JP2000516657A

JP2000516657A - ポリマー状複合材料およびそれらからの建設資材の製造法

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Publication number: JP2000516657A
Application number: JP50995598A
Authority: JP
Inventors: ヘンリー、ダブリュ．サリバン; ウォルフガング、エイ．マーク
Original assignee: タイテック、インコーポレーテッド
Priority date: 1996-08-13
Filing date: 1997-08-11
Publication date: 2000-12-12
Also published as: AU716941B2; DE69718653D1; CA2263118C; EP0918817A1; US5886078A; EP0918817B1; WO1998006778A1; AU3914197A; ATE231530T1; CA2263118A1; DE69718653T2

Abstract

(57)【要約】木材およびコンクリートから形成された同様な製品と置換する構造製品に成形することができる、ポリマー状複合材料が記載される。複合材料は、ポリオレフィン、好ましくは廃棄物または再利用物として得られたポリオレフィン対応するポリマー成分；好ましくは廃棄されたタイヤから得られた、ゴム状ポリマー成分；および雲母を含んでなる補強充填剤成分、を含んでなる。雲母は好ましくは膨張された変種であって、伝統的雲母を含有する同様な複合材料よりも密度が低くされている。種々の成分、主としてゴム状ポリマー成分、の中に最初に含有された揮発性成分の蒸発により、発泡内部コアを有する構造製品の製造をすることが出来る。この発泡した気泡構造は伝統的ＣＯ₂発生発泡剤を使用することによっては達成されない。押出および成形の双方の技術を包含する、構造製品を形成する方法が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】ポリマー状複合材料およびそれらからの建設資材の製造法発明の分野本発明は、一般に、建設資材として使用できるポリマー状複合材料の分野に関する。詳しくは、本発明は、好ましくはオレフィン、好ましくは再利用のオレフィンであるポリマー成分、ゴム状ポリマー成分、および雲母を含有する補強充填剤成分、を有するポリマー状複合材料に関する。関連技術の説明ベークライトのような最初の合成ポリマーのあるものの導入以来、ポリマー材料の商業的使用は絶えず増加してきている。体積の基準で、特にポリエチレンおよびポリプロピレンを包含するポリオレフィンは、ポリマーの最も広く製造されているファミリーの１つである。それらの使用は、薄いおよび厚い壁の包装、容器、おもちゃ、ワイヤおよびケーブルのジャケット、自動車部品、および医学的供給物を包含する、多数の工業的製品に広がっている。プラスチックまたはポリマー材料の使用の利益の１つは、それらを使用して得られる軽量および強度の独特な組合わせが得られることである。ポリマー材料の化学的、電気的、物理的、および他の性質を多少変更して、種々の製品のための性能の基準を満足させることができる。ポリマー材料に対する他の利益は、成形法および押出法の双方による製作が容易であることである。さらに、ポリマー材料は容易には生物分解性でない。このために、ポリマーから形成された消費者の製品および工業製品は、匹敵する天然の材料よりも非常に長い有効寿命を有することがある。ポリマー材料の大部分は、有効寿命をさらに延長するために、酸化防止剤および紫外線安定剤の双方を包含する、種々の安定剤、をしばしば含有する。しかしながら、この長い予想寿命は、また、ポリマーの使用に伴う、いっそうマイナスの面の１つである。ポリマー、特にポリオレフィン、の大部分は使い捨てまたは短い寿命の用途に使用されるという事実は、ポリマーの製造後、かなりの量の廃棄ポリマーの発生を必要とする。最近まで、この廃棄プラスチックの大部分は埋立てられてきた。最近、これらの廃棄プラスチックを製品における再利用成分として使用することにより、廃棄プラスチックの量をぎりぎりまで減少させた。しかしながら、この方法において使用される廃棄物材料は、それら自体比較的短い予想寿命を有する製品の中にしばしば混入される。廃棄ポリマー、特にポリオレフィン、の量が増大しつつあることに対する、いっそう有効な長期間の解決法は、比較的長い予想寿命を必要とする建設資材として、廃棄プラスチックを使用することであろう。典型的な長期間使用の建設資材は、鉄道のまくら木、駐車場の囲い枠組み、ドックにおける海洋杭材、デッキもしくは他の構造物、および多数の他の構造物、を包含するであろう。ポリマーをそれらの目的に使用する場合、ポリマーは典型的には種々の他の成分、例えば、補強充填剤、と組合わせられる。補強充填剤を含有しかつ他の成分を含有することができるポリマーの組成物は、普通、複合材料と呼ばれる。これらの複合材料は、それらを木材の代わりに使用すると、特に有益である。例えば、木材をベースとする鉄道のまくら木は、浸蝕のようなプロセスのために、摩耗および劣化に対して特に感受性である。まくら木が凍結から非凍結の条件の多数のサイクルに暴露される環境においては、まくら木の中に浸透した水が凍結して、膨張すると、まくら木は割れるであろう。さらに、クレオソートの処理が最適でないか、あるいはクレオソートがまくら木の中から外に滲出する場合、木材のまくら木は昆虫の攻撃にさらされる。逆に、ポリマーを含有する複合材料から形成された匹敵する材料は水の浸透に感受性ではない。さらに、複合材料は、浸透し、凍結し、そして膨張する水から生ずる応力を、いっそう効果的に分配することができる。応力を分配する能力は、クラッキングおよび狂いを減少させる。複合材料のまくら木は、また、昆虫の攻撃を受けない。これらの建設資材または他の剛性構造部材において典型的に使用される廃棄物のポリオレフィンは、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、線状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、他のポリエチレン、ポリプロピレン（ホモポリマーおよびコポリマー（例えば、プロピレン−エチレンのコポリマー）の変種の双方を包含する）、およびそれらのポリマーの組合わせ、を含有することができる。バージンポリマーと異なり、これらの廃棄ポリマーは少なくとも１つの加熱プロセシング工程に付され、しばしば通常環境的条件に、しばしば延長された期間の間、暴露されてきている。このために、これらの廃棄ポリマーはそれらのバージン同等物よりも非常に異なる性質を有する。廃棄ポリマーは、典型的には、バージン材料よりも、低い曲げ強さおよび引張強さおよび低い熱安定性を有するであろう。建設資材の廃棄ポリオレフィン成分は、しばしば、少量の、典型的には約２０％より少ない、種々の他のポリマー、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、クロロスルホン化ポリエチレン、種々の配合ポリマー、ポリスチレン、および種々の工業熱可塑性材料（例えば、ポリアミド、ポリカーボネート、熱可塑性ポリエステル、およびＡＢＳ）をさらに含有する。これらの廃棄ポリマーを含有する複合材料から形成された建設資材（または製品）は、典型的には、ゴム材料、典型的にはポリマー材料、を含有しており、建設製品に衝撃強さおよび柔軟性を付加する。このゴム成分のために、多数のポリマー材料を使用することができ、天然ゴム、ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、およびスチレンブタジエンスチレンゴムが包含される。しかしながら、埋立ての中に堆積される廃棄物の体積を減少させるという目標に合う、ゴム成分の好都合な源はタイヤである。タイヤは、典型的にはゴム；鋼；およびポリエステルまたは他のストランドまたは繊維、を含有する。この分野において知られている種々の機械を利用して、タイヤを切断し、粉砕し、または細断して小断片にし、次いでこれらの断片を所望の複合材料資材に成形できるプロセスにおいて利用することができる。これらの複合材料製品の中に典型的には見出される他の成分は、複合材料の製品の密度をコントロールするために使用される発泡剤である。典型的な発泡剤系は、第Ｉ族の金属（アルカリ）の炭酸水素塩および飽和脂肪酸の炭酸水素塩を含有するであろう。使用されるアルカリ金属塩は、炭酸水素ナトリウムおよび炭酸水素カリウムを包含するが、適当な飽和脂肪酸は１４〜２２個の炭素原子を有するものを包含する。この２つの化合物は一緒に反応してＣＯ₂を形成し、このＣＯ₂は固化された複合材料の中に気孔(void)を形成する。気孔は最終複合材料の密度を減らし、こうして製品の所定の体積に要求される原料の量を減少させると同時に、複合材料製品の強度／重量の比を増加させる。しかしながら、これらの発泡剤の使用は、複合材料のコストを劇的に増加させる。さらに、発泡剤は、このような少量で、典型的には全複合材料質量の約２．０％より少ない量で、使用されるので、発泡剤を均質に分布させるのは困難である。その結果、複合材料製品内で気孔を均一に分布させるのは困難である。気孔の分布が不均一であると、製品内の重量分布が不均一となりかつ物理的性質が不均一となる。最後に、複合材料への補強充填剤の添加は、その形態および他の性質に依存し、複合材料の引張強さ、衝撃強さ、剛性、および加熱撓みを増強することがある。補強充填剤をしばしばカップリング剤、例えば、シランおよびチタン酸塩、と組み合わせて使用して、ポリマーのマトリックスの中への充填剤の混入を実現する。種々の複合構造物においてこれらの目的で使用されてきている補強充填剤は、ガラス繊維、アスベスト、珪灰石、ホイスカー、炭素フィラメント、タルク、カオリンおよび他の粘土、雲母、炭酸カルシウム、フライアッシュ、およびセラミックを包含する。ガラス繊維のようなフィラメント状充填剤は、典型的には、最大の衝撃強さおよび引張強さの性質を提供するが、より板状の構造物、例えば、タルクおよび雲母、の添加は、典型的には、剛性および加熱撓みを増加させる。所望の性質に依存して、単一の充填剤または多数の充填剤を使用することができる。複合材料における補強充填剤としてガラス繊維が特に普通に使用されている。ガラス繊維は、衝撃性質を減少させないで、あるいは密度を増加させないで、剛性を一般に改良することが知られているからである。しかしながら、ガラス繊維は典型的には最も高価な補強充填剤であり、さらにプロセシング装置において大きく摩耗する。その結果、高価でない充填剤、例えば、タルクおよび雲母が、複合材料において、ガラス繊維の一部分またはすべての代わりに、使用されてきている。不都合なことには、これらの充填剤は、通常非常に高い密度を有し、ガラス繊維を使用するよりも重い複合材料を生じる。ガラス繊維よりむしろ、あるいはガラス繊維の大部分の代替物として、これらのまたは他の無機充填剤を含有する、従来示された密度の問題をもたない、複合材料を案出することができたならば有益であろう。複合材料は、製品の意図する用途に依存して、前述の成分に加えて、他の添加剤を含有することができる。複合材料において使用されるポリマー源を構成できる２またはそれ以上のポリマーを混合するために（すなわち、相溶性）相溶性化剤がしばしば使用される。これらの相溶性化剤は、典型的には、加熱および剪断の間に、遊離基またはイオンのメカニズムを介してポリマーと反応する反応性基を有するであろう。使用されてきている相溶性化剤は、種々の無水マレイン酸のコポリマーおよびイオノマー、アクリレートコポリマー、およびエチレンアクリル酸コポリマーを包含する。複合材料は、さらに、酸化防止剤、紫外線安定剤、潤滑剤、抗菌剤、および着色剤を含有することができる。これらの種々の添加剤は、建設製品の製作の間に添加するか、あるいは最初のポリマー成分の１つの中に存在することができる。発明の要約本発明の１つの面によれば、ポリオレフィンを含んでなるポリマー成分、粒子を含んでなるゴム状ポリマー成分（前記粒子の約９０重量％は１００メッシュの篩を通過しない）、および雲母を含んでなる補強充填剤成分、を含んでなるポリマー状複合材料が提供される。膨張雲母(expanded mica)を使用するとき、伝統的な雲母を含有する同様な複合材料よりも密度を減少させることができる。ポリオレフィンは好ましくは廃棄物または再利用のポリオレフィンである。ゴム状ポリマー成分は好ましくは小片化タイヤ断片である。ポリマー状複合材料は、約４０％〜約７５％のポリマー成分を含有する。このポリマー成分は本質的に熱可塑性であり、好ましくは主要成分としてポリオレフィンを含有する。この複合材料は、さらに、約４％〜約４０％のゴム状ポリマー成分および約６％〜約５０％の補強充填剤成分、を含有する。本発明の他の面によれば、ポリオレフィンを含んでなるポリマー成分、粒子を含んでなるゴム状ポリマー成分（前記粒子の約９０重量％は１００メッシュの篩を通過しない）、および雲母を含んでなる補強充填剤成分、を含んでなるポリマー状複合材料から形成された構造製品、が提供される。この構造製品は、複合材料の中に含有された揮発性化合物の蒸発により得られた発泡内部コアを有する。これらの揮発性化合物の主要な源は、複合材料のゴム状ポリマー成分の中に最初に含有された炭化水素および湿気である。この発泡コアを達成する方法は、慣用の発泡剤、例えば、アルカリ金属炭酸水素塩と飽和脂肪酸の炭酸水素塩との組合わせの使用と対照的である。さらに、構造製品の発泡内部コアは、伝統的発泡剤から得られた発泡内部コアよりも、いっそう均質に分布している。本発明の他の面によれば、ポリオレフィンを含んでなるポリマー成分、粒子を含んでなるゴム状ポリマー成分（前記粒子の約９０重量％は１００メッシュの篩を通過しない）、および雲母を含んでなる補強充填剤成分、を含んでなるポリマー状複合材料から構造製品を形成する、構造製品を形成する方法が提供され、構造製品は複合材料の中に含有された揮発性化合物の蒸発により得られた発泡内部コアを有し、そしてこの方法は押出法および成形法から成る群より選択される。図面の簡単な説明本発明の前述および他の利点は、下記の詳細な説明を読みかつ図面を参照すると明らかとなるであろう。第１図は、本発明の組成物から形成された構造製品の断面図である。第２図は、本発明の組成物から構造製品を形成するために使用する押出装置の図である。本発明は種々の変更および別の形態が可能であるが、特定の態様を図面に１例として示し、本明細書において詳細に説明する。しかしながら、本発明は開示された特定の形態に限定されることを意図しないことを理解すべきである。むしろ、本発明は、添付された請求の範囲により定義される本発明の精神および範囲内に入るすべての変更、同等物および代替物を包含する。具体的態様の説明１つの態様において、建設資材として有用な複合材料が提供される。この態様の複合材料から製造された建設資材は、木材、コンクリート、または他の伝統的材料から構成された同様な材料の代わりに使用することができる。形成されたとき、建設資材は実質的に固体の外側表面および発泡コアを有し、発泡コアは伝統的発泡剤を実質的にまたは完全に使用しないで得られる。ポリマー状複合材料は下記成分ａ）〜ｃ）を含有する。ａ）ポリマー成分。ｂ）粒子を含んでなるゴム状ポリマー成分（前記粒子の約９０重量％は１００メッシュの篩を通過しない）。ｃ）補強充填剤成分。ポリマー成分は、好ましくはポリオレフィンであり、さらに好ましくは再利用または廃棄物材料として得られ、バージンポリマーと区別される。再利用または廃棄物のコポリマーは種々の源から得られる。このポリマーは薄壁の容器または柔軟な包装材料から得られた消費後材料であることができる。ポリマーは商業的源、例えば、製造設備からの格外品材料またはフィルム二次加工プロセスからのトリミング廃棄物から得ることができる。廃棄物または再利用のポリマーの多数の他の源が存在する。廃棄物または再利用のポリオレフィンは、好ましくは本発明の複合材料を製造するためのポリマー成分として使用されるものであり、ＨＤＰ、ＥＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、他のポリエチレン、ポリプロピレン（ホモポリマーおよびコポリマーの変種を包含する）、およびそれらのポリマーの組合わせ、を包含する。廃棄物または再利用のポリオレフィンは、前述したように、少量の、典型的には約２０％より少ない、種々の他のポリマー、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、クロロスルホン化ポリエチレン、種々の配合ポリマー、スチレンポリマー、および種々の工業熱可塑性材料（例えば、ポリアミド、ポリカーボネート、熱可塑性ポリエステル、およびＡＢＳ）をさらに含有することができる。ゴム状ポリマー成分は好ましくはタイヤから得られる。タイヤは、最初の使用後に再生されるとき、最も経済的である。タイヤは、好ましくは既知の切断、粉砕および細断の方法により得られた小片化された状態である。これらの方法は特質が周囲温度または極低温であることができる。ゴム状ポリマー成分は、この態様の複合材料に衝撃強さおよび柔軟性を付加する。さらに、小片化されたゴムは、複合材料から形成された鉄道のまくら木の、くぎまたは犬くぎ(spike)の保持特性を改良する。廃棄されたタイヤの好都合な源は、ゴム状ポリマー材料に加えて、典型的には鋼およびポリエステル（または他のストランドまたは繊維）を含有する。この態様の目的に対して、鋼は使用前に実質的に除去されるが、タイヤの中に存在するポリエステルを除去する必要はない。小片化タイヤ断片は多少の鋼の細断物を含有することがあるが、鋼の実質的な存在は通常プロセシング装置を大きく摩耗させる。ゴム状ポリマー成分は、別にあるいは追加的に、他のゴム材料、例えば、天然ゴム、ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、およびスチレンブタジエンスチレンゴム、を含有することができる。この態様の複合材料の独特な特徴は、この複合材料から形成された構造製品または建設資材が、伝統的な発泡剤を使用しないで、あるいは必要に応じて伝統的な発泡剤の量を実質的に減少させて、得られた発泡コアを有することである。ポリマーのマトリックス中の気孔の存在により、製作された建設製品の全体の密度を減少させることができる。所定の大きさおよび形状の製品の重量は減少し、そして製品の強度／重量の比は増加する。建設資材の製作の間に複合材料の異なる成分から揮発性化合物が放出されるとき、発泡コアを構築する気孔が形成される。この態様の代表的構造製品の気泡質の発泡コアは、第１図に描写されている。これらの揮発性物質の主要な源は、ゴム状ポリマー成分である。小片化タイヤ断片は、これらの揮発性化合物の特にすぐれた源である。蒸気圧とともに変化する十分な温度に加熱すると、小片化タイヤ断片中の揮発性化合物、主として炭化水素および湿気は、蒸発により解放され、溶解性質の増強に適当な気泡の形成（すなわち、気孔または発泡）源となる。したがって、建設製品の密度は、製作の過程で起こる発泡の程度に直接関係する。発泡の程度は揮発性化合物の蒸発の程度に直接関係し、そして揮発性化合物の蒸発の程度は押出機または他のミキサーにおいて維持される圧力および温度に直接関係するので、溶融した複合材料の温度および圧力を正確にコントロールして、均質な、所望の密度を全体を通して有する製品を達成することが必要である。この方法において得られた気泡の形成は、主として伝統的な発泡剤により得られた気泡の形成よりもいっそう均質である。気泡を生成する揮発性化合物源は伝統的な発泡剤よりも組成物の非常に大きな部分を一般に構成するからである。主要な揮発性化合物源であるゴム状ポリマー成分は、常に複合材料の約４０％程度に多くを構成するが、伝統的な発泡剤は典型的には全組成物の２．０％より小さい比率において使用される。さらに、伝統的な発泡剤はこのような少量で使用されるので、これらの伝統的な発泡剤の均質な分布を達成することが困難であるが、ゴム状成分の均質な分布は、その使用レベルが高いので、いっそう容易に得られる。使用するタイヤ断片の大きさは、発泡プロセスのために重要である。タイヤ断片は微細粉末に小さくするよりむしろ小片化すべきである。微細粉末に小さくされたタイヤ断片は、典型的には、微細物の粉砕されておよび乾燥するので、発泡のために必要な揮発性の構成化合物を含有しないであろう。前述したように小片化タイヤ断片は、多数のいずれかの操作、例えば、切断、粉砕および細断法、により得ることができ、これらの方法は特質が周囲温度または極低温であることができる。しかしながら、揮発性化合物の必要な放出量の見込みを増加させるために、小片化タイヤ断片の約９０重量％は1００メッシュの篩を通過してはならない。他の材料をゴム状ポリマー成分として使用するとき、他の材料は粉末の状態でないか、あるいはそうでなければ揮発性化合物の大部分を除去するような程度に大きさを小さくすべきではない。この態様の変形において、複合材料は、ある量の伝統的な発泡剤、例えば、前述の発泡剤を、さらに含有することができる。しかしながら、記載した気泡形成の揮発性化合物の方法に加えて、それらを使用することは、複合材料の密度のそれ以上の大きな減少は引き起こさない。補強充填剤成分は主として雲母を含有する。伝統的雲母を複合材料において使用されるポリマー状複合材料の中に混入すると、生ずる製品は典型的には多数の用途のためにしばしば極めて高過ぎる比重または密度を有する。逆に、膨張雲母を使用して、より低い、いっそう許容される密度を有する建設製品を得ることができる。この独特の特性は、高温に暴露されたとき、雲母粒子が膨張してより大きい空間（すなわち、より大きい体積）を物理的に占有するという事実のためである。雲母の膨張した型のものは、いくつかの源から、例えば、商品名Vermicul iteで得ることができる。したがって、所定の質量の膨張雲母は、所定の質量の伝統的雲母よりも、より大きい体積を占有するであろう。例えば、膨張雲母をこの態様の複合材料の中に約１０％〜約３０％の範囲のレベルにおいて混入すると、同一レベルの伝統的雲母を含有する複合材料よりも、約５％〜約１５％の範囲の密度を減少させることができる。膨張雲母を含有する複合材料について、約２０％〜約３０％の範囲の曲げ強さの増加がさらに観測された。ガラス繊維または他の繊維の補強充填剤は、所望の性質に従って、ある百分率の補強充填剤成分を含むことができる。しかしながら、前述したように、現在の経済性下のガラス繊維の添加は原料コストを高くするであろう。代替物として、ゴム状ポリマー成分として使用されるタイヤの繊維成分は、いっそう高コストのガラス繊維と同一の効果を多少提供することができる。事実、タイヤから再生された追加のポリエステル繊維を別の補強繊維源として添加することができる。複合材料は、伝統的雲母を包含する、他の充填剤をさらに含有することができる。膨張雲母より高い密度を有する充填剤の添加は、膨張雲母を使用して得られた重量の減少という目標を部分的にくつがえすが、密度の増加が望ましい場合が存在することがある。複合材料は、建設製品の意図する用途に依存して、他の成分を必要に応じて含有することができる。廃棄物または再利用物として得られたときでさえ、ポリマー成分、およびゴム状ポリマー成分は、典型的には、使用の間のポリマーの熱的劣化を最小にするために酸化防止剤を含有するであろうが、追加の酸化防止剤を複合材料に添加することができる。紫外線安定剤を最初の成分の中に追加的に存在させるか、あるいは現在問題の建設製品の製作の間に添加することができる。相溶性化剤、潤滑剤、抗菌剤、および着色剤を包含する他の添加剤がさらに存在することができる。この態様のポリマー状複合材料は、約４０％〜約７５％のポリマー成分を含有する。このポリマー成分は特質が熱可塑性であり、好ましくは主要成分としてポリオレフィンを含有する。複合材料はさらに約４％〜約４０％のゴム状ポリマー成分および約６％〜約５０％の補強充填剤成分を含有する。他の態様において、複合材料は、他の添加剤、例えば、伝統的発泡剤、相溶性化剤、着色剤、および潤滑剤を約０％〜約６％の量でさらに含有することができる。膨張雲母およびガラス繊維を補強充填剤成分における成分として使用する態様の変形において、複合材料は約６％〜約３５％の膨張雲母および約０％〜約２５％のガラス繊維を含有することができる。他の態様において、伝統的雲母は、膨張雲母と組み合わせて、あるいは膨張雲母の代わりに、使用することができる。他の態様において、ポリマー成分として廃棄物または再利用のポリマーの中に含有されることがあるスチレンポリマーに加えて、ある量のスチレンポリマーを複合材料の中に混入することができる。この分野において知られているように、ポリオレフィンへのスチレンポリマーの添加は、製作された製品の剛性を増加させる。スチレンポリマーをこの方法において混入する場合、それは０％〜約１２％の量で使用される。他の態様において、前述の態様の複合材料を所望の形状の建設製品に成形する方法が提供される。前述したように、従来知られている複合材料は伝統的木材、コンクリート、および他の材料の代わりに、鉄道のまくら木を包含する多数の構造製品において使用されてきている。前の態様の複合材料は同様に利用できることが期待される。それ自体、建設資材を製造するこの分野において知られている任意のポリマーのプロセシングおよび製作方法を使用して、前の態様の複合材料から形成される構造製品を製造することができる。これらの方法は、押出法および成形方法、例えば、射出成形法および圧縮成形法を、包含するであろう。押出法が好ましい。他の態様において、第２図に描写する押出法により、建設製品を複合材料から形成する。押出装置２０は，供給区画３０、加熱および混合区画４０および造形区画５０を含む。供給区画は、入力端３１０および出力端３１１を有する第１フィーダー３１、入力端３２０および出力端３２１を有する第２フィーダー３２、および入力端３３０および出力端３３１を有する第３フィーダー３３を含む。ポリマー成分は、好ましくはポリオレフィンから選択され、さらにより好ましくは廃棄物または再利用のポリオレフィンから選択され、第１フィーダー３１の入力端３１０の中に供給される。ゴム状ポリマー成分は、好ましくは所望の大きさに小片化されたタイヤ断片を含有し、第２フィーダー３２の入力端３２０の中に供給される。雲母を含有する補強充填剤成分は、第３フィーダー３３の入力端３３０の中に供給される。補強充填剤成分の一部分として膨張雲母を使用することが好ましい。他の態様において、補強充填剤成分はガラス繊維をさらに含有することができる。なお他の態様において、他の添加剤を第３フィーダー３３の入力端３３０に供給することができる。しかもなお他の態様において、補強充填剤成分の一部分または他の添加剤を第２フィーダー３２の入力端３２０に供給することができる。加熱および混合区画４０は、好ましくは電動機である回転装置４２に取付けられた駆動端４１、および出口端４３を有する。駆動端４１と出口端４３との間に、少なくとも１つのスクリュー４４が存在する。スクリュー４４は、材料を出口端４３から混合区画４０に向けて運搬する羽根を有する。好ましい態様において、押出装置２０は２つのスクリュー４４を有する二軸スクリュー押出機である。これは第２図に開示されている配置を有する。フィーダー３１、３２、および３３中の材料は、出力端３１１、３２１、および３３１から入力口４１０、４２０、および４３０に向けて混合および加熱区画４０に供給される。好ましい態様において、入力口４２０は入力口４１０から下流に約１０〜約１２スクリュー直径であり、そして入力口４３０は入力口４２０から下流に約１８スクリュー直径である。熱は加熱および混合区画４０に加えられ、コントローラー４５によりコントロールされる。回転装置４２は、材料を出口端４３に向けて運搬するスクリュー４４を回転する。材料の運搬は、成分を混合し、摩擦による追加の熱を発生させる。混合および加熱区画４０における混合および運搬の間に発生する揮発性物質は、出口端４３において放出される。混合および加熱区画４０の出口端４３から出る複合材料は、オリフィス５１を通過する。オリフィス５１において発生する圧力は、典型的には、約２００〜約１０００ｐｓｉの範囲であろう。オリフィスを出る複合材料は成形ダイの組５２入る。成形ダイの組５２は、オリフィス５１に取付けられた加熱されたダイ区画５３と、冷却浴５５に隣接する冷却されたダイ区画５４とからなる。引取り装置５６は冷却浴の後に位置し、仕上げられた製品を押出装置２０から取り出す。ダイの組５２の壁は、仕上げられた製品の形状を決定する。例えば、鉄道のまくら木を望む場合、ダイの組の壁は、全体的に、しかし完全にではないが、約７インチ×約９インチの長方形を構成するであろう。長方形の製品を製造するために使用するダイの形状は、少なくとも２つの凸形の側面を有することによって、真の長方形から全体的に偏るであろう。押出装置２０の容量はダイの組５２の全体の区域を充填するために十分な量を提供するために十分であるべきである。複合材料はダイの組５２の冷却されたダイ区画５４から所望の構造製品の形状で出て、次いで冷却浴５５の中に入る。冷却後、製品の外側表面は実質的に連続的であるが、製品のコアは発泡した気泡構造により特徴づけられる。冷却浴５５は製品の外側表面を固化させる。外側表面は実質的に固体であって、引取り装置５６からの変形を防止する。さらに、引取り装置５６の速度を押出装置２０の押出とバランスさせて、変形を最小にする。これを達成する１つの方法は、押出装置２０の出口端４３を出る複合材料の膨張圧力をモニターすることである。これは、例えば、ダイの組５２の壁に対して複合材料の製品が及ぼす圧力をモニターすることによって達成することができる。次いで、引取り装置５６が複合材料の製品を引取る速度を、モニターされた圧力の変化に依存して、変化させることができる（すなわち、所望の範囲を越えた圧力の増加が検出されたとき、引取り速度を増加し、そして所望の範囲より低い圧力の増加が検出されたとき、引取り速度を減少する）。この方法において引取り速度を変化させることによって、変形が減少しかつ応力の局在化が減少した、いっそう均質な複合材料の製品を成形することができる。押出装置２０および引取り装置５６を出る仕上げられた製品を、必要に応じて引取り装置５６の後に配置することができる、動力鋸６０または他の切断手段、例えば、熱線により所望の長さに切断することができる。例目盛定めされたスクリューフィーダーにより、個々の原料をウェルナー・アンド・フレイデレル（Werner & Fleiderer）二軸スクリュー押出機の種々の供給口に乾式供給することによって、４つのポリマー成分（Ａ〜Ｄ）を調製した。供給位置に加えて、回転／分（ｒｐｍ）、アンペア、および温度のプロフィルをコントロールして、混合、溶融、溶融混合、および圧縮を達成した。押出機を出る押出物を、内部冷却を装備したコンパウンド造形ダイの組に強制的に通過させて、７インチ×９インチの公称断面のプロフィルを達成した。固体の形材を造形ダイの組から、冷却水の浴を通して、コントロール可能な、機械的引取装置により引取った。形材をほぼ９フィートの断面材に切断し、さらに冷却させた。イリノイ州大学の天然資源・環境科学部（Department of Natural Resources and Environmental Sciences）における木材科学研究室（Wood Sciences Labora tory）において、形成された製品の物理的性質を測定した。Ｃｈｏｗ教授の指導下の研究室において、米国の鉄道産業について広範な試験が行われ、現寸の鉄道の横まくら木を試験する特別の装置が開発された。実施された試験は、硬度、剛性、圧縮強さ、および破壊強さについてのＡＳＴＭ試験法の機能的に同等の試験である。追加の特別の目的の試験をデザインし、犬くぎの押込み、犬くぎの引出し、および犬くぎの横方向の抵抗を測定するために実施する。９フィートの試験片を６０インチの支持体に吊下げ、機械的プレスにより中央の荷重を加えることによって、各製品を剛性および破壊について試験した。製品がその弾性限界を超え、破損するまで、応力−歪みまたは荷重−撓み曲線を自動的に発生させた。同一の機械的プレスを使用して、犬くぎの押込み（犬くぎの挿入抵抗）、犬くぎの引出し（犬くぎの抜出し抵抗）、および犬くぎの横方向の抵抗を測定した。４つの複合材料の組成、プロセシング条件、および物理的性質を下記表に記載する。ポリマー状複合材料の組成この例について、雲母は実質的に伝統的な雲母である。プロセシング条件物理的性質 0.2"は複合材料についての近似弾性限界である。選択的な犬くぎの性質用語「ｎ／ａ」は性質についての測定値が入手不可能であることを示す。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年１０月１３日（１９９８．１０．１３）【補正内容】請求の範囲１．下記成分ａ）〜ｃ）を含んでなるポリマー状複合材料。ａ）ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、プロピレンのホモポリマー、プロピレン−エチレンのコポリマー、およびこれらのポリマーの組合わせから選択されるポリオレフィンを含んでなる熱可塑性ポリマー成分。ｂ）粒子を含んでなるゴム状ポリマー成分（前記粒子の約９０重量％は１００メッシュの篩を通過しない）。ｃ）雲母を含んでなる補強充填剤成分。［ここで、このポリマー状複合材料は、約４０％〜約７５％の熱可塑性ポリマー成分、約４％〜約４０％のゴム状ポリマー成分、および約６％〜約５０％の補強充填剤成分、を含んでなる］。２．前記ポリオレフィンが、廃棄物または再利用のポリオレフィンである、請求項１に記載のポリマー状複合材料。３．前記ゴム状ポリマー成分が小片化タイヤ断片を含んでなる、請求項１に記載のポリマー状複合材料。４．前記補強充填剤成分が膨張雲母を含んでなる、請求項１に記載のポリマー状複合材料。５．前記補強充填剤成分がガラス繊維をさらに含む、請求項１に記載のポリマー状複合材料。６．スチレンポリマー成分をさらに含む、請求項１に記載のポリマー状複合材料。７．前記複合材料が剛性構造部材である、請求項１に記載のポリマー状複合材料。８．下記成分ａ）〜ｃ）を含んでなる、ポリマー状複合材料から形成された構造製品。ａ）ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、プロピレンのホモポリマー、プロピレン−エチレンのコポリマー、およびこれらのポリマーの組合わせから選択されるポリオレフィンを含んでなる熱可塑性ポリマー成分。ｂ）粒子を含んでなるゴム状ポリマー成分（前記粒子の約９０重量％は１００メッシュの篩を通過しない）。ｃ）雲母を含んでなる補強充填剤成分。［ここで、この構造製品は、発泡内部コアを有し、そしてポリマー状複合材料は約４０％〜約７５％の熱可塑性ポリマー成分、約４％〜約４０％のゴム状ポリマー成分、および約６％〜約５０％の補強充填剤成分、を含んでなる］。９．前記ポリオレフィンが、廃棄物または再利用のポリオレフィンである、請求項８に記載の構造製品。１０．前記ゴム状ポリマー成分が小片化タイヤ断片を含んでなる、請求項８に記載の構造製品。１１．前記補強充填剤成分が膨張雲母を含んでなる、請求項８に記載の構造製品。１２．前記補強充填剤成分がガラス繊維をさらに含む、請求項８に記載の構造製品。１３．スチレンポリマー成分をさらに含む、請求項８に記載の構造製品。１４．前記構造製品が鉄道のまくら木である、請求項８に記載の構造製品。１５．下記工程ｉ）〜iii）を含んでなる、発泡内部コアを有するポリマー状複合材料の構造製品を形成する方法。ｉ）ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、プロピレンのホモポリマー、プロピレン−エチレンのコポリマー、およびこれらのポリマーの組合わせから選択されるポリオレフィンを含有する熱可塑性ポリマー材料；その約９０重量％が１００メッシュの篩を通過しない粒子を含んでなるゴム状ポリマー材料；および雲母を含有する補強充填剤材料、を加熱された押出機に連続的に供給する工程。 ii）前記押出機中で前記材料をブレンドして連続的溶融物を形成させる工程。 iii）構造製品を形成しかつ冷却する工程。１６．前記構造製品を形成しかつ冷却する工程が、押出装置の造形区画のダイの組を通して前記連続的溶融物を押出して、構造製品を形成し、押出された構造製品を冷却してそれを剛性化することからなる、請求項１５に記載の方法。１７．冷却した剛性の構造製品を押出装置の造形区画を通しかつそこから引取る工程をさらに含む、請求項１６に記載の方法。１８．構造製品を形成しかつ冷却する工程が、前記連続的溶融物を所望の形状に成形することからなる、請求項１５に記載の方法。１９．前記複合材料が、約４０％〜約７５％のポリマー成分、約４％〜約４０％のゴム状ポリマー成分、および約６％〜約５０％の補強充填剤成分、から構成されている、請求項１５に記載の方法。２０．前記ポリオレフィンが、廃棄物または再利用のポリオレフィンである、請求項１５に記載の方法。２１．前記ゴム状ポリマー成分が小片化タイヤ断片を含んでなる、請求項１５に記載の方法。２２．前記補強充填剤成分が膨張雲母を含んでなる、請求項１５に記載の方法。２３．前記補強充填剤成分がガラス繊維をさらに含む、請求項１５に記載の方法。２４．スチレンポリマー材料を加熱された押出機にさらに供給する、請求項１５に記載の方法。２５．前記方法が、加熱区画および溶融区画を有する押出装置を利用する押出法であって、そして押出装置の加熱区画および溶融区画に沿って位置する３つの異なる口を通して、前記熱可塑性ポリマー材料、ゴム状ポリマー材料、および補強充填剤材料を導入する、請求項１５に記載の方法。２６．前記構造製品が鉄道のまくら木である、請求項１５に記載の方法。２７．下記成分ａ）〜ｃ）を含んでなるポリマー状複合材料。ａ）ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、プロピレンのホモポリマー、プロピレン−エチレンのコポリマー、およびこれらのポリマーの組合わせから選択されるポリオレフィンを含んでなる熱可塑性ポリマー成分。ｂ）粒子を含んでなるゴム状ポリマー成分（前記粒子の約９０重量％が１００メッシュの篩を通過しない）。ｃ）膨張雲母を含有する補強充填剤成分。２８．前記ポリマー状複合材料が、約４０％〜約７５％の熱可塑性ポリマー成分、約４％〜約４０％のゴム状ポリマー成分、および約６％〜約５０％の補強充填剤成分、を含んでなる、請求項２７に記載のポリマー状複合材料。２９．実質的に固体の外表面をさらに含む、請求項８に記載の構造製品。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０８Ｌ 25/06 Ｃ０８Ｌ 25/06 Ｅ０１Ｂ 3/44 Ｅ０１Ｂ 3/44 (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】１．下記成分ａ）〜ｃ）を含んでなるポリマー状複合材料。ａ）ポリオレフィンを含んでなるポリマー成分。ｂ）粒子を含んでなるゴム状ポリマー成分（前記粒子の約９０重量％は１００メッシュの篩を通過しない）。ｃ）雲母を含んでなる補強充填剤成分。２．約４０％〜約７５％のポリマー成分、約４％〜約４０％のゴム状ポリマー成分、および約６％〜約５０％の補強充填剤成分、から構成されたものである、請求項１に記載のポリマー状複合材料。３．前記ポリオレフィンが、廃棄物または再利用のポリオレフィンである、請求項１に記載のポリマー状複合材料。４．前記ポリオレフィンが、ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、プロピレンのホモポリマー、プロピレン−エチレンのコポリマー、およびこれらのポリマーの組合わせからなる群より選択される、請求項１に記載のポリマー状複合材料。５．前記ゴム状ポリマー成分が小片化タイヤ断片を含んでなる、請求項１に記載のポリマー状複合材料。６．前記補強充填剤成分が膨張雲母を含んでなる、請求項１に記載のポリマー状複合材料。７．前記補強充填剤成分がガラス繊維をさらに含む、請求項１に記載のポリマー状複合材料。８．スチレンポリマー成分をさらに含む、請求項１に記載のポリマー状複合材料。９．前記複合材料が剛性構造部材である、請求項１に記載のポリマー状複合材料。１０．下記成分ａ）〜ｃ）を含んでなるポリマー状複合材料から形成され、発泡内部コアを有する、構造製品。ａ）ポリオレフィンを含んでなるポリマー成分。ｂ）粒子を含んでなるゴム状ポリマー成分（前記粒子の約９０重量％は１００メッシュの篩を通過しない）。ｃ）雲母を含んでなる補強充填剤成分。１１．約４０％〜約７５％のポリマー成分、約４％〜約４０％のゴム状ポリマー成分、および約６％〜約５０％の補強充填剤成分、から構成されたものである、請求項１０に記載の構造製品。１２．前記ポリオレフィンが、廃棄物または再利用のポリオレフィンである、請求項１０に記載の構造製品。１３．前記ゴム状ポリマー成分が小片化タイヤ断片を含んでなる、請求項１０に記載の構造製品。１４．前記補強充填剤成分が膨張雲母を含んでなる、請求項１０に記載の構造製品。１５．前記補強充填剤成分がガラス繊維をさらに含む、請求項１０に記載の構造製品。１６．スチレンポリマー成分をさらに含む、請求項１０に記載の構造製品。１７．前記構造製品が鉄道のまくら木である、請求項１０に記載の構造製品。１８．下記工程からなる、発泡内部コアを有するポリマー状複合材料の構造製品を形成する方法。ｉ）ポリオレフィンを含有する熱可塑性ポリマー材料、その約９０重量％が１００メッシュの篩を通過しない粒子を含んでなるゴム状ポリマー材料、および雲母を含有する補強充填剤材料を、加熱された押出機に連続的に供給する工程。 ii）前記押出機中で前記材料をブレンドして連続的溶融物を形成させる工程。 iii）構造製品を形成しかつ冷却する工程。１９．前記構造製品を形成しかつ冷却する工程が、押出装置の造形区画のダイの組を通して前記連続的溶融物を押出して、構造製品を形成し、押出された構造製品を冷却してそれを剛性化することからなる、請求項１８に記載の方法。２０．冷却した剛性の構造製品を押出装置の造形区画を通しかつそこから引取る工程をさらに含む、請求項１９に記載の方法。２１．構造製品を形成しかつ冷却する工程が、前記連続的溶融物を所望の形状に成形することからなる、請求項１８に記載の方法。２２．前記複合材料が、約４０％〜約７５％のポリマー成分、約４％〜約４０％のゴム状ポリマー成分、および約６％〜約５０％の補強充填剤成分、から構成されている、請求項１８に記載の方法。２３．前記ポリオレフィンが廃棄物または再利用のポリオレフィンである、請求項１８に記載の方法。２４．前記ゴム状ポリマー成分が小片化タイヤ断片を含んでなる、請求項１８に記載の方法。２５．前記補強充填剤成分が膨張雲母を含んでなる、請求項１８に記載の方法。２６．前記補強充填剤成分がガラス繊維をさらに含む、請求項１８に記載の方法。２７．スチレンポリマー材料を加熱された押出機にさらに供給する、請求項１８に記載の方法。２８．前記方法が、加熱区画および溶融区画を有する押出装置を利用する押出法であって、そして押出装置の加熱区画および溶融区画に沿って位置する３つの異なる口を通して、前記熱可塑性ポリマー材料、ゴム状ポリマー材料、および補強充填剤材料を導入する、請求項１８に記載の方法。２９．前記構造製品が鉄道のまくら木である、請求項１８に記載の方法。