由含纤维素的材料和塑料制成的复合材料制造技术

本发明专利技术涉及由至少一种含纤维素的材料，优选木材，和至少一种塑料制成的具有改进的机械性能和改进的耐候性的新型复合材料，它们的制备方法以及它们的应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由至少一种含纤维素的材料，优选木材，和至少一种塑料制成的具有改进的机械性能和改进的耐候性的新型复合材料，它们的制备方法以及它们的应用。
技术介绍
由至少一种含纤维素的材料和至少一种塑料制成的复合材料当前特别以木材-塑料复合材料(所谓WPC或木材塑料复合材料)形式在工业上制备。在下文中描述的本专利技术范围内，表述“木材-塑料复合材料”和“WPC”作为同义词使用。历史上，实心木料和传统的木质材料一般用作构造材料和家具材料。WPC材料已经依靠改进的成形方法将这些传统的应用领域扩大到涵盖重要的新的可能的应用。WPC材料涉及使木材颗粒(例如木材碎片、锯屑、木纤维或木粉)与塑料基体粘接。 热塑性塑料一般充当塑料基体。当最初在北美洲开发WPC时，木材主要用作廉价填料。木屑的成本是用作其替换物的塑料的成本的一小部分，木材内容物因此降低产品中的材料成本。木材具有比所使用的塑料更高的弹性模量，使得优化的木材-塑料组合的情况下得到比纯的塑料更好的机械性能。三种塑料在世界范围内在商业上制备的几乎所有的WPC材料中占据主要地位。在美国，主要使用聚乙烯(PE )，但是在欧洲主要使用聚丙烯(PP )。在亚洲，聚氯乙烯(PVC)经常用作WPC塑料。所有三种塑料的共同之处是，它们都是大量生产的塑料和因此可以按较低成本获得。这种商业观点是WPC研究决定性地仅采用所提及的热塑性塑料进行的原因之O另一方面，一如既往地要求将天然纤维(例如纤维素)与聚合物持久连接。在所提及的塑料，PE、PP和PVC的情况下，由于数十年之久的开发已经通过使用粘合促进剂充分好地解决与木纤维连接的问题。WPC材料的当前的进一步开发不但集中于优化工艺技术而且在很大程度上集中于改进产品性能或为特定预计的使用定制的性能。WPC材料当前主要用于户外使用。WPC的主要应用是阳台嵌板，所谓“装饰”。在此，WPC材料主要与来自亚热带的贵重木材竞争。在构造应用中预期，WPC材料不但提供材料强度而且具有最高的耐久性，或至少与坚固的天然木料相当的耐久性。WPC材料由于使用的用料而一般在户外经历由于气候影响而改变，只要它们没有受表面整饰层的保护。老化程度一方面取决于所使用的木纤维的耐性，另一方面还取决于所使用的塑料的长期性能。众所周知，塑料具有非常宽的产品性能范围。这不但涉及热性能而且涉及机械和长期性能。在开发用于户外领域的持久WPC材料的背景下，因此一如既往地需求比基于聚烯烃的WPC具有更好的耐候性的复合材料。WPC材料经常经由注塑方法或挤出方法制备，并且该制备方法因此通过在塑料组分的熔融温度下的塑化过程进行。使用湿化学的与木材颗粒的聚合方法也被使用，但是不太普遍。聚甲基丙烯酸甲酯(缩写为PMMA)以极其好的耐候性和高的机械强度值而已知。性能分布因此非常适合于构造应用。然而，至今还不能将这种材料用于WPC应用，因为在挤出过程中所要求的加工温度太高并由此导致对木材颗粒的损害。将PMMA与木材颗粒连接的问题至今也没有令人满意地解决。
技术实现思路
从上述现有技术出发，本专利技术的目的因此是提供由至少一种含纤维素的材料，优选木材，和至少一种塑料制成的具有改进的耐候性和改进的机械性能的复合材料，以及它们的制备方法。另一个目的是提供没有附加的表面整饰的耐候性WPC材料。没有明确提及的其它目的从以下说明书、实施例和权利要求书的总体关联得出。本专利技术基于的构思是，通过使用聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯，具有优异耐候性的热塑性塑料，而制备新型复合材料。在此成功实现将这种塑料的强度与含纤维素的组分的优点结合而获得定制的复合材料。这里的关键任务是将含纤维素的材料，尤其是天然纤维或木纤维与聚合物足够好地粘附、偶联或连接。这通过如下达到根据本专利技术使用包含至少一种聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯和至少一种环状羧酸酐衍生物的共聚物。专利技术人还成功发现尤其适合的聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯，以及尤其适合的附加材料。本专利技术因此提供由至少一种含纤维素的组分，优选木材，和至少一种塑料制成的复合材料，其特征在于至少一种塑料由包含至少一种聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯和至少一种环状羧酸酐衍生物的共聚物组成，或包含含至少一种聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯和至少一种环状羧酸酐衍生物的共聚物，优选连同其它聚合物和/或添加剂和/或助剂。 本专利技术还提供一种方法，其中将至少一种含至少一种聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯和至少一种环状羧酸酐衍生物的共聚物，任选地连同其它组分与至少一种含纤维素的材料混合，然后加工而获得复合材料。本专利技术同样提供本专利技术复合材料，尤其是作为具有提高的湿气暴露的领域中的材料，尤其是户外领域中的材料，例如作为地板覆层，例如阳台嵌板等，作为构造材料，例如作为构造木材、搁板、梁、楼梯和楼梯阶、支柱、壳子板、花园棚屋、攀登高台、游戏设备、沙箱、 车棚、亭子、门框、门页、窗台等，作为壁元件，作为壁包层，隔音元件，栏杆，作为天花板包层，作为屋顶盖板，在造船中，或用于建造港口设施，例如桥形码头、船的转向器、船甲板等， 作为户内和户外领域中不需维护的家具材料，例如椅子、床、框架、柜台、花园长椅、厨房家具、工作板、浴室家具等，作为容器或边饰，例如草地边饰，花坛边饰、辊子边缘花坛、花盆、 植物槽等，作为游戏积木块，和用于汽车内部装饰物中，和用于汽车外壳中，以及作为移动房屋安装件的用途。本专利技术复合材料极其适合于户外的实际使用，因为它具有低的吸水性、由于低溶胀行为导致的高形状稳定性、和高的机械强度。通过在小于或等于225°C，优选小于或等于220°C的温度下加工的可能性可以避免对含纤维素的材料的损害，尤其是当使用木材时，并可以减少能量成本。尤其是当单独使用或与聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯基体聚合物组合使用含至少一种聚(甲基)丙烯酸(烧基)酯并且含至少一种环状羧酸酐衍生物的共聚物时，可以制备令人惊奇地可以以70wt%的木材含量在大约205°C下良好挤出的复合材料。以此方式还能甚至获得具有高达80wt%木材含量的WPC。本专利技术挤出物的湿行为相同于或好于基于聚烯烃的WPC。另外，当将本专利技术塑料基体与聚烯烃相比时，它具有更好的机械性能和优异的耐候性。实际的实验已经表明，与使用没有共聚物的纯PMMA相比，通过使用含至少一种聚 (甲基)丙烯酸(烷基)酯且含至少一种环状羧酸酐衍生物的共聚物能将吸水率从大约30wt% 减少到小于5wt%。因此首次成功实现制备基于聚(甲基)丙烯酸(烧基)酯的高品质WPC。下文对本专利技术进行详细描述。WPC材料的品质在很大程度上取决于各种参数的保持例如，聚合物的流动性能与木材颗粒开始遭受损害时的特定温度上限的保持一样重要。已经发现，在WPC材料的制备中，这种温度应该小于225°C，优选小于220°C，以便很大程度上排除木材颗粒的碳化。同时，在所述温度下，聚合物应该熔融并具有足够的可流动性。这种事实本身迄今是避免使用 PMMA的原因，因为标准PMMA在230°C以上才显现粘弹性流动行为。对于WPC材料使用的另一个决定性因素是结合实际的产物性能具有最小值或不超过最大限度。这些的实例是由水引起的重量增加，由于湿度导致的溶胀行为，和材料强度，例如挠曲强度和断裂强度。具有纤维素作为主要成分的材料，例如木纤维，是高度极性的和亲水性的。直至大的材料深度的吸湿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.05 DE 102010030927.31.由至少一种含纤维素的材料和至少一种塑料制成的复合材料，其特征在于 至少一种塑料由包含至少一种聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯并且包含至少一种环状羧酸酐衍生物的共聚物组成，或包含所述共聚物，优选连同其它聚合物和/或添加剂和/或助剂。2.根据权利要求1的复合材料，其特征在于 它包含含至少一种聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯和至少一种环状羧酸酐衍生物的共聚物作为粘合促进剂，以及包含至少一种聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯基体材料。3.根据权利要求1或2的复合材料，其特征在于 所述含至少一种聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯和至少一种环状羧酸酐衍生物的共聚物具有 l-30ml/10min,优选 3_15ml/10min 的 MVR 熔体指数[230°C，3. 8kg]。4.根据权利要求1-3中任一项的复合材料，其特征在于 所述包含至少一种聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯且包含至少一种环状羧酸酐衍生物的共聚物的比例基于本发明复合材料的总重量计为O. 5wt%至(100_含纤维素的材料的比例)wt%, 2wt%至((100-含纤维素的材料的比例)/2) wt%。5.根据权利要求1-4中任一项的复合材料，其特征在于 所述环状羧酸酐衍生物的比例基于本发明复合材料的总重量计在O. l-5wt%，优选O.4-3wt%的范围内。6.根据权利要求1-5中任一项的复合材料，其特征在于 所述含纤维素的材料是木材或纸张或纸板，优选具有至少20wt%，尤其优选至少30wt%，非常尤其优选至少40wt%的纤维素含量。7.根据权利要求1-6中任一项的复合材料,其特征在于 在每种情况下基于复合材料的总重量，所述复合材料包含最高至80wt%的木材颗粒和至少15wt%的聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯。8.根据权利要求1-7中任一项的复合材料，其特征在于 它包含以下组分 a)含纤维素的组分，优选木纤维40-80wt% b)包含至少一种聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯和至少一种环状羧酸酐衍生物的共聚物:l-50wt% ...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·施乌特兹，C·罗特，R·卡尔洛夫，K·施乌特斯，V·克伦诺夫，E·莱恩赫梅尔，
申请(专利权)人：赢创罗姆有限公司，
类型：
国别省市：