專(zhuān)利名稱(chēng)：纖維素纖維復(fù)合物的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及樹(shù)脂和纖維素或木素纖維素纖維的復(fù)合物。
樹(shù)脂，如在食品包裝中，具有廣泛的應(yīng)用。通常由樹(shù)脂制成的食品容器在一次性使用后，被丟棄。
纖維素或木素纖維素纖維被大量地生產(chǎn)，加工和用于各個(gè)方面。在一次性使用后，這些纖維通常當(dāng)作廢物被丟棄。結(jié)果產(chǎn)生了日益增加的廢纖維素或木素纖維素纖維，以及樹(shù)脂。
發(fā)明概述總體上說(shuō)，本發(fā)明的特征在于包括一種樹(shù)脂和稠化的纖維素或木素纖維素纖維的復(fù)合物。
本發(fā)明的特征在于包括一種樹(shù)脂和稠化的纖維素或木素纖維素纖維的一種復(fù)合物，其中樹(shù)脂，如一種熱塑性樹(shù)脂，為至少約2重％，優(yōu)選為至少約5重％。本發(fā)明的特征還在于包括聚乙烯和至少約5重％的稠化的纖維素或木素纖維素纖維的一種復(fù)合物。
本發(fā)明的另一個(gè)特征在于包括一種樹(shù)脂和纖維素或木素纖維素纖維的復(fù)合物，該復(fù)合物具有至少約3000磅/平方英寸(psi)的彎曲強(qiáng)度，或至少約3000psi的拉伸強(qiáng)度。
此外，本發(fā)明的特征在于制造一種復(fù)合物的方法，該方法包括剪切纖維素或木素纖維素纖維，以形成稠化的纖維素或木素纖維素纖維，然后將該稠化的纖維與一種樹(shù)脂混合。優(yōu)選的方法包括用旋轉(zhuǎn)刀片切割機(jī)剪切纖維。本發(fā)明的特征還在于制造一種復(fù)合物的方法，該方法包括剪切纖維素或木素纖維素纖維，并將該纖維與一種樹(shù)脂混合。
本發(fā)明所用術(shù)語(yǔ)“稠化的纖維素或木素纖維素纖維”是指將所述纖維剪切到內(nèi)部的纖維基本暴露出來(lái)的程度。至少約50％，更優(yōu)選至少約70％的這些纖維具有長(zhǎng)度/直徑比(L/D)為至少5，優(yōu)選至少25，或至少50。稠化的纖維的一個(gè)實(shí)施例見(jiàn)
圖1所示。
本發(fā)明的復(fù)合物具有強(qiáng)度、重量輕和便宜的優(yōu)點(diǎn)。用于制造復(fù)合物的原材料容易獲得，例如，這些原材料包括廢棄的由樹(shù)脂和廢纖維素或木素纖維素纖維組成的容器。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)下面優(yōu)選的實(shí)施例和權(quán)利要求的描述將變得更加明顯。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1為稠化的報(bào)紙的放大[---]倍的照片。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述優(yōu)選的復(fù)合物包括一種樹(shù)脂和稠化的纖維素或木素纖維素纖維。
樹(shù)脂包封稠化的纖維素或木素纖維素纖維，并幫助控制該復(fù)合物的形狀。樹(shù)脂還向纖維傳遞外部的負(fù)載并防止纖維的環(huán)境和結(jié)構(gòu)的損壞。優(yōu)選的復(fù)合物包括約20重％-約60重％，更優(yōu)選約30重％-約50重％的樹(shù)脂。
樹(shù)脂的例子包括聚乙烯(包括例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、熱塑性聚酯、聚醚、熱塑性聚氨酯、PVC、尼龍、和其它樹(shù)脂。優(yōu)選的是具有低熔體流動(dòng)指數(shù)的樹(shù)脂。優(yōu)選的樹(shù)脂包括具有低于3克/10分鐘，更優(yōu)選低于1克/10分鐘的熔體流動(dòng)指數(shù)的聚乙烯和聚丙烯。
樹(shù)脂可作為原材料購(gòu)買(mǎi)，或作為廢料或廢棄的樹(shù)脂獲得，并通常以顆粒形式購(gòu)買(mǎi)。優(yōu)選作為廢料或廢棄的樹(shù)脂獲得，因?yàn)檫@些材料更便宜。樹(shù)脂的一個(gè)優(yōu)選的來(lái)源是使用過(guò)的聚乙烯奶瓶。
稠化的纖維素或木素纖維素纖維為該復(fù)合物提供了強(qiáng)度。該復(fù)合物可包括重量百分比為約30％-約90％，更優(yōu)選約50％-約70％的稠化的纖維素或木素纖維素纖維。纖維素纖維的例子包括紙和紙制品，木素纖維素纖維的例子包括木材、木質(zhì)纖維、與木材有關(guān)的材料、以及由洋麻纖維、草、稻殼、甘蔗渣、棉花和黃麻衍生而來(lái)的材料。優(yōu)選的纖維素纖維是新聞?dòng)眉?。?yōu)選的木素纖維素纖維包括洋麻纖維和黃麻。
所述復(fù)合物也包含偶聯(lián)劑。該偶聯(lián)劑幫助親水性纖維與疏水性樹(shù)脂鍵合。偶聯(lián)劑的例子包括馬來(lái)酸酐改性的聚乙烯，如商標(biāo)名為FUSABOND(得自特拉華的杜邦公司)和POLYBOND(得自UniroyalChemical，connecticut)系列。優(yōu)選的偶聯(lián)劑是馬來(lái)酸酐改性的高密度聚乙烯，如POLYBONDMB 100D。
所述復(fù)合物還可包含配料領(lǐng)域技術(shù)人員已知的添加劑，如增塑劑、潤(rùn)滑劑、抗氧化劑、遮光劑、熱穩(wěn)定劑、著色劑、阻燃劑、抗微生物劑、抗沖改性劑、光穩(wěn)定劑、抗靜電劑。起始原料的制備如果使用纖維素或木素纖維素纖維廢料，應(yīng)該將其凈化和干燥。在將其與熱塑性樹(shù)脂混合前，必須將該纖維素或木素纖維素纖維稠化。該纖維可以通過(guò)任何一種機(jī)械方式或這些方式的結(jié)合來(lái)進(jìn)行稠化。優(yōu)選的稠化方法包括首先將這些纖維素或木素纖維素纖維用標(biāo)準(zhǔn)的剪切裝置切成1/4-1/2英寸的片。然后將這些片用旋轉(zhuǎn)切割機(jī)剪切，如在“Perry的化學(xué)工程手冊(cè)”(第6版，8-29頁(yè)，1984年)中描述的一種旋轉(zhuǎn)切割機(jī)(得自Sprout，Waldron公司)。然后將該稠化的纖維通過(guò)一個(gè)2毫米目的篩子，并可將其保存在密封的袋中。在使用前，應(yīng)該立刻將其在約105℃干燥4-18小時(shí)(直到水含量低于約0.5％)。
樹(shù)脂可以以顆?；蛲锠钚问劫?gòu)買(mǎi)，無(wú)需進(jìn)一步純化或干燥后使用。如果在顆?；蛲锠顦?shù)脂表面含有水分，應(yīng)在使用前干燥。復(fù)合物的制備復(fù)合物可按照如下方式制備將標(biāo)準(zhǔn)的橡膠/塑料復(fù)合2-滾壓機(jī)加熱至325-400℃。將所述樹(shù)脂(通常為丸狀或顆粒)加入到該加熱的滾壓機(jī)中。約10分鐘后，將偶聯(lián)劑加入到該滾壓機(jī)中。再過(guò)5分鐘后，將稠化的纖維素或木素纖維素纖維加入到該熔融的樹(shù)脂/偶聯(lián)劑的混合物中。該稠化的纖維在10分鐘的時(shí)間內(nèi)加入。
從所述滾壓機(jī)中取出所述復(fù)合物，將其切成片并冷卻至室溫。然后，采用標(biāo)準(zhǔn)的模壓技術(shù)將其模壓成板狀。
或者也可以將各種配料裝入一混合機(jī)，如Banbury內(nèi)混合機(jī)。在溫度維持在低于約190℃下將各種配料進(jìn)行混合。然后，將該混合物進(jìn)行模壓。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，可以將各種配料在一個(gè)擠出混合機(jī)中混合，例如裝有共旋轉(zhuǎn)葉片的MARIS(Turin)TM 85型擠出機(jī)。將樹(shù)脂和偶聯(lián)劑在擠出機(jī)的入口處導(dǎo)入，將纖維素或木素纖維素纖維在沿?cái)D出機(jī)長(zhǎng)度的大約1/3處引入到熔融的樹(shù)脂中。擠出機(jī)的內(nèi)部溫度保持在低于約190℃。在出口處，通過(guò)冷線切割而將所述復(fù)合物顆?；?br>
或者也可以先在混合機(jī)中制備所述混合物，然后轉(zhuǎn)移至擠出機(jī)中進(jìn)行擠出和顆粒切割步驟。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，可以通過(guò)本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的形成纖維的技術(shù)將所述復(fù)合物形成纖維。復(fù)合物的性能所獲得的復(fù)合物包括包封在樹(shù)脂介質(zhì)中的纖維網(wǎng)絡(luò)。該纖維形成一種晶格網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)為所述復(fù)合物提供了強(qiáng)度。由于將纖維素或木素纖維素纖維稠化，因此，與用未稠化的纖維素或木素纖維素纖維制備的復(fù)合物相比，可增加與所述樹(shù)脂鍵合的表面積的量。樹(shù)脂與暴露的纖維的表面鍵合，造成了纖維網(wǎng)絡(luò)與樹(shù)脂介質(zhì)的均勻共混合。該纖維網(wǎng)絡(luò)與樹(shù)脂介質(zhì)的均勻共混合進(jìn)一步強(qiáng)化了所述復(fù)合物。應(yīng)用樹(shù)脂/纖維復(fù)合物具有廣泛的應(yīng)用。該復(fù)合物強(qiáng)力、重量輕，可用作，例如木材替代物。樹(shù)脂的涂敷賦予了該復(fù)合物防水的性能，使得該復(fù)合物可以在室外應(yīng)用。例如可以將該復(fù)合物制成集裝箱，它可以在室外保存很長(zhǎng)時(shí)間。實(shí)施例復(fù)合物可按照如下方式制備將標(biāo)準(zhǔn)的橡膠/塑料復(fù)合2-滾壓機(jī)加熱至325-400℃。將所述樹(shù)脂(通常為丸狀或顆粒)加入到該加熱的滾壓機(jī)中。約10分鐘后，樹(shù)脂卷在滾子上(即，樹(shù)脂熔融或熔結(jié)在滾子上)，將偶聯(lián)劑加入到該滾壓機(jī)中。再過(guò)5分鐘后，將纖維素或木素纖維素纖維加入到該熔融的樹(shù)脂/偶聯(lián)劑的混合物中。該纖維素或木素纖維素纖維纖維在10分鐘的時(shí)間內(nèi)加入。
從所述滾壓機(jī)中取出所述復(fù)合物，將其切成片并冷卻至室溫。然后，采用標(biāo)準(zhǔn)的模壓技術(shù)，每批約80克將其模壓成6英寸×6英寸×1/8英寸的板狀。一種組成含有下列配料組成1配料 量(克)高密度聚乙烯1160舊報(bào)紙2240偶聯(lián)劑38組成1的性能如下彎曲強(qiáng)度(psi) 9810(ASTM D790)彎曲模量(109psi) 6.27(ASTM D790)第二種組成含有下列配料組成2配料 量(克)高密度聚乙烯1160舊雜志2240偶聯(lián)劑38組成2的性能如下彎曲強(qiáng)度(psi) 9060(ASTM D790)彎曲模量(109psi) 6.78(ASTM D790)1Marlex 160072用帶有2毫米目的篩子的旋轉(zhuǎn)切割機(jī)稠化3FUSABOND100D其它實(shí)施方式包含在權(quán)利要求書(shū)中。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合物，該復(fù)合物含有一種樹(shù)脂和纖維，其中所述纖維為纖維素或木素纖維素纖維，并且至少約2重％的所述纖維被稠化。
2.權(quán)利要求1的復(fù)合物，其中至少約5重％的所述纖維被稠化。
3.權(quán)利要求1的復(fù)合物，其中所述纖維為新聞?dòng)眉垺?br>
4.權(quán)利要求1的復(fù)合物，其中所述纖維為黃麻。
5.權(quán)利要求1的復(fù)合物，其中所述纖維為洋麻。
6.權(quán)利要求1的復(fù)合物，其中所述樹(shù)脂為雜志紙。
7.權(quán)利要求1的復(fù)合物，其中所述樹(shù)脂為漂白的牛皮紙板。
8.權(quán)利要求1的復(fù)合物，其中所述樹(shù)脂為熱塑性樹(shù)脂。
9.權(quán)利要求6的復(fù)合物，其中所述熱塑性樹(shù)脂為聚乙烯。
10.權(quán)利要求6的復(fù)合物，其中所述熱塑性樹(shù)脂為聚丙烯。
11.權(quán)利要求1的復(fù)合物，其中所述復(fù)合物含有約50％-約70重％的樹(shù)脂和約37％-約50重％的纖維。
12.一種復(fù)合物，該復(fù)合物含有聚乙烯和纖維，其中所述纖維為纖維素或木素纖維素纖維，并且其中至少約50重％的所述纖維被稠化。
13.一種復(fù)合物，該復(fù)合物含有樹(shù)脂和纖維素或木素纖維素纖維，其中該復(fù)合物具有至少3000磅/平方英寸的彎曲強(qiáng)度。
14.權(quán)利要求11的復(fù)合物，其中所述復(fù)合物具有至少6000磅/平方英寸的彎曲強(qiáng)度。
15.權(quán)利要求11的復(fù)合物，其中所述復(fù)合物具有至少10000磅/平方英寸的彎曲強(qiáng)度。
16.一種制造復(fù)合物的方法，該方法包括剪切纖維素或木素纖維素纖維，以形成稠化的纖維素或木素纖維素纖維，并將該稠化的纖維素或木素纖維素纖維與一種樹(shù)脂混合。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述樹(shù)脂為熱塑性樹(shù)脂。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所述剪切纖維素或木素纖維素纖維的步驟包括用旋轉(zhuǎn)刀片切割機(jī)剪切。
19.一種制造復(fù)合物的方法，該方法包括剪切纖維素或木素纖維素纖維，并將該纖維素或木素纖維素纖維與一種樹(shù)脂混合。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種樹(shù)脂和稠化的纖維素或木素纖維素纖維的復(fù)合物,及形成該復(fù)合物的方法。
文檔編號(hào)C08L101/00GK1276810SQ9881036
公開(kāi)日2000年12月13日 申請(qǐng)日期1998年10月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月31日
發(fā)明者馬歇爾·梅多夫, 阿瑟·拉加斯 申請(qǐng)人:希樂(lè)克公司