KR100208201B1

KR100208201B1 - 셀룰로오스 아세테이트 및 강화 천연셀룰로오스 섬유를 기재로 하는 합성물질로 제조된 성형체, 그의제조방법 및 그의 용도

Info

Publication number: KR100208201B1
Application number: KR1019970700260A
Authority: KR
Inventors: 티에스 카르스텐스; 요아힘 쉐츨레; 로베르트 콜러; 미카엘 베들러; 마르틴 투바흐
Original assignee: 힌젠 라이문트; 롱-쁠랑 로디아 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1995-05-15
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 1999-07-15
Also published as: DE19517763A1; CN1109711C; CA2195023C; ES2155602T3; JP2843827B2; CA2195023A1; EP0773972A1; DE59606305D1; CN1154125A; AU5764696A; WO1996036666A1; RU2123014C1; DE19517763C2; EP0773972B1; ATE198611T1; US5883025A; BR9606472A; JPH09508669A; UA42016C2

Abstract

본 발명은 결합수단으로 셀룰로오스 아세테이트 및 강화 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유로 이루어진 성형체에 관한 것이다. 상기 성분들은 셀룰로오스 아세테이트가 1.2 내지 2.7 의 치환도 (DS) 를 갖고, 성형체가 약 160℃ 이상의 비캇 온도를 갖고, 셀룰로오스 아세테이트 대 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유의 중량비가 10:90 - 90:10 인 사실을 특징으로 한다. 상기 성형체는 셀룰로오스 아세테이트를 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유와 약 90:10 - 10:90, 특히 15:85 - 85:15 의 중량비로 혼합함으로써 제조되고, 총함습량은 혼합물내의 셀룰로오스 아세테이트의 총량에 대하여 약 3 중량% 이상으로 조정되고, 상기 혼합물을 약 220 내지 280℃ 의 온도 및 약 30 내지 150 바의 압력으로 성형한다. 본 발명에 따른 성형체는 특히 내부 천장 및 측면 패널과 같은 자동차 인테리어 부분, 및 포장물질, 절연물질로서 또는 가구 부분으로서 유리하게 사용될 수 있다.

Description

셀룰로오스 아세테이트 및 강화 천연 셀룰로오스 섬유를 기재로 하는 합성물질로 제조된 성형체, 그의 제조방법 및 그의 용도 {SHAPED BODY MADE OF COMPOSITE MATERIAL BASED ON CELLULOSE ACETATE AND REINFORCING NATURAL CELLULOSE FIBERS, A PROCESS FOR ITS PRODUCTION, AND ITS USE}

열가소성 또는 열경화성 중합체로 만들어진 합성물질과는 달리, 많은 분야, 예를 들어 자동차, 포장, 가구, 전기전자산업 및 건설 등의 분야에서, 섬유 구조를 함유하는 중합체 또는 섬유를 함유하는 중합체 또는 섬유-강화 중합체에서 유래한 열가소성 또는 듀로플라스틱 (duroplastic) 중합체로 만든 합성물질이 종종 사용된다. 상기 물질들은 종종 반제품, 예를 들어 웹(web)물질, 매트, 판 등의 형태로 생산된다. 이들은 즉시 또는 그 이상의 가공 또는 연마 및 마무리, 예를 들어 성형, 코팅 등의 과정후에 사용된다. 섬유 물질에 추가하여, 또는 섬유 물질 대신에, 상기 중합성 물질은 그들에게 특정 성질을 부여하기 위한 적절한 충진제를 함유할 수 있다. 다양한 중합체, 섬유 및 충진제를 함유하는 상기 결합물질의 적용요건의 다양성 및 수는 거의 제한이 없다.

증진된 환경의식 및 규제법률의 범위내에서, 물질의 재활용 및 환경에 무해한 처리 능력은 점점 더 중요해 지고 있다. 특히, 오염의 증가에 기인하여 재활용성이 제한되고 물질의 손상 및 이 경우에는 제거가 불가피하기 때문에 생태학적으로 양립가능한 쓰레기의 처리는 점점 더 중요한 의미를 갖는다. 이는 소각 또는 매립 형성에 의해 수행될 수 있다. 매립의 비제한적 형성은 공공 장소에서 만들어질 수 있다. 시간에 비제한적인 영구적인 쓰레기 처리는 공간문제로 불가능하다. 특히 간소하고 유리한 제거의 형태는 예를 들어 퇴비화를 통해 일어날 수 있는 생물학적 분해이다. 이하 생물학적 분해가능한 이라는 표현이 사용될 때, 이는 해당 물질이 살아있는 생물체 (생물/미생물) 을 통하여 및/또는 예를 들어 박테리아, 곰팡이. 특히 사상균류 및 효모류를 통한 화학적 분해와 같은 환경 요인을 통해 분해가능하다는 의미로 이해되어야 한다. 포장물질로 흔히 사용되는 합성물질, 특히 폴리스티렌은 생물학적으로 분해가 불가능하다. 탄수화물의 경우에, 예를 들어 기본적으로 혐기성 박테리아에 의한 분해의 형태에서 생물학적 분해를 통해 무해한 저급 지방산, 알코올 및 이산화탄소가 만들어진다. 이를 부패 라는 용어로 칭한다. 부패과정의 중간 산물은 결합하여 무해한 신규 중합성 생성물을 형성할 수 있고 이러한 유리한 가습은 퇴비화에서 사용된다. 이러한 방법으로는 특정 유기성 쓰레기, 나무, 잎, 및 다른 식물성 물질, 종이 및 하수 슬러지의 생물학적 분해 또는 전환이 있고, 이는 열 (자발적인 열발생) 의 발생과 더불어 진행되어, 영양염류 (인산, 질소 및 칼륨 화합물) 와 같은 유리한 성분을 가진 검고 무른 물질인 퇴비를 형성한다 [문헌: Rompp Chemie-Lexiton, 9판, 3권, 1990, 2312-2313].

따라서, 특정 쓰레기 물질의 생물학적 분해를 시행하는 상기 가능성들의 관점에서, 천연 생성물이 물질 발생에서 점점 더 주목을 받고 있다. 그들은 많은 장점을 제공한다. 재생 조물질로서 그들은 자원의 보호에 기여한다. 또한 그들은 거의 무독성으로 잔류물을 남기지 않고 연소시킬 수 있다. 그들의 분해 생성물은 환경보호와 양립한다.

나무칩 물질 또는 셀룰로오스, 면, 사관부 섬유 및 울과 같은 천연 섬유는 오랜 동안 종이, 판지, 펠트, 섬유판 및 입자판과 같은 공지된 생성물로 가공되어 왔다. 또한 상기 나무칩 또는 천연섬유는 다른 방법에 따라 예형 (성형체) 의 제조에 사용될 수도 있다. 또한 기계적 특성이 합성 고-인장 섬유와 어느 정도 비교할 만한 아마, 삼, 래미등과 같은 고-강도 천연 섬유가 결합 또는 합성 물질내에 강화 섬유로서 사용되는 많은 수의 신규 개발이 있다. 상기 구 및 신규 물질들은 그들이 강도, 경도, 양호한 성형 특성 또는 내구성을 수득하기 위한 결합제로서 합성 중합체 또는 합성 중합체들을 함유하여야 한다는 특성을 갖고 있다. 그러나, 생물학적 분해능이 요구될 때는 전분, 고무등과 같은 천연 결합제만이 고려될 수 있다. 그러나 그들은 물에 용해가능하다는 단점이 있다.

결합물질내 합성, 생물학적으로 분해 불가능한 중합체를 생분해성 중합체로 대치하려는 개발이 아직 완료되지 않았다. 직접적으로 성형가능한 물질로서 셀룰로오스, 전분 등과 같은 천연 생성물들은 대부분의 목적에 부적합하거나 또는 특성 및 가공의 다양성 면에서 합성 중합체에 뒤떨어진다. 합성에 적합한 생분해성 신규 중합체는 예를 들어 폴리히드록신 부티레이트가 있으나 매우 비싸다.

결합 및 합성 물질내 결합 수단 성분 및 강화 또는 충진 성분은 넓은 한계내에서 변동될 수 있다. 중합체 결합 수단의 배분율은 오직 특정 적용에 요구되는 특성에 달려있다. 절연물질 또는 특정 포장물질로는, 예를 들어 상대적으로 부드러운 웹 (web) 물질 또는 특정 포장물질, 예를 들어 적은 량의 중합체 결합 수단을 갖는 부드러운 웹 물질이 적합하다. 그러나 결합 수단을 적게 혼합하고도 단단하고 딱딱한 섬유판을 제조할 수 있다. 반면에, 점가소성 및 방수물질 및 열성형에 적합한 물질을 위해서는, 보다 많은 양의 중합체가 필요하다. 최종분석에서 물질특성이 거의 중합체에 의해 결정된다면, 잠재적으로 단지 소량의 충진 또는 강화물질의 첨가만이 - 단지 변성만을 목적으로 - 필요하다.

예를 들어 문짝 패널인 판넬 및 지붕등과 같은 자동차 부문용 성형가능한 반제품이 현재 유리섬유, 나무섬유, 재가공된 면 또는 사관부 섬유로 이루어진 수지-결합된 섬유매트를 사용하여 다량으로 제조되고 있다. 중합체로는 페놀성 수지가 주로 사용된다. 그러나, 이는 독성학 및 생태학적인 관점에서 논의의 여지가 있다. 따라서, 에폭시화물 또는 불포화 폴리에스테르류와 같은 다른 열경화성 물질이 점점 더 사용되고 있다. 열경화성 결합제는 어느 정도 극한상황일 수 있는 자동차내의 온도에서 변형되지 않는다는 장점을 제공한다. 그러나, 열경화성 결합제의 사용에는 가공이 복잡하고 가격이 높다는 단점이 있다. 특히, 예를 들어 에폭시화물은 상대적으로 비싸다. 다른 단점은 경화된 열경화물질은 재활용하기가 어렵다는 것이다. 이와 같은 이유로, 대부분 폴리프로필렌인 다른 섬유-강화 열가소성 중합체가 현재 많이 사용된다. 그러나, 상기 중합체들은 낮은 열치수 안정성을 갖는다. 유리 섬유의 대체재로서, 셀룰로오스와 같은 천연 섬유 또는 황마, 뿐만 아니라 나무 분말이 사용된다. 이제까지 알려진 성형체용 물질은 대개 20 중량% 이상의 중합체를 함유한다. 이와 같이 상대적으로 많은 양의 중합체에 기인하여 상기의 방법으로 섬유가 둘러싸이고 결합되어 그들의 생분해는 거의 불가능하다.

건물의 열절연용 절연물질로서 페놀성 또는 우레아 수지와 같은 적은 양의 열경화성 물질과 결합된 유리섬유 또는 미네랄 섬유 매트가 다량으로 사용된다. 미네랄 섬유의 사용 및 그들의 불확실한 처리에 대한 독성학적 고려에 기인하여, 천연 섬유 매트가 점점 더 개발되고 있으며 판매용으로 주문되고 있다. 또한 제조방법에 따라, 상기 섬유들은 적절한 중합체 결합제로 강화되어야만 한다. 예를 들어, 열강화 및 용이한 용융을 위하여, 합성 결합 섬유가 사용되고 있다. 그러나, 상기 섬유들은 생물학적 분해능에 대한 요구와 상반된다.

다양한 문헌, 예를 들어 문헌 [Verpacking aus nachwachsenden Rohstoffen (Packaging of regenerated raw materials), Vogel Buchverlag, Wurzburg, 1판, 1994, 146-148 374-380], 문헌 [Nachwachsende und biobbaubare Materialien im Verpackungsbereich (Regenerated and biodegradable laterials in the packaging field), Roman Kovar Verlag, Munchen, 1판, 1993, 120-126 432] 및 문헌 [DE 39 14 022 Al] 들은 퇴비화에 의해 생물학적으로 용이하게 분해가능하고 셀룰로오스 아세테이트 및 시트르산 에스테르를 기재로 하는 조물질 및, 예를 들어 유등 (oil light) 랩핑 또는 콘테이너, 영구 유등 (oil candle), 합성 유등, 다른 묘지용 보조물 및 포일과 같은 그의 제조 용도를 기재하고 있다. 특정 물질에 더하여, 상기 합성 물질은 폴리에스테르 및 필요에 따라 다른 유기산 및/또는 산에스테르화물을 함유한다. 시트릭 에스테르는 연화제로서 작용하고 결과적으로 셀룰로오스 아세테이트가 열가소적으로 가공되어 성형체로 성형될 수 있게 한다.

문헌 [AVK-Tagung Faserverstarkete Kunststoffe Weg zuruck zur Natur (AVK-Conference Fiber Reinforced Synthetic Materials - the path back to nature), Wolfgang Asche, Journal Chemische Rundschau, 39권 (1994년 9월 30일자), 3페이지] 은 상기 언급된, 특히 인용 문헌 [Verpackung aus nachwachsenden Rohstoffen] 에서 합성 물질의 제조용으로 래미, 아마, 사이잘 삼 또는 대마와 같은 천연섬유와 함께 셀룰로오스 디아세테이트 및 시트르산 에스테르를 기재로 하는 합성 물질의 용도를 기재하고 있다. 셀룰로오스 디아세테이트, 시트르산 에스테르 및 폴리에스테르 및 필요에 따라 다른 유기산 및/또는 산에스테르 및 천연섬유, 래미, 아마, 사이잘 삼 또는 대마를 기재로 하는 상기 기재된 성형가능 물질은 생물학적으로 용이하게 분해될 수 있는 성형체로 가공될 수 있다. 상기 합성 물질의 높은 가격 때문에 그들은 상대적으로 비싸다. 특히 단점은 연화제로서 시트르산 에스테르화물의 비율이다. 상기 물질의 가공중에 상기 연화제는 원하지 않는 증기 또는 연기 로드로 되어 고온에서 빠져나올 수 있다. 또한, 상기 연화제는 정상 온도에서 물질의 표면으로 이동하여 증기화되어 환경을 손상시킬 수 있다. 또한 저-분자 연화제의 함입에 기인하여 최종 생산물은 강도의 손실을 겪는다. 또한 연화제에 기인하여, 약간 낮은 연화 포인트를 갖게 된다.

미국특허 제 3 271 231 호는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 및 셀룰로오스 섬유로 구성된 지지대가 없는 유연한 섬유웹에 관한 것이다. 필요에 의해, 그의 제조에서 연화제가 2 내지 8 중량% 의 양으로 사용된다. 상기 특허는 셀룰로오스 아세테이트가 완전히 가소화되지 않고 오히려 단지 연화되어 그들의 접촉점에서 셀룰로오스 섬유들을 결합시킨다는 것을 보여준다. 이와 같은 방법으로 열린 구조를 갖는 유연한 성형시트 목적화물이 수득된다.

셀룰로오스 아세테이트 및 강화 천연 셀룰로오스 섬유를 기재로 하는 성형체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 성형체는 절대적으로 연화제를 필요로 한다. 그러나, 이는 많은 관점에서 단점이 된다. 예를 들어, 연화제는 로드하에서 보다 낮은 열안정성을 갖게되어 비캇 온도를 측정온도로 사용할 수 있다. 공지된 물질의 로드하에서 상기 열안정성은, 예를 들어 현저하게 높은 비캇 온도가 요구되는 자동차 산업에 적용하기에는 불충분하다. 반면에, 셀룰로오스 아세테이트의 열성형에서 연화제의 사용은 전문가들 사이에서 절대적으로 필요한 것으로 인식되어 왔다. 순수한 셀룰로오스 아세테이트는 그들의 연화가 항상 열분해를 수반하기 때문에 분해없이는 거의 용융될 수 없다. 예를 들어, 모노그래프 셀룰로오스 및 셀룰로오스 유도체, V권, 3부 에서 Emil Ott 와 Spurilin M.M. 은 1364 페이지에서 다음과 같이 설명하고 있다 : ... 2.5 셀룰로오스 아세테이트의 연화 및 분해는 235℃ 내지 270℃ 의 범위내에 있다.... 따라서 당 분야의 숙련자는 셀룰로오스 아세테이트의 열성형중 연화제가 항상 요구된다는 것을 가정해야만 한다.

발명의요약

본 발명은 그들이 공지된 성형체의 물리적 결점들을 갖지 않고, 제반문제없이 생물학적으로 분해될 수 있고, 특히 강도 및 열안정성과 같은 바람직한 기계적 특성을 나타내며 또한 엄격한 조작상의 요구사항들을 충족하는 방식으로, 상기에 기재된 보다 더 개발해야할 성형체의 문제점을 겨냥하고 있다. 특히 상대적으로 고온에서 증기 또는 연기 로드화되지 않아야 하고 연화제를 함유하는 필요성을 제거해야만 한다.

본 발명에 따라 이러한 문제점들이 해결되는바 이는 셀룰로오스 아세테이트가 약 1.2 내지 2.7 의 치환도 (DS) 를 갖고, 성형체가 160℃ 이상의 비캇 온도를 갖고 셀룰로오스 아세테이트 대 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유의 중량비가 약 10:90 내지 90:10 이기 때문이다.

본 발명의 범위내에서 성형체 라는 용어는 특히 단단한 성형체, 바람직하게는 매끈한 표면을 갖는 단단한 성형체로 이해되어야 한다. 결합제로 사용된 셀룰로오스 아세테이트는, 강화 섬유가 가시적 표면 및 절단모서리와는 달리 필수적으로 완전히 파묻혀 있는 매트릭스를 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명은 특히 셀룰로오스 아세테이트의 치환도, 함습량, 온도 및 압력과 관련하여 특정 공정 조건들이 유지될 때, 셀룰로오스 아세테이트와 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유와의 혼합물이 외부 연화제의 첨가없이 성형체로 가공될 수 있다는 발견에 있다. 상기 조건들은 이하에 본 발명의 공정과 관련하여 보다 자세히 설명될 것이다.

최소한의 함습량에 기인하여 출발 물질내에 존재하는 수분이 일시적 연화제 로 작용한다고 추정된다. 제조과정중에 수분은 거의 다 제거되고 따라서 연화 작용이 후속적으로 제거된다. 본 발명에 따라, 특히 외부 연화제를 완전히 또는 거의 다 생략함으로써, 이전에는 얻을 수 없었던 높은 비캇온도를 가진 성형체를 수득한다. 또한, 인장시 탄성계수, 요곡강도 및 요곡계수가 유리하게 영향받는다. 적은 양의 통상적인 연화제의 첨가는, 제조된 성형체가 160℃ 이상의 비캇 온도를 갖는 한, 기본적으로 본 발명의 범위내에서 배제되지 않는다.

본 발명에 따른 성형체는 결합제로서 셀룰로오스 아세테이트를 함유한다. 셀룰로오스 아세테이트는 오랫동안 공지되어 왔으며 산업용으로는 포일/막 제조용 뿐만아니라 필라멘트 및 방적가능한 섬유인 섬유-형성 물질의 제조용으로 많이 사용된다. 섬유-형성 셀룰로오스 아세테이트는 담배 필터의 제조용으로 많은 양이 사용되며 직물용으로 소량 사용된다. 또한, 상기에 나타낸 바와 같이, 셀룰로오스 아세테이트가 생물학적으로 분해가능하며, 그의 아세틸 수가 감소되면 그의 생물학적 분해가 가속화될 수 있다는 것이 알려져 있다. 합성 물질 제조용 물질로서, 순수 셀룰로오스 아세테이트는 열가소적으로 가공될 수 없으며 이후의 가공중에 원하지 않는 특성을 가진 생산물을 만들어 내는 심각한 단점을 갖고 있다고 추정되었기 때문에 이제까지 사용되지 않았다. 따라서, 결과적으로 단점이 되는 연화제를 추가적으로 필요로 하지 않고, 본 발명의 범위내에서 순수 셀룰로오스 아세테이트가 열가소적으로 가공될 수 있다는 것은 지극히 놀라운 것으로 생각되어져야만 한다. 치환도 (DS) 와 관련하여 특정 조건들이 관찰되어야만 한다. 치환도가 3 이하, 즉 약 1.2 내지 2.7 의 범위내여야 한다는 것이 밝혀졌다. 약 1.8 내지 2.5 의 치환도 (DS) 가 바람직하다. 치환도 (DS) 가 2.7 이상이면, 열가소적 가공성에 심각한 손상이 발생한다. 1.2 미만의 치환도는 성형체가 높은 정도로 수분을 흡수할 수 있음을 의미하며, 이 경우 더 이상 수치적으로 안정적이지 않다.

셀룰로오스 아세테이트의 중합율 (DP) 은 약 140 내지 270, 특히 약 170 내지 250 이 바람직하다. 중합율 (DP) 이 약 140 내지 270 이면, 성형중 양호한 가공성과 동시에, 특히 높은 기계적 강도와 같은 특별히 유리한 특성이 수득된다.

본 발명에 따른 성형체의 보다 중요한 성분은, 상기에서 설명한 정의의 관점에서 생물학적으로 분해가능한 것으로 이해되어야 하는 강화 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유이다. 각각의 경우에서, 가능한 많이 환경을 손상시키지 않는다고 여겨질 수 있는 분해 생성물로 유도하는 현저한 생물학적 분해를 말할 수 있다. 본 발명에 따라, 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유가 카폭, 사이잘 삼, 황마, 아마, 코코넛, 감보, 아바카, 뽕나무 사관부, 대마, 래미 및/또는 면섬유의 형태로 특히 유리하게 사용된다. 상기 섬유들은 약 0.2 내지 100㎜, 특히 3 내지 30㎜ 의 평균 섬유 길이 및 약 8 내지 100 ㎛, 특히 약 10 내지 30㎛ 의 평균 단면 지름을 갖는 것이 바람직하다.

셀룰로오스 아세테이트 대 강화 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유의 중량 비율은 중요하지 않다. 그것은 약 10:90 내지 90:10, 특히 약 15:85 내지 85:15 이며, 특히 바람직하게는 25:75 내지 60:40 이다.

이하에 보다 자세히 기재되겠지만, 본 발명에 따른 성형체의 제조방법에 기인하여, 상기 성형체는, 소위 비캇 온도가 적절한 방법이 되는, 필요한 열안정성을 수득한다. 이는 문헌 [DIN 53 460 (1976년 12월)] 에 따라 결정된다. 온도는 시료체내에 수직으로 1㎜ 의 깊이, 50N 의 힘으로 찔러넣은, 1㎟ 의 원형 단면과 3㎜ 이상의 길이를 가진 강철핀을 사용하여 상기 방법에 따라 결정된다. 가열은 120 K/분 의 속도로 이루어진다. 대부분의 중합체용 비캇 온도는 중합체가 완전히 용액상태로 변환되는 온도보다 현저히 아래이다.

본 발명의 범위내에서, 그것은 약 160℃ 이상이며, 약 170℃ 이상, 특히 약 180 내지 200℃ 가 바람직하다.

기계적 특성을 향상시키기 위하여, 본 발명에 따른 성형체에 추가적으로 광물질을 함입시키는 것이 유리할 수 있다. 상기 물질들은 생물학적으로 분해가능하지는 않지만 적어도 불활성이며 생태학적으로 유해하지 않다. 상기 광물질의 바람직한 예로는 탄산칼슘, 황산칼슘, 이산화규소 및, 예를 들어 카올린 (kaolin) 과 같은 규산염알루미늄이 있다. 광물질은 성형체내에 약 5 - 50 중량%, 특히 약 10 - 20 중량% 의 양으로 존재하는 것이 유리하다. 광물질과는 달리, 본 발명에 따른 성형체는 염료 및/또는 착색 안료의 형태로 발색제를 함유할 수도 있다. 본 발명에 따른 성형체가 백색으로 염색되고자 한다면, 이산화티타늄 형태의 백색 안료가 바람직하다. 추가적으로 생각할 수 있는 착색 안료로는 예를 들어 이산화철이 있다. 워하는 색깔을 얻기 위하여, 본 발명에 따른 성형체내에 0.2 내지 1 중량% 의 발색제면 충분하다.

생물학적 분해능 및 생태학적 안정성이 크게 제한되지 않는다면, 개질, 가공성 향상 및 특정 물성을 수득하기 위하여 본 발명에 따른 성형체내로 추가적인 물질을 함입시킬 수 있다. 전형적인 가능 부속제 및 첨가제로는 윤활제, 접착제, 소수성 또는 친수성제, 화염보호제, 생물파괴제, 쥐약, 방향제등이 있다. 또한, 폐종이 파쇄물 뿐만아니라 천연섬유, 재가공 울 및 재가공 면등의 직물 절단의 가공 또는 재가공중에 축적되는 천연 및 생물학적으로 분해가능한 충진제를 포함하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 성형체는, 출발물질이, 셀룰로오스 아세테이트 분획이 결합제의 기능을 충족시키고 대부분 융합상을 형성하는, 결합물질로 가공되는, 이하에 기재된 발명에 따른 방법과 더불어 제조된다.

본 발명에 따른 성형체의 제조를 위하여, 셀룰로오스 아세테이트를 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유와 약 10:90 내지 90:10 의 중량비로 혼합하고, 총함습량을 혼합물내 셀룰로오스 아세테이트의 총량에 대하여 약 3 중량% 이상으로 조정하고, 상기 혼합물을 약 220° 내지 280℃ 의 온도 및 30 - 150 바의 압력으로 성형한다. 상기 언급된 셀룰로오스 아세테이트 대 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유의 중량비는 약 15:85 - 85:15, 특히 25:75 - 60:40 이다. 만일 비율이 10:90 의 하한치 미만으로 떨어지면, 셀룰로오스 아세테이트의 양은 셀룰로오스 섬유를 합성물질내에 충분히 단단하게 잡아두기에 충분하지 않다. 만일 약 90:10 의 상한치를 초과하면, 셀룰로오스 섬유의 원하는 강화 기능이 많은 정도 손실된다.

출발 물질은 주변온도에서 혼합되는 것이 바람직하고 이후에 상기 공정 조건을 실시한다. 성형은 약 240 - 270℃ 의 온도 및 약 50 - 130 바의 압력에서 일어나는 것이 바람직하다. 약 30 - 150 바의 압력범위를 유지하는 것은 본 발명에 필수적이며 하기와 같이 설명될 수 있다 : 약 30 바 미만의 압력은 셀룰로오스 아세테이트가 충분히 잘 흐를 수 없으므로 성형체내에 균일하게 존재하지 않는 결과를 초래하며, 반면에 약 150 바의 압력을 초과하면 고도의 기술적 비용이 요구된다는 단점이 있다. 셀룰로오스 아세테이트를 충분히 융합시키기 위하여, 압력하에서 성형중 최소한 약 220℃ 의 온도에 이를 것이 요구된다. 만일 280℃ 의 상한을 초과하면, 셀룰로오스 아세테이트가 열손상을 받는 결과를 초래한다.

셀룰로오스 아세테이트는 어떤 형태로든 특정 강화성분 또는 다른 첨가제와 혼합될 수 있다. 기본적으로, 다른 분야에서 공지되고 시험된 모든 사용 형태가 사용될 수 있다. 사용에 적합한 형태로는 예를 들어 분말, 가루로 만든 벌크 또는 과립, 특히 서로 다른 길이 및 단면의 섬유, 또는 셀룰로오스 아세테이트막의 리본이 있다. 또한, 포일 또는 막 또는 섬유웹과 같은 편평한 구조 형태로 결합제를 사용하는 것도 가능하다. 최종적으로, 각각의 경우에서 결합제는 액상, 용액 또는 분산액으로부터 도입될 수도 있다.

본 발명에 따른 성형체의 언급된 출발물질을 혼합하기 위하여, 합성물 생산의 모든 공지된 방법이 원칙적으로 적합하다. 합성 성분의 특정 성질에 기인하여, 몇몇 혼합 방법이 특히 바람직하다. 떠라서, 중합체 합성의 통상적인 방법, 예를 들어 압출기, 여과기, 반죽기 또는 압연기와 같은 방법이 가능하다. 성형전에 이미 결합물질 성분의 열 및 기계적 로딩이 일어날 수 있기 때문에, 결합제로서 작용하는 셀룰로오스 아세테이트가 현저한 열영향을 받지 않는 혼합 방법이 특히 유리하다.

예형의 제조 또는 특정 성질을 갖는 프로파일의 제조를 위하여, 용액 또는 분산액으로 충만 또는 막 및/또는 섬유웹과 같은 시트 형태의 성분을 적층에 의한 또는 샌드위치 또는 막-스태킹 방법에 따른 결합이 특히 적합하다. 본 발명에 따른 가능한 물성의 관점에서, 셀룰로오스 아세테이트를 분말 또는 섬유 형태의 특정 강화물질에, 예를 들어 섬유 혼합스테이션내에서 혼합 및 분산방법에 의하여 또는 다양한 웹 형성 방법중 하나의 범위내에서 첨가하는 것이 특히 바람직하다. 소면기 또는 소모기상에서의 기계적 웹 형성, 기체역학적 웹 형성 및 유체역학적 웹 형성 또는 종이 방법이 특히 바람직하다.

적용된 혼합 방법에 따라 혼합과정후에 서로 다른 성질의 출발물질이 사용가능하다. 예를 들어, 압출기상에서 또는 막-스태킹 방법에서의 합성으로 단단하고 고형의 생성물이 수득된다. 모든 경우에서 이들은 이후의 공정을 위하여 과립화되거나 또는 직접 판, 프로파일 또는 마감재로 성형될 수도 있다. 섬유 혼합을 통하여 또는 웹 형성 과정에서, 방법에 따라, 모든 경우에서 예를 들어, 절연목적 또는 반마감물로 사용되거나 더 가공되어 목적물을 생산할 수 있는 느슨하거나 고형 매트가 수득된다. 생물학적 분해를 제외한 본 발명에 따른 성형체의 현저히 유리한 성질은 그들이 실제로 원칙적으로 열가소성 물질을 함유하며 또한 그들로 트레이스-백 (trace-back) 될 수 있는 장점을 갖고 있으나 열가소성은 오직 특정 공정 조건하에서만 수득된다는 사실이다. 반면에, 일상적인 조건하에서의 생성물은 실제적으로 사용중에 열가소성을 나타내지 않으며 결과적으로 로드하에서 월등한 열안정성을 갖는다.

특정 공정 조건하에서의 본 발명에 따른 결합물질은 필요한 양호한 성형성질을 가지며, 특히 성형 온도 및 성형 압력이 합성물의 특정 요구에 적합해야만 한다. 물론, 공정중 물질 습도도 관련이 있다. 예를 들어, 출발물질의 총 함습량은 출발물질내에 사용된 셀룰로오스 아세테이트의 총량에 대하여 약 3 중량% 이상 되어야 한다.

상기 량은 잠재적으로 약 20 중량% 일 수 있으며 일반적으로 약 3 - 5 중량% 범위내의 특히 양호한 수치가 수득된다. 일반적으로, 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유는 혼합중에 총 함습량의 상기 조건을 충족시키기 위하여 필요한 함습량을 이미 갖고 있다. 예를 들어, 문헌 [DIN 50 014] 에 따라, 20℃, 65% 주변 습도의 정상 기후 조건하에서, 아마는 8 - 10% 의 수분을 포함하고 있다.

또한 셀룰로오스 아세테이트도 치환도 및 특정 기후 조건의 기능으로 특이적 평형 합습량를 포함한다. 원하는 총 함습량은 출발물질을 검사함으로써, 바람직하게는 예를 들어 섬유웹과 같이 이미 혼합된 형태에서, 적절한 온도 및 주변 습도의 기후 챔버내에서 수득될 수 있다. 선택적으로, 섬유웹은, 예를 들어 성형전에 물로 분사함으로써 원하는 함습량을 얻을 수 있다.

이미 명백해진 바와 같이, 본 발명에 따른 성형체는, 그들의 특별한 열 및 기계적 성질에 기인하여, 다방면의 적용에서 유리하게 사용될 수 있다. 이는 특히 예를 들어 측면 패널 또는 문짝 패널 및 지분 천장과 같은 자동차 분야, 포장물질, 절연물질 또는 가구 부문에 적용된다. 또한 본 발명에 따른 성형체는 웹물질, 매트, 판/시트 및 포일/막과 같이, 어떠한 형태의 반제품으로서도 중요하다.

본 발명은 결합수단으로 셀룰로오스 아세테이트 및 강화 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유로 이루어진 성형체, 성형체의 제조방법 및 특정 기술분야에서의 용도에 관한 것이다.

본 발명은 본 발명에 필수적인 특성들에 대하여 표 1 내지 3 으로 나타내어진 몇몇 실시예 및 참조와 더불어 설명될 것이다.

실시예 1 내지 10

표 1 에 나타낸 DS 값의 셀룰로오스 아세테이트 섬유 및 역시 거기에 기재된 섬유량을 사용하였다. 10㎜ 길이의 아마 섬유 및 5㎜ 길이 및 게이지 3 dtex 의 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 웹-웹 장치내에서 섬유웹으로 가공하였다. 치환도 (DS) 가 서로 다른 2 유형의 셀룰로오스 아세테이트를 사용하였다 : DS 2.2 (실시예 1 내지 5) 및 DS 2.5 (실시예 6 내지 10). 아마 섬유의 양은 15 내지 85 중량% 로 다양하다. 상기 웹을 수압프레스내 다층내에서 성형하여 약 2.5㎜ 두께의 판으로 만들었다. 프레스 조건은 260℃, 1분, 120 바였다. 웹의 총 함습량을 성형전 중량의 4% 로 맞추었다. 기계적 성질은 표 1 에 기재하였다.

실시예 11 내지 15

표 2 에 기재된 DS 값의 셀룰로오스 아세테이트 섬유 및 섬유량을 사용하였다. 모든 프레스 판의 섬유량은 50 중량% 였다. 또한, 이와 같이 수득된 성형체의 기계적 성질에 대하여, 표 2 에 참조로 만들었다.

실시예 13 은 실시예 8 에 해당하나, 상기 웹은 웹 설비에서 만들어지기 보다 섬유 길이 : 50㎜ 의 아마 및 셀룰로오스 아세테이트로 소면기를 사용하였다.

실시예 14 및 15 는 실시예 8 에 해당하며, 아마 대신에, 황마 및 종이 섬유 (CTMP) 로 작업하였다.

비교예 1 및 2

상기 물질과 비교를 위하여, 바이오세타 (Bioceta) 를 갖는 셀룰로오스 아세테이트를, 높은 연화제 분획, 웹-웹 설비에서의 제조 및 폴리프로필렌 뿐만아니라 50% 아마로, 아마웹 및 PP 막의 몇몇 층을 샌드위치 구조로 성형하는 막-스태킹 방법에 따라, 압출 캐스팅이 가능한 셀룰로오스 아세테이트로 제조하였다. 아마 분획은 50 중량% 였다. 기계적 데이터는 표 2 에 주어진다. 측정된 비캇온도는 로드하에서 열안정성을 측정한 것이다.

실시예 16 내지 18

표 3 에 기재된 DS 값의 셀룰로오스 아세테이트 섬유 및 섬유량을 사용하였다. 실시예 17 및 18 에 따른 50 및 75 중량% 의 아마를 갖는 프레스 판 뿐만 아니라 실시예 16 에서 순수한 셀룰로오스 아세테이트의 프레스 판을 문헌 [DIN 53 933] 에 따른 흙매립 시험에 따라 45 일간 29℃ 의 물기 있는 흙에 매립하였다. 기계적 성질의 변화 및 중량 손실을 기재하였다. 아마를 가함에 따라 중량 손실은 증가하였다. 이는 생물학적 분해가 보다 빠르게 진행됨을 의미한다.

실시예 19

본 발명에 따른 비교예 1 (CA 바이오세타), 비교예 2 (폴리프로필렌) 및 실시예 12 의 물질로 역동적 기계적 열분석을 수행하였다. 상기 측정 방법에서 한쪽 말단은 단단히 고정시키고 다른 한쪽 말단은 모터를 이용하여 움질일 수 있도록 한 스트립-형 시료를 1 Hz 의 빈도 및 30㎛ 의 높이로 진동시켰다. 시료를 구부리는데 필요한 힘을 측정하여 tanδ 로 나타내었다. 측정중, 시료를 2℃/분의 가열속도로 가열되는 열챔버에 두었다. 시료의 연화는 tanδ 만큼 증가하였다. 도 1 에 온도에 따른 tanδ 의 프로파일을 표시하였다. 상기 데이터를 근거로 하여, ℃ 로 나타낸 연화온도를 결정하여 표 4 에 기재하였다. 176℃ 에서 본 발명에 따른 물질이 가장 높은 연화 온도를 가짐을 알 수 있다.

약자 CA 는 모든 표에서 셀룰로오스 아세테이트를 나타낸다.

실시예	CA 섬유 DS	섬유 분획%	인장강도N/㎜	신장율%	인장시 계수 EN/㎟	요곡강도N/㎟	요곡내 계수 EN/㎟	충격강도mJ/㎟
1	2.2	15	27	2.8	1300	54	2320	4.7
2	2.2	25	30	2.4	1800	51	2600	7.0
3	2.2	50	43	2.0	3300	64	4300	12.1
4	2.2	75	52	2.1	3400	63	4300	18.3
5	2.2	85	44	2.5	3300	73	6700	14.8

6	2.5	15	27	2.7	1380	50	2300	4.5
7	2.5	25	30	1.9	1500	50	2300	6.2
8	2.5	50	43	2.2	2800	72	3800	15.8
9	2.5	75	52	2.0	3900	80	5400	11.2
10	2.5	85	44	2.0	3600	70	3700	12.2

(섬유 또는 충진제 분획 50 중량%)

실시예	CA섬유DS	섬유 또는 충진제	인장강도N/㎜	신장율 %	인장시 계수 EN/㎟	요곡강도N/㎟	요곡내 계수 EN/㎟	충격강도mJ/㎟	비캇온도℃
11	2.2	아마	43	2.0	3300	64	4300	12.1	191
12	2.5	아마	45	2.2	2800	72	3800	15.6	195
13	2.5	아마 소면	31	1.4	3200	87	5600	14.3
14	2.5	황마	33	1.5	2700	55	4650	4.8
15	2.5	종이	42	2.5	2550	73	3650	5.5
비교예						64[SIC]
1	CA 바이오세타	아마	43	2.5	2500	44	3400	17.5	125
2	폴리프로필렌	아마	52	5.5	2000	82	4700	36.0	130

매립 시험 (100% 출발값에 대한 성질의 비율변화, 매트릭스 : DS = 2.5 의 셀룰로오스 아세테이트, 45일간의 매립)

실시예	아마분획 %	인장강도변화 %	인장시 계수 E 의 변화 %	파열시 길이의 변화 %	중량손실 %
16	0	127	92.0	150	0.5
17	50	59	52.0	142	7
18	75	48	39.0	150	15

실시예	연화 온도 ℃
비교예 1	65
비교예 2	130
실시예 12	176

주 :

다양한 성질들은 하기 DIN 번호에 따라 측정되었다 :

인장강도 : DIN 53 455

인장시 탄성 계수 : DIN 53 457

요곡강도 : DIN 53 452

요곡시 탄성 계수 : DIN 53 457

파열시 신장 : DIN 53 455

충격강도 : DIN 53 453

Claims

셀룰로오스 아세테이트가 약 1.2 내지 2.7 의 치환도 (DS) 를 갖고 성형체가 약 160℃ 이상의 비캇 (Vicat) 온도를 갖고, 셀룰로오스 아세테이트 대 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유의 중량비가 약 10:90 내지 90:10 인 사실을 특징으로 하는, 결합제로서 셀룰로오스 아세테이트 및 강화 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유를 기재로 하는 결합제를 함유하는 성형체.
(정정) 제 1 항에 있어서, 셀룰로오스 아세테이트의 치환도 (DS) 가 약 1.8 내지 2.6 인 사실을 특징으로 하는 성형체.
(정정) 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 셀룰로오스 아세테이트 대 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유의 중량비가 약 15:85 내지 85:15 인 것을 특징으로 하는 성형체.
(정정) 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 비캇 온도가 약 170℃ 이상인 것을 특징으로 하는 성형체.
(정정) 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 셀룰로오스 아세테이트의 중합도 (DP) 가 약 140 내지 270 인 것을 특징으로 하는 성형체.
(정정) 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유가 약 0.2㎜ 내지 100㎜ 의 평균 섬유 길이 및 약 8 내지 100 ㎛ 의 평균 단면 지름을 갖는 것을 특징으로 하는 성형체.
(정정) 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유가 카폭, 사이잘 삼, 황마, 아마, 코코넛, 감보, 아바카, 뽕나무 사관부, 대마, 래미 및/또는 면섬유의 형태인 것을 특징으로 하는 성형체.
(정정) 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 광물질을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 성형체.
제 8 항에 있어서, 광물질이 탄산칼슘, 황산칼슘, 이산화규소 및/또는 규산염알루미늄인 것을 특징으로 하는 성형체.
(정정) 제 8 항에 있어서, 광물질이 약 5 - 50 중량% 의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 성형체.
(정정) 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 발색제를 함유하는 것을 특징으로 하는 성형체.
제 11 항에 있어서, 발색제가 안료, 특히 백색 안료인 것을 특징으로 하는 성형체.
(정정) 제 11 항에 있어서, 발색제가 약 0.1 - 1 중량% 의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 성형체.
(정정) 셀룰로오스 아세테이트가 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유와 약 10:90 - 90:10 의 중량비로 혼합되고, 총 함습량이 혼합물내의 셀룰로오스 아세테이트의 총량에 대하여 약 3 중량% 이상으로 조정되고, 상기 혼합물을 약 220 내지 280℃ 의 온도 및 약 30 내지 150 바의 압력에서 성형시키는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 따른 성형체의 제조 방법.
제 14 항에 있어서, 출발물질이 주변온도에서 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
(정정) 제 14 항에 있어서, 성형이 약 240 내지 270℃ 의 온도 및 약 50 내지 130 바의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
(삭제)
(신설) 제 1 항에 있어서, 셀룰로오스 아세테이트의 치환도 (DS) 가 약 2.1 내지 2.5 인 사실을 특징으로 하는 성형체.
(신설) 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 셀룰로오스 아세테이트 대 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유의 중량비가 약 25:75 내지 60:40 인 것을 특징으로 하는 성형체.
(신설) 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 비캇 온도가 약 180 내지 200℃ 인 것을 특징으로 하는 성형체.
(신설) 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 셀룰로오스 아세테이트의 중합도 (DP) 가 약 170 내지 250 인 것을 특징으로 하는 성형체.
(신설) 제 6 항에 있어서, 약 3 내지 30㎜ 의 평균 섬유 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 성형체.
(신설) 제 6 항에 있어서, 약 10 내지 30 ㎛ 의 평균 단면 지름을 갖는 것을 특징으로 하는 성형체.
(신설) 제 8 항에 있어서, 광물질이 약 10 - 20 중량% 의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 성형체.
(신설) 제 14 항에 있어서, 셀룰로오스 아세테이트가 천연 셀룰로오스 섬유 또는 천연 셀룰로오스-함유 섬유와 약 15:85 - 85:15 의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.