JPH09300423A - ポリマー−木粉複合押出品 - Google Patents

ポリマー−木粉複合押出品

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JPH09300423A
JPH09300423A JP9028999A JP2899997A JPH09300423A JP H09300423 A JPH09300423 A JP H09300423A JP 9028999 A JP9028999 A JP 9028999A JP 2899997 A JP2899997 A JP 2899997A JP H09300423 A JPH09300423 A JP H09300423A
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Carroll W Cope
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Marley Mouldings Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】押出及び射出成形品に用いるポリマーと木粉の
複合材料において、水分吸収を阻止し、押出物の発泡を
可能にする。 【解決手段】木粉又は木繊維の充填剤を配合した発泡プ
ラスチックから押出形材を形成する。発泡プラスチック
は木粉充填剤と共にポリ塩化ビニル、結晶性ポリ塩化ビ
ニル又はポリスチレンを含み得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はポリマー押出及び射
出成形物とその製造方法に関する。本発明は特に、複合
材料に木粉を成分として配合したポリマー押出又は射出
成形ポリマーに適用される。
【０００２】
【従来技術】木材コストの増加とそれに伴う木材枠のコ
ストの増加により、充実木材構造物の代替品が必要にな
っている。従って、近年では額縁、ドア、壁、窓枠及び
成形品の分野で木材製品の代替品としてプラスチック押
出形材を使用することが多くなっている。プラスチック
椅子、長椅子、テーブル等を製造する家具産業では射出
成形プラスチックも利用されている。
【０００３】窓枠や戸枠の構成材料を形成するのにポリ
マー押出品を使用することは周知である。プラスチック
押出形材は一般にポリ塩化ビニル及び結晶性ポリ塩化ビ
ニル（ＰＶＣ及びＣＰＶＣ）、ポリスチレン、アクリロ
ニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）又は同様の材料
等のポリマー材料を用いて形成される。ポリマー材料を
種々の充填剤、潤滑剤及び顔料と併用すると好都合であ
る。さらに、発泡ポリマー用には発泡剤も複合体に添加
する。発泡押出品の一例は本願出願人名義の米国特許第
５，５０８，１０３号（発明の名称「装飾性の高い押出
品及びその製造方法」）に記載されている。
【０００４】ポリマー材料のコストの増加に伴い、得ら
れる形材の強度又は耐摩耗性を悪化させずにＰＶＣ等の
ポリマーと併用可能な廉価な充填剤が必要とされてい
る。このような充填剤として関心が高まりつつあるもの
の１つは木粉又は木繊維である。ポリ塩化ビニル熱可塑
性ポリマー材料を木粉及び木繊維と併用して押出又は射
出成形材料が製造されている。
【０００５】ポリマーと木繊維を併用した押出及び射出
成形材料は種々の特許及び刊行物に提案されている。こ
のような特許の一例はＡｎｄｅｒｓｅｎ Ｗｉｎｄｏｗ
ｓ名義の米国特許第５，４０６，７６８号である。米国
特許第５，４０６，７６８号は硬質ＰＶＣのポリマーと
木繊維から製造した構成材料について記載している。硬
質ＰＶＣは多数の用途があるが、本発明は主に発泡ＰＶ
Ｃを用いた複合材料の使用に関する。発泡ＰＶＣの押出
品は発泡剤（blowing agent，foaming agent）を含む。
発泡剤を添加すると、木粉充填剤の添加能に影響する恐
れがある。しかし、発泡材料は密度が低いので、発泡Ｐ
ＶＣを使用すると、複合材料で使用するＰＶＣの量に関
して実質的なコスト節約を実現できるという点で硬質Ｐ
ＶＣよりも有利である。米国特許第５，０８２，６０５
号及び５，０８８，９１０号もポリマーと木繊維又はセ
ルロース繊維から形成した複合材料について記載してい
る。
【０００６】木粉の添加により生じる一つの困難は木粉
による水分吸収である。押出物の内部の水分が損失する
と、粘度が増加する結果として押出速度が低下する恐れ
がある。別の困難は木粉による押出物の発泡ないし膨張
である。木粉粒子は膨張ないし発泡しないので、必然的
に木粉粒子の周囲で発泡が生じる。また、ＰＶＣ等のポ
リマーとは異なり、木粉を加熱しても押出物の流動性は
改善されない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、木粉粒子を
樹脂で封入してペレット化する２段階法によりこれらの
困難を克服するものである。その後、ペレットを付加樹
脂及び発泡剤と混合する。封入法により水分吸収を阻止
し、押出物の発泡を可能にできると考えられる。更に、
封入は最終製品に滑らかな表面を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】一態様において、本発明
は押出形材の形成に用いるポリマーと木粉の複合材料を
提供する。形材は成形品、窓枠、戸枠及び同種の用途に
利用される。複合材料はポリマーと混合した木粉添加剤
を含む。混合物を押出機と真空タンク又は造形装置に通
して押出し、成形形材とする。
【０００９】押出の前に木粉をポリマーで封入した後、
ペレット化する。付加ポリマーをペレットと混合し、発
泡剤の添加後、生成物を押出して最終形材とする。真空
タンク及び造形装置は気泡押出物が膨張する間に形材の
形状を維持するのを助ける。
【００１０】本発明の複合材料は種々の型のポリマーを
含み得る。数例を挙げると、好適態様においてポリマー
はＰＶＣ、ＣＰＶＣ及びポリスチレンを含む。ＰＶＣ、
ＣＰＶＣ及びポリスチレンは最終製品で可撓性が得られ
るように可塑剤を配合した標準市販樹脂の形態でブレン
ドに加えるのが好ましい。複合材料は更に、所定量の木
粉と加工助剤、安定剤、潤滑剤、着色剤及び発泡剤も含
む。
【００１１】本発明の方法は押出機と真空タンク又は造
形装置を併用する。押出材料をダイに通し、造形装置又
は真空タンクに押出す。材料は造形装置に入って冷却さ
れるにつれて膨張ないし発泡する。押出形材は硬化形態
で真空タンク又は造形装置を離れた後、完全に硬化及び
冷却する。
【００１２】本発明をより完全に理解するには、添付図
面に詳細に示し且つ本発明の実施例により下記に記載す
る態様を参照されたい。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は押出形材を形成するのに
用いられるポリマーと木粉の複合材料を提供する。形材
は成形品、窓枠、戸枠及び同種の用途に利用される。
【００１４】本発明の複合材料は木粉充填剤添加剤と共
に種々の型のポリマーを含み得る。数例を挙げると、好
適態様においてポリマーはＰＶＣ、ＣＰＶＣ及びポリス
チレンを含む。ＰＶＣ、ＣＰＶＣ及びポリスチレンは最
終製品で可撓性が得られるように可塑剤を配合した標準
市販樹脂の形態でブレンドに加えるのが好ましい。複合
材料は更に、所定量の木粉と加工助剤、安定剤、潤滑
剤、着色剤及び発泡剤も含む。形材は一般に額縁、ド
ア、窓、壁又は他の成形品に使用されるので、高い強度
と耐久性を提供する成分材料を含むことが好ましい。
【００１５】木粉添加剤は好ましくはおが屑の形態の硬
木である。木粉は、０％〜１０％が４２５μｍ、３５％
〜８０％が２５０μｍ、１５％〜５０％が１８０μｍと
なるような好適粒度まで粉砕する。木粉中の水分は約３
％〜６％に調節するのが好ましい。
【００１６】種々の成分を適当な温度で強力ミキサーで
混合することにより材料を押出可能な混合物とする。混
合物に樹脂、充填剤及び改質剤を加えてもよい。次に押
出混合物を押出ダイ及び造形装置に通して引抜くことに
より形材とする。
【００１７】木粉の添加前にポリマー樹脂を標準ヘンシ
ェルブレンダー又はミキサーで付加成分とブレンドす
る。本発明のポリスチレン複合材料では、結晶性ポリス
チレン（ＣＰＳ）と耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）
を低速ブレンダーに加える。湿潤剤として機能する鉱油
を加え、約３０秒間ブレンドした後、潤滑剤として機能
するステアリン酸を加え、更に約３０秒間ブレンドす
る。場合により、着色剤として機能する二酸化チタンを
この時点で加える。この混合物をＣＰＳと完全に混合す
るには合計で約４分間を要する。
【００１８】あるいは、ＰＶＣとＣＰＶＣを併用しても
よく、その場合には約１００°Ｆの温度でヘンシェルブ
レンダーに加えて高速で混合する。ＣＰＳについて上述
したように他の成分をＰＶＣとＣＰＶＣのブレンドに加
える。ＰＶＣとＣＰＶＣを約２００°Ｆの温度まで混合
した後、約１５０°Ｆまで冷却する。
【００１９】樹脂混合物の上記調製では、樹脂を連続混
合機で木粉に加えた後、押出し、ペレタイザーでペレッ
ト化する。ペレットを形成するこの最初の押出では発泡
剤を使用しない。従って、初期ペレット化押出ではポリ
マーブレンドは発泡しない。好ましくは、適量の各成分
を混合物に加えるようにコンベヤー速度を調節すること
が可能なコンベヤーにより成分をミキサーのホッパーに
加える。従って、ポリマー樹脂化合物を１つのコンベヤ
ーで連続混合機に加えながら、別のコンベヤーで木粉を
連続混合機に加える。潤滑剤や着色剤等の付加成分には
別のコンベヤーを使用してもよい。
【００２０】連続混合機のミキサーセクションで材料を
混ぜ合わせる。融合材料は約３５０°Ｆ〜４５０°Ｆの
融点をもつ。木粉粒子をポリマー樹脂で封入するには十
分な混合が重要であるとみなされる。融合材料を連続混
合機で融点まで加熱すると、融合材料は連続ロープを形
成した後、連続混合機のスクリュー押出機セクションに
落下する。押出物が分解しないようにするためには、連
続ロープの融点の制御が重要である。その後、溶融材料
は約２１０個の開口をもつストランドダイを通って混合
機の押出機セクションから出る。溶融材料はストランド
ダイを通り、ストランドは乾面ペレタイザーによりペレ
ット化される。この場合も、押出物が分解しないように
するためには、押出機及びストランドダイの温度制御が
重要である。好ましくは、長さ約０．０１５インチ及び
直径約０．０１５インチの寸法の材料のペレットを形成
する。当然のことながら、ペレット寸法はペレット化カ
ッターの速度を調節することにより増減できる。
【００２１】ペレットは好ましくは圧縮空気により切断
領域から冷却チャンバーに送られる。その後、ペレット
は冷却圧縮空気により冷却チャンバーを通り、貯蔵容器
内に排出される。複合材料の品質を確保するためにはペ
レットの含水率の調節も重要である。ペレット化工程の
終わりにペレット含水率は水分１％未満にすべきであ
る。
【００２２】本発明では、ポリマー樹脂（ＰＶＣ、ＣＰ
ＶＣ又はＰＳ）が木繊維粒子の表面を被覆するものとす
る。樹脂によっては繊維の表面に侵入するものもある
が、繊維粒子は粗面であるので、本発明の方法は木繊維
粒子をポリマー樹脂で封入するか又はその周囲にコーテ
ィングを施し、水分が繊維粒子に侵入するのを阻止又は
最小限にする。
【００２３】ペレットの製造には所望の合計量の樹脂の
一部のみを使用する。残りの樹脂は最終押出複合材料の
製造時に加える。例えば、合計１００部のＰＶＣ樹脂を
含む複合材料では、樹脂を４０部だけ混合物に加えてペ
レットを形成する。残りの６０部の樹脂は最終製品の形
成時に加える。当然のことながら、ＰＶＣは市販ＰＶＣ
樹脂のほんの一部に過ぎない。同様に、ポリスチレンも
本発明の複合材料で使用される市販ポリスチレン樹脂の
一部に過ぎない。
【００２４】ポリマーと木繊維のペレットの製造後、最
終押出形材の製造に使用する付加ポリマー樹脂とペレッ
トをブレンドし、配合物とする。ポリマー／木繊維ペレ
ットを付加ポリマー樹脂と共にミキサーに加える。ＰＳ
と木粉の場合には、ＰＳ／木粉ペレットを加えながらＣ
ＰＳとＨＩＰＳを低速でヘンシェルミキサーに加える。
３０秒おきに鉱油、次いで発泡剤及び核剤を加え、最後
に残りの成分を加える。混合物を低速で約４分間ブレン
ドした後、ビンにあける。
【００２５】ＰＶＣ又はＣＰＶＣと木粉の場合には、ペ
レットを約１００°Ｆの温度でＰＶＣ又はＰＶＣ及びＣ
ＰＶＣ樹脂と共に高速でヘンシェルミキサーに加える。
温度が上昇するにつれて付加成分を加える。安定剤を１
５０°Ｆで加えた後、１６０°Ｆで充填剤、加工改質剤
及び加工助剤を加え、最後に１８０°Ｆで潤滑剤と発泡
剤を加える。混合物が約２００°Ｆに達したら混合物を
冷却器にあけ、約１５０°Ｆまで冷却する。
【００２６】図１及び図２は、本発明の最終押出形材の
２種の好適製造シーケンスを示す概略図である。図１で
は押出機１０を真空タンク１２と併用する。押出した形
材を引取装置２０により切断テーブル２２に引取る。図
１に示す作業シーケンスは、ポリ塩化ビニルと木粉の押
出材料で使用される。
【００２７】図２は第２の製造シーケンスを示す。この
シーケンスでは押出機２４の下流に造形装置２６、引取
装置３４及び切断テーブル３６が配置されている。この
作業シーケンスはポリスチレンと木粉の押出材料で使用
される。各シーケンスで押出形材５８はダイを通って引
取られ、成形される。
【００２８】図３に詳示するように、上記混合物の押出
は本体４２、ウォーム４４及ダイ４６を含む押出機４０
を使用することにより達せられる。ウォームは押出材料
をダイ及び造形装置４８に強制的に通すように機能す
る。造形装置は滑らかな案内壁をもつ円筒形スリーブ５
０を含む。造形装置はダイと実質的に同一の横断面形状
をもつ。造形装置は好ましくは熱制御ジャケット５２を
含み、該ジャケットには水等の温度調節流体をジャケッ
トに収容できるように連通部５４が設けられている。
【００２９】図１に示す引取装置は押出形材５８を造形
装置から引出すように機能する。押出材料の組成物を調
製し、チャネル６０を通して押出機に導入する。材料を
ダイに通すと、材料はほんの僅かに膨張した後、造形装
置４８に入るにつれて完全に膨張し始める。造形装置４
８のジャケット５２は押出材料の軟化点よりも低温に維
持される。材料は造形装置の内壁に接触するにつれて外
部表面から内部コアまで硬化し始める。
【００３０】材料はダイを通過するにつれて膨張ないし
発泡し始め、次いで造形装置に入るにつれて完全に膨張
し始める。造形装置には真空吸引機が設けられ、気泡材
料が膨張する間に形材の形状を維持するのを助ける。材
料は造形装置を通過するにつれて冷却され、その所望形
状を形成する。引取装置は押出形材を造形装置から引出
すように機能する。形材は造形装置の出口の横断面と実
質的に同一の横断面になる。ダイと造形装置の温度及び
押出形材の速度は、得られる製品の性質を左右するパラ
メーターである。押出物が造形装置に入る前に多少膨張
できるように、ダイ出口と造形装置入口の間に数インチ
のスペースを設けてもよい。
【００３１】特定的には、上記ＰＳ押出材料では、押出
機温度は好ましくはゾーン１が２８０〜３１０°Ｆ、ゾ
ーン２、３、４が２９０〜３５０°Ｆ、ゾーン５が３２
０〜３６０°Ｆ、及びダイが３００〜３５０°Ｆであ
る。他方、上記ＰＶＣ及びＣＰＶＣでは、押出機温度は
好ましくはゾーン１が２９０〜３３０°Ｆ、ゾーン２、
３、４が３００〜３６０°Ｆ、ゾーン５が３２０〜３７
５°Ｆ、及びダイが３２０〜３７５°Ｆである。ゾーン
１の温度は押出材料を効果的に前進させるために十分高
くなければならいが、押出機スクリュー上で材料が滑る
ほど高くしてはならない。ゾーン２、３及び４の温度
は、溶融物が発泡形材の適切な密度を確保するために均
質な混合物になる間に適正な前進運動を続けるように調
節しなければならない。最後に、ダイの温度は発泡体を
造形装置の適正寸法まで膨張させるために重要である。
【００３２】図４は本発明の一態様の押出形材の横断面
図を示す。形材７０の外部に硬質外皮６６，６８を形成
してもよい。必要に応じて形材の残りの部分７２，７４
は硬化外皮を設けてもよいし、硬質外皮を設けなくても
よい。図４は形材の気泡マトリックス７５の内部の封入
木繊維７３も示す。
【００３３】図５は額縁用完成形材の１例を示す。形材
は装飾部分７６と硬化外皮部分７８，８０を含む。形材
の硬化及び固化後、形材に種々の仕上げを施し、形材を
強化及び装飾してもよい。例えば、形材を着色、染色、
艶出、ブラシング又は透明被覆するなどの方法が挙げら
れる。更に装飾効果を与えるために箔押を施してもよ
い。
【００３４】上記方法を使用してペレットを製造し、押
出して形材とした。合計１００部のＰＶＣ樹脂の一部を
用いて下記組成のＰＶＣ／木粉ペレットを製造した。
【００３５】
【表１】
【００３６】ＰＶＣ／木粉ペレットを残りのＰＶＣ樹脂
及び発泡剤とブレンドし、下記組成の押出可能な配合物
を形成した。
【００３７】
【表２】
【００３８】下記組成のＣＰＶＣ／木粉ブレンドのペレ
ットを製造した。
【００３９】
【表３】
【００４０】ＣＰＶＣ／木粉ペレットをブレンドし、下
記組成の押出可能な複合材料を形成した。
【００４１】
【表４】
【００４２】下記組成のポリスチレン／木粉ブレンドの
ペレットを製造した。
【００４３】
【表５】
【００４４】ポリスチレン／木粉ペレットをブレンド
し、下記組成の押出可能な複合材料を形成した。
【００４５】
【表６】
【００４６】各例の上記成分をブレンド及び利用し、上
述のように押出形材を形成した。
【００４７】以上、本発明の数種の態様を具体的に説明
したが、本発明はこれらの態様に制限されるものではな
い。本発明の当業者は、特に上記教示に鑑みて本発明の
原理を利用した変形及び他の態様を実現できよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポリ塩化ビニルと木粉の押出材料を用いた本発
明の最終押出工程における作業シーケンスを示す概略図
である。
【図２】ポリスチレンと木粉の押出材料を用いた本発明
の最終押出工程における作業シーケンスを示す概略図で
ある。
【図３】ダイと造形装置を備える押出機の端部の縦断面
図である。
【図４】図３の造形装置から得られる形材の横断面図で
あり、木粉粒子を概略的に示した。
【図５】本発明の複合材料を用いて押出した額縁形材の
斜視図である。
【符号の説明】
１０，２４，４０ 押出機 １２ 真空タンク ２０，３４ 引取装置 ２２，３６ 切断テーブル ２６，４８ 造形装置 ４２ 押出機本体 ４４ ウォーム ４６ ダイ ５０ 円筒形スリーブ ５２ 熱制御ジャケット ５４ 連通部 ５８，７０ 形材 ６０ チャネル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｋ 105:04 105:16 Ｂ２９Ｌ 31:10 Ｃ０８Ｌ 25:00 27:06 (71)出願人 595175792 Ｈｉｇｈｗａｙ 11 Ｅａｓｔ，Ｐ．Ｏ. Ｂｏｘ 610，Ｍａｒｉｏｎ，Ｖｉｒｇｉ ｎｉａ 24354−0610，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓ ｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ポリマー樹脂１００容量部まで、木繊維
    １５〜１４０容量部、安定剤５容量部まで、潤滑剤５容
    量部まで、加工助剤１０容量部まで、発泡剤５容量部ま
    で、着色剤１０容量部までから主に構成される発泡プラ
    スチックの押出充実細長形複合部材。
  2. 【請求項２】 前記ポリマー樹脂がポリ塩化ビニル樹脂
    である請求項１に記載の複合部材。
  3. 【請求項３】 前記ポリマー樹脂が結晶性ポリ塩化ビニ
    ル樹脂である請求項１に記載の複合部材。
  4. 【請求項４】 前記ポリマー樹脂がポリスチレン樹脂で
    ある請求項１に記載の複合部材。
  5. 【請求項５】 前記部材の組成がポリ塩化ビニル樹脂約
    １００容量部、木繊維１５〜６０容量部、発泡剤０．２
    〜５容量部を更に含む請求項１に記載の複合部材。
  6. 【請求項６】 前記部材の組成がポリスチレン樹脂約１
    ００容量部、木繊維６０〜１４０容量部、発泡剤０．５
    〜５容量部を更に含む請求項１に記載の複合部材。
  7. 【請求項７】 前記部材の組成が結晶性ポリ塩化ビニル
    樹脂約６０容量部、ポリ塩化ビニル樹脂約４０容量部、
    木繊維１５〜６５容量部、発泡剤０．２〜５容量部を更
    に含む請求項１に記載の複合部材。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の組成の押出可能な発泡
    材料から所定断面の充実細長形部材を形成する方法であ
    って、その一端に所定断面をもつオリフィスに通すこと
    により前記押出可能な発泡材料を圧縮段階で圧縮する工
    程と、前記発泡材料のチャネルを規定する内側硬質表面
    をもつ造形装置に前記発泡材料を通して膨張させる工程
    と、前記発泡材料を凝固させて充実細長形部材を形成す
    る工程を含む前記方法。
  9. 【請求項９】 前記押出可能な発泡材料がペレット化プ
    ロセスによって形成され、該プロセスが、木繊維粒子を
    前記ポリマー樹脂で封入して押出可能な材料とする工程
    と、前記押出可能な材料を押出及び切断して前記押出可
    能な材料のペレットを形成する工程を含む請求項８に記
    載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記発泡材料の前記膨張により、前記
    木繊維粒子の周囲にエアポケットを形成する請求項８に
    記載の方法。
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