含有可再生原料的復合材料和用于其制備的方法
【專利說明】含有可再生原料的復合材料和用于其制備的方法
[0001]本發明涉及由基于塑料的材料，和其中包埋的可再生原料的顆粒或纖維比如馬尼拉麻、纖維素纖維、紙漿纖維、粘膠纖維、大麻纖維或亞麻纖維，和任選的增附劑組成的復合材料，并且涉及產生復合材料的方法，其中在混合裝置將天然纖維比如纖維素纖維、再生纖維素纖維、紙漿纖維、大麻纖維或亞麻纖維與基于塑料的材料和任選的添加劑混合，并且在壓模機或擠出機中壓制成復合材料。
[0002]由塑料比如聚烯烴、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS等)和含有可再生原料的顆粒或纖維比如紙漿、粘膠、大麻、木料、亞麻等組成的復合材料或復合物用于各種應用領域，其中所述復合材料常常需要大量的增附劑以便提供在可再生原料的顆粒或纖維與塑料之間的密切附著。在這方面，例如將聚烯烴、接枝在聚丙烯或聚乙烯上的馬來酸酐基團用作增附劑以便提供在塑料與可再生原料的顆粒或纖維之間的充足附著力。然而，所述復合材料遇到的又一問題在于，一旦其含有可再生原料的顆粒或纖維，其產生的產品的沖擊強度或缺口沖擊強度將戲劇性降低，使得所述材料的應用目的受到限制。已嘗試通過加入更軟的聚合物或具有較低分子量的聚合物來軟化塑料和可再生原料的顆粒或纖維的基質，以便增加沖擊強度；但是其僅展示有限的成功，在其中并未先提供或使用軟的基礎聚合物的情況下尤其如此。因此，為了使得所述聚合物可以用于比如汽車工業、電力/電子工業、物流業的應用，必需顯著增加填充了可再生原料的顆粒或纖維或補充了可再生原料的顆粒或纖維的復合物的(缺口)沖擊強度，而同時并不不利地影響其它特性或特征。
[0003]從WO 03/035393 Al可以知曉由PVC和木纖維組成的復合物，其中可以額外含有添加劑比如聚酯和潤滑劑。將聚氯乙烯(PVC)加入木纖維是為了促進待制備的復合物的可加工性，原因在于它們可在低溫度模壓。
[0004]從US 2011028060 Al可以知曉含有纖維狀物質和基質-樹脂組合物的復合物結構，該復合物結構除了纖維狀物質之外，還含有由聚酰胺組合物組成的基質-樹脂組合物。根據該文獻，聚酰胺組合物本身由聚酰胺樹脂和具有多于兩個羥基基團的多元醇構成。
[0005]WO 02/083824 Al描述用于模制品的復合物組合物，包含纖維素纖維、熱塑性粘合劑、含有馬來酸酐和馬來酸酐官能團的偶聯劑，和含有羧酸烷基酯的潤滑劑。
[0006]因此，本發明的目的在于提供復合材料，與由基礎聚合物和基于可再生原料的顆粒或纖維的添加劑組成的常規復合材料相比，其一方面具有增加的(缺口)沖擊強度，而另一方面提供至少與常規復合材料同樣良好的材料附著和物質特性。
[0007]為了解決該任務，根據本發明的復合材料的重要特征在于，還含有選自多元醇和/或平均分子量90至40，000的聚乙二醇的潤濕劑。通過加入潤濕劑，至少天然纖維被潤濕劑浸漬以便使得復合材料中各纖維可以保持潤濕或柔軟，以待軟化，其在負載情況下引起纖維的增加的延展或延展性。纖維的增加的延展或延展性進一步導致其在斷裂成輕便的纖維抽出物(Faserauszug)的情況下從復合物中脫出，由此在纖維與塑料之間的界面上實現同時增加的潤滑效果和潤濕效果，因而與其中纖維未加浸漬的常規復合物相比，其導致總體復合物的增加的(缺口)沖擊強度。
[0008]尤其是對于必須抵御升高的溫度的復合材料，被證明有利的是，將平均分子量90至40，000的聚乙二醇用作潤濕劑。通過使用平均分子量90至40，000、尤其是120至2，000的聚乙二醇，與不加入平均分子量90至40,000的低分子聚乙二醇的常規復合物相比，將尤其顯著增加在纖維與塑料之間的界面上的潤滑效果，借此也總體改善復合材料的沖擊強度。
[0009]術語潤濕劑在本申請上下文中意指各種醇、多元醇或平均分子量90至40，000的聚乙二醇，其附著至纖維表面和/或穿透至其中，從而使得纖維潤濕或濕潤，并且由此與比非潤濕狀態相比保持纖維處于更柔軟的狀態。
[0010]根據本發明的進一步實施方式，優選構造復合材料以使得用作潤濕劑的多元醇選自山梨糖醇，甘油，二甘醇，乙二醇，丙二醇，丁二醇，1，4- 丁二醇，I, 5-戊二醇或丙二醇。來自上文定義的組的多元醇的特征在于，在一方面它們的揮發性足夠低以便能夠安全地避免在處理期間從復合材料的無意蒸發并干擾內部結構，而另一方面它們允許纖維的充分潤濕或濕潤以便實現保持沖擊強度的希望效果。
[0011]用復合材料實現特別有利的結果，其中按總復合材料計以0.1重量％至6重量％的量包含潤濕劑。在用所述量的情況下，與不含潤濕劑的復合材料相比，成功地顯著增加(缺口)沖擊強度，尤其是多至150%。
[0012]用具有下述組分比率的復合材料實現特別高的(缺口)沖擊強度:30至95重量％基于塑料的材料，5至70重量％可再生原料的顆粒和纖維，0.5至21重量％潤濕劑，和多至20重量％添加劑。含有按可再生原料的顆粒或纖維計大約兩倍至四倍的基于塑料的材料，和按所用的可再生原料的顆粒或纖維計約I至30%、尤其是10至20重量％潤濕劑的復合材料成功地進一步提高填充了可再生原料的顆粒或纖維的塑料或復合材料的沖擊強度。
[0013]為了安全地防止單獨材料的混合和尤其是無意破裂或脫除，或包含于復合物的基礎材料的分離，進一步構造根據本發明的復合材料，使得添加劑選自增附劑，而所述增附劑選自接枝馬來酸酐的聚丙烯、或接枝馬來酸酐的聚乙烯、或化學改性的聚烯烴。通過使用增附劑，成功地產生復合物，其抵御甚至高負載，和尤其是除了增加的缺口沖擊強度之外還具有充足的剛性，而不導致任意單獨組分的脫層。
[0014]根據本發明實現特別良好的結果，其中使用30至95重量％基于塑料的材料，其選自聚丙烯、聚乳酸(PLA)、聚甲基丙烯酸甲酯、ABS聚碳酸酯、聚甲醛(POM)、聚乙烯，5至70重量％可再生原料的顆粒或纖維，其選自纖維素、木料、再生纖維素、大麻、亞麻，0.5至21重量％潤濕劑，其選自聚乙二醇、甘油、山梨糖醇、二甘醇、1，3-丙二醇，和額外添加劑，其選自氣味吸收劑、處理助劑、UV穩定劑、著色劑或增附劑。在使用上述的一種或多種復合材料時，尤其可能將(缺口)沖擊強度增加100%或甚至更高。采用根據本發明的復合材料，成功地實現4.5至14kJ/m2的缺口沖擊強度。具有上述缺口沖擊強度的復合材料能夠例如用于汽車工業、電力/電子工業和物流業中。采用常規材料，將由于低沖擊強度而不能或僅能不充分地進行上述應用。
[0015]本發明的又一目的是提供制備根據本發明的復合材料的方法，其使得可以以快速和可靠的方式制備含有可再生原料的顆粒和纖維的復合材料，該復合材料的特征在于與常規材料相比增加的缺口沖擊強度。
[0016]為了解決該任務，根據本發明的方法的重要特征在于，用潤濕劑浸漬可再生原料的顆粒或纖維。通過用潤濕劑浸漬可再生原料的顆粒或纖維，在混合之前和在混合期間實現纖維的潤濕，借此實現纖維的柔化，從而總體上能夠實現用浸漬的可再生原料的顆粒或纖維制備的復合物的增加的延展性。
[0017]在對應于根據本發明的優選進一步實施方式的情況下，方法進行如下:在內部攪拌器中將基于塑料的材料用可再生原料的顆粒或纖維和至少一部分潤濕劑浸漬；其能夠簡單和快速地將形成復合材料所需的全部組分接觸和密切混合，以確保用潤濕劑充分潤濕可再生原料的顆粒或纖維，并且確保安全地防止構成復合材料的單獨組分的分層和無意分離。
[0018]在根據進一步實施方式的情況下，方法進行如下:將可再生原料的顆粒或纖維用一部分潤濕劑浸漬，和隨后在內部攪拌器中將經浸漬的可再生原料的顆粒和纖維與基于塑料的材料和剩余的潤濕劑、和任選的添加劑混合；其在一方面能夠確保用潤濕劑充足和均勻地潤濕可再生原料的顆粒或纖維，借此實現可再生原料的顆粒或纖維的潤濕和柔化，其在另一方面確保全部材料密切混合以便提供全部材料的均勻和固體的復合物，該復合物在完成之后展示與常規材料相比顯著增加的(缺口)沖擊強度。
[0019]特別良好的結果，和尤其是缺口沖擊強度的特別顯著的增加實現如下:進行根據本發明的方法，使得在引入內部攪拌器之前將可再生原料的顆粒或纖維用30至60重量％潤濕劑浸漬。如果可再生原料的顆粒或纖維在引入內部攪拌器之前用30至60重量％的全部所用的潤濕劑進行浸漬，則能夠實現可再生原料的顆粒或纖維的充分潤濕，同時一直提供足夠的潤濕劑以用于均勻的材料復合物。
[0020]根據本發明的進一步實施方式，方法進行如下:添加劑選