(57)【要約】  本発明は熱可塑性ポリマーとオレフィンおよび官能性コモノマーから調製された少なくとも１種の相溶化コポリマーとを含む高分子マトリックス中にセルロース材料を含む複合組成物およびこうした複合材から調製された物品である。本発明の組成物は合成木材として有用であることが可能である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）木材複合組成物の全重量を基準にして約２０〜約７０重量％のセルロース材料と、
（２）（ａ）前記組成物の全重量を基準にして約３０〜約８０重量％の量の高分子ベース樹脂と、
（ｂ）エチレンと官能性コモノマーとを含む相溶化コポリマーであって、前記官能性コモノマーが３重量％以上の量で前記コポリマー中に含まれ、前記コポリマーが前記複合組成物の全重量の約０．１〜約１０重量％の量で前記複合組成物中に含まれる相溶化コポリマーと、
を含む約８０重量％〜約３０重量％の高分子マトリックス組成物と、
を含む木材複合組成物。
【請求項２】
前記官能性コモノマーは無水マレイン酸またはその官能性均等物である、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記官能性均等物は、マレイン酸および／またはその塩、マレイン酸ジエステル、マレイン酸モノエステル、イタコン酸、フマル酸、フマル酸モノエステルおよびこれらのいずれかの混合物からなる群から選択された均等物である、請求項２に記載の組成物。
【請求項４】
前記官能性均等物はマレイン酸半エステルである、請求項３に記載の組成物。
【請求項５】
前記官能性コモノマーは無水マレイン酸である、請求項２に記載の組成物。
【請求項６】
前記ベース樹脂は、ポリオレフィン、エチレンと極性モノマーの共重合から得られるエチレンコポリマー、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリ塩化ビニルおよびポリスチレンからなる群のポリマーから選択される少なくとも１種のポリマーを含む、請求項２に記載の組成物。
【請求項７】
前記ベース樹脂は、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、メタロセン触媒を用いるエチレンとα−オレフィンモノマーとのコポリマー（メタロセンポリエチレン）、エチレン／プロピレンコポリマー、エチレン／プロピレン／ジエンモノマーなどのターポリマー、ならびにポリプロピレンホモポリマーおよびコポリマーからなる群のポリマーから選択される少なくとも１種のポリオレフィンポリマーを含む、請求項６に記載の組成物。
【請求項８】
前記ベース樹脂は、エチレンアクリレートコポリマー、エチレン酢酸ビニルコポリマー、エチレンアクリル酸コポリマー、エチレンメタクリル酸コポリマー、エチレンアクリル酸コポリマーおよび／またはエチレンメタクリル酸コポリマーから誘導可能な塩、エチレンアクリル酸エステルコポリマーおよびエチレンメタクリル酸エステルコポリマーからなる群のポリマーから選択された少なくとも１種のエチレンコポリマーを含む、請求項６に記載の組成物。
【請求項９】
前記成分（ｂ）はＥ／Ｘ／Ｙターポリマーであり、Ｅはエチレンであり、Ｘは酢酸ビニル、（メタ）アクリル酸および／またはその誘導体からなる群から選択されたモノマーであり、Ｙは無水マレイン酸またはその官能性均等物である、請求項１に記載の組成物。
【請求項１０】
Ｘは（メタ）アクリル酸および／またはその誘導体である、請求項９に記載の組成物。
【請求項１１】
（１）約２０〜約７０重量％のセルロース材料と、
（２）（ａ）全ポリマー−セルロース繊維組成物の約３０〜約８０重量％の量の高分子ベース樹脂と、
（ｂ）エチレンと官能性コモノマーを含む相溶化コポリマーであって、前記官能性コモノマーが３重量％以上の量で前記コポリマー中に含まれ、前記コポリマーが複合組成物の全重量の約０．１〜約１０重量％の量で複合組成物中に含まれる相溶化コポリマーと、
を含む約３０重量％〜約８０重量％の高分子マトリックス組成物と、
を含むポリマー−セルロース複合組成物から得られる物品。
【請求項１２】
前記物品は、装飾刳形、額縁、家具、ポーチデッキ、手摺り、窓刳形、窓部品、ドア部品、ルーフィングシステムまたは他の構造部材としての使用に適する、請求項１１に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年２月１９日に出願された米国仮特許出願第６０／５４５，８６８号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、熱可塑性ポリマー、セルロース繊維および相溶化剤として機能する少なくとも１種のコポリマーの混合物を含む組成物、および該組成物から調製された物品に関する。本発明は、相溶化剤としてエチレンのコポリマーを含むこうした組成物に特に関連する。
【背景技術】
【０００３】
木材のコストの上昇および成長した木の不足により、将来に向けて長く続く木材の良好な品質の代用品を見出すことが現在必要とされている。過去数年にわたって、デッキング、窓、フェンス、自動車インテリアおよびパレットなどの用途において伝統的な中実木材製品を置き換えるためにポリマー−木材複合材の使用に関して成長する市場が出現してきた。これらの複合材料は、典型的には、熱可塑性材料とおがくずの形を取った木材粒子の混合物からなる。複合材料は全木材製品と同じ用途の多くで用いてもよいが、腐敗、昆虫による侵食、および水分の作用による劣化に対する強化された抵抗を提供する利点をもたらす。これらの製品は木材と同じ加工性を有することが可能であり、破片がない。
【０００４】
最近、リサイクル熱可塑性材料のための実用的な販路として複合材料に対する関心が高まってきた。この関心は、これらの材料のリサイクルを命じる環境規制の見込みによって駆り立てられてきた。もう１つの利点は、使われたおがくずと使われたプラスチック材料の両方が埋め立てで処分されるのでなく再使用される場合、埋め立てスペースを保存できることである。
【０００５】
米国特許第６，０１１，０９１号明細書には、６０〜７０％のセルロース材料、３０〜４０％のポリ塩化ビニル材料および４重量％以下の極性熱硬化性材料を含むセルロース複合材が教示されている。米国特許第６，１０３，７９１号明細書には、５０〜６５％のセルロース材料、２５〜３０％のポリ塩化ビニル材料および４重量％以下の極性熱硬化性材料を含むセルロース複合材が開示されている。
【０００６】
米国特許第６，０６６，６８０号明細書には、ポリマー樹脂および木粉粒子を含む発泡性プラスチックから形成された押出複合材が記載されている。記載されたポリマー樹脂は、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリ塩化ビニルおよびポリスチレンである。公開された米国特許出願公開第２００３／０２２９１６０号明細書には、ポリマーおよびセルロース繊維を含む複合材が記載されている。一般に、従来の技術は、グラフト無水マレイン酸ポリマーまたはセルロース材料と共有結合を形成できる低レベル（３重量％未満）の官能基を導入しているコポリマーの使用を記載している。
【０００７】
無水マレイン酸グラフトポリマー（マレイン酸変性ポリマー）およびエチレンコポリマーは知られており、木材複合材のための従来の相溶化剤（「カップリング剤」としても本明細書において互換可能に呼ぶ）である。本明細書で用いられる無水マレイン酸グラフトポリマーには、マレイン酸変性ポリエチレン、マレイン酸変性ポリプロピレン、マレイン酸変性スチレン−エチレン−ブテン−スチレントリブロックコポリマーおよびマレイン酸変性ポリブタジエンが挙げられる。木材複合材中の無水物カップリング剤の一般的議論は、「Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ  ｏｆ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ  Ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎｓ  ａｓ  Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ／Ｗｏｏｄ  Ｆｌｏｕｒ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ」（Ｙ．Ｗａｎｇ、Ｆ．Ｃ．Ｙｅｈ、Ｓ．Ｍ．Ｌａｉ、Ｈ．Ｃ．Ｃｈａｎ、ならびにＨ．Ｆ．Ｓｈｅｎ）、Ｐｏｌｙｍ．Ｅｎｇ．ａｎｄ  Ｓｃｉ．、２００３年４月、ｖｏｌ．４３、ｎ．４、ｐ．９３３；および「Ｓｕｒｆａｃｅ  ｏｆ  Ｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｗｉｔｈ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ  Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ａｇｅｎｔｓ」（Ｑ．Ｌｉ  ならびにＬ．Ｍ．Ｍａｔｕａｎａ）、Ｊ．ｏｆ  Ａｐｐｌ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．、（２００３）ｖｏｌ．８８、ｐ．２７８において見られる。
【０００８】
しかし、マレイン酸変性ポリオレフィンの使用はトラブルなしではない。２重量％を上回る濃度での無水マレイン酸のグラフトは困難および／または面倒でありうる。例えば３重量％などのより高いグラフトレベルを達成するために、より高い濃度でラジカル開始剤を含めることが必要でありうる。より高い濃度での開始剤の使用は、架橋および鎖の切断などの好ましくない副反応を引き起こしうる。更に、マレイン酸グラフトレベルが高いマレイン酸変性ポリオレフィンを製造するコストは相当でありうる。更に、直接共重合によって３重量％無水マレイン酸官能基を有する無水マレイン酸コポリマーを製造することは問題含みでありうる。例えば、米国特許出願公開第２００３／００２１９１５Ａ１号明細書には、３重量％未満の無水マレイン酸官能基を有するエチレン／無水マレイン酸直接コポリマーであるＡｔｏｆｉｎａから入手できるＬｏｔａｄｅｒ２２１０および３４１０の使用が開示されている。
【０００９】
マレイン酸変性ポリオレフィン中のより高いグラフトレベルに付随した問題なしにより多い量のカップリング官能基を中に含めさせた相溶化剤を有することが木材複合組成物中に含めるために望ましい可能性がある。従来の製品と少なくとも同じレベルである耐候性および寸法安定性を有する容易に加工できるポリマーに基づくポリマー−セルロース繊維複合材が現在必要とされている。
【００１０】
無水マレイン酸または官能性均等物などの反応性官能基を含む非グラフトエチレンコポリマーは高圧ラジカルプロセスによって得ることが可能である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、
（１）複合組成物の全重量を基準にして約２０〜約７０重量％のセルロース材料と、
（２）（ａ）前記組成物の全重量を基準にして約３０〜約８０重量％の量の高分子ベース樹脂と、
（ｂ）エチレンと官能性コモノマーを含む相溶化コポリマーであって、前記官能性コモノマーが３重量％以上の量で前記コポリマー中に含まれ、前記コポリマーが前記複合組成物の全重量の約０．１〜約１０重量％の量で前記複合組成物中に含まれる相溶化コポリマーと、
を含む約８０重量％〜約３０重量％の高分子マトリックス組成物と、
を含む木材複合組成物を提供する。
【００１２】
本発明は本発明の木材複合組成物を含む物品も提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本明細書で開示されたすべての参考文献は引用して援用する。本明細書で用いられる「コポリマー」という用語は、単一のポリマーをもたらすために２種以上のモノマー成分の共重合によって形成されたポリマーである当業者に知られている従来の意味を有する。本明細書における特定の数値接頭辞の使用は、特定のコポリマーを得るために用いられる成分の数を明示するものとする。
【００１４】
熱可塑性組成物は、圧力下で加熱された時に流れることができる高分子材料である。メルトインデックス（ＭＩ）は、制御された温度および圧力の条件下で特定のキャピラリーを通したポリマーの流れの質量速度である。本明細書で報告されるメルトインデックスは、２１６０ｇの分銅を用いて１９０℃でＡＳＴＭ１２３８に準拠して決定される。報告されるＭＩの値はグラム／１０分である。
【００１５】
一実施形態において、本発明はセルロース繊維およびオレフィンと官能性コモノマーから得られた少なくとも１種の相溶化コポリマーと混合された高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）などのポリマーを含むポリマー−セルロース複合組成物である複合木材組成物に関する。
【００１６】
セルロース材料は、１を上回るアスペクト比（すなわち、繊維長さ対繊維直径の比）を有する繊維質形態のおがくずの形を取った木材または木粉などから誘導してもよいか、あるいはリサイクル板紙などの他の源から誘導してもよい。
【００１７】
本発明の実施技術において、セルロース材料は、ベースポリマー樹脂および相溶化剤を含む高分子マトリックスと組み合わされる。本発明は、エチレン／無水マレイン酸（Ｅ／ＭＡＨ）コポリマーまたはエチレン／エチル水素マレイン酸変性（エチレン／マレイン酸モノエステル、すなわちＥ／ＭＡＭＥとしても知られている）コポリマーなどのオレフィン／マレイン酸変性コポリマーを相溶化剤として用いることにより改善された木材充填ポリマー組成物をもたらす。本発明の相溶化剤は高圧オートクレーブ内で直接合成される。これは、相溶化剤を作るために伝統的に用いられる二次グラフトプロセス工程をなくすとともに従来の相溶化剤より多い量のカップリング官能基の使用を可能にする。
【００１８】
相溶化剤
本発明の木材複合材は、木材複合材を相溶化するように機能するコポリマーを含む。本発明の実施技術において用いるために適する相溶化コポリマーは、共有化学結合によって木材複合材の種々の成分をカップリングするように機能することが可能であり、および／または混合物中の成分のすべてが分散して安定な複合材を形成するように木材複合材の化学環境を変えることが可能である。相溶化剤がカップリング剤としてまたは何らかの他の様式によって機能するか否かは本発明の実施技術において決定的ではない。本発明の相溶化剤は、従来のカップリング相溶化剤と比べて改善された相溶化剤であることが可能であり、より大きいカップリング官能基を提供する。
【００１９】
相溶化コポリマー（以後、相溶化剤）は、オレフィンと少なくとも１種の他のコモノマーから得られた共重合反応製品である。本発明の実施技術において有用なオレフィンには、エチレン、プロピレン、ブチレンの異性体および／または伝統的な（チーグラーナッタ）触媒またはメタロセン触媒のいずれかを用いる従来の重合反応において典型的に用いられる他のオレフィンなどのオレフィンが挙げられ、それらのオレフィンから選択される。好ましくは、本発明のコポリマーはエチレンと少なくとも１種の他のコモノマーの共重合の生成物である。
【００２０】
本発明の適する相溶化剤は官能性コモノマーを含む。本明細書で用いられる官能性コモノマーという用語は、オレフィンの重合のために適する条件下で適するオレフィンと共重合することができるモノマーである。ここで、コモノマーは無水物官能基を更に含む。好ましくは、官能性コモノマーは無水マレイン酸またはその官能性均等物である。こうした均等物には、例えば、マレイン酸および／またはその塩などの無水マレイン酸の誘導体、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコールおよびｎ−ブチルアルコールなどのＣ1〜Ｃ4アルコールのエステルを含むマレイン酸ジエステルまたはモノエステル、イタコン酸、フマル酸、フマル酸モノエステルあるいはこれらのいずれかの混合物が挙げられる。より好ましくは、官能性コモノマーは無水マレイン酸またはマレイン酸のモノエステルおよび／またはジエステルである。
【００２１】
エチレン（Ｅ）、無水マレイン酸または均等物および第３のコモノマーＸのターポリマーを相溶化剤として用いることは本発明の実施技術において好ましくなり得る。ここで、Ｘは、酢酸ビニル、（メタ）アクリル酸、および／またはそれらの誘導体からなる群から選択されたモノマーである。（メタ）アクリル酸の適する誘導体には、塩、エステル、無水物または化学技術の当業者に知られている他の酸誘導体が挙げられる。好ましい酸誘導体には、例えばメチルアクリレートおよびブチルアクリレートが挙げられる。
【００２２】
本明細書において有用な相溶化コポリマーは、高圧ラジカル重合プロセスによってモノマーから直接得られる。本発明の実施技術において用いるために適する高圧プロセスは、例えば米国特許第４，３５１，９３１号明細書に記載されている。
【００２３】
これらの相溶化剤は、材料の物理的特性、機械的特性および熱的特性の改善を達成するために組成物の全重量を基準にして約０．１〜約１０重量％の量で存在することが可能である。相溶化剤は、好ましくは約０．１重量％〜約５重量％、より好ましくは約１重量％〜約４重量％の量で存在する。
【００２４】
所望の結果を得るために必要なかぎり少ない相溶化材料を用いることが好ましい。従って、一般に、最少量の相溶化剤で相溶化効果を獲得するために、得ることが可能なかぎり多い官能性モノマー含有率を有することが望ましい可能性がある。この点で、本発明の相溶化材料中で少なくとも３重量％の官能性コモノマーを有することが好ましい。実施技術において、官能性コポリマーを製造するプロセスのみが適するコポリマーへの官能性コモノマーの導入に関する上限を限定する。より好ましくは、官能性コモノマーは、コポリマーの重量を基準にして約３重量％超〜約２５重量％の範囲内である。なおより好ましくは、官能性コモノマーは、約３．５重量％〜約１５重量％の量で、最も好ましくは約４重量％〜約１２．５重量％の範囲内でコポリマーに導入される。
【００２５】
本発明の相溶化剤、特により多い量の官能性コモノマー含む相溶化剤は他の高分子材料とブレンドして、官能基の濃度を希釈することが可能であり、よって種々のタイプの木材複合材料中で用いるためにブレンドされた組成物を提供することが可能である。
【００２６】
ポリマーベース樹脂
高分子マトリックスは熱可塑性ポリマーベース樹脂を第２の成分として含む。ベース樹脂は、複合組成物の全重量を基準にして約２０重量％〜約８０重量％の量で本発明の複合材中に含まれる。押出製品に関して、ベース樹脂は、好ましくは約３５〜６０重量％の量で、より好ましくは約４０〜約５５重量％の量で、最も好ましくは約４２重量％〜約５０重量％の量で含まれる。射出成形製品に関して、溶融材料の適切な流れを有するために、より多くのベース樹脂が組成物中で通常必要とされ、従って、好ましくは約６５〜８０重量％のベース樹脂を含む。
【００２７】
本発明の組成物中でベース樹脂として有用なポリマーには、例えば、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）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＵＬＤＰＥ）、メタロセン触媒を用いて得られたエチレンと第２のα−オレフィンモノマーのコポリマー（メタロセンポリエチレンまたはＭＰＥ）、エチレン／プロピレンコポリマー、エチレン／プロピレン／ジエンモノマー（ＥＰＤＭ）などのターポリマーおよびポリプロピレンホモポリマーおよびコポリマーなどのポリオレフィンが挙げられる。
【００２８】
適するベース樹脂は、例えば、酢酸ビニルモノマー、アクリレートモノマーおよびメタクリレートモノマー、アクリル酸モノマーおよびその塩などの極性モノマーとエチレンの共重合から得られたエチレンコポリマーを含んでもよい。こうした適するコポリマーには、例えば、エチレンアクリレートコポリマー、エチレン酢酸ビニルコポリマー、エチレンアクリル酸コポリマー、エチレンメタクリル酸コポリマー、エチレンアクリル酸コポリマーおよび／またはエチレンメタクリル酸コポリマーから誘導可能な塩、エチレンアクリル酸エステルコポリマー、エチレンメタクリル酸エステルコポリマー、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリ塩化ビニル、ポリスチレンおよび／またはこれらのいずれかの混合物が挙げられる。
【００２９】
好ましくは、ベース樹脂は、ＭＰＥ、ＬＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ、ポリプロピレンおよび、エチレンとアクリレートモノマーとのエチレンコポリマーなどの２２０℃より低い温度で溶融物において加工できる熱可塑性ポリマーである。最も好ましくは、ベース樹脂はＨＤＰＥである。
【００３０】
特に好ましい実施形態において、エチレンコポリマーが含まれる場合、エチレンコポリマーは、記事「Ｈｉｇｈ  Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ  ＥＭＡ  Ｍａｄｅ  ｆｒｏｍ  Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｔｕｂｌａｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ」（Ａｎｎｕａｌ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ−Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ（２００２），６０ｔｈ（Ｖｏｌ．２），１８３２−１８３６）に記載された手順により管形反応器内で調製されるタイプのポリマーである。
【００３１】
理論に拘束されずに、ＭＰＥは、ＭＰＥの実質的に線状の構造および狭い分子量分布のゆえに本発明の実施技術において注目される。
【００３２】
ＭＰＥ技術は、例えば、米国特許第５，２７２，２３６号明細書、米国特許第５，２７８，２７２号明細書、米国特許第５，５０７，４７５号明細書、米国特許第５，２６４，４０５号明細書および米国特許第５，２４０，８９４号明細書に記載されている。
【００３３】
セルロース材料
多様なセルロース材料を本発明において用いることが可能である。例示的なセルロース材料は、木材パルプ繊維などの木材および木材製品、コットンからの非木材系製紙繊維、米およびアフリカハネガヤなどのわらおよび草、ハガス、竹などの茎およびよし、ジュート、亜麻、ケナフ、大麻、リネンおよびカラムシなどの靱皮繊維入り茎、マニラ麻およびサイザル麻などの葉繊維、リサイクル紙およびポリマー被覆紙を含む紙またはポリマー被覆紙などのセルロース源に限定されないが、それらのセルロース源から得ることが可能である。１種以上のセルロース材料を用いることが可能である。好ましくは、用いられるセルロース材料は木材源からである。適する木材源には、松、トウヒおよびモミなどの軟木源、オーク、カエデ、ユーカリ、ポプラ、ブナおよびアスペンなどの硬木源が挙げられる。木材源からのセルロース材料の形態はおがくず、木片または木粉などであることが可能である。
【００３４】
おがくずに加えて、農業残留物および／または廃棄物は本発明の実施技術においてセルロース材料源として用いることが可能である。農業残留物は穀物を収穫した後の穀物の残りである。こうした適する残留物の例には、例えば、小麦、米およびトウモロコシの収穫からの残留物が挙げられる。本明細書において用いるために適する農業廃棄物の例は、わら、トウモロコシの茎、米の外皮、小麦、オート麦、大麦およびオート麦の籾殻、ココナッツの殻、ピーナッツの殻、クルミの殻、ジュート、麻、バガス、竹、亜麻、ケナフおよびそれらの組み合わせである。
【００３５】
セルロース材料は、種々のスクリーン、例えば３０メッシュまたは４０メッシュのスクリーンを通して篩って、異なるサイズ材料の混合物を得ることが可能である。本発明の組成物中で用いられるセルロース材料のサイズは約１０〜約１００メッシュ、好ましくは約４０〜約１００メッシュの範囲である。
【００３６】
本発明の組成物中で用いられる木粉には、軟木および硬木ならびにそれらの組み合わせが挙げられる。好ましい木粉は、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｗｏｏｄ  Ｆｉｂｅｒｓ  ｏｆ  Ｓｃｈｏｆｉｅｌｄ，ＷｉｓからそれぞれＯａｋ４０３７（４０メッシュ）およびＰｉｎｅ４０２０５０（４０メッシュ）として入手できるオークおよび松である。もう１種の好ましい木粉はカエデである。
【００３７】
本発明の複合組成物は、全組成物の重量を基準にして約２０〜約７０重量％、好ましくは約４０〜約６０重量％、より好ましくは約５０重量％〜約６５重量％のセルロース繊維を含むことが可能である。複合組成物は、ベース樹脂および相溶化剤を含む約３０重量％〜約８０重量％の高分子マトリックス成分を含むことが可能である。押出品に関して、高分子成分は、複合組成物の全重量を基準にして好ましくは約３５〜約６０重量％、より好ましくは約４０〜約５５重量％の量で複合組成物中に含まれる。射出成形品に関して、溶融材料の適切な流れを有するために、より多くの高分子が組成物中に必要とされ、従って、射出成形のための組成物は、好ましくは約６５〜８０重量％の高分子成分を含む。
【００３８】
本発明の組成物は、可塑剤、粘度安定剤および加水分解安定剤を含む安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、染料、顔料または他の着色剤、無機充填剤、難燃剤、潤滑剤、ガラス繊維およびフレークなどの強化剤、起泡剤または発泡剤、加工助剤、粘着防止剤、離型剤および／またはそれらの混合物を含む高分子材料中で用いられる従来の添加剤などの任意の材料を更に含むことが可能である。任意の原料を用いる時、任意の原料は種々の量で存在することが可能である。但し、任意の原料が組成物の基本特性および新規特性を損ねる量で用いられないことを条件とする。
【００３９】
鉱物および塩などの無機化合物の粒子を含む無機充填剤を任意に用いることが可能である。炭酸カルシウムおよびタルク（Ｍｇ3Ｓｉ4Ｏ10（ＯＨ）3）はより好ましい充填剤であり、タルクは最も好ましい。本発明の組成物に添加できる充填剤の量は約０〜約１５重量％である。
【００４０】
起泡剤または発泡剤は、人工挽材製品の密度を下げるとともに押出プロセスにおいて必要な寸法に製品を「サイズ決め」もするために３重量％以下の量で導入することが可能である。適する起泡剤または発泡剤には、例えば、Ｒｅｅｄｙ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｒｐ．から入手できるＳａｆｏａｍ  ＦＰＥ５０が挙げられる。適する他の起泡剤または発泡剤には、アゾジカルボンアミド、４，４−オキシ−ビス（ベンゼンスルホニルヒドラゾール）、ｐ−トルエンスルホニルセミカルバジド、フェニルテトラゾールなどの発熱性発泡剤および炭酸マグネシウムおよび炭酸水素マグネシウムを含む無機炭酸塩および無機炭酸水素塩などの吸熱性発泡剤が挙げられる。
【００４１】
熱安定剤は、熱履歴による木材複合材の劣化を防ぐために１重量％以下のいずれかの量で任意に用いることが可能である。適する熱安定剤には、例えば、Ｒｅｃｙｃｌｏｓｔａｂ４１１という商品名でＣｉｂａ  Ｇｅｉｇｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓによって販売されているヒンダードフェノールのカルシウム／ホスフェート誘導体が挙げられる。熱安定剤化合物は、ヒドロキシアミン、フェノール、ホスフェートおよび金属石鹸からなる群から選択された化合物であることも可能である。
【００４２】
適する任意の酸化防止剤には、ヒンダードフェノール、ポリフェノール、チオポリアルキル化フェノール、ジチオポリアルキル化フェノールなどのアルキル化フェノールおよびビスフェノール、３−アリールベンゾフェノン−２−オンなどのラクトンおよびヒドロキシルアミンならびにビタミンＥが挙げられる。
【００４３】
ガラス繊維およびフレークなどの強化剤は、木材複合材の曲げ弾性率を改善するために任意に用いることが可能であり、構造用途のために適するより高い靱性および強度を木材複合材が有することを可能にする。
【００４４】
本発明の組成物は、射出成形、圧縮成形、オーバーモールド(overmolding)または押出などの方法を用いて成形物品に成形することが可能である。任意に、本発明の木材複合材を含む成形物品は更に加工することが可能である。例えば、本発明のペレット、スラグ、ロッド、ロープ、シートおよび成形物品を調製してもよく、物品を熱、圧力および／または他の機械的力に供して成形物品を製造するサーモフォーミング運転などの後続の運転のための原料のために用いてもよい。圧縮成形は更なる加工の一例である。
【００４５】
本発明の組成物は、所望の形状およびサイズを提供して商業的に使用可能な製品を製造するために切断するか、射出成形するか、圧縮成形するか、オーバーモールドするか、積層するか、押し出すか、または混練することが可能である。得られた製品は、木材に似た外観を有し、天然木材と同じ方式で鋸掛けし、サンダー掛けし、成形し、旋削し、固定し、および／または仕上げてもよい。得られた製品は腐敗および崩壊ならびに白蟻侵食に抵抗性であり、例えば家の内部または外部の装飾刳形、額縁、家具、ポーチデッキ、手摺り、窓刳形、窓部品、ドア部品、ルーフィングシステムおよび他のタイプの構造部材として天然木材のための代用品として用いてもよい。
【００４６】
特定の任意の成分を含めることは好ましい可能性がある一方で、いずれかの任意の成分を除くことは何らかの理由で認めることが可能である。こうした理由には、コスト、美観または当業者が重要とみなす他のいずれかの配慮を含むことが可能である。例えば、類似の製品と比べて商業的または事業的な利点を得るために任意の成分は除くことが可能である。更に、任意の成分を含めることにより本発明の木材複合組成物の基本特性および新規特性が影響を受ける場合、いずれかの任意の成分を除くことが可能である。例えば、本発明の目的のための色、臭い、外観、感触、取り扱いまたは使用の際の安全性は、本発明の基本特性と考えられる。特にこれらの特性を妨げるあらゆる任意の成分を本明細書で権利請求された組成物から除くことが可能である。
【００４７】
本明細書における広い請求の範囲の言語の使用にもかかわらず、それを含めることが本明細書で請求された本発明の新規性に悪影響を及ぼすいずれかの任意の成分、あるいはそれを含めることが本発明によって意図された目的に有害であるいずれかの任意の成分は請求された発明から除くことが可能である。
【実施例】
【００４８】
本発明をその好ましい実施形態に関連して特に示し記載してきた一方で、形態および詳細の種々の変更を本発明の思想および範囲から逸脱せずに行うことができることは当業者によって理解されるであろう。
【００４９】
以下の実施例は単に例示であり、本明細書で記載および／または特許請求された本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。
【００５０】
用いた材料
ＷＦ１−４０メッシュオーク木粉、Ｏａｋ４０３７としてＡｍｅｒｉｃａｎ  Ｗｏｏｄ  Ｆｉｂｅｒｓ  ｏｆ  Ｓｃｈｏｆｉｌｄ，Ｗｉｓ．から入手できる。
ＰＥ１−Ｓｃｌａｉｒ（登録商標）１１Ｅ１としてＮｏｖａから入手できる線状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）。
ＰＥ２−Ｓｃｌａｉｒ（登録商標）２９０７としてＮｏｖａから入手できる高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、５のＭＩ。
Ｍ１−ポリエチレン／無水マレイン酸（ＭＡＨ）グラフトコポリマー、メルトインデックス（ＭＩ）＝１．５、密度（ｄ）＝０．９３ｇ／ｃｃ、２．０重量％未満の無水マレイン酸グラフトを有するＦｕｓａｂｏｎｄ（登録商標）Ｅ  ＭＢ２２６ＤとしてＤｕＰｏｎｔから入手できる。
Ｍ２−９重量％ポリエチレン／エチルマレイン酸モノエステル（ＭＡＭＥ）および３０のＭＩを有するＭＡＭＥ。
Ｍ３−４．４重量％ＭＡＭＥおよび３．５のＭＩを有するポリエチレン／エチルマレイン酸モノエステル。
Ｍ４−６重量％ＭＡＭＥおよび３０のＭＩを有するポリエチレン／エチルマレイン酸モノエステル。
Ｍ５−７．６重量％ＭＡＭＥおよび３０のＭＩを有するポリエチレン／エチルマレイン酸モノエステル。
Ｍ６−４重量％ＭＡＨおよび６５のＭＩを有するポリエチレン／無水マレイン酸。
【００５１】
すべての部および百分率は特に指示がないかぎり重量による。
【００５２】
木材複合材を混合するための一般手順
加工の前に、乾燥させたトレードライヤー炉内で約１７０°Ｆで４８時間にわたり木粉（ＷＦ１）を乾燥させる。サンプルを以下の手順により３５０グラムロットで調製する。
【００５３】
３５０ｃｃ混合ヘッドを有するブラベンダーパドルミキサーを１６５℃に至るまで加熱する。ＰＥ１と変性剤（Ｍ１またはＭ２）を合わせて混合し、ミキサーに投入し、ミキサー内で約２０秒にわたり混合する。木粉ＷＦ１を４つの等部分でミキサーに添加する。投入シュートを第１の３部分のために用い、投入ラムを用いて第４の部分を添加する。
【００５４】
混合されたブレンドをホットミキサーから取り出し、加工のために１９３℃に予熱されたアルミニウムプレート上に置く。材料を加熱された（１８０℃）２４インチ×２４インチのプレス（ＰＨＩから入手できる）に挿入し、３〜４分にわたって保持した後、外部圧力を加え、保持時間なしで２５トンの最大にまで徐々に増やす。材料をホットプレスから取り出し、まだ熱い間に圧縮成形のための６インチ×６インチ正方形に切断する。６インチ×６インチ×１／８インチのスチール額縁型を用いる。この型を２つのスチールプレートの間に挿入する。サンプルを型に入れ、サンプル／型アセンブリーを予熱された（１９３℃）２４インチ×２４インチのＰＨＩプレスに挿入する。アセンブリーを５分にわたり平衡させた後、圧力を加え、２５トンの最大にまで徐々に増やし、最大圧力で１分にわたり保持した。圧力をゆっくり解除し、その後、アセンブリーを２４インチ×２４インチの室温プレスに移送する。室温プレスで圧力を加え、２５トンの最大に迅速に増す。圧力を約５分間、またはスチールプレートが触ってみると暖かくなるまで維持した。６インチ×６インチのサンプルプレートを型から取り出し、そのプロセスをサンプルごとに６回繰り返して、組成物ごとに７個のサンプルプレートを提供する（表１〜３参照）。表１の材料に関する完成サンプルをラチェット形打抜装置で表４および５で報告された物理的特性のために試験されるべきＡＳＴＭ曲げバーおよび引張バーに打抜いた。表２および３の材料に関する完成サンプルを木材加工のために適する刃を有する動力鋸を用いてＡＳＴＭ曲げバーおよび引張バーに刳り抜いた。表２および３の材料に関する物理的特性を表６および７で報告している。
【００５５】
表１の実施例３および５は本発明の木材複合組成物である。比較例Ｃ１はカップリング剤のない木粉とＬＬＤＰＥの組成物である。比較例Ｃ２およびＣ４は木粉、ＬＬＤＰＥおよび従来のマレイン酸変性ポリエチレングラフトコポリマーカップリング剤の組成物である。
【００５６】
表２および表３において、実施例１０〜２０は本発明の木材複合組成物である。比較例Ｃ６はカップリング剤のない木粉とＨＤＰＥの組成物である。比較例Ｃ７、Ｃ８およびＣ９は木粉、ＨＤＰＥおよび従来のＭＡＨグラフトカップリング剤の組成物である。
【００５７】
表１
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【００５８】
表２
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【００５９】
表３
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【００６０】
試験手順
長さ５インチ、幅１／２インチおよび厚さ１／８インチのバーを用いるＡＳＴＭ  Ｄ−２５６を用いてアイゾット衝撃を測定した。
【００６１】
厚さ１／８インチの圧縮成形シートから切断された試験バーにより２インチ／分のクロスヘッド速度を用いてＡＳＴＭ  Ｄ−６３８に準拠して引張強度を測定した。
【００６２】
厚さ１／８インチの圧縮成形シートから切断された試験バーにより０．０５インチ／分のクロスヘッド速度を用いてＡＳＴＭ  Ｄ−７９０に準拠して曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
【００６３】
細管ダイレオメータを用いて粘度を測定した。表５は剪断速度の関数として１８０℃での粘度を示している。
【００６４】
圧縮成形シートから切断された曲げバー（長さ５インチ、幅１／２インチおよび厚さ１／８インチ）でＡＳＴＭ  Ｄ−５７０試験法に準拠して水吸収を測定した。
【００６５】
表４
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【００６６】
表５
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【００６７】
表６
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【００６８】
表７
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【００６９】
データが表４で示しているように、実施例３および５は比較例Ｃ１に比して改善された引張強度および曲げ弾性率を提供する。表５は、本発明の新規組成物が比較例と似た流れ特性を有することを示すレオロジーデータを提供している。
【００７０】
表６はＨＤＰＥと木粉を含む組成物に関するデータを含んでいる。それらのデータは、比較例Ｃ６に比して実施例１０、１１および１２の改善された曲げ強度および引張強度を示している。更に、表６に概説された水吸収の試験結果は、比較例Ｃ６に比して実施例１０および１２の改善された性能を示している。更に、０．５重量％の官能性コモノマー含有エチレンコポリマーを含む実施例１０は、従来の０．５重量％の無水マレイン酸グラフトカップリング剤を用いる比較例Ｃ７と比して改善された水吸収（４２日浸漬後７．０％）を有する。
【００７１】
表７は、官能性コモノマーを含むエチレンコポリマーから誘導されたカップリング剤添加剤を用いる追加の実施例からのデータを有する。これらの例は比較例に比して強度の改善を示している。
【００７２】
特定の詳しさの度合で本発明をこうして説明し例示してきたが、以下の特許請求の範囲がそのように限定されず、特許請求の範囲およびその均等物の各エレメントの言語表現に釣り合った範囲を与えられるべきであることが認められるべきである。
【国際調査報告】
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