JP2021512029A - 継ぎ合わせ可能な工業用ベルト - Google Patents

Abstract

例えば、加工された木材複合材おまたは他の工業的製品を運搬する、または形成するのに用いることができる工業用ベルトが開示されている。この工業用ベルトは、ポリマー、汚染防止剤、および電導性の制電性成分を含むコーティングを備えた継ぎ合わせ可能な基材ベルトを有している。

Description

本発明は、工業用ベルトの分野に関する。特には、開示されたベルトは、加工木材製品の製造において用いることができるようなベルトへの粘着性成分の付着に抵抗するためのコーティングを含んでいる。

複合材は、２種もしくは３種以上の構成材料で構成された、多彩に設計された材料であり、組み合わされた場合に、巨視的な水準では分離したままでありながら、個々の材料よりも向上した性質をもたらす。それらの多用性のために、複合材料は、健康管理および土木工学から宇宙船技術までの範囲の種々の領域で用いられている。

木材系の複合材ボードは、典型的には、熱硬化性接着剤樹脂で結合され、そして高温および高圧で、典型的にはホットプレス中で結合された、主には粒子（パーティクルボード）、フレーク（配向性ストランドボード（ＯＳＢ））またはウエハボード（ランダム配向のフレーク）、および繊維（中密度繊維ボード、ＭＤＦ）の形態の木質材料から製造されたパネルである。結果として、そのプロセスは、しばしばホットプレス法と表される。

多くの種類の木材複合材製品が、木片、張り板、粒子などの組立体が接着性の結合剤でコーティングされ、そしてその後に圧縮および熱が加えられて、最終製品が形成されるプロセスによって製造されている。例えば、この技術は、小さな木材粒子からパーティクルボードを、そして木材張り板シートから合板を製造するのに用いられる。圧力およびエネルギーが、木材製品中の硬化性の接着剤樹脂に、同時に加えられる。この接着剤樹脂は、それによって硬化または固定され、一方でその製品は、圧縮され、および／または所望の寸法および密度で維持される。マイクロ波の適用で、複合材の木材材料の結合剤または接着剤として用いられる樹脂が硬化される。

複合材木材製品の製造のためのプロセスにおける運搬、形成または他の工程のために、ベルトが用いられる。例えば、不浸透性ベルトは、複合材材料の形成、または収集のために用いることができ、そして所望の最終的な密度に応じて複合材配合物を運搬および集積するエンドレスベルトである。浸透性ベルトは、２つの対面するエンドレスベルト（それらの間で、その材料は圧縮される）、ならびにそれらのベルトをその材料と圧力を加えた状態で保持するプラテンおよび耐摩擦装置を用いることによって形成された予備複合材を脱気する、または予備圧縮するために用いることができる。

上記のように、木材複合材製品は、木材繊維、ガラス繊維、および樹脂もしくは接着剤、結合剤の混合物を含むことができる。樹脂結合剤としては、イソシアネート系樹脂およびホルムアルデヒド系樹脂が挙げられる。イソシアネート系樹脂は、ホルムアルデヒド系樹脂に対して環境上の利益を提供することができる。しかしながら、イソシアネート系樹脂およびホルムアルデヒド系樹脂の両方とも、複合材材料を加工するために用いられる鋼製ダイおよびベルトの作用表面に付着する傾向を有している。この付着傾向は、樹脂または複合材材料の、ベルト表面上への蓄積をもたらす可能性があり、このことが、最終製品の表面仕上げに望ましくない欠陥をもたらし、そしてベルトの寿命を短くする。

複合材混合物中の内部剥離剤の使用、マットを圧縮する前の、複合材混合物のマットの表面への剥離剤の適用、およびベルト表面上への結合防止剤の適用を含めた幾つかの取り組みが、ベルト表面上への樹脂（接着剤）の付着および蓄積を低減するために用いられてきている。種々の結合防止剤としては、液体組成物でベルト表面をコーティングして、それをベルトに焼き付けて、安定な結合防止性のコーティングを形成することが挙げられる。多くの連続した収集または圧縮サイクルの過程に亘って蓄積が結局は形成され、ベルトを、その場で規則的に洗浄する、または洗浄／再コーティングまたは交換のためにプロセスから取り外すことが要求される。ベルトの洗浄、除去／再コーティングまたは交換は、装置の停止、追加の費用、および廃棄物をもたらす。

本願は、基材ベルトの少なくとも上部表面上にコーティングを備えた継ぎ合わせ可能な基材ベルトを含む、工業用ベルトおよびその製造方法に向けられている。このコーティングは、ポリマー、汚染防止物質、および導電性制電性成分を含んでいる。

１つの態様では、このポリマーは、熱可塑性ポリウレタンであり、汚染防止物質はシロキサンポリマーであり、そして制電性成分はカーボンブラックである。特定の態様では、このコーティングは、少なくとも７０質量％の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも０．５質量％のシロキサンポリマー、および少なくとも２質量％のカーボンブラックを含んでいる。

他の態様では、カーボンブラックのこの質量％は、この工業用ベルトの表面に１０^６オーム／スクエア以下の抵抗を生成させるのに十分である。他の態様では、シロキサンポリマーは１．２５質量％〜２．５質量％である。このベルトの他の態様では、熱可塑性ポリウレタンは、エステル系である。

幾つかの態様では、継ぎ合わせ可能な基材ベルトは、平坦なモノフィラメントおよび２ｍｍ未満の厚さ（caliper）を含んでいる。特定の態様では、継ぎ合わせ可能な基材ベルトは、スパイラルリンクベルト、織物ベルト、不織ベルト、または埋め込まれた機械方向のヤーンを有する膜である。

添付の図面は、本発明の更なる理解を提供するために添付されており、本明細書に組み込まれ、そして本明細書を構成する。ここに与えられた図面は、本発明の異なる態様を示しており、そして説明と共に本発明の原理を説明するように作用する。

図１には、木材複合材製品を作るために用いることができる基本的なプロセスの単純化された図がされている。 図２には、本開示におけるベルトの使用が示されている。 図３には、本開示によるベルトの断面図が示されている。

本明細書における用語「含む（comprising）」および「含む（comprises）」は、「含む（including）」および「含む（includes）」を意味することができ、あるいは米国特許法における用語「含む（comprising）」または「含む（comprises）」に通常与えられる意味を有することができる。用語「から本質的になる（consisting essentially of）」または「から本質的になる（consists essentially of）」は、特許請求の範囲において用いられる場合には、米国特許法においてそれらに与えられる意味を有している。本発明の他の態様は、以下の開示に記載されるか、または以下の開示から（そして本発明の範囲内で）明らかである。

用語「糸（threads）」、「繊維（fibers）」および「ヤーン（yarns）」は以下の説明において、互換性があるものとして用いられる。ここで用いられる「糸（threads）」、「繊維（fibers）」および「ヤーン（yarns）」は、モノフィラメント、マルチフィラメント糸、より糸、テクスチャード加工糸、コーテッドヤーン、複合ヤーン、ならびに当業者に知られているいずれかの材料の牽切加工繊維から作られたヤーンを表すことができる。「トウ」は、多数の繊維を含み、そしてここでは、トウ、マルチフィラメントトウ、多繊維トウ、および編み込みトウと互換性があるものとして表される。繊維は、炭素、ナイロン、レーヨン、ガラス繊維、綿、セラミック、アラミド、ポリエステル、金属、ポリエチレンガラス、および／または所望の物理的、熱的、化学的、もしくは他の性質を示す他の材料から作ることができる。

相対語、例えば「上方」、「下方」、「上部」、「底部」、「左側」、「右側」などは、説明の利便性のみのために用いられており、そして特に断りのない限り、本発明の要件を表すものではない。

本発明、その使用によって達成されるその利点および目的のよりよい理解のために、付随する説明が参照され、そこで本発明の限定するものではない態様が、添付の図面で説明され、そしてその中で、対応する部品は、同じ参照番号によって識別される。

図１には、複合材木材製品を作るための、単純化されたプロセス１００の概観が示されている。包括的には、選択された木材の出発材料１１０は、粉砕され１２０、均一なサイズの繊維が調製され、そして適切な量のワックスが加えられる１３０。この時点で、この調製品は更なる加工まで、貯蔵される１４０ことができる。繊維／ワックス混合物は、次いで、均一な混合物が形成されるまで、適切な結合剤樹脂１５０と混合される。繊維の貯蔵の前に、この樹脂を繊維へと加えることもまた通常のことである。

この混合物は、次いで固着されていないマット１７０へと形成され１６０、それがシェーブオフローラー１６２を用いて予備成形され、そして所望の密度の製品１７２が得られるように予備圧縮１６４される。更に、正確なサイズおよび形状へとトリミング１６６を行うことができ、予備圧縮されたマットは、プラテンプレス中に導入され、そして高温および高圧の条件下で２つの金型の間で圧縮され、そして次いで所望のサイズおよび形状１７４に切断される１６８。仕上げられた製品は、ラミネート床材、エンジニアード床材、合板、建築用ボード／配向性ストランドボード（ＯＳＢ）、家具、カウンタートップ、棚材料などを含む製品に用いられることができる。

理解されるように、エンジニアード木材加工においては、木材のさまざまな板、チップ、繊維または粒子が接着剤で一緒に結合されて、複合材材料が形成され、ローラー１８０上のベルトが、木材と接着剤の出発混合物を、それが圧縮および最終硬化に向けて動く間に、誘導し、そして運搬するのに用いられる。この木材複合材は、粘着性である可能性がある接着剤樹脂を含んでいるために、加工の間のベルト及び金型への樹脂の粘着および蓄積を低減するのを援けるように、木材複合材の製造の間に剥離剤および／または結合防止剤の使用で、表面上にスプレイまたは焼き付けられることができる。

粒子を一緒に結合するための接着剤樹脂は、当技術分野で知られており、そして通常はイソシアネート系またはホルムアルデヒド系であるが、しかしながら他の樹脂の種類も想定される。例えば、ポリマーのジフェニルメタンジイソシアネート（ＰＭＤＩ）、尿素−ホルムアルデヒド（ＵＦ），メラミン−尿素−ホルムアルデヒド（ＭＵＦ）、またはフェノール−ホルムアルデヒド（ＰＦ）樹脂。

通常は、織布で強化された熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）のベルトが、製品の加工を通して木材複合材を誘導する、および運搬するために、用いられている。それらのベルトは、今日では標準的であるが、それらは使用において問題を生ずる傾向にある。第１に、ベルトの表面への接着剤の蓄積がある可能性がある。上記のように、ポリウレタン系の接着剤配合物（ＵＦ、ＰＭＤＩなど）が耐久性および強度のために用いられている。それらの材料は、ＴＰＵ系およびＰＶＣ系の製品に容易に粘着する。ベルトの表面への接着剤の蓄積は、最終製品の増加した表面欠陥をもたらす可能性があり、そのことが、表面が、サンドペーパーで磨かれる／研磨されることを必要とさせる可能性がある。このことは、増大する収率の損失および低下した加工速度をまねく可能性がある。

第２に、これらのベルトは、通常は、交換され、または設置される場合に、薄くはがれ、そして機械に接合される必要がある。交換または設置は、複雑性、必要とされる装置の大きさ、および人員への危険性のために、困難である。

図２には、本複合材の最終製品への加工において本開示のベルトを用いた、木材複合材の運搬２００が示されている。ベルト２１０は、ベルトを支持し、そして動かすように、ローラー２０４の周りに配置されていることができる。いずれかの数のローラーをこの場合において用いることができ、そして示された数は限定するものではない。木材複合材２０２は、ベルト２１０上に、運搬の入口端部２０６で供給される。ローラー２０４の回転は、ベルトの同時発生の回転を引き起こし、そしてそれによって木材複合材２０２を、運搬２０８の出口端部に向けて運搬する。

図３には、本発明によるベルト３００の態様の断面が示されている。ベルト３００は、外側表面３０４および内側表面３０６を備えた基材ベルト３０２を含んでいる。コーティング３０８が、基材ベルト３０２の少なくとも外側面の表面３０４に固着される。例えば、木材複合材と接触するのは、ベルト３００の外側表面３０４上のコーティング３０８である。本開示のベルトの特徴は、コーティングされた外側表面が、運搬される木材複合材の表面を損なってはいけないことである。しかしながら、最終製品への加工の一部として、木材複合材上にパターンを形成することが望まれる場合には、基材ベルトの外側表面が輪郭を有することができる。

しかしながら、ここに開示された継ぎ合わせ可能なベルトは、木材複合材の製造における使用に限定されない。この開示されたベルトは、限定されるものではないが、不織布の生産、段ボール製造機、ガラス、太陽電池板カバーのためのシートの生産、および一般的なラミネート加工を含むプロセスにおいて用途を見出す可能性がある。実施に、開示されたベルトは、化学的接着剤が、将来的な結合プロセス、または複合材生産プロセスの一部としての直接の結合のいずれかのために、基材に適用されるいずれかの用途を見出す可能性がある。それらの場合のほとんどにおいて、接着剤は、運搬用の表面上に蓄積する可能性があり、それが製品品質または加工上の問題をもたらす可能性がある。更には、開示されたベルトのコーティングの電導性の特徴は、静電気放電による火花放電を低減させる可能性があり、それが、次には、製品またはプロセスにおける接着剤の分配のために用いられる可燃性の基材または可燃性溶媒の発火の発生を低減させる可能性がある。

基材ベルト
基材ベルト３０２は、エンドレスの輪またはそのような形態に継ぎ合わせ可能な形態の、織物または不織の基材布帛で形成されることができる。また、基材ベルト３０２は、継ぎ合わせ可能な、埋め込まれた機械方向のヤーンを有する膜であることができる。基材布帛の繊維は、モノフィラメント、マルチフィラメント、および編み込み構造を含めた、当業者に知られた形態の炭素、ナイロン、レーヨン、ガラス繊維、セラミック、アラミド、ポリエステル、金属で構成されることができる。繊維は、平坦、丸形、テクスチャード、楕円、扁円、または他の知られた形状を含む、いずれかの形状を有することができる。基材ベルトは、単層の、多層の、またはラミネート加工された構造を有することができる。

特定の態様では、基材ベルト３０２は、スパイラルリンクベルトである。スパイラルリンク基材は、基材ベルトのための強力な、弾力性のない構造を与えることができる。この場合には、基材布帛は、複数のスパイラルに巻かれたヤーンおよび結合された巻きを含んでいる。この布帛は、縦方向（リンク）および横方向（ピントル）ヤーンから形成される。基材ベルトは、ピンシーム可能であることができる。隣接するらせん状の巻きの隣接する長手方向の縁部分は、重ねる合わせることができ、ピントル３１０は、重なり合ったループを通して挿入されて端部を接合し、エンドレスベルトを形成する。このループの端部は、重ね合わせの領域が増加された厚さに盛り上がらないように、低減された厚さを有することができる。ピンシール可能なベルトは、標準的な薄く剥ぐ、そして接合するプロセスに必要とされる時間に対して、ベルトの交換に必要とされる時間を短縮することができる。特定の用途の製品のために用いられる場合には、ベルト表面の厚さの一貫性の向上した制御のために、熱可塑性の溶着を単独で、または組み合わせて、ベルト表面を継ぎ合わせるのに用いることができる。

スパイラルリンク基材ベルトの１つの態様としては、コーティング、および布帛の幅に亘って、そして長さに沿って所定の浸透性のプロファイルを有する布帛を与えるように選択されたコイル内に配置された経糸（stuffers）を含む前に２ミリメートル未満の厚さを有する、平坦なモノフィラメントを基にしたヤーンの使用を含んでいる。

基材ベルトコーティング
コーティング３０８は、基材ベルト３０２の外側表面の少なくとも一部を被覆している。このベルトの外側部分は、加工の間に、木材複合材、または他の複合材製品と接触する可能性がある部分である。このコーティングは、以下の３つの機能を与えることができる材料から構成される：（１）ベルトの寿命を延長させる耐久性コーティング、（２）複合材中の接着剤のベルトへの粘着を低減させるのを援ける汚染防止剤、および（３）ベルトへの静電荷の蓄積を低減させる成分。

幾つかの態様では、コーティング３０８は、ベルトの外側表面３０４の少なくとも一部に、そしてまた、ベルトの内側表面３０６の少なくとも一部に適用されることができる。他の態様では、内側表面３０６に適用されたコーティングは、ベルトの内側表面と、例えばベルトとは別の表面、例えばローラー２０４、との間の摩擦を高めるようなものであることができる。

このコーティングは、当業者に知られている種々の方法で適用されることができ、そして液体系の硬化性／架橋性配合物を用いた種々のグラビアおよびブレード法、ならびに熱可塑性物質押出もしくはラミネーション型のプロセスが挙げられる。典型的には、コーティングの方法は、基材ベルトの上部ストランドの大部分の機械的な被包をもたらす。接着促進剤を、基材材料またはコーティングのいずれかの配合物に、化学結合による基材ベルトへのコーティングの固着を更に促進するために加えることができる。

１つの態様では、ベルトへのコーティングは、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）または熱硬化性ポリウレタンを含んでいる。このコーティングの１つの態様は、エステル系のＴＰＵを有しているが、しかしながら他のＴＰＵも想定されている。実際に、このコーティングは、イソシアネートとポリオールとの反応によって生成される材料で得ることができる。このポリウレタンの性質は、ジイソシアネート、短鎖ジオール、および長鎖ジオールの種類もしくは量を変更することによって変えることができる。特定の態様では、このコーティングは、少なくとも７０質量％のＴＰＵを含んでいる。

また、基材ベルト上のコーティングは、ベルト上への汚染物質の付着の防止を援けるための汚染防止剤を含んでいる。このコーティングの態様は、汚染防止剤としてシロキサンポリマーを含んでいる。ポリジメチルシロキサン、最も通常のシリコーン重合体は、ケイ素に結合したメチル基を備えた、ケイ素と酸素原子の交互の重合体主鎖（シロキサン構造）からなっている。メチル基は、相溶性および熱可塑性マトリックス内での可動性に影響を及ぼすように、官能基で置換されていることができる。繰り返し単位の数は、シリコーン材料を広い範囲の分子量とするように、１から数千の範囲であることができる。

高分子量（ＨＭＷ）シリコーンは、ここでは１００００ｍｍ^２／秒〜６００００ｍｍ^２／秒の範囲の粘度を有すると規定されるが、加工上の利点および表面特性の向上、例えば、低減された摩擦係数、向上した耐摩耗性、より低い摩耗率、離形性、加工容易性、より速い金型サイクル、および他の利点、を与えるために、熱可塑性ポリマー中に内部添加剤として用いられている。

ＨＭＷシリコーンは、プラスチックに期待されるシリコーンの利点を、低分子量のシリコーンよりもしばしばより効率的に、そしてより効果的に、与えるが、しかしながら取扱いがより難しい。特定の態様では、このコーティングは、少なくとも０．５質量％のＨＭＷシロキサンポリマーを含んでいる。他の特定の態様では、このコーティングは、１．２５質量％〜２．５質量％の範囲のＨＭＷシロキサンポリマーを有している。

基材ベルトは、コーティングについて上記したように、このコーティングで被覆されていない基材ベルトの領域に、シロキサンポリマーを含むことができる。幾つかの態様では、基材ベルトは、基材ベルトを通してシロキサンポリマーを含むことができる。

また、ベルト上のこのコーティングは、静電気電荷のいずれかの蓄積の消散のために電導性を与える電導性成分を含んでいる。このコーティングの態様は、電導性成分としてカーボンブラックを含んでいる。ここで用いられるカーボンブラックは、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラックおよびサーマルブラックを含む亜類型を含んでいる。特定の態様では、このコーティングは、少なくとも１８質量％の導電性成分を含んでおり、そして幾つかの態様では、コーティングは、少なくとも２５質量％の導電性成分を含んでいる。また、静電荷を中和するために１０^６オーム／スクエア以下の表面抵抗を生成させるのに十分な２％（質量）の少量で、より電導性の種類のカーボンブラック、カーボンナノチューブを含む配合物、および他の同様の配合物を用いることも可能である。

幾つかの態様では、この工業用ベルトは、水、空気、または他の流体のいずれかが実質的に不浸透性であるように形成されることができる。幾つかの工業用ベルトは、完全に不浸透性または選択された部分が不浸透性であることができる。

本発明の他の態様が、添付の特許請求の範囲内である。

Claims (22)

1. 継ぎ合わせ可能な基材ベルト、および
   前記基材ベルトの少なくとも上部表面上のコーティング、
   を含んでなる工業用ベルトであって、
   前記コーティングが、ポリマー、汚染防止剤、および電導性の制電性成分を含む、
   工業用ベルト。
2. 前記ポリマーが、熱可塑性ポリウレタンであり、
   前記汚染防止剤が、シロキサンポリマーであり、そして、
   前記制電性成分がカーボンブラックである、
   請求項１記載の工業用ベルト。
3. 前記コーティングが、
   少なくとも７０質量％の前記熱可塑性ポリウレタン、
   少なくとも０．５質量％の前記シロキサンポリマー、および、
   少なくとも２質量％の前記カーボンブラック、
   を含んでいる、請求項２記載の工業用ベルト。
4. カーボンブラックの前記パーセント量が、前記工業用ベルトの表面に１０^６オーム／スクエア以下の抵抗を生成させるのに十分である、請求項３記載の工業用ベルト。
5. 前記熱可塑性ポリウレタンが、エステル系である、請求項３記載の工業用ベルト。
6. 前記シロキサンポリマーが、１．２５質量％〜２．５質量％である、請求項３記載の工業用ベルト。
7. 前記継ぎ合わせ可能な基材ベルトが、平坦なモノフィラメントおよび２ｍｍ未満の厚さを含む、請求項３記載の工業用ベルト。
8. 前記継ぎ合わせ可能な基材ベルトが、スパイラルリンクベルトである、請求項７記載の工業用ベルト。
9. 前記継ぎ合わせ可能な基材ベルトが、織物ベルトである、請求項７記載の工業用ベルト。
10. 前記継ぎ合わせ可能な基材ベルトが、不織ベルトである、請求項７記載の工業用ベルト。
11. 前記継ぎ合わせ可能な基材ベルトが、埋め込まれた機械方向のヤーンを有する膜である、請求項７記載の工業用ベルト。
12. 継ぎ合わせ可能な基材ベルトを製造する工程、および、
    前記基材ベルトの少なくとも上部表面をコーティングする工程、
    を含んでなる、工業用ベルトの形成方法であって、
    前記コーティングが、ポリマー、汚染防止剤、および電導性の制電性成分を含む、
    方法。
13. 前記ポリマーが、熱可塑性ポリウレタンであり、
    前記汚染防止剤がシロキサンポリマーであり、そして、
    前記制電性成分がカーボンブラックである、
    請求項１２記載の方法。
14. 前記コーティングが、
    少なくとも７０質量％の前記熱可塑性ポリウレタン、
    少なくとも０．５質量％の前記シロキサンポリマー、および、
    すくなとも２質量％の前記カーボンブラック、
    を含む、請求項１２記載の方法。
15. カーボンブラックの前記パーセント量が、前記工業用ベルトの表面に１０^６オーム／スクエア以下の抵抗を生成するのに十分である、前記請求項１４記載の方法。
16. 前記熱可塑性ポリウレタンが、エステル系である、請求項１４記載の方法。
17. 前記シロキサンポリマーが、１．２５質量％〜２．５質量％である、請求項１６記載の方法。
18. 前記継ぎ合わせ可能な基材ベルトが、
    平坦なモノフィラメントおよび２ｍｍ未満の厚さ、
    を有する、請求項１４記載の方法。
19. 前記継ぎ合わせ可能な基材ベルトが、スパイラルリンクベルトである、請求項１８記載の方法ベルト。
20. 前記継ぎ合わせ可能な基材ベルトが、織物ベルトである、請求項１８記載の方法ベルト。
21. 前記継ぎ合わせ可能な基材ベルトが、不織ベルトである、請求項１８記載の方法ベルト。
22. 前記継ぎ合わせ可能な基材ベルトが、埋め込まれた機械方向のヤーンを有する膜である、請求項１８記載の方法ベルト。

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