專利名稱：改性纖維素纖維，其制備和用途的制作方法
改性纖維素纖維，其制備和用途本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)復(fù)合材料的方法，其包括在一個(gè)步驟中(A)用(B)的水乳液處理纖維素纖維而制備改性纖維素纖維(B)至少一種分子量Mn高達(dá)20000g/mol的最大值且包含呈摻入形式的如下物質(zhì)作為共聚單體的乙烯共聚物(a) 50-95 重量 ％ 乙烯，(b) 5-50重量％至少一種具有至少一個(gè)經(jīng)由間隔基連接至可聚合基團(tuán)的烷基化或環(huán)烷基化氨基的共聚單體，(C) 0-30重量％其他共聚單體，和在另一步驟中將改性纖維素纖維與如下物質(zhì)混合(C)至少一種熱塑性塑料和(D)任選一種或多種輔助劑。本專利申請進(jìn)一步涉及用至少一種(B)的水乳液處理的纖維素纖維(B)至少一種分子量Mn高達(dá)20000g/mol的最大值且包含呈摻入形式的如下物質(zhì)作為共聚單體的乙烯共聚物(a) 50-95 重量 ％ 乙烯，(b) 5-50重量％至少一種具有至少一個(gè)經(jīng)由間隔基連接至可聚合基團(tuán)的烷基化或環(huán)烷基化氨基的共聚單體，(C) 0-30重量％其他共聚單體。本發(fā)明進(jìn)一步涉及本發(fā)明纖維素纖維在生產(chǎn)復(fù)合材料中的用途。木材作為原料已為人類所知數(shù)千年了。其特征在于在世界上大部分地區(qū)的易得性。另外，通過大量加工技術(shù)，木材可以以多種方式使用。在許多國家中，甚至至今仍繼續(xù)將木材用于建筑物外部的應(yīng)用場合中，例如用于制造屋頂、立面、窗框和陽臺，以及制造長椅如公園長椅，和制造中空制品如用于裝飾的空腔型材或窗臺中。然而，影響木材在建筑物外部中的應(yīng)用的一個(gè)嚴(yán)重缺點(diǎn)是其老化穩(wěn)定性不足。濕熱老化尤其可導(dǎo)致腐爛。通過涂覆如通過清漆涂層保護(hù)木材以防老化影響的嘗試當(dāng)然可延緩腐爛，但不能完全防止腐爛。此外，清漆涂層的缺點(diǎn)是必須定期對其進(jìn)行更新。此外，許多清漆體系對機(jī)械載荷和損害敏感，且這可例如導(dǎo)致涂層體系剝落。此外，木材僅可通過昂貴且不便的技術(shù)加工，這產(chǎn)生大量廢棄物。不缺乏用塑料替代木材的嘗試。塑料如聚氯乙烯或聚烯烴如聚乙烯或聚丙烯例具有在許多室外應(yīng)用中被證明是過度的熱膨脹系數(shù)。另外，在許多情況下，硬度太低。作為大量問題的解決方案，在最近一段時(shí)間內(nèi)，已提供木材和塑料的復(fù)合材料 (也簡稱為木塑復(fù)合材料，WPC)。這些材料通過將塑料材料與木纖維混合而生產(chǎn)。這類復(fù)合材料顯示出比純木材顯著更高的老化穩(wěn)定性，以及比某些純塑料如聚乙烯或聚丙烯更好的機(jī)械性能。此外，可用上述復(fù)合材料實(shí)施成型技術(shù)如用純熱塑性塑料的那些，其實(shí)例為注塑和擠出。然而，在許多情況下，木塑復(fù)合材料的一個(gè)問題是木材與塑料成分彼此之間的附著力不足。如果附著力不足，則在許多情況下，機(jī)械強(qiáng)度仍存在改進(jìn)空間。W02008/101937公開了包含天然纖維(如木材)和熱塑性聚合物以及任選其他物質(zhì)的復(fù)合材料。所述復(fù)合材料通過將天然纖維、熱塑性塑料和某些乙烯共聚物蠟以及任選的其他物質(zhì)混合而生產(chǎn)。然而，在一些情況下，加工需要耗費(fèi)較長時(shí)間，就加工工程角度而言這是不利的。此外，能改善一些機(jī)械性能如拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊韌性、斷裂應(yīng)力、斷裂伸長率和/或拉伸伸長率。W02007/118264公開了一種用含鎂離子的溶液處理纖維素纖維的方法。所得的經(jīng)處理材料適于包裝應(yīng)用，但由于發(fā)生降解反應(yīng)，它們不適于復(fù)合材料。此外，在許多情況下， 仍能改善防水性能。因此，一個(gè)目的是提供一種生產(chǎn)復(fù)合材料的方法，其能改善均一性以及因此的復(fù)合材料性能。另一目的是提供顯示出特別好的機(jī)械性能如拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊韌性、 斷裂應(yīng)力、斷裂伸長率和/或拉伸伸長率以及更低吸水性的復(fù)合材料。又一目的是提供復(fù)合材料的用途。因此，已發(fā)現(xiàn)開頭所定義的方法，在下文中也稱為本發(fā)明方法。本發(fā)明方法起始于纖維素纖維(A)。在本發(fā)明上下文中，纖維素纖維還包括木素纖維素纖維。纖維素纖維(A)的實(shí)例為亞麻、劍麻、大麻、椰纖維、麻蕉(稱為馬尼拉麻)的纖維，而且還包括稻殼、竹、秸稈和花生殼的纖維。纖維素纖維(A)的優(yōu)選實(shí)例為木纖維。這些木纖維可為新收獲的木材或廢木材的纖維。此外，木纖維可為不同木品種如冷杉、云杉、 松樹或落葉松的軟木纖維，山毛櫸和橡樹的硬木纖維。此外合適的還有木材廢棄物如刨屑、 鋸末或鋸屑。木材組成就其成分而言可變化，如纖維素、半纖維素和木素。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，纖維素纖維(A)包括紙漿。紙漿可以為未漂白或漂白紙漿。就本發(fā)明而言，紙漿可通過堿性或酸性浸煮方法獲得。就本發(fā)明而言，紙漿可具有0-20重量％的木素含量。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，纖維素纖維㈧具有0-100的卡伯值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，纖維素纖維(A)具有0. 1-lOOmm，優(yōu)選I-IOmm的平均長度。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，纖維素纖維(A)為長纖維漿。就本發(fā)明而言，長纖維漿可具有l(wèi)_7mm的長度。就本發(fā)明而言，長纖維漿可具有10-50 μ m的粒子寬度。就本發(fā)明而言，長纖維漿可具有100-500mg/m的粗度(纖維量)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，纖維素纖維(A)的長度/厚度比為500 1-50 1， 當(dāng)纖維素纖維(A)選自長纖維漿時(shí)更特別如此。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，纖維素纖維㈧選自短纖維漿，其可例如具有 0. 2-1. 5mm的長度和200 1-40 1的長度/直徑比。本發(fā)明方法包括至少兩個(gè)步驟，更特別地為至少兩個(gè)單獨(dú)的步驟。在一個(gè)步驟 (在本發(fā)明上下文中也稱為第一步驟)中，將纖維素纖維用至少一種(B)的水乳液處理(B)至少一種乙烯共聚物(在本發(fā)明上下文中也簡稱為乙烯共聚物(B))，其分子量1高達(dá)20000g/mol的最大值，優(yōu)選為1000-15000g/mol且包含呈共聚形式的如下物質(zhì)作為共聚單體
(a) 50-95 %，優(yōu)選55-90 %，更優(yōu)選60-80重量％的乙烯，(b) 5-50%，優(yōu)選10-45%，更優(yōu)選20-40重量％的至少一種具有至少一個(gè)經(jīng)由間
隔基連接至可聚合基團(tuán)的烷基化或環(huán)烷基化氨基的共聚單體，(c) 0至總計(jì)30重量％，優(yōu)選至總計(jì)20重量％的特別為一種或多種其他共聚單體。此處，以重量％表示的數(shù)基于總乙烯共聚物⑶。烷基化或環(huán)烷基化氨基可借助其連接至可聚合基團(tuán)上的合適間隔基包括含有 1-20個(gè)C原子和任選至少一個(gè)雜原子的環(huán)狀或線性有機(jī)基團(tuán)。雜原子包括硫以及尤其是氮和氧。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，乙烯共聚物(B)具有根據(jù)DIN 51562在120°C下測得的為60-150000mm2/s，優(yōu)選300-90000mm2/s的動(dòng)態(tài)熔融粘度ν。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，乙烯共聚物(B)的熔點(diǎn)根據(jù)DIN 51007通過DSC測定為40-110°C，優(yōu)選至多100°C。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，乙烯共聚物⑶的密度根據(jù)DIN 53479測定為 0. 85-0. 99g/cm3，優(yōu)選至多 0. 97g/cm3。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，共聚單體(b)為通式I或Ia的化合物
〇
R2vJK, / ,
^=Ik A1-NI
\ 1\ 3
RR
〇
Rl Vx + ,R3 3 ^=( xA-N-^r31 a
\ 1\ 3
R1R3
Y-其中各變量如下所定義R1和R2相同或不同；R1選自氫以及未支化和支化的C1-Cltl烷基，例如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、仲戊基、新戊基、1，2_ 二甲基丙基、異戊基、正己基、異己基、仲己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、正癸基；更優(yōu)選(^-(；烷基如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基和叔丁基，更特別地為甲基；R2選自未支化和支化的C1-Cltl烷基，例如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、仲戊基、新戊基、1，2_ 二甲基丙基、異戊基、正己基、異己基、仲己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、正癸基；更優(yōu)選C1-C4烷基如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基和叔丁基，更特別地為甲基；非常優(yōu)選為氫。R3基團(tuán)不同或優(yōu)選相同，且選自氫以及支化和優(yōu)選未支化的C1-Cltl烷基，例如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、仲戊基、新戊基、1，2-二甲基丙基、異戊基、正己基、異己基、仲己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、正癸基；優(yōu)選甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、異戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基；更優(yōu)選C1-C4烷基如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基和叔丁基，非常優(yōu)選甲基；c3-c12環(huán)烷基，例如環(huán)丙基、環(huán)丁基、環(huán)戊基、環(huán)己基、環(huán)庚基、環(huán)辛基、環(huán)壬基、環(huán)癸基、環(huán)十一烷基和環(huán)十二烷基；優(yōu)選環(huán)戊基、環(huán)己基和環(huán)庚基。此處，兩個(gè)基團(tuán)R3可彼此連接以形成任選被C1-C4烷基取代的3-10員，優(yōu)選5_7員環(huán)；更優(yōu)選基團(tuán)N(R3)2可選自
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)復(fù)合材料的方法，其包括在一個(gè)步驟中(A)用(B)的水乳液處理纖維素纖維而制備改性纖維素纖維(B)至少一種分子量^高達(dá)20000g/mol的最大值且包含呈摻入形式的如下物質(zhì)作為共聚單體的乙烯共聚物(a)50-95重量％乙烯，(b)5-50重量％至少一種具有至少一個(gè)經(jīng)由間隔基連接至可聚合基團(tuán)的烷基化或環(huán)烷基化氨基的共聚單體，(c)0-30重量％其他共聚單體， 隨后干燥，和在另一步驟中將改性纖維素纖維與如下物質(zhì)混合(C)至少一種熱塑性塑料和(D)任選的一種或多種輔助劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中共聚單體(b)為通式I或Ia的化合物 其中各變量定義如下R1選自氫、未支化和支化的C1-Cltl烷基，R2選自氫、未支化和支化的C1-Cltl烷基，R3每次出現(xiàn)時(shí)相同或不同，且選自氫和未支化和支化的C1-Cltl烷基和C3-C12環(huán)烷基，其中兩個(gè)基團(tuán)R3可彼此連接以形成3-10員環(huán)， X選自氧、硫和N-R4，R4選自氫和未支化和支化的C1-Cltl烷基，A1為選自C1-Cltl亞烷基、C4-C1(1亞環(huán)烷基和亞苯基的二價(jià)基團(tuán)，且Y_為無機(jī)或有機(jī)酸的陰離子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中各變量如下選擇 R1為氫或甲基，R2為氫，R3在每次出現(xiàn)時(shí)相同且選自甲基和乙基。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其中纖維素纖維(A)選自木纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的方法，其中所述纖維素纖維(A)為長纖維漿。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其中熱塑性塑料(C)選自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚酯。
7.纖維素纖維，其用至少一種(B)的水乳液處理(B)至少一種分子量^高達(dá)20000g/mol的最大值且包含呈摻入形式的如下物質(zhì)作為共聚單體的乙烯共聚物(a)50-95重量％乙烯，(b)5-50重量％至少一種具有至少一個(gè)經(jīng)由間隔基連接至可聚合基團(tuán)的烷基化或環(huán)烷基化氨基的共聚單體，(c)0-30重量％其他共聚單體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的纖維素纖維，其不合熱塑性塑料(C)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的纖維素纖維，其中纖維素纖維(A)與乙烯共聚物(B)的重量比為 1000 1-20 1。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)的纖維素纖維，其中纖維素纖維選自長纖維漿。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10中任一項(xiàng)的纖維素纖維，其具有0.1-20重量％的殘留水含量。
12.根據(jù)權(quán)利要求7-11中任一項(xiàng)的改性纖維素纖維在生產(chǎn)復(fù)合材料中的用途。
13.根據(jù)權(quán)利要求7-11中任一項(xiàng)的改性纖維素纖維在生產(chǎn)包含至少一種熱塑性塑料 (C)的復(fù)合材料中的用途。
14.根據(jù)權(quán)利要求7-11中任一項(xiàng)的改性纖維素纖維在生產(chǎn)包含玻璃纖維的復(fù)合材料中的用途。
15.使用根據(jù)權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)的改性纖維素纖維生產(chǎn)的復(fù)合材料。
16.使用根據(jù)權(quán)利要求15的復(fù)合材料生產(chǎn)的建筑物外部部件、建筑物內(nèi)部部件、型材部件、家具或中空制品。
17.根據(jù)權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)的復(fù)合材料在生產(chǎn)建筑物外部部件、建筑物內(nèi)部部件、型材部件、托盤、汽車領(lǐng)域中的內(nèi)部裝飾和底部裝飾、家具或中空制品中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)復(fù)合材料的方法，其特征在于在一個(gè)步驟中制備改性纖維素纖維(A)用至少一種乙烯共聚物(B)的水乳液處理纖維素纖維，所述乙烯共聚物(B)具有不大于20000g/mol的分子量Mn且包含作為整合共聚單體的如下物質(zhì)(a)50-95重量％乙烯，(b)5-50重量％至少一種具有至少一個(gè)經(jīng)由間隔基連接至可聚合基團(tuán)的烷基化或環(huán)烷基化氨基的共聚單體，(c)0-30重量％其他共聚單體；以及在另一步驟中將改性纖維素纖維與(C)至少一種熱塑性塑料和(D)任選的一種或多種輔助劑混合。
文檔編號C08L23/04GK102471498SQ201080035436
公開日2012年5月23日 申請日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月10日
發(fā)明者H·普菲斯特納, 卡斯特羅 I·加西亞, M·諾伊斯, S·奇霍尼, T·普法伊費(fèi)爾, T·澤林斯基 申請人:巴斯夫歐洲公司, 蒙迪 弗蘭查赫有限公司