技术领域
本发明涉及复合产品。此外本发明还涉及制造复合产品的方法。此外本发明还涉及最终产品及复合产品的应用。
背景技术
现有技术已知通常通过挤出法从基于木材的材料和聚合物形成的各种不同的木材-聚合物复合物。本发明的目的是揭示一种新的复合产品。本发明的另一个目的是揭示一种制造复合产品的新方法。本发明的另一个目的是生产新的最终产品。
发明内容
本发明提供了一种复合产品，其中该复合产品包含基于聚合物的材料和基于化学浆液的有机天然纤维材料，所述基于化学浆液的有机天然纤维材料与熔化的基于聚合物的材料混合以形成理论密度为930–1600千克/米3的混合物，其中所述纤维材料在与基于聚合物的材料混合之前的湿度小于5％，和由所述混合物形成具有孔体积的复合产品，所述形成包括成粒，所述成粒在背压下进行，从而使所述复合产品的孔体积小于15％。
在本发明一个优选实施方式中，所述有机天然纤维材料由有机天然起始材料通过先粉碎然后混合形成。
在本发明一个优选实施方式中，所述复合产品包含40-60％的有机天然纤维材料，干燥的复合产品在30小时内在50％相对湿度和22℃气氛的条件下吸收的水分含量小于复合产品的1.5重量％。
在本发明一个优选实施方式中，所述复合产品包含20-40％的有机天然纤维材料，干燥的复合产品在30小时内在50％相对湿度和22℃气氛的条件下吸收的水分含量小于复合产品的1.3重量％。
在本发明一个优选实施方式中，所述混合物的孔体积小于10％。
在本发明一个优选实施方式中，所述孔体积小于5％。
在本发明一个优选实施方式中，所述复合产品的密度至少是理论密度的85％。
在本发明一个优选实施方式中，所述复合产品是细粒形式。
在本发明一个优选实施方式中，所述有机天然纤维材料由从木材制备的基于化学浆液的材料形成。
本发明还提供了一种制造复合产品的方法，所述方法包括选择基于聚合物的材料和基于化学浆液的有机天然纤维材料，将所述基于化学浆液的有机天然纤维材料与熔化的基于聚合物的材料混合以形成理论密度为930–1600千克/米3的混合物，其中所述纤维材料在与基于聚合物的材料混合之前的湿度小于5％，和由所述混合物形成具有孔体积的复合产品，所述形成包括成粒，所述成粒在背压下进行，使得复合产品的孔体积小于15％。
在本发明一个优选实施方式中，所述复合产品通过成粒形成从而形成细粒形式的复合产品。
在本发明一个优选实施方式中，所述有机天然纤维材料由有机天然起始材料通过先粉碎然后混合形成。
本发明还提供了一种最终产品，所述最终产品由如本发明所述的复合产品形成。
在本发明一个优选实施方式中，所述最终产品由复合产品的细粒形成。
本发明还提供所述复合产品用于制造最终产品的应用。
附图说明
包括附图以提供对本发明的进一步理解，附图构成说明书的一部分，举例说明本发明的一些实施方式，与说明书一起帮助解释本发明的原理。附图中：
图1说明根据本发明一实施方式的方法的流程图，
图2是说明根据本发明的另一种实施方式的方法的流程图，
图3是说明根据本发明的另一种实施方式的方法的流程图。
具体实施方式
在本发明中形成了复合产品。根据本发明，复合产品包含基于聚合物的材料和有机天然纤维材料，所述有机天然纤维材料已经与基于聚合物的材料混合形成混合物，具有孔体积的复合产品由该混合物形成，使得复合产品的孔体积小于15％，该孔体积优选由包含纤维材料和基于聚合物的材料的复合产品确定。优选地，该复合产品是颗粒，细粒等。
在本申请中，复合产品优选是一种用于后加工中的中间产品，例如通过熔融进行后加工，例如通过注塑或挤出进行熔融后加工。在一种实施方式中，复合产品可作为最终产品使用。
在本申请中，有机天然纤维材料(以下还称为纤维材料)是指包含纤维的任何天然材料或组合物，例如基于木材的纤维、基于作物的纤维、粘胶纤维等。有机天然纤维材料可包括未经加工的天然纤维和/或基于天然纤维的加工纤维。有机天然纤维材料可包含一种或多种纤维材料组分。优选有机天然纤维材料包含至少一种基于纤维的组分。在一种实施方式中，纤维材料基于纤维素。在一种实施方式中，纤维材料包含纤维素纤维。在一种实施方式中，纤维材料包含有机天然纤维和/或纤维的一些部分。纤维材料可包括任何天然有机纤维和/或纤维的一些部分，例如木材纤维、作物纤维和/或它们的部分和组分。在一种实施方式中，纤维材料是以下形式：纤维、纤维组分与部分、和/或薄片或它们的组合。纤维材料可进行化学改性。
在一种实施方式中，有机天然纤维材料由有机天然起始材料通过先粉碎再混合而形成。在本申请中，有机天然起始材料是指包含纤维的任何材料或组合物。在一种实施方式中，有机天然起始材料包含纤维素。有机天然起始材料可包含一种或多种起始材料组分。在一种实施方式中，从有机天然起始材料中分离纤维材料。在一种实施方式中，对起始材料进行机械和/或化学改性。在一种实施方式中，起始材料为以下形式：片或网或压实的纤维基质或压实的纤维片，或大纤维或纤维束。
在一种实施方式中，有机天然起始材料选自基于浆液的材料、机制浆液、CMP、TMP、木粉、锯屑、碎片材料、纤维素、其衍生物和它们的组合。在一种实施方式中，有机天然起始材料包含基于浆液的材料，例如基于木浆或化学浆液的材料。在一种实施方式中，有机天然纤维材料由基于木浆的材料形成。在一种实施方式中，有机天然纤维材料由基于化学浆液的材料形成。在一种实施方式中，有机天然纤维材料由从木材制备的基于化学浆液的材料形成。在一种实施方式中，基于浆液的材料由选自下组的材料形成：浆液板、浆液片、浆液卷、粉碎的浆液材料、其衍生物和它们的组合。
基于聚合物的材料可包含任何合适的聚合物或聚合物组合物。在一种实施方式中，基于聚合物的材料是热塑材料。在一种实施方式中，基于聚合物的材料包含热塑组分。在一种实施方式中，基于聚合物的材料选自：聚烯烃如聚乙烯和聚丙烯，聚苯乙烯，聚酰胺，ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)，聚碳酸酯，生物聚合物如聚交酯，它们的衍生物和它们的组合。在一种优选的实施方式中，基于聚合物的材料选自聚乙烯、聚丙烯和它们的组合。基于聚合物的材料可包含一种或多种聚合物材料组分。此外，基于聚合物的材料可按需要包含添加剂和/或填料。在一种实施方式中，基于聚合物的材料的熔体流速MFR小于1000克/10分钟(230℃，2.16千克，ISO 1133定义)，更优选为0.1-200克/10分钟，最优选为0.3-150克/10分钟。在一种实施方式中，基于聚合物的材料的熔点低于250℃，优选低于220℃，更优选低于190℃。
优选将纤维材料与基于聚合物的材料混合以形成混合物。在一种实施方式中，可将合适和所需的添加剂加到起始材料、纤维材料和/或混合物中。
在一种实施方式中，在与基于聚合物的材料混合之前，纤维材料的湿度小于5％，优选小于4％，更优选小于3％，最优选小于2％。
在一种实施方式中，复合产品包含40-60％的有机天然纤维材料，干燥的复合产品在30小时内(50％相对湿度和22℃气氛)吸收的水分含量小于复合产品的1.5重量％。在一种实施方式中，复合产品包含20-40％的有机天然纤维材料，干燥的复合产品在30小时内(50％相对湿度和22℃气氛)吸收的水分小于复合产品的1.3重量％。在一种实施方式中，可测定干燥的复合产品从气氛吸收的水分。在测定之前必须干燥复合产品。在测定之前应将复合产品在120℃干燥48小时。在所有情况中，干燥温度应比聚合物的玻璃化转变温度或熔融温度低至少10℃。若干燥温度低于110℃，则应采用尽可能高的干燥温度、真空烘箱(真空水平优选低于0.01毫巴)、和48小时的干燥时间。对于吸湿测定，将至少10克产品置于板上。板上应只放置一层细粒。然后测定吸湿量，其为相对于干燥产品重量的增重。因此，若干燥的复合产品重量从10.0克增加到10.1克，则结果为1.0％。在这些测定中条件如下：温度为22℃，空气湿气含量为50％相对湿度。根据需要可采用不同的测定时间。
在一种实施方式中，混合物的孔体积小于10％，优选小于5％，更优选小于2％，最优选小于1％。
在一种实施方式中，由纤维材料和基于聚合物的材料组成的混合物的理论密度为930-1600千克/立方米，优选为1000-1500千克/立方米。理论密度根据混合物的组分和它们的密度而变化。较佳地，理论密度即为计算密度。
由于有机天然纤维具有吸湿特性，所以这些纤维通常包含水分。纤维的湿含量取决于，例如，纤维来源、纤维储存条件(如纤维储存地点环境的相对湿度和温度)、和纤维加工方式。在加工有机天然纤维时通常无法完全排除水分的存在，在一些情况中，过多的水分可能是有害的。在有机天然纤维和热塑性聚合物或其他聚合物复合物的情况中，加工中存在水分可能导致，例如，产品性质如机械强度和视觉外观变差。有机天然纤维-热塑/聚合物复合物的加工温度通常高于水的沸点，因为热塑/聚合物的熔点和/或玻璃化转变温度高于100℃。在高于水沸点的温度加工有机天然纤维-热塑/聚合物复合物时，纤维中所含水分的蒸发会导致在产品材料中形成孔隙。出现的孔隙例如为以下形式：在复合产品中的纤维表面和基质聚合物之间的气泡或间隙。形成孔隙的另一个原因是，在加工过程中因为其中除气不充分而夹杂了空气或其他环境气体。尤其是，加强纤维的供给带来了大体积的气体，需要在加工中予以去除。例如，在通过配混挤出制备有机天然纤维-热塑/聚合物复合物时，需要进行充分的排气以去除气态物质(包括水蒸气、夹杂空气与其他气体、和其他挥发性组分)。产品材料中形成的孔隙使得产品材料的密度降低。理想情况下，产品材料中没有不需要的孔隙。事实上，不论加工方式在尽可能减少孔隙形成方面如何优秀，都可能存在一些孔隙。因此，可利用密度作为表征有机天然纤维-热塑/聚合物复合材料的一种定量数据。复合材料可通过其理论/计算密度及其实验密度来表征。复合材料的理论/计算密度(ρt)由各种组分的质量和密度根据公式1来计算：
其中m1、m2和mn是复合材料各种组分的质量，例如包含纤维材料和基于聚合物的材料的复合产品或混合物，ρ1、ρ2和ρn是复合材料的各种组分的密度，例如包含纤维材料和基于聚合物的材料的复合产品或混合物。
在一种实施方式中，混合物的密度至少是理论密度的85％，优选大于90％，更优选大于95％，最优选大于98％。
在一种实施方式中，混合物包含10-90％的纤维材料，优选20-80％的纤维材料，更优选30-70％的纤维材料。
有机天然纤维材料可由其形状表征。用纤维的纵横比描述纤维形式。可以通过很多方式获知纵横比，例如纤维长度与纤维直径的比值。在此，纤维直径可以确定为纤维的平均厚度，如公式2所确定的：
其中D平均是纤维直径的平均值，
A纤维是纤维的表面积。
可以通过扫描电子显微镜由纤维的截面积确定A纤维。测量至少10个纤维的表面积，A纤维是这些结果的平均值。通过公式3确定纵横比：
其中：Ar是纵横比
dS是纤维长度
d平均是纤维直径的平均值
在一种实施方式中，纵横比(长度相对于宽度的比值)是5-40。在一种实施方式中，纵横比(长度相对于厚度的比值)是10-100。在一种实施方式中，纵横比是50-250。
在一种实施方式中，有机天然纤维材料包含至少30％、优选至少50％、更优选至少70％的纤维形式的纤维材料。在一种实施方式中，纤维材料主要为纤维形式。
在一种实施方式中形成特殊的材料组分，优选用于制造复合产品。在一种实施方式中，材料组分由有机天然起始材料(例如基于浆液的起始材料，如化学浆液)形成。在一种实施方式中，材料组分可为以下形式：纤维、纤维片段、薄片或它们的组合。在一种实施方式中，材料组分可与基于聚合物的材料混合使用。在一种实施方式中，使用材料组分来制造复合产品、最终产品或它们的组合。在一种实施方式中，使用本发明的材料组分作为最终产品。
在一种实施方式中，薄片至少包含纤维片段。优选有机纤维材料可包含至少一种纤维或至少一种纤维片段。在优选的实施方式中，纤维材料包含连接在一起的至少两种纤维和/或纤维片段。
在一种实施方式中，纤维材料的纤维的形状比值(纤维长度相对于纤维厚度的比值)至少为30。
在本发明方法中形成了复合产品。根据本发明，对基于聚合物的材料和有机天然纤维材料进行选择，使有机天然纤维材料与基于聚合物的材料混合形成混合物，具有孔体积的复合产品由该混合物形成，使得混合物的孔体积小于15％。
在本文中，粉碎意味着任何粉碎、研磨、切割等，或它们的组合。
在一种实施方式中，通过选自下组的研磨方法将有机天然起始材料粉碎：基于粉碎的研磨，基于磨蚀的研磨，基于磨擦的研磨，基于切割的研磨，基于喷砂的研磨，基于爆炸的研磨，湿法研磨，干法研磨，在压力下研磨以及它们的组合。在一种实施方式中，通过基于粉碎的研磨将起始材料粉碎。在一种实施方式中，通过切割研磨将起始材料粉碎。优选对起始材料进行粉碎，从有机天然起始材料中分离并切割出纤维。在一种实施方式中，用于研磨起始材料的研磨装置选自：冲击式研磨机、空气射流研磨机、砂磨机、粒磨机、珠磨机、球磨机、振动研磨机、螺杆研磨机以及它们的组合。可以在一个或多个研磨步骤中通过一种或多种研磨方法进行研磨。在一种实施方式中，通过在一个或多个步骤中研磨起始材料来形成纤维材料。
在一种实施方式中，在粉碎之后的预处理阶段中对纤维材料进行预处理。在一种实施方式中，方法包括至少一个预处理阶段。在一种实施方式中，预处理阶段包括至少一个选自下组的步骤：加热、冷却、混合、热-冷混合、附聚、预成粒、成丸和它们的组合。在一种实施方式中，在预处理过程中将基于聚合物的材料与纤维材料混合。在一种实施方式中，通过热-冷混合器、内部混合器如Banbury、连续混合器或其他合适装置进行混合。
在热-冷混合器中，可将纤维材料与基于聚合物的材料混合并附聚形成均一的配混物。纤维含量可在宽范围内调节，容易实现高含量。
在一种优选的实施方式中，在不施加压缩和压力的情况下将纤维材料与基于聚合物的材料结合。在一种实施方式中，在不施加压缩的情况下将纤维材料与基于聚合物的材料混合以形成混合物。在一种实施方式中，在粉碎和与基于聚合物的材料混合的步骤之间，在不施加压缩的情况下对纤维材料的纤维进行处理。在一种实施方式中，掺混时的压力为0-100巴。优选采用这样的压力使得纤维之间不形成结合，即，使得纤维材料与基于聚合物的材料混合，但不会在纤维材料的纤维之间形成结合。在一种实施方式中，与标准大气压的压差低于10巴。在一种实施方式中，与标准大气压的压差更优选低于3巴。在一种实施方式中，与标准大气压的压差最优选低于1巴。在一种实施方式中，与标准大气压的压差为0.001-8巴。在一种实施方式中，与标准大气压的压差更优选为0.002-2巴。在一种实施方式中，与标准大气压的压差最优选为0.003-0.5巴。
在一种实施方式中，纤维材料的纤维体相密度小于300千克/立方米，在一种实施方式中小于150千克/立方米，在一种实施方式中小于100千克/立方米，在一种实施方式中小于70千克/立方米。然后可以容易地将纤维材料与基于聚合物的材料结合。
在一种实施方式中将所需的添加剂和/或填料加到纤维材料和基于聚合物的材料的混合物中。在一种实施方式中，添加剂选自下组：性能提高剂、偶联剂、粘合促进剂、润滑剂、流变改性剂、脱模剂、防火剂、着色剂、防霉化合物、保护剂、抗氧化剂、紫外稳定剂、发泡剂、固化剂、助剂、催化剂和它们的组合。在一种实施方式中，填料选自下组：纤维状材料、有机填料、无机填料、粉末状加强剂、滑石、木材纤维、天然有机纤维和它们的组合。
在一种实施方式中，复合产品为颗粒形式。在本发明中，颗粒是指任何细粒、附聚物、丸粒或类似物。在一种实施方式中，复合产品为细粒形式。在一种实施方式中，复合产品通过成粒方法形成。在本申请中，成粒方法是指任何成粒方法、成丸方法、附聚方法或它们的组合。
在一种优选的实施方式中，细粒的尺寸在相同范围内。细粒的重量为0.01-0.10克，在一种实施方式中重量更大，在一种实施方式中重量更小。优选细粒的重量为0.015-0.05。100个细粒的重量为1-10克。优选100个细粒的重量为1.5-5克。更优选100个细粒的重量为2.5-4.5克。标准偏差小于10％，优选小于5％，更优选小于2％。
在一种实施方式中，复合产品通过选自下组的方法形成：挤出、成粒、混合方法、成丸和它们的组合。在一种实施方式中，复合产品可通过以下方式形成：混合装置、内部混合器、捏合机、成丸机、拉挤成型方法、拉钻方法、挤出装置或它们的组合。
在本发明的一种实施方式中，对包含纤维材料和基于聚合物的材料的混合物进行挤出。在一种实施方式中，在预处理之后对混合物进行挤出。在一种实施方式中，在粉碎之后将纤维材料直接供应到挤出工艺。在一种实施方式中，先将基于聚合物的材料与纤维材料混合，然后在没有预处理阶段的情况下进行挤出。在挤出时可使用任何合适的单螺杆挤出机或双螺杆挤出机，例如对转双螺杆挤出机或正转双螺杆挤出机。在一种实施方式中，可将不同的成丸工具与挤出机联合使用。在一种实施方式中，挤出阶段包括成粒步骤。在一种实施方式中，将成粒步骤安排在挤出之后进行。在一种实施方式中，成粒步骤是在挤出阶段之后进行的独立阶段。
在一种实施方式中，通过选自下组的方法进行成粒：水环、水下成丸、空气冷却、热表面和它们的组合。在一种实施方式中，成粒在水下进行。在一种实施方式中，成粒通过背压方式例如采用水下方法进行。在一种实施方式中，背压至少为1.5巴(绝对压力)，在一种实施方式中至少为3巴(绝对压力)，在一种实施方式中至少为5巴(绝对压力)，在一种实施方式中至少为8巴(绝对压力)。
在一种实施方式中，冷却介质是气体或液体。优选该介质是液体。更优选该介质主要为水。
在一种实施方式中，在水下保持的时间少于15秒。优选该时间少于5秒，最优选该时间少于2秒。短时间的技术效果是较少的水渗入到细粒中。
在一种实施方式中，水温超过40℃，优选超过65℃，最优选超过75℃。
在一种实施方式中，水温低于95℃，优选低于90℃，最优选低于85℃。当水在此温度范围时，细粒具有足够的能量，使得挤出后水分从细粒中蒸发除去。
在一种实施方式中，其中液体和细粒已经被分离的固化阶段之后，细粒的温度超过100℃，优选超过120℃，更优选超过140℃。
在一种实施方式中，其中液体和细粒已经被分离的固化阶段之后，细粒的温度比聚合物玻璃化转变温度或熔点低20℃，优选低10℃，更优选低5℃。
含聚合物材料的复合产品通常具有在通过模孔后发生膨胀的能力。由于该模具膨胀，细粒的直径可比模孔的直径大。模具膨胀也可能与复合产品内部气体的形成和膨胀有关。在本发明中，模具膨胀是细粒平均直径与模孔直径之间的比值。在一种实施方式中，模具膨胀低于1.15。在一种实施方式中，模具膨胀更优选低于1.00。在一种实施方式中，模具膨胀最优选为0.95-0.85。
在一种实施方式中，细粒直径小于模孔直径的1.5倍，优选小于1.03倍，最优选小于0.98倍。
在一种实施方式中，使用复合产品的细粒来形成最终产品。
一种技术效果是提供均一的自由流动的细粒。另一种技术效果是生产细粒供进一步加工。对于本发明重要的是，在有机天然纤维材料和基于聚合物的材料之间实现良好的配混。
成粒或成丸的主要任务是生产均一的自由流动的细粒供进一步加工。在一些工艺中，例如挤出和注塑，要求容易调节剂量的细粒以便于良好地进行生产。使用有机天然纤维时，预成粒更为重要。可采用不同方法制造天然纤维塑性细粒。使有机天然纤维复合物成粒的最重要部分不一定是生产细粒，而是对材料组分(例如天然纤维和基于聚合物的材料的组分)进行良好的配混。
生产细粒具有两个重要目标：配混并形成细粒。这两个目标可使用一台机器或使用不同的机器来实现。最简单的生产天然纤维-聚合物细粒的方法是使用一台机器来配混材料组分并使这种材料形成细粒。这种机器的一个例子是配备了成粒工具的配混双螺杆挤出机。在螺杆起点处将经过预处理的材料组分供给到配混挤出机中，从而尽可能快地开始熔融。材料组分可以是聚合物例如塑料、天然纤维、添加剂和填料。在一些情况中，可稍后供给纤维以免纤维破裂。稍后向挤出机中加入纤维还会影响纤维与塑料的分散。主要通过摩擦力将聚合物熔融，但也可利用一些外部加热。聚合物、添加剂和纤维在移动通过螺杆筒的过程中发生混合。将熔体配混物压过成粒工具，例如水下成丸机，就形成了细粒。
也可采用成粒以外的不同机器来进行配混。可采用例如挤出机来进行配混，挤出机可分为单螺杆、双螺杆或多螺杆机器。单螺杆可以配备光滑、刻槽或针形筒机器。双螺杆挤出机可以是锥形正转双螺杆挤出机、锥形对转双螺杆挤出机、平行正转双螺杆挤出机、平行对转双螺杆挤出机。多螺杆挤出机可配备转动或静态中心轴。还可采用例如以下的混合器来进行配混：内部混合器、加热-冷却混合器或z形桨叶混合器，或者采用符合以下条件的任何混合装置来进行配混：利用摩擦力或内部加热来熔融聚合物并且将纤维与聚合物和其他组分结合。混合可以是间歇或连续工艺。可通过低转速或高转速来进行混合；低速是指10rpm，高速是例如2000rpm。可采用任何这些工艺或这些工艺与一些其他工艺步骤的组合来进行配混。任何混合器或挤出机可包括一些直接包含于其中或者在挤出机之前或之后紧邻处连接的预处理或后处理。例如，在连续工艺中，开松、干燥、混合或它们的组合可与挤出机直接相连。
通常使用与挤出机或熔体泵连接的成粒工具来形成细粒。成粒工具可以是冷表面切割机或热表面切割机。在冷表面切割机中，当塑料处于固体形式时形成复合物细粒。冷表面切割机成粒工具的一个例子是线料成丸机。在热表面切割机中，在模板上切割熔融形式的细粒。热表面切割机成丸单元可分为三类：在空气中切割和冷却、在水中切割和冷却、或在空气中切割并在水中冷却。
在一种实施方式中，对细粒进行精整处理。对细粒的精整处理是例如干燥、除尘和包装。
在一种实施方式中，复合产品是天然纤维-聚合物复合产品。在一种实施方式中，复合产品是由基于木材的材料和基于聚合物的材料形成的。根据本发明，基于木材的材料是由包含纤维素纤维的基于浆液的起始材料形成的，起始材料已通过研磨进行了粉碎，将木材纤维材料与基于聚合物的材料混合。在一种实施方式中，基于浆液的起始材料由选自下组的材料形成：浆液板、浆液片、浆液卷、粉碎的浆液材料、其衍生物和它们的组合。在一种实施方式中，将基于浆液的纤维材料与基于聚合物的材料在不施加压缩的条件下混合以形成纤维-聚合物混合物。在一种实施方式中，可将所需的添加剂加到混合物中。
在一种实施方式中，使用复合产品来制造最终产品。在一种实施方式中，使用本发明的复合产品作为最终产品。可通过例如以下的任何合适方法从复合产品如细粒制造最终产品：注塑、再挤出、型面挤出或类似方法。
本发明提供了具有优良性质的复合产品和最终产品。利用本发明方法能成本有效且能量有效地从有机天然起始材料和纤维材料制备产品。本发明提供了具有优良性质的复合产品和最终产品。
本发明提供了从有机天然材料制造复合产品和最终产品的可工业应用、简单且可承受的方法。根据本发明的方法是容易实现且简单的生产方法。
根据本发明的方法适用于从不同的有机天然材料制造不同的产品。
实施例
通过以下实施例并参考附图1，2和3，更详细地描述本发明。
实施例1
在本实施例中，如图1中所示，由有机起始材料(1)和基于聚合物的材料(2)形成了复合产品。有机天然起始材料是基于浆液的材料。基于聚合物的材料是聚乙烯。
优选通过切割研磨对有机天然起始材料(1)进行粉碎(3)，形成纤维材料。将有机天然起始材料(1)的纤维(4)和基于聚合物的材料(2)在不施加压缩的条件下混合以形成混合物(5)。通过挤出阶段(6)从混合物形成复合产品(7)。复合产品是细粒形式。100个细粒的重量为3-4克。在该实施例中，有机天然纤维的纵横比优选高于5，更优选高于40，最优选高于80。
例如通过额外的挤出步骤从复合产品细粒形成最终产品(8)，
实施例2
在本实施例中，如图2中所示，由有机起始材料(1)和基于聚合物的材料(2)形成了复合产品。有机天然起始材料是基于浆液的材料。基于聚合物的材料是聚乙烯。
将有机天然起始材料(1)粉碎以形成纤维材料(4)，粉碎之后(3)通过热-冷混合(10)对纤维材料(4)进行预处理，形成附聚物(11)。热-冷混合(10)之后，将基于聚合物的材料(2)加到起始材料(1)的纤维材料(4)中。将包含纤维材料和基于聚合物的材料的附聚物(11)供给到挤出阶段(6)中，形成复合产品(7)。
实施例3
在本实施例中，如图3中所示，通过挤出阶段(6a-b)从包含纤维材料(1)和基于聚合物的材料(2)的混合物(5)形成复合产品(7)。
在挤出阶段(6)中，在挤出步骤(6a)中对混合物(5)进行挤出，在成粒步骤(6b)中使其成粒。在成粒(6b)时利用背压。绝对压力为2–10巴，更优选为2.5–9巴。在水下的保持时间为0.1–7秒，更优选为0.2–4秒。最优选在水下的保持时间为0.3–1。细粒直径小于模孔直径的1.1倍，优选小于1.04倍，最优选小于0.96倍。
实施例4
这种机器的一个例子是用配备线料成丸的正转双螺杆挤出机进行配混。在螺杆起点处将材料组分供给到配混挤出机的主进料中，从而尽可能快地开始熔融。材料组分是聚丙烯、略微改性的来自桦树的纤维素纤维、偶联剂和润滑剂，它们的比例是30：66：3：1。主要通过摩擦力将聚合物熔融，但也可利用一些外部加热。聚合物、添加剂和纤维在移动通过螺杆筒的过程中发生混合。将熔体配混物压过模板，形成绞股。空气冷却绞股，传送到成粒机，形成直径为3.5毫米、长度为1-5毫米的细粒。
实施例5
这种机器的一个例子是用配备水下成丸工具的锥形对转双螺杆挤出机进行配混。在螺杆起点处将材料组分供给到配混挤出机的主进料中，从而尽可能快地开始熔融。材料组分是聚乙烯、略微改性的来自针叶树的纤维素纤维、偶联剂和矿物填料CaCO3，它们的比例是50：40：3：7。主要通过摩擦力将聚合物熔融，但也可利用一些外部加热。聚合物、添加剂和纤维在移动通过螺杆筒的过程中发生混合。将熔体配混物压过模板进入腔室中的水中，该腔室中的水中的切割工具从熔体绞股形成直径为4.2毫米、长度为4毫米的丸。
实施例6
这种机器的一个例子是用配备筛分单元和水环成丸工具的单螺杆挤出机进行配混。在螺杆起点处将材料组分供给到挤出机的主进料中，从而尽可能快地开始熔融。材料组分是聚苯乙烯、略微改性的来自桉树的纤维素纤维、偶联剂和润滑剂，它们的比例是90：7：3：1。主要通过摩擦力将聚合物熔融，但也可利用一些外部加热。聚合物、添加剂和纤维在移动通过螺杆筒的过程中发生混合。将熔体配混物压过模板。切割之后用水冷却丸。丸的直径和长度分别为3.6毫米和6毫米。
实施例7
在本实施例中，由基于化学浆液的起始材料形成材料组分如纤维材料。对具有低的湿含量的纤维材料进行机械和/或化学改性。
将纤维材料细粒与基于聚合物的材料聚乙烯混合以形成丸。使用高密度和低密度的纤维材料细粒。高密度是指密度比理论密度低不到7％。低密度是指密度比理论密度小7-15％。
表1显示包含聚乙烯和纤维素纤维的混合物的丸，它们具有不同的纤维素纤维质量含量。
表1丸在50％相对湿度和22℃气氛中的吸湿量。丸的湿度测定通过称重％进行。
当复合产品包含40-60％的有机天然纤维材料时，干复合产品在30分钟时间内(50％相对湿度和22℃气氛)吸收小于复合产品重量0.2％的水分，优选小于复合产品重量0.15％，更优选小于复合产品重量0.1％。在一种实施方式中，纤维含量为40-60％，在30分钟内吸收水分的量小于0.2％，优选小于0.15％，更优选小于0.1％。
当复合产品包含20-40％的有机天然纤维材料时，干复合产品在30分钟时间内(50％相对湿度和22℃气氛)吸收小于复合产品重量0.15％的水分，优选小于复合产品重量0.13％，更优选小于复合产品重量0.1％。在一种实施方式中，纤维含量为20-40％，在30分钟内吸收小于0.15％，优选小于0.13％，更优选小于0.1％。
当复合产品包含40-60％的有机天然纤维材料时，干复合产品在6小时时间内(50％相对湿度和22℃气氛)吸收小于复合产品重量0.9％的水分，优选小于复合产品重量的0.7％，更优选小于复合产品重量的0.5％。在一种实施方式中，纤维含量为40-60％，在6小时内吸收小于0.9％，优选小于0.7％，更优选小于0.5％。
当复合产品包含20-40％的有机天然纤维材料时，干复合产品在6小时时间内(50％相对湿度和22℃气氛)吸收小于复合产品重量0.8％的水分，优选小于复合产品重量0.5％，更优选小于复合产品重量0.3％。在一种实施方式中，纤维含量为20-40％，在6小时内吸收小于0.8％，优选小于0.5％，更优选小于0.3％。
当复合产品包含40-60％的有机天然纤维材料时，干复合产品在30小时时间内(50％相对湿度和22℃气氛)吸收小于复合产品重量1.5％的水分，优选小于复合产品重量1.0％，更优选小于复合产品重量0.8％。在一种实施方式中，纤维含量为40-60％，30小时内吸收小于1.5％，优选小于1.0％，更优选小于0.8％。
当复合产品包含20-40％的有机天然纤维材料时，干复合产品在30小时时间内(50％相对湿度和22℃气氛)吸收小于复合产品重量1.3％的水分，优选小于复合产品重量0.8％，更优选小于复合产品重量0.5％。在一种实施方式中，纤维含量为20-40％，在30小时内吸收小于1.3％，优选小于0.8％，更优选小于0.5％。
从这些结果可以发现，在高密度丸中，纤维得到良好覆盖，被聚合物密封，这是因为其具有低孔隙率(固体结构)和低比表面积。因此这些丸不易于从气氛中吸湿，对于将干燥之后的丸敞开储存在空气之中不太敏感。
实施例8
本实施例揭示了制备具有一定密度的材料的方法。
制备具有一定密度的复合产品的合适方法如下所述。使用配备了成丸机的挤出机来配混复合产品的各组分。以一定方式操作纤维材料，使得进入挤出机中的水分较少，以一定方式将纤维和基于聚合物的材料供给到挤出机中，使得与材料一起进入挤出机中的夹杂的空气或其他气体非常少。此处“少”是指空气或其他气体的体积小于5体积％。将挤出机设计成具有足够的排气，以除去包括以下的气态物质：水蒸气、夹杂的空气与其他气体、和其他挥发性组分。以一定方式进行成丸，使得材料的湿含量非常低(小于0.5重量％)而材料的密度很高(比理论密度低不到5％)。
实施例9
本实施例描述了复合产品的理论/计算密度。
例如，可根据以下公式计算包含聚丙烯和纤维素纤维(密度分别为0.91克/立方厘米和1.5克/立方分米)的二元复合产品的理论密度/计算密度：
其中mPP是包含聚丙烯和纤维素纤维的二元复合产品中聚丙烯的质量分数，m纤维素是纤维素纤维的质量分数，ρPP是聚丙烯的密度(0.91克/立方厘米)，ρ纤维素是纤维素纤维壁的密度(1.5克/立方分米)。表2显示包含聚丙烯和纤维素纤维的二元复合产品的理论/计算密度，它们具有不同的纤维素纤维质量含量。
表2包含聚丙烯和纤维素纤维的二元复合产品的理论/计算密度。
若复合产品包含不同于聚丙烯的热塑性聚合物材料或不同于纤维素纤维的纤维(必须注意并非所有纤维素纤维都具有相同的密度)或者若复合产品除了热塑性聚合物和纤维以外还包含其他组分如其他聚合物、添加剂和无机与有机的填料，则理论/计算密度应根据公式2由各组分的质量和密度计算。
例如，对于包含聚丙烯、纤维素纤维和滑石的复合产品，各组分密度分别为0.91克/立方厘米、1.5克/立方厘米和2.7克/立方厘米，其理论/计算密度可根据以下公式计算：
其中mPP是包含聚丙烯、纤维素纤维和滑石的复合产品中聚丙烯的质量分数，m纤维素是纤维素纤维的质量分数，m滑石是滑石的质量分数，ρPP是聚丙烯的密度(0.91克/立方厘米)，ρ纤维素是纤维素纤维壁的密度(1.5克/立方分米)，ρ滑石是滑石的密度(2.7克/立方厘米)。表3显示包含聚丙烯、纤维素纤维和滑石的复合产品的理论/计算密度，它们具有不同的纤维素纤维质量含量和固定为10质量％的滑石含量。
表3包含聚丙烯、纤维素纤维和滑石的复合产品的理论/计算密度，它们具有不同的纤维素纤维质量含量和固定为10质量％的滑石含量。
例如，对于包含另一种热塑性聚合物、纤维素纤维和滑石的复合产品，各组分密度分别为1.24克/立方厘米、1.5克/立方厘米和2.7克/立方厘米，其理论/计算密度可根据以下公式计算：
其中mtp是包含另一种热塑性聚合物、纤维素纤维和滑石的复合产品中热塑性聚合物的质量分数，m纤维素是纤维素纤维的质量分数，m滑石是滑石的质量分数，ρtp是另一种热塑性聚合物的密度(1.24克/立方厘米)，ρ纤维素是纤维素纤维壁的密度(1.5克/立方分米)，ρ滑石是滑石的密度(2.7克/立方厘米)。表4显示包含热塑性聚合物、纤维素纤维和滑石的复合产品的理论/计算密度，它们具有不同的纤维素纤维质量含量和固定的为10质量％的滑石含量。
表4包含热塑性聚合物、纤维素纤维和滑石的复合产品的理论/计算密度，它们具有不同的纤维素纤维质量含量和固定为10质量％的滑石含量。
复合产品可通过其理论/计算密度及其实验密度来表征。可采用包括以下的几种技术来测定材料的实验密度：测定塑料密度的标准方法，例如EN ISO 1183-1，ISO 1183-2，ISO 1183-3：2004，以及它们在其他标准组织中的对应标准。还可采用其他方法来测定材料的实验密度，例如实验室和在线密度传感器以及使用具有特定密度的不同液体的浮/沉测试。另外，可通过例如以下方法来测定复合材料的密度：在升高的温度下同时施加真空从而压缩复合材料样品，然后通过例如以下方法来测定形成的经过压制和冷却的样品材料的密度：ISO 1183-1、ISO 1183-2、ISO 1183-3的方法，它们在其他标准组织中的对应方法，实验室和在线密度传感器，以及使用具有特定密度的不同液体的浮/沉测试。
复合产品可通过其理论/计算密度及其实验密度来表征。或者，复合产品可通过其孔体积来表征，孔体积可与材料的实验密度关联。孔体积可通过例如以下的密度测定方法来间接测定：EN ISO 1183-1，ISO 1183-2，ISO1183-3：2004，以及它们在其他标准组织中的对应方法，实验室和在线密度传感器以及使用具有特定密度的不同液体的浮/沉测试；测定时在升高的温度下同时施加真空来压缩复合材料的样品，然后通过例如以下的方法对形成的经过压制和冷却的样品材料的密度进行测定：ISO 1183-1，ISO 1183-2，ISO1183-3，以及它们在其他标准组织中的对应方法，实验室和在线密度传感器，以及使用具有特定密度的不同液体的浮/沉测试。复合产品可通过其理论/计算密度及其实验密度来表征。或者，复合产品可通过其孔体积来表征。孔体积可通过以下用于孔隙率测定的方法来直接测定，例如：计算机断层方法，水饱和和水蒸发方法，和热孔隙率测定法。可直接和/或间接地测定孔体积。
复合产品可通过其理论/计算密度及其实验密度来表征。复合产品的理论/计算密度根据公式1由各组分的质量和密度计算。对复合产品的理论/计算密度进行计算需要了解复合产品的组成。不了解复合产品的组成时，可采用多种分析方法来确定复合产品的组成。适用于确定未知组分组成的分析方法包括但并不限于物理、化学、热学、光学和显微学分析技术。可采用例如以下技术来分析未知组成的复合产品的组成：热重，量热，分光光度和显微分析，以及对未知组成的复合产品的不同组分进行选择性溶解从而获知组成该未知复合产品的各组分及其质量分数。
实施例10
本实施例揭示了制备具有一定密度的材料的方法。
制备具有一定密度的复合产品的合适方法如下所述。使用配备了成丸机的挤出机来配混复合产品的各组分。以一定方式操作纤维材料，使得进入挤出机中的水分较少，以一定方式将纤维和基于聚合物的材料供给到挤出机中，使得与材料一起进入到挤出机中的夹杂的空气和其他气体较少。此处“少”是指空气或其他气体的体积小于1体积％。将挤出机设计成具有足够的排气，以除去包括以下的气态物质：水蒸气、夹杂的空气与其他气体、和其他挥发性组分。以一定方式进行成丸，使得材料的湿含量较低(小于0.3重量％)且材料的密度较高(比理论密度低不到3％)。
实施例11
本实施例揭示了制备具有一定密度的材料的方法。
制备具有一定密度的复合产品的合适方法如下所述。使用配备了成丸机的挤出机来配混复合产品的各组分。以一定方式操作纤维材料，使得进入挤出机中的水分较少，以一定方式将纤维和基于聚合物的材料供给到挤出机中，使得与材料一起进入到挤出机中的夹杂的空气或其他气体极少。此处“少”是指空气或其他气体的体积小于0.5体积％。将挤出机设计成具有足够的排气，以除去包括以下的气态物质：水蒸气、夹杂的空气与其他气体、和其他挥发性组分。以一定方式进行成丸，使得材料的湿含量极低(小于0.1重量％)且材料的密度非常高(比理论密度低不到1％)。
实施例12
本实施例揭示了制备具有一定密度的材料的方法。
制备具有一定密度的复合产品的合适方法如下所述。使用配备了水下成丸机的正转双螺杆挤出机来配混复合产品的各组分。以一定方式操作纤维材料，使得进入挤出机中的水分较少，以一定方式使用强制进料器从主进料和侧进料部分将纤维和基于聚合物的材料供给到挤出机中，使得与材料一起的夹杂的空气或其他气体较少。将挤出机设计成具有足够的排气，以除去包括以下的气态物质：水蒸气、夹杂的空气与其他气体、和其他挥发性组分。以一定方式进行水下成丸，使得材料的湿含量较低且材料的密度较高。
实施例13
本实施例揭示了制备具有一定密度的材料的方法。
制备具有一定密度的复合产品的合适方法如下所述。使用配备了水下成丸机的正转双螺杆挤出机来配混复合产品的各组分。以一定方式操作纤维材料，使得进入挤出机中的水分较少，以一定方式使用强制进料器从主进料和侧进料部分将纤维和基于聚合物的材料供给到挤出机中，使得与材料一起的夹杂的空气或其他气体较少。将挤出机设计成具有足够的排气，以除去包括以下的气态物质：水蒸气、夹杂的空气与其他气体、和其他挥发性组分。以一定方式进行水下成丸，使得材料的湿含量较低且材料的密度较高。
在不同实施方式中，根据本发明的材料组分和复合产品适用于不同最终产品。在不同实施方式中，根据本发明的方法适用于制造各种不同的复合产品。
本发明并不仅仅限于上述实施例；相反，可以在由权利要求书限定的本发明概念范围内进行许多变化。