JP2009508708A - 木繊維ペレット製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ポリプロピレン(PP)をラジアタMDF繊維とともに押し出し、次いで射出成形して、試料を形成した。業界で従来使用されており、繊維製品と比較して微粒子製品として供給が合理的に容易である木材由来充填材の例として、木粉および研磨屑を基準として使用する。複合材におけるそれらの性能レベルは、配合または成形木材補強プラスチックに対する工業規格または既存の規格を表し、性能が本発明の繊維材料および方法によって損なわれることがないことを実証するためにここに含められる。緩い低密度の繊維またはもつれた繊維は、押出機および他の機械に制御または測定的に供給するのが困難であるが、繊維製品は、粉製品と少なくとも同等であり、特性によっては優れることが期待される。粉ではなく繊維を導入する本発明の方法を用いることによって特性が損なわれることがないことを確認するために、MDF繊維補強複合材料の引張、曲げおよび耐衝撃特性を繊維含有量の関数として測定し、粉製品と比較した。
使用されたMDF繊維は、商業的MDF繊維と類似した処理条件を用いて、ラジアタパインのトップログ(toplog)から、ニュージーランド森林研究所PARROパイロットプラント精製装置で製造された。繊維を空気乾燥させて、水分を約10〜15%としてから、プラスチック袋に保管した。研磨屑(SD)は、地方の製材所から供給された。使用されたPVA(ポリ酢酸ビニル)は、National Starch & Chemical(NZ) Limited Korlok442.3060.05であった。使用されたポリプロピレンペレットは、メルトインデックスが25のHyundai SeetecグレードM1600であった。
空気圧を利用して、ブローラインに大気乱流を再生し、一定の経路の周囲に、またはそれに沿って繊維を送り、ノズルまたはスプレーガンを介して樹脂の塗布を行い、樹脂を流動繊維ストリームに送り込む500F MDF実験用混合機(Maxiblender)を使用して、550グラムの繊維に80〜100グラムのPVA樹脂を吹きつけることによって、PVA結合MDF2mmパネルを製造した。次いで、MDF製造と同様に、100グラムの樹脂化繊維を255mm×280mm×2mm(700kg/m3)のパネルまたはシートに成形した。PVA結合パネルを切断して、約5平方mmの片とし、当該濃縮物またはペレットを真空下で乾燥させた。木粉を80℃で24時間乾燥させた。ポリプロピレンペレットをさらに乾燥させることなく受け取った状態で使用した。PVA結合木繊維とポリプロピレンペレットをOMC19/30二軸スクリュー同時回転押出機(19mmスクリュー、L:D30)で混合した。
D=デュアルフィード、第1のポートにおける繊維ペレット/第2のポートにおけるPPペレット
F=デュアルフィード、第1のポートにおけるPP繊維/第2のポートにおける繊維ペレット
SD=予め混合され、押出機の同じポートにおいて導入された木粉(研磨屑)/PPペレット(基準)
U字形ホッパーを使用して、第1の押出機のフィードスロートへの導入の前に、ポリプロピレンと予め混合することによって木粉を配合した。
20%、40%および60%木繊維を有するD
25%、30%、40%および60%木繊維を有するF
20%、40%および60%研磨屑/木粉を有するSD(基準)
配合「ペレット」を60℃で2〜3日間再乾燥させてから射出成形した。スクリュー温度が150rpm、胴温度が190〜230℃の範囲、ツール温度が大気温に設定された処理条件を用いて、Boy15S射出成形機(28mmスクリュー、20:1 L:D)を使用して乾燥ペレットを射出成形した。
測定および試験の前に、サンプルを23℃、50%RHで2週間調整した。
曲げ試験結果を以下に示す。ポリプロピレン対照、20%予備混合物および20%研磨屑サンプルは、ASTM試験法の限界である伸度5%に達する前に破断することはなかった。示された応力値は、伸度5%における値である。この点を超えても、これらの試料は、充填量の増加を示した。
二軸スクリュー押出機で配合し、続いてサンプルを射出成形することによって、天然繊維/充填剤を含有するポリペプチド複合材を製造した。繊維(MDF)および木粉を3つの異なるカップリング剤(ポリ酢酸ビニル、無水マレイン酸改質ポリプロピレンエマルジョンおよび固体無水マレイン酸改質ポリプロピレン)とともに使用した。
使用されたMDF繊維は、商業的MDF繊維と類似した処理条件を用いて、パイナスラジアタトプログから、ニュージーランド森林研究所PAPROパイロットプラント精製装置で製造された。繊維を空気乾燥させて、水分を約10〜15%としてから、プラスチック袋に保管した。使用された木粉は、Kingsland Seedsによって供給された標準グレードのパイナスラジアタであった。
500F MDF Maxiblenderを使用して、流動ストリームにおいて、樹脂エマルジョン/分散液を550グラムの繊維に吹きつけて、4%または8%の樹脂固体充填率を得ることによって、PVAおよびMAPP(Michemエマルジョン)結合MDF2mmパネルを製造した。100グラムの樹脂コート繊維を255mm×280mm×2mm(700kg/m3)のMDFパネルに成形した。MDFパネルを切断して、約5平方mmの片とした。真空下でシリカゲルを使用して乾燥されたPVA結合MDFを除いては、配合前にすべての天然繊維および充填剤を60℃で48時間乾燥させた。
実施例1に記載されているように、サンプルをその引張、曲げおよび衝撃特性に関して評価した。
異なる繊維充填率(20〜60重量%)で実施例2に記載されているように製造された複合材のさらなる集合体において、非最適化繊維ペレットは、プラスチック処理機により容易に導入されることに加えて木粉より良好な性能を有することを示す以下のデータが得られた。
材料およびサンプル製造
実験用マキシブレンダーを使用して、水中分散液または溶液としてポリマー添加剤を吹きつけ、または注入することによって、3つの樹脂、デンプン、ポリビニルアルコール(PVAl)およびメラミン−尿素−ホルムアルデヒド(MUF)をそれぞれ個別の実験においてMDF繊維(NZ森林研究所Run128のMDF精製装置ブローラインによる熱機械パルプ)に添加した。マキシブレンダーは、高乱気流の空気または蒸気またはガスで繊維ストリームを送り、樹脂または添加剤を流動繊維ストリームに吹きつけるための射出ポートを有する。次いで、含浸MDF繊維を回収し、熱および圧力を利用して加圧して厚さ2ミリメートルの300×300mmパネルとし、続いて5mm平方のペレットに加工した。MDF方形ペレットをシートから製造し、180〜200℃でバイオポリマーPLA(ポリ酢酸)およびポリヒドロキシブチレート(バイオポール)と押出混合した。かくして繊維含有率40%(w/w)の繊維補強バイオポリマーの様々な複合材を製造し、ペレット化し、次いで射出成形して、以下の表10に示される試料とした。
測定および試験の前に、サンプルを23℃、50%RHで1週間調整した。
本発明の方法によって製造されたプレコート繊維ペレットの使用により、木粉基準と比較して、強度のような特性の有意な向上がバイオプラスチックに達成される。繊維コーティングとしてのポリビニルアルコールの仕様から特別な利点が認められる。改質ポリビニルアルコールおよび/またはコポリマーは、繊維コーティングとしても十分に機能することが期待できる。熱効果性樹脂バインダーであるMUFを使用しても、木繊維の押出機または成形機への導入を容易にするのに加えて、基準材料(木粉)に比べて性能上の利点が得られる。
ポリ酢酸ビニル(National Starch;繊維に対して4%乾燥重量充填率)を有する木繊維ペレットを既に記載されているように本発明に従って製造し、切断して5mmの方形ペレットとして、乾燥させた。次いで、ペレットを、繊維ペレットを添加(PLA)ペレットと予備混合することにより上記のように添加PLAと射出成形して、射出成形サンプルを製造した。
プラスチック処理に使用される繊維−ポリマーペレット供給原料を製造するために、MDFまたは粒子板工業における精製装置−ブローラインポリマー添加を用いて、NZ森林研究所のMDFパイロットプラントでの試験を実施した。
熱機械パルプの試験繊維例−森林研究所のPAPROパイロットプラント(Rotorua)でMDF繊維を製造した。繊維129は、ブローラインで流動する繊維に射出された4%ミケムエマルジョンを有していた。
測定および試験の前に、サンプルを23℃、50%RHで1週間調整した。
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Claims (31)
- プラスチック製造における供給原料として使用される、リグノセルロース材料の繊維または天然繊維を含む、本明細書により定義されるペレットまたは顆粒を製造するための方法であって、
リグノセルロース材料または天然繊維を機械的または熱機械的または化学熱機械的または化学機械的に細分化することによって製造された、バラ繊維または分離した繊維または繊維束を乾燥空気ストリームまたは湿潤空気ストリームで輸送し、繊維を輸送しながら、1つ以上のポリマー、モノマーまたはオリゴマーを含む液体調合物を前記繊維に塗布し;
前記繊維を固体製品に成形し;
前記固体製品を細分化して前記ペレットまたは顆粒を製造する;
ことを含む方法。 - 前記繊維を乾燥ストリームまたは湿潤ストリーム中で導管に沿って輸送し、ポリマー、モノマーまたはオリゴマーの調合物を前記導管の内部に導入し、前記繊維が前記導管を移動している間に前記調合物を前記繊維に塗布することを含む請求項1に記載の方法。
- 前記繊維が前記導管を移動している間に、前記調合物を前記導管の内部に吹きつけて該導管内に導入して前記調合物で前記繊維をコーティングまたは部分的にコーティングすることを含む請求項2に記載の方法。
- 前記導管は、繊維板の製造のためのプラントにおける精製段階から前記繊維を輸送する請求項2または3に記載の方法。
- 導管が、繊維を乾燥段階または乾燥機へ、またはそれから輸送する、請求項2から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記繊維を加圧して平面形の固体製品とすることによって前記繊維を固体製品に成形することを含む請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記繊維を加熱プラテンの間で加圧することを含む請求項6に記載の方法。
- 前記繊維を加圧して厚さが約2cmまでのシートとすることを含む請求項6または7に記載の方法。
- 前記繊維を加圧して厚さが約1cmまでのシートとすることを含む請求項6または7に記載の方法。
- 前記固体製品を切断または鋸引きすることによって前記固体製品を前記ペレットまたは顆粒まで細分化することを含む請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記繊維は、少なくとも約0.8mmの平均繊維長さまたは繊維束長さを有する請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記繊維は、少なくとも約1mmのバラ繊維または繊維束の平均繊維長さを有する請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記繊維の大部分は、少なくとも10:1のアスペクト比を有する請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記繊維の大部分は、少なくとも20:1のアスペクト比を有する請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記繊維の大部分は、少なくとも25:1のアスペクト比を有する請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記固体製品を細分化して、前記ペレット中の繊維の平均繊維長さより長いペレットを製造することを含む、請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記繊維は木繊維である請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。
- 細断により前記固体製品を細分化してペレットまたは顆粒を製造することを含み、かつ、該細断によるペレット化または顆粒化に耐えるように繊維を互いに結合させるのに十分なポリマー、モノマーまたはオリゴマーの調合物を前記繊維に塗布することを含む請求項1から17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ペレットまたは顆粒は、乾燥重量で繊維100部当たり0.3から25部のポリマーを含む請求項1から18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記液体調合物は、水性溶液、分散液またはエマルジョンである請求項1から18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記調合物が熱可塑性ポリマーを含む請求項1から20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱可塑性ポリマーは230℃未満の融点を有する請求項21に記載の方法。
- 前記熱可塑性ポリマーは200℃未満の融点を有する請求項21に記載の方法。
- 前記ポリマーは、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリエステル、デンプン系、または、1つもしくは複数の酸、無水物、エポキシ、アミン、イソシアネート、シランもしくはシラノール基を有するポリマーもしくはコポリマーである請求項1から23のいずれか一項に記載の方法。
- 前記液体調合物の前記繊維への塗布に続いて、1つ以上の第2のポリマー、モノマーもしくはオリゴマー、または、パラフィンもしくは蝋を繊維に塗布することを含む請求項1から24のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項6に記載の方法であって、前記加圧は、第1および第2の加圧処理を含み、前記第2の加圧処理は、前記第1の加圧処理より高温で実施される方法。
- プラスチック製造における供給原料として使用される、リグノセルロース材料の繊維または天然繊維を含む、本明細書で定義されるペレットまたは顆粒を製造するための方法であって、
リグノセルロース材料または天然繊維を機械的または熱機械的または化学熱機械的または化学機械的に細分化することによって製造された、バラ繊維または分離した繊維または繊維束を乾燥空気ストリームまたは湿潤空気ストリームで導管に沿って輸送し;
1つ以上のポリマー、モノマーまたはオリゴマーを含む液体調合物を繊維に吹きつけ塗布してコーティングまたは部分的にコーティングし;
前記繊維を固体製品に成形し;
前記固体製品を細分化して前記ペレットまたは顆粒を製造する;
ことを含む方法。 - 前記導管が繊維板の製造のためのプラントにおける精製段階から繊維を輸送し、方法は、繊維を平面形の固体製品に加圧することによって前記繊維を固体製品に成形することを含む請求項27に記載の方法。
- プラスチック製造における供給原料として使用される、木繊維を含む、本明細書により定義されるペレットまたは顆粒を製造するための方法であって、固体木材を機械的または熱機械的または化学熱機械的または化学機械的に細分化することによって製造された木繊維または繊維束に対して、1つ以上のポリマー、モノマーまたはオリゴマーを含む液体調合物を繊維に塗布してコーティングまたは部分的にコーティングし、前記繊維を加圧して固体製品とし、該固体製品を木繊維含有ペレットまたは顆粒に細分化することを含む方法。
- 請求項1から29のいずれか一項に記載の方法によって製造されたペレットまたは顆粒。
- 請求項1から29のいずれか一項に記載の方法により、ペレットまたは顆粒を供給原料としてプラスチック押出機または成形機に導入することを含むプラスチック製品または中間体を製造する方法。
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