間に供給する場合、混合物がローラの間を通
るときに、流れ方向の速度とそれに伴う剪断力を突然増
加させると、繊維が流れ方向に配向しやすい。しかし、
ローラの間に供給するときに混合物の圧力を高めると、
流れ方向の剪断力が低くなり、それによってシートの繊
維がよりランダムに配向することになる。
更に、シートが伸びることで、シートが1対の縮小ロ
ーラの間を通るときに「スピード・アップ」するように
なる。再度図4に参照するが、この図は、ローラの回転
速度v1が、ローラから出てくるときの、縮小し、伸びた
シートの速度v1に対応するものであって、ローラ同士の
隙間にシートが入るときの速度v0に対応するものではな
いことを示している。例として、シートの厚みが50%少
なくなり、縮小工程においてシートの幅がまったく広が
らないとすると、シートはもともとの長さの2倍まで伸
びることになる。これは、シートがローラに入る前に較
べてローラから出てくるときの速度が2倍になることと
一致する。このように、シートの厚みが50%少なくなる
とき、v1=2 x v0となる。
シートは、1対のローラの間を通り、回転するローラ
によって搾られるかまたは圧縮されてよい薄いシートに
なるときに、「スピード・アップ」する。ローラの間に
入るシートとローラの間のスピードの違いのみならず、
シートを搾ったり圧縮したりする工程により、シートに
かかる剪断力を変えることができる。過剰に大きい剪断
力を加えると、シートの完全な構造マトリックスが壊
れ、シート中にひびが生じ、シートを弱くすることがあ
る。とはいえ、ローラに対する粘着性が非常に低く、ま
た著しくプラスチックに近いミックスを設計するために
は、1対の比較的径の大きなローラを用いる1回のみの
工程で、押し出したシートを最終的な厚みまで縮小する
こともできることが知られている。
それぞれのローラの径は、成形可能な混合物の特性
や、デンプン結合シートの厚みの縮小度に応じて最適に
すべきである。ローラの径を最適にする際は、競合する
二つの利点を考慮しなくてはならない。第一は、径の小
さなローラほど、ローラの間を通るシートにより大きな
剪断力をかけやすいということである。これは、概して
ローラの径が大きいほど、シートにかかる下向きの圧力
が大きくなるからである。
しかし、径の大きなローラを用いることで、成形用組
成物がローラにより長い時間にわたって接触するため、
シート形成の際、特にローラの温度を高くした場合、シ
ートの乾燥が行き過ぎるという不利益も生じる。乾燥は
ある程度であれば有利であるが、ローリング工程でシー
トをあまりに早く乾燥してしまうと、構造マトリックス
が割れたり、ひびを生じたりすることになる。
ローラの径を最適にして、シートの厚みを大きく縮小
し、同時に成形したシートが乾燥しすぎるのを防ぐの
は、製造の際の縮小工程を減らすためには好ましいこと
である。作動部品の数が減る上に縮小工程も少なくなる
ことによって、ローラの陰にシートがたまったり(ロー
ラの回転が遅すぎる場合)、シートが裂けたりする(ロ
ーラの回転が速すぎる場合)のを防止するために、注意
してスピードを同期化しなくてはならないローラの数も
減る。
デンプン結合シートがローラに粘着したり付着したり
するのを防止するために、ローラの表面を処理するのが
好ましい。一つの方法は、単にローラを加熱することに
よって、成形可能な混合物中の水をいくらか蒸発させる
ことによって、蒸気の障壁をシートとローラの間に作る
ことを含む方法である。いくらかの水を蒸発させること
により、成形可能な混合物中の水の量が減るため、シー
トの圧粉体強さも高まる。しかし、ローラの温度は、シ
ート表面を乾燥させるかまたは硬化させて、シートにひ
ずみや割れ目、はがれ、もしくはその他の異状や不規則
さを残すほど高くすべきではない。
一般に、最初のシート形成ローラは、セルロースエー
テルの熱析出温度と同じ温度を有することが好ましい。
Methocelの場合、温度が約70度のシート形成ローラを用
いることが好ましく、Tylose FL 15002の場合は、シー
ト形成ローラの温度は約85度であることが好ましい。シ
ート形成ローラの温度はセルロースエーテルの熱析出温
度より高くすることができるが、一般には組成物中のデ
ンプン顆粒のゲル化温度より低くして、未焼成シートが
ローラに付着しにくいようにする。未焼成シートの表面
上にセルロースエーテルの皮膜を形成したのち、シート
は、デンプンのゲル化温度かまたはそれより高い温度に
加熱した、1対以上のローラの間を通すことが好まし
い。デンプンのゲル化温度およびその後のローラの温度
に応じて、多少のデンプンはシート形成工程のいかなる
時点でもゲル化することができる。このことは、特に、
ゲル化温度の異なる2種またはそれ以上の異なるデンプ
ンを用いる場合に、実施可能である。当業者であれば、
ローラの温度を調節して、成形用組成物に用いるセルロ
ースエーテルとデンプンの種類に応じて、シート形成工
程を最適なものにすることができる。
一般に、成形可能な混合物の粘着性は、混合物中の水
の量が増えるにしたがって高くなる。したがって、混合
物が水をより多く含んでいる場合は、一般に、ローラへ
の付着を防止するために、ローラをより高い温度に加熱
すべきである。水の含量が高いシートは、一般にたくさ
んの水を除去して適当な圧粉体強さを得なくてはならな
いため、そうすることが有利である。また、ローラの速
度を上げることによって、一般に、ローラの温度をそれ
に対応するように上げて、シートがローラに付着しない
ようにできるし、またそれが求められることがある。ロ
ーラとデンプン結合シートの付着の度合いを少なくする
別の方法は、ローラの表面を処理して付着しにくくする
方法である。ローラは、典型的には研磨したステンレス
でできており、研磨したクロム、ニッケル、またはTefl
on(登録商標)のような非付着性の材料で被覆されてい
る。
最後に、成形可能な混合物がプラスチックの性質と比
較的高い加工性を有することから、通常はローリング工
程によってそれほど圧縮されたシートが得られないこと
を理解すべきである。換言すれば、特に縮小ローラの間
にシートを通しながらかなり乾燥させる場合、いくらか
圧縮が起こることは予想されるものの、ローリング工程
の間はシートの密度は実質的に一定のままである。圧縮
が望ましい場合は、以下に更に詳細に記載するように、
シートを1対のローラ60(図1A)に通した後に乾燥工程
に供することができる。
このように、ローリング工程における重要なパラメー
タには、ローラ間の「間隙の高さ」(間隙の距離)のみ
ならず、ローラの径や速度、および温度が含まれる。ロ
ーラの速度を速めると、シート形成工程中にローラから
成形可能な混合物とシートに付与される剪断速度が高ま
るが、間隙の高さを大きくしたり、ローラの径を大きく
したりすると、それぞれの場合とも剪断速度が低下しや
すくなる。
C.乾燥工程 シート形成用ローラは、部分的に、またひいては実質
的にシートを乾燥することができるが、所望の引張強度
および剛性をもつシートを得るために、更に乾燥するこ
とが好ましい場合がある。シートは時間をかければ自然
に乾燥するが、シートが自然に風乾するのを待てないこ
ともある。乾燥を促進しうる方法は何通りもあり、それ
ぞれシートを加熱して過剰の水を除去することを含んで
いる。
一般に対向するようにそろえる縮小ローラとは対照的
に、複数の乾燥ローラは、各ローラ表面の広い区域上を
シートが順々に通るようにそれぞれ並べてある(図1Aお
よび図1Bの乾燥ローラ50を参照)。このように、シート
の二つの面は、順々に、交互に乾燥される。シート、ロ
ーリング工程では縮小ローラの間の大体まっすぐ通る
が、その後の乾燥工程では、乾燥ローラに巻きついて通
り抜ける際に、ほぼサインカーブのような軌跡を描いて
通る。好ましい乾燥ローラには、当業界で「ヤンキー」
ローラとして知られる径の大きなローラが含まれるが、
一連の小型ローラを交互に用いてもよい。
乾燥ローラの温度は、シートが特定のローラを通過す
るときの水分など、いくつかの因子に依存する。いずれ
にしろ、乾燥ローラの温度は約300度より低い温度にす
べきである。成形可能な混合物は、有機成分(たとえば
有機結合剤やセルロース繊維)の分解を防ぐために約25
0度より高い温度で加熱すべきではないが、混合物中に
適当な水が含まれていて、水の蒸発に伴って材料が冷却
されるかぎりは、前記の温度よりも高い温度に加熱した
ローラを使ってよい。とはいえ、乾燥工程の間に水の量
は減少するので、ローラの温度を下げて、シート材料の
過熱を防がなくてはならないことがある。
ある場合は、乾燥ローラと組み合せて、乾燥トンネル
やオーブン、または乾燥室を用いるのが好ましいことも
ある。熱伝導乾燥の効果を十分に発揮させるために、加
熱した空気を循環させて乾燥をスピード・アップするこ
とが、しばしば好ましい。乾燥トンネル内にシートが残
留するかまたは滞留する時間や、トンネル内の温度は、
シート材料中の水が蒸発する量や速度を決定する。乾燥
トンネルの温度は、セルロース繊維や有機結合剤の分解
を防ぐために、通常250度を越えるべきではない。乾燥
トンネルは、約100度〜約250度の範囲の温度まで加熱す
るのが好ましい。
ある場合は、上述した乾燥処理を最後の工程として、
その後、得られるシートを容器やその他の物体を形成す
るのに用いるか、スプールに巻き取るか(図1Aおよび図
1B)、もしくは必要なときまでシートのまま積んでおく
(図8)。またある場合、特になめらかでより紙に近い
仕上げがシートに求められる場合は、乾燥工程の後に、
圧縮工程および/または仕上げ工程を含む、以下により
詳細に記載する1つまたはそれ以上の追加の工程を行な
ってよい。
E.任意の仕上げ処理 デンプン結合シートを圧縮して、最終的な厚みや耐
性、表面仕上げを達成するのが望ましい場合が多い。ま
た、圧縮処理は、構造マトリックス中の不要な空隙を除
去するのに採用することができる。図5に参照するが、
乾燥処理中に第一の乾燥ローラ50によってシートを実質
的に乾燥した後、そのシートを任意で、1対の圧縮ロー
ラ60の間に通してよい(図1Aおよび図1B)。圧縮処理
は、一般に、密度および強度が高く、表面の傷が少な
く、そして厚みの薄いシートを生じ、またシート表面の
圧縮粒子を固定し、そろえるものである。圧縮ローラの
圧縮力は、シートの特定の性質に対応するように調節す
べきである。
圧縮工程は、シートをなめらかに仕上げながら、より
密で均一な構造マトリックスを作ることによって、最終
的な硬化シートの強度を改善する。圧縮工程は、一般
に、単位厚み当たりの強度を最大にすべきであって、断
熱性能がそれほど重要でないような比較的薄いシートの
場合に好ましい。圧縮は、高断熱性および/または低密
度特性を有するように意図された比較的厚いシートに
は、一般に不要である。実際、砕けるとその断熱性能が
失われる中空ガラス球のような弱い骨材を有するシート
を圧縮するのは望ましくないことがある。
圧縮処理は、シートを有意に伸ばすことなく、また構
造マトリックスを意図せずにこわしたり弱くしたりする
ことなく実施するのが好ましい。シートを伸ばしたり、
構造マトリックスを弱めたりすることなく圧縮を行なう
ためには、シートが適当量の水を含んで、シートがいく
ぶん成形可能なレオロジーを維持するような乾燥処理を
制御することが重要である。水の含量とローラの間隙を
制御することで、シートを有意に伸ばすことなく、圧縮
ローラによって確実に圧縮を行ない、シートの密度を高
めることができる。シートが過剰の水を含んでいる場
合、圧縮ローラは、形成ローラや縮小ローラと同じよう
にシートを伸ばす。実際、圧縮ローラは形成ローラや縮
小ローラと実質的に同じものであり、唯一違うのは、シ
ートが十分に乾燥していて、シート厚の縮小の度合いが
水の蒸発によって生じた全空孔率よりも少ない場合、シ
ートの伸びよりも圧縮が起こるという点だけである(す
なわち、水の蒸発によって25%の多孔性が追加された場
合、圧縮ローラの間隙は、圧縮前のシート厚の少なくと
も75%はなくてはならない)。
圧縮処理(1つまたはそれ以上の圧縮工程を含む)
は、通常はわずかに湿ったシートを含むので、圧縮工程
の後に、任意の乾燥ローラ70を用いて上記した乾燥処理
と同様にして、シートを更に乾燥するのが好ましいこと
が多い。任意の乾燥工程は、乾燥ローラ、乾燥トンネ
ル、またはそれらの組み合せによって実施してよい。と
はいえ、ある場合、たとえばシートをすぐに容器その他
の物体を作るのに用いる場合や、シートにスコアを入れ
る場合、もしくはわずかに湿ったシートであることが有
利である場合などは、シートを第二の乾燥工程にかける
ことなく、更に処理することもある。
図6に示すように、シートを1つ以下またはそれ以上
の仕上げ(または「つやだし」)ローラ80の間に通すこ
とによって、デンプン結合シートの表面を更に変えるの
が好ましいこともある。たとえば、片側または両側の表
面が非常になめらかなシートを作るために、シートを少
なくとも2対の固いローラ82および柔らかいローラ84の
間に通してよい。「固いローラ」なる用語は、非常に研
摩された表面を有するローラ82を指し、固いローラと接
触したシートの面が非常になめらかになるものを指す。
「柔らかいローラ」なる用語は、固いローラと柔らかい
ローラの対をシートが通り抜けられるような摩擦を、柔
らかいローラとシートとの間に作れる表面を有するロー
ラ84を指す。固いローラ82が通常は非常につるつるで、
乾燥シートが固いローラを通り抜けることができないた
め、このことは必要である。シート表面中の粒子をそろ
えるためには、固いローラ82が有意になめらかであるこ
とが有利である。シートを「極めてつややかにする」た
めに、すばやく回転し、非常につやのある固いローラを
用いることによって、非常になめらかな表面に仕上がっ
たシートを得ることができる。任意で、水をシート表面
に噴霧するおよび/または表面を粘土や炭酸カルシウ
ム、または当業者に知られた他の適当な被覆材料で表面
を被覆することによって、仕上げ処理を促進してよい。
ほかの態様では、仕上げローラは、網目、チェック
柄、ワッフル模様のような所望の風合いを表面に与える
ことができる。もしくは、その他の仕上げ処理と組み合
せて、図7に示すような波形ローラを用いて、シートに
波形模様をつけてもよい。所望であれば、ロゴやその他
のデザインをシート表面に刻印するのに、ローラを用い
ることができる。また、透かしを入れることのできる特
殊なローラを、単独で用いるか、または上記したその他
のローラのいずれかと組み合せて用いることができる。
押出ローラ、縮小ローラ、または圧縮ローラは、通過す
るシート中に浮き上がった箇所または押しつけられた箇
所を作ることによって透かしをつける手段を含んでよ
い。
III.乾燥デンプン結合シートの任意の処理 上記した方法にしたがって製造したデンプン結合シー
トは、そのシートについて求められる特性に応じて、つ
まり、そのシートについて意図される究極的な用途に応
じて、追加の処理工程に供してよい。その任意の処理と
しては、積層や波形処理、被覆剤の塗布、証印の印刷、
スコア付け、穴開け処理、クレープ処理、パーチメント
処理、またはこれらの組み合わせがありうる。
A・積層処理 デンプン結合シートを積層することによって、様々な
特性をシートに付与することができる。本願明細書およ
び添付の請求項の目的のために、「積層シート」または
「積層体」(名詞として使用した場合)なる用語は、少
なくとも1つの層がデンプン結合シートであるような少
なくとも2つの層を有するシートを指すものとする。
「積層材料」または「薄層」なる用語は、デンプン結合
シートおよびその他の積層材料の双方を含む、積層シー
トのあらゆる構成層を指すものとする。いかなる層の組
み合わせを有する積層体も、少なくとも1つの層がデン
プン結合シートである限り、本発明の範囲内にある。積
層体は、少なくとも2つの層を共に結合するか、そうで
なければ接合することによって、形成することができ
る。積層体の厚みは、その積層体について意図される特
性の本質に応じて変えてよい。
デンプン結合シートに結合するか、接着するか、また
は接合する積層材料としては、別のデンプン結合シート
や、積層したときにデンプン結合シートに所望の特性を
付与する材料、ならびに、被覆剤や接着剤、またはそれ
らの組み合わせとして以下に記載する材料がありうる。
デンプン結合シートの特性を高めたり、変えたりする材
料の例としては、有機ポリマーシート、金属ホイルシー
ト、イオノマーシート、エラストマーシート、プラスチ
ックシート、繊維性シートまたはマット、紙シート、セ
ロファンシート、ナイロンシート、ワックスシート、水
硬性シート、高度に無機充填したシート、および金属化
フィルムシートがある。
本発明の範囲内にある積層体は、デンプン結合シート
を別の単一層または複数層と、接着剤を用いるかまたは
用いないで結合することにより形成することができる。
デンプン結合シートと他の層との結合(または積層体の
他の層同士の結合)は、軽くくっつく程度から、結合す
るシートまたは材料の強度を超える結合まで可能であ
る。
デンプン結合シートは、そのシートが各薄層間を効果
的に結合させるほど十分に「グリーン」であれば、接着
剤を使わなくとも、もう一方の層に結合することができ
る。やや湿らせたデンプンは、接着剤として作用させる
ことができる。水溶性の材料を含む積層体の層は、やや
湿らせたデンプン結合シートか、または再度湿らせたデ
ンプン結合シートに接着しうる。
結合は、湿式結合積層、乾式結合積層、熱的積層、お
よび加圧積層を含む多様な処理法で、接着剤を用いて形
成することができる。有用な接着剤としては、透性接着
剤(天然と合成の双方)、ホットメルト接着剤、および
溶剤接着剤がある。
デンプン結合シートと別の層との湿式結合積層には、
2つの層を結合するためのあらゆる液体接着剤が含まれ
る。湿式結合積層用の有用な天然の水性接着剤として
は、植物デンプン系接着剤、タンパク質系接着剤、動物
由来のにかわ、カゼイン、および天然ゴムラテックスが
ある。有用な合成の水性接着剤としては、一般に、ポリ
酢酸ビニル粒子の安定な水懸濁液のような、樹脂のエマ
ルジョンがある。水性接着剤は、においや味、色、およ
び毒性が弱く、接着範囲が幅広く、老化特性にすぐれて
いる。
熱可塑性ポリマーは、溶融状態で塗布することがで
き、冷却後すぐに固まる有用なホットメルト接着剤であ
る。ホットメルト接着剤は、一般に、他の接着剤よりも
速く固まる。有用な溶剤系接着剤としては、ポリウレタ
ン系接着剤、溶剤+エチレン−酢酸ビニル系、および感
圧性である他のゴム樹脂がある。デンプン結合シート中
のデンプンも、熱可塑性材料として作用することができ
る。デンプン結合シートをデンプンのガラス転移温度よ
り高い温度まで加熱することによって、シートを溶融さ
せ、成形し直すことができる。冷却によって、シートま
たは成形品は、新たな形態で固化する。溶融し、冷却さ
れたデンプンも接着剤として作用でき、たとえばシート
をらせん状に巻いてチューブや缶を形成するなどして所
望の製品に成形する場合、シートを接着し、目張りする
ことができる。
また、ホイルを貼り付けることによって積層体を作る
ことも、本発明の範囲内にある。ホイルの貼り付けに
は、熱と圧力によって薄い金属被膜または染色した被膜
をキャリアー・フィルムからデンプン結合シートまたは
容器の表面に移して、模様をつけることで装飾的効果を
得ることが含まれる。この技術を型押しと組み合せて利
用して、光を反射し、光沢を帯びた、浮き上がった表面
をもつ積層体を得ることができる。
B.波形をつける処理 乾燥したデンプン結合押シートに、波形板紙の場合と
同様にして波形をつけることが望ましいことがある。こ
れは、好ましくは半分湿った状態で、シートを図7に示
すような1対の波形ローラ86の間に通すことによって達
成してよい。シートの水分含量は、波形処理がデンプン
結合マトリックスを損なわないように制御すべきであ
る。シートが乾燥しすぎていると、波形処理によってマ
トリックスが損なわれ、ひいてはシートが裂けたり、割
れたりすることもある。逆に、シートが湿りすぎている
と、波形をつけたシートに、波形を維持するのに必要な
圧粉体強さが欠けることがある。波形をつけるべきデン
プン結合シート中の水の量は、約1〜約30重量%である
ことが好ましく、約5〜約20重量%であることが更に好
ましく、約7〜約15重量%であることが最も好ましい。
波形をつけたシートは、単一のシートとして、または
上記したようにして他のシートと組み合せて積層体を形
成して利用することができる。波形シートは単一の平ら
なデンプン結合シートや、他の材料から形成したシート
と積層して、「一面」波形シートとすることができる。
波形シートを2枚の平らなシートではさむと、「二面」
シートとなる。平らな層と波形層を互い違いにすること
によって、多重壁の波形シートを作ることができる。一
面、二面、および多重壁の波形シートには、比較的密度
が低く、比較的固く、また圧縮強さが比較的高いという
特徴がある。これらの波形シートは、容器や包装材料の
ような製品にそのような特性が求められる場合に用いる
ことができる。
単一の波形シートの強度や柔軟性は、長さ方向1フィ
ート当たりの波形や溝の数を変えることによって変化さ
せることができる。長さ方向1フィート当たりの溝の数
を増やして、より柔軟なシートを作ることができるし、
もしくは溝を減らして、高度の緩衝性能をもつ強いシー
トを得ることもできる。多重壁の波形シートも、長さ方
向1フィート当たりの溝の量が異なる2種以上の波形シ
ートから作ることができる。スコアを入れたり、スコア
カットを入れたり、目打ちしたりする(これらは以下に
更に詳細に記載する)のと同じように、波形シートの個
々の溝は、シートがより自然に曲がったり折れたりでき
るような箇所を作りだす。しかし、シートは、実際に
は、溝の列に直交する方向のほうが全然かたく、丈夫で
ある。したがって、容器や他の包装材料のような製品
は、製品を積み上げる場合のように、必要な場合に波形
シートによって柔軟性が最大となり、かつ固さが最大と
なるように構築すべきである。
波形処理の一部として、被覆をほどこすこともでき
る。特にワックスやポリエチレンといったある被覆材料
を、段ボール製造機(corrugator)上のホット・ロール
・コーターによって塗布することができる。被覆剤は、
シートを製品にする前に、波形の間隙をカーテンコーテ
ィングすることによって塗布することもできる。波形シ
ートを含むその他の有用な被覆処理としては、完成品を
ワックスのような被覆剤に浸したり、またはそのような
被覆剤を波形製品のひだの中や周辺に流し込むやり方が
ある。
C.被覆剤および被覆処理 デンプン結合シートまたはそのようなシートから作ら
れた製品に被覆剤または被覆材料を塗布するのも、本発
明の範囲にある。被覆剤は、デンプン結合シートまたは
そのシートから作られた製品を目張りしたり保護したり
することを含む、シートの表面特性を何通りかのやり方
で変えるのに用いることができる。被覆剤は、水分や塩
基、酸、油脂、および有機溶剤に対する保護を提供しう
る。また、よりなめらかで、柔軟で、光沢があり、また
は擦り傷のつきにくい表面を提供し、繊維が「飛散し」
にくいようにしうる。また被覆剤は、光を反射する性
質、電気的な伝導性、または断熱性をも提供しうる。被
覆剤は、特に曲げ線や折れ線において、デンプン結合シ
ートを補強したりもする。
デンプン結合を柔らかくし、それによってシートをより
柔軟にしうる被覆剤もある。たとえば、大豆油やMethoc
el(登録商標;Dow Chemical社より入手可能)のような
材料に基づく被覆剤は、単独で、またはポリエチレング
リコールと組み合せてシート表面に塗布し、シートまた
はシートのヒンジ部分を永続的に柔らかくすることがで
きる。また他の被覆材料は、シートをより固くするため
に用いることができる。また、エラストマー、プラスチ
ック、または紙系の被覆剤を、基礎となる硬化した構造
マトリックスがヒンジ部分で曲がったときに割れようが
割れまいが、そのヒンジを完全な状態で保護するのに役
立たせることができる。また、スコアの入った箇所のよ
うに、デンプン結合シートが強く曲がる部分を丈夫にす
るために、いくつかの被覆剤を用いてよい。そのような
場合は、柔軟な、おそらくはエラストマー系の被覆剤が
好ましいであろう。特に、折ったり巻いたりすることで
形成する製品には、被覆剤がエラストマー系か、または
変形可能であることが好ましいことがある。そのような
被覆剤は、積層材料か、または接着剤としても利用する
ことができる。
被覆処理の目的は、通常、シート表面のきずを最小に
して、均一なフィルムを作ることである。被覆剤は、シ
ート形成処理か、製品に成形する処理か、または製品を
成形した後に塗布することができる。特定の被覆処理
は、被覆剤の多様な処方のみならず、多様な基板(すな
わちシート)に応じて選択される。基板の多様性には、
シートの強度や湿潤性、多孔性、密度、なめらかさ、お
よび均一さがある。被覆剤の処方については、全固形分
含量、溶剤主成分(その水溶性および揮発性を含む)、
表面張力、ならびにレオロジーがある。
被覆剤は、紙や板紙、プラスチック、ポリスチレン、
金属シート、またはその他の包装材料を製造する業界で
知られているあらゆる被覆手段を用いて、シートに塗布
してよい。そうした被覆手段には、ブレード、パドル
(puddle)、エアナイフ、印刷、ダルグレン(Dahlgre
n)、グラビア印刷、および粉末被覆がある。また、シ
ート、製品、またはその他の物体に、下記の被覆材料の
いずれかを噴霧するか、またはシート、製品、またはそ
の他の材料を、適当な被覆材料を含むバット内で浸漬す
ることによって塗布してよい。最後に、被覆剤をシート
と共に共押し出しして、被覆処理を押出処理に組み込ん
でもよい。
適切な有機被覆材料には、食用油、メラミン、ポリ塩
化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポ
リアクリル酸エステル、ポリアミド、ヒドロキシプロピ
ルメチルセルロース、ポリエチレングリコール、アクリ
ル樹脂、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリ酪酸、Biop
ol R(ポリヒドロキシ酪酸エステル−ヒドロキシ吉草酸
エステルコポリマー)、ラテックス、デンプン、大豆タ
ンパク質、大豆油、セルロースエーテル(たとえばMeth
ocel)、ポリエチレン、生物分解可能なポリマーを含む
合成ポリマー、ワックス(たとえば蜜蝋、石油系ワック
ス、または合成ワックス)、エラストマー、ならびにこ
れらの混合物がある。Biopol Rは、英国のImperial Che
mical Industries(ICI)社より製造されている。適切
な無機被覆剤には、ケイ酸ナトリウム、炭酸カルシウ
ム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、白土、粘土、セラ
ミック、およびこれらの混合物がある。無機被覆剤は、
1種またはそれ以上の上記した有機被覆剤と混合しても
よい。これらの被覆剤のほかに、必要な用途に応じて、
あらゆる適当な被覆剤を用いることができる。
撥水性の被覆剤は、水と接触する製品には望ましい。
シートが食品と接触する容器その他の製品を作るのに用
いられる場合は、被覆材料が、FDAが認可した被覆剤を
含んでいることが好ましい。特に有用な被覆剤は、耐酸
性であるケイ酸ナトリウムである。酸に対する耐性は、
たとえば製品が、ソフトドリンクやジュースといった酸
含量の高い食品や飲み物にさらされる容器である場合に
重要である。一般に、塩基性物質から製品を保護する必
要はないが、塩基性物質に対する耐性は、紙容器を被覆
するのに用いられるような適当なポリマーまたはワック
ス被覆剤によって高めることができる。
ポリエチレンのようなポリマー系被覆剤は、低密度
の、一般に薄い層を形成する際に有用である。低密度ポ
リエチレンは、液密であり、ある程度圧密でさえある容
器を作る際に、特に有用である。ポリマー系被覆剤は、
ヒートシールして接着剤として利用することもできる。
酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素は、特に酸素や水
分の障壁として有用な被覆剤である。これらの被覆剤
は、高エネルギー電子ビーム蒸発法、化学的なプラズマ
沈殿、およびスパッタリングを含む、当業界に公知のあ
らゆる手段によって、デンプン結合シートに塗布するこ
とができる。酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素被覆を
形成する別の方法としては、デンプン結合シートを適当
なpH値を有する水溶液で処理して、シートの組成から、
シート上に酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素を形成さ
せるという方法がある。
ワックスやワックスのブレンド、特に石油ワックスや
合成ワックスは、水分や酸素、および油脂や油のような
ある有機液体に対する障壁を提供する。また、容器のよ
うな製品をヒートシールする。石油ワックスは、食品や
飲料の包装に特に有用なワックス群であり、例としては
パラフィンワックスやミクロクリスタリンワックスがあ
る。
D.スコア処理(scoring)および目打ち処理 場合によっては、シートにスコアを入れたり、スコア
カットをつけたり、または目打ちしたりして、シートを
折ったり曲げたりする線を明確にするのが望ましいこと
がある。スコアやスコアカット、および目打ちは、シー
ト成形の業界で公知の手段を用いて、シートにつけるこ
とができる。スコアカットは、連続的なダイカット・ロ
ーラを用いてつけることもできる。もしくは、スコア
(スコアカットではない)は、丸いスコアダイまたはル
ール(rule)を用いて、シートに押しつけてもよい。ス
コアダイまたはルールは、単独で用いることもできる
し、スコアカウンターと組み合わせて用いることもでき
る。スコア用ルールの形状により、シートは変形してス
コアカウンターの溝に押しつけられる。最後に、目打ち
は、目打ち用カッターを用いて実施してよい。
スコアやスコアカット、または目打ちの目的は、シー
トをより容易に曲げたり折ったりできる部位をシート上
に作ることである。これにより、シート中に「ヒンジ」
ができ、シートの曲げ特性や弾性が、スコアや目打ちの
ないシートで可能な程度よりもはるかに高くなる。複数
のスコアカットや目打ちが望ましい場合もある。
シートにスコア線や目打ちを入れることにより、好ま
しい折れ線やヒンジが得られるのには、いくつか理由が
ある。第一に、スコア線や目打ちを入れることにより、
シートがより自然に曲がったり折れたりする部位ができ
る。第二に、スコアを入れることにより、シートがスコ
ア線のところで他の部位より薄くなるため、シートを曲
げる際に表面が長手方向に伸びる量を少なくすることが
できる。表面の伸びが少なくなることで、デンプン結合
マトリックスは折ったり曲げたりしたときに割れにくく
なる。第三に、スコアカットや目打ちによって、デンプ
ン結合マトリックスの割れが生じたときにマトリックス
中に形成されるひびを制御できるようになる。
スコアカットや目打ちをつける部位の繊維濃度を高く
するのが好ましい場合もある。これは、スコアカットま
たは目打ちをつける位置に対応するような所定の時間間
隔で、繊維濃度の高い第二の成形材料の層を共押出する
ことによって達成することができる。また、押し出しま
たはローリング処理の際に、シート上部に繊維を載せる
か、またはシート内に繊維を注入することによって、所
望の部位の繊維濃度を高くすることもできる。
デンプン結合シートは、スコアまたは目打ち処理の際
は、実質的に乾燥しているか、または半硬化状態である
ことが好ましい。これは、スコアや目打ち部分に湿った
材料が拡散して、そこが閉じてしまわないようにするた
めには望ましいことである。スコアでは一般に(そして
目打ちでは常に)、デンプン結合シートの一部を切り取
る処理が含まれるため、スコアが目打ち処理でシートを
損なうことなく、シートを完全に乾燥することさえでき
る。しかし、シート表面を切るのではなく押しつけるこ
とでスコアをつける場合は、デンプン結合マトリックス
がないためにシートが割れるのを防ぐ程度に、シートを
湿らせるべきである。
スコアカットの深さは、一般にスコアの種類やデンプ
ン結合シートの厚み、およびスコア線に沿って曲げよう
とする程度に依存する。スコアを入れるやり方は、スコ
アが所望の深さとなるように調節すべきである。もちろ
ん、実際にシートを貫通してスコアを入れたり、または
(容易に裂けるスコアが望ましい場合を除いて)予測さ
れる力に耐えられないほどシートを薄くしたりするよう
な大きいダイカッターを用いるべきではない。スコアカ
ットは、その目的を適切に果たすのにちょうどよい深さ
であることが好ましい。シートの反対側につけたスコア
カットを組み合せるのも、曲がり方の範囲を広げるのに
好ましい場合がある。
E.クレープ処理およびパーチメント処理 デンプン結合シートは、任意で、慣用の紙と同様にク
レープ処理して、突然かかる圧力のエネルギーを吸収す
ることができる、著しく伸長可能なシートを提供してよ
い。クレープ処理したシートは輸送用袋の製造において
ますます重要になってきている。慣用のクレープ処理
は、製紙機の湿式加圧部(ウェット・クレープ)か、ま
たはヤンキー・ドライヤー上で(ドライ・クレープ)実
施される。湿式または乾式クレープ処理のいずれの正確
なパラメータも、本発明のデンプン結合シートと木質紙
とでは異なるが、当業者であれば、クレープ処理をどの
ようにして調節すればクレープ処理をほどこしたデンプ
ン結合シートが得られるか、了解するであろう。クレー
プ処理は、より曲がりやすいシートを作り、またヒンジ
を形成するために利用することができる。
デンプン結合シートを強酸で処理して、シートマトリ
ックスの繊維質の表面をなめらかにできることがわかっ
ている。シートをたとえば濃硫酸で処理することによっ
て、セルロース繊維が著しく膨張し、部分的に溶解す
る。この状態で、可塑化した繊維はその孔を閉じ、周囲
の間隙を埋め、他の繊維とより密に接触して、水素結合
が更に強くなる。そしてこれを水ですすぐことによっ
て、再沈殿が起こり、網目が固まって、乾燥状態よりも
ウェット状態で強い、けばもにおいも味もなく、油脂や
油に対する耐性がある繊維となる。パーチメント処理に
よる自然な引張強度と、湿式クレープ処理により付与さ
れる伸長性とを組み合せることによって、衝撃吸収性の
高いシートを作ることができる。
本発明において、シートの繊維含量が高くなるほど、
パーチメント処理が更に有効になることがわかってい
る。繊維含量が高くなることで、繊維の孔がふさがった
り、水素結合が強くなるのが促進される。しかし、炭酸
カルシウムのようなある種の酸反応性骨材は、シートを
パーチメント処理する際に使用すべきではないことは理
解すべきである。
F.印刷および関連処理 デンプン結合シートの表面に、商標や製品についての
情報、容器についての詳細、またはロゴなどを、印刷し
たり、刻印したりするのが望ましいことがある。これ
は、紙や板紙の印刷業界では公知の、平板印刷やレリー
フ印刷、凹刻印刷、多孔印刷(porous printing)、お
よび非衝撃印刷(impactless printing)などの、慣用
のいかなる印刷手段または方法によっても達成すること
ができる。また、シートまたは製品に型押しして、透か
しをほどこしてもよい。更に、当業界に公知の方法によ
って、デンプン結合シートに図案やラベル、またはその
他の刻印をつけたり、貼り付けたりすることができる。
印刷された刻印を、採用する印刷法や製品の形状に応じ
て、連続的なシートや個々のシート、積層シート、ブラ
ンク、または完成した製品につけてもよい。
IV.デンプン結合シートから作った製品 上記した方法により、非常に多様な特性を有する、様
々なシートを製造することが可能となる。非常に薄く、
柔軟で、軽量のシートが求められる場合は、シートの厚
みは約0.1mm以下程度でよい。また、比較的厚く、丈夫
で、固いシートが求められる場合は、シートの厚みは約
1cmと厚くしてもよい。また、シートの厚みは約0.6g/cm
3と低い値から約2g/cm3と高い値にわたっていてよい。
一般に、密度の高いシートほど丈夫で、密度の低いシー
トほどより断熱性が高い。特定のシートの正確な厚みや
密度をあらかじめ決めておいて、経済的に実行可能なや
り方でシートを製造できるようなコストで、所望の特性
を有するシートを作ることができる。
紙や板紙について利用する切断技術は、連続的なデン
プン結合シートを個々のシートに切断するのに利用する
こともできる。図8に示すように、シートは、プレス機
の上に設置したナイフ・ブレード・カッターを用いて、
個々のシートに切断することができる。シートの切断
は、連続的なダイカットローラを用いて、カッティング
・ダイをシートに押しつけるか、または当業界に公知の
他の手段によっても達成することができる。
本発明のシートは、慣用の紙または板紙が用いられて
いるあらゆる用途に用いてよい。また、本発明のデンプ
ン結合シートの特殊な性質により、現在のところはプラ
スチックやポリスチレン、ひいては金属を使用しなくて
はならない様々な物体を製造することができる。
特に、本発明のシートは、以下に列挙する製品の製造
に用いてよい:使い捨て可能な、また使い捨て不可能な
食品または飲料容器を含む容器、たとえば、シリアル
箱、サンドイッチ容器、「クラムシェル」容器(限定は
ないが、ハンバーガーのようなファーストフードのサン
ドウィッチ用のヒンジつき容器を含む)、冷凍食品箱、
牛乳パック、果実ジュース容器、ヨーグルト容器、飲料
キャリアー(限定はないが、ラップアラウンド・バスケ
ット型キャリアーや、「6本詰め」リング型キャリアー
を含む)、アイスクリーム容器、カップ(限定はない
が、使い捨て可能な飲料カップ、ツーピース・カップ、
ひだを入れたワンピース・カップ、および円すいカップ
を含む)、ファーストフード店で使われるフライドポテ
ト容器、ならびにファーストフードの持ち帰り用箱;包
装材料、たとえば、包装紙、スペーシング材料、スナッ
ク食品用の袋などの柔軟な包装材料、食品雑貨用の袋な
どの開口部のある袋、乾燥シリアルの箱のような箱に入
った袋、多重壁の袋、大袋、ラップアラウンドの包装、
包まれて陳列された製品のサポート・カード(support
card)[包みとしては、特に、持ち帰り用の食品(lunc
h meat)のような食料品、事務用品、化粧品、金物、お
よび玩具用のビニール袋がある]、補助製品(クッキー
やキャンディ・バーなど)を支える箱、缶、テープ、な
らびに包み(限定はないが、冷凍用の包みやタイヤ用包
み、食肉用包み、食品用包み、およびソーセージ用包み
を含む);様々なパックや箱、たとえば、ダンボール
箱、葉巻箱、菓子箱、および化粧品箱;様々な製品用
の、回旋状またはらせん状にシートを巻いた形の容器
(たとえば冷凍濃縮ジュースやオートミール、ポテトチ
ップ、アイスクリーム、塩、洗剤、および自動車油
用)、郵送用円筒、巻物用のシート円筒(たとえば包装
紙、被覆材料、ペーパータオル、およびトイレット・ペ
ーパー用)、ならびにスリーブ;印刷材料および事務機
器、たとえば、本や雑誌、パンフレット、封筒、ガムテ
ープ、ハガキ、3リングバインダー、ブックカバー、フ
ォルダー、および鉛筆;様々な食器や保存容器、たとえ
ば、皿やふた、ストロー、カトラリー、ビン、ポット、
箱、かご、トレー、オーブン用トレー、ボウル、電子レ
ンジ可能な盛り皿、冷凍インスタント食品用トレー、卵
パック、食肉包装用の大皿、使い捨て可能な皿、自販機
用皿、パイ皿、および朝食用皿;ならびに様々な雑多な
製品、たとえば、緊急用嘔吐袋(すなわち「barf ba
g」)、実質的に球状の物体、玩具、薬瓶、アンプル、
動物用の檻、花火用の燃えない入れ物、模型ロケットエ
ンジンの入れ物、模型ロケット、ならびにその他のここ
に列挙しきれない様々な物品。
V.好ましい態様の実施例 以下の実施例は、本発明の組成物およびデンプン結合
シートの形成方法をより詳細に教示するために示すもの
である。本実施例には、シートや容器、およびその他
の、シートから製造する多様な特性と大きさを有する製
品の製造法のみならず、様々なミックスの処方が含まれ
る。
実施例1 以下の成分を記載した量含む成形可能な混合物から、
デンプン含量の高いシートを製造した: この実施例で用いた繊維は南国の松であり、未変性デ
ンプンは、混合物に加えたときにゲル化しないコーンス
ターチである。まず、水とMethocel、および繊維を、Ho
bart混練混合機中で高剪断力下で10分間混合した。次い
で、デンプンを混合物に加え、低剪断力下で更に4分間
混合した。
この混合物を、脱気オーガー押出機を用い、30cm×0.
6cmのダイを通して押し出し、対応する幅と厚みの大き
さを有する連続シートを形成した。次いで、押し出した
シートを、シートの厚みに対応する間隙距離を有し、約
70度に加熱した1対の縮小ローラの間に通した。その
後、この未焼成シートを約100度よりも高い温度を有す
るローラの間に通してコーンスターチをゲル化し、未焼
成シートから蒸発によって水を除去した。Methocelがシ
ート表面に皮膜を形成し、これがシート形成処理の間に
デンプンがローラに付着するのを防いだ。得られるデン
プン結合シートの厚みは、0.1mm〜1mmにわたっていた。
実施例2 以下の成形用組成物から、デンプン含量の高い無機充
填シートを製造した。
まず、水、Methocel、および南国のマツ繊維を、Hoba
rt混練混合機中で高剪断力下で10分間混合した。次い
で、炭酸カルシウムとデンプンを混合物に加え、低剪断
力下で更に4分間混合した。
この混合物を、脱気オーガー押出機を用い、30cmx0.6
cmのダイを通して押し出し、対応する幅と厚みの大きさ
を有する連続シートを形成した。次いで、押し出したシ
ートを、シートの厚みに対応する間隙距離を有する1対
の成形/縮小ローラの間に通した。
炭酸カルシウムの比表面積が小さいため、混合物のロ
ーラに対する付着性は低かった。また、Methocelは、シ
ート形成処理の間にデンプンがローラに付着するのを防
いだ。ローラの温度は、実施例1で用いたのと同じにし
た。この実施例で得られるシートは、0.23mm、0.3mm、
0.38mm、および0.5mmの厚みを有していた。
実施例3 以下の組成物から、デンプン含量の高い無機充填シー
トを製造した。
組成物およびシートを、実施例2に記載したやり方で
製造した。本実施例で形成したシートは、0.23mm、0.3m
m、0.38mm、および0.5mmの厚みを有していた。
実施例4 以下の組成物から、デンプン含量の高い無機充填シー
トを製造した。
組成物およびシートを、実施例2に記載したやり方で
製造した。本実施例で形成したシートは、0.23mm、0.3m
m、0.38mm、および0.5mmの厚みを有していた。
実施例5 以下の組成物から、デンプン含量の高い無機充填シー
トを製造した。
組成物およびシートを、実施例2に記載したやり方で
製造した。本実施例で形成したシートは、0.23mm、0.3m
m、0.38mm、および0.5mmの厚みを有していた。
実施例6 以下の組成物から、デンプン含量の高い無機充填シー
トを製造した。
組成物およびシートを、実施例2に記載したやり方で
製造した。本実施例で形成したシートは、0.23mm、0.3m
m、0.38mm、および0.5mmの厚みを有していた。
実施例7 以下の組成物から、デンプン含量の高い無機充填シー
トを製造した。
組成物およびシートを、実施例2に記載したやり方で
製造した。本実施例で形成したシートは、0.23mm、0.3m
m、0.38mm、および0.5mmの厚みを有していた。
実施例8 以下の組成物から、デンプン含量の高い無機充填シー
トを製造した。
組成物およびシートを、実施例2に記載したやり方で
製造した。本実施例で形成したシートは、0.23mm、0.3m
m、0.38mm、および0.5mmの厚みを有していた。
実施例9 以下の組成物から、デンプン含量の高い無機充填シー
トを製造した。
組成物およびシートを、実施例2に記載したやり方で
製造した。本実施例で形成したシートは、0.23mm、0.3m
m、0.38mm、および0.5mmの厚みを有していた。
実施例10 以下の組成物から、デンプン含量の高い無機充填シー
トを製造した。
組成物およびシートを、実施例2に記載したやり方で
製造した。本実施例で形成したシートは、0.23mm、0.3m
m、0.38mm、および0.5mmの厚みを有していた。
実施例11 以下の組成物から、デンプン含量の高い無機充填シー
トを製造した。
組成物およびシートを、実施例2に記載したやり方で
製造した。本実施例で形成したシートは、0.23mm、0.3m
m、0.38mm、および0.5mmの厚みを有していた。
実施例12 以下の成分を記載した量含む成形可能な混合物から、
デンプン含量の高いシートを製造した: まず、水とMethocel、および繊維を、Hobart混練混合
機中で高剪断力下で10分間混合した。次いで、デンプン
を混合物に加え、低剪断力下で更に4分間混合した。実
施例2に記載したやり方でシートを製造した。本実施例
で形成したシートは、0.23mm、0.3mm、0.38mm、および
0.5mmの厚みを有していた。
実施例13 有意な量のデンプンを含むシートを、8000gの水と以
下の成分を含む成形用組成物から製造した: 上記のようにしてシートを製造した。シートは0.010"
〜0.050"にわたる厚みと、1.11g/cm3の密度を有してい
た。
0.010"の厚みを有するシートを、通常の木質紙から作
ったカップに似たカップに成形した。通常の紙カップの
コストは、被覆していないものでカップ当たり1.101/c
であり、製紙原料をワックスでコートしたものでカップ
当たり1.410/cである。本発明のシートを製造するのに
用いた組成物では、被覆していないものでカップ当たり
1.270/cであり、ワックスでコートしたものでカップ当
たり1.455/cである。被覆していない本発明のカップ
は、紙カップの115%のコストがかかるが、被覆した本
発明のカップは、被覆材料をはるかに少なくできるため
に、紙カップの103%のコストしかかからない。
以下の表は、カップに成形したシートに用いた様々な
成分のコストを比較するものである。このテーブルは、
全体のコストと、カップ当たりの単位コスト、および乾
燥バッチ中の各成分のコストのパーセンテージを示して
いる(水のコストは無視してよいと考える)。
上記のテーブルにより、本発明のシートを製造するの
に用いた成形用組成物はその乾燥重量の5.9%のMethoce
l 240しか含まないが、それがシートを作る材料コスト
の39%を占めることが証明される。一方、コーンスター
チは成形用組成物の乾燥重量の43.3%を占めるが、これ
は材料の合計コストの9%にしかならない。Methocel 2
40のコストは$2.75/ポンドであるが、コーンスターチ
のコストはたった$0.09/ポンドである。このことは、M
ethocelをデンプンで置き換えることにより、本発明の
シートを製造するのにかかる材料コストが著しく低下す
ることを明確に示している。
実施例14 比較として、デンプンをまったく含まず、メチルセル
ロースを増やした以下の組成物からシートを製造した。
また、この組成物は、一般にすべての成分で最も廉価で
ある無機充填剤を大量に含んでいた。水は11kg含まれて
いた。
無機骨材を大量に含むにもかかわらず、材料コストの
70%を占める800gのMethocel 240の使用により、個々の
被覆しないカップの単位コストは1.509/cに、また個々
の被覆したカップの単位コストは1.694/cに上がった。
無機骨材により、シートの密度は1.70g/cm3に増加し
た。
実施例15 この実施例に用いた成形用組成物は、実施例13に用い
た組成物と、硬木と軟木の繊維を50/50で用いた以外は
あらゆる点で同じであった。得られるシートは、実施例
14のシートと同じであった。この実施例のシートからカ
ップを作る際の材料コストは、実施例13のシートからカ
ップを作る際のコストと実質的に同じであった。
実施例16 この実施例に用いた成形用組成物は、マニラ麻の繊維
を用いた以外はあらゆる点で実施例13の組成物と同じで
あった。この実施例のシートからカップを作る際の材料
コストは、実施例13のシートからカップを作る際のコス
トと実質的に同じであった。
実施例17 この実施例に用いた成形用組成物は、軟木繊維を1200
gだけ用いた以外はあらゆる点で実施例13の組成物と同
じであった。この実施例のシートからカップを作る際の
材料コストは、実施例13のシートからカップを作る際の
コストよりやや高かった。
実施例18 7000gの水を含む以下の組成物を用いた以外は、実施
例13の方法にしたがってシートを製造した。
得られるシートは、1.37g/cm3の密度を有していた。
この実施例のシートから製造する被覆していないカップ
の単位コストは0.970/c、被覆したカップの単位コスト
は1.155/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカッ
プと被覆していないカップのコストの88%および82%で
あった。
実施例19 CaCO3の量を3000gに増やし、他の成分はそのままにし
た以外は、実施例18の組成物と同様の組成物を用いてシ
ートを製造した。得られるシートは1.49g/cm3の密度を
有していた。この実施例のシートから製造する被覆して
いないカップの単位コストは0.846/c、被覆したカップ
の単位コストは1.031/cであり、これはそれぞれ、紙の
被覆したカップと被覆していないカップのコストの77%
および73%であった。
実施例20 8000gの水を含む以下の組成物を用いた以外は、実施
例13の方法にしたがってシートを製造した。
得られるシートは、1.53g/cm3の密度を有していた。
この実施例のシートから製造する被覆していないカップ
の単位コストは0.760/c、被覆したカップの単位コスト
は0.945/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカッ
プと被覆していないカップのコストの69%および67%で
あった。
実施例21 更にグリセリンを300g加えた以外は、実施例20の組成
物とあらゆる点で同様の組成物からシートを製造した。
得られるシートは1.49g/cm3の密度を有していた。この
実施例のシートから製造する被覆していないカップの単
位コストは0.846/c、被覆したカップの単位コストは1.0
31/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカップと被
覆していないカップのコストの77%および73%であっ
た。
実施例22 コーンスターチの濃度を2500gに上げ、水の量を9500g
に増やした以外は、実施例20の組成物とあらゆる点で同
様の組成物からシートを製造した。得られるシートは1.
51g/cm3の密度を有していた。この実施例のシートから
製造する被覆していないカップの単位コストは0.729/
c、被覆したカップの単位コストは0.914/cであり、これ
はそれぞれ、紙の被覆したカップと被覆していないカッ
プのコストの66%および65%であった。デンプンの量を
上げることによって、カップの単位コストが更にやや下
がるという効果があった。
実施例23 Methocel 240の濃度を100gに下げ、水を量を9000gに
減らした以外は、実施例22の組成物とあらゆる点で同様
の組成物からシートを製造した。得られるシートは1.52
g/cm3の密度を有していた。この実施例のシートから製
造する被覆していないカップの単位コストは0.620/c、
被覆したカップの単位コストは0.850/cであり、これは
それぞれ、紙の被覆したカップと被覆していないカップ
のコストの56%および57%であった。Methocel 240の量
を下げることによって、カップの単位コストが有意に下
がるという効果があった。
実施例24 9000gの水を含む以下の組成物を用いた以外は、実施
例13の方法にしたがってシートを製造した。
得られるシートは、1.44g/cm3の密度を有していた。
この実施例のシートから製造する被覆していないカップ
の単位コストは0.636/c、被覆したカップの単位コスト
は0.821/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカッ
プと被覆していないカップのコストの58%および58%で
あった。
実施例25 100gのグリセリンを用いた以外は、実施例24の組成物
とあらゆる点で同様の組成物からシートを製造した。得
られるシートは1.43g/cm3の密度を有していた。この実
施例のシートから製造する被覆していないカップの単位
コストは0.667/c、被覆したカップの単位コストは0.852
/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカップと被覆
していないカップのコストの61%および60%であった。
実施例26 グリセリンの量を200gに上げた以外は、実施例25の組
成物とあらゆる点で同様の組成物からシートを製造し
た。得られるシートは1.42g/cm3の密度を有していた。
この実施例のシートから製造する被覆していないカップ
の単位コストは0.696/c、被覆したカップの単位コスト
は0.881/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカッ
プと被覆していないカップのコストの63%および63%で
あった。
実施例27 グリセリンの量を更に300gに上げた以外は、実施例26
の組成物とあらゆる点で同様の組成物からシートを製造
した。得られるシートは1.41g/cm3の密度を有してい
た。この実施例のシートから製造する被覆していないカ
ップの単位コストは0.725/c、被覆したカップの単位コ
ストは0.910/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆した
カップと被覆していないカップのコストの65%および65
%であった。
実施例28 9000gの水を含む以下の組成物を用いた以外は、実施
例13の方法にしたがってシートを製造した。
得られるシートは、1.55g/cm3の密度を有していた。
この実施例のシートから製造する被覆していないカップ
の単位コストは0.695/c、被覆したカップの単位コスト
は0.880/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカッ
プと被覆していないカップのコストの63%および62%で
あった。
実施例29 グリセリンの量を400gに上げた以外は、実施例28の組
成物とあらゆる点で同様の組成物からシートを製造し
た。得られるシートは1.54g/cm3の密度を有していた。
この実施例のシートから製造する被覆していないカップ
の単位コストは0.723/c、被覆したカップの単位コスト
は0.908/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカッ
プと被覆していないカップのコストの66%および64%で
あった。
実施例30 グリセリンをなくした以外は、実施例28の組成物とあ
らゆる点で同様の組成物からシートを製造した。得られ
るシートは1.59g/cm3の密度を有していた。この実施例
のシートから製造する被覆していないカップの単位コス
トは0.605/c、被覆したカップの単位コストは0.790/cで
あり、これはそれぞれ、紙の被覆したカップと被覆して
いないカップのコストの55%および56%であった。
実施例31 組成物中に用いるMethocel 240の量を200gに上げ、水
の量を10kgに上げた以外は、実施例30の組成物とあらゆ
る点で同様の組成物からシートを製造した。得られるシ
ートは1.58g/cm3の密度を有していた。この実施例のシ
ートから製造する被覆していないカップの単位コストは
0.714/c、被覆したカップの単位コストは0.899/cであ
り、これはそれぞれ、紙の被覆したカップと被覆してい
ないカップのコストの65%および64%であった。
実施例32 水の量を9000gに減らした以外は、実施例31の組成物
とあらゆる点で同様の組成物からシートを製造した。得
られるシートは1.58g/cm3の密度を有していた。この実
施例のシートから製造する被覆していないカップの単位
コストは0.714/c、被覆したカップの単位コストは0.899
/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカップと被覆
していないカップのコストの65%および64%であった。
新たに形成したシートの特性から、水の含量は最適であ
った。
実施例33 300gのグリセリンを用いた以外は、実施例32の組成物
とあらゆる点で同様の組成物からシートを製造した。得
られるシートは1.54g/cm3の密度を有していた。この実
施例のシートから製造する被覆していないカップの単位
コストは0.797/c、被覆したカップの単位コストは0.982
/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカップと被覆
していないカップのコストの72%および70%であった。
実施例34 400gのグリセリンを用いた以外は、実施例32の組成物
とあらゆる点で同様の組成物からシートを製造した。得
られるシートは1.53g/cm3の密度を有していた。この実
施例のシートから製造する被覆していないカップの単位
コストは0.822/c、被覆したカップの単位コストは1.007
/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカップと被覆
していないカップのコストの75%および71%であった。
実施例35 500gのグリセリンを用いた以外は、実施例32の組成物
とあらゆる点で同様の組成物からシートを製造した。得
られるシートは1.52g/cm3の密度を有していた。この実
施例のシートから製造する被覆していないカップの単位
コストは0.847/c、被覆したカップの単位コストは1.032
/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカップと被覆
していないカップのコストの77%および73%であった。
実施例36 9000gの水を含む以下の組成物を用いた以外は、実施
例13の方法にしたがってシートを製造した。
得られるシートは、1.14g/cm3の密度を有していた。
この実施例のシートから製造する被覆していないカップ
の単位コストは0.762/c、被覆したカップの単位コスト
は0.947/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカッ
プと被覆していないカップのコストの69%および67%で
あった。
実施例37 8000gの水を含む以下の組成物を用いた以外は、実施
例13の方法にしたがってシートを製造した。
得られるシートは、1.65g/cm3の密度を有していた。
この実施例のシートから製造する被覆していないカップ
の単位コストは0.644/c、被覆したカップの単位コスト
は0.829/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカッ
プと被覆していないカップのコストの59%および59%で
あった。
実施例38 8000gの水を含む以下の組成物を用いた以外は、実施
例13の方法にしたがってシートを製造した。
得られるシートは、1.12g/cm3の密度を有していた。
この実施例のシートから製造する被覆していないカップ
の単位コストは0.827/c、被覆したカップの単位コスト
は1.012/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカッ
プと被覆していないカップのコストの75%および72%で
あった。
実施例39 用いるグリセリンの量を400gに増やした以外は、実施
例38の組成物とあらゆる点で同様の組成物からシートを
製造した。得られるシートは1.11g/cm3の密度を有して
いた。この実施例のシートから製造する被覆していない
カップの単位コストは0.886/c、被覆したカップの単位
コストは1.071/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆し
たカップと被覆していないカップのコストの80%および
76%であった。
実施例40 8500gの水を含む以下の組成物を用いた以外は、実施
例13の方法にしたがってシートを製造した。
得られるシートは、1.22g/cm3の密度を有していた。
この実施例のシートから製造する被覆していないカップ
の単位コストは0.711/c、被覆したカップの単位コスト
は0.896/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカッ
プと被覆していないカップのコストの65%および64%で
あった。
実施例41 CaCO3の量を1500gに増やし、水の量を8750gに増やし
た以外は、実施例40の組成物とあらゆる点で同様の組成
物からシートを製造した。得られるシートは1.26g/cm3
の密度を有していた。この実施例のシートから製造する
被覆していないカップの単位コストは0.688/c、被覆し
たカップの単位コストは0.873/cであり、これはそれぞ
れ、紙の被覆したカップと被覆していないカップのコス
トの62%および62%であった。
実施例42 CaCO3の量を2000gに増やした以外は、実施例40の組成
物とあらゆる点で同様の組成物からシートを製造した。
得られるシートは1.29g/cm3の密度を有していた。この
実施例のシートから製造する被覆していないカップの単
位コストは0.667/c、被覆したカップの単位コストは0.8
52/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカップと被
覆していないカップのコストの61%および60%であっ
た。
実施例43 CaCO3の量を3000gに増やし、Methocel 240の量を150g
に増やし、水の量を9500gに増やした以外は、実施例40
の組成物とあらゆる点で同様の組成物からシートを製造
した。得られるシートは1.36g/cm3の密度を有してい
た。この実施例のシートから製造する被覆していないカ
ップの単位コストは0.680/c、被覆したカップの単位コ
ストは0.866/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆した
カップと被覆していないカップのコストの62%および61
%であった。
実施例44 水の量を10kgに増やした以外は、実施例43の組成物と
あらゆる点で同様の組成物からシートを製造したが、こ
れはシート形成処理に最適であることがわかった。
実施例45 CaCO3の量を3000gに増やし、Methocel 240の量を200g
に増やし、水の量を10.5kgに増やした以外は、実施例40
の組成物とあらゆる点で同様の組成物からシートを製造
した。得られるシートは1.35g/cm3の密度を有してい
た。この実施例のシートから製造する被覆していないカ
ップの単位コストは0.732/c、被覆したカップの単位コ
ストは0.917/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆した
カップと被覆していないカップのコストの66%および65
%であった。
実施例46 200gのグリセリンを用い、成形用組成物中の水の量を
10kgに増やした以外は、実施例43の組成物とあらゆる点
で同様の組成物からシートを製造した。得られるシート
は1.34g/cm3の密度を有した。この実施例のシートから
製造する被覆していないカップの単位コストは0.735/
c、被覆したカップの単位コストは0.920/cであり、これ
はそれぞれ、紙の被覆したカップと被覆していないカッ
プのコストの67%および65%であった。
実施例47 400gのグリセリンを用い、成形用組成物中の水の量を
10kgに増やした以外は、実施例43の組成物とあらゆる点
で同様の組成物からシートを製造した。得られるシート
は1.32g/cm3の密度を有していた。この実施例のシート
から製造する被覆していないカップの単位コストは0.78
7/c、被覆したカップの単位コストは0.927/cであり、こ
れはそれぞれ、紙の被覆したカップと被覆していないカ
ップのコストの71%および69%であった。
実施例48 600gのグリセリンを用い、成形用組成物中の水の量を
10kgに増やした以外は、実施例43の組成物とあらゆる点
で同様の組成物からシートを製造した。得られるシート
は1.30g/cm3の密度を有していた。この実施例のシート
から製造する被覆していないカップの単位コストは0.83
5/c、被覆したカップの単位コストは1.020/cであり、こ
れはそれぞれ、紙の被覆したカップと被覆していないカ
ップのコストの76%および72%であった。
実施例49 11kgの水を含む以下の組成物を用いた以外は、実施例
13の方法にしたがってシートを製造した。
得られるシートは、1.35g/cm3の密度を有していた。
この実施例のシートから製造する被覆していないカップ
の単位コストは0.832/c、被覆したカップの単位コスト
は1.017/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆したカッ
プと被覆していないカップのコストの76%および72%で
あった。
実施例50 Methocel 240の量を250gに減らし、水の量を10kgに減
らした以外は、実施例49の組成物とあらゆる点で同様の
組成物からシートを製造した。得られるシートは1.35g/
cm3の密度を有していた。この実施例のシートから製造
する被覆していないカップの単位コストは0.782/c、被
覆したカップの単位コストは0.967/cであり、これはそ
れぞれ、紙の被覆したカップと被覆していないカップの
コストの71%および69%であった。
実施例51 Methocel 240の量を150gに増やし、水の量を8500gに
減らした以外は、実施例36の組成物とあらゆる点で同様
の組成物からシートを製造した。得られるシートは1.14
g/cm3の密度を有していた。この実施例のシートから製
造する被覆していないカップの単位コストは0.825/c、
被覆したカップの単位コストは1.010/cであり、これは
それぞれ、紙の被覆したカップと被覆していないカップ
のコストの75%および72%であった。
実施例52 Methocel 240の量を200gに増やした以外は、実施例36
の組成物とあらゆる点で同様の組成物からシートを製造
した。得られるシートは1.14g/cm3の密度を有してい
た。この実施例のシートから製造する被覆していないカ
ップの単位コストは0.888/c、被覆したカップの単位コ
ストは1.073/cであり、これはそれぞれ、紙の被覆した
カップと被覆していないカップのコストの81%および76
%であった。
以下の実施例では、同様の厚みと重さの、紙や板紙、
プラスチック、ポリスチレン、または金属のシートが用
いられる用途に適した多々の特徴と性質を有する、非常
に薄いシートを形成する。所望の特性は、微細構造技術
的なアプローチによって、シートに組み込む。これによ
り、上記した慣用の材料から、目下大量生産されている
シート様の物体においては一般に可能ではない特性を含
む、多様な所望の特性を有するシートを製造できるよう
になる。
実施例53〜58 多様な製品(食品または飲料容器を含む)に成形可能
なシートを、実施例1〜52に記載した方法にしたがって
製造する。硬化したシートは仕上げし、任意で被覆し
て、いくつかの異なる食品および飲料容器に成形する。
たとえば、「コールド・カップ」(たとえば、ファー
スト・フード・レストランで冷たいソフトドリングを入
れるもの)は、シートから適当な切片を切り取り、これ
をカップの形に巻いて、巻いた切片の端を慣用の水性に
かわを用いて接着することによって作る。円板状の切片
をカップの底に入れ、巻いた壁の底部をかしめてカップ
の底を適切な位置に保持する。カップのふちを曲げてふ
ちを強くし、飲むときの面がよりなめらかになるように
する。厚みが0.3mmのシートを、カップを作るのに用い
ることができる。
「クラムシェル」容器(たとえば、目下ファースト・
フード産業でハンバーガーを入れるのに用いられている
もの)は、シートから適当な切片を切り取り、これをク
ラムシェル容器の形に折って、折った切片の端を接着す
るかまたはかみ合わせることによって、容器の形を維持
することによって作る。厚みが0.4mmのシートを、クラ
ムシェル容器を作るのに用いることができる。
フライドポテト容器(たとえば、目下ファースト・フ
ード産業で調理したフライドポテトを入れるのに用いら
れているもの)は、シートから適当な切片を切り取り、
これにスコアカットを入れて所望の折れ線を作り、フラ
イドポテト容器の形に折って、折った切片の端を接着剤
で接着して、容器の形を維持することによって作る。厚
みが0.4mmのシートを、フライドポテト容器を作るのに
用いることができる。
冷凍食品用の箱(たとえば、スーパーマーケットで冷
凍食品を包装するのに用いられているもの)は、シート
から適当な切片を切り取り、これにスコアカットを入れ
て所望の折れ線を作り、冷凍食品用の箱の形に折って、
折った切片の端を接着剤で接着して、容器の形を維持す
ることによって作る。厚みが0.5mmのシートを、冷凍食
品用の箱を作るのに用いることができる。
低温シリアル・ボックスは、0.3mm厚のシートから適
当な切片を切り取り、これにスコアカットを入れて所望
の折れ線を作り、冷凍食品用の箱の形に折って、折った
切片の端を接着剤で接着して、容器の形を維持すること
によって作る。
飲み物用ストローは、0.25mmシートの断片をストロー
の形に巻いて、端を接着することによって作る。ストロ
ーを作る際は、上記したそれぞれの容器を作る際と同様
に、シートの水分を制御して、シートの柔軟性を最大に
保つのが有利である。柔軟性がより高くなると、シート
が裂けたり、破れたりするのが抑えられる。
このようにして作った容器を、個々の容器に用いたシ
ートの厚みとともに以下に示す: 実施例59 実施例53にしたがって作ったコールド・カップを、市
販のワックス被覆機に通すことによって、表面にワック
スの均一な層を塗布する。ワックスの層はカップの表面
を水分に対して完全に密にし、液密にする。
実施例60 実施例53にしたがって作ったコールド・カップを、微
細な噴霧ノズルを用いてアクリル系被覆剤で被覆する。
実施例59のワックスと同様に、アクリル系被覆剤はカッ
プの表面を水分に対して完全に密にし、液密にする。ア
クリル系被覆剤には、ワックス被覆剤のように目に見え
ることがないという追加の利点がある。アクリル系被覆
剤を更に薄くすることも可能なので、カップをほとんど
被覆していないように見せることもできる。カップの光
沢は、種類の異なるアクリル系被覆剤を用いることによ
って制御することができる。
実施例61〜62 実施例54にしたがって作ったクラムシェル容器を、実
施例59〜60でコールド・カップを被覆するのに用いたの
と同じ被覆材料で被覆してもよい。その結果は、被覆カ
ップで得られたのと実質的に同じである。
実施例 被覆材料 61 ワックス 62 アクリル系 実施例63 実施例1〜52の方法にしたがって、厚みが0.25mm〜0.
5mmと異なるシートを形成する。厚みの異なる個々の乾
燥シートを円形に切り抜き、紙のストックから使い捨て
可能な皿を作るのに用いる、連続的なダイを備えた市販
の機械的プレス機を用いて、そのような皿を形成する。
形成した皿の形や強度、外観は、慣用の紙の皿と実質的
に同様である。しかし、デンプン結合シートから作った
皿は、慣用の紙皿よりも固いため、食品を載せたり、中
に入れたりしたときに、構造的により完全である。
実施例64 上記したミックス・デザインを採用したあらゆるデン
プン結合シートを、雑誌やパンフレットのような、印刷
した読物を製造するのに用いる。そのような雑誌やパン
フレットには、比較的厚く柔軟でないシートのみなら
ず、比較的薄く、柔軟なシートも含まれる。比較的薄
く、柔軟なシートは、厚みが約0.025〜0.05mmである
が、比較的厚く、柔軟でないシートは、厚みが約0.1〜
0.2mmである。
実施例65 上記したあらゆる組成物を用いて、2枚の平らなシー
トの間に溝つきの内部構造がはさまれている波形シート
を形成する。平らな外部シートは、材料をローラにかけ
て適当な厚みの平らなシートにすることによって形成す
る。波形の、または溝つきの内部シート(通常のボール
箱における溝つきまたは波形の内部シートと同じ)は、
硬化したかまたは再度湿らせた、適当な厚みの平らなデ
ンプン結合シートを、波形の表面かまたは歯を有し、か
み合っている1対のローラに通すことによって形成す
る。
この波形シートの両面ににかわを塗布し、次いでこれ
を2枚の平らなシートではさんで硬化させる。この波形
/サンドウィッチシート構造物は、強度、剛性、および
固さにおいて、慣用の波形板紙シートに較べて優れてい
る。
VI.要約 上記したことから、本発明により、紙や板紙、ポリス
チレン、プラスチック、または金属のシートと同様の特
性を有する環境にやさしいシートを低コストで製造する
ための、組成物および方法が提供されることが認められ
るであろう。
また、本発明により、紙や板紙、ポリスチレン、プラ
スチック、または金属のシートの製品を形成するのに目
下採用されている現存の製造装置や技術によって、多様
な容器その他の製品に形成できるシートを製造するため
の組成物および方法が提供される。
更に、本発明により、典型的には慣用の紙を製造する
のに用いられるスラリーに含まれる水の画分のみを含む
成形可能な組成物から形成することのできる、環境にや
さしいシートを製造するための組成物および方法が提供
される。
また更に、本発明により、地中にのみ見られる物質に
容易に生物分解可能および/または解体可能なシート
や、そのシートから作られる容器その他の製品が提供さ
れる。
また更に、本発明により、紙やプラスチック、または
金属の製品を製造するための現存する方法のコストに匹
敵するか、またはそれより低いコストで、シートやシー
トから作られる容器、およびその他の製品の製造を可能
とする組成物および方法が提供される。
特に、本発明により、紙やプラスチック、または金属
について見られる所望の特徴を有する製品を製造するた
めに必要なエネルギーや、当初の資本投資コストを下げ
ることができる。
本発明により、更に、シート中のデンプン含量を比較
的高くすることができ、かつデンプン、特にゲル化した
デンプンが成形用またはシート形成用装置に付着するこ
とに伴う問題を克服することができる、組成物および方
法が提供される。
更に、本発明により、上記したシート中に、任意で、
有意な量の天然の無機ミネラル充填剤を含むことができ
る組成物および方法が提供される。
最後に、本発明により、無機充填剤を高含量含む主要
な材料に較べて、柔軟性、引張強度、剛性、成形可能
性、および大量生産性に優れた無機充填シートを製造す
るための、組成物およびシートが提供される。
本発明は、その精神や本質的な特徴から離れることな
く、他の特定の形態で実施してよい。記載した態様は、
あらゆる点で実例として見なされるべきであって、本発
明を限定するものと考えるべきではない。したがって、
本発明の範囲は、上記した記載によってというよりは、
むしろ添付の請求項によって示されるものである。請求
項に相当するものの意味や範囲に入るあらゆる変更は、
その範囲に含まれるべきである。
フロントページの続き (72)発明者 オング,シャオデ. アメリカ合衆国 93117 カリフォルニ ア州 ゴレタ オックスフォード プレ イス 5667 (72)発明者 クリステンセン,ブルース,ジェイ. アメリカ合衆国 93117 カリフォルニ ア州 ゴレタ フリーマン プレイス 7379 (56)参考文献 特開 平5−320418(JP,A) 特表 平5−502267(JP,A) 特表 平9−507463(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 47/00 - 47/96 C08J 3/02

Claims (81)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】デンプン結合シートを製造する方法であっ
    て、 (a)少なくとも水と、実質的にゲル化されていないデ
    ンプン顆粒と、セルロースエーテルと、および繊維性材
    料とを合わせて混合して、成形可能な混合物を形成する
    工程と; (b)前記の成形可能な混合物を少なくとも1組の形成
    ローラの間に通すことによって最初の未焼成シートに成
    形する工程であって、その際、セルロースエーテルが最
    初の未焼成シートの外表面上に皮膜を形成するような温
    度であって、かつ、デンプン顆粒がゲル化したときにシ
    ートが実質的に形成ローラに付着しないような温度を前
    記形成ローラが有しているところの工程と; (c)前記の最初の未焼成シートを、デンプンの少なく
    とも一部が実質的にゲル化するような温度を有する少な
    くとも1組のローラの間に通して、中間の未焼成シート
    を形成する工程と;そして (d)前記の中間の未焼成シートから実質的な水の部分
    を除去するために、そのシートを加熱して、実質的に乾
    燥したデンプンとセルロースエーテルを含む結合マトリ
    ックスを有する実質的に硬化したシートを形成する工程
    と、を具えることを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】前記成形可能な混合物を形成する工程
    (a)において、無機骨材充填剤をさらに混合すること
    を特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】工程(c)および(d)を、1組のローラ
    から次の組のローラにかけて温度を上げた連続的な組み
    合わせのローラによって実施することを特徴とする、請
    求項1または2に記載の製造方法。
  4. 【請求項4】工程(c)および(d)を、1組のローラ
    から次の組のローラにかけての温度が実質的に同じであ
    る連続的な組み合わせのローラによって実施することを
    特徴とする、請求項1または2に記載の製造方法。
  5. 【請求項5】工程(c)および(d)を1組の加熱ロー
    ラによって実施することを特徴とする請求項1または2
    に記載の製造方法。
  6. 【請求項6】前記セルロースエーテルが熱析出温度を有
    しており、かつ、工程(b)の形成ローラが少なくとも
    前記のセルロース・エーテルの析出温度と同じ高さの温
    度を有していることを特徴とする、請求項1または2に
    記載の製造方法。
  7. 【請求項7】前記デンプン顆粒がゲル化温度を有してお
    り、かつ、工程(b)の形成ローラが、前記の成形可能
    な混合物中のデンプン顆粒が工程(c)まで実質的にゲ
    ル化しないような温度を有していることを特徴とする、
    請求項6に記載の製造方法。
  8. 【請求項8】前記形成ローラが、前記デンプン顆粒のゲ
    ル化温度より低い温度を有していることを特徴とする、
    請求項7に記載の製造方法。
  9. 【請求項9】前記デンプン顆粒がゲル化温度を有してお
    り、かつ、工程(b)の形成ローラが、前記の成形可能
    な混合物中のデンプン顆粒が部分的にゲル化するような
    温度を有していることを特徴とする、請求項1または2
    に記載の製造方法。
  10. 【請求項10】前記デンプン顆粒が、前記の成形可能な
    混合物中の全固形分の5重量%〜90重量%の範囲の濃度
    を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の
    製造方法。
  11. 【請求項11】前記デンプン顆粒が、前記の成形可能な
    混合物中の全固形分の15重量%〜80重量%の範囲の濃度
    を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の
    製造方法。
  12. 【請求項12】前記デンプン顆粒が、前記の成形可能な
    混合物中の全固形分の30重量%〜70重量%の範囲の濃度
    を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の
    製造方法。
  13. 【請求項13】前記デンプン顆粒がジャガイモのデンプ
    ンを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の製
    造方法。
  14. 【請求項14】前記デンプン顆粒がコーンスターチを含
    むことを特徴とする請求項1または2に記載の製造方
    法。
  15. 【請求項15】前記デンプン顆粒がワクシー・コーンス
    ターチ(waxy corn starch)を含むことを特徴とする請
    求項1または2に記載の製造方法。
  16. 【請求項16】前記セルロースエーテルが、前記の成形
    可能な混合物中の全固形分の0.5重量%〜10重量%の範
    囲の濃度を有することを特徴とする、請求項1または2
    に記載の製造方法。
  17. 【請求項17】前記セルロースエーテルが、前記の成形
    可能な混合物中の全固形分の1重量%〜5重量%の範囲
    の濃度を有することを特徴とする、請求項1または2に
    記載の製造方法。
  18. 【請求項18】前記セルロースエーテルが、前記の成形
    可能な混合物中の全固形分の2重量%〜4重量%の範囲
    の濃度を有することを特徴とする、請求項1または2に
    記載の製造方法。
  19. 【請求項19】前記セルロースエーテルが、メチルヒド
    ロキシエチルセルロース、ヒドロキシメチルエチルセル
    ロース、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロー
    ス、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、
    ヒドロキシエチルプロピルセルロース、およびそれらの
    混合物または誘導体からなる群より選ばれることを特徴
    とする、請求項1または2に記載の製造方法。
  20. 【請求項20】前記無機鉱物充填剤が、前記の成形可能
    な混合物中の全固形分の0重量%を超えるとともに90重
    量%以下の範囲の濃度を有することを特徴とする、請求
    項2に記載の製造方法。
  21. 【請求項21】前記無機鉱物充填剤が、前記の成形可能
    な混合物中の全固形分の20重量%〜80重量%の範囲の濃
    度を有することを特徴とする、請求項2に記載の製造方
    法。
  22. 【請求項22】前記無機鉱物充填剤が、前記の成形可能
    な混合物中の全固形分の30重量%〜70重量%の範囲の濃
    度を有することを特徴とする、請求項1にまたは2記載
    の製造方法。
  23. 【請求項23】前記無機鉱物充填剤が、粘土、石膏、炭
    酸カルシウム、雲母、シリカ、アルミナ、砂、砂礫、砂
    岩、石灰岩、およびそれらの混合物からなる群より選ば
    れることを特徴とする、請求項2に記載の製造方法。
  24. 【請求項24】前記無機鉱物充填剤が、他の材料を添加
    する前のそれ自体の充填密度(natural packing densit
    y)における所定の値を達成するために個々の大きさが
    最適になっている粒子を含むことを特徴とする、請求項
    2に記載の製造方法。
  25. 【請求項25】前記無機鉱物充填剤の前記充填密度の所
    定の値が0.65より大きいことを特徴とする請求項24に記
    載の製造方法。
  26. 【請求項26】前記無機鉱物充填剤が、パーライト、バ
    ーミキュライト、中空ガラス球、多孔質セラミック球、
    軽石、およびそれらの混合物からなる群より選ばれるこ
    とを特徴とする、請求項2に記載の製造方法。
  27. 【請求項27】前記繊維性材料が、前記の成形可能な混
    合物中の全固形分の3重量%〜40重量%の範囲の濃度を
    有することを特徴とする、請求項1または2に記載の製
    造方法。
  28. 【請求項28】前記繊維性材料が、前記の成形可能な混
    合物中の全固形分の5重量%〜30重量%の範囲の濃度を
    有することを特徴とする、請求項1または2に記載の製
    造方法。
  29. 【請求項29】前記繊維性材料が、前記の成形可能な混
    合物中の全固形分の7重量%〜20重量%の範囲の濃度を
    有することを特徴とする、請求項1または2に記載の製
    造方法。
  30. 【請求項30】前記繊維性材料が、麻繊維、綿繊維、バ
    ガス繊維、マニラ麻繊維、亜麻、南国のマツの繊維、南
    国の硬木繊維、およびそれらの混合物からなる群より選
    ばれることを特徴とする、請求項1または2に記載の製
    造方法。
  31. 【請求項31】前記繊維性材料が、ガラス繊維、シリカ
    繊維、セラミック繊維、炭素繊維、金属繊維、およびそ
    れらの混合物からなる群より選ばれる無機繊維を含むこ
    とを特徴とする、請求項1または2に記載の製造方法。
  32. 【請求項32】前記繊維性材料が、個々のアスペクト比
    が少なくとも10:1の繊維を含むことを特徴とする、請求
    項1または2に記載の製造方法。
  33. 【請求項33】前記繊維性材料が、個々のアスペクト比
    が少なくとも100:1の繊維を含むことを特徴とする、請
    求項1または2に記載の製造方法。
  34. 【請求項34】前記の成形可能な混合物が、更に、プロ
    ラミン、コラーゲン、ゲル、にかわ、カゼイン、および
    それらの混合物または誘導体からなる群より選ばれるタ
    ンパク質系結合剤を含むことを特徴とする、請求項1ま
    たは2に記載の製造方法。
  35. 【請求項35】前記の成形可能な混合物が、更に、アル
    ギン酸、フィココロイド、寒天、アラビアゴム、グアー
    ルガム、イナゴマメガム、悟桐ガム、トラガカントゴ
    ム、およびそれらの混合物または誘導体からなる群より
    選ばれる多糖類を含むことを特徴とする、請求項1また
    は2に記載の製造方法。
  36. 【請求項36】前記の成形可能な混合物が、更に、ポリ
    ビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリビニ
    ルアルコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリアクリ
    ル酸、ポリアクリル酸塩、ポリビニルアクリル酸、ポリ
    ビニルアクリル酸塩、ポリアクリルアミド、ポリ酪酸、
    エチレンオキシドポリマー、ラテックス、およびそれら
    の混合物または誘導体からなる群より選ばれる合成有機
    結合剤を含むことを特徴とする、請求項1または2に記
    載の製造方法。
  37. 【請求項37】前記の成形可能な混合物が2kPaより大き
    い降伏強さを有することを特徴とする請求項1または2
    に記載の製造方法。
  38. 【請求項38】前記の成形可能な混合物が100kPaより大
    きい降伏強さを有することを特徴とする請求項1または
    2に記載の製造方法。
  39. 【請求項39】前記デンプン顆粒がゲル化温度を有して
    おり、かつ、前記のセルロースエーテルが、デンプン顆
    粒のゲル化温度がセルロースエーテルの熱ゲル化温度よ
    りも高いような熱析出温度を有することを特徴とする、
    請求項1または2に記載の製造方法。
  40. 【請求項40】前記の水が、前記の成形可能な混合物の
    5重量%〜80重量%の範囲の濃度を有することを特徴と
    する、請求項1または2に記載の製造方法。
  41. 【請求項41】前記の水が、前記の成形可能な混合物の
    10重量%〜70重量%の範囲の濃度を有することを特徴と
    する、請求項1または2に記載の製造方法。
  42. 【請求項42】前記の水が、前記の成形可能な混合物の
    20重量%〜50重量%の範囲の濃度を有することを特徴と
    する、請求項1または2に記載の製造方法。
  43. 【請求項43】更に可塑剤を含むことを特徴とする請求
    項1または2に記載の製造方法。
  44. 【請求項44】更に、前記の実質的に硬化したシートを
    グリセリンで処理する工程を含むことを特徴とする、請
    求項1または2に記載の製造方法。
  45. 【請求項45】前記のグリセリンが水と混合されている
    ことを特徴とする請求項44に記載の製造方法。
  46. 【請求項46】前記の実質的に硬化したシートが10cmま
    での厚みを有することを特徴とする請求項1または2に
    記載の製造方法。
  47. 【請求項47】前記の実質的に硬化したシートが1cm未
    満の厚みを有することを特徴とする請求項1または2に
    記載の製造方法。
  48. 【請求項48】前記の実質的に硬化したシートが5mm未
    満の厚みを有することを特徴とする請求項1または2に
    記載の製造方法。
  49. 【請求項49】前記の実質的に硬化したシートが3mm未
    満の厚みを有することを特徴とする請求項1または2に
    記載の製造方法。
  50. 【請求項50】前記の実質的に硬化したシートが1mm未
    満の厚みを有することを特徴とする請求項1または2に
    記載の製造方法。
  51. 【請求項51】シート中で繊維が実質的にランダムに配
    向しているシートを製造することを特徴とする請求項1
    または2に記載の製造方法。
  52. 【請求項52】シート中で繊維が実質的に一方向に配向
    しているシートを製造することを特徴とする請求項1ま
    たは2に記載の製造方法。
  53. 【請求項53】シート中で繊維が実質的に二方向に配向
    しているシートを製造することを特徴とする請求項1ま
    たは2に記載の製造方法。
  54. 【請求項54】密度に対する引張強度の比が2MPa・cm3/
    g〜500MPa・cm3/gの範囲にあるシートを製造することを
    特徴とする、請求項1または2に記載の製造方法。
  55. 【請求項55】密度に対する引張強度の比が5MPa・cm3/
    g〜約150MPa・cm3/gの範囲にあるシートを製造すること
    を特徴とする、請求項1または2に記載の製造方法。
  56. 【請求項56】引張強度が0.05MPa〜100MPaの範囲にあ
    るシートを製造することを特徴とする請求項1または2
    に記載の製造方法。
  57. 【請求項57】引張強度が5MPa〜80MPaの範囲にあるシ
    ートを製造することを特徴とする請求項1または2に記
    載の製造方法。
  58. 【請求項58】密度が約1g/cm3より大きいシートを製造
    することを特徴とする請求項1または2に記載の製造方
    法。
  59. 【請求項59】密度が約1.5g/cm3より大きいシートを製
    造することを特徴とする請求項1または2に記載の製造
    方法。
  60. 【請求項60】完全に破れることなく、0.5%〜12%の
    範囲で伸長することができるシートを製造することを特
    徴とする、請求項1または2に記載の製造方法。
  61. 【請求項61】水分解可能なシートを製造することを特
    徴とする請求項1または2に記載の製造方法。
  62. 【請求項62】更に、前記の実質的に硬化したシートを
    波形にする工程を含むことを特徴とする、請求項1また
    は2に記載の製造方法。
  63. 【請求項63】更に、前記の実質的に硬化したシートを
    クレープ処理する工程を含むことを特徴とする、請求項
    1または2に記載の製造方法。
  64. 【請求項64】更に、前記の実質的に硬化したシートを
    パーチメント処理する工程を含むことを特徴とする、請
    求項1または2に記載の製造方法。
  65. 【請求項65】更に、前記の実質的に硬化したシートに
    被覆剤を塗布する工程を含むことを特徴とする、請求項
    1または2に記載の製造方法。
  66. 【請求項66】更に、前記の実質的に硬化したシートに
    第二のシートを積層する工程を含むことを特徴とする、
    請求項1または2に記載の製造方法。
  67. 【請求項67】更に、前記の実質的に硬化したシートに
    証印をつける工程を含むことを特徴とする、請求項1ま
    たは2に記載の製造方法。
  68. 【請求項68】更に、前記の実質的に硬化したシートに
    ヒンジを形成する工程を含むことを特徴とする、請求項
    1または2に記載の製造方法。
  69. 【請求項69】更に、前記の実質的に硬化したシートに
    目打ちする工程を含むことを特徴とする、請求項1また
    は2に記載の製造方法。
  70. 【請求項70】更に、前記の実質的に硬化したシートで
    容器を作る工程を含むことを特徴とする、請求項1また
    は2に記載の製造方法。
  71. 【請求項71】更に、前記の実質的に硬化したシートを
    スプールに巻き付ける工程を含むことを特徴とする、請
    求項1または2に記載の製造方法。
  72. 【請求項72】更に、前記の実質的に硬化したシートを
    切断して、より小さなシート片にする工程を含むことを
    特徴とする、請求項1または2に記載の製造方法。
  73. 【請求項73】更に、前記の実質的に硬化したシートを
    所望の形に熱成形するために加熱する工程を含むことを
    特徴とする、請求項1または2に記載の製造方法。
  74. 【請求項74】更に、前記の実質的に硬化したシートを
    再度湿らす工程を含むことを特徴とする、請求項1また
    は2に記載の製造方法。
  75. 【請求項75】更に、前記の実質的に硬化したシートを
    らせん状に巻いて所望の形とする工程を含むことを特徴
    とする、請求項1または2に記載の製造方法。
  76. 【請求項76】デンプン結合シートを製造する方法であ
    って: (a)少なくとも水と、ゲル化温度を有する実質的にゲ
    ル化されていないデンプン顆粒と、熱析出温度を有する
    セルロースエーテルと、および繊維性材料とを合わせて
    混合して、成形可能な混合物を形成する工程と; (b)前記の成形可能な混合物を少なくとも1組の形成
    ローラの間に通すことによって最初の未焼成シートに成
    形する工程であって、その際、セルロースエーテルが最
    初の未焼成シートの外表面上に皮膜を形成し、かつ、デ
    ンプン顆粒がゲル化したときにシートが実質的に形成ロ
    ーラに付着しないような、セルロースエーテルの熱析出
    温度かまたはそれより高い温度を前記形成ローラが有し
    ているところの工程と; (c)前記の最初の未焼成シートを、デンプンの少なく
    とも一部が実質的にゲル化するような、デンプン顆粒の
    ゲル化温度より高い温度を有する少なくとも1組のロー
    ラの間を通して、中間の未焼成シートを形成する工程
    と;そして (d)前記の中間の未焼成シートから実質的な水の部分
    を除去するために、そのシートを加熱して、実質的に乾
    燥したデンプンとセルロースエーテルを含む結合マトリ
    ックスを有する実質的に硬化したシートを形成する工程
    と、を具えることを特徴とする方法。
  77. 【請求項77】前記成形可能な混合物を形成する工程
    (a)において、無機骨材充填剤をさらに混合すること
    を特徴とする請求項76に記載の方法。
  78. 【請求項78】デンプン結合シートを製造する方法であ
    って: (a)少なくとも水と、ゲル化温度を有する実質的にゲ
    ル化されていないデンプン顆粒と、熱析出温度を有する
    セルロースエーテルと、および繊維性材料とを合わせて
    混合して、2kPaより大きい降伏強度を有する成形可能な
    混合物を形成する工程であって、前記デンプン顆粒が前
    記の成形可能な混合物中の全固形分の5重量%〜90重量
    %の範囲の濃度を有し、前記セルロースエーテルが前記
    の成形可能な混合物中の全固形分の0.5重量%〜10重量
    %の範囲の濃度を有し、前記繊維が前記の成形可能な混
    合物中の全固形分の3重量%〜40重量%の範囲の濃度を
    有しているところの工程と; (b)前記の成形可能な混合物を少なくとも1組の形成
    ローラの間に通すことによって最初の未焼成シートに成
    形する工程であって、その際、前記形成ローラが、セル
    ロースエーテルが最初の未焼成シートの外表面上に皮膜
    を形成し、かつ、デンプン顆粒がゲル化したときにシー
    トが実質的に形成ローラに付着しないような、セルロー
    スエーテルの熱析出温度かまたはそれより高い温度を有
    しているところの工程と; (c)前記の最初の未焼成シートを、デンプンの少なく
    とも一部が実質的にゲル化するような、デンプン顆粒の
    ゲル化温度より高い温度を有する少なくとも1組のロー
    ラの間に通して、中間の未焼成シートを形成する工程
    と;そして (d)前記の中間の未焼成シートから実質的な水の部分
    を除去するために、そのシートを加熱して、実質的に乾
    燥したデンプンとセルロースエーテルを含む結合マトリ
    ックスを有する実質的に硬化したシートを形成する工程
    と、を具えることを特徴とする方法。
  79. 【請求項79】前記成形可能な混合物を形成する工程
    (a)において、成形可能な混合物中の全固形分の0重
    量%を超えるとともに90重量%以下の範囲の濃度の無機
    骨材充填剤をさらに混合することを特徴とする請求項78
    に記載の方法。
  80. 【請求項80】以下の工程を具える方法によって形成さ
    れることを特徴とするデンプン結合シート: (a)少なくとも水と、実質的にゲル化されていないデ
    ンプン顆粒と、セルロースエーテルと、および繊維性材
    料とを合わせて混合して、成形可能な混合物を形成する
    工程と; (b)前記の成形可能な混合物を少なくとも1組の形成
    ローラの間に通すことによって最初の未焼成シートに成
    形する工程であって、その際、前記形成ローラが、セル
    ロースエーテルが最初の未焼成シートの外表面上に皮膜
    を形成するような温度であって、かつ、デンプン顆粒が
    ゲル化したときにシートが実質的に形成ローラに付着し
    ないような温度を有しているところの工程と; (c)前記の最初の未焼成シートを、デンプンの少なく
    とも一部が実質的にゲル化するような温度を有する少な
    くとも1組のローラの間に通して、中間の未焼成シート
    を形成する工程と;そして (d)前記の中間未焼成シートから実質的な水の部分を
    除去するために、そのシートを加熱して、実質的に乾燥
    したデンプンとセルロースエーテルを含む結合マトリッ
    クスを有する実質的に硬化したシートを形成する工程。
  81. 【請求項81】前記成形可能な混合物を形成する工程
    (a)において、無機骨材充填剤をさらに混合すること
    を特徴とする請求項80に記載の方法。
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