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JP3593661B2 - Biodegradable resin composition - Google Patents

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JP3593661B2
JP3593661B2 JP2002007805A JP2002007805A JP3593661B2 JP 3593661 B2 JP3593661 B2 JP 3593661B2 JP 2002007805 A JP2002007805 A JP 2002007805A JP 2002007805 A JP2002007805 A JP 2002007805A JP 3593661 B2 JP3593661 B2 JP 3593661B2
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誠吾 竹中
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ダイトーエムイー株式会社
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生分解性樹脂組成物に関する。より詳しくは、未加工澱粉と、熱可塑性を有する生分解性樹脂(生分解性ポリマー)とを必須成分とする混合物を加熱・溶融して得られる生分解性樹脂組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、地球環境保護の観点から、天然高分子を利用した生分解性プラスチックの分野が注目されてきている。天然高分子である澱粉とその他の合成樹脂を複合化した生分解性組成物に関しても、いくつかの発明がなされている。
【0003】
澱粉とその他の合成樹脂とを複合化(ブレンド)する場合、通常、澱粉と合成樹脂とからなる混合物を加熱・溶融し、必要により水を添加して押出成形機等を使用してコンパウンドとされることが多い。しかし、押出成形機を使用する方法では加熱時に発生する水蒸気の影響により、良質なコンパウンドを得難いという問題があった。
【0004】
すなわち、均一なコンパウンドを得るためには、澱粉及び樹脂が充分に分散又は相溶するような温度まで加熱する必要がある。なお、未加工澱粉の溶融温度は約120℃以上と非常に高い。そのため樹脂の溶融温度においては、水蒸気が発生し、押出成形機の押出圧に抗する水蒸気圧により押出成形性が悪くなる。また、発生した水蒸気により、成形品に気泡が混入してしまう。
【0005】
そのため、従来、水の添加量をできるかぎり少なくして上記問題を解決する方法が提案されている。例えば、水を添加せず、かつ含水率の少ない変性(denaturated)澱粉と特定の生分解性樹脂とを使用して、生分解樹脂組成物を得る方法(特開平11−228736号公報参照)や、水の代わりに尿素等の変性剤(denaturant)及び可塑剤を加えて生分解性樹脂組成物を得る方法(特開平11−335401号公報参照)等が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報記載の方法では、ともに水分含有量が少ないため、得られる生分解性樹脂組成物の透明性が低かった。さらに、溶融物は水分含有量が低いため、高粘度であって均一に相溶又は分散(均一化)し難かった。
【0007】
また、系内から完全に水を排除することは不可能であるため、圧力上昇や、気泡混入の問題を完全に解決することはできなかった。
【0008】
系内から完全に水を排除することができない理由は下記の如くである。澱粉粒は、分子が無秩序に集合したものではなく、部分的に微小な結晶状の構造が発達した微結晶構造であるとされている。澱粉分子は相互に水素結合したり、若しくは水分子と水素結合したりして安定化しているものと考えられる。
【0009】
上記構造により、澱粉粒は水素結合による強固な核で自らの含水率をコントロールしようとする性質を有する。そのため、乾燥澱粉であっても通常は平衡水分として一定量の水分子を含んでいるからである。
【0010】
本発明は、変性剤や変性澱粉を使用しなくとも、汎用の生分解性樹脂と均一化させることが可能であって、また、系内の水の多少にかかわらず、良質な生分解性樹脂組成物を提供すること、及び該生分解性樹脂組成物を製造可能な生分解性樹脂製造プラントを提供することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意研究・開発に努力する過程で、下記構成の生分解性樹脂組成物、及び生分解性樹脂製造プラントに想到した。
【0012】
本発明の生分解性樹脂組成物は、未加工澱粉と、熱可塑性を有する生分解性樹脂とを必須成分とする混合物を加熱・溶融して得られるものであって、
混合物の加熱・溶融を、ベント穴及び機械的剪断力を付与可能なフライト(ねじ山)を有する剪断押出機を使用して行うことにより、混合物から発生する水蒸気を除去しつつ、混合物に機械的剪断力を加えて、未加工澱粉の分子間水素結合を分断して、均一化させたことを特徴とする。
【0013】
上記構成において、混合物の質量組成比は、80/100<未加工澱粉(乾燥澱粉基準)/脂肪族ポリエステル≦70/30であるとともに、該未加工澱粉と脂肪族ポリエステルの合計量100%に対して、混合物の溶融温度以上の沸点を有する可塑剤:5〜20%、滑剤:0〜1%とすることができる。
【0014】
上記可塑剤とし多価アルコールを使用する。多価アルコールとしては、、グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、エリトリット、アラビット、ソルビットの中から単独又は2種以上選択でき、特にグリセリンの場合、良質なコンパウンドが得られる。
【0015】
上記滑剤として、脂肪酸アミド(脂肪酸アマイド)を使用する。特に、ステアリン酸アミドを使用すると良質のコンパウンドを得ることができる。
【0016】
また、本発明の生分解性樹脂製造プラントは、上記生分解性樹脂組成物を製造するために使用されるものであって、
未加工澱粉と、熱可塑性を有する生分解性樹脂とを必須成分とする混合物を均一混合可能なヘンシェルミキサと、
混合物を混練・剪断するために使用する、ベント穴及び機械的剪断力を付与可能なフライト(ねじ山)を有する剪断押出機と、
剪断押出機から押し出された生分解性樹脂組成物をペレット化するペレット成形機と、
ペレット成形機により成形されたペレットの大きさを選別するペレット選別機と、
を備えてなることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明を行う。なお、本明細書中において、配合比率を表す「%」は、特に断らない限り、「質量%」を示すものである。また、水分は湿量基準含水率:w[kg/ kg(wet stock)] を意味する。
【0018】
本発明の生分解性樹脂組成物は、コンパウンドであって、各種生分解性樹脂製品向けに使用が可能である。
【0019】
ここで、コンパウンドとは、「合成樹脂あるいはゴムに、必要に応じて可塑剤、硬化剤、充填剤、着色剤、安定剤、強化剤など各種配合剤を加えて混合し、そのままの状態で成形加工することができるようにした材料」(「図解 プラスチック用語辞典 第2版」 日刊工業新聞社(1994) p.297 )のことであって、粉末状、粒状、ペレット状、ペースト状、顆粒状、小球状等、形状はいずれでもよい。
【0020】
そして、本発明の生分解性樹脂組成物は、未加工澱粉と、熱可塑性を有する生分解性樹脂とを必須成分とする混合物を加熱・溶融して得られる生分解性樹脂組成物であることを基本的特徴とする。
【0021】
未加工澱粉とは、植物中に存在する天然澱粉そのものであって、変性処理が施されていない澱粉のことをいう。
【0022】
なお、変性には、▲1▼主原料に他の単量体を加え共重合や共縮合したり、ある高分子化合物に他の高分子化合物を結合(ブロック共重合、グラフト共重合)したり混合する変性(modification) :いわゆる化学的変性と、▲2▼イオン結合、水素結合、疎水結合等の分子内非共有性結合により保持している固有の立体構造を、加熱などの物理的処理や、pHの変化などの化学的処理によって切断する、化学組成変化をほとんど伴わない変性(denaturation) :いわゆる物理的変性とがある(「図解 プラスチック用語辞典 第2版」 日刊工業新聞社(1994) p.741 参照)。
【0023】
未加工澱粉としては、天然又は植物起源の、本質的にアミロース及び/又はアミロペクチンからなる澱粉全てが好適に使用可能である。具体的には、トウモロコシ澱粉、ジャガイモ澱粉、コメ澱粉、タピオカ澱粉、穀類(ライムギ、カラスムギ、小麦等)由来の澱粉等を例示することができ、これらの中から単独又は2種以上を選択して使用することができる。特にトウモロコシ澱粉(コーンスターチ)が入手し易く望ましい。
【0024】
また、未加工澱粉は、含水率の制限なく使用することができ、乾燥澱粉(平衡水分(RH:81%のときの)として約13.5%以下の水分を含有するもの)から、湿潤状態の澱粉まで使用可能である。乾燥状態の未加工澱粉を使用すれば、後述の如く、加熱時における蒸気の発生を少なくすることができる。一方、含水率が高い未加工澱粉を使用すれば、生分解性樹脂組成物の透明性が良好となる。よって、含水率は、目的物に応じて適宜設定可能である。なお、含水率の上限は特に規定しないが、約60%前後で効果(透明性に関して)が飽和する。
【0025】
なお、トウモロコシ澱粉を原料とした精製後の未加工乾燥澱粉の平衡水分は、RH:約81%の際、約12〜13%である。
【0026】
一方、生分解性樹脂としては、熱可塑性を有するものであれば、現在市販されているあらゆる生分解性樹脂を好適に使用することができる。澱粉との相溶性が高い樹脂を使用すれば、均一に相溶した生分解性樹脂組成物が得られ、また、澱粉との相溶性が低い樹脂であっても、均一に分散した生分解性樹脂組成物を得ることが可能である。
【0027】
例えば、酢酸セルロース、(キトサン/セルロース/澱粉)重合系、(澱粉/化学合成グリーンプラ(R))重合系、(脂肪族ポリエステル/芳香族ポリエステル)重合系(copolymer of aliphatic and aromatic polyester)等の天然高分子由来のものや、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリ(ブチレンサクシネート/アジペート)、ポリ(ブチレンサクシネート/カーボネート)、ポリエチレンサクシネート、ポリ(ブチレンサクシネート/テレフタレート)、ポリビニルアルコール、ポリ(グリコール/ジカルボン酸)(Glycols and dicarboxylic acid) 等の合成高分子、ポリ(ヒドロキシブチレート/ヒドロキシバリデート)等の微生物産生系高分子等の中から単独又は2種以上選択して使用することができる。
【0028】
より具体的には、化学合成グリーンプラ(R)として市販されている、「ビオノーレ(R)」(昭和高分子(株)・昭和電工(株)製)、「セルグリーン(R)PH」(ダイセル化学工業(株)製)、「ラクティ(R)」((株)島津製作所製)、「テラマック(R)」(ユニチカ(株)製)、「ユーペック(R)」(三菱ガス化学(株)製)、「レイシア(R)」(三井化学(株)製)、「エコフレックス(R)」(BASFジャパン(株)製)、「エンポル(TM)」(IRe CHEMICAL社製)等が使用可能である。
【0029】
ここで、グリーンプラ(R)とは、有害重金属等を基本的に含まず、生分解性と安全性が一定基準値以上にあることが確認された材料だけから構成される生分解性プラスチックの総称である(登録商標第3364196号)。グリーンプラ(R)と澱粉とを使用した生分解性樹脂組成物は、生分解性が非常に良好である。
【0030】
さらに、上記混合物には必然的ではないが、その他の添加剤を添加することができる。例えば、混合物の溶融温度以上の沸点を有する可塑剤を添加して可塑性を改善することができる。なお、澱粉の溶融温度は、トウモロコシ澱粉で、約120℃以上である。
【0031】
上記可塑剤として、多価アルコールを使用する。具体的には、グリセリン(bp.290℃)、エチレングリコール(bp.197.7℃)、プロピレングリコール(bp.188.2℃)、トリメチレングリコール(bp.214.2℃)、テトラメチレングリコール(bp.235℃)、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、エリトリット(bp. 329〜 331℃)、アラビット、ソルビットから単独又は二種以上選択して使用することができる(「化学便覧 基礎編I」日本化学会編(S.41・9・25)丸善 参照)。これらのうちで、特にグリセリンが望ましい。
【0032】
さらに、上記混合物には、滑剤を添加して溶融速度、溶融粘度、安定性等を改善することができる。
【0033】
滑剤としては、脂肪酸アミド系、脂肪酸系、アルコール系、脂肪酸エステル系、炭化水素系、金属石けん系等があるが、ここでは、使用する樹脂との兼ね合いで脂肪酸アミド系を使用する
【0034】
脂肪酸アミド系滑剤としては、ステアリン酸アミド、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ベニン酸アミド、メチレン−ビス−ステアラアミド、エチレン−ビス−ステアラアミド、エチレン−ビス−ヒドロキシ−ステアラアミド、ヒドロキシステアラアミド、メチロールアミド、エルカ酸アミド、レシチン−モノ−リン酸アルキル、レシチン−ジ−リン酸アルキル等があるが、特にステアリン酸アミドが好適に使用できる。
【0035】
上記混合物にはさらに、滑剤以外の添加剤として、カーボンブラック等の紫外線安定剤、難燃剤、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド等の架橋剤、抗菌剤、除草剤、酸化防止剤、肥料、乳白剤、安定剤等を含有することもできる。
【0036】
そして、上記混合物の質量組成比は、例えば、80/100<未加工澱粉(乾燥澱粉基準)/脂肪族ポリエステル≦70/30(望ましくは60/40)とする。さらに望ましくは未加工澱粉(乾燥澱粉基準)/脂肪族ポリエステル≒50/50とする。上記において、未加工澱粉と脂肪族ポリエステルの合計量100%に対して、混合物の溶融温度以上の沸点を有する可塑剤(多価アルコール):5〜20%、滑剤(脂肪酸アミド):0〜1%とすると、澱粉及び生分解性樹脂の双方の特徴を生かした生分解性樹脂組成物を得ることができる。
【0037】
上記の質量組成比以外にも、種々の設計変更が可能である。すなわち、未加工澱粉と生分解性樹脂との混合比は任意であって、未加工澱粉ベースであっても、生分解性樹脂ベースであってもよい。当然、未加工澱粉の相対量が多くなれば、未加工澱粉の特性が強まり、逆に生分解性樹脂の相対量が多くなれば、生分解性樹脂の特性が強く現れる。
【0038】
可塑剤の混合比が多すぎると、相対的に生分解性樹脂や未加工澱粉の量が減るため、望ましくない。また、滑剤の混合比が多すぎても、それ以上の効果が期待できず効果が飽和してしまう。可塑剤及び滑剤は、上述の如く必須成分ではない。
【0039】
上記混合物は、均一に混合されていることが望ましい。後工程での加熱・溶融の際、より均一な生分解性樹脂組成物を得るためである。なお、混合は手作業等で行ってもよいが、後述の如く、通常の混合に使用されるヘンシェルミキサ、フラッシュミキサ等を使用することができる。
【0040】
そして上記混合物の加熱・溶融を、ベント穴及び機械的剪断力を付与可能なフライト(ねじ山)を有する剪断押出機を使用して行うことにより、混合物から発生する水蒸気を除去しつつ、混合物に機械的剪断力を加えて、前記未加工澱粉の分子間水素結合を分断して、均一化させることが本発明の最大の特徴である。
【0041】
水蒸気を除去するのは、剪断押出機を使用して上記混合物を加熱・攪拌する場合、剪断押出機の押出圧力に抗する水蒸気圧が加わるのを防止するため、及び水蒸気により、生分解性樹脂組成物内に気泡が混入するのを防止するためである。
【0042】
上記でも述べた如く、加熱時においては、平衡水分のみを含んだ乾燥状態の澱粉であっても、澱粉中に含有されている水分の蒸発が起こる。そのため、乾燥澱粉を使用する場合であっても水蒸気の除去は必要である。
【0043】
水蒸気の除去は、剪断押出機の途中などにベント穴を設けて大気開放とするか、若しくは、発生する水蒸気の量が多い場合は必要により吸引(真空吸引等)により排除すればよい。
【0044】
このように、水蒸気を加熱・溶融時に除去する構成としたため、最初から含水率の少ない澱粉を使用する必然性がない。そのため、生分解性樹脂組成物に透明性を付与するために、別途水分を添加しても押出成形性を低下させることはない。よって、澱粉の前処理や、変性剤の添加を省略することができ、工程が簡略化する。
【0045】
また、上記混合物の加熱・溶融時に機械的剪断力を与えるのは、上記未加工澱粉分子間の水素結合を少なくとも部分的に分断するためである。機械的剪断力により水素結合を破壊すれば、澱粉粒を微粉化すると同時に、生分解性樹脂と澱粉とを均一に相溶又は分散させることができる。
【0046】
機械的剪断力のない条件下では、加熱したにもかかわらず、澱粉分子の水素結合が強いため、未破壊の澱粉粒が原料に残留することとなり、均一に分散又は相溶させることができない。
【0047】
加熱・溶融後の上記混合物は、高粘性であるが、機械的剪断力の働きで効率的に分散・相溶が行われる。すなわち、低粘性や低融点の変性澱粉を使用したり、変性剤を添加しなくても均一に分散・相溶した生分解性樹脂組成物を得ることができる。
【0048】
上記機械的剪断力は、剪断押出機において、ダルメージタイプ、その他ずれ変形を付与可能なフライト(ねじ山)を有する剪断押出機を使用して付与することができる。なお、フライトとは、スクリュー溝を加工した後に残された螺旋型の山の外面部分のことをいう。
【0049】
本発明の生分解性樹脂組成物の製造に使用可能な剪断押出機のモデル図を図1に示す。図1の剪断押出機12は、図示しない加熱手段を備えてなる単軸型の剪断押出機である。シリンダー14内部にスクリュー16を備えてなり、シリンダー14には、第1ベント穴18a、第2ベント穴18bが設けられている。第1ベント穴18a、第2ベント穴18bは、それぞれ真空ポンプ等に接続可能とされており、原料から発生する水蒸気を効率的に剪断押出機外へ除去可能とされている。
【0050】
なお、具体的なスクリュー形状は、図4に示すようなものとなる。
【0051】
ベント穴の径は130mm押出機(シリンダ内径130mm)の場合、例えば40mm×90mmの角型ベント穴とすることができる。また、ベント穴の個数は最大3個設ければよい。
【0052】
スクリュー16には、フライト20、溝部22が形成されている。剪断押出機の投入口側の原料投入口24から投入された原料は、スクリュー16の溝部22を黒矢印方向に移動して剪断押出機12から排出され、排出口側に備えられた造粒機26等により造粒される。
【0053】
上記原料は、第1ベント穴18aから第2ベント穴18bの区間では半溶融状態で存在しており、この区間が剪断・混練に効果的である。
【0054】
フライト20の排出口側は、溶融状態の原料が後退し、脈動するように透き間が設けられた構成とする。原料が後退しつつ、何度も剪断・混練を繰り返しながら原料を押し出すことができるため、混練性が向上し、より均一な混合が可能となるからである。
【0055】
図4に望ましい具体的態様の先端に造粒手段126を備えた剪断押出機112を示す。ここで、図1における対応部位については、2桁の図符号に頭に「1」を付して3桁図符号として、それらの説明の全部又は一部を省略する。
【0056】
スクリュー116は、第一ベント穴(水分吸引孔:水蒸気除去穴)118aの手前において第一剪断/圧縮混練区間が形成されている。この第一剪断/圧縮混練区間は、複数個(図例では3個)の谷部(溝部)122に渡り、ねじ山の両側部から所定角度(60〜180°)戻し変位させて始まる複数個の混練隆起部(スクリューネジ山より低い。)123a、123bが形成されている。この混練隆起部123a、123bの存在により谷部間の断面積が小さくなり圧縮作用を受けると共に、混練隆起部123a、123b間の変位により、溶融原料には、谷部122の戻し作用が発生して溶融原料の部分的に前後移動(流動)が繰り返されて圧縮・剪断の流動現象が発生する。こうして原料は、半溶融であっても、この圧縮・剪断作用を受けながら、全体として本体スクリューにより前進移動をする。なお、この第一剪断/圧縮混練区間は、原料が半溶融状態にあり圧縮・剪断混練が最も効果的な区間である。また、混練隆起部123は谷部122の底面から逓増して形成されている。
【0057】
また、第二ベント穴(水分吸引孔:水蒸気除去穴)118bの手前において第二混練促進区間Bが形成されている。図例ではネジの始点を所定角度(60〜120°:図例では90°)ずつ戻し変位させることにより多条ネジ部(図例では4条)として形成されている。
【0058】
この変位させた多条ネジ部のねじ山(フライト)120b、120b・・・群の間で溶融原料には、部分的な前後移動(流動)を繰り返しながら圧縮・剪断の流動現象が発生する。溶融原料は、こうして圧縮・剪断の混練を受けながら、全体として本体スクリューにより前進移動をする。
【0059】
さらに、図例では押出しダイス125に面して、所定時間ごとにモータ127で回転駆動されるカッタ129が配されて造粒可能とされている。こうして造粒されたペレットは、ペレット出口131から回収コンテナ(図示せず。)に落下するようになっている。図例中133は、スクリーンメッシュである。
【0060】
本発明の生分解性樹脂組成物は例えば、図2に示す工程図に沿って製造される。すなわち、原料をヘンシェルミキサ等で混合し、その後上記記載の剪断押出機12を使用して混練・剪断し、ペレット成形等の造粒を行う。
【0061】
この際、上記剪断押出機12を含んだ、図3に示す製造プラントを使用することができる。
【0062】
図3における製造プラントは、未加工澱粉と、熱可塑性を有する生分解性樹脂とを必須成分とする混合物を均一混合可能なヘンシェルミキサ28と、
混合物を混練・剪断するために使用する、上記記載のベント穴18及び機械的剪断力を付与可能なフライト(ねじ山)20を有する剪断押出機12と、
剪断押出機から押し出された生分解性樹脂組成物をペレット化する造粒機(ペレット成形機)26と、
ペレット成形機により成形されたペレットの大きさを選別するペレット選別機30と、を備えてなることを特徴とする。
【0063】
以下、図3に基づいて、原料(被加工物)の流れに沿って製造プラントの説明を行う。なお、本発明の生分解性樹脂の製造は、下記製造プラントのみに限定されるものではない。
【0064】
まず、生分解性樹脂、生澱粉等の粉体原料を、ブレンダー32により混合する。ブレンダー32は、上部に粉体投入口34、34を備えてなるものであって、架台38上の回転槽36をモーター等により高速回転させて粉体混合を行う。粉体混合に通常使用されるブレンダーを使用することができ、例えば、ドラムブレンダー、バケットブレンダー等を例示できる。混合された粉体は、粉体定量供給機40を経て、一定量ずつヘンシェルミキサ28の混合槽48内に供給される。
【0065】
一方、必須成分ではないが、グリセリンや水等の液体原料は、液体タンク42、42から、液体ポンプ43、43により汲み上げられ液体流量計44、44を経て一定量ずつヘンシェルミキサ28の混合槽48内に供給される。
【0066】
その他必要な添加剤は、添加剤投入コンベア46を利用して同じくヘンシェルミキサ28の混合槽48内に供給される。
【0067】
ヘンシェルミキサ28では、上記材料の混合を行う。ヘンシェルミキサとは、プロペラミキサー式の高速混合機の一種であって、主として粉粒体、プラスチック原材料、着色剤及び添加剤などの均一混合、カラリング等に汎用されている(「図解 プラスチック用語辞典 第2版」 日刊工業新聞社(1994) p.741 参照)。本プラントにおいては、汎用のヘンシェルミキサを好適に使用可能である。
【0068】
通常、上記混合槽48内に設けられたプロペラ(攪拌翼)が、駆動モーター50に接続されたVベルト52により回転し、均一混合を行う構造とされている。
【0069】
均一混合された混合物は、混合物排出口54から自重落下により排出され、フィーダー56を経て、予備加熱用押出機58に搬入される。フィーダー56としては、定量供給が可能なプロペラ式フィーダーを使用することが望ましい。
【0070】
予備加熱用押出機58内では、混合物が目的の溶融温度まで加熱され、次工程の上記で述べた剪断押出機12へと搬送される。予備加熱用押出機58としては、例えば、3軸型のスクリューを使用することができる。なお、図3においては、予備加熱用押出機58から剪断押出機12への供給を、供給装置60内の縦軸スクリューを使用して強制押込みにより行う。
【0071】
剪断押出機12内には、上述の特殊なフライト20を有するスクリュー16が備えられており、効率的に剪断・混練が行われる。剪断押出機12の構造は、すでに述べたため、ここでは詳しい説明を省略する。
【0072】
剪断押出機12から排出された混練後の樹脂は、造粒機(ペレット成形機)26によりペレット化される。ペレット成形機26においても、通常樹脂成形に使用される汎用のペレット成形機を使用できる。図3においては、剪断押出機12の出口で樹脂を切断するホットカット方式のペレット成形機を使用しているが、その他、コールドカット方式、アンダーウオーターカット方式、シートカット方式、等のペレット成形機(ペレタイザ)を使用することもできる。
【0073】
成形されたペレットは、ペレット冷却槽62で冷却される。冷却は、水冷、空気冷等により容易に行うことができる。図3においては、水冷でペレットを冷却しているため、その後、ペレット乾燥機64でペレットを乾燥させた後、ペレット選別機30に搬送される。
【0074】
ペレット乾燥機64は、汎用の熱風送風手段等を備えたもので、ペレット及び熱風を供給して気流乾燥し、上部に設けられた捕集機66まで空気搬送されて回収される。回収されたペレットは、ペレット選別機30で大きさ毎に選別される。
【0075】
ペレット選別機30は、汎用品を使用することができる。具体的には、パンチングプレートやメッシュ等で形成された振動状態のスクリーン上をペレットが通過することにより大きさの選別を行う振動型選別機等を好適に使用することができる。
【0076】
選別されたペレットは、ブロア68等を使用して空気搬送によりペレット貯蔵用上部タンク70に搬送される。その後、ペレット排出口72から自動計量器76上に配された完成品ストックタンク74内にペレットが供給され、真空自動シーラ78等で包装され製品となり、完成品搬送コンベア79等で搬送される。
【0077】
上記の如く、本発明の生分解性樹脂製造プラントを使用することにより、生分解性樹脂製造において、完全自動化が実現可能となる。
【0078】
上記における生分解性樹脂組成物の製造条件としては、押出圧力:約60kg/cm以上、押出温度約130〜160℃とする。押出温度が低過ぎると、澱粉や生分解性樹脂の溶融温度に到達せず、樹脂が溶融せずに残り、可塑化できない。また、押出温度が高すぎると、澱粉や生分解性樹脂の解重合がおこり、特性が失われる。
【0079】
上記加熱・溶融処理後は、未変性澱粉は熱変性(denaturation) されて、α化澱粉となる。なお、未加工澱粉は、冷水に対して水不溶性である。溶融状態で機械的剪断力を加えて微粉化した澱粉は水難溶性と、若干溶解性が良好となる。
【0080】
なお、これまでの記載では、未加工澱粉を使用することを前提として説明を行ったが、該記載は、変性澱粉の使用を積極的に排除するものではない。本発明は、あくまでも低融点・低粘度の変性澱粉や、低含水率の変性澱粉を使用しなくても、植物由来の未加工澱粉を直接使用できることを示すにすぎず、当然変性澱粉を使用することも可能である。
【0081】
使用可能な変性澱粉としては、未加工澱粉の分解物である、デキストリン、酸処理澱粉、酸化澱粉、未加工澱粉の誘導体である架橋澱粉、澱粉エステル、澱粉エーテル、グラフト共重合体等が挙げられる。
【0082】
例えば、澱粉エステルの例として、アセチル化澱粉があるが、アセチル化処理された澱粉を使用することにより、澱粉の耐老化性・透明性を改善することができる。アセチル化は上記に記載した本発明の混合物に無水酢酸、酢酸、無水イタコン酸、酢酸ビニル、塩化アセチル、ケテン等のアセチル化剤を添加するだけでよい。アセチル化剤の添加量は、例えば混合物全体の約0.05〜1%とすればよい。
【0083】
【発明の効果】
本発明の生分解製樹脂組成物は、原料となる混合物の加熱・溶融時において、発生する水蒸気を除去しつつ、混合物に機械的剪断力を加えて、未加工澱粉の分子間水素結合を分断して、均一化させたことにより、従来の如く、変性剤や変性澱粉を使用しなくとも、汎用の生分解性樹脂と澱粉とを均一化させることが可能となった。また、系内の水の多少にかかわらず、良質な生分解性樹脂組成物を提供することが可能となった。
【0084】
【実施例】
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明を行う。実施例において混合物に使用した原料および混合量を記載する。
【0085】
・トウモロコシ澱粉(未加工澱粉:アメリカ産黄色デント種(馬歯種)):約45%
・生分解性樹脂(MFR:1.4g/10min (190℃、2.16kg荷重):約40%
・グリセリン(可塑剤:純度98.5%以上):約15%
・ステアリン酸アミド(滑剤:純度98%以上):約0.5%
上記各原料を使用して、発明の詳細な説明で詳述した生分解性樹脂製造プラントにより、加熱温度:ダイス部分138℃、その他140℃、押出圧力:60kg/cm2、剪断用スクリュー直径:129.8mm、シリンダー内径:130mmの条件で押出成形し、ペレットを作成した。剪断押出機の剪断開始部分と、終了部分には、ベント穴を設けて水蒸気の除去が可能な構成とした。なお、水蒸気の除去は真空ポンプを使用して行った。
【0086】
その結果、トウモロコシ澱粉と生分解性樹脂が均一に分散した生分解性樹脂が得られることが確認でき、また押出し成形性も良好であった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の生分解性樹脂組成物の製造に使用可能な剪断押出機のモデル図である。
【図2】本発明の生分解性樹脂組成物の製造工程図である。
【図3】図1の剪断押出機を含んだ本発明の生分解性樹脂製造プラント図である。
【図4】本発明の生分解樹脂組成物の製造に使用する剪断押出機の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
12…剪断押出機
14…シリンダー
16、…スクリュー
18a、18b…ベント穴
20…フライト(ねじ山)
22…溝部
26…造粒機
28…ヘンシェルミキサ
30…ペレット選別機
62…ペレット冷却槽
64…ペレット乾燥機
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a biodegradable resin composition. More specifically, the present invention relates to a biodegradable resin composition obtained by heating and melting a mixture containing raw starch and a thermoplastic biodegradable resin (biodegradable polymer) as essential components.
[0002]
[Prior art]
In recent years, from the viewpoint of global environmental protection, the field of biodegradable plastics using natural polymers has attracted attention. Several inventions have also been made on biodegradable compositions in which starch, which is a natural polymer, and other synthetic resins are complexed.
[0003]
When a starch and another synthetic resin are compounded (blended), usually, a mixture of the starch and the synthetic resin is heated and melted, and if necessary, water is added and the compound is formed using an extruder or the like. Often. However, the method using an extruder has a problem that it is difficult to obtain a high-quality compound due to the influence of steam generated during heating.
[0004]
That is, in order to obtain a uniform compound, it is necessary to heat to a temperature at which the starch and the resin are sufficiently dispersed or compatible. The melting temperature of the raw starch is as high as about 120 ° C. or higher. Therefore, at the melting temperature of the resin, steam is generated, and the extrudability is deteriorated by the steam pressure against the extrusion pressure of the extruder. In addition, bubbles are mixed into the molded article due to the generated water vapor.
[0005]
Therefore, conventionally, there has been proposed a method for solving the above problem by minimizing the amount of water added. For example, a method of obtaining a biodegradable resin composition using a denatured starch having a low water content and a specific biodegradable resin without adding water (see JP-A-11-228736), There has been proposed a method of obtaining a biodegradable resin composition by adding a denaturant such as urea and a plasticizer instead of water (see JP-A-11-335401).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the methods described in the above publications, the resulting biodegradable resin compositions were low in transparency because of low water content. Furthermore, since the melt has a low water content, it has a high viscosity and is difficult to uniformly dissolve or disperse (homogenize).
[0007]
In addition, since it is impossible to completely remove water from the system, it has not been possible to completely solve the problems of pressure increase and air bubble mixing.
[0008]
The reason why water cannot be completely eliminated from the system is as follows. It is said that the starch granules are not a cluster of molecules randomly but have a microcrystalline structure in which a partially fine crystalline structure is developed. It is considered that the starch molecules are stabilized by hydrogen bonding with each other or hydrogen bonding with water molecules.
[0009]
Due to the above structure, starch granules have a property of controlling their own water content by a strong nucleus due to hydrogen bonding. For this reason, even dry starch usually contains a certain amount of water molecules as equilibrium water.
[0010]
The present invention can be homogenized with a general-purpose biodegradable resin without using a denaturing agent or a modified starch, and can provide a high-quality biodegradable resin regardless of the amount of water in the system. It is an object to provide a composition and to provide a biodegradable resin production plant capable of producing the biodegradable resin composition.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively researched and developed a biodegradable resin composition and a biodegradable resin manufacturing plant having the following configurations.
[0012]
The biodegradable resin composition of the present invention is obtained by heating and melting a mixture containing raw starch and a biodegradable resin having thermoplasticity as essential components,
The mixture is heated and melted by using a shear extruder having a vent hole and a flight (screw) capable of imparting a mechanical shearing force. It is characterized by applying a shearing force to break the intermolecular hydrogen bonds of the raw starch to make it uniform.
[0013]
In the above configuration, the mass composition ratio of the mixture is80/100 <raw starch (based on dry starch) / aliphatic polyester ≦ 70/30AndFor a total amount of 100% of the raw starch and the aliphatic polyester,Plasticizer having a boiling point above the melting temperature of the mixture: 5~ 20%, lubricant: 011%.
[0014]
As the above plasticizerhandUse polyhydric alcohol. As polyhydric alcohol,, Glycerin, ethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, tetramethylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, erythrit, arabbit, sorbit alone or can be selected from two or more,Especially for glycerin,Good quality compounds can be obtained.
[0015]
As the above lubricanthand,Fatty acid amide (fatty acid amide)useUseYou.In particular, when stearic acid amide is used, a high quality compound can be obtained.
[0016]
Further, the biodegradable resin production plant of the present invention is used for producing the biodegradable resin composition,
A raw starch and a Henschel mixer capable of uniformly mixing a mixture containing a biodegradable resin having thermoplasticity as an essential component,
A shear extruder having a vent hole and a flight capable of imparting a mechanical shear force, which is used for kneading and shearing the mixture;
A pellet forming machine that pelletizes the biodegradable resin composition extruded from the shear extruder,
A pellet sorter for sorting the size of the pellets formed by the pellet forming machine,
It is characterized by comprising.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In this specification, "%" representing the blending ratio indicates "% by mass" unless otherwise specified. Further, the moisture means a moisture content-based moisture content: w [kg / kg (wet stock)].
[0018]
The biodegradable resin composition of the present invention is a compound and can be used for various biodegradable resin products.
[0019]
Here, the compound refers to "a synthetic resin or rubber is added with various compounding agents such as a plasticizer, a curing agent, a filler, a coloring agent, a stabilizer, and a reinforcing agent, if necessary, and the mixture is molded as it is. Material that can be processed "(" Illustrated Plastic Glossary Dictionary 2nd Edition "Nikkan Kogyo Shimbun (1994) p.297), which is in the form of powder, granules, pellets, pastes, and granules. The shape may be any shape such as small spherical shape.
[0020]
The biodegradable resin composition of the present invention is a biodegradable resin composition obtained by heating and melting a mixture containing raw starch and a biodegradable resin having thermoplasticity as essential components. Is the basic feature.
[0021]
The raw starch is a natural starch that is present in a plant itself and is not modified.
[0022]
In addition, (1) another monomer is added to the main raw material to copolymerize or co-condensate, or a certain polymer compound is bonded to another polymer compound (block copolymerization, graft copolymerization). Modification by mixing: so-called chemical denaturation, and (2) a physical treatment such as heating or the like, in which a unique three-dimensional structure held by intramolecular non-covalent bonds such as ionic bonds, hydrogen bonds, hydrophobic bonds, etc. Denaturation that undergoes little chemical composition change, which is cleaved by a chemical treatment such as a change in pH, etc .: There is a so-called physical denaturation (“Illustration Plastic Terminology Dictionary 2nd Edition” Nikkan Kogyo Shimbun (1994) p. 741).
[0023]
As the raw starch, all starches of natural or vegetable origin, consisting essentially of amylose and / or amylopectin, can be suitably used. Specifically, corn starch, potato starch, rice starch, tapioca starch, starch derived from cereals (rye, oats, wheat, etc.) and the like can be exemplified, and alone or two or more types can be selected from these. Can be used. Particularly, corn starch (corn starch) is desirable because it is easily available.
[0024]
The raw starch can be used without limitation of the moisture content, and can be used from a dry starch (containing about 13.5% or less as equilibrium moisture (RH: 81%)) in a wet state. Can be used up to starch. The use of dry raw starch can reduce the generation of steam during heating, as described below. On the other hand, if the raw starch having a high water content is used, the transparency of the biodegradable resin composition becomes good. Therefore, the water content can be appropriately set according to the target. The upper limit of the water content is not particularly defined, but the effect (with respect to transparency) is saturated at about 60%.
[0025]
In addition, the equilibrium water content of the raw dry starch after purification using corn starch as a raw material is about 12 to 13% when the RH is about 81%.
[0026]
On the other hand, as the biodegradable resin, any commercially available biodegradable resin can be suitably used as long as it has thermoplasticity. If a resin having high compatibility with starch is used, a uniformly degradable biodegradable resin composition can be obtained, and even if the resin has low compatibility with starch, a uniformly dispersed biodegradable resin can be obtained. It is possible to obtain a resin composition.
[0027]
For example, cellulose acetate, (chitosan / cellulose / starch) polymerization system, (starch / chemically synthesized green plastic (R)) polymerization system, (aliphatic polyester / aromatic polyester) polymerization system (copolymer of aliphatic and aromatic polyester) and the like. Those derived from natural polymers, polylactic acid, polycaprolactone, polybutylene succinate, poly (butylene succinate / adipate), poly (butylene succinate / carbonate), polyethylene succinate, poly (butylene succinate / terephthalate), Synthetic polymers such as polyvinyl alcohol, poly (glycol / dicarboxylic acid) (Glycols and dicarboxylic acid), poly (hydroxybutyrate / hydroxyvalidate) From the microorganism-produced polymers such like alone or selected to be used.
[0028]
More specifically, "Bionole (R)" (manufactured by Showa Kobunshi Co., Ltd. and Showa Denko KK), "Cell Green (R) PH" (commercially available as Chemical Synthetic Green Plastic (R)) Daicel Chemical Industries, Ltd.), "Lacty (R)" (manufactured by Shimadzu Corporation), "Terramac (R)" (manufactured by Unitika), "Upec (R)" (Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) )), "Lacia (R)" (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.), "Ecoflex (R)" (manufactured by BASF Japan Ltd.), "Empol (TM)" (manufactured by IRe CHEMICAL), etc. are used. It is possible.
[0029]
Here, green plastic (R) is a biodegradable plastic that is basically composed of only materials that have been confirmed to have biodegradability and safety above a certain standard value without harmful heavy metals and the like. It is a generic term (registered trademark No. 3364196). The biodegradable resin composition using GreenPla (R) and starch has very good biodegradability.
[0030]
In addition, other additives can be added to the mixture, although not necessarily. For example, a plasticizer having a boiling point equal to or higher than the melting temperature of the mixture can be added to improve the plasticity. The melting temperature of starch is about 120 ° C. or higher for corn starch.
[0031]
As the above plasticizerhand,Use polyhydric alcoholYou.Specifically, glycerin (bp. 290 ° C.), ethylene glycol (bp. 197.7 ° C.), propylene glycol (bp. 188.2 ° C.), trimethylene glycol (bp. 214.2 ° C.), tetramethylene glycol (Bp. 235 ° C.), polyethylene glycol, polypropylene glycol, erythritol (bp. 329-331 ° C.), arabbit, and sorbit, which can be used alone or in combination of two or more (“Chemical Handbook Basic Edition I”, Nihon Kagaku) (See S.41.9.25) Maruzen).Of these, glycerin is particularly desirable.
[0032]
Further, a lubricant may be added to the mixture to improve the melting rate, the melt viscosity, the stability, and the like.
[0033]
Examples of the lubricant include fatty acid amide type, fatty acid type, alcohol type, fatty acid ester type, hydrocarbon type, metal soap type, etc.here, Fatty acid amides based on the resin useduse.
[0034]
Fatty acid amide-based lubricants include stearamide, lauric amide, palmitic amide, benzoic amide, methylene-bis-stearamide, ethylene-bis-stearamide, ethylene-bis-hydroxy-stearamide, hydroxystearamide, methylolamide , Erucic acid amide, lecithin-mono-alkyl phosphate, lecithin-di-alkyl phosphate and the like, and in particular, stearic acid amide can be suitably used.
[0035]
The above mixture further contains additives other than lubricants, such as ultraviolet stabilizers such as carbon black, flame retardants, crosslinkers such as formaldehyde and paraformaldehyde, antibacterial agents, herbicides, antioxidants, fertilizers, opacifiers, and stabilizers. And the like.
[0036]
And the mass composition ratio of the mixture is, for example,80/100 <raw starch (based on dry starch) / aliphatic polyester ≦ 70/30 (preferably 60/40).More preferablyRaw starch (based on dry starch) / aliphatic polyester @ 50/50And In the above,For a total amount of raw starch and aliphatic polyester of 100%,Plasticizer having a boiling point above the melting temperature of the mixture(Polyhydric alcohol): 5~ 20%, lubricant (fatty acid amide): 0When it is set to 11%, a biodegradable resin composition utilizing both characteristics of starch and biodegradable resin can be obtained.
[0037]
Various design changes other than the above-mentioned mass composition ratio are possible. That is, the mixing ratio between the raw starch and the biodegradable resin is arbitrary, and the raw starch may be based on the biodegradable resin. Naturally, if the relative amount of the raw starch increases, the characteristics of the raw starch increase, and if the relative amount of the biodegradable resin increases, the characteristics of the biodegradable resin appear strongly.
[0038]
If the mixing ratio of the plasticizer is too large, the amounts of the biodegradable resin and the raw starch relatively decrease, which is not desirable. Further, if the mixing ratio of the lubricant is too large, no further effect can be expected and the effect is saturated. Plasticizers and lubricants are not essential components as described above.
[0039]
It is desirable that the mixture is uniformly mixed. This is because a more uniform biodegradable resin composition can be obtained during heating and melting in a later step. The mixing may be performed manually, but as described later, a Henschel mixer, a flash mixer, or the like used for normal mixing can be used.
[0040]
By heating and melting the mixture using a shear extruder having a vent hole and a flight (screw) capable of applying a mechanical shear force, the mixture is removed while removing water vapor generated from the mixture. The greatest feature of the present invention is to apply a mechanical shearing force to break and homogenize intermolecular hydrogen bonds of the raw starch.
[0041]
The water vapor is removed when the mixture is heated and agitated using a shear extruder, in order to prevent a steam pressure against the extrusion pressure of the shear extruder from being applied, and the water vapor is used to remove the biodegradable resin. This is for preventing air bubbles from being mixed into the composition.
[0042]
As described above, at the time of heating, even in a dry starch containing only equilibrium moisture, the moisture contained in the starch evaporates. Therefore, even when dry starch is used, it is necessary to remove water vapor.
[0043]
The water vapor may be removed by providing a vent hole in the middle of the shearing extruder or the like to open to the atmosphere, or, if the amount of generated water vapor is large, may be removed by suction (vacuum suction or the like) as necessary.
[0044]
As described above, since the steam is removed at the time of heating and melting, there is no necessity to use a starch having a low water content from the beginning. Therefore, even if water is separately added to impart transparency to the biodegradable resin composition, the extrudability is not reduced. Therefore, pretreatment of starch and addition of a modifier can be omitted, and the process is simplified.
[0045]
The reason why a mechanical shearing force is applied when the mixture is heated and melted is to at least partially break hydrogen bonds between the raw starch molecules. If the hydrogen bond is broken by mechanical shearing force, the starch granules can be finely divided and the biodegradable resin and the starch can be uniformly dissolved or dispersed.
[0046]
Under conditions of no mechanical shearing force, despite the heating, the starch molecules have strong hydrogen bonds despite heating, so that undestructed starch particles remain in the raw material and cannot be uniformly dispersed or compatible.
[0047]
The mixture after heating and melting is highly viscous, but is efficiently dispersed and compatible by the action of mechanical shearing force. That is, it is possible to obtain a biodegradable resin composition which is uniformly dispersed and compatible without using a modified starch having a low viscosity or a low melting point or adding a modifying agent.
[0048]
The mechanical shearing force can be applied using a shear extruder using a shear extruder having a flight (screw) capable of imparting shear deformation to a dull mage type. The flight refers to an outer surface portion of a helical ridge left after processing the screw groove.
[0049]
FIG. 1 shows a model diagram of a shear extruder that can be used for producing the biodegradable resin composition of the present invention. The shear extruder 12 in FIG. 1 is a single-shaft type shear extruder provided with a heating means (not shown). A screw 16 is provided inside the cylinder 14, and the cylinder 14 is provided with a first vent hole 18a and a second vent hole 18b. Each of the first vent hole 18a and the second vent hole 18b can be connected to a vacuum pump or the like, so that steam generated from the raw material can be efficiently removed from the outside of the shear extruder.
[0050]
The specific screw shape is as shown in FIG.
[0051]
In the case of a 130 mm extruder (cylinder inner diameter 130 mm), the vent hole diameter can be, for example, a square vent hole of 40 mm × 90 mm. Further, the number of vent holes may be up to three.
[0052]
A flight 20 and a groove 22 are formed in the screw 16. The raw material supplied from the raw material input port 24 on the input side of the shear extruder moves through the groove 22 of the screw 16 in the direction indicated by the black arrow and is discharged from the shear extruder 12, and the granulator provided on the discharge port side. 26 and the like.
[0053]
The raw material exists in a semi-molten state in a section from the first vent hole 18a to the second vent hole 18b, and this section is effective for shearing and kneading.
[0054]
The discharge port side of the flight 20 has a configuration in which a transparent space is provided so that the raw material in the molten state retreats and pulsates. This is because the raw material can be extruded while repeating the shearing and kneading many times while the raw material retreats, so that the kneading property is improved and more uniform mixing becomes possible.
[0055]
FIG. 4 shows a shear extruder 112 with granulation means 126 at the tip of a preferred embodiment. Here, as for the corresponding parts in FIG. 1, a two-digit graphic code is prefixed with "1" to give a three-digit graphic code, and all or part of the description thereof will be omitted.
[0056]
The screw 116 has a first vent hole (Water suction hole: Water vapor removal holeA first shearing / compression kneading section is formed before ()) 118a. This first shearing / compression kneading section extends over a plurality of (three in the example in the figure) valleys (grooves) 122 and is at a predetermined angle (60 to 180) from both sides of the thread.°)A plurality of kneading ridges (lower than the screw thread) 123a and 123b which are started by being displaced back are formed. The presence of the kneading ridges 123a, 123b reduces the cross-sectional area between the valleys and causes a compression action, and the displacement between the kneading ridges 123a, 123b causes the valley 122 to return to the molten raw material. As a result, the molten material is partially moved back and forth (flow), and the flow phenomenon of compression and shearing occurs. Thus, even if the raw material is semi-molten, the raw material as a whole moves forward by the main body screw while receiving the compression / shearing action. The first shearing / compression kneading section is a section in which the raw material is in a semi-molten state and compression / shear kneading is most effective. The kneading raised portion 123 is formed so as to gradually increase from the bottom surface of the valley portion 122.
[0057]
Also, the second vent hole (Water suction hole: Water vapor removal holeA second kneading promoting section B is formed just before) 118b. In the example shown,PointIt is formed as a multi-threaded portion (four in the illustrated example) by being displaced back by a predetermined angle (60 to 120 °: 90 ° in the illustrated example).
[0058]
The molten material undergoes compression / shear flow phenomena while repeating a partial back-and-forth movement (flow) between the displaced threads (flights) 120b of the multi-threaded portion. The molten raw material moves forward by the main body screw as a whole while being kneaded by compression and shearing.
[0059]
Further, in the illustrated example, a cutter 129 that is rotated and driven by a motor 127 at predetermined time intervals is provided facing the extrusion die 125 so that granulation can be performed. The pellets thus granulated fall from a pellet outlet 131 into a collection container (not shown). 133 in the figure is a screen mesh.
[0060]
The biodegradable resin composition of the present invention is produced, for example, according to the process diagram shown in FIG. That is, the raw materials are mixed by a Henschel mixer or the like, and then kneaded and sheared by using the above-described shear extruder 12 to perform granulation such as pellet molding.
[0061]
At this time, a manufacturing plant shown in FIG. 3 including the shear extruder 12 can be used.
[0062]
The production plant in FIG. 3 includes a Henschel mixer 28 capable of uniformly mixing a mixture containing raw starch and a biodegradable resin having thermoplasticity as essential components,
A shear extruder 12 having a vent hole 18 and a flight 20 capable of applying a mechanical shearing force, which is used for kneading and shearing the mixture,
A granulator (pellet molding machine) 26 for pelletizing the biodegradable resin composition extruded from the shear extruder;
And a pellet sorter 30 for sorting the size of the pellets formed by the pellet forming machine.
[0063]
Hereinafter, the manufacturing plant will be described along the flow of the raw material (workpiece) with reference to FIG. The production of the biodegradable resin of the present invention is not limited to the following production plant.
[0064]
First, powder materials such as biodegradable resin and raw starch are mixed by the blender 32. The blender 32 is provided with powder inlets 34, 34 at the upper part, and performs high-speed rotation of a rotary tank 36 on a gantry 38 by a motor or the like to perform powder mixing. A blender generally used for powder mixing can be used, and examples thereof include a drum blender and a bucket blender. The mixed powder is supplied into the mixing tank 48 of the Henschel mixer 28 by a fixed amount via the powder quantitative feeder 40.
[0065]
On the other hand, although not an essential component, a liquid raw material such as glycerin or water is pumped from liquid tanks 42, 42 by liquid pumps 43, 43, and passed through liquid flow meters 44, 44. Supplied within.
[0066]
Other necessary additives are similarly supplied into the mixing tank 48 of the Henschel mixer 28 using the additive feeding conveyor 46.
[0067]
In the Henschel mixer 28, the above materials are mixed. The Henschel mixer is a type of high-speed mixer of the propeller mixer type, and is widely used mainly for uniform mixing of powders and granules, plastic raw materials, coloring agents and additives, coloring, etc. 2nd Edition ", Nikkan Kogyo Shimbun (1994), p. 741). In this plant, a general-purpose Henschel mixer can be suitably used.
[0068]
Usually, a propeller (stirring blade) provided in the mixing tank 48 is rotated by a V-belt 52 connected to a drive motor 50 to perform uniform mixing.
[0069]
The uniformly mixed mixture is discharged from the mixture discharge port 54 by its own weight, and is carried into a preheating extruder 58 via a feeder 56. As the feeder 56, it is desirable to use a propeller type feeder that can supply a fixed amount.
[0070]
In the preheating extruder 58, the mixture is heated to the target melting temperature and conveyed to the above-described shear extruder 12 in the next step. As the preheating extruder 58, for example, a triaxial screw can be used. In FIG. 3, the supply from the preheating extruder 58 to the shear extruder 12 is performed by forcible pushing using a vertical screw in the supply device 60.
[0071]
The screw 16 having the special flight 20 described above is provided in the shearing extruder 12, and the shearing and kneading is performed efficiently. Since the structure of the shear extruder 12 has already been described, a detailed description is omitted here.
[0072]
The kneaded resin discharged from the shear extruder 12 is pelletized by a granulator (pellet forming machine) 26. In the pellet molding machine 26, a general-purpose pellet molding machine usually used for resin molding can be used. In FIG. 3, a hot-cut pellet molding machine that cuts the resin at the outlet of the shear extruder 12 is used, but other pellet-forming machines such as a cold cut system, an underwater cut system, and a sheet cut system are used. (Pelletizer) can also be used.
[0073]
The formed pellet is cooled in a pellet cooling tank 62. Cooling can be easily performed by water cooling, air cooling, or the like. In FIG. 3, since the pellets are cooled by water cooling, the pellets are dried by a pellet dryer 64 and then conveyed to a pellet sorter 30.
[0074]
The pellet dryer 64 is provided with a general-purpose hot air blowing means and the like. The pellet dryer 64 supplies the pellets and the hot air to perform a flash drying, and is pneumatically conveyed to a collector 66 provided at an upper portion to be collected. The collected pellets are sorted by size in a pellet sorter 30.
[0075]
As the pellet sorter 30, a general-purpose product can be used. Specifically, a vibrating sorter or the like that sorts the size by passing the pellets on a vibrating screen formed of a punching plate, a mesh, or the like can be suitably used.
[0076]
The selected pellets are transported to the upper pellet storage tank 70 by air transport using a blower 68 or the like. Thereafter, the pellets are supplied from a pellet discharge port 72 into a finished product stock tank 74 arranged on an automatic weighing device 76, packaged by a vacuum automatic sealer 78 or the like, turned into a product, and transported by a finished product transport conveyor 79 or the like.
[0077]
As described above, by using the biodegradable resin production plant of the present invention, it becomes possible to realize complete automation in biodegradable resin production.
[0078]
The production conditions of the biodegradable resin composition described above include an extrusion pressure of about 60 kg / cm.2As described above, the extrusion temperature is set to about 130 to 160 ° C. If the extrusion temperature is too low, the melting temperature of the starch or the biodegradable resin will not be reached, and the resin will remain without melting and cannot be plasticized. On the other hand, if the extrusion temperature is too high, depolymerization of the starch and the biodegradable resin occurs, and the properties are lost.
[0079]
After the heating and melting treatment, the unmodified starch is thermally denatured to become pregelatinized starch. The raw starch is insoluble in cold water. The starch which is pulverized by applying a mechanical shearing force in a molten state becomes slightly soluble in water and slightly better in solubility.
[0080]
In the above description, the description has been made on the premise that raw starch is used, but this description does not exclude the use of modified starch. The present invention merely shows that a modified starch having a low melting point and a low viscosity or a modified starch having a low water content can be directly used without using a modified starch having a low moisture content. Naturally, the modified starch is used. It is also possible.
[0081]
Examples of the modified starch that can be used include dextrin, an acid-treated starch, an oxidized starch, a crosslinked starch that is a derivative of a raw starch, a starch ester, a starch ether, a graft copolymer, which is a decomposition product of a raw starch. .
[0082]
For example, acetylated starch is an example of a starch ester. By using acetylated starch, aging resistance and transparency of the starch can be improved. Acetylation simply requires adding an acetylating agent such as acetic anhydride, acetic acid, itaconic anhydride, vinyl acetate, acetyl chloride, ketene, etc. to the above-described mixture of the present invention. The addition amount of the acetylating agent may be, for example, about 0.05 to 1% of the whole mixture.
[0083]
【The invention's effect】
The biodegradable resin composition of the present invention is characterized in that during heating and melting of a mixture as a raw material, a mechanical shearing force is applied to the mixture while removing water vapor generated, thereby breaking intermolecular hydrogen bonds of raw starch. The homogenization made it possible to homogenize the general-purpose biodegradable resin and the starch without using a denaturing agent or a modified starch as in the related art. Further, it became possible to provide a high-quality biodegradable resin composition regardless of the amount of water in the system.
[0084]
【Example】
Hereinafter, examples performed to confirm the effects of the present invention will be described. The starting materials used in the mixtures and the amounts mixed in the examples are described.
[0085]
-Corn starch (raw starch: American yellow dent (horse)): about 45%
・ Biodegradable resin (MFR: 1.4 g / 10 min (190 ° C., 2.16 kg load): about 40%
Glycerin (plasticizer: purity 98.5% or more): about 15%
・ Stearic acid amide (lubricant: 98% or more in purity): about 0.5%
Using each of the above-mentioned raw materials, a heating temperature: 138 ° C. in the die part, 140 ° C. other, extrusion pressure: 60 kg / cm 2, diameter of screw for shearing: 129 by the biodegradable resin production plant described in the detailed description of the invention. It was extruded under the conditions of 0.8 mm and cylinder inner diameter: 130 mm to produce pellets. Vent holes were provided at the shear start and end portions of the shear extruder to remove water vapor. The removal of water vapor was performed using a vacuum pump.
[0086]
As a result, it was confirmed that a biodegradable resin in which corn starch and the biodegradable resin were uniformly dispersed was obtained, and the extrusion moldability was also good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a model diagram of a shear extruder that can be used for producing the biodegradable resin composition of the present invention.
FIG. 2 is a production process diagram of the biodegradable resin composition of the present invention.
FIG. 3 is a diagram of a biodegradable resin production plant of the present invention including the shear extruder of FIG.
FIG. 4 is a schematic sectional view showing an example of a shear extruder used for producing the biodegradable resin composition of the present invention.
[Explanation of symbols]
12 ... Shearing extruder
14 ... Cylinder
16. Screw
18a, 18b ... vent hole
20: Flight (screw thread)
22 ... groove
26 ... Granulator
28 ... Henschel mixer
30 ... Pellet sorting machine
62 ... Pellet cooling tank
64 ... Pellet dryer

Claims (4)

未加工澱粉と、熱可塑性を有する生分解性樹脂とを必須成分とする混合物を加熱・溶融して得られる生分解性樹脂組成物において、
前記混合物の質量組成比が、80/100<未加工澱粉(乾燥澱粉基準)/脂肪族ポリエステル≦70/30であるとともに、該未加工澱粉と脂肪族ポリエステルの合計量100%に対して、さらに、混合物の溶融温度以上の沸点を有する多価アルコール:5〜20%、脂肪酸アミド:0〜1%を含有することを特徴とする生分解性樹脂組成物。
In a biodegradable resin composition obtained by heating and melting a mixture containing raw starch and a biodegradable resin having thermoplasticity as essential components,
The mass composition ratio of the mixture is 80/100 <raw starch (based on dry starch) / aliphatic polyester ≦ 70/30, and based on 100% of the total amount of the raw starch and the aliphatic polyester, And a polyhydric alcohol having a boiling point equal to or higher than the melting temperature of the mixture: 5 to 20%, and a fatty acid amide: 0 to 1%.
前記脂肪族ポリエステルがポリブチレンサクシネートであることを特徴とする請求項1記載の生分解性樹脂組成物。The biodegradable resin composition according to claim 1, wherein the aliphatic polyester is polybutylene succinate. 前記多価アルコールがグリセリンであることを特徴とする請求項1又は2記載の生分解性樹脂組成物。The biodegradable resin composition according to claim 1, wherein the polyhydric alcohol is glycerin. 前記脂肪酸アミドが、ステアリン酸アミドであることを特徴とする請求項1、2又は3記載の生分解性樹脂組成物。4. The biodegradable resin composition according to claim 1 , wherein the fatty acid amide is stearic acid amide.
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