专利名称：大麻槿微纤维与聚丙烯或聚乳酸的复合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及复合材料和制备应用于汽车部件的复合材料的方法。更具体而言，本 发明涉及由大麻槿韧皮微纤维和聚丙烯(PP)或聚乳酸(PLA)组成的高强度和环境友好的 复合材料。
背景技术：
提供清洁开发计划改善环境质量在世界上大多数国家中是优先的计划。例如在汽 车工业中，污染环境的材料如玻璃纤维、碳和芳族聚酰胺纤维的应用逐步减少并且用天然 纤维取代以制造“绿色汽车”。例如，欧盟报废汽车(ELV)计划要求在2015年，所有新车应 该具有95%可循环材料(Marsh 2003)。因此，用天然纤维增强的复合物将起到重要作用并 且可成为本世纪革命性材料(Marsh 2003)。与合成纤维相比，使用天然纤维的一些优点为 可再生、可生物降解，可回收、对环境和健康无毒、更轻的密度、更好的机械性能、对工具无 磨蚀性、和低价 Gimmermann 等 2004 年，Oksman 等 2003 ,Wambua 等 2003 ,Mohanty 等 2002， Leao等1998)。与玻璃纤维(30GJ/吨)相比，天然纤维的使用使车重降低至多40%，降低 了生产天然纤维的能量(4GJ/吨)，以及玻璃纤维的生产释放有毒气体如C02、N0x、S0x和粉 尘(Marsh 2003)。尽管对复合物使用天然纤维获得许多优点，了解到还有一些缺点。天然 纤维在性质上为亲水性，当它与疏水性的聚合物基材结合时，它们则具有更低的相容性。天 然纤维还需要低至约200°C的加工温度以防止纤维降解(Nakagaito等2005)。为了克服缺 点，在基材中加入偶联剂并且应用改进的加工方法。一种具有良好潜力的天然纤维为大麻槿(Hibiscus cannabinus) 0大麻槿为高可 达4-5m以及茎粗可达4-5cm的一年生植物，它生长迅速。大麻槿可全年种植以及在任何 海拔生长，收获期为大约120天。基于干重，茎上的韧皮纤维含量为21%-36%。大麻槿 韧皮纤维的尺寸为2-3mm长和15-25 μ m宽。大麻槿韧皮纤维的化学物质含量为纤维素 (44-62% )、半纤维素(14-20% )、木质素(6_9% )和果胶)。同时大麻槿韧皮纤维 的密度为1. 47g/cm3,拉伸强度为479-1600MPa，以及杨氏模量为18. 2GPa。作为工业原材 料，大麻槿具有良好的潜力，因为每公顷的干纤维产量为大约1. 5-5吨。大麻槿每天大约生 长7-8cm，意味着它具有快光合速率，因此可以吸收大量二氧化碳；从而它可以被种植以降 低全球变暖。纤维尺寸在生产用于汽车部件的复合物中是非常重要的因素。为了提高复合物 的强度，需要更小的纤维尺寸如微纤维纤维素(MFC)。美国专利20060147695描述了包含 100 μ m-20mm的大麻槿纤维和聚乳酸的聚合物基材的大麻槿纤维增强的复合物用于电气和 电子设备产品。美国专利5973035描述了以包含树脂，例如热塑性树脂和至少约2重量％，更优选 至少约5重量％的结构化(texturized)纤维素或木质纤维素纤维的复合物为特征的发明。 本发明还以包含聚乙烯和至少约50重量％结构化纤维素或木质纤维素纤维的复合物为特 征。复合物的抗弯强度为至少约3，000 81，或拉伸强度为至少约3，000 81。生产复合物的方法包括将纤维素或木质纤维素纤维剪切形成结构化纤维素或木质纤维素纤维，然后使结 构化纤维与树脂混合。优选的方法包括用旋转刀具切割机剪切纤维。剪切引起内部纤维显 著暴露。剪切后，“结构化纤维素或木质纤维素纤维”至少约50%，更优选至少约70%这些 纤维的长/径(L/D)比为至少5，更优选至少25，或至少50。美国专利4559376描述了生产基于纤维素或木质纤维素材料和塑料的复合物的 方法，根据该方法，在配混或加工步骤之前或期间，使纤维素或木质纤维素材料进行预水解 或其它化学降解处理，从而获得纤维素或木质纤维素材料在塑料相中的粉碎和改进的分散 性。热塑性塑料复合物包含至多40重量％引入其中的预水解纤维素或木质纤维素。生产 包含至多70重量％引入其中的预水解纤维素或木质纤维素的母料浓缩物。美国专利6939903描述了制备复合材料的方法，包括a)用反应性有机硅烷为天 然纤维上胶；b)将聚烯烃树脂和上胶的天然纤维混合；和c)将官能化聚烯烃偶联剂加入上 胶的天然纤维和聚烯烃树脂的混合物中以提供所述复合材料。本发明的目的为获得具有高强度和环境友好的用于汽车部件的复合物，由大麻槿 微纤维和聚丙烯或聚乳酸基材组成。可通过权利要求中描述的产品和方法达到目的。发明概述本发明涉及用于汽车部件的包含大麻槿微纤维和聚丙烯(PP)和/或聚乳酸(PLA) 的聚合物的混合物的复合材料产品。首先将大麻槿纤维加工成为浆状物，然后使用石研磨机纤丝化。大麻槿纤维的直 径大小为10-50 μ m,并且优选与聚合物混合。通过使干的浆状物与粒状聚丙烯(PP)在混合器(Labo plastomill)中在例如 170-190°C、50-70rpm下混合10-30min，制备大麻槿微纤维和聚丙烯(PP)的复合物。大 麻槿微纤维的量为40-80重量％ (复合物重量)。在混合中，优选以复合物重量的例如 3-12. 5%加入马来酸酐聚丙烯(maleic anhydridepolypropylene, MAPP)作为偶联剂。从 Labo plastomill去除材料混合物并且放入具有置于板上的特氟龙薄片的板中以形成毡， 然后热压。热压在例如170-190°C，例如IMI^a的压力下进行30-60秒。热压后，立刻将板放 入压力为例如IMPa的冷压机中3-7分钟。然后从板中取出板材。如下制作大麻槿微纤维和聚乳酸(PLA)的复合板。首先将PLA溶于二氯甲烷中并 且在室温下搅拌。将湿的浆状物加入溶解的PLA中并且搅拌直到均勻。在混合中，优选将 甘油三乙酸酯作为增塑剂以复合物重量的例如3-9%加入。大麻槿微纤维的量优选为复合 物重量的30-60%。使混合物在例如60-105°C的烘箱中干燥12-36小时。使干燥混合物 在例如160-180°C的温度，50-70rpm下的混合器(Labo plastomill)中进一步加工10-30 分钟。除去混合物并且放入具有置于板上的特氟龙薄片的板中以形成毡，然后热压。在例 如170-190°C的温度，IMPa的压力下进行热压30-60秒。热压后，立刻将板放入压力为例如 IMPa的冷压机中3-7分钟。然后从板中取出板材。附图简述本发明使用下图进行详细描述
图1描述了本发明大麻槿微纤维与聚丙烯(PP)的复合物制备方法的流程图。图2描述了本发明大麻槿微纤维与聚乳酸(PLA)的复合物制备方法的流程图。实施方案描述
首先将大麻槿纤维加工为浆状物，然后使用石研磨机纤丝化为具有10_50μπι的 尺寸，并且优选与聚合物混合。根据图1，通过使干的浆状物与粒状聚丙烯(PP)在例如170-190°C，50-70rpm下的 混合器(Labo plastomill)中混合10-30min，制备大麻槿微纤维和聚丙烯(PP)的复合物。 大麻槿微纤维的量为复合物重量的40、50、60、70和80 %。在混合中，以复合物重量的3、5、 7. 5、10和12. 5%加入马来酸酐聚丙烯(MAPP)作为偶联剂。从Labo plastomill去除材料 混合物并且放入具有置于板上的特氟龙薄片的板中以形成毡，然后热压。热压在170-190°C 的温度，IMPa的压力下进行30-60秒。热压后，立刻将板放入例如压力为IMPa的冷压机中 3-7分钟。然后从板中取出板材。根据图2，如下制作大麻槿微纤维和聚乳酸(PLA)的复合板。首先将PLA溶于二氯 甲烷中并且在室温下搅拌。将湿的浆状物和甘油三乙酸酯作为增塑剂加入溶解的PLA中并 且搅拌直到均勻。大麻槿微纤维的量为复合物重量的30、40、50和60%。所加甘油三乙酸 酯的量为复合物重量的3、5、7和9%。使混合物在60-105°C的烘箱中干燥12-36小时。使 干燥混合物在160-180°C的温度，50-70rpm下的混合器(Labo plastomill)中进一步加工 10-30分钟。除去混合物并且具有置于板上的特氟龙薄片的板中以形成毡，然后热压。热压 在170-190°C的温度，IMPa的压力下进行30-60秒。热压后，立刻将板放入压力为IMPa的 冷压机中3-7分钟。然后从板中取出板材。将所得板成形为50X 150mm的试样。试样的两端为自由支撑的以便具有IOOmm跨 度距离。将50mm/min的负荷施用至跨度距离的中心，测量挠曲的量。然后，可获得各试样 的负荷-挠度曲线。其中试样断裂的负荷值定义为最大弯曲负荷(在50mm宽)。弯曲弹性 梯度定义为在Icm挠曲下的弯曲负荷，由负荷和弯曲负荷开始时负荷-挠度曲线的线性区 域中的应变量计算。试验结果显示在表1到4中。表1、不同百分比MAPP下的复合大麻槿微纤维/PP (50/50)的弯曲弹性梯度值和最 大负荷。
权利要求
1.一种复合材料，其包含大麻槿(Hibiscus cannabinus)韧皮微纤维和聚丙烯和/或 聚乳酸的聚合物的混合物，其中以20-80重量％的量包含微纤维。
2.根据权利要求1的复合材料，其中微纤维的直径为10-50μ m。
3.根据权利要求1的复合材料，其中在聚合物包含聚丙烯的情况下，混合物进一步包 含马来酸酐聚丙烯(MAPP)。
4.根据权利要求3的复合材料，其中马来酸酐聚丙烯(MAPP)的量为3-12.5重量％。
5.根据权利要求1的复合材料，其中在聚合物包含聚乳酸的情况下，混合物进一步包 含甘油三乙酸酯。
6.根据权利要求5的复合材料，其中甘油三乙酸酯的量为3-9重量％。
7.根据权利要求1的复合材料，其中密度在0.8-1. 4g/cm3的范围内。
8.一种生产复合材料的方法，所述复合材料包含大麻槿(Hibiscuscarmabinus)韧皮 微纤维和聚丙烯和/或聚乳酸的聚合物，所述方法包括以下步骤a)使韧皮微纤维和聚合物混合，其中微纤维以20-80重量％的量混合；b)对步骤a)所得产物进行热压；和c)对步骤b)所得产物进行冷压。
9.根据权利要求8的方法，其中微纤维的直径为10-50μ m。
10.根据权利要求8的方法，其中在聚合物包含聚丙烯的情况下，使马来酸酐聚丙烯 (MAPP)进一步与韧皮微纤维和聚合物混合。
11.根据权利要求10的方法，其中马来酸酐聚丙烯(MAPP)的量为3-12.5重量％。
12.根据权利要求8的方法，其中在聚合物包含聚乳酸的情况下，使进一步包含甘油三 乙酸酯的混合物进一步与韧皮微纤维和聚合物混合。
13.根据权利要求12的方法，其中甘油三乙酸酯的量为3-9重量％。
全文摘要
本发明涉及包含大麻槿(Hibiscus cannabinus)韧皮微纤维和聚丙烯和/或聚乳酸聚合物的混合物的复合材料，其中包含20-80重量％的微纤维。根据本发明，可获得具有高强度和环境友好的用于汽车部件的由大麻槿微纤维和聚丙烯或聚乳酸基材组成的复合物材料。
文档编号C08J3/20GK102099404SQ20098012738
公开日2011年6月15日 申请日期2009年5月18日 优先权日2008年5月16日
发明者B·苏比扬托, D·H·Y·扬托, E·赫米亚蒂, I·布迪曼, K·W·普拉赛特约, W·库尔尼亚万, 伊斯马蒂, 沙比雅克托, 稻生隆嗣, 菲特里亚 申请人:丰田自动车株式会社, 印度尼西亚科学学院(Lipi)