JP2013531108A - セルロース含有材料と、プラスチックマトリックスとしてのｐｍｍａ及び種々のカップリング成分とから構成される複合材料 - Google Patents
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- Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
本発明は、改善された機械的特性及び改善された耐候性を有する、少なくとも１種のセルロース含有材料、有利には木材と、少なくとも１種のプラスチックとから構成される新規の複合材料、その製造法並びにその使用に関する。
Description
本発明は、改善された機械的特性及び改善された耐候性を有する、セルロース含有材料、有利には木材と、少なくとも１種のプラスチックとから構成される新規の複合材料、その製造法並びにその使用に関する。
少なくとも１種のセルロース含有材料と、少なくとも１種のプラスチックとから構成される複合材料は、今日では、特に木材−プラスチック複合材料、いわゆるＷＰＣ"木材プラスチック複合材（Ｗｏｏｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）"の形態で大規模工業的に製造される。後記する本発明の意味においては、"木材−プラスチック複合物質（類）"、"木材−プラスチック複合材料（類）"及び"ＷＰＣ（類）"との用語は同義的に用いられる。"複合物質"及び"複合材料"との用語も、同様に同義的に用いられる。
歴史的に見て、無垢材や伝統的な木質材料は、一般に、建築材や家具材として利用されている。ＷＰＣ材料は、これらの古典的な適用領域を、改善された形状付与法に基づき、実際に新しい用途を含める形で広げてきた。
ＷＰＣ材料は、木材粒子（例えば木片、鋸屑、木繊維又は木粉）をプラスチックマトリックスと結合したものである。プラスチックマトリックスとしては、一般に、熱可塑性プラスチックが用いられる。
北アメリカにおいてＷＰＣが最初に開発された時、木材が、主に安価な充填材として用いられていた。木屑のコストは、それの代わりに用いられるプラスチックのコストのほんの一部に過ぎず、そのため、この木材分が製品における材料コストを引き下げる。用いられるプラスチックと比較して、木材はより高い弾性率を有していることから、木材−プラスチックの組合せが最適化されると、純粋なプラスチックと比べて、より良好な機械的特性が生まれる。
世界的に、商業目的で製造されるほぼ全てのＷＰＣ材料について、３種のプラスチックが席巻している。アメリカでは、主としてポリエチレン（ＰＥ）が用いられる一方で、ヨーロッパでは、とりわけポリプロピレン（ＰＰ）が使用される。アジアでは、塩化ポリビニル（ＰＶＣ）がＷＰＣプラスチックとして非常に頻繁に利用されている。３種全てのプラスチックに共通していることは、それらが量産プラスチックであり、それゆえ比較的安く手に入れられることができることである。この商業的な観点こそ、ＷＰＣの研究が、上述の熱可塑性プラスチックのみを深く取り扱っている理由の１つに挙げられる。
他方で、依然として、天然繊維（例えばセルロース）をポリマーに長期間結合させるという要求が存在している。上述のプラスチックＰＥ、ＰＰ及びＰＶＣの場合、木繊維への結合の問題は、接着促進剤を用いて、数十年間の開発により十分適切に解決されている。
現在行われているＷＰＣ材料の更なる開発は、加工技術の最適化以外に、製品特性の改善若しくは特定の使用目的に合わせられた特性の問題を非常に積極的に取り扱っている。
ＷＰＣ材料は、現在、特に屋外使用において用いられる。ＷＰＣの主要な適用は、テラス板、いわゆる"デッキ"である。この場合、ＷＰＣ材料は、とりわけ亜熱帯地域からの高級木材と競合している。建築適用においては、ＷＰＣ材料について、材料強度以外に、極めて高い耐久性、それか、耐性のある天然木材に匹敵する耐久性が少なくとも期待される。
使用される供給原料に基づき、ＷＰＣ材料は、一般に、それらが表面調質によって保護されない限り、屋外領域において天候の影響によって変化を被る。老化の度合いは、一方では、使用される木繊維の抵抗力に依存し、他方では、用いられるプラスチックの長期的挙動にも依存する。
一般的に、プラスチックは非常に幅広い範囲に亘った製品特性を有することが知られている。これに該当するのは、熱的特性に加えて、機械的特性及び長期特性である。それゆえに、屋外領域用の耐久性のあるＷＰＣ材料の開発を背景に、依然として、ポリオレフィンをベースとするＷＰＣとの比較において、より良好な耐候性を有する複合材料への需要が存在する。
ＷＰＣ材料の製造は、射出成形法若しくは押出成形法により頻繁に行われ、したがって、該製造は、プラスチック成分の溶融温度での可塑化プロセスによって行われる。木材粒子との湿式化学的な重合処理も用いられているが、どちらかといえばあまり広まっていない。
ポリメチルメタクリレート、略してＰＭＭＡは、極めて良好な耐候性及び高い機械的強度があることで知られている。そのため、その特性幅は、建築適用のために良く適している。しかしながら、ＷＰＣ適用に、これまでこの材料は用いられることができていなかった。それというのも、押出の際に、あまりにも高い加工温度が必要不可欠とされ、それによって木材粒子の損傷が引き起こされていたからである。そのうえ、木材粒子へのＰＭＭＡの結合の問題は、これまで満足のいくように解決されていない。
それゆえ、前述の先行技術から出発して、課題は、改善された耐候性及び改善された機械的特性を有する、少なくとも１種のセルロース含有材料、有利には木材と、少なくとも１種のプラスチックとから構成される複合材料、並びに該複合材料の製造法を提供することであった。
更なる課題は、付加的な表面調質なしに耐候性ＷＰＣ材料を提供することにあった。
明示はしていない更なる課題は、下記の発明の詳細な説明、実施例及び特許請求の範囲の全体の関連性から明らかである。
本発明の基礎を成している思想は、ポリ（アルキル）（メタ）アクリレート、優れた耐候性を有する熱可塑性プラスチックを使用して、新規の複合材料を製造することであった。ここで、このプラスチックの強度をセルロース含有成分の利点と組み合わせて、特化された複合材料を得ることに成功する。
ここでの主要課題は、セルロース含有材料、特に天然繊維又は木繊維をポリマーに十分良く付着させるか、結び付けるか若しくは結合させ、かつ加工温度を、木材粒子の炭化を防止することができる程度に下げることであった。これは、特別なポリ（アルキル）（メタ）アクリレートを、セルロースと適合性のある接着促進剤及び滑剤と一緒に使用することによって達成された。
それゆえ、本発明の対象は、少なくとも１種のセルロース含有成分、有利には木材と、少なくとも１種のプラスチックとから構成される複合材料であり、該プラスチックは、
ａ）ポリ（アルキル）（メタ）アクリレート−マトリックス材料であって、
ａ１）０．５〜３０ｍｌ／１０分の範囲、特に有利には１〜２０ｍｌ／１０分、極めて有利には１〜１０ｍｌ／１０分の範囲のメルトインデックスＭＶＲ［２３０℃、３．８ｋｇ］を有する該マトリックス材料、及び
ｂ）セルロースと適合性のある接着促進剤
を含有し、かつ
該複合材料は滑剤を包含することを特徴とする。
ａ）ポリ（アルキル）（メタ）アクリレート−マトリックス材料であって、
ａ１）０．５〜３０ｍｌ／１０分の範囲、特に有利には１〜２０ｍｌ／１０分、極めて有利には１〜１０ｍｌ／１０分の範囲のメルトインデックスＭＶＲ［２３０℃、３．８ｋｇ］を有する該マトリックス材料、及び
ｂ）セルロースと適合性のある接着促進剤
を含有し、かつ
該複合材料は滑剤を包含することを特徴とする。
加えて、本発明の対象は、少なくとも１種の上で詳しく述べたプラスチックを、少なくとも１種のセルロース含有材料、滑剤及び任意に更なる成分と混合し、引き続き加工して複合材料とする方法である。
対象は、同様に、本発明による複合材料の使用であって、特に、湿気の影響が高められた領域、特に屋外領域での材料としての、例えばフローリング材としての、例えばテラス板等としての、建材としての、例えば構造用木材、ボード、角材、階段及び階段の段、柱、型枠パネル、物置小屋、ジャングルジム、遊具、砂場、カーポート、パビリオン、戸枠、扉、窓台等としての、壁部材としての、ウォールクラッディング、防音部材、手すりとしての、天井クラッディングとしての、屋根材としての、造船における又は港湾施設、例えばボート用桟橋、ボート用防舷材、船首甲板等を建設するための、屋内領域及び屋外領域におけるメンテナンスフリーの家具材料、例えばイス、寝イス、棚、カウンター、庭園ベンチ、厨房用家具、ワークトップ、浴室装備品等としての使用、容器若しくは縁取り材、例えば庭園縁取り材、菜園縁取り材、縁取り花壇、植木鉢、プラント桶等としての、積み木玩具としての、及び自動車室内装飾における及び自動車外装における並びにキャンピングカーコンポーネントとしての使用である。
本発明による複合材料は、野外での実際の使用に大変良く適しており、それというのも、それは、僅かな膨潤挙動及び高い機械的強度による僅かな吸水性、高い形状安定性を有するからである。
２２５℃以下、有利には２２０℃以下の温度で加工する手段によって、特に木材を使用した場合に、セルロース含有材料の損傷を回避することができ、かつエネルギーコストを下げることができる。
特に、本発明によるプラスチックを滑剤と一緒に使用した場合、意想外にも、７０質量％の木材割合で、約２０５℃にて良好に押出できる複合材料を製造することが可能である。そのうえ、この方法で、それどころか８０質量％までの木材分を有するＷＰＣを得ることができる。
本発明による押出物は、ポリオレフィンベースのＷＰＣと同じ湿気挙動又はより良好な湿気挙動を示す。さらに、ポリオレフィンと比べた本発明によるプラスチックマトリックスのより良好な機械的特性及び優れた耐候安定性が加わる。
実際の試験においては、本発明によるＷＰＣの吸水率は、純粋なＰＭＭＡからのＷＰＣと比較して、約３０質量％から６質量％未満に下げることができ、ひいては、それは屋外領域におけるＷＰＣ製品の相応する要求範囲にある。
それゆえに、ポリ（アルキル）（メタ）アクリレートベースの高品質なＷＰＣを製造することに初めて成功する。
本発明を、以下で詳しく説明する。
ＷＰＣ材料の品質は、様々のパラメータを遵守することに強く依存する。そうして、本発明者は、木材粒子が損傷し始める特定の温度上限値の遵守と同様に、ポリマーの流動特性が重要であることを見つけ出した。木材粒子の炭化を実質的に回避するために、この温度は、ＷＰＣ材料の製造に際して２２５℃未満、有利には２２０℃未満であるべきことが明らかになった。同時に、この温度でポリマーは溶融しているべきであり、かつ十分な流動性を有しているべきである。標準ＰＭＭＡは、２３０℃を上回った場合に初めて粘弾性流動挙動を示すことから、単にこの事実のみが、これまでＰＭＭＡの使用を避ける原因となっていた。
さらに、ＷＰＣ材料の使用にとって決定的に重要なことは、実際の製品特性が最小値を示しているか、若しくは上限値を超えないことである。これらの例は、水による質量増大、湿潤下での膨潤挙動、並びに材料強度、例えば曲げ強度及び破断強度である。
主成分としてセルロースを有する材料、例えば木繊維は、極性及び親水性が非常に高い。材料内部にまで深く及ぶ吸湿の主要因は、セルロース含有材料の親水性である。
本発明においては、セルロースに適合性のある接着促進剤を、特別なポリ（アルキル）（メタ）アクリレートマトリックス材料及び滑剤と一緒に使用することによって、木材粒子をポリマーで非常に良好に〜完全に"包囲"若しくは"被覆"することに成功している。それによって、吸水量を著しく減少させることができた。
ポリ（アルキル）（メタ）アクリレートマトリックス材料とは、もっぱらポリ（アルキル）（メタ）アクリレートをポリマー成分として含有するマトリックス材料、或いはまた、様々のポリ（アルキル）（メタ）アクリレート又はポリ（アルキル）（メタ）アクリレートと他のポリマーから構成されるブレンドを含有するマトリックス材料、或いはまた、少なくとも１種のポリ（アルキル）（メタ）アクリレートと、更なるコモノマー、有利にはスチレン、α−メチルスチレン、（メタ）アクリル酸及び／又は（アルキル）アクリレート、無水グルタル酸、（アルキル）（メタ）アクリルアミン、（アルキル）（メタ）アクリルイミド、Ｎ−ビニルピロリドン、酢酸ビニル、エチレン又はプロピレンとから構成されるコポリマーを含むマトリックス材料と解される。
ポリ（アルキル）（メタ）アクリレートマトリックス材料に関して、その流動挙動が特に重要な判断基準になることがわかった。それゆえ、本発明によりマトリックス材料として用いられるポリ（アルキル）（メタ）アクリレートは、０．５〜３０ｍｌ／１０分、有利には１〜２０ｍｌ／１０分、特に有利には１〜１０ｍｌ／１０分の範囲のメルトインデックスＭＶＲ［２３０℃、３．８ｋｇ］を有する。
様々のポリ（アルキル）（メタ）アクリレート品質による試験から、ポリ（アルキル）（メタ）アクリレート溶融物の分子量が高すぎる場合、例えば木材粒子との混合を行うことは非常に難しく、それというのも、温度がやむを得ず上昇した場合、木材粒子が損傷し出すことがわかったからである。ポリ（アルキル）（メタ）アクリレートの分子量が低すぎると、可塑化装置中で木繊維が"浮動する"問題が生じ、それにより成分を完全に混合することに困難が生じる可能性がある。
ポリ（アルキル）（メタ）アクリレート−マトリックス材料中の"アルキル"の定義は、コポリマーについて上で示した定義と同じであってよい。特に有利には、ポリメチル（メタ）アクリレート、ポリエチル（メタ）アクリレート又はポリブチル（メタ）アクリレートが使用される。
"（メタ）アクリレート"との名称は、本発明の枠内で、ごく一般的に、メタクリレートとアクリレート、それに双方の混合物を表す。
ポリ（アルキル）（メタ）アクリレートマトリックス材料に加えて、本発明のプラスチックは、セルロースと適合性のある少なくとも１種の接着促進剤を包含する。"セルロースと適合性のある接着促進剤"とは、セルロースのＯＨ基と水素結合、イオン結合又は化学結合を形成することができる官能基を含有する接着促進剤と解される。
本発明の第一の有利な実施形態においては、接着促進剤は、マトリックス材料（成分ａ）に加えて、別個の成分として複合材料の配合物に添加される。すなわち、マトリックス材料は、たしかにコポリマーであってもよいが、しかしながら、接着促進剤は、この実施形態においては、マトリックスポリマーとコポリマーを形成しないか、若しくはマトリックスポリマーの構成要素ではない。ここで有利には使用される接着促進剤は、好ましくは、環状無水カルボン酸誘導体、例えば無水グルタル酸、（メタ）アクリル酸誘導体、例えばメタクリル酸又はアクリル酸、アミノモノマー、イミドモノマー及びエポキシ基含有モノマー、有利には（アルキル）（メタ）アクリルアミン、（アルキル）（メタ）アクリルイミド、Ｎ−ビニルピロリドンから成る群から選択された１種以上のモノマーを包含する１種以上のモノマーを包含するコポリマーである。さらに、スチレン、α−メチルスチレン、α−スチレン、アクリレート、メタクリレート、酢酸ビニル、エチレン又はプロピレンから成る群から選択された１種以上のモノマーが含まれていてよい。
接着促進剤のコポリマーは、モノマー単位のランダム分布で使用されることができるか、或いはまた、グラフトコポリマーとして使用されることができる。環状無水カルボン酸誘導体として、有利には、５員環、６員環若しくは７員環を有するもの、特に有利には無水マレイン酸及び無水グルタル酸が使用される。
接着促進剤コポリマー中の"アルキル"は、炭素原子１〜２０個、有利には１〜８個、特に有利には１〜４個を有する、分枝状若しくは非分枝状の、環状若しくは線状のアルキル基を表し、該基は、官能基で置換されていてよいか、又はヘテロ原子、例えばＯ、Ｓ若しくはＮを有していてよい。有利には、それはメチル基、エチル基、ブチル基又はシクロヘキシル基である。
本発明による使用される接着促進剤は、有利には低分子量コポリマーであり、特に有利にはスチレン−無水マレイン酸コポリマーである。極めて有利には、オランダの会社Ｐｏｌｙｓｃｏｐｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｂ．Ｖ．の商標名ＸＩＲＡＮ(R)ＳＭＡで商業的に入手可能なポリマーである。
接着促進剤コポリマーのメルトインデックスＭＶＲ［２３０℃、３．８ｋｇ］は、有利には１〜３０ｍｌ／１０分、特に有利には２〜２０ｍｌ／１０分、極めて有利には３〜１５ｍｌ／１０分の範囲にある。
本発明による複合材料の全質量を基準とした接着促進剤の割合は、セルロースに対して橋かけを形成することができる接着促進剤内部の官能基の濃度に依存する。接着促進剤の割合は、０．５〜７０質量％の間で、有利には１質量％〜５０質量％の間で、特に有利には１質量％〜４０質量％の間で、極めて有利には２質量％〜３０質量％の間で、殊に有利には３質量％〜２５質量％の範囲で、殊に極めて有利には３質量％〜１５質量％の範囲で変動してよい。極めて有利な実施形態においては、スチレン−無水マレイン酸コポリマー−とりわけＸｉｒａｎ(R)ＳＺ ２２０６５−であって、有効な無水マレイン酸基を約２０〜２２質量％有するものが用いられる。
この第一の実施形態は、複合材料の製造に際しての最大可撓性及び配合を可能にする。
本発明の第二の有利な実施形態においては、接着促進剤（成分ｂ）とマトリックスポリマー（成分ａ）が互いに"溶融され"、すなわち、コポリマーが、接着促進剤とマトリックスポリマーとから形成されるため、この"接着促進剤変性"マトリックスポリマーは、複合材料の製造に直接用いられることができる。この場合、別個の更なる成分として接着促進剤を添加する必要は必ずしもないが、しかしながら、もちろん可能である。
この実施形態では、ポリ（アルキル）（メタ）アクリレートと、モノマー（メタ）アクリル酸、環状無水カルボン酸誘導体、無水グルタル酸、（メタ）アクリル酸誘導体、有利には（メタ）アクリル酸、アミノモノマー、イミドモノマー及びエポキシ基含有モノマーから成る群から選択された接着促進剤と、スチレン、α−スチレン、アクリレート及び／又は、メタクリレートとから構成されるコポリマーが使用され、それは、例えばＡｌｔｕｇｌａｓ(R)ＨＴ１２１である。
有利にはポリ（アルキル）（メタ）アクリレートと（メタ）アクリル酸とから構成される接着促進剤コポリマーは、有利には、０．５〜３０ｍｌ／分、特に有利には１〜２０ｍｌ／１０分の範囲の、極めて有利には１〜１０ｍｌ／１０分の範囲のメルトインデックスＭＶＲ［２３０℃、３．８ｋｇ］を有し、それゆえに、これは十分低い加工温度と、セルロース成分の十分良好な混入可能性を保証する。
この第二の有利な実施形態は、成分ａ）及びｂ）が、複合材料の製造に際して互いに別個に添加される必要がなく、それゆえに複合材料を製造するためのコストが比較的低いという特別な利点を有する。
前述の２つの有利な実施形態を包含する本発明の特に有利な実施形態においては、接着促進剤は、環状無水カルボン酸誘導体を包含し、その割合は、本発明による複合材料の全質量を基準として、０．１〜５質量％の範囲、特に有利には０．４〜３質量％の範囲にある。
接着促進剤及びポリ（アルキル）（メタ）アクリレート−マトリックスポリマー以外に、本発明による複合材料は、セルロース含有成分、特に木材粒子も包含する。複合材料中のセルロース含有成分の割合は、製品特性に大きな影響を及ぼす。そのため、一方では、可撓性及び機械的特性が改善され、並びに経済的な利点が得られる。他方で、高い割合は吸湿の増大につながることから、セルロース含有成分の非常に高い割合を実現することは困難である。本発明による複合材料を用いて、特に８０質量％まで、有利には４０〜８０質量％、特に有利には５０〜８０質量％、極めて有利には６０〜７５質量％の木材充填材割合を、そのつど複合材料の全質量を基準として実現することに成功している。
本発明により使用されるセルロース含有成分は、有利には、木材又は紙又は厚紙又は他のセルロース含有材料である。有利には、セルロース含有成分は、少なくとも２０質量％、特に有利には少なくとも３０質量％、極めて有利には少なくとも４０質量％のセルロース割合を有する。特に有利には、木材が使用される。木材粒子に関して、本発明による複合材料の場合、特に制限はない。例えば、木片、鋸屑、木繊維又は木粉を使用してもよい。
本発明の枠内で、複合材料が滑剤を包含する場合に好ましいことがわかった。滑剤は、成形材料の良好な加工性及び低い加工温度を実現し得るために重要である。滑剤として、特にポリオレフィン、極性エステルワックス、ポリエチレンワックス、カルボン酸及び脂肪酸並びにそれらのエステル（例えばステアレート）並びに長鎖脂肪アルコール及び脂肪アルコールエステルを用いてよい。複合材料の全質量を基準とした滑剤の割合は、有利には０〜５質量％、特に有利には０．１〜４質量％、極めて有利には０．５〜４質量％、殊に有利には１〜３質量％である。
本発明による複合材料は、更なる慣用の助剤及び／又は添加剤、例えば染料、光安定剤、ＩＲ吸収剤、抗菌作用物質、難燃剤、熱安定剤、酸化防止剤、架橋性ポリマー、有機種若しくは無機種の繊維強化添加剤、ポリシロキサン、ポリシロキサンアミン及び／又はポリシロキサンイミンを含有してよい。
特に有利な実施形態において、本発明による複合材料は、プラスチック中で、耐衝撃性改良剤を、そのつど複合材料中に含まれるプラスチック成分の材料を基準として、特に０．１〜１５質量％、有利には０．５〜１０質量％、極めて有利には１〜６質量％の割合で含有する。全ての市販の耐衝撃性改良剤、特に１０〜３００ｎｍの平均粒径を有するエラストマー粒子（例えば超遠心分離法による測定）が使用されることができる。有利には、エラストマー粒子は、軟質エラストマー相と、少なくとも１つのそれに結合した硬質相を持つコアを有する。
特に好ましいことが明らかとなったのは、そのつど複合材料の全質量を基準として、木材粒子８０質量％まで並びにポリ（アルキル）（メタ）アクリレート少なくとも１５質量％を有する木材−プラスチック複合材料である。
本発明の特に有利な実施形態において、本発明による複合材料は、以下の成分：
ａ）ポリ（アルキル）（メタ）アクリレート−マトリックスポリマー：１〜５９質量％、有利には１〜５７．５質量％、
ｂ）接着促進剤：１〜５０質量％
ｃ）セルロース含有成分、有利には木繊維：４０〜８０質量％、
ｄ）滑剤：０．１〜５質量％、有利には０．５〜４質量％、特に有利には０．５〜３質量％、
ｅ）染料：０〜５質量％
ｆ）光安定剤：０〜０．５質量％、有利には０．０１〜０．２質量％
を包含し、その際、成分ａ）及びｂ）は合わせて、上記の６種の成分の全質量の９．５質量％〜５９．９質量％を構成し、かつ上記の６種の成分の割合の合計は、足して１００質量％となる。ここでの１００質量％は、上記成分の全質量を基準としている。これは、複合材料の全質量と同じであってよいか、或いはまた、複合材料がなお、上記６種の成分とは異なる成分を包含する場合には、複合材料の１００質量％未満であってもよい。成分ａ）及びｂ）は、上記したように、有利な実施形態において１つの成分として結合させられていてよい。
ａ）ポリ（アルキル）（メタ）アクリレート−マトリックスポリマー：１〜５９質量％、有利には１〜５７．５質量％、
ｂ）接着促進剤：１〜５０質量％
ｃ）セルロース含有成分、有利には木繊維：４０〜８０質量％、
ｄ）滑剤：０．１〜５質量％、有利には０．５〜４質量％、特に有利には０．５〜３質量％、
ｅ）染料：０〜５質量％
ｆ）光安定剤：０〜０．５質量％、有利には０．０１〜０．２質量％
を包含し、その際、成分ａ）及びｂ）は合わせて、上記の６種の成分の全質量の９．５質量％〜５９．９質量％を構成し、かつ上記の６種の成分の割合の合計は、足して１００質量％となる。ここでの１００質量％は、上記成分の全質量を基準としている。これは、複合材料の全質量と同じであってよいか、或いはまた、複合材料がなお、上記６種の成分とは異なる成分を包含する場合には、複合材料の１００質量％未満であってもよい。成分ａ）及びｂ）は、上記したように、有利な実施形態において１つの成分として結合させられていてよい。
本発明による複合材料は、まず、少なくとも１種のセルロース含有材料を、少なくとも１種の上記のプラスチック、滑剤及び任意に上記の助剤及び／又は添加剤の１種及び／又は他の１種と混合し、かつ加工して複合材料とすることによって製造されることができる。この加工は、有利には押出又は射出成形によって行われる。その際、有利には２３０℃を下回る溶融温度、特に有利には２２５℃を下回る溶融温度、極めて有利には１７０〜２２０℃の溶融温度、殊に有利には１９０〜２１５℃の溶融温度、殊に極めて有利には１９０〜２１０℃の溶融温度で可塑化される。
本発明による複合材料は、ＷＰＣに関して知られている全ての適用において、湿気の影響が高められた領域、特に屋外領域での材料として、例えばフローリング材として、例えばテラス板等としての、建材として、例えば構造用木材、ボード、角材、柱、型枠パネル、物置小屋、ジャングルジム、遊具、砂場、カーポート、パビリオン、戸枠、扉、窓台等として、壁部材として、ウォールクラッディング、防音部材、手すりとして、天井クラッディングとして、屋根材として、造船における又は港湾施設、例えばボート用桟橋、ボート用防舷材、船首甲板等を建設するために、屋内領域及び屋外領域におけるメンテナンスフリーの家具材料、例えばイス、寝イス、棚、カウンター、庭園ベンチ、厨房用家具、ワークトップ、浴室装備品等として、容器若しくは縁取り材、例えば庭園縁取り材、菜園縁取り材、縁取り花壇、植木鉢、プラント桶等として使用されることができる。
本発明によるコンポーネントの防音作用は、音の反射に基づくものであるか、或いはまた、吸収に基づくものであってよい。反射のためにはコンポーネントの平らな表面でも十分であるのに対して、防音作用を有する防音部材として適用するために、有利には、構造化によって吸音効果が得られるようにその表面が構造化されている本発明による複合材料から構成されるコンポーネントが製造される。さらに、特に有利なのは、本発明による複合材料から中空室を有するシート又は異形材（それらは、音波がコンポーネントに侵入することを可能にする相応する開口部若しくは穿孔部を備えている）を作り出すことである。それによって、際立った吸音効果を得ることができる。防音部材の上記の双方の変形例の組合せ若しくは変更も、本発明の範囲に同様に含まれる。
測定法：
メルトインデックスＭＶＲ
ＭＶＲ［２３０℃、３．８ｋｇ］を、ＩＳＯ １１３３に従って測定する。
メルトインデックスＭＶＲ
ＭＶＲ［２３０℃、３．８ｋｇ］を、ＩＳＯ １１３３に従って測定する。
吸水量（煮沸試験）
吸水量を、煮沸試験において、ＥＮ１０８７−１標準に則って測定する。このために、製造サイズの厚さと幅における１００ｍｍの長さのサンプル部分を５時間のあいだ煮沸水に浸し、約６０分の冷水中での冷却後に膨潤量と吸水重量を調べる。
吸水量を、煮沸試験において、ＥＮ１０８７−１標準に則って測定する。このために、製造サイズの厚さと幅における１００ｍｍの長さのサンプル部分を５時間のあいだ煮沸水に浸し、約６０分の冷水中での冷却後に膨潤量と吸水重量を調べる。
破断強度及び撓み
本発明による複合材料の５００Ｎの負荷における破断強度並びに撓みの測定を、ＤＩＮ ＥＮ ３１０（"木質材料−曲げ弾性率及び曲げ強度の測定"）に則って行う。
本発明による複合材料の５００Ｎの負荷における破断強度並びに撓みの測定を、ＤＩＮ ＥＮ ３１０（"木質材料−曲げ弾性率及び曲げ強度の測定"）に則って行う。
以下の例を、本発明のより詳しい説明と理解のために用いるが、これらは決して本発明若しくは本発明の範囲を制限するものではない。
比較例１：
Ｅｖｏｎｉｋ Ｒｏｅｈｍ ＧｍｂＨ（Ｄａｒｍｓｔａｄｔ在）の平均的な分子量のＰＭＭＡ成形材料ＰＬＥＸＩＧＬＡＳ(R)ＦＭ ６Ｎ若しくはＰＬＥＸＩＧＬＡＳ(R)ＦＭ ７Ｎを、木繊維７０質量％の割合と混合し、そして押出した。高い温度（２３３℃以上）と、押出ツールに強く付着する結果、木材粒子の分解（炭化）が生じた。２つの成分の可塑化は、非常に不十分にしか可能ではなかった。
Ｅｖｏｎｉｋ Ｒｏｅｈｍ ＧｍｂＨ（Ｄａｒｍｓｔａｄｔ在）の平均的な分子量のＰＭＭＡ成形材料ＰＬＥＸＩＧＬＡＳ(R)ＦＭ ６Ｎ若しくはＰＬＥＸＩＧＬＡＳ(R)ＦＭ ７Ｎを、木繊維７０質量％の割合と混合し、そして押出した。高い温度（２３３℃以上）と、押出ツールに強く付着する結果、木材粒子の分解（炭化）が生じた。２つの成分の可塑化は、非常に不十分にしか可能ではなかった。
比較例２：
比較例１による押出を、滑剤として、Ｃｌａｒｉａｎｔ社（Ｓｕｌｚｂａｃｈ在）の極性エステルワックスＬＩＣＯＷＡＸ Ｅを用いて繰り返した。それによって、製造プロセスにおける温度を約２００〜２０５℃に保つことができ、金属接着を防ぐことができた。木材粒子の分解を回避することができた。
比較例１による押出を、滑剤として、Ｃｌａｒｉａｎｔ社（Ｓｕｌｚｂａｃｈ在）の極性エステルワックスＬＩＣＯＷＡＸ Ｅを用いて繰り返した。それによって、製造プロセスにおける温度を約２００〜２０５℃に保つことができ、金属接着を防ぐことができた。木材粒子の分解を回避することができた。
しかしながら、そのようにして製造されたＰＭＭＡ−木材複合体は、１００℃での煮沸試験における吸水率が２０〜４０質量％であるという欠点を有していた。それに従って、湿分による膨潤挙動は不十分なものであった。比較例２に従った組成を有するＷＰＣ製品は、全ての寸法（長さ、幅、厚さ）に関して、初めの寸法から極端にずれており、そのため屋外での使用には適していなかった。
例１
概要：
比較例２の配合において、有利な第一の実施形態に従って、スチレン−無水マレイン酸コポリマーを、接着促進剤として別個にマトリックス材料としてのポリ（アルキル）（メタ）アクリレートマトリックス材料に添加した。
概要：
比較例２の配合において、有利な第一の実施形態に従って、スチレン−無水マレイン酸コポリマーを、接着促進剤として別個にマトリックス材料としてのポリ（アルキル）（メタ）アクリレートマトリックス材料に添加した。
試験は、７５％までの木材割合を有する係る混合物が２１０℃+／-１０Ｋの範囲で非常に良好に可塑化されることができ、そして僅かな吸収性、湿分に対する高い寸法安定性及び高い機械的安定性を有するＷＰＣ押出物をもたらすことを示した。
例１ａ
試験を、概要に記載した通り実施した。無水マレイン酸約２０〜２２質量％を導入したスチレン−無水マレイン酸コポリマーを接着促進剤として使用した。
試験を、概要に記載した通り実施した。無水マレイン酸約２０〜２２質量％を導入したスチレン−無水マレイン酸コポリマーを接着促進剤として使用した。
押出のために使用した量の組成は、以下の通りであった：
木繊維：３２０μｍ ７０％
接着促進剤：ＸＩＲＡＮ(R)ＳＺ ２２０６５ ６．０％
滑剤：ＬＩＣＯＷＡＸ(R) Ｅ: ３．０％
ＰＭＭＡ：ＰＬＥＸＩＧＬＡＳ(R)７Ｎ ２１％
木繊維：３２０μｍ ７０％
接着促進剤：ＸＩＲＡＮ(R)ＳＺ ２２０６５ ６．０％
滑剤：ＬＩＣＯＷＡＸ(R) Ｅ: ３．０％
ＰＭＭＡ：ＰＬＥＸＩＧＬＡＳ(R)７Ｎ ２１％
得られたＷＰＣの応用技術的な試験から以下の結果が得られた：
１００℃での煮沸試験における吸水率： ４．５％
破断強度： ３．３ｋＮ
撓み ５００Ｎ： ２．３ｍｍ
１００℃での煮沸試験における吸水率： ４．５％
破断強度： ３．３ｋＮ
撓み ５００Ｎ： ２．３ｍｍ
Claims (15)
- 少なくとも１種のセルロース含有材料と少なくとも１種のプラスチックとから構成される複合材料において、該プラスチックが、
ａ）ポリ（アルキル）（メタ）アクリレート−マトリックス材料であって、
ａ１）０．５〜３０ｍｌ／１０分の範囲、特に有利には１〜２０ｍｌ／１０分の範囲、極めて有利には１〜１０ｍｌ／１０分の範囲のメルトインデックスＭＶＲ［２３０℃、３．８ｋｇ］を有する該マトリックス材料、及び
ｂ）セルロースと適合性のある接着促進剤
を含有し、かつ
該複合材料が滑剤を包含することを特徴とする、前記複合材料。 - 前記接着促進剤が、環状無水カルボン酸誘導体、例えば無水グルタル酸、（メタ）アクリル酸誘導体、例えばメタクリル酸又はアクリル酸、アミノモノマー、イミドモノマー及びエポキシ基含有モノマー、有利には（アルキル）（メタ）アクリルアミン、（アルキル）（メタ）アクリルイミド、Ｎ−ビニルピロリドンから成る群から選択された１種以上のモノマー、並びに任意に、スチレン、α−メチルスチレン、α−スチレン、アクリレート、メタクリレート、酢酸ビニル、エチレン又はプロピレンから成る群から選択された１種以上のモノマーを包含するコポリマーであることを特徴とする、請求項１記載の複合材料。
- 前記環状無水カルボン酸誘導体が、５員環、６員環若しくは７員環を有する誘導体、有利には無水マレイン酸又は無水グルタル酸であることを特徴とする、請求項２記載の複合材料。
- 前記成分ａ）及びｂ）が１つの成分として結合させられており、すなわち、ポリ（アルキル）（メタ）アクリレートと接着促進剤モノマーとから構成されるコポリマーが使用されることを特徴とする、請求項１記載の複合材料。
- ポリ（アルキル）（メタ）アクリレートが、接着促進剤モノマーとしての、環状無水カルボン酸誘導体、無水グルタル酸、（メタ）アクリル酸誘導体、（メタ）アクリル酸、アミノモノマー、イミドモノマー及びエポキシ基含有モノマーと、スチレン、α−スチレン、アクリレート及び／又は、メタクリレートと共重合されたことを特徴とする、請求項４記載の複合材料。
- １〜３０ｍｌ／１０分の範囲、有利には３〜１５ｍｌ／１０分の範囲の、前記接着促進剤コポリマーのメルトインデックスＭＶＲ［２３０℃、３．８ｋｇ］を有することを特徴とする、請求項２から５までのいずれか１項記載の複合材料。
- 本発明による前記複合材料の全質量を基準とした、前記接着促進剤の割合が、０．５〜７０質量％、有利には１質量％〜５０質量％、特に有利には１質量％〜４０質量％、極めて有利には２質量％〜３０質量％、殊に有利には３質量％〜２５質量％の範囲に、殊に極めて有利には３質量％〜１５質量％の範囲にあることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の複合材料。
- 前記セルロース含有材料が、少なくとも２０質量％、特に有利には少なくとも３０質量％、極めて有利には少なくとも４０質量％のセルロース割合を有する、木材又は紙又は厚紙であることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の複合材料。
- そのつど前記複合材料の全質量を基準として、木材粒子８０質量％まで、並びにポリ（アルキル）（メタ）アクリレート少なくとも１５質量％を有することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の複合材料。
- 滑剤として、ポリオレフィン、極性エステルワックス、ポリエチレンワックス、カルボン酸及び脂肪酸並びにそれらのエステル（例えばステアレート）並びに長鎖脂肪アルコール及び脂肪アルコールエステルから成る群からの滑剤が使用されることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の複合材料。
- 以下の成分：
ａ）ポリ（アルキル）（メタ）アクリレート−マトリックスポリマー：１〜５９質量％、有利には１〜５７．５質量％、
ｂ）接着促進剤：１〜５０質量％
ｃ）セルロース含有成分、有利には木繊維：４０〜８０質量％、
ｄ）滑剤：０．１〜５質量％、有利には０．５〜４質量％、特に有利には１〜３質量％、
ｅ）染料：０〜５質量％
ｆ）光安定剤：０〜０．５質量％、有利には０．０１〜０．２質量％
を包含し、その際、成分ａ）及びｂ）は合わせて、成分ａ）〜ｆ）の全質量の９．５質量％〜５９．９質量％を構成し、かつ成分ａ）〜ｆ）の合計が１００質量％となることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の複合材料。 - 少なくとも１種のセルロース含有材料と、ポリ（アルキル）（メタ）アクリレートをベースとする少なくとも１種のプラスチックとから構成される複合材料の製造法において、請求項１記載の少なくとも１種のプラスチックを、少なくとも１種のセルロース含有成分及び滑剤と混合し、かつ加工して複合材料とすることを特徴とする、前記製造法。
- 請求項１記載の少なくとも１種のプラスチックを、少なくとも１種のセルロース含有成分及び任意に上記添加剤の１種と混合し、かつ加工して複合材料とすることを特徴とする、請求項１２記載の複合材料の製造法。
- 前記混合物を、押出又は射出成形によって、有利には２３０℃を下回る温度、特に有利には２２５℃を下回る温度、極めて有利には１７０〜２２０℃の温度、殊に有利には１９０〜２１５℃の温度、殊に極めて有利には１９０〜２１０℃の温度で加工して複合材料とすることを特徴とする、請求項１２又は１３記載の複合材料の製造法。
- 湿気の影響が高められた領域、特に屋外領域での材料としての、例えばフローリング材としての、例えばテラス板等としての、建材としての、例えば構造用木材、ボード、角材、階段及び階段の段、柱、型枠パネル、物置小屋、ジャングルジム、遊具、砂場、カーポート、パビリオン、戸枠、扉、窓台等としての、壁部材としての、ウォールクラッディング、防音部材、手すりとしての、天井クラッディングとしての、屋根材としての、造船における又は港湾施設、例えばボート用桟橋、ボート用防舷材、船首甲板等を建設するための、屋内領域及び屋外領域におけるメンテナンスフリーの家具材料、例えばイス、寝イス、棚、カウンター、庭園ベンチ、厨房用家具、ワークトップ、浴室装備品等としての、容器若しくは縁取り材、例えば庭園縁取り材、菜園縁取り材、縁取り花壇、植木鉢、プラント桶等としての、積み木玩具としての、及び自動車室内装飾における及び自動車外装における並びにキャンピングカーコンポーネントとしての、請求項１から１２までのいずれか１項記載の複合材料の使用。
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