分解性気泡シートおよびその製造方法

【目的】気泡シート１の緩衝性、断熱性、軽量・柔軟性等の機能を損なうことなく、廃棄後は自ら分解して減容化し自然に還元する分解性気泡シート１を提供する。
【構成】分解性気泡シート１を構成するキヤツプフイルム２やバツクフイルム３などのフイルムの原料として、ポリオレフイン樹脂に生物分解性物質４、または生物分解生物質４と光分解性物質４との混合物を含有せしめる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】青果物、菓子、電子部品、機械部品、家具等の緩衝保護用として包装業や引っ越し業分野に；グリーンハウスの内張り・外張り、農業用マルチング、水稲育苗、コンクリート表面に凹凸をつけること、コンクリートの養生等の保温・保冷用として建設、土木、農業水産分野に；その他レジヤー、家庭用品としての、従来の気泡シートでは特に廃棄物処理に困難をきたしている分野に多く用いられる。
【０００２】
【従来の技術】（１）非分解性のポリエチレンを原料とした気泡シートはよく知られている。物性の安定性賦与の為に改質はなされても、劣化促進処理が施されることは全く無かった。通常ポリマーは、紫外線安定剤添加なしでも簡単に劣化するものではない。不安定なターシヤリーカーボンを含有するポリプロピレンさえも、無公害状態に劣化するには数年、早くても３年は要する。無処理のポリエチレンでは恐らく２００〜４００年を要すると考えられる。この理由でこの従来型の非分解性の気泡シートは、土中ではそのポリマーはそのままで多少は分解するが、しかしそれが遅過ぎるので問題となっているのである。
【０００３】（２）従来は無添加か部分的な改変しかなされていなかった。例えば炭酸カルシユウムによる燃焼熱の低下や又紫外線によるラジカル発生剤の混入が試みられたが、何れも一部改善が試みられたに過ぎず、フイルムや袋状でようやく試験的に使用され始めた段階である。勿論更に高次の加工段階にある気泡シートは試作すらなされていなかった。
【０００４】（３）それらの部分改良品の内主要なものをもう少し詳しく述べる。先ず、一部先行的なものとして澱粉を添加することが提案された。然し、澱粉の親水性の故ポリマーへの混練が困難であってフイルムに成膜することすら困難であった。又別にポリマーに酸化剤を添加したレジ袋もスーパーマーケツト等で一部試験的に使用されている。しかしこれも、通常の屋外曝露ではその分解・劣化には３ケ月以上を要し、そしてこれは埋立ると紫外線が届かないので殆ど劣化しないままであるという問題が依然として残されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】使用済み気泡シートは、散乱放置、焼却、埋立或いは再生利用されているかのいずれかである。ところが最近気泡シートは、その優れた利便性故に益々大量に使用されるようになっている。その為再生利用よりも、放置・散乱の方が多く目立つようになった。又焼却においては、加熱焼結物質付着による炉壁の損傷という問題が発生している。更に埋立て処理に於いても、主要原料樹脂は加圧又は触媒重合された本来的に安定で腐り難い物質である為他のブラスチツク成形品と同様に、劣化・腐触・分解による物質の自然循環の形成を阻み、大きな社会問題になってきている。
【０００７】発明が解決しようとする課題は、■使用時の機能、即ち緩衝性、断熱性及び軽量・柔軟性等を保持しつつ、■成形が工業的に可能であること且つ、■全般を通じて原価高でないこと、少なくとも現用品の２割アツプ程度までであること、■使用済み後の廃棄処理が容易であり；使用済み後の焼却・分解時に有害物質を発生せず；放置又は埋設されていても、又一部が土中でかつ一部が日光に曝されていても、その環境状態で自然に分解還元すること；この自然還元が、強伸度低下率で短期間で５０％以下のレベルになることである。
【０００８】さらに具体的には、■混練性が良く・親和性が良く・腐蝕性があって・生／光分解性を有する添加剤物質群の探索選定、■基体となる原料樹脂の、ポリマー種、分子量分布やＭＦＲ、即ち樹脂銘柄の選定、■添加剤種とその組合せ・各含有比率等の原料ポリマーとのマスターバツチシステムの探索選定、■所要の添加剤物質を均一に把持・含有したままでのフイルムの成形温度条件の決定、■更に特にフイルムを押出し乍ら同時に気泡シートを形成する方法と装置について鋭意研究開発を全うすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、樹脂原料については、ＭＦＲが低いと融着性が悪く、高過ぎると気泡シートに必要な曲げ剛性が低下する事、及び添加剤についてはその含有量が低いと分解性不十分となり、高過ぎるとフイルムのガスバリアー性が低下して、気泡シートの空気抜けを生じるという困難を克服すべく、鋭意前各項の取捨選択・研究開発を進め、以下に示すような分解性気泡シート及びその製造方法が最善であることを発見した。
【００１０】
【図１】
【００１１】図１は、本発明の分解性気泡シートの部分断面図であって、１は分解性気泡シート、２はキヤツプフイルム、２１は気泡室、２２はシール部、２３は気泡室の壁部、２４は気泡天面縁、３はバツクフイルム、４は生物分解性有機物質、Ｄは気泡室の間隔、Ｈは気泡室の高さ、Ｒは気泡室の直径である。
【００１２】図１に示す形状の本発明の分解性気泡シート１に関し、先ず分解性気泡シート１の構成・大きさについて述べる。気泡室の高さＨと直径Ｒとはそれぞれ２〜２０ｍｍ及び３〜５０ｍｍφの範囲が好ましい。気泡壁の厚さについては気泡室の壁部２３及び気泡天面縁２４の厚さとがそれぞれ１０〜２００μｍ、５〜２００μｍの範囲にあることが好ましい。気泡室２１の分布（シール部分の面積相当値）については気泡室の間隔Ｄが０．８〜１０ｍｍで、均一に分布していることが好ましい。図１では、キヤツプフイルム２とバツクフイルム３の２層で構成された例を示したが、気泡天面縁２４に第３のフイルム（ライナーフイルムと呼ぶ。図示せず）を貼合した構成でもよい。また、キヤツプフイルム２、バツクフイルム３、ライナーフイルムが多層フイルムであってもよい。ただし、これらの場合、すべてのフイルムに生物分解性有機物質４が１〜２５重量％含有される必要がある。
【００１３】本発明に適応するポリオレフイン樹脂としては、ポリエチレンが好ましく、尚そのＭＦＲが０．５〜３０の範囲にあることが更に好ましい。
【００１４】次に生物分解性有機物質４について述べる。生物分解性有機物質４としては、澱粉もしくは澱粉と脂肪酸の混合物を用いる。澱粉は平均粒径がそれぞれ５、１５及び８０μｍの米、コーン又はポテトのいずれかの素原料澱粉を脱水処理して疎水性変成澱粉を得て、この含水性変成澱粉を乾燥して水分１％以下としたものを用いる。マスターバツチについては、ポリオレフイン樹脂に対して１０〜６０重量％の上記変成澱粉を混練して、水分も１％以下のマスターバツチとする。脂肪酸２〜２０％を混入せしめてもよい。光分解促進剤４として、紫外線で活性化する有機金属塩４を０．１〜１０％添加してもよい。
【００１５】以上に述べた解決手段により本発明者等は、■生物分解性有機物質４を１〜２５重量％含有するＭＦＲが０．５〜３０のポリオレフイン樹脂の膜で形成された生物分解性気泡シート１と、■生物分解性有機物質４を１〜２５重量％、及び光分解性物質４を０．１〜１０％含有するＭＦＲが０．５〜３０のポリオレフイン樹脂の膜で形成された分解性気泡シート１を提供するものである。
【００１６】
【図２】
【００１７】図２は、分解性気泡シートの成形装置を説明する図であって、５は成形装置、６１はＴ−ダイ■、６２はＴ−ダイ■、６３はＴ−ダイ■の先端と成形ロールの間隙、７１は供給ホツパー、７２は押出機、８はアダプター、９は成形ロール、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は各々シリンダー温度である。
【００１８】成形条件としては、押し出された樹脂温度が１２０〜２５０℃の範囲に、更に好ましくは１３０〜２４０℃の範囲になるように、押出加工温度条件をコントロールすることが肝要である。
【００１９】成形装置５については、成膜したフイルムを一旦巻き上げて後再び繰り出して加熱して気泡シート１を成形する方法ではなく、２個のＴ−ダイ（６１、６２）でキヤツプフイルム２とバツクフイルム３を押し出し乍ら、気泡シート１を成形する方法が好ましい。このときのＴ−ダイ■６２の先端と成形ロール９との間隙６３は４０ｍｍを越えてはならない。４０ｍｍを越えると、キヤツプフイルム２とバツクフイルム３の熱融着が不完全になる。また、図２では、Ｔ−ダイ■から押し出されたキヤツプフイルム２を直接成形ロール９に入れる態様を示したが、Ｔ−ダイ■と成形ロール９の間に、冷却ロール、再加熱ロールを介挿せしめる態様も許容される。
【００２０】図２で更に具体的に説明すると次の通りである。既に説明したポリオレフイン樹脂を原料としてＴ−ダイ■６１を用いて押出し成膜した後引き続き凹部形成用の成形ロール９を用いてキヤツプフイルム２を連続成形すると同時に、Ｔ−ダイ■６２を用いてバツクフイルム３を押出して空気を凹内部２１に密封して成る気泡シート１製造方法において、加熱されるポリオレフイン樹脂温が全工程を通じて２５０℃を越えないこと及び成形ロール９と上記Ｔ−ダイ■との間隙６３が４０ｍｍを越えないことを特徴とする分解性気泡シート１の製造方法を提供する。
【００２１】
【作用】ここでいう微生物とは、バクテリア類、アクチノミセスなどの菌類や微小な昆虫類や環形動物であって、分解能力を有する小生物の総称である。
【００２２】分解プラスチツクフイルムの現認態は、視覚的にはフイルムの欠損、細片化であり、触覚的には破砕し易いことであり、より客観的には強伸度等の物性値の低下である。以下においては上記の基本的認識の元で、本発明における生物分解等の作用機序を述べる。
【００２３】（１）澱粉・微生物作用によるもの澱粉４が微生物類を誘引する。この微生物は、土中・水中などの微生物活性環境下において澱粉４を栄養として繁殖する。その結果、■微生物による酸化分解酵素の分泌が盛んとなり、■澱粉４の浸食除去による空洞の発生及び昆虫類、環形動物によるフイルムの咀嚼破砕による分解反応面積の増大となる。因に、１００μｍ以下のフイルムでは寄生虫等の昆虫類による咀嚼破砕は顕著で、これだけでも機械的にかなり細片化される。
【００２４】（２）添加脂肪酸による酸化分解土中のＭｇ系やＣａ系の有機酸金属塩と添加脂肪酸とが反応して過酸化物を発生する。この発生ラジカルに依ってＣ−Ｃ間分子結合が酸化切断される。すなわちこれは、ポリマー結合の分子鎖切断であり、分子量低下である。これが更に進行して、皮膜強度の低下即ち劣化に至るのである。
【００２５】（３）光分解更にフイルムそのものに光線即ち紫外線でラジカルを発生し易い有機類金属塩類４を添加することによって、非埋設環境即ち太陽光に曝すだけでも、前項と同様の分解反応が進行する。
【００２６】上記の各反応の中間段階においては、カルボニル基（−Ｃ＝Ｏ）が発生するが最終的には二酸化炭素と水とに分解されるだけであって有害ガスは発生しない。又これは勿論緩慢な酸化であるために発熱量にも問題はない。更にこの故に、製品の実用上の使用環境に於いては、本来のライフサイクルに本質的な影響をあたえるものではない。
【００２７】
【実施例１】
（１）原材料ＭＦＲ：１０の低密度ポリエチレンに対して生物分解性有機物質４として米澱粉４（平均粒子径５μｍ）を４３％添加した。米澱粉４のマスターバツチの含水率は０．５％であった。これを予め１９０℃で混練したものを使用した。
ＭＦＲ：５の低密度ポリエチレンに上記マスターバツチを２０重量％ドライブレンドし、これを押出し成形加工の原料とした。
【００２８】（２）成形装置Ｌ／Ｄ２４のポリエチレン用９０ｍｍφ押出機７２にアダプター８を介して双頭Ｔ−ダイ（６１、６２）を設置、成形ロール９とＴ−ダイ■との隙間６３を３０ｍｍに固定した。
【００２９】（３）加熱温度条件（コントロール温度分布）
シリンダー温度（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）：が各々２００℃、２００℃、２２０℃アダプター８：２４０℃Ｔ−ダイ（６１、６２）：２３０℃（目標樹脂温度２２０±５℃）
【００３０】（４）成形２３０℃で膜状に押し出し気泡シート１を成形した。
【００３１】（５）構成・大きさ気泡室の高さＨ４ｍｍ；気泡室の直径Ｒ１０ｍｍφ；気泡室の壁部２３、キヤツプフイルム２、気泡天面縁２４の厚さがそれぞれ３０μｍ、６０μｍ、１５μｍ；気泡室の間隔（シール部分）Ｄが１．２ｍｍで、かつ均一に分布せしめた。
【００３２】
【実施例２】
（１）原材料ＭＦＲ：１０の低密度ポリエチレンに対して生物分解性有機物質４としてコーン澱粉４（平均粒子径１５μｍ）を４３％、脂肪酸（大豆油）を６％添加した。コーン澱粉４のマスターバツチの含水率は０．５％であった。これを更に紫外線で活性化してラジカルを発生する有機金属塩を追加して、これらを予め１９０℃で混練したものを使用した。
ＭＦＲ：５の低密度ポリエチレンに上記マスターバツチを２０重量％ドライブレンドし、これを押出し成形加工の原料とした。
【００３３】（２）成形装置Ｌ／Ｄ２４のポリエチレン用９０ｍｍφ押出機７２にアダプター８を介して双頭Ｔ−ダイ（６１．６２）を設置、成形ロール９とＴ−ダイ■との間隔６３を４ｍｍに固定した。
【００３４】（３）加熱温度条件（コントロール温度分布）
実施例１と同様に下記とした。
シリンダー温度（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）：が各々２００℃、２００℃、２２０℃アダプター８：２４０℃Ｔ−ダイ（６１．６２）：２３０℃（目標樹脂温：２２０±５℃）
【００３５】（４）成形実施例１と同様に、２３０℃で膜状に押し出し気泡シート１を成形した。
【００３６】（５）構成・大きさ得られた分解性気泡シート１は、気泡室の高さＨ４ｍｍ；気泡室の直径Ｒ１０ｍｍφ；気泡室の壁部２３、キヤツプフイルム２、気泡天面縁２４の厚さがそれぞれ３０μｍ、６０μｍ、１５μｍ；気泡室の間隔（シール部分）Ｄが１．２ｍｍで、かつ均一に分布せしめた。
【００３７】
【比較例】
（１）銘柄ポリエチレンよりなる市販のエア・バッグ：＃４０
【００３８】（２）構成・大きさ（何れも概数値）
気泡室の高さＨ４ｍｍ；気泡室の直径Ｒ１０ｍｍφ；気泡室の壁部２３、キヤツプフイルム２、気泡天面縁２４の厚さがそれぞれ３０μｍ、６０μｍ、１５μｍ；気泡室の間隔（シール部分）Ｄが１．２ｍｍで、かつ均一に分布したもの。
【００３９】試料として、実施例１、実施例２、比較例で得られた気泡シート１を用い、以下に説明する埋設生物分解試験、屋外曝露試験、発熱量試験を行った。実施例１をＡ、実施例２をＢ、比較例をＣとして、試験結果を表示した。
【００４０】
【試料の調製】幅は気泡室２１が一列が中央に、かつ両側端列の気泡室２１がそれぞれ半分含まれるように２３ｍｍとし、長さは機械方向に２００ｍｍとして、埋設生物分解試験および屋外曝露試験の試料とした。発熱量評価用も所定量採取して、供試した。
【００４１】
【埋設生物分解試験】堆肥中３０ｃｍの深さに埋設し、隔日水掛けし、その他はＪＩＳＫ７１１３（低密度ポリエチレン）に準じて、所定の日数毎に引張伸び率の評価を行った。
【００４２】
【屋外曝露試験】屋外に曝露放置し、その他はＪＩＳＫ７１１３（低密度ポリエチレン）に準じて、所定の日数毎に引っ張り試験をして伸び率の評価を行った。
【００４３】
【発熱量試験】ＪＩＳＫ２２７９に準拠して行った。
【００４４】
【図３】
【００４５】図３は、埋設生物分解試験の試験結果を示す図であって、Ａは実施例１の試料、Ｂは実施例２の試料、Ｃは比較例の試料である。
【００４６】図３において：従来品（Ｃ）は殆ど伸度に変化はないが、実施例（Ａ、Ｂ）は何れも５０日目で残留伸度５０％以下の効果が出ている。Ｂがやや早いが差は僅かである。
【００４７】
【図４】
【００４８】図４は、屋外曝露試験の試験結果を示す図であって、Ａ、ＢおよびＣは図３と同様である。
【００４９】図４において：Ｂに顕著な効果が認められ４０日で残留伸度はほぼ零に落ちている。
【００５０】
【表１】

【００５１】表１は、発熱量試験の発熱量を示す表であって、Ａ、ＢおよびＣは図３と同様である。
【００５２】表１において：Ａ、ＢおよびＣとの間に殆ど差がなく、添加剤混入による発熱量の増大は認められない。
【００５３】
【発明の効果】（１）本発明による各原材料と製造方法とを用いれば、生物分解性有機物質４を熱劣化させずに、かつキヤツプフイルム２とバツクフイルム３とを充分に熱融着させることができ、従来品と同等の実用機能を有しかつ、無公害の分解性気泡シート１が成形される。
（２）従来品と同等の実用特性、即ち緩衝性、断熱性、浮揚性（軽量）の三大基本特性を保持しているので、従来分野にそのまま使用しても、何等廃棄に伴う公害問題は発生しない、無公害の分解性気泡シート１が提供される。
（３）本発明による分解性気泡シート１は環境を汚染しない。即ちこれを埋設すれば生物分解により自然に還元される。或いは外界に曝露・放置されていても自然分解される。
（４）尚これらは例え焼却されたとしても有害なガス発生や過剰な熱発生はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分解性気泡シートの部分断面図である。
【図２】分解性気泡シートの成形装置を説明する図である。
【図３】埋設生物分解試験の試験結果を示す図である。
【図４】屋外曝露試験の試験結果を示す図である。
【表１】発熱量試験の発熱量を示す表である。
【符号の説明】
１分解性気泡シート
２キヤツプフイルム
２１気泡室
２２シール部
２３気泡室の壁部
２４気泡天面縁
３バツクフイルム
４生物分解性有機物質
５成形装置
６１Ｔ−ダイ■
６２Ｔ−ダイ■
６３Ｔ−ダイ■の先端と成形ロールの間隙
７１供給ホツパー
７２押出機
８アダプター
９成形ロール
Ａ実施例１の試料
Ｂ実施例２の試料
Ｃ比較例の試料
Ｄ気泡室の間隔
Ｈ気泡室の高さ
Ｒ気泡室の直径
Ｓ１シリンダー温度
Ｓ２シリンダー温度
Ｓ３シリンダー温度

【特許請求の範囲】
【請求項１】生物分解性有機物質を１〜２５重量％含有する、メルトフローレート（以下これをＭＦＲと略記す）が０．５〜３０のポリオレフイン樹脂の膜で形成された生物分解性気泡シート。
【請求項２】生物分解性有機物質を１〜２５重量％と、光分解性物質を０．１〜１０％含有する、ＭＦＲが０．５〜３０のポリオレフイン樹脂の膜で形成された分解性気泡シート。
【請求項３】生物分解性有機物質が澱粉である請求項１および請求項２記載の分解性気泡シート。
【請求項４】生物分解性有機物質が澱粉と脂肪酸の混合物である請求項１および請求項２記載の分解性気泡シート。
【請求項５】請求項１〜請求項４記載のポリオレフイン樹脂を原料としてＴ−ダイ■を用いて押出し成膜した後引き続き凹部形成用の成形ロールを用いて凹フイルムを連続成形すると同時に、Ｔ−ダイ■を用いてフイルムを押出して空気を凹内部に密封するように熱融着せしめて成る気泡シート製造方法において、加熱されるポリオレフイン樹脂温が全工程を通じて２５０℃を越えないこと及び成形ロールと上記Ｔ−ダイ■との間隙が４０ｍｍを越えないことを特徴とする生物分解性気泡シートの製造方法。

【図１】