(57)【要約】建築材料として使用するために適合された押出複合材は、実質的に均一な混合物中にベースポリマーおよび天然繊維を有するコアと、イオノマーキャップストックとを含む。イオノマーのベースポリマーへの接着性を改良するために、イオノマーは、コアとの共押出に先立って、類似または実質的に類似するベースポリマーと混合することが可能である。加えて、種々の添加剤が、キャップストック材料と混合され、特に、経時的に生成物の視覚的美観および建築材料の性能を改良し得る。
2012512772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築材料としての使用に適合された押出複合材であって、該押出複合材は、
実質的に均一な混合物中にベースポリマーおよび天然繊維を含むコアと、
イオノマーを含むキャップストックと
を含む、押出複合材。
【請求項２】
前記ベースポリマーは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＨＤＰＥ、ＭＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、およびこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１に記載の押出複合材。
【請求項３】
前記天然繊維は、木材チップ、木粉、木材削片、おがくず、亜麻、黄麻、麻、ケナフ、もみ殻、アバカ、およびこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１に記載の押出複合材。
【請求項４】
前記キャップストックは、キャップストックポリマーをさらに含み、前記イオノマーおよび該キャップストックポリマーは、実質的に均一な混合物を含む、請求項１に記載の複合材。
【請求項５】
前記ベースポリマーは、第１のポリマーを含み、前記キャップストックポリマーは、該第１のポリマーを含む、請求項４に記載の押出複合材。
【請求項６】
前記第１のポリマーは、ＨＤＰＥである、請求項５に記載の押出複合材。
【請求項７】
前記キャップストックは、添加剤をさらに含む、請求項４に記載の押出複合材。
【請求項８】
前記添加剤は、着色剤、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、殺生物剤、および難燃剤のうちの少なくとも１つを含む、請求項７に記載の押出複合材。
【請求項９】
前記着色剤は、斑紋状着色剤を含む、請求項８に記載の押出複合材。
【請求項１０】
前記コアは、重量比約１％乃至約１００％のベースポリマーを含む、請求項１に記載の押出複合材。
【請求項１１】
前記コアは、重量比約４６％のベースポリマーを含む、請求項１０に記載の押出複合材。
【請求項１２】
前記キャップストックは、重量比約１％乃至約１００％のイオノマーを含む、請求項４に記載の押出複合材。
【請求項１３】
前記キャップストックは、重量比約２０％乃至約８０％のイオノマーを含む、請求項４に記載の押出複合材。
【請求項１４】
前記キャップストックは、重量比約２７．５％のイオノマーを含む、請求項４に記載の押出複合材。
【請求項１５】
前記キャップストックは、重量比約０％乃至約９９％のキャップストックポリマーを含む、請求項４に記載の押出複合材。
【請求項１６】
前記キャップストックは、重量比約２０％乃至約８０％のキャップストックポリマーを含む、請求項４に記載の押出複合材。
【請求項１７】
前記キャップストックは、重量比約７２．５％のキャップストックポリマーを含む、請求項４に記載の押出複合材。
【請求項１８】
前記キャップストックは、重量比約５０％未満のキャップストックポリマーを含む、請求項４に記載の押出複合材。
【請求項１９】
前記キャップストックは、厚さ約０．０１２インチ乃至約０．０４０インチを含む、請求項４に記載の押出複合材。
【請求項２０】
前記キャップストックは、厚さ約０．０１５インチ乃至約０．０２０インチを含む、請求項１９に記載の押出複合材。
【請求項２１】
前記キャップストックは、共押出を介して、前記コアの少なくとも片面に直接接合される、請求項１に記載の押出複合材。
【請求項２２】
建築材料としての使用に適合された押出複合材を製造する方法であって、該方法は、
ベースポリマーを提供するステップと、
天然繊維を提供するステップと、
該ベースポリマーと該天然繊維とを混合および加熱することにより、実質的に均一な溶融ブレンドを含むベース混合物を生成するステップと、
イオノマーを提供するステップと、
該イオノマーを該ベース混合物の少なくとも一部にダイを通して共押出しすることにより、押出プロファイルを形成するステップと
を含む、方法。
【請求項２３】
キャップストックポリマーを提供するステップと、
前記イオノマーと該キャップストックポリマーとを混合および加熱することにより、実質的に均一な溶融ブレンドを含むキャップストック混合物を生成するステップと
をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ベースポリマーは、第１のポリマーを含み、前記キャップストックポリマーは、該第１のポリマーを含む、請求項２２に記載の押出複合材。
【請求項２５】
前記第１のポリマーは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＨＤＰＥ、ＭＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、およびこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項２４に記載の押出複合材。
【請求項２６】
前記第１のポリマーは、ＨＤＰＥである、請求項２４に記載の押出複合材。
【請求項２７】
添加剤を提供するステップと、
前記イオノマーと前記キャップストックポリマーと該添加剤とを混合ならびに加熱することにより、実質的に均一な溶融ブレンドを含むキャップストック混合物を生成するステップと
をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記添加剤は、着色剤、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、殺生物剤、および難燃剤のうちの少なくとも１つを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記押出プロファイルを冷却するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記冷却ステップは、前記押出プロファイルを液体に通過させるステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記液体は、水および冷却剤のうちの少なくとも１つを含む、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／１３９，２０５号（２００８年１２月１９日出願）の優先権および利益を主張し、この出願の開示は、その全体が本明細書に参考として援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、押出木材プラスチック複合材を加工するシステムおよび方法に関し、より具体的には、イオノマーキャップストックを利用する、押出木材プラスチック複合材を加工するシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
過去２５年間において、新しい種類の材料が、プラスチック生成物市場に参入している。一般的に、木材プラスチック複合材（ＷＰＣ）、繊維プラスチック複合材、またはプラスチック複合材（ＰＣ）と称される、新しい材料は、屋外デッキおよび手すり、羽目板、屋根材、ならびに種々の他の生成物等の用途において、建築製品市場に受け入れられている。木材プラスチック複合材の市場は、成長しており、ＷＰＣは、現在、自動車用途だけではなく、経済の建築製品部門においても使用されている。
【０００４】
木材プラスチック複合材は、木材、または他の天然繊維と、熱可塑性材料との混成生成物である。生成物は、押出または射出成形等の伝統的プラスチック処理によって、生成可能である。例えば、多くの建築製品は、従来のプラスチック処理に類似する押出処理を使用して、生成される。木材およびプラスチック材料は、押出プロセスの前またはその間に混成される。木材プラスチック複合材は、多くの場合、建築製品市場において、木材と競合する。現在のＷＰＣ材料は、最も多くの場合、木材、または天然繊維と、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）との化合物である。しかしながら、現在利用可能なＷＰＣは、ある欠点を被る。例えば、複合材が、木材に対して、含有するプラスチックの比率が高いまたは低過ぎる場合、最終生成物は、所望の視覚的外観あるいは構造上の性能特性を有していない可能性がある。そのような生成物は、市場では、あまり望ましくない。加えて、ＷＰＣは、製造時に使用される、熱可塑性材料および他の添加剤のコストが高いため、生産費用が高くなる可能性がある。
【０００５】
皮肉にも、多くの消費者は、ＷＰＣに対して、木材と同様の外観を期待するだけではなく、また、頑丈なプラスチック化合物としての役割を果たすことも期待している。性能を向上させるために、製造業者は、多くの場合、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、殺生物剤、着色剤、難燃剤、または他の添加剤をＷＰＣ配合に組み込む。しかしながら、これらの添加剤は、生成物の製造コストを増加させ得るが、ある添加剤は、生成物上の限定された場所においてのみ、注目に値する利点をもたらす（例えば、ＵＶ安定剤の場合、本利点は、日光に曝される生成物の外装にのみ影響を及ぼす）。生成物中に組み込まれる添加剤の量を減少させるために、多くの場合、キャップストック法が使用される。一般に、キャップストックは、コア材料とともに共押出され、コア押出材料上にポリマーの薄層を形成する。種々の添加剤が、キャップストックに組み込まれてもよく、したがって、生成物の直線１フィート当たりの添加剤の総量を減少させる。しかしながら、これらのキャップストックは、下層のＷＰＣからの層間剥離を被り、亀裂または別様に破損し、見苦しい外見、性能の劣化、および消費者に不満足感をもたらす可能性がある。
【０００６】
あるキャップストックの場合、接着性を改良するために、別個の結合層が、一般的には、コア材料とキャップストックとの間に留置されるが、本結合層は、いくつかの問題を提起し得る。例えば、結合層によって形成される接合は、キャップストックおよびコア材料の一方または両方から経時的に分離し、生成物の故障につながる可能性がある。これは、キャップストックおよびコア材料が、材料特性の差異から、異なる速度で、膨張および収縮し、接合の故障を生じさせ得るため、発生する可能性がある。また、水、氷、または搭載環境条件に関連する、他の危険要因も、依然として、例えば、別個のキャップストック区分の縁における空隙を介して、キャップストック層に浸透し得る。加えて、結合層は、最終キャップストックおよびコア材料に適用されなければならないため、別個の結合層を利用する、キャップストックを備えた生成物の製造コストは、高くなる傾向にある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一側面では、本発明は、建築材料として使用するために適合された押出複合材に関し、押出複合材は、実質的に均一な混合物中にベースポリマーおよび天然繊維を有する、コアと、イオノマーを有する、キャップストックとを含む。ある実施形態では、ベースポリマーは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＨＤＰＥ、ＭＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される。別の実施形態では、天然繊維は、木材チップ、木粉、木材削片、おがくず、亜麻、黄麻、麻、ケナフ、もみ殻、アバカ、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される。さらに別の実施形態では、キャップストックは、キャップストックポリマーをさらに含み、イオノマーおよびキャップストックポリマーは、実質的に均一な混合物である。さらに別の実施形態では、ベースポリマーは、第１のポリマーであって、キャップストックポリマーは、ＨＤＰＥであり得る、その第１のポリマーである。
【０００８】
上述の側面の別の実施形態では、キャップストックは、添加剤をさらに含む。ある実施形態では、添加剤は、着色剤、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、殺生物剤、および難燃剤のうちの少なくとも１つを含む。別の実施形態では、着色剤は、斑紋状着色剤である。さらに別の実施形態では、コアは、重量比約１％乃至約１００％のベースポリマーを含む。さらに別の実施形態では、コアは、重量比約４６％のベースポリマーを含む。
【０００９】
上述の側面の別の実施形態では、キャップストックは、重量比約１％乃至約１００％のイオノマー、重量比約２０％乃至約８０％のイオノマー、または重量比約２７．５％のイオノマーを含む。別の実施形態では、キャップストックは、重量比約０％乃至約９９％のキャップストックポリマー、重量比約２０％乃至約８０％のキャップストックポリマー、または重量比約７２．５％のキャップストックポリマーを含む。さらに別の実施形態では、キャップストックは、厚さ約０．０１２インチ乃至約０．０４０インチ、または約０．０１５インチ乃至約０．０２０インチを有する。さらに別の実施形態では、キャップストックは、共押出を介して、コアの少なくとも片側に直接接合される。
【００１０】
別の側面では、本発明は、建築材料として使用するために適合された押出複合材を製造する方法に関し、本方法は、ベースポリマーを提供するステップと、天然繊維を提供するステップと、ベースポリマーおよび天然繊維を混合ならびに加熱し、実質的に均一な溶融ブレンドを含むベース混合物を生成するステップと、イオノマーを提供するステップと、ダイを通してイオノマーをベース混合物の少なくとも一部に共押出し、押出プロファイルを形成するステップと、を含む。ある実施形態では、本方法は、キャップストックポリマーを提供するステップと、イオノマーおよびキャップストックポリマーを混合ならびに加熱し、実質的に均一な溶融ブレンドを有する、キャップストック混合物を生成するステップとをさらに含む。別の実施形態では、ベースポリマーは、第１のポリマーであって、キャップストックポリマーは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＨＤＰＥ、ＭＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、およびそれらの組み合わせから成る群から選択され得る、その第１のポリマーである。一実施形態では、第１のポリマーは、ＨＤＰＥである。さらに別の実施形態では、本方法は、添加剤を提供するステップと、イオノマー、キャップストックポリマー、および添加剤を混合ならびに加熱し、実質的に均一な溶融ブレンドを有する、キャップストック混合物を生成するステップと、をさらに含む。さらに別の実施形態では、添加剤は、着色剤、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、殺生物剤、および難燃剤のうちの少なくとも１つである。別の実施形態では、本方法は、水および冷却剤のうちの少なくとも１つであり得る液体に、押出プロファイルを通過させるステップを含み得る、押出プロファイルを冷却するステップをさらに含む。
【００１１】
本明細書では、別途記載されない限り、特定の用途、プロセス、または実施形態を説明する際のある材料の使用は、説明された用途、プロセス、または実施形態を特定された特有の材料に限定するものではない。本材料は、本明細書に説明された教示に従って、互換的に使用されてもよい。加えて、別途記載されない限り、用語ＷＰＣ、ＰＣ、繊維プラスチック複合材、およびそれらの変形例も、互換的に使用される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明の他の特徴および利点だけではなく、本発明自体が、添付の図面と併せて熟読されることによって、種々の実施形態の以下の説明から、より完全に理解されるであろう。
【図１】図１は、本発明の一実施形態に従って押出加工された、キャップストックを備えた繊維プラスチック複合材の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に従って押出された、キャップストックを備えた繊維プラスチック複合材を形成するためのシステムの斜視図である。
【図３】図３は、本発明の別の実施形態に従って押出された、キャップストックを備えた繊維プラスチック複合材を形成するためのシステムの断面図である。
【図４−１】図４は、本発明の別の実施形態に従って押出された、キャップストックを備えた繊維プラスチック複合材を形成するためのプロセスラインの概略図である。
【図４−２】図４は、本発明の別の実施形態に従って押出された、キャップストックを備えた繊維プラスチック複合材を形成するためのプロセスラインの概略図である。
【図５】図５は、本発明の別の実施形態に従って押出された、キャップストックを備えた繊維プラスチック複合材を形成するためのシステムにおいて使用される、共回転式二軸スクリュー押出機の端面図である。
【図６】図６は、本発明の別の実施形態に従って押出された、キャップストックを備えた繊維プラスチック複合材を形成するためのシステムにおいて使用される、Ｙ形ブロックアダプタおよび押出ダイアセンブリの斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の別の実施形態に従って押出された、キャップストックを備えた繊維プラスチック複合材を形成するためのシステムにおいて使用される、共押出ダイアセンブリの側面図および正面図を図示する。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａの共押出ダイアセンブリのプレートの注入口、側面、および流出口の図を図示する。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ａの共押出ダイアセンブリの拡大部分側面断面図を図示する。
【図８】図８は、キャップストックイオノマー／ポリマー配合の接着強度に対する関係を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明による、キャップストックを備えた押出繊維プラスチック複合材１０の一実施形態を示す。押出木材プラスチック複合材（ＷＰＣ）１０は、概して、１つ以上のベースポリマーおよび天然繊維を含む混合物から形成される、１次元複合体またはコア１２を含む。ベースポリマーは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＨＤＰＥ、ＭＤＰＥ、ポリプロピレン、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、ＰＶＣ、類似材料、およびそれらの組み合わせを含んでもよい。天然繊維または充填材料は、押出コア１２に、天然木材生成物の外観および感触を提供するのに有用である。木材充填剤等の天然繊維の種類として、木材チップ、木粉、木材削片、おがくず、亜麻、黄麻、アバカ、麻、ケナフ、もみ殻、類似材料、およびそれらの組み合わせが挙げられる。そのような充填剤の使用は、コア１２の重量およびコストを削減可能である。加えて、コア１２は、着色剤、潤滑剤、難燃剤、防黴剤、相溶剤、結合剤、殺生物剤、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、他の材料、およびそれらの組み合わせ等の添加剤を含んでもよい。
【００１４】
コア１２は、少なくとも片面が、一実施形態では、イオノマーおよびキャップストックポリマーの混合物を含むキャップストック１４によって、コーティングされる。一実施形態では、ＨＤＰＥベースポリマーを有するコア上のＨＤＰＥおよびイオノマーのキャップストックは、満足のゆく結果を示している。ベースポリマーの目的の１つは、イオノマーと同一のポリマーを含有する、押出ＷＰＣ１０との間の接着性を促進することである。ポリエチレン等のポリマーは、ある条件下では急速に変色するので、イオノマーの含有は、また、外装変色性能を改良し得る。一般的には、イオノマー単独では、下層の複合材コア１２への限定的な接着性を示す。イオノマーは、コーティングされていない押出ＷＰＣのものに勝る表面特性の改良を可能にする保護成分である。押出ＷＰＣ１０の表面上のイオノマー化合物は、いくつかの制御試験に示されるように、耐スクラッチ性、耐色あせ性、および耐歪み性を向上させる。また、イオノマー／ポリマーキャップストックは、極端に高温および低温の水によるＷＰＣ１０への損傷を低減させる。故に、多くの場合、キャップストックをＷＰＣの全面に提供することが望ましい。しかしながら、ＷＰＣは、それに付随する利点から恩恵を受けるために、キャップストックによって完全に囲繞される必要はない。いくつかの実施形態では、コアプロファイルの全表面より少ない表面、例えば、最も過酷な環境に曝される表面（例えば、押出デッキボードの上部水平表面と、選択的に、垂直縁）にのみ、キャップストックを共押出することが望ましくてもよい。
【００１５】
上述のように、ある実施形態では、キャップストックポリマーは、実質的に、コア１２内に利用されるベースポリマーと同一または同等のものである。例えば、キャップストックポリマーとベースポリマーとは両方とも、ポリエチレンであってもよい。代替として、ポリエチレンキャップストックポリマーは、ポリプロピレンベースポリマーと併用されてもよい。ポリプロピレンキャップストックポリマーとポリエチレンベースポリマーの併用だけではなく、異種ポリマーの他の組み合わせもまた、想定される。これは、コア１２とキャップストック１４との間の接着性を保証することに有用である。加えて、キャップストック１４は、コア１２に関して上に列挙されたもの等、天然繊維および添加剤を含んでもよい。コア１２ではなく、キャップストック１４に添加剤を組み込むことによって、押出複合材の直線１フィート当たりの添加剤の総量は、その中に直接天然繊維および添加剤が組み込まれる複合材と比較して、大幅に低減される。
【００１６】
ある実施形態では、本発明は、共押出イオノマー／ポリマーキャップストックを有するプラスチック複合材押出を形成するためのシステムおよび方法を含む。図２および３に示されるように、押出システム１００は、少なくとも４つの主要ステーション、すなわち、ベースポリマー（例えば、粉末および／またはペレットの形態の）および他の添加剤を分注する供給ステーション、すなわち、一次フィーダ１５０と、ベースポリマーを受容するように配列される共回転式二軸スクリュー押出機１０２と、ベースポリマーと混合するために付加的材料（例えば、木材または天然繊維等の充填材料、着色剤等の添加剤等）を押出機１０２内に分注する二次付帯フィーダ１６０と、所定のプロファイルを有する複合材押出を形成するための押出ダイ１４０とを含む。以下に詳述される、図４は、最終キャップストックを備えたＷＰＣを製造するための２つの共押出ステーションおよび関連した下流の構成要素とともに、図２および３の押出システム１００を図示する。
【００１７】
図２に図示される押出システム１００では、押出機１０２は、押出バレル１２０と、一対の共回転式押出スクリュー１１０、１１２とを含む。押出バレル１２０は、材料（例えば、ベースポリマー、充填材料、添加剤等）が、混合、加熱、および運搬される内部空洞１２２（図５）を画定する。押出バレル１２０は、複数の別個のバレル区画１２８を含む、アセンブリとして形成される。バレル区画１２８は、直列に配列され、ともに、供給ステーション１５０と押出ダイ１４０との間の流路として作用する（すなわち、種々の材料の運搬のため）内部空洞１２２を形成する。押出スクリュー１１０、１１２は各々、内部空洞１２２内に密閉され、上流の給送ゾーン１３０から押出ダイ１４０まで延在する複数の別個のスクリュー区画１１６を含む。スクリュー区画１１６は、取外し可能、交換可能、かつ互換可能であって、スクリュー羽根は、材料が、押出バレル１２０の内部空洞１２２に沿って、押出機を通して処理されることに伴って、所望の給送、運搬、混練、および混合のシーケンスを達成するように配列可能である。
【００１８】
押出スクリュー１１０、１１２は、並列関係に配列され、相互に対する共回転運動のために構成される。押出スクリュー１１０、１１２の共回転運動は、ベースポリマー、木材繊維、添加剤等の材料を混合し、押出バレル１２０を通して、これらの材料を運搬する。押出バレル１２０および押出スクリュー１１０、１１２は、市販の部品から作製可能である。また、スクリューが、相互に対して逆回転運動として回転する、類似種類の二軸押出機も、本プロセスのために使用されてもよい。逆回転配列では、プロセスは、混合および分注が、それほど激しくない傾向にあるという点において、上述の共回転構成と異なる。したがって、剪断混合とは対照的に、押出ダイ１４０の通過に先立ってすべての原料の化合を達成するための熱の追加によって、より信頼性が高まる。
【００１９】
図２および３に示されるように、押出システム１００は、少なくとも４つの主要ステーション、すなわち、供給ステーション１５０と、共回転式二軸スクリュー押出機１０２と、二次付帯フィーダ１６０と、押出ダイ１４０とを含む。供給ステーション１５０は、押出機１０２内の給送ゾーン１３０中に、一般的には、繊維、粉末、および／またはペレットの形態の固体材料の処理量のための単一および／または二重スクリュー（すなわち、二軸スクリュー）ロスインウェイト重量測定フィーダ（単数または複数）を含むことが可能である。最大給送速度約５０ｌｂ／ｈｒ乃至約２０００ｌｂ／ｈｒを有するロスインウェイトフィーダ（単数または複数）が、典型的な市販サイズのシステムのために利用されてもよい。また、プロセスの初期始動時に、フィーダは、押出機内に直接材料を送達する。
【００２０】
依然として、図２および３を参照すると、二軸スクリュー押出機１０２は、押出バレル１２０と、一対の共回転押出スクリュー１１０、１１２とを含む。押出バレル１２０は、実質的に連続的バレルを形成する別個のバレル区画１２８のアセンブリである。この配列は、別個のバレル区画１２８が、移動、除去、および／または交換可能であって、異なるバレル構成を提供し、例えば、異なる給送（例えば、入口ポート）、真空、または注入場所を確保するという点において、逆回転押出機と比較して、柔軟性をもたらす。加えて、区画化されたバレル構成は、押出機１０２内への複数の入口ポート（例えば、１３２ａ、１３２ｂに示される）の間での選択の柔軟性をもたらす。例えば、２つ以上の入口ポートの使用を採用して、化合物原料、生成物特性、および外観の観点から、より高度な押出生成物を達成可能である。各バレル区画１２８は、組み立てられると、押出バレル１２０の長さに沿って、実質的に連続的な内部空洞１２２を形成する（すなわち、給送ゾーン１３０から押出ダイ１４０に向かって延在する）バレルボアを画定する。各バレル区画１２８は、加熱カートリッジ等の電気加熱要素と、逆流液体冷却のための冷却ボアとを含み、ともに、最適化可能である動的な温度調節および制御を提供する。
【００２１】
個々のバレル区画１２８は、開口バレル（すなわち、給送ゾーンのための入口ポートを有する）、挿入部を有する開口バレル（排気、計測、または注入ゾーンのため）、閉口バレル、および／または結合給送（例えば、繊維または添加剤の付帯給送）および通気のための結合バレルから選択され、各々、長さ約４インチ乃至約２０インチである。図３に示されるように、押出バレル１２０は、各々、一次フィーダ１５０および二次付帯フィーダ１６０との流体連通のための２つの開口バレル区画１２８ａ、１２８ｂを含む。流出防止シールは、隣接するバレル区画１２８間の界面に形成される。隣接するバレル区画１２８は、図２に示されるように、ボルト付きフランジ１２７によって、または、代替として、Ｃクランプバレルコネクタによって接続可能である。
【００２２】
図２を参照すると、共回転式押出スクリュー１１０、１１２は、溶融押出物の母材内に添加物および他の材料を分注ならびに分散させるその能力の観点から、比較的に効率的種類の押出機を提供する。示されるように、押出スクリュー１１０、１１２の各々は、区画化されたスクリュー配列を含み、押出スクリュー１１０、１１２の各々、シャフト１１７上に嵌合する一連の別個の要素または羽根（すなわち、スクリュー区画１１６）を含む。歯またはキー溝１２４（図５参照）は、別個の区画１１６をシャフト１１７に固着させる。好適なスクリュー区画は、ＥＮＴＥＫ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｉｎｃ．（Ｌｅｂａｎｏｎ、Ｏｒｅｇｏｎ）から市販されている。個々のスクリュー区画１１６は各々、取外し可能かつ交換可能であって、対照的なスクリュープロファイルを有するように選択されてもよく、したがって、特定用途および／またはプロセス要件に合わされ得る柔軟なスクリュープロファイル配列を可能にする。
【００２３】
種々の種類のスクリュー区画プロファイルの中で、個々の区画は、運搬要素、混合要素、混練要素、および／または特殊要素から選択可能である。混合および混練要素は、種々の長さ、ピッチ、およびピッチ方向に設計される。混練ブロックは、相互から等距離に離間された、等幅または可変幅のいくつかのサブ区画を使用して、構築される。混練、混合、運搬、および他の区画の順番は、剪断、溶融度、およびエネルギー付与を制御するように配置されてもよい。加えて、本混合プロセスは、均一溶融ならびにベースポリマーおよび他の添加剤の制御された分注分散を提供する。区画化されたスクリュー１１０、１１２は、例えば、押出生成物の処理パラメータ、可変物理特性、および／または表面外観の処理のために、スクリュープロファイルの修正を可能にする。概して、スクリュー区画の全径は一定のままであるが、しかしながら、羽根の形状（例えば、羽根間のピッチおよび距離）は、可変であることが可能である。
【００２４】
スクリュー区画１１６は、押出機１０２の略前半分が、比較的高い剪断および混練（すなわち、ベース材料および任意の添加剤の分散的混合のため）を提供し、押出機１０２の略後半分が、比較的低い剪断（すなわち、複合材材料および着色剤または他の添加剤の分配的混合のため）を提供するように配列可能である。本配列を使用して、複合材材料のポリマー部分を形成する、１つ以上のポリマーおよび添加剤の過混合を抑制可能である。
【００２５】
図３および４は、製造機器の例示的実施形態を図示する。押出スクリュー１１０、１１２は各々、５２個の別個のスクリュー区画１１６を含み、各々、長さ約６０ｍｍ乃至約１２０ｍｍである。この特定の構成は、１２個の処理ゾーンＺ１−Ｚ１２を画定し、各ゾーンは、１つ以上の別個のスクリュー区画によって画定されるスクリュープロファイルの変化を呈する（例えば、図３、４、および表Ａ−１参照）。本実施形態では、スクリュー区画１１６は、最初の５つのゾーン（Ｚ１−Ｚ５）が、分散的混合（すなわち、比較的高い混練および剪断）のために構成される、第１の混合領域１７０を形成し、最後の７つのゾーン（Ｚ６−Ｚ１２）が、分配的混合（すなわち、比較的低い剪断）のために構成される、第２の混合領域１７２を形成するように配列される。分散的混合では、粒子間の凝集抵抗が克服され、より細かいレベルの分散が達成可能である。また、分散的混合は、集中混合とも呼ばれる。言い換えると、分散的混合は、化合物内の別個の粒子の混合および粉砕を含む。分配的混合は、凝集抵抗が役割を果たすことなく、成分の空間分布を向上させることを目的とする。また、単純または広範混合とも呼ばれる。分配的混合は、粒子のサイズおよび／または形状に実質的に影響を及ぼすことなく（すなわち、粒子を粉砕せず）、混合物中への別個の粒子の分割および拡散を可能にする。
【００２６】
図４は、本発明の一実施形態に従って、キャップストックを備えたＷＰＣを形成するためのプロセスライン２５０の概略図である。押出機１０２と、一対のキャップストック押出機３００ａ、３００ｂと、図２および３に図示されるプロファイル押出システム１００の下流の種々の構成要素とが図示される。各キャップストック押出機システム３００は、各々、所望の量の成分を共押出ホッパ３０６に送達するキャップストックフィーダ３０２と、斑紋状着色剤フィーダ３０４とを含む。キャップストックフィーダ３０２は、特定の用途に対して所望または要求される任意の比率のイオノマーおよびベースキャップストックポリマーの混合物によって充填される。本混合物は、フィーダ３０２に送達され、予混合されてもよく、または２つのホッパを介して、フィーダ３０２に導入されてもよい。付加的添加剤は、１つ以上の添加剤フィーダ３０８を介して、ホッパ３０６に導入されてもよい。添加剤として、着色剤、殺生物剤、難燃剤、ＵＶ阻害剤等を含んでもよい。
【００２７】
各共押出機体３１０は、図示される実施形態では、４つのゾーン（Ｚ１−Ｚ４）を含み、コア押出ダイ１４０の流出口において、共押出ダイ３１２に接続する。共押出機３１０は、単軸スクリューまたは二軸スクリュー構成のいずれかであってもよい。キャップストック押出機３００と関連付けられたプロセスパラメータは、表Ａ−１に提示される。図示される実施形態では、押出機１０２と異なり、押出機体３１０、スクリュー、およびバレルは、区画化されていない。加えて、スクリュープロファイルは、混合のためではなく、溶融および運搬のために設計される。他の実施形態では、区画化されたバレルまたはスクリューを使用する異なる種類の押出機が、利用されてもよい。ある実施形態では、各共押出機体３１０からの出力は、約１２５ｌｂ／ｈｒ乃至約１７５ｌｂ／ｈｒである。単軸キャップストック共押出機が利用される場合、出力は、約２５０ｌｂ／ｈｒ乃至約４００ｌｂ／ｈｒであってもよい。キャップストック層の特定のプロセスラインの構成、表面積、および厚さ等に応じて、他の出力も想定される。一般に、共押出機出力は、システム１００の総出力の約５％を表す。押出後、押出されたキャップストックを備えた複合材は、所望に応じて、型押器３１４によって装飾され、冷却を促進させるために、水および／または冷却剤等の液体で充填され得る、１つ以上の冷却タンク３１６を通過させてもよい。冷却の際、真空式または他の種類の任意の定寸ダイを使用して、複合材の寸法要件を維持してもよい。引抜器３１８を使用して、冷却に伴って、押出複合材を冷却タンク３１６および定寸ダイから引き抜き、生成物の寸法の一貫性を維持する。１つ以上の鋸３２０は、最後の外気冷却ステーション３２２およびパッケージングステーション３２４に先立って、最終押出複合材を裁断する。
【００２８】
図４に図示される、プロセスライン２５０の他の実施形態も、想定される。例えば、単軸共押出機３１０を利用して、溶融キャップストック材料を共押出ダイ３１２ａ、３１２ｂの両方に給送してもよい。しかしながら、図示される共押出機システムは、特に望ましく、異なる配合のキャップストックを押出ＷＰＣの異なる表面に適用可能にする、またはコア材料の同一バッチに適用されるキャップストック材料の迅速な切替えを可能にする。これは、例えば、異なる色のキャップストックを備えたＷＰＣの生成を可能にする。
【００２９】
表Ａ−１は、典型的ゾーン温度と、本発明の種々の実施形態において採用される、押出機処理システムに関する他の詳細を識別する。高／低範囲における、各ゾーンの温度が、提示される。とりわけ、提示される範囲を利用して、キャップストックを備えたＷＰＣおよびキャップストックを備えていないＷＰＣの両方を生成してもよい。加えてまた、提示される範囲を利用して、木材または天然繊維を全く利用せず、添加剤およびベースポリマーだけから成る、複合材を生成してもよい。表Ａ−１に呈される範囲に従って製造される、キャップストックを備えたＷＰＣおよびキャップストックを備えていないＷＰＣの両方の実施例については、後述される。また、それらの図示される範囲外の温度および他のプロセスパラメータも、想定される。
【００３０】
【表１】
2012512772.tif 000003
主要押出機に関して、一般に、運搬および給送要素（例えば、Ｚ１、Ｚ２、Ｚ４、Ｚ６、Ｚ８、Ｚ１０、およびＺ１２）は、押出バレル１２０を通して、第１の入口ポート１３２ａから押出ダイ１４０に向かって、材料を変位させる役割を果たす。混練ブロック（例えば、Ｚ３およびＺ６参照）は、（例えば、ベース材料の）高い剪断および分散を提供する。混合要素（例えば、Ｚ７、Ｚ９、およびＺ１１参照）は、比較的高い粒子分布（例えば、繊維材料の高分布）を提供する。９０°未満の羽根ピッチを有するゾーンは、材料の圧縮を提供する。約９０°の羽根ピッチを有するゾーンは、材料の摩擦加熱を提供する一方、材料の運搬の補助は、ほとんど提供しない。９０°超の羽根ピッチを有するゾーンは、比較的高い運搬を提供する。
【００３１】
図３−５および表Ａ−１を参照すると、ゾーンＺ０は、外気温度である。ゾーンＺ１およびＺ２は、押出機１０２の喉部から材料を移動させ、ゾーンＺ３に導入される前に、それを加熱するために構成される。より具体的には、第１の処理ゾーンＺ１は、外気温度の入口点、すなわち、主要入口ポート１３２ａから、第２の処理ゾーンＺ２に向かって、冷温材料、例えば、小球状にしたベースポリマーを移動させるように構成される。第２の処理ゾーンＺ２は、第３の処理ゾーンＺ３の方向に前方に移動されるのに伴って、材料にかかる圧力を増加させるように構成される。第２の処理ゾーンＺ２を構成する、最初の８から２４の区画は、羽根ピッチ約９０°を有する。本部分では、運搬は、主に、第２の処理ゾーンＺ２内の圧力の蓄積をもたらし、次に、第２の処理ゾーンＺ２へと材料を付勢する、第１の処理ゾーンＺ１からの付加的材料の導入を通して達成される。
【００３２】
処理ゾーンＺ３−Ｚ５は、高剪断区分を画定する。本区分では、ベース材料は、溶融複合材混合物中に完全に分散される。ゾーンＺ６は、分配的混合領域１７２への遷移を示す。これは、木材または他の天然繊維（充填剤として）およびいくつかの添加剤が、溶融複合材混合物に添加される、ゾーンである。本ゾーン内のより大きい１２０°の羽根ピッチは、ゾーンＺ６に沿って、またはそこを中心として、運搬の増加を提供する、すなわち、本ゾーンは、材料を迅速に移動させ、それによって、材料の完全冷却を抑制する。ゾーンＺ７−Ｚ９は、繊維充填材料と溶融複合材混合物との高分布混合を提供するように構成される。第１０の処理ゾーンＺ１０は、６乃至１２の別個のスクリュー区画を含む。これらの区画は、比較的高い圧縮の第１の区分Ｚ１０ａに続いて、比較的低い運搬の区分Ｚ１０ｂを画定し、材料を膨張させ、蒸発し、押出バレル１２０から通気され得る、外側表面へと湿気を上昇させる。この後、比較的高い圧縮の第２の区分Ｚ１０ｃが続く。
【００３３】
第１１処理ゾーンＺ１１は、運搬の増加および微混合を提供する、比較的高い羽根ピッチを伴う、混合ゾーンである。第１２処理ゾーンＺ１２は、比較的高い運搬の第１の区分（すなわち、本ゾーンは、比較的高い流動／給送速度で、材料を移動させ、ダイへの流入に先立って、冷却を抑制する）から、押出ダイ１４０に材料を付勢するために、押出機１０２の遠位端１２６近傍に圧力の蓄積を提供する、比較的高い圧縮の第２の区分へと遷移する。
【００３４】
再び、図２−４を参照すると、１つ以上の二次付帯フィーダ１６０が、ベースポリマーとの混合のために、押出バレル内に１つ以上の付加的材料（例えば、充填材料あるいは天然繊維、着色剤、および／または他の添加剤）を分注するために提供される。本明細書に説明されるように、コア材料の代わりに、キャップストック材料内にこれらの添加剤を提供することは、望ましく、押出複合材の直線１フィート当たりに添加される、添加剤の総量を減少させ得る。ある要件に準拠するために、コア材料内に添加剤を含むことが望ましい、または要求される可能性がある（例えば、特定の製品安全規則に準拠するために、難燃剤等の添加剤の添加）。二次付帯フィーダ１６０は、単一スクリューまたは二重スクリュー構成を使用して、第２の付帯入口ポート１３２ｂを通して、押出機１２０内に材料を移動させる。図３に示されるように、二次付帯フィーダ１６０は、木材繊維を分注するために、１つ以上のロスインウェイト重量測定フィーダ１６６と、押出機内に複数の着色剤（または、他の添加剤）を分注するために、重量測定錐状フィーダ等の複数のフィーダアレイ１６２と、を含むことが可能である。したがって、２、３、４つ以上の添加剤が、押出プロセスの際に、個々のホッパ１６４から添加されてもよい。
【００３５】
二次付帯フィーダ１６０は、充填材料および添加剤が、第２の（比較的低い混練ならびに剪断）混合領域１７２内におけるベースポリマーとの混合のために、押出機１０２内に分注されるように、一次フィーダ１５０（ベースポリマーが導入される）と第１の混合領域１７０の下流の位置に配置可能である。共通ゾーンにおける充填材料および添加剤の導入は、特定の利点を提示し得る。例えば、繊維および添加剤に及ぼす、押出スクリュー１１０、１１２の下流の剪断ならびに混練の効果は、ベース材料に及ぼす上流の効果未満であって、それによって、完全に混合された複合材材料（すなわち、ベースポリマーおよび充填材料を含む）を提供する。
【００３６】
図４および６に示されるように、システムは、押出機１０２の遠位端１２６に配置される、Ｙ形ブロックアダプタ２００を含んでもよい。Ｙ形ブロックアダプタ２００は、場所Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３によって略画定される、３つの温度ゾーンに分割された、２つのアダプタ区画２０２、２０４を含む。加熱は、加熱カートリッジによって行われる。Ｙ形ブロックアダプタ２００は、押出バレル１２０の内部空洞１２２から、２つの別個の流路２０８、２０９内へと流動を分割する流動チャネル２０６を画定する。
【００３７】
また、システム１００は、図６に図示されるように、アダプタ２００の遠位端２１０に配置される押出ダイ１４０を含む。押出ダイ１４０は、各々、所定のプロファイルまたは形状を有する（すなわち、押出チャネル１４２ａ、１４２ｂの形状に対応する）、一対の押出生成物（すなわち、押出物）を縦一列に形成するために、各々、流路２０８、２０９のうちの関連付けられた１つに対応する、一対の押出チャネル１４２ａ、１４２ｂを画定してもよい。押出チャネル１４２ａ、１４２ｂは各々、チャネル１４２ａに対応する、最大３つ（または、それ以上）の別個の区画Ｌ１−Ｌ３と、チャネル１４２ｂに対応する、Ｒ１−Ｒ３とを含む。これらの別個の区画Ｌ１−Ｌ３、Ｒ１−Ｒ３は、押出チャネル１４２ａ、１４２ｂに沿って、円筒形流路２０８、２０９の幾何学形状に平滑に遷移し、気泡の導入、低流動または高圧力面積の生成等を防止する。Ｌ１−Ｌ３およびＲ１−Ｒ３は各々、別個の温度ゾーンを含み、別個のヒータを使用して加熱される。
【００３８】
再び、図３を参照すると、ベース混合物１９０は、概して、粉末および／またはペレット等の固体粒子の形態のベースポリマー（一実施形態では、例えば、未加工高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、再生ＨＤＰＥ、および／または再加工ＨＤＰＥを含む、ポリエチレン混合物）と、他の添加剤（例えば、ベース着色剤、内部処理潤滑剤、難燃剤等）と、を含む。一実施形態では、ベース混合物１９０は、約４００ｌｂ／ｈｒ乃至約２０００ｌｂ／ｈｒの総給送速度において、主要押出機ホッパ１５６から、供給ステーション１５０、押出機１０２の給送ゾーン１３０内へと分注される。他の好適なベースポリマーとして、逆回転二軸スクリュー押出機を使用する場合、ポリプロピレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、鎖状低密度ポリエチレン、およびＰＶＣが挙げられる。他の実施形態では、粉砕再生ポリマー、再加工ポリマー、および再生ポリマー（例えば、カーペット廃棄物）が、ベースポリマーとともに、または未加工ベースポリマーの代用として、添加されてもよい。ベース混合物１９０は、約４００ｌｂ／ｈｒ乃至約２０００ｌｂ／ｈｒの給送速度において、押出スクリュー１１０、１１２によって、押出バレル１２０を通って、給送ゾーン１３０から、押出ダイ１４０に向かって、運搬されるのに伴って、電気加熱要素によって加熱され、分散される（すなわち、ポリマー粒子と添加剤粒子が、混合および粉砕される）。
【００３９】
上述のように、押出スクリュー１１０、１１２は、１２の別個の処理ゾーンＺ１−Ｚ１２を画定し、最初の６つの処理ゾーンＺ１−Ｚ６は、第１の混合領域１７０（比較的高い混練および剪断のため）を形成し、最後の６つのゾーンＺ７−Ｚ１２は、比較的低い剪断および混合のために構成される、第２の混合領域１７２を形成する。本発明の種々の実施形態において使用される、高温および低温は、表Ａ−１に提示されるが、図示されるものより高いまたは低い温度も、想定される。表Ａ−１に示されるように、ベース混合物１９０は、これらの処理ゾーンの最初の４つ（すなわち、Ｚ１−Ｚ４）に沿って運搬されるのに伴って、約３０℃（外気、ゾーンＺ０において）乃至約２４０℃の温度に加熱され、第１の混合領域１７０から流出する前に徐々に冷却され、それによって、完全に混合された溶融プラスチック材料を形成する。プロセスにおける本時点では、溶融材料は、ベースポリマー、すなわち、高密度ポリエチレンと、添加剤の複合材である。
【００４０】
充填材料（木材または天然繊維）および着色剤等のさらに他の材料を添加し、所望の物理特性および外観効果を達成可能である。木材または天然繊維は、得られたＷＰＣに、所望の靭性、剛性、外観、または市販製品として成功するために要求される他の特性をもたらす。着色剤は、外観効果のためのものである。
【００４１】
再び、図３および４を参照すると、例えば、木材繊維、麻、ケナフ、アバカ、黄麻、亜麻、および粉状もみ殻等の複数の天然繊維１９２と、１つ以上の添加剤が、溶融ポリマー材料との混合のために、１つ以上の二次付帯フィーダ１６０を通して、押出機１０２内に計量される。天然繊維１９２および任意の添加剤１９４は、第６処理ゾーンＺ６に近接する領域において、押出機１０２内に導入される。次いで、繊維１９２および添加剤／着色剤１９４が、第２の（比較的低い剪断）混合領域１７２を通して運搬されるのに伴って、溶融ベース材料１９０と混合される。溶融複合材は、第１０処理ゾーンＺ１０に沿って運搬されるのに伴って、最初に、約２９ｉｎ−Ｈｇの真空下、圧縮される。次いで、材料が、膨張され、蒸発のために、外側表面へと湿気が上昇される。次いで、材料は、再び、約２５乃至約２９ｉｎ−Ｈｇの真空下、圧縮される。本遷移領域Ｚ１０は、材料が、押出ダイに向かって運搬されるのに伴って湿気を除去する。スクリュー区画１１６は、上述されたように、複合材材料１９０内に繊維１９２の高分布を提供する一方、同時に、着色剤１９４と複合材材料の過混合を抑制するように選択される。本実施形態では、天然繊維１９２は、約４００ｌｂ／ｈｒ以下乃至約２０００ｌｂ／ｈｒ以上の速度において、押出機１０２内に計量される。本時点で、押出機内に導入され得る、添加剤は、通常、非常に少量であって、５ｌｂ／ｈｒ乃至約５０ｌｂ／ｈｒの範囲である。例外として、成形機および／または裁断機トリム屑は、約５０ｌｂ／ｈｒ乃至約３００ｌｂ／ｈｒの速度で添加され、再生カーペット廃棄物は、約５０ｌｂ／ｈｒ乃至約５００ｌｂ／ｈｒの速度で添加されてもよい。再生カーペット廃棄物は、米国特許出願公開第２００８／０１２８９３３号（本開示は、参照することによって、本明細書に全体として本明細書に組み込まれる）に記載のように、顆粒形態であってもよい。
【００４２】
フィーダはすべて、主要入口ポートおよび二次ポートの両方に対して、プログラム可能論理コントローラ１８０を通して制御される。加えてまた、コントローラ１８０は、共押出機３００および関連構成要素だけではなく、下流の構成要素（例えば、引抜器３１８、鋸３２０等）を制御する。添加される各材料の量は、最適配合制御のために制御され、特定量における特定材料の使用を可能にし、押出複合材生成物の物理特性を制御する。
【００４３】
複合材材料は、第２の混合領域１７２に沿って、押出ダイ１４０に向かって運搬されるのに伴って、第１の混合領域１７０から流出する時の温度から、約１７０℃乃至約１８０℃の温度へと徐々に冷却される。本冷却は、処理温度によって燃焼または破壊されることなく、繊維１９２を溶融複合材材料１９０と混合させる。材料は、ゾーンＺ１１からゾーンＺ１２へと運搬されるのに伴って、圧縮され、したがって、材料をダイに付勢するために、押出機出口において、例えば、約７バール乃至約３０バールに圧力を蓄積させ、溶解ポンプ出口において、１０バール乃至８０バールに増加される。一実施形態では、アダプタおよび溶解ポンプは、押出システム１００の遠位端１２６に設置される。溶解ポンプは、システム１００内の押出材料の圧力を水平化する。また、表Ａ−１は、溶解ポンプにおける材料の温度および圧力範囲を図示する。次いで、複合材材料は、Ｙ形ブロックアダプタ（存在する場合）内に給送され、そこで、温度約１６５℃まで加熱され、２つの別個の流動に分裂され、押出ダイ１４０の対応する押出ポート１４２ａ、１４２ｂに付勢され、キャップストックとともに共押出される、一対の押出複合材プロファイルを形成する。共押出ダイ３１２は、各押出ダイ１４０の出口面１４０ａ、１４０ｂ（図６に図示されるように）に設置されるが、詳細については、後述される。同様に、ダイ内の内部圧力は、押出が、単一ダイまたは二重ダイ配列上で行われるかどうかに依存する。
【００４４】
図７Ａ−７Ｃは、本発明の一実施形態による、共押出ダイ３１２の種々の図である。共押出ダイ３１２は、別個の区分Ａ−Ｄを伴う、積層された４つのプレートダイである。各ダイ区分内のある数の孔４００は、ボルトまたは位置決めピンを収容し、別個の区分を整列させる。ダイ３１２の各区分は、ダイ３１２を通って、方向Ｆに流動する、押出コア材料を収容するように定寸されたチャネル４０２を画定する。２つの共押出ダイが、使用される。区分Ａの注入口面は、各押出ダイ１４０の出口面１４０ａ、１４０ｂに固着される。溶融キャップストック材料は、区分Ａ内の注入口４０６を介して、ダイ３１２に導入される。溶融キャップストック材料は、複数のチャネル４０８を通って流動する。各チャネル４０８は、概して、ダイ３１２の隣接する当接区分上の整合チャネル４０８に対応する。例えば、区分Ｂの流出口面上のチャネル構成は、実質的に、区分Ｃの注入口面上のチャネル構成に対応する。最終的には、溶融キャップストック材料は、区分ＢおよびＣと区分ＣおよびＤとの間の界面にある場所４１０において、押出コア材料に導入され、コア押出物の通過外側表面上に計量される。これらの場所４１０については、円形オーバレイとして指定される図７Ａ内の図７Ｃによって示されるように、図７Ｃに図示される、拡大部分図に詳示される。
【００４５】
いくつかの潜在的キャップストック配合が、性能特性を判定するために調製および試験された。表Ｂ−１ＡおよびＢ−１Ｂは、本発明に従って調製された、いくつかの配合を識別する。配合は、総配合に対する各成分の重量％において提供される。特定のサンプル配合は、「識別番号」によって識別される。サンプルＦＣＩ  １０００−ＦＣＩ  １０１３、およびＦＣＩ  １００８Ｂは、３つの酸性コポリマー前駆体のうちの１つと、亜鉛マスターバッチ（ＭＢ）とを利用して、イオノマーキャップストックを生成する。図示される配合のすべてと併用されるマスターバッチは、ＣＲＹ  ＺＮＣＯＮ（ロット番号４５０１）である。これらのサンプル配合のうちの２つは、最終イオノマーであって、すなわち、ＤｕＰｏｎｔ製サンプルＦＣＩ  １０００およびＳｕｒｌｙｎ  ９９１０である。製品番号６００７  ＨＤＰＥ／０７６０−０１としてのＣｈｅｖｒｏｎ  Ｐｈｉｌｌｉｐｓ製高密度ポリエチレンは、表に識別された割合において、あるイオノマーサンプルに導入された。また、硫酸カルシウム、着色剤、および帯電防止添加剤等の添加剤も添加された。いくつかのキャップストック材料は、その後の清浄が困難である、吸塵に対して親和性を示すことが観察されている。これは、イオノマー内の未反応酸の存在によるものであり得ると考えられる。硫酸カルシウム（例えば、石こう）が、配合に添加され、粉塵を模倣し、反応酸性部位に結合させてもよい。また、帯電防止添加剤は、キャップストック材料上の任意の残留静電荷を減少させることによって、吸塵を低下させてもよい。
【００４６】
また、種々のサンプル配合の試験結果は、表Ｂ−１ＡおよびＢ−１Ｂに提供される。ＡＳＴＭ標準試験、すなわち、溶融指数試験（ＡＳＴＭ  Ｄ−１２３８）、Ｓｈｏｒｅ  Ｄ硬度試験（ＡＳＴＭ  Ｄ−２２４０）、ガードナー衝撃試験（ＡＳＴＭ  Ｄ−５４２０）、引張強度試験（ＡＳＴＭ  Ｄ−４１２）、伸長試験（ＡＳＴＭ  Ｄ−４１２）、および曲げ弾性率試験（ＡＳＴＭ  Ｄ−７９０）を行い、以下に識別される結果を得た。要約として、最終イオノマー（すなわち、Ｓｕｒｌｙｎ  ９９１０およびＦＣＩ  １０００）を利用したサンプルは、より望ましい結果をもたらしたが、これは、より少ない添加剤の存在による可能性が高いと考えられる。
【００４７】
【表２】
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【００４８】
【表３】
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表Ｂ−２は、ＨＤＰＥの割合の増加を利用して、イオノマーキャップストックの例示的配合を図示する。また、性能データも、提供される（表Ｂ−１ＡおよびＢ−１Ｂに関して上述のＡＳＴＭ標準試験に従って）。また、特性標的データ情報も、提供される。特性標的は、完全なイオノマー化反応を示す、特性を識別する。着目すべき傾向の１つは、ＨＤＰＥ配合の割合の増加に伴う、接着性データの上昇に関するものである。
【００４９】
【表４】
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表Ｃ−１は、本発明による、キャップストックを備えた複合材配合に利用され得る、種々の成分の範囲を図示する。表Ｃ−１および本明細書の全表に提供される範囲は、近似値であって、すなわち、許容範囲は、それらの実際に列挙されたものより低いまたは高くてもよい。表Ｂ−１Ａ、Ｂ−１Ｂ、およびＢ−２に図示される、イオノマー配合のいずれも、本明細書に説明される、キャップストックを備えた木材プラスチック複合材、または単に、プラスチックコアに利用されてもよい。具体的には、主要給送を介して導入される材料は、ＨＤＰＥペレット（ベースポリマーとして）、潤滑剤、および着色剤を含んでもよい。また、ベースポリマー内で使用されるＨＤＰＥペレットの少なくとも一部を置換するために、粉砕再生（微粉または薄片の形態の）、再加工、および／または再生ポリマー等の他の成分が、主要給送を介して導入されてもよい。粉砕再生材料は、使用済または再利用ポリエチレン材料、あるいは２つの組み合わせである。再加工物とは、押出生成物の生産において生成される、再加工された押出材料である。再生ポリマーは、再生カーペット廃棄物、プラスチックバッグ、ボトル等であってもよい。主要給送の下流に設置される、付帯給送を利用して、所望に応じて、木材充填剤および他の添加剤を導入してもよい。
【００５０】
【表５】
2012512772.tif 000007
キャップストックは、ＷＰＣとともに共押出され、標準的コア木材プラスチック複合材の配合を改変する必要なく、性能および外観特性が向上した、押出生成物を生成し、同一スクリュープロファイルおよびゾーンパラメータを使用して、押出機内で処理可能であることが発見されている。加えて、表Ｃ−１の成分範囲および表Ａ−１の処理範囲に従って製造された、キャップストックを備えたＷＰＣの特定の実施例は、表Ｄ−１、Ｄ−２Ａ、およびＤ−２Ｂに図示される。
【００５１】
表Ｃ−１は、容認可能なキャップストックを備えたＷＰＣを生成するために使用され得る、別個の成分の範囲を例証する。着目すべきこととして、イオノマーキャップストックは、重量比約１％乃至約１００％のイオノマーを含んでもよい。イオノマーキャップストックの他の実施形態として、重量比約２０％乃至約８０％のイオノマー、重量比約５０％乃至約７０％のイオノマー、および重量比約６０％乃至約６８％のイオノマーを含んでもよい。ＨＤＰＥペレット（ベースポリマーとして）として、キャップストック重量比約０％乃至約９９％、キャップストック重量比約２０％乃至約８０％、キャップストック重量比約３０％乃至約６０％、およびキャップストック重量比約３０％乃至約５０％を含んでもよい。他の実施形態として、キャップストック重量比約３２％乃至約４０％のＨＤＰＥペレットが挙げられる。約２７．５％のイオノマーおよび約７２．５％のＨＤＰＥを利用する、キャップストック配合の実施形態は、特に望ましい商業特性を示している。本最後の配合では、接着性が、非常に高い一方、耐スクラッチ性および耐損傷能力は、重度に影響を受けない。
【００５２】
さらに、異なる種類の潤滑剤は、処理の際、同等に良好に作用する。例えば、「１パック」または組み合わせられた特殊潤滑剤（例えば、Ｓｔｒｕｋｔｏｌ  ８０１）と、より従来的別個の潤滑剤パッケージ（例えば、ステアリン酸亜鉛、ＥＢＳろう等）の両方が併用される場合、本発明は、配合に対する潤滑剤アプローチに関わらず、容認可能に加工処理された。表Ｃ−１に図示される成分の範囲内において、ある配合は、商業目的のために、特に望ましいことが証明されている。そのようなコア材料の実施形態の１つは、約４７．５％のポリマー、約５％の潤滑剤、約１％の着色剤、および約４６．５％の木材充填剤である。本実施形態のためのキャップストック材料は、約６１．５％のイオノマー、約３４．６％のＨＤＰＥペレット、および約３．９％の着色剤である。
【００５３】
また、配合に使用される高割合のキャップストックポリマーは、接着性の増加をもたらす一方、さらに容認可能な耐候性を留保することが判定されている。図８は、ＨＤＰＥ配合の割合と接着強度との間の本関係を図示する。着目すべきこととして、ＨＤＰＥの増加に伴って、接着性が、上昇するが、５０％超のＨＤＰＥ量を有するキャップストック配合は、接着性に改善はほとんど示さない。
【００５４】
共押出機ダイ配列を越えた、下流の機械的動作は、共押出されたキャップストックを備えた複合材が、キャップストックを備えていない木材プラスチック複合材に対して、最終生成物の処理に最小の影響を及ぼすという点において、配合および処理条件と同一パターンに従う。押出生成物は、従来の移動式鋸または他の機器を使用して、裁断可能である。同様に、押出ボードは、標準的機器を使用して、成形および／または型押可能である。成形の場合、ブレード裁断機を使用して、溝付きまたは砂状外観に、表面外観を変更可能である。また、これらの配合は、高温表面型押加工可能である。型押ロールの表面を加熱するための内部熱油システムまたはロール表面を加熱するための赤外線加熱システムのいずれかを使用する型押ロールの両方によって、ボードを型押加工する、あるいは外気温度ロール表面が、高温共押出表面上に押圧されてもよい。
【００５５】
共押出複合材配合は、標準的キャップストックを備えていない複合材と同等の屈曲強度および靭性をもたらす。押出および冷却後、最終複合材材料は、容認可能性能および幾何学形状を保証するために、試験ならびに検査されてもよい。視覚的外観、寸法制御、物理的特性、水分吸収性等を含む、複数のパラメータが、評価されてもよい。
【００５６】
視覚的に、複合材は、材料内の縁または空隙に沿って、亀裂に関して、内部から検査される（例えば、複合材は、材料の一貫した分布、キャップストックの接着性等を確認するために、裁断、穿孔等されてもよい）。寸法制御検査は、静止時および装填時の両方において、複合材が、反り、屈曲、または捻転に対して、適切に耐性があるかどうかを判定する。サンプルは、例えば、ＡＳＴＭ−Ｄ７９０に基づいて、試験され、応力、変位、弾性率、および負荷等の特定の物理特性を判定してもよい。
【実施例】
【００５７】
表Ｄ−１は、本発明による、３つのイオノマーキャップストックを備えたＷＰＣを図示する。コア材料は、ＨＤＰＥペレット、再加工ポリエチレン、粉砕再生（再生ポリエチレン）、Ｓｔｒｕｋｔｏｌ  ８０１、および着色剤を含む。カエデ木粉が、ポリマー混合物に添加され、次いで、キャップストックとともに共押出される。３つのサンプル９３１８Ａ、９３１８Ｂ、および９３１８Ｃ各々のコア配向は、同じである。各サンプルは、異なるキャップストックを含む。３つのサンプルはすべて、ＤｕＰｏｎｔ製３７％のＨＤＰＥおよび６３％のＳｕｒｌｙｎ  ９９１０のベースキャップストック材料を利用する。Ｄｕｐｏｎｔ  Ｆｕｓａｂｏｎｄ  ＡおよびＢが、接着性促進剤として、各々、サンプル９３１８Ｂおよび９３１８Ｃに添加された。興味深いことに、サンプル９３１８Ａの接着性の値は、接着性促進剤を導入した他のサンプルのものより高かった。これは、キャップストック材料内のＨＤＰＥ含有量によって形成された接合が、添加剤によって形成された接合より強力な接合であるためである可能性が高い。付加的試験結果が、表Ｄ−１に図示されており、これは、ＡＳＴＭ  Ｄ−１９８に従って行われたものである。
【００５８】
サンプルに対して、キャップストックを備えたＷＰＣサンプルを２４時間熱湯に曝し、任意の外観変換を評価するステップが含まれる、高温浸水試験を行った。加えて、サンプルに対して、キャップストックを備えたＷＰＣサンプルを外気温度で３時間水に浸水させるステップが含まれる、浸漬／冷凍／解凍試験を行った。その後、サンプルを３時間冷凍し、次いで、最大１２時間外気で解凍させた。本試験では、外気温度は、約６８°Ｆ乃至約７８°Ｆである。キャップストックを備えたサンプルは、特に、キャップストックを備えていないＷＰＣと比較して、非常に低い水吸収特性を有していた。例えば、キャップストックを備えたＷＰＣは、１日高温浸水試験後、ほとんど水からの損傷を示さない。キャップストックを備えたＷＰＣと異なり、キャップストックを備えていないＷＰＣの端部および縁は、劣化し、擦り減り、水分を吸収している。浸漬／冷凍／解凍試験の視覚的結果でも、同様の差異が示され、キャップストックを備えていないＷＰＣは、著しい亀裂、陥凹、および劣化を被っている。同様の浸漬／冷凍／解凍試験後、キャップストックを備えたＷＰＣにも、いくつかの亀裂が現れたが、有意に減少されている。キャップストックを備えていないＷＰＣは、あらゆる方向に自由に膨張し得るため、キャップストックを備えたＷＰＣよりその形状を留保可能であるだろうことが予測された。故に、キャップストックを備えたＷＰＣが、試験手順に対してより優れた耐性を示し得たことは驚くべきことである。
【００５９】
耐菌およびカビ性は、複合材コアの表面上のキャップストックにのみ組み込まれることが必要とされる、殺生物剤の使用を通して、キャップストックを備えていないＷＰＣより改善される。加えて、紫外線および酸素安定剤を使用して、キャップストック化合物の色素沈着を保護し、キャップストックを備えたＷＰＣの老朽性を改善することが可能である。
【００６０】
【表６】
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表Ｄ−２ＡおよびＤ−２Ｂは、本発明に従って製造された、６つのイオノマーキャップストックを備えたＷＰＣを図示する。表Ｄ−１に関して上述の成分に加え、いくつかのサンプルは、付加的成分を組み込む。接着性促進剤として、ＤｕＰｏｎｔ  Ｆｕｓａｂｏｎｄ材料の代わりに、表Ｄ−２ＡおよびＤ−２Ｂに図示される実施例は、ＤｕＰｏｎｔ  ＮｕｃｒｅｌまたはＤｕＰｏｎｔ  Ａｌｖａｌｏｙ（エチレンビニルアルコール）を使用する。加えてまた、Ｓｔｒｕｋｔｏｌイオノマーを使用する２つの実施例も、提示される。着目すべきこととして、Ｓｔｒｕｋｔｏｌイオノマーを含む、２つの配合は、キャップストック材料が、キャップストックおよびコア材料の分離が生じる前に、良好に断裂および破壊を開始し、高接着性を示した。
【００６１】
【表７】
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【００６２】
【表８】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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