制造复合聚合物的方法
【专利说明】
[0001] 与优先权申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年2月14日提交的题为"制造复合聚合物的方法"(PROCESSFOR MAKINGCOMPOSITEPOLYMER)的美国临时专利申请系列号61/598, 876的优先权利益，所述 临时专利申请的内容通过参考并入本文。技术领域
技术领域
[0003] 本发明涉及通过对具有化学木浆纤维的聚合物基体进行熔体加工而得到的聚合 物复合材料。
【附图说明】
[0004] 图1 _ 5是用于制造聚合物复合材料的粒子的示意图。
[0005] 图6是混合机的示意图。
[0006] 图7和8是造粒机的示意图。
[0007] 图9是可用于制造本发明的球粒的单螺杆挤出机的示意图。
[0008] 图10是用于制造化学木浆纤维含量为50重量％或更低的聚合物复合材料的装置 和方法的实施方案的示意图。
[0009] 图11是第一双螺杆混合机的开放面的横截面视图。
[0010] 图12是第一双螺杆混合机的限流器的侧视图。
[0011] 图13是第一双螺杆混合机的限流器的前视图。
[0012] 图14是制造化学木浆纤维含量为50重量％或更低的聚合物复合材料的装置和方 法的另一种实施方案的示意图。
[0013] 图15是水下造粒系统的示意图。
[0014] 详细描述
[0015] 本发明涉及提供生产包含木浆纤维和热塑性聚合物的复合聚合物材料的经济的 手段。在一种实施方案中，所述木浆纤维是化学木浆纤维。在一种实施方案中，所述木浆纤 维是硫酸盐化学木浆纤维。在一种实施方案中，所述木浆纤维是漂白的木浆纤维。在一种 实施方案中，所述木浆纤维是漂白的化学木浆纤维。为简单起见，使用术语"木浆纤维"，但 应该指出，漂白的化学木浆纤维具有某些其他纤维所不具有的属性。
[0016] 本发明可以利用大量树种作为浆柏纤维的来源。可以使用针叶和阔叶树种以及它 们的混合物。它们也被称为软木和硬木。典型的软木树种是各种云杉（例如西加云杉）、冷 杉（道格拉斯冷杉）、各种铁杉（西部铁杉）、美洲落叶松、落叶松、各种松（南方松、白松和 加勒比松）、柏和红杉及其混合物。典型的硬木树种是白蜡树、白杨、棉白杨、椴树、桦树、山 毛榉、栗树、胶树、榆树、桉树、楓树、橡树、杨树和悬铃木或其混合物。
[0017] 软木或硬木树种的使用可能部分取决于所需的纤维长度。硬木或阔叶树种具有 l-2mm的纤维长度。软木或针叶树种具有3. 5至7mm的纤维长度。道格拉斯冷杉、大冷杉、 西部铁杉、西部落叶松和南方松具有4至6_范围内的纤维长度。制浆和漂白以及切割可 能由于纤维断裂而降低平均长度。
[0018] 由于已经除去木质素并除去一些半纤维素，纤维素木浆纤维与木纤维不同。这些 材料仍属于木纤维。木浆纤维中残留的材料的量取决于制造它的方法。
[0019] 在机械浆柏中，通过机械手段例如研磨来分离纤维，并且方法可以包括蒸汽加工 和使用亚硫酸钠的预化学加工。将木质素软化以允许纤维分开。许多木质素和半纤维素以 及纤维素随纤维保留。制浆后残留的材料的得率、百分率高。纤维可以用过氧化物漂白，但 是这一过程不除去许多材料。
[0020] 在化学制浆中，木质素在碎木肩与制浆化学品之间的化学反应期间被去除。半纤 维素也可以在所述反应期间被去除。被去除的材料的量取决于在制浆过程中使用的化学 品。硫酸盐法与亚硫酸盐法或带有预水解阶段的硫酸盐法相比，去除较少的材料。在硫酸 盐法中，与亚硫酸盐法或带有预水解的硫酸盐法中相比，得率较高。后两种方法获得纤维素 百分率高并且半纤维素或木质素很少的产物。
[0021] 对化学木浆进行漂白，除去更多的木质素和半纤维素。
[0022] 在浆柏的制造中，将木质材料在化学制浆过程中分解成纤维。然后可以任选地将 纤维漂白。然后将纤维在贮浆池中与水合并以形成浆液。然后将浆液通过流浆箱，然后置 于网上，脱水并干燥，以形成浆板。添加剂可以在贮浆池、流浆箱或两者中与纤维合并。也 可以在脱水和干燥之前、期间或之后，将材料喷洒在浆板上。在木浆制造中通常使用硫酸盐 制衆法。
[0023] 在木纤维与木浆纤维之间存在差异。木纤维是由木质素保持在一起的一组木纤 维。在干燥过程中，木浆纤维的空腔塌陷。干燥的化学木浆纤维是平坦的。木纤维束中木 纤维各自的空腔保持开放。平坦的木浆纤维比木纤维更加柔性。
[0024] 纤维素木浆纤维可以采取商品化纤维素木浆的形式。浆柏通常以卷或捆的形式递 送。浆板具有两个相反的实质上平行的面，这些面之间的距离是粒子的厚度。典型的浆板 可以为〇? 1mm至4mm厚。在某些实施方案中，厚度可以为0? 5mm至4mm〇
[0025] 木浆板被形成为易于计量并与热塑性聚合物合并的粒子。
[0026] 纤维板和粒子可以具有12g/m2(gsm)至2000g/m2的基重。在一种实施方案中，粒 子可以具有600g/m 2至1900g/m2的基重。在另一种实施方案中，粒子可以具有500g/m2至 900g/m 2的基重。对于纸板来说，一种实施方案可以具有70gsm至120gsm的基重。在另一 种实施方案中，纸板可以具有l〇〇gsm至350gsm的基重。在另一种实施方案中，用于特殊用 途的纤维板可以具有350gsm至500gsm的基重。
[0027] 浆柏添加剂或预处理也可以改变粒子的特点。用解粘剂处理的浆柏与没有解粘剂 的浆柏相比提供更松散的粒子。更松散的粒子可以更容易地分散在与其合并的材料中。浆 板的厚度是可以决定粒子厚度的一个因素。
[0028] 在一种实施方案中，粒子具有六边形形状，其一种实施方案示出在图1中。六边形 可以是从完全等边至完全不对称的任何类型。如果它不等边，长轴可以为4为8毫米（mm)， 短轴可以为2至5_。六边形的一些边可以具有相同长度，并且一些或所有的边可以具有 不同长度。六边形的周线或周长可以为12mm至30mm，并且粒子的上方面或下方面24或26 的面积可以为12至32mm 2。在一种实施方案中，粒子可以具有0. 1至1. 5mm的厚度、4. 5至 6. 5mm的长度、3至4mm的宽度和一个面上15至20mm2的面积。在另一种实施方案中，粒子 可以具有1至4mm的厚度、5至8mm的长度、2. 5至5mm的宽度和一个面上12至20mm2的面 积。
[0029] 示出了六边形粒子的两个实例。
[0030] 在图1-3中，粒子10为六边形形状，并具有两条相对的边12和18,它们长度相等 并且比其他四条边14、16、20和22更长。其他四条边14、16、20和22可以如所示具有相同 长度，或者四条边可以具有不同长度。其中的两条边，每个末端处各一条，例如14和20、或 14和22,可以具有相同长度，并且每个末端处的其他两条边16和22、或16和20,可以具有 相同长度或具有不同长度。在每种这些变化形式中，边10和18可以具有相同长度或不同 长度。粒子的边缘可以是尖锐或圆滑的。
[0031] 粒子10的顶部24和底部26之间的距离可以为0. 1mm至4mm。
[0032] 图4和5示出了六边形的六条边各自具有不同长度的实施方案。示出的实施方案 是说明性的，边的长度顺序和边的长度尺寸可以变化。
[0033] 上述形状、尺寸和基重的粒子可以在本领域中公知的重量损失和体积进料系统中 计量。
[0034] 粒子内纤维的排列可以平行于六边形的长轴或垂直于六边形的长轴或采取它们 之间的任何取向。
[0035] 六边形粒子可以在Henion切块机上形成，但是也可以使用其他手段来生产六边 形粒子。
[0036] 也可以使用其他形式的浆柏粒子。添加的容易性可能取决于粒子的形状。
[0037] 聚合物基体起到主体聚合物的作用，并且是包括化学木浆原料的可熔体加工的组 合物的组分。熔体加工被用于合并聚合物和化学木浆纤维。在熔体加工中，将聚合物加热 并熔化，并将化学木浆纤维与聚合物合并。在此过程中，纤维被单个化（singulated)。
[0038] 聚合物是热塑性的。
[0039] 在本领域中常规公认适合于熔体加工的广泛类型的聚合物，可用作聚合物基体。 聚合物基体实质上包括有时被称为特别是当与干扰性元素