專利名稱：復(fù)合材料組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括熱塑性聚合物和纖維素纖維的復(fù)合材料組合物， 涉及用于這種復(fù)合材料組合物的潤(rùn)滑劑/偶聯(lián)劑，以及涉及由這種組 合物形成的構(gòu)件和構(gòu)架。當(dāng)將本發(fā)明的復(fù)合材料制成構(gòu)件時(shí)，其非 常適合用作木材替代物。
背景技術(shù)：
包含有機(jī)樹(shù)脂和填料的復(fù)合材料為人們所熟悉并已使用多年。例 如， 一直需要開(kāi)發(fā)出具有天然木材外觀和質(zhì)感的材料。這種需求的 一個(gè)原因是為了保護(hù)有限的、來(lái)自于森林的供建筑用天然木材的資 源。另一原因是某些復(fù)合材料在某些方面具有優(yōu)于天然木材的性能。 例如，可以將復(fù)合材料配制成具有增強(qiáng)耐濕性的合成木材。
在建筑中全面使用木制產(chǎn)品除了其帶來(lái)的總費(fèi)用和困難外，在通 常的板材二次加工中許多木材成為廢料。當(dāng)木材生產(chǎn)商將所閥樹(shù)木 制成各種各樣用于加工成構(gòu)架的長(zhǎng)板或厚板時(shí)，產(chǎn)生大量的鋸屑和 細(xì)碎材料，諸如枝條等。因此人們一直試圖利用木纖維或木屑與各 種粘合材料制造原木的替代產(chǎn)品。這種產(chǎn)品已經(jīng)商品化并且通常被 稱為"纖維板"或"碎料板"。此外，木屑或木纖維與塑料粘合劑
一起使用產(chǎn)生了所謂的塑用木。結(jié)果，纖維素和相關(guān)材料成為常用 復(fù)合材料，具體地講，用作木材替代品的復(fù)合材料的高度所需原料。 伴隨著這種復(fù)合材料生產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)的 一 個(gè)問(wèn)題是強(qiáng)力粘合纖維素纖
維和熱塑性粘合劑的能力。已經(jīng)i人識(shí)到幾乎對(duì)所有已知的這種材料
而言，填料和樹(shù)脂混合物間的粘合穩(wěn)定性是這些材料品質(zhì)下降和產(chǎn)
生斷裂的一個(gè)原因。美國(guó)專利5,981,067號(hào)報(bào)導(dǎo)了一種解決這種問(wèn)題 的方法，該方法包括增強(qiáng)聚合物-纖維的相容性，即增強(qiáng)聚合物和纖 維相互混和/粘合的傾向。美國(guó)專利5,120,776號(hào)(通過(guò)引用并入本文) 提出用馬來(lái)酸酐或鄰苯二曱酸酐預(yù)處理纖維素纖維來(lái)改善纖維在聚 合物基質(zhì)中的粘合性和分散性。相關(guān)資料還有Maldas和Kokta在 Journal Adhesion Science Technology, 1991， 1-14頁(yè)的文章"4吏用馬來(lái)
酸酐和異氰酸酯作為涂料組分對(duì)木纖維的表面改性，以及表面改性 木纖維在聚苯乙烯復(fù)合材料中的性能(Surface modification of wood
fibers using maleic anhydride and isocyanate as coating components and their performance in polystyrene composites)"。
雖然已經(jīng)有人提出將馬來(lái)酸酐基的偶聯(lián)劑用于制造復(fù)合材料，但 是這種材料在商業(yè)中應(yīng)用并未獲得中決定性成功。
復(fù)合材料的商業(yè)應(yīng)用通常涉及通過(guò)模塑、擠塑等對(duì)這種組合物進(jìn) 行成型。為了在商業(yè)竟?fàn)幁h(huán)境中有效實(shí)施這種操作，需要這種加工 處理以4交高的速率進(jìn)行，同時(shí)產(chǎn)生最少的操作問(wèn)題。為達(dá)到這個(gè)目 標(biāo)，在實(shí)踐中需要往復(fù)合材料中使用添加劑，以助于加工處理。一 種常用的操作助劑是潤(rùn)滑劑或脫才莫?jiǎng)?，它們可使這種復(fù)合材料的有 效加工以商業(yè)可接受的速度進(jìn)行。金屬硬脂酸鹽，特別是硬脂酸鋅 常在用于熱塑性聚合物和纖維素纖維的復(fù)合材料的潤(rùn)滑復(fù)合劑 (package)中使用。參見(jiàn)例如美國(guó)專利6,180,257 Bl號(hào)(2欄，II, 26-28)。
發(fā)明概述
本發(fā)明的幾個(gè)方面包括新的潤(rùn)滑劑組合物，新的復(fù)合材料組合 物，新的構(gòu)件和新的制造方法。這些方面均來(lái)源于，或至少部分來(lái)
源于本發(fā)明人的以下認(rèn)識(shí)某些潤(rùn)滑劑，特別是金屬羧酸鹽潤(rùn)滑劑 如金屬硬脂酸鹽可負(fù)面影響某些所需偶聯(lián)劑的性能。這些方面還來(lái) 源于本發(fā)明人的以下發(fā)現(xiàn)某些潤(rùn)滑劑與這種偶聯(lián)劑以協(xié)同方式才喿 作產(chǎn)生了令人驚異的優(yōu)異性能。
本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料組合物很適合于形成成型制品，這種組合 物包括聚合物(優(yōu)選熱塑性聚合物)、纖維素、包括羧酸官能基(例如 酸酐部分)的偶聯(lián)劑和包括親電子官能基(如羧酸烷基酯或其官能衍生 物)的潤(rùn)滑劑。按照高度優(yōu)選的實(shí)施方案，所述潤(rùn)滑劑不含具有反協(xié) 同作用量的金屬羧酸鹽，如金屬石更脂酸鹽。甚至更優(yōu)選基本不含金 屬羧酸鹽，如金屬硬脂酸鹽。此中所用的術(shù)語(yǔ)"反協(xié)同作用量"是 指與不含這種金屬羧酸鹽的相同復(fù)合材料相比，金屬羧酸鹽對(duì)復(fù)合 材料的性質(zhì)的負(fù)面影響已不可忽視的量。
本發(fā)明還提供包括一種烷基酯和一種酰胺酯的潤(rùn)滑劑組合物。 本發(fā)明的方法包括將本發(fā)明的復(fù)合材料制成成型制品，優(yōu)選通過(guò) 擠塑成型制成成型制品。
附圖概述


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的構(gòu)件的橫截面、部分示意圖。 圖2是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的構(gòu)件的橫截面、部分示意圖。 圖3是本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施方案的構(gòu)件的橫截面、部分示意圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述
本發(fā)明涉及復(fù)合材料組合物，該組合物可以高速制備成成型制 品，特別是具有所需強(qiáng)度性能的構(gòu)件。通常優(yōu)選所述組合物包括約 10-50重量份的熱塑性聚合物、約50-90重量份纖維素纖維、有效量 的偶聯(lián)劑和有效量的本發(fā)明的潤(rùn)滑劑。此中所用的術(shù)語(yǔ)"有效量" 是指能對(duì)組合物的相關(guān)性能產(chǎn)生明顯，并優(yōu)選顯著改善的量。因此，
就偶聯(lián)劑來(lái)說(shuō)，有效量的偶聯(lián)劑l吏得熱塑性聚合物和纖維素纖維間 的相容性和/或粘合性得到明顯改善，其通常(但并不只是)表現(xiàn)為成型 制品拉伸強(qiáng)度的改善。就潤(rùn)滑劑來(lái)說(shuō)，有效量使得組合物加工性能 得到明顯改善，其通常(但并不只是)表現(xiàn)為組合物可有效成型，并優(yōu) 選擠塑成成型制品的速度和/或效率的改善。
按照某些優(yōu)選的實(shí)施方案，所述復(fù)合材料組合物優(yōu)選包括約20-40重量份，更優(yōu)選約25-35重量^f分的熱塑性聚合物，約50-80重量份 并更優(yōu)選約50-65重量份的、纖維素纖維，約1-5重量^f分的偶聯(lián)劑和約 1-5重量份的潤(rùn)滑劑。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的組合物產(chǎn)生了比現(xiàn)有技術(shù)組合物的性能超 乎意料改善的成型制品。更具體地說(shuō)，包括馬來(lái)酸酐基偶聯(lián)劑和本 發(fā)明的潤(rùn)滑劑的優(yōu)選復(fù)合材料組合物生產(chǎn)的成型制品的拉伸強(qiáng)度比 含大量常用的現(xiàn)有技術(shù)潤(rùn)滑劑硬脂酸鋅的相同組合物的高至少約 25%,并且更優(yōu)選高至少約50%。優(yōu)選本發(fā)明的復(fù)合材料組合物具有 至少約2000psi、更優(yōu)選至少約2500psi，甚至更優(yōu)選3000 psi的拉 伸強(qiáng)度。
本發(fā)明，特別是本發(fā)明潤(rùn)滑劑組合物的另一項(xiàng)顯著并令人驚異的 優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用方面的優(yōu)點(diǎn)，其源于本發(fā)明的潤(rùn)滑劑操作性能的改善。 更具體地說(shuō)，本發(fā)明的潤(rùn)滑劑能更有效地增強(qiáng)復(fù)合材料組合物的成 型性能，特別是擠塑性能。這種改善可通過(guò)下面的事實(shí)說(shuō)明本發(fā) 明的組合物與使用現(xiàn)有技術(shù)硬脂酸鋅潤(rùn)滑劑的組合物相比，在潤(rùn)滑 劑用量不多于約90%，甚至更優(yōu)選不多于約75%的情況下可達(dá)到基 本相同的加工速度。
熱塑性聚合物
任何基本上具有熱塑性的聚合物均可考慮用于本發(fā)明。例如，可
考慮用于本發(fā)明組合物的熱塑性聚合物包括聚酰胺、聚閨乙烯、聚 酯、聚烯烴、對(duì)聚苯硫醚、聚曱醛、苯乙烯聚合物和聚碳酸酯。特
別優(yōu)選的是聚烯烴聚合物。
對(duì)基本上為熱塑性的聚合物材料的主要要求是其能保持足夠的熱 塑性，而可與纖維素纖維熔融共混，并可在擠塑和模塑的熱塑性加 工中有效形成成型制品。因此考慮在本發(fā)明的組合物中可包括少量 的熱固性樹(shù)脂，而不會(huì)犧牲這些基本性能。新制備的聚合物和循環(huán)(廢 棄)聚合物均可使用。
此中所用的術(shù)語(yǔ)"聚烯烴"是指不飽和脂族烴的均聚物、共聚物 和改性聚合物。在優(yōu)選的聚烯烴中，最優(yōu)選聚乙烯和聚丙烯。特別
優(yōu)選的是高密度聚乙烯(HDPE)?？紤]到經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面的因素，優(yōu) 選使用來(lái)自瓶和膜的HDPE粉碎物料。
纖維素纖維
本發(fā)明的組合物包括含纖維素的填料。所述填料組分可包才舌增強(qiáng) 性(高長(zhǎng)徑比)填料、非增強(qiáng)性(低長(zhǎng)徑比)填料和兩者的組合。長(zhǎng)徑比 定義為填料顆粒長(zhǎng)度對(duì)有效直徑的比率。高長(zhǎng)徑比提供了在相同水 平填料含量下具有較高的強(qiáng)度和模量的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)機(jī)填料，如玻璃纖 維、碳纖維、滑石、云母、高嶺土、碳酸鉤等可作為纖維素的《壬選 輔料而包括在其中。此外，也可使用包括聚合物纖維在內(nèi)的其它有 機(jī)填料。
本發(fā)明的纖維素填料特別重要并且特別優(yōu)選，這是因?yàn)槠?氐的費(fèi) 用以及如輕的重量、在高強(qiáng)度熱動(dòng)力混和器中處理后保持高長(zhǎng)徑比 的能力以及低的摩擦性能(因此可延長(zhǎng)儀器壽命)等其它方面的原因。 所述纖維素可來(lái)自任何來(lái)源，包括林木和農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品。所述纖維素 纖維可包括硬木纖維、軟木纖維、大麻纖維、黃麻纖維、谷殼、麥 秸和它們中兩種或多種的組合。在某些實(shí)施方案中，所述纖維素優(yōu) 選包括大比例的高長(zhǎng)徑比纖維，諸如硬木纖維。但是，這種高長(zhǎng)徑 比纖維通常更難以處理，因此在加工速度和效率作為特別重要考慮 因素的實(shí)施方案中不那么優(yōu)選。
偶聯(lián)劑
此中所用的術(shù)語(yǔ)"偶聯(lián)劑"是指可促使纖維素顆粒與熱塑性聚合 物分散和/或相容的化合物或組合物。
一般來(lái)說(shuō)，發(fā)現(xiàn)具親電子官能 基、特別是羧酸官能基的化合物(包括有機(jī)聚合物)將可有效地滿足該 目的，并且所有這種化合物均可考慮用于本發(fā)明中。優(yōu)選的有積』化 合物包括具馬來(lái)酸酐官能團(tuán)的聚合物。
按照本發(fā)明的教導(dǎo)，多種具有馬來(lái)酸酐官能團(tuán)的化合物均可考慮 用于本發(fā)明，并且所有這些化合物和它們的組合物均在本發(fā)明的范 圍內(nèi)。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選采用官能化聚合物，特別是馬來(lái)酸 酯化聚烯烴聚合物。
本領(lǐng)域技術(shù)人員從本申請(qǐng)的/^開(kāi)可理解用于本發(fā)明的官能化聚合 物的具體性能和特征為了滿足各種應(yīng)用的具體需要而可作各種改 變。但是， 一般來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)通常需要選擇具有與復(fù)合材料 的熱塑性聚合物的至少 一部分大致相符的骨架的官能化聚合物。例 如，在本發(fā)明的所述熱塑性聚合物為聚乙烯的實(shí)施方案中，可優(yōu)選 利用官能化聚乙烯作為偶聯(lián)劑。同樣，對(duì)于所述熱塑性聚合物包才舌 聚丙烯的實(shí)施方案來(lái)說(shuō)，可優(yōu)選利用官能化聚丙烯作為偶聯(lián)劑。但 是本申請(qǐng)人已意外地發(fā)現(xiàn)了 一種高度有效用于兩種不同聚烯烴聚合 物、優(yōu)選CVC4聚烯烴、并更優(yōu)選聚乙烯和聚丙烯的偶聯(lián)劑。對(duì)于本 發(fā)明的需要具有偶聯(lián)劑(能以高效率用于寬范圍的各種復(fù)合材料組合 物)的實(shí)施方案來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)應(yīng)優(yōu)選利用馬來(lái)酸酯化聚丙烯
聚合物，特別是具有約10,000到15,000的分子量和平均每個(gè)聚合物 鏈具有約1.5到2.5個(gè)馬來(lái)酸酐官能團(tuán)的聚丙烯。特別是對(duì)于熱塑性 聚合物包括聚烯烴的實(shí)施方案來(lái)說(shuō)，優(yōu)選偶聯(lián)劑包括官能化聚烯爛， 并優(yōu)選具約10,000到25,000 (更優(yōu)選約10,000到20,000)的分子量和 平均每個(gè)聚合物鏈約0.6到3個(gè)(更優(yōu)選約0.8到2.5個(gè))馬來(lái)酸酐官能 團(tuán)的官能化聚乙烯、官能化聚丙烯和/或它們的組合。這種官能4匕聚
烯烴可例如以A-C 1221、 597、 596和575的商品名購(gòu)自Honeywell International此夕卜，官能化聚乙烯和聚丙烯公開(kāi)于美國(guó)專利3,882,1945 號(hào)、4,404,312號(hào)和5,001,197號(hào)中,這些專利均通過(guò)引用并入本文。
在某些實(shí)施方案中可考慮優(yōu)選單獨(dú)使用硅烷偶聯(lián)劑，或硅烷偶聯(lián) 劑與其它優(yōu)選的偶聯(lián)劑的組合。但是，除了此中所述的優(yōu)選的偶聯(lián) 劑外，也可使用為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的或?qū)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員所 知的，并未在這里具體指出的其它有效的偶聯(lián)化合物，或者在某些 情況下將它們作為此中所述的優(yōu)選偶聯(lián)劑的替代品使用。
潤(rùn)滑劑
本發(fā)明的組合物包括有效量的潤(rùn)滑劑或潤(rùn)滑復(fù)合劑。在一種實(shí)施 方案中，所述潤(rùn)滑劑包括烷基酯。特別優(yōu)選的是通過(guò)多元醇(即多羥 基化合物)與一種或多種一元或多元羧酸或羧酸官能團(tuán)反應(yīng)形成的多 元醇酯。
所述多元醇是由通式R(OH)n表示的多元醇，式中R為任何脂族 或環(huán)脂族烴基(優(yōu)選烷基)，并且n至少為2。所述烴基可包含約2到 20或更多的碳原子，并且所述烴基也可包含諸如氯、氮和/或氧原子 取代基。所述多羥基化合物通常可包含一個(gè)或多個(gè)氧化烯基，因此 所述多羥基化合物包括諸如聚醚多元醇等化合物。用于形成羧酸酯 的多元醇化合物中包含的碳原子數(shù)(即碳數(shù)，其中在本申請(qǐng)書(shū)中所用 的術(shù)語(yǔ)碳數(shù)是指各在酸或醇中的碳原子總數(shù))和羥基數(shù)目(即羥基值) 可有大的差別。
下面的醇是特別有用的多元醇新戊二醇、三羥曱基乙烷、三羥 曱基丙烷、三羥曱基丁烷、單季戊四醇、工業(yè)級(jí)季戊四醇和二季戊 四醇。最優(yōu)選的醇是工業(yè)級(jí)季戊四醇(如約88%單季戊四醇、10%二 季戊四醇和1-2%三季戊四醇)、單季戊四醇和二季戊四醇。
優(yōu)選的羧酸包括C2-C^—元酸和二元酸，優(yōu)選包括己二酸和^J旨酸。
羧酸的官能化衍生物也可用于形成潤(rùn)滑劑。例如當(dāng)形成酯時(shí)，多 元酸的酸酐可代替多元酸使用。這些酸酐包括例如琥珀酸酐、戊二 酸酐、己二酸酐、馬來(lái)酸酐、鄰苯二曱酸酐、偏苯三酸肝、橋亞曱 基四氫化鄰苯二曱酸酐、曱基橋亞曱基四氫化鄰苯二曱酸酐、六氫 鄰苯二曱酸酐、硬脂酸酐和多元酸的混和酸酐。特別優(yōu)選的本發(fā)明
的潤(rùn)滑化合物是美國(guó)專利4,487,874號(hào)和6,069,195號(hào)(均通過(guò)引用并 入本文)中所述的復(fù)合酯(complex esters)。
優(yōu)選的本發(fā)明的烷基酯包括下面式1的烷基酯的混合物
CH2OR
ROCH「C—CH2OR 式(l) CH20R
式中
R獨(dú)立為氬或-C(O)R，，并且至少一個(gè)R為-C(O)R，；
R'為氫、具有約3到18個(gè)碳原子的不飽和或飽和烷基鏈，或-
C(O)-X畫(huà)COOH;和
X為不飽和或飽和的烷基鏈，可以為一價(jià)或多價(jià)，具有約3到18
個(gè)碳原子。
所述烷基酯優(yōu)選包括季戊四醇己二酸酯-硬脂酸酯，它是一種式 1烷基酯的混合物，其中有機(jī)部分的約14%為衍生自己二酸的-C(O)-X-COOH部分，有機(jī)部分的約71%為衍生自硬脂酸和其締合酸(主要 是棕櫚酸)的-C(O)R，部分。這種材:纖由Honeywell International Inc.以 RL710的商品名出售。
如美國(guó)專利3,578，621(通過(guò)引用并入本文)中公開(kāi)的那樣，本發(fā)明 的潤(rùn)滑復(fù)合劑還優(yōu)選包括酰胺蠟，并且更優(yōu)選;更脂酰胺蠟。特別伊C 選的是亞乙基雙硬脂酰胺("EBS")。
雖然在潤(rùn)滑復(fù)合劑中烷基酯和酰胺蠟可以考慮以寬范圍的相對(duì)濃 度使用，但是優(yōu)選烷基酯與酰胺蠟的重量比為約30:1到1:1,更優(yōu)選 20:1到約2:1。
按照優(yōu)選的實(shí)施方案，所述潤(rùn)滑復(fù)合劑包含不超過(guò)約25%重量
的金屬羧酸鹽，更優(yōu)選包含不超過(guò)10%重量的金屬羧酸鹽，最優(yōu)選 基本不含金屬羧酸鹽。按照更為優(yōu)選的實(shí)施方案，所述潤(rùn)滑復(fù)合劑
包含不超過(guò)約25%重量的硬脂酸《辛，更優(yōu)選包含不超過(guò)10%重量的 硬脂酸鋅，最優(yōu)選基本不含硬脂酸鋅。
就所述復(fù)合材料組合物來(lái)說(shuō)，通常優(yōu)選所述復(fù)合材料包含不超過(guò) 0.5。/。重量的金屬羧酸鹽，更優(yōu)選包含不超過(guò)0.25%重量的金屬羧酸 鹽。特別優(yōu)選所述復(fù)合材料包含不超過(guò)0.5%重量的硬脂酸鋅，更優(yōu) 選包含不超過(guò)0.25%重量的硬脂酸鋅。
按照某些實(shí)施方案，所述潤(rùn)滑劑包括氫化蓖麻油。
添力口劑復(fù)合劑(additive packages)
本發(fā)明的一方面包括可用于形成具有優(yōu)異加工性能和最終^f吏用性 能的復(fù)合材料組合物的添加劑組合物。更具體地說(shuō)，所述添加劑復(fù) 合劑包括潤(rùn)滑劑和/或偶聯(lián)劑的獨(dú)特組合，其能有效改善復(fù)合材并牛的 加工特性而不會(huì)降低(有時(shí)甚至是增強(qiáng))制成品的強(qiáng)度特征。
在某些優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述添加劑是一種含有少于反協(xié)同作 用量的金屬羧酸鹽的潤(rùn)滑劑。特別優(yōu)選的本發(fā)明的潤(rùn)滑劑基本不含 金屬羧酸鹽，其大部分(重量份)為烷基酯和/或氬化蓖麻油，小部分(重 量份)為酰胺蠟。在某些實(shí)施方案中，潤(rùn)滑復(fù)合劑還包括少量(重量份) 的聚烯烴，優(yōu)選聚乙烯或聚丙烯，更優(yōu)選基本為線性的聚乙烯或聚 丙烯。在某些優(yōu)選的實(shí)施方案中，潤(rùn)滑組合物包括約80-97重量份的 選自烷基酯、氫化蓖麻油和其兩者或多者的組合的化合物，約1-10 重量份的酰胺蠟和約1-10重量份的聚烯烴。
雖然本發(fā)明的潤(rùn)滑復(fù)合劑在某些實(shí)施方案中可考慮有益地單獨(dú)4吏
的偶聯(lián)劑/偶聯(lián)復(fù)合劑的添加劑復(fù)合劑。此外，雖然可考慮將這些復(fù) 合劑按照本發(fā)明以寬范圍的相對(duì)比例組合，但是通常優(yōu)選提供具有 約1:1到4:1潤(rùn)滑劑:偶聯(lián)劑重量比率的添加劑復(fù)合劑，在某些實(shí)施方
案中更優(yōu)選提供約3:2潤(rùn)滑劑:偶耳關(guān)劑重量比率的添加劑復(fù)合劑。 構(gòu)件正如上面所述，本發(fā)明的組合物可用于形成各種構(gòu)件，所有這種 構(gòu)件均落入本發(fā)明的廣闊范圍內(nèi)。但是本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)可使用本發(fā)明 方法和組合物形成本特別難以形成和/或因?yàn)楦呒庸べM(fèi)用而從經(jīng)濟(jì)觀 點(diǎn)來(lái)看實(shí)際不可行的構(gòu)件，特別是才齊塑構(gòu)件。更具體可參見(jiàn)圖1-3, 由圖可見(jiàn)本發(fā)明包括同時(shí)具備堅(jiān)固和輕質(zhì)特點(diǎn)的構(gòu)件。本領(lǐng)域:技術(shù) 人員知道這種輕質(zhì)構(gòu)件實(shí)際上不能通過(guò)現(xiàn)有的復(fù)合材料組合物4齊塑 生產(chǎn)，因?yàn)樵摌?gòu)件具有大的橫截面積。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的復(fù)合 材料組合物具有高強(qiáng)度和高潤(rùn)滑性的獨(dú)特結(jié)合，可以讓這種高表面 積構(gòu)件在較高速度、經(jīng)濟(jì)的條件下進(jìn)行擠塑。本申請(qǐng)人相信按照現(xiàn) 有技術(shù)不能以商業(yè)上高效和經(jīng)濟(jì)合理的方式生產(chǎn)出所述構(gòu)件。
方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明包括形成成型制品的方法，該方法包括下面步驟提供如 本文所述的本發(fā)明的復(fù)合材料組合物，并將所述組合物制成所需形 狀的制品。所述組合物可按照任何本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的將各組分 混和成均勻的復(fù)合材料組合物的4支術(shù)將各組分混合來(lái)提供，所述才支 術(shù)公開(kāi)于例如美國(guó)專利3,943,079; 4,338,228; 5,886，066和5,997,784 中(均通過(guò)引用并入本文)。
正如在前述專利中公開(kāi)的，成型步驟也可包括任何本領(lǐng)域4支術(shù)人 員熟知的將均勻的復(fù)合材料制成成型制品的技術(shù)，包括注塑和才齊塑。 優(yōu)選通過(guò)擠塑成型。
對(duì)比實(shí)施例
本對(duì)比實(shí)施例并不一定代表現(xiàn)有技術(shù)，事實(shí)上可能比最接近的現(xiàn) 有技術(shù)更接近本發(fā)明。無(wú)論如何，該對(duì)比實(shí)施例用作說(shuō)明本發(fā)明優(yōu) 異性能的基礎(chǔ)。
通過(guò)擠塑配混62重量份(pbw)的木纖維、33重量份的HDPE、 2 重量份的馬來(lái)酸酯化聚乙烯偶聯(lián)劑和3重量份基本上由1:2重量比的 EBS和硬脂酸鋅組成的潤(rùn)滑劑來(lái)制備復(fù)合材料組合物。
通過(guò)已知方法，在已知條件下將所述復(fù)合材料組合物制成成型制 品。得到的制品具有約2000 psi的拉伸強(qiáng)度。
實(shí)施例1
通過(guò)擠塑配混62.8重量份的木纖維、33重量份的HDPE、 2重 量份的馬來(lái)酸酯化聚乙烯偶聯(lián)劑和2.2重量份基本上由1:1:20重量比 的EBS、硬脂酸鋅和季戊四醇己二酸酯-硬脂酸酯組成的潤(rùn)滑劑制備 復(fù)合材料組合物。
通過(guò)使用與對(duì)比實(shí)施例相同的方法、并在相同的條件下將復(fù)合材 料組合物制成成型制品。得到的制品具有約2900psi的拉伸強(qiáng)度，比 對(duì)比實(shí)施例提高了 45%。
實(shí)施例2
通過(guò)擠塑配混62.75重量份的木纖維、33重量份的HDPE、 2重 量份的馬來(lái)酸酯化聚乙烯偶聯(lián)劑和2.25重量份基本上由2.5:20重量 比的EBS和季戊四醇己二酸酯"更脂酸酯組成的潤(rùn)滑劑制備復(fù)合材料 組合物。
通過(guò)使用與對(duì)比實(shí)施例相同的方法，并在相同的條件下將復(fù)合材 料組合物制成成型制品。得到的制品具有約3500psi的拉伸強(qiáng)度，比 對(duì)比實(shí)施例提高了 75%。
實(shí)施例3
通過(guò)擠塑配混62.5重量份的木纖維、33重量份的HDPE、 2重 量份的馬來(lái)酸酯化聚乙烯偶聯(lián)劑和2.5重量份基本上由季戊四醇己二 酸西旨-硬脂酸酯組成的潤(rùn)滑劑制備復(fù)合材料組合物。
通過(guò)使用與對(duì)比實(shí)施例相同的方法，并在相同的條件下將復(fù)合材
料組合物制成成型制品。得到的制品具有約3200 psi的拉伸強(qiáng)度，比 對(duì)比實(shí)施例提高了 60%。
對(duì)比實(shí)施例2
本對(duì)比實(shí)施例并不 一定代表J見(jiàn)有技術(shù)，事實(shí)上可能比最接近的現(xiàn) 有技術(shù)更接近本發(fā)明。無(wú)論如何，該對(duì)比實(shí)施例用于作為說(shuō)明本發(fā) 明優(yōu)異性能的基礎(chǔ)。
通過(guò)擠塑配混60.5重量份的木纖維、33重量份的HDPE、 2重 量份的馬來(lái)酸酯化聚乙烯偶聯(lián)劑和4.5重量份基本上由1:2重量比的 EBS和硬脂酸鋅組成的潤(rùn)滑劑制備復(fù)合材料組合物。
通過(guò)已知擠塑方法，在已知條件下將所述復(fù)合材料組合物制成成 型制品。
實(shí)施例4
通過(guò)擠塑配混62重量份的木纖維、33重量份的HDPE、 2重量 份的馬來(lái)酸酯化聚乙烯偶聯(lián)劑和3重量份基本上由2.5:20重量比的 EBS和季戊四醇己二酸酯^更脂酸酯組成的潤(rùn)滑劑制備復(fù)合材料組合 物。
通過(guò)使用與對(duì)比實(shí)施例2相同的方法，并在相同的條件下將復(fù) 合材料組合物制成成型制品。盡管使用重量和費(fèi)用均比對(duì)比實(shí)施例2 低約50%的潤(rùn)滑劑，其成型加工的效率至少與對(duì)比實(shí)施例2相同， 生產(chǎn)率至少大致與對(duì)比實(shí)施例2相同。
權(quán)利要求
1.一種用于形成成型制品的組合物，所述組合物包括纖維素；熱塑性粘合劑；包括有機(jī)聚合物親電官能團(tuán)的偶聯(lián)劑；和潤(rùn)滑劑，其包含少于反協(xié)同作用量的金屬硬脂酸鹽。
2. 權(quán)利要求l的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑基本不含金屬羧酸鹽。
3. 權(quán)利要求1的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑不含有反協(xié)同作用量的 金屬羧酸鹽。
4. 權(quán)利要求3的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑包括羧酸的烷基酯。
5. —種組合物，其包含 纖維素； 熱塑性聚合物；包含羧酸官能團(tuán)的偶聯(lián)劑；和包含親電子官能團(tuán)和基本上不含硬脂酸鋅的潤(rùn)滑劑。
6. 權(quán)利要求5的組合物，其中所述偶聯(lián)劑的羧酸官能團(tuán)包含酸 酐部分。
7. 權(quán)利要求5的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑的親電子官能團(tuán)包括 羧酸的烷基酯。
8. 權(quán)利要求5的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑的親電子官能團(tuán)包括 括羧酸烷基酯的衍生物。
9. 權(quán)利要求5的組合物，其中所述熱塑性聚合物在所述組合物 中的存在量為20-40重量份，所述纖維素的存在量為50-80重量份，所 述偶聯(lián)劑的存在量為1-5重量份，并且所述潤(rùn)滑劑的存在量為1-5重量 份。
10. 權(quán)利要求5的組合物，其中所述組合物包含不超過(guò)0.5%重 量的硬脂酸鋅。
11. 權(quán)利要求5的組合物，其中所述組合物基本上不含羧酸鋅。
12. 權(quán)利要求5的組合物，其為成型制品。
13. 權(quán)利要求5的組合物，所述成型制品具有至少2000psi的拉 伸強(qiáng)度。
14. 權(quán)利要求5的組合物，所述成型制品具有至少2500psi的拉 伸強(qiáng)度。
15. 權(quán)利要求5的組合物，所述成型制品具有至少3000psi的拉 伸強(qiáng)度。
16. 權(quán)利要求5的組合物，其中所述熱塑性聚合物包含聚烯烴。
17.片又利要求5的組合物，其中所述聚烯烴包括聚乙烯。
18. —種生產(chǎn)成型制品的方法，包括a)提供一種含纖維素纖維、熱塑性粘合劑、偶聯(lián)劑和潤(rùn)滑劑的可 成型復(fù)合材料組合物；b )確保所述可成型復(fù)合材料組合物含少于反協(xié)同作用量的硬脂酸鋅；和c)將所述可成型組合物形成成型制品。
19. 權(quán)利要求18的方法，其中所述偶聯(lián)劑包含馬來(lái)酸酐部分。
20. 權(quán)利要求18的方法，其中所述潤(rùn)滑劑包含一種具有羧酸官 能團(tuán)的化合物。
21. 權(quán)利要求18的方法，其中所述潤(rùn)滑劑包括羧酸的烷基酯。
22. 權(quán)利要求18的方法，其中所述確保的步驟包括確保所述組 合物含少于反協(xié)同作用量的金屬羧酸鹽。
23. 權(quán)利要求19的方法，其中所述確保的步驟包括確保所述潤(rùn) 滑劑包含少于反協(xié)同作用量的金屬羧酸鹽。
24. —種用于形成成型制品的組合物，其包含纖維素； 聚烯烴粘合劑；偶聯(lián)劑，其包含平均每個(gè)聚合物鏈上具有0.6 - 3個(gè)馬來(lái)酸酐官能 團(tuán)并且分子量為10,000到25,000的聚烯烴；和 潤(rùn)滑劑。
25. 權(quán)利要求24的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑包含親電子官能團(tuán) 和含少于反協(xié)同作用量的硬脂酸^^辛。
26. 權(quán)利要求25的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑的親電子官能團(tuán)包 含羧酸官能團(tuán)。
27. 權(quán)利要求25的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑包含少于反協(xié)同作用量的金屬羧酸鹽。
28. 權(quán)利要求25的組合物，所述成型制品具有至少2000psi的拉伸強(qiáng)度。
29. 權(quán)利要求25的組合物，所述偶聯(lián)劑包含平均每個(gè)聚合物鏈 上具有1.5-2.5個(gè)馬來(lái)酸酐官能團(tuán)并且分子量為10,000到15,000的 聚烯烴。
30. 權(quán)利要求25的組合物，所述偶聯(lián)劑包含馬來(lái)酸酐官能化聚丙歸。
31. 權(quán)利要求25的組合物，所述偶聯(lián)劑包含馬來(lái)酸酐官能化聚 乙烯。
32. —種用于形成成型制品的組合物，其包含 纖維素；熱塑性聚合物；包含羧酸官能團(tuán)的偶聯(lián)劑；和包含親電子官能團(tuán)和包含少于反協(xié)同作用量的硬脂酸鋅的潤(rùn)滑劑。
33. 權(quán)利要求32的組合物，其中所述偶聯(lián)劑的羧酸官能團(tuán)包含 酸酐部分。
34. 權(quán)利要求32的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑的親電子官能團(tuán)包 括羧酸的烷基酯。
35. 權(quán)利要求32的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑的親電子官能團(tuán)包 括羧酸烷基酯的衍生物。
36. 權(quán)利要求32的組合物，其中所述熱塑性聚合物在組合物中 的存在量為20-40重量份，所述纖維素的存在量為50-80重量份，所述 偶聯(lián)劑的存在量為l-5重量份，并且所述潤(rùn)滑劑的存在量為1-5重量 份。
37. 權(quán)利要求32的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑包含少于反協(xié)同作 用量的金屬羧酸鹽。
38. 權(quán)利要求32的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑包含少于反協(xié)同作 用量的羧酸鋅。
39. 權(quán)利要求32的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑包含少于反協(xié)同作 用量的硬脂酸鋅。
40. 權(quán)利要求32的組合物，其中所述熱塑性聚合物包括聚烯烴。
41. 權(quán)利要求32的組合物，其中所述聚烯烴包括聚乙烯。
42. —種由權(quán)利要求18的方法制成的擠塑制品。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了很適合于形成成型制品的復(fù)合材料組合物，所述組合物包括熱塑性聚合物、纖維素、包括酸酐部分的偶聯(lián)劑和包括羧酸烷基酯的潤(rùn)滑劑。優(yōu)選所述潤(rùn)滑劑基本不含硬脂酸鋅。
文檔編號(hào)C08K5/10GK101100530SQ20071013916
公開(kāi)日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2002年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月16日
發(fā)明者J·E·加夫特, L·E·科勒, R·B·赫斯 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司