专利名称：改性纤维素纤维，其制备和用途的制作方法
改性纤维素纤维，其制备和用途本发明涉及一种生产复合材料的方法，其包括在一个步骤中(A)用(B)的水乳液处理纤维素纤维而制备改性纤维素纤维(B)至少一种分子量Mn高达20000g/mol的最大值且包含呈掺入形式的如下物质作为共聚单体的乙烯共聚物(a) 50-95 重量 ％ 乙烯，(b) 5-50重量％至少一种具有至少一个经由间隔基连接至可聚合基团的烷基化或环烷基化氨基的共聚单体，(C) 0-30重量％其他共聚单体，和在另一步骤中将改性纤维素纤维与如下物质混合(C)至少一种热塑性塑料和(D)任选一种或多种辅助剂。本专利申请进一步涉及用至少一种(B)的水乳液处理的纤维素纤维(B)至少一种分子量Mn高达20000g/mol的最大值且包含呈掺入形式的如下物质作为共聚单体的乙烯共聚物(a) 50-95 重量 ％ 乙烯，(b) 5-50重量％至少一种具有至少一个经由间隔基连接至可聚合基团的烷基化或环烷基化氨基的共聚单体，(C) 0-30重量％其他共聚单体。本发明进一步涉及本发明纤维素纤维在生产复合材料中的用途。木材作为原料已为人类所知数千年了。其特征在于在世界上大部分地区的易得性。另外，通过大量加工技术，木材可以以多种方式使用。在许多国家中，甚至至今仍继续将木材用于建筑物外部的应用场合中，例如用于制造屋顶、立面、窗框和阳台，以及制造长椅如公园长椅，和制造中空制品如用于装饰的空腔型材或窗台中。然而，影响木材在建筑物外部中的应用的一个严重缺点是其老化稳定性不足。湿热老化尤其可导致腐烂。通过涂覆如通过清漆涂层保护木材以防老化影响的尝试当然可延缓腐烂，但不能完全防止腐烂。此外，清漆涂层的缺点是必须定期对其进行更新。此外，许多清漆体系对机械载荷和损害敏感，且这可例如导致涂层体系剥落。此外，木材仅可通过昂贵且不便的技术加工，这产生大量废弃物。不缺乏用塑料替代木材的尝试。塑料如聚氯乙烯或聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯例具有在许多室外应用中被证明是过度的热膨胀系数。另外，在许多情况下，硬度太低。作为大量问题的解决方案，在最近一段时间内，已提供木材和塑料的复合材料 (也简称为木塑复合材料，WPC)。这些材料通过将塑料材料与木纤维混合而生产。这类复合材料显示出比纯木材显著更高的老化稳定性，以及比某些纯塑料如聚乙烯或聚丙烯更好的机械性能。此外，可用上述复合材料实施成型技术如用纯热塑性塑料的那些，其实例为注塑和挤出。然而，在许多情况下，木塑复合材料的一个问题是木材与塑料成分彼此之间的附着力不足。如果附着力不足，则在许多情况下，机械强度仍存在改进空间。W02008/101937公开了包含天然纤维(如木材)和热塑性聚合物以及任选其他物质的复合材料。所述复合材料通过将天然纤维、热塑性塑料和某些乙烯共聚物蜡以及任选的其他物质混合而生产。然而，在一些情况下，加工需要耗费较长时间，就加工工程角度而言这是不利的。此外，能改善一些机械性能如拉伸强度、弯曲强度、冲击韧性、断裂应力、断裂伸长率和/或拉伸伸长率。W02007/118264公开了一种用含镁离子的溶液处理纤维素纤维的方法。所得的经处理材料适于包装应用，但由于发生降解反应，它们不适于复合材料。此外，在许多情况下， 仍能改善防水性能。因此，一个目的是提供一种生产复合材料的方法，其能改善均一性以及因此的复合材料性能。另一目的是提供显示出特别好的机械性能如拉伸强度、弯曲强度、冲击韧性、 断裂应力、断裂伸长率和/或拉伸伸长率以及更低吸水性的复合材料。又一目的是提供复合材料的用途。因此，已发现开头所定义的方法，在下文中也称为本发明方法。本发明方法起始于纤维素纤维(A)。在本发明上下文中，纤维素纤维还包括木素纤维素纤维。纤维素纤维(A)的实例为亚麻、剑麻、大麻、椰纤维、麻蕉(称为马尼拉麻)的纤维，而且还包括稻壳、竹、秸秆和花生壳的纤维。纤维素纤维(A)的优选实例为木纤维。这些木纤维可为新收获的木材或废木材的纤维。此外，木纤维可为不同木品种如冷杉、云杉、 松树或落叶松的软木纤维，山毛榉和橡树的硬木纤维。此外合适的还有木材废弃物如刨屑、 锯末或锯屑。木材组成就其成分而言可变化，如纤维素、半纤维素和木素。在本发明的一个实施方案中，纤维素纤维(A)包括纸浆。纸浆可以为未漂白或漂白纸浆。就本发明而言，纸浆可通过碱性或酸性浸煮方法获得。就本发明而言，纸浆可具有0-20重量％的木素含量。在本发明的一个实施方案中，纤维素纤维㈧具有0-100的卡伯值。在本发明的一个实施方案中，纤维素纤维(A)具有0. 1-lOOmm，优选I-IOmm的平均长度。在本发明的一个优选实施方案中，纤维素纤维(A)为长纤维浆。就本发明而言，长纤维浆可具有l_7mm的长度。就本发明而言，长纤维浆可具有10-50 μ m的粒子宽度。就本发明而言，长纤维浆可具有100-500mg/m的粗度(纤维量)。在本发明的一个实施方案中，纤维素纤维(A)的长度/厚度比为500 1-50 1， 当纤维素纤维(A)选自长纤维浆时更特别如此。在本发明的另一实施方案中，纤维素纤维㈧选自短纤维浆，其可例如具有 0. 2-1. 5mm的长度和200 1-40 1的长度/直径比。本发明方法包括至少两个步骤，更特别地为至少两个单独的步骤。在一个步骤 (在本发明上下文中也称为第一步骤)中，将纤维素纤维用至少一种(B)的水乳液处理(B)至少一种乙烯共聚物(在本发明上下文中也简称为乙烯共聚物(B))，其分子量1高达20000g/mol的最大值，优选为1000-15000g/mol且包含呈共聚形式的如下物质作为共聚单体
(a) 50-95 %，优选55-90 %，更优选60-80重量％的乙烯，(b) 5-50%，优选10-45%，更优选20-40重量％的至少一种具有至少一个经由间
隔基连接至可聚合基团的烷基化或环烷基化氨基的共聚单体，(c) 0至总计30重量％，优选至总计20重量％的特别为一种或多种其他共聚单体。此处，以重量％表示的数基于总乙烯共聚物⑶。烷基化或环烷基化氨基可借助其连接至可聚合基团上的合适间隔基包括含有 1-20个C原子和任选至少一个杂原子的环状或线性有机基团。杂原子包括硫以及尤其是氮和氧。在本发明的一个实施方案中，乙烯共聚物(B)具有根据DIN 51562在120°C下测得的为60-150000mm2/s，优选300-90000mm2/s的动态熔融粘度ν。在本发明的一个实施方案中，乙烯共聚物(B)的熔点根据DIN 51007通过DSC测定为40-110°C，优选至多100°C。在本发明的一个实施方案中，乙烯共聚物⑶的密度根据DIN 53479测定为 0. 85-0. 99g/cm3，优选至多 0. 97g/cm3。在本发明的一个实施方案中，共聚单体(b)为通式I或Ia的化合物
〇
R2vJK, / ,
^=Ik A1-NI
\ 1\ 3
RR
〇
Rl Vx + ,R3 3 ^=( xA-N-^r31 a
\ 1\ 3
R1R3
Y-其中各变量如下所定义R1和R2相同或不同；R1选自氢以及未支化和支化的C1-Cltl烷基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、仲戊基、新戊基、1，2_ 二甲基丙基、异戊基、正己基、异己基、仲己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、正癸基；更优选(^-(；烷基如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基和叔丁基，更特别地为甲基；R2选自未支化和支化的C1-Cltl烷基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、仲戊基、新戊基、1，2_ 二甲基丙基、异戊基、正己基、异己基、仲己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、正癸基；更优选C1-C4烷基如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基和叔丁基，更特别地为甲基；非常优选为氢。R3基团不同或优选相同，且选自氢以及支化和优选未支化的C1-Cltl烷基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、仲戊基、新戊基、1，2-二甲基丙基、异戊基、正己基、异己基、仲己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、正癸基；优选甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、异戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基；更优选C1-C4烷基如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基和叔丁基，非常优选甲基；c3-c12环烷基，例如环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基、环癸基、环十一烷基和环十二烷基；优选环戊基、环己基和环庚基。此处，两个基团R3可彼此连接以形成任选被C1-C4烷基取代的3-10员，优选5_7员环；更优选基团N(R3)2可选自
权利要求
1.一种生产复合材料的方法，其包括在一个步骤中(A)用(B)的水乳液处理纤维素纤维而制备改性纤维素纤维(B)至少一种分子量^高达20000g/mol的最大值且包含呈掺入形式的如下物质作为共聚单体的乙烯共聚物(a)50-95重量％乙烯，(b)5-50重量％至少一种具有至少一个经由间隔基连接至可聚合基团的烷基化或环烷基化氨基的共聚单体，(c)0-30重量％其他共聚单体， 随后干燥，和在另一步骤中将改性纤维素纤维与如下物质混合(C)至少一种热塑性塑料和(D)任选的一种或多种辅助剂。
2.根据权利要求1的方法，其中共聚单体(b)为通式I或Ia的化合物 其中各变量定义如下R1选自氢、未支化和支化的C1-Cltl烷基，R2选自氢、未支化和支化的C1-Cltl烷基，R3每次出现时相同或不同，且选自氢和未支化和支化的C1-Cltl烷基和C3-C12环烷基，其中两个基团R3可彼此连接以形成3-10员环， X选自氧、硫和N-R4，R4选自氢和未支化和支化的C1-Cltl烷基，A1为选自C1-Cltl亚烷基、C4-C1(1亚环烷基和亚苯基的二价基团，且Y_为无机或有机酸的阴离子。
3.根据权利要求1或2的方法，其中各变量如下选择 R1为氢或甲基，R2为氢，R3在每次出现时相同且选自甲基和乙基。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中纤维素纤维(A)选自木纤维。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所述纤维素纤维(A)为长纤维浆。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中热塑性塑料(C)选自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚酯。
7.纤维素纤维，其用至少一种(B)的水乳液处理(B)至少一种分子量^高达20000g/mol的最大值且包含呈掺入形式的如下物质作为共聚单体的乙烯共聚物(a)50-95重量％乙烯，(b)5-50重量％至少一种具有至少一个经由间隔基连接至可聚合基团的烷基化或环烷基化氨基的共聚单体，(c)0-30重量％其他共聚单体。
8.根据权利要求7的纤维素纤维，其不合热塑性塑料(C)。
9.根据权利要求7或8的纤维素纤维，其中纤维素纤维(A)与乙烯共聚物(B)的重量比为 1000 1-20 1。
10.根据权利要求7-9中任一项的纤维素纤维，其中纤维素纤维选自长纤维浆。
11.根据权利要求7-10中任一项的纤维素纤维，其具有0.1-20重量％的残留水含量。
12.根据权利要求7-11中任一项的改性纤维素纤维在生产复合材料中的用途。
13.根据权利要求7-11中任一项的改性纤维素纤维在生产包含至少一种热塑性塑料 (C)的复合材料中的用途。
14.根据权利要求7-11中任一项的改性纤维素纤维在生产包含玻璃纤维的复合材料中的用途。
15.使用根据权利要求12-14中任一项的改性纤维素纤维生产的复合材料。
16.使用根据权利要求15的复合材料生产的建筑物外部部件、建筑物内部部件、型材部件、家具或中空制品。
17.根据权利要求12-14中任一项的复合材料在生产建筑物外部部件、建筑物内部部件、型材部件、托盘、汽车领域中的内部装饰和底部装饰、家具或中空制品中的用途。
全文摘要
本发明涉及一种生产复合材料的方法，其特征在于在一个步骤中制备改性纤维素纤维(A)用至少一种乙烯共聚物(B)的水乳液处理纤维素纤维，所述乙烯共聚物(B)具有不大于20000g/mol的分子量Mn且包含作为整合共聚单体的如下物质(a)50-95重量％乙烯，(b)5-50重量％至少一种具有至少一个经由间隔基连接至可聚合基团的烷基化或环烷基化氨基的共聚单体，(c)0-30重量％其他共聚单体；以及在另一步骤中将改性纤维素纤维与(C)至少一种热塑性塑料和(D)任选的一种或多种辅助剂混合。
文档编号C08L23/04GK102471498SQ201080035436
公开日2012年5月23日 申请日期2010年8月3日 优先权日2009年8月10日
发明者H·普菲斯特纳, 卡斯特罗 I·加西亚, M·诺伊斯, S·奇霍尼, T·普法伊费尔, T·泽林斯基 申请人:巴斯夫欧洲公司, 蒙迪 弗兰查赫有限公司