用于薄壁制品的可堆肥木材复合材料制造技术

一种组合物，该组合物包含熔点高于110℃的连续热塑性聚合物基质和分布在基质内、过筛尺寸小于1.0mm的亲水性天然纤维材料的颗粒，热塑性聚合物与木材颗粒的重量比为99:1至35:65。可实现生物聚合物如PLA的可生物降解性的改善。另一方面，木材纤维的添加将增强材料抵抗热变形的能力。本发明专利技术的组合物可用于通过注射吹塑制造壁厚在0.1mm和5mm之间、特别是0.3至1mm的瓶的中空结构或者用于制造壁厚为0.3mm至1.5mm的连续挤出产品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于薄壁制品的可堆肥木材复合材料
本专利技术涉及可堆肥复合材料。特别地，本专利技术涉及可堆肥木材复合材料及其制备方法。本专利技术还涉及木材复合材料在薄壁制品中的用途。
技术介绍
对环境问题和资源稀缺性的逐渐认识增加了围绕在许多应用中使用生物基材料的兴趣。在立法层面上，更严格的政策已迫使许多行业从可再生资源寻求或开发新的材料以替代由不可再生的化石资源衍生的传统材料。近几十年来最突出的挑战之一在于环境中、尤其是海洋中塑料的积聚。这主要是由于不良的废物处理过程，其导致碎片从废物处理设施泄漏到环境中。海洋中的塑料碎片对海洋动物构成了相当大的威胁，最终可能导致海洋生态系统发生灾难性事件。2018年10月，欧洲议会批准了关于塑料刀叉和盘子、棉签、吸管、饮料搅拌器和气球棒的禁令。在作出此决定时，欧盟(EU)希望该禁令到2021年在整个政体范围内生效。到2025年，各国仍将需要将没有其他现成材料替代品的其他物品(如汉堡盒和三明治包装纸)的消费减少25%。另一个目标是确保到2025年所有塑料饮料瓶中的90%被收集供再循环。已提出各种类型的方法来改善聚合物材料的可降解性。一种可能的途径是用纤维素基材料如纸板取代可生物降解或不可生物降解的聚合物。不幸的是，尽管这些材料提供生态效益，但作为聚合物的替代品，它们在许多方面不尽如人意。例如，这些材料在潮湿环境中的机械耐久性不足并且它们缺乏良好的屏障性能。另一种可能性是改变聚合物的性质以使它们更快降解，这通常通过向聚合物中添加各种类型的添加剂来实现。这带来了例如可氧化降解(oxo-degradable)聚合物的开发。虽然这些聚合物在宏观尺度上确实更快降解，但仍然存在环境中微尺寸聚合物颗粒、即微塑料的积聚问题。根据定义，微塑料是直径小于5mm的物理尺寸的塑料颗粒，它们可进一步分为初生和次生微塑料。初生微塑料是在进入环境之前尺寸已经小于5mm的任何塑料颗粒。这种类型的微塑料可见于例如化妆品或服装中。次生微塑料源于较大的塑料制品一旦进入环境后的自然降解过程。次生微塑料可因此源自例如塑料袋或饮料瓶。因此很明显，迫切需要更有效的废物处理过程。为了消除与基于石油、不可生物降解且一次性使用的塑料相关的环境问题，人们已进行了大量的研究以开发与不可降解的对应物相比时具有相似特性的可生物降解聚合物。这已带来许多聚合物如聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及它们的共混物的开发，以及这些聚合物在各种制品中的使用。因此，JP4699568B2涉及一种制造厚度在0.3至0.7mm的范围内的薄壁容器的方法。使用的聚合物为PLA，其可含有1-28重量%的量的无机填充物。US210071528B2公开了一种加强的薄壁纤维复合材料产品和一种制备相同类型的纤维(包括天然纤维)作为增强材料的方法。CN101429328A提出了一种可用于制备餐具用天然可降解深腔薄壁软瓶的材料及其软瓶。该材料由85-90重量%的PLA、9-14重量%的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)组成，其余部分的材料由PET添加剂组成。瓶壁的厚度为0.07-0.09mm。US20030216492A1公开了一种基于淀粉的材料，该材料得自例如马铃薯、纸或玉米。通过向淀粉悬浮液中添加木材粉或纤维(纵横比在1:2与1:8之间)来改变材料的性能。木材纤维的添加使得该材料可模制。通过向产品施加耐液体涂层(例如，PROTECoat、Zein®、PLA……)来使模制制品防水。这些产品可用作杯子、托盘、碗、器皿或盘子。制品的厚度可在0.001mm与10mm之间的范围内。US6168857B1中描述了其他基于淀粉的材料。US5738921A中描述了用于制造包含经无机填充基质的可密封液密容器的组合物和方法。所述容器具有液密屏障，该屏障由有机聚合物粘结剂(PLA或淀粉)、浓度范围为约20%至约90%的无机集料填充物和纤维性材料(如木材纤维)组成。未确定有机颗粒的尺寸。US8455575描述了一种由木材粉(尺寸为1µm至约5mm)和PLA组成的材料。除了这些组分外，组合物中还包含缩合的磷酸酯。最后，EP2888323B1公开了用于生产壁厚为0.3至0.8mm的薄壁注塑件的聚合物混合物。使用的材料为脂族-芳族聚酯(例如，PLA)、有机材料如木材纤维、以及常用的添加剂。尽管它们具有有利的性能，尤其是可生物降解性方面，但当制品的厚度大于1mm并且当它们暴露于冷且干燥的条件下时，本领域已知的可生物降解塑料降解缓慢。因此有必要在废物处理设施中处理这样的可生物降解塑料，在废物处理设施中它们被暴露于升高的温度(例如，超过60℃)和较高的湿度水平(例如，超过80%)以加速其降解过程。若干研究已表明，即便当由可生物降解的聚合物如PLA制成的产品的壁厚保持在1mm左右时，它们在湖泊中或大海中的生物降解仍可能会花费过长的时间(即，数年)，因此，已知的材料不能被形容为真正可海洋降解的。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于消除现有技术的至少一部分缺点并提供一种适合用于薄壁制品中的新型复合材料。本专利技术的另一个目的在于提供新颖的薄壁制品。本专利技术基于的是向材料中掺入可生物降解的增强材料来增加材料的吸水性同时还改善其机械性能的构思。因此，在一个实施方案中，本专利技术包含天然亲水性颗粒(如粗木材颗粒)与至少一种可生物降解的聚合物的组合以形成组合物。在该组合物中，亲水性颗粒与所述聚合物混合并优选遍布所述聚合物。由于吸水引起的亲水性颗粒的溶胀具有足够的力来在聚合物基质中形成裂纹，从而使得水能够更有效地穿透材料并因此加速材料降解。当材料降解时，长聚合物链将分解成较短的链部分，其将最终降解成天然化合物，如二氧化碳(CO2)、水、生物质和无机化合物，而不在环境中留下残余的塑料颗粒如微塑料或有毒残余物。在一个实施方案中，亲水性颗粒包含颗粒尺寸等于或小于0.5mm(过筛尺寸)的木材颗粒如纤维，或由颗粒尺寸等于或小于0.5mm(过筛尺寸)的木材颗粒如纤维组成，或基本上由颗粒尺寸等于或小于0.5mm(过筛尺寸)的木材颗粒如纤维组成。本专利技术的材料特别适合于的产品的壁厚等于或小于约1.5mm，特别是等于或小于1mm，优选至少0.1mm，例如至少0.4mm。本专利技术提供一种材料，该材料具有在堆肥环境中快速降解的能力，并还具有足够的刚性以用在大量的应用中。目标产品包括容器和其他中空制品，如吸管及其他薄壁的导管和管子，在其中可生物降解性与机械强度性能相结合。可用常规的熔融加工方法如注塑或挤出来生产制品。更具体地，本专利技术的特征在于独立权利要求的特征部分中陈述的内容。通过本专利技术获得了显著的优点。因此，如上文所讨论，虽然传统的可生物降解聚合物，如PLA、聚乙醇酸(PGA)和PBAT，当成型为厚度小于1mm的制品时，在海洋环境中只能以通常数年或甚至数十年等级的生物降解速度生物降解，但本专利技术的材料将更快地降解，并在湖泊本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合物，所述组合物包含/n- 熔点高于110℃的连续热塑性聚合物基质，和/n- 分布在所述基质内、过筛尺寸小于1.0mm的亲水性天然纤维材料的颗粒，/n所述热塑性聚合物与所述亲水性天然纤维材料颗粒的重量比为99:1至35:65。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181202 FI 201860331.一种组合物，所述组合物包含
-熔点高于110℃的连续热塑性聚合物基质，和
-分布在所述基质内、过筛尺寸小于1.0mm的亲水性天然纤维材料的颗粒，
所述热塑性聚合物与所述亲水性天然纤维材料颗粒的重量比为99:1至35:65。


2.根据权利要求1所述的组合物，所述组合物能够成型为总厚度小于1.0mm的片材或板材。


3.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述聚合物基质的MFR在1和70g/10min之间，例如在1和50g/10min之间，如1至40g/10min，特别是在1-30g/10min的范围内(190℃/2.16kg)。


4.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述组合物的MFR在1和50g/10min之间，例如在1和30g/min之间(190℃/2.16kg)。


5.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述热塑性聚合物的熔点高于150℃，特别是高于155℃。


6.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述热塑性聚合物选自可生物降解聚合物，如聚酯，包括聚丙交酯和聚(乳酸)、聚乙交酯和聚(乙醇酸)、乙酸丙酸纤维素或聚羟基链烷酸酯，例如，聚羟基丁酸酯。


7.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述亲水性天然纤维材料选自由一年生或多年生植物或木质材料获得的木质纤维素材料。


8.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述亲水性天然纤维材料选自软木或硬木，如松木、云杉、落叶松、雪松、桦树种、桤木、山杨、白杨、桉树种和热带木种，特别地，所述亲水性天然纤维材料选自硬木如白杨或山杨、或软木如云杉或松木。


9.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中热塑性聚合物与木材颗粒的重量比为65:35至95:5，特别是70:30至90:10。


10.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，所述组合物含有一种或多种添加剂，所述添加剂选自金属硬脂酸盐如硬脂酸钙或硬脂酸锌、马来酸酐接枝热塑性塑料、油酸酰胺、芥酸酰胺、脂肪酸、蜡、木质素及其混合物，所述一种或多种添加剂以至多10重量%、特别是约5重量%、优选小于3重量%的量包括在内。


11.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述疏水性天然纤维经蒸汽处理，以使它们暴露于150-170℃的蒸汽下至少一小时。


12.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述天然纤维使用碱性溶液(1-10重量%)如NaOH或KOH，通过将所述纤维浸没在所述溶液中来化学改性，以从所述纤维分离半纤维素和其他易溶性化合物，其后干燥所述纤维并用在复合材料制备中。


13.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述复合材料还含有能够对所述复合材料赋予颜色性质的细碎材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·韦依塞宁，A·派尔希宁，
申请(专利权)人：塑拉帕克公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI