聚合物涂覆纸复合材料制造技术

本发明专利技术公开了一种由聚合物涂覆纸和树脂组成的复合材料及其该复合材料的制备方法。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及一种聚合物涂覆纸和树脂组成的复合材料。经聚合物涂覆的纸(poly-coated paper)用途广泛。例如，利用聚合物涂覆纸制成各种食品包装容器，包括单包装的果汁纸盒和适用于冷冻食品的纸盒。树脂的用途也非常广泛，例如用于食品包装。由聚合物涂覆纸或树脂制成的食品容器一旦被使用后，通常被丢弃。这样，废旧聚合物涂覆纸和废旧树脂的量日渐增多。专利技术概述总的来说，本专利技术涉及一种织构化(texturized)的聚合物涂覆纸和树脂组成的复合材料。本专利技术涉及一种具有至少约2％重量、优选至少约5％重量的织构化的聚合物涂覆纸和树脂(如热塑性树脂)组成的复合材料。该复合材料也可含有纤维素质的或木质纤维素质的纤维。本专利技术涉及一种包含聚乙烯和至少约50％重量织构化的聚合物涂覆纸的复合材料。本专利技术涉及一种包含聚合物涂覆纸和树脂的复合材料，该复合材料的挠曲强度至少为3000磅/平方英寸或其抗拉强度至少为3000磅/平方英寸。此外，本专利技术涉及一种制造复合材料的方法，该方法包括如下步骤将聚合物涂覆纸剪切成织构化的聚合物涂覆纸，然后将织构化的聚合物涂覆纸与树脂复合。一种优选的制造方法包括使用旋转切割机剪切聚合物涂覆纸的步骤。本专利技术还涉及一种制造复合材料的方法，该方法包括如下步骤剪切聚合物涂覆纸，再将其与树脂复合。本文中使用的术语“织构化的聚合物涂覆纸”是指纸被剪切至其内部纤维基本裸露的程度。至少约50％、优选至少约70％的内部纤维以及外部聚合物纤维的长度/直径比(L/D)至少为10，优选至少为25，更优选至少为50。附图说明图1是织构化的聚合物涂覆纸的一个实例。本专利技术的复合材料具有强度大、质量轻、价格便宜的特点。用于制造该复合材料的原材料易于获得，例如，它们可以是废弃的由树脂组成的容器和废弃的由聚合物涂覆纸组成的容器。由于在许多情况下纸与聚合物层必须经分离后分别回收利用，因此聚合物涂覆纸的回收利用难度较大。而在本专利技术中，纸和聚合物均可利用，这样无需将二者分离。因此本专利技术在生产实用材料的同时，也可以回收利用废弃的消费后容器。本专利技术的其他特征和优点将在优选的实施方案和权利要求书中进一步得以体现。附图简述图1是织构化的聚合物涂覆纸一个实施方案的照片(放大50倍)。优选实施方案详述优选的复合材料包含织构化的聚合物涂覆纸和树脂。织构化的聚合物涂覆纸为复合材料提供强度。复合材料可包括约30-90％、优选50％-70％重量的织构化的聚合物涂覆纸。聚合物涂覆纸的实例包括具有聚合物层和纸层的材料，以及具有聚合物层、纸层和铝层的材料。优选的聚合物涂覆纸为具有聚合物层和纸层的材料。聚合物涂覆纸可以各种形式获得。例如，从International Paper，New York公司直接购买整张新的聚合物涂覆纸。同样，聚合物涂覆纸废料也可从International Paper，New York公司或其他纸生产厂家购得后用于本专利技术。废弃的食品和饮料容器形式的聚合物涂覆纸可以从垃圾箱等来源中收集获得。废旧的聚合物涂覆纸也可从这些材料的中间商处购买获得。如果将废旧的聚合物涂覆纸应用于本专利技术的复合材料中，在使用前应对其进行彻底洗涤。聚合物涂覆纸废料因价格低于整张新纸而优选使用。树脂将织构化的聚合物涂覆纸包于其中，并有利于复合材料的成型。树脂也将外压负载转移至聚合物涂覆纸上，以保护聚合物涂覆纸免受来自环境和结构上的损坏。优选的复合材料包括约20％-60％、优选约30％-50％重量的树脂。树脂的实施例包括聚乙烯(如低密度聚乙烯和高密度聚乙烯)，聚丙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚丁烯，热塑性聚酯，聚醚，热塑性聚氨酯，聚氯乙烯，聚酰胺，以及其它树脂。熔体流动指数低的树脂优选。优选的树脂包括熔体流动指数小于3克/10分钟、优选小于1克/10分钟的聚乙烯和聚丙烯。树脂可以以新料购得或通过废旧材料获得，且通常以粒料形式购买。树脂优选通过废旧树脂获得，这样获得的材料成本较低。优选的树脂来源是旧的聚乙烯牛奶瓶。复合材料中也可含有偶合剂。偶合剂的作用是将聚合物涂覆纸的亲水纤维与疏水树脂相粘结。偶合剂的实例包括马来酸酐改性的聚乙烯，如FUSABONE(从Dupont，Delaware公司购得)和POLYBOND(从UniroyalChemical，Connecticut公司购得)系列。优选的偶合剂为马来酸酐改性的高密度聚乙烯，如FUSABONDMB 100D。复合材料中也可含有纤维素质的或木质纤维素质的纤维。这些纤维可增加复合材料的强度。加入复合材料中的纤维的量根据成品所需的物理和机械性能而变化。复合材料中优选含有约5％-50％、更优选10％-30％重量的纤维素质的或木质纤维素质的纤维。这些纤维的实例包括纸和纸制品，木材，木质纤维，与木材相关的材料，以及由洋麻、禾草、稻壳、甘蔗渣、棉花、黄麻等其他纤维素质或木质纤维素质材料衍生获得的材料。这些纤维的长度/直径比(L/D)至少为10，优选至少25或50。复合材料也可含有本领域技术人员熟知的添加剂，如增塑剂、润滑剂、抗氧化剂、遮光剂、热稳定剂、着色剂、撞击改良剂、光稳定剂、阻燃剂、杀生物和抗静电剂。原材料的制备如果使用废旧的聚合物涂覆纸，应将其清洗并干燥。在与树脂复合之前必须先将聚合物涂覆纸织构化。聚合物涂覆纸的结构化处理可以使用任何一种机械手段或多种手段结合进行。织构化工艺过程中，聚合物层从纸层上剪切分离，从而露出纸纤维。优选的织构化方法包括先用标准切纸设备将聚合物涂覆纸切成1/4-1/2英寸的纸片的步骤，然后用旋转刀将这些纸片剪切织构化。旋转刀的实例可参见Perry’s Chem.Eng.Handbook，6th Ed.，8-29页(1984)中的描述(可从Sprout，Waldron Companies公司购得)。剪切后的材料经孔径2mm的网筛过滤后即为织构化的材料。织构化的聚合物涂覆纸可保存于密闭袋中备用。该织构化的材料在使用之前应该先在约105℃的温度下干燥4-18小时，直至其水分含量少于0.5％。图1是织构化的聚合物涂覆纸的扫描电子显微照片。树脂可以以丸状或颗粒状形式购得，且使用时无需净化或干燥。如果在丸状或颗粒状树脂的表面上存在水分，则在使用前需进行干燥。如果也使用纤维素质的或木质纤维素质的纤维，它们可采用上述方法将其织构化。复合材料的制造复合材料按如下方法制造。将标准的橡胶/塑料开放型二辊式开炼机加热至325-400℃，再将树脂(通常为丸状或颗粒状形式)加入到加热的辊式开炼机中。10分钟后，向辊式开炼机中加入偶合剂。再经过5分钟，将织构化的聚合物涂覆纸加入到熔化的树脂/偶合剂混合物中。织构化的聚合物涂覆纸加入后处理约10分钟。从辊式开炼机中取出复合材料，切成片状，冷却至室温。然后使用标准压模技术模压形成板坯。作为选择，在混合机(如Banbury密闭式混合机)中装入上述成分，温度在小于约190℃时，将这些成分充分混合。混合物然后压模成型。在另一个实施方案中，上述成分在挤出机混合器(如装备有共旋转螺杆的MARIS(Turin)TM 85挤出机)中混合。树脂和偶合剂通过挤出机进料口处加入，聚合物涂覆纸(以及纤维素质的和木质纤维素质的纤维，如果需要使用的话)在挤出机下游1/3处加入到熔化的树脂中。挤出机的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含聚合物涂覆纸和树脂的复合材料，其中至少有２％重量的聚合物涂覆纸被织构化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马歇尔梅多夫，阿瑟拉加斯，
申请(专利权)人：艾克西莱科公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]