JP2021507046A - 複合製品を製造する改善方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、天然繊維および熱可塑性ポリマーを含む押出複合製品を製造する改善方法に関する。本発明によれば、混合ならびに反応性架橋は、押出機の内部で行われる。天然繊維は、例えば、パルプまたは木材粒子の形態で提供されてもよい。
木材−ポリマー複合製品の押出および押出配合の分野では、最終製品の望ましい特性を達成するために、繊維のヒドロキシル基間の架橋が重要である。同時に、製造方法は効率的である必要がある。
驚くべきことに、本発明による方法は、より効率的な反応性架橋を提供し、水分取り込み(吸湿量)の減少ならびに高寸法安定性および剛性を含む押出複合製品のいくつかの有利な特性をもたらすことが見出された。本発明はまた、大量の天然繊維の使用を可能にし、これは、再生可能な材料であるという点だけでなく、リサイクルを容易にし、軽量の押出複合製品に寄与するという点でも、役立つ。さらに、本発明による方法によって製造された押出複合製品は、従来の木材プラスチック複合体と比較して驚くほど低いクリープを示すことが見出された。本発明による方法で得られた押出複合製品は、高い生物学的耐久性も有する。
a)天然繊維及び熱可塑性ポリマーの粒子、及び場合により0.5〜5wt%のカップリング剤及び場合により0.5〜4wt%の潤滑剤を、押出機中に導入する工程であって、ここで、押出機中に導入される天然繊維及び熱可塑性ポリマー粒子の水分含量が、1重量%未満であり、当該天然繊維は、押出機中に導入される前に1〜20重量%の架橋剤と混合されていたか、又は、当該架橋剤は、天然繊維および熱可塑性ポリマー粒子が導入される入口とは別の入口を介して押出機中に導入されるかのいずれかであり、ここで、架橋剤が導入される点での押出機内の温度は、150℃未満である、前記工程;及び
b)カップリング剤及び潤滑剤が工程a)で導入されなかった場合、0.5〜5wt%のカップリング剤及び場合により0.5〜4wt%の潤滑剤を、天然繊維、熱可塑性粒子および場合により架橋剤が押出機中に導入される場所とは別の入口を介して、押出機中に導入し;混合する工程であって、混合中の押出機内の温度は少なくとも170℃であり、ここで、混合中に押出機内に導入された材料に及ぼされる圧力は少なくとも50バールである、前記工程;及び
c)ダイを通して複合製品を押し出す工程。
本発明による方法の工程a)では、天然繊維およびポリマー粒子が押出機中に供給される。天然繊維は、異なるタイプの繊維の混合物であってもよく、例えば、木材粒子またはパルプであってもよい。パルプの例としては、機械的パルプ、半機械的または化学的パルプ、例えば熱機械的パルプ、ケミサーモメカニカル(化学熱機械的)パルプまたは化学的パルプ(クラフトまたは亜硫酸法で製造)または溶解パルプが挙げられる。木材粒子は、例えば、粉砕木材、木粉またはおがくずであり得る。天然繊維は、工程a)の前に圧縮されてもよい。パルプは加工または変性されてもよく、天然繊維は、少なくとも部分的に、ミクロフィブリル化セルロースの形態で提供されてもよい。天然繊維の含水率は1wt%未満である。その含水率を達成するために、天然繊維は、典型的には工程a)の前に乾燥に供される。押出機は、単軸または二軸押出機であってよい。天然繊維が木材粒子の形態で提供される場合、前記木材粒子は物理的または化学的に前処理されてもよい。例えば、木材粒子は、熱的に変性されたものでもよく、または、木材粒子を得るために、粉砕にかけられたか又は他の手段によって機械的に処理されて熱的に変性された木材に由来するものでもよい。木材の粒子は化学的に変性されたものでもよい。例えば、粒子自体は、工程a)の前に化学的に変性されていてもよく、または粒子は、化学的に変性された木材に由来してもよい。天然繊維の量は、押出複合製品の約45〜90重量%、例えば55〜90重量%または60〜90重量%または60〜80重量%である。熱可塑性ポリマー粒子は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、SMA(スチレン無水マレイン酸)ポリマーまたはHIPS(高衝撃強度ポリスチレン)などのスチレンベースのポリマー、それらのコポリマーまたは混合物である。ポリマー粒子の量は、押出複合製品の50重量%未満、例えば40重量%未満、35重量%未満、30重量%未満、25重量%未満、20重量%未満、15重量%未満、または10重量%未満である。熱可塑性ポリマー粒子は、例えば、ペレットまたは顆粒の形態で提供されてもよい。
a)天然繊維及び熱可塑性ポリマーの粒子を、押出機中に導入する工程であって、ここで、押出機中に導入される天然繊維及び熱可塑性ポリマー粒子の水分含量が、1重量%未満であり、当該天然繊維は、押出機中に導入される前に1〜20重量%の架橋剤と混合されていたか、又は、当該架橋剤は、天然繊維および熱可塑性ポリマー粒子が導入される入口とは別の入口を介して押出機中に導入されるかのいずれかであり、ここで、架橋剤が導入される点での押出機内の温度は、150℃未満である、前記工程;及び
b)0.5〜5wt%のカップリング剤及び場合により0.5〜4wt%の潤滑剤を、天然繊維および熱可塑性ポリマー粒子が押出機中に導入される場所とは別の入口を介して、押出機中に導入し;混合する工程であって、混合中の押出機内の温度は少なくとも170℃であり、ここで、混合中に押出機内に導入された材料に及ぼされる圧力は少なくとも50バールである、前記工程;及び
c)ダイを通して複合製品を押し出す工程。
a)天然繊維及び熱可塑性ポリマーの粒子及び0.5〜5wt%のカップリング剤及び0.5〜4wt%の潤滑剤を、押出機中に導入する工程であって、ここで、押出機中に導入される天然繊維及び熱可塑性ポリマー粒子の水分含量が、1重量%未満であり、当該天然繊維は、押出機中に導入される前に1〜20重量%の架橋剤と混合されていたか、又は、当該架橋剤は、天然繊維および熱可塑性ポリマー粒子が導入される入口とは別の入口を介して押出機中に導入されるかのいずれかであり、ここで、架橋剤が導入される点での押出機内の温度は、150℃未満である、前記工程;及び
b)混合する工程であって、混合中の押出機内の温度は少なくとも170℃であり、ここで、混合中に押出機内に導入された材料に及ぼされる圧力は少なくとも50バールである、前記工程;及び
c)ダイを通して複合製品を押し出す工程。
例1
サンプルはそれぞれ方法Aおよび方法Bに従って調製した(上記を参照)。
クエン酸の添加により、方法Bを使用して調製した参照サンプルと比較して、方法Bを使用すると、破断点ひずみが約30%増加した。破断点ひずみは、標準的な方法に従って測定された。
方法Bで調製した参照サンプルと比較して、クエン酸の添加により、方法Bではヤング率が最大10%増加した。ヤング率は、標準的な方法に従ってGPaで測定された。
クエン酸の添加により、方法Aと方法Bでそれぞれ調製した参照サンプルと比較して、方法Aを使用すると破断点ひずみが約30%、方法Bを使用すると約30%増加した。破断点ひずみは標準的な方法に従って測定された。
吸水率(吸水量)を測定するために、サンプルは上記のように調製され、室温で約1300時間、水中で保存された。各サンプルの重量と面積は、サンプルを水中に保存する前後に測定された。水中で保存された後のサンプルの重量および/または面積の増加は、サンプルの吸水率を決定するために使用される。
Claims (11)
- 下記の工程を含む、押出複合製品を製造する方法:
a)天然繊維及び熱可塑性ポリマーの粒子、及び場合により0.5〜5wt%のカップリング剤及び場合により0.5〜4wt%の潤滑剤を、押出機中に導入する工程であって、ここで、押出機中に導入される天然繊維及び熱可塑性ポリマー粒子の水分含量が、1重量%未満であり、当該天然繊維は、押出機中に導入される前に1〜20重量%の架橋剤と混合されていたか、又は、当該架橋剤は、天然繊維および熱可塑性ポリマー粒子が導入される入口とは別の入口を介して押出機中に導入されるかのいずれかであり、ここで、架橋剤が導入される点での押出機内の温度は、150℃未満である、前記工程;及び
b)カップリング剤及び潤滑剤が工程a)で導入されなかった場合、0.5〜5wt%のカップリング剤及び場合により0.5〜4wt%の潤滑剤を、天然繊維、熱可塑性粒子および場合により架橋剤が押出機中に導入される場所とは別の入口を介して、押出機中に導入し;混合する工程であって、混合中の押出機内の温度は少なくとも170℃であり、ここで、混合中に押出機内に導入された材料に及ぼされる圧力は少なくとも50バールである、前記工程;及び
c)ダイを通して複合製品を押し出す工程。 - 天然繊維が木粉の形態で提供される、請求項1に記載の方法。
- 工程a)の前に木粉が熱的または化学的に変性されている、請求項2に記載の方法。
- 天然繊維がパルプの形態で提供される、請求項1に記載の方法。
- 架橋剤がクエン酸である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 天然繊維の量が、押出複合製品の45〜90重量%である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- ポリマー粒子の量が、押出複合製品の50重量%未満である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- ポリマー粒子の量が、押出複合製品の30重量%未満である、請求項7に記載の方法。
- 架橋剤が、天然繊維および熱可塑性ポリマー粒子が導入される入口とは別の入口を介して押出機中に導入され、ここで、架橋剤が導入される点での押出機内の温度は、150℃未満である、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法により得られる押出複合製品。
- 複合製品が、複合顆粒にさらに加工されるか、または、場合によりパッケージ、トレイまたは他の熱成形品など、追加の層と一緒に、プロセスで熱成形され得るシートに押出される、請求項10に記載の押出複合製品。
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