JP6357520B2 - ビール粕とポリ乳酸を結合する組成物及びその製造方法 - Google Patents
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Description
現在市場で最も使用されているポリ乳酸(Polylactic acid、PLA)及び澱粉由来のプラスチックは完全に生分解されるバイオマス原料であり、特にPLAは現在の生プラスチックの約半分の使用量を占め、業界では広く使用されている。しかしながら、現在PLAは主にとうもろこし等の食用の作物を原料としており、収穫が不安定で原料コストが高いのみならず、「食料や農地の奪い合い」といった係争を抱えている。
ポリ乳酸(Polylactic acid、PLA)にビール粕が添加されることにより、ポリ乳酸(Polylactic acid、PLA)の使用量が減り、且つ本発明に係るビール粕とポリ乳酸を結合する組成物及びその製造方法に一般的なプラスチック成形加工方式を応用することで、器、皿、瓶、缶、容器、部材等の様々な生プラスチック製品が製造可能になり、タバコ及び酒の廃棄物の利用価値を高める目的を達成させる。
本発明はビール粕とポリ乳酸を結合する組成物及びその製造方法に関し、主に既存のポリ乳酸(Polylactic acid、PLA)においてその重量比が減少され、ビール粕が加えられる上に相容化剤が添加されることにより、前記組成物が添加量10%から30%のビール粕、70%から90%のポリ乳酸(Polylactic acid、PLA)、及び3%から12%の相容化剤を含有する。
図1に示すように、前処理ユニット10は、脱水処理11と、乾燥処理12と、ベーク処理13と、研磨処理14と、スクリーニング処理15とを含む。脱水処理11では、ビール粕に対して初期の脱水が行われる。乾燥処理12では、ビール粕が通風室に入れられて乾燥される。ベーク処理13では、ビール粕が乾燥器に入れられて、110度の温度で8時間乾燥された後、含水率の測定が行われる。研磨処理14では、8時間乾燥された後のビール粕が粉砕機に入れられて10秒間粉砕される。スクリーニング処理15では、粉砕されたビール粕が20、40、50、60(Mesh)のサイズのメッシュによりスクリーニングされた後、異なる長径比(L/D)のビール粕が得られる。
表1はビール粕の長径比(L/D)の実験データを示す。
この実験から分かるように、本発明では長径比(L/D)が7.6から10.2のビール粕が採用され、ポリ乳酸と調合されて補強効果を達成させる。また、長径比(L/D)>9のビール粕の補強効果が好ましい。
表2はビール粕の添加量が異なる場合の実験データを示す。
このように、適合するビール粕の添加量は10%から30%であり、全体的な機械的引張強度TS(MPa)が均しく15以上に達し、且つ、添加量が10 %の場合の機械的引張強度TS(MPa)が最も好ましい数値である50.7に最も接近する。
表3は含水率の違いが全体的な機械的引張強度に与える影響に関する実験データを示す。
このように、ビール粕の含水率が2%から5%の間の場合は全体的な機械的引張強度TS(MPa)が最も良くなり、含水率が2%の場合が最も好ましい数値となる。
また、表4によれば、相容化剤の添加量が3%から12%に達すると、全体的な機械的引張強度TS(MPa)が20.8から27.8に達し、最も好ましい数値は、添加量が8%の場合の全体的な機械的引張強度TS(MPa)30.5である。添加量が12%の場合には機械的引張強度TS(MPa)がやや低下する現象が見られるが、但しデータでは27.8を保持している。このように、ビール粕及びポリ乳酸の間の結合性及び機械的引張強度TS(MPa)を20に接近した数値に保持させるためには、前記相容化剤の添加量が3%から12%である必要がある。
ポリ乳酸及びビール粕はポリ乳酸投入口210及びビール粕投入口211からツインスクリュー押出機21内にそれぞれ入れられて、ツインスクリュー押出機21により調合されたビール粕及びポリ乳酸が棒状プラスチックAになるように押し出され、且つ原料吐出口212から原料裁断機22の裁断口220に送られ、裁断口220により棒状プラスチックAが裁断されて粒状のプラスチックBが形成され、器、皿、瓶、缶、容器、部材等の製造に更に利用される。
ビール粕を含有する原料が提供される工程a。
ポリ乳酸を含有する原料が提供される工程b。
ビール粕及びポリ乳酸が特定の比率の添加量で調合される工程cであって、ビール粕の添加量が10%から30%であり、ポリ乳酸の添加量が70%から90%である工程c。
特定の比率の添加量の相容化剤が提供され、ビール粕及びポリ乳酸が均等に調合されると共に全体的な好ましい機械的引張強度が維持される工程dであって、相容化剤の添加量が3%から12%である工程d。
また、本実施形態において、相容化剤は高密度ポリエチレン(HDPE、High Density Polyethylene)に適合するものが選択され、低圧下で製造されると共に多くの長鎖を含み、様々なプラスチック製品の製造に用いられる。さらには、本発明に係るビール粕を含有するように製造された生プラスチックに一般的なプラスチック成形加工方式を応用することで、器、皿、瓶、缶、容器、部材等の様々な生プラスチック製品が製造可能になり、タバコ及び酒の廃棄物の利用価値を高める目的を達成させる。
本発明はポリ乳酸にビール粕が添加されることにより、ポリ乳酸の使用量を減少させる目的を確実に達成させる。
11 脱水処理
12 乾燥処理
13 ベーク処理
14 研磨処理
15 スクリーニング処理
20 造粒ユニット
21 ツインスクリュー押出機
210 ポリ乳酸投入口
211 ビール粕投入口
212 原料吐出口
22 原料裁断機
220 裁断口
221 出口
A 棒状プラスチック
B プラスチック
Claims (11)
- ビール粕を含有する原料が提供される工程aと、
ポリ乳酸を含有する原料が提供される工程bと、
ビール粕及びポリ乳酸が調合される工程cと、を含み、
前記ビール粕の粒径の長径比の範囲が7.6から10.2であり、前記ビール粕の含水率が2%から5%に制御されていることを特徴とする、
ビール粕とポリ乳酸を結合する製造方法。 - ビール粕の添加量は10%から30%であり、ポリ乳酸の添加量は70%から90%であることを特徴とする、請求項1に記載のビール粕とポリ乳酸を結合する製造方法。
- 添加量は3%から12%の相容化剤が提供される工程dをさらに含むことを特徴とする、請求項2に記載のビール粕とポリ乳酸を結合する製造方法。
- ビール粕の添加量の数値は10%であり、相容化剤の添加量の数値は8%であることを特徴とする、請求項3に記載のビール粕とポリ乳酸を結合する製造方法。
- 工程aにおいて、前処理ユニットを含み、前記前処理ユニットによりビール粕に対して、脱水処理、乾燥処理、ベーク処理、研磨処理、及びスクリーニング処理が行われることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかの1項に記載のビール粕とポリ乳酸を結合する製造方法。
- 工程dにおいて、原料裁断機に連結されるツインスクリュー押出機を含む造粒ユニットを含み、前記ツインスクリュー押出機は、ポリ乳酸投入口と、ビール粕投入口と、原料吐出口とを有し、前記原料裁断機は裁断口及び出口を有し、且つ前記ツインスクリュー押出機の原料吐出口は前記原料裁断機の裁断口に連通され、前記ツインスクリュー押出機により調合されたビール粕及びポリ乳酸が棒状プラスチックになるように押し出され、前記原料裁断機により裁断されて粒状のプラスチックが形成されることを特徴とする、請求項3に記載のビール粕とポリ乳酸を結合する製造方法。
- 組成物はビール粕とポリ乳酸とを含み、前記ビール粕の粒径の長径比の範囲が7.6から10.2であり、前記ビール粕の含水率が2%から5%であることを特徴とする、
ビール粕とポリ乳酸を結合する組成物。 - ビール粕の添加量は10%から30%であり、ポリ乳酸の添加量は70%から90%であることを特徴とする、請求項7に記載のビール粕とポリ乳酸を結合する組成物。
- 添加量は3%から12%の相容化剤をさらに含むことを特徴とする、請求項8に記載のビール粕とポリ乳酸を結合する組成物。
- ビール粕の添加量の数値は10%であり、相容化剤の添加量の数値は8%であることを特徴とする、請求項9に記載のビール粕とポリ乳酸を結合する組成物。
- 前記ビール粕の含水率が2%であることを特徴とする、請求項7に記載のビール粕とポリ乳酸を結合する組成物。
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