聚合物复合材料制造技术

一种包含65至90重量%的硫酸盐化学木浆纤维和热塑性聚合物的组合物，以及所述组合物的制造方法。一种包含65至90重量%的硫酸盐化学木浆纤维和热塑性聚合物的组合物，以及所述组合物的制造方法。在一种实施方式中，将量为约5-10%以及在另一种实施方式中将量为约0.2-5%的偶联剂掺入到复合材料配方和可熔融加工的组合物中。可以向纤维/聚合物掺混物添加填充剂和化学木浆纤维之外的纤维，以赋予所需物理特征或降低用于给定应用所需的聚合物的量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚合物复合材料与相关申请的交叉引用依据35U.S.C.§ 119，本申请有权享有并且要求2011年2月14日提交的题为“聚合物复合材料(Polymeric Composites)”的美国临时专利申请系列号61/442，716的优先权，所述临时专利申请的内容在此引为参考。专利
本专利技术涉及源自于聚合物基质与化学木浆纤维的熔融加工的聚合物复合材料。专利技术背景在复合聚合物材料的模制中存在三个步骤。第一步骤是形成母料材料。第二步骤是将母料材料调合成调合材料。第三步骤是将调合材料模制成最终模制产品。在某些情况下，步骤I和2可以合并。附图简述图1 - 5是用于制造聚合物复合材料的球粒的示意图。图6是混合器的示意图。图7和8是造粒机的示意图。图9是可用于制造本专利技术球粒的单螺杆挤出机的示意图。详细描述 本专利技术涉及一种解决方案，其为从化学木浆板生产包含65至90重量％化学木浆纤维的复合聚合物材料提供经济的手段。本专利技术的复合材料具有均匀地分散在聚合物基质中的化学木浆纤维。在一种实施方式中，化学木浆纤维是漂白的化学木浆纤维。使用漂白的化学木浆纤维而不是未漂白的木浆纤维有几个原因。一个原因是颜色。漂白的化学木浆纤维基本上完全是纤维素和半纤维素。纤维素和半纤维素本身没有颜色，因此它们为复合材料赋予很少颜色或不赋予颜色。另一方面，未漂白的纤维例如天然纤维如洋麻纤维或全木纤维具有高达50%的木质素和在其天然状态下可以着色或在加热至热塑性处理温度时变得有色的其他化合物。具有未漂白的天然或全木纤维的复合材料将变得有色，可能为暗棕色。另一个原因是气味。纤维素没有气味，因此具有漂白的木浆纤维的复合材料具有非常低的由纤维素造成的气味。未漂白纤维中的木质素和其他组分在熔融加工时具有强的特征性气味，赋予得到的复合材料以强烈气味，限制了它在封闭区域例如汽车内部中的使用。存在着与化学木浆纤维在整个聚合物基质中均匀分散相关的问题。纤维最初是在干燥过的木浆板中。干燥使木浆纤维塌陷。干燥也引起木浆纤维通过氢键键合在一起。为了获得基本上单个的纤维，必须将氢键打断。一些纤维将保持键合。这些根据大小被称为结节(knot)或编结(knit)。在打断纤维之间的氢键后，通常存在少量残留的结节和编结。还存在着与提供水平为纤维/聚合物混合物的总重量的65重量％以上的化学木浆纤维相关的问题。更少量的聚合物意味着更难将纤维分散在聚合物基质中。更少量的聚合物意味着更难将纤维均匀地分散在整个聚合物基质中。随着纤维量的增加，纤维/聚合物混合物变得更加粘稠，因此更难将纤维在基质内移动以提供分散。目的是具有非常少的纤维团块。待解决的问题是在聚合物基质中提供基本上单个形式的纤维，并将纤维以基本上均匀的量计量加入到聚合物中，以便木浆纤维/复合材料具有基本上均匀分散在整个复合材料中的木浆纤维。本专利技术携带从木浆板获得的化学木浆的切碎粒子，将它们计量加入到聚合物中，并在将木浆与聚合物混合时将木浆纤维基本上单个地分割开(singulate)。聚合物基质起到主体聚合物的作用，并且是包含化学木浆原料的可熔融加工的组合物的组分。使用熔融加工将聚合物与化学木浆纤维合并。在熔融加工中，将聚合物加热并熔化，并将化学木浆纤维与聚合物合并。聚合物是热塑性的。在本
中常规认识到的适用于熔融加工的广泛类型的聚合物，可用作聚合物基质。聚合物基质基本上包括有时被称为难以熔融加工的聚合物，特别是当与干扰要素或另一种不混溶聚合物合并时。它们包括烃类和非烃类聚合物两者。有用的聚合物基质的实例包括但不限于高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯(PP)、聚烯烃共聚物(例如乙烯-丁烯、乙烯-辛烯、乙烯-乙烯醇)、聚苯乙烯、聚苯乙烯共聚物(例如高抗冲聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物)、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚酯、聚氯乙烯(PVC)、含氟聚合物、液晶聚合物、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜、聚缩醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚氨酯、热塑性弹性体、环氧树脂、醇酸树脂、三聚氰胺类、酚醛树脂、脲、乙烯基酯或其组合。在某些实施方式中，最适合的聚合物基质是聚烯烃。源自于再生塑料的聚合物基质也是适用的，因为它们通常成本较低。然而，由于这样的材料通常源自于来自多种废物流的材料，因此它们可能具有非常不同的熔体流变性质。这可能使材料的加工非常困难。向再生聚合物基质添加纤维素质原料将提高熔体粘度并降低总体变化性，因此改善了加工。可以利用纤维素木浆纤维的塑料或聚合物材料的部分名单，可以包括聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS、聚酰胺、它们的混合物、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、乙烯-一氧化碳和苯乙烯共聚物掺混物例如苯乙烯/丙烯腈和苯乙烯/马来酸酐热塑性聚合物、聚缩醛、纤维素丁酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、某些甲基丙烯酸甲酯和聚三氟氯乙烯聚合物。可以利用纤维素木浆纤维的热固性或热塑性材料的完整名单，对于本领域技术人员来说是已知的。在一种实施方式中，将化学木浆原料与不相容的聚合物基质(例如聚烯烃)进行熔融加工。在另一种实施方式中，将化学木浆原料与相容的聚合物基质(例如改性的纤维素质聚合物)进行熔融加工。例如，已发现当将本专利技术的化学木浆原料与纤维素丙酸酯(Tenite?350E)进行熔融加工时，得到的复合材料具有出色的纤维分散性和机械性质。本专利技术还设想了在复合材料配方中使用偶联剂。偶联剂通常用于提高填充剂与聚合物基质的界面润湿。添加偶联剂或增容剂通常改进得到的复合材料的机械性质。正如常规已知的，本专利技术利用偶联剂提高本专利技术的化学木浆纤维与聚合物基质之间的润湿。然而，我们还发现，偶联剂的添加改善了本专利技术的化学木浆原料与某些聚合物的熔融加工和分散性。与聚烯烃一起使用的优选偶联剂是聚烯烃接枝马来酸酐共聚物。在一种实施方式中，将聚合物基质和纤维素质原料与聚烯烃接枝马来酸酐共聚物一起进行熔融加工。本专利技术的可商购的偶联剂包括在商品名Polybond? (Chemtura)、Exxelor? (Exxon Mobil)、Fusabond? (DuPont)、Lotader? (Arkema)、Bondyram? (Maroon)、Integrate (Equistar)下销售的产品。除了化学木浆原料之外，聚合物基质可以含有一种或多种填充剂。接枝共聚物中的聚烯烃与在聚合物基质中用作聚合物的聚烯烃相同。例如，聚乙烯接枝马来酸酐与聚乙烯一起使用，聚丙烯接枝马来酸酐与聚丙烯一起使用。在一种实施方式中，将量为约5-10%以及在另一种实施方式中将量为约0.2-5%的偶联剂掺入到复合材料配方和可熔融加工的组合物中。可以向纤维/聚合物掺混物添加填充剂和化学木浆纤维之外的纤维，以赋予所需物理特征或降低用于给定应用所需的聚合物的量。填充剂通常含有水分，因此降低了聚合物基质中存在的增容剂的功效。填充剂和纤维的非限制性实例包括木粉、化学木浆纤维之外的天然纤维、玻璃纤维、碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、粘土、氢氧化镁和氢氧化铝。在本专利技术的另一方面，可熔融加工的组合物可能含有其他添加剂。常规添加剂的非限制性实例包括抗氧化剂、光稳定剂、纤维、起泡剂、发泡添加剂、防结块剂、热稳定剂、抗冲改性剂、杀生物剂、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】2011.02.14 US 61/442,7161.一种组合物,其包含65至90重量％的硫酸盐化学木浆纤维和热塑性聚合物。2.权利要求1的组合物，其中所述化学木浆纤维具有剥离剂。3.权利要求1的组合物，其中所述化学木浆纤维不含剥离剂。4.权利要求1的组合物，其中所述化学木浆纤维是漂白的化学木浆纤维。5.权利要求1的组合物，其还包含增容剂。6.权利要求1的组合物，其还包含抗氧化剂。7.权利要求1的组合物，其中所述化学木浆纤维的量为所述组合物的70重量％至85重量％。8.权利要求1的组合物，其中所述组合物是球粒。9.权利要求1的组合物，其中所述聚合物不是聚氯乙烯。10.一种制造组合物的方法，所述方法包括: 向热动力混合器提供粒子形式的化学木浆纤维， 向所述热动力混合器提供热塑性聚合物， 其中对于提供到所述混合器的每100重量％的材料来说，所述木浆纤维为所述材料的65重量％至90重量％， 将纤维粒子与所述聚合物在所述混合器中混合，以形成纤维分散在聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·T·汉密尔顿，哈莎德库玛·M·沙阿，杰弗里·雅各布·切尔诺豪斯，尼尔·R·格兰隆德，大卫·E·菲什，
申请(专利权)人：韦尔豪泽NR公司，
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