(57)【要約】  繊維面および裏面を有する一次バッキング、任意で、前記一次バッキングの裏面上にある硬化されたプレコート層、ならびに、前記一次バッキングに固定された、マイクロ波で硬化された熱可塑性バッキング層を含む床敷物が開示される。繊維性材料または糸を一次バッキングにおいてふさ状にするかまたは植え付けること、任意で、前記一次バッキングの層の裏面にプレコート組成物を適用してプレコートを施し、その後そのプレコートを硬化すること、前記任意でプレコート加工された一次バッキング層に熱可塑性バッキング層を適用すること、および前記熱可塑性バッキング層をマイクロ波で硬化することを含む、床敷物の製造方法も提供される。カーペットの熱可塑性バッキング層を硬化するための装置も開示される。
2014512906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維面および裏面を有する一次バッキング、
任意で、前記一次バッキングの裏面上にある硬化されたプレコート層、ならびに
前記一次バッキングに固定された、マイクロ波で硬化された熱可塑性バッキング層
を含む床敷物。
【請求項２】
繊維性材料または糸を、一次バッキングにおいてふさ状にするかまたは植え付けること、
任意で、前記一次バッキングの層の裏面に、プレコート組成物を適用することによりプレコートを施し、その後そのプレコートを硬化すること、
前記任意でプレコート加工された一次バッキング層に、熱可塑性バッキング層を適用すること、および
前記熱可塑性バッキング層をマイクロ波で硬化すること
を含む、床敷物の製造方法。
【請求項３】
支持表面に熱可塑性樹脂プラスチゾルの第1の層をコーティングすること、
任意で、前記第1の層の上表面に、寸法安定性のシート材料を配置し、前記層を加熱してゲル化させ、前記シート材料の位置を定めること、
任意で、前記第1の層のゲル化した表面に熱可塑性樹脂プラスチゾルの第2の層を適用すること、
繊維性材料または糸を、一次バッキング材料においてふさ状にするかまたは植え付けること、
任意で、前記一次バッキングの裏面にプレコートを施すこと、
任意で、前記任意でプレコート加工された一次バッキングの層上に熱可塑性樹脂プラスチゾルをコーティングすること、
前記任意でプレコート加工された一次バッキングを、前記第1または第2の熱可塑性樹脂層のプラスチゾルの上表面に積層して床敷物を形成すること、
形成された前記床敷物をマイクロ波加熱して、前記熱可塑性層を全体的に融合されたバッキング層へと融合すること、
前記床敷物を冷ますこと、および
任意で、前記床敷物をカーペットタイルに裁断すること
を含む、床敷物の製造方法。
【請求項４】
請求項3に記載の方法により製造される床敷物。
【請求項５】
マイクロ波を発生させるための少なくとも1つのマイクロ波発生器、
少なくとも1つのシングルパスまたはマルチパススロット導波管アプリケータ、および
未硬化の熱可塑性バッキングを有するカーペットを前記導波管アプリケータ内に送り入れるための手段
を含む、カーペットの熱可塑性バッキング層を硬化するための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーペットのプラスチゾルをマイクロ波で硬化する方法に関し、そのようにして製造されたカーペットに関する。カーペットのプラスチゾルを硬化するための装置も記載される。
【背景技術】
【０００２】
フリーレイカーペットまたはバッキング付カーペットタイルのようなカーペットは、通常は、パイル糸が上向きに突き出ている摩擦繊維表面あるいはパイル表面を有するタフテッドまたは融合接着のいずれかのカーペット材料として調製される。カーペットタイルは、典型的なカーペットにおいて重いバッキング層を必要としないことから、普通のタフテッドその他の繊維表面カーペットの製造とは異なる。カーペットタイルにおいては、そのカーペットタイルを下方向に保持してフリーレイカーペットタイルとして機能できるようにするために、強固で安定化された熱可塑性バッキング層のかたまりが必要とされる。一般に、バッキング層は高い充填材含量（例えば石灰石）を有し、ガラス繊維、ポリエステル、またはそれらの組合せのような様々なスクリム材料を使用して寸法安定性を付与する。一般に、熱可塑性バッキング層は1つ以上のポリ塩化ビニル層である。
【０００３】
一例として、タフテッドカーペットタイルは一般的にポリエステルまたはポリプロピレンのような一次バッキング基シート材を含み、この一次バッキングを通してナイロン（登録商標）のような複数のタフテッド糸がループパイルまたはカットパイル（カーペットパイル）の摩擦表面を形成する。一次バッキングは、カーペット糸を製品にふさ（タフト）状に留めること、および製品の必要な上面布を提供することのために使用される。EVA（ポリエチレンビニルアセテート）またはカルボキシル化スチレン・ブタジエン・スチレンのようなラテックス型材料のプレコートを背（裏）面に適用して、糸を一次バッキングに結合させ、一次バッキングがバッキング層に固定されることを補助することができる。バッキング層は、第1のPVC層、繊維ガラス層、および第2のPVC層（リバック層）から構成され得るが、PVCの第1の層は一次バッキングを繊維ガラス層に結合させ、繊維ガラス層はカーペットタイルの寸法安定性を確保し、そしてPVCの第2の層はその上にある層を接着させてカーペットタイルの最終的なバッキングを提供する。
【０００４】
融合接着カーペットは一般的にタフテッドカーペットと同様のバッキングを有するが、ただし、融合接着カーペットではナイロンその他の適切な繊維性素材の複数のカットパイル糸が接着剤層（特にPVCのような熱可塑性物質またはホットメルト接着剤）に植え付けられており、この接着剤層に、繊維ガラス、ナイロン（登録商標）、ポリプロピレン、またはポリエステルのような織布材または不織布材の強化層または基質層をさらに積層し得る。複数の繊維糸が接着剤基層に結合され、そこから概して上向きに伸びて、摩擦表面を形成する。
【０００５】
カーペットタイルの製造方法においては、一般に、熱可塑性物質層が、プラスチゾル、すなわち可塑剤中に熱可塑性樹脂が分散されたものであって加熱されるとゲル化するペーストを形成しているものとして、一次バッキングまたはラテックスプレコートに適用される。加熱は通常は、熱可塑性バッキング層に近接した管を通して（天然ガス燃焼による）加熱油を送り入れることによって間接的に達成される。しかしながら、熱油を使用することは、複数の油熱発生器を提供する必要性、油を加熱することのコスト、熱の損失、低い加熱効率、パイプラインを通して油を押し出すためのポンプおよび配管を使用する必要性、ならびにプラスチゾルをゲル化するのに時間がかかることを含む、多数の欠点を有する。しかも天然ガスは非再生可能エネルギー源である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の1つの目的は、上記の欠点の1つ以上を実質的に克服するかもしくは少なくとも改善させ、または少なくとも適切な代替となるものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［定義］
以下は、本発明の説明を理解する助けとなり得るいくつかの定義である。これらは一般的な定義として意図されるものであり、これらの用語のみに本発明の範囲を限定するべきでは決してなく、以下の説明をよりよく理解するために提供されるものである。
【０００８】
文脈に反するかまたは特に断り書きが無い限り、本明細書において単数の要件、工程、または要素として記載される発明の要件、工程、または要素は、その記載された要件、工程、または要素の単数形と複数形の両方を明確に包含する。
【０００９】
本明細書全体を通じて、文脈に反しない限り、「含む(comprise)」という語または「含む(comprises)」や「含む(comprising)」のようなその変形は、言及された工程もしくは要素もしくは要件、または工程もしくは要素もしくは要件の群を含むことを意味するが、何らかの他の工程もしくは要素もしくは要件または要素もしくは要件の群を排除することは意味しないものと理解される。従って、本明細書の文脈中において「含む」という用語は、「主にそれを含むが、必ずしもそれだけを含むわけではない」ことを意味する。
【００１０】
本明細書で提供される情報および引用される参考文献は、読者の理解を補助するために提供されるだけあり、これら参考文献または情報のいずれかが本発明の先行技術であることを自認するものではない。
【００１１】
「フィラメント(filament)」または「フィラメント(filaments)」とは、非常に長い、または長さが限定されていない繊維(strands)を意味する。「糸(yarn)」という用語は、多数のフィラメントが集まったものを意味し、これらのフィラメントは、一緒に絡み合わされたり、撚り合わされたり、糾われたりしていてもいいし、していなくてもよい。
【００１２】
「テクスチャリング」という用語は、フィラメントのあらゆる操作であって、縮れもしくはループをもたらし、または、その他の改変をフィラメントに施して被覆、弾性、嵩を増加させ、もしくは異なった表面質感もしくは手触りを提供するものを意味する。従って、「嵩高加工連続フィラメント」とは、1つ以上の「テクスチャリング」操作に付されたフィラメントである。
【００１３】
「バイオベース」とは、関係する素材が生物由来の物質から作られていることを意味する。
【００１４】
バイオベース繊維とは、ポリマーまたは2つ以上のポリマーのブレンドもしくは混合物から構成される繊維であって、そのポリマーの1つ以上が、その高分子を作り上げる構成成分の少なくとも1つとして、生物学的で再生可能な供給源に全部または一部が究極的に由来する物質を有するもの、として本明細書において定義される。そのような供給源は例えば植物、あるいは根、茎、葉、花、もしくは種のような植物の一部であり得る。
【００１５】
本発明のカーペットまたはカーペットタイルは「層」という見地から説明されているが、加工された後にはカーペットタイルは結合され統一された完全なる構造であり、そこでは個々の層は必ずしも容易に識別または分離することができないことは理解されるであろう。
【００１６】
本発明の第1の側面によれば、
繊維面および裏面を有する一次バッキング、
任意で、前記一次バッキングの裏面上にある硬化されたプレコート層、ならびに
前記一次バッキングに固定された、マイクロ波で硬化された熱可塑性バッキング層
を含む床敷物が提供される。
【００１７】
本発明の第2の側面によれば、
繊維性材料または糸を、一次バッキングにおいてふさ状にするかまたは植え付けること、
任意で、前記一次バッキングの層の裏面に、プレコート組成物を適用することによりプレコートを施し、その後そのプレコートを硬化すること、
前記任意でプレコート加工された一次バッキング層に、熱可塑性バッキング層を適用すること、および
前記熱可塑性バッキング層をマイクロ波で硬化すること
を含む、床敷物の製造方法が提供される。
【００１８】
本発明の第3の側面によれば、
支持表面に熱可塑性樹脂プラスチゾルの第1の層をコーティングすること、
任意で、前記第1の層の上表面に、寸法安定性のシート材料を配置し、前記層を加熱してゲル化させ、前記シート材料の位置を定めること、
任意で、前記第1の層のゲル化した表面に熱可塑性樹脂プラスチゾルの第2の層を適用すること、
繊維性材料または糸を、一次バッキング材料においてふさ状にするかまたは植え付けること、
任意で、前記一次バッキングの裏面にプレコートを施すこと、
任意で、前記任意でプレコート加工された一次バッキングの層上に熱可塑性樹脂プラスチゾルをコーティングすること、
前記任意でプレコート加工された一次バッキングを、前記第1または第2の熱可塑性樹脂層のプラスチゾルの上表面に積層して床敷物を形成すること、
形成された前記床敷物をマイクロ波加熱して、前記熱可塑性層を全体的に融合されたバッキング層へと融合すること、
前記床敷物を冷ますこと、および
任意で、前記床敷物をカーペットタイルに裁断すること
を含む、床敷物の製造方法が提供される。
【００１９】
前記第2または第3の側面による方法は連続的に実施され得る。
【００２０】
本発明の第4の側面によれば、前記第2または第3の側面の方法により製造される床敷物が提供される。
【００２１】
本発明の第5の側面によれば、
マイクロ波を発生させるための少なくとも1つのマイクロ波発生器、
少なくとも1つのシングルパスまたはマルチパススロット導波管アプリケータ、および
未硬化の熱可塑性バッキングを有するカーペットを前記導波管アプリケータ内に送り入れるための手段
を含む、カーペットの熱可塑性バッキング層を硬化するための装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図1は、未加工PVCおよびカーペットプラスチゾルのマイクロ波処理のための適切な装置の設計を示す。
【図２】図2は、未加工PVCおよびカーペットプラスチゾルのマイクロ波処理のための適切な装置の設計を示す。
【図３】図3は、PVCペーストの低出力試験のために構成された適切な試験を示す。
【図４】図4は、試験に使用された実際の装置の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本明細書において、
繊維面および裏面を有する一次バッキング、
任意で、前記一次バッキングの裏面上にある硬化されたプレコート層、ならびに
前記一次バッキングに固定された、マイクロ波で硬化された熱可塑性バッキング層
を含む床敷物が開示される。
【００２４】
本明細書ではまた、
繊維性材料または糸を、一次バッキングにおいてふさ状にするかまたは植え付けること、
任意で、前記一次バッキングの層の裏面に、プレコート組成物を適用することによりプレコートを施し、その後そのプレコートを硬化すること、
前記任意でプレコート加工された一次バッキング層に、熱可塑性バッキング層を適用すること、および
前記熱可塑性バッキング層をマイクロ波で硬化すること
を含む、床敷物の製造方法が開示される。
【００２５】
本明細書ではまた、
支持表面に熱可塑性樹脂プラスチゾルの第1の層をコーティングすること、
任意で、前記第1の層の上表面に、寸法安定性のシート材料を配置し、前記層を加熱してゲル化させ、前記シート材料の位置を定めること、
任意で、前記第1の層のゲル化した表面に熱可塑性樹脂プラスチゾルの第2の層を適用すること、
繊維性材料または糸を、一次バッキング材料においてふさ状にするかまたは植え付けること、
任意で、前記一次バッキングの裏面にプレコートを施すこと、
任意で、前記任意でプレコート加工された一次バッキングの層上に熱可塑性樹脂プラスチゾルをコーティングすること、
前記任意でプレコート加工された一次バッキングを、前記第1または第2の熱可塑性樹脂層のプラスチゾルの上表面に積層して床敷物を形成すること、
形成された前記床敷物をマイクロ波加熱して、前記熱可塑性層を全体的に融合されたバッキング層へと融合すること、
前記床敷物を冷ますこと、および
任意で、前記床敷物をカーペットタイルに裁断すること
を含む、床敷物の製造方法が開示される。
【００２６】
本明細書ではまた、前記方法により製造された床敷物が開示される。
【００２７】
本明細書ではまた、
マイクロ波を発生させるための少なくとも1つのマイクロ波発生器、
少なくとも1つのシングルパスまたはマルチパススロット導波管アプリケータ、および
未硬化の熱可塑性バッキングを有するカーペットを前記導波管アプリケータ内に送り入れるための手段
を含む、カーペットの熱可塑性バッキング層を硬化するための装置が提供される。
【００２８】
本発明者らは、カーペット／カーペットタイルの製造において、熱可塑性バッキングを硬化するために使用される加熱および乾燥の処理における天然ガス／加熱油の替わりに、マイクロ波を代替形態のエネルギーとして効果的に使用することができることを発見した。マイクロ波技術を使用して、伝統的に天然ガス燃焼式／油加熱式である既存の製造ラインを、エネルギー効率のよいマイクロ波加熱式製造ラインに置き換えることができる。
【００２９】
［繊維性材料または糸］
糸は、紡績糸、練篠(drawn)フィラメント、マルチフィラメント、または嵩高加工連続糸であってもよい。糸はテクスチャード加工されたものであってもよく、仕上げ加工されたものであってもよい。
【００３０】
糸または繊維性材料は、床敷物に利用されるいかなる適切な糸または繊維性材料であってもよい。そのような繊維性材料および糸は、合成繊維、天然繊維、または合成繊維と天然繊維の組合せを含み得、例えばナイロンのようなポリアミド、ポリプロピレンのようなオレフィン、ウールおよびウール混合物、綿、アクリル、アクリル・ナイロン混合物、ポリエステル糸、ならびにこれらの組合せおよび混合物であり得るが、これらに限定されない。これらの糸／繊維性材料は、一次バッキングを用いて表面糸または背面糸を形成することに使用できる。
【００３１】
一実施態様において、糸はバイオベース繊維から形成される。例えば、バイオベースのポリヘキサメチレンセバカミドポリマーである。適切なポリマーの1つは、BASF社から入手できるウルトラミッド・バランス6, 10である。この材料は、ヒマシ油に由来するセバシン酸に基づく部分が60%を超えるポリアミド6, 10であり、ヒマシ油自体はRicinus Communisの種子から得られる再生可能資源である。このポリマーは63%バイオベースであることが適当である。一実施態様において、上記バイオベースのポリヘキサメチレンセバカミドポリマーは、このバイオベースのポリヘキサメチレンセバカミドポリマーと適合性のある最大80重量%の少なくとも1つのポリマーと混合される。バイオベースのポリヘキサメチレンセバカミドポリマーとの混合に適したポリマーとしては、ナイロン6,6またはナイロン6,12が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３２】
糸／繊維性材料に添加することができる他の任意添加物としては、帯電防止剤、抗酸化剤、抗菌剤、耐炎性剤、着色剤、つや消し剤、安定化剤、染み防止剤、および滑沢剤のうちの1つ以上が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３３】
着色剤は適切ないかなる顔料であってもよく、有機および／または無機の種類から選ぶことができる。一実施態様において、顔料は、キナクリドン・マゼンタPR202、ペリレン赤PR178、酸化鉄赤PR101、亜鉛鉄黄PY119、ニッケルアゾ黄PY150、フタロシアニン緑PG7、フタロシアニン青PB15:1、二酸化チタンPW6、およびカーボンブラックPBlk7の中から選択される少なくとも1つの顔料である。添加される着色剤の範囲は、通常は、それより低くなると外観もしくは耐褪色性が不適当となる機能的最小量、または、着色飽和が達成される機能的最大量により限定される。上記の無機および有機着色剤のそれぞれについて異なるが、0.05重量%という典型的な最小量、および2.5重量%という典型的な最大量が見出され得る。
【００３４】
［一次バッキング層］
一次バッキングは、タフテッド繊維層または融合接着材料であり得る。タフテッド繊維層が使用される場合には、材料の間隙を通して繊維をふさ状にする従来型のタフティング機に一次バッキング材料を供給することによって調製することができる。タフティングは通常、生じるタフトがバックステッチを有する裏面から突き出て、このバックステッチが、加工中に材料の上面においてタフトを定まった位置に保持するように実施される。
【００３５】
一次バッキングは、織られた、または織られていない、合成または非合成の繊維から適切に形成される。タフテッド面のような繊維性面あるいは摩擦表面と、ループまたはタフテッド面のような繊維性裏面とを有する（カーペットタイルがタフテッドの場合）、織布ポリプロプレンバッキングまたは不織布ポリエステルのような熱可塑性バッキングが適切に使用される。PVCでバッキングされた床敷物を製造する場合には、ルトラドゥール(Lutradur)（登録商標）のようなポリエステルが好ましく使用されるが、これは、ゲル化処理の際の熱による収縮をあまり受けず、従って、ドレープが十分でないことによるタイルの持ち上がりの危険性が最小限になるからである。その他の適切なバッキングとしては、ナイロン（登録商標）、繊維ガラス、綿、ジュート、レーヨン、紙、天然もしくは合成のゴム、スポンジゴムもしくは気泡ゴム、ポリクロロプレン、アクリロニトリル・ブタジエン共重合体、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、石油樹脂、ビニルポリマー（例えばポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール、これらの共重合体もしくは混合物）、ポリブテン樹脂、ポリイソブテン・ブタジエン樹脂、ならびにこれらの共重合体および混合物が挙げられる。
【００３６】
融合接着カーペットタイルにおいては、カーペットタイルに適用される繊維性材料および糸は、PVCまたはホットメルト接着剤のような材料（これは、繊維ガラス、ナイロン（登録商標）、ポリプロピレン、またはポリエステルのような織布または不織布材料のような基質に積層されていてもよい）に植え付けられる。
【００３７】
［プレコート］
一次バッキング層は、バッキング層を適用する前に、ラテックスその他の本発明による適切なプレコート組成物でプレコート処理することができる。通常はプレコートを適用してループ背部を被覆しループを固定する。
【００３８】
ラテックスは、EVAラテックスまたはその他のビニルポリマーもしくはアクリル様ポリマーラテックスであり得る。例えばラテックスは、アクリル酸およびメタクリル酸とアルキルアクリレートおよびアルキルエステル（例えばアクリル酸エチルまたはアクリル酸メチル）の共重合体、アクリル・スチレン共重合体、アクリロニトリル・スチレン共重合体、塩化ビニリデン・アクリロニトリル共重合体、ならびにこれらの組合せであり得る。ラテックスはハロゲン化されていないものが適切である。使用し得る他の適切なラテックス材料としては、他のビニル、短鎖カルボン酸共重合体、ブタジエン・アクリロニトリル共重合体、スチレン・ブタジエン、カルボキシル化スチレン・ブタジエン、カルボキシル化スチレン・ブタジエン・スチレンが挙げられる。ウレタン、PVC、アクリル、または塩化ビニリジンも使用し得る。
【００３９】
プレコート組成物／ラテックスは、増粘剤、抗菌剤、難燃剤、および／または界面活性剤をさらに含み得る。適切な抗菌剤の1つは亜鉛オマジン―亜鉛-2-ピリジンチオール-1-オキシドである。適切な難燃剤の1つは水酸化アルミニウムである。適切な界面活性剤の1つはラウリル硫酸ナトリウムである。
【００４０】
一実施態様では、アクリルまたはメタクリル単量体およびスチレン単量体に由来する少なくとも1つの共重合体；アクリルエステルおよびメタクリルエステルに由来する少なくとも1つの共重合体；少なくとも1つの増粘剤；ならびに水を含むプレコート組成物が使用される。アクリルまたはメタクリル単量体およびスチレン単量体に由来する共重合体は、例えばアクロナル(Acronal)（登録商標）S 728 naとしてBASF社から提供されているアクリル酸／スチレン共重合体分散液が好適である。アクロナル（登録商標）S 728 naはアクリル酸ブチル／スチレン共重合体の分散液であって、49〜51%w/wの量の水および約49〜51%w/wの量の専売権下の共重合体を含有する。この分散液は300°F（149℃）より高い引火点を有し、乳白色でかすかなエステル臭を有し、pHは約6.5〜7.5、沸点は212℃（760 mmHg）、蒸気圧は23 mbar（20℃）、相対的密度は1.04（20℃）、粘度は200〜700 mPa.sであり、水に混和性である。この共重合体は、紙業界では従来からコーティングに使用されているが、今日までカーペットタイルの製造においては使用されていなかった。プレコート組成物に加える前に、共重合体は水で25%固形分まで希釈することが好適である。上述のように、プレコート組成物は、アクリルエステルおよびメタクリルエステル由来の共重合体も含み得る。この共重合体は、アクリルスチレンが熱可塑性材料（例えば床敷物の製造において好適に使用されるPVC）にはり付くことを促進する。適切な重合体の1つは、BASF株式会社から入手できるアクロナル（登録商標）AX 8281 APである。この分散液は白色であってかすかな臭いがあり、pH値は7〜8、密度は20℃において約1.02 g/cm3、絶対粘度は300〜1500 mPa.s（23℃）、固形分含量は48.5〜51.5%である。このポリマー分散液は水に混和性である。このアクリル性添加物は水溶液中のガラス転移温度を上昇させる。単独で使用されるとこのアクリル性樹脂は非常にもろい。アクリル酸／スチレン共重合体と一緒に含有されると、組成物がバッキング層にはり付くこと／固定されることを可能とする。約20%の乾燥重量のアクロナル（登録商標）が加えられることが好適である（16%体積）。プレコート組成物は増粘剤を含むことが好適である。この増粘剤としては、ポリマー分散に適した増粘剤、例えばカルボキシル基を含むアクリル共重合体が好適である。適切な増粘剤の1つは、BASF株式会社から入手できるラテコール(Latekoll)（登録商標）Dであり、低粘度、乳白色のアニオン性分散液である。ラテコール（登録商標）Dは、約25±1%の固形分含量（ISO 1625）を有し、pH値が2.3〜3.3であり、23℃・せん断速度250 s-1における粘度が2〜10 mPa.sであり、20℃における密度が約1.05 g/cm3である。増粘剤は、プレコート組成物が一次バッキング層の穴を染み通ることを防ぐのを助ける。増粘剤は、樹脂に添加する前に、水で事前希釈して均一な溶液を形成させることが好適である。
【００４１】
上述したプレコート組成物は、アクリルまたはメタクリルの単量体およびスチレンの単量体から得られる共重合体と、アクリルエステルおよびメタクリルエステルから得られる共重合体とをまず混合し、次に水で事前希釈した増粘剤を添加し、続いてさらなる水を加えることによって調製することができる。約20%（S728の乾燥重量に対して）のAX8281アクロナル（登録商標）をアクロナル（登録商標）S728に加えることが好適であり、1〜2重量%（最大5%）の増粘剤を添加することが好適である。一次バッキングの通り抜けが起こり得るので、増粘剤を多く加えすぎないことが重要である。水を加える前に添加剤を基材に加えないことも重要であるが、これは組成物が局所的に過粘化し得るからである。アクロナル（登録商標）に水／増粘剤溶液を急速に加えすぎないことも重要であるが、これは、そうすると凝結を引き起こし溶液の効力が失われるからである。AX8281の量は、S728の乾燥重量の10%から40%までに渡ることができ、例えば20〜35%である。抗菌剤、難燃剤、および界面活性剤が存在するときは、それらは、水と増粘剤の添加後、混合サイクルの最後に加えることができる。
【００４２】
［ラテックス／プレコート組成物がある場合における一次バッキング層への適用］
ラテックス／プレコート組成物は、ローラーコーティング、スプレー処理、または発泡処理により一次バッキングに適用することができる。850 g/m2のカーペットのために使用されるラテックス／プレコートの量は、最大100 g/m2であり得る。ラテックス／プレコート組成物は、一次（例えばタフテッドの）バッキング層の裏に繊維を固定することに役立ち、かつ障壁として作用し、繊維性のカーペットをその下にあるバッキングから分け隔てる。プレコートは、十分に水分を追い出して堅固な障壁を提供し、かつ、起こり得る架橋反応を起こさせるために、加熱することが好適である。
【００４３】
プレコート層が有する厚みは通常は非常に薄い。その厚みは乾燥時において約0.005 mm〜0.1 mmであることが好適である。厚みは、スプレーノズルの使用およびスプレー圧によって適切に制御される。プレコート層は、ループまたは繊維を含む一次バッキングの裏面に直接設置されることが好適であり、ループ背部を完全に覆ってループを固定し起伏が顕在しないようになる量で適用される。処理中に共重合体が硬化し架橋する。得られるプレコート製品は非常に柔軟性がある。
【００４４】
［バッキング層］
床敷物は、安定性およびフリーレイ特性を床敷物に付与する熱可塑性バッキング層を含み得る。
【００４５】
バッキング層を適用する前に、所望ならばカーペット繊維を剪断することが可能である。剪断は、上表面にある閉じたループのタフテッド糸を切って、摩擦上表面繊維の高さと同じ全般的な高さとなるようなカットされたタフテッド糸を提供するために実施される。
【００４６】
バッキング層は、マイクロ波で硬化可能な熱可塑性ポリマーの1つ以上の層から形成され得る。一実施態様において、熱可塑性物質はハロゲン化ビニルである。好適なハロゲン化ビニルの1つはPVC（ポリ塩化ビニル）である。その他の適切なバッキングとしては、アタクチックなポリプロピレン、ポリオレフィン、エチレンビニルアセテート共重合体、熱可塑性エラストマー、ポリウレタン、PVC／ラテックス、ポリウレタン、ポリアミン、ウレタン、塩化ポリビニリジン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、天然もしくは合成のゴム、またはポリクロロプレンが挙げられる。バッキング層は発泡状、スポンジ状、または中実の形態であり得る。発泡状の形態である場合には、バッキング層によって弾力および／または安定性が加えられる。バッキング層は、使用されるポリマー、可塑剤、安定化剤、および充填材の性質に依存して幅広い特性を有し得る。
【００４７】
一般的にカーペットを製造するためには約2.88 kg/m2のPVCが必要となる。本発明の任意のプレコート組成物を使用する場合には、2.88 kg/m2を使用することもなお可能ではあるが、PVCの量を約1〜2 kg/m2に減少させることが望ましく、1.5〜1.6 kg/m2が特に好適であって柔軟性がなお維持される。
【００４８】
［本発明の一実施態様によるバッキング組成物］
一実施態様において、バッキングは、可塑剤をPVCのような熱可塑性ポリマーと共に含む組成物から形成される。充填材が含まれてもよい。本発明の一実施態様では、カーペットタイルの製造のためのPVCプラスチゾルにおける充填材としての、リサイクルされたガラスの使用が提供される。一実施態様において、熱可塑性樹脂、エポキシ化ダイズ油とヒマシ油酢酸エステルとの混合物である可塑剤、および充填材を含む、床敷物を製造するための組成物が使用される。別の実施態様では、熱可塑性樹脂、少なくとも1つの可塑剤、およびリサイクルガラスを含む、床敷物を製造するための組成物が使用される。
【００４９】
充填材は、石灰石もしくはリサイクルガラス、またはこれら両方のあらゆる比率の組合せであり得る。特に好ましい一実施態様では、充填材はリサイクルガラスである。使用し得るガラスは2.0〜2.5の比重を有し、石灰石は2.7の比重を有するので、ガラスの方が石灰石よりも必要とされる体積が小さい。例えば1357 kgのPVCペーストに対して約825 kgの石灰石充填材が必要であるが、リサイクルガラスは611 kgしか必要とされない。
【００５０】
リサイクルガラス繊維は砂粒よりも小さい粒径を有することが好適であり、丸いガラス粒子となるようにボールミルを使用して調製される。これらは典型的には不活性な副産物（消費者廃棄物）であり可塑剤油を一切吸収しないのに対し、石灰石は使用時に約17重量%の可塑剤油を吸収し得る。
【００５１】
リサイクルガラスは、オーストラリア国95ワイズマンズフェリーロード、サマーズビーNSW 2250にあるリサイクルガラスミディアムズ・オーストラリア社から入手できるエンヴァイロガラス(Enviro-glass)であってもよく、これは0.106 mm未満から最大10 mmまでの粒径範囲で入手可能であり、例えば2.5 mm〜1.5 mm、1.5 mm〜0.75 mm、0.75 mm〜0.3 mm、および0.3 mm〜0.106 mmである。
【００５２】
一実施態様では300μm以下の微細度(fine)のものが使用され、粒子の大部分が200ミクロン未満である微細度のものが好ましい。
【００５３】
この製品は破砕ガラス（無色、青色、琥珀色混合、緑色混合）であり得、800℃より高い融点、約2.5の比重（この値は包括的なものであり、製品の測定される比重は2であり得る）を有する、無臭、無機固形状の、粉砕され且つ類別されたガラスであり得、通常は水に不要である。
【００５４】
リサイクルガラスは、以下の化学組成のソーダ石灰シリカガラスを含み得る。
Na2O＋K2O＋Li2O    12〜15%
CaO＋MgO    10〜13%
Al2O3    1〜2%
その他の酸化物（SiO2を除く）    0〜1%
結合シリカ    残余（遊離シリカは非含有）
【００５５】
プラスチゾルの全混合物に対し約40〜70重量%のリサイクルガラスを使用し得る。50〜61重量%を使用することが好適である。
【００５６】
可塑剤は、標準的なフタル酸可塑剤、例えばDINP、DEHP、DOP、PEG 100、またはPEG 200であり得る。
【００５７】
特に好ましい可塑剤は、エポキシ化ダイズ油とヒマシ油誘導体の組合せである。エポキシ化ダイズ油はウィンターする（すなわち、低温において油が固形化する）という事実を考慮すると、必要とされる粘度を得ることが難しく、従って単独で使用されるとプラスチック移動(plastic migration)が生じてしまう。エポキシ化ダイズ油は貯蔵寿命も長くない。ひまし油誘導体は良好な粘度をもたらし、ダイズ油の取込みおよび移動を回避させる。適切な組成物は30%のひまし油および70%のダイズ油を含む。可塑剤の適切な範囲は40〜20重量%のひまし油および60〜80重量%のダイズ油である。必要に応じてアルコールのような粘度調整剤を含ませて粘度を低下させてもよい。適切な粘度調整剤はエタノールである。一実施態様では、5〜10重量%のエタノールが含まれ得る。
【００５８】
エポキシ化ダイズ油とヒマシ油誘導体の組合せは相乗的に作用する。この組合せは室温で好適に混合される。
【００５９】
適切なダイズ油可塑剤の1つは、オーストラリア国372ウェリントンロード、マルグレイブ、ヴィクトリア3170にあるスイフト・アンド・カンパニー社から入手できるランクロフレックス(Lankroflex) E2307（ESBO）AGのようなエポキシ化ダイズ油である。ランクロフレックスE2307は、純粋なエポキシ化ダイズ油を含有する低臭エポキシ可塑剤であって、最低6.6%のオキシラン酸素含量、最大2.5のヨウ素価、最大350 cポアズの粘度（30℃）、最大0.4 KOH mg/gの酸価、最大0.1%の含水量、0.992±0.01の比重（25℃）、1.470±0.002の屈折率（25℃）、および最大120 APHAの色相を有する。ランクロフレックスE2307は、透明で黄色い油状の液体であり、かすかな脂質臭を有し、正常温度において液体である。この製品は、100 kPaにおいて200℃より高い沸点を有し、約314℃の引火点を有し、25℃において0.99の比重を有し、水に不溶であって、25℃において350センチポアズの粘度を有する。
【００６０】
ヒマシ油誘導体は、例えばダニスコ・エマルシファイアーズ社から入手できるグラインドステッド(Grindsted)（登録商標）Soft-n-Safe/Cのような、完全に水素化されたひまし油から製造されるモノグリセリドの酢酸エステルであることが好適である。この製品は、約0.9のアセチル化度、最大4のヨウ素価、最大3の酸価、約435のけん化価を有し、透明な液体の形態である。この製品は、オクタデカン酸12-(アセチルオキシ)ビス(アセチルオキシ)プロピルエステル（約85%）およびオクタデカン酸2,3-ビス(アセチルオキシ)プロピルエステル（約10%）を含有する。この製品は室温において液体であり、水に不溶であり、300℃より高い温度で分解し、100℃より高い引火点、中性の臭い、20℃において1.0030 g/mlの密度、および123.6℃において1.05 x 10-4トルの蒸気圧を有する。
【００６１】
好ましいバッキング層は、リサイクルガラスとダイズ油／ひまし油の組合せとを含む組成物から形成される。その結果として、より再生可能であってより化石燃料依存性の低い製品が得られる。そのような組合せにおいては、組成物は最大約60%の熱可塑性物質（化石燃料由来）を含み得る。
【００６２】
［任意の添加物および層］
一次バッキングおよびバッキング層またはラテックス／プレコート組成物は、難燃剤もしくは防火剤、石灰石もしくは重晶石のような不活性充填材、酸化カルシウム、カーボンブラック、抗菌剤、界面活性剤、消泡剤、増粘剤、分散剤、エラストマー、抗酸化剤、着色剤、硬化剤、可塑剤、UV／熱安定剤、粘度調整剤、架橋剤、および／または増粘着性剤のうちのいずれか1つ以上を含み得る。
【００６３】
熱可塑性樹脂と組み合わせた可塑剤の使用は、必要とされる柔軟性、耐久性、および硬度を提供する。熱安定剤の存在は熱可塑性物質を安定化させて熱分解を防止し、UV安定剤は熱可塑性物質を安定化させてUV光への曝露による分解を防止し、酸化カルシウムは混合過程から一切の水分が除去されることを保証し、炭酸カルシウム（石灰石）は充填材として機能して低いコストにて熱可塑性化合物混合物の体積を増加させ、粘度調整剤は粘度を維持させて混合物がよく混ざった懸濁状態であり続けることを保証する（固形物の脱落(dropping out)を遅らせる）。
【００６４】
床敷物は、ガラス、繊維ガラス、ポリエステル、ナイロン（登録商標）、またはポリプロピレンの織布または不織布の1つ以上の層、例えば組織、メッシュ、もしくはフリースもしくはスクリムシート材料またはこれらの組合せを、一次バッキングおよびバッキング層に含み得る。スクリム材料は、一次バッキングの隣接部または隣接部付近に利用することができる。ガラス繊維または組織材料は熱可塑性バッキング層内において利用して、寸法安定性を付与しカーペットタイルの敷設特性を向上させることができる。例えば発泡材から形成されるクッション層を含ませることもできる。
【００６５】
バッキング層の下面には、剥離可能な保護層が取り付けられた接着剤を付けて提供することができ、この場合、使用の際にこの保護層を剥して床敷物を床表面に適用し、あるいは、感圧接着剤を用いて適用することもできる。
【００６６】
［バッキング層の適用およびカーペットタイルの調製］
床敷物はあらゆる適切なやり方で調製し得る。例えば、熱可塑性物質の層を、一次バッキング層の裏面（任意でプレコートを含む）に、湿ったプラスチゾルとして、定められた厚さで適用／成型(cast)することができる。コートされた材料はドクターブレードで平らにされ、これによって熱可塑性物質層がならされ滑らかになり、熱可塑性物質層がガラススクリムおよび一次バッキングと関わり合うことが強制されるようになる。
【００６７】
あるいは、フッ化炭素、ガラス繊維エンドレスベルト、またはテフロン（登録商標）被覆繊維ガラスベルトのような、マイクロ波透過性で取り外し可能な支持体の上にキャスティングによってバッキング層を事前に形成してもよい。その後その液状／ペースト状バッキング層中に一次バッキング層（任意で硬化プレコートを含む）を置く。
【００６８】
バッキング層を適用した後、カーペットを加熱して熱可塑性物質を融合／ゲル化させかつ硬化させ、冷まし、そして任意でカーペットタイルの断片に裁断する。加熱はマイクロ波エネルギーによるものであり、電磁波を使用して熱可塑性物質を加熱し硬化するものである。加熱は熱可塑性材料を硬化させ、タフテッドカーペットにおいては、それによりバックステッチが定まった位置で固定され、一次バッキングの繊維がバッキング層に埋め込まれることによって、一次バッキングがバッキング層に結着する。カーペットタイルは、50℃〜175℃の範囲内の硬化温度、例えば90℃〜170℃、90℃〜160℃、100℃〜150℃、または140℃〜150℃に加熱することができる。例えばPVCについては、可塑剤は50℃において融けて粒子中に分散し始め、ゲル化は約50℃において開始して約130℃まで継続し、この時点で粒子は膨張し、130℃と170℃の間でゲル化段階が終了する。91℃においてポリマーは連続的なひとかたまりの流体となる。
【００６９】
バッキング層を加熱／ゲル化するための適切な装置は、
マイクロ波を発生させるための少なくとも1つのマイクロ波発生器、
少なくとも1つのシングルパスまたはマルチパススロット導波管アプリケータ、および
未硬化の熱可塑性バッキングを有するカーペットを前記導波管アプリケータ内に送り入れるための手段
を含む。
【００７０】
上記装置はチャンバーに収容することが好適である。導波管アプリケータにおいてマイクロ波により加熱するために、一次バッキング層およびバッキング層がそのチャンバー内に適切に通され、バッキング層の塑性変形が提供される。一対のプレスローラーが適切に提供され、一次層およびバッキング層がマイクロ波によって加熱された後にこのプレスローラーに一次バッキング層、バッキング層、およびあらゆる追加のクッション層が送り込まれて力が適用され、これらの層を接着させ得る。マイクロ波発生器に作用できるようにコントローラーを付随させてもよく、このコントローラーはチャンバー内の温度を維持してバッキング層の加熱を提供し、バッキング層がローラーによって比較的変形を受けて層の接着が起こるように構成される。
【００７１】
スプリットまたは共振器スロット導波管を使用し得る。あるいは、蛇行（迂曲）進行波アプリケータを使用し得る。蛇行アプリケータは基本的に180℃のベンドによって接続された一連のスロット導波管アプリケータである。そのようなアプリケータの使用により、各パスが高度に均一な電界および比較的低い減衰を有することとなり、均一な加熱がもたらされる。
【００７２】
適切な導波管はアルミニウムから作られ、マイクロ波が内面反射を伴って導波管内を進行する。スロットの幅は必要に応じて変動させ得る。マイクロ波発生器としては、922 MHzマグネトロンが好適に使用されるが、2.45 GHzマグネトロンも使用し得る。過剰マイクロ波を捕捉し漏洩を防ぐために、チョーク、シンク、ならびにウォーターロードおよびダミーロードが好適に提供される。
【００７３】
カーペットはマイクロ波透過性コンベアによってチャンバー内に、そして導波管アプリケータ内に好適に送り入れられる。
【００７４】
チャンバー内には複数の加熱区域を提供することができ、例えば第1の区域でペーストが適用され、一次バッキングがペースト中に設置され（例えば約33℃にて）、第2の区域で硬化が起こる（例えば約170℃）。プローブを提供して各区域における表面温度を決定することができる。第3の冷却区域が提供されてもよい。この冷却区域（例えば約105℃）においてカーペットタイルをコンベアから取り外すことができる。
【００７５】
マイクロ波の使用により、3分以内でバッキング層を硬化することが可能である。一実施態様では、20秒以内でバッキング層を硬化することが可能である。
【００７６】
ゲル化の途中またはゲル化の後に、カーペットをエンボス加工ローラー下に通すこともでき、これはカーペットの裏にくぼみ、波形等のエンボス加工をして摩擦増加表面（移動が妨げられ、本来の敷設場所における位置が維持される）を形成し、かつ、各層が統一された製品にまとまることを助ける。まとめられたカーペット材料はその後、適切な裁断手段によって適切な長さの断片（例えば正方形）に切り取ることができる。層状の構築物を例えば約105℃まで冷まして、構築物を支持体から取り外すことを可能にし得る。それから構築物を加熱器に通して約100℃まで上昇させ、その後エンボス加工ローラーにかけて熱可塑性層にエンボス加工し得る。
【００７７】
一実施態様において、バッキング層は、PVCのような熱可塑性物質の層、繊維ガラスのスクリム、およびPVCのような第2の熱可塑性物質層から形成される。熱可塑性物質の第1の層は一次バッキングを繊維ガラス層に結合させ、この層の厚みはドクターブレードで調整することが好適である。繊維ガラス層はカーペットタイルの寸法安定性を確保するためのものである。熱可塑性物質の第2の層はその上にある層を接着させてカーペットタイルの最終的なバッキングを提供する。この層の厚みもまたドクターブレードによって適切に調整される。
【００７８】
バッキング層を連続方式にて一次バッキングに適用して不定の長さの材料を生産することができ、これを後で希望に応じて切断してカーペットタイルを形成することができる。
【００７９】
各層の厚さは、内実層が使用されるかあるいは発泡層が使用されるかによって変動し得る。例えば、第1のPVC層の範囲はPVCバッキングの重量に依存し、すなわち2.64 kg/m2ならば0.88 mmの2つの層であり、2 kg/m2ならば0.67 mmの2つの層であり、1.5 kg/m2ならば0.5 mmの2つの層である。カーペット全体としての厚さは約4〜約12 mmであることが好適であり得、例えば発泡材バッキングなしで約6 mmであり、発泡材バッキングありで約10 mmである。
【００８０】
［応用］
得られる床敷物は家庭用および／または業務用の床敷物としての使用に適している。設置のためには感圧接着剤が必要となり得、床タイルが調製される場合には、希望に応じて床タイルを入れ替えたり回転させたりすることができる。
【００８１】
マイクロ波硬化の使用により、製造時間が短縮されコストが最小限化される。使用されるエネルギー総量が減少する。
【００８２】
本発明は、実行可能なマイクロ波カーペット織物処理方法を提供し、この方法は、例えばPVCのような熱可塑性バッキングを急速硬化させるために連続的に実施することができる。既存の硬化方法と比較して高エネルギー効率を達成することができる。
【００８３】
以下の実施例は本発明の好ましい実施態様を示すが、本発明を限定するものと解するべきではない。これらの実施例は、マイクロ波を使用して未加工／未硬化のPVCを急速硬化することが可能であり、かつ、エネルギー効率がよいことを示すものであり、その結果は、PVC硬化段階において使用される平方メートル当りのエネルギーを、既存のカーペット加工ラインにおいて実際に使用されるエネルギーと比べて85〜87%低減させることが可能であるということを示している。マイクロ波ユニットの出力は瞬時に制御できること、および開始と停止の時間が迅速であることも、「前加熱」時間のために浪費されるエネルギーを皆無とすることができ、かつ、熱適用の性質が熱損失を最小限とする。マイクロ波技術は、天然ガス／加熱油の代わりに電気によって供給されるので、非再生可能天然ガスの使用の代替となるものを見つけるという課題が解決される。
【実施例】
【００８４】
あらゆる物質の誘電特性（ε）は、マイクロ波エネルギーがいかにその物質に組み入れられるか、および、そのエネルギーがいかに効率よく熱エネルギーに変換されるかに影響する主たるパラメータの1つである。この特性は下記等式により表され、
【数１】
2014512906.tif 000003
式中、ε’は比誘電率であって、マイクロ波電界が適用されたときにその物質がエネルギーを貯蔵できる能力を表し、ε”は誘電損率を表し、その物質内でいかに容易にマイクロ波エネルギーが熱に変換されるかを決定する。
【００８５】
物質が電磁場に置かれる際には、エネルギーの貯蔵および熱への変換を提供する様々な機序が存在する。イオン伝導および双極子回転は、溶液における加熱の2つの主要な機序である。
【００８６】
通常は、物質が加熱すると、誘電損率が増加する。これは熱暴走として知られる効果（負荷物(workload)の内、より熱い部分が優先的に加熱される）を引き起こし得、これは非均一な加熱を促進する。誘電損率の増加が有利となる場合もある。
【００８７】
物質の温度を（例えば従来型の手段を使用した前加熱工程により、または、より高い誘電損率を有する添加物を含ませることにより）適切なレベルまで上昇させることができれば、マイクロ波加熱を使用して製品を最終的に必要とされる温度にまで上昇させることができる。従って、マイクロ波加熱システムの設計においては誘電性データの知識があることが望ましい。処理中物質における出力密度(power density)、付随する電界ストレス、および浸透深度について見積ることが可能になるからである。
【００８８】
あらゆるマイクロ波加熱システムにおける主たる関心事項の1つは、負荷物への出力束(power flux)の浸透深度である。それは熱分布、ひいては加熱均一性の直接的な理解を与える。浸透深度とは、誘電体に浸入する波であって、その物質に熱として出力吸収されることによって振幅が減少しているもののことを表す。波動場の強度および出力束密度は、表面からの距離に伴って指数関数的に小さくなる。減衰の率は上述した複素誘電率ε（実成分ε’および誘電損率ε”を含む）の関数である。浸透深度DPは、出力束が表面における値の37%（1/e）にまで落ちる、その物質における深度として定義される。処理される物質の比誘電率は、その物質の内部における波動の電磁気的挙動についての洞察を提供し、適切な装置を設計するための基準を定義することを可能とする。
【００８９】
物質のDPと誘電特性との間の関係は、低損失誘電体については下記式を使用して記述することができる。
【数２】
2014512906.tif 000004
【００９０】
この式は、浸透深度が入射マイクロ波エネルギーの波長に比例し、従って、誘電特性がどちらの周波数でも同様であるならば、より高い周波数は負荷物への浸透がより低いであろうことを示している。
【００９１】
浸透深度は、出力束密度が表面値の37%にまで減少する、その物質への浸透距離を表すだけであるから、対応する温度は、物質内により深く浸透する際の出力の指数関数的減衰と直接的に関係するであろう。
【００９２】
以下の実施例では、マイクロ波を使用して連続方式でPVCペーストまたはカーペット屑材(crumb)を硬化することの適切性を評価するための試験を行なった。この試験には、PVCおよびカーペット屑材の静的試験、低出力試験（PVCのマイクロ波特性を見出すためのもの）、ソフトウェアモデリング（上記マイクロ波特性を使用したコンピュータシミュレーションでは、適切に突起（三角形、長方形面取り）を有する紆曲型アプリケータが最適な任意デザインであることが示唆された）、物理的モデリング（製造および試験の後、突起を有さない紆曲システムが実践的な観点から最善の選択肢であることが見出された）、高出力試験（高出力マイクロ波発生器を使用）、ならびに、前記高出力試験の結果を解析して適切な設計基準を決定し、カーペット製造能力においてPVCを硬化するフルサイズ施設のための概念的設計を決定することが含まれた。
【００９３】
［実施例1］
PVCおよびカーペット屑材を処理するための熱源としてマイクロ波を使用することの実現可能性を確かめるために、一連の実験を試行した。製品について、および加熱に付随する潜在的な問題について徹底した理解を得るために、様々な異なるキャビティ（空洞）中で異なる周波数において試験を実施した。各々の実験には、異なる出力レベルでシングルモードおよびマルチモードを用いる922 MHzまたは2.45 GHz（オーストラリアで使用可能な標準的マイクロ波周波数）のアプリケータにおいてマイクロ波を使用して、PVCまたはカーペット屑材試料を加熱することが関わり、カーペット屑材に様々な添加物（例えば水、高誘電性添加物、および可塑剤）を加えて加熱を補助すること、圧力を使用すること、および異なる時間にわたって加熱することが含まれた。この点に関しては、2.45 GHzアプリケータは通常は低出力システムおよび家庭用電子レンジに使用される。922 MHzで最大100 kWのアプリケータは高出力であり、主に産業的用途に使用される。異なるシナリオを試験するために複数のアプリケータを試し、どの選択肢が最も成功する可能性が高いかを決定した。屑材をマイクロ波吸収物質の間に挟んだ場合にはいくらかの成功が得られたが、しかしこの形態の間接的加熱は従来型の加熱と類似しており、あまりに遅すぎて非効率である。
【００９４】
実験では、カーペット屑材またはPVC（負荷物）を、2片の低い誘電損率を有する物質（例えばテフロン（登録商標）または雲母）の間に挟んでアプリケータ内に置いた。これにより、必要ならば負荷物全体に圧力を均一に分布させることが可能となり、また、処理される試料のいずれかの側に絶縁材を置いて周囲への熱損失を減少させることが可能となる。
【００９５】
カーペット屑材は25%のPVCおよび75%の炭酸カルシウムから構成されている。PVCと炭酸カルシウムは異なる誘電特性を有しており、従って異なる率でマイクロ波に加熱される。20℃におけるこれらの物質の誘電損率は、PVC = 0.025およびCaCO3 = 0.0001である。PVCの誘電損率は80℃に至るまでは上昇し、そして温度が100℃に近づくにつれ減少する。炭酸カルシウムの非常に低い誘電損率と合わせると、マイクロ波を介する加熱は理論的に非常に難しい。
【００９６】
実験結果および誘電性データは、PVCは922 MHzおよび2.45 GHzの発生器の両方で容易に硬化される（30 kW 922 MHz発生器を使用して20秒以内）一方で、カーペット屑材（カーペットタイルの粉砕された裏材をリサイクルしたもの）は、加熱される製品内でホットスポットが形成され、マイクロ波エネルギーを使用して硬化することが難しいことを明確に示している。これらの試験は、マイクロ波加熱を使用してカーペット屑材を加工するためには克服すべき困難が存在することを示している。922 MHzオーブンでは、カーペット屑材は非常に加熱しにくい。2.45 GHzでは加熱はより容易であるが、小さな領域がごく簡単に加熱してしまい製品が焦げてしまう。高誘電損率の製品は922 MHzシステムにおいて屑材を加熱することを補助し得るが、それでも少しの温度上昇を達成するためにかなりの量のエネルギーが必要となる。熱暴走もまた懸念される。
【００９７】
PVCを用いた最初の試験は1 kW、2.45 GHzのマイクロ波を使用して行われ、30 kW、922 MHzの発生器を使用してさらなる試験を続けた。これらは、未硬化PVCプラスチゾルを使用した静的試験であり、処理が1分間経過するごとに時間および温度を測定した。最初の試験の結果を下記に示す。
【表１】
2014512906.tif 000005
【００９８】
製品の一部は3分後に硬化し、測定された温度は約65℃であったことが見出される。
【００９９】
次なる試験は、2.45 GHzキャビティ内において3分間連続的に処理することを含むものであった。この加熱時間後、製品のほとんどは硬化し、約74℃の温度にあった。試料の中心部に、直径約40 mmの小さな未硬化部分が存在していた。
【０１００】
次なる試験では、922 MHz発生器を使用して、製品をどれだけ速く処理できるかを決定した。最も適切な方向を見出すために様々な方向を試験した。最初は、PVC層を導波管の広い面と平行にして最大電界と正接(tangent)するようにした。これは70秒の硬化時間という結果であった。次に方向を変更して、PVC層が最大電界平面と平行かつ一致するようにした（導波管の狭い面と平行）。より厚いPVCの試料も使用した（約5〜6 mm）。これは必要とされる加熱時間を大きく短縮させた。達成された最も短い時間は20秒であったが、適切なアプリケータ／導波管の設計によりこの時間はさらに短縮されると思われる。
【０１０１】
これらの試験は、マイクロ波を加熱源として使用してPVCを迅速に硬化することが可能であることを示している。硬化されたPVCはマイクロ波エネルギーに対してほとんど透過性である。
【０１０２】
以下は、カーペットのプラスチゾルを硬化するためのシステムを設計する上で、PVCの誘電値から導き出すことができるいくつかの一般的結論である。
【０１０３】
‐所与の電界Eについて、エネルギーの吸収はε”に依存する。加熱の効率は、その物質の誘電損率だけでなく、アプリケータ（オーブン）の設計にも同様に依存する。
【０１０４】
‐上記等式は、浸透深度が周波数（あるいは波長λ0）に大きく影響されることを示している。一般的に、2.45 GHzにおける浸透深度は922 MHzにおけるものの約30%であり、これは主に周波数の効果による。
【０１０５】
‐周波数の選択は、基本的に、2.45 GHz、最大定格出力30 kWで作動する複数のマグネトロンを使用するか、922 MHz、定格最大出力100 kWで作動するより高出力のマグネトロンを使用するかのいずれかである。それぞれのアプローチについてのいくつかの事実を以下に列挙する。
【０１０６】
‐マグネトロン効率は2.45 GHzでは50〜70%であるのに対し、高出力922 MHzでは80〜87%である。
【０１０７】
‐個々のマグネトロン源の数が増加するにつれ、アプリケータの大きさおよび複雑さが増加する。
【０１０８】
‐複数マグネトロンの装置では、出力のクロスカップリングのためにマグネトロンの寿命が低下する。
【０１０９】
‐複数マグネトロンのシステムは高度な重複性(redundancy)を提供する。
【０１１０】
‐浸透深度は2.45 GHzよりも922 MHzにおいての方が著しく大きい。
【０１１１】
‐2.45 GHz用の導波管のサイズは922 MHz用のものより著しく小さい。より大きなサイズでは、単一モードキャビティを使用することがより容易であるが、これは単一モードキャビティが物理的により大きいからである。
【０１１２】
‐922 MHzの周波数を選択することが好適である。この選択の主たる理由は、100 kWというより高い最大出力、より均一な加熱をもたらすより高い浸透深度、およびより大きな導波管サイズである。
【０１１３】
‐マイクロ波加熱の1つの問題は、製品にわたる場の強度が均一でないことであり、従って、定常波およびエッジ効果、ならびに製品の長さにわたるマイクロ波出力の吸収による減弱により引き起こされる境界場歪み(boundary field distortions)を最小限化するよう注意を払う必要がある。この点に関して、製品の各単位長は一定量の出力を吸収するが、それは、次なる単位長にとって、出力がより少なくなり、ひいては電界がより弱くなることを意味する。従って、例えばスロット長、出力レベル、スプリットもしくは共振器アプリケータの使用のような、処理の可変要素を選択するときには、製品の幅にわたる電界強度の変動が低くなることが確保されるよう注意すべきである。
【０１１４】
‐低減衰のシングルパスは、出力のほとんどが無駄になってしまうので、あまり効率的でない。これを克服するために、数個の一連のスロット導波管アプリケータを使用して、各アプリケータがその前のアプリケータからの残余出力を使用するようにすることができる。このようにして、複数のパスを経て出力のほとんどが吸収されることができ、吸収の総パーセンテージが高くなる。
【０１１５】
‐小さく分離された製品はマイクロ波伝播の方向と平行に導波管に通し得る一方で、より大きな織物は、スロットを介して、伝播の方向と垂直に導波管の広い面に通すことができる。小さく分離された物体は、物質に対する境界の比率が連続的な製品の場合よりも高いため、境界場歪みによる影響をより受けやすい。場歪みは物体の端部において加熱の増加を起こし、対処せずにいると過熱により製品に損傷を引き起こし得る。この問題は、導波管の広い面に波形のしわを加えることにより電界に軸方向成分を導入することによって克服し得る。スロット導波管を介して加熱されるより大きな織物は、製品によるマイクロ波出力の減衰によって引き起こされる不均一電界強度による影響をより受けやすい。
【０１１６】
‐製品の幅にわたる電界強度の変動を低減することができれば、より均一な加熱を達成することができる。低減衰のシングルパスは、出力のほとんどが無駄になってしまうのであまり効率的でなく、温度上昇の可能性が非常に制限される。これを克服するために、数個の一連のスロット導波管アプリケータを使用して、各アプリケータがその前のアプリケータからの残余出力を使用するようにすることができる。このようにして、複数のパスを経て出力のほとんどが吸収されることができ、吸収の総パーセンテージが高くなる。これを達成するための主な方法は、蛇行（迂曲）進行波アプリケータを使用することである。蛇行アプリケータは180°のベンドによって接続された一連のスロット導波管アプリケータである。各パスは、比較的低い減衰のために高度に均一な電界を有し、これが加熱の均一性をもたらす。
【０１１７】
‐導波管の広い面の中心に提供されるスロットからの漏洩を最小限にすることにも注意すべきであり、これらスロットは、流れとの関係で導波管壁上に位置していることから本質的に非放射性(non-radiating)であるが、電界および壁部の流れを乱し得る。
【０１１８】
未加工PVCおよびカーペットプラスチゾルのマイクロ波処理のための適切な装置の2つの設計を図1および2に示す。どちらの設計も、この応用に適するように特にデザインされた設備を備えている。図1では、マイクロ波システムは２つのスロット導波管を必要とし、エネルギーは、出力スプリッタを介して、処理される織物の両側に入力される。第2の例では、PVC織物を横切って迂曲して複数のパスを達成するスロット導波管を必要とする。この場合はアプリケータは連続的であり、2つのチョーク部分が必要となるだけである。
【０１１９】
図1に関して、装置は、マイクロ波発生器（2）、単一モード進行波アプリケータ（4）、およびウォーターロード（6、図2を参照）を含む。構成要素は一続きとして適切に提供される。図示していないが含ませることができる追加的な物としては、サーキュレータ、方向性結合器、および/または整合器が挙げられる。未硬化熱可塑性バッキングを有するカーペットを導波管アプリケータ内に送り込むための手段も提供される（図には示していない）。
【０１２０】
発生器は、電源、マグネトロン、および導波管ラウンチャーを含み、典型的には922 MHzの周波数で5〜30 kWのマイクロ波出力レベルを提供する。出力は導波管（中空の長方形チューブが適切である）を通ってウォーターロードに伝導する。使用されるマイクロ波出力は製品に依存する。加熱率および最終温度のような処理の可変要素は、マイクロ波出力を変動させることにより制御することが最もよい。発生器はシステムに付随する制御装置のほとんどを収容する。
【０１２１】
広い面の中心に最大電界強度を有する安定した電界を付与することから、単一モード進行波アプリケータを選択した。理論上は、加熱する試料をキャビティの全長に渡るこの最大電界に合わせることにより、均一な加熱を達成することができる。図においては、単一モード進行波アプリケータは2つのスロット導波管を含んでおり、エネルギーは、出力スプリッタ（3）を介して、処理されるPVC織物（5）の両側に入力される。マイクロ波出力スプリッタが適切に使用され、織物全体にわたって均一な加熱および均一な出力プロファイルが達成される。
【０１２２】
マイクロ波スロットに付随する間隙は適切には35 mm以下の大きさであって、より好適には30 mm以下であり、さもなければ放射エミッションが著しいチョーキングを必要とするようになる。
【０１２３】
ウォーターロードあるいはダミーロードは、マイクロ波加熱システムにおける大量の出力を吸収するために特に設計されるものである。ウォーターロードは2つの理由で使用される。すなわち、（i）製品が加熱された後に残る出力を吸収するため、および（ii）アプリケータの後部壁からのマイクロ波の反射により形成される定常波の形成を防止するためである。単一モードアプリケータにおいては、アプリケータが短絡することにより定常波が発生し得る。短絡とは、マイクロ波の伝播を完全に阻止して出力の反射を引き起こすものである。定常波は電界強度に著しいレベルの不均一性をもたらすので、これは望ましくない。反射点において電界が最小となり、導波管内で1/2波長ごとにこれが繰り返される。また、反射点から1/4波長のところから始まって半波長ごとに電界が最大となる。これによって、加熱される物質にホットスポットが生じる。
【０１２４】
マグネトロンからの出力の流れに続いて、サーキュレータを提供することができ、これは反射エネルギーを生じがちなマイクロ波アプリケータ（空キャビティの条件）に付随する問題を取り除く。もし反射エネルギーがラウンチャーに戻ることが許容されれば、反射エネルギーはマグネトロンに再吸収され、寿命の短期化および装置の故障を引き起こし得る。サーキュレータは従ってマグネトロンの直後に適切に配置される。サーキュレータは一方向弁として作用し、エネルギーがマグネトロンから回路の他の部分へと通って行くことを許容するが、反射したエネルギーがマグネトロンに戻ることは防止する。反射エネルギーはダミーロード（ウォーターロードと同様である）に適切に向けられ、定常的な水流の中に消散する。
【０１２５】
サーキュレータの後には方向性結合器が適切に配置され、これはその点における前進出力および反射出力の測定を可能とする―これらの出力の差が残りの回路構成要素への正味出力である。方向性結合器は各方向における出力の一部分をサンプリングし、これが測定されて「結合度(coupling factor)」から出力が決定される。
【０１２６】
整合器が提供される場合には、広い範囲で変動する負荷物／アプリケータインピーダンスをマイクロ波ネットワークに適合させることを可能にする。反射出力はインピーダンス不適合によるものであり、整合器は適合要素として作用してインピーダンス変換が起こることを可能とし、従って反射出力を減少させてアプリケータ／負荷物への正味出力伝達を向上させる。整合器は導波管に取り付けられた可変長のスタブを含み、これを変動させて直列(series)および並列(parallel)反射率の両方に影響を及ぼす。
【０１２７】
適切な技術的仕様は、三相交流を要する周波数922 MHzで作動する一定のkWの1つのマグネトロン（出力は決められる）、およびウォーターロードを含む。
【０１２８】
別の適切な装置（10）を図2に示す。この実施態様では、図1の導波管が、織物を横切って迂曲し複数のパスを達成するスロット導波管に置き換えられる。均一な加熱を達成するために1つの発生器源が好適に必要とされる。この場合にはアプリケータは連続的であり、2つだけのチョーク部分が必要となる。好適には、PVC／熱可塑性バッキング層が最大電界に位置するように、導波管はその広い面の中心においてスロットを有し、これによってマイクロ波エネルギーとの優れたカップリングが得られる。効率的で均一なエネルギー分布を確保するためにはいくつかのパスが必要となり得る。好適には、進行する導波管の間の領域は漏洩を減少させるために取り囲まれる。この実施態様の利点は織物をより均一に加熱する能力である。
【０１２９】
アプリケータの長さは図1のものよりも長いので、より長いコンベアシステムが必要となる。吸収される出力のレベルがより高いため、放射エミッションは図1のシングルパスアプリケータの場合よりも低いはずである。反射波と不均一加熱が最小限となることを確保するためには、導波管の末端にウォーターロードが必要とされる。マイクロ波スロットに付随する間隙は好適には30 mm以下である。
【０１３０】
適切な技術的仕様は、三相交流を要する周波数922 MHzで作動する一定のkWの1つのマグネトロン（出力は決められる）、およびウォーターロードを含む。
【０１３１】
各装置は、少なくとも1つのマイクロ波チョークが適切に備え付けられて、漏洩放射線についての国際的な労働安全限度値が維持されることが確保され、例えばオーストラリア国基準AS2772.1−1998「最大曝露レベル―100 kHz〜300 GHz」および欧州電気標準化委員会（CENELEC）予備規格ENV 50166-2が遵守される。
【０１３２】
使用の際には、マイクロ波発生器が電磁エネルギーを供給する。発生器内部で産生されたマイクロ波は導波管に沿って伝播し、そしてアプリケータ（導波管がPVC／カーペットプラスチゾルと近接する区域）へと伝播する。アプリケータに入るエネルギーはその後PVC／カーペット熱可塑性バッキング層により吸収され、温度の上昇ひいては製品の硬化を引き起こす。
【０１３３】
PVC／カーペットの温度および加熱率は、マイクロ波発生器からの出力を変えることによって制御することができる。これは処理中に手動で行なうことができ、あるいは制御スキームに依存して自動的に改変することもできる。最善の制御方法は、織物の速度を一定に保ちながらマイクロ波出力を改変して最終温度や加熱率のような可変要素を制御することである。この制御方法はまた、様々な量の製品を処理することを可能とする―より少量が必要とされているならば、その負荷に一致するように出力を減少させることができる。製品の産出温度を測定して、定められた最終温度のために出力レベルを自動的に修正することが可能である。上記で概説したように、熱可塑性バッキング層はマイクロ波透過性コンベアによって適切にアプリケータに送り通される。均一な加熱を確保するために、例えばマイクロ波キャビティの外側に位置するローラーシステムを使用して、材料の厚さは適切に加減される。
【０１３４】
このプロセスはPVCを硬化することに適しており、カーペットタイル中のその他の材料（例えばナイロン、ポリエステル、硬化EVAラテックス）はマイクロ波を吸収しないので、いったん硬化が起これば、カーペットを加熱しすぎたり焦がしたりすることは起こり難い。
【０１３５】
この実施例は、マイクロ波を使用してPVC／カーペットプラスチゾルの急速硬化を達成することができることを示している。
【０１３６】
［実施例2］
実施例1で行なわれた実験は、電子レンジおよび／または実験用導波管アプリケータの内部にPVCの試料を置いて行なった静的試験であった。難しい課題は、この方法を連続的プロセスに応用し、プラスチゾル硬化用のマイクロ波加熱装置を設計することであった。
【０１３７】
一連の低出力試験を行なって、未硬化PVCの誘電特性を決定した。適切なアプリケータを設計するのであればこれらの誘電特性の知識があることが望ましい。PVCの誘電特性を決定するための最も容易な方法は、PVCのマイクロ波エネルギー吸収の率を計算することであり、それにはネットワークアナライザが好適に使用された。ネットワークアナライザは、設定された周波数範囲にわたるマイクロ波を、非常に低い出力レベルで産生する（このエネルギーレベルは典型的な携帯電話のものよりも低い）。ネットワークアナライザは、PVCペーストを通してエネルギーを伝送するように設定することができ、そしてPVCを通過した後に装置によって検出されるエネルギーの量が記録される。エネルギーレベルにおける差異が、未硬化PVCペーストによって吸収されたエネルギーである。
【０１３８】
図3は、PVCペーストの低出力試験のために構成された適切な試験を示す。最も高い電界強度は導波管の中心線に沿って見出されるので、マイクロ波に対して透過性であってマイクロ波によって加熱されない無損失性物質を使用してPVCペーストを正しい位置に支持した。エネルギーは同軸ケーブルを介してネットワークアナライザからアプリケータへ行き来するので、アプリケータの両末端において同軸・導波管転換が必要である。
【０１３９】
試験構成の一端からもう一方の末端に通過するエネルギー、および減衰あるいはエネルギーレベルの減少を記録した。これによって誘電特性を計算することが可能になり、従ってコンピュータモデリングソフトウェアを使用して作動可能な試作品を創ることができた。
【０１４０】
それから結果をコンピュータのシミュレーション／モデリングプログラムに入力し、導波管アプリケータの様々なデザイン（スロット寸法についての変更および様々な突起の追加を含む）ならびに電界パターンおよび吸収に対するそれらの影響を比較した。このシミュレーションから、迂曲導波管構成（突起あり）が、連続方式でPVCを硬化するために最も適切であろうことが明らかとなった。従ってこのアプリケータを設計して構築した。それをコンベアシステムに搭載した。
【０１４１】
上記低出力試験から、4つの長方形突起を備えた物理的なモデルを組み立てたが、このモデルの結果はシミュレーションの結果と対応しなかった。シミュレーションは突起を使用した場合により強い電界強度が得られることを示していたが、実際の結果は符合しないように見られた。空の導波管の試験と比較して、突起を使用した場合に加熱率の有意な増加はなかった。
【０１４２】
シミュレーションから、迂曲導波管構成が、連続方式でPVCを硬化するために最も適切であろうことが明らかとなった。従ってこのアプリケータを設計して構築し、コンベアシステムに搭載した。
【０１４３】
図4は、試験に使用された実際の装置の写真である。この装置は、毎分12直線メートルの最大現在ライン速度(maximum current line speed)で動く能力を有する実験的500 mm幅ラインを含んで設計され構築された。この装置は、PVCによる減衰に適するよう、マルチパス（蛇行）スロット導波管アプリケータを含むものであった。シミュレーションの結果に基づいて、3つのパスがあれば十分であることが決定された。突起は使用しなかった。スロットの大きさはシミュレーションソフトウェアを使用して決定した。そこから先は、チョークを適切なサイズにすることおよび組立の問題であった。この設計は最小限の修正でコンベアフレームと統合された。PVCは、図の右下に示されている2つの拡散器を使って適用された。最下の導波管パスの左端に示されているウォーターロードは、残余エネルギーを吸収するために使用された。ウォーターロードは、PVCが通った後に残った出力を吸収することにより、著しい定常波の形成を防止した。ウォーターロードがなければ、全ての残余エネルギーが反射してアプリケータを逆戻りし、不均一な加熱がもたらされる。ウォーターロードはまた、その水中の温度上昇の測定によってどれだけのエネルギーがウォーターロードまで通り抜けたかを測定することによって、PVCに吸収されたエネルギーの量を計算することにも使用した。
【０１４４】
最初の試験は、単一の1 mm厚PVCを硬化することからなるものであり、第2の試験は、中心に繊維ガラス織物を有する2 mmのPVCを使用するものであった。どちらの試験も、1 m/min未満という低ベルト速度にて、約20 kWのマイクロ波出力レベルを用いて行なった。
【０１４５】
この実験ラインにおける最初の試験の目的は、連続方式で、かつ迅速に、PVCを完全硬化できることを証明することであった。この試験はどちらの点においても成功した。
【０１４６】
下記にさらに概説するように、3つの試行を行なった。
【０１４７】
モデルラインにおける試験は、出力設定20 kW、ライン速度0.1メートル／分にて、厚さ0.9 mm、幅100 mmのPVCの単一層を使用した第1の試行から開始した。得られたシートは部分的にしか硬化されていなかった。さらなる試行は、より大きな「体積」のPVCがマイクロ波キャビティに入るほど、硬化がより成功することを示した。
【０１４８】
最終試行は、次のようにして行なった：PVCの第1層
・0.9 mm、そして50 gm/m2の繊維ガラス
・PVCの第2層、総厚1.8 mm
・500 mm幅、ライン速度0.5メートル／分
・出力20 kW
【０１４９】
完全な硬化が達成されたが、繊維ガラスからの水分が蒸気となってマイクロ波キャビティの内側に結露したことは予測しなかったことであり、これがおそらくマイクロ波発生器回路を誤らせてPVCを焦がした大きな電弧の原因であった。これによって残念ながらこの試験についての実験データを集めることが妨げられた。
【０１５０】
導波管キャビティから水分を除去するための修正が導波管アプリケータに必要だったので、この時点で試験を停止した。
【０１５１】
試行1
ライン速度    0.1 m/min
ドクターブレード1    0.9 mm
繊維ガラス    なし
ドクターブレード2    なし
ペースト幅    100〜200 mm
マグネトロン    100 kW × 20%
観察
・ベルト上に適用されたペーストが導波管アセンブリを通過した。
・導波管の各パスを経るごとに、ペーストは温度が上昇した。
・PVCは、導波管を出るときには連続的なシートとしてほとんど完全に硬化したと見られた。
【０１５２】
試行2
ライン速度    0.1 m/min
ドクターブレード1    1.8 mm
繊維ガラス    なし
ドクターブレード2    なし
ペースト幅    400 mm
マグネトロン    100 kW × 20%
観察
・ベルト上に適用されたペーストが導波管アセンブリを通過した。
・導波管の各パスを経るごとに、ペーストは温度が上昇した。
・PVCの量をより多くすると、それに比例する以上にエネルギー吸収が増加し、はるかに高い温度上昇および硬化の向上がもたらされた。
・PVCは、ラインの最後には連続的なシートとして完全に硬化したと見られた。
・主たるシートとつながっていないPVCの小滴は未硬化のままであったことに注意。
【０１５３】
試行3
ライン速度    0.5 m/min
ドクターブレード1    0.9 mm
繊維ガラス    あり
ドクターブレード2    1.8 mm
ペースト幅    500 mm
マグネトロン    100 kW × 20%
観察
・ベルト上に適用されたペーストが導波管アセンブリを通過した。導波管の各パスを経るごとにペーストは温度が上昇した。
・PVCは連続的なシートとして完全に硬化したと見られ、優れた張力特性を示した。
【０１５４】
これらの試行は成功であった―PVCは完全に硬化した。この試験は、アプリケータ内の製品が厚いほど、PVCを硬化することがより容易であることを見出した。より多量のPVCがマイクロ波キャビティ内にあるほど、同じ時間内でより多くのエネルギーが吸収され得る（これは、一度に少量のエネルギーしか吸収されないPVCの場合においては特に当てはまる）。より厚い物質は熱を保持することも助けていた。
【０１５５】
［実施例4］
水分を除去するように修正された装置を用いて、さらなる試行を行なった。水分除去システムは、それぞれのパスの一端にある管を介してベルトの幅方向にわたって空気を吹き付ける熱風乾燥機の使用を含むものであった。熱風はベルトを横切ってチョーク部分まで移動することによって蒸気を除去する。熱風はまた、導波管の壁を熱し、結露の可能性を減少させた。
【０１５６】
上記試行のあいだ、PVCをちょうど硬化させる出力レベルおよびベルト速度を見出すことにより、PVCにどれだけのエネルギーが吸収されていたか（エネルギー吸収率）を決定するためのデータを集めた。これにより、ちょうど硬化が達成される臨界点にシステムを設定することが可能となった（それ以上のエネルギーは浪費される）。この臨界点が見出されたら、ウォーターロードの放出温度を測定し、それによってウォーターロードに吸収されているエネルギーの量を計算することが可能となった。このエネルギー吸収を、キャビティが空の場合の同じ値と比較して、PVCによるエネルギー吸収の正確な値を得た。
【０１５７】
この試行は、30分間の連続的な稼動で、途中で速度および出力について8段階のパラメータ変化をさせるものであった。以下の表は、PVCを用いて行なった各試行についてのパラメータを示す。製品の厚みは、2つのドクターブレードで制御し、間に繊維ガラス織物を有する2層のPVCからなるものであった。30直線メートルを超える硬化PVCが製造され、このプロセスが実践可能であることを実証している。
【表２】
2014512906.tif 000006
【０１５８】
エネルギー吸収率は、ベルト速度に伴ってPVCにより吸収された出力の量を計算することによって決定した。
【表３】
2014512906.tif 000007
【０１５９】
この表から、PVCを硬化するために必要なエネルギーは、出力エネルギーと比較して低いことが見てとれる。出力のほとんどは、PVCを通り過ぎて、システムの末端にあるウォーターロードに吸収されていた。この低い効率は、さらなるパスを追加すること、およびベルト幅を増加させることによって改善し得る。ウォーターロードを通る水の流速は16.5 L/minであった。
【０１６０】
この表に関し、正味送達出力とはアプリケータに適用される出力量である。これは、発生器により供給される前進出力から、発生器において測定される反射出力を差し引くことによって算出することができる。これは製品に適用される実際の出力であるからこの数値を使用した。
【０１６１】
最終試行から試料を採取し、結果は表4において一覧表として、従来型のバッキング製造ラインから採られた試料および米国製の製品の試料と比較した。全ての結果は好ましいものであって、張力および硬さは、従来型のバッキング製造ラインおよび米国製品の両方に比べ同等以上であり、PVCが完全に硬化していることが示された。
【表４】
2014512906.tif 000008
【０１６２】
上記試験のエネルギー効率は低く（下記の表を参照）、多量の出力がウォーターロードまで伝達していた。これは、ラインにさらなる「紆曲」導波管パスを加えること、および幅を加えることにより改善することができ、すなわち2 m幅のフルスケールならばより効率的となり得る。
【０１６３】
これらの試験の際、織物に渡って不均一な加熱がいくらか存在したことが観察された。これは3つの明瞭なバンドとして現れ、試行の熱画像において明らかに見ることができた。このパターンは導波管内の定常波を暗示するものであるが、これが原因であるとは考えにくく、PVCの誘電特性と関係し得る。これらの試行のあいだ、ライン速度またはマイクロ波出力を上げるか下げるかすることにより、この不均一加熱の影響をコントロールすることができ、硬化と未硬化とをコントロールしたことが示された。最終試行では、熱画像においては不均一な加熱を見ることができたものの、可視画像や仕上げられた製品においてはその形跡は存在していなかった。織物に渡って見られた温度差は5℃程度のものであり、大きな問題ではないと見られる。
【表５】
2014512906.tif 000009
【０１６４】
注意：表示されている比熱はPVCに典型的なものであり、使用されるPVCの実際の値は実験的に決定する必要があるであろう。
【０１６５】
上記の計算における「平均供給熱」は、熱損失なしで、すなわち理想的条件でPVCを硬化するために必要な処理熱である。実際の供給熱はライン上で測定されて3.05 MJ/m2である。
【０１６６】
これは、エネルギー効率を87%増加させる可能性があること、あるいは、現プロセスは87%非効率的である、すなわち現プロセスで使用されるエネルギーの87%は浪費されていることを示している。これは上述した理想的な「平均供給熱」の数値に近く、従ってエネルギー効率の87%増加が可能である。
【０１６７】
PVCを硬化する試行の結果は、マイクロ波エネルギーを使用して連続方式でPVCを効果的に急速硬化することができること、および高エネルギー効率が可能であることを証明した点において成功であった。
【０１６８】
従来型の標準的製造ラインと比べると（油プレート、付属の油加熱器、および熱油配管の分が引かれ、ライン長の減少の分が足される）、フルサイズマイクロ波型製造ラインの全体的な資本コストはほとんど同等であるかまたは若干低くなる。
【０１６９】
［提案されるフルスケール製造ライン］
フルスケールの製造ラインを提案することができ、ここで加熱区域は19メートルから6.8メートル以下までに減少させ得る。フルスケールの製造ラインは、2つの100 k発生器、2つの迂曲式アプリケータ（十分な出力を吸収して効率的なシステムとするためにそれぞれ5〜7回のパスを有する―初期出力の90%を吸収するためには8回のパスが必要となる。下記参照。）、2つのウォーターロードおよび水分除去器、ならびにSCADA制御システムを含み、11メートル／分の現在ライン速度(present line speeds)を達成することができる。ベルト幅は2メートルとすることができ、間に繊維ガラス織物を有する2層のPVCを適切に使用することができる（織物の総厚は1.9 mmとすることができる）。マイクロ波アプリケータ内のPVCのゲル化点を見出すことにより、カーペットをどのようにしてどこで積層するかを決定することが適切であり得る。
【０１７０】
吸収されるであろう出力の量およびいくつのパスを使用するかを計算するために、集められたデータを処理して、メートル当たりに吸収された出力の平均量を求めた。次にこの値を使用して、2メートルに渡って吸収される出力の量を計算した。（吸収される出力は対数関数に従い、これは各パスが残余出力のいくらかのパーセンテージを吸収することを意味する。）後続の各パスは、先行のパスよりも少ない出力を吸収するが、これは下記において示すように、連続した各パスを経るごとに利用可能な出力が漸次少なくなるからである。
【表６】
2014512906.tif 000010
【０１７１】
次の段階のために必要となる出力を計算するために、コンベアベルトのベルト幅および速度を決定した。試行ラインからの結果を用いて、必要な出力を算出することができた。生のデータを下記の表7に示す。
【表７】
2014512906.tif 000011
【０１７２】
吸収される出力を計算したら、次の工程は各試行の結果を容易に比較することができる数値に変換することであった。これは、実験的PVC幅から、1メートル／分で進行する1メートル幅ベルトへと外挿することによって行なった。この値は試行間で比較することができ、ベルト速度のようなパラメータの違いを考慮に入れることができる。結果を以下の表に示す。
【表８】
2014512906.tif 000012
【０１７３】
上の2つの表において、太字の行は臨界試行の結果を示している。2メートルのベルト幅および11メートル／分の速度においては、PVCを完全に硬化させるために144 kWの出力が必要であることを見出すことができる。
【０１７４】
算出された所要出力と、異なる数のパスについての吸収出力の計算を合わせて、総マイクロ波出力を計算することができる。以下の表は、必要とされる接続出力が、実施されるパスの数に依存することを示している。高出力発生器は通常50 kW、75 kW、および 100 kWのユニットとして利用可能であり、これは「送達出力」の列に反映されている。吸収出力は、実際の源出力に依存して、どれだけの出力が吸収されるかを示している。
【表９】
2014512906.tif 000013
【０１７５】
いずれの場合においても、送達出力が表に示された通りであるならば、PVC織物によって吸収される出力は常に144 kWである。予備容量は、上記接続出力が使用された場合におおいて利用可能となる剰余出力の量を表す。
【０１７６】
5〜7という妥当な数のパスについては、接続出力は200 kW、あるいは2つの100 kW発生器である必要がある。このアプリケータは好ましくは2つの迂曲セクションを有し、ベルトの同じ側、または加熱の均一性を増加させるために好ましくは反対側から進入する。使用するパスの数がより少ないと、システムは漸次的に効率が低下し、必要とする接続出力のレベルが増加する。使用されるパスの数がより多いと、加熱プロファイルがより均一になる。出力が両方の側から入力される場合にも加熱プロファイルがより均一になる。
【０１７７】
いずれかの側からのフィードを構築することに関しては、このシステムは、ベルトの反対側にフィードを設けるために、アプリケータの前に追加の導波管路を有するであろう。チョークシステムはアプリケータの2つの部分の間で連続的にし、いかなる漏洩も食い止められることを確保する。マイクロ波発生器の操作は組み合わされ、1つの操作で両方の出力が制御されるようにする。
【０１７８】
好ましい実施態様に関して本発明を説明したが、本発明はこれらの好ましい実施態様に限定されるのではなく、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内における様々な改変および同等な構成を包含することが意図されることが理解されるであろう。
【図１】
2014512906.tif 000014
【図２】
2014512906.tif 000015
【図３】
2014512906.tif 000016
【図４】
2014512906.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月29日(2012.11.29)
【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】
繊維面および裏面を有する一次バッキング、
任意で、前記一次バッキングの裏面上にある硬化されたプレコート層、ならびに
前記一次バッキングに固定された、動的にマイクロ波で硬化されたPVC熱可塑性バッキング層
を含む床敷物。
【請求項２】
繊維性材料または糸を、一次バッキングにおいてふさ状にするかまたは植え付けること、
任意で、前記一次バッキングの層の裏面に、プレコート組成物を適用することによりプレコートを施し、その後そのプレコートを硬化すること、
前記任意でプレコート加工された一次バッキング層に、PVC熱可塑性バッキング層を適用すること、および
前記熱可塑性バッキング層を動的にマイクロ波で硬化すること
を含む、床敷物の製造方法。
【請求項３】
支持表面にPVC熱可塑性樹脂プラスチゾルの第1の層をコーティングすること、
任意で、前記第1の層の上表面に、寸法安定性のシート材料を配置し、前記層を加熱してゲル化させ、前記シート材料の位置を定めること、
任意で、前記第1の層のゲル化した表面に熱可塑性樹脂プラスチゾルの第2の層を適用すること、
繊維性材料または糸を、一次バッキング材料においてふさ状にするかまたは植え付けること、
任意で、前記一次バッキングの裏面にプレコートを施すこと、
任意で、前記任意でプレコート加工された一次バッキングの層上に熱可塑性樹脂プラスチゾルをコーティングすること、
前記任意でプレコート加工された一次バッキングを、前記第1または第2の熱可塑性樹脂層のプラスチゾルの上表面に積層して床敷物を形成すること、
形成された前記床敷物を動的にマイクロ波加熱して、前記熱可塑性層を全体的に融合されたバッキング層へと融合すること、
前記床敷物を冷ますこと、および
任意で、前記床敷物をカーペットタイルに裁断すること
を含む、床敷物の製造方法。
【請求項４】
請求項3に記載の方法により製造される床敷物。
【請求項５】
マイクロ波を発生させるための少なくとも1つのマイクロ波発生器、
少なくとも1つのシングルパスまたはマルチパススロット導波管アプリケータ、および
未硬化のPVC熱可塑性バッキングを有するカーペットを前記導波管アプリケータ内に送り入れるための手段
を含む、動的にカーペットの熱可塑性バッキング層をマイクロ波で硬化するための装置。
【国際調査報告】
2014512906.tif 000018
2014512906.tif 000019