复合产品、其制造方法及其应用，材料组分及最终产品的制作方法
【专利摘要】本发明涉及复合产品。根据本发明，复合产品包含基于聚合物的材料和有机天然纤维材料，有机天然纤维材料为一定的形式，该形式的有机天然纤维材料的纤维是薄片，该薄片形式的有机天然纤维材料已经与基于聚合物的材料混合。此外，本发明涉及制造复合产品的方法、材料组分、复合产品的应用和最终产品。
【专利说明】复合产品、其制造方法及其应用，材料组分及最终产品
发明领域
[0001]本发明涉及复合产品。此外本发明还涉及制造复合产品的方法。此外本发明还涉及材料组分、最终产品及复合产品的应用。
技术背景
[0002]现有技术已知通常由挤出法从基于木材的材料和聚合物形成的各种不同的木材-聚合物复合物。
[0003]发明目的
[0004]本发明的目的是揭示一种新的复合产品。本发明的另一个目的是揭示一种制造复合产品的新方法。本发明的另一个目的是生产新的最终产品。
[0005]发明概述
[0006]根据本发明的复合产品的特征如权利要求1中所述。
[0007]制造根据本发明的复合产品的方法的特征如权利要求17中所述。
[0008]根据本发明的材料组分的特征如权利要求20中所述。
[0009]根据本发明的最终产品的特征如权利要求21中所述。
[0010]根据本发明的复合产品的应用的特征如权利要求23中所述。
[0011]附图简要描述
[0012]包括附图以提供对本发明的进一步理解，附图构成说明书的一部分，举例说明本发明的一些实施方式，与说明书一起帮助解释本发明的原理。在附图中:
[0013]图1是说明根据本发明的一种实施方式的方法的流程图，
[0014]图2是说明根据本发明的另一种实施方式的方法的流程图，
[0015]图3是说明根据本发明的另一种实施方式的方法的流程图，
[0016]图4表示板状颗粒的纵横比，其中d是颗粒厚度，L是颗粒宽度，
[0017]图5表示薄片结构的两种示例，其包括两个纤维和四个纤维片段，
[0018]图6表示小薄片的最短维度的示例，以及
[0019]图7表示拉长的小薄片的示例(SEM图象)。
[0020]发明详述
[0021]在本发明中形成了复合产品。根据本发明，复合产品包含基于聚合物的材料和有机天然纤维材料，有机天然纤维材料具有一定的形式，该形式的有机天然纤维材料是一种薄片，将薄片形式的有机天然纤维材料与基于聚合物的材料混合以形成混合物，由该混合物形成复合产品。
[0022]在本申请中，复合产品优选是一种用于后加工中的中间产品，例如通过熔融进行后加工，例如通过注塑或挤出进行熔融后加工。在一种实施方式中，复合产品可作为最终产品使用。
[0023]在本申请中，有机天然纤维材料(以下还称为纤维材料)是指包含纤维的任何天然材料或组合物，例如基于木材的纤维、基于作物的纤维、粘胶纤维等。有机天然纤维材料可包括未经加工的天然纤维和/或基于天然纤维的加工纤维。有机天然纤维材料可包含一种或多种纤维材料组分。优选有机天然纤维材料包含至少一种基于纤维的组分。在一种实施方式中，纤维材料基于纤维素。在一种实施方式中，纤维材料包含纤维素纤维。在一种实施方式中，纤维材料包含有机天然纤维和/或纤维的一些部分。纤维材料可包括任何天然有机纤维和/或纤维的一些部分，例如木材纤维、作物纤维和/或它们的部分和组分。在一种实施方式中，纤维材料是以下形式:纤维、纤维组分与部分、和/或薄片或它们的组合。纤维材料可进行化学改性。
[0024]在一种实施方式中，有机天然纤维材料由有机天然起始材料通过先粉碎再混合而形成。在本申请中，有机天然起始材料是指包含纤维的任何材料或组合物。在一种实施方式中，有机天然起始材料包含纤维素。有机天然起始材料可包含一种或多种起始材料组分。在一种实施方式中，从有机天然起始材料中分离纤维材料。在一种实施方式中，对起始材料进行机械和/或化学改性。在一种实施方式中，起始材料为以下形式:片或网或压实的纤维基质或压实的纤维片，或者大纤维或纤维束。
[0025]在一种实施方式中，有机天然起始材料选自基于浆液的材料、机制浆液、CMP、TMP、木粉、锯屑、碎片材料、纤维素、其衍生物和它们的组合。在一种实施方式中，有机天然起始材料包含基于浆液的材料，例如基于木浆或化学浆液的材料。在一种实施方式中，有机天然纤维材料由基于木浆的材料形成。在一种实施方式中，有机天然纤维材料由基于化学浆液的材料形成。在一种实施方式中，有机天然纤维材料由从木材制备的基于化学浆液的材料形成。在一种实施方式中，基于浆液的材料由选自下组的材料形成:浆液板、浆液片、浆液卷、粉碎的浆液材料、其衍生物和它们的组合。
[0026]基于聚合物的材料可包含任何合适的聚合物或聚合物组合物。在一种实施方式中，基于聚合物的材料是热塑材料。在一种实施方式中，基于聚合物的材料包含热塑组分。在一种实施方式中，基于聚合 物的材料选自:聚烯烃如聚乙烯和聚丙烯，聚苯乙烯，聚酰胺，ABS (丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物)，聚碳酸酯，生物聚合物如聚交酯，它们的衍生物和它们的组合。在一种优选的实施方式中，基于聚合物的材料选自聚乙烯、聚丙烯和它们的组合。基于聚合物的材料可包含一种或多种聚合物材料组分。此外，基于聚合物的材料可按需要包含添加剂和/或填料。在一种实施方式中，基于聚合物的材料的熔体流速MFR小于1000克/10分钟(230。。，2.16千克，ISOl 133定义)，更优选为0.1-200克/10分钟，最优选为0.3-150克/10分钟。在一种实施方式中，基于聚合物的材料的熔点小于250°C，优选小于220°C，更优选小于190°C。
[0027]优选将纤维材料与基于聚合物的材料混合以形成混合物。在一种实施方式中，可将合适和所需的添加剂加到起始材料、纤维材料和/或混合物中。
[0028]在一种实施方式中，在与基于聚合物的材料混合之前，纤维材料的湿度小于5%，优选小于4 %，更优选小于3 %，最优选小于2 %。
[0029]在一种实施方式中，复合产品包含40-60%的有机天然纤维材料，干燥的复合产品在30小时内(50%相对湿度和22°C气氛)吸收的水分含量小于复合产品的1.5重量％。在一种实施方式中，复合产品包含20-40%的有机天然纤维材料，干燥的复合产品在30小时内(50%相对湿度和22°C气氛)吸收的水分小于复合产品的1.3重量％。在一种实施方式中，可测定干燥的复合产品从气氛吸收的水分。在测定之前必须干燥复合产品。在测定之前应将复合产品在120°C干燥48小时。在所有情况中，干燥温度应比聚合物的玻璃化转变或熔融温度低至少10°C。若干燥温度小于110°C，则应采用尽可能高的干燥温度、真空烘箱(真空水平优选低于0.01毫巴)、和48小时的干燥时间。对于吸湿测定，将至少10克产品置于板上。板上应只放置一层细粒。然后测定吸湿量，其为相对于干燥产品重量的增加重量。因此，若干燥的复合产品重量从10.0克增加到10.1克，则结果为1.0%。在这些测定条件中:温度为22°C，空气湿含量为50%相对湿度。根据需要可采用不同的测定时间。
[0030]在一种实施方式中，混合物的孔体积小于10%，优选小于5%，更优选小于2%，最优选小于I %。
[0031]在一种实施方式中，由纤维材料和基于聚合物的材料组成的混合物的理论密度为930-1600千克/立方米，优选为1000-1500千克/立方米。理论密度根据混合物的组分和它们的密度而变化。
[0032]由于有机天然纤维具有吸湿特性，所以这些纤维通常包含水分。纤维的湿含量取决于，例如，纤维来源、纤维储存条件(如纤维储存地点环境的相对湿度和温度)、和纤维加工方式。在加工有机天然纤维时通常无法完全排除水分的存在，在一些情况中，过多的水分可能是有害的。在有机天然纤维和热塑或其他聚合物复合物的情况中，加工中存在水分可能导致，例如，产品性质如机械强度和视觉外观变差。有机天然纤维-热塑/聚合物复合物的加工温度通常大于水的沸点，因为热塑/聚合物的熔点和/或玻璃化转变温度大于IOO0C。在高于水沸点的温度加工有机天然纤维-热塑/聚合物复合物时，纤维中所含水分的蒸发会导致在产品材料中形成孔隙。出现的孔隙例如为以下形式:在复合产品中的纤维表面和基质聚合物之间的气泡或间隙。形成孔隙的另一个原因是，在加工过程中因为其中除气不充分而夹杂了空气或其他环境气体。尤其是，加强纤维的供给带来了大体积的气体，需要在加工中予以去除。例如，在通过配混挤出制备有机天然纤维-热塑/聚合物复合物时，需要进行充分的通风以去除气态物质(包括水蒸气、夹杂空气与其他气体、和其他挥发性组分)。产品材料中形成的孔隙使得产品材料的密度降低。理想上，产品材料中没有不需要的孔隙。事实上，不论加工方式在尽可能减少孔隙形成方面如何优秀，都可能存在一些孔隙。因此，可利用密度作为表征有机天然纤维-热塑/聚合物复合材料的一种定量数据。复合材料可通过其理论/计算密度及其实验密度来表征。复合材料的理论/计算密度(Pt)
由各种组分的质量和密度根据等式I来计算:
【权利要求】
1.一种复合产品，其中 该复合产品包含基于聚合物的材料和有机天然纤维材料，和 该有机天然纤维材料具有一形式，和 该形式的有机天然纤维材料是薄片，和 该薄片形式的有机天然纤维材料已经与基于聚合物的材料混合。
2.如权利要求1所述的复合产品，其特征在于，所述薄片至少包含纤维片段。
3.如权利要求1或2所述的复合产品，其特征在于，所述薄片的形状因子为0.05_0.09 。
4.如权利要求1-3中任一项所述的复合产品，其特征在于，涉及长度与宽度比值的纵横比为10-40。
5.如权利要求1-4中任一项所述的复合产品，其特征在于，涉及长度与厚度比值的纵横比为50-100。
6.如权利要求1-5中任一项所述的复合产品，其特征在于，球形度小于0.2。
7.如权利要求1-6中任一项所述的复合产品，其特征在于，所述薄片的宽度小于500微米。
8.如权利要求1-7中任一项所述的复合产品，其特征在于，所述薄片的厚度小于30微米。
9.如权利要求1-8中任一项所述的复合产品，其特征在于，所述薄片的宽度是所述薄片厚度的至少2倍。
10.如权利要求1-9中任一项所述的复合产品，其特征在于，所述薄片的长度是所述薄片宽度的至少10倍。
11.如权利要求1-10中任一项所述的复合产品，其特征在于，所述有机天然纤维材料由有机天然起始材料形成。
12.如权利要求ι-ll中任一项所述的复合产品，其特征在于，所述有机天然纤维材料由基于木浆的材料形成。
13.如权利要求1-12中任一项所述的复合产品，其特征在于，所述有机天然纤维材料由基于化学浆液的材料形成。
14.如权利要求1-13中任一项所述的复合产品，其特征在于，所述有机天然纤维材料由从木材制备的基于化学浆液的材料形成。
15.如权利要求1-14中任一项所述的复合产品，其特征在于，所述纤维材料的纤维体相密度小于300千克/立方米。
16.如权利要求1-15中任一项所述的复合产品，其特征在于，所述复合产品是细粒形式。
17.—种制造复合产品的方法，其中， 选择基于聚合物的材料和有机天然纤维材料，和 该有机天然纤维材料具有一形式，该形式的有机天然纤维材料是薄片，和 将该薄片形式的有机天然纤维材料与基于聚合物的材料混合以形成复合产品。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述有机天然纤维材料通过先粉碎然后混合由有机天然起始材料形成。
19.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述复合产品通过成粒形成从而形成细粒形式的复合产品。
20.一种由包含纤维素的有机天然起始材料形成的材料组分，其中该材料组分由纤维材料形成，通过粉碎由有机天然起始材料形成，在粉碎之后主要是薄片形式。
21.—种最终产品，其特征在于，所述最终产品由如权利要求1-16中任一项所述的复合产品形成。
22.如权利要求21所述的最终产品，其特征在于，所述最终产品由复合产品的细粒形成。
23.如权利要求1-16中任一项所述的复合产品的应用，其特征在于，所述复合产品用于制造最终广品。
【文档编号】C08L97/02GK103946315SQ201180074853
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2011年11月15日 优先权日:2011年11月15日
【发明者】H·科索宁, K·鲁科, S·图伦尼, J·萨尔米宁, S·弗斯, P·米尔丽泰 申请人:芬欧汇川集团