專利名稱：纖維素纖維復合物的制作方法
背景技術：
本發明涉及樹脂和纖維素或木素纖維素纖維的復合物。
樹脂，如在食品包裝中，具有廣泛的應用。通常由樹脂制成的食品容器在一次性使用后，被丟棄。
纖維素或木素纖維素纖維被大量地生產，加工和用于各個方面。在一次性使用后，這些纖維通常當作廢物被丟棄。結果產生了日益增加的廢纖維素或木素纖維素纖維，以及樹脂。
發明概述總體上說，本發明的特征在于包括一種樹脂和稠化的纖維素或木素纖維素纖維的復合物。
本發明的特征在于包括一種樹脂和稠化的纖維素或木素纖維素纖維的一種復合物，其中樹脂，如一種熱塑性樹脂，為至少約2重％，優選為至少約5重％。本發明的特征還在于包括聚乙烯和至少約5重％的稠化的纖維素或木素纖維素纖維的一種復合物。
本發明的另一個特征在于包括一種樹脂和纖維素或木素纖維素纖維的復合物，該復合物具有至少約3000磅/平方英寸(psi)的彎曲強度，或至少約3000psi的拉伸強度。
此外，本發明的特征在于制造一種復合物的方法，該方法包括剪切纖維素或木素纖維素纖維，以形成稠化的纖維素或木素纖維素纖維，然后將該稠化的纖維與一種樹脂混合。優選的方法包括用旋轉刀片切割機剪切纖維。本發明的特征還在于制造一種復合物的方法，該方法包括剪切纖維素或木素纖維素纖維，并將該纖維與一種樹脂混合。
本發明所用術語“稠化的纖維素或木素纖維素纖維”是指將所述纖維剪切到內部的纖維基本暴露出來的程度。至少約50％，更優選至少約70％的這些纖維具有長度/直徑比(L/D)為至少5，優選至少25，或至少50。稠化的纖維的一個實施例見

圖1所示。
本發明的復合物具有強度、重量輕和便宜的優點。用于制造復合物的原材料容易獲得，例如，這些原材料包括廢棄的由樹脂和廢纖維素或木素纖維素纖維組成的容器。
本發明的其它特征和優點通過下面優選的實施例和權利要求的描述將變得更加明顯。
附圖的簡要說明圖1為稠化的報紙的放大[---]倍的照片。
優選實施方案的描述優選的復合物包括一種樹脂和稠化的纖維素或木素纖維素纖維。
樹脂包封稠化的纖維素或木素纖維素纖維，并幫助控制該復合物的形狀。樹脂還向纖維傳遞外部的負載并防止纖維的環境和結構的損壞。優選的復合物包括約20重％-約60重％，更優選約30重％-約50重％的樹脂。
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、聚醚、熱塑性聚氨酯、PVC、尼龍、和其它樹脂。優選的是具有低熔體流動指數的樹脂。優選的樹脂包括具有低于3克/10分鐘，更優選低于1克/10分鐘的熔體流動指數的聚乙烯和聚丙烯。
樹脂可作為原材料購買，或作為廢料或廢棄的樹脂獲得，并通常以顆粒形式購買。優選作為廢料或廢棄的樹脂獲得，因為這些材料更便宜。樹脂的一個優選的來源是使用過的聚乙烯奶瓶。
稠化的纖維素或木素纖維素纖維為該復合物提供了強度。該復合物可包括重量百分比為約30％-約90％，更優選約50％-約70％的稠化的纖維素或木素纖維素纖維。纖維素纖維的例子包括紙和紙制品，木素纖維素纖維的例子包括木材、木質纖維、與木材有關的材料、以及由洋麻纖維、草、稻殼、甘蔗渣、棉花和黃麻衍生而來的材料。優選的纖維素纖維是新聞用紙。優選的木素纖維素纖維包括洋麻纖維和黃麻。
所述復合物也包含偶聯劑。該偶聯劑幫助親水性纖維與疏水性樹脂鍵合。偶聯劑的例子包括馬來酸酐改性的聚乙烯，如商標名為FUSABOND(得自特拉華的杜邦公司)和POLYBOND(得自UniroyalChemical，connecticut)系列。優選的偶聯劑是馬來酸酐改性的高密度聚乙烯，如POLYBONDMB 100D。
所述復合物還可包含配料領域技術人員已知的添加劑，如增塑劑、潤滑劑、抗氧化劑、遮光劑、熱穩定劑、著色劑、阻燃劑、抗微生物劑、抗沖改性劑、光穩定劑、抗靜電劑。起始原料的制備如果使用纖維素或木素纖維素纖維廢料，應該將其凈化和干燥。在將其與熱塑性樹脂混合前，必須將該纖維素或木素纖維素纖維稠化。該纖維可以通過任何一種機械方式或這些方式的結合來進行稠化。優選的稠化方法包括首先將這些纖維素或木素纖維素纖維用標準的剪切裝置切成1/4-1/2英寸的片。然后將這些片用旋轉切割機剪切，如在“Perry的化學工程手冊”(第6版，8-29頁，1984年)中描述的一種旋轉切割機(得自Sprout，Waldron公司)。然后將該稠化的纖維通過一個2毫米目的篩子，并可將其保存在密封的袋中。在使用前，應該立刻將其在約105℃干燥4-18小時(直到水含量低于約0.5％)。
樹脂可以以顆粒或丸狀形式購買，無需進一步純化或干燥后使用。如果在顆粒或丸狀樹脂表面含有水分，應在使用前干燥。復合物的制備復合物可按照如下方式制備將標準的橡膠/塑料復合2-滾壓機加熱至325-400℃。將所述樹脂(通常為丸狀或顆粒)加入到該加熱的滾壓機中。約10分鐘后，將偶聯劑加入到該滾壓機中。再過5分鐘后，將稠化的纖維素或木素纖維素纖維加入到該熔融的樹脂/偶聯劑的混合物中。該稠化的纖維在10分鐘的時間內加入。
從所述滾壓機中取出所述復合物，將其切成片并冷卻至室溫。然后，采用標準的模壓技術將其模壓成板狀。
或者也可以將各種配料裝入一混合機，如Banbury內混合機。在溫度維持在低于約190℃下將各種配料進行混合。然后，將該混合物進行模壓。
在另一個實施方式中，可以將各種配料在一個擠出混合機中混合，例如裝有共旋轉葉片的MARIS(Turin)TM 85型擠出機。將樹脂和偶聯劑在擠出機的入口處導入，將纖維素或木素纖維素纖維在沿擠出機長度的大約1/3處引入到熔融的樹脂中。擠出機的內部溫度保持在低于約190℃。在出口處，通過冷線切割而將所述復合物顆粒化。
或者也可以先在混合機中制備所述混合物，然后轉移至擠出機中進行擠出和顆粒切割步驟。
在另一個實施方式中，可以通過本領域的技術人員熟知的形成纖維的技術將所述復合物形成纖維。復合物的性能所獲得的復合物包括包封在樹脂介質中的纖維網絡。該纖維形成一種晶格網絡，該網絡為所述復合物提供了強度。由于將纖維素或木素纖維素纖維稠化，因此，與用未稠化的纖維素或木素纖維素纖維制備的復合物相比，可增加與所述樹脂鍵合的表面積的量。樹脂與暴露的纖維的表面鍵合，造成了纖維網絡與樹脂介質的均勻共混合。該纖維網絡與樹脂介質的均勻共混合進一步強化了所述復合物。應用樹脂/纖維復合物具有廣泛的應用。該復合物強力、重量輕，可用作，例如木材替代物。樹脂的涂敷賦予了該復合物防水的性能，使得該復合物可以在室外應用。例如可以將該復合物制成集裝箱，它可以在室外保存很長時間。實施例復合物可按照如下方式制備將標準的橡膠/塑料復合2-滾壓機加熱至325-400℃。將所述樹脂(通常為丸狀或顆粒)加入到該加熱的滾壓機中。約10分鐘后，樹脂卷在滾子上(即，樹脂熔融或熔結在滾子上)，將偶聯劑加入到該滾壓機中。再過5分鐘后，將纖維素或木素纖維素纖維加入到該熔融的樹脂/偶聯劑的混合物中。該纖維素或木素纖維素纖維纖維在10分鐘的時間內加入。
從所述滾壓機中取出所述復合物，將其切成片并冷卻至室溫。然后，采用標準的模壓技術，每批約80克將其模壓成6英寸×6英寸×1/8英寸的板狀。一種組成含有下列配料組成1配料 量(克)高密度聚乙烯1160舊報紙2240偶聯劑38組成1的性能如下彎曲強度(psi) 9810(ASTM D790)彎曲模量(109psi) 6.27(ASTM D790)第二種組成含有下列配料組成2配料 量(克)高密度聚乙烯1160舊雜志2240偶聯劑38組成2的性能如下彎曲強度(psi) 9060(ASTM D790)彎曲模量(109psi) 6.78(ASTM D790)1Marlex 160072用帶有2毫米目的篩子的旋轉切割機稠化3FUSABOND100D其它實施方式包含在權利要求書中。
權利要求
1.一種復合物，該復合物含有一種樹脂和纖維，其中所述纖維為纖維素或木素纖維素纖維，并且至少約2重％的所述纖維被稠化。
2.權利要求1的復合物，其中至少約5重％的所述纖維被稠化。
3.權利要求1的復合物，其中所述纖維為新聞用紙。
4.權利要求1的復合物，其中所述纖維為黃麻。
5.權利要求1的復合物，其中所述纖維為洋麻。
6.權利要求1的復合物，其中所述樹脂為雜志紙。
7.權利要求1的復合物，其中所述樹脂為漂白的牛皮紙板。
8.權利要求1的復合物，其中所述樹脂為熱塑性樹脂。
9.權利要求6的復合物，其中所述熱塑性樹脂為聚乙烯。
10.權利要求6的復合物，其中所述熱塑性樹脂為聚丙烯。
11.權利要求1的復合物，其中所述復合物含有約50％-約70重％的樹脂和約37％-約50重％的纖維。
12.一種復合物，該復合物含有聚乙烯和纖維，其中所述纖維為纖維素或木素纖維素纖維，并且其中至少約50重％的所述纖維被稠化。
13.一種復合物，該復合物含有樹脂和纖維素或木素纖維素纖維，其中該復合物具有至少3000磅/平方英寸的彎曲強度。
14.權利要求11的復合物，其中所述復合物具有至少6000磅/平方英寸的彎曲強度。
15.權利要求11的復合物，其中所述復合物具有至少10000磅/平方英寸的彎曲強度。
16.一種制造復合物的方法，該方法包括剪切纖維素或木素纖維素纖維，以形成稠化的纖維素或木素纖維素纖維，并將該稠化的纖維素或木素纖維素纖維與一種樹脂混合。
17.權利要求16的方法，其中所述樹脂為熱塑性樹脂。
18.權利要求17的方法，其中所述剪切纖維素或木素纖維素纖維的步驟包括用旋轉刀片切割機剪切。
19.一種制造復合物的方法，該方法包括剪切纖維素或木素纖維素纖維，并將該纖維素或木素纖維素纖維與一種樹脂混合。
全文摘要
本發明公開了一種樹脂和稠化的纖維素或木素纖維素纖維的復合物,及形成該復合物的方法。
文檔編號C08L101/00GK1276810SQ9881036
公開日2000年12月13日 申請日期1998年10月26日 優先權日1997年10月31日
發明者馬歇爾·梅多夫, 阿瑟·拉加斯 申請人:希樂克公司