对环境友好的阻燃性生物复合材料及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种对环境友好的阻燃性生物复合材料及其制造方法。本发明专利技术涉及一种对环境友好的阻燃性生物复合材料，其含有(a)含天然纤维的高分子基质和(b)与高分子基质压合而一体化的陶瓷片，是以天然纤维作为增强材料使用，所以对环境友好，与陶瓷片一体型构成，不仅解决了阻燃性问题，且具有优异的储能模量、尺寸稳定性、弯曲特性、重量轻的特性，能够以多种结构进行成型，作为汽车和建筑内外装饰材料利用的可能性非常高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物复合材料及其制造方法，更具体为涉及不仅具有优异的对环境友好的特性、储能模量、尺寸稳定性，还具有耐热性和阻燃性的生物复合材料及其制造方法。本申请要求2010年2月沈日向韩国专利局提出申请的韩国专利申请第 10-2010-0018250号以及2010年2月沈日向韩国专利局提出申请的韩国专利申请第 10-2010-0018251号的优先权，并在本说明书中包括其全部内容。
技术介绍
通常，在汽车、建筑产业中常用的高分子复合材料基本上是以玻璃纤维作为增强材料使用。而玻璃纤维对人体有害，难以再生(recycling)，所以在能源以及环境方面引起很多问题。最近，为了减少对人体有害的玻璃纤维的使用量，在探讨使用天然纤维作为增强材料的生物复合材料。生物复合材料是一种先进的新型材料，与玻璃纤维强化高分子复合材料相比大约轻30%以上，所以应用到汽车部件时由于节省燃料费用(1.6%)而能够期待节省能源。另外，天然纤维不同于玻璃纤维，其对机械的磨损率少且轻，在制造工序中也能节省80%的生产能源。在成本方面，天然纤维(约5韩元/g)为玻璃纤维(20韩元/g)的约1/4左右，且与玻璃纤维(密度:2. 6g/cm3)相比天然纤维(密度:1. 3g/cm3)轻且韧性和比模量(specific modulus)均优异。最近为止所报道的基本以纤维素为基底的增强材料，是包括主要从木质系以及天然纤维非木质系得到的粉末或纤维的生物复合材料。然而，纤维素系增强材料由于木或者天然纤维的成长条件、成长部位、成长时间等而具有各种各样的特性，尤其是在同一个纤维上其各部位的组成和大小不同的情况也很多，因此将这些纤维以原样作为增强材料使用时生物复合材料变成各部位各自具有不同的特性的情况也很多。另外，还存在由于木质系增强材料的使用而导致山林遭破坏，以及最近作为生物复合材料的增强材料常用的亚麻、大麻等非木质系特殊植物的栽培而导致副作用的问题。因此，最近在全世界范围活跃地展开了将对环境友好的素材的各种生物素材作为高功能性素材进行利用的研究，并且现实是还需进一步对其进行研究。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第1课题为提供一种具有优异的对环境友好的特性、储能模量、尺寸稳定性，且强化了耐热性和阻燃性的生物复合材料。本专利技术所要解决的第2课题为提供上述对环境友好的阻燃性生物复合材料的制造方法。本专利技术为了解决上述技术课题，提供一种对环境友好的阻燃性生物复合材料，其特征在于，包含a)含天然纤维的高分子基质，b)与所述高分子基质压合而一体化的陶瓷片；所述天然纤维的含量为1 70重量％，所述高分子的含量为1 98%，所述陶瓷片的4含量为1 30重量％。本专利技术中，陶瓷片被配置在所述含天然纤维的高分子基质的至少一面或中间。本专利技术所使用的天然纤维优选为选自木浆、非木材纤维、微藻类副产物、海藻类副产物、丝纤维以及赫纳昆纤维(henequen fiber)中的1种以上，但并不局限于此。使用木浆或非木材纤维时，其长度优选为Iym 3cm，使用微藻类副产物或海藻类副产物时，其长度优选为0. 1 1000 μ m。本专利技术所使用的高分子优选为选自聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA) 与淀粉的混合物、聚丁二酸丁二醇酯(polybutylene succinate =PBS)这样的生物降解性高分子，聚丙烯、聚乙烯以及聚碳酸酯这样的通用性高分子，以及它们混合物中的1种以上，但并不局限于此。本专利技术所使用的陶瓷片是指含有选自Si02、A1203、CaO、MgO、或它们的混合物中的陶瓷纤维的意思，陶瓷片中陶瓷纤维的含量优选为50重量％以上。陶瓷片优选的是含有陶瓷纤维且由60%以上的无机物形成。另外，陶瓷片还可以含有选自有机纤维、无机添加剂、有机添加剂、无机凝聚剂、或有机凝聚剂中的1种以上的添加剂，陶瓷片的厚度优选为0. 05 5mm。本专利技术的对环境友好的阻燃性生物复合材料的厚度优选在0. Imm IOcm的范围。另外，本专利技术的对环境友好的阻燃性生物复合材料可以具有平板型、波型、平板与波型的复合型、蜂窝型的结构或它们的多层结构这样的多种形态。本专利技术提供一种制造对环境友好的阻燃性生物复合材料的方法，其包含1)使被切断的天然纤维和高分子粉末分散在陶瓷片上的阶段，2)加热所述分散有天然纤维和高分子的陶瓷片，使所述高分子粉末熔融之后进行压缩成型的阶段，以及幻冷却所述被压缩成型的片的阶段。此时，虽然随着所使用的高分子不同，但熔融温度优选为100 200°C，压缩力适当的是0. 1 IOkgf/cm2ο本专利技术中，可以在所述幻阶段之后，再次加热熔融高分子，然后将陶瓷片进一步层叠进行加热压缩成型，从而能够制造两面附着有陶瓷片的对环境友好的阻燃性生物复合材料。另外，本专利技术还可以在制造层叠于含天然纤维的高分子基质的上部的陶瓷片之后，通过在该陶瓷片上再度进行1)使被切断的天然纤维和高分子粉末分散的阶段，2)加热所述分散有天然纤维和高分子的陶瓷片，使所述高分子粉末熔融之后进行压缩成型的阶段，以及幻冷却所述压缩成型的片的阶段，从而能够制造陶瓷片位于中间的对环境友好的阻燃性生物复合材料。另外，还可以在利用所述方法制造附着有陶瓷片的生物复合材料之后，以再加热并使之通过波成型辊的连续工序，能够制造具有波型结构的对环境友好的阻燃性生物复合材料。本专利技术的对环境友好的阻燃性生物复合材料是以天然纤维作为增强材料使用，所以对环境友好，具有优异的重量轻的特性，而且与陶瓷片一体型地构成，因而解决了可以说是天然生物复合材料的最大缺点的阻燃性问题。尤其是本专利技术的生物复合材料通过与陶瓷片的结合表现出储能模量、尺寸稳定性、弯曲特性均提高的结果，而还能保持重量轻的特性。另外，本专利技术的生物复合材料能够在制造过程中容易地成型为多种形态，所以制造成波型、蜂窝型这样的立体结构时能够提高冲击吸收率，作为汽车和建筑内外装饰材料利用的可能性非常高。附图说明图1为本专利技术的一个具体例的生物复合材料的照片，从上部依次表示使用了赫纳昆纤维、洋麻纤维、丝纤维的生物复合材料的照片。照片中，左侧表示不含陶瓷片的生物复合材料，中间表示单面含陶瓷片的生物复合材料，右侧表示两面含有陶瓷片的生物复合材料。图2A为本专利技术的一个具体例的生物复合材料的照片，表示平板型的结构体。图2B为本专利技术的一个具体例的生物复合材料的照片，表示波型的结构体。图2C为本专利技术的一个具体例的生物复合材料的照片，表示复合型和蜂窝型的结构体。图3为本专利技术的一个具体例的平板型、波型、复合型以及蜂窝型的生物复合材料的截面图。图4为表示本专利技术的生物复合材料制造工序的流程图。图5为基于天然纤维的种类以及陶瓷片的有无的、本专利技术的生物复合材料的密度 (Density)对比柱状图。图6为基于天然纤维的种类以及陶瓷片的有无的、本专利技术的生物复合材料的储能模量(Storage Modulus)的对比柱状图。图7为基于天然纤维的种类以及陶瓷片的有无的、本专利技术的生物复合材料的尺寸稳定性(CTE)的对比柱状图。图8为基于天然纤维的种类以及陶瓷片的有无的、本专利技术的生物复合材料的抗挠强度(Flexural Strength)的对比柱状图。图9为基于天然纤维的种类以及陶瓷片的有无的、本专利技术的生物复合材料的弯曲模量(Flex本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种对环境友好的阻燃性生物复合材料，其特征在于，含有：ａ含天然纤维的高分子基质、和ｂ与所述高分子基质压合而一体化的陶瓷片，所述天然纤维的含量为１～７０重量％，所述高分子的含量为１～９８％，所述陶瓷片的含量为１～３０重量％。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩成鋈，刘允钟，丁湳条，金喜连，
申请(专利权)人：韩国能源技术研究院，
类型：发明
国别省市：KR