(57)【要約】  本発明は、射出方法によって調製されるのに適した複合材料、および複合材料の射出方法に関する。本発明の方法によると、複合材料は、（ｉ）天然繊維の長さを均一にする段階、（ｉｉ）天然繊維の表面、および存在する場合リグノセルロース残渣の表面を処理する段階、（ｉｉｉ）複合物の成分をあらかじめ混合する段階、（ｉｖ）複合材料を押し出しおよび顆粒化する段階、および（ｖ）部品の形態に複合物の材料を射出成形する段階を実施することによって調製される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形される材料であり、
再生利用された熱可塑性ポリマー約３０重量％から約９０重量％；
未使用の熱可塑性ポリマー約０．０１重量％から約７０重量％；および
天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％
を含むことを特徴とする、前記材料。
【請求項２】
熱可塑性ポリマーが、ポリプロピレンホモポリマーまたはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であることを特徴とする、請求項１の材料。
【請求項３】
第二の天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１または２の材料。
【請求項４】
天然繊維が、サイザル、サトウキビ糖蜜、ココア、ピアッサーヴァ（ｐｉａｃａｖａ）、大豆、ジュート、カラムシ、およびクラワ（ｃｕｒａｕａ）の繊維より選択されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項の材料。
【請求項５】
リグノセルロース残渣約０．０１重量％から約３０重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項の材料。
【請求項６】
リグノセルロース残渣が、木屑またはもみ殻より選択されることを特徴とする、請求項５の材料。
【請求項７】
中程度のエチレン含有量を有するポリプロピレンコポリマー約０．０１重量％から約２０重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項の材料。
【請求項８】
高エチレン含有量を有するポリプロピレンコポリマー約０．０１重量％から約２０重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項の材料。
【請求項９】
無水マレイン酸またはイオノマーで官能化されたポリプロピレン相溶化剤約０．０１重量％から約２重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項の材料。
【請求項１０】
補助加工剤／分散剤約０．０１重量％から約０．５重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項の材料。
【請求項１１】
一次酸化防止剤および二次酸化防止剤約０．０１重量％から約０．３重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項の材料。
【請求項１２】
１つ以上の顔料約０．０１重量％から約２重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項の材料。
【請求項１３】
紫外線光における安定剤約０．０１重量％から約０．２重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項の材料。
【請求項１４】
エラストマー衝撃改質剤（ｉｍｐａｃｔ  ｍｏｄｉｆｉｅｒ）約０．０１重量％から約１５重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項の材料。
【請求項１５】
複合材料の調製のための方法であり、
ｉ．天然繊維の長さを均一にする段階、
ｉｉ．天然繊維の表面、および存在する場合、リグノセルロース残渣の表面を処理する段階、
ｉｉｉ．複合物の成分をあらかじめ混合する段階、
ｉｖ．複合材料を押し出しおよび顆粒化する段階、ならびに
ｖ．部品の形態に前記複合材料を射出成形する段階
を含むことを特徴とする、前記方法。
【請求項１６】
ポリエチレンテレフタレートマトリックスが採用される場合、（ｖｉ）天然繊維、および存在する場合、リグノセルロース残渣を乾燥する段階を、段階（ｉｉｉ）の前および段階（ｉｖ）の後にさらに含むことを特徴とする、請求項１５の方法。
【請求項１７】
天然繊維の湿度が、約１，０００ｐｐｍを超過しないことを特徴とする、請求項１６の方法。
【請求項１８】
繊維の長さが、約１ｍｍから約８ｍｍで、特に約２ｍｍから約６ｍｍの間で均一にされることを特徴とする、請求項１５の方法。
【請求項１９】
繊維が、天然繊維および／またはリグノセルロース残渣の総質量に対して１％の含有量で適用される薬剤で処理されることを特徴とする、請求項１５の方法。
【請求項２０】
処理薬剤が、シラン（ジアミノシラン、メタクリル酸シラン、陽イオン性ステアリルアミン性シラン、エポキシシラン、ビニルシランおよび塩素アルキルシラン）、チタン酸塩（モノアルコキシ（ｍｏｎｏａｌｃｏｘｙ）、キレート化合物、配位化合物、第四級およびネオアルコキシ）、ジルコン酸塩、異なる割合のステアリン酸とステアリン酸カルシウムより選択されることを特徴とする、請求項１９の方法。
【請求項２１】
押し出しおよび顆粒化の工程において、従来の４２／４２スクリューおよび従来のスクリュー要素２０／１０ＬＨ左手、緩和要素、剪断（ｓｈｅｅｒｉｎｇ）要素ＫＢ４５／５／４２、剪断要素ＫＢ４５／５／１４ＬＨ左手、および高剪断要素ＫＢ９０／５／２８という輸送要素のあらかじめ確立された構造を有するモジュール式スクリュープロファイルが採用されることを特徴とする、請求項１５の方法。
【請求項２２】
ポリプロピレンマトリックスが使用される場合、射出工程（ｖｉ）が、その変数において、以下の範囲：
約３００バールから約６５０バールの間の射出圧力、
約２０ｃｍ３／秒から約４０ｃｍ３／秒の間の射出速度、
約３００バールから約６００バールの間の切り替え、
約３００バールから約５５０バールの間のパッケージング圧力、
約８秒から約１２秒の間のパッケージング時間、
約６ｍ／分から約１０ｍ／分の間の投与速度、
約５バールから約１０バールの間の反対圧力、
約１５秒から約２４秒の間の冷却時間、および
約２０℃から約４０℃の間の鋳型温度
を採用することを特徴とする、請求項１５の方法。
【請求項２３】
ポリプロピレンテレフタレートマトリックスが使用される場合、射出工程（ｖｉ）が、その変数において、以下の範囲：
約６００バールから約８５０バールの間の射出圧力、
約２０ｃｍ３／秒から約４０ｃｍ３／秒の間の射出速度、
約６００バールから約８００バールの間の切り替え、
約４００バールから約７５０バールの間のパッケージング圧力、
約１０秒から約１５秒の間のパッケージング時間、
約６ｍ／分から約１０ｍ／分の間の投与速度、
約５バールから約２０バールの間の反対圧力、
約１８秒から約２４秒の間の冷却時間、および
約１０℃から約３０℃の間の鋳型温度
を採用することを特徴とする、請求項１５の方法。
【請求項２４】
請求項１５から２３のいずれか一項に定義される方法に従って調製されることを特徴とする、複合材料。
【請求項２５】
射出複合材料の調製のためであることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に定義されるとおりの材料の使用。
【請求項２６】
自動車部品の製造のためであることを特徴とする、請求項２４に定義されるとおりの複合材料の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、複合材料、および複合材料の調製のための方法に関する。
【０００２】
より具体的に、本発明は、天然繊維で強化された未使用のまたは再生利用された熱可塑性ポリマーを含む複合材料、およびこのような射出成形用複合材料の調製のための方法に関する。
【０００３】
本明細書に関して、以下の定義が、使用される。
【０００４】
天然繊維またはセルロース繊維は、植物由来の天然繊維、または天然ポリフェノールポリマーであるリグニンを含有するリグノセルロース繊維である。
【０００５】
リグノセルロース残渣は、主要化学構成要素としてのセルロースおよびリグニンを含有する植物由来物の残渣（例えばもみ殻または木屑）である。
【背景技術】
【０００６】
複合材料は、特定の機械的特徴を有する少なくとも２つの材料を結合させて、望ましい機械的特性を有する第三の材料を生じる材料である。通常、複合材料は、ポリマーを、強化材料、一般に、合成のまたは鉱物もしくは植物由来のいずれかの繊維と結合させることにより得られる。従来技術は、種々のポリマー類と、ガラス繊維、ロックファイバー、鉱物繊維、天然繊維等の種々の種類の繊維とを結合させて製造される複数の複合材料を明らかにしている。
【０００７】
特に、従来技術は、サイザル繊維、ココア繊維等の天然繊維と結合したポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタレートなどのポリオレフィン部類のポリマーから製造される複合材料を明らかにする。
【０００８】
現在、ポリマーと天然繊維との結合による複合材料の調製のための方法は、鋳込みによって実施されており、複合材料の形態をかなり制限し、結果としてその商業的用途をかなり制限する。当業者にとって明白であるように、鋳込み法は、製造対象の構造および形態を制限し、従って複合材料の用途を低減する。
【０００９】
今日まで、射出成形方法は、ポリマーおよび天然繊維から製造される複合材料に関して、効果的に実施されてこなかった。成形方法に対するこの制限は、射出方法のいくつかの困難と関係している。第一に、天然繊維の吸湿性および親水性の性質のため、湿度吸収の傾向があり、射出工程中に気体の形成を発生させる。これが、射出工程の投与段階において（スクリューの速度×反対圧力）、射出ユニット（溝およびスクリュー）の内部に閉じ込められ、射出成形周期の間に鋳型の空洞の内側に閉じ込められる揮発性気体が形成される。結果として、発泡構造と同様の空隙および微細構造を有する生成物が、形成される。さらに、空隙の分布は、（圧力、温度、および時間などの）射出中の加工条件によって影響され、結果的に材料の機械的特性に欠陥を生じさせる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、従来技術で見られる方法の欠陥を克服する複合材料の調製のための方法が、本発明の目的である。
【００１１】
より詳細に、複合材料を生成する射出方法において成形される適切な材料を提供することが、本発明の目的である。
【００１２】
本発明のもう１つの目的は、天然繊維と結合した熱可塑性ポリマー、特にポリオレフィンから構成される複合材料の調製のための方法である。
【００１３】
本発明のもう１つの目的は、天然繊維と結合した熱可塑性ポリマー、特にポリオレフィンを含む複合材料のための射出方法である。
【００１４】
本発明のもう１つの目的は、自動車の交換部品の製造に特に適した、本発明の射出方法によって調製される複合材料である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（本発明の説明）
とりわけ上述の目的は、
再生利用された熱可塑性ポリマー約３０重量％から約９０重量％、
未使用の熱可塑性ポリマー約０．０１重量％から約７０重量％、および
天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％
を含む、射出成形用の適切な材料を構成する本発明により達成される。
【００１６】
特に、熱可塑性ポリマーは、ポリプロピレンホモポリマーまたはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。
【００１７】
本発明による複合材料は、以下：
（ａ）このような熱可塑性ポリマーがポリプロピレンホモポリマーである場合、
第二の天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％、
リグノセルロース残渣約０．０１重量％から約３０重量％、
中程度のエチレン含有量を有するポリプロピレンコポリマー約０．０１重量％から約２０重量％、
高エチレン含有量を有するポリプロピレンコポリマー約０．０１重量％から約２０重量％、
無水マレイン酸またはイオノマーで機能化されたポリプロピレン相溶化剤約０．０１重量％から約２重量％、
補助加工剤／分散剤約０．０１重量％から約０．５重量％、
一次酸化防止剤および二次酸化防止剤約０．０１％から約０．３％、
１つ以上の顔料約０．０１％から約２％、ならびに
紫外線光における安定剤約０．０１％から約０．２％、
（ｂ）このような熱可塑性ポリマーがＰＥＴである場合、
第２の天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％、
リグノセルロース残渣約０．０１重量％から約３０重量％、
エラストマー衝撃改質剤約０．０１重量％から約１５重量％、
補助加工剤／分散剤約０．０１重量％から約０．５重量％、
１つ以上の顔料約０．０１重量％から約２重量％
の１つ以上をさらに含み得る。
【００１８】
本発明はまた、
ｉ．天然繊維の長さを均一にする段階、
ｉｉ．天然繊維、および存在する場合、リグノセルロース残渣を表面処理する段階、
ｉｉｉ．複合物の成分をあらかじめ混合する段階、
ｉｖ．複合材料を押し出しおよび顆粒化する段階、
ｖ．部品の形態に射出成形する段階
を含む射出複合材料の製造のための方法にも関する。
【００１９】
ＰＥＴマトリックスが採用される場合、天然繊維、および存在する場合、リグノセルロース残渣の乾燥の段階（ｖｉ）は、段階（ｉｉｉ）の前および段階（ｉｉ）の後で有利に実施される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（特定の実施形態の説明）
本発明によると、複合材料、および例えばポリオレフィンなどの熱可塑性ポリマーおよび天然繊維を含む複合材料の調製のための方法が提供される。
【００２１】
ポリオレフィンのうち特に有用なのは、ポリプロピレンホモポリマー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン等である。ポリプロピレンホモポリマーまたはＰＥＴは、有利に採用される。
【００２２】
本発明の１つの実施形態によると、複合材料は、再生利用されたポリプロピレンホモポリマー約３０重量％から約９０重量％、未使用のポリプロピレンホモポリマー約０．０１重量％から約７０重量％、および天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％を含む。
【００２３】
天然繊維のうち特に有用なのは、サイザルの繊維、サトウキビ糖蜜の繊維、ココアの繊維、ピアッサーヴァの繊維、大豆の繊維、ジュートの繊維、カラムシの繊維、およびクラワの繊維である。
【００２４】
本発明の複合材料はまた、上述の天然繊維から有利に選択されるもう１つの天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％も含み得る。
【００２５】
さらに、複合材料は、リグノセルロース残渣約０．０１重量％から約３０重量％も含み得る。リグノセルロース残渣のうち特に有用なのは、木屑またはもみ殻である。
【００２６】
従って、本発明の複合材料における他の変異のうち、１つの単一天然繊維、または天然繊維の２種類、またはリグノセルロース残渣と組み合わせた１つの単一天然繊維、またはリグノセルロース残渣と組み合わせた天然繊維の２種類が採用され得、従って多様な混成材料を調製できる。
【００２７】
中程度のエチレン含有量を有する（約４％から８％のエチレンを含有する）ポリプロピレンコポリマー約０．０１重量％から約２０重量％、高エチレン含有量を有する（約８％から１２％エチレンを含有する）ポリプロピレンコポリマー約０．０１重量％から約２０重量％；ナトリウムで中和された無水マレイン酸またはエチレンアクリル酸もしくはエチレンメタクリル酸コポリマーに基づくイオノマーで機能化されたポリプロピレン相溶化剤約０．０１重量％から約２重量％；補助加工剤／分散剤約０．０１重量％から約０．５重量％；一次酸化防止剤および二次酸化防止剤約０．０１％から約０．３％；１つ以上の顔料約０．０１％から約２％；および紫外線光における安定剤約０．０１％から約０．２％などの他の成分が複合材料に添加され得る。
【００２８】
本発明のもう１つの実施形態によると、複合材料は、
再生利用されたポリエチレンテレフタレート約３０重量％から約９０重量％、
未使用のポリエチレンテレフタレート約０．０１重量％から約７０重量％、
天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％
を含む。
【００２９】
本発明のこの実施形態によると、複合材料は、
第２の天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％、
リグノセルロース残渣約０．０１重量％から約３０重量％、
をさらに含み得る。
【００３０】
天然繊維のうち特に有用なのは、サイザルの繊維、サトウキビ糖蜜の繊維、ココアの繊維、ピアッサーヴァの繊維、大豆の繊維、ジュートの繊維、カラムシの繊維、クラワの繊維である。
【００３１】
リグノセルロース残渣のうち特に有用なのは、木屑またはもみ殻である。
【００３２】
この実施形態によると、複合材料は、エラストマー衝撃改質剤約０．０１重量％から約１５重量％、補助加工剤／分散剤約０．０１重量％から約０．５重量％、および１つ以上の顔料約０．０１重量％から約２重量％をさらに含み得る。
【００３３】
本発明は、複合材料の調製のための方法にも関する。
【００３４】
該方法は、上述に定義された範囲に従った複合材料の処方の選択後に開始する。
【００３５】
複合物の処方が定まった後、（ｉ）繊維長の均一化を進行させることが必要である。当業者に周知のように、天然繊維は、異なる長さを有し、時折、長さが望ましい長さを超えるので、天然繊維の長さの均一化は、本発明の方法においてそれらの使用をより良好にするために有利である。繊維長の均一化操作は、いずれかの適切な手段によって、例えば刃の適切な一式を有するハンマーミルにおいて実施され得、複合顆粒物の製造において望ましくない微粉の形成を回避するために速度操作を調節され得る。本発明の方法のための特に適した繊維長は、約１ｍｍから約８ｍｍの間、より特に約２ｍｍから約６ｍｍの間である。
【００３６】
長さの均一化の後、（ｉｉ）繊維表面の処理を進行する。リグノセルロース残渣が天然繊維と一緒に採用される場合、それらもまた、表面処理されなければならない。本発明の方法によると、繊維および／またはリグノセルロース残渣の表面処理は、天然繊維および／またはリグノセルロース残渣の総質量に対して１％の処理剤含有量で適用される。処理剤のうち特に採用されるのは、シラン（ジアミノシラン、メタクリル酸シラン、陽イオン性ステアリルアミン性シラン、エポキシシラン、ビニルシラン、および塩素アルキルシラン）、チタン酸塩（モノアルコキシ、キレート化合物、配位化合物、第四級アルコキシおよびネオアルコキシ）、ジルコン酸塩、種々の割合のステアリン酸とステアリン酸カルシウムである。
【００３７】
ＰＥＴ標準物質が使用される場合、天然繊維が本発明の方法に適した湿度比を有さない場合、（ｖｉ）複合物の成分の乾燥が実施される。天然繊維は、空気循環つきオーブンまたは効率性の高い乾燥機などのいずれかの適した手段によって乾燥し得、それにより湿度は、約１，０００ｐｐｍを超過しない。
【００３８】
繊維以外の複合材料の成分は、（ｉｉｉ）室温であらかじめ混合され、低回転ミキサー中で物理的に均質化される。
【００３９】
次に、（ｉｖ）複合材料の押し出しおよび顆粒化の段階が、実施される。この段階において、天然繊維およびあり得るリグノセルロース残渣が、ポリマーマトリックスに組み込まれた後、複合材料が顆粒化される。
【００４０】
押し出しに関して、本発明の方法によると、相互貫通したスクリューを有し、重量測定による高精度の投与および供給装置の装備された、モジュール式共回転二重スクリュー押し出し機が特に採用される。本発明の方法に適した押し出し機は、Ｗｅｒｎｅｒ  ＆  Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒ（Ｄｉｎｋｅｌｓｂｕｈｌ，Ｇｅｒｍａｎｙ）製の押し出し機の１つである。
【００４１】
モジュール式スクリュープロファイル、すなわち要素の種類、数、分配配列、および適切な配置は、本発明の方法に特に適した押し出しを決定する。好ましくは、輸送要素のあらかじめ確立された構造、すなわち従来の４２／４２スクリューおよび従来のスクリュー要素２０／１０ＬＨ左手、軟化要素、剪断要素ＫＢ４５／５／４２、シート金属要素ＫＢ４５／５／１４ＬＨ左手、および高剪断要素ＫＢ９０／５／２８を有するモジュール式スクリューの特徴が採用され、複合材料の成分の融合および混合―分散および分配―を調節する。
【００４２】
天然繊維は、押し出し機の供給漏斗に、および／または中間的な位置に直接挿入され、そこではポリマーマトリックスが、すでに融解されている。
【００４３】
顆粒化の後、複合材料は、（ｖ）射出のために準備される。射出は、融解される要素の温度、投与時のスクリューの速度、および反対圧力などの射出変数の調節が可能な射出機中で有利に実施される。
【００４４】
ポリプロピレンマトリックスを有する複合材料の射出に関して、好ましくは、以下の範囲：
約３００バールから約６５０バールの間の射出圧力、
約２０ｃｍ３／秒から約４０ｃｍ３／秒の間の射出速度、
約３００バールから約６００バールの間の切り替え、
約３００バールから約５５０バールの間のパッケージング圧力、
約８秒から約１２秒の間のパッケージング時間、
約６ｍ／分から約１０ｍ／分の間の投与速度、
約５バールから約１０バールの間の反対圧力、
約１５秒から約２４秒の間の冷却時間、および
約２０℃から約４０℃の間の鋳型温度
が方法中で採用されるべきである。
【００４５】
ポリプロピレンテレフタレートマトリックスを有する複合材料の射出に関して、以下の範囲：
約６００バールから約８５０バールの間の射出圧力、
約２０ｃｍ３／秒から約４０ｃｍ３／秒の間の射出速度、
約６００バールから約８００バールの間の切り替え、
約４００バールから約７５０バールの間のパッケージング圧力、
約１０秒から約１５秒の間のパッケージング時間、
約６ｍ／分から約１０ｍ／分の間の投与速度、
約５バールから約２０バールの間の反対圧力、
約１８秒から約２４秒の間の冷却時間、および
約１０℃から約３０℃の間の鋳型温度
が射出中に採用されるべきである。
【００４６】
（実施例）
ここで本発明を、添付の特許請求の範囲に含有されるものを除きいずれかの限定する特徴を賦課することなく、本発明をより良好に説明するために特定の実施形態の実用的な例に関して記述する。
【実施例１】
【００４７】
本発明の方法に従って、複合材料を調製した。複合材料の処方は、以下の表１による。
【００４８】
【表１】
2008535696.tif 000002
【００４９】
この複合材料の処方を、本発明の方法に供した。複合材料の物理的−機械的特性を、以下の表２に示す。
【００５０】
【表２】
2008535696.tif 000003
【実施例２】
【００５１】
以下の表３における処方に従った複合材料を、本発明の方法に従って調製した。
【００５２】
【表３】
2008535696.tif 000004
【００５３】
複合材料の物理的−機械的特性を、以下の表４に要約する。
【００５４】
【表４】
2008535696.tif 000005
【実施例３】
【００５５】
本発明の方法に従って、複合材料を調製した。複合材料の処方は、以下の表５による。
【００５６】
【表５】
2008535696.tif 000006
【００５７】
複合材料の処方を、本発明の方法に供した。複合材料の物理的−機械的特性を、以下の表６に要約する。
【００５８】
【表６】
2008535696.tif 000007
【００５９】
従って、理解できるように、本発明は、射出成形されるのに適した複合材料に関して、従来技術で見られる不便さを解決し、並びに射出成形する複合材料の調製のための方法を提供する。調製される複合材料は、商業的な適用、特に自動車産業における適用のための互換性のある物理的−機械的特徴を有する。
【００６０】
本発明をその特定の実施形態に関して記述してきたが、当業者が詳細の幅広い変形例を開発し得、しかしながら本発明の原理を軽視することなく、本明細書の方法を適用の他の種類へ拡張し得ることを理解されたい。例えば、種々の実施形態において示される幾つかの要素は、上述に例示されていない方法において組み合わされ得る。従って、添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲および特徴へと適合する全ての均等物を包含するよう解釈されなければならない。
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月9日(2007.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料の調製のための方法であり、
ｉ．天然繊維の長さを均一にする段階、
ｉｉ．天然繊維の表面、または存在するリグノセルロース残渣の表面を処理する段階、
ｉｉｉ．複合物の成分をあらかじめ混合する段階、
ｉｖ．複合材料を押し出しおよび顆粒化する段階、ならびに
ｖ．部品の形態に前記複合材料を射出成形する段階
を含むことを特徴とし、ここで前記押し出し段階が、モジュール式共回転二重スクリュー押し出し機によって実施される、前記方法。
【請求項２】
ポリエチレンテレフタレートマトリックスが採用される場合、（ｖｉ）天然繊維、および存在する場合、リグノセルロース残渣を乾燥する段階を、段階（ｉｉｉ）の前および段階（ｉｖ）の後にさらに含むことを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項３】
天然繊維の湿度が、約１，０００ｐｐｍを超過しないことを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項４】
繊維の長さが、段階（ｉ）において約１ｍｍから約８ｍｍ、特に約２ｍｍから約６ｍｍの間に均一化されることを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項５】
段階（ｉｉ）において、繊維が、天然繊維および／またはリグノセルロース残渣の総質量に対して１％の含有量で適用される薬剤で処理されることを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項６】
段階（ｉｉ）において、天然繊維の表面を処理するための処理薬剤が、シラン（ジアミノシラン、メタクリル酸シラン、陽イオン性ステアリルアミン性シラン、エポキシシラン、ビニルシランおよび塩素アルキルシラン）、チタン酸塩（モノアルコキシ（ｍｏｎｏａｌｃｏｘｙ）、キレート化合物、配位化合物、第四級アルコキシおよびネオアルコキシ）、ジルコン酸塩、異なる割合のステアリン酸とステアリン酸カルシウムより選択されることを特徴とする、請求項１または５の方法。
【請求項７】
押し出し機が、従来の４２／４２スクリューおよび従来のスクリュー要素２０／１０ＬＨ左手、および緩和要素剪断（ｓｈｅｅｒｉｎｇ）要素ＫＢ４５／５／４２、剪断要素ＫＢ４５／５／１４ＬＨ左手、および高剪断要素ＫＢ９０／５／２８を採用することを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項８】
ポリプロピレンマトリックスが使用される場合、射出工程（ｖｉ）が、その変数において、以下の範囲：
約３００バールから約６５０バールの間の射出圧力、
約２０ｃｍ３／秒から約４０ｃｍ３／秒の間の射出速度、
約３００バールから約６００バールの間の切り替え、
約３００バールから約５５０バールの間のパッケージング圧力、
約８秒から約１２秒の間のパッケージング時間、
約６ｍ／分から約１０ｍ／分の間の投与速度、
約５バールから約１０バールの間の反対圧力、
約１５秒から約２４秒の間の冷却時間、および
約２０℃から約４０℃の間の鋳型温度
を採用することを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項９】
ポリプロピレンテレフタレートマトリックスが使用される場合、射出工程（ｖｉ）が、その変数において、以下の範囲：
約６００バールから約８５０バールの間の射出圧力、
約２０ｃｍ３／秒から約４０ｃｍ３／秒の間の射出速度、
約６００バールから約８００バールの間の切り替え、
約４００バールから約７５０バールの間のパッケージング圧力、
約１０秒から約１５秒の間のパッケージング時間、
約６ｍ／分から約１０ｍ／分の間の投与速度、
約５バールから約２０バールの間の反対圧力、
約１８秒から約２４秒の間の冷却時間、および
約１０℃から約３０℃の間の鋳型温度
を採用することを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項１０】
再生利用された熱可塑性ポリマー約３０重量％から約９０重量％、
未使用の熱可塑性ポリマー約０．０１重量％から約７０重量％、および
天然繊維またはリグノセルロース残渣またはそれらの混合物約０．０１重量％から約６０重量％
を含むことを特徴とする、請求項１から９の方法に従って得られる複合材料。
【請求項１１】
再生利用された熱可塑性ポリマー約３０重量％から約９０重量％、
未使用の熱可塑性ポリマー約０．０１重量％から約７０重量％、
第一の天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％、および
前記第一の天然繊維とは異なる第二の天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％
を含むことを特徴とする、請求項１から９の方法に従って得られる、複合材料。
【請求項１２】
熱可塑性ポリマーが、ポリプロピレンホモポリマーまたはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であることを特徴とする、請求項１０または１１の材料。
【請求項１３】
天然繊維が、サイザル、サトウキビ糖蜜、ココア、ピアッサーヴァ（ｐｉａｃａｖａ）、大豆、ジュート、カラムシ、およびクラワ（ｃｕｒａｕａ）の繊維より選択されることを特徴とする、請求項１０または１１の材料。
【請求項１４】
リグノセルロース残渣が、木屑またはもみ殻より選択されることを特徴とする、請求項１０の材料。
【請求項１５】
中程度のエチレン含有量を有するポリプロピレンコポリマー約０．０１重量％から約２０重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１０または１１の材料。
【請求項１６】
高エチレン含有量を有するポリプロピレンコポリマー約０．０１重量％から約２０重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１０または１１の材料。
【請求項１７】
無水マレイン酸またはイオノマーで官能化されたポリプロピレン相溶化剤約０．０１重量％から約２重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１０または１１の材料。
【請求項１８】
補助加工剤／分散剤約０．０１重量％から約０．５重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１０または１１の材料。
【請求項１９】
一次酸化防止剤および二次酸化防止剤約０．０１重量％から約０．３重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１０または１１の材料。
【請求項２０】
１つ以上の顔料約０．０１重量％から約２重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１０または１１の材料。
【請求項２１】
紫外線光における安定剤約０．０１重量％から約０．２重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１０または１１の材料。
【請求項２２】
エラストマー衝撃改質剤（ｉｍｐａｃｔ ｍｏｄｉｆｉｅｒ）約０．０１重量％から約１５重量％をさらに含むことを特徴とする、請求項１０または１１の材料。
【請求項２３】
自動車部品の製造のためであることを特徴とする、請求項１０から２２に定義されるとおりの複合材料の使用。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、複合材料、および複合材料の調製のための方法に関する。
【０００２】
より具体的に、本発明は、天然繊維で強化された未使用のまたは再生利用された熱可塑性ポリマーを含む複合材料、およびこのような射出成形用複合材料の調製のための方法に関する。
【０００３】
本明細書に関して、以下の定義が、使用される。
【０００４】
天然繊維またはセルロース繊維は、植物由来の天然繊維、または天然ポリフェノールポリマーであるリグニンを含有するリグノセルロース繊維である。
【０００５】
リグノセルロース残渣は、主要化学構成要素としてのセルロースおよびリグニンを含有する植物由来物の残渣（例えばもみ殻または木屑）である。
【背景技術】
【０００６】
複合材料は、特定の機械的特徴を有する少なくとも２つの材料を結合させて、望ましい機械的特性を有する第三の材料を生じる材料である。通常、複合材料は、ポリマーを、強化材料、一般に、合成のまたは鉱物もしくは植物由来のいずれかの繊維と結合させることにより得られる。従来技術は、種々のポリマー類と、ガラス繊維、ロックファイバー、鉱物繊維、天然繊維等の種々の種類の繊維とを結合させて製造される複数の複合材料を明らかにしている。
【０００７】
特に、従来技術は、サイザル繊維、ココア繊維等の天然繊維と結合したポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタレートなどのポリオレフィン部類のポリマーから製造される複合材料を明らかにする。
【０００８】
現在、ポリマーと天然繊維との結合による複合材料の調製のための方法は、鋳込みによって実施されており、複合材料の形態をかなり制限し、結果としてその商業的用途をかなり制限する。当業者にとって明白であるように、鋳込み法は、製造対象の構造および形態を制限し、従って複合材料の用途を低減する。
【０００９】
今日まで、射出成形方法は、ポリマーおよび天然繊維から製造される複合材料に関して、効果的に実施されてこなかった。成形方法に対するこの制限は、射出方法のいくつかの困難と関係している。第一に、天然繊維の吸湿性および親水性の性質のため、湿度吸収の傾向があり、射出工程中に気体の形成を発生させる。これが、射出工程の投与段階において（スクリューの速度×反対圧力）、射出ユニット（溝およびスクリュー）の内部に閉じ込められ、射出成形周期の間に鋳型の空洞の内側に閉じ込められる揮発性気体が形成される。結果として、発泡構造と同様の空隙および微細構造を有する生成物が、形成される。さらに、空隙の分布は、（圧力、温度、および時間などの）射出中の加工条件によって影響され、結果的に材料の機械的特性に欠陥を生じさせる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、従来技術で見られる方法の欠陥を克服する複合材料の調製のための方法が、本発明の目的である。
【００１１】
より詳細に、複合材料を生成する射出方法において成形される適切な材料を提供することが、本発明の目的である。
【００１２】
本発明のもう１つの目的は、天然繊維と結合した熱可塑性ポリマー、特にポリオレフィンから構成される複合材料の調製のための方法である。
【００１３】
本発明のもう１つの目的は、天然繊維と結合した熱可塑性ポリマー、特にポリオレフィンを含む複合材料のための射出方法である。
【００１４】
本発明のもう１つの目的は、自動車の交換部品の製造に特に適した、本発明の射出方法によって調製される複合材料である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（本発明の説明）
とりわけ上述の目的は、
再生利用された熱可塑性ポリマー約３０重量％から約９０重量％、
未使用の熱可塑性ポリマー約０．０１重量％から約７０重量％、および
天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％
を含む、射出成形用の適切な材料を構成する本発明により達成される。
【００１６】
特に、熱可塑性ポリマーは、ポリプロピレンホモポリマーまたはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。
【００１７】
本発明による複合材料は、以下：
（ａ）このような熱可塑性ポリマーがポリプロピレンホモポリマーである場合、
第二の天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％、
リグノセルロース残渣約０．０１重量％から約３０重量％、
中程度のエチレン含有量を有するポリプロピレンコポリマー約０．０１重量％から約２０重量％、
高エチレン含有量を有するポリプロピレンコポリマー約０．０１重量％から約２０重量％、
無水マレイン酸またはイオノマーで機能化されたポリプロピレン相溶化剤約０．０１重量％から約２重量％、
補助加工剤／分散剤約０．０１重量％から約０．５重量％、
一次酸化防止剤および二次酸化防止剤約０．０１％から約０．３％、
１つ以上の顔料約０．０１％から約２％、ならびに
紫外線光における安定剤約０．０１％から約０．２％、
（ｂ）このような熱可塑性ポリマーがＰＥＴである場合、
第２の天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％、
リグノセルロース残渣約０．０１重量％から約３０重量％、
エラストマー衝撃改質剤約０．０１重量％から約１５重量％、
補助加工剤／分散剤約０．０１重量％から約０．５重量％、
１つ以上の顔料約０．０１重量％から約２重量％
の１つ以上をさらに含み得る。
【００１８】
本発明はまた、
ｉ．天然繊維の長さを均一にする段階、
ｉｉ．天然繊維、および存在する場合、リグノセルロース残渣を表面処理する段階、
ｉｉｉ．複合物の成分をあらかじめ混合する段階、
ｉｖ．複合材料を押し出しおよび顆粒化する段階、
ｖ．部品の形態に射出成形する段階
を含む射出複合材料の製造のための方法にも関する。
【００１９】
ＰＥＴマトリックスが採用される場合、天然繊維、および存在する場合、リグノセルロース残渣の乾燥の段階（ｖｉ）は、段階（ｉｉｉ）の前および段階（ｉｉ）の後で有利に実施される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（特定の実施形態の説明）
本発明によると、複合材料、および例えばポリオレフィンなどの熱可塑性ポリマーおよび天然繊維を含む複合材料の調製のための方法が提供される。
【００２１】
ポリオレフィンのうち特に有用なのは、ポリプロピレンホモポリマー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン等である。ポリプロピレンホモポリマーまたはＰＥＴは、有利に採用される。
【００２２】
本発明の１つの実施形態によると、複合材料は、再生利用されたポリプロピレンホモポリマー約３０重量％から約９０重量％、未使用のポリプロピレンホモポリマー約０．０１重量％から約７０重量％、および天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％を含む。
【００２３】
天然繊維のうち特に有用なのは、サイザルの繊維、サトウキビ糖蜜の繊維、ココアの繊維、ピアッサーヴァの繊維、大豆の繊維、ジュートの繊維、カラムシの繊維、およびクラワの繊維である。
【００２４】
本発明の複合材料はまた、上述の天然繊維から有利に選択されるもう１つの天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％も含み得る。
【００２５】
さらに、複合材料は、リグノセルロース残渣約０．０１重量％から約３０重量％も含み得る。リグノセルロース残渣のうち特に有用なのは、木屑またはもみ殻である。
【００２６】
従って、本発明の複合材料における他の変異のうち、１つの単一天然繊維、または天然繊維の２種類、またはリグノセルロース残渣と組み合わせた１つの単一天然繊維、またはリグノセルロース残渣と組み合わせた天然繊維の２種類が採用され得、従って多様な混成材料を調製できる。
【００２７】
中程度のエチレン含有量を有する（約４％から８％のエチレンを含有する）ポリプロピレンコポリマー約０．０１重量％から約２０重量％、高エチレン含有量を有する（約８％から１２％エチレンを含有する）ポリプロピレンコポリマー約０．０１重量％から約２０重量％；ナトリウムで中和された無水マレイン酸またはエチレンアクリル酸もしくはエチレンメタクリル酸コポリマーに基づくイオノマーで機能化されたポリプロピレン相溶化剤約０．０１重量％から約２重量％；補助加工剤／分散剤約０．０１重量％から約０．５重量％；一次酸化防止剤および二次酸化防止剤約０．０１％から約０．３％；１つ以上の顔料約０．０１％から約２％；および紫外線光における安定剤約０．０１％から約０．２％などの他の成分が複合材料に添加され得る。
【００２８】
本発明のもう１つの実施形態によると、複合材料は、
再生利用されたポリエチレンテレフタレート約３０重量％から約９０重量％、
未使用のポリエチレンテレフタレート約０．０１重量％から約７０重量％、
天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％
を含む。
【００２９】
本発明のこの実施形態によると、複合材料は、
第２の天然繊維約０．０１重量％から約６０重量％、
リグノセルロース残渣約０．０１重量％から約３０重量％、
をさらに含み得る。
【００３０】
天然繊維のうち特に有用なのは、サイザルの繊維、サトウキビ糖蜜の繊維、ココアの繊維、ピアッサーヴァの繊維、大豆の繊維、ジュートの繊維、カラムシの繊維、クラワの繊維である。
【００３１】
リグノセルロース残渣のうち特に有用なのは、木屑またはもみ殻である。
【００３２】
この実施形態によると、複合材料は、エラストマー衝撃改質剤約０．０１重量％から約１５重量％、補助加工剤／分散剤約０．０１重量％から約０．５重量％、および１つ以上の顔料約０．０１重量％から約２重量％をさらに含み得る。
【００３３】
本発明は、複合材料の調製のための方法にも関する。
【００３４】
該方法は、上述に定義された範囲に従った複合材料の処方の選択後に開始する。
【００３５】
複合物の処方が定まった後、（ｉ）繊維長の均一化を進行させることが必要である。当業者に周知のように、天然繊維は、異なる長さを有し、時折、長さが望ましい長さを超えるので、天然繊維の長さの均一化は、本発明の方法においてそれらの使用をより良好にするために有利である。繊維長の均一化操作は、いずれかの適切な手段によって、例えば刃の適切な一式を有するハンマーミルにおいて実施され得、複合顆粒物の製造において望ましくない微粉の形成を回避するために速度操作を調節され得る。本発明の方法のための特に適した繊維長は、約１ｍｍから約８ｍｍの間、より特に約２ｍｍから約６ｍｍの間である。
【００３６】
長さの均一化の後、（ｉｉ）繊維表面の処理を進行する。リグノセルロース残渣が天然繊維と一緒に採用される場合、それらもまた、表面処理されなければならない。本発明の方法によると、繊維および／またはリグノセルロース残渣の表面処理は、天然繊維および／またはリグノセルロース残渣の総質量に対して１％の処理剤含有量で適用される。処理剤のうち特に採用されるのは、シラン（ジアミノシラン、メタクリル酸シラン、陽イオン性ステアリルアミン性シラン、エポキシシラン、ビニルシラン、および塩素アルキルシラン）、チタン酸塩（モノアルコキシ、キレート化合物、配位化合物、第四級アルコキシおよびネオアルコキシ）、ジルコン酸塩、種々の割合のステアリン酸とステアリン酸カルシウムである。
【００３７】
ＰＥＴ標準物質が使用される場合、天然繊維が本発明の方法に適した湿度比を有さない場合、（ｖｉ）複合物の成分の乾燥が実施される。天然繊維は、空気循環つきオーブンまたは効率性の高い乾燥機などのいずれかの適した手段によって乾燥し得、それにより湿度は、約１，０００ｐｐｍを超過しない。
【００３８】
繊維以外の複合材料の成分は、（ｉｉｉ）室温であらかじめ混合され、低回転ミキサー中で物理的に均質化される。
【００３９】
次に、（ｉｖ）複合材料の押し出しおよび顆粒化の段階が、実施される。この段階において、天然繊維およびあり得るリグノセルロース残渣が、ポリマーマトリックスに組み込まれた後、複合材料が顆粒化される。
【００４０】
押し出しに関して、本発明の方法によると、相互貫通したスクリューを有し、重量測定による高精度の投与および供給装置の装備された、モジュール式共回転二重スクリュー押し出し機が特に採用される。モジュール式の押し出し機ということは、押し出し機として、そのスクリューのプロファイルが固定されていないものであるというように解釈されるべきであり、すなわちプロファイルが、方法パラメータに依存して変化し得、従って、押し出し方法がより高い柔軟性を有するようになる。本発明の方法に適した押し出し機は、Ｗｅｒｎｅｒ  ＆  Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒ（Ｄｉｎｋｅｌｓｂｕｈｌ，Ｇｅｒｍａｎｙ）製の押し出し機の１つである。
【００４１】
モジュール式スクリュープロファイル、すなわち要素の種類、数、分配配列、および適切な配置は、本発明の方法に特に適した押し出しを決定する。好ましくは、輸送要素のあらかじめ確立された構造、すなわち従来の４２／４２スクリューおよび従来のスクリュー要素２０／１０ＬＨ左手、軟化要素、剪断要素ＫＢ４５／５／４２、シート金属要素ＫＢ４５／５／１４ＬＨ左手、および高剪断要素ＫＢ９０／５／２８を有するモジュール式スクリューの特徴が採用され、複合材料の成分の融合および混合―分散および分配―を調節する。
【００４２】
天然繊維は、押し出し機の供給漏斗に、および／または中間的な位置に直接挿入され、そこではポリマーマトリックスが、すでに融解されている。
【００４３】
顆粒化の後、複合材料は、（ｖ）射出のために準備される。射出は、融解される要素の温度、投与時のスクリューの速度、および反対圧力などの射出変数の調節が可能な射出機中で有利に実施される。
【００４４】
ポリプロピレンマトリックスを有する複合材料の射出に関して、好ましくは、以下の範囲：
約３００バールから約６５０バールの間の射出圧力、
約２０ｃｍ３／秒から約４０ｃｍ３／秒の間の射出速度、
約３００バールから約６００バールの間の切り替え、
約３００バールから約５５０バールの間のパッケージング圧力、
約８秒から約１２秒の間のパッケージング時間、
約６ｍ／分から約１０ｍ／分の間の投与速度、
約５バールから約１０バールの間の反対圧力、
約１５秒から約２４秒の間の冷却時間、および
約２０℃から約４０℃の間の鋳型温度
が方法中で採用されるべきである。
【００４５】
ポリプロピレンテレフタレートマトリックスを有する複合材料の射出に関して、以下の範囲：
約６００バールから約８５０バールの間の射出圧力、
約２０ｃｍ３／秒から約４０ｃｍ３／秒の間の射出速度、
約６００バールから約８００バールの間の切り替え、
約４００バールから約７５０バールの間のパッケージング圧力、
約１０秒から約１５秒の間のパッケージング時間、
約６ｍ／分から約１０ｍ／分の間の投与速度、
約５バールから約２０バールの間の反対圧力、
約１８秒から約２４秒の間の冷却時間、および
約１０℃から約３０℃の間の鋳型温度
が射出中に採用されるべきである。
【００４６】
（実施例）
ここで本発明を、添付の特許請求の範囲に含有されるものを除きいずれかの限定する特徴を賦課することなく、本発明をより良好に説明するために特定の実施形態の実用的な例に関して記述する。
【実施例１】
【００４７】
本発明の方法に従って、複合材料を調製した。複合材料の処方は、以下の表１による。
【００４８】
【表１】
2008535696.tif 000008
【００４９】
この複合材料の処方を、本発明の方法に供した。複合材料の物理的−機械的特性を、以下の表２に示す。
【００５０】
【表２】
2008535696.tif 000009
【実施例２】
【００５１】
以下の表３における処方に従った複合材料を、本発明の方法に従って調製した。
【００５２】
【表３】
2008535696.tif 000010
【００５３】
複合材料の物理的−機械的特性を、以下の表４に要約する。
【００５４】
【表４】
2008535696.tif 000011
【実施例３】
【００５５】
本発明の方法に従って、複合材料を調製した。複合材料の処方は、以下の表５による。
【００５６】
【表５】
2008535696.tif 000012
【００５７】
複合材料の処方を、本発明の方法に供した。複合材料の物理的−機械的特性を、以下の表６に要約する。
【００５８】
【表６】
2008535696.tif 000013
【実施例４】
【００５９】
複合材料を本発明の方法に従って調製した。複合材料の処方は、以下の表７による。
【００６０】
【表７】
2008535696.tif 000014
【００６１】
複合材料の処方を、本発明の方法に供した。複合材料の物理的−機械的特性を、以下の表８に要約する。
【００６２】
【表８】
2008535696.tif 000015
【００６３】
従って、理解できるように、本発明は、射出成形されるのに適した複合材料に関して、従来技術で見られる不便さを解決し、並びに射出成形する複合材料の調製のための方法を提供する。調製される複合材料は、商業的な適用、特に自動車産業における適用のための互換性のある物理的−機械的特徴を有する。
【００６４】
本発明をその特定の実施形態に関して記述してきたが、当業者が詳細の幅広い変形例を開発し得、しかしながら本発明の原理を軽視することなく、本明細書の方法を適用の他の種類へ拡張し得ることを理解されたい。例えば、種々の実施形態において示される幾つかの要素は、上述に例示されていない方法において組み合わされ得る。従って、添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲および特徴へと適合する全ての均等物を包含するよう解釈されなければならない。
【国際調査報告】
2008535696.tif 000016
2008535696.tif 000017
2008535696.tif 000018