JP2011000881A

JP2011000881A - エクストルーダーおよびそれを用いた生分解性発泡成形物の原料の製造方法

Info

Publication number: JP2011000881A
Application number: JP2010085129A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nakamura; 篤史中村; Hideaki Tanaka; 秀明田中
Original assignee: Nissei Co Ltd
Current assignee: Nissei Co Ltd
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2011-01-06
Anticipated expiration: 2030-04-01
Also published as: WO2010134208A1; JP4846861B2

Abstract

【課題】性状が異なる材料であっても均一に撹拌・混合して押出し成形できるエクストルーダーを提供すること。
【解決手段】エクストルーダーは、温度制御される細長いシリンダーと、シリンダー内で互いに平行に並び同方向に軸回転する一対の細長いスクリューとを備え、各スクリューは、シリンダーに供給された材料をシリンダーの基端側から先端側へ搬送する複数のボールスクリューと搬送されてきた材料を撹拌・混合する複数のニーディングスクリューが交互に組合されてなる。
【選択図】図２

Description

この発明は、エクストルーダーおよびそれを用いた生分解性発泡成形物の原料の製造方法に関する。

この発明に関連する従来技術としては、澱粉質原料を含有するパフ用原料と、水とをエクストルーダーに供給し、前記澱粉質原料がα化するように加熱混練しながら、前記エクストルーダー先端に装着されたノズル部の吐出孔より押し出して切断することにより、平均粒径１．５〜２．２ｍｍのペレットを成形するペレット成形工程と、前記ペレットを加熱して膨化させ、平均粒径１．８〜２．８ｍｍのパフを得る膨化工程とを含むことを特徴とするパフの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、この発明に関連する更なる従来技術としては、澱粉を主原料とする発泡基材層の表面を疎水性のフィルムで被覆した生分解性発泡成形物が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−１２１０６７号公報国際公開第０２／０２２３５３号パンフレット

食品加工機械として粉砕、混合、加熱、加圧、殺菌、冷却、押出し、成形などの各種工程を連続的に行えるエクストルーダーが注目されている。
エクストルーダーは、温度制御されるシリンダーと、シリンダー内で互いに平行に並んで同方向に軸回転する一対の細長いスクリューとから構成されている。
各スクリューは、材料を搬送するボールスクリューと、材料を撹拌・混合するニーディングスクリューと、材料を逆方向に搬送するリバーススクリューとを、目的に合わせて適宜繋ぎ合せることにより構成されている。
しかし、スクリューの全長はエクストルーダーによって制約があり、その全長の範囲内で目的とする工程が連続的に実施されるようにボールスクリュー、ニーディングスクリューおよびリバーススクリューを組み合わせる必要がある。

ところで、近年はゴミの減量や資源循環型社会の実現が強く求められており、容器の分野においても環境に優しい生分解性のものが求められている。
生分解性の容器としては、澱粉を主原料とする発泡基材層の表面を疎水性の生分解性プラスチックフィルムで被覆したものが提案されている。
このような生分解性容器において、発泡基材層の主原料には、澱粉の他、コストダウンや成形後の強度保持等の目的でパルプやポリビニルアルコールなどの添加物が混ぜられる。

しかしながら、原料段階においてパルプは塊状であり、一方、澱粉およびポリビニルアルコールは粉状または粒状であり性状が異なる。
したがって、主原料としての澱粉、パルプ、ポリビニルアルコールおよび水を上記のエクストルーダーにまとめて供給して撹拌・混合してもパルプがうまく均一に分散しないという問題があった。
さらには、パルプが均一に分散しないまま加熱によりポリビニルアルコールが溶解すれば、溶解したポリビニルアルコールにより粘性が高まる一方で、熱の影響により澱粉がダマになり、均一な撹拌・混合がより一層困難になるという問題があった。

この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、性状が異なる材料であっても均一に撹拌・混合して押出し成形できるエクストルーダーとそれを用いた生分解性発泡成形物の原料の製造方法を提供するものである。

この発明は、温度制御される細長いシリンダーと、シリンダー内で互いに平行に並び同方向に軸回転する一対の細長いスクリューとを備え、各スクリューは、シリンダーに供給された材料をシリンダーの基端側から先端側へ搬送する複数のボールスクリューと搬送されてきた材料を撹拌・混合する複数のニーディングスクリューが交互に組合されてなるエクストルーダーを提供するものである。

この発明に係るエクストルーダーによれば、温度制御されたシリンダー内で軸回転する各スクリューは、材料を搬送する複数のボールスクリューと材料を撹拌・混合する複数のニーディングスクリューが交互に組合されて構成されるので、性状の異なる材料であってもその材料に適した温度に保ちつつ適切に撹拌・混合して押出し成形できる。

本発明の実施形態１に係るエクストルーダーの斜視図である。図１に示されるエクストルーダーのシリンダー内に挿入される一対のスクリューを示す説明図である。図２に示されるスクリューを構成するボールスクリューおよびリバーススクリューを示す説明図である。図２に示されるスクリューを構成するニーディングスクリューの平面図である。図４に示されるニーディングスクリューの斜視図である。ニーディングスクリューの組み合わせを示す説明図である。厚さの異なるニーディングスクリューを示す斜視図である。本発明の実施形態２に係るエクストルーダーの図２対応図である。本発明の実施形態３に係るエクストルーダーの図２対応図である。本発明の実施形態４に係るエクストルーダーの図２対応図である。本発明の実施例で製造された生分解性発泡成形物の断面図である。

この発明によるエクストルーダーは、温度制御される細長いシリンダーと、シリンダー内で互いに平行に並び同方向に軸回転する一対の細長いスクリューとを備え、各スクリューは、シリンダーに供給された材料をシリンダーの基端側から先端側へ搬送する複数のボールスクリューと搬送されてきた材料を撹拌・混合する複数のニーディングスクリューが交互に組合されてなることを特徴とする。

この発明によるエクストルーダーにおいて、各スクリューはその構成中に搬送されてきた材料を先端側から基端側へ押し戻すリバーススクリューをさらに備え、リバーススクリューは一部のニーディングスクリューの先端側に隣接して設けられてもよい。
このような構成によれば、リバーススクリューによって押し戻された材料が材料を撹拌・混合するニーディングスクリューの配置部分に滞留し、シリンダー内で満注状態となるので、ニーディングスクリューによる撹拌・混合が効率よく行われる。また、リバースクリューによって押し戻された材料がシリンダー内で満注状態となることにより、シリンダーとの熱交換も効率よく行われる。

この発明によるエクストルーダーにおいて、シリンダーは複数のシリンダーブロックが繋げられてなり、各シリンダーブロックは独立して温度制御されてもよい。
このような構成によれば、工程に応じてシリンダーの温度を制御でき、加熱・冷却などの工程を連続的に行うことができる。

この発明は別の観点からみると、この発明による上記のエクストルーダーを用い、パルプ、粉状のポリビニルアルコールおよび水を撹拌・混合してパルプ分散体を調製し、調製されたパルプ分散体を加熱して前記分散体中のポリビニルアルコールを溶解させ、ポリビニルアルコールが溶解したパルプ分散体を冷却し、冷却されたパルプ分散体を澱粉と混練して澱粉混練体を調製し、調製された澱粉混練体を加熱してα化しα化澱粉混練体を得る生分解性発泡成形物の原料の製造方法を提供するものでもある。

この発明による上記製造方法によれば、この発明による上述のエクストルーダーを用いることにより、パルプ、ポリビニルアルコール、澱粉および水を均一に撹拌・混合し押出し成形することができるので、生分解性発泡成形物の原料となるα化澱粉混練体を一定の品質で大量生産できるようになる。

ここで、パルプとは植物由来の繊維の集合体を意味し、特に限定されるものではないが、例えば、木材パルプ（バージンパルプ）や非木材パルプを挙げることができる。
また、澱粉とは澱粉またはその誘導体を意味し、特に限定されるものではないが、例えば、馬鈴薯、トウモロコシ、タピオカ、米、小麦、さつまいもなど、主用穀物として世界的に生産されている農産物から得られるデンプンを挙げることができ、特定の農産物から製造されたものであってもよいし、複数の農産物から製造されたものを混合したものであってもよい。

また、上記のデンプンの誘導体は、生分解性を阻害しない範囲でデンプンを修飾したものを指し、例えば、α化デンプン、架橋デンプン、変性デンプン等を挙げることができる。
さらに、上記の修飾されていないデンプンと上記のデンプンの誘導体とを混合した混合物が用いられても構わない。

この発明による上記の生分解性発泡成形物の原料の製造方法は、パルプ分散体を調製する際にシリンダーの温度を常温から約１００〜１２０℃の範囲まで徐々に上昇させ、パルプ分散体を加熱してポリビニルアルコールを溶解させる際にシリンダーの温度を約１３０〜１４０℃の範囲に維持し、パルプ分散体を冷却する際にシリンダーの温度を約１００〜１２０℃の範囲から約３５〜５０℃の範囲まで徐々に低下させ、澱粉を投入し澱粉混練体を調製する際にシリンダーの温度を約２５〜３５℃の範囲に維持し、澱粉混練体を加熱してα化する際にシリンダーの温度を約４０〜７０℃の範囲に維持してもよい。

また、この発明による上記の生分解性発泡成形物の原料の製造方法は、パルプ分散体を調製する際にシリンダーの温度を常温から約７０〜９０℃の範囲まで徐々に上昇させ、パルプ分散体を加熱してポリビニルアルコールを溶解させる際にシリンダーの温度を約１３０〜１４０℃の範囲に維持し、パルプ分散体を冷却する際にシリンダーの温度を約３５〜５０℃の範囲に維持し、澱粉を投入し澱粉混練体を調製する際にシリンダーの温度を約２５〜３５℃の範囲に維持し、澱粉混練体を加熱してα化する際にシリンダーの温度を約５０〜９０℃の範囲に維持してもよい。

これらの温度条件は、パルプ、ポリビニルアルコール、澱粉および水をより適切な条件で均一に撹拌・混合し押出し成形するために見出されたシリンダーの温度管理条件である。
但し、このような温度管理条件は材料の質・配分・シリンダー内での搬送速度等、様々な要素によって最適な値が変化するので、必ずしも上記の温度条件が絶対というわけではないが、シリンダーの温度管理条件を考慮するうえで一つの基準となるものである。

この発明による上記の生分解性発泡成形物の原料の製造方法は、パルプ分散体を冷却する際に約５〜１０℃の水をさらに加えてもよい。
このような製造方法によれば、約５〜１０℃の冷水をパルプ分散体に添加することにより、分散体中のポリビニルアルコールを溶解させるために前工程で加熱されたパルプ分散体を効率よく冷却できる。これにより、パルプ分散体と澱粉が混練される次工程で澱粉が熱の影響を受けてダマになることを防止できる。

以下、図面に基づいてこの発明の実施形態に係るエクストルーダーとそれを用いた生分解性発泡成形物の原料の製造方法について説明する。なお、以下に説明する複数の実施形態において同じ部材には同じ符号を付して説明する。

実施形態１
図１は、本発明の実施形態１に係るエクストルーダーの斜視図、図２は図１に示されるエクストルーダーのシリンダー内に挿入される一対のスクリューを示す説明図、図３は図２に示されるスクリューを構成するボールスクリューおよびリバーススクリューを示す説明図、図４は図２に示されるスクリューを構成するニーディングスクリューの平面図、図５は図４に示されるニーディングスクリューの斜視図、図６はニーディングスクリューの組み合わせを示す説明図、図７は厚さの異なるニーディングスクリューを示す斜視図である。

図１に示されるように、本発明の実施形態１に係るエクストルーダー１００は、２軸のシリンダー１と、シリンダー１内に材料を供給するホッパー２と、シリンダー１内に挿入される一対のスクリュー３（図２参照）と、一対のスクリュー３を軸回転させる駆動部４とから主に構成されている。

シリンダー１は複数のシリンダーブロックＣ１〜Ｃ１１が繋ぎ合わされてなる。各シリンダーブロックＣ１〜Ｃ１１には、シリンダー１の周囲を囲うように図示しないウォータージャケットが形成されている。さらに、シリンダーブロックＣ４〜Ｃ８，Ｃ１１にはウォータージャケットに加え図示しないヒーターが設けられている。
シリンダーブロックＣ１〜Ｃ３，Ｃ９，Ｃ１０はウォータージャケットに温度制御された水が通水されることにより、シリンダーブロックＣ１〜Ｃ３，Ｃ９，Ｃ１０毎に温度制御される。また、シリンダーブロックＣ４〜Ｃ８，Ｃ１１はウォータージャケットに温度制御された水が通水されることによる作用、又は付設されたヒーターによる作用、或いはそれら両方の作用によりシリンダーブロックＣ４〜Ｃ８，Ｃ１１毎に温度制御される。これにより、全てのシリンダーブロックＣ１〜Ｃ１１がシリンダーブロック毎に所望の温度に温度制御される。
２軸のシリンダー１は、平行に並んだ２つのシリンダーの対向部分を融合させたような８の字状の横断面を有し、このシリンダー１内に一対のスクリュー３（図２参照）がシリンダー１と同軸に挿入される。

なお、図１において、ホッパー２はシリンダーＣ２，Ｃ３の上にまたがるように描かれているが、ホッパー２はシリンダーＣ１に材料を供給できるように設けられている。
また、図示されていないが、シリンダーＣ１０の上部にも同様のホッパーが設けられ、シリンダーＣ１０に後述する澱粉を供給できるように構成されている。

図２に示されるように、一対のスクリュー３は、第１スクリュー３ａ、第２スクリュー３ｂとからなり、第１および第２スクリュー３ａ，３ｂは、基本的に同じ構成を有している。
第１および第２スクリュー３ａ，３ｂは、シリンダーブロックＣ１〜Ｃ１１によって構成された所定長のシリンダー１内で所望の工程が連続的に実施されるように、その目的に応じて、図３（ｂ）〜（ｄ）に示されるような、螺旋ピッチの異なる複数種のボールスクリュー５ａ，５ｂ，５ｃと、図３（ｅ）に示されるリバーススクリュー６と、図４および図５に示される２種類のニーディングスクリュー７ａ，７ｂと、図７に示される薄型のニーディングスクリュー８とを適宜組み合わせることにより構成されている。

ボールスクリュー５ａ，５ｂ，５ｃは、シリンダー１内で軸回転することによりシリンダー１内に供給された原料を基端側から先端側（図２参照）へ送るように作用する。リバーススクリュー６は、シリンダー１内で軸回転することによりシリンダー１内に供給された原料を先端側から基端側へ押し戻すように作用する。ニーディングスクリュー７ａ，７ｂ，８は、シリンダー１内で軸回転することによりシリンダー１内に供給された原料を粉砕・撹拌・混合するように作用する。

図３（ａ）に示されるように、ボールスクリュー５にはその中心軸と同軸に六角形の孔が形成されており、図示されないが、これはリバーススクリュー６についても同様である。
また、図４（ａ）および（ｂ）に示されるように、略楕円形の外観を呈する２種類のニーディングスクリュー７ａ，７ｂにもその中心軸と同軸に六角形の孔がそれぞれ形成されている。ニーディングスクリュー７ａ，７ｂは六角形の孔の向きが互いに異なる。
ボールスクリュー５ａ，５ｂ，５ｃ、リバーススクリュー６およびニーディングスクリュー７ａ，７ｂ，８は、それらの孔に六角形の断面を有する芯棒（図示せず）が通されることにより互いの位置関係が決定され、細長い一体のスクリュー３ａ，３ｂとなる。

図３（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、螺旋ピッチの異なる複数種のボールスクリュー５ａ，５ｂ，５ｃは互いに同じ長さを有している。つまり、ボールスクリュー５ａ，５ｂ，５ｃは、図３（ａ）に示されるボールスクリュー５の最大径１Ｄを基準とした同じ長さ１Ｄを有している。
図３（ｅ）に示されるリバーススクリュー６は、ボールスクリュー５ａ，５ｂ，５ｃの半分の長さ１／２Ｄを有している。

図３（ｂ）〜（ｄ）において、ボールスクリュー５ａ，５ｂ，５ｃの横に「４／４」、「３／４」および「２／４」とそれぞれ記されているが、これは螺旋のピッチを表しており、例えば、螺旋ピッチ「４／４」では１回転で螺旋が長さ１Ｄ分進む。このため螺旋ピッチが「４／４」、「３／４」、「２／４」となるにしたがって搬送速度が遅くなる。なお、図３（ｅ）に示されるように、リバーススクリュー６の螺旋ピッチは「４／４」である。

図５（ａ）および（ｂ）に示されるニーディングスクリュー７ａ，７ｂは、ＫＤと呼ばれるタイプのものでボールスクリュー５ａ，５ｂ，５ｃの１／４の厚さ１／４Ｄを有している。すなわち、ＫＤタイプのニーディングスクリュー７ａ，７ｂは、４枚重ねられることによってボールスクリュー５ａ，５ｂ，５ｃと同じ長さ１Ｄを有するようになる。
さらに、図７に示されるニーディングスクリュー８は、ＴＫＤと呼ばれる薄型のもので、ＫＤタイプのニーディングスクリュー７ａの半分の厚さ１／８Ｄを有している。図示しないが、１／８Ｄの厚さを有するニーディングスクリュー７にも、図４（ａ）および（ｂ）に示されるニーディングスクリュー７ａ，７ｂと同様に六角形の孔の向きが異なる２種類がある。

図６（ａ）〜（ｄ）に示されるように、略楕円形の外観を有するニーディングスクリュー７ａ，７ｂを、それらの軸芯に形成された六角形の孔が一致するように適宜組み合わせることにより、楕円の頂点が３０°、６０°および９０°のいずれかの角度でずれた組み合わせを作ることができる。
詳しくは、楕円の頂点のずれが３０°又は９０°となる組み合わせは、図６（ａ）および図６（ｄ）に示されるように孔の向きが異なるニーディングスクリュー７ａ，７ｂを組み合わせることにより作ることができ、楕円の頂点のずれが６０°となる組み合わせは、図６（ｂ）および図６（ｃ）に示されるように孔の向きが同じニーディングスクリュー７ａ，７ｂどうしを組み合わせることにより作ることができる。

芯棒に組み付けられた状態で、楕円の頂点がボールスクリュー５ａ，５ｂ，５ｃの螺旋の進行方向と同じ方向にずれていく組み合わせをフォワード（Ｆ）と呼び、同じく芯棒に組み付けられた状態で、楕円の頂点がリバーススクリュー６の螺旋の進行方向と同じ方向にずれていく組み合わせをリバース（Ｒ）と呼ぶ。したがって、９０°の組み合わせにはフォワードとリバースの区別はない。
撹拌力は、３０°のフォワード（３０Ｆ）、６０°のフォワード（６０Ｆ）、９０°、６０°のリバース（６０Ｒ）、３０°のリバース（３０Ｒ）の順に強くなる。

シリンダー１の長さに制約があるなかで、シリンダー１の全長内で一連の工程が連続的に実施されるように、ボールスクリュー５ａ，５ｂ，５ｃ、リバーススクリュー６、ＫＤタイプのニーディングスクリュー７ａ，７ｂおよびＴＫＤタイプのニーディングスクリュー８を組み合わせなければいけないが、この組み合わせにあたっては、ボールスクリュー５の最大径１Ｄ（図３（ａ）参照）を基準に設定された上述の各部材の長さを考慮して組み合わせなければならない。

図２に示される第１および第２スクリュー３ａ，３ｂの構成と、各シリンダーブロックＣ１〜Ｃ１１の温度は、生分解性発泡成形物の原料としてのパルプ、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、澱粉および水を、均一に撹拌・混合・混練して押出し成形するうえで好適となる一例である。図２中の上段の表は、表の下に示される第１および第２スクリュー３ａ，３ｂに対応したシリンダ位置および当該シリンダの制御温度、並びに、第１および第２スクリュー３ａ，３ｂを構成する部材の種類を示している。

同表のスクリュー構成部材の欄において、「４／４」、「３／４」および「２／４」はボールスクリューの螺旋ピッチを表し、「Ｒ」はリバーススクリューを表している。
また同欄において、「ＫＤ６０Ｆ」は、ＫＤタイプのニーディングスクリューが６０°ずれでフォワード方向に組まれていることを表し、「ＫＤ３０Ｒ」は、ＫＤタイプのニーディングスクリューが３０°ずれでリバース方向に組まれていることを表し、「ＫＤ６０Ｒ」は、ＫＤタイプのニーディングスクリューが６０°ずれでリバース方向に組まれていることを表している。

また同欄において、「ＴＫＤ３０Ｒ」は、ＴＫＤタイプのニーディングスクリューが３０°ずれでリバース方向に組まれていることを表し、「ＴＫＤ９０」は、ＴＫＤタイプのニーディングスクリューが９０°ずれで組まれていることを表し、「ＴＫＤ６０Ｆ」は、ＴＫＤタイプのニーディングスクリューが６０°ずれでフォワード方向に組まれていることを表し、「ＴＫＤ６０Ｒ」は、ＴＫＤタイプのニーディングスクリューが６０°ずれでリバース方向に組まれていることを表している。

また、同表のシリンダ位置の欄において、「液（１）」および「液（２）」は、当該位置で液添が行われることを示している。なお、同欄において「液（３）」も記されているが、これは当該位置で液添が可能な構成になっていることを示している。しかし、本実施形態において「液（３）」の位置からの液添は行われない。
また、同表の最上欄は、スクリューを組むうえで基準となる長さ１Ｄ毎に区切られており、本実施形態では第１および第２スクリュー３ａ，３ｂの全長が４２Ｄであることが分かる。

図２に示されるように、第１および第２スクリュー３ａ，３ｂは、基端側から先端側へ向かって、「第１送り領域」、「パルプ分散領域」、「ＰＶＡ溶解（加熱）領域」、「先行原料と水混合（冷却）領域」、「第２送り領域」および「α化領域」が連続的に連ねられている。そして、第１および第２スクリュー３ａ，３ｂは、全体的にみて複数のボールスクリューと複数のニーディングスクリューが交互に組合された構成となっている。
なお、図２では上記の各領域を便宜的に実線または破線で区切っているが、これは説明を容易にするためである。実際には隣接する領域は相互に影響を与えながら作用しており、図２に示されるように明確に区切られるものではない。特に破線で区切られた領域どおしは互いに強く関連している。これは後述する他の実施形態でも同様である。

シリンダーＣ１に相当する「第１送り領域」では、ホッパー２（図１参照）から供給されたパルプおよびＰＶＡ、並びに液（１）から投入された水（約３０〜４０℃）を、「第１送り領域」に続く「パルプ分散領域」へ送る。なお、シリンダーＣ１は特に温度制御されず常温とされる。図２上欄の表ではこれを「なりゆき」と示している。
本実施形態において、パルプの供給量は約２．１５〜４．７８ｋｇ／ｈの範囲から選択でき、ＰＶＡの供給量は約２．３０〜５．０９ｋｇ／ｈの範囲から選択でき、水の供給量は約７．４１〜１８．００ｌ／ｈの範囲から選択できる。

「第１送り領域」でシリンダーＣ１に投入されたパルプは塊状であるので、よく粉砕し、ＰＶＡが溶解して粘性を発現する前にＰＶＡと均一に分散するようにしなければならない。
このため、「第１送り領域」に続く、シリンダーＣ２〜Ｃ４に相当する「パルプ分散領域」では長さ２Ｄにわたる「ＫＤ６０Ｆ」と、長さ１Ｄにわたる「ＫＤ６０Ｆ」をそれぞれ２箇所ずつ設けている。

また、次工程にあたる「ＰＶＡ溶解（加熱）領域」でＰＶＡが加熱・溶解されるのに備えて、シリンダーＣ２〜Ｃ４は、約１９℃から約１１８℃まで徐々にシリンダー温度が上昇するように温度制御される。

シリンダーＣ５〜Ｃ８に相当する「ＰＶＡ溶解（加熱）領域」では、前工程の「パルプ分散領域」で形成されたパルプ分散体に熱を加え、分散体中のＰＶＡを溶解させる。このため、シリンダーＣ５〜Ｃ７は、１３３〜１３４℃の比較的高温を維持するように温度制御される。なお、シリンダーＣ８は次工程である「先行原料と水混合（冷却）領域」に備えるため、約１０９℃と若干低めに温度制御される。

パルプ分散体に熱を加え、ＰＶＡの溶解により粘性が発現したパルプ分散体を撹拌・混合するにあたっては、シリンダー内にパルプ分散体を滞留させて満注状態とし、満注状態のパルプ分散体を撹拌力の強い組み合わせのニーディングスクリューで撹拌・混合することがシリンダとの熱伝達効率および撹拌・混合効率の観点からみて好ましい。

このため、「ＰＶＡ溶解（加熱）領域」では、シリンダーＣ５およびシリンダーＣ６に相当する部分に長さ１Ｄにわたる「ＫＤ３０Ｒ」をそれぞれ１箇所ずつ設け、さらにシリンダーＣ７に相当する部分に長さ１／２Ｄにわたる「ＫＤ３０Ｒ」を１箇所設けている。そして、ニーディングスクリューが設けられた箇所の下流側にはそれぞれリバーススクリューが設けられている。

リバーススクリューは、搬送されてきたパルプ分散材を押し戻すように作用するため、ＰＶＡの溶解により粘性が発現したパルプ分散材はニーディングスクリューが設けられた箇所に滞留し、シリンダー内で満注状態となる。満注状態にあるパルプ分散材を、撹拌力の強い「ＫＤ３０Ｒ」で撹拌・混合することにより効率よく撹拌・混合することができる。

シリンダーＣ９に相当する「先行原料と水混合（冷却）領域」では、前工程の「ＰＶＡ溶解（加熱）領域」でＰＶＡを溶解させるために熱せられたパルプ分散体を冷却する。これは、澱粉が投入される後の「第２送り領域」で、澱粉が熱の影響を受けてダマとなり、パルプ分散体と均一に混合しなくなるような事態を防ぐためである。
パルプ分散体を冷却するために、シリンダーＣ９は約３９℃を維持するように温度制御される。
また、冷却をより効率よく行うためにシリンダーＣ８とシリンダーＣ９との間にある液（２）で約５℃に温度管理された水が供給される。なお、この冷却用の水の供給量は約６．００〜１８．００ｌ／ｈの範囲から選択できる。

液（２）で約５℃の水が投入された後、パルプ分散体と水とを撹拌・混合する必要があるため、シリンダーＣ９に相当する部分には長さ１／２Ｄにわたる「ＴＫＤ９０」が３箇所設けられている。約５℃の水とパルプ分散体とを約３９℃に温度制御されたシリンダーＣ９内で撹拌・混合することによりパルプ分散体を効率よく冷却することができ、澱粉が投入される「第２送り領域」に備えることができる。

シリンダーＣ１０に相当する「第２送り領域」では、前工程で冷却されたパルプ分散体と図示しないホッパーから供給された澱粉とを次工程にあたる「α化領域」へ送る。澱粉の供給量は９．３０〜２０．６６ｋｇ／ｈの範囲から選択できる。パルプ分散体と澱粉は「α化領域」へ向けて送られる過程で簡易に混合され澱粉混練体とされる。
「第２送り領域」は前工程で冷却されたパルプ分散体と投入された澱粉を手早く次工程である「α化領域」に送ることを目的としているため、ニーディングスクリューが設けられず、「第２送り領域」は螺旋ピッチ「４／４」、「３／４」などの比較的搬送速度の高いボールスクリューで主に構成される。また、シリンダーＣ１０は約２９℃という低い温度に温度制御される。

なお、ここで投入される澱粉は、生分解性発泡成形物の原料として最適な性質を示すように、澱粉と二酸化チタンとを混合したマスターバッチと呼ばれるものに、さらに澱粉とゼラチンを加えたものであり、便宜上、調合澱粉と呼ぶ。
マスターバッチの配合は、澱粉１９８３０ｇに対して二酸化チタン８５０ｇである。このような配合からなるマスターバッチ６８９３ｇに澱粉２６４４０ｇ、ゼラチン２０００ｇを加え、ミキサーで１分程度撹拌して調合澱粉とする。

シリンダーＣ１１に相当する「α化領域」では、「第２送り領域」で形成された澱粉混練体を加熱してα化し、α化澱粉混練体を得る。
このため、シリンダー１１は約６８℃に温度制御され、澱粉混練体に均一に熱を加えるために螺旋ピッチ２／４のボールスクリュー４を用い、搬送速度を低く抑えている。また、「α化領域」には、長さ１／２にわたる「ＴＫＤ６０Ｆ」が２箇所、長さ１／２Ｄにわたる「ＴＫＤ６０Ｒ」が１箇所設けられ、撹拌・混合効率を上げるために最後のニーディングスクリューにあたる「ＴＫＤ６０Ｒ」の下流には、満注状態にするためのリバーススクリューが設けられている。
これにより、満注状態にある澱粉混練体を目の細かな「ＴＫＤ６０Ｆ」および「ＴＫＤ６０Ｒ」で均一に撹拌・混合でき、澱粉混練体に均一に熱を加えてα化澱粉混練体とすることができる。

このようにして得られたα化澱粉混練体は、その後、成形シリンダー９に搬送され、成形シリンダー９の出口９ａから棒状の混練体として押出し成形される。押出し成形された棒状の混練体は所定長毎に切断され、生分解性発泡成形物の原料として利用される。
なお、本実施形態において１Ｄの長さは約４７ｍｍであり、第１および第２スクリュー３ａ，３ｂの回転速度は約１５０〜３００ｒｐｍである。

実施形態２
本発明の実施形態２に係るエクストルーダーについて図８に基づいて説明する。図８は実施形態２に係るエクストルーダーの図２対応図である。

本発明の実施形態２に係るエクストルーダーは、実施形態１に係るエクストルーダー１００（図１参照）のシリンダー１内に挿入される一対のスクリュー３（図２参照）の構成を変更したものであり、その他の点は上述の実施形態１に係るエクストルーダー１００と同様である。

図８に示されるように、実施形態２に係るエクストルーダーに用いられる一対のスクリュー２０３は、第１スクリュー２０３ａ、第２スクリュー２０３ｂとからなり、第１および第２スクリュー２０３ａ，２０３ｂは基本的に同じ構成を有している。

上述の実施形態１では、パルプ、ＰＶＡおよび水を撹拌・混合してパルプ分散体を形成する「パルプ分散領域」において、シリンダーＣ２〜Ｃ３に相当する部分に長さ２Ｄにわたる「ＫＤ６０Ｆ」を２箇所設けていたが、本実施形態では、より均一な撹拌・混合を行うため、上記「ＫＤ６０Ｆ」をより撹拌力の強い「ＴＫＤ９０」に置換している。
すなわち、本実施形態では、パルプ分散体を形成する「パルプ分散領域」のシリンダーＣ２〜Ｃ３に相当する部分に長さ２Ｄにわたる「ＴＫＤ９０」を２箇所設けることにより、パルプ、ＰＶＡおよび水がより均一に撹拌・混合されるようにしたものである。製造に係るその他の諸条件は実施形態１と同様である。

実施形態３
本発明の実施形態３に係るエクストルーダーについて図９に基づいて説明する。図９は実施形態３に係るエクストルーダーの図２対応図である。

本発明の実施形態３に係るエクストルーダーは、実施形態１に係るエクストルーダー１００（図１参照）のシリンダー１内に挿入される一対のスクリュー３（図２参照）の構成を変更したものであり、その他の点は上述の実施形態１に係るエクストルーダー１００と同様である。

図９に示されるように、実施形態３に係るエクストルーダーに用いられる一対のスクリュー３０３は、第１スクリュー３０３ａ、第２スクリュー３０３ｂとからなり、第１および第２スクリュー３０３ａ，３０３ｂは基本的に同じ構成を有している。

上述の実施形態１では、シリンダーＣ２〜Ｃ４に相当する領域を、パルプ、ＰＶＡおよび水を撹拌・混合してパルプ分散体を形成する「パルプ分散領域」としていたが、実施形態３では、より均一、かつ、確実な撹拌・混合を行うため、シリンダーＣ２〜Ｃ６に相当する部分が「パルプ分散領域」とされている。
すなわち、実施形態３は、より均一に撹拌混合されたパルプ分散体を得るため、上述の実施形態１よりも「パルプ分散領域」の長さを延長したものである。

図９に示されるように、実施形態３では、「パルプ分散領域」に基端側から先端側へ向かって長さ２Ｄにわたる「ＴＫＤ９０」が２箇所、長さ２Ｄにわたる「ＫＤ９０」が３箇所、長さ１／２Ｄにわたる「ＫＤ９０」が１箇所設けられている。
このように、実施形態３では、実施形態１よりもシリンダー２つ分延長された「パルプ分散領域」に、合計で長さ１０．５Ｄ分ものニーディングスクリューが設けられており、パルプ分散体を作製するにあたって、より均一、かつ、確実な撹拌・混合がなされるように配慮されている。

また、「パルプ分散領域」の最後に相当するシリンダーＣ５およびＣ６は、次工程にあたる「ＰＶＡ溶解（加熱）領域」でＰＶＡが加熱・溶解されるのに備えて、シリンダー温度が約４０℃と約８０℃にそれぞれ温度制御される。
これに対し、上述の実施形態１では、「パルプ分散領域」の最後に相当するシリンダーＣ４で、ＰＶＡを加熱・溶解させる「ＰＶＡ溶解（加熱）領域」のシリンダー温度（約１３４℃）に近い約１１８℃まで温度上昇するように温度制御される。
このため実施形態３は、実施形態１よりも「パルプ分散領域」と「ＰＶＡ溶解（加熱）領域」との温度差が大きく、シリンダーの温度制御の観点からみて、実施形態１よりも「パルプ分散領域」と「ＰＶＡ溶解（加熱）領域」との境界が明確化されていると言える。

実施形態３では、上述のとおり「パルプ分散領域」がシリンダー２つ分延長されたことに伴い、ＰＶＡを加熱・溶解させる「ＰＶＡ溶解（加熱）領域」がシリンダー２つ分短縮されている。
すなわち、上述の実施形態１では、シリンダーＣ５〜Ｃ７が約１３３〜１３４℃に温度制御され、シリンダーＣ８が次工程である「先行原料と水混合（冷却）領域」に備えて約１０９℃に温度制御されていたが、本実施形態では２つのシリンダーＣ７およびＣ８のみがＰＶＡ溶解（加熱）領域とされ、それぞれ約１３４℃に温度制御される。

つまり、上述の実施形態１ではＰＶＡを溶解させるために約１３３〜１３４℃に温度制御される区間がシリンダー３つ分設けられ、さらに「先行原料と水混合（冷却）領域」に備えて徐々に温度を下げる区間がシリンダー１つ分設けられていたが、本実施形態では約１３３〜１３４℃の高温に温度制御される区間がシリンダー１つ分短縮され、さらに徐々に温度を下げる区間が廃されている。これにより、本実施形態は実施形態１よりも「ＰＶＡ溶解（加熱）領域」と「先行原料と水混合（冷却）領域」との温度差が大きくなっており、シリンダーの温度制御の観点からみて、実施形態１よりも「ＰＶＡ溶解（加熱）領域」と「先行原料と水混合（冷却）領域」との境界が明確化されていると言える。

「先行原料と水混合（冷却）領域」を経て冷却されたパルプ分散体は「第２送り領域」で澱粉と混合されて澱粉混練体とされ、さらに「α化領域」で加熱されα化澱粉混練体とされるが、「第２送り領域」および「α化領域」については実施形態１と同様である。
また、製造に係るその他の諸条件も、上記した事項以外は基本的に上述の実施形態１と同様である。

実施形態４
本発明の実施形態４に係るエクストルーダーについて図１０に基づいて説明する。図１０は実施形態４に係るエクストルーダーの図２対応図である。

本発明の実施形態４に係るエクストルーダーは、実施形態１に係るエクストルーダー１００（図１参照）のシリンダー１内に挿入される一対のスクリュー３（図２参照）の構成を変更したものであり、その他の点は上述の実施形態１に係るエクストルーダー１００と同様である。

図１０に示されるように、実施形態４に係るエクストルーダーに用いられる一対のスクリュー４０３は、第１スクリュー４０３ａ、第２スクリュー４０３ｂとからなり、第１および第２スクリュー４０３ａ，４０３ｂは基本的に同じ構成を有している。
第１および第２スクリュー４０３ａ，４０３ｂは、上述の実施形態３に係るエクストルーダーの第１および第２スクリュー３０３ａ，３０３ｂと略同一の構成を有している。

つまり、上述の実施形態３では、第１および第２スクリュー３０３ａ，３０３ｂの基端側から３番目と４番目に位置するニーディングスクリューとして、長さ２Ｄにわたる「ＫＤ９０」をそれぞれ用いていたが、本実施形態では上記の「ＫＤ９０」を、より均一な撹拌・混合が可能な「ＴＫＤ９０」に置換している。その他は、製造に係る諸条件を含め上述の実施形態３と同様である。

なお、上述の実施形態１〜４で、図２および図８〜１０の各図の表に示したシリンダ位置は説明を簡略にするための参考用のものであり、実際のシリンダの長さは、上記各図の表で区分された長さと若干異なる。

実施例
実施例では、上述の実施形態１〜４に係るエクストルーダーを用いて生分解性発泡成形物の原料をそれぞれ製造し、製造された原料から生分解性発泡成形物を製造し、パルプの分散性を比較した。詳細は次のとおりである。

まず、実施形態１に係るエクストルーダーを用いて生分解性発泡成形物の原料を製造した。なお、パルプの供給量は約３．１０ｋｇ／ｈ、ＰＶＡの供給量は約３．３１ｋｇ／ｈ、液（１）の位置からの水（約３５℃）の供給量は約１０．９５ｌ／ｈ、液（２）の位置からの水（約５℃）の供給量は約９．６９ｌ／ｈ、澱粉（調合澱粉）の供給量は約１４．２２ｋｇ／ｈとした。

上記のような配合で製造された原料を適量に切り分けて発泡成形用の金型（図示せず）に供給し、金型内で加熱して発泡・焼成し、図１１に示されるような容器状の生分解性発泡成形物１０を製造した。
その後、製造された複数の生分解性発泡成形物１０を光に透かし、パルプの解け残りの有無を目視で判断した。判断基準は光に透かした際に影となって表れる部分の有無とし、僅かでも影となって表れる部分が視認されればパルプの解け残りが発生していると判断した。

以上の手順を実施形態２〜４に係るエクストルーダーについても行った。なお、原料の配合は各実施形態とも共通である。結果は次の表１の通りである。

表１の結果について有意差検定を用い、実施形態１、実施形態２、実施形態３および実施形態４の順でパルプの解け残りが改善されていることを検証した。
なお、以下の説明において式中の添え字Ａ、Ｂ、ＣおよびＤは実施形態１、実施形態２、実施形態３および実施形態４をそれぞれ意味する（表１参照）。

実施形態１と実施形態２の比較
帰無仮説：実施形態１と実施形態２でパルプの解け残りの発生に差はない。
対立仮説：実施形態２は実施形態１よりもパルプの解け残りが改善されている。
危険率：５％、片側検定
次の式（１）に基づいてＺの値を計算する。

上記の式（１）によれば、Ｚ_A/B＝１０．２となる。片側検定の危険率５％レベルの限界値は１．６５であり、算出されたＺ_A/Bはその値よりも大きいため、帰無仮説は棄却される。
よって、実施形態２は実施形態１よりパルプの解け残りが改善されていると判断する。

実施形態２と実施形態３の比較
実施形態１と実施形態２の検定と同様に検定すると、Ｚ_B/C＝１０．０となるため、実施形態３は実施形態２よりパルプの解け残りが改善されていると判断する。

実施形態３と実施形態４の比較
実施形態１と実施形態２の検定と同様に検定すると、Ｚ_C/D＝１０．９となるため、実施形態４は実施形態３よりパルプの解け残りが改善されていると判断する。

以上の結果、パルプの解け残りについては、実施形態１、実施形態２、実施形態３および実施形態４の順で改善されていることが検証された。

１シリンダー
２ホッパー
３，２０３，３０３，４０３一対のスクリュー
３ａ，２０３ａ，３０３ａ，４０３ａ第１スクリュー
３ｂ，２０３ｂ，３０３ｂ，４０３ｂ第２スクリュー
４駆動部
５，５ａ，５ｂ，５ｃボールスクリュー
６リバーススクリュー
７ａ，７ｂ，８ニーディングスクリュー
９成形シリンダー
９ａ出口
１０生分解性発泡成形物
１００エクストルーダー

Claims

温度制御される細長いシリンダーと、シリンダー内で互いに平行に並び同方向に軸回転する一対の細長いスクリューとを備え、各スクリューは、シリンダーに供給された材料をシリンダーの基端側から先端側へ搬送する複数のボールスクリューと搬送されてきた材料を撹拌・混合する複数のニーディングスクリューが交互に組合されてなるエクストルーダー。
各スクリューはその構成中に搬送されてきた材料をシリンダーの先端側から基端側へ押し戻すリバーススクリューをさらに備え、リバーススクリューは一部のニーディングスクリューの先端側に隣接して設けられる請求項１に記載のエクストルーダー。
シリンダーは複数のシリンダーブロックが繋げられてなり、各シリンダーブロックは独立して温度制御される請求項１または２に記載のエクストルーダー。
請求項１〜３のいずれか１つに記載のエクストルーダーを用い、パルプ、粉状または粒状のポリビニルアルコールおよび水を撹拌・混合してパルプ分散体を調製し、調製されたパルプ分散体を加熱して前記分散体中のポリビニルアルコールを溶解させ、ポリビニルアルコールが溶解したパルプ分散体を冷却し、冷却されたパルプ分散体を澱粉と混練して澱粉混練体を調製し、調製された澱粉混練体を加熱してα化しα化澱粉混練体を得る生分解性発泡成形物の原料の製造方法。
パルプ分散体を調製する際にシリンダーの温度を常温から１００〜１２０℃の範囲まで徐々に上昇させ、パルプ分散体を加熱してポリビニルアルコールを溶解させる際にシリンダーの温度を１３０〜１４０℃の範囲に維持し、パルプ分散体を冷却する際にシリンダーの温度を１００〜１２０℃の範囲から３５〜５０℃の範囲まで徐々に低下させ、澱粉を投入し澱粉混練体を調製する際にシリンダーの温度を２５〜３５℃の範囲に維持し、澱粉混練体を加熱してα化する際にシリンダーの温度を４０〜７０℃の範囲に維持する請求項４に記載の生分解性発泡成形物の原料の製造方法。
パルプ分散体を調製する際にシリンダーの温度を常温から７０〜９０℃の範囲まで徐々に上昇させ、パルプ分散体を加熱してポリビニルアルコールを溶解させる際にシリンダーの温度を１３０〜１４０℃の範囲に維持し、パルプ分散体を冷却する際にシリンダーの温度を３５〜５０℃の範囲に維持し、澱粉を投入し澱粉混練体を調製する際にシリンダーの温度を２５〜３５℃の範囲に維持し、澱粉混練体を加熱してα化する際にシリンダーの温度を５０〜９０℃の範囲に維持する請求項４に記載の生分解性発泡成形物の原料の製造方法。
パルプ分散体を冷却する際に５〜１０℃の水をさらに加える請求項４〜６のいずれか１つに記載の生分解性発泡成形物の原料の製造方法。