JPH04300923A - 湿式積層による含繊維熱可塑性素材および同素材を調製するための水性分散液 - Google Patents

湿式積層による含繊維熱可塑性素材および同素材を調製するための水性分散液

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JPH04300923A
JPH04300923A JP3322173A JP32217391A JPH04300923A JP H04300923 A JPH04300923 A JP H04300923A JP 3322173 A JP3322173 A JP 3322173A JP 32217391 A JP32217391 A JP 32217391A JP H04300923 A JPH04300923 A JP H04300923A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維および熱可塑性プ
ラスチックポリマーを含有する成形可能な素材に関する
。より詳細には、本発明は熱可塑性プラスチックのマト
リックスポリマーおよび化学処理されたガラス短繊維か
ら成る素材に関するものであり、ガラス繊維および熱可
塑性プラスチックポリマーから湿式積層工程によって、
成形可能な素材が調製される。
【0002】
【従来の技術】繊維強化プラスチックは熱可塑性の成形
素材および熱硬化性の成形素材を包含する。後者は硬化
によって成形されるシートモールディングコンパウンド
、シックモールディングコンパウンド等を包含する。 繊維強化熱可塑性プラスチックは、射出、圧縮成形工程
におけるように、型に素材を流し込むことによって成形
される。圧縮成形では、繊維強化熱可塑性プラスチック
複合体が型に置かれ、望ましい形状に型押しされる。こ
のような操作に用いられる素材は、ラミネートの状態に
調製される。このラミネートは、チョップトストランド
連続ストランドマット、ニードルマット、およびそれら
の混合物を包含する多様な形状の繊維、および、積層お
よびエクストラディケーション工程によって補強材と結
合される熱可塑性プラスチックのマトリックスポリマー
を含有する。また最近、補強材を熱可塑性プラスチック
ポリマーと混合する工程として、チョップト繊維状の補
強材および熱可塑性プラスチックポリマーを含有する水
溶液を利用する湿式積層工程が開発されている。この工
程では、複合体の成分は、水中において低い固形物濃度
で組合わされ、混合される。この際、紙パルプから紙を
生成する際に用いられるヒドロパルパーに類似した装置
が使用される。適度に混合されたスラリーは、濃厚スト
ックとして保留装置に送液され得る。そこでスラリーは
さらに希釈され、フロキュレーションを起こし、ペーパ
ーマシーンのヘッドボックスに送液される。また、スラ
リーがペーパーマシーンのヘッドボックスに直接送液さ
れることもあり得る。ヘッドボックスから、連続的に移
動するワイヤメッシュ上に、シート状の複合体が生成さ
れる。メッシュは複合体を真空源まで移送し、水を含む
液体が除去されて、シートが生成する。通常はポリビニ
ルピロリドンであるマットバインダーがシートにスプレ
ーされ、シートは乾燥される。このような工程の代表例
は、米国特許第4,882,114号;第3,716,
449号;第3,871,952号,欧州特許第312
414号;第0308286号;第0341977号に
記述されている。
【0003】
【発明の要旨】本発明の目的は、湿式積層による含繊維
熱可塑性プラスチック複合体または素材で、成形品にお
いて良好な引張り強度および柔軟性を示すものを提供す
ることにある。
【0004】前記の目的および以下の開示から示される
目的が、本発明によって提供される。本発明のひとつの
局面は、不織繊維マットと熱可塑性プラスチックポリマ
ーとを含有する湿式積層ウエブで、このものは乾燥され
て成形可能なラミネートまたはシートとなり得る。本発
明の別の局面は、このようにして製造された乾燥済みの
ラミネートであり、本発明のさらに別の局面は、不連続
繊維および熱可塑性プラスチックのマトリックスポリマ
ーを含有する泡状水性分散液に、化学修飾された熱可塑
性プラスチックポリマーを加えたものである。
【0005】湿式積層ウエブは以下のものを包含する:
ガラス不連続繊維の不織マット、熱可塑性プラスチック
のマトリックスポリマー、および化学修飾された熱可塑
性プラスチックポリマーで、付加、縮合、およびフリー
ラジカル反応によってガラス繊維をマトリックスポリマ
ーに結合させる化学反応性の部位を持ったもの。ガラス
繊維は表面処理を受けており、または「サイジング」さ
れており、このことによりストランド状態からでも水性
分散液に分散され得る。この水性分散液には、熱可塑性
プラスチックのマトリックスポリマーが存在しているか
、後からそれが加えられる。繊維の分散は、サイジング
剤中あるいは水性分散液中の界面活性剤によって、補助
され得る。ガラス繊維および熱可塑性プラスチックのマ
トリックスポリマーを含有する水性分散液は、あらゆる
白色水性分散液または泡状分散液で、ウエブを形成する
積層工程に用いられるものであり得る。化学修飾された
熱可塑性プラスチックポリマーは、粉末またはペレット
として水性分散液に、あるいは乳濁液または分散液とし
てマットバインダーに加えられ得、そのマットバインダ
ーは、繊維とポリマーの湿式積層ウエブに塗布される。 泡状水性分散液は、泡状分散を確実に形成させるのに十
分な界面活性剤を含有する。乾燥ラミネートは、水分含
量の減少したウエブを雰囲気温度よりも高い温度で乾燥
させることによって形成される。熱可塑性プラスチック
のラミネートは成形品に加工が可能である。
【0006】
【発明の構成】明細書および請求の範囲において、以下
に定義される用語は次のような意味を持つ。
【0007】「白色水系」とは、ガラス繊維が分散され
、多様な分散剤、増粘剤、軟化剤、硬化剤、あるいは分
散または乳化された熱可塑性プラスチックポリマーを含
有し得る水溶液である。種々の白色水系の一例として、
Dow  ChemicalCompanyから入手で
きるセパラン(Separan)ポリマーのような、ポ
リアクリルアミドポリマーの水溶液がある。このポリマ
ーは単独で用いられるか、あるいはヒドロキシエチルセ
ルロース等の懸濁補助剤が添加されて、高濃度の素材を
含有する粘度の高い水溶液を与える。また、白色水系は
、米国特許第4,179,331号に示されたような、
多様なアミンオキシド系界面活性剤のいずれかを有する
ものを包含する。ポリアクリルアミドの一例が、米国特
許第4,395,306号に示されている。白色水系に
存在するポリアクリルアミドまたはアミンオキシドのよ
うな化合物に加えて、脂肪酸とポリエチレンポリアミン
とのアミド縮合生成物のポリエトキシ化誘導体のような
界面活性剤が少量存在し得るが、そのような例は米国特
許第4,265,704号にある。また、多様な他の化
合物が白色水系に添加し得ることは、当業者の知るとこ
ろである。
【0008】含繊維熱可塑性プラスチックウエブを生成
する湿式積層工程は、チョップトファイバーまたはチョ
ップトストランドのような不連続繊維および熱可塑性プ
ラスチックポリマーを、通常は混合タンクで攪拌するこ
とによる、水性分散液の形成を包含する。通常はスラッ
シュまたはパルピングミディアムと呼ばれる水性分散液
は、シート状の湿式積層マットに加工される。この工程
は、シリンダやフォードリニア(Fourdrinie
r)マシーンのような機械、あるいはスチーブンス(S
tevens)フォーマ、ロト(Roto)フォーマ、
インバー(Inver)フォーマ、およびバーチフォー
マ(VertiFormer)マシーンのような、より
技術的に進歩した機械による。スラッシュは、ヘッドボ
ックスから、移動するワイヤスクリーンまたはワイヤで
覆われたシリンダの移動する表面に堆積される。スクリ
ーンまたはシリンダ上のスラリーは、通常は吸引および
/または真空装置による水の除去によって、およびマッ
トバインダーの塗布によって、シート状の不織マットに
加工される。ウエブに塗布されるマットバインダーの適
切な例は、プラスチック素材の構造を圧密化するような
温度よりも低い温度で結合に影響するような、どんな物
質も包含する。適切なバインダーは、ポリ(ビニルアル
コール)、ポリ(ビニルアセテート)、カルボキシメチ
ルセルロース、およびでんぷんを包含する。水と過剰の
バインダーは吸引および/または真空装置によって除去
される。バインダーで処理されたシート状の不織ガラス
繊維マット、および熱可塑性プラスチックのマトリック
スポリマーを含有するウエブは、一つ以上のオーブンで
乾燥される。湿式積層工程はまた、従来の白色水に代え
て、水性の泡状物を水性分散液として利用しスラッシュ
を生成する工程を包含する。泡状物は、ガラス繊維に加
えて熱可塑性プラスチックポリマー、さらに一種以上の
界面活性剤と水を含有する。この工程は、米国特許第4
,882,114号;第4,690,860号;および
英国特許第1,129,757号および第1,329,
409号でより詳細に議論されており、それらすべては
ここで参照として取り入れられている。
【0009】これらの工程に合致する、繊維と熱可塑性
プラスチックのマトリックスポリマーから成る水性分散
液の形成は、以下の操作によるだけで達成される。すな
わち、望ましい長さの湿潤または乾燥したガラス短繊維
を、分散剤が添加された水、または添加されていない水
の一バッチ分に入れ、それ以前またはその後に熱可塑性
プラスチックのマトリックスポリマーを、攪拌および/
または乱流を用いて添加する。
【0010】一般的には、泡状水性分散液は、約20か
ら約60重量%の個別の短繊維で高率のアミン弾性率を
持つものと、40から80重量%の熱可塑性プラスチッ
クのマトリックスポリマーで粒子の大きさが約1.5m
m未満のものとを用いて調製される。湿式積層工程では
、この泡状水性分散液がメッシュ上に敷かれて、過剰の
水が除去され、任意のマットバインダーが塗布されて、
ウエブが形成される。ウエブは次に加熱オーブンに移さ
れる。加熱により、残存する水分が除去され、また繊維
とプラスチック成分とが互いに結合されて、強度のある
浸透性のシートとなる。
【0011】湿式積層工程では、繊維は一般的にはガラ
ス繊維が使用されるが、弾性率の高い他の繊維も使用さ
れ得る。それらの繊維は、炭素繊維、アラミド(Ara
mide)、ポリエステルその他の融点の高い有機繊維
、ガラスウール、岩綿、およびセルロース繊維を包含す
る。一般的には、不連続繊維の水性分散液における含量
は、約0.001から約5の範囲にあり得るが、好まし
くは水性分散液の約0.01から約3重量%である。 分散液に繊維を入れる際は、分散剤を使用する場合と使
用しない場合がある。分散剤が添加されていない場合、
および繊維が含有されるべき水溶液の側に分散剤が存在
している場合には、繊維は水性分散液における分散を補
助するような表面処理を受けることがあり得る。使用し
得るガラス短繊維の適切な例は、少なくとも一種類以上
の水溶性でフィルム形成能のあるポリマーまたはコポリ
マーで表面処理を受けたものである。これらのポリマー
またはコポリマーは、固有粘度が500センチポイズ未
満であり、マトリックスの樹脂と混和性のある有機官能
性アルコキシシランで、その有機部分には本質的に一級
のモノアミン基がなく、アルコキシ基による置換度は1
から3の範囲であり、アルコキシ基は加水分解されたも
の、または加水分解されていないものであり得る。また
、乾燥されていない水性状態における表面処理として、
水溶性で分散性および/または乳化性のカチオン型潤滑
剤、および一種類以上のカチオン型エピクロロヒドリン
−ポリアミド付加物が使用され得る。一般的には、フィ
ルム形成能のあるコポリマーは、フィルムの形成に有効
な量で存在する。シラン誘導体では約0.4から約20
、カチオン型潤滑剤では約0.1から約15、およびカ
チオン型のエピクロロヒドリンのアミドポリマーでは約
0.4から処理された繊維の水への分散性を損なわない
程度の量まで存在する。処理されたガラス繊維で特に適
切なものは、表面処理により、固体ベースで約70から
80重量%のポリ(ビニルアルコール)、約5から10
重量%のカチオン型潤滑剤、約5から10重量%のウレ
イド修飾されたアミノシラン、約1から10重量%のジ
ョージア・パシフィックからGP2925として入手可
能なエピクロロヒドリン付加物を含有する。もう一つの
適切な例は、架橋性のポリウレタンでフィルム形成能の
あるポリマー、少なくとも一種類の有機官能性を持つシ
ラン系カップリング剤、少なくとも一種類の重合可能な
アクリル型モノマーから成るコポリマーと、少なくとも
一種類の付加重合可能でマトリックスの樹脂と混和性お
よび反応性があるモノマーとで表面処理されたガラス繊
維である。そのような表面処理の一例において含有され
るものは、ポリ(ビニルアルコール)ポリマーを固体の
約85から95重量%、カチオン型潤滑剤を固体の約0
.1から1重量%、ポリカップ172のようなエピクロ
ロヒドリン−ポリアミド付加物を約3から10重量%、
ユニオン・カーバイド・コーポレーションのA−151
のようなビニル誘導体化されたシランを約1から8重量
%、およびシランを加水分解する量の酢酸である。 典型的には、繊維上の表面処理剤の量は、ストランドの
約0.15から約0.45重量%の範囲にある。
【0012】水性分散液およびウエブの形成に有用な熱
可塑性プラスチックのマトリックスポリマーは微粒子状
、または粉砕して微粒子粉末になるペレット状である。 適切な素材には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
スチレン、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン、
ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルクロライド、
ポリブチレンテレフタレート、およびそれらを可塑化し
たものが包含される。熱可塑性プラスチックのマトリッ
クスポリマーの適切な例として追加できるものには、ポ
リエステル、ポリアミド、ポリフェニレンオキサイド、
およびポリカーボネートが包含される。さらには、化学
的に水に攻撃されず、熱によって溶融および/または成
形するのに十分なだけ、しかも化学的に分解されること
なく軟化され得るものであれば、いかなる熱可塑性プラ
スチック粉末も使用し得る。
【0013】化学修飾された熱可塑性プラスチックポリ
マーは、ガラス繊維や熱可塑性プラスチックのマトリッ
クスポリマーと共に使用されるもので、粉末またはペレ
ットとして直接水性分散液に、ガラス繊維および熱可塑
性プラスチックのマトリックスポリマーの添加前、添加
後、あるいは同時に加えられる。一般的には、化学修飾
された熱可塑性プラスチックポリマーの粒子の大きさは
、熱可塑性プラスチックのマトリックスポリマーと同程
度である。本発明を限定するものではないが、化学修飾
された熱可塑性プラスチックポリマーの適切な粒子の大
きさの例は、約100から1100μmの範囲にある。 化学修飾された熱可塑性プラスチックポリマーは、カル
ボン酸および/またはカルボン酸無水物で修飾されたポ
リオレフィンを包含し得る、化学反応性の部位を持った
ポリマーで、例えば無水マレイン酸で修飾されたポリプ
ロピレン、マレイン酸で修飾されたポリプロピレン、お
よびこれらの混合物を包含する。このようなタイプの素
材は、米国特許第3,416,990号(Robins
on)、第3,437,550号(Paul)、および
第3,483,276号(Mahlman)においてよ
り詳細に議論されており、それらの酸修飾および無水物
修飾ポリオレフィンに関する教示については、すべてこ
こで参照として取り込まれている。一般的には、酸によ
る修飾は、カルボン酸および/またはポリカルボン酸お
よび/またはそれらの無水物、アミド、または低級アル
キルエステルによるポリオレフィンの修飾を包含する。 化学修飾された熱可塑性プラスチックポリマーとして使
用し得るもうひとつのタイプに、分散性および/または
乳化性の水溶性カチオン型ポリアミドで、エピクロロヒ
ドリンが付加されたポリマーがある。このようなポリア
ミド−エピクロロヒドリン付加体は、一般にポリアミド
の骨格構造を持ち、そこにアミド基(aminegro
up)によってエピクロロヒドリンの官能基が結合した
ポリマーである。
【0014】これらの付加体は、当業者に知られる方法
によって調製し得る。そのような方法の一つは、コハク
酸、マレイン酸、テレフタル酸、またはアジピン酸のよ
うなポリカルボン酸のいずれかと、ポリアルキレンポリ
アミンとの反応を包含する。その結果生じる長鎖ポリア
ミドは、エピクロロヒドリンと反応させられる。付加体
を調製するために反応させるこれらの原料の量は、ポリ
アミドに対して約0.9から約1.5モルのエピクロロ
ヒドリン当量を生じるようなものとする。付加体は下記
の化1に類似したペンダント型の官能基を持ち得る。
【0015】
【化1】
【0016】上の構造で、「X」は塩素イオンまたは他
のハロゲンイオンのいずれかであり得、また「n」はポ
リマー鎖の繰り返し単位を表す整数で、ポリマーの平均
分子量およびエピクロロヒドリン官能基のポリアミド官
能基に対するモル比に対応した特定の数値である。本発
明の範囲を限定するものではないが、使用し得る適切な
エピクロロヒドリン−ポリアミド樹脂付加体の例に、G
P2925の商品名でジョージア州アトランタのジョー
ジア・パシフィック・カンパニー樹脂部門から入手可能
なものがある。このポリアミドは、こはく色の液状で、
固形物含量が20から20.6%、粘度が140から2
00センチストーク、比重が1.04から1.05、8
.7ポンド/ガロン、25℃のpHが6.9から7.3
、沸点が100℃、引火点が沸点以下になく、貯蔵期間
が25℃で6ヶ月である。さらに、このポリアミド樹脂
は遊離のエピクロロヒドリンを微量に含有し得る。適切
な樹脂付加体の別の例に、ポリカップ1884、200
2、および/または172樹脂付加体がある。これらの
素材は、全固形物含量が35から12.5重量%の範囲
にあり、25℃における比重が1.12から1.03で
ある。
【0017】化学修飾された熱可塑性プラスチックは、
水性分散液を形成するために成分に組み込まれるだけで
なく、マットバインダーとして、または従来のマットバ
インダーと併用でウエブに添加される。マットバインダ
ーを用いて添加する際に、適切なバインダーは米国特許
第4,728,573号(ここで参照として取り入れら
れている)に記述されたものである。一般的にこれらの
マットバインダーは、一つまたはそれ以上のアミン型有
機カップリング剤および、カルボン酸で修飾されたポリ
オレフィン樹脂の水性乳濁分散液で、そのカルボン酸は
有機または無機塩基で中和またはほぼ中和され、水溶性
、分散性または乳化性のフィルム形成ポリマーが添加さ
れる場合またはされない場合があり、またバインダー安
定化剤が添加される場合またはされない場合がある。 カルボン酸を含有するポリオレフィンポリマーを中和す
るために使用される有機または無機塩基の塩基性は、カ
ップリング剤のいずれのアミノ基の塩基性またはKbよ
りも弱い。例えば、酸で修飾されたポリオレフィンは、
ジエチルエタノールアミンと同程度のpKbまたは塩基
性を持った塩基で中和し得る。このようなバインダー素
材は、固体ベースの重量%で、100%までの化学修飾
された熱可塑性プラスチックポリマーの固体、0から約
50重量%までの電子供与性のカップリング剤の固体、
0から25重量%のモノ、ポリ、脂肪族、または環状カ
ルボン酸および/または無水物の固体、および0から約
30重量%までのフィルム形成ポリマーから成る。有用
なフィルム形成ポリマーは、エポキシ乳濁液からのエポ
キシポリマー、ポリウレタン乳濁液からのポリウレタン
ポリマー、対応する乳濁液からのエポキシポリウレタン
コポリマー、ポリビニルピロリドン、およびそれらの混
合物を包含する。
【0018】適切なマットバインダーの別の例は、群か
ら選択される繊維補強材を包含する。ポリマーは熱可塑
性または熱硬化性で、例えば以下のようなものがある:
ポリエステルウレタン、ポリエーテルウレタン、および
ポリウレアウレタンを包含するポリウレタン、ポリ(オ
キシエチレン−オキシプロピレン)コポリマーのような
ポリオキシアルキレン、および熱可塑性プラスチックポ
リマー。ポリマー配合物はまた、安定化に有効な量の、
以下から選択される安定化剤を含有する:エチレンジア
ミン四酢酸(EDTA)など多座配位子のような金属不
活性化剤、低温抗酸化剤、および高温抗酸化剤。さらに
、架橋剤が存在し得る。
【0019】バインダーの適切な例は以下のものを包含
する: a.少なくとも一種の、マトリックスと混和性のあるフ
ィルム形成ポリマーのフィルム形成に有効な量、b.少
なくとも一種の、有機シランのカップリング剤で、アミ
ノアルキルアルコキシシラン、ポリアミノアルキルアル
コキシシランから成る群から選択されるものを、カップ
リング剤として有効な量、 c.少なくとも二種の安定化剤で、以下から選択される
もの: i.多座配位子から選択される金属不活性化剤で、以下
の化学式を持つもの:
【0020】
【化2】
【0021】ii.低温抗酸化剤で、以下から選択され
るもの:ヒドロ亜硫酸塩、重亜硫酸塩、亜リン酸、亜リ
ン酸塩、および亜リン酸含有還元剤で、次亜リン酸アル
カリ金属塩、次亜リン酸アルカリ土類金属塩、亜リン酸
水素塩、次亜リン酸アンモニウムから成る群から選択さ
れるもの、それを抗酸化剤として有効な量で、iii.
高温抗酸化剤で、フェニルフォスフィン酸アルカリ金属
塩、フェニルフォスフォン酸アルカリ土類金属塩、フェ
ニル基含有チオエーテルおよびそのポリマー、ジ(トリ
デシル)チオジプロピオン酸のようなチオジプロピオン
酸エステルおよびその混合物から選択されるもの、その
抗酸化剤として有効な量。
【0022】このようなバインダーの特定の一つは以下
のように調合される:
【0023】
【表1】
【0024】バインダーは、ポリマーの乳液を予備混合
タンクに加え、ゆっくりと攪拌しながら、全容の5分の
1の脱イオン水を加えることで調合され得る。この調合
物においては、アクリル酸コポリマーのラテックスは、
ポリアミド補強材の溶剤耐性を高めるために使用される
。Rhoplex  E−693は、ペンシルバニア州
フィラデルフィアのローム・アンド・ハース(Rohm
  and  Haas)Co.から入手可能である。 この素材は白色乳濁液で、固形物含量が49.5から5
0.5%、pHが4.5から6.5、LVT(1)の粘
度が60rpm20−60である。このコポリマーは、
アニオン性乳化型の自己架橋性アクリル酸型コポリマー
であり、密度が20℃で8.8ポンド/ガロン、フィル
ム形成下限温度が±12℃、空気乾燥フィルムのねじれ
率が300kg/cm2 となる温度が+24℃である
。全容の約5分の2の水を主混合タンクに加え、有機ア
ミノシランをこの脱イオン水に、ゆっくりと攪拌しなが
ら加える。予備混合されたポリマー乳液を主混合タンク
のシラン混合物に加え、5分間攪拌する。ポリイソシア
ネート架橋剤を、予備混合タンクに加え、そこに攪拌し
ながら温水を加える。乳濁液が形成した後に、これを5
分間攪拌し、主混合タンクに加える。アクリル酸コポリ
マーを少量の水と共に予備混合タンクに加えるが、全容
の約30分の1の水が化学処理成分のために必要とされ
る。混合物を5分間攪拌し、主混合タンクに加える。水
性の化学処理成分は、脱イオン水で最終的に望ましい容
量になるように希釈する。
【0025】前記の種々のマットバインダーは、固形物
含量が約0.1から32重量%の範囲、望ましくは約5
から約18重量%になるように調合される。マットバイ
ンダーは、不織繊維と熱可塑性プラスチックのマトリッ
クスポリマーから成るウエブに、当業者に知られたマッ
トバインダーを塗布するいずれの方法をも用いることな
く塗布される。これは、湿式積層工程のメッシュまたは
スクリーン上でスラッシュの水分の大部分が除去された
後、バインダーをウエブに噴霧することを意味する。
【0026】湿式積層工程で生成するウエブにおいて、
ガラス繊維、熱可塑性プラスチックのマトリックスポリ
マー、および化学修飾された熱可塑性プラスチックポリ
マーは、以下の範囲で存在し得る。不織マットはウエブ
の1から50重量%の範囲にあり得る;熱可塑性プラス
チックのマトリックスポリマーはウエブの約50から9
9重量%の範囲にあり得る;化学修飾された熱可塑性プ
ラスチックポリマーはウエブの約0.01から約20重
量%の範囲にあり得る。化学修飾された熱可塑性プラス
チックポリマーと共にマットバインダーが使用されると
きには、マットバインダーはウエブの約0.01から約
20重量%の範囲にあり得るが、このとき不織繊維と熱
可塑性プラスチックのマトリックスポリマーはいずれも
バインダーよりも多量に存在する。化学修飾された熱可
塑性プラスチックポリマーがマットバインダーと共に加
えられるときには、より多量のバインダーが用いられる
。一般的には、ウエブに存在する化学修飾された熱可塑
性プラスチックポリマーの量は、熱可塑性プラスチック
ポリマーの化学修飾された量によって多少変化する。 スラッシュに直接添加し得る素材の適切な例として、H
imontから入手可能なHercoprime、およ
びExxon  Chemical  Company
から入手可能なExcelorが包含される。後者の素
材は前者よりも多量に使用される、なぜなら前者は官能
基化の程度がより大きいと見られるからである。前者の
量は好ましくはウエブの約0.1から5重量%の範囲に
あり、後者の量はウエブの0.1から16重量%の範囲
にあり得る。スラッシュ、スラリー、および水性ストッ
クに加えられる、ガラス繊維のマトリックスに混和性の
ある熱可塑性プラスチックポリマーおよび化学修飾され
た熱可塑性プラスチックポリマーの量は、それぞれの成
分が前記の含量であるウエブが生成できるような量であ
る。スラッシュ中の水分は多量であって、スラッシュの
約80から99重量%の範囲にある。
【0027】化学修飾された熱可塑性プラスチックポリ
マーを含有するウエブの生成においては、ウエブは乾燥
されて、さらに水分を減らし、化学修飾された熱可塑性
プラスチックポリマーと繊維の間である程度の反応が開
始されるようにする。典型的には、乾燥はオーブン中で
雰囲気温度よりも高い温度、一般的には熱可塑性プラス
チックのマトリックスポリマーの融点よりも高い温度で
おこなわれる。例えば、熱可塑性プラスチックポリマー
がポリプロピレンであるときには、乾燥温度は熱風によ
り約100から240℃、好ましくは約120から18
0℃であり得る。適切なオーブンは、Honeycom
b  EngineeringCompany製のドラ
イオーブンである。
【0028】本発明の種々の側面は、以下の例によって
説明される。
【0029】
【実施例】〔実施例1〕本発明の好ましい実施例におい
て、熱可塑性プラスチックポリマーの湿式積層不織ウエ
ブで、目付けが1000g/m2 に相当し、下の表2
の成分から成るものが調製された。ウエブの調製法は、
米国特許第4,882,114号に記述された方法と同
様である。
【0030】
【表2】
【0031】表2は調合組成物の重量%である。ストラ
ンドのガラス繊維は直径16ミクロンで、ストランドの
重量当り0.30%の化学処理を受けたものであり、そ
の処理とは以下の固形物から成る水性化学組成物による
【0032】
【表3】
【0033】結果として生じる不織ウエブ(目付け=1
000g/m2)は、66%のFina3860、3%
のIrgafos168、1%のNaugard445
、30%のガラス繊維Iから成り、このウエブが、0.
86重量%相当の以下のものを含有する水性化学組成物
により処理された:
【0034】
【表4】
【0035】ウエブバインダーと共に、0.1%相当の
カーボンブラック分散液がウエブに加えられた。結果と
して生じる処理済みのウエブは、300°Fで水分0%
まで乾燥された。乾燥したシート4枚が重ね合わせられ
、3.5分間、420°F、25psiで積層成形され
た。結果として生じるラミネートは13分間全圧で乾燥
された。該ラミネートは圧縮成形、すなわち460°F
で6分間加熱された後、圧力100トンで平板に加工さ
れた。結果として生じる成形板は、切断され、ASTM
の方法に従って、引張り、屈曲、およびアイゾッド式衝
撃試験を受けた。その数値は以下の表に示されている。 強度や弾性率として表示された数値は、ガラスの含有重
量が30%になるように標準化されている。この調整は
、まず実際のガラス含量を灰化法により決定し、次に公
称値と実際のガラス含量とのパーセント差を決定して、
そのパーセント差を測定された強度または弾性率に掛け
ることによって達成される。この方法は報告されるすべ
ての強度および弾性率について実施された。なぜなら、
ウエブのガラス含量は1または2重量%は変化し得るか
らである。
【0036】
【表5】
【0037】〔実施例2−21および説明例AおよびB
〕21種の湿式積層ウエブ、および2種の説明例として
の湿式積層ウエブが、表10〜11に示された成分から
調製された。説明例はA−Bとして示され、この説明例
AおよびBは実施例1と同様にして調製された。ただし
、マットバインダーはポリ(ビニルピロリドン)である
。説明例Aは、説明例Bと同様にして調製されたが、カ
ーボンブラックは使用されていない。実施例2および3
は、実施例1と同様にして調製されたが、カーボンブラ
ックは使用されていない。実施例4−7は、実施例1と
同様にして調製され、2種のマットバインダーの一方が
使用され、カーボンブラックは使用されていない。さら
に、実施例4−7および8では、化学修飾されたポリプ
ロピレンが水性スラッシュに加えられた。実施例8−2
3もまた、実施例1と同様にして調製され、カーボンブ
ラックが使用されている。実施例8−12は、マットバ
インダーの種類が異なっている。実施例13−20は、
実施例1と同様にして調製されたが、化学修飾されたポ
リプロピレンが加えられており、Hercoprime
ポリプロピレンがスラッシュに加えられた場合と、Pr
otolube5440ポリプロピレンがマットバイン
ダーに加えられた場合がある。これらの実施例では、以
下の成分が使用された:
【0038】
【表6】
【0039】実施例2−4、6、8、14、16、18
、および20では、使用されたマットバインダーは実施
例1と同じであり、実施例15、17、19、および2
1では、Protolube5440乳濁液がより多く
加えられている。実施例5、7、9、および11では以
下に「調合I」として示されたマットバインダーを使用
している。実施例10および12では以下に「調合II
」として示されたマットバインダーを使用している。
【0040】〔調合I〕
【0041】
【表7】
【0042】〔調合II〕実施例1のマットバインダー
の調合から、化学修飾ポリプロピレンが除去され、8R
ucothane2011Lポリウレタン水中油滴型乳
濁液に代わられる。この乳濁液は以下のように調合され
る:
【0043】
【表8】
【0044】〔調合III〕
【0045】
【表9】
【0046】
【表10】
【0047】
【表11】
【0048】表10〜11に従って調製された、熱可塑
性プラスチックポリマーを含有する湿式積層不織素材は
、実施例1と同様の条件で成形された。成形されたサン
プルは、実施例1と同様の方法で、引張り、屈曲、およ
び衝撃特性について試験された。これらの試験結果は表
12〜14に提示される。
【0049】
【表12】
【0050】
【表13】
【0051】
【表14】
【0052】本研究より、以下のことが結論し得る。す
なわち、マトリックス樹脂のメルトフローインデックス
が増加するほど、複合体の物理特性が向上すること、お
よび、無水マレイン酸修飾ポリプロピレンを4%添加す
ることで、強度および屈曲率は向上するが衝撃特性は低
下することである。衝撃特性の低下は著しいが、これは
、低分子量の添加物がマトリックス樹脂を脆化する傾向
があるため、複合体が衝撃時にエネルギーを吸収する能
力が低下するためである。無水マレイン酸修飾ポリプロ
ピレンを1%添加することで、すべての性能の基準が改
善された。本研究より、以下のこともまた結論し得る。 すなわち、研究されたすべての化学調合物の中で、化学
調合物IIIが最も良い特性値を与えること、および、
存在するカーボンブラックの量が少ないほど、全体とし
ての物理特性が良好なことである。最後に、以下のこと
が確定された。すなわち、マレイン酸および無水マレイ
ン酸修飾ポリプロピレンは、複合体調合物の一部として
、互換的に使用し得ることである。
【0053】〔発明の要約〕不織繊維および熱可塑性プ
ラスチックのマトリックスポリマーを含有するウエブが
提供されている。このものは、ウエブから得られる成形
品において改善された物理特性を生じ得る。また、ウエ
ブを調製するための水性分散液、および成形品に加工し
得るようにラミネートとして乾燥されたウエブが提供さ
れている。ウエブは、繊維および熱可塑性プラスチック
のマトリックスポリマーに加えて、化学修飾された熱可
塑性プラスチックポリマーを含有する。この素材は、水
性分散液に直接添加することによって、またはウエブに
塗布されるマットバインダー中に存在することによって
、ウエブに加え得る。一般的に、化学修飾された熱可塑
性プラスチック素材の量は、ウエブの約0.01から2
0重量%の範囲にある。化学的に結合された熱可塑性プ
ラスチックポリマーがマットバインダーとして加えられ
るときには、それに伴い得るものとして、電子供与性の
有機カップリング剤、安定化剤がある。安定化剤の例は
、一種類またはそれ以上のカルボン酸および/または無
水物で、これはモノカルボン酸、ポリカルボン酸、脂肪
族または環状であり得る。さらに、マットバインダーは
フィルム形成ポリマーを含有し得る。

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱可塑性プラスチックポリマーを含有する
    湿式積層不織繊維素材で、繊維強化熱可塑性プラスチッ
    クラミネートとして成形可能であり、以下の成分を含有
    するもの:不連続な長さの繊維から成る不織マットで、
    少なくとも該繊維が水溶液中に分散できるような分散液
    形成用のサイジング処理を受け、また、一つまたはそれ
    以上の界面活性剤、および該湿式積層不織繊維素材を形
    成し得る熱可塑性プラスチックのマトリックスポリマー
    を含有するもの;熱可塑性プラスチックのマトリックス
    ポリマーで、該繊維と共に水性分散液から堆積されて、
    不織繊維マットの内部および上面に存在するもの、;お
    よび化学修飾された熱可塑性プラスチックポリマーで、
    該繊維をマトリックスポリマーに結合させ得る、付加、
    縮合、またはフリーラジカル反応のための化学反応部位
    を含有し、素材の約0.01から約20重量%の量で存
    在するもの;また、この素材は以下のものをも含有し得
    る。すなわち、素材の0から5重量%の電子供与性有機
    カップリング剤、素材の0から約3重量%で、モノ、ポ
    リ、脂肪族、および環状カルボン酸および無水物から構
    成される群より選択されるいずれかの成分、および素材
    の0から約4重量%のフィルム形成性の熱可塑性プラス
    チックポリマー。
  2. 【請求項2】請求項1の湿式積層素材の乾燥物。
  3. 【請求項3】前記化学修飾された熱可塑性プラスチック
    ポリマーが、マットバインダー中に乳濁液または分散液
    として存在する、請求項1の湿式積層素材。
  4. 【請求項4】マットバインダー中の前記熱可塑性プラス
    チックフィルム形成性の熱可塑性プラスチックポリマー
    が、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリウレタン、エポキ
    シ、エポキシ−ポリウレタン、およびそれらの混合物か
    ら構成される群より選択される、請求項1の湿式積層素
    材。
  5. 【請求項5】前記熱可塑性プラスチックのマトリックス
    ポリマーが、以下のものから構成される群より選択され
    る、請求項1の湿式積層素材:ポリオレフィン、ポリエ
    ステル、ポリアミド、ポリフェニレンオキサイド、およ
    びポリカーボネート。
  6. 【請求項6】前記繊維がガラス繊維である、請求項1の
    湿式積層素材。
  7. 【請求項7】前記熱可塑性プラスチックポリマーがポリ
    プロピレンで、前記化学修飾された熱可塑性プラスチッ
    クポリマーが以下のもので構成される群より選択される
    、請求項1の湿式積層素材:無水マレイン酸修飾ポリプ
    ロピレンおよびマレイン酸修飾ポリプロピレンおよびそ
    れらの混合物。
  8. 【請求項8】前記スラッシュが泡状水性分散液を生成す
    るのに有効な界面活性剤を含有する、請求項1の湿式積
    層素材。
  9. 【請求項9】前記繊維が、少なくとも一種のマトリック
    スポリマーと混和性のあるフィルム形成ポリマー、少な
    くとも一種の有機カップリング剤、および該繊維を水性
    スラッシュに分散させ得るカチオン性潤滑剤を含む表面
    処理を受けている、請求項1の湿式積層素材。
  10. 【請求項10】前記ウエブ中に少なくとも一種の抗酸化
    剤を含有する、請求項1の湿式積層素材。
  11. 【請求項11】前記抗酸化剤が以下のもので構成される
    群より選択される、請求項1の湿式積層素材:抗酸化剤
    として有効な量の、チオエステル型抗酸化剤、フォスフ
    ァイト型抗酸化剤、芳香族アミン型抗酸化剤、およびこ
    れらの混合物。
  12. 【請求項12】前記化学修飾された熱可塑性プラスチッ
    クポリマーが固体である、請求項1の湿式積層素材。
  13. 【請求項13】前記化学修飾された熱可塑性プラスチッ
    クポリマーが、200から約1100μmの範囲の粒径
    を有する固体である、請求項12の湿式積層素材。
  14. 【請求項14】カップリング剤、成分、およびフィルム
    形成性の熱可塑性プラスチックポリマーが、熱可塑性プ
    ラスチックのマトリックスポリマーを有する不織マット
    上でマットバインダーとして存在し、バインダーの量は
    素材の0.1重量%からであり、バインダーは、0から
    約50重量%の固体のアミノ型有機カップリング剤、お
    よび0から約25重量%の固体で、脂肪族または環状で
    あるモノまたはポリカルボン酸または無水物のいずれか
    、および0から約30重量%の固体の熱可塑性プラスチ
    ックフィルム形成ポリマーを含有する、請求項1の湿式
    積層素材。
  15. 【請求項15】前記化学修飾された熱可塑性プラスチッ
    クポリマーがマットバインダー中に乳濁液または分散液
    として存在する、請求項14の湿式積層素材。
  16. 【請求項16】マットバインダーが以下を含有する、請
    求項14の湿式積層素材: a.一種類またはそれ以上のアミノ型有機カップリング
    剤で、カップリング剤として有効な量で存在し、ジエチ
    ルエタノールアミンよりも塩基性の大きい一級アミンを
    有するもの、 b.酸または無水物で修飾されたポリオレフィンの水性
    乳濁液で、一種類またはそれ以上の界面活性剤を含有し
    、該ポリオレフィンはジエチルエタノールアミンと同様
    の塩基性を持つアミンで中和され、マットバインダーの
    固体の大半がポリオレフィンとなるような量でポリオレ
    フィン乳濁液が存在するもの、 c.バインダーの安定化剤、 d.フィルム形成ポリマーの水性分散液で、以下のもの
    で構成される群から選択されるもの、すなわち、水溶性
    で分散性または乳化性のポリウレタン、エポキシド、ポ
    リエステル、およびこれらホモポリマーの予備加熱にお
    いて使用されたモノマーより調製されたコポリマー、お
    よびホモポリマーとコポリマーの混合物からであり、フ
    ィルム形成ポリマーは水性化学処理組成物において、ポ
    リオレフィンの乳濁液よりも少ない量で存在するもの、
    e.水性化学処理組成物中の全固形物量が、約1から約
    25重量%の範囲になるような量の水。
  17. 【請求項17】前記バインダーの全固形物量が、約0.
    1から5重量%の範囲になる、請求項16の湿式積層素
    材。
  18. 【請求項18】前記マットバインダーが以下のを含有す
    る、請求項14の湿式積層素材: a.フィルム形成に有効な量の、少なくとも一種類の架
    橋可能なポリウレタンフィルム形成ポリマー、b.カッ
    プリング剤として有効な量の、少なくとも一種類の有機
    シラン型カップリング剤またはその加水分解生成物、 c.フィルム形成に有効で溶剤耐性を示すだけの量のコ
    ポリマーで、少なくとも一種類の付加重合可能なアクリ
    ル型モノマー、および少なくとも一種類の付加重合可能
    でマトリックス樹脂と混和性および反応性のあるモノマ
    ーからから成るもの、 d.素材をウエブバインダーで処理する際の塗布に有効
    な量のキャリヤー。
  19. 【請求項19】前記熱可塑性プラスチックマトリックス
    ポリマーおよび化学処理されたガラス繊維の水性スラッ
    シュからの湿式積層、および、水分の減少したポリマー
    および繊維含有物へのマットバインダーの塗布と乾燥に
    より調製される、請求項14の湿式積層素材。
  20. 【請求項20】熱可塑性プラスチックポリマーを含有す
    る湿式積層不織繊維素材で、繊維強化熱可塑性プラスチ
    ックラミネートとして成形可能であり、以下の成分を含
    有するもの:様々な長さのガラス繊維の不織マットで、
    該繊維が水溶液中に分散し得るような形成サイジング処
    理を受け、湿式積層不織繊維素材を形成し得るような熱
    可塑性プラスチックのマトリックスポリマーを含有し、
    該形成サイジング処理は、以下からなる群より選択され
    る非水性の成分を有する: A.1.水溶性フィルム形成ポリマーで、固有粘度が約
    150センチポイズ未満であり、フィルム形成に有効な
    量で存在し、ポリ(ビニルアルコール)ポリマーまたは
    コポリマーを含有し、低、中、または高分子量で重量平
    均分子量が約22、000から105、000を越える
    範囲にあり、ポリ(ビニルアセテート)が十分水溶性に
    なる程度まで完全または部分的に加水分解されたことで
    水溶性、乳化性、または分散性であり、一般に少なくと
    も約50%の加水分解物を含有し種々の分子量を有し加
    水分解されたポリ(ビニルアルコール)、およびポリ(
    ビニルピロリドン)、およびポリ(ヒドロキシアルキル
    セルロース)、およびこれらポリマーの調製に使用され
    たモノマーから成るコポリマー、の混合物から構成され
    、化学組成物中の非水性固体の約98重量%までの範囲
    でポリマーが存在するもの; 2.ウレイド官能基を含むトリアルコキシシランで、加
    水分解されるか、部分加水分解されるか、または加水分
    解されていないもの、およびそれらの混合物で、該有機
    官能基は樹脂と混和性を有し、シランの全ての誘導体の
    合計が組成物の固体の約0.4から約20重量%の範囲
    の量で存在するもの; 3.組成物の固体の約0.1から約15重量%の範囲の
    量の、カチオン性の繊維潤滑剤; 4.エピクロロヒドリン−ポリアミド反応生成物で、約
    0.4から処理された繊維の水中での分散性を損なわな
    い量までの範囲で存在するもの; B.1.水溶性フィルム形成ポリマーで、固有粘度が約
    150センチポイズ未満であり、フィルム形成に有効な
    量で存在し、ポリ(ビニルアルコール)ポリマーまたは
    コポリマーを含有し、低、中、または高分子量で重量平
    均分子量が約22、000から105、000を越える
    範囲にあり、ポリ(ビニルアセテート)が十分水溶性に
    なる程度まで完全または部分的に加水分解されたことで
    水溶性、乳化性、または分散性であり、一般に少なくと
    も約50%の加水分解物を含有し、種々の分子量を有し
    加水分解されたポリ(ビニルアルコール)、およびポリ
    (ビニルピロリドン)、およびポリ(ヒドロキシアルキ
    ルセルロース)、およびこれらポリマーの調製に使用さ
    れたモノマーから成るコポリマー、の混合物から構成さ
    れ、化学組成物中の非水性固体の約98重量%までの範
    囲でポリマーが存在するもの; 2.ビニル官能基を含むトリアルコキシシランで、加水
    分解されるか、部分加水分解されるか、または加水分解
    されていないもの、およびそれらの混合物で、該有機官
    能基は樹脂と混和性を有し、シランの全ての誘導体の合
    計が組成物の固体の約0.4から約20重量%の範囲の
    量で存在するもの; 3.組成物の固体の約0.1から約15重量%の範囲の
    量の、カチオン性の繊維潤滑剤; 4.ポリアミドのエポキシ誘導体で、約0.4から処理
    された繊維の水中での分散性を損なわない量までの範囲
    で存在するもの;およびガラス繊維と共に水性分散液か
    ら堆積されて、不織ガラス繊維マットの内部および上面
    に存在するポリオレフィン型のマトリックスポリマー;
    および素材の約0.1から約20重量%の範囲の量で存
    在し、以下のものを含有するマットバインダー:化学修
    飾された熱可塑性プラスチックのポリオレフィンポリマ
    ーで、ガラス繊維をマトリックスポリマーに結合させ得
    る、付加、縮合、またはフリーラジカル反応のための化
    学反応部位を含有し、素材の約0.01から約20重量
    %の量で存在するもの;また、以下のものをも含有し得
    る。すなわち、素材の0から5重量%の電子供与性有機
    カップリング剤、素材の0から約3重量%で、モノ、ポ
    リ、脂肪族、および環状カルボン酸および無水物から構
    成される群より選択されるいずれかの成分、および素材
    の0から約4重量%のフィルム形成性の熱可塑性プラス
    チックポリマー。
  21. 【請求項21】マットバインダーの成分が以下のもので
    構成される群から選択される、請求項20の湿式積層素
    材: a.一種類またはそれ以上のアミノ型有機カップリング
    剤で、カップリング剤として有効な量で存在し、ジエチ
    ルエタノールアミンよりも塩基性の大きい一級アミンを
    有するもの、 b.酸または無水物で修飾されたポリオレフィンの水性
    乳濁液で、一種類またはそれ以上の界面活性剤を含有し
    、ポリオレフィンはジエチルエタノールアミンと同様の
    塩基性を持つアミンで中和され、バインダーの固体の大
    半がポリオレフィンとなるような量でポリオレフィン乳
    濁液が存在するもの、 c.バインダーの安定化剤、 d.フィルム形成ポリマーの水性分散液で、以下のもの
    で構成される群から選択されるもの、すなわち、水溶性
    で分散性または乳化性のポリウレタン、エポキシド、ポ
    リエステル、およびこれらホモポリマーの予備加熱にお
    いて使用されたモノマーより調製されたコポリマー、お
    よびホモポリマーとコポリマーの混合物からであり、フ
    ィルム形成ポリマーは水性化学処理組成物において、ポ
    リオレフィンの乳濁液よりも少ない量で存在するもの、
    e.水性化学処理組成物中の全固形物量が、約1から約
    25重量%の範囲になるような量の水、f.フィルム形
    成に有効な量の、少なくとも一種類の架橋可能なポリウ
    レタンフィルム形成ポリマー、g.カップリング剤とし
    て有効な量の、少なくとも一種類の有機シラン型カップ
    リング剤またはその加水分解生成物、 h.少なくとも一種類の付加重合可能なアクリル型モノ
    マー、および少なくとも一種類の付加重合可能でマトリ
    ックス樹脂と混和性および反応性のあるモノマーを含有
    するコポリマーで、該コポリマーはフィルム形成に有効
    で溶剤耐性を示すだけの量で存在する、i.素材をウエ
    ブバインダーで処理する際の塗布に有効な量のキャリヤ
    ー。
  22. 【請求項22】熱可塑性プラスチックポリマーを含有す
    る湿式積層不織繊維素材で、繊維強化熱可塑性プラスチ
    ックポリマーとして成形可能であり、熱可塑性プラスチ
    ックのマトリックスポリマー、ガラス繊維の不織マット
    、およびマットバインダーを含有し、以下の改善点を包
    含するもの:化学修飾された熱可塑性プラスチックポリ
    マーが、素材の約0.1から約20重量%の範囲の量で
    あること。
  23. 【請求項23】前記修飾された熱可塑性プラスチックの
    オレフィンポリマーがマットバインダー中に存在する、
    請求項22の湿式積層不織繊維素材。
  24. 【請求項24】泡状水性分散液で、ガラス繊維および熱
    可塑性プラスチックポリマーおよび少なくとも一種の界
    面活性剤および大部分を占める水から構成され、そこに
    含有される化学修飾された熱可塑性プラスチックポリマ
    ーが、ガラス繊維をマトリックスポリマーに結合させ得
    る、付加、縮合、またはフリーラジカル反応のための化
    学反応部位を備え、素材の約0.01から約20重量%
    の量で存在するもの。
  25. 【請求項25】前記熱可塑性プラスチックのマトリック
    スポリマーがポリプロピレンであり、前記化学修飾され
    た熱可塑性プラスチックポリマーが以下のもので構成さ
    れた群から選択される、請求項24の泡状水性分散液:
    無水マレイン酸修飾ポリプロピレン、マレイン酸修飾ポ
    リプロピレンおよびそれらの混合物。
  26. 【請求項26】前記ウエブ中に少なくとも一種の抗酸化
    剤を含有する、請求項24の湿式積層素材。
  27. 【請求項27】前記抗酸化剤が以下のもので構成される
    群より選択される、請求項24の湿式積層素材:抗酸化
    剤として有効な量の、チオエステル型抗酸化剤、フォス
    ファイト型抗酸化剤、芳香族アミン型抗酸化剤、および
    これらの混合物。
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