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特開2017-193697ビール粕を含有するバイオ複合プラスチック及びその製造方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-193697(P2017-193697A)
(43)【公開日】2017年10月26日
(54)【発明の名称】ビール粕を含有するバイオ複合プラスチック及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
   C08L 101/00 20060101AFI20170929BHJP
   C08L 3/00 20060101ALI20170929BHJP
   C08L 89/04 20060101ALI20170929BHJP
   C08L 97/02 20060101ALI20170929BHJP
   C08J 3/20 20060101ALI20170929BHJP
   C12F 3/10 20060101ALN20170929BHJP
【FI】
   C08L101/00
   C08L3/00
   C08L89/04
   C08L97/02
   C08J3/20CES
   C12F3/10
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】OL
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2016-234059(P2016-234059)
(22)【出願日】2016年12月1日
(31)【優先権主張番号】105112550
(32)【優先日】2016年4月22日
(33)【優先権主張国】TW
(71)【出願人】
【識別番号】516361945
【氏名又は名称】世翔國際實業股▲分▼有限公司
(74)【代理人】
【識別番号】100082418
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 朔生
(72)【発明者】
【氏名】陳世明
(72)【発明者】
【氏名】石燕鳳
(72)【発明者】
【氏名】章文銓
【テーマコード(参考)】
4B128
4F070
4J002
【Fターム(参考)】
4B128AC20
4B128AG09
4F070AA03
4F070AA13
4F070AA62
4F070AA66
4F070AB01
4F070AB11
4F070AB26
4F070FA01
4F070FA07
4F070FA08
4F070FA11
4F070FA17
4F070FC06
4J002AA011
4J002AB042
4J002AD032
4J002AH002
4J002BB031
4J002GC00
4J002GG01
(57)【要約】      (修正有)
【課題】ビール粕を含有するバイオ複合プラスチック及びその製造方法の提供。
【解決手段】ビール粕を含有する原料が提供される工程aと、石化プラスチックを含有する原料が提供される工程bと、ビール粕及び石化プラスチックが調合される工程cであって、ビール粕の添加量は10〜60%であり、石化プラスチックの添加量は40〜90%である工程cと、を含み、工程aにおいて、前処理ユニット10を備え、前処理ユニット10によりビール粕に対して脱水処理11、乾燥処理12、ベーク処理13、研磨処理14、及びスクリーニング処理15が行われて、形成されたビール粕の粒径の長径比の範囲が7.6〜10.2μmになる、ビール粕を含有するバイオ複合プラスチックの製造方法。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ビール粕を含有する原料が提供される工程aと、
石化プラスチックを含有する原料が提供される工程bと、
ビール粕及び石化プラスチックが調合される工程cであって、ビール粕の添加量は10%から60%であり、石化プラスチックの添加量は40%から90%である工程cと、を含み、
工程aにおいて、前処理ユニットを備え、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て、形成されたビール粕の粒径の長径比の範囲が7.6μmから10.2μmになることを特徴とする、
ビール粕を含有するバイオ複合プラスチックの製造方法。
【請求項2】
相容化剤(Compatibilizer)が提供される工程dをさらに含み、相容化剤の添加量は8%から12%であることを特徴とする、請求項1に記載のビール粕を含有するバイオ複合プラスチックの製造方法。
【請求項3】
ビール粕の添加量の範囲は10%から30%の間の数値であり、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2に記載のビール粕を含有するバイオ複合プラスチックの製造方法。
【請求項4】
ビール粕の含水率が2%から5%に制御されることを特徴とする、請求項1に記載のビール粕を含有するバイオ複合プラスチックの製造方法。
【請求項5】
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備え、前記ツインスクリュー押出機は、石化プラスチック投入口と、ビール粕投入口と、原料吐出口とを有し、前記原料裁断機は原料裁断口及び出口を有し、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原料裁断口に連通され、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石化プラスチック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2に記載のビール粕を含有するバイオ複合プラスチックの製造方法。
【請求項6】
添加量が10%から60%のビール粕と、
添加量が40%から90%の石化プラスチックとを含み、
前記ビール粕の粒径の長径比の範囲が7.6から10.2であることを特徴とする、
ビール粕を含有するバイオ複合プラスチック。
【請求項7】
添加量が8%から12%の相容化剤をさらに含み、相容化剤によりビール粕及び石化プラスチックが均等に調合されることを特徴とする、請求項6に記載のビール粕を含有するバイオ複合プラスチック。
【請求項8】
ビール粕は添加量が10%から30%の間の数値でり、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7に記載のビール粕を含有するバイオ複合プラスチック。
【請求項9】
ビール粕の含水率が2%から5%に制御されることを特徴とする、請求項6に記載のビール粕を含有するバイオ複合プラスチック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、タバコ及び酒の廃棄物(ビール粕)の応用に関し、より詳しくは、ビール粕を含有するバイオ複合プラスチック及びその製造方(BIO−PLASTIC COMPOSITE CONTAINING BREWER’S SPENT GRAINS AND A METHOD FOR MAKING THE SAME)に関する。
【背景技術】
【0002】
台湾で1年間に使用されるポリ袋は180億枚にも上り、且つプラスチック製のストローも20億本にも上り、甚大な環境汚染を引き起こしている。また、石油化学産業で精製されたこれらのプラスチック製品の原料価格は石油価格に基づいて決定されるため、石油価格が高騰すると精製にかかるコストも高騰してしまう。さらには、石油の精製自体がエネルギー消費が多く汚染度の高い産業である上、製造されたプラスチック製品の回収及びリサイクル率も低く、多くのプラスチック廃棄物が不法投棄されたり、勝手に焼却されたり、埋められる等し、空気、土壌、水源に重大な汚染をもたらした。
【0003】
近年では、我が国を含む多くの国家において、環境保護意識が高まっており、環境に有利な100%生分解性プラスチックや部分的に生分解が可能なプラスチック製品が徐々に増え、石化プラスチック製品の使用量が減少している。
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複合原料であり、特にPLAは現在のバイオ複合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。
【0004】
このため、業者は農業廃棄物を採用してPLA及びバイオ複合プラスチックの使用量を減らしたり代替したりしており、よくある農業廃棄物として、稲の籾殻、小麦の籾殻、とうもろこしの芯、バガス、椰子の木、椰子の殻、木屑、及びコーヒーの出し殻等を含む。稲の籾殻及びコーヒーの出し殻が最も広く応用されているが、我が国は稲の生産国であるため、毎年34万トンにも及ぶ稲の籾殻が廃棄物として利用可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、稲の籾殻の多くは農家で農業用飼料、育苗、堆肥、及び燃料等に使用されているため、稲から取得するのは容易ではない。コーヒーの出し殻はコーヒーチェーン店やコンビニエンスストアで取得できるが、前処理が簡単ではなく、原料コスト自体は高くないが、前処理のコストが高いため、製造された製品の価格も高騰してしまう。
そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、コストが低く、且つ前処理が容易なタバコ及び酒の廃棄物により稲の籾殻及びコーヒーの出し殻を代替させ、石化プラスチックと結合させることで新たなバイオ材料とする方法を提供する。
【0006】
本発明は、以上の従来技術の課題を解決する為になされたものである。即ち、本発明に係るビール粕を含有するバイオ複合プラスチック及びその製造方法の目的は、石化プラスチックにビール粕を添加することで、石化プラスチックの使用量を減らし、プラスチックによる汚染を低減させることである。
【0007】
また、本発明に係るビール粕を含有するバイオ複合プラスチック及びその製造方法の他の目的は、前記バイオ複合プラスチックを利用して、器、皿、瓶、缶、容器、部材等の様々なバイオ複合プラスチック製品の製造が可能であり、タバコ及び酒の廃棄物の利用価値を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述した課題を解決し、目的を達成するための本発明に係るビール粕を含有するバイオ複合プラスチックの製造方法は、ビール粕を含有する原料が提供される工程aと、石化プラスチックを含有する原料が提供される工程bと、ビール粕及び石化プラスチックが調合される工程cであって、ビール粕の添加量は10%から60%であり、石化プラスチックの添加量は40%から90%であることと、相容化剤が提供され、ビール粕及び石化プラスチックが均等に調合されると共に機械全体の好ましい引張強度TS(MPa)が維持される工程dであって、前記相容化剤の添加量は8%から12%であることとを含む。
【0009】
好ましくは、工程aにおいて、前処理ユニットを備え、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て、形成されたビール粕の粒径の長径比(L/D)の範囲が7.6μmから10.2μmになる。
【0010】
ビール粕の含水率が2%から5%に制御されると機械全体の引張強度TS(MPa)の効果が最も好ましくなり、含水率の数値は2%が最も好ましい。
【0011】
ビール粕の添加量の数値は20%が最も好ましく、ビール粕及び石化プラスチックの全体の強度TS(MPa)の数値は23.7が最も好ましい。
【0012】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係るビール粕を含有するバイオ複合プラスチックは、添加量が10%から60%のビール粕と、添加量が40%から90%の石化プラスチックと、添加量が8%から12%の相容化剤とを含む。相容化剤によりビール粕及び石化プラスチックが均等に調合されると共に機械全体の好ましい引張強度TS(MPa)が維持される。
【0013】
好ましくは、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更に備える。ツインスクリュー押出機は、石化プラスチック投入口と、ビール粕投入口と、原料吐出口とを有し、原料裁断機は裁断口及び出口を有する。ツインスクリュー押出機の原料吐出口は原料裁断機の裁断口に連通される。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石化プラスチックが棒状プラスチックになるように押し出され、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。
【発明の効果】
【0014】
本発明に係るビール粕を含有するバイオ複合プラスチック及びその製造方法は、主にビールの製造過程で生成されるタバコ及び酒の廃棄物(ビール粕)(Brewery Spent Grain、BSG)が脱水処理、乾燥処理、ベーク処理、研磨処理、及びスクリーニング処理等の前処理プロセスを経た後、乾燥ビール粕粉末が特定の比率で特定の石化プラスチックに添加されて調合され、相容化剤によりビール粕及び石化プラスチックが均等に調合され、造粒工程を経てビール粕+石化プラスチックのバイオ複合プラスチックの造粒が完成する。
石化プラスチック中にビール粕が添加されることによって、石化プラスチックの使用量が減少し、プラスチック汚染を減らす目的を達成させる。また、本発明に係るビール粕を含有するように製造されたバイオ複合プラスチックに一般的なプラスチック成形加工方式を利用することで、器、皿、瓶、缶、容器、部材等の様々なバイオ複合プラスチック製品が製造可能であるため、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。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】本発明の前処理ユニットを説明する概略図である。
図2】本発明の造粒ユニットの構成を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。
【実施例】
【0017】
(第1実施形態)
本発明に係るビール粕を含有するバイオ複合プラスチック及びその製造方法は、主に既存の石化プラスチックにおいてその重量比が減少され、ビール粕が加えられ、且つ相容化剤が添加されることにより、バイオ複合プラスチックが、添加量10%から60%のビール粕と、40%から90%の石化プラスチックと、8%から12%の相容化剤とを含有する。
【0018】
さらに、ビール粕はビール製造過程において生成されるタバコ及び酒の廃棄物であり、且つ含水量は70%から80%に達する。このため、ビール粕が石化プラスチックに調合される前には前処理ユニット10により前処理が行われる必要がある(図1参照)。
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、含水率が計測される。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のサイズのメッシュ(Mesh)でスクリーニングされた後に異なる長径比(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。
【0019】
【表1】
【0020】
表1の実験データに基づくと、メッシュのサイズが20(Mesh)の場合に得られるビール粕の長径比(L/D)は7.6μmであり、メッシュのサイズが40(Mesh)の場合に得られるビール粕の長径比(L/D)は9.0μmであり、メッシュのサイズが50(Mesh)の場合に得られるビール粕の長径比(L/D)は10.2μmであり、メッシュのサイズが60(Mesh)の場合に得られるビール粕の長径比(L/D)は184.8μmである。
繊維がなく顆粒状になり、長径比もなくなり、繊維サイズが50(MESH)より大きい他のビール粕の長径比(L/D)は7.6μmから10.2μmとなる。この実験からは、本発明では長径比(L/D)が7.6μmから10.2μmのビール粕が採用されて石化プラスチックと調合され、補強効果が達成され、且つ、長径比(L/D)>9μmのビール粕の補強効果が好ましいことが分かる。
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。
【0021】
【表2】
【0022】
表2の実験データによると、ビール粕が全く添加されない場合の全体的な機械的引張強度TS(MPa)は23.4である。ビール粕の添加量が10%である場合、全体的な機械的引張強度TS(MPa)は23.5であり、或いはビール粕の添加量が20%及び30%である場合、全体的な機械的引張強度TS(MPa)はそれぞれ23.7及び21.5であり、ビール粕の添加量が10%から30%の間であれば全体的な機械的引張強度TS(MPa)が均しく20MPa以上に達し、ビール粕が全く添加されない場合の機械的引張強度TS(MPa)23.4に十分に近似する。特に、10%から20%のビール粕の添加量では機械的引張強度TS(MPa)が23.4に最も接近する。
ビール粕の添加量が増えるにつれ、機械的引張強度TS(MPa)のデータが下降線をたどり、添加量が40%に達すると全体的な機械的引張強度TS(MPa)が16.6まで下降し、且つ添加量が60%まで増加すると全体的な機械的引張強度TS(MPa)が10.1まで下降する。このように、最適なビール粕の添加量は10%から30%であり、機械的全体的な引張強度TS(MPa)が均しく20以上に達するため、ビール粕が全く添加されない場合の全体的な機械的引張強度TS(MPa)23.4に十分近似する。また、添加量が10%から20%の場合の機械的引張強度TS(MPa)が最も好ましい数値23.4に最も接近する。
表3は含水率の違いが全体的な機械的強度に与える影響の実験データを示す。
【0023】
【表3】
【0024】
表3の実験データに基づくと、ビール粕の含水率の違いは全体的な機械的引張強度TS(MPa)に確実に影響を及ぼし、実験からは含水量の増加につれて機械全体の引張強度TS(MPa)が下降することが分かり、ビール粕の含水率が低いほど機械全体の引張強度TS(MPa)の性能が高まる。ビール粕は前記ベーク処理13を施された後に含水率が2%から5%に制御されることにより、機械全体の引張強度TS(MPa)が20以上に達する。
含水率が2%の機械全体の引張強度TS(MPa)は23.7であり、含水率が5%の機械全体の引張強度TS(MPa)は22.5であり、両者のデータはビール粕が全く添加されない場合の機械全体の引張強度TS(MPa)23.4に十分近似する。ビール粕の含水率が2%から5%の間の場合に機械全体の引張強度TS(MPa)が最も良くなり、含水率は2%が最も好ましい数値である。
【0025】
最後に、表4は、ビール粕の添加量が10%から30%、及び含水率が2%から5%の条件で異なる添加量の相容化剤が添加された場合の実験データを示す。
【0026】
【表4】
【0027】
表4の実験データに基づくと、相容化剤が0%から5%の場合は機械全体の引張強度TS(MPa)が20より低くなる。添加量の不足が原因であり、相容化剤の添加量が低すぎる場合、ビール粕及び石化プラスチックの間の結合性及び機械全体の引張強度TS(MPa)が不足し、且つ表四からは相容化剤の添加含量が8%から12%に達すると、機械全体の引張強度TS(MPa)が23.7及び20.8に達することが分かる。
添加含量が8%の場合の機械全体の引張強度TS(MPa)23.7が最も好ましい数値であり、ビール粕が全く添加されない場合の全体的な引張強度Ts(MPA)23.4に十分近似する。添加量が12%の場合、機械的引張強度TS(MPa)がやや下降する現象が見られるが、但しデータによれば20.8に保持される。このように、ビール粕及び石化プラスチックの間の結合性及び機械的引張強度TS(MPa)を均しく23.4に接近するように保持させるためには、前記相容化剤の添加量が8%から12%である必要がある。
【0028】
図2は本発明の造粒ユニットの構成を説明する概略図である。造粒ユニット20は原料裁断機22に連結されるツインスクリュー押出機21を備え、ツインスクリュー押出機21は、石化プラスチック投入口210と、ビール粕投入口211と、原料吐出口212とを有し、原料裁断機22は裁断口220及び出口221を有する。ツインスクリュー押出機21の原料吐出口212は原料裁断機22の裁断口220に連通される。
石化プラスチック及びビール粕は石化プラスチック投入口210及びビール粕投入口211からそれぞれツインスクリュー押出機21内に入れられ、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石化プラスチック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に送られて、裁断口220により棒状プラスチックAが粒状のプラスチックBになるように切断され、器、皿、瓶、缶、容器、部材等が製造される。
【0029】
上述の説明から分かるように、本発明に係るビール粕を含有するバイオ複合プラスチックは以下の方法で取得され、以下の工程を含む。
ビール粕を含有する原料が提供される工程a。
石化プラスチックを含有する原料が提供される工程b。
ビール粕及び石化プラスチックが調合される工程cであって、ビール粕の添加量は10%から60%であり、石化プラスチックの添加量は40%から90%である工程c。
相容化剤が提供され、ビール粕及び石化プラスチックが均等に調合されると共に機械全体の好ましい引張強度TS(MPa)が維持される工程dであって、前記相容化剤の添加量は8%から12%である工程d。
【0030】
上述の方法に加えて表1乃至表4の実験データを参照すると、ビール粕の添加量は10%から20%が最も好ましく、且つビール粕の粒径の長径比(L/D)の範囲は7.6μmから10.2μmである。長径比(L/D)>9μmのビール粕の補強効果が好ましく、ビール粕の含水率が2%から5%に制御されると機械全体の引張強度TS(MPa)の効果が最も好ましくなる。含水率は2%が最も好ましい。
なお、本実施形態において、相容化剤(Compatibilizer)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、本発明に係るビール粕を含有するように製造されたバイオ複合プラスチックに一般的なプラスチック成形加工方式を利用することで、器、皿、瓶、缶、容器、部材等の様々なバイオ複合プラスチック製品が製造可能であり、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。
【0031】
総合すると、本発明はビール粕を含有するバイオ複合プラスチック及びその製造方法であり、主にビールの製造過程で生成されるタバコ及び酒の廃棄物(ビール粕)(Brewery Spent Grain、 BSG)が脱水処理、乾燥処理、ベーク処理、研磨処理、及びスクリーニング処理等の前処理プロセスを経た後、乾燥ビール粕粉末が特定の比率で特定の石化プラスチックに添加されて調合され、高密度ポリエチレン(HDPE、High Density Polyethylene)に適合する相容化剤が選択されてビール粕及び石化プラスチックが均等に調合され、ツインスクリュー押出機21及び原料裁断機22によりビール粕+石化プラスチックのバイオ複合プラスチックが造粒される。
なお、本発明は、石化プラスチックにビール粕が添加されることで、石化プラスチックの使用量が確実に減少され、プラスチック汚染を低減させる目的を達成させる。
【0032】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【0033】
10 前処理ユニット
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 石化プラスチック投入口
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
図1
図2