(57)【要約】【課題】  マメ類ベース熱硬化性樹脂及びセルロース材料を含むファイバー補強型タンパク質ベース生物複合粒状材料、並びにそれより作られた硬質生物複合加圧成形材料の提供。【解決手段】  この粒状材料及び得られる加圧成形材料はこのマメ類ベース樹脂及び繊維状セルロース材料を、約0.8 ：1.0 〜約1.5 ：1.0 のセルロース固形分、対、樹脂固形分の比となるような量で含む。特に好適な加圧成形材料は第二熱硬化性バインダー、例えばイソシアネートも含む。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の工程を含んで成る方法により得ることのできる、融合し合った独立ファイバー−補強型タンパク質ベース粒子と第二熱硬化性バインダーとを含んで成る、花こう岩様外観を呈した硬質生物複合加圧成形材料：
（ａ）10〜14のpHを有する水性マメ類タンパク質ベース樹脂を調製する；
（ｂ）繊維状セルロース材料をこの水性マメ類タンパク質ベース樹脂と、55〜75％の水分含有量、1.3cm(0.5インチ）以下の粒子サイズ及び0.8：1.0 〜1.5 ：1.0 のセルロース固形分、対、樹脂固形分の比を有する独立の生物複合粒子が形成されるのに有効な量及び方法で組合せる；
（ｃ）この独立の生物複合粒子の水分含有量を、ドライな生物複合粒子が形成されるように20％未満へと引き下げる；そして
（ｄ）このドライな生物複合粒子を第二熱硬化性バインダーでコートする；そして
（ｅ）このコートを施したドライな生物複合粒子を、その粒子を硬質生物複合加圧成形材料へと融合せしめるのに有効な時間にわたって高温及び高圧のもとでプレスにかける。
【請求項２】
前記第二熱硬化性バインダーがイソシアネートバインダーを含んで成る、請求項１記載の硬質生物複合加圧成形材料。
【請求項３】
前記繊維状セルロース材料が新聞紙を含んで成る、請求項１記載の硬質生物複合加圧成形材料。
【請求項４】
前記繊維状セルロース材料が農作物ファイバーを含んで成る、請求項１記載の硬質生物複合加圧成形材料。
【請求項５】
少なくとも一種の着色剤を更に含む、請求項１〜４のいずれか１項記載の硬質生物複合加圧成形材料。
【請求項６】
前記独立ファイバー−補強型タンパク質ベース粒子が融合する前において６〜８重量％未満の水分含有量を有する、請求項１〜５のいずれか１項記載の硬質生物複合加圧成形材料。
【請求項７】
撥水性サイジング剤を更に含む、請求項１〜６のいずれか１項記載の硬質生物複合加圧成形材料。
【請求項８】
前記マメ類タンパク質ベース樹脂がホルムアルデヒドベースラテックス樹脂架橋剤を含む、請求項１〜７のいずれか１項記載の硬質生物複合加圧成形材料。
【請求項９】
前記加圧成形材料の一体化部分であるインレー材料を更に含む、請求項１〜８のいずれか１項記載の硬質生物複合加圧成形材料。
【請求項１０】
花こう岩様外観を呈した硬質生物複合加圧成形材料を調製する方法であって：
（ａ）10〜14のpHを有する水性マメ類タンパク質ベース樹脂を調製する；
（ｂ）繊維状セルロース材料をこの水性マメ類タンパク質ベース樹脂と、55〜75％の水分含有量、1.3cm(0.5インチ）以下の粒子サイズ及び0.8：1.0 〜1.5 ：1.0 のセルロース固形分、対、樹脂固形分の比を有する独立の生物複合粒子が形成されるのに有効な量及び方法で組合せる；
（ｃ）この独立の生物複合粒子の水分含有量を、ドライな生物複合粒子が形成されるように20％未満へと引き下げる；そして
（ｄ）このドライな生物複合粒子を第二熱硬化性バインダーでコートする；そして
（ｅ）このコートを施したドライな生物複合粒子を、その粒子を硬質生物複合加圧成形材料へと融合せしめるのに有効な時間にわたって高温及び高圧のもとでプレスにかける；
ことを含んで成る方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生物複合材料（biocomposite materials）、特に粉末状のマメ科（leguminous）作物及びセルロース材料より成る熱硬化性生物複合粒状材料であって、粒状材料の融合により構造的に硬質な熱硬化性生物複合材料を形成する材料に関する。得られる材料は石材の美的特徴を帯び、そして木材の物理学的特徴に合致するように操作できる。
【背景技術】
【０００２】
再生可能な資源からの製品の開発についての増大する感心及びプレッシャーに伴い、農作物からの価値ある製品の開発に研究が向けられている。これらの研究の大半は例えば石油化学ベース材料及び燃料、並びに木材ベースパネルの代替品の製造に向けられていた。更に、廃棄材料についての別の用途を見い出すことに対する増大する感心及びプレッシャーに伴い、リサイクルした新聞紙及びその他の紙素材からの有用な製造の開発に向けて様々な研究がなされている。これらの研究の大半は建築断熱材料、ファイバーボード、パーティクルボード等の製造に向けられている。
【０００３】
ドライな細断セルロース材料又は多重新聞紙層から作られた断熱材料が米国特許第 4,184,311号（Rood）及び第 4,300,322号(Clark）、並びに豪州出願第 36603／84（Hartlettら）に記載されている。細断新聞紙及び0.5 〜３％のリグニンスルホネートバインダーより成る安定ブロックが米国特許第 4,184,952号（Nelsonら）に記載されている。これらのブロックは、ブロックの取り扱い及びそれを細断する場所への輸送を助長する廃紙の圧縮に利用されている。
【０００４】
廃紙から構造建築材料、例えばファイバーボード、パネルボード、パーティクルボードを作るための数多くのプロセスが知られている。例えば、米国特許第 4,111,730号（Balatinecz）は細断廃紙、例えば約0.5 〜２インチ×１〜６インチのフレークと、合成石油化学ベース熱硬化性樹脂、例えば尿素−ホルムアルデヒド又はフェノール−ホルムアルデヒド樹脂とから作った紙フレークボードを開示している。この樹脂は６〜15％の樹脂固形分を担う量で用いる。樹脂との配合の際の紙フレークの水分含有量は12％未満に保つ。得られる紙フレークボードの表面品質を高めるため、並びに強度及び剛性を高めるため、木粉又はセルロース材とホルムアルデヒド含有樹脂との混合物をその表面にコートする。
【０００５】
米国特許第 5,011,741号(Hoffman）はクラフトパルプ、即ちパルプ化木材チップ、及びパルプ化新聞紙、即ち通常のパルプ処理において用いられる化学分散剤に委ねた新聞紙の層から作った多層紙製品、例えばライナーボードを開示している。パルプ化新聞紙は50ミクロン未満の長さを有する粉末及びファイバーを実質的に含まない。それは層間の内部強度及び結合力を高めるために加熱処理したカチオンデンプンに含浸している。
【０００６】
米国特許第 4,994,148号（Shetka）及び第 5,064,504号（Shetka）は新聞紙のスラリーから構造ブロックを作成する方法を開示しており、これはプレスのスクリーンウォール成形チャンバーの中で形成する。新聞紙又はその他のセルロース製品は、紙を流動状へとパルプ処理するため、十分な量の水と組合せる（例えば50：50の混合物にする）。石膏、セメント又はラテックスバインダーもこの水性パルプスラリーに加えてよい。得られるスラリーを次に成形チャンバーに注ぎ入れる。ブロックの硬化は風乾を通じて行う。
【０００７】
米国特許第 3,718,536号(Downsら）は、熱可塑性ポリマー、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルクロリド等を含む細断紙の塊から作った複合ボードを開示している。この複合ボードは積層且つ重なり形態で配置した紙の独立断片、即ちシート又はシュレッドより成り、これはウエット又はドライプロセスにより作った繊維材料より成る複合ボードとは区別される。そのプロセスにおいては、紙片を熱可塑性ポリマーでコートしている。このことは断片を束ねる。従って、この複合ボードの断面は熱可塑性ポリマーによい互いと表面結合した、即ち、接触結合した多重紙のラミネーションを示している。しかしながら、かかる熱可塑性ポリマー含有材料は消防の規制により建築製品には利用できない。その理由は熱可塑性材料は高温に曝露されたときに軟化し、それ故その構造保全性を失うからである。
【０００８】
廃紙、紙製品もしくはパルプ廃棄物及び／又は農作物由来の従来知られる全てのセルロース材料含有パネル材は、装飾的な仕上げ用ラミネートを独立にラミネートしない限り、一様した所望されない性質を有する。例えば、これらは一般に際立った又は美感的に魅力のある模様のないくすんだ灰色又は艶消灰色を一般に有する。更に、それらは一般に建築級の建築材料の強度、剛性、硬度及び耐久度を欠如している。また、それらは一般に数多くの用途にとっては孔性でありすぎる。
【０００９】
かかる所望の特徴を有する再生可能な天然資源含有材料の欠如は様々な要因、例えば（１）仕上げ済材料の美感的に魅力のあるテキスチャー及び色を反復的に供するプロセス手段の欠如；（２）建築級材料の強度及び剛性を有するセルロースベース材料を反復的に供するプロセス手段の欠如；（３）廃紙の細断及び再パルプ処理はセルロースファイバーの長さを短くしてしまい、仕上げ済材料の引裂及び剪断強度を損いうる；（４）費用のかかるセルロース材料の脱インク及び漂白処理（これは材料の競争力を弱める）；並びに（５）製品の表面仕上げ、結合力、硬質度及び構造保全力に有害な作用を及ぼしうる廃紙ストック中の望ましくない夾雑物の潜在的な存在；等に基づくものと信じられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上を理解したうえで、及び従来技術の欠点を解消するため、本発明はマメ類ベース熱硬化性樹脂及びセルロース材料から作られたファイバー補強型タンパク質ベース生物複合粒状材料、即ち、独立粒子、を提供する。また、この粒状材料を高圧及び高温のもとで融合させることによりこの粒状材料から作った構造的に硬質の生物複合加圧成形材料も提供する。着色剤をも含むことのできるこの個々の粒子は融合したときに明瞭に規定された、且つ識別できる境界を保つ。このことは花こう岩及びその他の天然石材を擬態する色彩パターンを示しうる。本発明はまた粒状材料及びそれ由来の製品、即ちボードストック及びその他の加圧成形材料を組立てるのに必要な方法も開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この粒状材料及び得られる加圧成形材料はマメ類ベース樹脂及び繊維状材料を、セルロース固形分、対、樹脂固形分の比が約0.8 ：1.0 〜約1.5 ：1.0 、好ましくは約0.8 ：1.0 〜約1.3 ：1.0 の比となるような量で含む。特に好適な加圧成形材料は、強い機械的及び物理的特性のために、第二熱硬化性バインダー、例えばイソシアネート、好ましくは芳香イソシアネートも含む。
【００１２】
最初に成形される独立のファイバー補強型タンパク質ベース粒子は約55〜75％の水分含有量を有し、そして約 0.5インチ（1.3 cm）以下の粒子サイズを有する。加圧成形プロセスにおける特定の利点のため、これらの独立粒子の水分含有量を約20％以下、好ましくは約15％以下、そしてより好ましくは約12％以下に下げる。第二熱硬化性バインダー、例えば芳香族イソシアネートを用いて加圧成形製品を成形するため、その水分含有量は際立って強い機械的及び物理的特性を供するために約６〜８％とするのが最も好ましい。これらの特性は第二熱硬化性バインダーとの組合せにおける撥水性サイジング剤の利用を通じて更に強まる。
【００１３】
この独立生物複合粒子は約1000〜10,000ポンド／インチ2 (psi）の破壊係数及び約100,000 〜1,000,000psiの弾性率（ASTM：Ｄ1037−91に従って試験したとき）を有する硬質生物複合材料を形成できる。一般に、第二熱硬化性バインダー（例えば芳香族イソシアネート）及び撥水性サイジング剤（例えば水溶性ワキシー材料）の利用により、この硬質生物複合加圧成形材料は約3,500psi以上、好ましくは約4,000psi以上、そしてより好ましくは約4,500psi以上の破壊係数、及び約500,000psi以上、好ましくは約600,000psi以上、そしてより好ましくは約700,000psi以上の弾性率を有するようになる。
【００１４】
本発明はまたこれらの材料の製造方法にも向けられている。これらの方法には：約10〜14のpHを有し、好ましくは着色剤を含む水性マメ類ベース樹脂を調製し、繊維状セルロース材料を水性マメ類ベース樹脂と、約55〜75％の水分含有量、約 0.5インチ(1.3cm）以下の粒子サイズ及び約0.8 ：1.0 〜1.5 ：1.0 のセルロース固形分、対樹脂固形分の比を有するような独立生物複合粒子を形成するのに有効な量及び手段で組合せることを包括している。好ましくは約20％未満の水分含有量を有するこれらの粒子は、このドライな生物複合粒子を高温及び高圧、好ましくは約250 〜 340°Ｆ(121〜 171℃）の温度及び約450 〜750psiの圧力のもとで加圧することにより硬質加圧成形材料へと融合することができる。特に好適な態様において、このドライ粒子を、それを硬質生物複合加圧成形材料に融合する前に第二熱硬化性バインダーでコート、例えばスプレーコートする。
【００１５】
本発明の様々な利点及び特徴は図面及び実施例を含む以下の詳細な説明より明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
生物複合材料
本発明は粉末状のマメ科作物及びセルロース材料より成る熱硬化性生物複合粒状材料を提供し、これはこの粒状材料を加圧のもとで融合させることにより構造上硬質な熱硬化性生物複合材料を形成する。その個々の粒子は、所望するならば着色剤をも含むことのできる、ファイバー補強型タンパク質ベース生物複合粒子である。圧縮成形又は押出成形のいづれかを通じて構造的に硬質な製品へと融合させたら、例えばこれらの粒子は規則的な形状のドメインを構成する明瞭に規定され、且つ認識できる境界を保っている。従って、様々な濃淡及び色彩の粒子をボートストックの如くの製品を成形するために組合せてよく、それは花こう岩及びその他の火成天然石、又は天然木調及び／もしくは木目、例えばこぶのある木を擬態する色彩パターンを示す。即ち、ある状況においては花こう岩に非常に近似した粒状の外観を示す。しかしながら、その他の外観が、分粒した粒子及び着色剤の濃度を変えることによって達成できる。図１は高水分含有量状態及びドライ状態の本発明の粒状材料の写真であり、そして図２は図１の粒状材料から作ったボードストックの断面の粒状構造及び石材様外観の写真である。
【００１７】
しかしながら、かかる加圧成形材料は石よりも木に近似した物理的特性を示す。即ち、これらは石材よりも木材に近似した特徴の密度、構造保全性、硬質度及び仕上げ性を示す。更に、本発明の加圧成形材料の強度、剛性、密度、硬度及び耐久度はパーティクルボードもしくはその他の木材複合品、又はセルロースベース複合ボード製品よりもはるかに強いことがあり、そして建築級の木材ベースフレークボードと同等である。
【００１８】
即ち、本発明は規則的なパターンの多色の、即ち、花こう岩様の硬質生物複合加圧成形材料を提供する。かかる花こう岩様パターンは、複合材料において、特に新聞紙の如くのセルロース材料含有複合品において従来達成されたことがなかった。従って、本発明の複合材料は天然石材の形成プロセスの理解及び天然石材の人的知覚の関係の理解に由来する。即ち、天然石材は様々な色の鉱物の密に充填したランダムな結晶より成り、それは経時的な特突の物理学的法則に対応し、結合し、そして最小のエネルギー系に向う傾向にある。かかるプロセスは近年の整然とした無秩序な系の理論の理解と一致する。一方、ヒトの目−脳の知覚は学習されるものである。従って、材料が「天然」であるか又は「人工」であるかどうかのいかなる認識及び理解は、学習された知覚とは対照的な精神的なものに基づいて形成される。本発明の人工的に製造した材料は火石岩、特に花こう岩の天然のランダムな結晶配列に近似しているため、得られる材料は石と知覚される。
【００１９】
硬質の加圧成形花こう岩様材料の密度及び機械的特性は木材、例えばオーク(oak）、メープル(maple）、ウォールナッツ（walnut）、トロピカル硬木(tropical hardwood）、等に匹敵し、そして往々にしてフレーク又はパーティクルボードの如くの木材様材料よりも優れている。例えば、そのストックはキャビネット級材料の如くのこ引きする、ルートをかける（routed）、平削りする、サンダー仕上げする、及び仕上げることができる。この材料はくぎ及びねじを、破砕又は割れることなく似たような状況で受容する。この材料は、高価な木材インレーストリップのエッジングの利用を必要とするパーティクルボード又はフレークボードと異なり、天然木材製品のように機械仕上げ及び最終仕上げにかけることができうる。この材料は慣用のキャビネタリー技術により束ねられた数多くの個々のパネル又はピースより構築された大型又は複雑な集成体又は構造体の一部としても利用できうる。加圧成形生物複合材料の抑制された孔性は、その材料がアクリル、エポキシ樹脂、ワニス又はその他の表面処理物による真空含浸に適するようにもし、これにより建築、装飾又は構造目的にとってのこの材料の適格性は高まる。
【００２０】
本発明の生物複合粒状材料及びそれに由来する加圧成形製品は、根本的に再生可能な天然資源、即ちセルロース材料、例えばリサイクル済新聞紙、及び粉末状アメ類材料、例えばダイズフラワーから調整したタンパク質ベース樹脂を含む。即ち、この粒状材料は根本的にはセルロース補強型植物性タンパク質ベース熱硬化性樹脂系である。このタンパク質ベース樹脂（マメ類ベース樹脂とも呼ぶ）は、粒状材料又は加圧成形材料の形態のいづれであろうと、マトリックス、即ち、本発明の生物複合材料の一次結合剤を形成する。好ましくは、乾燥重量ベースで、セルロース、対、樹脂固形分の比は、例えば紙、対、ダイズ粉の比は約0.8 ：1.0 〜約1.5 ：1.0 、そしてより好ましくは約1.0 ：1.0 〜約1.3 ：1.0 とする。即ち、加圧成形前の粒状材料中の樹脂固形分とセルロース固形分との総量に対する熱硬化性樹脂固形分の量は好ましくは約40〜56％、そしてより好ましくは約43〜50％とする。
【００２１】
最も好適な水分含有量及び樹脂固形分、対、セルロース固形分の比において廃棄新聞紙及びダイズフラワーから調整した好適な複合粒子の切片化により、この粒子は、その紙個々のファイバーが樹脂コートされているように完全に樹脂が含浸している（又はより適切には、樹脂と融合した）紙片を含むようである。即ち、接触結合を通じて接着剤により紙片が単に接着し合っていることより成る材料ではない新規の複合材料が調整される。
【００２２】
形成により、この粒状材料は好ましくは約55〜77％の水分、即ち、水、そしてより好ましくは約59〜67％の水分を、この粒子の総ウェット重量に基づき含む。本明細書では、この材料は「高水分含有」粒状材料又は粒子を意味する。これらの粒子は一般に、柔軟、積載可能、粘着性の不規則な形態のランプ又はボールの形状であるが、しかし独立のファイバー様粒子も形成されうる。これは約 0.5インチ(1.3cm）以下の粒子サイズ（粒子の最大の寸法により決定）を有し、そして往々にして約0.38インチ（0.97cm）以下である。一般に、これより大きい粒子は一般に良好に処理できない（例えば、良好に乾燥又はプレスできない）。これらの個々の粒子は以下に記載の適当な加工条件下でセルロース材料及びマメ類ベース樹脂の凝集塊から実質的に同時に形成される。これらは、たとえ大量の水を含むときも、例えば約55〜75％の総水含有量を有するときでさえも、比較的ドライな感触又はセミドライな感触を有する。水は粒子内で、スポンジから絞り出るが如く握力では容易に絞り出ることができないほどに結合しているものと信じられる。この高水分含有粒子は独立の粒子として存在するのに足りる内部結合を有する。即ち、これらは有意に互いと接着し合うことなく、且つ大型の粒子へと凝集することなく、バルク製造プロセスにおいて比較的簡単に取扱うことができうる。
【００２３】
かかる高水分含有粒子の形成により際立った利点が得られる。例えば、本発明の加圧成形製品の固有の「花こう岩様」外観は、ここに記載の組成及びプロセスがこのタイプの複合粒子を形成するという事実に由来する。約55〜75％の水を含む粒子は加圧成形製品を形成できるが、もし水分含有量が約59〜67％の範囲内にあるなら特別な利点が具現化される。即ち、オリジナルに成形された粒子の水分含有量が約59〜67％であるなら、その機械的特性（例えば高い破壊係数、高い弾性率、高い硬度）及び物理的特性（例えば低い吸水性）に関して極めて所望される加圧成形製品が得られる。これは実施例２で例証する。本発明者はいかなる理論にも拘束されるつもりはないが、この最適水分含有量はタンパク質ベース樹脂の紙フレークの如くのセルロース材料への実質的に完全な含浸を供し、これにより全てのファイバーが樹脂と一体的に会合又は「融合」する。もし約59％未満の水がこの高水分含有独立の中に存在しているなら、このセルロース材料は完全には含浸されず、そしてセルロースファイバーが積層可能なボールから突出し、「ファジー」な突起を形成してしまう。未コートの紙片が存在していることもある。約75％より多くの水を粒子の調製において用いると、スラリーが一般に得られ、それより粒子は形成されない。更に、かかる高水分含有量では、ダイズ樹脂は、粒子間結合強度がかなり弱まってしまうほどに希釈されてしまう。即ち、これらの高水分含有粒子は、単なる表面コート紙片でも、パルプ紙の粒子でもなくなる。
【００２４】
一般に、且つ好適には、硬質加圧成形材料へと融合する前に、この高水分含有生物複合粒状材料の水分含有量を、この生物複合粒子の総重量に基づき、約20％未満、好ましくは約15％未満、より好ましくは約12％未満、そして最も好ましくは約３〜12％に下げる。しかしながら、もし水分含有量が低すぎると、この生物複合粒子は、第二熱硬化性バインダーの添加抜きでは、高圧及び高温のもとでそれらを融合させ合わせても、一般に良好に結合し合わない。所定の用途にとって、この水分含有量は約８〜11％に狭まく仕上げ、一方、他の用途においては、この水分含有量は約６〜８％に狭まく仕上げる。一般に、６〜８％の水分を含む生物複合粒子が、粒子を芳香族イソシアネートの如くの第二熱硬化性バインダーでコートする好適なプロセスにとって理想的である。
【００２５】
乾燥工程の際、水が除去されるだけでなく、タンパク質ベース樹脂も少なくとも部分的に硬化する。これにより、この粒子材料は内部結合強度をもつようになる。更に、これらの粒子は熱及び圧力のもとで互いと結合又は融合し合うことができる。これは、粘弾性が高温及び高圧で変化しうるからである。これにより、この粒子は可塑化され、そして流動性となるが、溶融性とはならない。即ち、この熱硬化樹脂／セルロース複合粒子は可塑的に変形可能となるが、しかし溶融するほどに十分には熱可塑化しない。この熱硬化性樹脂は更に、粒子間に樹脂−樹脂相互作用があるように硬化はするが、粒子が一緒に流動してその個々の境界を失うほどには硬化ないものとも信じられている。
【００２６】
これらの乾燥生物複合粒子は、一般に平らであり、且つ不規則な形態であるが、それらは球状でもありうる。水を失うことで、粒子の容量の顕著な低下が起こる。従って、この粒子のサイズ（粒子の最大寸法により決定）は一般に約 0.5インチ(1.3cm）以下、そして往々にして約0.38インチ（0.97cm）以下とする。粒子のサイズは一般に約0.05インチ（0.13cm）より大きいが、マメ類樹脂に融合した小型のファイバー様粒子、即ち小型のセルロース系ファイバーがありうる。しかしながら、一般に微粒子の割合、即ち、約0.05インチ（0.13cm）未満の粒子サイズを有する乾燥生物複合粒子の割合は約５重量％未満とする。乾燥粒子の比重は一般に約0.7 〜1.0 、好ましくは約0.9 〜0.95とする。
【００２７】
セルロース材料は任意のセルロース含有材料、例えば新聞紙、光沢紙、未印刷紙、事務用紙、コンピューター用紙、電話帳、コート化紙、セルロース断熱材（コート化又は未コート）、クラフト紙、農作物ファイバー（例えばハンマーミルドしたトウモロコシの茎）、パルプ処理木材ファイバー、製紙工場廃泥、等であってよい。かかるセルロース材料は、細断又はハンマーミリングに由来するタイプの繊維性伸長物を含むときに有用である。即ち、有用なセルロース材料は繊維状、即ち繊維状伸長物であるものである。即ち、滑らかなセルロース材料、例えば紙片へときれいにカットしたノン・ボンド・タイプ紙は一般にハンマーミルドされたもののように有用ではない。上記のセルロース材料のうち、好適なのは新聞紙、未印刷紙、事務用紙、コンピューター用紙、未コートセルロース断熱材及び製紙工場廃泥である。より好ましくは、セルロース材料は断熱材として用いるタイプの細断又はハンマーミルド新聞紙である。このセルロース材料は任意的に難燃剤、例えば硼酸を、ドライセルロース材料約15重量％まで含んでよい。
【００２８】
最終仕上げ製品にとって所望される様々な外観及び機械的属性に依存して、この繊維状セルロース材料の粒子のサイズ及び形状を変えてよい。一般に、このセルロース材料は広域なサイズ分布（例えば１インチ（2.54cm）に至る紙ストリップの独立ファイバー）及び形状（例えば丸い、長い、又は不規則な形態の紙片）を含む。好ましくは、このセルロース材料の過半数（即ち、50％より多く）の粒子サイズ（最大の寸法により決定）は約１インチ（2.5cm)未満、より好ましくは約 0.5インチ(1.3cm）未満、そして最も好ましくは約0.06インチ（0.16cm）〜約0.38インチ（0.95cm）とする。
【００２９】
例えば、本発明の製品を作るのに用いられる典型的なセルロース粒子は約0.25インチ（0.64cm）× 0.5インチ(1.3cm）の見かけ上の寸法を有する。このセルロース材料の粒子のバルクの縦横比、即ち、長さ、対、幅は一般に約３：１以下とし、そして約１：１でもよいが、かなり大きい縦横比を有しうるファイバーが存在していてもよい。即ち、本発明において利用されるセルロース材料は、ゆるく圧縮したセルロースファイバー又は微粉末、即ち塵のサイズの粒子と混合されたセルロース粒子又はフレークを含みうる。好ましくは、かかる混合物において、もしその微細物が材料の総重量の約10％未満であるなら、加工において利点が具現化される。
【００３０】
この繊維状セルロース材料、例えば細断新聞紙はマメ類ベース樹脂のための補強材として単独で使用できうるが、所定の所望の属性を供するためにその他の繊維材料を含ませてよい。例えば、寸断ファイバーガラス、スパンプラスチック又はその他の適当なファイバー長の繊維状添加物を、本発明の生物複合粒状材料又は本発明の加圧成形硬質生物複合材料の中に組込んでよい。繊維状材料に依存して、このファイバーはランダムに分散させるか、又は所定の配置に様々な状態で混合してよい。例えば方向性ファイバー積層を利用するとき、付加したファイバーの特定の軸上配置を有する多重ラミネーションからボードストックを開発できる。これにより、この誘導ボードストックは好適な曲屈、成形、剪断又は引裂特性を示しうる。他方、ランダムファイバー配置のラミネーションは重ね合わせてよい。しかしながら、全てのケースにおいて、石材様外観のボードストックが向上した構造保全性を保って得られる。
【００３１】
マメ類ベース樹脂の成形において用いられるこの粉末状のマメ類材料には、任意の窒素固定作物、例えばソラマメ（bean）、エンドウマメ(pea）、クローバー及びアルファルファが含まれ、それらはミール又はフラワー様材料の如くの粒状材料へと粉砕する。好ましくは、このマメ類材料は含用マメ類作物、例えばダイズ、マダラソラマメ(pinto beans）、エンドウマメ、ペラギス(pelagis）等である。このマメ類材料は様々な形態及びサイズであってよい。例えば、このマメ類材料は粉末状全ソラマメ（さや、油、タンパク質、ミネラル等を含む）、ミール（抽出又は半抽出）、フラワー（即ち、一般に約1.5 ％未満の油及び30〜35％の炭水化物を含む）又は単離物（即ち、約0.5 ％未満の油及び約５％未満の炭水化物を含む純粋なタンパク質フラワー）の形態であってよい。本明細書では、「フラワー」はその範囲において、フラワー及び単離体の定義の両方に合致する材料を含む。好ましくは、このマメ類材料はフラワーの形態であってよく、その理由は少なくとも、フラワーより製造された加圧成形製品は、ミールからのものと異なり、より所望される物理的特性（例えば吸水性）及び機械的特性（例えば破壊係数及び弾性率）を有するからである。
【００３２】
好ましくは、このマメ類材料は約 0.1インチ（0.25cm）未満、そしてより好ましくは約0.05インチ(0.125cm）未満の粒子サイズ（最大寸法により決定）を有する。その粒子サイズがこれよりはるかに大きいとき、このマメ類材料は十分に可溶性とならば、そして得られる加圧成形製品は弱い機械的特性、例えばボード強度及び劣った視覚的完璧性を有するようになる。更に、この材料を溶解するのにかかる時間は望ましくなく長くなってしまう。ミールの如くの材料を使用してもよいが、約75％が28メッシュスクリーン（即ち、0.0334インチ；0.08cm）を通過できず、そして約５％が60メッシュスクリーン（即ち、0.0167インチ；0.04cm）を通過できない。フラワーが一層好ましく、その理由は、実施例６に例示しているが如く、その一般的に小さい粒度分布による。即ち、その最も好ましい粉末状マメ類材料はフラワーのそれの最大粒子サイズ、即ち、約 0.005インチ（12.7×10-3cm）を有する。それは粉末状マメ類材料にとっての最小粒子サイズ要件ではないと思われる；しかしながら、市販のダイズフラワーの粒子サイズは一般に約 0.003インチ(7.6×10-3cm）未満である。例えば、市販のダイズフラワーに関して、約92％より多くが 325メッシュスクリーンを通過する。これは約 0.003インチ(7.6×10-3cm）の粒子サイズに相当する。
【００３３】
好ましくは、マメ類材料は実施例５により例示する通り、約20〜100pdi（即ち、タンパク質分散指数）、そしてより好ましくは約70〜100pdiの分散性タンパク質含有量を有する。最も好ましくは、この粉末状マメ類材料は約70〜95pdi の分散性タンパク質含有量を有する。この材料は残留炭水化物濃度と、可溶性タンパク質レベル、即ち、水溶性タンパク質レベルとの所望のバランスを供する。90pdi ダイズフラワーは可溶性タンパク質を総有用タンパク質の約90％の量で含む。典型的な90pdi ダイズフラワーは、総重量で、約50〜55％の可溶性タンパク質レベル、約30〜40％の残留炭水化物レベル、及び約 1.5％未満の油を含み、残りはさや、水及び灰分（ミネラルを含む）である（約５〜10％）。50％のタンパク質、40％の炭水化物、５％の水、４％の灰分及び１％の脂肪を含む、適当な90pdi ダイズフラワーはHoneymead Products Company (Mankato, MN)より入手できる。
【００３４】
マメ類ベーズ樹脂、即ち、本発明の生物複合材料のマトリックスは、粉末状マメ類材料を、強無機又は有機塩基の如くのアルカリ性分散剤を含む高アルカリ水性溶液と組合せることにより調製する。この塩基は好ましくは強無機塩基、例えばKOH ，NaOH，CaOH，NH4 OH又はそれらの組合せである。好ましくは、この塩基は、KOH 又はNaOH、より好ましくはKOH とする。最も好ましくは、そのpHをKOH 及びCaOHの両方を用いて適当なレベルに調節し、その理由は少なくとも、カリウム及びカルシウムイオンは水分輸送を妨げる傾向にあり、それ故最終製品に防水性の手段を付与するからである。約10〜14、好ましくは約10〜13、そしてより好ましくは約12〜13のpHを有する樹脂を供する量の塩基を使用する。約10未満のpHは一般に所望の稠度の粒状材料を供さない。このアルカリ分散化タンパク質ベース、即ち、マメ類ベース樹脂はその樹脂の総重量に基づき好ましくは約58〜92％の水、そしてより好ましくは約72〜83％の水を含む。
【００３５】
この粉末状マメ類材料はこのタンパク質ベース樹脂の中に、65℃（18°Ｆ）で約37,000〜 640,000センチポアズ(cps）、好ましくは約104,000 〜184,000cpsの粘度を有する一般に滑らかな樹脂をもたらすのに有効な量で用いる。好ましくは、この粉末状マメ類材料は樹脂の総重量に基づき約15〜40重量％の量で用いる。より好ましくは、これは約20〜40％の量、そして最も好ましくは約30〜35％の量で用いる。セルロース材料の種類及び加圧成形製品において所望される性質に依存してこの粉末状マメ類材料の量を変えてよいが、しかしながらその粘度は所望の範囲（即ち、37,000〜640,000cps）内に保っておくべきであり、これはパーティクルボード等の製造において用いる一般のタンパク質接着剤の粘度（即ち、500 〜75,000cps)よりも有意に高いものである。
【００３６】
この樹脂は、熱硬化性樹脂である。即ち、これは加熱したときに、一般に機械的結合及び化学的架橋反応を通じて可逆的に固形化する。このことは得られる加圧成形製品を可能な構造建築材料として有用なものとし、なぜならそれらは熱可塑性樹脂組成物と比べて高温又は火炎状況において構造保全性を保つからである。この樹脂は事後利用のために保存できるが、しかしその棚寿命は、もし架橋剤を使用すると、約12時間以内、そして往々にして約１時間以内にまで制約されてしまう。
【００３７】
この樹脂は以下の加工条件、例えば 450°Ｆ(232℃）ほどの高温及び約10〜14の範囲におけるpHに耐えうる水分散性着色剤も含みうる。即ち、この着色剤は熱、圧力及び高アルカリ条件のもとで耐変色性を保つことのできるものでなければならない。更に、この着色剤はUV安定性であり、且つ高アルカリ水性溶液の中で均質に分散できるものであるべきである。また、各着色粒状材料は加圧成形製品への加工の際に、顕著ににじむ、又は隣りの着色粒状材料に転写するものであってはならない。これらの要件は一般に複合材料に用いられている市販の無機又は有機着色剤、即ち染料又は顔料により満たされる。
【００３８】
適当な無機着色剤は一般に金属ベース着色材料、例えば有色セメント及びセメント糊に一般に用いられるタイプの粉末状酸化金属着色剤である。かかる無機着色剤には、限定することなく、酸化金属、例えば赤色酸化鉄（主にFe2O3)、黄色酸化鉄(Fe2O3−H2O)、二酸化チタン（Tio2）、黄色酸化鉄／二酸化チタン混合物、酸化ニッケル、二酸化マンガン（MnO2）、及び酸化クロム（III ）（Cr2O3)；混合型金属ルチル又はスピネル顔料、例えばニッケル・アンチモン・チタン・ルチル（｛Ti，Ni，Sb｝O2）、コバルト・アルミネート、スピネル（CoAL2O4)、亜鉛・鉄・亜クロム酸塩・ルチル、銅・亜クロム酸塩・スピネル、クロム・鉄・ニッケル・スピネル、クロム・鉄・ニッケル・スピネル、及びマンガン・フェライト・スピネル；鉛・クロム酸塩；リン酸コバルト（Co3(PO4)2)；コバルト・リチウム・リン酸塩（CoLiPO4)；ピロリン酸アンモニウムマンガン；硼酸コバルト・マグネシウム；及びナトリウムアルミノスルホシリケート（Na6Al6Si6O24S4）が含まれる。適当な有機着色剤には、限定することなく、カーボンブラック、例えばランプブラック顔料分散体；キサンテン染料；フタロシアニン染料、例えばフタロシアニン銅及びポリクロロフタロシアニン銅；キメクリドン顔料、例えば塩素化キナクリドン顔料；ジオキサジン顔料；アントロキノン染料；アゾ染料、例えばアゾナフタレンジスルホン酸染料；銅アゾ染料；ピロロピロール顔料及びイソインドリノン顔料が含まれる。かかる染料及び顔料はMineral Pigments Corp.(Beltsville, MD)、Shephard Color Co.(Cincinnati, OH)、Tamms Industries Co.(Itasca, IL)、Huls America Inc.(Piscataway, NJ) 、Ferro Corp.(Cleveland, OH)、Engelhard Corp.(Iselin, NJ) 、BASF Corp.(Parsippany, NJ)、Cida-Geigy Corp.(Newport, DE) 及びDuPont Chemicals (Wilmington, DE) より市販されている。
【００３９】
この着色剤は一般に、更に処理することなく、所望の色を供える適当な量でマメ類ベース樹脂に加える。好ましくは、この着色剤はこの粒状材料の中に、マメ類ベース樹脂の約15重量％以下、より好ましくは約10％以下、そして最も好ましくは約３％以下の量で存在している。
【００４０】
このマメ類ベース樹脂は発泡防止剤、微粒化剤(fining agents）又はそれらの組合せも含んでよい。各添加剤はこの樹脂及びそれより作った粒状材料に所望の特性を供する量で樹脂の中に使用する。例えば、微粒化剤、即ち分散剤は、樹脂のテキスチャー、即ち、滑らかさ、並びに表面張力、粘度及び流動特性を改善するために利用できうる。この微粒化剤は樹脂の成分、特に着色剤を分散させるのに、樹脂の粘度を調節するのに役立ち、更には接着促進剤として働くこともできる。発泡防止剤、即ち脱泡剤は、加圧成形材料の強度に有害な影響を及ぼしうる捕促エアーの放出のために利用されうる。好ましくは、脱泡剤及び微粒化剤は単独で、又は組合せて、樹脂の約８重量％以下、そしてより好ましくは約５重量％以下の量で使用する。即ち、単独で、又は組合せて使用しようと、脱泡剤と微粒化剤との総量は約８％以下とする。適当な脱泡剤には、限定することなく、パイン油及びシリコーン脱泡剤が含まれる。適当な微粒化剤には、限定することなく、珪酸ナトリウム及びCoCob 、即ち、粉末状コーンコブが含まれる。
【００４１】
この複合粒状材料を調製するのに用いるマメ類ベース樹脂は微量のその他の添加剤、例えば不活性充填材、ラテックスエマルション又はワキシー材、架橋剤、熱可塑性接着バインダー、熱硬化性接着バインダー、難燃剤、殺真菌剤、触媒及び殺虫剤をも含みうる。これらの各添加剤は所望の特性を供する量で樹脂の中で使用する。例えば、充填材はかさ高さを大きくし、そして得られる加圧成形製品の孔度を低める量で使用してよい。適当な充填材には、限定することなく、木材フラワー、ベントナイト、カオリン、ダスト、及びリサイクルした本発明の生物複合材料が含まれる。ラテックス  エマルション又はワキシー材料はこの樹脂製剤においてこの粒子の防水性を高める量で使用してよい。他方、又は更に、ワキシー材料はドライ生物複合粒状材料に塗布してよい。適当なラテックスエマルションには、限定することなく、商標名FULATEX PD−0512で入手できるラテックスエマルションが（これはH.B. Fuller Company (St. Paul, MN)由来の酢酸ポリビニルとラテックスエマルションとのブレンドである）、スチレン−ブタジエン樹脂、及び水性ペイントにおいて一般に利用されている任意のラテックスエマルションが含まれる。適当なワキシー材料には、限定することなく、スラック・ワックス及びワックスエマルションが含まれ、H.B. Fuller Company （商品番号PM0255）及びHercules Incorporated (Wilmington, DE 、商品番号2100Ｐ）より入手できる。樹脂の中に架橋剤を、個々の粒子の内部結合強度を強める量で加えてよい。適当な架橋剤には、限定することなく、H.B. Fuller Company (St. Panl, MN)より商標名FULLREZ(商品名WB−2523）で入手できる架橋剤として利用するのに適するホルムアルデヒドベースラテックス樹脂、ジアルデヒドデンプン、及び塩化アンモニウムが含まれる。熱可塑性接着バインダーは樹脂の中で、個々の粒子の強度及び硬度特性を強める量で使用してよいが、本発明の製品において熱可塑性材料の利用は避けた方が好ましい。適当な熱可塑性接着バインダーには、限定することなく、酢酸ポリビニル（「PVA 」）が含まれる。これは単独で、又はH.B. Fuller Company のFULATEX PD−0512の形態における例においてなされているようにラテックスエマルションと組合せてよい。樹脂の中に難燃剤を、セルロース材料の易燃性を下げるのに有効な量で用いてよい。他方、又は更に、この難燃剤はセルロース材料に直接加えてよい。ところで、樹脂に加えるとき、硼酸の如くの難燃剤はドライ成分の分散に役立つ。適当な難燃剤には、限定することなく、硼酸及び硫酸アンモニウムが含まれる。
【００４２】
好ましくは、これらの添加剤は樹脂の重量の約20％以下、そしてより好ましくは約10％以下の量で、単独で、又は組合せて使用する。即ち、この樹脂、並びに得られる粒状材料及び加圧成形製品は約20％よりも多く熱可塑性材料、例えば熱可塑性接着バインダーを含まない。好ましくは、これらは約10％より多く、そしてより好ましくは約５％より多く含まない。最も好ましくは、本発明の樹脂、粒状材料及び加圧成形製品は熱可塑性材料、特に熱可塑性接着バインダーを実質的に含まない。
【００４３】
このマメ類ベース樹脂及びセルロース材料は上記の高水分含有粒状材料を形成するように組合せる。乾燥により、この粒状材料は加圧成形製品へと成形するまで無期限で保存できうる。この粒状材料は高圧及び高温のもとで硬質材料へと成形してよい。これはマメ類ベース樹脂自体以外の任意の追加の熱硬化性バインダー抜きで行ってよい。
【００４４】
特に有利な結果のため、このドライ粒状材料は好ましくはイソシアネート、フェノール、メラミン又は尿素含有バインダーの如くの第二熱硬化性バインダーでコートする。好ましくは、この第二熱硬化性バインダーは有機イソシアネート、そしてより好ましくは芳香族イソシアネートとする。このイソシアネートは、加圧成形製品に一層優れた機械特性、例えば剛性及び強度を供する。例えば、これは加圧成形材料の圧伸及びそりの度合いを下げる。実施例７及び８に示す通り、イソシアネートの利用は弾性率を約30〜40％、そして破壊係数を約60〜70％高めることができる。
【００４５】
このイソシアネートは本発明の硬質生物複合加圧成形材料に一層優れた寸法安定性も供える。例えば、これは加圧成形製品の吸水性を、特に以下に記載の通りサイジング剤と一緒に利用したときに有意に低めるのに役立つ。実施例８に示す通り、この吸水性は75％ほど大きく低下しうる。かかる製品は高度の寸法安定性が必要とされる用途、例えばフローリング又はカウンタートップ材料において利用できうる。更に、このイソシアネートは加工時間及びエネルギー消費量を少なくし、それ故加圧成形プロセスを有意義により効率的なものとする。
【００４６】
このことは、粒子間結合の強度が、ドライ粒状材料へのイソシアネートバインダーの添加により有意に向上するからであると信じられている。本発明者らはいかなる理論に拘束されることを希望するわけでもないが、このことは結合相互作用の粒の増大に基づくものと信じられている。イソシアネート無含有加圧成形製品の如くタンパク質ベース樹脂とセルロースとの間に相互作用があるだけでなく、タンパク質ベース樹脂とイソシアネートバインダーとの間に、そしてセルロースとイソシアネートとの間にも相互作用があるものと信じられている。即ち、本質的に、この第二熱硬化性バインダーは少なくとも部分的に硬化したタンパク質ベース樹脂を含む乾燥粒子と相互作用して、いづれか単独のものよりも優れた利点を供する二重樹脂系を作り上げる。
【００４７】
適当なイソシアネートには、限定することなく、芳香族イソシアネート、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI）、トルエンイソシアネート(TDI）、キシレンジイソシアネート(XDI）及びメタキシレンジイソシアネート（MXDI）が含まれる。好ましくは、この芳香族イソシアネートはMDI とする。このイソシアネートはドライ生物複合粒子の総重量に基づき約２〜20％の、好ましくは約２〜10％の量で使用してよい。好ましくは、この芳香族イソシアネートは約５〜８％の量で使用する。好都合には、芳香族イソシアネートと一緒に硬化剤又は緩衝剤を使用する必要はなく、これにより本発明の組成物において使用するその他の添加剤との非相溶性に関する任意の潜在性が少なくなる。
【００４８】
以下の実施例８に記載の通り、この粒子の水分含有量のコントロールはイソシアネートを使用するときに極めて重要である。例えば、もしMDI をウェット粒子に、セルロースの添加の前に樹脂に加えておくことを介して添加すると、得られる加圧成形成品の機械特性において有意義な利点は具現化されない。しかしながら、もしMDI を、約20％未満、好ましくは約15％未満、より好ましくは約12％未満（往々にして約３〜12％）、そして最も好ましくは約６〜８％の水分含有量にまで乾かした粒子に加えると、有意義な利点が機械特性及び物理特性において具現化される。
【００４９】
この第二熱硬化性バインダーに加えて、又はその他に、撥水特性を有するサイジング剤を、加圧成形製品へと互いに融合させ合う前にドライ粒状材料に加えてよい。サインジング剤の利用、特に第二熱硬化性バインダーと組合せての利用は、加圧成形パネルの寸法安定性を、実施例８に例示の通り、水及びその他の液体又は蒸気にかけたときに有意義に向上させる。適当なサイジング剤には、限定することなく、樹脂製剤について前述の如くのスラック・ワックス、農作物油、改質農作物油及びワックスエマルションが含まれる。好ましくは、このワキシー又は油状材料はワックスエマルションである。水溶性ワキシー材料、即ちワックスエマルションは、ドライ生物複合粒子の総重量に基づいて約0.5 〜2.5 ％の量で使用してよい。好ましくは、このワキシーエマルションは約0.9 〜1.5 ％の量で使用する。これらの成分、即ち、イソシアネートバインダー及びカイジング剤のいづれか又は両者、単独、又は組合せて、例えばスプレーコート又は機械的混合によってドライ粒状材料の上にコートしてよい。
【００５０】
本発明の加圧成形材料の機械的及び物理特性は所望の通りに容易にコントロール、且つ操作できる。即ち、添加剤、樹脂のレベル、粒子の水分含有量、適用圧力及び加熱スケジュールの如くに依存して、この加圧成形製品の密度、表面硬度、曲げ弾性率、並びに引張及び圧縮強度は、代表的な中密ファイバーボードに匹敵する値から、オーク及びアピトング(apitong）（高密トロピカルハードウッド）のそれに勝るに至るまで変わりうる。即ち、構築級パーティクルボード及びその他建築用パネルに必要とされる剛性及び強度に勝るそれらも得られうる。例えば、MDI −コート粒子は家具の製造に用いられるタイプの高密度パーティクルボードと同等又はそれより優れた強度及び剛性特性を有するパネルへとプレスにかけることができうる。
【００５１】
選定した様々な成分、量及び加工パラメーターに依存して、破壊係数（「MOR 」）の値は約1000psi 〜約10,000psi に範囲し、そして弾性率（「MOE 」）は約100,000psi〜約1,000,000psiに範囲しうる。この密度は約45〜100 ポンド／立方フィート（即ち、約0.72〜1.60の範囲の比重）の範囲に仕上げることもできる。特に好適な加圧成形材料は約70〜90ポンド／立方フィート（即ち、約1.1 〜1.45の比重）を有する。一般に、好適な高めのMOR ，MOE 、密度及び比重の値の高樹脂レベル及び／又は高圧の利用を通じて得られる。24時間水浸漬試験における縁膨潤の率により決定される吸水量は約3.5 〜40％の間で移動しうる。一般に、好適なその低い値は、加圧成形の前にドライ粒状材料に適用する第二熱硬化性樹脂、例えばMDI 及び／又はサイジング剤の利用を通じて得られうる。本発明の最も好適な加圧成形する材料、例えばパネルは低い吸水値、例えば約15％未満の縁膨潤値を有するが、高い吸水値を有するものも有利な機械特性（例えば高いMOR ，MOE 及び密度）を有しており、それ故有用である。
【００５２】
一般に、本発明の硬質生物複合加圧成形材料のMOR 値は約2000psi より大きく、好ましくは約2800psi より大きく、そしてより好ましくは約3000psi よりも大きい。このMOE 値は一般に約200,000psiより大きく、好ましくは約350,000psiより大きく、そしてより好ましくは約450,000 より大きい。本発明の方法及び配合に従って作った硬質生物複合加圧成形材料は、約 320°Ｆ(160℃）の温度及び約520psiの圧力で約13〜14分加熱プレスしたときにかかるMOR 及びMOE 値となりうる。
【００５３】
第二熱硬化性樹脂、例えば芳香族イソシアネートを使用する本発明の方法及び配合に従って作った硬質生物複合加圧成形材料については、MOR 値は一般に約3500psi より大きく、好ましくは約4000psi より大きく、そしてより好ましくは約4500psi より大きい。このMOE 値は一般に約500,000psiより大きく、好ましくは約600,000psiより大きく、そしてより好ましくは約700,000psiよりも大きい。第二熱硬化性樹脂を含む硬質生物複合加圧成形材料は、約 320°Ｆ(160℃）の温度及び約520psiの圧力に約８〜９分加熱プレスしたときに、かかるMOR 及びMOE 値となりうる。
生物複合材料の調製方法
一般に、本発明の加圧成形製品は、上記のドライ生物複合粒状材料を硬質熱硬化性生物複合材料へと融合することを包括するプロセスにより作られる。好ましくは、このプロセスは５段階の独立、且つ異なる工程を包括する：（１）必要な原材料を獲得する；（２）マメ類ベース樹脂、即ち生物複合マトリックス材料を調製する；（３）高水分含有生物複合粒状材料を調製する；（４）任意的に独立の有色粒子バッチの混合物を含む高水分含有生物複合粒状材料の水分含有量を下げる；そして（５）第二熱硬化性バインダーにより任意的にコートされたドライ粒状材料を圧縮及び更に硬化させる。得られる材料、例えばボードストック又は成形物体は更なる加工及び最後仕上げ工程、例えば建築、表面仕上げ、機械成形等に適する。
【００５４】
図３を参照すると、セルロース材料からボードストックを組立てるのに用いる現状好適なプロセスの一般ブロックダイアグラムを示す。このプロセスはリサイクル新聞紙及びダイズフラワーを用いて説明している。しかしながら、このプロセスは上記の任意のセルロース材料及び任意のマメ類材料を利用するように変更できることが理解されるべきである。この好適なプロセスは広い意味で、原材料のボードストック又は成形製品を作る５段階の異なる工程で実施している。次にこの原材料ストックを所望するならば適当なサイジング、成形及び表面仕上げ工程で仕上げて最終仕上げ製品を作る。ラミネートとして又は成形アクセントとして用いるなら、最後仕上げボードストックは一般に家具又は可能としては天井もしくは壁パネルへの取付けのために更なる製造工程にかけられるであろう。
【００５５】
第一又は最初の工程の際、必須の原材料を獲得し、そして必要ならば事前加工にかける。かかる事前加工は、選別、サイズ分け、品質分け、分類及び次の工程での加工にとって用意された形態で適当な容器の中で保管することを包括しうる。これらの材料には一般にセルロース材料、粉末状マメ類材料、例えばダイズ誘導性、任意的な着色剤、水及びその他の任意的な添加剤が含まれる。各材料は上記により詳しく説明してある。
【００５６】
この最初の工程の際、このセルロース材料は一般に廃紙、例えば新聞紙又はその他の未コート印刷紙を所望の粒子サイズ及び相対サイズ濃度へとドライ細断及び／又はハンマーミリングすることにより調製する。他方、市販の荒セルロースファイバー断熱材を入手して直接使用してよい。この細断紙は必要に応じてその他の材料と混合して、最終仕上げ製品に一定の所望の特性を付与する。例えば、硼酸の添加を介して難燃性が付与される。
【００５７】
粉末状のダイズ材料は一般に脱さやしたマメ全体を、160 °Ｆ（71℃）以上で運転した慣用の粉砕プロセスで100 〜325 メッシュ、好ましくは200 〜325 メッシュの範囲の粒度に至るまで粉砕することにより調製する。所望するならば、これらのマメを予備洗浄しておき、そして天然油を除去しておいてよい。油を除去するとき、これは慣用の機械的又は化学的抽出技術、例えば「低温プロセス」油抽出工程のいづれかを利用して成し遂げることができる。他方、市販のダイズフラワーを入手して直接使用してよい。粉末状のダイズ、好ましくはダイズフラワーは何ら洗浄も処理もしない。
【００５８】
このタンパク質ベース樹脂、即ち、生物複合熱硬化性マトリックス材料又は接着バインダーは工程２において、加工したダイズ誘導体、即ち粉末状のダイズであったミール又はフラワーの形態、好ましくはフラワーでありうるものを高アルカリ水性溶液と混合することによって独立に調製する。適量で、且つ所望又は必要に応じて樹脂に加えるのは、微量の様々な添加剤、例えば着色剤、脱泡剤、微粒化剤、熱可塑性接着バインダー、不活性充填材、ラテックスエマルション又はワキシー材料等である。これらの添加剤は、最終仕上げが製品に様々な所望の特性を付与する並びに／又は最後の工程の加工における水及びその他の液体の除去を促進する。防水性、難燃性、耐成形性、防カビ性、弾性及び表面硬度性が上記の所望の特性の一部を代表する。
【００５９】
この樹脂を調製するのに用いる成分は任意の所望の順序で組合せよい。しかしながら、一般に、水にダイズフラワーを加えること及び混合プロセスの最後に任意の使用する架橋剤を加えることが所望される。好ましくは、使用する任意の架橋剤はセルロース材料と樹脂とを工程３において組合せる約１時間前以内に加える。使用する水は水道水、蒸留水及びこのプロセスのその他の箇所に由来する凝縮水であってよい。主に水中のカゼインであるミルクであってもよい。水温は所望の混合速度及び樹脂の粘度に依存して変えてよい。しかしながら、水温は約50°Ｆ（10℃）以上、そして好ましくは約60〜70°Ｆ（16〜21℃）であることが好都合である。高めの温度はより速い反応時間を可能とする；しかしながら、それらは高エネルギー消費量に基づき一般に所望されない。
【００６０】
樹脂成分は一般に均質なこねもの様の稠度となるのに十分な時間にわたってブレンドにかける。任意の慣用のバッチ混合技術及びバッチ型ミキサーを使用してよい。好ましくは、任意の鉛直又は水平パドル型ミキサーを使用してよい。パドル型ミキサーは一般に粘性材料を非乱流混合するのに用いられる。これは一般に、撹拌する材料を損うことなくゆるやかな上下及び良好な円運動を担う丸い底及びまっすぐな側面を有する固定化シェルの中で回転する１又は複数枚のパドルを含む。徹底的な混合を保障するように材料を剪断する手段と組合さった、材料をゆっくり持ち上げ、囲い、そして撹拌するスロー・ムービング・パドルの付いたミキサーの利用がより好ましい。このタイプのミキサーは高剪断力及びゆっくりとした撹拌が可能であり、これはタンパク質分子の機械的破壊を回避する。本発明の樹脂を製造するための最も好ましい方法は剪断バー及び寸断刃の付いたパドル型ミキサーである。
【００６１】
有色材料にとっては、着色剤は最終仕上げ製品にとって指定される所望の色彩パターンに従って選び、そして樹脂の加工中に加える。作られた製品の最終的な着色は、工程３に由来する様々な比率の異なる有色粒子を混合することにより得る。即ち、工程３の際、１又は複数の単色の生物複合粒状材料バッチを事前加工済成分、即ち細断紙及びマメ類ベース樹脂から調製する。三色バッチを記述し、ここでそれぞれのスタイルの測鉛線は３種類の有色バッチの複合を示している。
【００６２】
工程３の際、工程２において調製したマメ類ベース樹脂を、粉末状又は粉砕セルロース材料と、凝集及び粒子形成が得られるように組合せる。即ち、混合条件、例えば固体、対、液体の相対量及び混合作用は、セルロース材料とマメ類ベース樹脂とがファイバー補強型こねもの様稠度を有する実質的に均質な凝集塊となるようにブレンドされるようにデザインする。即ち、この混合条件は凝集塊から柔軟で、積載可能で、粘着質で、独立しており、不規則な形状のランプ又はボールが実質的に同時に形成されることを確実なものとするようにデザインする。一般に、このことは樹脂とセルロース材料とのブレンドの中に、所望の独立粒子が形成されるのに十分な量の水を使用することを包括する。もし使用する水が固形分、例えば紙とダイズフラワーとの量に比べて多すぎると、セルロース材料の個々の断片は、独立粒子が形成することなく、繊維状スラリー又は混合凝集物が大型の塊となることを通じて、その特徴を失う傾向となる。もし使用する水の量が少なすぎると、「ファジー」な粒子が形成される及び／又はブレンドされていない紙粒子が残る。好ましくは、このブレンド、即ち任意の成分とセルロース材料とを含むマメ類ベース樹脂の水分含有量は、独立粒子を形成させるために約55〜75％とすべきである。この粒子形成が、加圧成形製品の独特の外見の形成並びに物理的及び機械的特性にとって重要な点である。水分含有量は、量として樹脂により決定されるが、樹脂とセルロースとのブレンドの水分含有量は、所望の生物複合粒状材料を作るためにより多くの水又はより多くのセルロース材料を加えることにより改善できうる。
【００６３】
約10〜14のpHの樹脂をセルロース、例えば紙と組合せることにより、そのpHは一般に少なくとも約１のpH単位低下し、好ましくは約11未満に、より好ましくは約10未満に、そして一般には約７〜10の範囲となる。本発明者が何らの理論に約束されるわけでもないが、アルカリ性の樹脂は、タンパク質分子を加水分解する、そして開く、即ちほどいてしまうものと信じられている。セルロースはタンパク質分子と混じり合い、そしてpHを下げるが、セルロースとタンパク質との結合を起こさせ、このことは機械的及び化学的相互作用を通じて起こるものと信じられている。このことは、粒子内の内部結合強度にとっての有意義な属性要因であると信じられている。
【００６４】
一般に、この所望の粒状材料は、マメ類ベース樹脂とセルロース材料とを、約５重量部の樹脂、対、約１重量部のセルロースの比で組合せる、即ち配合又は混合することにより得られうる。しかしながら、好ましくは、樹脂とセルロースとの比は、ドライ重量ベースで、セルロース、対、樹脂固形分、例えば紙、対、ダイズフラワーの比が、実施例４に示している通り約0.8 ：1.0 〜約1.5 ：1.0 、好ましくは約1.0 ：1.0 〜約1.3 ：1.0 となるように組合せる。その配合時間はブレンドの水分含有量及び粒子のサイズに依存して所望通りに変えてよい。しかしながら、一般には、粒子は約10分以内で凝集塊から形成させる。
【００６５】
一般に、独立粒子の形成はセルロース材料と樹脂との均質な混合物が形成する剪断条件下で配合し、その混合物は最初に１個の大きなボールへと凝集し、その後剪断力のもとで個々の、即ち、独立の粒子へと壊れる。即ち、高剪断ミキサーの利用が好ましいが、しかしその他のミキサー、例えばリボンミキサー及びバッチ型ミキサーも、所望の粒子、即ち、本明細書でも高水分含有粒子と呼んでいる不規則な形態の粘着質のボールを所定の条件下でもたらすことができうる。特に好適な態様において、樹脂を調製するのに用いるミキサーはパドル、剪断バー及び寸断刃を有する。連続供給式ミキサー、例えばリボンブレンダーも、各別の色のフィードストックバッチを連続配合するのに有利に使用できうる。適切な割合の調節が、フィードストック成分の適正な組成を確実なものとするために必要である。
【００６６】
一旦調製したら、高水分含有粒子の個別のバッチは工程４で組合せるまで約12時間までは保存してよいが、形成のほとんど直後に組合せることが所望される。個別の色のバッチを、工程４において、最後仕上げ製品において再現性のある「無秩序」な色彩パターンを生み出すであろうように所望の粒状材料を供するために様々な所定の比率で組合せる又は混合する。３つのバッチを図３に示す。各バッチは単色色彩を含む。多かれ少なかれ、所望のタイプ及び色彩のボードストックを得るため、必要な比率を得るために同一又は異なる容量のバッチを必要なだけ混合する。誘導ボードストックの中で生み出される色彩パターンは、その混合物中の各粒状材料バッチの相対比により総合的に決定される。例えば、天然の「赤色花こう岩」の外観と事実上重複するボードストック製品を供するためには、赤、黒及び白色のバッチを用意しておく。個々の白、赤及び黒色のバッチストックを次いで25：37.5：37.5の重量比率で混合して、工程５において加圧成形製品を形成するために用いる材料を形成する。「緑色花こう岩」については、緑と黒の粒状材料の50：50の混合物を使用する。「黒色花こう岩」の場合、黒色粒状材料のみを使用する。
【００６７】
有色粒状材料のバッチの混合はリボンブレンダー、スクリューミキサー、ダンブルミキサー、又は任意のその他の、粒状材料ストリーム、例えば自由流動固形分を配合するのに一般に使用されている手段で実施できうる。異なる色彩の粒子の概して均質な分布を形成するのにはリボンブレンダーを使用することが好ましい。この配合プロセスの際に一の粒子から別の粒子に見きわめのつく色彩転写がないことに注目すべきである。その理由は少なくとも、これらの配合条件又はその後の加工条件のもとで顕著ににじみ出ない安定な着色剤を選定したことにある。一般に、工程４の配合プロセスは粒状材料の粒子サイズを有意義に変えないものである。しかしながら、機械混合プロセスは大型粒子のサイズを小さくし、且つ粒子の凝集体を破壊しうる。この均質な混合物を一般にスクリーニングにかけて、工程３及び４の混合及び配合プロセスにおいて形成されうる残留のクランプ又は凝集物を取り除く。これらのクランプは必要に応じて小さい粒子へと破砕するか、又は廃棄してよい。好ましくは、0.5 インチ(1.3cm）以下のメッシュサイズを有するスクリーニング設備を使用する。一般に、0.38インチ（0.95cm）のスクリーンサイズを有する振動式傾斜ダイアモンドスクリーンが使用される。
【００６８】
工程４での有色バッチの配合により、相対的にドライな感触又はセミドライな感触のボール型粒子の混合物が得られるが、しかしながらこれらの粒子は大量の水を、例えば55〜75％の総水含有量を含むものである。この混合物の稠度はコールスローのそれと、コールスローが「ウェット」粒子を含んでいる点で似ているが、その稠度はむしろ凝集性であり、そしてほとんどの慣用のリサイクル新聞紙プロセスにおいて調製される水性スラリー又は接着剤コート化紙フレークのそれとは有意に相違する。
【００６９】
異なる色彩の粒状材料の混合物を好ましくはドライ工程にかけ、ここでそれは水分含有量を、粒状材料の総重量に基づき約20％未満に、好ましくは約15％未満に、そしてより好ましくは約12％未満に引き下げるのに十分な時間及び十分な温度で部分的に乾燥させる。樹脂と繊維状セルロースとを反応させるのに及び優先結合を促進するのには一般に少量の水分を必要とするが、外生の水は事後硬化を損い、そして製造費を高めうる。粒状材料の結合色彩バッチを乾すことにより利点が得られるが、これは必須の要件ではない。即ち、各バッチは互いと混合させ合う前に部分乾燥させてよい。
【００７０】
高水分含有生物複合粒子の乾燥は、任意の様々なエネルギー源、即ち、マイクロ波エネルギー、電磁無線周波エネルギー、間接赤外線、ソーラーエネルギー又は熱エネルギーを用いて、水分含有量を所望のレベルにまで引き上げるのに十分な時間をかけて達成できうる。好ましくは、工程４の混合粒状材料を工程５において加圧成形にかける前に風乾しておく。これは例えば、ドライ加熱エアーをオープンメタルメッシュベルトに支持された粒状材料の層に流すことにより達成されうる。約140 〜 180°Ｆ（60〜82℃）のエアー温度をこの粒状材料を乾かすために使用してよいが、若干高めの温度、即ち約175 〜375 ℃（79〜 191℃）の温度、更には500 〜1000°Ｆ(260〜 538℃）ほどの高さの温度を利用することが好都合である。しかしながらこの粒子の表面温度はそのように高くすべきでなく、なぜなら粒子が焦げてしまうからである。即ち、粒子自体の温度は 210°Ｆ（99℃）を超えるべきでないが、エアー温度はより有意に高くてよい。
【００７１】
高温での粒子の滞留時間、即ち曝露時間は一般に約30分以内、好ましくは約10〜20分とする。しかしながらこの乾燥プロセスは、肌焼けが起こらず、しかも粒子の表面に不透湿性シェルが形成され、粒子内に水分が拘束されるほどに十分にゆるやかなものとすべきである。ゆっくりとした乾燥は混合物中の大粒子及び小粒子の両者のより均一な乾燥も可能とする。ベルトドライヤーを使用する場合、任意の個々の粒子にとって約５〜15分の総加熱ゾーン滞留時間が約200 〜 260°Ｆ（93〜 127℃）のエアー温度に関して適当である。この材料を保存容器又は次のプロセス工程に移す前に冷却しておく。一旦乾燥したら、この粒状材料は容積が顕著に小さくなり、そして数多くの硬質突起を有する不規則な形態の比較的硬質の、有色の、固形粒子となる。この形態において、この粒状材料は非常に安定である。即ち、これは無期限の棚寿命を有する。
【００７２】
高水分含有生物複合粒状材料の水分含有量の低下は、多量の蒸気又は液体を生み出すことなく成形プレスにおけるより迅速な加熱を可能にする。例えば、硬化した１インチの厚みのボードが図３のホットプレス工程の際に、事前乾燥フィードストックに300 〜550psiを適用し、プレス盤を280 〜 320°Ｆで５〜30分保っておくことにより成形されうる。この粒状材料を事前乾燥しないとき、更に数分かかり、その結果としてより多くのエネルギー利用が必要となりう。更に、この粒状材料を事前乾燥しない限り、表皮効果(skin effect）が生じ、これはボードストックの外面を硬化及び目止めしがちであり、これにより材料の破裂を引き起こす。縁が木炭化する又はもろくなることもあり、この場合不要な縁を除去するために追加の機械的プロセスが必要となる。好ましくはホットエアーで粒状材料を乾燥することは、従って慣用の放射線加熱又は熱硬化用装置の組合まれた製造工程にとって所望される。しかしながら、圧縮及び硬化過程にもかかわらず、エアーでの粒状材料の乾燥はプロセス全体に利点を供する。
【００７３】
他方、乾燥は加熱しながら粒子を圧縮又は予備成形することにより達成さるうるが、しかしこれは上記の破裂の危険性を理由に好ましくない。最終水分除去は図３の「ホットブレス」工程又は工程５で行われうる（又は、図４の連続押出プロセスにおける工程５の第二ローラー圧縮工程において行われうる）。
【００７４】
工程５において、加圧成形生物複合材料はドライ粒状材料を高温及び高圧でホットプレスの中で圧縮及び硬化させることにより一段法で製造される。本明細書において用いている「高」とは、周囲条件、即ち室温及び大気圧より高い温度及び圧力を意味する。このプレスは閉鎖型又は網もしくはスクリーンシステムの如く解放型でもよく、そして材料はストッパーまで、又は所定の厚みまで、又は所定圧力がかかるまでプレスしてよい。もし解放システムを使用するなら、低温プレ・プレスが取り扱いの目的のために必要でありうる。他方、この粒状材料はロールプレスしてよく（図４参照）、又はスクリュー押出器で押出してよい（図５参照）。好ましくは、粒状材料を圧縮及び更に硬化させるためにこの材料を一段式プレス操作で圧縮及び加熱する。
【００７５】
この粒状材料を圧縮する前に、それを第二熱硬化性バインダー、即ち、芳香族イソシアネートで、撥水性のためにサイジング剤で、又はそれらの組合せでコーティングを施すことが好適、且つ好都合である。これは、ドライ生物複合粒子をブレンダー、例えば連続もしくはバッチ式リボンブレンダー、又はバッチもしくは連続式ブレンダーを用いて第二熱硬化性バインダー及び／又はサイジング剤と配合し、次いで高圧ポンプ、エアーアトマイザー、機械式アトマイザー（例えばスピニング・ディスク・アトマイザー）又はそれらの組合せを用いてコーティングする、好ましくはスプレーコーティングすることにより成し遂げられうる。この第二熱硬化性バインダーはこのプロセスの乾燥工程において少なくとも部分的に硬化したタンパク質ベース樹脂を含む乾燥粒子と相互作用させる。このことは二重樹脂系、即ち、部分的に硬化したタンパク質ベース樹脂及びイソシアネート樹脂をもたらし、これは単独で使用したときよりも優れた利点を供するものと信じられている。
【００７６】
図３のホットプレス工程の際の最後硬化は熱、マイクロ波又は無線周波加熱環境において達成されうる。かかる加熱器具は適度に水分寛容性であるか、不要な水分が上記の如く最初に除去されている場合にはエネルギー消費量は低まる。一般のプレス圧は約200 〜3000psi 、好ましくは約300 〜1000psi 、そしてより好ましくは約500 〜600psiとする。圧力は斬進式に適用してよいが、一般には単に一定の圧力を所定時間かける方が効率的である。加熱盤システムについては、加圧期の際の盤温度は好ましくは250 〜 340°Ｆ（121 〜 171℃）とし、一方圧力は好ましくは約450 〜750psiとする。一般の値は500psi及び 320°Ｆ(160℃）とする。圧縮粒状材料は加熱及び圧縮を交互に施すか、又は加熱及び圧縮を同時に施してよい。
【００７７】
最終硬化曝露時間及び適用する熱エネルギーは調製するボードストックの厚み及び所望の密度に関連して選定する。見かけ上厚み１インチのボードストックに関して、３〜５分の範囲の曝露時間及び2.5GHzに至るまでマイクロ周波での２〜５km／ft2 が適切なボードストックをもたらす。より高い周波数のマイクロ波は所定の利点をて供するが、ほとんどの商業級のオーブンは13.6，27，44及び100MHzの低いRF周波数で作動するものである。低いRF周波数は最終硬化を得るのに同等に有効である。電気加熱式熱盤プレスを用いとき、約10分の曝露時間並びに510psi及び 320°Ｆ(160℃）で10〜15ｗ／ft2 が適切なボードストックをもたらす。熱加熱式盤プレスがその経済性を少なくとも理由に極めて好都合である。
【００７８】
調製する加圧成形製品に依存して、粒状材料を所望のサイズに圧縮でき、且つ好適な仕込み率及びエネルギー消費を供する適切なオーブン又は加熱プレスを選ぶ。図３のプロセスにおいて使用する粒子の加熱式分注バッチ成形プレス又は「ホットプレス」を図５において断面図で示す。この加熱式成形プレスは一片のボードストックをパネル状にホットプレスするのに適する。
【００７９】
プレスモルドの本体は適切な重金属側面及び底壁１より構築されている。壁１は最大の成形圧に耐えねばならず、そして抽出液の除去を助長する孔質部材２により、例えばスクリーンにより被覆されていても、されていなくてもよい（このことはＸ′波ではない）。可動式上壁又は圧縮プレート３がモルドの頭部に設けられており、そしてプレート３がモルドキャビティー４の中に収容されている任意のフィードストック材料を圧縮させるように液圧式手段に結合している（便宜上図示していないが、以下のピストン20に類似する）。
【００８０】
圧縮プレート３は加熱盤（これは電気式に、又はスチームもしくは高温油で加熱されうる）又はRFもしくはマイクロ波プレート電極５を含み、それは適当な同軸ケーブル、導波管又は電線６に接続されている。もしRF又はマイクロ波エネルギーを使用するなら、この同軸ケーブル又は導波管６はRF又はマイクロ波発生器10からコネクター７を通じて供給されている。また、ケーブル６の中央コンダクター８（RF又はマイクロ波エネルギー用）が、圧縮プレート３を電極５から隔てている絶縁・断熱プレートのを通っている。任意の交換プレート５はドライ粒状材料に適度な加熱を供えることができるべきである。
【００８１】
粒状材料を一旦圧縮、加熱及び11で示している最終形状に硬化させたら、この材料をピストン20を介入してモルドキャビテー４から抽出する。ピストン20はモルドの底壁11伝いのプレート12に固定されている。遊離水分の除去を助長するために追加の（任意の）孔質部材13を部材２の下、且つ成形ボードストック11とプレート12との間に設置してよいが、この圧縮プロセスの際の大量の水の放出を回避するために粒状材料を事前乾燥させておくことが好ましい。底部及び上部プレート12及び５のいづれか又は両方は、断熱チューブ15及び事実又はその他の適当な吸引ポンプ16を介入して放出水分を抽出するために一連の穴又はチャンネル14をも含んでよい。
【００８２】
次に図４の押出プロセスに注目すると、バッチ式プロセスではなく、連続式製造プロセスの一般化ブロックダイアグラムを示す。かかるプロセス及び対応の製造装置は厚さが 0.125インチ(0.318cm）から２インチ（5.08cm）に範囲する厚みのボードストックを供するために構築でき、そして一般に押出モルダー及び連続式供給オーブン又は加熱器具を含むであろう。この押出プロセスにおいて利用できうるスクリュー型押出装置30の形状を図６に示す。
【００８３】
最終工程５を除き、図３及び４の各プロセス工程は同じであり、同等の装置を利用し、そして概して上記の手順に従う。即ち、図３に示している通り、工程１の原材料保存ホッパー又は液体供給ラインから適切な固形分及び液体を受容するためにミキサーが工程２に設けられている。モーター付きパドル又はオーガーは、個々のセルロース材料及び接着バインダー成分を、各有色粒状材料バッチを調製するために工程３で混合ステーションに成分混合物を移す前に、好適な稠度へと混合する。
【００８４】
工程２及び３においての独立の混合ステーションの代わりに、ホッパーを含む単独ミキサーを設けてよい。このホッパーは細断セルロース材料の適切の供給手段を含みうる。このホッパーはまた、セルロース材料を適当な粒子サイズに最終細断する、又はベースのパルプストックと混合された追加のパルプストックを細断するシュレッダー機構も含みうる。樹脂及びセルロース材料をミキサーの中に投入したら、これらの材料を着色剤と配合し、そして任意の追加の添加剤、例えば強化ファイバー等を混合する。
【００８５】
次に単色粒状材料のバッチを工程４において別のミキサーステーションで混合するか、又は工程３のミキサーを用いて組合せる。生成した混合物を次に図６に示しているが如くのスクリュードライブ押出器30を通じて供給する。このフィードストックは特に材料入口32で受容され、そして駆動システム35により駆動する下方スクリュー34によりフィードストックは漸進的に圧縮され、外生液が除去され、そしてファードストックはそれを適当な形状の押出ダイ36を通じて押し出すことにより成形される。ダイオリフィス38の形態は所望通りに変えてよい。ボードストックのためには、幅広い、浅い長方形のオリフィス38を使用する。スクリュー34の経路沿いの粒状材料の温度はスクリュー34のまわりの設置ヒーター及び温度コントロールライン40に適用されたコントロールシグナルに変わりうる。
【００８６】
押出ダイ36を出ると、この押出材料は一般に連続式に配置された成形ローラー、例えばロールフォーマー又はピンチローラーへと進む。それらは介在式RF、マイクロ波又は熱加熱式器具を含む又はそれらにより隔てられている。この粒状材料は更に加熱される際に漸進的に圧縮される。最終圧縮及び成形は成形ローラーの外側区域で行われる。残留水分及び蒸気は各ローラー区域において、成形された粒状材料が最終的に硬化される前ににじみ出る。最終硬化はこれらのローラーを囲みうる大型のオーブン設備で、又は独立のオーブン設備で行ってよく、それらは成形粒状材料を適度な組成及び乾燥度に硬化させる。
【００８７】
平衡化プロセス、例えば後硬化又は炉乾燥プロセスを、この加圧式成形材料を周囲環境に慣らすために図３及び４のプロセスのいづれかに組込んでよい。このようにして、加圧成形に由来する内部元一力は除々に緩和し、そして材料全体が周囲条件と平衡になっていく。この粒状材料が、図３及び５での圧縮により、又は図４及び６での押出により成形されようと、それは20％未満、そして好ましくは12％未満の水分を保持し続けるであろう。
【００８８】
平衡化プロセスは加圧成形材料を周囲環境に慣らすために図３及び４のプロセスのいづれかに組込んでよい。このようにして、加圧成形に由来する内部応力は除々に緩和し、そして材料全体が周囲条件と平衡になっていく。この平衡は事後コンディショニング又は炉焼きにより達成されうる。
【００８９】
事後コンディショニングにおいては、パネルはプレスに付した直後、まだ熱いうちに表面を平削りする。平削したパネルを熱いうちに積み重ね、即ち一のものを別のもの上に積み載せ、そして断熱バランスウェイトフラットパネル材でカバーする。これらのパネルをサイズ選別及び最終仕上げにかけるまでこの状態で約１週間以上保存する。
【００９０】
炉焼き、即ち、炉焼きコンディショニングは一般に約130 〜 210°Ｆ（54〜99℃）、好ましくは約150 〜 180°Ｆ（65〜82℃）のオーブン温度で６〜24時間かけて、温度のレベルを約75％の相対温度以下にして行う。このボードストック材料はこのコンディショニングプロセスの際に一般に水平位に拘束しておく。オーブンパラメーターは数日から数週間かけて除々に周囲条件にまで落とす。乾燥したら、この加圧成形材料は長期寸法安定性を高めるため、６〜８％を水分を維持させるように制御された湿度環境の中で保存することが好まい。炉焼きは一般に、第二熱硬化性樹脂、例えば芳香族イソシアネートを使用するプロセスにおいては利用しない。
【００９１】
最終仕上げ工程において、この加圧成形製品は、様々な市場要求に応じて、サンダー仕上げ、平削り、のこ引き、成形又はその他の適当な機械仕上げにより表面仕上げ、サイズ選別及び最終成形する。この表面に好適なシーラント、ラッカー、ワニス等をコートする又は含浸してもよい。個々のボードストック成分を結合させ合うことにより、複合形態及び集成体が成形されうる。その他の材料との複合体も、例えばインレーにより得られうる。シームド集成体は好ましくは任意の色彩相違を最少限とするために共通の色彩バッチから作ったストックより成形する。
【００９２】
図３又は４のプロセスのいづれかにより作ったボードストックの所望の属性は、この材料が比較的密であり、それ故比較的平滑な縁及び表面となるように仕上げることができることにある。関連して、その縁は、複数の小片からより大きい複雑な断片の製造が可能となるように慣用のフィンガー又は突合せ継ぎ及びその他の継ぎ技術に適合する。また、固有の均質を色彩パターンは製造されたストック全体で示されているため、本質的にシームレス継ぎが得られる。複雑な形、例えばかどのモルディング、異形及び直交連結かども、二片の同一の材料の接合部に目に見えないシームを伴って形成されうる。
【００９３】
誘導ボードストックの更なる属性は組成又はインレイボードストックを、バッチ式工程法を利用して組立てることができることにある。かかる状況及び図３のプロセスに関して、個別に製造され、且つほとんど全ての有機材料（例えば木材又はプラスチック）又は無機材料（例えば金属）を含みうるインレー材料、例えば記念プレート、即ちタッグ等を、工程５の前にプレスモルドの中に挿入してよい。フィードストックを加え、そして成形プロセスの際に圧縮したら、それはインレー材料のまわりで密着して成形される。最終硬化により、インレーとボードとの間で強力な接触力及び結合力が生じ、そしてこのインレーは得られるボードストックの一体化部分となる。
【００９４】
本発明に従う、並びに図３及び５のプロセス及び装置を利用することの更なる別の属性は、上部及び又は下部プレートを所望の図形又は形状を有するカメオ又は凹彫りに仕上げることのできる能力にある。この粒状材料をモルドの中でプレスに付すと、このボードストックは、モルドプレートのパターンが凸か凹のいづれであるかに応じて凹彫り又はカメオのいづれかであるそのモルドプレートに施されたパターンのイメージを保持するであろう。原材料又はボードストックの硬化より、このパターンは微細のままとなるであろう。
【００９５】
以下の実施例は様々な特定、且つ好適な態様及び技術を供する。しかしながら、様々な改良及び変更を本発明に、その範囲を逸脱させることなく施すことができうる。実施例及び本明細書全体において、パーセンテージは何らかのことわりのない限り重量パーセンテージで示す。
実験例
実施例１
硬質生物複合材料の製造のためのプロセス
以下の表Ｉは、前記の工程２及び３を通じての単色フィードストックバッチの調製のための好適なプロセス順序及び処方をまとめている。このプロセス及び処方は以下の実施例において「Ａ」と称する。
【００９６】
【表１】
2005132116.tif 000002
【００９７】
表Ｉの配合の適度な変更はより安定化又は最適化された機械的特性を有する最終加圧成形材料、例えばボード又は成形ストック又はパネルをもたらすことが示された。以下の表II及びIII はそれぞれ向上した硬度及び水分感受性の性質を有する加圧成形パネルをもたらすことが示された。
【００９８】
【表２】
2005132116.tif 000003
【００９９】
【表３】
2005132116.tif 000004
【０１００】
表IVは、上記の混合に従って（即ち、プロセスＡ、並びに表II及びIII 記載の変更に従って）一般的に作った厚さ１インチの加圧成形サンプルの測定値の、木材ベース製品に対する対比値を示す。
【０１０１】
【表４】
2005132116.tif 000005
【０１０２】
【表５】
2005132116.tif 000006
【０１０３】
使用した材料は下記の供給者から入手した：水酸化カリウム：Hawkins Chemical Distributors （Minneapolis, MN ）; ライム：Mississippi Lime MR200（Hawkins Chemical Co.より配給）; 水性PVA 分散体及びラテックスエマルション（50−52.5％ PVA）: H.B. Fuller Company;「Ｎ」ブランド珪酸ナトリウム: Hawkins Chemical; パイン油: Union Camp Co.（Hawkins Chemical Co.より配給）;90pdi   ダイズフラワー: Honeymead Co. 。
【０１０４】
【表６】
2005132116.tif 000007
【０１０５】
プロセスＣにより作った粒状材料を所望の結果のためにワックスエマルション及びMDI と一般に更にブレンドする。
実施例２
パネルの機械的及び物理的特性に及ぼすダイズ樹脂の水分含有量の効果
ダイズベース樹脂に加える水の量は加圧成形パネルの製造におけるいくつかのファクターに影響を及ぼしうる。その一部には、樹脂でカバーされる紙粒子の量を規定する接着粘度、所望の粒子の色の深さ、乾燥速度及び粒子の形態が含まれる。粒状材料の水分含有量を変えることの影響を調べるため、実験室スケールに比例して調製したプロセスＢを利用して６のバッチを作った（Huls Inc., Piscataway, NJ より入手したAquasperseII液状ランプブラック着色剤を使用）、バッチ間で変えた唯一の項目は添加する水の量とした。これは特定の標的の水分含有量を有するウェット粒子をもたらした。その水分含有量は55％、59％、63％、67％、71％及び75％とした、各樹脂混合物の粘度を、紙の添加前に測定した。全てのバッチをプレスの前に約11％の水分含有量となるまで乾かした。
【０１０６】
一の水分含有量当り４枚の試験パネルを２ft. ×２ft. 実験室ホットプレスでプレスにかけた。盤温度は 315゜Ｆ（157 ℃）とし、パネルを512psiで約13.5分の全プレス時間にわたってプレスした。プレス時間は、プレスにかける前のマット水分含有量における若干の変動に基づいて変えた。標的のパネルの比重はプレスを経て1.30となった。
【０１０７】
一の水分含有レベル当りに製造した４枚のパネルのうちの３枚を機械的及び物理的パネル特性試験のために用いた。各パネルから、５枚の静止屈曲及び５枚の吸水／肉厚膨潤サンプルを得た。硬度試験サンプルは試験した静止屈曲検体の先端から採取した。試験は全てASTM D−1037、木材ベースファイバー及びパーティクルパネル材料の特性を評価する標準方法に従って行った。様々な標的のウェット粒子水分含有量において評価した全ての特性についての描写的統計資料を作製した。
粘度測定の結果は以下の通りである：
55％          640,000 cps
59％          440,000 cps
63％          184,000 cps
67％          104,000 cps
71％           74,670 cps
75％           37,330 cps
粘度はダイズ接着剤による紙のコート性に直接影響を及ぼす。より高い粘度の樹脂はブレンディングプロセスにおいて低い紙被覆率を示す。これは得られるパネルの特性にネガティブな作用を及ぼしうる。一方、粘度が水の添加により下がると、ブレンド材料の色彩は強くなる。この強まった色彩はこのプロセスにわたって保たれる。得られるプレスパネルはウェット粒子水分含有量に依存して様々な黒い色相を有しうる。より乾いた粒子は薄い色であり、一方より高い水分含有量の粒子は非常に深い黒色のパネルをもたらす。
【０１０８】
粘度の最終乾燥粒子のバルク密度にも影響を及ぼす。ブレンドの中の水の量の増大により粘度が下がると、粒子のバルク密度も下がる。このことは低めの粘度においてブレンダーの中で生ずる強まった剪断作用に基づく。ウェット粒子水分含有量による平均パネル比重は下記の通りである：
55％            1.31
59％            1.33
63％            1.33
67％            1.33
71％            1.31
75％            1.36
機械的試験の結果を表VII に示す。最も低いウェット粒子水分含有量で作ったパネルは最も弱い強度及び剛性を示した。このことは紙粒子上へのダイズ樹脂の被覆のしにくさによる。最終プレスパネルの中に存在する数多くの未コート紙粒子はパネルに有意義な強度又は剛性を付与しない。これは、その他の水分含有量に比して弱い機械特性を有する55％のウェット粒子水分含有パネルをもたらした。樹脂の粘度が下がると、紙粒子の被覆率は高まる。しかしながら、59〜75％のウェット粒子水分含有量の範囲の中では強度又は剛性の認識できる相違はなかった。
【０１０９】
硬度値も表VII に示す。乾燥粒子のバルク密度がウェット粒子水分含有量の上昇に伴い下がると、硬度値は上昇する傾向にある。これは粒子の細かさに原因し、このことは、より大きな粒子と比べ、パネルをより密に圧縮できることを可能にする。換言すれば、孔率の低い、より硬度な表面となる。
【０１１０】
【表７】
2005132116.tif 000008
【０１１１】
物理特性試験の結果を表VIIIに示す。55％のウェット水分含有粒子で製造したパネルは劣った２時間及び24時間縁膨潤特性を示した。このことは、前述の劣ったダイズ樹脂被覆率に基づく。更に、より高めのウェット水分含有粒子、71％及び75％の結果は、非常に劣った短期間及び長期間膨潤特性を示した。これらの２つの組合せの24時間結果は表示の値よりも悪く、なぜならその平均値は24時間の浸漬後に測定するために放置したいくつかのサンプルに基づくからである。71％の試験サンプルについて、８つが水の中で分解し、そして75％の試験サンプルについて、３つが水の中で分解した。即ち、水分含有量が高いと、ダイズ樹脂はパネルを水の中に浸したときに樹脂の流出（即ち、希釈）に基づきパネルを束ねておくのに十分な結合強度が失われる。総合的に最良の２時間及び24時間の縁膨潤値を示す水分含有量は67％であった。
【０１１２】
【表８】
2005132116.tif 000009
【０１１３】
実施例３
パネルの物理的及び機械的特性に及ぼす追加紙の効果
プロセスＢ(PVA含有）に詳細の処方への追加の紙及び水の付加は密度の低いパネルをもたらし、一方、紙、対、樹脂の比を下げることはより軽いパネルをもたらし、そして平方フィート当りのパネルの値段を引き下げた。使用した紙の量は通常使用する量の1.5 倍とした。添加した水の量はバッチ中の全水分含有量を61％に保つように調製した。樹脂の総容量は実験室スケールに合わせた。これらの粒子を11％にまで乾かし、そして９  ３／４インチ×４インチのチルドの中でプレスした。２枚のパネルのみ作り、そして通常通りに試験した。
【０１１４】
紙の量を多くすると、その紙は通常ほどコートされない。従って、より良いコーティングを施すためにより長い時間混合した。その粒子は通常できる丸い形状のものに反して細長かった。プレスの際に見きわめることのできる相違は認められなかった。その試験パネルの機械特性は標準のパネルからの若干の変動を示した。吸水特性の若干の低下が認められた。
サンプル    MOE     MOR     硬度    ％重量増加    ％容量膨張
１     453,379    3251    4157       19.83       22.65
２     528,765    3185    4056       18.34       21.84
パネル密度は1.3 から1.21と若干低下するのみであった。これはより劣った吸収特性を理由としうる。この乾燥粒子の密度は約0.97であり、それに比して標準粒子は0.93である。乾燥粒子密度は容量置換により測定した。既知量の粒子を、約0.68ｇ／ccの比重を有する液体に入れ、そして粒子が占める容積を記録た。高紙含有粒子の密度の低さはより長い混合時間及びより小さい粒子サイズを理由とする。主として紙コアを有する丸い粒子が出来ると、エアーポケットが粒子内に封入され、低い密度の粒子がもたらされる。より長い時間混合すると、粒子は分解し続け、そしてエアーポケットは樹脂で満たされ、より密な粒子が得られる。
実施例４
パネルの製造における紙、対、ダイズ樹脂の比の評価
セルロース材料、対、樹脂の比は複合パネルの機械的及び物理的特性に影響を及ぼす。複合パネルの中に十分なセルロース材料がないと、強度及び剛性は失われるであろう。他方、同じ樹脂負荷量を示す複合パネル中のセルロース材料含有量が高すぎると、パネルの寸法安定性が失われる。上記のプロセスＢ(PVA含有）を利用して３つのハーフバッチを60cu.ft.ミキサーの中で作った。紙、対、ダイズ樹脂の比を３つの混合物について変えた。その比は以下の通りとした：0.8 ：1.0 、1.3 ：1.0 及び1.5 ：1.0 。混合材料をプレスにかける前に約11％の水分含有量にまで乾かした。
【０１１５】
このパネルを２ft. ×２ft. のホットプレスでプレスにかけた。盤温度は 312゜Ｆ(156℃）とし、そして約13.5分の総プレス時間とした。プレス時間は最終水分含有量を変えるために若干修正した。プレスから出るパネルの標的比重は1.30とした。このパネルを強度、剛性、硬度及び寸法安定性について試験した。描写的統計資料を各比について試験した特性に関して作製した。
【０１１６】
1.5 ：１の紙、対、ダイズ樹脂の比で調製した混合物中の紙は良好にコートされず、一方、他の混合物においては、紙は良好にコートされた。紙の比が高まると、乾燥粒子のバルク密度は低下する。３通りの比のプレスの際に問題は生じなかった。
【０１１７】
以下はこの研究において製造したパネルの機械特性のまとめである。その値は15試験検体の平均値を示す。
紙／ダイズ
接着剤の比    弾性率(psi）    破壊係数(psi）    硬度(lbs）
0.8 ：1.0      263,958           2,225           2,241
1.3 ：1.0      529,553           3,014           3,525
1.5 ：1.0      525,240           2,909           3,384    
0.8 ：1.0 の比は、複合パネル内に存在する十分なセルロース材料の欠如により、有意（Ｐ＜0.05）に低い強度、剛性及び硬度を有した。このセルロース材料はパネル構造に対して内部支持力を備える。以下はこの研究において製造したパネルの物理特性のまとめである。示している値は15試験検体の平均値を示す。
紙：ダイズ樹脂の比  ２時間縁膨潤（％）  24時間縁膨潤（％）
0.8 ：1.0            7.29             37.26
1.3 ：1.0           10.32             35.87
1.5 ：1.0           22.02             55.48           
1.5 ：１の比は、他の２通りの組合せよりも有意（Ｐ＜0.05）に高い２時間及び24時間縁膨潤値を有した。この比において存在する多い量のファイバーは、ダイズ樹脂による適度なコーティングが施されなかった。従って、複合パネルは、水の中に浸したときに顕著に膨潤しないのに十分な内部結合強度を有さなかった。この研究において利用した２通りの低い比の間で有意（Ｐ＜0.05）な差はなかった。
【０１１８】
本例は、紙、対、ダイズ樹脂固形分の比が本発明に係るパネルの製造において重要であることを示す。紙の量が少なすぎると、製造されるパネルは十分な強度及び剛性を有さない。紙の量が多すぎると、パネルは十分なる防水性を有さない。
実施例５
タンパク質分散指数の評価
この実験はダイズフラワーにおいて必要な可溶性タンパク質のレベルを決定するために行った。20及び70のpdi を有するダイズフラワーを評価した。複合粒子のバッチを、比例的にスケールダウンしたプロセスＢ(PVA含有）に詳細の処方を利用し、使用する標準の90pdi のフラワーの代わりに様々なpdi のフラワーを使用して、実験室60cu.ft.ミキサーで製造した。この粒状材料をプレスにかける前に約11％の水分含有量にまで乾燥させた。
【０１１９】
パネルを２ft. ×２ft. のホットプレスでプレスにかけた。盤温度は 312゜Ｆ(156℃）とした。総プレス時間は約13.5分とした。プレス時間は粒状材料の水分含有量の若干の変動に基づいて変えた。プレスを出るパネルの標的の比重は1.30とした。パネルを強度、剛性、硬度及び寸法安定性について試験した。描写的統計資料を適切に評価したそれぞれについて作製した。
【０１２０】
複合粒子の製造又はパネルのプレスにおいて問題は生じなかった。以下はこの研究において製造したパネルの機械的特性のまとめである。その値は15試験検体の平均値である。
フラワーのPDI     弾性率(psi）    破壊係数(psi）    硬度  
20           301,960          2,554           2,784
70           266,504          2,485           2,416 
この研究において製造したパネルの機械的特性を90pdi のダイズフラワーで得られた機械的特性と同様に比較した。20pdi と70pdi のダイズフラワーとの間で試験した任意の機械的特性において有意（Ｐ＜0.05）な差はなかった。以下はこの研究において製造したパネルの物理特性のまとめである。示している値は15の試験検体の平均値である。
フラワーのPDI     ２時間縁膨潤（％）    24時間縁膨潤（％）
20               5.95                 30.65
70               4.84                 24.01         
20pdi のダイズフラワーは70pdi のダイズフラワーよりも有意（Ｐ＜0.05）に高い24時間縁膨潤値を有した。寸法安定性を強める内部結合強度を担うタンパク質の効果が明らかとなる。70pdi ダイズフラワーは90pdi ダイズフラワーに似た寸法安定値を示した。
【０１２１】
即ち、広範囲のタンパク質分散指数のダイズフラワーを本発明の複合粒子を作るのに用いることができる。この低いpdi フラワーは90pdi のフラワーを用いて作ったパネルに似た機械的特性を有するパネルをもたらした。しかしながら、寸法安定性に関して、より高いpdi レベルが必要である。
実施例６
荒ダイズミールの評価
本研究の目的は、ダイズミールを、本発明のパネルを構成する複合粒子を作るためにダイズフラワーの代わりに使用できるかを調べることにある。容量を適宜調整してプロセスＢ(PVA含有）に詳細の処方を利用して実験室ブレンダーの中で60cu.ft.のバッチを製造した。この処方との唯一の相違はダイズフラワーをダイズミールにしたことである。粒状材料をプレスにかける前に約11％の水分含有量にまで乾かして下げた。
【０１２２】
パネルを２ft. ×２ft. のホットプレスでプレスにかけた。プレス温度は 312゜Ｆとした。総プレス時間は約13.5分とした。プレス時間は粒状材料の水分含有量における若干の変動に基づいて変えることができうる。プレスを出たときの標的の比重は1.30とした。パネルを強度、剛性、硬度及び寸法安定性について試験した。描写的統計資料を試験した特性について作製した。
【０１２３】
混合物にダイズミールを添加した後、樹脂は通常の処方よりも顕著に増粘し、そして頑丈になった。パネルのプレス中に問題は生じなかった。製造したパネルの平均比重は1.25であった。以下は試験検体から集めたデーターのまとめである。その値は15の試験検体の平均値である。
弾性率(psi）  破壊係数(psi）  硬度(lbs）  ２時間縁膨潤（％）
523,823       2,266           3,067         31.80         
この研究において作ったパネルはダイズフラワーで作ったパネルと同等の機械的特性を有した。しかしながら、24時間縁データーは集めることができず、その理由は検体が水の中で崩壊してしまったためである。
実施例７
イソシアネートベースバインダーの利用
複合粒子を実験室スケールに調整した処方Ｂ(PVA含有）を利用して調製し、そして 6.5％の水分にまで乾かした。これらの複合粒子の一部をそのまま加圧成形し、そして他はMDI でコートした（500gの粒子当り50ｇ）。この材料から、 320゜Ｆ(160℃）の温度、520psiの圧力で６分かけてパネルをプレスした（サンプル１＝未コート粒子、そしてサンプル２＝MDI コート粒子）。パネルをこれと同じ温度及び圧力でその半分の時間、即ち３分でプレスし（サンプル３）、又は同じ温度及び780 のpsi で６分でプレスした（サンプル４）。これらのパネルの機械的特性を以下に示す。
サンプルNo.   弾性率(psi）    破壊係数(psi）    硬度(lbs）
１            444,000         3,126           3,019
２            691,000         4,911           4,330
３            291,000         1,576             571
４            797,000         6,027           4,447     
これらの結果は、MDI の添加が、MDI 抜きでパネルへとプレスした同じ粒子に比べて向上した機械的特性をもたらすことを示唆した。更に、これらの結果は、プレスの圧力及び時間を増大させることが同様に向上した機械的特性をもたらすことを示した。
実施例８
イソシアネートベースバインダー及びワックスエマルション
複合粒子をプロセスＣに詳細の処方を利用してブレンドした。複合粒子をベルトドライヤーで、約61％の水分含有量から６％の標的水分含有量となるまで乾かした。これらの粒子を様々なレベルのMDI 及びワックスエマルションと配合した。この研究において用いたMDI はICI Polyurethanes (West Deptford, NJ) 由来のRubinate 1840 とした。これは77゜Ｆ（25℃）で500 未満のcps の粘度を有するウレタンベースの熱硬化性、茶色透明液体である。ワックスエマルションはHercules Incorporated (Minneapolis, MN) 由来の2100Ｐとした。粒子（150lbs）をバッチ式ブレンダーで以下の概略する様々なMDI とワックスエマルションとの組合せと配合した。粒子にMDI 及びワックスを塗布したら、その混合物を更に２分ブレンドして成分の均質な混合及び分布を確実なものとした。この研究において用いた MDIの量は 3.5％、 5.0％、 7.5％及び10％とした。この研究において用いたワックスエマルションの量は 1.0％及び 1.5％とした。各MDI 負荷量を両ワックスレベルで評価した。
【０１２４】
粒子の水分含有量が標的の６％より下まわると、更なる補助水をブレンディングプロセス中に適用した。これはプレ・プレスマット水分含有量を約８％とするために行った。ブレンドした材料をローダーホッパーに移し、そして均一なマットを成形ボックスの中に敷いた。プレスを出るパネルの標的の厚みは0.90インチとし、標的の密度は1.25〜1.30とした。これらの標的を達成するために利用するプレスパラメーターは、所望の厚みが得られるまで525psiの全圧で 325゜Ｆ(163℃）の盤温度とした。次いでパネルを所望の厚みに保つの十分なほどに圧力を下げた。総プレス時間は 8.5分とした。 8.0分の加圧サイクル及び 0.5分の脱気サイクルとした。プレスを出るパネルを試験サンプルへと切断する前に少なくとも24時間ホットスタックしておいた。
【０１２５】
２セットの比較パネルを製造した。一方のセットはプロセスＢ(PVA含有）に詳細の処方を利用し、そして他方のセットはこれと同一の処方由来の粒子(PVA含有）を利用し、次いで５％のMDI 樹脂をブレンドしている。これらの比較パネルを上記の同じパラメーターを利用してプレスにかけた。
【０１２６】
プレスしたパネルから、５枚をランダムに選んで機械的及び物理的パネル特性について試験した。選定したパネルから、５つの静止屈曲サンプルを強度及び剛性を調べるために切り取った。また、５つの吸収・厚み膨潤サンプルを選定したMDI ／ワックスパネルのうちの３枚並びラテックス及びラテックス／MDI パネルのうちの５枚から切り取った。試験はASTM標準Ｄ−1037、木材ベースファイバー及びパーティクルパネル材料の特性を評価する標準方法に記載の手順に従って行った。
【０１２７】
描写的統計資料を試験した樹脂負荷量、ワックス負荷量及び特性の組合せそれぞれについて作製した。このデーターは試験した様々な特性についてのグループ間の有意な相違に関する古典的な統計技術を利用して分析した。
【０１２８】
木材ベース材料の水分含有量は複合パネルの製造における関心事であるが、企業は一般に速いプレス時間及び増大した工場仕込み量のために可能な限りドライで実施しようと試みるものである。しかしながら、ブレンドの前後での粒子の水分含有量は MDI樹脂を利用するときにパネルの製造において重要である。ドライヤーを出る複合粒子の水分含有量は６％〜７％の範囲にあることが好ましい。これは、粒子のブレンド後水分含有量がプレス前に８％に非常に近くてはならないことを確実にする必要がない。もし粒子の水分含有量が低いと、プレスの中でのマットの圧縮は不適切であり、なぜならパネルは標的の厚みにも標的に比重にも至ることができないからである。このことは非常に孔質の表面を有するパネルをもたらす。もし水分含有量が高いと、パネルの中の余計な水は加圧及び加熱下でのプレス条件下で大量の蒸気へと変換し、そしてプレスを出るパネルの多数の破裂の原因となる。従って、MDI を伴うプレスの際の少なすぎる又は多すぎる水分含有量を有する粒子の利用は望ましくない。
【０１２９】
機械的特性試験の結果を表IXに示す。ダイズ接着剤とPVA ／ラテックスのみを含む組合せはMDI 接着剤をブレンドした組合せよりも有意（Ｐ＜0.05）に低い破壊係数（強度）を有した。MDI のレベルの上昇に基づいて強度において有意（Ｐ＜0.05）な検出できる相違はなかった。しかしながら、一般的な傾向があった：MDI 添加レベルを高めると、強度も高まる。
【０１３０】
MDI を用いて製造したパネルの強度及び剛性は、MDI 抜きのPVA ／ラテックスを用いる処方のそれよりも実質的に優れていた。MDI を伴うこの研究において作ったパネルは、市販、且つ住宅用家具の製造において用いられているタイプの高密度パーティクルボードと同等又はそれより優れた強度及び剛性の特性を示した。
【０１３１】
ダイズ樹脂とPVA ／ラテックスのみを含む組合せはMDI の配合された組合せよりも有意（Ｐ＜0.05）に弱い弾性率（剛性を有していた）強度の如く、MDI レベルの上昇に基づく剛性において検出される有意（Ｐ＜0.05）な差はなかった。ただし、同じ傾向があった。即ち、MDI 添加率を増やすと、剛性も高まった。
【０１３２】
MDI の率の上昇に基づく強度及び剛性の増強は、生物複合体と特定の最終用途にとって所望される強度及び剛性の特性に仕立てることを可能とするであろう。この研究由来のMDI 添加率を利用するパネルの製造の強度及び剛性は若干強い傾向にあり、1.3 の若干高めの標的比重が得られ、且つ連続式システム、対、バッチ式システムに係る変動の少なさが得られる。
【０１３３】
この物理特性試験の結果を表Ｘに示す。PVA ／ラテックス含有ダイズ樹脂系のみから作ったパネルはMDI 樹脂で製造した組合せよりも有意（Ｐ＜0.05）に高い縁膨潤値及び吸水値を有した。MDI 添加率に基づく組合せ間で、又は２通りのワックスレベル間では、縁膨潤値でも吸水値でも検出される有意（Ｐ＜0.05）な差は認められなかった。強度及び剛性についての傾向は検出されなかった。 3.5％の添加率のみにおいて、 1.0％から 1.5％に至るまでワックス添加量の増大に基づく寸法安定性の任意の改善があった。表から、我々はワックスが、寸法安定性に有害な影響を及ぼすことなく、パネルにおけるサイジング剤としてPVA ラテックスを代替できることを見い出した。
【０１３４】
MDI 添加率を20〜30％まで変えてよい木材ベース複合体の慣用のプロセスと異なり、本発明のパネル製造プロセスは一般に、プレスを出るパネルに有害な影響を及ぼすことなく加えることのできるMDI の量についての上限値を有する。このプロセスにおいて、その標的比重は極端に高く、慣用的に製造した木材ベース複合パネルの1.3 〜 2.0倍高いものとする。前述の如く、この高い比重はパネル表面の低い孔率を確実なものとするために必要とされる。しかしながら、このようなタイトなパネルは、過剰のMDI が入り込む非常にわずかな間隙しかない。10％のMDI の高負荷率でブレンドした粒子を利用するプレス操作の際、パネル中の全ての自由間隙は充填され、そして一部のパネルについては、過剰のMDI がしぼり出される。パネル内の全ての自由間隙が充填されることにより、プレス操作において発生する蒸気及びイソシアネート硬化プロセスの際に形成されるCO2 が逃げるための領域又は通路はなくなる。このことは、プレスを出るパネルの多くの破裂の原因となり、粒状材料の水分含有量が高すぎるときに見い出せることに似ている。この問題は 7.5％の添加率でブレンドされた粒子を用いるパネルのプレスの際に生ずる。このことは、MDI 負荷量の上限値が約10％であることを示唆する。
【０１３５】
この研究から導き出せるその他の所見には：PVA は伴わないが、MDI ／ワックスブレンディング系は伴う処方を利用するプレス時間が、PVA を含む処方によってパネルを作るのに利用するプレス時間よりも実質的に短いことが挙げられる。本実施例において利用する製造プロセス及び所望の特性について、この複合粒子にブレンドできうるMDI の量の上限値は約10％であるが、これは他の条件では約20％でありうる。ドライ粒子上にコートしたMDI の量を変えることにより、得られるパネルの機械的及び物理的特性は特定の用途に合うようにデザインできうる。５％以上のMDI の負荷量においては、使用するワックスエマルションの量を 1.0％から 1.5％にまで高めたとき、寸法安定性における実質的な増加はない。
【０１３６】
【表９】
2005132116.tif 000010
【０１３７】
【表１０】
2005132116.tif 000011
【０１３８】
実施例９
ダイズフラワー及びライムから作ったパネル
この研究はダイズ樹脂の製造におけるライム及びダイズフラワーの利用を評価するための比較として行った。ダイズ樹脂を製造するために用いる処方は、８kgのライム、148kg の水及び40kgの90pdi ダイズフラワーの組合せとし、それらは46kgのハンマーミルした未処理印刷済新聞紙と組合せた。材料をプレスにかける前に約11％の水分含有量にまで乾した。盤温度は約 312゜Ｆ(156℃）とした。総プレス時間は約13.5分とした。プレス時間は粒状材料の水分含有量の若干の変動に基づいて変えた、プレスを出るパネルの標的比重は1.30とした。このパネルを強度、剛性、硬度及び寸法安定性について試験した。描写的統計資料を評価した各特性について作製した。
【０１３９】
複合粒子の製造又はパネルのプレスにおいて問題は生じなかった。以下はこの研究において製造したパネルの機械的及び物理的特性のまとめである。示す値は15試験検体の平均を示す。
【０１４０】
弾性率(psi)   破壊係数(psi)   ２時間縁膨潤（％）
217,559        1,080               16.82        
これらのパネルは一般のダイズ樹脂処方を用いて作った複合粒子から作ったパネルよりも強度及び剛性がかなり弱かった。この研究において作ったパネルの寸法安定性は非常に劣っていた。試験サンプルは試験中に水の中で分解した。従って、24時間縁膨潤値は得られなかった。この単純なライム、ダイズフラワー及び水の処方は内部結合能及び粒子間結合能の両者を欠く粒子をもたらした。
実施例10
エンドウマメ樹脂を用いての生物複合材料の調整
本発明の樹脂ベース生物複合粒子はタンパク質誘導系を利用する。最も好適なタンパク質はダイズフラワーに由来するものであるが、多種多様なソラマメ及びエンドウマメを含むその他のマメ類も使用できうる。この例示はエンドウマメフラワーであり、これは325 メッシュよりも細い稠度となるように乾燥黄色分裂エンドウマメからハンマーミルで粉末状としておいた。
【０１４１】
粒状材料は、実験室スケールに縮小したプロセスＢ(PVA含有）に詳細の処方で、ダイズフラワーの代わりにエンドウマメフラワーを用いて作った。４枚のパネルを２ft. ×２ft. のホットプレスでプレスにかけた。盤温度は 312゜Ｆ(156℃）とし、そして総プレス時間は約13.5分とした。プレス時間は粒状材料水分含有量の変動のために若干補充した。プレスを出たときの標的の比重は1.3 とした。パネルを強度、剛性及び寸法安定性について試験した。描写的統計資料を試験した各特性について作製した。
【０１４２】
複合粒子の混合中にダイズフラワーの代わりにエンドウマメフラワーを用いることで顕著な問題は生じなかった。しかしながら、ドライヤーを経て、この粒子はダイズフラワーにより作った粒子よりも顕著に低いバルク密度を有していた。複合粒子の低いバルク密度はプレスにおいていくつかの問題を引き起こし、そしてダイズフラワーを使用したときに比べ、パネル全体にわたって度合いの高い密度の変動がもたらされた。このことはほとんどエンドウマメフラワーの微細な粉末化に基づくものであろう。この問題は現状用いているダイズフラワーと同じメッシュサイズのフラワーを作り出すように粉砕パラメーターを調節することにより修正できうる。
【０１４３】
以下はこの実験において製造したパネルから得られた機械的特性をまとめた。表示の数値は15試験検体の平均値を示す。
【０１４４】
破壊係数(psi）    弾性率(psi）
2,787           424,951    
エンドウマメフラワーにより製造したパネルの強度及び剛性はダイズフラワーにより製造したパネルに非常に近似していた。ダイズフラワーによりプロセスＢに詳細の処方を利用して作ったパネルの一般の強度及び剛性は2,809psiであり、そして剛性は411,513psiである（実施例７参照）。
【０１４５】
以下はエンドウマメフラワーにより製造したパネルから得られた物理特性をまとめている。表示の値は８試験検体の平均値である。
【０１４６】
２時間縁膨潤（％）  24時間縁膨潤（％）
24.5                54.2         
この縁膨潤値はダイズフラワーを用いたのと同じ条件下で製造したパネルよりも若干高かった。一般に24時間縁膨潤値は40.6％である（実施例７参照）。縁膨潤値のこの上昇はパネル密度の変動性の高さにあるものと信じられている。1.3 の標的前後のより一定の密度では、エンドウマメフラワーにより作ったパネルの縁膨潤値はダイズフラワーを用いて作ったパネルに非常に近似しており、そして明らかにインテリア用途に適する。
試験方法
以下の試験方法を上記の結果を得るために利用した。一般に、これらのサンプルはその標的である約７％の使用中水分含有量において試験した。試験検体は試験材料のロットからランダムで抜き取った。
静止屈曲(MOR及びMOE)
強度、即ち破壊係数（「MOR 」）、及び剛性、即ち、弾性率（「MOE 」）をASTM： D1037−91、章11〜20に詳細の静止屈曲試験を利用して評価した。いくつかの３インチ×10インチ試験検体を該試験パネルから抜き取り、そして万能試験装置に装着した。８インチのスパン及び定常クロスヘッドスピードを試験検体にそれが不良となるまで適用した。負荷、対、たわみのデーターを記録し、そしてMOR 及びMOE を各検体について試験し、そして試験した各条件について平均化した。
硬度
硬度はASTM：D1037 −91章、74−80に詳細の方法を利用して決定した。いくつかの３インチ×６インチ試験検体を各試験パネルから抜き取り、そして適当な固定量を用いて万能試験装置に装着した。改良Janka Ball（直径0.4375インチ）を検体に一定の速度で0.10インチのたわみとなるまで貫入せしめた。負荷、対、たわみのデーターを記録し、そして等価（equivalent）Janka Ball硬度値を計算し、そして試験した各条件につき平均化した。
吸水性及び厚み膨潤
吸水性及び厚み膨潤試験はASTM：D1037 −91、章 100−106 に詳細の方法を利用して行った。いくつかの６インチ×６インチ試験検体のオリジナルの厚みを測定し、そして秤量し、そして水平にして水面下インチに浸した。重量及び厚みの変化を２時間及び24時間後に測定した。厚み及び重量の変化を計算し、そして試験した各条件につき平均化した。
内部結合
内部結合試験はASTM：D1037 −91、章28−33に詳細の試験方法を利用して行った。いくつかの２インチ×２インチの試験検体を試験パネルから抜き取り、そして適当な試験固定具に接着した。接着したサンプルを万能試験装置に装着し、そして一定の負荷をそれが不良となるまでかけた。得られる最大負荷を記録し、そして対応の内部結合値を計算した。
水分含有量及び密度／比重
水分含有量及び比重はASTM：D1037 、章126 −137 に詳細の方法を利用して決定した。検体を静止屈曲のために様々な試験サンプルから得た。この検体を秤量し、そして密度について約７％の使用中水分含有量で測定した。これらの検体を事実上平衡となるまで103 ℃でオーブン乾燥し、秤量し、そして初期重量と比較して実際の水分含有量を決定した。
粘度
様々なダイズ接着混合物の粘度をBrookfieldモデルDV−Ｉ＋粘度計を用いて測定した。セルロース添加前の状態のいくつかの100ml ビーカーサンプルをナンバー６スピンドルを用いて60〜70゜Ｆ（16〜21℃）で試験した。得られるセンチポアズ値を記録し、計算した各条件につき平均化した。
【０１４７】
本発明を様々な現状好適な混合物及び製造装置について説明してきたが、その他の方法及び混合物も当業者により提案されうることが理解されるであろう。従って、以上の詳細は本発明の範囲に属する全ての均等な態様を含むものと解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】高水分含有量状態及びドライ状態の本発明の粒状材料の写真である。
【図２】図１の粒状材料から作ったボードストックの断面の粒状構造及び石材様外観の写真である。
【図３】本発明の粒状材料及び加圧成形ボードストックを製造する方法のブロックダイアグラムである。
【図４】本発明の粒状材料及び押出製品を製造及び方法のブロックダイアグラムである。
【図５】プレスの模式図である。
【図６】連続押出ステーションの模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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