由含纖維素的材料和塑料制成的復合材料制造技術

本發明專利技術涉及由至少一種含纖維素的材料，優選木材，和至少一種塑料制成的具有改進的機械性能和改進的耐候性的新型復合材料，它們的制備方法以及它們的應用。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及由至少一種含纖維素的材料，優選木材，和至少一種塑料制成的具有改進的機械性能和改進的耐候性的新型復合材料，它們的制備方法以及它們的應用。
技術介紹
由至少一種含纖維素的材料和至少一種塑料制成的復合材料當前特別以木材-塑料復合材料(所謂WPC或木材塑料復合材料)形式在工業上制備。在下文中描述的本專利技術范圍內，表述“木材-塑料復合材料”和“WPC”作為同義詞使用。歷史上，實心木料和傳統的木質材料一般用作構造材料和家具材料。WPC材料已經依靠改進的成形方法將這些傳統的應用領域擴大到涵蓋重要的新的可能的應用。WPC材料涉及使木材顆粒(例如木材碎片、鋸屑、木纖維或木粉)與塑料基體粘接。 熱塑性塑料一般充當塑料基體。當最初在北美洲開發WPC時，木材主要用作廉價填料。木屑的成本是用作其替換物的塑料的成本的一小部分，木材內容物因此降低產品中的材料成本。木材具有比所使用的塑料更高的彈性模量，使得優化的木材-塑料組合的情況下得到比純的塑料更好的機械性能。三種塑料在世界范圍內在商業上制備的幾乎所有的WPC材料中占據主要地位。在美國，主要使用聚乙烯(PE )，但是在歐洲主要使用聚丙烯(PP )。在亞洲，聚氯乙烯(PVC)經常用作WPC塑料。所有三種塑料的共同之處是，它們都是大量生產的塑料和因此可以按較低成本獲得。這種商業觀點是WPC研究決定性地僅采用所提及的熱塑性塑料進行的原因之O另一方面，一如既往地要求將天然纖維(例如纖維素)與聚合物持久連接。在所提及的塑料，PE、PP和PVC的情況下，由于數十年之久的開發已經通過使用粘合促進劑充分好地解決與木纖維連接的問題。WPC材料的當前的進一步開發不但集中于優化工藝技術而且在很大程度上集中于改進產品性能或為特定預計的使用定制的性能。WPC材料當前主要用于戶外使用。WPC的主要應用是陽臺嵌板，所謂“裝飾”。在此，WPC材料主要與來自亞熱帶的貴重木材競爭。在構造應用中預期，WPC材料不但提供材料強度而且具有最高的耐久性，或至少與堅固的天然木料相當的耐久性。WPC材料由于使用的用料而一般在戶外經歷由于氣候影響而改變，只要它們沒有受表面整飾層的保護。老化程度一方面取決于所使用的木纖維的耐性，另一方面還取決于所使用的塑料的長期性能。眾所周知，塑料具有非常寬的產品性能范圍。這不但涉及熱性能而且涉及機械和長期性能。在開發用于戶外領域的持久WPC材料的背景下，因此一如既往地需求比基于聚烯烴的WPC具有更好的耐候性的復合材料。WPC材料經常經由注塑方法或擠出方法制備，并且該制備方法因此通過在塑料組分的熔融溫度下的塑化過程進行。使用濕化學的與木材顆粒的聚合方法也被使用，但是不太普遍。聚甲基丙烯酸甲酯(縮寫為PMMA)以極其好的耐候性和高的機械強度值而已知。性能分布因此非常適合于構造應用。然而，至今還不能將這種材料用于WPC應用，因為在擠出過程中所要求的加工溫度太高并由此導致對木材顆粒的損害。將PMMA與木材顆粒連接的問題至今也沒有令人滿意地解決。
技術實現思路
從上述現有技術出發，本專利技術的目的因此是提供由至少一種含纖維素的材料，優選木材，和至少一種塑料制成的具有改進的耐候性和改進的機械性能的復合材料，以及它們的制備方法。另一個目的是提供沒有附加的表面整飾的耐候性WPC材料。沒有明確提及的其它目的從以下說明書、實施例和權利要求書的總體關聯得出。本專利技術基于的構思是，通過使用聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯，具有優異耐候性的熱塑性塑料，而制備新型復合材料。在此成功實現將這種塑料的強度與含纖維素的組分的優點結合而獲得定制的復合材料。這里的關鍵任務是將含纖維素的材料，尤其是天然纖維或木纖維與聚合物足夠好地粘附、偶聯或連接。這通過如下達到根據本專利技術使用包含至少一種聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯和至少一種環狀羧酸酐衍生物的共聚物。專利技術人還成功發現尤其適合的聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯，以及尤其適合的附加材料。本專利技術因此提供由至少一種含纖維素的組分，優選木材，和至少一種塑料制成的復合材料，其特征在于至少一種塑料由包含至少一種聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯和至少一種環狀羧酸酐衍生物的共聚物組成，或包含含至少一種聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯和至少一種環狀羧酸酐衍生物的共聚物，優選連同其它聚合物和/或添加劑和/或助劑。 本專利技術還提供一種方法，其中將至少一種含至少一種聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯和至少一種環狀羧酸酐衍生物的共聚物，任選地連同其它組分與至少一種含纖維素的材料混合，然后加工而獲得復合材料。本專利技術同樣提供本專利技術復合材料，尤其是作為具有提高的濕氣暴露的領域中的材料，尤其是戶外領域中的材料，例如作為地板覆層，例如陽臺嵌板等，作為構造材料，例如作為構造木材、擱板、梁、樓梯和樓梯階、支柱、殼子板、花園棚屋、攀登高臺、游戲設備、沙箱、 車棚、亭子、門框、門頁、窗臺等，作為壁元件，作為壁包層，隔音元件，欄桿，作為天花板包層，作為屋頂蓋板，在造船中，或用于建造港口設施，例如橋形碼頭、船的轉向器、船甲板等， 作為戶內和戶外領域中不需維護的家具材料，例如椅子、床、框架、柜臺、花園長椅、廚房家具、工作板、浴室家具等，作為容器或邊飾，例如草地邊飾，花壇邊飾、輥子邊緣花壇、花盆、 植物槽等，作為游戲積木塊，和用于汽車內部裝飾物中，和用于汽車外殼中，以及作為移動房屋安裝件的用途。本專利技術復合材料極其適合于戶外的實際使用，因為它具有低的吸水性、由于低溶脹行為導致的高形狀穩定性、和高的機械強度。通過在小于或等于225°C，優選小于或等于220°C的溫度下加工的可能性可以避免對含纖維素的材料的損害，尤其是當使用木材時，并可以減少能量成本。尤其是當單獨使用或與聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯基體聚合物組合使用含至少一種聚(甲基)丙烯酸(燒基)酯并且含至少一種環狀羧酸酐衍生物的共聚物時，可以制備令人驚奇地可以以70wt%的木材含量在大約205°C下良好擠出的復合材料。以此方式還能甚至獲得具有高達80wt%木材含量的WPC。本專利技術擠出物的濕行為相同于或好于基于聚烯烴的WPC。另外，當將本專利技術塑料基體與聚烯烴相比時，它具有更好的機械性能和優異的耐候性。實際的實驗已經表明，與使用沒有共聚物的純PMMA相比，通過使用含至少一種聚 (甲基)丙烯酸(烷基)酯且含至少一種環狀羧酸酐衍生物的共聚物能將吸水率從大約30wt% 減少到小于5wt%。因此首次成功實現制備基于聚(甲基)丙烯酸(燒基)酯的高品質WPC。下文對本專利技術進行詳細描述。WPC材料的品質在很大程度上取決于各種參數的保持例如，聚合物的流動性能與木材顆粒開始遭受損害時的特定溫度上限的保持一樣重要。已經發現，在WPC材料的制備中，這種溫度應該小于225°C，優選小于220°C，以便很大程度上排除木材顆粒的碳化。同時，在所述溫度下，聚合物應該熔融并具有足夠的可流動性。這種事實本身迄今是避免使用 PMMA的原因，因為標準PMMA在230°C以上才顯現粘彈性流動行為。對于WPC材料使用的另一個決定性因素是結合實際的產物性能具有最小值或不超過最大限度。這些的實例是由水引起的重量增加，由于濕度導致的溶脹行為，和材料強度，例如撓曲強度和斷裂強度。具有纖維素作為主要成分的材料，例如木纖維，是高度極性的和親水性的。直至大的材料深度的吸濕本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.07.05 DE 102010030927.31.由至少一種含纖維素的材料和至少一種塑料制成的復合材料，其特征在于 至少一種塑料由包含至少一種聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯并且包含至少一種環狀羧酸酐衍生物的共聚物組成，或包含所述共聚物，優選連同其它聚合物和/或添加劑和/或助劑。2.根據權利要求1的復合材料，其特征在于 它包含含至少一種聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯和至少一種環狀羧酸酐衍生物的共聚物作為粘合促進劑，以及包含至少一種聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯基體材料。3.根據權利要求1或2的復合材料，其特征在于 所述含至少一種聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯和至少一種環狀羧酸酐衍生物的共聚物具有 l-30ml/10min,優選 3_15ml/10min 的 MVR 熔體指數[230°C，3. 8kg]。4.根據權利要求1-3中任一項的復合材料，其特征在于 所述包含至少一種聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯且包含至少一種環狀羧酸酐衍生物的共聚物的比例基于本發明復合材料的總重量計為O. 5wt%至(100_含纖維素的材料的比例)wt%, 2wt%至((100-含纖維素的材料的比例)/2) wt%。5.根據權利要求1-4中任一項的復合材料，其特征在于 所述環狀羧酸酐衍生物的比例基于本發明復合材料的總重量計在O. l-5wt%，優選O.4-3wt%的范圍內。6.根據權利要求1-5中任一項的復合材料，其特征在于 所述含纖維素的材料是木材或紙張或紙板，優選具有至少20wt%，尤其優選至少30wt%，非常尤其優選至少40wt%的纖維素含量。7.根據權利要求1-6中任一項的復合材料,其特征在于 在每種情況下基于復合材料的總重量，所述復合材料包含最高至80wt%的木材顆粒和至少15wt%的聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯。8.根據權利要求1-7中任一項的復合材料，其特征在于 它包含以下組分 a)含纖維素的組分，優選木纖維40-80wt% b)包含至少一種聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯和至少一種環狀羧酸酐衍生物的共聚物:l-50wt% ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：C·施烏特茲，C·羅特，R·卡爾洛夫，K·施烏特斯，V·克倫諾夫，E·萊恩赫梅爾，
申請(專利權)人：贏創羅姆有限公司，
類型：
國別省市：