[发明专利]基于纤维素长丝的组合物通过压缩模制制成的面内各向同性、无粘合剂产品

说明书

本发明涉及面内各向同性产品，其源自基本上不含粘合剂的基于纤维素长丝的组合物和平均粒度小于5μm的无机填料；并且涉及用于生产这些面内各向同性产品的方法，其包括提供基本上不含粘合剂的纤维素长丝；提供平均粒度小于5μm的无机填料；将所述纤维素长丝和所述填料混合以产生浆料；将所述浆料转移到预成型模具中以在所述模具中产生板坯；以及对所述板坯进行热压压缩模制以产生所述面内各向同性产品。包含加速所述热压脱水时间的无机填料的纤维素长丝组合物，提高了所述模制的面内各向同性产品的表面质量和尺寸稳定性，所述模制的面内各向同性产品在其抗拉、抗弯和冲击性能方面，全部相对于不含纤维素长丝填料的组合物而言显著增强。

背景

i)技术领域

本说明书涉及源自无粘合剂(即基本上不含粘合剂)的基于纤维素长丝的组合物的面内各向同性产品；及通过压缩模制生产这些产品的方法。

ii)现有技术描述

如Hua等人(US20110277947A1；US20130017394A1)所述，当将木浆纤维适当地精制以将所述纤维剥离成纤维素长丝时，所得长丝没有内腔并且比母体纤维窄得多，同时保持其大部分长度。这些纤维素长丝的独特形态增加了它们的柔韧性并促进了它们的缠结。此外，这些长丝与母体纤维相比具有更大的表面积，这使每给定重量暴露更多羟基。更高的表面羟基量继而导致增大的氢键密度。当这些纤维素长丝的水悬浮液在高温下用于压缩模制工艺时，脱水和干燥时间为约几小时。此外，所得产品不均匀且尺寸不稳定。

原纤化纤维素纸浆、微原纤化纤维素和纳米原纤化纤维素的生产是通过向常规纸浆施加机械能或化学能来进行的，这继而释放出比原始纸浆纤维窄得多的纤维素原纤维，从而提供了比在原始材料中多得多的氢键位点接触机会。已经报道了这些氢键用于生产固体产品而无需压制的有利用途(US6379594B1和WO2011/138604A1)。

早在1997年，等人(CA 2,237,942)就描述了在不添加粘合或填充材料或使用外部压力的情况下由水性纤维素微纤维纸浆进行工件的成型和模制。纤维素材料由大麻或其它纤维素来源生产。等人在第二项专利(US6379594B1)中也描述了这种微纤维材料的制造和在冲压模具中但无压力的情况下形成无粘合剂工件。

在2011年，Dean和Hurding(WO2011/138604 A1、US20130101763)使用纤维和纤维纸浆获得了各种产品的专利，其中微纤维充当能够保持常规纤维纸浆、塑料或填料的自粘合剂或微纤维基质。US20130101763 A1涉及微纤维纸浆的制造，并且也可以使用其它原纤化纤维素纤维，例如粗纤维、微纤维和纳米纤维纸浆。微纤维的自粘合性被认为意味着在纤维素无粘合剂工件的制造中不需要复合材料通常所需的增容剂和聚合物基质。

Dean和Hurding制造的最终产品根据其最终密度描述为高密度或中密度产品。产品由添加了1-20％的常规纤维素纤维的1-80％的微纤维组成，所述常规纤维素纤维由木材、草、稻草或芦苇制成。由这些纤维自粘合体系制成的最终产品范围包括用于建筑行业中结构或修整目的的修整板或面板。可以制造1-1.5g/cm³的高密度产品和0.5-0.9g/cm³的中密度产品，面板厚度在1-25mm之间变化。Dean和Hurding(US20130101763 A1)声称添加高达35％的无机填料如碳酸钙、滑石或粘土可使最终产品密度增加至高于1.5g/cm³。通过添加矿物或合成色素、硫酸铝媒染剂或光学增亮剂，可以使产品着色或增亮。较大3D加热坯块的制造被描述为具有低火炬和高热值。还可以添加金属盐以使坯块发出的火焰着色。在其它情况下，如Dean和Hurding(US20130101763 A1)所陈述作为基质的无粘合剂纤维体系可以保持1-49％的油或生物基塑料颗粒如聚丙烯。