(57)【要約】  本発明は、  −  リグノセルロース系作物を収穫して収穫されたリグノセルロース系作物を処理することによりリグノセルロース繊維の原混合物を得ることと、  −  シービングや粉砕などにより、リグノセルロース繊維の原混合物を、約＜ｓ１の繊維サイズを有するとともに第１の物理的／化学的性質を有する繊維の混合物を含む第１の画分（ｆ１）と、約＞ｓ１の繊維サイズを有するとともに第１の物理的／化学的性質とは異なる第２の物理的／化学的性質を有する繊維の混合物を含む第２の画分（ｆ２）と、に分離することと、  −  第１の画分（ｆ１）の繊維又は第２の画分（ｆ２）の繊維と結合剤（３）とを混合することと、  −  結合剤を硬化させてバイオベース複合材を得ることと、を含む、バイオベース複合材を製造するためのミスカンサス繊維やソルガム繊維などのリグノセルロース繊維の混合物の処理方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオベース複合材（１）を製造するためのミスカンサス繊維やソルガム繊維などのリグノセルロース繊維の混合物の処理方法（１００）であって、
−  リグノセルロース系作物を収穫（１０１）して前記収穫されたリグノセルロース系作物を処理することによりリグノセルロース繊維の原混合物（２）を得ることと、
−  シービングや粉砕などにより、リグノセルロース繊維の前記原混合物を、約＜ｓ１の繊維サイズを有するとともに第１の物理的／化学的性質を有する繊維の混合物を含む第１の画分（ｆ１）と、約＞ｓ１の繊維サイズを有するとともに前記第１の物理的／化学的性質とは異なる第２の物理的／化学的性質を有する繊維の混合物を含む第２の画分（ｆ２）と、に分離（１０２）することと、
−  前記第１の画分（ｆ１）の繊維又は前記第２の画分（ｆ２）の繊維と結合剤（３）とを混合（２０１）することと、
−  前記結合剤を硬化（２０２）させて前記バイオベース複合材を得ることと、
を含む、方法（１００）。
【請求項２】
前記結合剤がモルタルであり、前記繊維が、３Ｄプリント可能なコンクリート混合物を得るために１．５ｍｍ未満の繊維サイズと７〜２０ｗｔ％の範囲の繊維量とを有し、前記モルタルが、好ましくはＭｇＯ／水性ＭｇＣｌ２モルタル系をベースとする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記結合剤がモルタルであり、前記繊維の少なくとも５０ｗｔ％が、コンクリート混合物を得るために２〜８ｍｍの繊維サイズと５〜１３ｖｏｌ％の範囲の繊維量とを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ａ）材料を秤量することと、
ｂ）粉末（セメント及び砂以外の充填材）を乾式混合することと、
ｃ）砂を添加して砂と粉末とを乾式混合することと、
ｄ）７５％の所要の水を添加して内容物を均一に混合することと、
ｅ）選択的に前記混合物を約１分間静置することと、
ｆ）流動化剤＋残りの２５％の水を添加して低速混合を継続することと、
ｇ）乾燥ミスカンサス繊維を添加して低速混合を継続することと、
ｈ）追加の水（水２．５ｇ／繊維１ｇｒ）を添加して前記低速混合を継続することと、
選択的に混合スピードを増加させていずれのクランプしている繊維も分離させることによりミスカンサス含有コンクリート混合物を得ることと、
をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記バイオベースコンクリート混合物が０．０１〜１ｗｔ％の流動化剤、好ましくはポリカルボキシレートエーテル可塑剤を含有する、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記リグノセルロース系作物が乾燥作物であり、且つリグノセルロース繊維の前記原混合物が少なくとも８０ｗｔ％、好ましくは少なくとも９０又は９１ｗｔ％の乾燥繊維と５〜２０ｗｔ％の水とを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の画分が、０．３〜０．５ｍｍの長さを有する繊維を含む第１のさらに分離された画分を得るためにさらに分離される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の画分が、約０．３〜０．４ｍｍの長さを有する繊維を含む第１のさらに分離された画分を得るためにさらに分離される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の画分が、約０．３２５〜０．３７５ｍｍの長さを有する繊維を含む第１のさらに分離された画分を得るためにさらに分離される、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の画分が、約０．３５ｍｍの長さを有する繊維を含む第１のさらに分離された画分を得るためにさらに分離される、請求項７〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
−  シービングや粉砕などにより、前記第２の画分（ｆ２）を、約＞ｓ１且つ約＜ｓ２の繊維サイズを有する繊維の混合物を含む第３の画分（ｆ３）と、約＞ｓ２の繊維サイズを有する繊維の混合物を含む第４の画分（ｆ４）と、に分離（１０３）すること
を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
−  前記第１の画分、前記第２の画分、前記第３の画分、及び／又は前記第４の画分の繊維と結合剤（３）とを混合（２０１）することであって、混合比が、製造される前記バイオベース複合材の所望の性質に基づいて決定される、ことと、
−  前記結合剤を養生（２０２）させて前記バイオベース複合材を得ることと、
をさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の前記第１の画分、前記第２の画分、前記第３の画分、及び／又は前記第４の画分を用いたバイオベース複合材の製造方法（２００）。
【請求項１３】
−  マルトデキストリンなどの接着剤（５）の添加下で前記第１の画分、前記第２の画分、前記第３の画分、及び／又は前記第４の画分の繊維をペレット（６）に圧縮変換（２０４）するさらなることと、
−  前記第１の画分、前記第２の画分、前記第３の画分、及び／又は前記第４の画分の繊維を含有する前記ペレットと前記結合剤とを混合（２０１）して前記結合剤を養生させることにより前記バイオベース複合材を得るさらなることと、
−  前記バイオベース複合材をグラニュレートに変換処理（２０３）するさらなることと、
を含む、請求項１又は請求項６〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
−さらに、前記グラニュレート（４）をフォイル（７）に圧縮変換（２０４）すること
を含む、請求項１又は請求項６〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法が、
−  前記バイオベース複合材、前記グラニュレート、又は前記フォイルを、製品、たとえば水分の吸収が意図された製品、たとえば食品製品用又はおむつ用のパッケージングに変換処理するさらなること
を含む、請求項１又は請求項６〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の画分が、前記結合剤と混合される繊維混合物の少なくとも７０％、より好ましくは少なくとも８０％、さらにより好ましくは少なくとも９０％、最も好ましくは約１００％を構成する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記バイオベース複合材がバイオベースコンクリート混合物であるとき、
−前記モルタルを養生させる前に３Ｄプリンターを用いて流動性モルタル／繊維混合物を所望の形状にプリントすること
をさらに含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記グラニュレート又は前記フォイルが、熱形成により、製品、たとえば水分の吸収が意図された製品、たとえば食品製品用又はおむつ用のパッケージングに変換処理される場合、熱形成プロセス温度が約１１０〜１３０℃、好ましくは約１２０℃である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法により得られるグラニュレート又はバイオベースコンクリート混合物。
【請求項２０】
それぞれ、請求項１５又は１７に記載の方法により得られる製品、たとえば水分の吸収が意図された製品、たとえば食品製品用若しくはおむつ用のパッケージング、又は３Ｄプリントコンクリート構造物。
【請求項２１】
前記製品が消費者製品である、請求項２０に記載の製品。
【請求項２２】
前記製品が水分の吸収が意図された製品である、請求項２０又は２１に記載の製品。
【請求項２３】
前記製品が食品製品用又はおむつ用のパッケージングである、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２４】
前記製品が、キャットリター、ランプシェード、トレイ、又は花瓶である、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２５】
５〜１３ｖｏｌ％の繊維を有するバイオベースコンクリート混合物であって、前記繊維の少なくとも５０ｗｔ％が２〜８ｍｍの繊維サイズを有する、バイオベースコンクリート混合物。
【請求項２６】
前記繊維の少なくとも７０ｗｔ％が２〜８ｍｍの繊維サイズを有する、請求項２５に記載のバイオベースコンクリート混合物。
【請求項２７】
前記繊維がミスカンサス繊維である、請求項２５又は２６に記載のバイオベースコンクリート混合物。
【請求項２８】
前記混合物が０．０１〜１ｗｔ％の流動化剤を含有する（前記コンクリート混合物の全重量を基準にして）、請求項２５〜２７のいずれか一項に記載のバイオベースコンクリート混合物。
【請求項２９】
前記バイオベースコンクリート混合物が、ポリカルボキシレートエーテル可塑剤を含む流動化剤を含有する、請求項２５〜２８のいずれか一項に記載のバイオベースコンクリート混合物。
【請求項３０】
１．５ｍｍ未満の粒子サイズを有する７〜２０ｗｔ％の繊維を含有する３Ｄプリント可能なコンクリート混合物。
【請求項３１】
前記コンクリート混合物が、１．５ｍｍ未満の繊維サイズを有する１０〜１５ｗｔ％のミスカンサス繊維を含有する、請求項３０に記載の３Ｄプリント可能なコンクリート混合物。
【請求項３２】
前記混合物がＭｇＯ／水性ＭｇＣｌ２モルタル系をベースとする、請求項３０又は３１に記載の３Ｄプリント可能なコンクリート混合物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
−  リグノセルロース系作物を収穫して収穫されたリグノセルロース系作物を処理することによりリグノセルロース繊維の原混合物を得ること
を含む、バイオベース複合材を製造するためのミスカンサス繊維やソルガム繊維などのリグノセルロース繊維の混合物の処理方法に関する。本発明はさらに、リグノセルロース繊維を含有する製品、たとえば、バイオベース複合材及びバイオベースコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる方法は当技術分野で周知である。先行技術には、繊維の原混合物を得て続いてこれらの繊維からバイオベース複合材を製造する多くの方法が開示されている。
【０００３】
たとえば、ＰＣＴ国際公開第２０１０１３９０５６号パンフレットは、バイオプラスチック材料の製造方法及びこの発明のプラスチック材料を成形することにより得られる物品に関する。
【０００４】
中国特許出願公開第１０４３２７５２５号明細書には、ミスカンサスなどのグラス粉末を原料として含む生分解性プラスチックが開示されている。生分解性プラスチックは、３０〜６０％のグラス粉末、２０〜４５％のＰＥ、３〜１０％の改質剤、３〜１０％のバインダー、及び３〜５％の漂白剤を含む。グラス粉末はベース原料として使用され、生分解性プラスチックを調製するためにＰＥ、改質剤、バインダー、及び漂白剤と共混合される。
【０００５】
独国特許出願公開第４３３６６２７号明細書には、複合材料、すなわち、熱可塑性材料とリードやラッシュなどの繊維状材料とのマトリックスが開示されている。好ましいリードタイプは、最適強化のサイズ／直径比１０を有する「ミスカンサス・シネンシス（ｍｉｓｃａｎｔｈｕｓ  ｓｉｎｅｎｓｉｓ）」である。リードバーは、一方向又は二方向にプラスチックマトリックスに埋込み可能である。
【０００６】
欧州特許出願公開第０８３０４２４Ａ１号明細書には、少なくとも１つの主方向に引張り強度を有する粒子から実質的になる材料が均一に埋め込まれたプラスチックから少なくとも部分的になるプラスチックベース複合製品が開示されている。粒子は、特定的にはランダム配向を有し且つ０．２〜２ｍｍのサイズを有するプレート又は繊維の小粒子と、優先配向を有し、たとえば粒子の前記主方向の８０〜９５％が選択された製品の主方向にあり且つ粒子の主方向のサイズが約２〜６ｍｍである大粒子と、を含む。
【０００７】
欧州特許出願公開第２６４７７５８Ａ１号明細書には、ムサ属のバナナ、プランテン、アバカなどの集約農業の廃棄物を利用して繊維強化複合材を工業生産する方法が記載されている。この方法には、乾燥偽茎のリグノセルロースマトリックスから繊維を抽出するとともに、ひいてはリグノセルロースマトリックスを用いて得られた繊維を封入可能な反応性接着剤樹脂を生成して、微生物により生分解可能な繊維強化複合材料を製造する方法が記載されている。
【０００８】
ＰＣＴ国際公開第２００６０４８３３２Ａ１号パンフレットは、押出し可能なコンパウンド、押出し方法、及びポリマーと、セルロース系繊維と、エトキシル化ヒダントインのエステル、エトキシル化ソルビトール若しくはソルビタンのエステル、又は各アルカニル基に８〜１４個の炭素原子を含有するＮ，Ｎ’−ビスアルカノイルエチレンジアミンからなる群から選択される少なくとも１つの滑剤と、を含む押出し製品に関する。この発明に従って製造された押出し製品は、従来の木製品をシミュレートする。
【０００９】
しかしながら、実際には、最終製品のマトリックスに組み込まれる繊維の混合物の品質及び性質はかなり予測不能であり、予測不能な性能を有する最終製品をもたらすと思われる。さらに、入手可能な繊維混合物の使用が最適とは言えないため、最終製品の環境適合性は予想を下回る。すなわち、低い吸水性が実際上必要とされるときに高い吸水性を有するなど、最終製品に実際上有害な物理的／化学的性質を有する繊維が存在しうる。ときには、最終製品は、使用した繊維混合物が実質的に低品質であるため、最終製品を完全に廃棄しなければならないほどの低品質を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、最終製品のマトリックスに組み込まれる繊維の混合物の品質及び性質がより予測可能であり最終複合製品のより予測可能な性能をもたらすバイオベース複合材を製造するためのリグノセルロース繊維の混合物の処理方法を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的の一つは、改善されたコンポスト化性を有するバイオベース複合材を作製することである。
【００１２】
他の目的の一つは、改善された性質を有するリグノセルロース繊維を含有するコンクリートを作製することである。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、入手可能な繊維混合物の量が最適に使用されたバイオベース複合材を製造するためのリグノセルロース繊維の混合物の処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
これに関して、本発明に係る方法は、
−  リグノセルロース系作物を収穫（１０１）して収穫されたリグノセルロース系作物を処理することによりリグノセルロース繊維の原混合物（２）を得ることと、
−  シービングや粉砕などにより、リグノセルロース繊維の原混合物を、約＜ｓ１の繊維サイズを有するとともに第１の物理的／化学的性質を有する繊維の混合物を含む第１の画分（ｆ１）と、約＞ｓ１の繊維サイズを有するとともに第１の物理的／化学的性質とは異なる第２の物理的／化学的性質を有する繊維の混合物を含む第２の画分（ｆ２）と、に分離（１０２）することと、
−  第１の画分（ｆ１）の繊維又は第２の画分（ｆ２）の繊維と結合剤（３）とを混合（２０１）することと、
−  結合剤を硬化（２０２）させてバイオベース複合材を得ることと、
を含む、バイオベース複合材（１）を製造するためのミスカンサス繊維やソルガム繊維などのリグノセルロース繊維の混合物の処理方法（１００）
により特徴付けられる。
【００１５】
出願人は、リグノセルロース繊維とくにミスカンサス繊維が主にその繊維サイズに基づいてかなり異なる物理的／化学的性質を呈することを見いだした。その場合、好ましくは、ｓ１は、バイオベース複合材又は最終製品の繊維画分ｆ１、ｆ２の所望の物理的／化学的性質を考慮して、好ましくは同一のバッチ／作物の収穫で、１回以上（繰返し）の試験／実験を行うことにより決定すべきである。
【００１６】
好ましくは、収穫ことは、繊維のチョッピングを含む。分離ことは、好ましくは、１つ以上の後続のシーブこと及び粉砕ことを（連続して）含む。
【００１７】
好ましくは、乾燥リグノセルロース系作物は、リグノセルロース繊維の原混合物が少なくとも８０ｗｔ％、好ましくは少なくとも９０又は９１ｗｔ％の乾燥繊維を含むように使用される（すなわち、主に植物乾燥物質／バイオマスを含む）。実際には、５〜２０ｗｔ％の水がリグノセルロース繊維の原混合物中に残留するであろう。たとえば、ミスカンサス繊維を使用する場合、繊維の原混合物は、さらなる処理の前に繊維の原混合物を乾燥させる必要もなく、メイズ／トウモロコシチョップ装置などのチョップ装置により（収穫しながら）ただちに処理可能である。
【００１８】
たとえば、上述した試験の結果を示す図５に実線で示されるように、かかる試験時、およそ約２ｍｍのｓ１を選択した場合、２ｍｍ未満の繊維サイズを有する繊維は、一般に高い吸水能を呈するが、およそ２ｍｍ超の繊維サイズを有する繊維は、かかる吸水能の急激な予想外の低下を示すことを、出願人は見いだした。
【００１９】
同様に、およそ２〜４ｍｍの繊維サイズを有する繊維の嵩密度は、およそ２ｍｍ未満の繊維サイズ、およそ４ｍｍ超の繊維サイズ、さらには未シーブサンプル中に存在する繊維サイズを有する繊維の嵩密度よりも大きい。そのため、この場合、高い嵩密度を有する繊維を必要とするバイオ複合材たとえばバイオコンクリートで繊維を使用すべきとき、およそ２ｍｍのｓ１を再び選択可能である。
【００２０】
そのため、繊維の処理前に、最終製品のマトリックスに組み込まれる繊維の混合物の物理的／化学的性質ができる限り予測可能であり、したがって、最終複合製品の予測可能な性能をもたらすことを保証するために、原繊維混合物を異なる繊維サイズを有する画分に分離することが推奨されうるというのが、出願人の意見である。
【００２１】
さらに、入手可能な繊維混合物が最適に使用されるように、第１のタイプの製品（たとえば、高い吸水性を必要とするおむつ）では第１の繊維画分及び第２のタイプの製品（たとえば、低い吸水性を必要とする自動車のインテリアコンポーネント）では第２の画分を使用できる可能性が非常に高い。また、個別の画分の物理的／化学的性質が既知であるとともに得られる混合物の最終的性質に関して少なくともなんらかの予測を行える場合、当然ながら第１の画分と第２の画分とを混合することも可能である。
【００２２】
大きな繊維サイズ（たとえば、１０ｍｍ超）を有する繊維をより短い繊維サイズ（たとえば、２ｍｍ未満、２〜４ｍｍ、及び４〜８ｍｍ）を有する繊維に粉砕することが可能である。
【００２３】
本特許出願との関連では、「繊維サイズ」とは、一般に「繊維長」を意味する。しかしながら、繊維幅が繊維長を超える状況が考えられるので（たとえば、非常に小さな繊維長を有するときなど）、その場合、繊維サイズという表現の使用がより適切と思われる。繊維サイズは、シーブすることにより、好ましくはエアジェットシーブでシーブすることにより決定される。エアジェットシーブとは、単一シービング用シーブ機のことである。すなわち、各シーブプロセスに対して１つのシーブのみが使用される。シーブ自体はプロセス時に移動しない。シーブ上の材料がエアの回転ジェットにより移動する。すなわち、シーブ機に接続されたバキュームクリーナーがシーブチャンバー内に真空を発生させ、回転スリットノズルを介して新鮮な空気を吸い込む。ノズルの狭いスリットを通過するとき、エアストリームが加速され、そしてシーブメッシュに吹き付けられることにより粒子を分散させる。メッシュ上では、エアジェットが全シーブ表面を覆うように分配され、シーブメッシュを介して低速度で吸い込まれる。そのため、より微細な粒子はメッシュ開口を通り抜けてバキュームクリーナー又は選択的にサイクロンに入る。
【００２４】
実施形態は、ｓ１＝１．０〜３．０ｍｍ、好ましくは１．５〜２．５ｍｍ、たとえば２ｍｍなどである上述した方法に関する。本出願人により行われた試験から（たとえば、図５に示される通り）、以上で述べた繊維サイズ未満の繊維サイズを有する繊維の吸水性が一般に最適であると思われる。好ましくは、それぞれ、バイオベース複合材をグラニュレートに変換処理する場合、ｓ２＝１．０〜３．０ｍｍ、好ましくは１．５〜２．５ｍｍ、たとえば２ｍｍなどであり、又はバイオベース複合材がバイオベースコンクリートである場合、ｓ２＝２〜８ｍｍ又はｓ２＝３．０〜５．０ｍｍ、好ましくは３．５〜４．５ｍｍ、たとえば４ｍｍなどである。実施形態は、
−  シービングや粉砕などにより、第２の画分を、約＞ｓ１且つ約＜ｓ２の繊維サイズを有する繊維の混合物を含む第３の画分と、約＞ｓ２の繊維サイズを有する繊維の混合物を含む第４の画分と、に分離すること
を含む上述した方法に関する。そのため、とりわけ、ｓ１をいくぶん小さめに選択して、第２の画分が、広範にわたるさまざまな繊維サイズを有する繊維と、いずれの有用な目的に対しても大きすぎる繊維と、を含むとき、繊維サイズに関してさらなる識別を行いうる。その中の第３の画分は、有利には、「中間」画分（多くの場合、最適レベルのある特定の所望の物理的／化学的性質を呈する）として機能しうる。当然ながら、とくにｓ１をいくぶん大きめに選択したとき、所望により、第１の画分をさらなる画分に分離しうる。
【００２５】
本発明者らは、コンクリート混合物で異なるサイズの繊維（好ましくはミスカンサス属（Ｍｉｓｃａｎｔｈｕｓ）由来のもの）を使用すると異なる性質を有するバイオベースコンクリートが得られることを見いだした。したがって、本発明はまた、５〜１３ｖｏｌ％の繊維を有するバイオベースコンクリート混合物に関する。ただし、繊維の少なくとも５０ｗｔ％は２〜８ｍｍの繊維サイズを有する。好ましくは繊維の少なくとも７０ｗｔ％は２〜８ｍｍの繊維サイズを有する。繊維の５〜１３ｖｏｌ％は、コンクリート混合物（養生前）を基準にして１〜２．６ｗｔ％の繊維に相当する。バイオベースコンクリート混合物は、硬化させるとバイオベースコンクリートになるであろう。
【００２６】
好ましくは、バイオベースコンクリート混合物はまた、０．０１〜１ｗｔ％の流動化剤を含有する（コンクリート混合物の全重量を基準にして）。流動化剤の例は、メトキシポリエチレングリコールコポリマー（側鎖）とメタクリル酸コポリマーとのグラフトコポリマーであるポリカルボキシレートエーテル可塑剤である。
【００２７】
このバイオベースコンクリート混合物は、コンクリート混合物が自己固結性であるとともに養生／硬化後に強力なコンクリートを生成するという利点を有する。コンクリート混合物は容易に流動するので、フレッシュコンクリート混合物の振動は必要でない。
【００２８】
このコンクリート混合物（好ましくはミスカンサスを含有する）は、
ａ）材料を秤量することと、
ｂ）粉末（セメント及び砂以外の充填材）を乾式混合することと、
ｃ）砂を添加して砂と粉末とを乾式混合することと、
ｄ）７５％の所要の水を添加して内容物を均一に混合することと、
ｅ）選択的に混合物を約１分間静置することと、
ｆ）流動化剤＋残りの２５％の水を添加して低速混合を継続することと、
ｇ）乾燥ミスカンサス繊維を添加して低速混合を継続することと、
ｈ）追加の水（水２．５ｇ／繊維１ｇｒ）を添加して低速混合を継続することと、
ｉ）選択的に混合スピードを増加させていずれのクランプしている繊維も分離させることによりミスカンサス含有コンクリート混合物を得ることと、
を含むプロセスにより作製可能である。
【００２９】
本発明は、また、以上に定義されたコンクリート混合物と比較して異なる流動性を有する３Ｄプリント可能なコンクリート混合物に関する。３Ｄプリント可能なコンクリート混合物は、コンクリート混合物の硬化前の流動が非常に限定されるので、コンクリート混合物の後続層を互いに重ねてプリント可能であるという利点を有する。
【００３０】
３Ｄプリント可能なコンクリート混合物は、１．５ｍｍ未満の粒子サイズを有する７〜２０ｗｔ％の繊維、好ましくはミスカンサス繊維を含有する。好ましくは、３Ｄプリント可能なコンクリート混合物は、１．５ｍｍ未満の繊維サイズを有する１０〜１５ｗｔ％、より好ましくは１２〜１５ｗｔ％、最も好ましくは１４ｗｔ％のミスカンサス繊維を含有する。かかる量の特定の繊維は、特定の繊維を有していないコンクリート混合物と比較してスランプフローを少なくとも１／２〜１／３に低減する。
【００３１】
３Ｄプリント可能なコンクリート混合物は、さらに好ましくはＭｇＯ／水性ＭｇＣｌ２モルタル系に基づく。使用されるマグネシアセメントは、ソーレルセメント又はオキシ塩化マグネシウムセメント（ＭＯＣ）とも呼ばれ、ＭｇＯとＭｇＣｌ２溶液とを混合することにより製造される。塩化水酸化マグネシウム水和物を形成する反応が行われる。形成可能なＭｇ錯体の例は、たとえば、５Ｍｇ（ＯＨ）２−１ＭｇＣｌ２−８Ｈ２Ｏ  ５−１−８（通常、最初に準安定状態で生成する）及び３Ｍｇ（ＯＨ）２−１ＭｇＣｌ２−８Ｈ２Ｏ  ３−１−８（通常、５−１−８から形成される安定相）である。
【００３２】
マグネシアセメントを使用する利点としては、白色大理石様外観、高い初期強度／良好な弾性（マトリックスと繊維との間の良好な接続による）、多量の充填材／有機材料を組込み可能であること、湿潤養生を必要としないこと、収縮／膨張しないこと、比較的低いＣＯ２排出量で製造可能であることが挙げられる。
【００３３】
例として、３Ｄプリント可能なバイオベースコンクリート混合物の処方は、以下の成分を含みうる。
・  ミスカンサス（１．５ｍｍにミル処理）  乾燥質量の１４、１９、及び２４ｗｔ％
・  乾燥体積の２８、３５、及び４０ｖｏｌ％
・  ＭｇＣｌ２ｘ６Ｈ２Ｏ  上水と混合（重量比０．７）
・  ＭｇＯ  ＭｇＣｌ２ｘ６Ｈ２Ｏと混合（比１．２５ｇ／ｍｌ）
（ミスカンサスの水吸着を補正するために高い固／液比）
【００３４】
圧縮強度試験は、異なるｗｔ％のミスカンサス繊維に対して以下の結果をもたらす。
【００３５】
【表１】
2020515506.tif 000002
【００３６】
マグネシアセメントの欠点は耐水性でないことである。しかしながら、３Ｄプリンティングが屋内の物体を対象とするのであれば、耐水性は問題にならない。追加の保護のために、３Ｄプリンティング後にコンクリート物体を被覆することも可能である。
【００３７】
本発明の他の一態様は、
−  第１の画分、第２の画分、第３の画分、及び／又は第４の画分の繊維と結合剤とを混合することであって、混合比が、製造されるバイオベース複合材の所望の性質に基づいて決定される、ことと、
−  結合剤を養生させてバイオベース複合材を得ることと、
をさらに含む、上述した方法に係る第１の画分、第２の画分、第３の画分、及び／又は第４の画分を用いたバイオベース複合材の製造方法に関する。
【００３８】
上述したバイオベース複合材は、たとえば、バイオプラスチック、バイオコンクリート、又はいずれかの他のタイプのバイオベース複合材でありうる。
【００３９】
実施形態は、
−  バイオベース複合材をグラニュレートに変換処理するさらなること
を含む上述した方法に関する。
【００４０】
出願人は、バイオベース複合材からグラニュレートへの変換処理が輸送性及び投入性の改善などの多くの利点を有することを見いだした。
【００４１】
好ましくは、上述した方法は、
−  マルトデキストリンなどの接着剤の添加下で第１の画分、第２の画分、第３の画分、及び／又は第４の画分の繊維をペレットに圧縮変換するさらなることと、
−  第１の画分、第２の画分、第３の画分、及び／又は第４の画分の繊維を含有するペレットと結合剤とを混合して結合剤を固化させることによりバイオベース複合材を得るさらなることと、
−  バイオベース複合材をグラニュレートに変換処理するさらなることと、
を含む。
【００４２】
好ましくは、結合剤はプラスチックであり、且つペレットと結合剤との混合はプラスチック押出し機により実施される。より好ましくは、約０．５ｍｍのｓ１を選択して０．５ｍｍ未満のサイズの繊維を有する第１の画分を用いることによりペレットを生成する。かかるペレットは、圧縮により容易に生成され、結合剤と容易に混合可能であり、しかもグラニュレートに容易に変換処理される。
【００４３】
プラスチックは、好ましくは、バイオベース熱可塑性材料、たとえば、デンプンベース熱可塑性材料、すなわち、デンプンと、グリセロール、ポリビニルアルコール、ポリ乳酸、脂肪族ポリエステル、ポリビニルアセテートなどのようなアルコールとのブレンド、穀粉ブレンドと、１〜１５個のＣ原子を有する線状又は分岐状のアルキルカルボン酸のビニルエステル、１〜１５個のＣ原子を有するアルコールとのメタクリレートエステル及びアクリレートエステル、ビニル芳香族物質、オレフィン、ジエン、ビニルハライドなどを含む群からの１つ以上のエチレン性不飽和モノマーをベースとするポリマーなどとのブレンドである（国際公開第２０１０１３３５６０号パンフレットも参照されたい）。
【００４４】
０．５ｍｍ未満の繊維サイズを有する繊維の量は、バイオベース複合材の全量を基準にして０．１〜１０ｗｔ％の範囲である。
【００４５】
実施形態は、
−  グラニュレートを異方向回転ローラー間に案内するなどにより、グラニュレートをフォイルに圧縮変換するさらなること
を含む上述した方法に関する。
【００４６】
実施形態は、
−  上述したバイオベース複合材、上述したグラニュレート、又は上述したフォイルを、製品、たとえば水分の吸収が意図された製品、たとえば食品製品用又はおむつ用のパッケージングに変換処理するさらなること
を含む上述した方法に関する。
【００４７】
当然ながら、花瓶、ランプシェード、キャットリターなどの他の（消費者）製品も考えられる。
【００４８】
出願人はまた、複数の層、たとえば１、２、３、４、５層、ただし好ましくは３層を有するフォイルを製造することにより、最終製品の機械的及び／又は化学的性質をさらに最適化しうることを見いだした。その場合、好ましくは、層は、機械的又は化学的性質を有する外側層Ａと機械的又は化学的性質を有する中間層Ｂとを備えたＡ−Ｂ−Ａ（３層を使用するとき）などの交互パターンで適用される。たとえば、中間層（とくに奇数の層を使用するとき）は、ジュートやサッククロスなどの他のタイプの繊維を用いて強化しうる。
【００４９】
好ましい実施形態では、フォイルは、３層（ＡＢＡ）を用いて作製可能であり、外側層Ａは、生体適合性材料（たとえばＰＬＡ）から作製され、且つ内側（Ｂ）層は、０．５ｍｍ未満のサイズを有する２〜４０ｗｔ％の繊維（好ましくはミスカンサス）を含む。かかるフォイルは、食品製品をパッケージするために使用可能であり、（Ｂ）層には改善された引裂き性を有する多量の繊維を含有しうる。
【００５０】
好ましくは、とくにパッケージ製品を製造するとき、フォイルから製品を製造するために熱形成又は熱成形プロセスが使用される。より好ましくは、プロセス温度が約１１０〜１３０℃、好ましくは約１２０℃である熱形成プロセスが使用される。出願人は、有利なことに、フォイルが主に（すなわち＞５０％、好ましくは＞７０％、より好ましくは＞８０％、さらには＞９０％が）、約０．３〜０．５ｍｍ（すなわち、第１の画分は第１のさらに分離された画分に分離される）、好ましくは約０．３〜０．４ｍｍ、より好ましくは約０．３２５〜０．３７５ｍｍ、たとえば約０．３５ｍｍの繊維サイズを有する繊維を含むとき、プロセス（オーブン）温度を低下させうることを見いだした（すなわち、約１８０℃の通常温度と対比して）。これは熱形成プロセス時に実質的な省エネルギーをもたらす。出願人は、２０〜３０％の省エネルギーが現実的となって製品の耐久性が改善及び強化されることを見いだした。
【００５１】
出願人はまた、約０．３〜０．５ｍｍ、好ましくは約０．３〜０．４ｍｍ、より好ましくは約０．３２５〜０．３７５ｍｍ、たとえば約０．３５ｍｍの記載の繊維サイズを有する繊維を含む主な／第１の画分（すなわち、第１のさらに分離された画分）がグラニュレート及びフォイルの押出しプロセス時の剪断を低減することを実践から見いだした。同時に、この繊維サイズは、驚くべきことに最終製品の非常に良好な吸水性及び機械的性質をもたらす。
【００５２】
その際、出願人は、高い押出し温度を使用したとき、繊維が多くの場合「燃焼」して悪臭又は「焦」臭をもたらすことを見いだした。出願人は、約１６０〜１７０℃たとえば約１６５℃の押出し温度を使用したとき、悪臭の発生が低減されることを見いだした。出願人は、上述した第１のさらに分離された画分の繊維サイズを用いると、おそらく押出し機内の摩擦が低下するため、悪臭がほぼ完全に存在しなくなることを試験時に見いだした。
【００５３】
実施形態は、第１の画分の物理的／化学的性質が最終製品で支配的となるように、第１の画分が、結合剤と混合される繊維混合物の少なくとも７０％、より好ましくは少なくとも８０％、さらにより好ましくは少なくとも９０％、最も好ましくは約１００％を構成する、上述した方法に関する。当業者であれば分かるであろうが、本特許出願全体を通じて挙げられたパーセントは、とくに指定がない限り、重量％を意味する。
【００５４】
実施形態は、第３の画分又は「中間画分」の性質が最終製品で支配的となるように、第３の画分が、モルタルと混合される繊維混合物の少なくとも７０％、より好ましくは少なくとも８０％、さらにより好ましくは少なくとも９０％、最も好ましくは約１００％を構成する、上述した方法に関する。
【００５５】
実施形態は、
−  モルタルを養生させる前に３Ｄプリンターを用いて流動性モルタル／繊維混合物を所望の形状にプリントすること
をさらに含む上述した方法に関する。出願人は、３Ｄプリンターにより以上の流動性混合物を適宜使用して建物などの建設に使用される形状物（たとえばベンチ若しくは縁石）又は物体をプリントすることが可能であり、とくにおよそ０．１及び１．５ｍｍの繊維サイズを使用したとき、プリンティングに良好な流動性、低い吸水性、プリントされたコンクリート混合物の形状物の良好な強度、及び良好な絶縁性が保証されることを見いだした。
【００５６】
実施形態は、バイオベース複合材をグラニュレート又は（消費者）製品に変換処理するとき、ｓ１が約０．４ｍｍ、より好ましくは約０．３７５ｍｍ、たとえば約０．３５ｍｍである、上述した方法に関する。
【００５７】
好ましくは、バイオベース複合材をグラニュレート又は製品に変換処理するとき、第１の画分は、０．３〜０．５ｍｍ、好ましくは約０．３〜０．４ｍｍ、より好ましくは約０．３２５〜０．３７５ｍｍ、たとえば約０．３５ｍｍの長さを有する繊維を含む第１のさらに分離された画分が得られるようにさらに分離される。出願人は、これによりフォイルの押出しプロセス時に摩擦が大幅に低減されることを見いだした。同時に、この繊維サイズは、驚くべきことに最終製品の非常に良好な吸水性及び機械的性質をもたらす。
【００５８】
これ以降では、本発明に係る方法の例示的な実施形態を参照して及び図面を参照して本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、バイオベース複合材を製造するためのリグノセルロース繊維の混合物の処理方法を模式的に示す。
【図２】図２は、バイオベース複合材がグラニュレートに変換処理される、バイオベース複合材を製造するためのリグノセルロース繊維の混合物の処理方法を模式的に示す。
【図３】図３は、繊維の混合物をペレットに圧縮変換してペレットと結合剤とを混合する方法を模式的に示す。
【図４】図４は、グラニュレートをフォイルに変換処理する方法を模式的に示す。
【図５】図５は、いくつかの繊維画分サンプルの嵩密度及び含水量を表すグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
図１は、バイオベース複合材１を製造するためのミスカンサス繊維やソルガム繊維などのリグノセルロース繊維の混合物の処理方法１００を模式的に示す。方法１００は、
−  リグノセルロース系作物を収穫１０１して収穫されたリグノセルロース系作物を処理することによりリグノセルロース繊維の原混合物２を得ること
を含む。本発明によれば、方法１１は、
−  シービングや粉砕などにより、リグノセルロース繊維の原混合物２を、約＜ｓ１の繊維サイズを有するとともに第１の物理的／化学的性質を有する繊維の混合物を含む第１の画分ｆ１と、約＞ｓ１の繊維サイズを有するとともに第１の物理的／化学的性質とは異なる第２の物理的／化学的性質を有する繊維の混合物を含む第２の画分ｆ２と、に分離１０２すること
により特徴付けられる。好ましくはｓ１＝１．０〜３．０ｍｍ、より好ましくは１．５〜２．５ｍｍ、たとえば２ｍｍ。好ましくは、収穫工程は、繊維のチョッピングを含む。分離工程は、好ましくは、１つ以上の後続のシーブ工程及び粉砕工程を（連続して）含む。
【００６１】
たとえば、第１の画分ｆ１及び第２の画分ｆ２の含水量（物理的性質として）を特徴付けるために、個別の画分ｆ１、ｆ２（すなわちそれらのサンプル）を９０〜１１０℃たとえば約１０５℃の温度にたとえば一晩加熱して、それらのそれぞれの含水量を決定可能である。そのため、ｓ１に対して異なる値を用いて実験することにより、ある特定の所望の含水量の第１の画分ｆ１又は第２の画分ｆ２を有するようにｓ１の最適値を決定可能である。
【００６２】
それぞれの画分ｆ１、ｆ２の密度は、上述した（乾燥）サンプルの１つ及びＨｅ−ピクノメーターを用いて決定可能である。そのため、同様に、ｓ１に対して異なる値を用いて実験することにより、ある特定の所望の密度の第１の画分ｆ１又は第２の画分ｆ２を有するようにｓ１の最適値を決定可能である。
【００６３】
たとえば、吸水性は、かかる画分ｆ１、ｆ２を含むバイオベース複合材１又は最終製品が吸収可能な水の量の指標として個別の各サイズ画分ｆ１、ｆ２に対して静水秤を用いて決定可能である。バイオベース複合材１が、セメント又はモルタルを含むバイオベースコンクリート混合物であり、第１及び第２の画分ｆ１、ｆ２の繊維がセメントの水和に影響を及ぼすとき、等温熱量測定を使用可能である（たとえば１０ｍｌの比較的少量のサンプルを用いて）。たとえば、ボールミルなどのミルにより画分ｆ１、ｆ２を粉砕してからセメントと混合可能である。水和時に発生する熱を測定して「ニート」セメントペーストと比較可能である。リグノセルロース繊維を水中で煮沸して繊維から有機物を搾取する。次いで、水をセメントと混合して水和に及ぼす影響を測定する。等温熱量測定による初期評価の後、より大量／リグノセルロースの混合物を断熱成形型内で作製して水和時の温度を測定可能である。リグノセルロースを「そのままの状態」で混合すると、それほど正確ではないがセメントの水和に及ぼすリグノセルロースの影響に関するより現実的な情報が得られよう。
【００６４】
以上の測定／特徴付けに基づいて、得られるバイオベース複合材１がバイオベースコンクリートの場合、さまざまなリグノセルロース／セメント／水比を用いた複数の処方を作成して、物理的／化学的性質（たとえば、機械的性質、密度、レオロジー性）に関して試験することが可能である。
【００６５】
水又は塩溶液に浸漬するなどによりリグノセルロース繊維を前処理する方法を試験してセメントに適用可能である。
【００６６】
好ましくは、物理的／化学的性質の「天然」の変動の指標を得るために、さまざまな年、季節、場所、土壌タイプなどで収穫されたリグノセルロースを用いて以上の工程を繰り返すべきである。
【００６７】
図１に示されるように、第２の画分ｆ２は、シービングや粉砕などにより、約＞ｓ１且つ約＜ｓ２の繊維サイズを有する繊維の混合物を含む第３の画分ｆ３と、約＞ｓ２の繊維サイズを有する繊維の混合物を含む第４の画分ｆ４と、にさらに分離１０３することが可能である。好ましくはｓ２＝３．０〜５．０ｍｍ、より好ましくは３．５〜４．５ｍｍ、たとえば、４ｍｍ。
【００６８】
図２は、
−  第１の画分ｆ１、第２の画分ｆ２、第３の画分ｆ３、及び／又は第４の画分ｆ４の繊維と結合剤３とを混合２０１することであって、混合比が、製造されるバイオベース複合材１の所望の性質に基づいて決定される、ことと、
−  結合剤３を養生２０２させてバイオベース複合材１を得ることと、
をさらに含む、第１の画分ｆ１、第２の画分ｆ２、第３の画分ｆ３、及び／又は第４の画分ｆ４を用いたバイオベース複合材１の製造方法２００を模式的に示す。
【００６９】
方法２００のさらなることは、
−  バイオベース複合材をグラニュレート４に変換処理２０３することをさらに
を含みうる。
【００７０】
方法２００は、
−  さらに、マルトデキストリンなどの接着剤５の添加下で第１の画分ｆ１、第２の画分ｆ２、第３の画分ｆ３、及び／又は第４の画分ｆ４の繊維をペレット６に圧縮変換２０４すること、
−  さらに、第１の画分ｆ１、第２の画分ｆ２、第３の画分ｆ３、及び／又は第４の画分ｆ４の繊維を含有するペレット６と結合剤３とを混合２０１して結合剤３を養生させることによりバイオベース複合材１を得ることと、
−  さらに、バイオベース複合材１をグラニュレート４に変換処理２０３することと、
を含みうる。
【００７１】
以上で述べたように、好ましくは、結合剤３はプラスチックであり、且つペレット６と結合剤３との混合はプラスチック押出し機により実施される。より好ましくは、約０．５ｍｍのｓ１を選択して０．５ｍｍ未満のサイズの繊維を有する第１の画分ｆ１を用いることによりペレット６を生成する。かかるペレット６は、圧縮により容易に生成され、結合剤３と容易に混合可能であり、しかもグラニュレート４に容易に変換処理される。
【００７２】
マルトデキストリンは、途中で、有利にはプレスの摩擦などの結果として加温状態になり、したがって、圧縮時（すなわち、ペレット６の圧縮時）に固着性になる。
【００７３】
図４に示されるように、方法２００は、
−さらに、グラニュレート４をフォイル７に圧縮変換２０４すること
を含みうる。
【００７４】
最後に、方法２００は、
−  さらに、バイオベース複合材１、グラニュレート４、又はフォイル７を、製品、たとえば水分の吸収が意図された製品、たとえば食品製品用又はおむつ用のパッケージングに変換処理すること
を含む。当然ながら、花瓶、ランプシェード、キャットリター、（パッケージング）トレイなどの他の（消費者）製品も考えられる。好ましくは、おむつを製造するとき、バイオベース複合材１は、パッド又は類似のホルダー／コンテナーに組み込まれ、その際、パッドは、乾燥剤（シリカゲルとほぼ同様）として作用する。そのため、おむつパッドは、陶磁器、トレイ、花瓶などの他の（消費者）製品のいくつかとは異なり、熱形成、押出しなどにより製造されない。好ましくは、パッド又は類似のホルダー／コンテナーは、ミスカンサス繊維を含む１つ以上の層（膜として作用する）を含む。
【００７５】
出願人はまた、複数の層、たとえば１、２、３、４、５層、ただし好ましくは３層を有するフォイル７を製造することにより、最終製品の機械的及び／又は化学的性質をさらに最適化しうることを見いだした。その場合、好ましくは、層は、機械的又は化学的性質を有する外側層Ａと機械的又は化学的性質を有する中間層Ｂとを備えたＡ−Ｂ−Ａ（３層を使用するとき）などの交互パターンで適用される。たとえば、中間層（とくに奇数の層を使用するとき）は、ジュートやサッククロスなどの他のタイプの繊維を用いて強化しうる。好ましくは、層Ａは、ミスカンサスを含有せずに生体適合性樹脂（たとえばＰＬＡのようなもの）から作製され、且つ層Ｂは、ミスカンサス繊維を含有する。
【００７６】
好ましくは、とくにおむつ又はパッケージ製品を製造するとき、フォイル７から製品を製造するために熱形成又は熱成形プロセスが使用される。より好ましくは、プロセス温度が約１１０〜１３０℃、好ましくは約１２０℃である熱形成プロセスが使用される。出願人は、有利なことに、フォイル７が主に（すなわち＞５０％、好ましくは＞７０％、より好ましくは＞８０％、さらには＞９０％が）、約０．３〜０．５ｍｍ（ただし、ｓ１＝約０．３ｍｍ且つｓ２＝約０．５ｍｍ）、好ましくは約０．３〜０．４ｍｍ、より好ましくは約０．３２５〜０．３７５ｍｍ、たとえば約０．３５ｍｍの繊維サイズを有する繊維を含むとき、プロセス（オーブン）温度を低下させうることを見いだした（すなわち、約１８０℃の通常温度と対比して）。これは熱形成プロセス時に実質的な省エネルギーをもたらす。出願人は、２０〜３０％の省エネルギーが現実的となって製品の耐久性が改善及び強化されることを見いだした。
【００７７】
出願人はまた、約０．３〜０．５ｍｍ、好ましくは約０．３〜０．４ｍｍ、より好ましくは約０．３２５〜０．３７５ｍｍ、たとえば約０．３５ｍｍの記載の繊維サイズを有する繊維を含む第１のさらに分離された画分がフォイル７の押出しプロセス時の摩擦を低減することを実践から見いだした。同時に、この繊維サイズは、驚くべきことに最終（消費者）製品の非常に良好な吸水性及び機械的性質をもたらす。
【００７８】
実施形態では、第１の画分ｆ１は、結合剤３と混合される繊維混合物２の少なくとも７０％、より好ましくは少なくとも８０％、さらにより好ましくは少なくとも９０％、最も好ましくは約１００％を構成可能である。
【００７９】
フォイル７のエッジをカットするとき、フォイル７をロール中又はロール上に巻き取る前に、好ましくは丸ナイフ（すなわち「ピザナイフ」）を用いてニートエッジを得る（たとえばスタンレーナイフの代わりに）。
【００８０】
好ましくは、繊維は、製品のコンポスト化性を改善して環境への負荷を低減するように、天然ポリマー（ＰＥやＰＰなどの比較的非天然ポリマーの代わりに）と混合される。
【００８１】
バイオベース複合材１はバイオベースコンクリート混合物でありうるとともに、結合剤３はモルタルでありうる。
【００８２】
代替的に、第３の画分ｆ３は、モルタルと混合される繊維混合物２の少なくとも７０％、より好ましくは少なくとも８０％、さらにより好ましくは少なくとも９０％、最も好ましくは約１００％を構成可能である。
【００８３】
本方法は、
−  モルタルを養生させる前に３Ｄプリンターを用いて流動性モルタル／繊維混合物を所望の形状にプリントすること
をさらに含みうる。
【００８４】
以上の説明は、本発明の好ましい実施形態の機能を例示することを意図したものであり、本発明の保護の範囲を低減することを意図したものではないことを明確にすべきである。以上の説明から出発して、当業者であれば本発明の概念及び本発明の保護の範囲内の多くの実施形態が考えられよう。
【実施例】
【００８５】
実施例１
ミスカンサスベースモルタルは以下のプロセスにより作製される。
・  材料の秤量
・  第１の時間：粉末の乾式混合
・  第２の時間：砂の添加、砂との粉末との乾式混合
・  第３の時間：７５％の所要の水の添加及びすべてが完全に混合されているかのチェック
・  第４の時間：混合物の１分間の静置
・  第５及び第６の時間：流動化剤＋残りの２５％の水の添加及び低速混合の継続
・  第７の時間：乾燥繊維の添加及び低速混合の継続
・  第８及び第９の時間：追加（水２．５ｇ／繊維１ｇｒ）の添加及び低速混合（レベル１）の継続
・  第１０及び第１１の時間：いずれのクランプしている繊維も分離させるように混合スピードの増加
【００８６】
モルタル製造用の粒子サイズ分布
【表２】
2020515506.tif 000003
【００８７】
実施例２
３Ｄプリント可能なコンクリート混合物は、１．５ｍｍ未満のサイズを有するさまざまなレベルの繊維を有して製造される。
【００８８】
【表３】
2020515506.tif 000004
【００８９】
３Ｄプリント可能なコンクリート混合物は、ＭｇＯ／水性ＭｇＣｌ２モルタル系に基づく。ソーレルセメント又はオキシ塩化マグネシウムセメント（ＭＯＣ）とも呼ばれるマグネシアセメントを使用する。これは、ＭｇＯとＭｇＣｌ２溶液とを混合することにより製造される。塩化水酸化マグネシウム水和物を形成する反応が行われる。
・  ５Ｍｇ（ＯＨ）２−１ＭｇＣｌ２−８Ｈ２Ｏ  ５−１−８（通常、最初に準安定状態で生成する）
・  ３Ｍｇ（ＯＨ）２−１ＭｇＣｌ２−８Ｈ２Ｏ  ３−１−８（通常、５−１−８から形成される安定相）
【００９０】
３Ｄプリント可能なバイオベースコンクリート混合物の処方は、以下の成分を含む。
・  ミスカンサス（１．５ｍｍにミル処理）  乾燥質量の１４、１９、及び２４ｗｔ％
・  乾燥体積の２８、３５、及び４０ｖｏｌ％
・  ＭｇＣｌ２ｘ６Ｈ２Ｏ  上水と混合（重量比０．７）
・  ＭｇＯ  ＭｇＣｌ２ｘ６Ｈ２Ｏと混合（比１．２５ｇ／ｍｌ）
・  ミスカンサスの水吸着を補正するための高い固／液比
【００９１】
以下の図は、さまざまなｗｔ％のミスカンサスが組み込まれたマグネシアセメントの水和反応を示す。熱流量は、酸化マグネシウムの質量に規格化されている。
【００９２】
【化１】
2020515506.tif 000005
【００９３】
最初に手で乾燥成分を混合して溶液に添加し、次いで均一塊が生成するまで約３０秒間にわたりすべてを再び手で混合することにより、混合物を作製する。
【００９４】
さまざまなwt%のミスカンサス繊維に対する圧縮強度試験の結果:
【表４】
2020515506.tif 000006
【００９５】
10cmコーンを用いた規格C1437に準拠したスプレッドフロー試験の結果:
【表５】
2020515506.tif 000007
【００９６】
３つの混合物はすべて、非常に低いフロー又はフローなしを示す。十分に硬化するまでプリントラインがその形状を保持するので、これは３Ｄプリンティングに望まれる性質である。等温熱量測定により観測される水和はミスカンサスの添加により有意に遅延されず、反応の最大は９時間後に達せられる。
【００９７】
プリズムの初期圧縮強度は低い。１時間後、プリズムは取扱い可能であるが、依然として軟質である。しかし、その流動性が低いため、依然として材料でプリント可能である。２４時間後、混合物１及び２の強度は非常に高く、５０〜５５ＭＰａである。２２ｗｔ％のミスカンサスを有する混合物３でさえも、２６ＭＰａの強度を有する。これは３Ｄプリント物体には十分であるが、混合物が乾燥しすぎて、おそらくポンプ操作ができないので、その加工性はまったく好適でない。
【００９８】
ＳＥＭ写真は、緻密なマグネシアセメントマトリックスとミスカンサス繊維との間の優れた接着を示す。この理由は、マグネシアセメントが強度を損なうことなく多量の天然繊維を組込み可能であることにある。
【００９９】
全体として、混合物２はプリンティングに最も好適であると思われるが、マグネシアセメントの利点は、強度の有意な損失又は硬化の遅延を伴うことなく最適加工性を得るために広範にわたり混合物を調整可能であることである。
【０１００】
実施例３
代替酸化マグネシウム
３Ｄプリンティング用マグネシアセメントの初期圧縮強度を改善するために、高反応性酸化マグネシウムを試験した。この目的のために、ミスカンサスを含まない純粋なマグネシアセメントからなる混合物を使用する。この混合物の組成は次の通りである。すなわち、２５０ｇのＭｇＯ及び１５０ｍｌのＭｇＣｌ２溶液であり、以上に記載のものと同一の濃度を有する。しかしながら、ＭｇＯは非常に反応性であるので、過度の熱の発生が観測されて材料が熱くて触れることできない状態となり且つ亀裂が発生するようになる。こうした理由から、新しい方法を決定した。以前の混合物で使用し低反応性ＭｇＯを高反応性ＭｇＯで部分的に置き換え（１０及び２０ｗｔ％）、スプレッドフロー及び凝結時間に及ぼす影響を測定した。
【０１０１】
高反応性ＭｇＯによる部分的置換えは、凝結開始を４０％まで短縮し、凝結及び水和の際に生成される熱を低減することが、以下の結果から分かる。このため、材料の低スプレッドフローと相まって３Ｄプリントに好適な材料となる。
【０１０２】
低反応性MgOを用いて及び低反応性MgOと高反応性MgOとの混合物を用いて作製されたマグネシアセメントのスプレッドフロー及び凝結開始:
【表６】
2020515506.tif 000008
【０１０３】
そのため、スプレッドフローがないか又は非常に低く且つ３Ｄプリンティングに好適な速い凝結開始を有するマグネシアセメント／ミスカンサス混合物を
製造可能である。１８ｗｔ％のミスカンサスの添加は容易に行いうるが、３Ｄプリンティングに最適な加工性が得られるように調整すべきである。これは、水和挙動に悪影響を及ぼしたり強度に悪影響を及ぼしたりすることなく容易に行いうる。
【０１０４】
マグネシアセメント自体に対しては、少量の高反応性酸化マグネシウムとより低反応性の酸化マグネシウムとの組合せが、最速の凝結開始を示すことから最も有望である。高熱の発生が亀裂などの問題もたらすおそれがあるが、以下のようないくつかの方法で相殺可能である。
−  ミスカンサスの添加により系が効果的に希釈され、全体的な温度は低下するであろう。
−  石灰石粉末又は類似の材料の形態の不活性充填材料を混合物に添加することにより、ＭｇＯの一部を置き換えることが可能である。これにより加工性又は凝結時間に悪影響を及ぼすことなく、系はさらに希釈されるであろう。
−  マグネシアセメントの製造に使用されるＭｇＣｌ２の濃度は、反応を遅延するために低減可能である。しかしながら、これはプリント材料の凝結スピード及び最終強度に悪影響を及ぼすおそれがある。
【符号の説明】
【０１０５】
１  バイオベース複合材
２  リグノセルロース（ミスカンサス）繊維の原混合物
３  結合剤
４  グラニュレート
５  接着剤
６  ペレット
７  フォイル
１００  バイオベース複合材を製造するためのリグノセルロース繊維の混合物の処理方法
１０１  収穫工程
１０２  分離工程（１）
１０３  分離工程（２）
２００  バイオベース複合材の製造方法
２０１  混合工程
２０２  養生工程
２０３  グラニュレートへの変換処理工程
２０４  ペレットへの圧縮変換工程
２０５  フォイルへの圧縮変換工程
【図１】
2020515506.tif 000009
【図２】
2020515506.tif 000010
【図３】
2020515506.tif 000011
【図４】
2020515506.tif 000012
【図５】
2020515506.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月11日(2019.12.11)
【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】
バイオベース複合材（１）を製造するためのミスカンサス繊維の混合物の処理方法であって、
−  ミスカンサス作物を収穫して前記収穫されたミスカンサス作物を処理することによりミスカンサス繊維の原混合物（２）を得ることと、
−  シービングや粉砕などにより、ミスカンサス繊維の前記原混合物を、約＜ｓ１の繊維サイズを有するとともに第１の物理的／化学的性質を有するミスカンサス繊維の混合物を含む第１の画分（ｆ１）と、約＞ｓ１のミスカンサス繊維サイズを有するとともに前記第１の物理的／化学的性質とは異なる第２の物理的／化学的性質を有する繊維の混合物を含む第２の画分（ｆ２）と、に分離することと、
−  前記第１の画分（ｆ１）のミスカンサス繊維又は前記第２の画分（ｆ２）のミスカンサス繊維と結合剤（３）とを混合することと、
−  前記結合剤を硬化させて前記バイオベース複合材を得ることと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記結合剤がモルタルであり、前記ミスカンサス繊維が、３Ｄプリント可能なコンクリート混合物を得るために１．５ｍｍ未満の繊維サイズと７〜２０ｗｔ％の範囲のミスカンサス繊維量とを有し、前記モルタルが、好ましくはＭｇＯ／水性ＭｇＣｌ２モルタル系をベースとする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記結合剤がモルタルであり、前記ミスカンサス繊維の少なくとも５０ｗｔ％が、コンクリート混合物を得るために２〜８ｍｍの繊維サイズと５〜１３ｖｏｌ％の範囲のミスカンサス繊維量とを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ａ）材料を秤量することと、
ｂ）粉末（セメント及び砂以外の充填材）を乾式混合することと、
ｃ）砂を添加して砂と粉末とを乾式混合することと、
ｄ）７５％の所要の水を添加して内容物を均一に混合することと、
ｅ）選択的に前記混合物を約１分間静置することと、
ｆ）流動化剤＋残りの２５％の水を添加して低速混合を継続することと、
ｇ）乾燥ミスカンサス繊維を添加して低速混合を継続することと、
ｈ）追加の水（水２．５ｇ／繊維１ｇｒ）を添加して前記低速混合を継続することと、
選択的に混合スピードを増加させていずれのクランプしているミスカンサス繊維も分離させることによりミスカンサス含有コンクリート混合物を得ることと、
をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記バイオベースコンクリート混合物が０．０１〜１ｗｔ％の流動化剤、好ましくはポリカルボキシレートエーテル可塑剤を含有する、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記ミスカンサス作物が乾燥作物であり、且つリミスカンサス繊維の前記原混合物が少なくとも８０ｗｔ％、好ましくは少なくとも９０又は９１ｗｔ％の乾燥繊維と５〜２０ｗｔ％の水とを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の画分が、０．３〜０．５ｍｍの長さを有するミスカンサス繊維を含む第１のさらに分離された画分を得るためにさらに分離される、
選択的に、
前記第１の画分が、約０．３〜０．４ｍｍの長さを有するミスカンサス繊維を含む第１のさらに分離された画分を得るためにさらに分離される、
あるいは、
前記第１の画分が、約０．３２５〜０．３７５ｍｍの長さを有するミスカンサス繊維を含む第１のさらに分離された画分を得るためにさらに分離される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
−  シービングや粉砕などにより、前記第２の画分（ｆ２）を、約＞ｓ１且つ約＜ｓ２の繊維サイズを有する繊維の混合物を含む第３の画分（ｆ３）と、約＞ｓ２の繊維サイズを有する繊維の混合物を含む第４の画分（ｆ４）と、に分離すること
を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
−  前記第１の画分、前記第２の画分、前記第３の画分、及び／又は前記第４の画分の繊維と結合剤（３）とを混合することであって、混合比が、製造される前記バイオベース複合材の所望の性質に基づいて決定される、ことと、
−  前記結合剤を養生させて前記バイオベース複合材を得ることと、
をさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の前記第１の画分、前記第２の画分、前記第３の画分、及び／又は前記第４の画分を用いたバイオベース複合材の製造方法。
【請求項１０】
−  マルトデキストリンなどの接着剤の添加下で前記第１の画分、前記第２の画分、前記第３の画分、及び／又は前記第４の画分のミスカンサス繊維をペレットに圧縮変換するさらなることと、
−  前記第１の画分、前記第２の画分、前記第３の画分、及び／又は前記第４の画分の繊維を含有する前記ペレットと前記結合剤とを混合して前記結合剤を養生させることにより前記バイオベース複合材を得るさらなることと、
−選択的に、前記バイオベース複合材をグラニュレートに変換処理するさらなることと、
を含む、請求項１又は請求項６〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記方法が、
−  前記バイオベース複合材、前記グラニュレート、又は前記フォイルを、製品、たとえば水分の吸収が意図された製品、たとえば食品製品用又はおむつ用のパッケージングに変換処理するさらなること
を含む、請求項１又は請求項６〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の画分が、前記結合剤と混合されるミスカンサス繊維混合物の少なくとも７０％、より好ましくは少なくとも８０％、さらにより好ましくは少なくとも９０％、最も好ましくは約１００％を構成する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記バイオベース複合材がバイオベースコンクリート混合物であるとき、
−前記方法は、前記モルタルを養生させる前に３Ｄプリンターを用いて流動性モルタル／繊維混合物を所望の形状にプリントすること
をさらに含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記グラニュレート又は前記フォイルが、熱形成により、製品、たとえば水分の吸収が意図された製品、たとえば食品製品用又はおむつ用のパッケージングに変換処理される場合、熱形成プロセス温度が約１１０〜１３０℃、好ましくは約１２０℃である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
５〜１３ｖｏｌ％のミスカンサス繊維を有するバイオベースコンクリート混合物であって、前記繊維の少なくとも７０ｗｔ％が２〜８ｍｍのミスカンサス繊維サイズを含み、
前記混合物が０．０１〜１ｗｔ％の流動化剤を含有する（前記コンクリート混合物の全重量を基準にして）、さらに、
前記流動化剤が、好ましくは、ポリカルボキシレートエーテル可塑剤を含む、バイオベースコンクリート混合物。
【請求項１６】
１．５ｍｍ未満の粒子サイズを有する７〜２０ｗｔ％のミスカンサス繊維を含有する３Ｄプリント可能で、
前記混合物がＭｇＯ／水性ＭｇＣｌ２モルタル系をベースとする、３Ｄプリント可能なコンクリート混合物。
【国際調査報告】
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