強化ポリマー複合物
強化ポリマー複合物は、熱可塑性材料の素地を含んでおり、該素地は、少なくとも１つの細長の金属要素によって強化されている。細長の金属要素は、素地内に埋設される前に、少なくとも第１の層および第２の層によって被覆されている。第１の層は、付着促進層を含み、第２の層は、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含む。強化ポリマー複合物は、０重量％〜９５重量％の濃度の木材粒子をさらに含んでいる。本発明は、強化ポリマー複合物を製造する方法にも関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化ポリマー複合物に関する。また、本発明は、強化ポリマー複合物を製造する方法に関する。さらに、本発明は、複合物を強化する細長の金属要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化ポリマー複合物、特に、木材・ポリマー複合物（ＷＰＣ）は、構造用途に広く用いられている。ＷＰＣは、木材およびポリマーから成る複合物である。構造用途では、強化ポリマー複合物、例えば、ＷＰＣは、住宅用壁パネル、遮光フェンス、テラス床、またはガーデンハウス、などに用いられている。しかし、この複合物は、重負荷下でクリープおよび著しい垂れを受けるので、建造物における負荷用途には利用することができない。
【０００３】
この複合物の剛性および耐クリープ性を増すために、鋼ワイヤまたは鋼ケーブルが該複合物に埋設されている。
【０００４】
特許文献１は、熱可塑性合成ポリマー材料および木材粒子またはセルロース含有粒子から成る素地を含む複合材料であって、鋼ワイヤまたは鋼ケーブルが埋設されている複合材料を開示している。鋼ワイヤまたは鋼ケーブルは、強化要素として用いられている。素地内に埋設される前に、変性ポリマーの薄層が鋼ワイヤまたは鋼ケーブルに塗布されている。変性ポリマーは、素地と鋼ワイヤまたは鋼ケーブルの両方と相互に作用するものである。変性ポリマーは、ポリプロピレンであってもよいとされている。欠点は、この強化要素が極めて容易に複合物から引き抜かれる可能性があることである。一方、鋼ワイヤまたは鋼ケーブルは、この強化要素と素地との間の付着力が乏しいので、素地内に堅固に埋設させることができない。従って、負荷構造体は、このような複合材料によって強化されている場合、安定しないことになる。
【０００５】
特許文献２は、ポリマーと天然繊維との間の親和性を増すためにカップリング剤を用いるポリマー／天然繊維複合物ペレットを開示している。カップリング剤は、無水マレイン酸、無水マレイン酸変性ポリマー、単官能反応性窒素基または多官能反応性窒素基を含む化合物、およびシランから選択されている。複合物ペレットの強化を改良するために、一般的に用いられているオガ屑および製粉屑よりも長い天然繊維が用いられている。天然繊維は、綿、麻、黄麻、亜麻、ラミー、サイザル麻、またはセルロース系木材繊維である。天然繊維自体の特性によって、この複合物ペレットは、重量および力を支える負荷用途に用いられるのに十分な剛性を有していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際特許出願公開第２００４／０８３５４１号パンフレット
【特許文献２】国際特許出願公開第２００９／０８２３５０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、先行技術の欠点を解消することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、複合物とその強化材との間に良好な付着性を有する強化ポリマー複合物を提供することにある。さらに詳細には、本発明の目的は、強化木材・ポリマー複合物を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、強化ポリマー複合物、特に、強化木材・ポリマー複合物を製造する方法を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、ポリマー複合物、特に、強化木材・ポリマー複合物を強化する細長（ｅｌｏｎｇａｔｅｄ）の金属要素を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、強化ポリマー複合物は、熱可塑性材料の素地を含んでおり、この素地は、少なくとも１つの細長の金属要素によって強化されている。細長の金属要素は、素地内に埋設される前に、少なくとも第１の層および第２の層によって被覆されている。第１の層は、付着促進層を含み、第２の層は、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含む。
【００１２】
強化ポリマー複合物は、０重量％〜９５重量％の濃度の木材粒子をさらに含んでいる。木材粒子の濃度は、０重量％〜９５重量％の間である。好ましくは、木材粒子の濃度は、２０重量％〜８０重量％の間である。さらに好ましくは、木材粒子の濃度は、３５重量％〜８０重量％の間である。最も好ましくは、木材粒子の濃度は、７０重量％〜８０重量％の間である。ここで、「重量％」は、強化ポリマー複合物の重量を全重量とした場合の重量百分率を意味している。
【００１３】
素地に良好に付着させるために、柱状（ｅｌｏｎｇａｔｅｄ）の金属要素は、素地内に埋設される前に、少なくとも第１の層および第２の層によって被覆されている。これらの２つの層によって、柱状の金属要素は、素地内に堅固に埋設されることになる。
【００１４】
第１の層は、シリコン基被膜、チタン基被膜、またはジルコニウム基被膜のような付着促進層を含む。
【００１５】
本発明によれば、「シリコン基被膜」は、シリコンを含む任意の被膜を意味している。好ましくは、シリコン基被膜は、シラン基被膜を含む。
【００１６】
本発明では、「シラン基被膜」は、有機官能シランを含む任意の被膜を指している。好ましくは、シラン基被膜は、以下の式を有している。
Ｙ’−Ｒ’−ＳｉＸ’３
式中、
−ＳｉＸ’３：第１の官能基
−Ｒ’：スペーサ
−Ｙ’：第２の官能基
【００１７】
第１の官能基ＳｉＸ’３は、細長の金属要素に結合することが可能である。
【００１８】
Ｘ’は、−ＯＨ、−Ｒ、−ＯＲ、−ＯＣ（＝Ｏ）Ｒおよび−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｆのようなハロゲンから成る群から独立して選択されるシリコン官能基を表しており、−Ｒは、アルキル、好ましくは、Ｃ１−Ｃ４アルキル、最も好ましくは、−ＣＨ３および−Ｃ２Ｈ５である。
【００１９】
第２の官能基Ｙ’は、変性ポリオレフィンの少なくとも一種の官能基に結合または相互作用することが可能である。好ましくは、Ｙ’は、−ＮＨ２，−ＮＨＲ’，−ＮＲ’２，未飽和末端二重または三重炭素−炭素基、（アクリル酸基、メタクリル酸基、およびそのメチルエステルまたはエチルエステル）、−ＣＨ、−ＳＨ、イソシアネート基、チオシアネート基、およびエポキシ基から成る群から選択されるものである。
【００２０】
本発明によれば、「チタン基被膜」は、チタンを含む任意の被膜を意味している。好ましくは、チタン基被膜は、チタン酸塩を含む。
【００２１】
本発明によれば、「ジルコニウム基被膜」は、ジルコニウムを含む任意の被膜を意味している。好ましくは、ジルコニウム基被膜は、ジルコン酸塩を含む。
【００２２】
第１の層の厚みは、好ましくは、１μｍ以下、さらに好ましくは、第１の層の厚みは、５ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内にあり、最も好ましくは、第１の層の厚みは、５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にある。
【００２３】
第２の層は、細長の金属要素の第１の層の上に被覆されている。この第２の層は、第１の層と熱可塑性材料の素地との間の付着性を改良するために、用いられるものである。この目的のために、第２の層は、変性ポリオレフィン、具体的には、共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含む。さらに、変性ポリオレフィンは、少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンであり、このモノマーは、無水物またはカルボン酸官能基を含んでいる。第２の層は、素地内の熱可塑性材料と良好に相互作用することになる。
【００２４】
国際特許出願公開第９９／２０６８２号パンフレットは、ポリマー物品を強化するための金属要素が、良好な付着性を得るために、２官能性シランカップリング剤に基づく単分子層によって被覆され、金属要素のこの単分子層が、非変性ポリオレフィン層、すなわち、非変性ポリエチレン、非変性ポリプロピレン、または非変性ポリブタジエンによってさらに被覆されることを記載している。アミノシランおよび非変性ポリオレフィン、すなわち、非変性ポリエチレンまたは非変性ポリプロピレンによって被覆された金属要素とポリマー素地との間の付着性は、ＰＯＦ試験によって、測定することができる。ＰＯＦ試験は、ポリマー素地から金属要素を引き抜く力を測定するために用いられるものである。ＰＯＦ試験の結果から、アミノシランおよび非変性ポリオレフィンによって被覆された金属要素とポリマー素地との間の付着性は、極めて弱く、金属要素は、ポリマー素地から極めて容易に引き抜かれることが分かっている。付着試験の結果によれば、国際特許出願公開第９９／２０６８２号パンフレットにおける非変性ポリオレフィンであるポリオレフィン層は、単分子によって被覆された金属要素に（ポリマー物品に対する）特別の付着効果をもたらすことができない。換言すれば、単分子膜および非変性ポリオレフィン層によって被覆された金属要素のポリマー物品に対する付着性は、単分子膜によって被覆された金属要素の付着性と同等かまたはそれよりも劣っている。非変性ポリオレフィンは、シランに対して付着性を有していない。
【００２５】
国際特許出願公開第９９／２０６８２号パンフレットと比較して、本発明は、第２の層を非変性ポリオレフィンから変性オレフィンに改良している。無水物またはカルボン酸官能基と共重合またはグラフト重合されたポリオレフィン層は、付着促進層によって被覆された金属要素とポリマー複合物との間に良好な付着性をもたらす利点を有している。付着促進層および無水物またはカルボン酸官能基と共重合またはグラフト重合されたポリオレフィン層によって被覆された金属要素の熱可塑性材料の素地に対する付着性は、付着促進層および非変性ポリオレフィン層によって被覆された金属要素の付着性よりも著しく良好である。本発明における変性ポリオレフィンは、シリコン基被膜、チタン基被膜、またはジルコニウム基被膜のような促進層と素地内の熱可塑性材料との間に著しく改良された付着性をもたらしている。促進層と無水物またはカルボン酸官能基と共重合またはグラフト重合されたポリオレフィン層との２つの層は、細長の金属要素と素地内の熱可塑性材料との間に改良された付着性をもたらしている。
【００２６】
好ましくは、無水物は、無水酸を含む。さらに好ましくは、無水物は、無水マレイン酸を含む。
【００２７】
カルボン酸官能基は、好ましくは、アクリル酸官能基を含む。
【００２８】
第２の層の厚みは、第１の層と熱可塑性材料の素地との間の付着性の要求によって決定されている。好ましくは、第２の層の厚みは、１０μｍ〜１００μｍの範囲内にあり、さらに好ましくは、第２の層の厚みは、３０μｍ〜５０μｍの範囲内にある。
【００２９】
本発明によれば、ポリオレフィンは、好ましくは、ポリエチレンまたはポリプロピレンから選択されている。
【００３０】
この被膜は、第１の層と第２の層との２つの層によって、縦長（ｅｌｏｎｇａｔｅｄ）の金属要素と熱可塑性材料の素地との間に良好な付着性をもたらし、その結果、縦長の金属要素は、素地内に良好に埋設されることになる。
【００３１】
本発明の目的から、細長の金属要素は、金属ワイヤ、または金属コード、例えば、鋼ワイヤまたは鋼コードとすることができる。
【００３２】
「金属ワイヤ」は、任意の種類の断面および任意の直径を有する金属フィラメントを意味している。好ましくは、鋼ワイヤは、丸鋼ワイヤまたは平角鋼ワイヤである。また、異形ワイヤも考えられる。
【００３３】
この発明の目的のために、「金属コード」は、２本以上のフィラメント、ストランドの組合せ、またはフィラメントおよびストランドの組合せから構成された構造体として定義されている。
【００３４】
鋼コードの例として、以下の構成、１＋６、２＋７、３＋９、４＋６、３×１、７×１、または１＋６＋１２を有する鋼コードが挙げられる。
【００３５】
「ストランド」は、さらなる加工のための単位物品を形成するために一緒に組み合わされたフィラメントの群として定義されている。
【００３６】
上記の構成の記述は、コードを製造する順番、すなわち、最も内側のフィラメントまたはストランドから始まり、外方に進む順序に従っている。コードの完全な記述は、以下の式によって与えられている。
（Ｎ×Ｆ）＋（Ｎ×Ｆ）＋（Ｎ×Ｆ）
式中、
Ｎ＝ストランドの数
Ｆ＝フィラメントの数
（ＮまたはＦは、１と等しいとき、含まれるべきではない）
【００３７】
一方に伸びる（ｅｌｏｎｇａｔｅｄ）金属要素をもたらすために、どのような金属が用いられてもよい。好ましくは、合金、例えば、高炭素鋼合金、低炭素鋼合金、またはステンレス鋼合金が用いられる。
【００３８】
細長の金属要素は、第１の層によって塗布される前に、適切な被膜によって、被覆されていなくてもよいし、または被覆されていてもよい。このような適切な被膜は、亜鉛被膜または亜鉛合金被膜、例えば、亜鉛真鍮被膜、亜鉛アルミニウム被膜、または亜鉛アルミニウムマグネシウム被膜であるとよい。このような被膜は、水または酸による細長の金属要素の腐食を防ぐことができると共に、細長の金属要素と第１の層との間の付着性を改良することもできる。
【００３９】
細長の金属要素の強化によって、ポリマー複合物は、良好な剛性および良好な耐クリープ性を有することになる。
【００４０】
本発明の特定の実施形態によれば、強化ポリマー複合物は、木材粒子と混合されるようになっている。強化ポリマー複合物内の木材粒子は、該複合物の弾性係数を改良するものである。木材粒子が熱可塑性材料と良好に相互作用し、これによって、複合物の弾性係数が高くなる。加えて、木材粒子によって、木材のように見える最終製品の自然な外観も得られることになる。
【００４１】
本発明によれば、熱可塑性材料は、好ましくは、ポリオレフィン、共重合ポリオレフィン、グラフト重合ポリオレフィン、またはその組合せから成る群から選択されたポリマーである。好ましくは、共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンは、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンである。
【００４２】
好ましくは、熱可塑性材料は、第２の層の材料と同じである。
【００４３】
本発明の第２の態様によれば、強化ポリマー複合物を製造する方法が提供されている。
【００４４】
この方法は、以下のステップ：
少なくとも１つの細長の金属要素を準備するステップと、
細長の金属要素に第１の層を塗布するステップであって、第１の層は、付着促進層を含む、ステップと、
第１の層上に第２の層を塗布するステップであって、第２の層は、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含む、ステップと、
第１の層および第２の層によって被覆された少なくとも１つの細長の金属要素を熱可塑性材料の素地内に埋設させるステップと、
を含んでいる。
【００４５】
好ましくは、熱可塑性材料の素地は、金属要素が埋設される前に、木材粒子と混合されている。木材粒子の濃度は、０重量％〜９５重量％の間である。
【００４６】
第１の層および第２の層は、当技術分野において知られているどのような技術によって塗布されてもよい。
【００４７】
好ましくは、第１の層は、細長の金属要素を付着促進剤の浴内に浸漬することによって塗布されている。次いで、被覆された細長の金属要素は、乾燥されるとよい。
【００４８】
好ましくは、第２の層は、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合された溶融ポリオレフィンを押出ダイを通る細長の金属要素上に高圧下で塗布するか、または無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンの溶液または乳濁液によって細長の金属要素を被覆し、次いで、前記被膜を乾燥することによって、第１の層上に塗布されるようになっている。
【００４９】
さらに、強化ポリマー複合物を製造する方法は、乾燥、硬化、成形、および／または市場または顧客にとって望ましい断面輪郭を得るための切断を含んでいてもよい。
【００５０】
本発明の他の目的によれば、ポリマー複合物を強化するのに用いられる細長の金属要素が提供されている。細長の金属要素は、少なくとも第１の層および第２の層によって被覆されている。第１の層は、付着促進層を含み、第２の層は、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含む。
【００５１】
第１の層は、シリコン基被膜、チタン基被膜、またはジルコニウム基被膜から成る付着促進層を含む。
【００５２】
第２の層は、少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含む。該モノマーは、無水物またはカルボン酸官能基を含んでいる。好ましくは、ポリオレフィンは、ポリプロピレンまたはポリエチレンである。
【００５３】
細長の金属要素は、第１の層によって塗布される前に、適切な被膜によって、被覆されていなくてもよいし、または被覆されていてもよい。このような適切な被膜は、亜鉛被膜または亜鉛合金被膜、例えば、亜鉛真鍮被膜、亜鉛アルミニウム被膜、または亜鉛アルミニウムマグネシウムであるとよい。このような被膜は、水または酸による細長の金属要素の腐食を防ぐことができると共に、細長の金属要素と第１の層との間の付着を改良することもできる。
【００５４】
細長の金属要素と熱可塑性材料の素地との間の良好な付着性および細長の金属要素の良好な強化によって、強化ポリマー複合物は、剛性を有し、負荷用途、特に、住宅、電柱、窓フレームおよびドアフレーム、作業ボード、支柱強化材、などに用いられるのに十分安定である。さらに、強化ポリマー複合物は、特に薄壁を備える多数の中空断面を有する輪郭に作られてもよい。ポリマー複合物が高靱性を有することによって、圧力およびせん断が加えられる多数の空洞間の仕切りに高弾性的安定がもたらされることになる。
【００５５】
「負荷（load bearing）」は、荷重および力を支えることを意味している。
【００５６】
強化ポリマー複合物は、断面で見て、本体、脚部、または腕部を備えるＩ形、Ｈ形、または任意の他の輪郭を有していてもよい。加えて、強化ポリマー複合物は、管形断面、多管形断面、中空形断面、または多中空形断面の形状を有していてもよい。
【００５７】
本発明では、「重量％」は、強化ポリマー複合物の重量を全重量とした場合の重量百分率を意味している。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】いかなる層も有していない先行技術による丸鋼ワイヤの断面図である。
【図２】第１の層および第２の層を有する丸鋼ワイヤの断面図である。
【図３】第１の層および第２の層を有する平角鋼ワイヤの断面図である。
【図４】第１の層および第２の層を有する７×１鋼コードの断面図である。
【図５】第１の層を有する７×１鋼コードの断面図である。
【図６】強化ポリマー複合物のＩ形材の断面図である。
【図７】強化ポリマー複合物の管状形材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
丸鋼ワイヤは、以下のようにして製造される。
【００６０】
ワイヤロッド組成は、好ましくは、０．６０％の最小炭素含量から約１．１０％の最大炭素含量の範囲内の炭素含量、０．４０％〜０．７０％の範囲内のマンガン含量、０．１５％〜０．３０％の範囲内のケイ素含量、０．０３％の最大硫黄含量、０．３％の最大燐含量を有している（ただし、％は、いずれもワイヤロッドの重量を全重量とした場合の重量百分率である）。通常、超高張力鋼を除けば、銅、ニッケル、アルミニウム、チタン、および窒素および／またはクロムは、微量しか含有されていない。
【００６１】
ワイヤロッドは、まず、表面に存在する酸化物を除去するために、機械的なスケール除去および／またはＨ２ＳＯ４溶液またはＨＣｌ溶液による化学的酸洗いによって、洗浄される。次いで、ワイヤロッドは、水洗され、かつ乾燥される。この後、第１の中間直径まで減径するために、第１の連続乾式伸線作業が乾燥されたワイヤロッドに施される。
【００６２】
この第１の中間直径、例えば、約３．０ｍｍ〜３．５ｍｍの直径において、パテンチングと呼ばれる第１の中間熱処理が乾式伸線された鋼ワイヤに施される。これによって、この鋼ワイヤのさらなる機械的な変形を施す準備が整えられたことになる。
【００６３】
その後、第２の連続減径ステップにおいて、鋼ワイヤは、第１の中間直径から第２の中間直径までさらに乾式伸線される。第２の直径は、典型的には、１．０ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内にある。
【００６４】
この第２の中間直径において、パーライトへの変態を可能とするために、第２のパテンチング処理が鋼ワイヤに施される。
【００６５】
加えて、この第２のパテンチング処理の後、亜鉛被膜または亜鉛合金被膜が鋼ワイヤに設けられてもよい。
【００６６】
次いで、湿式伸線機によって、最終的な減面ステップが（付加的な亜鉛被膜または亜鉛合金被膜が施されているかまたは施されていない）鋼ワイヤに施され、これによって、所定の直径が得られることになる。
【００６７】
可能であれば、鋼ワイヤは、オイルテンパ鋼ワイヤである。
【００６８】
可能であれば、平角鋼ワイヤまたは他の異形ワイヤ、例えば、楕円形ワイヤ、Ｉ形ワイヤ、またはＨ形ワイヤを得るために、１本の丸鋼ワイヤが１つ以上の適切な異形成形ダイを通されてもよい。
【００６９】
可能であれば、鋼コードを得るために、いくつかの鋼ワイヤ、具体的には、丸鋼ワイヤおよび／または平角鋼ワイヤが撚り機を通されてもよい。
【００７０】
図１は、先行技術から知られているいかなる層も有していない丸鋼ワイヤ１０を示している。
【００７１】
図２は、裸鋼ワイヤ１０と第１の層１４および第２の層１６とを備える鋼ワイヤ１２を示している。第１の層１４は、アミノシラン被膜から構成されている。第２の層１６は、無水マレイン酸グラフト重合ポリプロピレン被膜から構成されている。
【００７２】
第１の層１４は、アミノシランを含む溶液内にコードを浸漬し、次いで、乾燥することによって、鋼ワイヤ１０上に塗布されている。第２の層１６は、押出ダイを通して高温の溶融無水マレイン酸グラフト重合ポリプロピレンを塗布することによって、第１の層１４上に塗布されている。
【００７３】
図３は、裸鋼ワイヤ２０と第１の層２６および第２の層２８とを備える平角鋼ワイヤ２２を示している。第１の層２６は、アミノシラン被膜から構成されており、第２の層２８は、アクリル酸官能基共重合ポリプロピレン被膜から構成されている。鋼ワイヤ２０は、第１の層被膜２６によって塗布される前に、亜鉛被膜２４によって被覆されている。
【００７４】
第１の層２６は、アミノシランを含む溶液内に鋼ワイヤを浸漬し、次いで、乾燥することによって、亜鉛被膜２４上に塗布されている。第２の層２８は、押出ダイを通して高温の溶融アクリル酸官能基共重合ポリプロピレンを塗布することによって、第１の層２６上に塗布されている。加えて、鋼ワイヤ２２は、押出の後、乾燥されるとよい。
【００７５】
図４は、０．３５ｍｍの直径の７本の鋼フィラメントから成る裸鋼コード３０と第１の層３４および第２の層３６とを備える７×１構成の鋼コード３２を示している。第１の層３４は、アミノシラン被膜から構成されており、第２の層３６は、無水マレイン酸グラフト重合ポリプロピレン被膜から構成されている。
【００７６】
第１の層３４は、アミノシランを含む溶液内に裸鋼コード３０を浸漬し、次いで、乾燥させることによって、裸鋼コード３０上に塗布されている。第２の層３６は、押出ダイを通して高温の溶融無水マレイン酸グラフト重合ポリプロピレンを塗布することによって、第１の層３４上に塗布されている。
【００７７】
図５は、裸鋼コード３０と第１の層３４とを備える７×１構成の先行技術による鋼コード４０を示している。
【００７８】
第１の層３４は、アミノシランを含む溶液内に裸鋼コード３０を浸漬し、次いで、乾燥することによって、裸鋼コード３０上に塗布されている。
【００７９】
次いで、強化ポリマー複合物が製造される。熱可塑性材料、例えば、ポリオレフィン、共重合ポリオレフィン、グラフト重合ポリオレフィン、またはその組合せから成る素地は、木材粒子と混合されていてもよい。木材粒子が添加される場合、該木材粒子は、０重量％〜９５重量％の範囲内の濃度、例えば、３５％重量を超える濃度、さらに具体的には、７０重量％〜８０重量％の範囲内の濃度で添加されることになる。木材粒子は、好ましくは、素地内に混合される前に、それらの湿気が１％未満になるまで乾燥されている（ここで、％は、木材粒子の重量を全重量とした場合の重量百分率である）。次いで、少なくとも２つの層を含む少なくとも１つの細長の金属要素、例えば、鋼ワイヤ１２、鋼ワイヤ２２、または鋼コード３２が、素地内に埋設される。次いで、素地が冷却され、これによって、強化ポリマー複合物が得られることになる。さらに、強化ポリマー複合物は、所望の輪郭に形成され、移送上の要件および顧客の要求に従って、所望の長さに切断されてもよい。詳細な説明は、国際特許出願公開第２００４／０３５４１号パンフレットに開示されている。
【００８０】
細長の金属要素とポリマー複合物との間の付着性は、引抜力（ＰＯＦ）を得ることによって測定されるようになっている。ポリマー複合物内に埋設された細長の金属要素の長さ（「埋設長さ」）は、規定されている。細長の金属要素を複合物から引き抜くのに必要な力が測定されることになる。付着性は、ＰＯＦの値が大きいほど、良好である。
【００８１】
２つの層によって被覆された鋼ワイヤ１２と先行技術による鋼ワイヤ１０の強化ポリマー複合物に対する付着性が比較されている。表１は、その結果をまとめたものである。
【表１】
【００８２】
表１によれば、先行技術による鋼ワイヤ１０とポリマー複合物との間の引抜力と比較して、２つの層によって被覆された鋼ワイヤ１２とポリマー複合物との間の引抜力は、かなり大きくなっている。換言すれば、２つの層によって被覆された細長の金属要素とポリマー複合物との間の付着性は、どのような被膜も有していない細長の金属要素とポリマー複合物との間の付着性よりもすぐれている。
【００８３】
２つの層によって被覆された鋼コード３２、先行技術による鋼コード４０、先行技術による鋼コード３０、および先行技術による鋼コード７０のポリプロピレンを熱可塑性材料として含む強化ポリマー複合物に対する付着性が比較されている。先行技術による鋼コード７０は、第１の層としてのアミノシラン被膜および第２の層としてのポリプロピレン被膜によって被覆された鋼コードである。表２は、その結果をまとめたものである。
【表２】
【００８４】
表２によれば、本発明による２つの層によって被覆された鋼コード３２を用いることによって、鋼コードと熱可塑性材料の素地との間の付着性が大きく改良されていることが明らかである。先行技術による鋼コード３０（どのような被膜も有していない鋼コード）と比較して、熱可塑性材料と鋼との間の付着性は、２０倍を超えて改良されている。
【００８５】
先行技術による鋼コード４０、すなわち、１つの層（アミノシラン）によって被覆された鋼コードは、熱可塑性材料に対して弱い付着性しか示していない。先行技術による鋼コード７０、すなわち、第１の層としてのアミノシラン被膜および第２の層としてのポリプロピレン（非変性ポリプロピレン）被膜を備える鋼コードの場合、鋼と熱可塑性材料との間に極めて弱い付着性しか得られていない。先行技術による鋼コード７０と熱可塑性材料との間の付着性は、先行技術による鋼コード４０と熱可塑性材料との間の付着性よりもさらに悪い。
【００８６】
表２から、アミノシラン被膜またはアミノシラン被膜と非変性ポリプロピレン被膜との組合せは、鋼コードと熱可塑性材料との間に全く付着性をもたらさないかまたは極めて弱い付着性しかもたらさないことが結論付けられる。
【００８７】
さらに、図２から、アミノシランおよび変性ポリプロピレン被膜を用いる本発明による鋼コードの驚くほどすぐれた付着性が明らかである。
【００８８】
被覆されていない４×７構成の鋼コード（鋼コードＡ）、無水マレイン酸グラフト重合ポリプロピレンの１層によって被覆された４×７構成の鋼コード（鋼コードＢ）、およびアミノシランの第１の層および無水マレイン酸グラフト重合ポリプロピレンの第２層によって被覆された４×７構成の鋼コード（鋼コードＣ）のポリプロピレンを熱可塑性材料として含む強化ポリマー複合物に対する付着性が比較されている。鋼コードＡ，Ｂ，Ｃは、０．１０ｍｍの直径を有する亜鉛メッキ鋼フィラメントから成っている。表３は、その結果をまとめたものである。
【表３】
【００８９】
表３から、アミノシランの第１の層および無水マレイン酸グラフト重合ポリプロピレンの第２の層から成る被膜は、鋼コードとポリマー複合物との間に最良の付着性をもたらすことが明らかである。
【００９０】
表１、表２および表３は、少なくとも第１の層および第２の層を備える細長の金属要素がポリマー複合物に対して良好な付着性をもたらすことを示している。本発明の金属要素の熱可塑性材料の素地に対する付着性は、付着促進層のみによって被覆された金属要素の付着性、変性ポリオレフィンのみによって被覆された金属要素の付着性、または付着促進層および非変性ポリオレフィン層の２つの層によって被覆された金属要素の付着性よりも著しく良好である。このような強化ポリマー複合物は、負荷用途、特に、住宅、電柱、窓フレームおよびドアフレーム、作業ボード、支柱強化材、などに用いられるのに十分安定である。
【００９１】
図６は、Ｉ形断面を有する強化ポリマー複合物５０の第１の実施形態を示している。ポリマー複合物５０は、４０重量％の濃度の木材粒子を含むポリプロピレンの素地を含んでおり、平角ワイヤ２２が素地内に埋設されている。木材粒子の湿気は、０．８％である。上側フランジ５２および下側フランジ５４が、平角ワイヤ２２によって補強されている。
【００９２】
図７は、管形断面を有する強化ポリマー複合物６０の第２の実施形態を示している。ポリマー複合物６０は、７０重量％の濃度の木材粒子を含むポリエチレンの素地から含んでおり、鋼コード３２が素地内に埋設されている。木材粒子の湿気は、０．６％である。上側壁および下側壁は、鋼コード３２によって強化されている。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化ポリマー複合物に関する。また、本発明は、強化ポリマー複合物を製造する方法に関する。さらに、本発明は、複合物を強化する細長の金属要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化ポリマー複合物、特に、木材・ポリマー複合物（ＷＰＣ）は、構造用途に広く用いられている。ＷＰＣは、木材およびポリマーから成る複合物である。構造用途では、強化ポリマー複合物、例えば、ＷＰＣは、住宅用壁パネル、遮光フェンス、テラス床、またはガーデンハウス、などに用いられている。しかし、この複合物は、重負荷下でクリープおよび著しい垂れを受けるので、建造物における負荷用途には利用することができない。
【０００３】
この複合物の剛性および耐クリープ性を増すために、鋼ワイヤまたは鋼ケーブルが該複合物に埋設されている。
【０００４】
特許文献１は、熱可塑性合成ポリマー材料および木材粒子またはセルロース含有粒子から成る素地を含む複合材料であって、鋼ワイヤまたは鋼ケーブルが埋設されている複合材料を開示している。鋼ワイヤまたは鋼ケーブルは、強化要素として用いられている。素地内に埋設される前に、変性ポリマーの薄層が鋼ワイヤまたは鋼ケーブルに塗布されている。変性ポリマーは、素地と鋼ワイヤまたは鋼ケーブルの両方と相互に作用するものである。変性ポリマーは、ポリプロピレンであってもよいとされている。欠点は、この強化要素が極めて容易に複合物から引き抜かれる可能性があることである。一方、鋼ワイヤまたは鋼ケーブルは、この強化要素と素地との間の付着力が乏しいので、素地内に堅固に埋設させることができない。従って、負荷構造体は、このような複合材料によって強化されている場合、安定しないことになる。
【０００５】
特許文献２は、ポリマーと天然繊維との間の親和性を増すためにカップリング剤を用いるポリマー／天然繊維複合物ペレットを開示している。カップリング剤は、無水マレイン酸、無水マレイン酸変性ポリマー、単官能反応性窒素基または多官能反応性窒素基を含む化合物、およびシランから選択されている。複合物ペレットの強化を改良するために、一般的に用いられているオガ屑および製粉屑よりも長い天然繊維が用いられている。天然繊維は、綿、麻、黄麻、亜麻、ラミー、サイザル麻、またはセルロース系木材繊維である。天然繊維自体の特性によって、この複合物ペレットは、重量および力を支える負荷用途に用いられるのに十分な剛性を有していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際特許出願公開第２００４／０８３５４１号パンフレット
【特許文献２】国際特許出願公開第２００９／０８２３５０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、先行技術の欠点を解消することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、複合物とその強化材との間に良好な付着性を有する強化ポリマー複合物を提供することにある。さらに詳細には、本発明の目的は、強化木材・ポリマー複合物を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、強化ポリマー複合物、特に、強化木材・ポリマー複合物を製造する方法を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、ポリマー複合物、特に、強化木材・ポリマー複合物を強化する細長（ｅｌｏｎｇａｔｅｄ）の金属要素を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、強化ポリマー複合物は、熱可塑性材料の素地を含んでおり、この素地は、少なくとも１つの細長の金属要素によって強化されている。細長の金属要素は、素地内に埋設される前に、少なくとも第１の層および第２の層によって被覆されている。第１の層は、付着促進層を含み、第２の層は、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含む。
【００１２】
強化ポリマー複合物は、０重量％〜９５重量％の濃度の木材粒子をさらに含んでいる。木材粒子の濃度は、０重量％〜９５重量％の間である。好ましくは、木材粒子の濃度は、２０重量％〜８０重量％の間である。さらに好ましくは、木材粒子の濃度は、３５重量％〜８０重量％の間である。最も好ましくは、木材粒子の濃度は、７０重量％〜８０重量％の間である。ここで、「重量％」は、強化ポリマー複合物の重量を全重量とした場合の重量百分率を意味している。
【００１３】
素地に良好に付着させるために、柱状（ｅｌｏｎｇａｔｅｄ）の金属要素は、素地内に埋設される前に、少なくとも第１の層および第２の層によって被覆されている。これらの２つの層によって、柱状の金属要素は、素地内に堅固に埋設されることになる。
【００１４】
第１の層は、シリコン基被膜、チタン基被膜、またはジルコニウム基被膜のような付着促進層を含む。
【００１５】
本発明によれば、「シリコン基被膜」は、シリコンを含む任意の被膜を意味している。好ましくは、シリコン基被膜は、シラン基被膜を含む。
【００１６】
本発明では、「シラン基被膜」は、有機官能シランを含む任意の被膜を指している。好ましくは、シラン基被膜は、以下の式を有している。
Ｙ’−Ｒ’−ＳｉＸ’３
式中、
−ＳｉＸ’３：第１の官能基
−Ｒ’：スペーサ
−Ｙ’：第２の官能基
【００１７】
第１の官能基ＳｉＸ’３は、細長の金属要素に結合することが可能である。
【００１８】
Ｘ’は、−ＯＨ、−Ｒ、−ＯＲ、−ＯＣ（＝Ｏ）Ｒおよび−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｆのようなハロゲンから成る群から独立して選択されるシリコン官能基を表しており、−Ｒは、アルキル、好ましくは、Ｃ１−Ｃ４アルキル、最も好ましくは、−ＣＨ３および−Ｃ２Ｈ５である。
【００１９】
第２の官能基Ｙ’は、変性ポリオレフィンの少なくとも一種の官能基に結合または相互作用することが可能である。好ましくは、Ｙ’は、−ＮＨ２，−ＮＨＲ’，−ＮＲ’２，未飽和末端二重または三重炭素−炭素基、（アクリル酸基、メタクリル酸基、およびそのメチルエステルまたはエチルエステル）、−ＣＨ、−ＳＨ、イソシアネート基、チオシアネート基、およびエポキシ基から成る群から選択されるものである。
【００２０】
本発明によれば、「チタン基被膜」は、チタンを含む任意の被膜を意味している。好ましくは、チタン基被膜は、チタン酸塩を含む。
【００２１】
本発明によれば、「ジルコニウム基被膜」は、ジルコニウムを含む任意の被膜を意味している。好ましくは、ジルコニウム基被膜は、ジルコン酸塩を含む。
【００２２】
第１の層の厚みは、好ましくは、１μｍ以下、さらに好ましくは、第１の層の厚みは、５ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内にあり、最も好ましくは、第１の層の厚みは、５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にある。
【００２３】
第２の層は、細長の金属要素の第１の層の上に被覆されている。この第２の層は、第１の層と熱可塑性材料の素地との間の付着性を改良するために、用いられるものである。この目的のために、第２の層は、変性ポリオレフィン、具体的には、共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含む。さらに、変性ポリオレフィンは、少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンであり、このモノマーは、無水物またはカルボン酸官能基を含んでいる。第２の層は、素地内の熱可塑性材料と良好に相互作用することになる。
【００２４】
国際特許出願公開第９９／２０６８２号パンフレットは、ポリマー物品を強化するための金属要素が、良好な付着性を得るために、２官能性シランカップリング剤に基づく単分子層によって被覆され、金属要素のこの単分子層が、非変性ポリオレフィン層、すなわち、非変性ポリエチレン、非変性ポリプロピレン、または非変性ポリブタジエンによってさらに被覆されることを記載している。アミノシランおよび非変性ポリオレフィン、すなわち、非変性ポリエチレンまたは非変性ポリプロピレンによって被覆された金属要素とポリマー素地との間の付着性は、ＰＯＦ試験によって、測定することができる。ＰＯＦ試験は、ポリマー素地から金属要素を引き抜く力を測定するために用いられるものである。ＰＯＦ試験の結果から、アミノシランおよび非変性ポリオレフィンによって被覆された金属要素とポリマー素地との間の付着性は、極めて弱く、金属要素は、ポリマー素地から極めて容易に引き抜かれることが分かっている。付着試験の結果によれば、国際特許出願公開第９９／２０６８２号パンフレットにおける非変性ポリオレフィンであるポリオレフィン層は、単分子によって被覆された金属要素に（ポリマー物品に対する）特別の付着効果をもたらすことができない。換言すれば、単分子膜および非変性ポリオレフィン層によって被覆された金属要素のポリマー物品に対する付着性は、単分子膜によって被覆された金属要素の付着性と同等かまたはそれよりも劣っている。非変性ポリオレフィンは、シランに対して付着性を有していない。
【００２５】
国際特許出願公開第９９／２０６８２号パンフレットと比較して、本発明は、第２の層を非変性ポリオレフィンから変性オレフィンに改良している。無水物またはカルボン酸官能基と共重合またはグラフト重合されたポリオレフィン層は、付着促進層によって被覆された金属要素とポリマー複合物との間に良好な付着性をもたらす利点を有している。付着促進層および無水物またはカルボン酸官能基と共重合またはグラフト重合されたポリオレフィン層によって被覆された金属要素の熱可塑性材料の素地に対する付着性は、付着促進層および非変性ポリオレフィン層によって被覆された金属要素の付着性よりも著しく良好である。本発明における変性ポリオレフィンは、シリコン基被膜、チタン基被膜、またはジルコニウム基被膜のような促進層と素地内の熱可塑性材料との間に著しく改良された付着性をもたらしている。促進層と無水物またはカルボン酸官能基と共重合またはグラフト重合されたポリオレフィン層との２つの層は、細長の金属要素と素地内の熱可塑性材料との間に改良された付着性をもたらしている。
【００２６】
好ましくは、無水物は、無水酸を含む。さらに好ましくは、無水物は、無水マレイン酸を含む。
【００２７】
カルボン酸官能基は、好ましくは、アクリル酸官能基を含む。
【００２８】
第２の層の厚みは、第１の層と熱可塑性材料の素地との間の付着性の要求によって決定されている。好ましくは、第２の層の厚みは、１０μｍ〜１００μｍの範囲内にあり、さらに好ましくは、第２の層の厚みは、３０μｍ〜５０μｍの範囲内にある。
【００２９】
本発明によれば、ポリオレフィンは、好ましくは、ポリエチレンまたはポリプロピレンから選択されている。
【００３０】
この被膜は、第１の層と第２の層との２つの層によって、縦長（ｅｌｏｎｇａｔｅｄ）の金属要素と熱可塑性材料の素地との間に良好な付着性をもたらし、その結果、縦長の金属要素は、素地内に良好に埋設されることになる。
【００３１】
本発明の目的から、細長の金属要素は、金属ワイヤ、または金属コード、例えば、鋼ワイヤまたは鋼コードとすることができる。
【００３２】
「金属ワイヤ」は、任意の種類の断面および任意の直径を有する金属フィラメントを意味している。好ましくは、鋼ワイヤは、丸鋼ワイヤまたは平角鋼ワイヤである。また、異形ワイヤも考えられる。
【００３３】
この発明の目的のために、「金属コード」は、２本以上のフィラメント、ストランドの組合せ、またはフィラメントおよびストランドの組合せから構成された構造体として定義されている。
【００３４】
鋼コードの例として、以下の構成、１＋６、２＋７、３＋９、４＋６、３×１、７×１、または１＋６＋１２を有する鋼コードが挙げられる。
【００３５】
「ストランド」は、さらなる加工のための単位物品を形成するために一緒に組み合わされたフィラメントの群として定義されている。
【００３６】
上記の構成の記述は、コードを製造する順番、すなわち、最も内側のフィラメントまたはストランドから始まり、外方に進む順序に従っている。コードの完全な記述は、以下の式によって与えられている。
（Ｎ×Ｆ）＋（Ｎ×Ｆ）＋（Ｎ×Ｆ）
式中、
Ｎ＝ストランドの数
Ｆ＝フィラメントの数
（ＮまたはＦは、１と等しいとき、含まれるべきではない）
【００３７】
一方に伸びる（ｅｌｏｎｇａｔｅｄ）金属要素をもたらすために、どのような金属が用いられてもよい。好ましくは、合金、例えば、高炭素鋼合金、低炭素鋼合金、またはステンレス鋼合金が用いられる。
【００３８】
細長の金属要素は、第１の層によって塗布される前に、適切な被膜によって、被覆されていなくてもよいし、または被覆されていてもよい。このような適切な被膜は、亜鉛被膜または亜鉛合金被膜、例えば、亜鉛真鍮被膜、亜鉛アルミニウム被膜、または亜鉛アルミニウムマグネシウム被膜であるとよい。このような被膜は、水または酸による細長の金属要素の腐食を防ぐことができると共に、細長の金属要素と第１の層との間の付着性を改良することもできる。
【００３９】
細長の金属要素の強化によって、ポリマー複合物は、良好な剛性および良好な耐クリープ性を有することになる。
【００４０】
本発明の特定の実施形態によれば、強化ポリマー複合物は、木材粒子と混合されるようになっている。強化ポリマー複合物内の木材粒子は、該複合物の弾性係数を改良するものである。木材粒子が熱可塑性材料と良好に相互作用し、これによって、複合物の弾性係数が高くなる。加えて、木材粒子によって、木材のように見える最終製品の自然な外観も得られることになる。
【００４１】
本発明によれば、熱可塑性材料は、好ましくは、ポリオレフィン、共重合ポリオレフィン、グラフト重合ポリオレフィン、またはその組合せから成る群から選択されたポリマーである。好ましくは、共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンは、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンである。
【００４２】
好ましくは、熱可塑性材料は、第２の層の材料と同じである。
【００４３】
本発明の第２の態様によれば、強化ポリマー複合物を製造する方法が提供されている。
【００４４】
この方法は、以下のステップ：
少なくとも１つの細長の金属要素を準備するステップと、
細長の金属要素に第１の層を塗布するステップであって、第１の層は、付着促進層を含む、ステップと、
第１の層上に第２の層を塗布するステップであって、第２の層は、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含む、ステップと、
第１の層および第２の層によって被覆された少なくとも１つの細長の金属要素を熱可塑性材料の素地内に埋設させるステップと、
を含んでいる。
【００４５】
好ましくは、熱可塑性材料の素地は、金属要素が埋設される前に、木材粒子と混合されている。木材粒子の濃度は、０重量％〜９５重量％の間である。
【００４６】
第１の層および第２の層は、当技術分野において知られているどのような技術によって塗布されてもよい。
【００４７】
好ましくは、第１の層は、細長の金属要素を付着促進剤の浴内に浸漬することによって塗布されている。次いで、被覆された細長の金属要素は、乾燥されるとよい。
【００４８】
好ましくは、第２の層は、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合された溶融ポリオレフィンを押出ダイを通る細長の金属要素上に高圧下で塗布するか、または無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンの溶液または乳濁液によって細長の金属要素を被覆し、次いで、前記被膜を乾燥することによって、第１の層上に塗布されるようになっている。
【００４９】
さらに、強化ポリマー複合物を製造する方法は、乾燥、硬化、成形、および／または市場または顧客にとって望ましい断面輪郭を得るための切断を含んでいてもよい。
【００５０】
本発明の他の目的によれば、ポリマー複合物を強化するのに用いられる細長の金属要素が提供されている。細長の金属要素は、少なくとも第１の層および第２の層によって被覆されている。第１の層は、付着促進層を含み、第２の層は、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含む。
【００５１】
第１の層は、シリコン基被膜、チタン基被膜、またはジルコニウム基被膜から成る付着促進層を含む。
【００５２】
第２の層は、少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含む。該モノマーは、無水物またはカルボン酸官能基を含んでいる。好ましくは、ポリオレフィンは、ポリプロピレンまたはポリエチレンである。
【００５３】
細長の金属要素は、第１の層によって塗布される前に、適切な被膜によって、被覆されていなくてもよいし、または被覆されていてもよい。このような適切な被膜は、亜鉛被膜または亜鉛合金被膜、例えば、亜鉛真鍮被膜、亜鉛アルミニウム被膜、または亜鉛アルミニウムマグネシウムであるとよい。このような被膜は、水または酸による細長の金属要素の腐食を防ぐことができると共に、細長の金属要素と第１の層との間の付着を改良することもできる。
【００５４】
細長の金属要素と熱可塑性材料の素地との間の良好な付着性および細長の金属要素の良好な強化によって、強化ポリマー複合物は、剛性を有し、負荷用途、特に、住宅、電柱、窓フレームおよびドアフレーム、作業ボード、支柱強化材、などに用いられるのに十分安定である。さらに、強化ポリマー複合物は、特に薄壁を備える多数の中空断面を有する輪郭に作られてもよい。ポリマー複合物が高靱性を有することによって、圧力およびせん断が加えられる多数の空洞間の仕切りに高弾性的安定がもたらされることになる。
【００５５】
「負荷（load bearing）」は、荷重および力を支えることを意味している。
【００５６】
強化ポリマー複合物は、断面で見て、本体、脚部、または腕部を備えるＩ形、Ｈ形、または任意の他の輪郭を有していてもよい。加えて、強化ポリマー複合物は、管形断面、多管形断面、中空形断面、または多中空形断面の形状を有していてもよい。
【００５７】
本発明では、「重量％」は、強化ポリマー複合物の重量を全重量とした場合の重量百分率を意味している。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】いかなる層も有していない先行技術による丸鋼ワイヤの断面図である。
【図２】第１の層および第２の層を有する丸鋼ワイヤの断面図である。
【図３】第１の層および第２の層を有する平角鋼ワイヤの断面図である。
【図４】第１の層および第２の層を有する７×１鋼コードの断面図である。
【図５】第１の層を有する７×１鋼コードの断面図である。
【図６】強化ポリマー複合物のＩ形材の断面図である。
【図７】強化ポリマー複合物の管状形材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
丸鋼ワイヤは、以下のようにして製造される。
【００６０】
ワイヤロッド組成は、好ましくは、０．６０％の最小炭素含量から約１．１０％の最大炭素含量の範囲内の炭素含量、０．４０％〜０．７０％の範囲内のマンガン含量、０．１５％〜０．３０％の範囲内のケイ素含量、０．０３％の最大硫黄含量、０．３％の最大燐含量を有している（ただし、％は、いずれもワイヤロッドの重量を全重量とした場合の重量百分率である）。通常、超高張力鋼を除けば、銅、ニッケル、アルミニウム、チタン、および窒素および／またはクロムは、微量しか含有されていない。
【００６１】
ワイヤロッドは、まず、表面に存在する酸化物を除去するために、機械的なスケール除去および／またはＨ２ＳＯ４溶液またはＨＣｌ溶液による化学的酸洗いによって、洗浄される。次いで、ワイヤロッドは、水洗され、かつ乾燥される。この後、第１の中間直径まで減径するために、第１の連続乾式伸線作業が乾燥されたワイヤロッドに施される。
【００６２】
この第１の中間直径、例えば、約３．０ｍｍ〜３．５ｍｍの直径において、パテンチングと呼ばれる第１の中間熱処理が乾式伸線された鋼ワイヤに施される。これによって、この鋼ワイヤのさらなる機械的な変形を施す準備が整えられたことになる。
【００６３】
その後、第２の連続減径ステップにおいて、鋼ワイヤは、第１の中間直径から第２の中間直径までさらに乾式伸線される。第２の直径は、典型的には、１．０ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内にある。
【００６４】
この第２の中間直径において、パーライトへの変態を可能とするために、第２のパテンチング処理が鋼ワイヤに施される。
【００６５】
加えて、この第２のパテンチング処理の後、亜鉛被膜または亜鉛合金被膜が鋼ワイヤに設けられてもよい。
【００６６】
次いで、湿式伸線機によって、最終的な減面ステップが（付加的な亜鉛被膜または亜鉛合金被膜が施されているかまたは施されていない）鋼ワイヤに施され、これによって、所定の直径が得られることになる。
【００６７】
可能であれば、鋼ワイヤは、オイルテンパ鋼ワイヤである。
【００６８】
可能であれば、平角鋼ワイヤまたは他の異形ワイヤ、例えば、楕円形ワイヤ、Ｉ形ワイヤ、またはＨ形ワイヤを得るために、１本の丸鋼ワイヤが１つ以上の適切な異形成形ダイを通されてもよい。
【００６９】
可能であれば、鋼コードを得るために、いくつかの鋼ワイヤ、具体的には、丸鋼ワイヤおよび／または平角鋼ワイヤが撚り機を通されてもよい。
【００７０】
図１は、先行技術から知られているいかなる層も有していない丸鋼ワイヤ１０を示している。
【００７１】
図２は、裸鋼ワイヤ１０と第１の層１４および第２の層１６とを備える鋼ワイヤ１２を示している。第１の層１４は、アミノシラン被膜から構成されている。第２の層１６は、無水マレイン酸グラフト重合ポリプロピレン被膜から構成されている。
【００７２】
第１の層１４は、アミノシランを含む溶液内にコードを浸漬し、次いで、乾燥することによって、鋼ワイヤ１０上に塗布されている。第２の層１６は、押出ダイを通して高温の溶融無水マレイン酸グラフト重合ポリプロピレンを塗布することによって、第１の層１４上に塗布されている。
【００７３】
図３は、裸鋼ワイヤ２０と第１の層２６および第２の層２８とを備える平角鋼ワイヤ２２を示している。第１の層２６は、アミノシラン被膜から構成されており、第２の層２８は、アクリル酸官能基共重合ポリプロピレン被膜から構成されている。鋼ワイヤ２０は、第１の層被膜２６によって塗布される前に、亜鉛被膜２４によって被覆されている。
【００７４】
第１の層２６は、アミノシランを含む溶液内に鋼ワイヤを浸漬し、次いで、乾燥することによって、亜鉛被膜２４上に塗布されている。第２の層２８は、押出ダイを通して高温の溶融アクリル酸官能基共重合ポリプロピレンを塗布することによって、第１の層２６上に塗布されている。加えて、鋼ワイヤ２２は、押出の後、乾燥されるとよい。
【００７５】
図４は、０．３５ｍｍの直径の７本の鋼フィラメントから成る裸鋼コード３０と第１の層３４および第２の層３６とを備える７×１構成の鋼コード３２を示している。第１の層３４は、アミノシラン被膜から構成されており、第２の層３６は、無水マレイン酸グラフト重合ポリプロピレン被膜から構成されている。
【００７６】
第１の層３４は、アミノシランを含む溶液内に裸鋼コード３０を浸漬し、次いで、乾燥させることによって、裸鋼コード３０上に塗布されている。第２の層３６は、押出ダイを通して高温の溶融無水マレイン酸グラフト重合ポリプロピレンを塗布することによって、第１の層３４上に塗布されている。
【００７７】
図５は、裸鋼コード３０と第１の層３４とを備える７×１構成の先行技術による鋼コード４０を示している。
【００７８】
第１の層３４は、アミノシランを含む溶液内に裸鋼コード３０を浸漬し、次いで、乾燥することによって、裸鋼コード３０上に塗布されている。
【００７９】
次いで、強化ポリマー複合物が製造される。熱可塑性材料、例えば、ポリオレフィン、共重合ポリオレフィン、グラフト重合ポリオレフィン、またはその組合せから成る素地は、木材粒子と混合されていてもよい。木材粒子が添加される場合、該木材粒子は、０重量％〜９５重量％の範囲内の濃度、例えば、３５％重量を超える濃度、さらに具体的には、７０重量％〜８０重量％の範囲内の濃度で添加されることになる。木材粒子は、好ましくは、素地内に混合される前に、それらの湿気が１％未満になるまで乾燥されている（ここで、％は、木材粒子の重量を全重量とした場合の重量百分率である）。次いで、少なくとも２つの層を含む少なくとも１つの細長の金属要素、例えば、鋼ワイヤ１２、鋼ワイヤ２２、または鋼コード３２が、素地内に埋設される。次いで、素地が冷却され、これによって、強化ポリマー複合物が得られることになる。さらに、強化ポリマー複合物は、所望の輪郭に形成され、移送上の要件および顧客の要求に従って、所望の長さに切断されてもよい。詳細な説明は、国際特許出願公開第２００４／０３５４１号パンフレットに開示されている。
【００８０】
細長の金属要素とポリマー複合物との間の付着性は、引抜力（ＰＯＦ）を得ることによって測定されるようになっている。ポリマー複合物内に埋設された細長の金属要素の長さ（「埋設長さ」）は、規定されている。細長の金属要素を複合物から引き抜くのに必要な力が測定されることになる。付着性は、ＰＯＦの値が大きいほど、良好である。
【００８１】
２つの層によって被覆された鋼ワイヤ１２と先行技術による鋼ワイヤ１０の強化ポリマー複合物に対する付着性が比較されている。表１は、その結果をまとめたものである。
【表１】
【００８２】
表１によれば、先行技術による鋼ワイヤ１０とポリマー複合物との間の引抜力と比較して、２つの層によって被覆された鋼ワイヤ１２とポリマー複合物との間の引抜力は、かなり大きくなっている。換言すれば、２つの層によって被覆された細長の金属要素とポリマー複合物との間の付着性は、どのような被膜も有していない細長の金属要素とポリマー複合物との間の付着性よりもすぐれている。
【００８３】
２つの層によって被覆された鋼コード３２、先行技術による鋼コード４０、先行技術による鋼コード３０、および先行技術による鋼コード７０のポリプロピレンを熱可塑性材料として含む強化ポリマー複合物に対する付着性が比較されている。先行技術による鋼コード７０は、第１の層としてのアミノシラン被膜および第２の層としてのポリプロピレン被膜によって被覆された鋼コードである。表２は、その結果をまとめたものである。
【表２】
【００８４】
表２によれば、本発明による２つの層によって被覆された鋼コード３２を用いることによって、鋼コードと熱可塑性材料の素地との間の付着性が大きく改良されていることが明らかである。先行技術による鋼コード３０（どのような被膜も有していない鋼コード）と比較して、熱可塑性材料と鋼との間の付着性は、２０倍を超えて改良されている。
【００８５】
先行技術による鋼コード４０、すなわち、１つの層（アミノシラン）によって被覆された鋼コードは、熱可塑性材料に対して弱い付着性しか示していない。先行技術による鋼コード７０、すなわち、第１の層としてのアミノシラン被膜および第２の層としてのポリプロピレン（非変性ポリプロピレン）被膜を備える鋼コードの場合、鋼と熱可塑性材料との間に極めて弱い付着性しか得られていない。先行技術による鋼コード７０と熱可塑性材料との間の付着性は、先行技術による鋼コード４０と熱可塑性材料との間の付着性よりもさらに悪い。
【００８６】
表２から、アミノシラン被膜またはアミノシラン被膜と非変性ポリプロピレン被膜との組合せは、鋼コードと熱可塑性材料との間に全く付着性をもたらさないかまたは極めて弱い付着性しかもたらさないことが結論付けられる。
【００８７】
さらに、図２から、アミノシランおよび変性ポリプロピレン被膜を用いる本発明による鋼コードの驚くほどすぐれた付着性が明らかである。
【００８８】
被覆されていない４×７構成の鋼コード（鋼コードＡ）、無水マレイン酸グラフト重合ポリプロピレンの１層によって被覆された４×７構成の鋼コード（鋼コードＢ）、およびアミノシランの第１の層および無水マレイン酸グラフト重合ポリプロピレンの第２層によって被覆された４×７構成の鋼コード（鋼コードＣ）のポリプロピレンを熱可塑性材料として含む強化ポリマー複合物に対する付着性が比較されている。鋼コードＡ，Ｂ，Ｃは、０．１０ｍｍの直径を有する亜鉛メッキ鋼フィラメントから成っている。表３は、その結果をまとめたものである。
【表３】
【００８９】
表３から、アミノシランの第１の層および無水マレイン酸グラフト重合ポリプロピレンの第２の層から成る被膜は、鋼コードとポリマー複合物との間に最良の付着性をもたらすことが明らかである。
【００９０】
表１、表２および表３は、少なくとも第１の層および第２の層を備える細長の金属要素がポリマー複合物に対して良好な付着性をもたらすことを示している。本発明の金属要素の熱可塑性材料の素地に対する付着性は、付着促進層のみによって被覆された金属要素の付着性、変性ポリオレフィンのみによって被覆された金属要素の付着性、または付着促進層および非変性ポリオレフィン層の２つの層によって被覆された金属要素の付着性よりも著しく良好である。このような強化ポリマー複合物は、負荷用途、特に、住宅、電柱、窓フレームおよびドアフレーム、作業ボード、支柱強化材、などに用いられるのに十分安定である。
【００９１】
図６は、Ｉ形断面を有する強化ポリマー複合物５０の第１の実施形態を示している。ポリマー複合物５０は、４０重量％の濃度の木材粒子を含むポリプロピレンの素地を含んでおり、平角ワイヤ２２が素地内に埋設されている。木材粒子の湿気は、０．８％である。上側フランジ５２および下側フランジ５４が、平角ワイヤ２２によって補強されている。
【００９２】
図７は、管形断面を有する強化ポリマー複合物６０の第２の実施形態を示している。ポリマー複合物６０は、７０重量％の濃度の木材粒子を含むポリエチレンの素地から含んでおり、鋼コード３２が素地内に埋設されている。木材粒子の湿気は、０．６％である。上側壁および下側壁は、鋼コード３２によって強化されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性材料の素地を含んでいる強化ポリマー複合物であって、前記素地は、少なくとも１つの細長の金属要素によって強化されている、強化ポリマー複合物であって、前記細長の金属要素は、前記素地内に埋設される前に、少なくとも第１の層および第２の層によって被覆されており、前記第１の層は、付着促進層を含み、前記第２の層は、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含むことを特徴とする強化ポリマー複合物。
【請求項２】
前記熱可塑性材料の素地は、木材粒子をさらに含んでおり、前記木材粒子は、０重量％〜９５重量％の範囲内の濃度で含まれていることを特徴とする請求項１に記載の強化ポリマー複合物。
【請求項３】
前記無水物は、無水酸を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の強化ポリマー複合物。
【請求項４】
前記無水酸は、無水マレイン酸を含むことを特徴とする請求項３に記載の強化ポリマー複合物。
【請求項５】
前記カルボン酸官能基は、アクリル酸官能基を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の強化ポリマー複合物。
【請求項６】
前記ポリオレフィンは、ポリエチレンまたはポリプロピレンであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の強化ポリマー複合物。
【請求項７】
前記付着促進層は、シリコン基被膜、チタン基被膜、またはジルコニウム基被膜を含むことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の強化ポリマー複合物。
【請求項８】
前記シリコン基被膜は、シラン基被膜を含むことを特徴とする請求項７に記載の強化ポリマー複合物。
【請求項９】
前記熱可塑性材料は、ポリオレフィン、共重合ポリオレフィン、グラフト重合ポリオレフィン、またはその組合せから成る群から選択されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の強化ポリマー複合物。
【請求項１０】
前記熱可塑性材料は、前記第２の層の材料と同じであることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の強化ポリマー複合物。
【請求項１１】
前記細長の金属要素は、少なくとも鋼ワイヤまたは鋼コードを含んでいることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の強化ポリマー複合物。
【請求項１２】
前記鋼ワイヤは、平角鋼ワイヤであることを特徴とする請求項１１に記載の強化ポリマー複合物。
【請求項１３】
前記鋼ワイヤは、オイルテンパ鋼ワイヤであることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の強化ポリマー複合物。
【請求項１４】
前記強化ポリマー複合物は、Ｉ形断面、Ｈ形断面、管形断面、または多管形断面の形状を有することを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の強化ポリマー複合物。
【請求項１５】
強化ポリマー複合物を製造する方法において、
少なくとも１つの細長の金属要素を準備するステップと、
前記細長の金属要素に第１の層を塗布するステップであって、前記第１の層は、付着促進層を含むステップと、
前記第１の層上に第２の層を塗布するステップであって、前記第２の層は、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含むステップと、
前記第１の層および前記第２の層によって被覆された少なくとも１つの前記細長の金属要素を熱可塑性材料の素地内に埋設するステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記第１の層上に第２の層を塗布する前記ステップは、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合された溶融した前記ポリオレフィンを押出ダイを通る前記細長の金属要素上に高圧下で塗布することによって、または無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合された前記ポリオレフィンの溶液または乳濁物によって前記細長の金属要素上を被覆し、次いで、前記被膜を乾燥することによって、行なわれることを特徴とする請求項１５に記載の強化ポリマー複合物を製造する方法。
【請求項１７】
細長の金属要素であって、前記細長の金属要素は、少なくとも第１の層および第２の層によって被覆されており、前記第１の層は、付着促進層を含み、前記第２の層は、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含むことを特徴とする細長の金属要素。
【請求項１】
熱可塑性材料の素地を含んでいる強化ポリマー複合物であって、前記素地は、少なくとも１つの細長の金属要素によって強化されている、強化ポリマー複合物であって、前記細長の金属要素は、前記素地内に埋設される前に、少なくとも第１の層および第２の層によって被覆されており、前記第１の層は、付着促進層を含み、前記第２の層は、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含むことを特徴とする強化ポリマー複合物。
【請求項２】
前記熱可塑性材料の素地は、木材粒子をさらに含んでおり、前記木材粒子は、０重量％〜９５重量％の範囲内の濃度で含まれていることを特徴とする請求項１に記載の強化ポリマー複合物。
【請求項３】
前記無水物は、無水酸を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の強化ポリマー複合物。
【請求項４】
前記無水酸は、無水マレイン酸を含むことを特徴とする請求項３に記載の強化ポリマー複合物。
【請求項５】
前記カルボン酸官能基は、アクリル酸官能基を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の強化ポリマー複合物。
【請求項６】
前記ポリオレフィンは、ポリエチレンまたはポリプロピレンであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の強化ポリマー複合物。
【請求項７】
前記付着促進層は、シリコン基被膜、チタン基被膜、またはジルコニウム基被膜を含むことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の強化ポリマー複合物。
【請求項８】
前記シリコン基被膜は、シラン基被膜を含むことを特徴とする請求項７に記載の強化ポリマー複合物。
【請求項９】
前記熱可塑性材料は、ポリオレフィン、共重合ポリオレフィン、グラフト重合ポリオレフィン、またはその組合せから成る群から選択されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の強化ポリマー複合物。
【請求項１０】
前記熱可塑性材料は、前記第２の層の材料と同じであることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の強化ポリマー複合物。
【請求項１１】
前記細長の金属要素は、少なくとも鋼ワイヤまたは鋼コードを含んでいることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の強化ポリマー複合物。
【請求項１２】
前記鋼ワイヤは、平角鋼ワイヤであることを特徴とする請求項１１に記載の強化ポリマー複合物。
【請求項１３】
前記鋼ワイヤは、オイルテンパ鋼ワイヤであることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の強化ポリマー複合物。
【請求項１４】
前記強化ポリマー複合物は、Ｉ形断面、Ｈ形断面、管形断面、または多管形断面の形状を有することを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の強化ポリマー複合物。
【請求項１５】
強化ポリマー複合物を製造する方法において、
少なくとも１つの細長の金属要素を準備するステップと、
前記細長の金属要素に第１の層を塗布するステップであって、前記第１の層は、付着促進層を含むステップと、
前記第１の層上に第２の層を塗布するステップであって、前記第２の層は、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含むステップと、
前記第１の層および前記第２の層によって被覆された少なくとも１つの前記細長の金属要素を熱可塑性材料の素地内に埋設するステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記第１の層上に第２の層を塗布する前記ステップは、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合された溶融した前記ポリオレフィンを押出ダイを通る前記細長の金属要素上に高圧下で塗布することによって、または無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合された前記ポリオレフィンの溶液または乳濁物によって前記細長の金属要素上を被覆し、次いで、前記被膜を乾燥することによって、行なわれることを特徴とする請求項１５に記載の強化ポリマー複合物を製造する方法。
【請求項１７】
細長の金属要素であって、前記細長の金属要素は、少なくとも第１の層および第２の層によって被覆されており、前記第１の層は、付着促進層を含み、前記第２の層は、無水物またはカルボン酸官能基を含む少なくとも一種のモノマーと共重合またはグラフト重合されたポリオレフィンを含むことを特徴とする細長の金属要素。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１３−５１２３２１（Ｐ２０１３−５１２３２１Ａ）
【公表日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４１４０３（Ｐ２０１２−５４１４０３）
【出願日】平成２２年１１月２３日（２０１０．１１．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６８０１７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６７１３７
【国際公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【出願人】（５９２０１４３７７）ナムローゼ・フェンノートシャップ・ベーカート・ソシエテ・アノニム (81)
【氏名又は名称原語表記】Ｎ Ｖ ＢＥＫＡＥＲＴ ＳＯＣＩＥＴＥ ＡＮＯＮＹＭＥ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２３日（２０１０．１１．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６８０１７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６７１３７
【国際公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【出願人】（５９２０１４３７７）ナムローゼ・フェンノートシャップ・ベーカート・ソシエテ・アノニム (81)
【氏名又は名称原語表記】Ｎ Ｖ ＢＥＫＡＥＲＴ ＳＯＣＩＥＴＥ ＡＮＯＮＹＭＥ
【Ｆターム（参考）】
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