[发明专利]聚合物复合材料

说明书

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。

发明领域

本发明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。

发明背景

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1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是可用于制造本发明球粒的单螺杆挤出机的示意图。

详细描述

本发明涉及一种解决方案，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。本发明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。本发明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。

在本技术领域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。