制备包含木纤维成分和聚合物树脂的复合材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备包含木纤维成分和聚合物树脂的木纤维－聚合物复合材料的方法，其包括通过在木纤维成分接触熔融聚合物树脂时施加超声波引发木纤维和聚合物之间的化学粘合反应。本发明专利技术的方法通过引发木纤维和聚合物树脂之间的化学粘合，即使不用额外的添加剂，也能够制备具有优异的机械、热和流变加工性能的复合材料。因此，本发明专利技术提供了例如降低复合材料的生产成本，无需根据复合材料的成分选择和改变添加剂的种类从而使制备方法具有高度灵活性的优点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制备包含木纤维成分和聚合物树脂的复合材料的 方法。更具体而言，本专利技术涉及一种通过在混合和/或挤压木纤维和熔 融聚合物的过程中施加超声波引发木纤维和聚合物之间的化学粘合反 应，即使不用例如粘合剂的额外添加剂，也能够制备具有优异的机械/ 热性能和流变可加工性的复合材料的方法。
技术介绍
众所周知，天然木材价格昂贵，且暴露在多种不同的外部环境因 素例如水和阳光下容易产生形态和结构的变形或表面损伤。另一方面，合成树脂、例如聚合物价格便宜且高度耐用，但具有如下缺点塑料 树脂固有且具有不合需要的油质触觉的表面质地，包括颜色特性差的 通常不合需要的外观，以及取决于材料种类的低强度。作为加强聚合 物树脂强度的尝试，开发使用了通过向聚合物树脂中加入粒状或线状 填料而设计的复合材料。具体而言，开发了通过向聚合物树脂中加入例如木粉的木纤维成 分作为填料而增加强度的同时，具有木材的天然外观和质地的复合材料。然而，基于纤维素分子结构的木纤维成分显示出亲水性，.而聚合 物树脂通常表现出疏水性。这些不同的物理性质使得木纤维成分和聚 合物树脂之间的界面粘合强度较低，结果是，获得的复合材料产物很难具有需要的强度。此外，这样的复合材料还有例如包括湿度引发变形(moisture-induced deformation)的热、机械和流变性能4交差的缺点。因此，作为提高木纤维成分和聚合物树脂之间的界面粘合强度的 尝试，开发了包括通过单独加入某些化合物例如马来酸酐等，引发木 纤维的分子链和聚合物的分子链之间粘合的技术。尽管使用这样的添加剂可以解决上述的一些问题，但是在混合木 纤维成分和聚合物树脂时单独加入昂贵的化合物带来多种问题，例如 复合材料的生产成本增加和根据聚合物树脂的种类适当地改变添加剂。这样，对开发能够以低生产成本制备木纤维-聚合物复合材料，并 进一步能够不考虑聚合物树脂的种类制备所需复合材料的技术有着强 烈的需求。
技术实现思路
为解决上述问题进行了大量广泛深入的研究和实验后，本专利技术的 专利技术人发现，在木纤维成分和聚合物树脂的混合、挤压或注入过程中， 施加超声波使得各成分的可分散性提高，并由于分子链部分断裂形成 的自由基的作用意外地导致分子链间的交联，从而形成木纤维成分和 聚合物树脂之间粘合强度增强的复合材料。基于这些发现完成了本发 明。因此，由于上述问题产生了本专利技术，本专利技术的一个目的是提供一 种制备包含木纤维的合成树脂复合材料的方法。本专利技术另 一个目的是提供一种使用上述方法制备的木纤维-聚合物 复合材料。具体实施例方式根据本专利技术的 一个方面，可以通过提供一种制备包含木纤维成分 和聚合物树脂的合成树脂复合材料的方法实现上述和其它目的，该方 法包括通过在木纤维成分接触熔融聚合物树脂时施加超声波引发木纤 维和聚合物之间的化学粘合反应的步骤。也就是说，本专利技术的方法通过施加超声波的简单方法，即使不用 额外的添加剂，也能够制备具有优异的机械、热和流变加工性能的木 纤维-聚合物复合材料。因此，本专利技术的方法由于不使用昂贵的添加剂 可以降低复合材料的生产成本，并由于其广泛适用性，无论用于何种 聚合物树脂都具有高度加工灵活性。本文有时使用的术语"木纤维-聚合物复合材料"指的是包含作为 主要成分的木纤维成分和聚合物树脂的复合材料。因此，本专利技术的木 纤维-聚合物复合材料根据所需的效果和应用进一步包含其它成分。此 外，木纤维-聚合物复合材料的基质成分可以是木纤维成分，或可以是 聚合物树脂。例如，前者可以是将聚合物树脂浸渍在木纤维成分中的 结构，而后者可以是将作为填料的木纤维成分加入到聚合物树脂中的 结构。优选地，上述复合材料是由将作为填料的木纤维成分加入到作 为基质成分的聚合物树脂中的结构形成的。只要是具有纤维素分子结构的纤维性材料，对可用于本专利技术的木 纤维成分没有特别的限制。木纤维成分的例子可以包括由天然木材原 料或再生纸浆磨成小颗粒而加工的木粉，和其它来自植物的天然纤维，例如大麻纤维、亚麻纤维、黄麻纤维、洋麻纤维、纤维素等。因此， 可以使用木粉-聚合物复合材料作为合成木材代替天然木材。当聚合物 树脂为所述复合材料的基质成分时，尽管木粉的大小可以根据预期用途变化，但是木粉具有优选为10到200目、更优选为30到150目的 大小。如果木粉过大，这可能带来多种缺点，例如由于聚合物树脂含 量减少而使木粉之间的粘合强度较差，以及由这样的复合材料制得的 产品表面非常粗糙。另一方面，如果木粉过小，不利地难以获得充分 的分散。木粉的例子可以包括针叶树的木粉、阔叶树的木粉等。优选 地，木粉为针叶树，例如松树、楓树等的木粉。对本专利技术中可使用的聚合物树脂的种类没有特别的限制，因此可 使用多种不同的树脂材料，例如热塑性树脂、热固性树脂和树脂混合 物。优选使用热塑性树脂。为了最终形成聚合物树脂与木纤维成分的 复合材料，聚合物树脂在复合材料的制备过程中应能够保持液相状态。 因此，当使用热塑性树脂作为聚合物树脂时，优选熔点为100到250 。C的聚合物，且在该熔点下木纤维成分不会分解或燃烧。根据上文所述的本专利技术，当两个成分即木纤维成分和聚合物树脂 接触时施加超声波。例如，两个成分的接触可以在混合、挤压和/或注 入过程中发生。超声波的施加可在这样的接触过程中的任意步骤中进 行。优选地，聚合物树脂在木纤维成分不会分解或燃烧的温度范围内 熔化，然后在木粉和熔融聚合物树脂混合时施加超声波。施加的超声波的频率和振幅在通过部分断裂木纤维和聚合物或两 者其中之一的分子链形成自由基的范围内确定，因此可以变化，例如， 根据将要使用的聚合物的分子结构。因此，本专利技术指定的超声波的频 率可为几Hz到几十kHz,且其振幅可为几jiim到几十/xm。尽管超声波的施加在木纤维成分和聚合物树脂接触时可以只进行 一次，但是可优选地以周期性或非周期性的间隔施加几次超声波，以 提高木纤维成分和聚合物树脂之间化学粘合的效率。超声波的施加取决于制备所需复合材料的装置的独特结构布局和 施加的时间点。例如，使用复合材料作为原料的挤压装置通常包括混 合部件、挤压部件、提取部件和切割部件等，且混合部件和/或挤压部 件设置有加热装置。由于组成复合材料的成分的混合发生在混合部件 和/或挤压部件中，可选择在此加入超声波施加部件。优选地，超声波 施加部件包括能够调节超声波频率和振幅的控制部件。超声波施加部这样，基于本专利技术的基本原则，只要具有可应用超声波在木纤维 成分和聚合物树脂接触时加强成分间的粘合强度的结构，可在相关系 统中加入不同形式的超声波施加部件。因此，应理解这样不同形式的 超声波施加部件都落入本专利技术的范围之内。根据本专利技术的另 一个方面，提供了 一种使用上述方法制备的木纤 维-聚合物复合材料。由于如上详细说明的制备方法，本专利技术的木纤维-聚合物复合材料 特征在于，不需要添加成分(添加剂)就能够在木纤维和聚合物的分子之 间形成直接化学粘合。不一定在所有的分子链中都形成这样的化学粘 合，因此具有所需物理性能的复合材料也可以通过分子链的一些部分 之间的部分化学粘合而获得。这样的木纤维-聚合物复合材料可用相关
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【技术保护点】
一种制备包含木纤维成分和聚合物树脂的木纤维－聚合物复合材料的方法，其包括通过在木纤维成分接触熔融聚合物树脂时施加超声波引发木纤维和聚合物之间的化学粘合反应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩裕洙，朴性赞，孙廷一，金东珍，韩相镐，黄允焕，李载旭，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，李载旭，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]