(57)【要約】  水の不存在下でポリマーによって石膏等の無機水和物に結合した配向されたリグノセルロース繊維を含む組成物。好ましい実施態様では、ポリマーはポリウレタンである。組成物の製造方法及び組成物の多岐に渡る用途も記載されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水の不存在下でポリマーによって無機水和物に結合したリグノセルロース繊維を含む繊維性硬化組成物。
【請求項２】
前記リグノセルロース繊維が、無機水和物に結合される前に、意図的に配向されている、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記無機水和物が、使用済みの石膏、アルミナ三水和物、石灰、ホウ砂、若しくはベントナイトの一種以上のみ、若しくは水和物形態の石膏、アルミナ三水和物、石灰、ホウ砂、若しくはベントナイトから選択されるものとの組み合わせを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
前記ポリマーがポリウレタンである、請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
前記リグノセルロース繊維が、使用済みの大麻、亜麻、ケナフ、ジュート、苧麻、若しくは他の靱皮繊維植物の一種以上のみ、若しくは大麻、亜麻、ケナフ、ジュート、苧麻、若しくは他の靱皮繊維植物から選択されるものとの組み合わせを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項６】
前記リグノセルロース繊維が、建築若しくは建設材料、家具、又は一般に木製品、木製部品、人工木製品、若しくは人工木部品とされるその他の室内若しくは屋外使用用製品を製造するのに使用される多種の木質繊維の使用済みのものから選択される一種以上のみ、或いは建築若しくは建設材料、家具、又は一般に木製品、木製部品、人工木製品、若しくは人工木部品とされている他の室内若しくは屋外使用用製品を製造するのに使用される多種の木質繊維から選択されるものとの組み合わせをさらに含む、請求項５に記載の組成物。
【請求項７】
前記リグノセルロース繊維が、機械的に細断若しくは粉砕された紙である、若しくはこれを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項８】
前記繊維が、自然若しくは強制フェルト化技術を用いて意図的に配向されている、請求項２に記載の組成物。
【請求項９】
前記繊維が、配向性ストランドボード及び／又は長ストランドランバーの製造方法及び装置を用いて意図的に配向されている、請求項２に記載の組成物。
【請求項１０】
前記繊維が、けばとも呼ばれる機械的に細断若しくは粉砕された紙を、無機水和物とポリマーとの混合物に混合若しくは撹拌することによって意図的に配向されている、請求項７に記載の組成物。
【請求項１１】
前記組成物を硬化前に無期限に未硬化状態に維持するために、前記ポリマーの一つ以上の原料が組み合わせられていない、請求項１に記載の組成物。
【請求項１２】
前記水和物が含有する自由水分が５重量％未満であり、前記繊維が含有する自由水分が１５重量％未満である、請求項１に記載の組成物。
【請求項１３】
水の不存在下でポリマーによってリグノセルロース繊維を無機水和物に結合させることを含む、繊維性硬化組成物の製造方法。
【請求項１４】
前記繊維成分を、前記無機水和物と組み合わせる前若しくは間に配向することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記繊維を前記水和物に結合させる前に、繊維を水と混合してパルプ様水性スラリーを生成し、該スラリーを撹拌し、繊維のフェルト化を促進して繊維性マットを形成し、該マットを乾燥することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記繊維を、無機水和物とポリマーとの霧、スプレー、若しくは無水スラリーと組み合わせる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記繊維が大麻超短繊維由来である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記無機水和物が石膏であり、前記ポリマーがポリウレタンである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記ポリマーの全ての原料を混合して硬化組成物を製造する前に、未硬化の混合物を無期限に保存及び／又は搬送できる状態を維持するために、ポリマーの一つ以上の原料が混合されていない、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
建築用成型物、防音パネル、ドア、船舶用塗料、屋根板、ロール屋根材、壁板、積層床材、道路補修材、コンクリート若しくはアスファルトの亀裂封止剤、立体駐車場用塗料、構造用パネルボード、構造用木材、家具若しくは家具部品、映画用小道具、自動車用成型部品、ドア若しくは窓部品、発泡絶縁材料、又は接着剤材料である、請求項１の組成物から作製した製造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、ポリマーを用いて石膏等の無機水和物に結合させたリグノセルロース繊維を含有する組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
リグノセルロース系バイオマスとは、セルロース、ヘミセルロース、及びリグニンからなる植物バイオマスのことである。これらの炭水化物ポリマー（セルロース及びヘミセルロース）はもともとリグニンに結合している。リグノセルロース系バイオマスは一般に、急速に再生可能な一年生作物及びより成長の遅い森林性作物の二つの資源に由来し得る。
【０００３】
冗長な記載とせずに先行技術を説明するために、従来技術として知られている、リグノセルロース繊維を得ることができる多種のリグノセルロース系バイオマスの一つである産業用大麻(industrial hemp)に焦点を当てて説明する。大麻に焦点を当てることを選択した理由には、その重量に対して並はずれて高い強度特性、栽培のし易さ、及び達成可能な年間収穫高の高さがある。しかしながら、ページが許せば説明する価値のある、他の多くの種類のリグノセルロース繊維が従来技術として知られている。
【０００４】
産業用大麻は、麻（Cannabis sativa）の茎から得られる一年生繊維作物である。1950年代半ばに終了した北アメリカ禁止法(North American prohibition)によって禁止される前には、産業用大麻はロープ、繊維製品、その他の材料の製造に世界中で広く使用されていた。禁止法前には、衣料品、帆布、キャンバス、船舶用ロープ及び索具、並びに紙様製品が米国や他の国で製造されており、また昨今は、幻覚誘発性のある化学成分が実質的に全く含まれていない産業用大麻に対する禁止が終わろうとしているため、また再導入され始めている。
【０００５】
大麻(hemp)は、外側の長い靱皮繊維と中心の麻幹繊維の二つの主な繊維を含む、亜麻(flax)、ケナフ(kenaf)、ジュート(jute)、苧麻(ramie)に似たリグノセルロース靱皮繊維植物である。従来から知られているこの二つの繊維タイプには、はっきりとした違いがある。例えば、大麻に見られる長い靱皮繊維は平均長が約２インチ（５０ミリ）であるのに対し、麻幹繊維はずっと短く、平均繊維長は０．０５インチ（1ミリ）未満である。どちらのタイプの繊維も、従来から知られている技術によって所望サイズに精製することができる。
【０００６】
大麻やケナフ等の靱皮繊維植物作物は、年間収穫高が５〜１５トン／エーカー（１０〜３５トン／ヘクタール／年）と高いため、様々な用途に使用する再生可能な産業用繊維の商業的に実現可能な資源として多くの関心を集めている。様々な用途において、好ましいとされる材種の供給が減ってきており、それに伴って費用が高騰してきている。木材の原料費は今や、様々な製品を製造するにあたり木材代替品が実現可能な選択肢となるようなレベルに達しようとしている。
【０００７】
主に外側の長い靱皮繊維を使用する上述の長年に亘る伝統的な用途以外にも、大麻の新たな用途が開発されている。このような開発中の用途には、新種のプラスチック、複合パネル、燃料源、人工建材等がある。伝統的な使用パターンによって、外側の長い靱皮繊維は比較的商業的価値が高くなり、植物の質量の６０〜７５％を占める麻幹部、並びに長い繊維材料を製造する際の残りには商業的価値はほとんどない。これらは燃料としての使用が増えてきているにも関わらず、結局廃棄物と同様に扱われている。ある程度は、この麻幹部も、動物用の敷料として使用される吸着剤等の吸収性材料の製造に使用されるようになってきている。大麻の使用量が増加し、この作物がより広く栽培されるようになると、スケールメリットの増加により、相対的費用が低下することが期待される。
【０００８】
例えばWasylciw（ワシルシュウ）の米国特許第6,641,909号及びLiang（リャン）らの米国特許第7,413,692号（これらの開示を参照により援用する）に記載されるような、収穫された茎全体の利用率を高めるように、この植物の内側の麻幹部を使用する、新たなタイプの繊維状複合品が当業界に登場してきている。従来技術には、これまで廃棄物、若しくは外側の靱皮繊維と比べると商業的価値が限られている物と考えられていた、大麻の茎の質量の大半を占める麻幹繊維のみをもっぱら使用する最近の例もある。このような開発により、大麻作物全体の商業的可能性が高まる。従来から、ファイバーボード、複合パネル、及び種々の人工木製品の製造に使用されてきた他のタイプのリグノセルロース繊維、特に木材から得られるリグノセルロース繊維の例がたくさんある。
【０００９】
大麻及び他の靱皮タイプの繊維の話に戻るが、これまで、作物材料から外側の靱皮繊維を剥離し、分別する際に遊離し吸引された塵、若しくは外側の長い靱皮繊維から材料を処理、製造することにより生じるこの植物の最も小さい構成部分の、唯一知られている商業的用途は、燃料源であった。遊離した粒子は主に靱皮繊維であるが、比較的少量の麻幹繊維も、塵の流れに加わることがよくある。特に大麻の場合には、このような粒子は超短繊維と呼ばれることが多く、そのサイズは５ミクロン〜５ミリである。この粒子は、サイズは同程度でも特性が異なる麻幹短繊維とは区別される。例えば、外側靱皮繊維の加工時に出るこのような超短繊維は、麻幹繊維よりもフェルト化し易い性質がある。大麻の靱皮短繊維及び靱皮超短繊維は、他のタイプの靱皮植物から得られる同様の繊維よりも、自然にフェルト化する傾向が高い。このように自然にフェルト化する傾向により、このような靱皮超短繊維を有用な固体製品とするために、樹脂や他のタイプの結合剤を使用する必要が低減される若しくはなくなるが、これに対して麻幹繊維については、一つ以上の結合剤を添加せずにそのような有用な固体製品とするための技術がほとんど知られていない。
【００１０】
リグノセルロース繊維を処理目的にとって最適となるように配向するために、従来技術では様々な手法が用いられている。指向性無く分散している繊維から始まって、様々なタイプの不織配向を経て、完全な織物へと繊維を整える方法は広範囲に亘る。繊維を意図的に配列・配向することができる度合いは、繊維のタイプや長さ、強度、可撓性、平滑性、耐久性、硬さ、利用可能な機械的・化学的・その他の加工方法のタイプ、及び繊維が元来持っている自然に若しくは強制的に特定の配向・配置とされる性質等の様々な要因による。
【００１１】
例えば、上記の大麻短繊維についての記載において、この植物の外側靱皮繊維部分に由来するものは、内側の麻幹繊維よりも、自然にフェルト化して様々な厚さのマット状になる性質が高い。その理由は、この有用な特性を上手く利用して、繊維を費用効率良く特定の用途に役立つような材料とすることほど重要ではない。
【００１２】
様々な種類の木質ウェーハー、チップ、フレーク、ストランド等、他のタイプの繊維には、自然にフェルト化する傾向はほとんど若しくは全くないが、人工木材や木質繊維からなる他の製品の強度を高めるように配向することはできる。このような木質ウェーハー、チップ、フレーク、ストランドを意図的に配向させるのには機械的手段がよく用いられ、これらは次いで様々な天然若しくは合成樹脂、又は特定のポリマーと組み合わされ、ヒートプレス及び／又は他のタイプの装置によって、最終的に固められて最終製品材料とされる。
【００１３】
石膏は、硫酸カルシウムの二水和物であり、広く入手可能な化合物である。また一つ以上の水和物形態を有する多くの無機材料のうちの一つであり、役立つ製品とすることができる、地球上で最も安価な無機物であると言われている。製造業者が使用する無機水和物の他の例としては、アルミナ三水和物、石灰（水和物型）、ホウ砂（水和物型）、及び水和物形態をとるある種のベントナイト及び粘土が挙げられる。石膏は、主に低コストで、豊富に存在し、様々な源から広く入手可能であるので、上記でリグノセルロース繊維の一例として大麻に焦点を絞ったのと同様に、この従来技術の説明がここでも冗長になり過ぎないように、以下の説明では石膏を一例として用いる。
【００１４】
本発明で用いる無機水和物は、石膏鉱山から供されるものでも、或いはより多くは、化学プロセス若しくは石炭燃焼発電所の煙道ガスからの二酸化硫黄のスクラビングの副産物として供されるものであってもよい。また石膏製品のリサイクルから得られる場合もある。石膏は安価で化学的に不活性である。その最も多い用途は、しっくいや壁板の製造であり、中でも壁板の製造は、世界中の石膏の総使用量の７５％以上を占める。ポルトランドセメントにも大量の石膏が使用される。農業では、石膏は土壌改良剤としての役割を果たす。さらに石膏は、パン、シリアル、パスタ、ケーキ、ペストリー、錠剤等の食品及び薬剤において、充填剤としても使用される。
【００１５】
壁板は、石膏ボード、シートロック(sheetrock)、プラスターボード、ギプロック(gyproc)とも呼ばれ、石膏の芯材が紙の層に挟まれてなる。壁板は広く使用されているが、欠点もある。亀裂や水に対する耐性がほとんどなく、また紙の層が燃えてなくなると石膏が粉々に崩れやすくなるため、耐火性も限られている。従来技術には、このような欠点を回避若しくは低減する手段もあるが、知られている技術は比較的費用がかかる。壁板は主に住居や作業場の建設に使用されるので、壁板を改良するのであれば、実用的で毒性のない材料とする必要がある。この点において石膏は、毒性のない単純な無機化合物であるので理想的である。しかしながら、例えば壁板等の製造において、石膏を処理するための既存の標準的な方法では、堅固な化合物が生成されるが、その一方でこの化合物は脆く、耐水性に乏しいという欠点もある。
【００１６】
石膏から製造される物品の大半は、水と石膏との相互作用を、当該物品及び材料の製造工程の重要な局面として製造される。石膏源は、か焼していない、若しくはか焼して半水化物とした、硫酸カルシウム二水和物を用いることができる。あるいは、硫酸カルシウム無水石膏を石膏源としてもよい。石膏は、製品形成中に再水和して、相互結合した二水和物結晶のマトリックスを形成する。石膏はこの特性により、壁板、焼き石膏、及び他の建材を作る際に使用される非常に便利な材料となっている。
【００１７】
従来技術には、水の存在下で製造された繊維性石膏物品を記載した例が数多くある。か焼した石膏を繊維とブレンド、若しくはセルロース系繊維材料と共にか焼して、硫酸カルシウム結晶と相互結合したセルロース系繊維の複合材料を形成することができることは良く知られている。
【００１８】
水の存在下において石膏及び繊維から製造された市販のボードを検討したところ、石膏と繊維材料とが分離した圧縮混合物からなる、つまり石膏と繊維材料とは均質な複合体というよりは物理的混合物であることがわかった。このようなボードにおいて石膏は繊維のための結合剤を提供する、若しくは結合剤の役割を果たすと言えるかもしれないが、石膏結晶と繊維との間には、評価できるほどの直接的物理的相互連結も化学的結合もないようである。さらに、このようなボードが形成される方法が原因であれ、石膏結晶と繊維との機械的混合が原因であれ、及び／又は繊維の凝集と石膏のか焼とが原因であれ、このようなボードは、その全面に亘って良好な均質性、及び特性つまり密度や強度等の均一性を示さないことが多い。また繊維粒子は、到達可能な空隙が内部にあること、及び／又は荒れた若しくは不規則な形状であることにより、か焼された石膏の再水和時に物理的結合が改善される、及び／又は最終的な乾燥及び／又は硬化時に石膏粒子を形成することができる。
【００１９】
水の存在下で製造された繊維性石膏物品の記載は従来技術に多くあるが、水の不存在下で石膏に結合されたセルロース系繊維を含む組成物若しくは物品に関する記載はほとんどない。Buxton（バクストン）らの米国特許第6,429,257号（この開示を参照により援用する）には、このような無水手法における問題のいくつかがかなり詳細に記載されている。これを要約すると、二つの主な問題点は、第一に、Buxtonのポリマー原料の一つと反応する水の量が、Buxtonの発明の目的のために非常に予測及び制御しにくいこと、そして第二に、石膏によって作られる流体混合物が、エチレングリコールやグリセリン等のいくつかのポリマー原料と組み合わせると、低い流動特性を示すことにある。Buxtonはこのような問題点を、単に石膏若しくは他の無機水和物のいずれも使用しないことによって解決した。Buxtonの発明は、ポリウレタンの成型システム及び主に木製ドアの框をコーティングするのに使用される方法に関する。
【００２０】
無機水和物の使用を完全に避ける必要なく、上述の問題点に対処する方策が、従来技術で知られている。水の量は、プロセス制御（時間、温度、流量、硬化速度、乾燥剤の添加、硬化剤等）を慎重にすることによって測定及び管理することができる。同様に、流動特性も、原料及びプロセス条件を慎重に選択し、エチレングリコールやグリセリン等が流動特性に対して大きな問題となるのであれば、恐らくこれら成分の使用を避けることにより、管理することができる。流体をゆっくりと（過熱しないよう気を付けて）加熱し、原料を添加して、流動特性を高めるのは、流体の流動特性を改善するのに使用される方法の一つである。
【００２１】
ポリマーは、化学的に不活性で、多岐にわたる特性を有することがよく知られている。このような特性は、ポリマーの構成要素を変えることにより、またホモポリマーの場合にはポリマーの重合度、従って分子量を変えることによって、変えることができる。
【００２２】
石膏若しくは他の無機水和物と組み合わせて使用するポリマーの従来技術には、この無機水和物を充填剤として使用する例がある。この水和物は、充填剤として使用すると、ポリマーとは通常化学結合しない。技術者やその他の当業者であれば、価格、入手可能性、及び様々な物理的・化学的特性等の様々な要因を鑑みて、プラスチックの代わりに、水和物であるなしに関わらず無機充填剤材料を選択するであろう。
【００２３】
ある種の用途の場合、重要な可変要件の一つは、最終材料が炎及び熱に対してどのように反応するかである。水和物は炎や直火に曝されると、分解し始めて水蒸気を発生するので、水和物を選択することは耐火性を向上させる一因となる。これはまた、水和物が蒸発する際に潜熱を吸収するため、炎を消し、材料温度を下げる一因にもなる。残念ながらこの特性は、最終製品の使用温度が常に水の沸点と同じか、近いか、若しくはこれを越える場合に、無機水和物の使用を妨げる重要な制限となっている。この温度制限により、市販のプラスチックや複合製品を製造する製造工程で高温になることがある場合に、水和物を使用することが難しく若しくは不可能になっている。ホットプレスや他の手段を用いた高温での硬化は、非常に問題があり、多くの場合、不可能である。
【００２４】
一般に、プラスチック及び複合製品への無機水和物の使用は、特に製造工程の一つ以上の局面で高温となる場合、通常避けられる。水の存在下で製造される石膏壁板等の製品についての上記の説明は、重要な例外である。このような場合、関係する全てのポリマーは、水性であるか、少なくとも水性スラリーと相溶性がある必要がある。
【００２５】
ポリウレタンは、ウレタン基を有するポリマーである。ウレタン結合は、水酸基とイソシアネート基との反応によって形成される。イソシアネートの高い反応性は、イソシアネート反応の触媒作用の知識と相まって、分子量が低〜中程度の液状材料から広範囲に亘るポリマーの比較的簡単な製造を可能にする。
【００２６】
可撓性及び硬質のポリウレタンフォームは、商業的に入手可能なポリウレタンの最も広く入手可能な形態である。これらの処方設計は、代表的にはイソシアネートとポリオール（及び／又はジオール）とを含み（ジオールは本明細書ではポリオールの定義に含まれるものとする）、さらに適切な触媒、界面活性剤、及び発泡のためのガスを生成する発泡剤を含む。
【００２７】
ポリウレタンの優れた利点は、靱性があり、耐荷重性能が高く、温度負荷可撓性が良好で、広範囲に亘る溶剤及び酸素、オゾン、摩耗、及び機械的酷使に対する耐性があることである。
【００２８】
ポリマーによって可塑化された石膏を含有し、石膏の含有量が約４０〜９０重量％である組成物が、Roosen（ルーセン、本願の筆頭発明者）らの米国特許第5,344,490号に記載されている（この開示を参照により援用する）。Roosenの組成物は耐水性に優れていて脆性ではないが、使用されているポリマーが、石膏成分よりも実質的に費用が高く、この組成物から製造した壁板等のパネル製品全体の価格を、広く用いられている伝統的な石膏壁板よりも、比較的高いものとしている。
【００２９】
Roosenの'490号特許は、セルロースを充填剤として使用することを教示している。実際にはさらに、予想されるボードのタイプまで記載されてはいるが、請求の範囲に記載されておらず、実施にも至っていない。この記載にはランダム繊維の特徴が記載されており、様々な場合において特にセルロースを充填剤として記載されている。一般には、可塑化された石膏組成物を意図的に配向した繊維と組み合わせるというよりはむしろ、可塑化された石膏組成物に繊維を充填剤として添加する。Roosenの特許の組成物中に木片チップを圧延若しくはプレスして入れること以外には、繊維を意図的に配向することは検討されていない。Roosenの特許において「ウェーハーボード」と記載されているタイプのボードはホットプレスに依存しているが、この先行技術の上記記載で説明した理由等の理由により、ホットプレスは石膏等の水和物と組み合わせては使用することができない。
【００３０】
ポリウレタン系ポリマーについての重要な制限は、ウレタン化学に用いられるイソシアネートが、水との反応性が通常非常に高いということにある。例えば、広く用いられているジフェニルメタンジイソシアネート（通常MDIと略称される）は、制御不能な発泡となりやすいプロセスで、水と激しく反応して二酸化炭素ガスを発生する、液体ウレタン樹脂である。またMDIは、濡れた若しくは湿った材料と若干結合を形成できない。これはMDIの機能性反応性成分が、水の下にある材料と結合を形成することができるよりも前に、通常水分子と反応してしまうためである。水の存在下で良く機能するポリマーもあるが、一般的には、強度、可撓性、靱性、耐水性等がより高いという高品質の技術特性を有し、経時収縮、腐敗、乾燥による亀裂等の負の特性の影響を受けにくい製品を製造するのに使用されるタイプのポリマーは、水の不存在下で使用されるものである傾向がある。これは、製品が、負の経時特性を最小限として、長年にわたって使用され続けることを期待されている場合に特に重要である。
【００３１】
Englert（エングラート）の米国特許第7,056,460号（この開示を参照により援用する）には、繊維全体に分散されたエマルジョンの一部としてMDIを含有する石膏繊維ボードを、MDIを用いて湿式法で製造する方法が記載されている。MDIエマルジョンは工程の後の方で添加され、脱水工程において十分なMDIを保持する試みがなされている。この方法の有効性は限られており、MDIを多く含む望ましくない廃水が生成されるだけでなく、繊維と石膏及び組成物マトリックスの他の耐荷重成分を結合しているのはMDIの一部のみである。さらに、この従来技術の説明において水の存在下で石膏と繊維とから製造した市販のボードに関して先に言及したものと同様に、結合性を高めるために、繊維粒子が、到達可能な空隙及び／又は不規則な形状に依存している。従来の石膏水和を維持するためのこの妥協は重要で、簡単に見過ごすことはできない。Englertを始めとする多くの専門家が、このような妥協を避ける若しくは最小限とするために努力しているが、あまり成果は得られていない。
【００３２】
壁板や他の建材の製造コストは、原料費に左右される。従って、従来の建材と比較しても強度、耐久性、耐火性、及び耐水性を比較的高く保ちながら、使用するポリマーの相対的な量を減らすことができるように、低価格の繊維系を組み込むことが望ましい。また、組成物となる全ての原料の１００％が、最終組成物の一部となるように、全ての廃水流を無くすことが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】米国特許第6,641,909号
【特許文献２】米国特許第7,413,692号
【特許文献３】米国特許第6,429,257号
【特許文献４】米国特許第5,344,490号
【特許文献５】米国特許第7,056,460号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
本発明は、水の不存在下でポリマーによって石膏等の一種以上の無機水和物に結合したリグノセルロース繊維を含む、多くの興味深い特性を有する有用な組成物を提供することを目的とする。この組成物は、防音タイル、壁板、屋根材、家具、建築用成型物、ドア、床板、天井板、映画用小道具、自動車用成型部品、構造人工材料、及び他の製品の製造に有用である。本発明は、商業的に非常に興味深いが、実質的に非毒性であり、成分並びにその調製及び組み合わせを選択することにより多様な特性を有する組成物を提供するという大きな利点を有する。本発明を説明するに当たり、本明細書に定義しない全ての用語は、当業界において認められている通常の意味を有する。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
リグノセルロース繊維と石膏等の無機水和物との結合は、繊維の部分と無機水和物との間に化学結合を創生する、実質的にはこれらの成分から錯体分子若しくは錯体分子群を創生するポリマーを使用することによって、主に達成される。いかなる理論にも拘束されるつもりはないが、発明者は、本発明におけるポリマー成分を選択することにより、組成物中の無機水和物と繊維成分との間に共有結合が形成されて、驚くほど高い耐水性等の予期せぬ並はずれて優れた特性が得られると思料する。またいかなる理論にも拘束されるつもりはないが、発明者はさらに、従来技術における水の存在下で製造された石膏と繊維との組成物では、水の不存在下で可能となるタイプの共有結合を得ることを非常に難しくする水の干渉により、このような特性を得ることがほとんどできないと思料する。
【００３６】
従来から知られている様々な手法により、繊維と石膏粒子、それぞれのサイズ及び形状を調整することは、硬化後の組成物の特性に顕著な影響を与える。同様に、石膏との結合前若しくは結合中に、繊維成分の配向を変えること、或いは自然若しくは強制的プロセスによりフェルト化することは、最終製品の特性に劇的な影響を及ぼす。
【００３７】
リグノセルロース繊維材料は、自然若しくは強制的フェルト化等の機械的若しくは他の手段によって、意図的に配向される。繊維を配向させるための他の手法としては、織り、長繊維（織られているかいないかに関わらず）への圧縮応力付与、機械的若しくは熱化学的精製、及びパルプ化して紙若しくは紙様繊維マット若しくは格子材料とすること、或いはガス状流を用いて繊維を様々な配列に配向することが挙げられる。
【００３８】
リグノセルロース系ファイバー源は、一年生作物の場合には毎年収穫される未使用のものを含み、頻度は低いが森林作物の場合も同様である。他の源としては、エタノールや他の燃料等の他の製品の加工若しくは製造から出た、若しくはリグノセルロース系材料のリサイクルから得られる、くず繊維が挙げられる。合成源も利用可能ではあるが、これまでのところ本発明の目的としては考えていない。
【００３９】
最終的に硬化させた組成物は、混合後に硬化して固体状となる固体及び液体成分の混合物から製造した、硬質若しくは可撓性の固体材料である。また、空気又は他のタイプの気体を混入させることにより、若しくは従来知られている発泡剤を導入することにより、発泡固体とすることもできる。本発明は、最終的な硬化を可能にすることが望まれる時まで一つ以上の成分を加えない、組成物の硬化前状態の物も含む。溶剤、ろう、着色剤、及び他の添加剤を組成物に導入して、加工を助け、硬化物の特性を変化させることもできる。
【００４０】
表面仕上げは、平滑な仕上げから粗面の風合いまで、特定の用途に求められるものに合わせて変えることができる。同様に、色彩も広範囲に変更することができ、強度、密度、靱性、硬さ、及び可撓性のパラメーターも同様である。耐火性は、添加剤を添加することにより、また高温に曝されると水蒸気を発生するという無機水和物の元来の性向により、非常に高くすることができる。耐水性は、上述の通り、まだよくわかっていない理由により顕著に高く、予期せぬ結果が得られる。
【００４１】
本発明の組成物のある好ましい実施態様は、１００％固体製品として説明することができる。この１００％固体製品とは、揮発性の溶剤、或いは硬化工程中若しくは硬化工程後に遊離される他の成分若しくは原料を含まない組成物を説明するのに当業界で使用する用語である。このような好ましい実施態様は、廃水や他の廃液流、或いは望ましくない固体、液体、若しくは気体状排出物を出さない方法によっても製造することができる。これは、組成物を構成するのに使用される全ての原料の１００％が、本発明の組成物から得られる最終製品の一部となるためである。しかしながら、本発明の組成物が溶剤を含まないこと、若しくは排出ゼロであることは、必須ではないことに留意されたい。上記の特徴は、環境的観点から望まれ、好ましいものであるが、必須ではない。
【００４２】
本発明のさらなる特徴は、この要約及び以下の詳細な説明を、添付の請求の範囲と合わせて検討することにより、当業者に明らかとなる。本発明は様々な形の実施態様をとることができるが、本明細書の開示は例示的であり、本明細書に記載した特定の実施態様に本発明を限定する意図はないことを理解した上で、以下に説明するのは、本発明の特定の実施態様である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明の組成物から得ることができる有用な製品の一つとして、上述の大麻超短繊維から得られる防音パネル材が挙げられる。この繊維は現在のところ、商業的価値がほとんど若しくは全くないものとされている。この繊維を、これもまた商業的価値がほとんど若しくは全くない、リサイクル工程や上述の他の源から得られる石膏と組み合わせる。これらの材料にはかなりの廃棄費用がかかるので、負の原料価値になる場合がある。
【００４４】
この防音パネル材は、建築業界において、フィラーボード、基板、天井タイルパネル、及び防音板として使用される。低密度ファイバーボードとして特徴付けられるこのタイプのパネル材のさらなる用途には、ドア、自動車用マット等の用途が挙げられる。大麻超短繊維を石膏と組み合わせる前に、高価な樹脂や他の添加剤を添加することなく、最高強度となるように繊維を配向するように調製する。フォードリニア法（長網抄紙法）やそれと同様の技術で、これらの繊維を自然にフェルト化するのが好ましい。
【００４５】
特に好ましい方法は、タンク、おけ、大だる、その他の適切な格納ユニット内で繊維を水と混合し、化合物材料全体を激しく撹拌するのに適した混合若しくは撹拌装置によって、繊維ストランドが互いに分離し、液体中に分散してパルプ様の水性スラリーとなるまで、化合物材料を撹拌することである。
【００４６】
スラリー中の繊維の存在率は「パルプ濃度」と呼ばれる。「パルプ濃度」とは、スラリー中の水に対する繊維の比率であり、強固なファイバーボード及び滑らかな表面を製造するのに重要なパラメータである。パルプ濃度が高すぎると、でこぼこの表面のもととなる塊が生じ、源繊維の相互フェルト化が制限され、よって強度特性が低下する。理想的には、パルプ濃度は、品質のためにはできるだけ低い方がよく、製造スピード及び水の使用量削減のためにはできるだけ高い方が良い。
【００４７】
代表的には、水温は０．５〜５０℃、好ましくは２５〜４０℃であり、この時スラリー中に存在する繊維は、０．５〜１２％、好ましくは１〜７％、さらに好ましくは２〜４％（体積比）である。スラリー中の繊維の量及び最終的な特性に合わせて、パルプ様の水性スラリーをしばらく撹拌し、残っている結合を確実に分離させる。この撹拌は、撹拌装置のタイプや撹拌速度並びにスラリー中に用いられる繊維によって、代表的には２〜３０分間、好ましくは５〜１５分間、より好ましくは８〜１２分間行う。
【００４８】
次いで、通常はスクリーニング、若しくは格納ユニットから水切り及びかき取り、若しくは他の方法により、スラリーから繊維を除去する。これにより、パルプ様の水性スラリー中の繊維から余剰の液体を流し出し、飽和した未成形のパルプ様塊体を得る。
【００４９】
次いでパルプ様塊体を所定のサイズ及び形状に合わせる成形機構（成形型、デッケルボックス等）に移す。所定のサイズ及び形状とされたパルプ様塊体を、次に、低密度半硬質ファイバーボードの望ましい形態及び特徴となるまで、熱、吸引、通風、及び加圧を用いて半硬質状態とする。これは、格納ユニット内で行った繊維の積極的分離、それに続く各ファイバーストランドの積極的フェルト化、つまり再一体化の結果であり、リグノセルロース繊維原料が元来持っているセルロース性結合剤によって強化され、低密度半硬質ファイバーボードとなると考えられる。この時間及び温度は、製造するパネルの厚さ、及び硬化サイクル中に過剰な水分が悪影響を及ぼすことなく無機水和物及びポリマー成分と相互作用及び結合するのに、どの程度十分に乾燥させる必要があるか、によって大きく異なる。乾燥中の反り及び／又は変形を最低限とする等の他の要因も、製造作業中に作業者が考慮する必要がある。
【００５０】
材料には、他のセルロール性材料、着色料、パーライト、及び充填剤を含有させてもよい。目的とする材料は、代表的には密度が３〜２０ポンド／立方フィート、騒音減少率（NRC）値が少なくとも４５であるが、材料の最終用途によっては、操作がより高い若しくは低い極端な評価となることもある。この繊維調製プロセスを用いて、石膏及び／又は他の無機水和物との組み合わせに備えて、様々な厚さの乾燥したマットを作成する。
【００５１】
作成した繊維性マットは、強制通風、加熱、及び吸引を用いて、一連の機構によって延伸して脱水する。この促進手段の組み合わせによりマットを圧縮して、繊維の多節性の縁を強制的に混ぜ合わせ、繊維の堅固な鎖を形成する。その厚さ及び密度は、繊維の量並びに促進手段の強度によって決定される。産業用大麻は、このプロセスの結果、追加材料の導入のためにある程度の多孔性を許しつつ、容易に且つ強固に混ざり合うので、群を抜いてこの課題に適している。
【００５２】
マットが完全に乾燥したら、移送点へと持って行き、そこに含まれている好ましい無機水和物及びポリマーの霧、スプレー、及び／又は無水スラリーに導入すると、これらが材料を通り抜けてマットの多孔質の開口から逃げる。任意に、仕上げ面及び／又は繊維マットが完全に飽和して、多孔質ではなくなるように、過剰量の無機水和物及びポリマーを導入してもよい。無機水和物及びポリマー（若しくはポリマー原料）を、繊維マットに導入する前に、予め混合若しくはブレンドすることは、好ましいが必ずしも必要ではない。成分は徐々に導入してもよいが、最終用途製品は、所望の形状に硬化された、或いは大まかな形状に硬化された後に成形、成型、機械加工、若しくは他の方法で加工して仕上げ形状とした、意図的に配向された繊維、無機水和物、及びポリマーからなる硬化した組成物である。
【００５３】
防音パネル材を作成するのに使用する繊維、無機水和物、及びポリマーの相対的量比は、それぞれ以下の通りである。
繊維４０〜９５重量部、好ましくは６０〜８５重量部、より好ましくは８０重量部、
石膏３〜４０重量部、好ましくは１０〜２５重量部、より好ましくは１５重量部、
ポリマー１〜２０重量部、好ましくは２〜５重量部、より好ましくは５重量部。
【００５４】
防音パネル製品の露出した表面や面が、パネルの裏側と同じ組成である必要がない用途もあるが、ある程度均質な材料とすることもできる用途もあるので、上記パラメータの範囲はこのように広い。例えば、硬さ、靱性、及び強度の要求が低い天井タイルの場合には、無機水和物及びポリマーは製品の目に見える表面のみに集中させてもよく、壁板、フィラーボード、若しくは自動車用用途の場合には、製品の全厚さに渡ってより均一な強度が必要とされるであろう。上述の範囲は、最も広い場合に用途範囲を網羅し、重量部で８０：１５：５の最も好ましい繊維、無機水和物、ポリマーの重量比は、防音パネル材用であり、この比は、必要とされるよりも強度が高いが、市場規模の大きい天井タイルにも使用することができる。しかしながら実際には、天井タイルはコスト削減に重きを置くことが期待されており、これは通常ポリマー部分を最小限とすることにより達成される。これは、量比が９５：３：２に近付くことを示唆している。天井タイルの場合、特にリサイクルされた石膏を使用する際の負の費用がある場合、石膏及びポリマーの量は、強度及び耐火性を高める方向に増加させることができ、その場合組成物の量比は例えば４０：４０：１０に近付くであろう。価格に影響されやすい天井タイル市場では、費用の問題は最も重要である。
【００５５】
先の段落（さらに次の段落）で述べた好ましい無機水和物及びポリマーの霧、スプレー、及び／又は無水スラリーには、温度２０〜９５℃（好ましくは４０〜８５℃、より好ましくは７０〜８０℃）でブレンドした以下の乾燥成分が非常に適している：
石膏４０〜９０重量部、好ましくは５０〜８０重量部、より好ましくは７５重量部
イソシアネート（MDI）２〜３５重量部、好ましくは１０〜２５重量、より好ましくは１７重量部、
ひまし油（標準的な産業用原油若しくは１級）５〜６０重量部、好ましくは２５〜５０重量部、より好ましくは３９重量部、
二酸化チタン１〜５重量部、好ましくは２〜３重量部、より好ましくは２重量部、
合成ゼオライト等の適切な乾燥剤０〜５重量部、好ましくは２重量部未満（この量は他の原料の水分レベルに応じて決定する）
適切な着色用顔料１〜５重量部（この量及びタイプは色合わせによって決められる所望の色による）
ジブチル錫ジラウレート、第３級アミン、若しくは当業者が容易に決定できる他の適切な触媒／促進剤等の硬化剤を少量、
完成品の最終的な望ましい特徴に合わせて特性を調整するために当業者が決定し得る付加成分。
【００５６】
例としては、製造品をより硬質にするために、少量（１〜５重量部）のスクロースポリオールの添加が挙げられる。他のこのような原料としては、製品の引裂強度、弾性、硬さ、靱性、若しくは柔軟性を強化する、公知のポリオール添加剤が挙げられるが、これらに限定されない。さらにその他の添加剤としては、流動促進剤(flow enhancer)、ワックス、紫外線阻害剤、抗菌剤、充填剤等、
製品内で泡を生じさせて密度を低下させる発泡剤としての微量の残留水、若しくは微量の添加水。アルコール、アルカン、冷却剤、若しくは同伴ガス等の公知の他の発泡剤も、水の代わりに、若しくは水と併用して用いることができる、
他のポリマー、無機水和物、及びリグノセルロース繊維成分がよりよく混合するのを助け、及び／又は相互作用を高めるためのスチレンモノマー等の溶剤、が挙げられる。
【００５７】
他の好ましい実施態様としては、より長いセルロース系繊維性材料を導入し、これらを層状にして繊維の対称配列を形成することが挙げられる。この場合、対称配列の形成は、乾燥型で行うか、上記と同じ技術的事象の組み合わせに付して行う。材料の輪郭は予め決められており、意図された最終用途に従って、最適には材料の幅及び密度を含む。次いで材料を、無機水和物及びポリマーの霧、スプレー、及び／又は無水スラリーと組み合わせるが、ここでもこの無機水和物及びポリマーの霧、スプレー、及び／又は無水スラリーは材料内の開口を伝って所望の程度まで空隙を埋め、結合強度を得る。その後に、より短い若しくは他のセルロース系材料の二次的層が続き、関連する材料に圧入され、積層体を形成する。
【００５８】
さらに別の好ましい実施態様では、木、靱皮植物、若しくは他のリグノセルロース繊維を、人工木材業界で使用される、十分確立され、容易に利用可能なプロセス及び装置を用いて、ストランドが実質的に平行となるように配向する。ストランドの配向は、配向性ストランドボード（OSB）として一般に知られているタイプのパネル製品用に木のストランドを配向するための機械及び方法を僅かに変更して行うことができる。穀草類のわら及び大麻繊維のストランドを配向するのにも使用されるこのような機械及び方法は、従来から良く知られている。同様に、長ストランドランバー（LSL）として一般に知られている人工構造木製品のための機械及びプロセスも開発されている。OSBとLSLの主な違いは、OSBには木質ウェーハーを使用して、建築用被覆材として通常使用されるパネル製品を作成する傾向があり、LSLはより長い木のストランドを使用して、通常耐荷重建築用途に使用する梁や細長い人工木製品として使用されるもの等の木材製品を作成する。
【００５９】
一例では、ストランドの配向は、複数の回転板を備えるマット配向装置を用いて行う。一例では、この片を波形パネル上で振動させてから、保持若しくはプレスする。この波形によりストランドが整列する。別の一例では、ストランドの長さよりも短い幅で間隔をあけた格子状に設置された、平行に整列させた垂直バー上にストランドを落とす。格子上でストランドを振動させることにより、ストランドが格子の目を通って落下し、実質的に一方向に配列される。機械製造方向に対して平行及び垂直のどちらの方向にも剛性及び強度を高めるために、一つの層におけるストランドの方向が別の層におけるストランドの方向と垂直に配向されている、交差配向された層も作ることができる。
【００６０】
例えば、被覆材製品若しくはパネル製品は、芯層と二つの表面層とを有し、この芯層のストランドの方向を表面層のストランドの方向に対して垂直としてもよい。このようなパネルや被覆材製品は、全方向における強度があまり高くはないが比較的均一である傾向がある。高強度の木材製品では、長手方向の引っ張り強度及び圧縮強度を最大限とすると共に、高い曲げ強度及び横剪断強度を維持するために、繊維は全て平行な配列に配向される傾向があるが、製品は長手面に沿って比較的簡単に割れてしまう可能性がある。本発明の目的のために、本発明の組成物から製造する各製品若しくは製品群の技術的要求に関して、繊維の配向は重要な検討事項である。様々なタイプの木材製品やパネル製品について、ある用途のため及び／又はある種の業界及び／又は顧客の認可を得るために適合若しくは越えなければならない非常によく発達した技術的強度基準がある。
【００６１】
好ましい実施態様では、上述したような無機水和物及びポリマーの霧、スプレー、及び／又は無水スラリーを、配向された乾燥ストランドに層間で導入するが、先の例のように水和物及びポリマーを完成したマットに導入することも可能である。水和物及びポリマーを層間に導入して、繊維マットの全厚さに渡って比較的一貫した結合を確実に生じさせるのが好ましいが、比較的厚いマットでは、水和物及びポリマーを一方の側から引き出すことによってこれを行うのは難しい。繊維を配向させる前に水和物及びポリマーで前処理することは非常に難しい傾向にあるが、繊維性組成物を調整する方法としてはそうできることが望ましい。前処理された繊維は非常に粘着性で配向が難しくなりがちであり、装置がすぐに詰まってしまうが、水和物及びポリマーを層間に、若しくは配向された繊維からある程度マットを作成してから、徐々に導入すると、困難性が低くなる。ここでも、無機水和物及びポリマー（若しくはポリマー原料）を繊維マットに導入する前に予め混合しておくことは、好ましいが必ずしも必要というわけではない。
【００６２】
OSB及び／又はLSL繊維系材料を作成するのに使用する繊維、無機水和物、及びポリマーの相対的量比は、それぞれ以下の通りである。
繊維４０〜９０重量部、好ましくは６０〜８５重量部、より好ましくは７０重量部、
石膏５〜４０重量部、好ましくは１０〜２５重量部、より好ましくは１５重量部、
ポリマー５〜３０重量部、好ましくは１０〜２０重量部、より好ましくは１５重量部。
【００６３】
上述した低密度防音材の場合と同様に、この量比の繊維、好ましい無機水和物及びポリマーを構成する成分の範囲には、様々なバリエーションがある。本発明の組成物から作製されるこのような高密度木質繊維系製品の場合は、理由が少し異なる。例えば、空隙を完全に充填して、高耐水性で、従来のOSB若しくはLSL製品よりも耐火性が高い、平滑な表面仕上げを得ることが、強度よりも重要である場合には、石膏の量を最大限とし、強度が主な要求である場合には、繊維の量を最大限とする。重量部若しくは重量％で７０：１５：１５の繊維、無機水和物、及びポリマーは、従来のOSB及びLSL製品と比較して、製品強度をあまり落とすことなく、空隙充填率がまずまずであり、耐水性がそこそこ改善され、及び耐火性が強化される。しかしながらこの量比は、強度が最優先である場合には８０：５：１５の方へシフトされることもあり、反対に強度が平滑性、耐水性、及び耐火性局面ほど重要ではない場合には、例えば４０：４０：２０の方へ逆にシフトされることもある。
【００６４】
別の好ましい実施態様では、機械的に細断若しくは粉砕された紙を、本発明の組成物のためのリグノセルロース繊維源として使用する。例えば、石膏壁板廃棄物が、大半を占める石膏と、壁板製品の外面を作り上げるのに使用された紙とからなることはよく知られている。代表的には、乾燥石膏壁板廃棄物の場合、石膏壁板廃棄物中に見られる紙の比率は、当該廃棄物の重量の５〜１５％であり、残部は実質的に石膏である。石膏壁板廃棄物は、風雨に曝されて湿った状態であることがよくあるので、本発明の組成物に組み込む前に乾燥させる必要がある場合がある。
【００６５】
この好ましい実施態様では、紙が、当業界で「けば(fluff)」と呼ばれることがある小粒子となるように、壁板廃棄物材料を細断若しくは粉砕する。廃棄物材料が細断若しくは粉砕時に湿っていようが乾燥していようが、本発明のポリマーと組み合わせる前に、脱水されていないまでも適度に乾燥している必要がある。この実施態様における石膏、繊維、及びポリマーのこの組み合わせからなる最終材料の強度を最大限とするために、けばの状態の繊維を唯一の繊維として、若しくは本明細書に記載した他の繊維と組み合わせて、意図的に配向し、本発明の組成物から製造した最終製品が大きな応力を受けると予想される方向への強度が高まるようにする。
【００６６】
例えば、組成物をシングル屋根板若しくはロール屋根材(rolled roofing material)の製造に使用する場合、長手方向、上下方向、及び横方向に十分な強度が得られ、各方向の負荷を引き受けるように、けばを配向させる。このような屋根若しくは外壁被覆材料は、シングル屋根板若しくはロール屋根材に取付けた後に、屋根が暴風等に曝されても、屋根を破って穴をあけることがあまりないはずの、頭部を有する釘若しくはステープルを使って設置されることがよくある。実用目的で、この実施態様では、無機水和物（リサイクルした壁板廃棄物の場合には石膏）、繊維（リサイクルした壁板廃棄物の場合にはけば）、及びポリマー（ポリウレタン若しくは他の適当なもの）の液体混合物に、繊維を指向性なく撹拌若しくは混合する。最終的な硬化により、全ての方向に十分な強度が得られ、十分な強度の製品、より具体的には、釘やステープルの引っ張りによる貫通に対する耐性がある製品となるように、繊維が指向性なく配向される。
【００６７】
「けば」繊維系材料を作製するのに使用する繊維、無機水和物、及びポリマーの相対的量比は、それぞれ以下の通りである。
繊維５〜３０重量部、好ましくは５〜１５重量部、より好ましくは１０重量部、
石膏４０〜９０重量部、好ましくは５０〜８０重量部、より好ましくは６５重量部、
ポリマー５〜５０重量部、好ましくは１０〜４０重量部、より好ましくは２５重量部。
【００６８】
石膏壁板廃棄物を細断及び／又は粉砕して得られるけばを用いる場合、最も簡単で費用がかからない手法は、他の源からの繊維や石膏を追加購入する必要なく、建築用成型物、船舶用塗料、工業塗料、道路補修材、立体駐車場用塗料、屋根材、及び／又は他の製品へと加工途中の壁板廃棄物の一部として得られる繊維を、単に使用することである。しかしながら、特定の技術的要求若しくは顧客の要求に合わせて、若しくは供給される材料の変動や不規則性を補うように、量比は調整することができる。例えば、入ってくる壁板廃棄物が低品質で、弾性や可撓性等、製品の所定の品質を維持するために、他の源からのより高品質の石膏及び／又は他の無機水和物をブレンドする必要がある場合には、けば繊維の割合は低くなる。或いは、釘の引っ張りによる貫通に対する耐性がさらに必要なロール屋根材等の製品の場合には、追加の繊維を添加する必要がある場合もある。
【００６９】
けば繊維を指向性なく良好に分布させるためには、混合温度は、２０〜９５℃、好ましくは４０〜９０℃、より好ましくは７０〜８０℃であり、混合は、このような温度で少なくとも５〜３０分間、好ましくは１５〜２５分間、より好ましくは２０分間、高剪断力の混合装置及びプロセスを用いて行うべきである。しかしながら、最初の混合を行った後は、混合をどれだけ長く続けるかについては制限はない。例えば製造工場においては、混合物を、最初に混合された製造工場で別の場所へ運ぶために包装される時まで、若しくは最終固体製品とされるまで、一定温度で一定の撹拌で維持するのは良いことである。
【００７０】
本発明の組成物は、室内及び屋外のドアを製造するのに使用することができる。価格競争力のあるドアを製造するためのプロセスは、費用を最小限とするために注意深く最適化する必要がある。この費用を最小限とする必要性は、先に述べた全ての好ましい実施態様及び例示にも当てはまるが、代表的なドアは、上述した他のほとんどの材料よりもずっと厚みがあるので、代表的なドアの芯部分に使用する材料を最小限とするようにドアを製造することを、特別に考慮する必要がある。現在製造されているドアは、上部、下部、及び横の框、並びに内側及び外側の板を含む中空製品であることが多い。框は代表的には人工木材から作製され、内側及び外側の板は木質繊維組成物をプレスしたものか、金属シートである。中実な木製ドアもまだ入手可能であるが、もはや市場の大半を占めるものではない。本発明の組成物を部分的に用いてドアを製造する一つの方法は、既存の内側及び外側板並びに框を使用し、高度に発泡させた本願発明の組成物を比較的少量だけ使用して、中空芯のドアを部分的若しくは完全に充填し、より堅固で耐火性のドアにするものである。本発明の耐火性組成物で芯部分を部分的若しくは完全に充填すれば、火災等級が設けられていない既存の住宅用室内タイプのドアの品質を上げて、高価格にできる商業用途に使用することができる。
【００７１】
或いは、ドアを二つ割りにした半分ずつ（それぞれ全厚の半分の厚さ）を組成物の入った成形型から引き上げて板を固体形成し、発泡させた組成物で残りを作ることもできる。この二つ割りの半分ずつは、組成物で若しくは他の手段で貼り合わせることができる。さらに強度を与えるために、人工木材、若しくはOSB、LSL、及び／又は他のリグノセルロース繊維を含む組成物から作製した框を、ドアの成型中にインサート成型することもできる。このようにして、ドアの部品のみならず、ドア全体を本発明の組成物で製造することができる。
【００７２】
このドアの例は、このように異なる好ましい実施態様を組み合わせて製品を作ることができるという、本発明の有用な特性を物語るものである。
【００７３】
先行ページにおける上記の好ましい実施態様及び例示のそれぞれにおいて、製造プロセスを乱し、及び／又は最終的に硬化した組成物の強度や他の品質及び特性を低下させ得る、過剰な水蒸気の放出を避ける、若しくは少なくとも最小限とするために、水和物が実質的に分解し始める温度未満でこのようなプロセスを行うことが必要であることに注意が必要である。
【００７４】
本明細書において、「乾燥」という語は、実質的に水分を含まない組成物の原料や材料について言うものである。これに対して「湿った」という語は、水性スラリーや、相当量の自由水分が存在する程度に水で飽和された材料を含む。代表的には、無機水和物の場合、本明細書において、乾燥状態の水和物が含有する自由水分は５％未満（重量％）である。繊維原料若しくは材料の場合、乾燥材料と見なすには、水分含量は１５％未満であることが必要であろう。好ましくは、水分含量は、無機水和物の場合２％未満で、リグノセルロース繊維の場合には７％未満である。過剰な水分は、特に乾燥剤及び／又は蒸発技術を用いて、ほとんど除去することができる。当業者であれば、組成物の様々な原料について、適切な乾燥度を決定することができ、加熱、通風、乾燥剤の添加等の適切な技術を用いて、組成物の硬化サイクル前若しくはサイクル中に、無機水和物原料を過度に分解させることなく、若しくは繊維を過度に乾燥させて弱く若しくは脆くさせることなく、このような乾燥度とすることができる。作業を行う人は、試験や装置によって、水分含量を測定し、若しくは試行錯誤によって相対的乾燥度若しくは乾燥の必要性を判断することができる。
【００７５】
乾燥した材料を使用することの重要な利点は、ポリウレタン等のある種のポリマーが、無機水和物や繊維に強固に結合するために不規則な形状や空隙の存在を要しないことである。いかなる理論にも拘束されるつもりはないが、これは、ポリマーがポリウレタンである好ましい実施態様におけるMDI若しくは他のイソシアネートの場合、イソシアネートは、無機水和物中の水酸基、並びにリグノセルロース繊維中の水酸基と共有結合を形成することができるためである、と発明者は思料する。共有結合は一般に、湿式法で形成された組成物や材料中で基本的に物理的に相互連結する、無機水和物の水和反応及び／又は結晶化及び／又は沈殿によって形成されるいかなる機械的結合よりもはるかに強い。本発明では、平滑な繊維及び／又は無機水和物も、荒れた若しくは不規則な繊維及び／又は無機水和物も、使用することができるので、十分な結合を得るために、繊維及び無機水和物の様々な源及びタイプから、慎重に見極めたり選別したりする必要が減る若しくはなくなる。
【００７６】
最終的な硬化した形態の組成物は、様々な形状、構造、及び非構造性とすることができる。好ましい形態の一つは、建築の様々な局面及び他の用途で使用される通常のサイズ及び厚さのものを含むパネルボードである。他の好ましい形状は、柱状若しくは梁状である。この組成物は、成型若しくは他の方法で直接最終形状とすることができ、若しくは大まかな形状とした後に、追加の成形、成型、機械加工、及び／又は他の操作によって、製造者やエンドユーザーが望むいかなるサイズ、形状、及び最終特性に仕上げることもできる。
【００７７】
好ましい最終製品の実施態様は、上述したような様々な建築材料及び建設資材を含むが、これらの製品や産業に限定されない。例えば、繊維のタイプや配向、並びに使用するポリマーの選択、及びポリマーに使用する原料の量やタイプのバリエーションによって、最終製品は硬質にも可撓性にもなり得る。可撓性製品の例としては、ロール屋根材製品及び可撓性シングル屋根板製品の両方を含む屋根材が挙げられる。可撓性の度合いは、この組成物から作製した最終材料のタイプ及び厚さによって、若しくは求められる特性によって変わる。ロール屋根材は一般に、ロール状で製造、搬送される必要のないシングル屋根板よりも、より可撓性に作られる。
【００７８】
同様に、ダッシュボード、内側ドアパネル等の自動車に使用される成型部品の製造に使用する場合には、組成物の形状、仕上げ、及び可撓性についての要求は、構造的建築材料に求められる要求とは非常に異なることがよくある。表面仕上げ、色彩、テクスチャー、及び輪郭形状は、特に組成物の自動車用、航空機用、及びこれに類する用途が、建設及び建築業界における伝統的に平坦、単純、及び通常硬質で無着色である組成物の用途とは、非常に異なる一つの領域である。映画用小道具は、広範囲の特性、形状、可撓性、及び仕上げが含まれる応用分野の一例である。
【００７９】
別の好ましい実施態様は、組成物を、様々なタイプの繊維を使用して、様々な仕上げの積層床材製品の製造に使用することにある。従来技術の積層床材に対して本発明の組成物が持つ際立った特徴は、本明細書に記載したいかなるタイプの繊維とでもいっしょに使用することができる本発明の組成物は、通常水及び水分に対する耐性が比較的高いことである。従来技術に見られる現在生産されている標準的な製品は、バスルームや、特に常在する若しくは長期に渡る状態で水や高水分に曝されるその他の場所で使用するには適していない。
【００８０】
積層床材製品は、従来から知られている標準的な若しくは通常使用されるものと同様の仕上げ並びにサイズ及び形状で作製することができる。別の際立った有利な特徴は、本発明の組成物から製造した積層床材製品は一般に、従来技術に見られる通常用途のものよりも、硬質、可撓性、及び弾力性のパラメーターを、製造者、顧客、ユーザーの好みに合わせてより簡単に変えられる。耐火性がより高いこともまた一つの有利な特徴である。
【００８１】
本発明の組成物の他の好ましい用途は、家具、家具部品、絶縁材料、建築用成型物、窓部品、ドア、及びドア部品の製造に使用することである。
【００８２】
本発明をその好ましい形態について開示してきたが、多種多様なバリエーションが可能であるので、本明細書に開示され説明された特定の実施態様は限定的に解釈されるべきではない。本発明の主題は、本明細書に開示された様々な要素、特徴、機能、及び／又は特性の、新規で自明ではない全てのコンビネーション及びサブコンビネーションを含む。開示された実施態様のいかなる一つの特徴、機能、要素、若しくは特性も必須ではない。以下の請求の範囲に、新規で自明ではないと考えられる特定のコンビネーション及びサブコンビネーションを規定する。特徴、機能、要素、及び／又は特性の他のコンビネーション及びサブコンビネーションは、原請求項の補正によって、若しくは本願若しくは関連出願における新たな請求項の提示によって、請求することができる。このような請求項は、元の請求項よりも範囲が広くても、狭くても、同等であっても、本発明の主題に含まれると解される。本発明はまた、専門家が、自己の知識に基づいて、並びに任意に簡単な通常の試験を行うことによって、本願を読めばすぐに理解できる全ての実施態様及び全ての用途をカバーする。
【国際調査報告】
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