柔性木材复合材料制造技术

复合材料、其生产方法和由其制造的制品。所述复合材料包含由可再生聚合物形成的第一组分和由增强材料形成的第二组分。所述第一组分包含选自可生物降解的聚酯及其混合物的热塑性聚合物，并且所述第二组分包含筛分尺寸小于0.5 mm的亲水性材料的颗粒。所述复合材料进一步包含弹性区域，以提供在至少一个维度上具有柔性或半刚性性质的可堆肥的物体和制品。所述柔性复合材料可以用于薄壁挤出的制品，在横向表现出增加的柔性或柔软性。向表现出增加的柔性或柔软性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】柔性木材复合材料


[0001]本专利技术涉及能够成型为三维物体和制品的复合材料。这种材料包含由可再生聚合物形成的第一组分和由增强材料形成的第二组分。
[0002]特别是，本专利技术涉及材料，其中第一组分包含选自可生物降解的聚酯及其混合物的热塑性聚合物，并且第二组分包含亲水性材料的颗粒。本专利技术还涉及由所述复合材料制造的制品以及制造所述复合材料的方法。

技术介绍

[0003]环境问题和资源稀缺的意识不断增长，这增加了围绕生物基材料在大量应用中的使用的兴趣。在立法层面上，更严格的政策迫使许多工业从可再生来源寻求或开发新材料以替代衍生自不可再生的化石资源的传统材料。
[0004]近几十年期间最突出的挑战之一是塑料在环境中的积累，尤其是在海洋中。这主要是由于差的废物处理方法，其导致碎屑从废物处理设施泄漏到环境中。海洋中的塑料碎屑对海洋动物造成相当大的威胁，这最终可能导致海洋生态系统中的灾难性事件。在2018年10月，欧洲议会批准禁止使用塑料刀叉和盘子、棉签、吸管、饮料搅拌器和气球棒。在决定的时候，欧洲希望到2021年，禁令将跨集团生效。没有其它现有材料替代物的其它物品(例如汉堡盒和三明治包装纸)在每个国家到2025年将仍然必须减少25%。另一个目标是确保到2025年所有塑料饮料瓶的90%被收集用于回收。因此，显然迫切需要更有效的废物处理方法。另一方面，这个问题可以通过开发在自然界卷绕时快速降解的材料而至少部分地解决。
[0005]为了消除与石油基、不可生物降解的和一次性使用的塑料相关的环境问题，已经进行了大量的研究以开发当与不可降解的对应物相比时具有类似特性的可生物降解的聚合物。这导致了大量聚合物的开发，例如聚乳酸(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)、聚琥珀酸丁二醇酯(PBS)、聚羟基链烷酸酯(PHA)和它们的共混物。尽管它们具有有利的性质，尤其是在生物降解性方面，但是当暴露于环境条件时，它们降解缓慢。大多数可商购获得的生物聚合物仅具有在升高的约60℃的温度下进行的工业堆肥化的证书，并且甚至厚度小于1.5 mm。结果是，只有薄壁产品(例如购物袋或膜)由这些材料制成。
[0006]PLA是衍生自可再生资源(例如来自甘蔗和玉米和其它植物的糖)的可生物降解的合成热塑性聚酯的实例，并且是目前最常用的生物塑料之一。PLA也相当耐用和刚性，并且对于大多数应用它具有良好的加工性质。PLA在低温和湿度下不会快速降解，但当暴露于高湿度和高温(≥60℃)时将迅速分解。PLA的生物降解是两阶段过程，由水解成低分子量低聚物，然后被微生物完全消化组成。PLA的应用范围从食品部门到生物医学，但由于聚合物的高价格和在自然界中的低降解速度而受到限制。
[0007]若干研究已显示，即使由可生物降解的聚合物(例如PLA)制成的产品的壁厚保持在约1 mm，它们的海洋生物降解仍可能花费过量的时间(即，数年)，并因此它们的海洋生物降解性可能被认为是不确定的。缓慢降解与纯PLA的不良吸水性质密切相关。
[0008]可生物降解的和可堆肥的材料的开发集中在可再生来源上，例如来自林业残余物的生物基和可生物降解的聚合物和天然纤维以及来自例如咖啡、化妆品和谷物基乙醇工业的副产物。另外，来自农业的纤维(例如麦秆)和含木质素的材料(例如大麻秆)可以用作填料。
[0009]对于一些器具应用(例如稻草)，要求它是柔性的或弹性的。尤其是在涉及儿童安全时更是如此。已知的PLA基热塑性复合材料是刚性的，并且它们确实断裂形成锋利的边缘且是和平的。
[0010]需要这样的材料，其在表现出热塑性塑料/木材颗粒基复合材料的有利性质的同时，还具有足够的柔性以用于例如稻草。
[0011]可堆肥的聚合物(PLA)和微研磨的纤维素材料的组合物公开于WO 2015/048589中。该公开描述了退火的PLA复合材料，其含有PLA和至多30%的微研磨的纤维素材料，例如微研磨的纸浆的纸。微研磨的粒度为10
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250 μm，特别是20
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50 μm，具有窄的尺寸分布。根据该公开，该材料是可堆肥的并且表现出高的热变形温度(HDT)。然而，似乎通过加入微研磨的材料没有获得机械益处，并且材料的最大负载被限制到30%以避免在加工和注塑期间的问题。
[0012]更多的复合材料描述于CN 101712804 A、US 2013253112、US 2016076014、US 2002130439和EP 0 319 589中。
[0013]在挤出之前，将WPC中使用的木材研磨、筛分并干燥。对于盖板和栅栏型材，其中粗糙的表面纹理是可接受的或甚至是期望的，将木材纤维筛分到40
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60目导致良好的流动特性和容易混合到聚合物基质中。对于要求光洁度的型材，将木材通过80
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100目筛网筛分。由于在挤出期间聚合物基质中的不良流动性质和不均匀分布，通过120目筛网的细粒是不期望的。不均匀分布的木材纤维(所谓的“木材场所”)是常见的质量问题，尤其是当木材含有过量的细粒时或当挤出机磨损得太大而不能实现均匀混合物时(CN 107932874A)。
[0014]例如，JP4699568B2涉及制造厚度在0.3
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0.7 mm范围内的薄壁容器的方法。在该专利技术中所用的聚合物是PLA，其进一步可能在材料中包括无机填料(1
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28重量%)。因此，该专利技术不适用于含天然纤维与PLA的组合的材料。如以下部分所示，仅由可生物降解的聚合物生产薄壁产品导致当暴露于高温(例如，超过50℃)时的热变形。
[0015]在US10071528B2中，已经介绍了关于硬化的薄壁纤维复合材料产品及其制造方法的专利技术。在该专利技术中的产品由具有不同类型的纤维的层组成，包括天然纤维作为增强材料。最终结构的厚度在0.5 mm至3 mm之间。该专利中的专利技术仅涉及中空和圆柱体结构，并且其不包括可生物降解的聚合物作为基质材料。
[0016]CN101429328A呈现可以用于生产用于餐具的天然可降解的深腔薄壁软瓶的材料及其软瓶的专利技术。在该专利技术中呈现的材料由以下重量百分比的组分组成：85
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90重量%的PLA、9
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14重量%的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，并且材料的其余部分由PET添加剂组成。瓶子的厚度为0.07
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0.09 mm。即使作者声称该材料是可生物降解的，在材料中包含已知不是可生物降解的PET留下小尺寸的塑料残余物。此外，在该专利技术中没有涵盖在材料中包含天然纤维。
[0017]在US20030216492A1 (失效)中呈现用于可生物降解的或可堆肥的容器的材料专利技术。在该专利技术中呈现的材料基于从例如马铃薯、纸或玉米获得的淀粉。此外，通过向淀粉悬
浮液中加入木粉或纤维(纵横比在1:2至1:8之间)来改变材料的性质。加入木材纤维使得材料可模塑。通过将耐液体涂层(例如PROTECoat，Zein...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.能够成型为三维物体的复合材料，其包含由可再生聚合物形成的第一组分和由增强材料形成的第二组分，其中—所述第一组分包含选自可生物降解的聚酯及其混合物的热塑性聚合物，和—所述第二组分包含筛分尺寸小于0.5 mm的亲水性材料的颗粒，所述复合材料进一步包含—弹性区域，以提供在至少一个维度上具有柔性或半刚性性质的物体。2.根据权利要求1所述的复合材料，其包含由不同于所述第一组分的所述聚合物的聚合物形成的第三组分，所述第三组分的所述聚合物能够在所述材料区域中形成弹性，以在环境温度下在所述物体的至少一个维度上赋予所述复合材料在柔性至半刚性范围内的机械性质。3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中所述可生物降解的聚酯是可再生植物基材料，其可以在10年或更少的时间段内补充，例如1个月到至多5年。4.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其包含第四组分，其中所述第四组分由水溶性水平大于100 g/dm3的天然水溶性材料形成。5.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中所述第三组分由断裂伸长率为50 %或更大，特别是100 %或更大的热塑性弹性体形成，根据ISO 527。6.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其包含5
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40 %，特别是5
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30重量%的木质纤维素颗粒。7.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其包含—30
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70重量份的可生物降解的聚酯；—10
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40重量份的木质纤维素颗粒；—5
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40重量份的弹性可生物降解的聚合物；—0.1
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5重量份的一种或多种加工添加剂；和—0
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10重量份的水溶性材料。8.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，当成型为重量为1.2 g并且外表面为34cm2的管状物体时，在NTP下表现出吸水性为0.01 mg/(天#cm2)且在30天的时间段内大于0.1 mg/cm2。9.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其表面粗糙度大于1
µ
m，如通过ISO 4287确定的。10.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中所述亲水性材料的颗粒通过天然材料的压碎、碎屑、刨削、研磨或精制获得，所述天然材料例如木材或其它木质纤维素材料，例如一年生或多年生植物和筛分尺寸小于0.5 mm的植物残余物。11.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其能够通过熔融加工成型为具有至少一个壁的制品，所述壁的总厚度小于0.5 mm且大于0.2 mm。12.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中所述可生物降解的聚酯选自聚交酯、聚(乳酸)和交酯或含有衍生自其它单体例如己内酯或乙醇酸的单元的乳酸共聚物，所述可生物降解的聚酯优选含有至少80体积%的交酯或乳酸单体。13.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其包含可生物降解的热塑性聚合物，所述可生物降解的热塑性聚合物选自聚内酯、聚(乳酸)、聚(己内酯)、聚乙交酯、乳酸和乙
醇酸的共聚物以及聚羟基链烷酸酯(PHA)和PHA与聚内酯的混合物，特别是熔点在约100
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13...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：塑拉帕克公司，
类型：发明
国别省市：