[发明专利]在木塑料复合材料制造中使用硅烷和硅烷共混物的方法

说明书

发明背景

技术领域。

本发明涉及木塑料复合材料(WPC)，尤其含有有机硅烷或有机硅烷的混合物的WPC。

背景技术

对于WPC的需求正在快速地增长，这归因于它们在结实和耐久性的户外平台和围墙、窗和门型材、矿泉疗养地（spas）、海边空地木板路、汽车板材和卡车箱板中的广泛接受度。

根据Principia Partners在2003年进行的研究，北美洲和西欧对于WPC的需求量是约600百万公斤，其中北美洲占需求量的85%。在北美洲，需求量的80%是在平台、轨道、以及窗和门型材的区域中。剩下20%包括木板路、船坞、汽车内部构件、野餐桌和停车台。该项研究还计划在整个2010年在北美洲有14%的WPC增长。

WPC与实木相比的一些优点包括：

· 耐腐烂和昆虫；

· 增强的机械性能(弯曲和冲击强度)；

· 就颜色和表面而言的审美吸引力。

WPC的其它优点包括(1)木纤维/木粉与普通的增强材料相比是低成本的、丰富的和可再生的材料，和(2) WPC能够使用回收树脂和废木二者。

虽然木塑料复合材料通常比实木更昂贵，但是随着制造商找到更有效的生产复合材料的方法，这一差异正在缩小。

常用于WPC中的材料和添加剂的实例在下面给出：

典型用于WPC中的偶联剂尤其分类为：

(1) 马来酸化聚烯烃，

(2) 有机硅烷，

(3) 氯化石蜡(它们也用作润滑剂)，和

(4) 硬脂酸锌、蜡、脂肪酸酯(它们也用作润滑剂和/或分散剂)。

马来酸化聚烯烃(具有接枝到聚合物骨架上的马来酸酐官能团的PE或PP)是在WPC中最广泛使用的“偶联剂”。

目前，木塑料复合材料在商业上也用于不需要大量强度性能的工业中，如用于住宅应用(即平台、围墙、窗、门)和用于汽车内部应用中。然而，制造商专注于改进木塑料复合材料的性能，目的在于增大它们的应用范围。该工业寻求在诸如强度、尺寸稳定性、耐湿性、抗划性、防沾污性、颜色稳定性和耐火性之类的性能上的改进。商业上，通过改进木塑料复合材料的性能，它们将在它们目前的应用领域中变现更好以及扩展它们的范围而进入到更多结构类型应用如地基、桥梁、码头等等中。

为了满足这一目标，已经进行了其中使用乙烯基硅烷的一些研究，例如2006年Polymer Composites中出版的文章“Profile Extrusion and Mechanical Properties of Crosslinked Wood-Thermoplastic Composites”; 2005年10月, Norwegian University of Science and Technology的Magnus Bengtsson的论文“Silane Crosslinked Wood-Thermoplastic Composites”,。在这些研究中，聚乙烯和木粉的配合以及VTMO(乙烯基三甲氧基硅烷)接枝同时进行。结果显示了在韧性、冲击强度、蠕变特性和耐水性上的改进。

在来自the Norwegian University of Science and Technology的Magnus Bengtsson和来自the Forest Products Laboratory的Nicole Stark两人的论文“Profile Extrusion and Mechanical Properties of Crosslinked Wood-Thermoplastic Composites”中，考察了硅烷交联技术是否将改进由高密度聚乙烯(HDPE，MFI = 33g/10 min，190℃/2.16 kg)、乙烯基三甲氧基硅烷、过氧化二枯基和松木粉(40目)制得的最终复合材料的机械性能。该HDPE (60% w/w)、木粉(40% w/w)和硅烷(2% w/w)被添加到同向旋转双螺杆挤出机中以生产复合材料粒料。在第二个步骤中，这些复合材料粒料(96% w/w)然后与润滑剂(4% w/w)一起被进料到同一挤出机中以生产矩形型材。当矩形型材在环境温度下遇到水分以及在100%相对湿度和90℃下时，发生实际的交联步骤。为了对比，制备仅仅具有高密度聚乙烯和木粉的非交联复合材料。通过使用弯曲试验、坠重冲击试验和蠕变响应来评价机械性能。试验结果显示了在弯曲强度、冲击强度和蠕变响应上的改进，然而与未交联的木塑料复合材料相比在弯曲模量上没有改进。