纤维素纤维复合物

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技术领域\n本发明涉及树脂和纤维素或木素纤维素纤维的复合物。\n背景技术\n树脂，如在食品包装中，具有广泛的应用。通常由树脂制成的食 品容器在一次性使用后，被丢弃。\n纤维素或木素纤维素纤维被大量地生产，加工和用于各个方面。 在一次性使用后，这些纤维通常当作废物被丢弃。结果产生了日益增 加的废纤维素或木素纤维素纤维，以及树脂。\n发明内容\n总体上说，本发明的特征在于包括一种树脂和稠化的纤维素或木 素纤维素纤维的复合物。优选地，所述复合物含有约50重％-70重％ 的树脂和30重％-50重％的纤维。\n本发明的特征在于包括一种树脂和稠化的纤维素或木素纤维素纤 维的一种复合物。其中树脂为一种热塑性树脂。所述纤维为至少约2 重％，优选为至少约5重％。本发明的特征还在于包括聚乙烯和至少约 50重％的稠化的纤维素或木素纤维素纤维的一种复合物。\n本发明的另一个特征在于提供一种复合物，该复合物含有用至少 2重％的纤维素或木素纤维素纤维强化的聚乙烯，其中至少50重％的 所述纤维素或木素纤维素纤维被剪切到内部纤维基本暴露出来的程 度。\n本发明的另一个特征在于包括一种树脂和纤维素或木素纤维素纤 维的复合物，该复合物具有至少约3000磅/平方英寸(psi)优选至少 约6000磅/平方英寸，更优选至少约10000磅/平方英寸的弯曲强度， 或至少约3000psi的拉伸强度。\n此外，本发明的特征在于制造一种复合物的方法，该方法包括剪 切纤维素或木素纤维素纤维，以形成稠化的纤维素或木素纤维素纤 维，然后将该稠化的纤维与一种树脂混合。优选的方法包括用旋转刀 片切割机剪切纤维。本发明的特征还在于制造一种复合物的方法，该 方法包括剪切纤维素或木素纤维素纤维，并将该纤维与一种树脂混 合。\n本发明的另一个特征在于提供一种制造复合物的方法，该方法包 括将纤维素或木素纤维素纤维剪切到内部纤维基本暴露出来的程度， 以形成稠化的纤维素或木素纤维素纤维，并将该稠化的纤维素或木素 纤维素纤维与一种树脂混合。\n本发明所用术语“稠化的纤维素或木素纤维素纤维”是指将所述 纤维剪切到内部的纤维基本暴露出来的程度。至少约50％，更优选至 少约70％的这些纤维具有长度/直径比(L/D)为至少5，优选至少25，或 至少50。稠化的纤维的一个实施例见图1所示。\n本发明的另一个特征在于提供一种制备稠化纤维材料的方法，该 方法包括：将具有内部纤维的纤维素或木素纤维素材料剪切到内部纤 维基本暴露出来的程度，以形成稠化的纤维材料。\n本发明的另一个特征在于还提供一种稠化的纤维材料，该纤维材 料含有具有内部纤维的纤维素或木素纤维素材料，其中将所述纤维素 或木素纤维素材料剪切到内部纤维基本暴露出来的程度。\n本发明的复合物具有强度、重量轻和便宜的优点。用于制造复合 物的原材料容易获得，例如，这些原材料包括废弃的由树脂和废纤维 素或木素纤维素纤维组成的容器。\n本发明的其它特征和优点通过下面优选的实施例和权利要求的描 述将变得更加明显。\n附图说明\n图1为稠化的报纸的放大[---]倍的照片。\n具体实施方案\n优选的复合物包括一种树脂和稠化的纤维素或木素纤维素纤维。\n树脂包封稠化的纤维素或木素纤维素纤维，并帮助控制该复合物 的形状。树脂还向纤维传递外部的负载并防止纤维的环境和结构的损 坏。优选的复合物包括约20重％-约60重％，更优选约30重％-约50 重％的树脂。\n树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、热塑性聚酯、聚醚、热 塑性聚氨酯、PVC、尼龙、和其它树脂。优选的是具有低熔体流动指 数的树脂。优选的树脂包括具有低于3克/10分钟，更优选低于1克/10 分钟的熔体流动指数的聚乙烯和聚丙烯。\n树脂可作为原材料购买，或作为废料或废弃的树脂获得，并通常 以颗粒形式购买。优选作为废料或废弃的树脂获得，因为这些材料更 便宜。树脂的一个优选的来源是使用过的聚乙烯奶瓶。\n稠化的纤维素或木素纤维素纤维为该复合物提供了强度。该复合 物可包括重量百分比为约30％-约90％，更优选约50％-约70％的稠化 的纤维素或木素纤维素纤维。纤维素纤维的例子包括纸和纸制品，木 素纤维素纤维的例子包括木材、木质纤维、与木材有关的材料、以及 由洋麻纤维、草、稻壳、甘蔗渣、棉花和黄麻衍生而来的材料。优选 的纤维素纤维是新闻用纸，杂志纸以及漂白的牛皮纸板。优选的木素 纤维素纤维包括洋麻纤维和黄麻。\n所述复合物也包含偶联剂。该偶联剂帮助亲水性纤维与疏水性树 脂键合。偶联剂的例子包括马来酸酐改性的聚乙烯，如商标名为 FUSABOND(得自特拉华的杜邦公司)和POLYBOND(得自Uniroyal Chemical，connecticut)系列。优选的偶联剂是马来酸酐改性的高密度聚 乙烯，如POLYBONDMB 100D。\n所述复合物还可包含配料领域技术人员已知的添加剂，如增塑剂、润 滑剂、抗氧化剂、遮光剂、热稳定剂、着色剂、阻燃剂、抗微生物剂、抗 冲改性剂、光稳定剂、抗静电剂。\n起始原料的制备\n如果使用纤维素或木素纤维素纤维废料，应该将其净化和干燥。 在将其与热塑性树脂混合前，必须将该纤维素或木素纤维素纤维稠 化。该纤维可以通过任何一种机械方式或这些方式的结合来进行稠 化。优选的稠化方法包括首先将这些纤维素或木素纤维素纤维用标准 的剪切装置切成1/4-1/2英寸的片。然后将这些片用旋转切割机剪切， 如在“Perry的化学工程手册”(第6版，8-29页，1984年)中描述的 一种旋转切割机(得自Sprout，Waldron公司)。然后将该稠化的纤维 通过一个2毫米目的筛子，并可将其保存在密封的袋中。在使用前， 应该立刻将其在约105℃干燥4-18小时(直到水含量低于约0.5％)。\n树脂可以以颗粒或丸状形式购买，无需进一步纯化或干燥后使 用。如果在颗粒或丸状树脂表面含有水分，应在使用前干燥。\n复合物的制备\n复合物可按照如下方式制备：将标准的橡胶/塑料复合2-滚压机加 热至325-400℃。将所述树脂(通常为丸状或颗粒)加入到该加热的滚 压机中。约10分钟后，将偶联剂加入到该滚压机中。再过5分钟后， 将稠化的纤维素或木素纤维素纤维加入到该熔融的树脂/偶联剂的混 合物中。该稠化的纤维在10分钟的时间内加入。\n从所述滚压机中取出所述复合物，将其切成片并冷却至室温。然 后，采用标准的模压技术将其模压成板状。\n或者也可以将各种配料装入一混合机，如Banbury内混合机。在 温度维持在低于约190℃下将各种配料进行混合。然后，将该混合物进 行模压。\n在另一个实施方式中，可以将各种配料在一个挤出混合机中混 合，例如装有共旋转叶片的MARIS(Turin)TM 85型挤出机。将树脂 和偶联剂在挤出机的入口处导入，将纤维素或木素纤维素纤维在沿挤 出机长度的大约1/3处引入到熔融的树脂中。挤出机的内部温度保持 在低于约190℃。在出口处，通过冷线切割而将所述复合物颗粒化。\n或者也可以先在混合机中制备所述混合物，然后转移至挤出机中 进行挤出和颗粒切割步骤。\n在另一个实施方式中，可以通过本领域的技术人员熟知的形成纤 维的技术将所述复合物形成纤维。\n复合物的性能\n所获得的复合物包括包封在树脂介质中的纤维网络。该纤维形成 一种晶格网络，该网络为所述复合物提供了强度。由于将纤维素或木 素纤维素纤维稠化，因此，与用未稠化的纤维素或木素纤维素纤维制 备的复合物相比，可增加与所述树脂键合的表面积的量。树脂与暴露 的纤维的表面键合，造成了纤维网络与树脂介质的均匀共混合。该纤 维网络与树脂介质的均匀共混合进一步强化了所述复合物。\n应用\n树脂/纤维复合物具有广泛的应用。该复合物强力、重量轻，可用 作，例如木材替代物。树脂的涂敷赋予了该复合物防水的性能，使得 该复合物可以在室外应用。例如可以将该复合物制成集装箱，它可以 在室外保存很长时间。\n实施例\n复合物可按照如下方式制备：将标准的橡胶/塑料复合2-滚压机加 热至325-400℃。将所述树脂(通常为丸状或颗粒)加入到该加热的滚 压机中。约10分钟后，树脂卷在滚子上(即，树脂熔融或熔结在滚子 上)，将偶联剂加入到该滚压机中。再过5分钟后，将纤维素或木素 纤维素纤维加入到该熔融的树脂/偶联剂的混合物中。该纤维素或木素 纤维素纤维纤维在10分钟的时间内加入。\n从所述滚压机中取出所述复合物，将其切成片并冷却至室温。然 后，采用标准的模压技术，每批约80克将其模压成6英寸×6英寸× 1/8英寸的板状。\n一种组成含有下列配料：\n组成1\n配料                            量(克)\n高密度聚乙烯1                  160\n旧报纸2                        240\n偶联剂3                        8\n组成1的性能如下：\n弯曲强度(psi)                   9810(ASTM D790)\n弯曲模量(109psi)                6.27(ASTM D790)\n第二种组成含有下列配料：\n组成2\n配料                             量(克)\n高密度聚乙烯1                   160\n旧杂志2                         240\n偶联剂3                         8\n组成2的性能如下：\n弯曲强度(psi)                    9060(ASTM D790)\n弯曲模量(109psi)                6.78(ASTM D790)\n1Marlex 16007\n2用带有2毫米目的筛子的旋转切割机稠化\n3FUSABOND100D\n其它实施方式包含在权利要求书中。