SK5652000A3

SK5652000A3 - Cellulosic fiber composite, method for its production and texturized cellulosic material

Info

Publication number: SK5652000A3
Application number: SK565-2000A
Authority: SK
Inventors: Marshall Medoff; Arthur Lagace
Original assignee: Xyleco Inc
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 2000-11-07
Also published as: YU24800A; BG104446A; IL135617A0; GR20010300058T1; JP2001521958A; PL340283A1; NO20002163D0; TW579384B; NZ504774A; EP1025143A4; EA200000479A1; EE200000262A; US6207729B1; TWI274764B; ID24951A; BR9813154B1; HUP0004135A2; AU748732B2; EP1025143A1; OA11404A

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka kompozitov zo živíc a celulózových alebo lignocelulózových vláken.

Doterajší stav techniky

Živice sa používajú pri rozličných aplikáciách, napríklad pri balení potravín. Nádobky na potraviny, vyrobené zo živice, sa typicky použijú raz, potom sa zahodia.

Celulózové a lignocelulózové materiály sa vyrábajú, spracúvajú a používajú vo veľkých množstvách a pri viacerých aplikáciách. Akonáhle sa raz použili, tieto vlákna sa obyčajne zahodia ako odpadové materiály. V dôsledku toho sa stále zväčšuje množstvo odpadových celulózových a lignocelulózových vláken, ako aj odpadovej živice.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu sú kompozity, obsahujúce živicu a textúrované celulózové alebo lignocelulózové vlákno.

V prvom uskutočnení sa vynález týka kompozitu, obsahujúceho živicu, ako je termoplastická živica, a najmenej približne 2 % hmotn., výhodnejšie najmenej približne 5 % hmotn. textúrovaného celulózového alebo lignocelulózového vlákna.

Kompozit, v ktorom najmenej približne 5 % hmotn. vlákna je textúrovaných, vláknom môže byť novinový papier, juta, kenaf

Živicou môže byť papier z časopisov, bielená sulfátová lepenka, termoplastická živica.

Termoplastickou živicou môže byť polyetylén, polypropylén

-2V ďalšom uskutočnení kompozit podľa vynálezu môže obsahovať približne 50 % až približne 70 % hmotn. živice a približne 30 % až približne 50 % hmotn. vlákna.

Vynález sa tiež týka kompozitu, ktorý obsahuje polyetylén a najmenej asi 50 % hmotn. textúrovaného celulózového alebo lignocelulózového vlákna.

Vynález sa ďalej týka kompozitov, obsahujúcich živicu a celulózové alebo lignocelulózové vlákno, ktoré majú pevnosti v ohybe najmenej približne 20,68 MPa (3 000 psi) alebo pevnosti v ťahu najmenej asi 20,68 MPa (3 000 psi).

Kompozit môže mať má pevnosť v ohybe najmenej 41,36 MPa (6 000 psi).

Kompozit môže mať pevnosť v ohybe najmenej 68,94 MPa (10 000 psi).

Okrem toho sa vynález týka spôsobu výroby kompozitu, ktorý zahrnuje strihanie celulózového alebo lignocelulózového vlákna, aby sa vytvorilo textúrované celulózové alebo lignocelulózové vlákno, a potom spojenie textúrovaného vlákna so živicou. Výhodná metóda zahrnuje strihanie vlákna rotačnou nožovou rezačkou. Vynález sa tiež týka spôsobu výroby kompozitu, ktorý zahrnuje strihanie celulózového alebo lignocelulózového vlákna a spojenie vlákna so živicou.

Celulózový alebo lignocelulózový materiál pre tento spôsob môže byť vybraný zo skupiny, ktorá pozostáva z bavlny, juty, papiera a papierových výrobkov.

Najmenej približne 50 % vláken má pomer dĺžka/priemer najmenej približne 5, výhodnejšie najmenej približne 50 % vláken má pomer dĺžka/priemer najmenej približne 25, najvýhodnejšie približne 50 % vláken má pomer dĺžka/priemer najmenej asi 50.

Ďalej sa vynález týka textúrovaného vláknitého materiálu, ktorý obsahuje celulózový alebo lignocelulózový materiál s vnútornými vláknami, pričom celulózový alebo lignocelulózový materiál sa nastrihá do takej miery, aby vnútorné vlákna boli v podstate odkryté.

Ďalej sa vynález týka kompozitu, v ktorom živica je vybraná zo skupiny, ktorá pozostáva z polyetylénu, polypropylénu, polystyrénu, polykarbonátu, polybutylénu, termoplastických polyesterov, polyéterov, termoplastického polyuretánu, polyvinylchloridu a polyamidov.

-3Výraz „textúrované celulózové alebo lignocelulózové vlákno“, ako sa tu používa, znamená, že vlákno bolo nastrihané do tej miery, aby vnútorné vlákna boli v podstate odkryté. Najmenej asi 50 %, výhodnejšie najmenej asi 70 % týchto vláken má pomer dĺžka/priemer (L/D) najmenej 5, výhodnejšie najmenej 25 alebo najmenej 50. Príklad textúrovaného vlákna je zobrazený na obrázku.

Kompozity podľa tohto vynálezu sú pevné, ľahké a nie drahé. Suroviny, použité na výrobu kompozitov, sú ľahko dostupné; napríklad môžu zahrnovať zahodené nádobky, vyrobené zo živice, a odpadové celulózové alebo lignocelulózové vlákno.

Iné znaky a výhody tohto vynálezu budú zrejmé z opisu jeho výhodných uskutočnení.

Opis výhodných uskutočnení

Výhodný kompozit zahrnuje živicu a textúrované celulózové alebo lignocelulózové vlákno.

Živica uzatvára textúrované celulózové alebo lignocelulózové vlákno a pomáha kontrolovať tvar kompozitu. Živica tiež prenáša vonkajšie namáhania na vlákno a chráni vlákno pred poškodením okolitým prostredím a poškodením štruktúry. Výhodné kompozity zahrnujú asi 20 % až asi 60 %, výhodnejšie asi 30 % až asi 50 % hmotn. živice.

Príklady živíc zahrnujú polyetylén (vrátane napríklad polyetylénu s nízkou hustotou a polyetylénu s vysokou hustotou), polypropylén, polystyrén, polykarbonát, polybutylén, termoplastické polyestery, polyétery, termoplastický polyuretán, PVC, nylon a iné živice. Je výhodné, keď tieto živice majú nízky tavný index. Výhodné živice zahrnujú polyetylén a polypropylén s tavnými indexami menšími než 3 g/10 min. a výhodnejšie menšími než 1 g /10 min.

Tieto živice sa dajú kúpiť ako prvotné materiály, alebo sa dajú získať ako zlomkové alebo odpadové materiály a obyčajne sa kupujú v peletizovanej forme.

Tieto živice sa výhodne získajú ako zlomkové alebo odpadové živice, keďže tieto materiály sú menej drahé. Ako výhodný zdroj živice sa použijú polyetylénové fľaše na mlieko.

-4Textúrované celulózové alebo lignocelulózové vlákno dodáva kompozitu pevnosť. Tento kompozit môže obsahovať od asi 30 % do asi 90 %, výhodnejšie od asi 50 % do asi 70 % hmotn. textúrovaného celulózového alebo lignocelulózového vlákna. Príklady celulózového vlákna zahrnujú papier a papierové výrobky; príklady lignocelulózového vlákna zahrnujú drevo, drevné vlákna a materiály z dreva, ako aj materiály, odvodené z kenafu, tráv, ryžových šupiek, bagasy, bavlny a juty. Výhodným celulózovým vláknom je novinový papier. Výhodné lignocelulózové vlákna zahrnujú jutu a kenaf.

Tieto kompozity tiež zahrnujú spojivá. Spojivá pomáhajú viazať hydrofilné vlákna k hydrofóbnym živiciam. Príklady spojív zahrnujú polyetylény, modifikované anhydridom kyseliny maleínovej, ako sú tie z radu FUSABOND® (dostupné od firmy Dupont, Delaware) a POLYBOND® (dostupné od firmy Uniroyal Chemical, Connecticut). Výhodným spojivom je polyetylén s vysokou hustotou, modifikovaný anhydridom kyseliny maleínovej, ako je FUSABOND® MB 100D.

Tieto kompozity tiež môžu obsahovať prísady, ktoré sú známe odborníkom v oblasti kompoundovania, ako sú plastifikátory, mastivá, antioxidanty, kalivá, prísady na zvýšenie tepelnej odolnosti, farbivá, prísady, spomaľujúce horenie, biocídy, modifikátory rázovej odolnosti, fotostabilizátory a antistatické činidlá.

Prehľad obrázkov na výkrese

Obrázok znázorňuje zväčšenú fotografiu textúrovaných novín.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príprava východiskových materiálov

Ak sa použije zlomkové celulózové alebo lignocelulózové vlákno, malo by sa vyčistiť a vysušiť. Celulózové alebo lignocelulózové vlákno sa potom musí textúrovať predtým, než sa spojí s termoplastickou živicou. Toto vlákno sa môže textúrovať s použitím ktoréhokoľvek z viacerých mechanických prostriedkov alebo

-5ich kombinácií. Výhodná metóda textúrovania zahrnuje najprv rezanie celulózového alebo lignocelulózového vlákna na 0,63 až 1,27 cm (1/4- až 1/2-palcové) kusy s použitím štandardného rezacieho zariadenia. Tieto kusy sa potom strihajú rotačnou rezačkou, ako je tá (dostupná od firmy Sprout, Waldron Companies), ktorá je opísaná v Perryho Chem. Eng. Handbook, 6. vydanie, str. 8-29, 1984. Textúrované vlákno sa potom nechá prejsť sitom s okom 2 mm. Môže sa skladovať v uzavretých vreciach; malo by sa sušiť pri približne 105 °C 4 až 18 hodín (kým obsah vlhkosti neklesne pod asi 0,5 %) bezprostredne pred použitím.

Živica sa dá kúpiť v peletizovanej alebo granulovanej forme a použiť bez ďalšieho čistenia alebo sušenia. Ak je však na peletizovanej alebo granulovanej živici prítomná povrchová vlhkosť, mala by sa pred použitím vysušiť.

Príprava kompozitov

Kompozity sa dajú pripraviť nasledovne. Štandardný kompoundovací 2valcový mlyn na gumu/plast sa zahreje na 325 až 400 °C. Do zahriateho mlyna sa pridá živica (obyčajne vo forme peliet alebo granúl). Po asi 10 minútach sa do valcového mlyna pridá spojivo. Po ďalších piatich minútach sa textúrované celulózové alebo lignocelulózové vlákno pridá k roztavenej zmesi živica/spojivo. Textúrované vlákno sa pridá v priebehu asi 10 minút.

Kompozit sa odstráni z valcového mlyna, nareže na vrstvy a nechá sa vychladnúť na teplotu miestnosti. Potom sa pod tlakom vylisuje na doštičky s použitím štandardných techník tlakového lisovania.

Alternatívne sa miesič, ako je Banburyho uzavretý miesič, naplní zložkami. Zložky sa miešajú, zatiaf čo sa teplota udržiava menšia než asi 190 °C. Zmes sa potom môže lisovať pod tlakom.

V inom uskutočnení sa prísady môžu miešať v pretláčacom miesiči, ako je MARIS (Turin) TM 85 extrudér, vybavený spoločne sa otáčajúcimi závitovkami. Živica a spojivo sa zavedú do plniaceho hrdla extrudéra; celulózové alebo lignocelulózové vlákno sa zavedie v asi 1/3 dĺžky extrudéra do roztavenej živice.

-6Vnútomá teplota extrudéra sa udržiava menšia než asi 190 °C. Na výstupe sa kompozit peletizuje rezaním studených prameňov.

Alternatívne sa zmes môže najprv pripraviť v miesiči, potom preniesť do extrudéra na kroky pretláčania a rezania peliet.

V inom uskutočnení sa kompozit môže vytvarovať do vláken s použitím techník tvarovania vláken, známych odborníkom v tejto oblasti.

Vlastnosti kompozitu

Výsledné kompozity obsahujú sieť vláken, uzavretých v živicovej matrici. Vlákna tvoria mriežkovú sieť, ktorá kompozitu dodáva pevnosť. Pretože celulózové alebo lignocelulózové vlákno je textúrované, veľkosť povrchovej plochy, dostupnej na viazanie k živici, je zvýšená v porovnaní s kompozitmi, pripravenými s netextúrovaným celulózovým alebo lignocelulózovým vláknom. Živica sa viaže na povrchy odkrytých vláken, vytvárajúc dokonalú zmes siete vláken a živicovej matrice. Dokonalé zmiešanie vláken a živicovej matrice ďalej spevňuje kompozity.

Použitie

Kompozity živíca/vlákno sa dajú použiť vo viacerých aplikáciách. Tieto kompozity sú pevné a ľahké; dajú sa napríklad použiť ako náhrada dreva. Živicový povlak zachováva kompozity vodovzdornými, takže sa môžu použiť pri vonkajších aplikáciách. Napríklad sa tieto kompozity môžu použiť na výrobu paliet, ktoré sa dlhodobo skladujú vonku.

Príklady

Kompozity sa pripravili nasledovne. Štandardný kompoundovací 2-valcový mlyn na gumu/plast sa zahrial na 325 až 400 °C. Do zahriateho valcového mlyna sa pridala živica (obyčajne vo forme peliet alebo granúl). Po asi 10 minútach sa živica nalepila na valce (t. j. roztavila sa a pritavila k valcom). Potom sa do valcového mlyna pridalo spojivo. Po ďalších piatich minútach sa k roztavenej zmesi

-7živica/spojivo pridalo celulózové alebo lignocelulózové vlákno. Celulózové alebo lignocelulózové vlákno sa pridávalo v priebehu asi 10 minút.

Kompozit sa potom z valcového mlyna odstránil, narezal na vrstvy a nechal sa vychladnúť na teplotu miestnosti. Dávky po asi 80 g sa vylisovali pod tlakom na doštičky 15,24 cm x 15,24 cm x 0,317 cm (6 x 6 x 1/8) s použitím štandardných techník lisovania pod tlakom.

Prvá kompozícia obsahuje nasledujúce zložky:

Kompozícia č. 1

Zložka_Množstvo (g) polyetylén s vysokou hustotou¹ 160 starý novinový papier² 240 spojivo³ 8

Vlastnosti kompozície č. 1 sú nasledovné: pevnosť v ohybe (psi) 9,810 (ASTM D790) modul v ohybe (10® psi) 6,27 (ASTM D790)

Druhá kompozícia obsahuje nasledujúce zložky:

Kompozícia č. 2

Zložka____Množstvo (g) polyetylén s vysokou hustotou¹ 160 staré časopisy² 240 spojivo³ 8

-8Vlastnosti kompozície č. 2 sú nasledovné: pevnosť v ohybe (psi) 9,060 (ASTM D790) modul v ohybe (10⁹ psi) 6,78 (ASTM D790)

Marlex 16007

Textúrované s použitím rotačnej rezačky s 2 mm okom FUSABOND® 100D

Iné uskutočnenia zodpovedajú nárokom.

y>f/

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Kompozit, vyznačujúci sa tým, že obsahuje živicu a najmenej približne 2 % hmotn. vlákna, pričom vláknom je celulózové alebo lignocelulózové vlákno, ktoré je nastrihané do takej miery, že vnútorné vlákna sú v podstate odkryté.

2. Kompozit podľa nároku 1,vyznačujúci sa približne 5 % hmotn. vlákna je textúrovaných. t ý m, že najmenej 3. Kompozit podľa nároku 1,vyznačujúci sa novinový papier. t ý m, že vláknom je 4. Kompozit podľa nároku 1,vyznačujúci sa juta. t ý m, že vláknom je 5. Kompozit podľa nároku 1,vyznačujúci sa kenaf. t ý m, že vláknom je 6. Kompozit podľa nároku 1,vyznačujúci sa papier z časopisov. t ý m, že živicou je 7. Kompozit podľa nároku 1,vyznačujúci sa bielená sulfátová lepenka. t ý m, že živicou je 8. Kompozit podľa nároku 1,vyznačujúci sa termoplastická živica. t ý m, že živicou je 9. Kompozit podľa nároku 8, vyznačujúci termoplastickou živicou je polyetylén. sa t ý m, že

-1010. Kompozit podľa nároku 8, vyznačujúci sa tým, že termoplastickou živicou je polypropylén.

11. Kompozit podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že obsahuje približne 50 % až približne 70 % hmotn. živice a približne 30 % až približne 50 % hmotn. vlákna.

12. Kompozit, vyznačujúci sa tým, že obsahuje polyetylén, vystužený najmenej približne 2 % celulózového alebo lignocelulózového vlákna, pričom najmenej približne 50 % hmotn. celulózového alebo lignocelulózového vlákna je nastrihaných do takej miery, že vnútorné vlákna sú v podstate odkryté.

13. Kompozit, v y z n a č u j ú c i sa t ý m, že obsahuje živicu, vystuženú najmenej približne 2 % celulózového alebo lignocelulózového vlákna, pričom najmenej približne 50 % hmotn. celulózového alebo lignocelulózového vlákna bolo nastrihaných do takej miery, že vnútorné vlákna sú v podstate odkryté, a že tento kompozit má pevnosť v ohybe najmenej 20,682 MPa (3000 psi).

14. Kompozit podľa nároku 11,vyznačujúci sa tým, že má pevnosť v ohybe najmenej 41,36 MPa (6 000 psi).

15. Kompozit podľa nároku 11,vyznačujúci sa tým, že má pevnosť v ohybe najmenej 68,94 MPa (10 000 psi).

16. Spôsob výroby kompozitu, vyznačujúci sa tým, že zahrnuje nastrihanie celulózového alebo lignocelulózového vlákna do takej miery, že jeho vnútorné vlákna sú v podstate odkryté, aby vytvorili textúrované celulózové alebo lignocelulózové vlákno, a spojenie textúrovaného celulózového alebo lignocelulózového vlákna so živicou.

-11 17. Spôsob podľa nároku 16, vyznačujúci sa tým, že živicou je termoplastická živica.

18. Spôsob podľa nároku 17, vyznačujúci sa tým, že krok strihania celulózového alebo lignocelulózového vlákna zahrnuje strihanie rotačnou nožovou rezačkou.

19. Spôsob prípravy textúrovaného vláknitého materiálu, vyznačujúci sa t ý m, že zahrnuje nastrihanie celulózového alebo lignocelulózového materiálu, ktorý má vnútorné vlákna, do takej miery, že vnútorné vlákna sú v podstate odkryté, čo vedie k textúrovanému vláknitému materiálu.

20. Spôsob podľa nárokov 16 až 19, v y z n a č u j ú c e sa t ý m, že celulózový alebo lignocelulózový materiál je vybraný zo skupiny, ktorá pozostáva z bavlny, juty, papiera a papierových výrobkov.

21. Spôsob podľa nárokov 16 až 20, vyznačujúce sa tým, že najmenej približne 50 % vláken má pomer dĺžka/priemer najmenej približne 5.

22. Spôsoby podľa nárokov 16 až 20, v y z n a č u j ú c e sa t ý m, že najmenej približne 50 % vláken má pomer dĺžka/priemer najmenej približne 25.

23. Spôsoby podľa nárokov 16 až 20, v y z n a č u j ú c e sa t ý m, že najmenej asi 50 % vláken má pomer dĺžka/priemer najmenej asi 50.

24. Textúrovaný vláknitý materiál, vyznačujúci sa tým, že obsahuje celulózový alebo lignocelulózový materiál s vnútornými vláknami, pričom celulózový alebo lignocelulózový materiál sa nastrihá do takej miery, aby vnútorné vlákna boli v podstate odkryté.

-1225. Kompozit podľa nárokov 1až 8a11 až 15, vyznačujúce sa t ý m, že živica je vybraná zo skupiny, ktorá pozostáva z polyetylénu, polypropylénu, polystyrénu, polykarbonátu, polybutylénu, termoplastických polyesterov, polyéterov, termoplastického polyuretánu, polyvinylchloridu a polyamidov.

26. Kompozit podľa nárokov 1 až 15 a 25, vyznačujúce sa tým, že najmenej približne 50 % odkrytých vnútorných vláken má pomer dĺžka/priemer najmenej 5.

27. Kompozit podľa nárokov 1 až 15 a 25, vyznačujúce sa tým, že najmenej približne 50 % odkrytých vnútorných vláken má pomer dĺžka/priemer najmenej 25.

28. Kompozit podľa nárokov 1 až 15 a 25, vyznačujúce sa tým, že najmenej približne 50 % odkrytých vnútorných vláken má pomer dĺžka/priemer najmenej 50.

29. Kompozit podľa nárokov 1 až 15 a 25, vyznačujúce sa tým, že najmenej asi 70 % odkrytých vnútorných vláken má pomer dĺžka/priemer najmenej 50.