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CN103502331B - 包含生物填料和特定聚合物的复合材料 - Google Patents

包含生物填料和特定聚合物的复合材料 Download PDF

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CN103502331B CN201280018205.1A CN201280018205A CN103502331B CN 103502331 B CN103502331 B CN 103502331B CN 201280018205 A CN201280018205 A CN 201280018205A CN 103502331 B CN103502331 B CN 103502331B
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Abstract

一种复合材料，该复合材料包含10-98%（重量）的生物基微粒填料或纤维填料以及至少2%（重量）的聚酯，聚酯源自脂肪族多元醇，含2-15个碳原子和一个多元酸，其中，多元酸包含至少10%（重量）的三羧酸。最好填料为微粒、纤维及/或无规或有规层状。可使用植物填料，详细来说，使用纤维素或木质纤维素材料，更具体来说，使用一种或多种材料，选自木屑、木薄片、锯屑、纸浆如（再生）纸纸浆或其他纤维纸浆，以及来自植物的纤维，如棉、麻、亚麻和大麻。可使用动物性填料，特别是动物性纤维如羊毛、毛发、丝线或羽毛。最好多元醇选自甘油、山梨糖醇、木糖醇、甘露糖醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇和1,2-乙烷二醇中一种或多种，尤其是甘油。多元酸最好是脂肪族二元酸或三元酸，含3-15个碳原子。适用酸包括例如柠檬酸、琥珀酸和衣康酸。根据本发明的复合材料具有阻燃性能，使其特别适用于注重耐火性的应用中。

Description

包含生物填料和特定聚合物的复合材料
技术领域
本发明涉及包含填料和特定聚合物的复合材料。更具体来说，本发明涉及包含生物基微粒填料或纤维填料以及特定聚合物的复合材料。
背景技术
包含生物基微粒填料或纤维填料的复合材料在本技术领域非常普遍，它们包括，例如，包含植物填料的复合材料，如中密度纤维板（MDF）、高密度纤维板（HDF）、胶合板、称为碎料纸板或华夫刨花板的定向刨花板（OSB）、碎料板及纸树脂复合材料如FormicaTM。这些材料使用植物微粒填料或纤维填料，同时使用聚合物使材料不分散。
用于制造这些类型复合材料的传统聚合物存在许多缺点。根据其性质，它们可能会逐渐释放甲醛，含有这些聚合物的复合材料无法以有机废物进行处理，且燃烧时可能会释放有害物质。本发明现将提供一种能解决这些问题的复合材料。
发明内容
本发明涉及一种复合材料，该复合材料包含10-98%（重量）的生物基微粒填料或纤维填料以及至少2%（重量）的聚酯，聚酯源自脂肪族多元醇，含2-15个碳原子和一个多元酸，其中，多元酸包含至少10%（重量）的三羧酸。
本发明中使用的聚酯不含芳香结构或N、S杂原子。更具体来说，本发明中使用的聚酯基本由碳、氢和氧原子组成。因此呈现燃烧彻底的性能，符合HSE要求，且适合以有机废物进行处理。
因此与使用传统聚合物的复合材料不同，根据本发明的复合材料能以有机废物进行处理。
聚合物在水中缓慢地水解。因此，当复合材料用作填埋时，聚合物会慢慢降解，使得生物基微粒填料或纤维填料得以生物降解。
令人惊讶的是，我们发现根据本发明的复合材料表现出很高的耐火性。这使得根据本发明的复合材料特别适于用作建筑材料以及注重耐火性的其它应用中。因此根据本发明的复合材料结合了良好的技术性能和良好的处理性能。
另一个优点是，根据本发明的复合材料中使用的聚合物可全部源自可再生植物资源。无需依赖矿物燃料。
再一个优点是，根据本发明的复合材料可全部源自可再生生物衍生资源，尤其是植物资源。无需依赖矿物燃料。
生物基微粒或纤维原料在根据本发明的复合材料中用作填料。如果填料的用量小于10%（重量），可能难以获得具有所需特性的复合材料。如果填料的用量大于98%（重量），则基体聚酯的用量会太少，无法使产品具备所需特性。
在一实施例中，所用填料的用量为至少20%（重量），详细来说是至少40%（重量），更具体来说，是至少50%。在一些实施例中，填料的用量可以是最多95%，更具体来说，是最多90%。
所用聚酯用量为至少2%（重量）。最好所用聚酯的用量为至少5%（重量），更具体来说，是至少10%（重量）。
聚酯的用量还不得高于80%（重量），否则填料的用量会过低。
使用的填料是生物基微粒填料或纤维填料。本说明书范围内的措辞“生物基”表示源自植物或动物性材料的填料。也可使用不同类型不同材料的填料组合。
在一实施例中，使用的填料是植物微粒填料或纤维填料。这种情况下的填料可以是纤维素或木质纤维素材料。
填料可以是单个微粒或纤维形式，也可以是混合料形式，例如，织物层或非织物层形式。
本说明书范围内的措辞“纤维”包括单丝、复丝、线、带、条、以及具有规则或不规则横截面且长度实际上大于宽度和厚度的其它细长物体。
在一实施例中，纤维型填料为多孔片状材料，例如，片材，其中纤维随机或非随机取向。
在一实施例中，纤维在纤维层中，例如，在非织物片材中，随机取向。
在另一实施例中，纤维非随机取向。本说明书范围内的措辞“非随机取向”意指纤维或多或少有规则地彼此连接的所有结构。例如，包括织物层、编织层、纤维平行取向的纤维层，以及纤维以重复构型彼此连接的任何其它纤维层。适用材料例如，棉或亚麻织物层或非织物层。
在一实施例中，纤维层网格宽度范围为0.01mm至5mm。
在另一实施例中，填料以微粒材料为主，例如，粉末、粉尘、纸浆、破碎纤维、薄片或碎片。例如包括木屑、木薄片、锯屑、纸浆如（再生）纸纸浆或其它纤维纸浆。
在另一实施例中，填料以植物纤维为主。例如包括棉、麻、亚麻、大麻等。
填充材料也可以是动物性填料，特别是动物性纤维如羊毛、毛发和丝线，以及取自于羽毛，例如，鸡毛纤维。适用时也可使用动物内脏部分。
填料最好具备纤维特征或层状特征，例如，最大尺寸—长度和最小的尺寸—厚度之间的纵横比，应至少为3，详细来说，至少为5。在一些实施例中，纵横比可能至少为10，或甚至更高。据认为，具备纤维特征或层状特征的材料其定向性更好，例如，能提高其强度。
通过组合填料与聚合物或聚合物前驱体，并经过固化步骤，可获得根据本发明的复合材料。
填料与聚合物或聚合物前驱体可以各种方式结合，这取决于填料和聚合物的类型和用量。
在一实施例中，聚合物或聚合物前驱体为液体。
在一实施例中，使用常规混合装置通过液体混合填料。在另一实施例中，将填料送至模具内，液体应用至模具中的填料上。在又一实施例中，复合材料为层积材，层积材可通过，例如，液体聚合物或聚合物前驱体涂布或浸渍各层获得。在所有情况下，产生的填料和液体聚合物组合须经过固化步骤，从而得到固体复合材料。
我们还设想了不同方法的组合，例如，层积材和混合材料的组合。
在一实施例中，填料与液相单基体结合，产生的组合须经过固化步骤，从而得到固体复合材料。
如上文所述，在另一实施例中，多元醇与多元酸相结合，并经过聚合作用形成液体聚合物。接下来液体聚合物与填料相结合，产生组合物经过固化步骤，从而得到固体复合材料。
在本实施例中，起始材料是具备一定聚合度的聚合物，其聚合度使聚合物保持液态。在本说明书中，后续与填料结合使用的液体聚合物也称为预聚物。
形成预聚物的过程中，进行聚合作用的程度须使液体聚合物形成时，其粘度使得填料可掺入其中，但不存在混溶性问题。选择性地，可加热聚合物以降低其粘度。应由本领域技术人员，考虑混合的特定类型、填料的性质和用量、以及聚合物的性质和用量，来确定合适的粘度。
需要的话，预聚物制造过程中可在反应混合物中添加溶剂，以降低产品粘度。例如，以聚合物和溶剂的总量计算，使用的溶剂其用量可以是5-50%（重量），具体来说，是5-20%（重量）。虽然也可使用其它极性溶剂，但出于环境和成本考虑，优选使用水。
一般情况下，预聚合作用可在20℃至200℃的温度范围内进行，在40℃至150℃的温度范围内比较好，在40℃至130℃的温度范围内更好。预聚合反应可在大气压力下进行，但需要的话，也可在较高或较低的压力下进行。
预聚物的聚合度可能在20%至98%（重量）的范围内（以混合物的重量减轻为基础计算得出），详细来说，在40%至98%（重量）的范围内，或20%至50%（重量）的范围内。预聚合的程度将取决于所需的粘度和后续聚合步骤。
在另一实施例中，通过组合填料与固相预聚物，并使组合物经受一定温度和压力以首先熔融聚合物使其与填料接合，然后允许聚合物进一步聚合以固化材料，从而获得根据本发明的复合材料。在本实施例中，所提供的聚合物可以是，例如，微粒或薄膜。
下文将讨论聚合反应。除非另有说明，否则以下内容适用于存在填料的情况下进行的聚合作用，以及没有填料的情况下，即，预聚物制造过程中进行的聚合作用。
用于本发明的起始材料是具有2-15个碳原子和一个多元酸的脂肪族多元醇，其中，多元酸包含至少10%（重量）的三羧酸。
本发明中使用的多元醇不含芳香结构或N、S杂原子。更具体来说，所用多元醇为仅包含碳、氢和氧原子的脂肪族多元醇。本发明中使用的多元醇包含至少两个羟基，详细来说，至少三个羟基。一般情况下，羟基数为10个或更少，更具体来说，为8个或更少，甚至6个或更少。
多元醇具有2-15个碳原子。更具体来说，多元醇具有3-10个碳原子。
最好多元醇不包含羟基以外的其它非碳基。最好多元醇在其主链中不含有杂原子，包括氧气。
在本发明的一个优选实施例中，与碳原子数相比，多元醇包含了相对大量的羟基。例如，羟基数和碳原子数之间的比值范围从1:4（即每4个碳原子对应一个羟基，或8个碳原子对应一个二元醇）到1:0.5（即每2个羟基对应一个碳原子）。详细来说，羟基数和碳原子数之间的比值范围从1:3到1:0.75，更具体来说，从1:2到1:0.75。特别优选的一组多元醇是羟基数和碳原子数之间的比值范围从1:1.5到1:0.75。我们认为，羟基与碳原子的比率为1:1的化合物最好。
合适的多元醇包括例如甘油、山梨糖醇、木糖醇和甘露糖醇，以及二元醇组1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-乙烷二醇。选自甘油、山梨糖醇、木糖醇和甘露糖醇的化合物比较好，最好的是使用甘油。
优选使用甘油的原因如下：首先，甘油的熔点为20℃，更容易处理，特别是与熔点远高于90℃的木糖醇、山梨糖醇和甘露糖醇相比。此外，研究发现甘油能形成高品质聚合物，因此源材料易使用，加工条件良好，产品品质高。
也可使用不同类型醇混合物。
然而，最好醇包括至少50%（摩尔）的甘油、木糖醇、山梨糖醇或甘露糖醇，特别是甘油，最好至少70%（摩尔），更具体来说，至少90%（摩尔），或甚至至少95%（摩尔）。在一实施例中，醇基本上由甘油组成。
甘油的使用是本发明的一个具体实施例，甘油是通过甘油酯与一元的酯交换反应生产生物柴油的副产品。适用一元醇包括C1-C10一元醇，详细来说是C1-C5一元醇，更具体来说是C1-C3一元醇，特别是甲醇。甘油酯是单酯，二酯以及甘油的酯和脂肪酸，脂肪酸通常含有10-18个碳原子。使用相关甘油生产生物柴油的适用方法在本技术领域非常普遍。
多元酸不含芳香结构或N、S杂原子。更具体来说，所用多元酸为仅包含碳、氢和氧原子的脂肪族多羧酸。最好多元酸不包含羧酸基以外的其它功能基。最好多元酸在其主链中不含有杂原子，包括氧气。
多元酸包含至少10%（重量）的三羧酸，无论是否与二羧酸、其它三羧酸及其混合物组合。
在一实施例中，以多元酸的总量计算，多元酸包含至少30%（重量）的三羧酸，最好为至少50%（重量）。在一实施例中，三羧酸的用量为至少70%（重量），更具体来说，至少为90%（重量），或甚至至少95%（重量）。在一实施例中，多元酸基本上由三羧酸构成，其中，措施“基本上”是指可能存在其它酸类，但用量不影响材料性能。
在一实施例中，以多元酸的总量计算，多元酸包含至少10%（重量）的二羧酸，至少30%（重量）比较好，最好为至少50%（重量）。在一实施例中，二羧酸的含量为至少70%（重量）。
在一实施例中，多元酸包含至少10%（重量）的三羧酸和至少2%（重量）的二羧酸，更具体来说，至少10%（重量）的三羧酸和至少5%（重量）的二羧酸，或至少10%（重量）的三羧酸和至少10%（重量）的二羧酸。在本实施例中，两种类型酸之间的重量比可在较宽泛范围内变化，取决于所需材料的性质。在一实施例中，二羧酸占二羧酸和三羧酸总重的2%至90%（重量），详细来说，是5%至90%（重量），更具体来说是10%至90%（重量），取决于所需材料的性质。值得注意的是，以上规定的三羧酸的最佳比重也适用于本实施例。
研究发现使用三羧酸，尤其是柠檬酸，会形成高品质的复合材料，特别是与例如甘油等三醇结合使用时。不欲受理论限制，我们相信，使用三酸，尤其是结合三醇使用三酸能形成高品质的复合材料，原因有很多。首先，使用三酸，尤其是结合三醇使用三酸能形成高度交联的聚合物，从而提高强度。此外，使用三酸，尤其是结合三醇使用三酸时，酸或羟基极有可能与填料上的活性基发生物理或化学上的相互作用。从而加强填料和聚合物之间的粘接，这是创建复合材料的关键所在。通过选择三酸和三醇的用量，并通过选择聚合度，可控制相互作用的程度。值得注意的是，这是与二羧酸和二醇聚合形成的复合材料的关键区别。
如果使用，二羧酸可以是含有两个羧酸基，且通常含有最多15个碳原子的任何二羧酸。适用二羧酸包括例如衣康酸、苹果酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸和癸二酸。衣康酸和琥珀酸为优选二羧酸。
三羧酸可以是含有三个羧酸基，且通常含有最多15个碳原子的任何三羧酸。适用三羧酸包括例如柠檬酸、异柠檬酸、乌头酸（顺式和反式）、以及3-羧基-顺式、顺式-己二烯二酸。出于成本和可用性考虑，优选使用柠檬酸。柠檬酸可以无水形态提供。不过，由于水的存在不会对制程造成损害，因此可能，且优选使用一水柠檬酸为起始材料。
多元醇与多元酸之间的摩尔比率受所用醇和酸中反应组数量之间的比率决定。
通常，氢氧基数量和酸基数量之间的比率在5:1和1:5之间。详细来说，该比例可在2:1和1:2之间，更具体来说，在1.5:1和1:1.5之间，最好在1.1:1和1:1.1之间。理论摩尔比是1:1。
醇与酸相结合以形成液相。根据化合物的性质，可通过（例如）将混合物加热至酸能在醇中，特别是在甘油中溶解的温度，来完成该过程。根据化合物的性质，温度范围可能是，例如，20-200℃、40-200℃、60-200℃或90-200℃。在一实施例中，可对混合物进行加热并混合5分钟至2小时，更具体来说，10分钟至45分钟，温度范围为100-200℃，详细来说，为100-150℃，更具体来说，为100-130℃。
如果加入例如水等溶剂，温度可以更低，例如，在40℃或更高范围，如40-100℃，详细来说，50-100℃，因为水会帮助酸在醇中，特别是在甘油中溶解。在本实施例中，可对混合物进行加热并混合5分钟至2小时，更具体来说，10分钟至45分钟，温度在指定范围。
如果需要，可在反应混合物中添加聚合作用催化剂。制造聚酯的适用催化剂普遍用于本技术领域。它们包括，例如，对甲苯磺酸酯、草酸锡和硫酸。应由本领域技术人员负责选择适用的催化剂。
然而，据发现，催化剂的使用通常不是必需的。
目标聚合物为多元醇和多元酸的反应产物。反应介质中可能存在其它成分，但最好不要与反应产物的性质发生实质性冲突。可能存在其它适用成分包括催化剂和着色剂。在一实施例中，小于20%（重量）的反应混合物应由其它成分构成，小于15%（重量）比较好，小于10%（重量）更好。在一些实施例中，最好混合物包含小于5%（重量）的附加成分，或甚至小于2%（重量）。以上所指的是最终产品中的成分。例如，从最终产品中蒸发掉的水或其它溶剂，以及任何可能添加的其它气体成分，均不包含在内。计算时同样不考虑填料及其它固体成分。
包含醇和酸的液体混合物置于反应条件下。反应条件包括20℃至200℃之间的温度。反应温度将取决于所需的反应时间以及存在或不存在催化剂。在一实施例中，反应温度为50℃至150℃，详细来说，是80℃至130℃。温度上升会导致反应时间减少。在规定范围内选择较高的温度会提高反应速率，但发生如脱羧反应等不良副作用的风险也将增加。考虑到上述情况，应由本领域技术人员负责选择合适的反应温度。
在一实施例中，聚合物是甘油-三羧酸聚酯，详细来说是甘油柠檬酸聚酯，碳含量最多43.00%（重量），氢含量最多5.40%（重量）。
在根据本发明的制程中，填料与聚合物或聚合物前驱体的组合会经过升温和升压处理，直至聚合物固化。
聚合物固化通常指混合物达到至少70%的聚合度，详细来说是至少80%，更具体来说是至少90%，在一些实施例中，至少95%。
最好聚合物和填料的组合经过的升温处理温度范围为20-200℃，详细来说为40-150℃，更具体来说为80-130℃，经过的升压处理压力范围为1-100bar，详细来说为2-50bar，更具体来说为2-20bar，经过至少5分钟，直到聚合物固化。反应时间和温度的更佳选择请参考本文其它地方所述内容。
在一实施例中，聚合物至少90%固化之前反应混合物的温度不会提升至130℃以上。这样可以有效防止酸分解，酸分解可能会导致产品变色，并可能影响聚合物性能。最好聚合物至少95%固化之前反应混合物的温度不提升至130℃以上。更具体来说，是聚合物至少98%固化之前。据认为，当反应结束或基本上结束时，聚合物将能承受更高的温度，因为此时酸已经及时聚合，能降低脱羧反应的风险。例如，据发现，当达到所需固化程度时，聚合物可进一步加热至例如150℃的高温而不产生任何问题。这意味着它可以用在许多任务业和技术应用中。在一实施例中，聚合物至少90%固化之前反应混合物的温度最好不要提升至125℃以上。最高温度为120℃可能更好。同样更好的是，聚合物至少95%固化之前反应混合物的温度不要超过以上值。更具体来说，是聚合物至少98%固化之前。
在一实施例中，优选至少一部分时间在水的沸点以上进行反应，也就是，在液体的蒸汽压力等于液体周围的环境压力的点以上进行反应。因此，在大气压下进行反应时，优选在高于100℃的温度下进行反应，更具体来说，是在105℃或更高温度下进行。本实施例中在减压下进行反应时，可在较低温度下进行反应，例如，0.10mbar压力下进行反应时，温度在80℃至100℃之间。
聚合反应时间将取决于聚合温度和所需聚合度，且可在较宽泛范围之间变化。在一实施例中，聚合反应时间为5分钟至5天之间。使用催化剂且温度提升时，聚合反应时间可以为（例如）5分钟至12小时，更具体来说是0.5小时至6小时。聚合反应时间也可以是至少1个小时，或者至少2小时，或至少4个小时。在一实施例中，聚合反应时间为2小时至5天，详细来说，是2小时至24小时，具体来说，是4小时至18小时，更具体来说，是8小时至20小时。
可设想各种温度和压力范围的组合。
在一实施例中，从反应开始直到聚合物至少90%固化期间的至少一部分时间，反应混合物的温度保持在100℃至130℃之间。更具体来说，可取的是，从反应开始直到聚合物实现所需固化度的整个期间，反应混合物的温度始终保持在100℃至130℃之间。
在一实施例中，醇和酸在50℃至200℃的温度下混合5分钟至1小时。加入填料，然后将混合物倒入模具中，并保持50℃至200℃的温度，详细来说，保持80℃至150℃的温度，更具体来说是90℃至150℃的温度，持续0.5小时至5小时，详细来说，持续2-36小时。
在另一实施例中，醇和酸与水混合，计算出的酸的总用量为例如2-10%（重量），持在40℃至100℃的温度范围内，详细来说是保持40℃至80℃的温度范围内，持续5分钟至1小时。加入填料，然后将混合物倒入模具中并进行上述流程。
在一实施例中，预聚物与填料组合时所处的温度会提升，例如，在高于60℃的温度下，详细来说，在高于80℃的温度下。在一实施例中，温度介于100℃和150℃之间。预聚物与填料组合时具有相对较高的温度，其优点在于，能有利于处理具有相对高聚合度且粘度适中的聚合物。这样能确保了最终复合材料的固化步骤持续时间相对较短。
在混合物中添加粉状聚合物，例如，用量为1-20%（重量），可提高聚合反应速率。我们认为这样可生产较低密度的材料。
据发现，聚合物能很好地附着于玻璃和金属上。因此，聚合反应的最后阶段，包括聚合物和填料的温度和压力处理，最好在涂覆不粘涂层的容器中进行。不粘涂层可以是，例如特氟隆涂层、或硅酮橡胶涂层。适用涂层材料在本技术领域非常普遍。
最好混合和反应阶段在惰性气氛中进行，例如，在氮气或氩气条件下进行，以防止聚合物或单基体与空气中的氧气发生反应，导致聚合物变黄。
本发明中所用的聚合物与水接触时会慢慢水解。水解的速度取决于聚合度。因此，如果需要一定程度的降解性，例如，在包装应用中，则可选择较低的聚合度，例如，70%至90%之间的聚合度。但是，如果要求材料性能更稳定，降解时间更长，则较高的聚合度可能更具吸引力。在这种情况下，可能需要90%以上的聚合度，例如，至少93%、至少96%、或至少98%。
通常，具有较低转化度的材料相比具有更高转化度的材料更加灵活。
如果需要这种材料，根据本发明的复合材料可包括其它聚合物。在一实施例中，优选这些聚合物可降解及/或使用生物材料。适用聚合物包括例如源自乳酸、乙醇酸、纤维素和生物乙醇的聚合物。
最好根据本发明的材料没有包含N、S杂原子的环氧树脂和其它树脂。在一实施例中，根据本发明的复合材料含有小于5%（重量）的环氧树脂，详细来说，含有小于2%（重量）的环氧树脂。
在一实施例中，本发明使用的聚合物包含小于10%（重量）的含氧、碳和氢原子以外其它原子的化合物。
复合材料可包含其它成分。例如包括惰性填料如灰分、碳、二氧化硅（砂）、二氧化钛和其它惰性材料。
复合材料可以是成形体。成形体包括例如，平板，压出型材、以及使用模具铸造的任何其它三维形状。
在一实施例中，本发明涉及使用根据本发明的复合材料制成的平板。平板的厚度可以在（例如）1mm至4mm的范围内，详细来说在2mm至2.5mm的范围内。平板的宽度可以为10cm至3m，详细来说为20cm至2m。平板的长度可以在（例如）30cm至5m的范围内，详细来说在1m至4m的范围内。平板还可具有圆形或不规则形状。
在另一实施例中，本发明涉及复杂形状的物件，即不平坦的物件。此类复杂形状物件可用于多种应用中。
根据本发明的复合材料有许多用途。
据发现，根据本发明的复合材料尤其适用于可能存在火灾危险的地方。
火是危险的，可能发生于许多地方，从住宅到火车、飞机、轮船、卡车、客车等交通工具、及办公室、工厂、隧道和开阔区域。为了防止火灾相关风险，很多地方都使用了阻燃材料。为了提高材料的阻燃性，通常在其中添加阻燃添加剂。这些添加剂包括含有（例如）溴、氯或碘的卤代阻燃剂、金属水合物、以及氮和磷系阻燃剂。不过，据发现，这些阻燃添加剂本身可能构成HSE风险。特别是含卤化合物，如含溴化合物。
因此，本技术领域需要只能缓慢着火，具备可自熄性能，或可能根本不会着火的材料。这类材料可广泛用于需要防止火灾的许多应用中。据发现，本发明复合材料中使用的特定聚酯，以及复合材料本身，均具有良好的阻燃性能。更具体来说，复合材料不容易着火，具备可自熄性能，且可能根本不会着火。
使用包含特定聚酯的复合材料可减少例如卤代阻燃剂、金属水合物、以及氮和磷系阻燃剂等阻燃添加剂的含量。根据不同的应用，使用特定聚酯后甚至完全无需使用例如卤代阻燃剂、金属水合物、以及氮和磷系阻燃剂等阻燃添加剂。
因此，本发明还涉及配套部件，包括易通过热负荷降解的部件和包含阻燃成分的部件。本发明的配套部件还有很多其它优点，以下将进一步说明这些优点。
本发明涉及配套部件，包括易通过热负荷降解的部件和包含本发明复合材料的部件，复合材料包含10-98%（重量）的人工合成微粒填料或纤维填料以及至少2%（重量）的聚酯，聚酯源自脂肪族多元醇，含2-15个碳原子和一个多元酸，其中，所述醇包含至少50%（摩尔）的甘油，所述酸包含至少50%（重量）的三羧酸。
据发现，本发明中使用的特定聚酯具有良好的阻燃性能。此外，该特定聚酯还可用于许多应用中，无需额外使用阻燃添加剂，详细来说无需添加含卤化合物，更具体来说无需添加含溴化合物。
措辞“易受热负荷影响的部件”表示遇火或受热时易降解的所有部件。这些部件可能会，例如，燃烧、爆炸、熔融、或功能特性如机械性能下降。
本说明书范围内所用的措辞“配套部件”具有广泛含义。它包括易受热负荷影响的部件和包含本发明复合材料的部件的组合，所述配套部件一起提供，例如，配套部件的两个部分组合连接形成单一对象，例如，电视机，它包括屏幕（易受热负荷影响的部件）和包含复合材料的壳体。它也包括这样的情况，其中易受热负荷影响的部件和包含本发明复合材料的部件分别提供，例如，包含复合材料的部件与易受热负荷影响的部件在使用的位置连接，例如，含有聚酯的平板用在隧道或建筑物中。对于后者，连接的两个部件无需永久性连接。本发明还涉及配套部件仅暂时存在的情况。
在一实施例中，本发明涉及一组件，该组件包括易通过热负荷降解的部件以及全部或部分包围所述部件的盖子，其中所述盖子包含复合材料，复合材料包含指定聚酯。
本说明书范围内的措辞“盖子”具有广泛含义。它包括包围易受热负荷影响的部件的壳体，但也包括可放置在可能引起火灾的位置与易受热负荷影响的部件之间的屏蔽物。
根据本发明的组件的示例为配置有壳体的电子装置，例如，计算机、电视机以及其它屏幕、音频和视频装置等。本实施例中，本发明涉及包括易受热负荷影响的电子部件以及含指定复合材料的壳体的电子装置。
根据本发明的配套部件和组件的示例进一步包括配置有含指定复合材料的平板的建筑结构。此类建筑结构包括例如住宅、办公室、工厂、隧道和桥梁。
此类平板包括例如墙壁、地板、天花板、门板和百叶窗的镶板。
因此，本发明还涉及配置紧固装置方便在建筑结构中应用的含有指定复合材料的平板。
根据本发明的组件的示例进一步包括配置有含指定复合材料的平板的车辆。此类平板可包括，例如，火车、飞机、轮船、卡车和客车内饰中使用的平板。例如包括仪表盘面板、侧面板、货架、座椅和座椅套、油箱和油箱盖等。
在一实施例中，相比没有盖子或壳体保护的易受热负荷影响的部件，阻燃成分的性质使得易受热负荷影响的部件的降解时间增加至少10%。详细来说，降解时间增加至少30%，更具体来说增加至少50%，甚至增加至少100%。在一实施例中降解时间可增加至少200%，或至少300%，或至少400%。
在一实施例中，阻燃成分基本上不含含溴阻燃添加剂。在一实施例中，阻燃成分基本上不含含卤阻燃添加剂。在另一实施例中，阻燃成分基本上不含含卤、含氮或含磷阻燃添加剂。本说明书范围内的措辞“基本上不含”表示不会有意添加该化合物，但少量出现无法避免。
本发明还涉及上述部件和盖子。
本发明还涉及将指定复合材料用作阻燃材料。在一实施例中，包含所述聚酯的半成品用作阻燃材料。本发明还涉及所述半成品。
本发明还涉及用于降低系统火灾蔓延的一种方法，该系统在其中配置有包括复合材料的部件，复合材料含特定聚酯。本发明还涉及防火保护罩，该防火保护罩包括特定复合材料，复合材料含所述聚酯。在一实施例中，盖子用于保护人或动物。
具体实施方式
以下非限制性实施例将对本发明进行详细说明。
实施例1-使用纸张制备的复合材料
用敞开的烧杯将20ml去离子水与甘油（8克）和一水柠檬酸（16克）加热至60℃，持续20分钟。获得均匀溶液。
用8克KimberleyClark纤维素湿纸巾和200ml水在机械搅拌器中搅拌30分钟，制备纸浆。
将聚合物溶液加入纸浆中搅拌20分钟。将浸渍过的纸浆铸入硅橡胶模具（10×20×5cm3）中，在120℃下在氮气流条件下经过12小时固化。获得凝固的复合材料（尺寸为10×12×0.5cm）。
实施例2-使用锯屑制备的复合材料
将一水柠檬酸（18克）和甘油（9克）加热至100℃，持续15分钟，在敞开的烧杯中搅拌直到获得均匀溶液。
将环氧树脂锯屑（8克）加入溶液中，使用钢制刮刀手动搅拌/混合，直到成粘稠的糊剂。将锯屑糊剂放在硅橡胶杯（直径5cm）中在120℃下经过12小时固化，获得密度低于1g/ml的棕色多孔纤维板（高0.7cm）。
实施例3-使用锯屑制备的复合材料
如实施例2中所述的方法制备锯屑糊剂。将锯屑糊剂在硅橡胶片上摊开。另一张硅橡胶片放置在该硅橡胶片顶部，让锯屑糊剂在2kg重石头的压力下，在120℃下经过12小时固化，获得密度高于1g/ml的棕色多孔粘合纤维板（7×8cm，厚度0.5cm）。
实施例4-使用锯屑制备的复合材料
如实施例2中所述的方法制备锯屑糊剂。将锯屑糊剂放在两片硅橡胶片之间，在10bar压力下以120℃加热。获得密度远高于1g/ml的棕色中密度纤维板薄板（7×10cm，厚度1mm）。
实施例5-使用无纺纸层制备的复合材料
一叠10张纤维素纸巾（7×10cmKleenex或KimberleyClark）使用如实施例2中所述的方法制备的5克甘油:柠檬酸树脂（摩尔比1:1）浸渍。纸巾在两片硅橡胶片之间在110℃下经过12小时固化，两片硅橡胶片放置在两片瓷砖之间，瓷砖顶部放置2kg重石头。获得坚硬的复合材料。
实施例6-使用梳织棉材料制备的复合材料
一叠10×10cm的梳织棉片材（5层的普通厨房毛巾）在75℃温度下使用12克的甘油:一水柠檬酸（如实施例2中所述的方法制备的1:1树脂）浸渍。梳织棉片材置于两片硅橡胶片之间在125℃下经过12小时固化，梳织棉片材和两片硅橡胶片放置在两片瓷砖之间，瓷砖承重2kg压力。
获得密度低于1g/ml的坚硬的多孔材料（厚度0.5cm）。
实施例7-使用梳织棉材料制备的复合材料
一叠10×10cm的梳织棉片材（10层的普通厨房毛巾）在75℃温度下使用甘油/柠檬酸树脂（摩尔比1:1，12克，如实施例2中所述的方法制备）浸渍。
梳织棉片材在120℃、10bar压力下，通过聚四氟乙烯板之间的热压经过12小时固化。
获得密度高于1g/ml，厚度0.1cm的坚硬材料。
实施例8-使用锯屑制备的复合材料
甘油（50克）和一水柠檬酸（100克）在100℃下搅拌加热，直到30分钟后获得清澈的溶液。将环氧树脂干锯屑（37克）加入溶液中，使用钢制刮刀手动搅拌，混合成粘稠的糊剂。锯屑糊剂在硅橡胶片（12×12cm）上摊开。另一张硅橡胶片放置在该硅橡胶片顶部，两张夹着锯屑糊剂的硅橡胶片在100℃下在两片瓷砖之间固化，瓷砖顶部放置2kg重石头。获得厚度0.8cm坚硬的棕色多孔密度纤维板。
实施例9-使用大麻制备的复合材料
0.8cm厚的4×4cm麻制地垫使用甘油一水柠檬酸树脂（7克，如实施例2中所述的方法制备）浸渍，浸渍的样品在两片硅橡胶片之间在135℃下经过12小时固化，两片硅橡胶片放置在两片瓷砖之间，瓷砖承重2kg压力。
获得密度低于1g/ml坚硬的棕色多孔复合材料。
实施例10-使用再生纤维素制备的复合材料
湿的再生纤维素（12克）在75℃温度下使用甘油一水柠檬酸树脂（如实施例2中所述的方法制备）浸渍。浸渍的样品在两片硅橡胶片之间固化，两片硅橡胶片放置在两片瓷砖之间，瓷砖承重2kg压力。
获得深褐色的复合材料光滑板材（约10×10cm，厚度0.5mm）。

Claims (23)

1.一种复合材料，该复合材料包含10-98重量％的生物基微粒填料或纤维填料以及至少2重量％的聚酯，聚酯源自脂肪族多元醇，含2-15个碳原子和一个多元酸，其中，多元酸包含至少10重量％的三羧酸。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，填料为微粒、纤维及/或无规或有规层状。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其中，多孔片状材料用作填料。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其中，微粒材料用作填料。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其中，使用的填料为植物填料。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其中，使用的填料为动物性填料。
7.根据权利要求1所述的复合材料，其中，多元醇选自甘油、山梨糖醇、木糖醇、甘露糖醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇和1,2-乙烷二醇中一种或多种。
8.根据权利要求1所述的复合材料，其中，聚酯为脂肪族多元醇聚酯，含2-15个碳原子和一个多元酸，多元酸选自脂肪族二元酸和三元酸，含3-15个碳原子，其中，多元酸包含至少10重量％的三羧酸。
9.根据权利要求8所述的复合材料，其中，以多元酸的总量计算，多元酸包含至少30重量％的三羧酸，其中多元酸是柠檬酸。
10.根据权利要求8所述的复合材料，其中，以多元酸的总量计算，多元酸包含至少10重量％的二羧酸，二羧酸具体选自琥珀酸和衣康酸中的一种或多种。
11.根据权利要求1所述的复合材料，其中，填料的含量为至少20重量％，且最多95重量％。
12.一种制造权利要求1-11中任一项所述的复合材料的方法，包括组合填料与聚合物或聚合物前驱体，并经过固化步骤固化。
13.根据权利要求12所述的制造复合材料的方法，其中，填料与液相醇及酸单基体结合，产生的组合经过固化步骤直到聚合物固化。
14.根据权利要求12所述的制造复合材料的方法，其中，醇与酸结合并经过聚合作用形成液体聚合物，接下来该液体聚合物与填料结合，产生的组合经过固化步骤直到聚合物固化。
15.根据权利要求12所述的制造复合材料的方法，其中，固化步骤包括填料和聚合物的组合物经过升温处理，温度范围为20-200℃，并经过升压处理，压力范围为1-100bar，经过至少5分钟，直到聚合物固化。
16.一种配套部件，包括易通过热负荷降解的部件、以及包含根据权利要求1-11中任一项所述的复合材料的部件。
17.根据权利要求16所述的配套部件，该配套部件为组件，包括易通过热负荷降解的部件以及全部或部分包围所述部件的盖子，其中，所述盖子包含源自脂肪族多元醇的聚酯，含2-15个碳原子和一个多元酸，其中，多元酸包含至少10重量％的三羧酸。
18.用于根据权利要求16所述的配套部件中的部件，该部件包含根据权利要求1-11中任一项所述的复合材料。
19.根据权利要求17所述的部件，该部件为用于根据权利要求16所述的组件的盖子。
20.使用根据权利要求1-11中任一项所述的复合材料用作阻燃材料。
21.用于降低系统火灾蔓延的一种方法，该系统在其中配置有包括根据权利要求1-11中任一项所述的复合材料的部件。
22.防火保护罩，包含根据权利要求1-11中任一项所述的复合材料。
23.根据权利要求22所述的防火保护罩，用于保护人或动物。
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