用于生产木质纤维素塑料复合材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于生产木质纤维素塑料复合材料的方法。本发明专利技术要解决的问题是提供一个相对于现有技术更完善的，尤其是更方便且成本更为低廉的用于生产木质纤维素塑料复合材料的方法。为了解决该问题，本发明专利技术提供了一个用于生产木质纤维素塑料复合材料的方法，即a.将热塑性塑料颗粒以及由水和含木质纤维素颗粒和热塑性塑料颗粒组成的混合物导入一个精炼装置中，以及b.含木质纤维素的颗粒将在精炼装置中进行纤维化处理，其中热塑性塑料颗粒在经过熔化或开始熔化后导入精炼装置，或在精炼装置内进行熔化或开始熔化，使经过熔化或开始熔化的热塑性塑料颗粒以及纤维化的含木质素纤维颗粒在精炼装置内形成材料复合颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产木质纤维素塑料复合材料的方法
本专利技术涉及用于生产木质纤维素塑料复合材料以及在此基础上生产的或可生产的木质纤维素塑料复合材料的方法。
技术介绍
含有木质纤维素的原材料，诸如原木或者竹子,或各类天然纤维正越来越多地用作复合材料中的加强料或填充料。其原因在于原材料的日益匮乏，以及出于可持续性发展的需要。此外还能实现特定的材料特性，如更高的硬度以及耐热塑性。“木塑复合材料”(WPC)或天然纤维加强型复合材料(NFK)的应用领域主要是建筑行业(例如阳台建造)或汽车行业(例如车门内板)。2012年，WPC和NFC在欧洲生产的复合材料的市场占有率已达15％(352000吨)。其产量预计还将有显著提升。在特定的应用领域，例如设计领域或汽车行业，其产量甚至预计会翻倍(Carus和Eder2014，木塑复合材料(WPC)和天然纤维复合材料(NFC)：欧洲和全球市场2012和未来发展趋势)。作出这些预测的缘由是对于基于可再生原料生产的材料需求的增加。对于生产木质纤维素塑料复合材料或合成材料，缩写为“LKC”(C为Compunds的缩写)，已知的优先采用的设备包括挤出机，尤其是同步运行的双螺杆挤出机，以及内搅拌式捏合机或压力式捏合机。为此需要在挤出加工前将单个组成部分(木质纤维、塑料以及可能采用的添加剂)采用多个方法步骤进行干燥，并进行可剂量化加工。在经过通常能源消耗较大的处理过程(粉碎)后，相关材料将通过相应装置导入挤出机的螺旋通道，并在螺旋通道中进行熔化、混合，并在过程结束阶段通过喷嘴输出、冷却，并在制粒机中进行颗粒化处理。在采用挤出机或内搅拌式捏合机生产LKC方面，各类发表文章提到将精炼纤维(RMP＝精炼机械纸浆，TMP＝热机械纸浆，CTMP＝热化学机械纸浆)作为加强元素用于热塑矩阵(Lerche,Henrik；Benthien,JanT.；Schwarz,KatrinU.；Ohlmeyer,Martin,2013，纤维分离条件对于木质纤维/高密度聚乙烯复合物机械和物理特性的影响。发表于：木材化学和技术刊物34(2),98-110；Peltola,H.；Laatikainen,E.；Jetsu,P.,2011,木质纤维物理处理对于纤维形态学和生物复合物特性的影响。发表于：塑料、橡胶和复合物40(2),86-92).根据已公布的研究结果表明，通过使用精炼纤维可显著提高复合材料的强度。其原因除了纤维具有良好的长度直径比例(L/D比例)外，还包括较大的纤维表面积。纤维表面积更大，将提高在已熔化聚合物上的接触面积，并由此改善复合材料的强度特性。目前为止，此类含精炼纤维的复合物仅可通过结合多个方法步骤进行少量生产。对纤维直接进行复合处理目前为止无可行方法。其原因说明如下：-堆密度：精炼纤维和一般纤维具有极小的堆密度。其原因在于，纤维材料内部始终具有间隔，因此有很多空气包含其中。空气会导致在以下过程中出现问题，因此必须在处理过程中将其从材料中清除。这意味着，处理过程将变慢(渗透性降低)，以及需要更多的技术性工作，例如增加和增大排气口。解决此问题的方法是将纤维捏成团状。其中将通过压膜对纤维进行压制，并使其压缩成具有松散特性的材质。团状物生产过程中,除了需要额外的成本和工艺流程外，还需通过压制压膜来对纤维进行微缩处理。此类纤维微缩处理对于复合物的强度特性具有不良影响(Bengtsson,Magnus；LeBaillif,Marie；Oksman,Kristiina,2007,高填充纤维素纤维聚乙烯复合物的挤出和机械特性。发表于：复合物A部分:应用科学和制造38(8),1922-1931)。另外还会形成未能和聚合物充分弥散(混合)的团粒。对于采用团状化纤维的工业化生产，则无相关已知信息。–湿度：通常情况下,含有木质纤维素的材料在热塑处理前，都需要进行技术性干燥处理，因为湿度过高一方面会导致过程难以控制(水蒸气突然溢出)，另一方面必须通过较大的能源消耗将所含的水分清除。木质纤维由于具有吸湿特性，可吸收周围区域的湿气，即便在干燥处理后也可使湿气再次进入复合物。这意味着，材料在经过干燥后，也能吸收水分，并且在加工过程中必须再次将水分蒸发。-可剂量化：基于其较小的堆密度，纤维之间将保持间距，并相互缠绕，从而造成在连续加工过程中无法进行剂量化处理。通过材料的干燥，将降低精炼纤维的灵活性，换言之，这些纤维具有更高的刚性，并形成相互缠绕的趋势。如出现此类情况，则会在进料位置形成更多的搭接体，从而无法使其自行继续输送。-形成团粒：根据干燥过程，细小颗粒状的，如经粉碎或呈纤维状的木质纤维，也将形成团粒。这些团粒具有很高的内部硬度，因此不会在后续的复合过程中再次松散开。由此在复合物和最终产品中形成的团粒，将对复合物外观和技术特性造成不良影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一个相对于现有技术更完善的，尤其是更方便且成本更为低廉的用于生产木质纤维素塑料复合材料的方法。为了实现此目的，本专利技术提供了一个用于生产木质纤维素塑料复合材料的方法。a.热塑性塑料颗粒以及由水和含木质纤维素颗粒组成的混合物将被导入一个精炼装置中，以及b.含木质纤维素的颗粒将在精炼装置中进行纤维化处理，其中热塑性塑料颗粒将以熔化或开始熔化的状态导入精炼装置，或在精炼装置中熔化或开始熔化，从而使已融化或开始熔化的热塑性塑料颗粒和纤维化的含木质纤维素的颗粒在精炼装置中形成材料复合颗粒。在根据本专利技术的方法中，含木质素的原料采用例如纤维、碎屑、碎片或粉末和可流动的热塑性塑料的形式导入到精炼装置。在精炼装置中，热塑性塑料颗粒将以开始熔化或已融化的状态和纤维化的木质素颗粒混合成复合材料。其中热塑性塑料和含木质纤维素材料将通过一个加工过程进行混合，以形成复合产物(复合物)用于在后续热塑过程中优选进行直接继续处理。由此，通过本专利技术，可首次对热塑性塑料和含木质纤维素材料进行湿式复合处理。通过本专利技术，可避免多次干燥，并可在纤维不产生额外受损的情况下，对热塑性塑料和木质纤维进行复合处理。所制成的复合物可通过传统的成形方法，如热塑技术(挤出、压铸、压制方法)进行后续加工。此外，通过本专利技术，相比传统的复合加工可实现更高的生产能力(产量)。“复合材料”，亦称“化合材料”或“复合物”可理解为一种由两种或多种通过粘合或紧配合或两者结合的形式复合制成的材料其中复合材料和其单个组成部分相比，具有不同的，且通常为更好的材料特性。这里的“木质纤维素塑料复合材料”可理解为一种由一种或多个塑料，尤其是热塑性塑料和含木质纤维素材料组成的材料组成的复合材料。“含木质纤维素材料”，特定情况下作为“木质纤维材料”的同义词，可优选理解为一种由不同成分比例的纤维素、半纤维素和木质素组成的材料。然而，此概念不仅涵盖了主要或完全由木质纤维组成的材料。当木质素经过相应的化学分解已全部或部分去除时(CTMP、纤维素或半纤维素)时，此概念同时还包括了不含木质素的半纤维素/纤维素纤维。此外，所述概念除了木质纤维素、半纤维素和/或纤维素外，还包含其他组成部分。“含木质素颗粒”这个概念指的是由含木质素材料构成的颗粒。含木质素颗粒的例子包括木屑、木料碎片、木材纤维和木料粉末。“水和含木质纤维素颗粒的混合物”,可理解为一种由含木质纤维素颗粒和本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于生产木质纤维素塑料复合材料的方法a.热塑性塑料颗粒以及由水和含木质纤维素颗粒组成的混合物导入精炼装置中，以及b.含木质纤维素的颗粒将在精炼装置中进行纤维化处理，其中热塑性塑料颗粒将以熔化或开始熔化的状态导入精炼装置，或在精炼装置中熔化或开始熔化，从而使已融化或开始熔化的热塑性塑料颗粒和纤维化的含木质纤维素的颗粒在精炼装置中形成材料复合颗粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.14 DE 102015115472.21.用于生产木质纤维素塑料复合材料的方法a.热塑性塑料颗粒以及由水和含木质纤维素颗粒组成的混合物导入精炼装置中，以及b.含木质纤维素的颗粒将在精炼装置中进行纤维化处理，其中热塑性塑料颗粒将以熔化或开始熔化的状态导入精炼装置，或在精炼装置中熔化或开始熔化，从而使已融化或开始熔化的热塑性塑料颗粒和纤维化的含木质纤维素的颗粒在精炼装置中形成材料复合颗粒。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，由水和含木质纤维素颗粒的混合物可分开或共同，优选采用共同的方式导入精炼装置。3.根据权利要求2的方法，其特征在于，热塑性塑料颗粒在精炼装置中进行熔化或开始熔化。4.根据权利要求3的方法，其特征在于，将由含木质纤维素和热塑性塑料颗粒组成的水成悬浮物导入精炼装置，热塑性塑料颗粒将在精炼装置中熔化或开始熔化，并对含木质纤维素颗粒进行纤维化处理，使熔化或开始熔化的热塑性塑料颗粒和纤维化的含木质纤维素颗粒在精炼装置中形成材料复合颗粒。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，精炼装置内的温度等于或...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯·克劳泽，奥利弗·默滕斯，奥塔·克德沙其娅，
申请(专利权)人：汉堡大学，
类型：发明
国别省市：德国,DE