KR100826000B1 - 복합 조성물 - Google Patents
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Abstract
열가소성 플라스틱 중합체, 셀룰로오스, 무수물 부를 포함하는 결합제, 및 카르복실산의 알킬 에스테르를 포함하는 윤활제를 포함하는 성형 물품 형성용으로 매우 적합한 복합체가 개시된다. 바람직하게 상기 윤활제는 실질적으로 아연 스테아레이트를 함유하지않는다.
결합제, 윤활제, 셀룰로오스, 열가소성 플라스틱, 바인더, 목재
Description
본 출원은 미국 가출원 제 60/284131(2001,4,16 제출)과 관련되며 우선권을 주장한다.
본 발명은 열가소성플라스틱 중합체 및 셀룰로오스 섬유를 포함하는 복합 조성물, 이러한 복합 조성물용 윤활제/결합제, 및 이러한 조성물로부터 형성된 구성 요소 및 구성체에 관한 것이다. 본 발명의 복합체는 구성 요소로 형성되는 경우 목재 대체물로 사용하기에 매우-적합하다.
유기 수지 및 필러를 포함하는 복합 물질은 알려져 있으며 여러해동안 사용되어왔다. 예를들어, 자연 목재와 같은 외형 및 느낌을 나타내는 물질을 찾고자하는 요구가 있어왔다. 이러한 요구의 이유중 하나는 세계의 삼림으로부터 제한된 공급물의 건축용 천연 목재를 보존하기위한 노력과 관련되어 있다. 다른 이유는 특정 복합 물질이 특정 견지에서 천연 목재보다 우수한 특성을 나타낼 수 있기 때문이다. 예를들어, 복합 물질을 증강된 내수성을 갖는 합성 목재로 제조하는 것이 가능하다.
건축시 목재 생산품의 도매 사용과 관련된 일반적 비용 및 어려움에 부가적으로, 일반 보드 제조시 많은 목재가 폐기물로 된다. 재목 생산기가 수확된 나무를 구조물 제조에 사용하기위한 연장된 보드 및 두꺼운 판자의 수집으로 전환함에 따라 실질적인 양의 톱밥이 가지 등과 같은 펄프 재료와 함께 생성된다. 따라서 여러가지 바인더 물질과 함께 목재 섬유 혹은 입자를 이용하여 천연 목재에 대한 대체물로 생산물을 제조하기위한 시도가 이루어져왔다. 이러한 생산물은 유용하며 일반적으로 "섬유판(firber board)" 혹은 "파티클 보드"로 알려져 있다. 또한, 목재 입자 혹은 섬유를 플라스틱 바인더와 함께 사용하는 경우 소위 플라스틱 목재가 생성된다. 결과적으로, 셀룰로오스 및 이와 관련된 물질이 일반적으로 복합체용으로 매우 바람직하며 특히 목재 대체물로 사용하는 복합체용으로 매우 바람직하다.
이러한 복합체 물질의 제조 및 효과와 관련된 한 문제는 셀룰로오스성 섬유 및 열가소성 플라스틱 바인더를 강하게 부착시키는 능력이다. 필러와 수지 혼합물 사이의 접착 안정성은 이러한 물질이 알려져있는 한 이들 물질의 분해 및 감퇴의 공급원으로 인지된다. U.S. 특허 제 5,981,067에 보고된 바와 같이, 이러한 문제를 해결하는 한 해결방안은 중합체-섬유 혼화성, 즉 중합체와 섬유가 혼합되고 그리고/또는 서로 접착되는 경향을 증진시키는 것과 관련된다. U.S. 특허 제 5,120,776에는 중합체 매트릭스에서 섬유의 결합 및 분산성을 향상시키기위해 무수 말레산 혹은 무수 프탈산으로 예비처리된 셀룰로오스 섬유를 개시하고 있다. 또한 이와 관련된 것으로 "Surface modification of wood fibers using maleic anhydride and isocyanate as coating components and their performance composites"(Maldas 및 Kokta, Journal Adhesion science Technology, 1991, pp.1-14)가 있다.
복합 물질 제조용으로 무수말레산-기초 결합체가 제시된 바 있으나, 이는 상업적 적용시 이러한 물질의 사용이 성공하지 못한 것으로 여겨진다.
복합 조성물의 상업적 적용처는 종종 성형, 압출 등에 의한 이러한 물질의 성형을 포함한다. 이러한 수행이 상업적으로 경쟁적인 환경하에서 실질적으로 효과를 나타내려면, 그 공정은 상대적으로 고 속도로 최소의 작업 문제를 가지고 수행될 필요가 있다. 이러한 목적에 있어서, 이들의 공정을 보조하기위해 복합 조성물에 첨가체의 사용이 실질적으로 필수적이다. 보통 사용되는 공정 보조제는 윤활제 혹은 이형제이며, 이는 이러한 복합체가 상업적으로 수용가능한 속도로 효과적인 공정이 이루어지도록 한다. 금속 스테아레이트 및 특히 아연 스테아레이트는 종종 열가소성플라스틱 중합체 및 셀룰로오스 필러를 포함하는 복합체를 위한 윤활제 패키지에 사용된다. 참조예 U.S. 특허 제6,180,257 B1(col.,2,11.26-28).
본 발명은 새로운 윤활제 조성물, 새로운 복합 조성물, 새로운 구성 요소 및 새로운 제조방법을 포함하는 여러가지 견지를 갖는다. 이러한 각 견지는 특정 윤활제 및 특히 금속 스테아레이트와 같은 금속 카르복실레이트 윤활제는 특정의 원하여지는 결합제의 성능에 부정적인 영향을 줄 수 있다는 본 발명자에 의한 인지, 및 특정 윤활제는 이러한 결합제와 상승적 방식으로 작용하여 예기치않게 우수한 성능을 나타낸다는 발견으로부터 최소 부분적으로 나온다.
본 출원인은 중합체(바람직하게 열가소성 플라스틱 중합체), 셀룰로오스, 카 르복실 작용기(예, 무수물 부)를 포함하는 결합제, 및 친전자성 작용기(예, 카르복실산의 알킬 에스테르 혹은 그 작용성 유도체)를 포함하는 윤활제를 포함하는 조성물이 성형 물품 형성용으로 매우 적합함을 발견하였다. 매우 바람직한 구체화에 따라, 상기 윤활제는 금속 스테아레이트와 같은 길항적인 양의 금속 카르복실레이트를 함유하지않으며, 금속 스테아레이트와 같은 금속 카르복실레이트가 실질적으로 존재하지않는다. 본 명세서에 사용된 용어 길항적 양이란 이러한 어느 금속 카르복실레이트를 사용하지않은 동일한 복합체와 비교하여 복합체의 특성(특히 압출성과 같은 공정 특성)에 명목상의 부정적인 영향이상을 갖는 금속 카르복실레이트의 양을 가리킨다.
본 발명은 또한 알킬 에스테르 및 아미드 에스테르를 포함하는 윤활제 조성물을 제공한다.
본 발명의 방법은 본 발명의 복합체를 바람직하게는 상기 복합체를 압출하여 성형 물품으로 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 고속으로 성형 물품으로 제조될 수 있는 복합 조성물에 관한 것으로 특히 원하는 강도 특성을 나타내는 구성 요소에 관한 것이다. 일반적으로, 상기 조성물은 바람직하게 열가소성 플라스틱 중합체 약 10-50중량부, 셀룰로오스 섬유 약 50-90중량부, 유효량의 결합체 및 본 발명에 따른 유효량의 윤활제를 포함한다. 본 명세서에 사용된, 용어 유효량이란 상기 조성물의 상응하는 성능에 있어서 주목할만한 그리고 바람직하게 실질적인 향상을 나타내는 어느 양을 가리킨다. 따라서, 결합제와 관련하여 유효량의 결합제는 열가소성 플라스틱과 셀룰로오스 섬유사이의 혼화성 및/또는 접착성에 있어서 주목할만한 향상을 나타내며, 이는 이에 한정되는 것은 아니지만 전형적으로 성형된 물품의 인장강도 향상이 될 것이다. 윤활제와 관련하여 유효량은 상기 조성물의 공정성에 있어서 주목할만한 향상을 나타내며, 이는 이에 한정되는 것은 아니지만 조성물이 효과적으로 바람직하게는 압출되어 성형 물품으로 형성될 수 있는 속도 및/또는 효율의 향상이 될 것이다.
특정 바람직한 구체화에 의하면, 상기 조성물은 바람직하게 열가소성 플라스틱 중합체 약 20-40중량부, 보다 바람직하게 약 25-35중량부, 셀룰로오스 섬유 약 50-80중량부, 보다 바람직하게 약 50-65중량부, 결합제 약 1-5중량부 및 윤활제 약 1-5중량부를 포함한다.
본 발명의 바람직한 구체화는 종래 기술의 조성물에 비하여 예기치않게 향상된 성능을 갖는 성형 물품을 생성한다. 보다 상세하게, 무수말레산-기초 결합제 및 본 발명에 따른 윤활제를 포함하는 바람직한 복합 조성물은 일반적으로 사용되는 종래 기술의 윤활제 아연 스테아레이트를 실질적인 양으로 함유하는 동일한 조성물에 비하여 최소 약 25상대 퍼센트, 보다 바람직하게 최소 약 50 상대 퍼센트 우수한 인장강도를 나타내는 인장강도 특성을 갖는 성형 물품을 생성한다. 본 발명의 바람직한 복합 조성물은 최소 약 2000psi, 보다 바람직하게 최소 약 2500psi, 그리고 보다 바람직하게는 3000psi의 인장강도를 나타낸다.
본 발명, 특히 본 윤활제 조성물의 다른 실질적이며 예기치않은 잇점은 본 윤활제의 향상된 공정 성능에 기인한 비용 장점이다. 특히, 본 윤활제는 성형성, 특히 상기 복합 조성물의 압출성에 있어서 보다 효과적이다. 이러한 향상은 본 발명의 조성물은 동일한 공정 속도를 달성하기위해 종래 기술에서 필요로하는 적재량의 약 90 상대 퍼센트이하, 보다 바람직하게 약 75상대 퍼센트이하의 윤활제 적재량을 가지고 실질적으로 종래 기술의 아연 스테아레이트 윤활제를 이용하는 경우와 동일한 속도로 형성될 수 있다는 사실에 의해 입증된다.
열가소성플라스틱 중합체
실질적으로 어느 열가소성 플라스틱 중합체가 본 발명에 따른 사용에 적용될 수 있을 것으로 예측된다. 예를들어, 본 발명에 유용한 열가소성플라스틱 중합체는 폴리아미드, 폴리비닐 할라이드, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리페닐렌 술피드, 폴리옥시메틸렌, 스티렌 중합체 및 폴리카보네이트를 포함할 수 있다. 특히 바람직한 것은 폴리올레핀 중합체이다.
실질적으로 열가소성플라스틱 중합 물질에 대한 중요 요건은 용융물이 셀룰로오스 섬유와 혼합될 수 있으며 열가소성플라스틱 공정시 압출 혹은 성형에 의해 성형 물품으로 효과적으로 형성될 수 있는 충분한 열가소성플라스틱 특성을 보유하는 것이다. 따라서 이러한 본질적 특성에 해로운 영향을 주지않는한 소량의 열경화성 수지가 본 발명의 조성물에 포함될 수 있다. 천연 및 재생(폐기) 중합체 모두가 사용될 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어 폴리올레핀은 불포화 지방족 탄화수소의 호모중합체, 공중합체 및 변형된 중합체를 칭한다. 바람직한 폴리올레핀중에서 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌이 가장 바람직하다. 특히 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이 바람직하다. 경제적 및 환경적 이유로 병 및 필름으로부터 얻어진 HDPE의 리그라인드가 바람직하다.
셀룰로오스 섬유
본 발명의 조성물은 셀룰로오스를 함유하는 필러를 포함한다. 필러 성분은 강화(고 애스펙트 비율) 필러, 비-강화(저 애스펙트 비율) 필러 및 강화 및 비-강화 필러의 조합을 포함하여 구성될 수 있다. 애스펙트 비율은 필러 입자의 길이대 유효 직경의 비율로 정의된다. 고 애스펙트 비율은 잇점, 즉, 동일한 수준의 필러 함량에 있어서 보다 높은 강도 및 모듈러스를 제공한다. 유리 섬유, 탄소 섬유, 탤크, 미카, 카올린, 칼슘 카보네이트 등과 같은 무기 필러가 임의로 셀룰로오스에 대한 보충제로 포함될 수 있다. 또한, 중합 섬유를 포함하는 다른 유기 필러가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 셀룰로오스 필러는 저 비용 및 가벼운 무게, 고강도 열역학 혼합기에서 공정후 고 애스펙트 비율를 유지하는 능력 및 저 연마 특성(따라서, 기계수명을 연장시킴)과 같은 다른 이유때문에 특히 중요하고 바람직하다. 셀룰로오스는 목재/삼림 및 농작 부산물을 포함하는 어느 공급원으로부터 유래될 수 있다. 셀룰로오스 섬유는 경성 목재 섬유, 연성 목재 섬유, 헴프, 주트, 왕겨, 밀짚, 및 이들의 둘 또는 그 이상의 조합을 포함할 수 있다. 특정 구체화로, 상기 셀룰로오스는 경성 목재에 실질적인 비율로 존재하는 것과 같이 바람직하게 고 애스펙트 비 율 섬유를 포함한다. 그러나, 이러한 고 애스펙트 비율 섬유는 일반적으로 공정하기에 보다 어려워 공정 속도 및 효율이 특히 중요한 고려대상인 구체화에서는 덜 바람직할 수 있다.
결합제
본 명세서에 사용된, 용어 결합제는 셀룰로오스 입자 및 열가소성플라스틱 중합체의 분산 및/또는 혼화를 촉진하는 경향이 있는 화합물 혹은 조성물을 칭한다. 일반적으로, 친전자성 작용기, 특히 카르복실 작용기를 갖는 유기 중합체를 포함하는 화합물이 이러한 목적에 잠재적으로 효과적인 것으로 발견되었으며, 이러한 모든 화합물은 본 발명에 따른 사용에 적용가능한 것으로 예측된다. 바람직한 유기 화합물은 무수말레산 작용기를 갖는 중합체를 포함한다.
무수말레산 작용기를 갖는 다수의 화합물이 본 명세서에 기재된 가르침의 견지에서 본 발명에 따라 사용될 수 있을 것으로 예측되며, 이러한 화합물 모두 혹은 그 조합이 본 발명의 범위내에 포함된다. 특정 구체화로, 작용화된 중합체, 특히 말리에이티드 폴리올레핀 중합체가 바람직하다.
이 기술분야의 숙련자는 본 출원에 기재된 기술로부터 올바르게 인식하게 될것이므로, 특정 목적 및 본 발명에 따라 사용되는 작용화된 중합체의 특성은 다수 적용처의 특정 요구를 도모하기위해 다양하게 변할 수 있다. 그러나, 일반적으로 본 출원인은 상기 복합체의 최소 일부의 열가소성 플라스틱 중합체와 일반적으로 일치하는 백본을 갖는 작용화된 중합체를 선택하는 것이 종종 바람직함을 발견하였 다. 예를들어, 열가소성플라스틱 중합체가 폴리에틸렌인 본 발명의 구체화에서, 결합제로서 작용화된 폴리에틸렌을 이용하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 열가소성 플라스틱 중합체가 폴리프로필렌을 포함하는 구체화에 대하여, 결합제로서 작용화된 폴리프로필렌을 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 출원인은 두가지 모두 다른 폴리올레핀 중합체, 보다 바람직하게 C2-C4 폴리올레핀, 보다 바람직하게는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 함께 사용하는 매우 효과적인 결합제를 놀랍게도 발견하였다. 본 발명의 구체화에 있어서, 광범위한 종류의 복합 조성물에 고도의 효율로 사용될 수 있는 결합제를 갖는 것이 바람직하며, 본 출원인은 말리에이티드 폴리프로필렌 중합체, 특히 약 10,000-15,000의 분자량 및 중합체 사슬당 평균 약 1.5-2.5 무수말레산 작용기를 갖는 폴리프로필렌을 이용하는 것이 바람직함을 발견하였다. 열가소성 플라스틱 중합체가 폴리올레핀을 포함하는 구체화에 있어서 보다 일반적으로, 결합제는 작용화된 폴리올레핀, 바람직하게 작용화된 폴리에틸렌, 작용화된 폴리프로필렌, 및/또는 작용화된 폴리에틸렌과 약 10,000-25,000(보다 바람직하게 약 10,000-20,000)의 분자량 및 중합체 사슬당 평균 약 0.6-3(보다 바람직하게 약 0.8-2.5) 무수말레산 작용기를 갖는 작용화된 폴리프로필렌의 조합을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 작용화된 폴리올레핀은 예를들어, A-C 1221, 597, 596 및 575의 상품명으로 판매되는 Honeywell International로부터 이용가능하다. 또한, 작용화된 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌은 U.S. 특허 제 3,882,1945, 4,404,312 및 5,001,197에 개시되어 있다.
특정 구체화에서 실란 결합제(들) 단독 혹은 다른 바람직한 결합제와 결합하여 사용하는 것이 바람직할 수 있음이 예측된다. 물론 본 명세서에 기술된 바람직한 결합제에 부가적으로 혹은 특정 경우에 대체물로서, 본 명세서에 특별히 언급하지않았지만 알려진 혹은 이 기술분야의 숙련자에게 알려지게되는 다른 효과적인 결합제가 사용될 수 있다.
윤활제
본 발명의 조성물은 효과적인 양의 윤활제 혹은 윤활제 패키지(package)를 포함한다. 일 구현에 있어서, 상기 윤활제는 알킬 에스테르를 포함한다. 폴리올(즉, 폴리하이드록실 화합물)을 하나 혹은 그 이상의 모노- 혹은 폴리-베이직(basic) 카르복시산 혹은 카르복시산 작용기와 반응시켜 형성된 폴리올 에스테르가 특히 바람직하다.
폴리올은 일반적인 화학식 R(OH)n으로 표시되며, 이 때, R은 어떠한 지방족 혹은 고리-지방족 하이드로카빌기(바람직하게는 알킬)이며, n은 최소 2이다. 상기 하이드로카빌기는 약 2~20개 혹은 그 이상의 탄소원자를 함유할 수 있으며, 또한 상기 하이드로카빌기는 염소, 질소 및/혹은 산소원자와 같은 치환체를 함유할 수 있다. 폴리하이드록실 화합물은 일반적으로 하나 혹은 그 이상의 옥시알킬렌기를 함유할 수 있으며 이에 따라, 상기 폴리하이드록실 화합물은 폴리에테르폴리올과 같은 화합물을 포함한다. 카르복시에스테르를 형성하기 위해 사용되는 폴리하이드 록실 화합물에 함유된 탄소 원자의 수(즉, 탄소수, 이 때, 본 발명에서 사용되는 용어 탄소수는 산 혹은 알콜에서의 탄소 원자의 총수를 의미한다.) 및 하이드록시기수(즉, 하이드록실수)가 광범위하게 변화될 수 있다.
다음 알콜: 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 트리메틸올부탄, 모노-펜타에리쓰리톨, 공업용 펜타에리쓰리톨, 및 디-펜타에리쓰리톨과 같은 폴리올이 특히 유용하다. 가장 바람직한 알콜은 공업용(예를 들어, 약 88% 모노-, 10% 디-, 1~2% 트리-펜타에리쓰리톨) 펜타에리쓰리톨, 모노펜타에리쓰리톨, 및 디-펜타에리쓰리톨이다.
바람직한 카르복시산은 바람직하게는 아디프산 및 스테아르산을 포함하는 어떠한 C2~C20 모노- 및 디-산을 포함한다.
또한, 카르복시산의 작용성 유도체가 윤활작용제를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리베이직 산의 무수물이 에스테르가 형성되는 경우 폴리베이직 산 대신에 사용될 수 있다. 이는 예를 들어, 숙신산 무수물, 글루타르산 무수물, 아디프산 무수물, 말레산 무수물, 프탈산 무수물, 트리멜리트산 무수물, 나드산 무수물, 메탈나드산 무수물, 헥사하이드로프탈산 무수물, 스테아르산 무수물, 및 폴리베이직 산의 혼합된 무수물을 포함한다. 본 발명에 따른 특히 바람직한 윤활제 화합물은 본 발명에 참고문헌으로 편입된 미국 특허 제 4,487,874 및 6,069,195에 개시된 복합체 에스테르이다.
본 발명의 바람직한 알킬 에스테르는 다음 화학식 1의 알킬 에스테르의 혼합물을 포함하며,
[화학식 1]
상기 식에서,
R은 독립적으로 수소 혹은 C(O)R'이며, R의 최소 하나는 -C(O)R'이며;
R'은 수소, 약 3~18개의 탄소원자를 갖는 불포화 혹은 포화된 알킬 사슬 혹은 C(O)-X-COOH이며; 그리고
X는 불포화 혹은 포화된 알킬 사슬이며, 이는 약 3~18개의 탄소원자를 갖는 모노- 혹은 폴리-가(valent)일 수 있다.
바람직하게, 상기 알킬 에스테르는 펜타에리쓰리톨 아디페이트-스테아레이트를 포함하며, 이는 화학식 1의 알킬 에스테르의 혼합물이며, 이 때, 유기부분의 약 14%가 아디프산으로부터 유도된 C(O)-X-COOH 부분이며, 유기 부분의 약 71%가 스테 아르산 및 이와 관련된 산(주로 팔미트산)으로부터 유도된 -C(O)R'부분이다. 이러한 물질은 Honeywell International Inc의 상표 RL 710으로 판매된다.
또한, 본 발명에 따른 윤활제 패키지는 본 발명에 참고문헌으로 편입된 미국 특허 제 3,578,621에 개시된 바와 같이 바람직하게는 카르복시아미드 왁스, 보다 바람직하게는 스테아르아미드 왁스를 포함한다. 에틸렌비스 스테아르아미드("EBS")가 특히 바람직하다.
알킬 에스테르 및 아미드 왁스가 윤활제 패키기에서 상대적으로 광범위한 농도로 사용될 수 있는 것으로 고려되기는 하나, 알킬 에스테르 대 아미드 왁스의 중량 비율이 약 30:1~1:1이 바람직하며, 보다 바람직하게는 20:1~2:1인 것이 바람직하다.
바람직한 구현에 따라서, 윤활제 패키지는 금속 카르복실레이트를 약 25중량% 이하, 보다 바람직하게는 금속 카르복실레이트를 10중량% 이하, 가장 바람직하게는 금속 카르복실레이트가 실질적으로 없는 것이다. 가장 바람직한 구현에 따라서, 상기 윤활제 패키지는 아연 스테아레이트를 약 25중량% 이하, 보다 바람직하게는 아연 스테아레이트를 약 10중량% 이하, 가장 바람직하게는 아연 스테아레이트가 실질적으로 없는 것이 바람직하다.
복합체 조성물에 대하여, 일반적으로 상기 복합체는 금속 카르복실레이트를 0.5중량% 이하, 보다 바람직하게는 금속 카르복실레이트를 0.25중량% 이하로 함유하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 복합체는 아연 스테아레이트를 0.5중량% 이하, 보다 바람직하게는 아연 스테아레이트를 0.25중량% 이하로 함유하는 것이 바람직하다.
특정한 구현에 따라서, 상기 윤활제는 수소화된 캐스터 오일을 포함한다.
첨가제 패키지
본 발명의 일견지는 이로운 처리 및 최종-용도 특성을 갖는 복합체 조성물의 형성에 있어서 유용한 첨가제 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게, 상기 첨가제 패키지는 최종 생성물의 강도 특성을 손상시키지 않으면서 복합체의 처리 특성을 향상시키며 몇몇 경우에는 이를 증가시키는 효과적인 윤활제 및/혹은 결합제의 특정한 혼합물을 포함한다.
특정 바람직한 구현에 있어서, 상기 첨가제는 금속 카르복실레이트의 길항 양(antagonistic amount) 미만을 함유하는 윤활제이다. 본 발명에 따른 특히 바람직한 윤활제는 실질적으로 금속 카르복실레이트가 없는 것이며, 이는 알킬 에스테르 및/혹은 수소화된 캐스터 오일을 주요 중량부분 그리고 카르복시아미드 왁스를 부수적인 중량 부분으로 포함한다. 특정한 구현에 있어서, 상기 윤활제 패키지는 폴리올레핀, 바람직하게 폴리에틸렌 혹은 폴리프로필렌 및 보다 바람직하게는 실질적으로 선형인 폴리에틸렌 혹은 폴리프로필렌을 부수적인 중량 부분으로 포함한다. 특정한 바람직한 구현에 있어서, 상기 윤활제 조성물은 알킬 에스테르, 수소화된 캐스터 오일 및 이들의 둘 또는 그 이상의 혼합물의 그룹으로부터 선택되는 화합물을 약 80~97중량부, 카르복시아미드 왁스를 약 1~10중량부, 그리고 폴리올레핀을 약 1~10중량부로 포함한다.
본 발명의 윤활제 패키지는 특정한 구현에서 단독으로 유용하게 사용되는 것으로 고려되나, 이는 일반적으로 본 발명에 따른 윤활제/패키지와 본 발명에 따른 결합제/패키지를 포함하는 첨가제 패키지를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 패키지는 본 발명에 따라 상대적으로 광범위한 부분과 혼합될 수 있으며, 일반적으로 윤활제:결합제 중량 비율 1:1 ~ 4:1, 그리고 보다 바람직하게는 특정 구현에 있어서 약 3:2를 갖는 첨가제 패키지를 제공하는 것이 바람직하다.
구조적 맴버
상기한 바와 같이, 본 발명의 조성물은 광범위한 구조적 멤버를 형성하기 위해 사용될 수 있으며, 이러한 모든 구조적 멤버는 본 발명의 광범위한 범주에 속한다. 본 발명의 출원인은 본 발명의 방법 및 조성물이 높은 처리 비용으로 인한 경제적 스탠드 포인트로 부터 실질적으로 실행할 수 없는 혹은 형성하기 어려운 것을 제외하고 구조적 멤버(structural member) 특히 압출된 구조적 맴버의 형성에 사용 될 수 있다는 것을 발견하였다. 보다 상세하게, 도 1내지 3에 있어서, 본 발명은 견고하며 동시에 경량인 구조적 멤버를 포함하는 것을 보여준다. 이러한 경량 구조적 멤버는 구조의 고 횡-단면으로 인해 이전 복합체 조성물로부터 압출에 의해 제조되는 것이 실질적으로 가능하지 않음을 이 기술분야의 기술자는 이해할 것이다. 보다 상세하게, 본 발명의 복합체 조성물은 상대적으로 보다 높은 속도, 경제적인 압출 조건하에서 이러한 높은 표면적 배열의 압출을 허용하는 높은-강도 및 높은 윤활도의 특정한 혼합물을 갖는 것이다. 본 발명의 출원인은 이러한 구조적 멤버를 통상적인 기술에 따라 상업적으로 효율적이며 비용 효율적인 방법으로는 제조하지 못한 것으로 이해한다.
방법
본 발명의 방법은 본 발명에 따라 복합체 조성물을 제공하는 단계 및 상기 조성물을 원하는 형태의 물품으로 제조하는 단계를 포함하는 성형 물품을 제조하는 것에 관한 것이다. 상기 조성물은 본 발명에 참고문헌으로 편입된 미국 특허 제 3,943,079; 4,338,228; 5,886,066; 및 5,997,784에 개시된 단일 복합체 조성물을 형성하기 위해 성분을 결합하여 이 기술분야에 잘 알려진 어떠한 기술에 따라 성분을 결합하여 제공할 수 있다.
또한 제조 단계는 상기 개시된 바와 같이 사출 성형 및 압출을 포함하는 단일 복합체를 성형 물품(shaped article)으로 제조하는 이 기술분야에 잘 알려진 어 떠한 기술을 포함할 수 있다. 압출에 의해 제조되는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일 구체화에 따른 구성 요소의 단면, 반-개요도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구체화에 따른 구성 요소의 단면, 반-개요도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 구체화에 따른 구성 요소의 단면, 반-개요도이다.
비교예 1
본 발명의 비교예는 종래 기술의 항목을 필수적으로 나타내지 않으며, 종래기술의 가장 비슷한 항목보다 본 발명과 비슷한 것이 사실이다. 그럼에도 불구하고, 이 실시예는 본 발명의 우세한 실행을 설명하는 기초로서 제공되는 것이다.
복합체 조성물은 우드 섬유 62중량부("pbw"), HDPE 33pbw, 말레이트된 폴리에틸렌 결합제 2pbw 및 EBS 및 아연 스테아레이트 1:2 중량 비율로 필수적으로 구성된 윤활제 3pbw를 압출 화합하여 제조한다.
복합체 조성물은 알려진 조건하에서 알려진 방법에 의해 성형 물품으로 제조된다. 결과 물품의 인장 강도는 약 2000psi를 나타낸다.
실시예 1
복합체 조성물은 우드 섬유 62.8중량부("pbw"), HDPE 33pbw, 말레이트된 폴리에틸렌 결합제 2pbw, 및 EBS, 아연 스테아레이트 및 펜타에리쓰리톨 아디프-스테아레이트를 1:1:20의 중량비율로 하여 필수적으로 구성되는 윤활제 2.2pbw를 압출 화합하여 제조된다.
복합체 조성물은 비교예와 동일한 조건하에서 동일한 방법에 의해 성형 물품으로 제조된다. 결과 물품은 약 2900psi의 인장 강도를 나타내며, 이는 비교예에 비해 45% 증가를 나타내는 것이다.
실시예 2
복합체 조성물은 우드섬유 62.75중량부("pbw"), HDPE 33pbw, 말레이트된 폴리에틸렌 결합제 2pbw 및 EBS 및 펜타에리쓰리톨 아디페이트-스테아레이트를 2.5:20의 중량비율로 하여 필수적으로 구성되는 윤활제 2.25pbw를 압출 화합하여 제조한다.
복합체 조성물은 비교예와 동일한 조건하에서 동일한 방법에 의해 성형 물품으로 형성된다. 결과 물품은 약 3500psi의 인장강도를 나타내며, 비교에에 비해 75% 증가를 나타내는 것이다.
실시예 3
복합체 조성물은 우드 섬유 62.5중량부("pbw"), HDPE 33pbw, 말레이트된 폴리에틸렌 결합제 2pbw 및 펜타에리쓰리톨 아디페이트-스테아레이트로 필수적으로 구성되는 윤활제 2.5pbw를 압출 화합하여 제조된다.
복합체 조성물은 비교에와 동일한 조건하에서 동일한 방법에 의해 성형 물품으로 제조된다. 결과 물품의 인장 강도는 약 3200psi이며, 이는 비교예에 비해 60% 증가된 것이다.
비교예 2
본 발명의 비교예는 종래 기술의 항목을 필수적으로 나타내지 않으며, 종래기술의 가장 비슷한 항목보다 본 발명과 비슷한 것이 사실이다. 그럼에도 불구하고, 이 실시예는 본 발명의 우세한 실행을 설명하는 기초로서 제공되는 것이다.
복합체 조성물은 우드 섬유 60.5중량부("pbw"), HDPE 33pbw, 말레이트된 폴리에틸렌 결합제 2pbw 및 EBS 및 아연 스테아레이트를 1:2의 중량 비율로 하여 필수적으로 구성되는 윤활제 4.5pbw를 압출 화합하여 제조한다.
복합체 조성물은 알려진 조건하에서 알려진 압출 방법으로 성형 물품으로 제조된다.
실시예 4
우드 섬유 62중량부("pbw"), HDPE 33pbw, 말레이트된 폴리에틸렌 결합제 2pbw 및 EBS 및 펜타에리쓰리톨 아디페이트-스테아레이트를 2.5:20의 중량비율로 하여 필수적으로 구성되는 윤활제 3pbw를 압출 화합하여 제조한다.
복합체 조성물은 비교예 2와 동일한 조건하에서 동일한 방법에 의해 성형 물품으로 제조된다. 비교예 2에 비하여 윤활제의 중량 및 비용을 약 50% 이하로 사용함에도 불구하고 제조 조작은 비교예 2에 대하여 최소한 효과적으로 최소 동일한 제조율을 초과한다.
Claims (18)
- 셀룰로오스 섬유;열가소성 플라스틱 바인더;무수말레산 혹은 무수말레산 작용기를 함유하는 결합제; 및실질적으로 아연 스테아레이트가 없으며, 카르복실산의 알킬 에스테르를 포함하는 윤활제;를 포함하는 성형 물품 형성용 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 윤활제는 나아가 카르복시아미드 왁스를 포함함을 특징으로하는 조성물.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 윤활제는 나아가 실질적으로 금속 스테아레이트가 없는 것을 특징으로 하는 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 윤활제는 나아가 실질적으로 금속 카르복실레이트가 없는 것을 특징으로 하는 조성물.
- 알킬 에스테르대 아미드 왁스가 약 30:1-1:1의 중량비로 존재하는 알킬 에스테르 및 아미드 왁스를 포함하며, 상기 알킬 에스테르는 하기 화학식 1의 알킬 에스테르의 혼합물을 포함함을 특징으로 하는, 셀룰로오스 함유 복합체용 윤활제 조성물.[화학식 1]
(상기 식에서:R은 독립적으로 수소이거나 혹은 -C(O)R'이며 여기서 최소 하나의 R은 -C(O)R'이며; R'는 수소, 약 3-18 탄소원자를 갖는 불포화 혹은 포화 알킬 사슬, 또는 -C(O)-X-COOH이며; 그리고X는 약 3-18 탄소원자를 갖는 불포화 혹은 포화 알킬 사슬임.) - 제 6항에 있어서, 상기 알킬 에스테르 및 아미드 왁스는 약 20:1-2:1의 중량비로 존재함을 특징으로 하는 윤활제 조성물.
- 삭제
- (a) 셀룰로오스 섬유;열가소성 플라스틱 바인더;무수말레산 혹은 무수말레산 작용기를 함유하는 결합제; 및실질적으로 아연 스테아레이트가 없으며, 카르복실산의 알킬 에스테르를 포함하는 윤활제를 포함하는 성형 물품 형성용 조성물을 제공하는 단계; 및(b) 상기 조성물을 성형 물품으로 형성하는 단계;를 포함하는 물품 제조방법.
- 셀룰로오스;열가소성플라스틱 바인더;유기 중합체 친전자성 작용기를 포함하는 결합제; 및실질적으로 아연 스테아레이트가 없는 윤활제;를 포함하는 성형 물품 형성용 조성물.
- 제 10항에 있어서, 상기 윤활제는 실질적으로 금속 카르복실레이트가 없는 것을 특징으로 하는 조성물.
- 제 10항에 있어서, 상기 윤활제는 길항적인 양의 금속 카르복실레이트를 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 조성물.
- 제 12항에 있어서, 상기 윤활제는 카르복실산의 알킬 에스테르를 포함함을 특징으로 하는 조성물.
- 셀룰로오스 섬유;열가소성 플라스틱 바인더;무수말레산 혹은 무수말레산 작용기를 함유하는 결합제; 및카르복실산의 알킬 에스테르를 포함하고 금속 카르복실레이트의 길항 양(antagonistic amount) 미만을 함유하는 윤활제;를 포함하는 성형 물품 형성용 조성물.
- 알킬 에스테르대 아미드 왁스가 약 30:1-1:1의 중량비로 존재하는 알킬 에스테르 및 아미드 왁스를 포함하며, 윤활제 조성물은 금속 카르복실레이트의 길항 양(antagonistic amount) 미만을 함유하는 것을 특징으로 하는, 셀룰로오스 함유 복합체용 윤활제 조성물.
- 셀룰로오스;열가소성플라스틱 바인더;유기 중합체 친전자성 작용기를 포함하는 결합제(coupling agent); 및금속 스테아레이트의 길항 양(antagonistic amount) 미만을 함유하는 윤활제;를 포함하는 성형 물품 형성용 조성물.
- 셀룰로오스;열가소성플라스틱 중합체;카르복실릭 작용기를 포함하는 결합제(coupling agent); 및친전자성 작용기를 포함하고 아연 스테아레이트가 실질적으로 프리인 윤활제;를 포함하는 조성물.
- 셀룰로오스;폴리올레핀 바인더;중합체 사슬당 평균 약 0.6 내지 약 3 무수말레산 작용기를 가지며 분자량이 약 10,000 내지 약 25,000인 폴리올레핀을 포함하는 결합제(coupling agent); 및윤활제;를 포함하는 성형 물품 형성용 조성물.
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