[发明专利]生产超低密度纤维复合物材料的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年11月5日提交的美国临时申请序列号 61/900,035和2014年10月22日提交的美国临时申请序列号62/067,059 的优先权，这些临时申请的全部内容通过引用结合在此。

发明领域

本发明披露了一种用于使用天然纤维用气体注入通过液体发泡生 产超低密度纤维复合物(ULDC)泡沫的连续方法。

发明背景

生物基泡沫正在进入建设/建筑行业和保护性包装行业的主流，这 一进入是由替换石油基泡沫的需求驱动的。生物-基泡沫减少碳足迹， 以及化石燃料基泡沫的不可预测的和增加的价格的风险。

添加具有可生物降解的或合成的聚合物的天然纤维的淀粉基泡 沫、蔬菜油基聚氨酯泡沫在以下各项中披露：美国专利5,308,879，美 国专利5,958,589，美国专利5,266,368，WO2006/133528A2和Liu 等人(2009，林业研究期刊[J.ForestryResearch]，20(2)：161-164)。

在美国专利4,386,119中，披露了用于通过用不吸湿的阻燃剂组合 物的水性溶液(例如，用最小量的水溶解硼酸作为浸渍喷雾剂)浸渍 纤维素绝缘材料，如呈精细分散形式的废纸，使纤维素绝缘颗粒阻燃 的一种湿式方法和设备。

美国专利7,482,058B2披露了一种制造具有改进的吸收性的纤维 素材料的方法。一种吸收性纤维素材料，该材料具有超吸收性聚合物 粘附到该纤维素材料上的应用，其中将预超吸收性聚合物的水性溶液 施加到该纤维素材料上并且在经受足够的时间后转化为超吸收性聚合 物。该吸收性纤维素材料具有大于2g/g的液体保留。

美国专利5,372,877，描述了一种生产可生物降解的缓冲产品的方 法，其中该产品可以包含来自废纸的纤维素纤维，其中加入了超吸收 性聚合物如淀粉接枝共聚物和/或改性的亲水性聚丙烯酸酯。在这种方 法中，使用了约10％的水溶性粘合剂。报道了由气纤维素 (aerocellulose)凝胶制成的多孔泡沫材料(2006)，通过将该凝胶在 超临界条件下干燥使得该凝胶结构的开放性很大程度地得以保持。

在CN1912247A(2007)和WO2012/006714中描述了一种生产 天然纤维发泡产品的方法，其中碱性处理的纤维被用作形成三维发泡 纤维复合材料板的关键组分。该过程方法包括多个步骤，其中第一步 骤是在高温和高压下制备碱性纤维，接着是一个延长的洗涤过程直至 对于该碱性纤维的希望的pH值。这个步骤要求许多个小时的工作。 该过程的第二步骤是一个制造发泡纤维材料的多重发泡步骤，包括纤 维预浸渍、纤维分解、加入粘合剂和表面活性剂，并且发泡，在添加 某些发泡剂的情况下。发泡过程要求最高达4.5小时以产生泡沫。该 过程包括另外的8至20小时用于该披露中描述的产品的排水和干燥过 程。

对于用于纤维复合物材料的高效的连续发泡方法存在一种需要， 该方法使用简化的并且可规模化的发泡设备和干燥过程，用于以工业 上可行的方式生产ULDC产品。

发明概述

描述了一种用气体注入制备天然纤维超低密度复合物(ULDC) 材料的方法。本发明的方法包括一个使用专门设备的连续溢流发泡过 程以生产ULDC材料。所披露的ULDC材料具有特定特征，包括： 水分水平；对霉菌、衰变和火的耐受性；在建筑构造中作为隔热/音材 料的用途；用于多功能板的绿色建筑材料；保护性包装材料；空气过 滤材料；卫生和其他潜在应用。

在本发明的一个方面中，存在一种新颖的方法，该方法包括一个 连续溢流过程以用气体注入通过液体发泡生产天然纤维超低密度复合 物(ULDC)材料。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于生产天然纤维超低密度 复合物(ULDC)泡沫的方法，该方法包括以下步骤：将一种纤维悬 浮液和至少一种添加剂进料至发泡设备中；将气体鼓入该发泡设备中； 搅拌该悬浮液和该至少一种添加剂以产生泡沫；并且将该泡沫通过该 发泡设备中的出口排出。

在一个实施例中，该纤维悬浮液具有按重量计0.1％-30％的纤维 稠度。

根据在此描述的方法的另一个方面，该泡沫具有小于或等于150 kg/m³的密度和开孔结构。