JP7605617B2 - でんぷん造粒物 - Google Patents
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1つの実施形態においては、上記水溶性多糖類の含有割合が、でんぷん100重量部に対して、0.1重量部~5重量部であり、上記でんぷん用滑剤の含有割合が、でんぷん100重量部に対して、0.1重量部~5重量部である。
1つの実施形態においては、上記水溶性多糖類の含有割合が、でんぷん100重量部に対して、0.1重量部~3重量部であり、上記でんぷん用滑剤の含有割合が、でんぷん100重量部に対して、0.1重量部~3重量部である。
1つの実施形態においては、上記水溶性多糖類が、プルランおよびデキストリンからなる群から選ばれる少なくとも1種である。
1つの実施形態においては、上記界面活性剤が、多価アルコール脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステルおよび縮合ヒドロキシ脂肪酸のアルコールエステルからなる群から選ばれる少なくとも1種である。
1つの実施形態においては、上記でんぷん用可塑剤が、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンおよびソルビトールからなる群から選ばれる少なくとも1種である。
1つの実施形態においては、上記でんぷんが、α化でんぷんである。
1つの実施形態においては、上記でんぷん造粒物は、水分含有率が、1重量%~30重量%である。
本発明の別の局面によればでんぷん造粒物の製造方法が提供される。このでんぷん造粒物の製造方法は、でんぷんと、水溶性多糖類と、でんぷん用滑剤とを混合する混合工程と、混合工程を経て得られた混合物を造粒する造粒工程とを含む。
1つの実施形態においては、上記混合工程において、水をさらに混合することを含み、該水の配合量が、上記水溶性多糖類1重量部に対して、5重量部~20重量部である。
1つの実施形態においては、上記造粒工程において、半湿式造粒法により造粒することを含む。
1つの実施形態においては、上記造粒工程において、ディスクペレッター方式により造粒することを含む。
本発明のでんぷん造粒物は、でんぷんと、水溶性多糖類と、でんぷん用滑剤とを含む。でんぷん用滑剤は、界面活性剤およびでんぷん用可塑剤からなる群から選ばれる少なくとも1種である。水溶性多糖類の含有割合は、でんぷん100重量部に対して、0.1重量部~10重量部である。でんぷん用滑剤の含有割合は、でんぷん100重量部に対して、0.1重量部~10重量部である。
上記でんぷんとしては、任意の適切なでんぷんが用いられる。代表的には、でんぷんは粉末状で添加される。でんぷんは1種を単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。
上記水溶性多糖類とは、グルコースやマンノース等の単糖が長くつながった構成された水溶性の化合物を意味する。1つの実施形態においては、上記水溶性多糖類は、10個以上の単糖が結合することで構成されている水溶性の炭水化物である。上記水溶性多糖類は、高い親水性を有するため、増粘、結着性、ゲル化、保水性等の機能を発現し、本発明においては、でんぷん造粒物の形状安定性、硬度の向上、水分の保持などの機能を発現する。
上記のとおり、上記でんぷん用滑剤は、界面活性剤、でんぷん用可塑剤からなる群から選ばれる少なくとも1種である。
上記界面活性剤は、疎水基と親水基とから構成される化合物であり、親水性/疎水性バランスは、界面活性剤となる化合物のエステル化度や脂肪酸の種類(水酸基の有無、飽和又は不飽和脂肪酸、アルキル鎖長)、重合度を調整することにより、制御することができる。上記界面活性剤は、本発明のでんぷん造粒物の造粒性(でんぷん造粒物の、時間当たりの生産速度の向上、硬度の向上、均一性の向上、造粒設備の清掃性の向上等を例示することができる)を高める効果を有するばかりか、当該でんぷん造粒物と熱可塑性樹脂とを混合して、でんぷん含有樹脂組成物を得る際に、でんぷんの分散性、流動性向上、可塑化、滑性等を付与する効用を奏する。上記界面活性剤の効果の中で、造粒性の向上は、でんぷん造粒物の製造において、滑り性を与えるために、でんぷん造粒の際に発生する摩擦熱の発生を低減し、でんぷんの糊化を抑制できることに起因するものであり、本発明が奏する驚くべき効果である。
でんぷん用可塑剤とは、でんぷんの分子構造中に取り込まれ、相溶化され、柔軟性や流動性等を付与する作用をもたらす化合物をいう。なお、本明細書において、水は、でんぷん用可塑剤に該当しないものとする。
本発明のでんぷん造粒物は、必要に応じて、任意の適切な、その他の成分(添加剤)をさらに含み得る。添加剤としては、例えば、酸化防止剤、光安定剤、発泡剤、紫外線吸収剤、発泡剤、ブロッキング防止剤、熱安定剤、衝撃改質剤、抗菌剤、相溶化剤、可塑剤、粘着付与剤、加工助剤、潤滑剤、カップリング剤、難燃剤、脱酸素剤、着色剤等が挙げられる。添加剤は、液体、粉体、ペレット、顆粒の形態、またはマスターバッチ等の形態で、でんぷん造粒物の造粒時、あるいは樹脂コンパウンドの工程において配合することができる。
上記でんぷん造粒物は、任意の適切な方法によって製造することができる。上記でんぷん造粒物は、例えば、上記でんぷんと水溶性多糖類とでんぷん用滑剤とを含む混合物を、半湿式造粒法に供することにより得ることができる。1つの実施形態においては、上記でんぷん造粒物の製造方法は、でんぷんと、水溶性多糖類と、でんぷん用滑剤とを混合する混合工程と、混合工程を経て得られた混合物から造粒物を得る造粒工程とを含む。混合工程においては、水をさらに混合してもよい。でんぷん、水溶性多糖類およびでんぷん用滑剤は、A項で説明したものが用いられ得る。
ディスクペレッター方式としては、より具体的には、ローラー・ディスクダイ方式、ローラー・リングダイ方式、ダブルダイス方式、フラットダイ方式等が挙げられる。市販のディスクペレッター方式の造粒機としては、例えば、ダルトン社製のディスクペレッターFシリーズを挙げることができる。
1つの実施形態においては、上記でんぷん造粒物と樹脂との溶融コンパウンドが提供される。当該樹脂としては、好ましくは、熱可塑性樹脂が用いられる。
粉体用ニーダー(ダルトン社製、商品名「KDHJ-10」;処理量:6L)に、でんぷん(三和澱粉工業(株)、トウモロコシ原料の生澱粉、商品名「コーンスターチY」;表中、「A-1」)100重量部、水溶性多糖類であるプルラン(林原社製、表中;「B-1」)1重量部、その他の成分としてトレハロース(林原社製、表中;「E-1」)1重量部を投入し、回転数30rpmで攪拌羽根を攪拌させながら、6分間の攪拌処理を行い、粉体混合物Aを得た。
これとは別に、1Lのプラ容器に、水13部、界面活性剤としてのポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステル(太陽化学社製、商品名「チラバゾールH818」;表中、「C-1」)1重量部、でんぷん用可塑剤としてのグリセリン1重量部を計りとり、室温下で十分攪拌して、水分散混合物Bを得た。
粉体用ニーダー中の粉体混合物Aに対し、回転数30rpmで攪拌羽根を攪拌させながら、水分散混合物Bを徐々に添加し、水分散混合物Bの全量を配合した後、更に6分間の攪拌処理を行い、粉体混合物Aと水分散混合物Bの混合物(混合物C)を得た。
混合物Cを、ディスクペレッター(ダルトン社製、商品名「ディスクペレッターF-5/11-175;容量:5L」)に投入し、ペレッド状のでんぷん造粒物を得た。この際、ダイスの孔径を3mmφとし、ダイスプレートの厚みを15mmとし、ダイス孔の有効長を10mmとし、ディスペレッターのローラーの回転数を108rpmとし、でんぷん造粒物(MB-1)を得た。
得られたでんぷん造粒物(MB-1)の造粒直後の温度を接触式熱電対で測定したところ、55℃であった。また、水分量を測定したところ、23.4重量%であった。
表1に示すでんぷん、水溶性多糖類、でんぷん用滑剤(界面活性剤および/またはでんぷん用可塑剤)、その他の成分を、表1に示す配合量(表中単位:重量部)で用いたこと以外は、実施例1と同様にして、でんぷん造粒物MB-2~MB-9、MB-C1~MB-C10を得た。
実施例1~9、および比較例1~10で用いた各成分の具体的な内容は、表2に示す通りである。
実施例1~9、比較例1~10で得られたフィラー造粒物を下記の評価に供した。結果を表3に示す。また、でんぷん造粒物(MB-1)の外観写真を図1に示す。
(1)造粒性
得られたフィラー造粒物の確認し、以下の基準で造粒性を評価した。
〇: 直径3mmφの造粒物が得られる。
△: でんぷん造粒物の形態になるが、結着力が不足して、崩壊しやすい。
×: でんぷんがダイスに目詰まりする、もしくは、でんぷんの結着性がなく、粒状物にならない。
(2)造粒速度
時間当たりのでんぷん造粒物の製造速度(kg/Hr)を算出した。
(3)造粒物温度
接触式の熱電対を用いて、造粒直後のでんぷん造粒物の温度(単位:℃)を測定した。
(4)崩壊強度
木屋式硬度計(シロ産業社製、商品名「WPF1600-B」)を用いて、でんぷん造粒物の崩壊応力(単位:kg)を測定した。測定値はでんぷん造粒物20粒の平均値とした。
(5)微粉量
でんぷん造粒物を1kg計量し、14メッシュの篩にかけ、微粉量の質量割合(単位:重量%)を測定した。
(6)嵩密度
でんぷん造粒物を1リットルの升を用いて、正確に1リットルの容積ではかり取り、その重量を測定することで、でんぷん造粒物の嵩密度(単位:kg/L)を算出した。
(7)ペレットサイズ
でんぷん造粒物を20粒取り出し、ノギスを用いて、粒状物の長さと直径を平均値を測定した。
(8)水分量
赤外線水分計(ケット科学研究所製 FD-660)を用いて、でんぷん造粒物に残存する水分量(単位:重量%)を測定した。
PBAT樹脂(BASF社製、商品名「エコフレックスF Blend C1200」、MFR3.8g/10min)60重量部と、でんぷん造粒物(MB-1)40重量部とを、二軸押出機(東芝機械社製、商品名「TEM37SS」、L/D=48)に投入して、連続的に溶融混練を行い、でんぷん含有樹脂組成物のペレットを製造した。
PBAT樹脂とでんぷん造粒物MB-1は、それぞれ独立に、重量式フィーダーを介して、定量的に二軸押出機に押出機の最上流部のホッパー位置から投入した。
押出機のシリンダー温度は、押出機の前段部を140℃、中段部を120℃、後段部を140℃に設定した。
2軸押出機の設定条件(吐出速度、主スクリューの回転数)は表4に示す通りである。溶融混練された樹脂組成物はストランド状に押し出され、水冷バスで冷却し、長さ約3mmのペレットとした。
押出機の中段部に、液添加ノズルを装着し、ギアポンプを使用して、PBAT樹脂とでんぷん造粒物の合計100重量部に対し、5部の水を注入したこと以外は、実施例10と同様にして、でんぷん含有樹脂組成物のペレットを製造した。
吐出速度を20kg/hとし、押出機の前段部を120℃とし、主スクリューの回転数を200rpmとしたこと以外は、実施例10と同様にして、でんぷん含有樹脂組成物のペレットを製造した。
吐出速度を30kg/hとした以外は実施例12と同様にして、でんぷん含有樹脂組成物のペレットを製造した。
でんぷん造粒物MB-1に代えて、でんぷん粉末A-1を使用したこと以外は、実施例11と同様にして、でんぷん含有樹脂組成物のペレットを製造した。
吐出速度を30kg/hとした以外は、比較例11と同様にして、でんぷん含有樹脂組成物のペレット製造を試みた。原料投入口ででんぷん粉末A-1の食い込み不良が発生して、安定にペレットを得ることができなかった。
実施例13と比較例12の対比により、でんぷん造粒物MB-1を使用することにより、でんぷん粉末A-1のフィードネックが解消され、高生産性を得ることができ、同時に樹脂中のでんぷん良分散性を同時に満足することができる溶融コンパウンドが可能となることがわかる。
実施例10~13および、比較例11で得られた熱可塑性樹脂組成物のペレットを下記の評価に供した。結果を表4に示す。
(a)樹脂組成物の吐出速度(単位:kg/Hr)
時間当たりのコンパウンド樹脂組成物の吐出量である。
(b)押出機負荷(単位:%)
二軸押出機、単軸押出機の実測の動力負荷%(許容最大モーター負荷に対する割合)の表示値である。
(c)ダイス部での溶融樹脂温度(単位:℃)
ダイスから押し出される樹脂組成物の温度を接触式熱電対で測定した。
(d)樹脂組成物中のおけるでんぷんの分散性
樹脂組成物のペレットを熱プレスで圧延し、厚み約0.5mmのシートとする。当該シートを透かして、でんぷん凝集物の残存を目視観察し、以下の基準で評価した。実施例10における上記シートの外観写真を図2に示す。
AA: でんぷんの凝集物がほとんど観察されない良好な分散性状態
A: 比較的小さなでんぷんの凝集が微量残存する状態
BB:比較的小さなでんぷんの凝集物がかなり多く残存する状態
B:でんぷんの凝集物が大きい状態
(分散状態の序列: AA>A>BB>B (左良好))
(e)樹脂組成物中のMFR(単位:g/10min)
樹脂組成物のペレットを190℃、5kg荷重の条件(ISO1133準拠)でMFRの測定を行った。
Claims (9)
- でんぷんと、水溶性多糖類と、でんぷん用滑剤と、水とを含み、
該でんぷん用滑剤が、界面活性剤およびでんぷん用可塑剤からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、
該水溶性多糖類の含有割合が、でんぷん100重量部に対して、0.1重量部~5重量部であり、
該でんぷん用滑剤の含有割合が、でんぷん100重量部に対して、0.1重量部~5重量部であり、
水分含有率が、1重量%~30重量%である、
樹脂成形用のでんぷん造粒物。 - 前記水溶性多糖類の含有割合が、でんぷん100重量部に対して、0.1重量部~3重量部であり、
前記でんぷん用滑剤の含有割合が、でんぷん100重量部に対して、0.1重量部~3重量部である、
請求項1に記載のでんぷん造粒物。 - 前記水溶性多糖類が、プルランおよびデキストリンからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1または2に記載のでんぷん造粒物。
- 前記界面活性剤が、多価アルコール脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステルおよび縮合ヒドロキシ脂肪酸のアルコールエステルからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1から3のいずれかに記載のでんぷん造粒物。
- 前記でんぷん用可塑剤が、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンおよびソルビトールからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1から4のいずれかに記載のでんぷん造粒物。
- 前記でんぷんが、α化でんぷんである、請求項1から5のいずれかに記載のでんぷん造粒物。
- でんぷんと、水溶性多糖類と、でんぷん用滑剤とを混合する混合工程と、
混合工程を経て得られた混合物を造粒する造粒工程とを含み、
該混合工程において、水をさらに混合することを含み、
該水の配合量が、該水溶性多糖類1重量部に対して、5重量部~20重量部である、
でんぷん造粒物の製造方法。 - 前記造粒工程において、半湿式造粒法により造粒することを含む、請求項7に記載のでんぷん造粒物の製造方法。
- 前記造粒工程において、ディスクペレッター方式により造粒することを含む、請求項7または8に記載のでんぷん造粒物の製造方法。
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