[发明专利]复合组合物、结构制品及其制备

说明书

发明领域

[0001]本发明涉及包含热塑性聚合物、纤维素纤维、偶联剂和润滑剂的复合组合物，用于该复合组合物的润滑剂/偶联剂包，结构件以及由该组合物形成的结构件的制备方法。当形成结构件时，本发明的复合材料非常适于用作木材的替代品。

发明背景

[0002]已知包含有机树脂和填充剂的复合材料，并使用多年。为了降低砍伐天然木材的需求，需要找到具有天然木材外观和感觉的材料。该需求的一个理由在于努力节约全世界森林用于建筑目的的天然木材的有限供应。另一个理由在于某些复合材料在某些方面可表现出比天然木材更优异的性质。例如，有可能将复合材料配制成防潮性得到增强和物理性质得到提高的合成木材。

[0003]在建筑中大量使用木制品除通常的高成本和使用困难外，许多通用板材制造中的木材成为废料。木材生产商努力将被砍伐的树木转变为一系列用于结构件制造的长木板和厚木板时，产生大量锯末和例如树枝等纸浆材料。因此已尝试利用木材纤维或木材碎料和各种粘合剂材料制备作为原木替代品的产品。该类产品已有售，通常称为“纤维板”或“碎料板”。此外，已利用木材碎料或木材纤维与塑料粘合剂制备所谓的塑化木材。结果，总体而言纤维素和相关材料为非常理想的用于复合物的材料，特别是在用作木材替代品的复合物中。

[0004]一个与该复合材料的制备和效用相关的问题为能否将纤维素纤维和热塑性粘合剂紧密粘合在一起。几乎从已知该种材料起，就已认为填充剂和树脂质混合物间的粘合稳定性是这些材料降解和毁损的原因。如美国专利5,981,067所报导，该问题的一个解决方法包括增强聚合物和纤维间的相容性，即聚合物和纤维彼此混合和/或粘合的趋势。美国专利5,120,776教导了用马来酸或邻苯二甲酸酐预处理过的纤维素纤维可增强纤维在聚合物基质中的结合和分散性，该专利通过引用结合到本文。与这点相关的还有Maldas和Kokta，“Surface modification of wood fibers using maleic anhydride andisocyanate as coating components and their performance in polystyrenecomposites(利用马来酸酐和异氰酸酯作为涂料组分对木材纤维进行表面改性及其在聚苯乙烯复合物中的性能)”，Journal Adhesion ScienceTechnology(粘合科技)，1991，1-14页。

[0005]虽然已提议将基于马来酸酐的偶联剂用于制备复合材料，但在商业应用中使用该种材料不可能成功就已成定论。复合组合物的商业应用经常涉及通过模塑、挤出等方法对该组合物进行成形。为了使该种操作在商业竞争环境中切实有效，要求以相对较高的速率和最少的操作问题进行该加工过程。为此，切实需要在复合组合物中使用添加剂以有助于其加工。通常使用的一种加工助剂为润滑剂或脱膜剂，其使得能够以可接受的商业速度有效加工该复合物。硬脂酸盐，通常为硬脂酸金属盐，尤其是硬脂酸钙或硬脂酸锌，经常用于润滑剂包，而该润滑剂包用于包含热塑性聚合物和纤维素填充剂的复合物。参见例如美国专利6,180,257B1(第2栏，26-28行)。

[0006]然而，已发现使用用于形成纤维素填充剂和热塑性聚烯烃粘合剂(使用马来化的聚丙烯偶联剂)的挤出复合物的硬脂酸盐润滑剂会导致由该包含马来化的聚丙烯偶联剂的复合物制备的结构制品产生裂纹和裂缝，同时对挤出扭矩和挤出压力产生不利影响。在解决该问题的一种尝试中，要求所述制品的加工者或制造商降低挤出速率和提高润滑剂的用量。这两种调整方式均不理想，且通常不能接受。较慢的挤出速率导致单位时间段内的产量(产率)下降和更高的成品制造成本。使用更多的润滑剂增加制备成本，同时可导致制品所需性质的降低。

[0007]因此，如果可提供纤维素填充剂和热塑性聚烯烃粘合剂(使用马来化的聚丙烯偶联剂)的复合物，其不会使由其形成的结构制品产生裂纹和裂缝，同时不需要降低挤出速率或提高润滑剂的用量而获得所述结构制品，这将是非常理想的。特别理想的是提供该种性能得到提高的复合物，其可实现上述目的，同时提供由其制备的结构制品，该结构制品相对于由现有复合物制备的结构制品，具有相同或更好的物理性质。

发明概述