[发明专利]生产用于生产复合材料的含纤维素物质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及权利要求1的生产用于形成含纤维素复合材料的含纤维素物质的方法、权利要求16的含纤维素物质、权利要求17的生产含纤维素复合材料的方法、权利要求20的含纤维素复合材料和权利要求21的产品。 

所述方法可用于多种实际用途。例如，生产新型建筑材料、不同的金属构件、装饰品、内饰材料、各种高抗性和固定性的终饰层等。 

现有技术

目前存在一些已知的有机来源的复合材料，例如适于包装和建筑应用的。尽管木质纤维很常见，但是来自作物或谷物的其他天然纤维偶尔也用作纤维填料。 

US2006043629A提出通过使用偶联剂(即官能单体改性的聚合物)加工具有大豆基的生物塑料基质的天然纤维(例如草、稻秸、麦秸、工业大麻、菠萝叶纤维)来生产强化的生物复合材料。此外，就工业应用(例如反应性挤出和注射模塑)，阐述了含有官能单体的改性大豆粉的用途。 

US2008/181969A论述了包含纤维素组分(例如木质纤维、茎杆、草和其他有机材料)的复合材料的变色和结构性(即化学或机械)降解，所述纤维素组分借助偶联剂与聚合物组分交联。所述偶联剂(例如接枝的马来酸酐聚合物或共聚物)含有能够在所述聚合物与纤维素组分内部或之间形成共价键的官能度。 

发明内容

本发明的目的是提供一种生产含纤维素物质的改进方法、提供所述含纤维素物质和提供生产包含有机材料——优选源自高等植物的有机材料——的原结构的高强度复合材料的方法，所述高等植物通过不同聚合物和/或其不同物质部分、官能团、侧链和/或其他之间的细胞内 和细胞间结构连接来发展其自然形式(例如茎杆)。 

本发明涉及生产用于生产高强度复合材料的含纤维素物质的方法以及由廉价含纤维素原材料制成的各种物品。 

所述方法包括以下步骤，其中一些是任选的： 

a.提供包含至少一种含纤维素原材料和液体成分的投入料； 

b.使投入料中的含纤维素原材料浸渍； 

c.将投入料均化以获得浆状的含纤维素物质； 

d.移除过量的液体成分；和 

e.将所述含纤维素物质任选与另外的纤维素混合。 

任选地，可在均化前从含纤维素原材料或投入料中除去石料或其他固态非有机材料。然后，含纤维素物质可进一步用于生产含纤维素复合材料。 

所述方法的理念在于：在生产过程中，将投入料的天然形式以及其细胞内和细胞间结构的有机连接破坏，直至生产出均匀的液体和/或浆状物质。这种含纤维素物质被进一步用作型砂(molding sand)：其以新的几何形状重塑，并且结构连接在此浆状物固化的同时恢复。固化的浆状物成为最终使用的物品。本发明可生产复合材料而无需使用用于将原材料，例如植物颗粒，相互结合的外源聚合组分。在本申请的上下文中，术语外源指的是非源于所加工的含纤维素原材料的聚合组分。 

在下文中，术语投入料用于指暴露于所述浸渍和均化步骤的起始物质或各物质的混合物，而术语含纤维素物质是指通过上述本发明方法生产的产品。所述产品被认为是中间产品(也称为产出料)，因为其进一步用于生产多种被称为含纤维素复合材料的产品。 

在第一步骤中，提供包含含纤维素原材料和液体成分的投入料。有利地，所述原料源自高等植物，优选源自禾本科(Poaceae)的真草类例如谷类作物，或源自棉花、大麻或亚麻，或其混合物。所述含纤维素原材料可源自谷物(如玉米、黑麦、小麦、燕麦、大麦、高梁、油菜、稻等，及其结合)、短纤维(如棉花、亚麻、大麻等)的农业废料，这使得所述生产由于投入的低成本而在经济上合适。所述含纤维素原材料优选由含足量纤维素(即高分子多糖或由β-1，4-连接的D-葡萄糖组成的葡 聚糖)的高等植物的茎部分、细胞壁或细胞膜制成。纤维素——地球上最常见的有机化合物——是结构整合至β-葡萄糖单元的聚合物链中的分子式为[C₆H₇O₂(OH)₃]_n的高分子多糖，其中n的范围从数百到数千。在使用谷类禾秆或稻类禾秆中的至少一种或其混合物作为原料的测试中，已经产生了良好的结果。