由处理的纤维素和塑料制备的复合材料制造技术

本发明专利技术涉及具有含反应活性部位的确定的纳米结构的处理的纤维状多孔材料，其中所述纤维状多孔材料用含有有机溶剂、异氰酸酯组分、不饱和树脂和任选的其它添加剂的低粘度有机溶液处理。该处理的纤维状多孔材料进一步与树脂混合，以形成复合材料。该复合材料可以通过各种混合和模塑方法来形成。本发明专利技术进一步涉及由此制备的各种复合材料。纤维状多孔材料选自纤维素、木素、合成陶瓷、多孔金属纳米粉料、高岭土、生物纤维或生物来源的多孔粉料或它们的混合物。该树脂可以是任何聚合物新料或由工业或家庭废料获得的碎片，并且选自热塑性或热固性聚合物。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的领域本专利技术涉及复合材料。更具体地说，本专利技术涉及由纤维素纤维和塑料基质制备的复合材料。本专利技术的背景有机复合材料由聚合物基质和固体硬颗粒或纤维增强剂制成。典型增强材料是无机填料如二氧化硅、滑石、氧化铝、玻璃球、碳酸钙、陶瓷粉料、碳化硅，无机纤维如玻璃、碳、陶瓷、硼和有机纤维如芳纶、纤维素、木质素和尼龙。当所添加的固体材料的颗粒足够小并且与聚合物基质相容时，混合物的性能是非线性的，这归因于聚合物-颗粒在分子水平上的相互作用(Peter L.Maul，Nanocor Incorporated，Corporate Technical Center，Arlington Heights，Illinois USA，“Plasticnanocompositesthe concept goes commercial”)。这些复合材料被命名为纳米复合材料，并且表现了更好的强度和秩序(渗透性，取向等)。为了稳定聚合物基质和添加剂的组合物，需要一些调解剂。表面活性剂已知可用于稳定由不混溶溶剂组成的溶液。在其中不同分子结构的聚合物在通过熔融或在溶液中一起混合时往往分离成多相结构、得到物理性能比初始聚合物组分差的混合物的场合下，在聚合物中发生了相同的现象。为了一起混合不同聚合物(具有不同的基本重复单元、分子量、支化率，在其端基和侧基上或在立体异构性质上不同的聚合物，具有不同交联度或酸-碱相互作用的聚合物)的混合物，应该将表面活性剂类实体加入到聚合物混合物中。称为相容剂的这些表面活性剂类实体稳定聚合物共混物并获得了共混物的改进的机械、物理和化学性能。属于聚合物的所添加的相容剂稳定了各相并使得可以产生在各相之间具有良好的应力传递且具有实用价值的稳定而均匀的多相组合物(Datta Sudhin，Loshe David J.Polymeric compatibilizers-uses and benefits in polymer blends.，Hanser Publishers 1996)。除了稳定聚合物-聚合物相互作用以外，相容剂进一步在聚合物-填料界面处(Eastman publication APG-10，1998年7月)，尤其在聚合物-纤维素界面处(Andrzej M.Krzysik and others，“Wood-polymer bonding inextruded and nonwoven web composite panels”)起作用。在其中将亲水填料或增强剂如纤维素与疏水基质(例如聚乙烯或聚丙烯)一起混合的情况下，相容剂的存在是关键的。在这种情况下，相容剂封闭羟基并且密封了颗粒的表面(US6,117,545；M.Krishnan & R.Narayan“Compatibilization of biomass fibers with hydrophobic materials”Mat.Res.Soc.Symp.Proc.(1992)266，93-104)。限制相容剂应用的缺点是它们相对高的价格和高粘度。此外，高粘度表明它们仅可以在高剪切/高温设备(例如挤出机)中混合。将其引入到复杂混合物中的方法是耗能和耗时的，特定表面的相容剂的定位受到限制。还有，它们的配制对加工条件非常敏感，并且它们的处理限于颗粒和纤维的外表面，当处理多孔颗粒时产生了严重的缺陷。再一个缺陷是，非常难以将这些添加剂定位于特定表面，因此在不相关的表面/填料孔上消耗了大量添加剂。相容剂和纳米或微米级多孔填料由于填料的高表面积而存在问题。稳定聚合物和添加剂的组合物的另一方法可以是使用偶联剂。不象包封颗粒/聚合物相的相容剂，这些添加剂是具有能使在固体和聚合物之间进行化学桥连的多官能团的低分子量反应性分子(“TailoringSurfaces with Silans”，Chemtech，Vol.7，766-778，1977)。偶联剂的作用方式是通过形成连接不同组分的共价键/离子键。它们的优点是对多孔材料的良好穿透性，高反应性，无机物相容性，利用相对低成本混合设备的便于应用性。然而，它们是挥发性的(经济上不利和环境问题)，并且往往从界面迁移-因此是不良的相容剂。另外，它们的化学反应活性谱是相当有限的。纤维素纤维用低分子量反应性单体和低聚物的预处理描述在M.Krishnan & R.Narayan“Compatibilization of biomass fibers withhydrophobic materails”Mat.Res.Soc.Symp.Proc.(1992)266，93-104，以及Rajeev Karnani等人，“Biofiber-ReinforcedPolypropylene Composites”Polymer Eng.& Sci.(1997)37，476-483中。现有技术使用简单但相对昂贵的成分如异氰酸酯或硅烷。所得界面的机械性能是易脆的，并且性能的设计灵活性被限制。纤维素纤维复合材料和纳米复合材料例如描述在US 6,103,790-“Cellulosicmicrofibril reinforced polymers and their application”，US5,973,035-“Cellulosic fiber composites”，和US 6,066,680-“Extrudablecomposite of polymer and wood flour”中。本专利技术的概述本专利技术的基础是将纤维状多孔材料和聚合物结合以形成复合材料的新型概念。根据本专利技术，处理纤维状多孔材料，以在所述纤维状多孔材料上形成连接组分(interfacing component)，然后能够与该聚合物结合。作为该处理的结果，能够吸附水分的活性部位被封闭，因此获得了紧密、坚固和不透水的复合材料产物。本专利技术提供了由未处理的多孔纤维状材料制备的处理过的纤维状多孔材料，未处理材料含有初始反应活性部位，处理过的材料特征在于(i)与未处理的材料相比，它的初始反应活性部位数减少。(ii)它的表面积减少；和(iii)它具有较高的氮含量，与未处理的材料相比。根据一个优选的实施方案，处理的纤维状多孔材料具有高含量的芳族基团，与未处理的产物相比。芳族基团优选是苯基，一般形成了键接于处理过的纤维产物的苯乙烯聚合物、低聚物或交联网络的一部分。一般，在纤维状多孔材料中的初始反应活性部位结合于异氰酸酯组分，它是单或多异氰酸酯低聚物。根据一个实施方案，单或多异氰酸酯基团键接于不饱和聚酯树脂。处理过的纤维产物可以是纤维素，木质素，木素纤维素天然纤维，合成陶瓷，多孔金属纳米粉料，高岭土，生物来源的生物纤维和多孔粉料，或它们的混合物。属于纤维素型天然材料的多孔材料是本专利技术的优选实施方案。纤维素可以以木屑、再循环纸、纸片或纸粉末，锯屑或它们的混合物的形式存在。根据一个实施方案，纤维素是新闻纸。处理的纤维状多孔材料可以通过用低粘度有机溶液处理未处理的材料而由未处理的多孔纤维状材料来获得，所述低粘度有机溶液含有选自芳族化合物、脂族化合物、醚、酯、酮、卤化溶剂或醇中的有机溶剂，属于单或多异氰酸酯的异氰酸酯组分和不饱和树本文档来自技高网...

【技术保护点】
由未处理的多孔纤维状材料制备的处理过的纤维状多孔材料，未处理材料含有初始反应活性部位，处理过的材料特征在于：（ｉ）与未处理的材料相比，它具有减少的初始反应活性部位数；（ｉｉ）它具有减少的表面积；和（ｉｉｉ）与未处理的 材料相比，它具有较高的氮含量。

【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：I哈拉米，M格罗斯，IL雅各布斯，G卡多什，
申请(专利权)人：循环技术有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]