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JP-2026076508-A - カカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせ、紡績糸に加工するプロセス

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Abstract

【課題】本発明は、カカオの殻の再利用率を高めるカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせるプロセスを提供する。 【解決手段】嫌気性且つ好熱性のリグニン分解菌とカカオの殻粉末体を調製し、カカオの殻粉末体を嫌気性且つ好熱性のリグニン分解菌を備える分解菌培養液に加え、カカオの殻分解水溶液を生成する。カカオの殻分解水溶液から分解された糖液を取得し、ソルビトールとクエン酸により高温溶融し重合して糖鎖粉体を生成する。エタノールの入った反応容器に糖鎖粉体、N-イソプロピルアクリルアミド、及び開始剤を入れ、糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド粉体を生成する。最後に、ポリマーとブレンドする工程において、糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド粉体とポリマーが共有結合される。プラスチックマスターバッチを製造し、糸で布を織ることができる。 【選択図】図9

Inventors

  • 張寺榮

Assignees

  • 張 寺榮

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (10)

  1. 手順1～手順4からなるカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせるプロセスであって、 前記プロセスは、 嫌気性且つ好熱性のリグニン分解菌を調製する手順1と、 カカオの殻を粉末状にした粉末体を準備する手順2と、 カカオの殻分解水溶液を調製する手順3と、 カカオの殻分解水溶液を重合して糖鎖を生成すると同時に、グラフト処理を行う手順4からなり、 前記手順3においては、前記カカオの殻粉末体を前記嫌気性且つ好熱性のリグニン分解菌を備える分解菌培養液に加え、その工程において、前記分解菌培養液のPHは、4～8に設定し、所定の時間を置くと、前記嫌気性且つ好熱性のリグニン分解菌によって前記カカオの殻粉末体が分解され、前記カカオの殻分解水溶液が生成され、 前記手順4においては、前記カカオの殻分解水溶液を遠心分離して、糖液を生成するとともに、前記糖液の糖度を70%～80%に設定し、さらに、ソルビトールとクエン酸を加えて高温溶融し、重合することで糖鎖粉体が生成され、エタノールの入った反応容器に前記糖鎖粉体とN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)を入れ、さらに、開始剤を加え、所定の反応工程を実行し、前記反応工程が終了した後、さらに乾燥させることで、糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体が生成され、最後に、前記糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体とポリマーをブレンドする工程を行うことで、前記糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体は、前記ポリマーと共有結合し、糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)とブレンドされたポリマーが生成されることを特徴とする、カカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせるプロセス。
  2. 前記手順4において、前記高温溶融の設定条件は、温度が110度～130度、大気圧が0.01～0.1であり、この条件下で重合することで前記糖鎖粉体が生成されることを特徴とする、請求項1に記載のカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせるプロセス。
  3. 前記手順4において、前記開始剤は、過酸化ベンゾイル(Dibenzoyl peroxide)であり、前記開始剤におけるエタノール中濃度は、1～8X10 -3 Mであることを特徴とする、請求項1に記載のカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせるプロセス。
  4. 前記手順4において、前記ポリマーは、PET(ポリエチレンテレフタラート)、PA6(ポリアミド(NYLON))、PP(ポリプロピレン)、PE(ポリエチレン)、ABS(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体)、PC(ポリカーボネート)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PS(ポリスチレン)、PES(ポリエーテルスルホン)、PVC(ポリ塩化ビニル)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PA6(ナイロン6)のうちのいずれかであることを特徴とする、請求項1に記載のカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせるプロセス。
  5. 前記手順4において、前記ブレンドする工程は、所定のプラスチックマスターバッチ製造設備を用いて、前記糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体と前記ポリマーを混合してグラフト結合させ、前記プラスチックマスターバッチ製造設備を用いて、前記糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体と前記ポリマーを、高分子溶融形態にそれぞれ加工し、溶融形態下において、前記糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体を、前記ポリマーと混合してグラフト結合させることを特徴とする、請求項1に記載のカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせるプロセス。
  6. カカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせ、紡績糸に加工するプロセスは、所定のプラスチックマスターバッチ製造設備を用いて、前記糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)とブレンドされた前記ポリマーから、前記糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)とブレンドされた前記ポリマーを備える前記プラスチックマスターバッチを製造し、さらに、前記プラスチックマスターバッチから糸を抽出することで、前記糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)とブレンドされた前記ポリマーを備える紡績糸を製造する、糸抽出工程からなることを特徴とする、請求項1に記載のカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせ、紡績糸に加工するプロセス。
  7. 前記手順4において、前記高温溶融の設定条件は、温度が110度～130度、大気圧は0.01～0.1であり、この条件下で重合することで前記糖鎖粉体が生成されることを特徴とする、請求項6に記載のカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせ、紡績糸に加工するプロセス。
  8. 前記手順4において、前記開始剤は、過酸化ベンゾイル(Dibenzoyl peroxide)であり、前記開始剤における前記エタノール中濃度は、1～8X10 -3 Mであることを特徴とする、請求項6に記載のカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせ、紡績糸に加工するプロセス。
  9. 前記手順4において、前記ポリマーは、PET(ポリエチレンテレフタラート)、PA6(ポリアミド(NYLON))、PP(ポリプロピレン)、PE(ポリエチレン)、ABS(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体)、PC(ポリカーボネート)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PS(ポリスチレン)、PES(ポリエーテルスルホン)、PVC(ポリ塩化ビニル)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PA6(ナイロン6)のうちのいずれかであることを特徴とする、請求項6に記載のカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせ、紡績糸に加工するプロセス。
  10. 前記手順4において、前記ブレンドする工程は、所定の前記プラスチックマスターバッチ製造設備を用いて、前記糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体と前記ポリマーを混合してグラフト結合させ、前記プラスチックマスターバッチ製造設備を用いて、前記糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体と前記ポリマーを、高分子溶融形態にそれぞれ加工し、溶融形態下において、前記糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体を、前記ポリマーと混合してグラフト結合させることを特徴とする、請求項6に記載のカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせ、紡績糸に加工するプロセス。

Description

本発明はカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせ、紡績糸に加工するプロセスに関し、特に、チョコレートの製造過程で生じる農業廃棄物であるカカオの殻を分解して、単糖類または多糖類を形成させ、さらに重合して糖鎖を生成し、グラフト技術とポリマーの共有結合により、紡績糸へと加工することで、農業廃棄物であるカカオの殻の再利用率を大幅に高めることのできるカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせ、紡績糸に加工するプロセスに関する。 カカオ豆は、熱帶の常緑高木であり、主に、南回帰線と北回帰線に位置する熱帶地域で栽培されている。カカオを加工して果肉と種子(カカオ豆)を取り出すことで残る殻は、果実全体の80%を占める。つまり、大量の廃棄物を処理する必要があり、廃棄物の処理は、農業に従事する企業にとっては、解決が困難な問題であるだけでなく、高額な処理費用を負担しなければいけない。 現在、果実の殼といった農業廃棄物の処理については、埋立または焼却といった方法が採用されているが、いずれも土地や大気の汚染を引き起こすとともに、農業に従事する企業の廃棄物除去費用を増大させてしまう。そのため、カカオの殼を利用して付加価値のある関連製品を開発する技術が、現在、廃棄物であるカカオの殼を処理する最善の方法である。 従って、カカオの果肉と種子を取り出した後に廃棄されたカカオの殼を、生分解によりリグノセルロースを分解し、分解後にさらに重合して糖鎖を生成し、さらに、ポリマーと共有結合させて紡績糸を製造する技術が研究開発されており、この技術により、農業廃棄物であるカカオの殻の再利用率を大幅に高め、海水に浸かっても、確実に分解される海洋生分解性プラスチックを開発することで、海洋生態系の汚染を防ぐことが本発明が解決を目指す課題である。 本発明におけるカカオの殻を糖鎖に分解した糖鎖の分子式である。本発明におけるグラフト化剤であるN-イソプロピルアクリルアミドの分子構造を示した図である。本発明における有機化合物である過酸化ベンゾイル(Dibenzoyl peroxide)の分子構造式を示した図である。本発明におけるN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)と糖鎖の分子構造を示した図である。本発明におけるN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)と糖鎖グラフト分子構造を示した図である。本発明における糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉末とポリプロピレン(PP)粉体が共有結合されたグラフト構造を示した図である。本発明における糖鎖とポリエステルPETをブレンドした布が、海水で分解されることを示した(海洋生分解性ASTMD6691)試験結果である。本発明における糖鎖とナイロンPA6をブレンドした布が、海水で分解されることを示した(海洋生分解性ASTMD6691)試験結果である。本発明におけるカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせるプロセスのフローチャートである。本発明におけるカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせ、紡績糸に加工するプロセスのフローチャートである。 図1から図10を同時に併せて参照する。図1から図10に示す通り、本発明は、カカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせ、紡績糸に加工するプロセスを開示する。まず、図9に示す通り、前記カカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせるプロセスは、手順1～手順4からなる。 前記手順1では、嫌気性且つ好熱性のリグニン分解菌を調製する。嫌気性且つ好熱性のリグニン分解菌を選び、菌株を嫌気培養する。例えば、嫌気培養の過程において、還元剤である硫化ナトリウム(Na2S)を添加することで、培地の嫌気性環境を維持することができる。さらに、常態時に調製した培地を加熱して5～15分沸騰させると同時に、ガススタンド(Gas station)により窒素(N2)を送り込むことで、培地の溶存酸素を除去する。次に、培地に窒素(N2)と二酸化炭素(CO2)の混合ガスを送り込み、数回にわたり窒素を吸引しエアレーションした後、培地に嫌気性且つ好熱性のリグニン分解菌を添加することで、嫌気培養において最適な状態を維持することができる。前記嫌気培養の過程において、ブドウ糖が炭素源であり、温度設定は約40～70度、PHは5～8に設定される。 前記手順2では、カカオの殻を粉末状にした粉末体を準備する。まず、カカオの殻の含水量を、15%以下に下げ、さらに、カカオの殻を乾燥させる。乾燥させる過程における設定温度は120度であり、乾燥時間は、10～24時間に設定され、それにより、カカオの殻の含水量は、0.5%以下となる。続いて、カカオの殻を複数回に分け段階的に粉砕して8000メッシュ以上にすることで、前記カカオの殻粉末体が生成され、カカオの殻粉末体の粒径を、約1マイクロメートルにまたはさらに細かくすることができる。 前記手順3では、カカオの殻分解水溶液を調製する。カカオの殻粉末体を嫌気性且つ好熱性のリグニン分解菌を備える分解菌培養液の中に加える。この過程において、分解菌培養液のPHは4～8に設定される。所定の時間(例えば、5～8日)を置くと、嫌気性且つ好熱性のリグニン分解菌によってカカオの殻粉末体が分解され、カカオの殻分解水溶液が生成される。 前記手順3において、カカオの殻粉末体と分解菌培養液の重量比は、1:5～1:10である。 前記手順4では、カカオの殻分解水溶液を重合して糖鎖を生成すると同時に、グラフト処理を行う。カカオの殻分解水溶液を遠心分離して糖液を生成するとともに、糖液の糖度を70%～80%に設定する。さらに、5%～20%のソルビトールと0.5%～10%のクエン酸を加えて高温溶融させ、重合することで糖鎖粉体が得られる。糖鎖粉体の糖鎖分子式は、図1に示す通りである。エタノールの入った反応容器に糖鎖粉体とN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)を入れ、N-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)をグラフト剤とする。前記N-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)と糖鎖が接合された分子構造は、図4に示す通りである。N-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)の分子式は、図2に示す通りである。さらに、開始剤を加え所定の反応工程を実行する。前記反応工程が終了した後さらに乾燥させることで、糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体が生成される。糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)の反応の構造式は、図5に示す通りである。最後に、糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体とポリマーをブレンドすることで、糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体をポリマーと共有結合させる。これにより、糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)とポリマーがブレンドされる。図6は、糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉末とポリマー(例えば、ポリプロピレン(PP))粉体が共有結合されたグラフト構造を示した図である。 前記手順4において、遠心分離の過程では、カカオの殻分解水溶液を8000～10000RPMで高速分離することで、分解された糖液が生成される。 前記手順4において、高温溶融の設定条件は、温度が110度～130度、大気圧が0.01～0.1であり、この条件下で重合することで糖鎖粉体が生成される。 前記手順4において、グラフト剤であるN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)におけるエタノール中濃度は、0.1～0.8Mである。 前記手順4において、開始剤は、過酸化ベンゾイル(Dibenzoyl peroxide)、別名、過酸化ジベンゾイルであり、通称開始剤(BPO)と呼ばれる有機化合物である。過酸化ベンゾイルの分子構造式は、図3に示す通りである。開始剤におけるエタノール中濃度は、1～8X10-3Mである。 前記手順4において、反応する過程で窒素を引き続き送り込む。反応時間は、1～8時間に設定され、反応温度は、70～90度に制御される。 前記手順4において、ポリマーは、プラスチックであることができ、例えば、PET(ポリエチレンテレフタラート)、PA6(ポリアミド(NYLON))、PP(ポリプロピレン)、PE(ポリエチレン)、ABS(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体)、PC(ポリカーボネート)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PS(ポリスチレン)、PES(ポリエーテルスルホン)、PVC(ポリ塩化ビニル)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PA6(ナイロン6)等のその他のプラスチックのポリマーであることができる。 前記手順4において、ブレンドする工程は、所定のプラスチックマスターバッチ製造設備を用いて、糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体とポリマーを混合し、グラフト結合することで、本発明のカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせるプロセスが完了し、糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)とブレンドされたポリマーを備えるプラスチックマスターバッチが製造される。前記プラスチックマスターバッチ製造設備は、二軸スクリュー押出機を備えるとともに、二軸スクリュー押出機の内部は真空状態である。これにより、例えば、糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体とポリマーのポリプロピレン(PP)粉体を二軸スクリュー押出機内に投入するとともに、回転速度1000～2000RPMで高速攪拌する。糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体とポリプロピレン(PP)粉体の重量比は、1:5～1:10である。その後、さらに、プラスチックマスターバッチ製造設備を用いて、糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体とポリプロピレン(PP)粉体を、高分子溶融形態にそれぞれ加工する。溶融形態であることで、糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)粉体は、ポリプロピレン(PP)粉体(つまり、ポリマー)と混合してグラフト結合させることができる。そのグラフト構造は、図6に示す通りである。最後に、糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)とブレンドされたポリマーを備えるプラスチックマスターバッチが製造される。そのうち、グラフト剤(つまり、N-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm))の配合添加量は、ポリマーの重量パーセント濃度に対して0.1～1%である。 従って、上述のカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせるプロセスにおける主な技術的特徴は、以下の通りである。チョコレート製造過程において派生する農業廃棄物であるカカオの殻を再利用し、主に、嫌気性且つ好熱性のリグニン分解菌によってカカオの殻を分解して単糖類または多糖類を形成する。さらに、ソルビトール及びクエン酸を加えて、高温溶融することで重合し糖鎖を生成する。最後に、N-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)を加えるとともに、グラフト技術によってN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)をポリマーと共有結合させることで、本発明におけるカカオの殻を糖鎖に分解して高分子にグラフトさせるプロセスが完了する。これにより、糖鎖がグラフトされたN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)とブレンドされたポリマーを備える(例えば、ポリプロピレンPP)プラスチックマスターバッチを製造することができる。それにより、農業廃棄物であるカカオの殻の再利用率が大幅に向上すると同時に、本発明によって製造されたポリマーまたはそのマスターバッチは、海水に浸かっても、確実に分解されるため、海洋生態系と環境が汚染されるのを防ぐことができる。 本発明は、さらに、カカオの