專利名稱：卷曲變形的纖維素和木質(zhì)纖維素材料及由其制造的組合物和復(fù)合物的制作方法
本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2000年6月22日，申請(qǐng)?zhí)枮?00410092691.9，發(fā)明名稱為“卷曲變形的纖維素和木質(zhì)纖維素材料及由其制造的組合物和復(fù)合物”的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求了1999年6月22日提交的題為“卷曲變形的纖維素和木質(zhì)纖維素材料及由此制造的組合物和復(fù)合物”的USSN 09/337,580的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)為1997年10月31提交的題為“纖維素纖維復(fù)合物”的USSN 08/961,863的部分連續(xù)申請(qǐng)；并要求了1999年6月22日提交的題為“得自涂覆有聚合物的紙的卷曲變形的纖維材料及由此制造的組合物和復(fù)合物”的USSN 09/338,209的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)為1997年9月2日提交的題為“涂覆有聚合物的紙的復(fù)合物”的USSN 08/921,807的部分連續(xù)申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及卷曲變形的纖維素或木質(zhì)纖維素材料(例如，卷曲變形的涂覆有聚合物的紙)及由這樣的卷曲變形的材料制造的組合物和復(fù)合物。
纖維素和木質(zhì)纖維素材料在許多應(yīng)用中大量生產(chǎn)、加工和使用。例如，用聚合物涂覆的紙(即涂覆有聚合物的紙)用于制造多種食品容器，包括單份量大小的果汁紙板盒和冷凍食品盒。一旦用完，這些纖維素和木質(zhì)纖維素材料通常被扔掉。因此，廢纖維素和木質(zhì)纖維素材料的量不斷增加。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種復(fù)合物，其含有(a)包含具有內(nèi)部纖維的纖維素或木質(zhì)纖維素材料的卷曲變形的纖維材料，(b)熱塑性樹脂和(c)無(wú)機(jī)添加劑，其中所述的纖維素或木質(zhì)纖維素材料被剪切至其內(nèi)部纖維基本上被暴露的程度。
如本發(fā)明的第一方面的復(fù)合物，其中所述纖維素材料包括涂覆有聚合物的紙。
如本發(fā)明的第二方面的復(fù)合物，其中所述涂覆有聚合物的紙包含聚乙烯和紙。
如本發(fā)明的第三方面的復(fù)合物，其中所述涂覆有聚合物的紙還包含一層或多層鋁。
如本發(fā)明的第一方面的復(fù)合物，其中所說(shuō)的纖維素或木質(zhì)纖維素材料選自亞麻、大麻、棉花、黃麻、碎布、紙、紙制品和造紙的副產(chǎn)物。
如本發(fā)明的第一方面的復(fù)合物，其中所述纖維素或木質(zhì)纖維素材料為紙漿板。
如本發(fā)明的第一方面的復(fù)合物，其中所述纖維素或木質(zhì)纖維素材料為合成材料。
如本發(fā)明的第一方面的復(fù)合物，其中所述纖維素或木質(zhì)纖維素材料為非機(jī)織材料。
如本發(fā)明的第一方面的復(fù)合物，其中至少50％的纖維的長(zhǎng)度/直徑比為至少為25。
如本發(fā)明的第一方面的復(fù)合物，其中至少50％的長(zhǎng)度/直徑比至少約50。
如本發(fā)明的第一方面的復(fù)合物，其中所說(shuō)的復(fù)合物為丸粒的形式。
如本發(fā)明的第十一方面的復(fù)合物，其中所說(shuō)的丸粒為注塑成形。
如本發(fā)明的第一方面的復(fù)合物，其中所說(shuō)的復(fù)合物為選自如下的形成制品管子、板、殼體、桿、帶、圍欄、門、百葉窗、遮篷、光罩、標(biāo)示牌、框架、瓦片、鐵道枕木、淺盤、工具把手、畜欄、墊層、給料器、包裹、手提袋、桶、盒子、籃子、船臺(tái)、支架、夾子、屏風(fēng)、墻壁、室內(nèi)和室外氈層、地毯、席子、書架、雕塑、椅子、桌子、玩具、錠盤、碼頭、小船、船桅、化糞池、地面上和地面下的電線套、野餐桌、帳篷、掩體、便盆、線、布、衣架、托盤、水池、首飾盒、書籍封面和拐杖。
如本發(fā)明的第一方面的復(fù)合物，其中所說(shuō)的復(fù)合物為纖維、細(xì)絲或薄膜的形式。
概括地說(shuō)，本發(fā)明的特征是卷曲變形的纖維素或木質(zhì)纖維素材料(例如卷曲變形的涂覆有聚合物的紙)及由其制造的組合物和復(fù)合物。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的特征是制備卷曲變形的纖維材料的方法。該方法包括將具有內(nèi)部纖維的纖維素或木質(zhì)纖維素材料(例如亞麻、大麻、棉花、黃麻、碎布、成品紙和未成品的紙、涂覆有聚合物的紙、紙制品或造紙副產(chǎn)品如紙漿板、或合成纖維素或木質(zhì)纖維素材料如人造纖維)剪切到其內(nèi)部纖維被實(shí)質(zhì)性暴露的程度，得到卷曲變形的纖維材料。纖維素或木質(zhì)纖維素材料可以是，例如織物如紡織品，或非織物如紙或草紙。卷曲變形的纖維材料被暴露的纖維的長(zhǎng)度/直徑(L/D)比至少為約5(例如，至少約5、10、25、50或以上)。例如，至少約50％的纖維可以具有此數(shù)量級(jí)的L/D比。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的特征為包括具有內(nèi)部纖維的纖維素或木質(zhì)纖維素材料(例如涂覆有聚合物的紙)的卷曲變形的纖維材料，其中纖維素或木質(zhì)纖維素材料被剪切到該內(nèi)部纖維被實(shí)質(zhì)性暴露的程度。
該卷曲變形的纖維材料可以，例如，被合入(例如，相關(guān)聯(lián)、混合、相鄰、被包圍或在其中)一種結(jié)構(gòu)或一種載體(例如網(wǎng)、薄膜、浮選裝置、袋子、殼體或可生物降解的物質(zhì))中。該結(jié)構(gòu)或載體其本身可以選擇性地由卷曲變形的纖維材料(例如，本發(fā)明的卷曲變形的纖維材料)制造，或由卷曲變形的纖維材料的組合物或復(fù)合物制造。
該卷曲變形的纖維材料的體密度可以小于約0.5克每立方厘米(g/cm3)，或甚至可以小于約0.2g/cm3。
與包含該卷曲變形的纖維材料及其它液體或固體成分(例如，微粒狀、粉狀或顆粒狀固體如植物種子、食品或細(xì)菌)的組合物一樣，包含上述卷曲變形的纖維材料的組合物與一種化學(xué)品或化學(xué)制劑(例如，一種藥物如選擇性地與一種賦形劑一起的抗生素或避孕藥；農(nóng)業(yè)化合物如肥料、除草劑或殺蟲劑；或包含酶的制劑)的組合物也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
包含熱塑性樹脂和該卷曲變形的纖維材料的復(fù)合物也在考慮之列。樹脂可以是，例如，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丁烯、熱塑性聚酯、聚醚、熱塑性聚氨酯、聚氯乙烯或聚酰胺，或兩種或多種樹脂的結(jié)合物。
在某些情況下，包含在復(fù)合物中的纖維材料的至少約5重量％(例如，5％、10％、25％、50％、75％、90％、95％、99％或約100％)被卷曲變形。
復(fù)合物也可包括例如約30重量％-約70重量％的樹脂和約30重量％-約70重量％的卷曲變形纖維材料，盡管也可使用超出這些范圍的比例。復(fù)合物非常堅(jiān)硬，在有些情況下，復(fù)合物的抗彎強(qiáng)度至少為約6,000-10,000psi。
復(fù)合物也可包括無(wú)機(jī)添加劑，如碳酸鈣、石墨、石棉、硅灰石、云母、玻璃、纖維玻璃、白堊、滑石粉、硅石、陶瓷、地面建筑廢料、輪胎橡膠粉、碳纖維或金屬纖維(如不銹鋼或鋁)。
無(wú)機(jī)添加劑可以占復(fù)合物總重量的約0.5％-約20％。
復(fù)合物可以為以下形式，例如丸粒(例如注塑成形丸粒)、管子、儀器板、橋面板材料、板、殼體、薄板、桿、帶、圍欄、構(gòu)件、門、百葉窗、遮篷、光罩、標(biāo)示牌、框架、窗框、后擋板、墻板、地板、瓦片、鐵道枕木、模型、淺盤、工具把手、畜欄、墊層、給料器、桶板、薄膜、包裹、手提袋、桶、盒子、包裝材料、籃子、帶子、船臺(tái)、支架、罩殼、夾子、屏風(fēng)、墻壁、室內(nèi)和室外氈層、地毯、機(jī)織物、和席子、框架、書架、雕塑、椅子、桌子、書桌、藝術(shù)品、玩具、游戲用具、錠盤、碼頭、小船、船桅、污染控制產(chǎn)品、化糞池、汽車面板、基層、計(jì)算機(jī)殼體、地面上和地面下的電線套、家具、野餐桌、帳篷、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、長(zhǎng)椅、掩體、體育用品、床、便盆、線、細(xì)絲、布、飾板、淺盤、衣架、托盤、水池、絕緣材料、首飾盒、書籍封面、服裝、扶杖、拐杖、和其它建筑、農(nóng)業(yè)、材料搬運(yùn)、運(yùn)輸、汽車、工業(yè)、環(huán)境、海洋、電氣、電子、娛樂、醫(yī)學(xué)、紡織和消費(fèi)產(chǎn)品。復(fù)合物也可為纖維、細(xì)絲或薄膜的形式。
本文使用的術(shù)語(yǔ)“卷曲變形纖維素或木質(zhì)纖維素材料”和“卷曲變形纖維材料”是指纖維素或木質(zhì)纖維素材料被剪切到其內(nèi)部纖維被實(shí)質(zhì)性暴露的程度。至少約50％，更優(yōu)選至少約70％的這些纖維的長(zhǎng)度/直徑(L/D)比至少約為5，更優(yōu)選至少25或至少50。卷曲變形纖維素材料(即卷曲變形的新聞紙)的實(shí)例如

圖1所示。卷曲變形的涂覆有聚合物的紙的實(shí)例如圖2所示。
本發(fā)明的卷曲變形的纖維材料的性能使其適用于多種用途。例如，該卷曲變形的纖維材料具有吸收性能，這種性能例如可以應(yīng)用于污染控制。該纖維一般為可生物降解的，這使得該纖維適用于例如藥物或化學(xué)品輸送(例如，在人類治療、動(dòng)物治療或農(nóng)業(yè)應(yīng)用中)。該卷曲變形的纖維材料也可以用于增強(qiáng)聚合樹脂。
包含卷曲變形纖維材料和樹脂的那些復(fù)合物堅(jiān)實(shí)、重量輕且便宜。用來(lái)制造這些復(fù)合物的原材料為未用過的或回收的材料；例如它們可以包括由樹脂構(gòu)成的廢棄容器，以及廢的纖維素或木質(zhì)纖維素纖維(例如，由涂覆有聚合物的紙構(gòu)成的廢棄容器)。
涂覆有聚合物的紙由于紙與聚合物層通常不能分離而難以回收。在本發(fā)明中，紙和聚合物部分都被利用，因此不需要將兩者分離。同樣可以使用包括一層或多層鋁層的涂覆有聚合物的紙。本發(fā)明因此有助于回收廢棄的使用后容器，而同時(shí)制造有用的產(chǎn)品。
從以下的詳細(xì)描述和權(quán)利要求中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1為放大50倍的卷曲變形的報(bào)紙的照片；圖2為放大50倍的卷曲變形的涂覆有聚合物的紙的照片；圖3為半加侖聚合物紙板果汁紙板盒的照片；圖4為被切碎的半加侖聚合物紙板果汁紙板盒的照片；圖5為通過剪切圖4的被粉碎的半加侖聚合物紙板果汁紙板盒制備的卷曲變形纖維材料的照片。
本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明纖維素原材料的例子包括紙和紙制品如新聞?dòng)眉埡驮旒垙U棄物，以及涂覆有聚合物的紙。木質(zhì)纖維素原材料的例子包括木材、木纖維及與木材有關(guān)的材料，以及從洋麻、草、稻殼、甘蔗渣、棉花、黃麻、其它莖狀植物(例如，大麻、亞麻、竹子；韌皮纖維和心纖維)，葉類植物(如劍麻、馬尼拉麻)和農(nóng)業(yè)纖維(例如谷草、玉米棒子、稻殼和椰子毛)。除了未用過的原材料外，使用后的廢料、工業(yè)廢料(例如碎屑)和加工廢料(如廢液)也可以用作纖維源。
涂覆有聚合物的紙可以多種形式獲得。例如，整張的未用過的涂覆有聚合物的紙可以從International Paper，New York買到。作為選擇，未用過的廢棄的涂覆有聚合物的紙(例如，修邊廢料、殘料和印刷錯(cuò)誤的存貨)可以從International Paper或其它造紙商獲得。廢棄的食品或飲料容器形式的用過的涂覆有聚合物的紙可以從多種渠道收集，包括廢品和回收途徑。涂覆有聚合物的紙可由聚合物(例如聚乙烯)和紙以及在某些情況下的一層或多層鋁制造。包含一層或多層鋁箔的涂覆有聚合物的紙通常用于氣密性液體儲(chǔ)存。用過的涂覆有聚合物的紙、廢棄的涂覆有聚合物的紙或涂覆有聚合物的紙屑(例如，使用后的廢料、工業(yè)碎屑)也可以從這些材料的中間商處購(gòu)買。
卷曲變形纖維材料的制備如果使用纖維素或木質(zhì)纖維素材料碎屑，應(yīng)該清潔并干燥這些碎屑?？梢允褂枚喾N機(jī)械方法的任一種或其結(jié)合將原材料卷曲變形。一種卷曲變形的方法包括先將纖維素或木質(zhì)纖維素材料切成1/4-1/2英寸的片，如果需要，使用標(biāo)準(zhǔn)切割裝置。也可以使用反向旋轉(zhuǎn)螺紋粉碎機(jī)和分段式旋轉(zhuǎn)螺紋粉碎機(jī)如由Munson(Utica，NY)制造的那些，與在許多辦公室里可以發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)文件粉碎機(jī)一樣。
然后按照《派氏化工手冊(cè)》(Perry’s Chem.Eng.Handbook)，第6版，8-29頁(yè)(1984)中的描述，使用旋轉(zhuǎn)切割機(jī)，如Sprout，WaldronCompanies制造的切割機(jī)，將纖維素或木質(zhì)纖維素材料切碎。盡管可以使用其它的設(shè)定，但旋轉(zhuǎn)切割機(jī)的旋轉(zhuǎn)刀與固定刀的間距通常設(shè)定為0.020英寸或以下，并且刀片的轉(zhuǎn)速設(shè)為750轉(zhuǎn)/分(rpm)或以上。在該過程中，例如可以使用水套將旋轉(zhuǎn)切割機(jī)冷卻至100℃或更低溫度。
將被卷曲變形的材料通過一個(gè)排出篩。在大規(guī)模生產(chǎn)中可以使用更大的篩(例如最高達(dá)6毫米)。通常使該纖維素或木質(zhì)纖維素給料與旋轉(zhuǎn)切割機(jī)的刀片保持接觸直到纖維被扯斷；更小的篩(例如，2毫米網(wǎng)眼)提供更長(zhǎng)的保留時(shí)間以及更完全的卷曲變形，但能夠?qū)е赂偷拈L(zhǎng)度/直徑(L/D)長(zhǎng)徑比?？梢詫⒁粋€(gè)真空拔取器連接到篩上以使纖維的長(zhǎng)度/直徑長(zhǎng)徑比最大化并保持該長(zhǎng)徑比。
卷曲變形的纖維材料可以直接儲(chǔ)存在密封的袋子中或可以緊接在使用之前，在大約105℃下干燥4-18小時(shí)(例如直到濕含量小于約0.5％)。圖1為卷曲變形的報(bào)紙的SEM照片。
卷曲變形的纖維材料的用途可以制備卷曲變形的纖維材料以及這種纖維與其它的化學(xué)品和化學(xué)制劑的組合物和復(fù)合物以利用該材料的性能。該材料可用來(lái)吸收化學(xué)品，例如可能吸收自身重量的許多倍。因此，該材料可以，例如，用來(lái)吸收溢油，或用于清除例如水中、空氣中或陸地上的環(huán)境污染物。同樣地，該材料的吸收性能與其生物降解性一起，使其可用于化學(xué)品或化學(xué)制劑的輸送。例如，該材料可以用酶或藥物如抗生素、營(yíng)養(yǎng)素或避孕藥以及任何必須的賦形劑的溶液處理，用于藥物輸送(例如用于治療人或動(dòng)物，或作為動(dòng)物飼料和/或墊層使用或用在動(dòng)物飼料或墊層中)，以及用肥料、除草劑或殺蟲劑的溶液處理。該材料可以選擇性進(jìn)行化學(xué)處理以增強(qiáng)單位吸收性能。例如，可以用硅烷處理該材料以使其具有親脂性。
也可以制備包含結(jié)合了液體或微粒、粉末或顆粒狀固體的卷曲變形材料的組合物。例如，卷曲變形的纖維材料可以與種子(即用或不用肥料、殺蟲劑等的溶液處理)、食品或細(xì)菌(例如，消化毒素的細(xì)菌)混合。纖維材料與組合物的其它組分的比將依據(jù)該組分的本質(zhì)，并且容易地調(diào)節(jié)到滿足于特定的產(chǎn)品用途。
在某些情況下，將卷曲變形的纖維材料或這些材料的組合物或復(fù)合物與一種結(jié)構(gòu)或載體如網(wǎng)、薄膜、浮選裝置、袋子、殼體或可生物降解的物質(zhì)聯(lián)合可能是有利的。該結(jié)構(gòu)或載體本身可以選擇性地由卷曲變形的纖維材料(例如，本發(fā)明的材料)或卷曲變形纖維材料的組合物或復(fù)合物制成。
卷曲變形的纖維材料與樹脂的復(fù)合物卷曲變形的纖維材料也可以與樹脂結(jié)合以形成堅(jiān)實(shí)的、重量輕的復(fù)合物。同樣，如上所述用化學(xué)品或化學(xué)制劑處理過的材料可以與可生物降解的或非生物降解的樹脂結(jié)合，以形成復(fù)合物，將例如親水性物質(zhì)引入到另外的憎水聚合物基質(zhì)中。作為選擇，包含卷曲變形的纖維材料和樹脂的復(fù)合物可以用化學(xué)品或化學(xué)制劑處理。
卷曲變形的纖維素或木質(zhì)纖維素材料為復(fù)合物提供了強(qiáng)度。該復(fù)合物可以包括約10重量％-約90重量％，例如約30重量％-約70重量％的卷曲變形的纖維素或木質(zhì)纖維素材料。也可以使用卷曲變形的纖維材料的結(jié)合物(例如，卷曲變形的涂覆有聚合物的紙與卷曲變形的與木材有關(guān)的材料或其它纖維素或木質(zhì)纖維素纖維混合)。
在復(fù)合物中，樹脂將卷曲變形的纖維素或木質(zhì)纖維素材料包封起來(lái)，有助于控制復(fù)合物的形狀。樹脂還把外部負(fù)荷轉(zhuǎn)移到纖維材料上，使纖維免受環(huán)境和結(jié)構(gòu)破壞。復(fù)合物可以包括，例如約10重量％-約90重量％，更優(yōu)選約30％-約70重量％的樹脂。
適于與卷曲變形的纖維結(jié)合的樹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、熱塑性聚酯(例如PET)、聚醚、熱塑性聚氨酯、PVC、聚酰胺(例如尼龍)和其它樹脂。優(yōu)選樹脂具有低的熔體流動(dòng)指數(shù)。優(yōu)選的樹脂包括熔體流動(dòng)指數(shù)小于3克/10分鐘，更優(yōu)選小于1克/10分鐘的聚乙烯和聚丙烯。
樹脂可以是購(gòu)買的未用過的材料，或是獲得的廢料，并且可以丸狀或顆粒形式購(gòu)買。廢樹脂的一個(gè)來(lái)源是用過的聚乙烯奶瓶。但是如果在丸狀或顆粒狀樹脂上有表面水份，則在使用前應(yīng)該將樹脂干燥。
復(fù)合物也可以包含偶聯(lián)劑。該偶聯(lián)劑有助于使親水性纖維與憎水性樹脂結(jié)合。偶聯(lián)劑的例子包括馬來(lái)酸酐改性的聚乙烯，如FUSABOND(可從DuPont，Delaware獲得)和POLYBOND(可從Uniroyal Chemical，Connecticut獲得)系列。一種合適的偶聯(lián)劑為馬來(lái)酸酐改性的高密度聚乙烯如FUSABONDMB 100D。
復(fù)合物還可以包含在復(fù)合領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的添加劑，如增塑劑、潤(rùn)滑劑、抗氧劑、遮光劑、熱穩(wěn)定劑、著色劑、阻燃劑、殺生物劑、抗沖改性劑、光穩(wěn)定劑和抗靜電劑。
復(fù)合物還可以包含無(wú)機(jī)添加劑如碳酸鈣、石墨、石棉、硅灰石、云母、玻璃、纖維玻璃、白堊、硅石、滑石粉、陶瓷、地面建筑廢料、輪胎橡膠粉、碳纖維或金屬纖維(例如，鋁、不銹鋼)。當(dāng)包含這樣的添加劑時(shí)，其典型的存在量為從約0.5重量％最高至約20-30重量％。例如，可以向卷曲變形纖維材料和樹脂的復(fù)合物中加入亞微細(xì)粒的碳酸鈣以改進(jìn)抗沖擊修飾特性或增強(qiáng)復(fù)合物強(qiáng)度。
組合物的制備可以例如在各種浸沒裝置、噴灑裝置或混合裝置中，制備包含卷曲變形的纖維素或木質(zhì)纖維素材料和化學(xué)品、化學(xué)制劑或其它固體的組合物，混合裝置包括但不限于帶式混合器、錐形混合器、雙錐形混合器和Patterson-Kelly“V”混合器。
例如，可以在一臺(tái)錐形混合器中制備含有90重量％卷曲變形纖維素或木質(zhì)纖維素材料和10重量％磷酸銨或碳酸氫鈉的組合物，產(chǎn)生吸收油用的阻燃材料。
卷曲變形纖維與樹脂的復(fù)合物的制備可以按照下述方法制備卷曲變形纖維材料與樹脂的復(fù)合物。將一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)橡膠/塑料混合式二輥輾壓機(jī)加熱至325-400。將樹脂(通常為丸狀或顆粒形式)加入被加熱的輥式輾壓機(jī)中。大約5-10分鐘后，將偶聯(lián)劑加入輥式輾壓機(jī)中。再過5分鐘后，將卷曲變形的纖維素或木質(zhì)纖維素材料加入熔融的樹脂/偶聯(lián)劑混合物中。加入卷曲變形材料的過程大約持續(xù)10分鐘。
從輥式輾壓機(jī)中移出復(fù)合物，將其切成片并冷卻至室溫。然后使用標(biāo)準(zhǔn)壓塑技術(shù)將其壓塑成板。
作為選擇，將組分裝到一臺(tái)混合機(jī)如Banbury內(nèi)混機(jī)中。保持溫度低于約190℃時(shí)將組分混合。然后將混合物壓塑。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以在一臺(tái)擠出式混合機(jī)如裝配有同步旋轉(zhuǎn)螺桿的雙螺桿擠出機(jī)中混合組分。在擠出機(jī)的進(jìn)料喉處將樹脂和偶聯(lián)劑引入；在沿?cái)D出機(jī)的長(zhǎng)度約1/3處將卷曲變形的纖維素或木質(zhì)纖維素材料引入到熔融的樹脂中。擠出機(jī)的內(nèi)部溫度保持低于約190℃。在出口處，可以例如通過冷線料切粒將復(fù)合物造粒。
作為選擇，可以首先在一臺(tái)混合機(jī)中制備混合物，然后將混合物轉(zhuǎn)移至擠出機(jī)中。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，復(fù)合物可以形成針織、整經(jīng)、機(jī)織、編結(jié)用或制造非織物過程中用的細(xì)絲。在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案中，復(fù)合物可被制成薄膜。
卷曲變形纖維材料與樹脂的復(fù)合物的性能所得到的復(fù)合物包括一個(gè)包封在樹脂基質(zhì)中的纖維網(wǎng)。該纖維形成格式網(wǎng)絡(luò)，提供給復(fù)合物強(qiáng)度。由于纖維素或木質(zhì)纖維素材料被卷曲變形，因此與用未卷曲變形的纖維素或木質(zhì)纖維素材料制備的復(fù)合物相比，其可用來(lái)與樹脂結(jié)合的表面積增大。樹脂結(jié)合至外露的纖維的表面上，產(chǎn)生纖維網(wǎng)絡(luò)與樹脂基質(zhì)的緊密混和。纖維與樹脂基質(zhì)的緊密混合進(jìn)一步增強(qiáng)了復(fù)合物。
卷曲變形纖維材料與樹脂的復(fù)合物的用途該樹脂/纖維材料復(fù)合物可以用于多種用途。該復(fù)合物結(jié)實(shí)且重量輕；它們可以用作例如木材替代物。樹脂包被使復(fù)合物耐水，因此其可以用于室外用途。例如，該復(fù)合物可以用來(lái)制造經(jīng)常置于室外很長(zhǎng)時(shí)間的托臺(tái)、葡萄酒桶板、劃艇、家具、雪橇和漿。也考慮其它的用途，包括儀器板、管子、橋面板材料、板、殼體、薄板、桿、帶、圍欄、構(gòu)件、門、百葉窗、遮篷、光罩、標(biāo)示牌、框架、窗框、后擋板、墻板、地板、瓦片、鐵道枕木、模型、淺盤、工具把手、畜欄、墊層、給料器、桶板、薄膜、包裹、手提袋、桶、盒子、包裝材料、籃子、帶子、船臺(tái)、支架、罩殼、夾子、屏風(fēng)、墻壁、室內(nèi)和室外氈層、地毯、機(jī)織物、和席子、框架、書架、雕塑、椅子、桌子、書桌、藝術(shù)品、玩具、游戲用具、錠盤、碼頭、小船、船桅、污染控制產(chǎn)品、化糞池、汽車面板、基層、計(jì)算機(jī)殼體、地面上和地面下的電線套、家具、野餐桌、帳篷、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、長(zhǎng)椅、掩體、體育用品、床、便盆、線、細(xì)絲、布、飾板、淺盤、衣架、托盤、水池、絕緣材料、首飾盒、書籍封面、服裝、扶杖、拐杖、和其它建筑、農(nóng)業(yè)、材料搬運(yùn)、運(yùn)輸、汽車、工業(yè)、環(huán)境、海洋、電氣、電子、娛樂、醫(yī)學(xué)、紡織和消費(fèi)產(chǎn)品。也展望大量的其它應(yīng)用。該復(fù)合物可以用作，例如飾面品的底層或構(gòu)架。另外，該復(fù)合物可以，例如被表面處理、開槽、碾磨、定形、刻印、卷曲變形、壓縮、沖孔或著色。該復(fù)合物的表面可以是光滑的或粗糙的。
以下的實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明的某些實(shí)施方案和方面，不是作為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。
實(shí)施例實(shí)施例1從International Paper獲得1500磅未用過的、由涂覆有聚合物的白色牛皮紙制的半加侖果汁紙板盒材料。圖3示出了一個(gè)這樣的紙板盒。每個(gè)紙板盒都被折平。
將紙板盒進(jìn)料到3馬力(hp)Flinch Baugh粉碎機(jī)中，進(jìn)料速度大約為15-20磅/小時(shí)。粉碎機(jī)上裝配了兩個(gè)每個(gè)寬12英寸的旋轉(zhuǎn)刀片、兩個(gè)固定刀片和一個(gè)0.3英寸的排出篩。旋轉(zhuǎn)刀片與固定刀片的間距為0.10英寸。
如圖4所示，從粉碎機(jī)的出口處得到的樣品主要由五彩紙屑樣的碎片組成，寬約0.1英寸-0.5英寸，長(zhǎng)約0.25-1英寸。粉碎機(jī)的出料進(jìn)到Thomas Wiley Mill Model 2D5旋轉(zhuǎn)切割機(jī)中。該旋轉(zhuǎn)切割機(jī)有4個(gè)旋轉(zhuǎn)刀片、4個(gè)固定刀片和一個(gè)2毫米的排出篩。每個(gè)刀片長(zhǎng)約2英寸。刀片間隙設(shè)為0.020英寸。
旋轉(zhuǎn)切割機(jī)在刀口上切割五彩紙屑樣的碎片，將碎片撕碎并以大約1磅/小時(shí)的速度排出細(xì)致卷曲變形的纖維。該纖維的平均最小L/D比在5-100之間或以上。卷曲變形的纖維的體密度約為0.1克/立方厘米(g/cc)。圖5示出了卷曲變形纖維的一個(gè)正常放大率的樣品，圖2為放大50倍的樣品。
實(shí)施例2按照如下方法制備卷曲變形纖維與樹脂的復(fù)合物。將一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)橡膠/塑料濁混合二輥輾壓機(jī)加熱到325-400。將樹脂(通常為丸狀或顆粒形式)加到被加熱的輾壓機(jī)中。約5-10分鐘后，樹脂包到輥?zhàn)由?即樹脂在輥?zhàn)由先廴诓⑷刍?。然后將偶聯(lián)劑加到輥式輾壓機(jī)中。再過5分鐘后，將卷曲變形的纖維素或木質(zhì)纖維素材料加到熔融的樹脂/偶聯(lián)劑混合物中。纖維素或木質(zhì)纖維素纖維的加料過程持續(xù)約10分鐘。
然后從輥式輾壓機(jī)中移出復(fù)合物，將其切成片并冷卻至室溫。使用標(biāo)準(zhǔn)壓塑技術(shù)，將每批約80g壓塑成6英寸×6英寸×1/8英寸的板。
一個(gè)復(fù)合物包含以下成分1號(hào)組成成分量(g)高密度聚乙烯1160舊報(bào)紙2240偶聯(lián)劑381Marlex 160072使用2毫米網(wǎng)眼的旋轉(zhuǎn)切割機(jī)卷曲變形3FUSABOND100D將板加工成合適的試件并按照指定方法中概括的程序進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)每種性能試驗(yàn)三塊不同的試件，并計(jì)算每次試驗(yàn)的平均值。1號(hào)組成的性能如下所示抗彎強(qiáng)度(103psi(磅/平方英寸)) 9.81(ASTM D790)彎曲模量(105psi)6.27(ASTM D790)
第二個(gè)復(fù)合物包含如下成分2號(hào)組成成分量(g)高密度聚乙烯1160舊雜志2240偶聯(lián)劑381Marlex 160072使用2毫米網(wǎng)眼的旋轉(zhuǎn)切割機(jī)卷曲變形3FUSABOND100D2號(hào)組成的性能如下所示抗彎強(qiáng)度(103psi) 9.06(ASTM D790)彎曲模量(105psi) 6.78(ASTM D790)第三個(gè)復(fù)合物含有如下成分3號(hào)組成成分 量(g)HDPE1160纖維紙22403.1mm卷曲變形的洋麻纖維 24偶聯(lián)劑381Marlex 160072使用2毫米網(wǎng)眼的旋轉(zhuǎn)切割機(jī)卷曲變形3FUSABOND100D3號(hào)組成的性能如下所示
抗彎強(qiáng)度(103psi) 11.4(ASTM D790)彎曲模量(105psi) 6.41(ASTM D790)第四個(gè)復(fù)合物含有如下成分4號(hào)組成成分 量(g)SUPERFLEXCaCO333纖維2，467HDPE(重量/3％增容劑)1，31001Marlex 160072使用2毫米網(wǎng)眼的旋轉(zhuǎn)切割機(jī)卷曲變形3FUSABOND100D4未用過的涂覆有聚合物的奶盒4號(hào)組成的性能如下所示抗彎強(qiáng)度(105psi)8.29(ASTM D790)極限延伸率(％) ＜5(ASTM D638)彎曲模量(105psi)10.1(ASTM D790)埃佐切口試驗(yàn)(Notch Izod)(英尺磅/英寸)1.39(ASTM D256-97)第五個(gè)復(fù)合物含有如下成分5號(hào)組成成分 量(g)SUPERFLEXCaCO322纖維2，467HDPE(重量/3％增容劑)1，3100
1Marlex 160072使用2毫米網(wǎng)眼的旋轉(zhuǎn)切割機(jī)卷曲變形3FUSABOND100D4未用過的涂覆有聚合物的奶盒5號(hào)組成的性能如下所示抗彎強(qiáng)度(105psi) 8.38(ASTM D790)極限延伸率(％) ＜5(ASTM D638)彎曲模量(105psi) 9.86(ASTM D790)埃佐切口試驗(yàn)(Notch Izod)(英尺磅/英寸) 1.37(ASTM D256-97)第六個(gè)復(fù)合物含有如下成分6號(hào)組成成分量(g)ULTRAFLEXCaCO333纖維2，467HDPE/增容劑1，31001Marlex 160072使用2毫米網(wǎng)眼的旋轉(zhuǎn)切割機(jī)卷曲變形3FUSABOND100D4未用過的涂覆有聚合物的奶盒6號(hào)組成的性能如下所示抗彎強(qiáng)度(105psi) 7.43(ASTM D790)極限延伸率(％) ＜5(ASTM D638)彎曲模量(105psi) 11.6(ASTM D790)埃佐切口試驗(yàn)(Notch Izod)(英尺磅/英寸) 1.27(ASTM D256-97)
第七個(gè)復(fù)合物含有如下成分7號(hào)組成成分 量(g)HDPE(重量/3％增容劑)3，560牛皮紙板2401Marlex 160072使用2毫米網(wǎng)眼的旋轉(zhuǎn)切割機(jī)卷曲變形3FUSABOND100D4未用過的涂覆有聚合物的奶盒5熔體流動(dòng)指數(shù)＜1的HDPE7號(hào)組成的性能如下所示抗彎強(qiáng)度(105psi) 7.79(ASTM D790)極限延伸率(％) ＜5(ASTM D638)彎曲模量(105psi) 7.19(ASTM D790)第八個(gè)復(fù)合物含有如下成分8號(hào)組成成分量(g)高密度聚乙烯1160涂覆有聚合物的紙2240偶聯(lián)劑381Marlex 6007，熔體流動(dòng)指數(shù)0.65克/10分鐘，可從Philips購(gòu)得2使用2毫米網(wǎng)眼的旋轉(zhuǎn)切割機(jī)卷曲變形3POLYBOND3009，可從Uniroyal Chemical購(gòu)得
8號(hào)組成的性能如下所示抗拉模量(105psi)8.63(ASTM D638)斷裂抗拉強(qiáng)度(psi)6820(ASTM D638)極限延伸率(％) ＜5(ASTM D638)抗彎強(qiáng)度(psi)12,200(ASTM D790)彎曲模量(105psi)6.61(ASTM D790)第九個(gè)復(fù)合物含有如下成分9號(hào)組成成分量(g)高密度聚乙烯1160涂覆有聚合物的紙2240偶聯(lián)劑381廢棄牛奶壺，熔體流動(dòng)指數(shù)為0.8克/10分鐘，2使用2毫米網(wǎng)眼的旋轉(zhuǎn)切割機(jī)卷曲變形3POLYBOND30099號(hào)組成的性能如下所示抗拉模量(105psi)7.38(ASTM D638)斷裂抗拉強(qiáng)度(psi)6500(ASTM D638)極限延伸率(％) ＜5(ASTM D638)抗彎強(qiáng)度(psi)11,900(ASTM D790)彎曲模量(105psi)6.50(ASTM D790)第十個(gè)復(fù)合物含有如下成分10號(hào)組成成分 量(g)高密度聚乙烯1160涂覆有聚合物的紙2240偶聯(lián)劑381廢棄的牛奶壺，熔體流動(dòng)指數(shù)為0.8克/10分鐘2使用2毫米網(wǎng)眼的旋轉(zhuǎn)切割機(jī)卷曲變形3FUSABONDMB100D，可從DuPont購(gòu)得10號(hào)組成的性能如下所示抗拉模量(105psi)7.08(ASTM D638)斷裂抗拉強(qiáng)度(psi)6480(ASTM D638)極限延伸率(％) ＜5(ASTM D638)抗彎強(qiáng)度(psi)10,200(ASTM D790)彎曲模量(105psi)5.73(ASTM D790)第十一個(gè)復(fù)合物含有如下成分11號(hào)組成成分 量(g)高密度聚乙烯1160涂覆有聚合物的紙2240偶聯(lián)劑381Marlex 6007，熔體流動(dòng)指數(shù)為0.65克/10分鐘2使用2毫米網(wǎng)眼的旋轉(zhuǎn)切割機(jī)卷曲變形3FUSABONDMB 100D11號(hào)組成的性能如下所示抗拉模量(105psi) 7.17(ASTM D638)
斷裂抗拉強(qiáng)度(psi)6860(ASTM D638)極限延伸率(％) ＜5(ASTM D638)抗彎強(qiáng)度(psi)12,200(ASTM D790)彎曲模量(105psi)7.50(ASTM D790)其它實(shí)施方案在權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種組合物，包括含有被剪切至其內(nèi)部纖維基本上被暴露程度的纖維素或木質(zhì)纖維素材料的卷曲變形的纖維材料；和細(xì)菌和/或酶。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中所述組合物為液體。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中所述組合物為固態(tài)。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中所述組合物與化學(xué)品、化學(xué)制劑或化學(xué)溶液結(jié)合。
5.權(quán)利要求1的組合物，其中所述組合物與固體和/或液體結(jié)合。
6.權(quán)利要求5的組合物，其中所述固體為顆粒、粒子或粉末。
7.權(quán)利要求1的組合物，其中纖維素或木質(zhì)纖維素材料選自紙、紙產(chǎn)品、造紙的副產(chǎn)品、新聞紙、造紙廢水、木材、木纖維、木質(zhì)材料、洋麻、草、稻殼、甘蔗渣、棉花、黃麻、大麻、亞麻、竹、韌皮纖維、紗芯纖維、莖狀植物、葉類植物、劍麻、馬尼拉麻、農(nóng)用纖維、谷草、玉米棒子、稻殼、椰子毛、碎屑、碎布、消費(fèi)后廢料、工業(yè)廢料、加工廢料及其混合物。
8.權(quán)利要求1的組合物，其中纖維素或木質(zhì)纖維素材料為紙漿或紙漿板。
9.權(quán)利要求1的組合物，其中纖維素或木質(zhì)纖維素材料為合成材料。
10.權(quán)利要求1的組合物，其中纖維素或木質(zhì)纖維素材料為無(wú)紡材料。
11.權(quán)利要求1的組合物，其中至少約50％的纖維的長(zhǎng)度/直徑比為至少5。
12.權(quán)利要求1的組合物，其中至少約50％的纖維的長(zhǎng)度/直徑比為至少10。
13.權(quán)利要求1的組合物，其中至少約50％的纖維的長(zhǎng)度/直徑比為至少25。
14.權(quán)利要求1的組合物，其中至少約50％的纖維的長(zhǎng)度/直徑比為至少50。
15.權(quán)利要求1的組合物，其中所述組合物被包括到結(jié)構(gòu)或載體中。
16.權(quán)利要求15的組合物，其中所述組合物與結(jié)構(gòu)或載體結(jié)合、混合、相鄰，或被結(jié)構(gòu)或載體包圍，或在結(jié)構(gòu)或載體的內(nèi)部。
17.權(quán)利要求15的組合物，其中所述結(jié)構(gòu)或載體選自膜、網(wǎng)、漂浮裝置、袋子和殼狀物。
18.權(quán)利要求15的組合物，其中所述結(jié)構(gòu)或載體包括生物可降解材料或生物不可降解材料。
19.權(quán)利要求15的組合物，其中所述結(jié)構(gòu)或載體由包括卷曲變形的纖維材料，或卷曲變形的纖維材料的纖維、薄膜或長(zhǎng)絲的材料形成。
20.權(quán)利要求1的組合物，其中結(jié)構(gòu)化纖維材料的體積密度小于約0.5g/cm3。
21.權(quán)利要求1的組合物，其中結(jié)構(gòu)化纖維材料的體積密度小于約0.2g/cm3。
22.一種組合物，包括與樹脂結(jié)合的權(quán)利要求1的組合物。
23.一種方法，包括將剪切至其內(nèi)部纖維基本上暴露程度的纖維素或木質(zhì)纖維素材料與細(xì)菌和/或酶結(jié)合。
24.權(quán)利要求23的方法，其中用旋轉(zhuǎn)切割機(jī)剪切所述的纖維素或木質(zhì)纖維素材料。
25.權(quán)利要求23的方法，其中將所述的纖維素或木質(zhì)纖維素材料與細(xì)菌結(jié)合。
26.權(quán)利要求23的方法，其中將所述的纖維素或木質(zhì)纖維素材料與酶結(jié)合。
27.權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括用化學(xué)品、化學(xué)制劑或化學(xué)溶液處理所述的卷曲變形的纖維材料。
28.權(quán)利要求27的方法，其中使用浸漬、噴霧或混合法進(jìn)行所述處理。
全文摘要
公開了卷曲變形的纖維素或木質(zhì)纖維素材料(例如，卷曲變形的涂覆有聚合物的紙)，及由其制造的組合物和復(fù)合物。
文檔編號(hào)D21H27/00GK1904204SQ20061009970
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2000年6月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月22日
發(fā)明者馬歇爾·麥道夫, 阿瑟·拉加斯 申請(qǐng)人:希樂克公司