專利名稱：制備包含木纖維成分和聚合物樹脂的復合材料的方法
技術領域：
本發明涉及一種制備包含木纖維成分和聚合物樹脂的復合材料的 方法。更具體而言，本發明涉及一種通過在混合和/或擠壓木纖維和熔 融聚合物的過程中施加超聲波引發木纖維和聚合物之間的化學粘合反 應，即使不用例如粘合劑的額外添加劑，也能夠制備具有優異的機械/ 熱性能和流變可加工性的復合材料的方法。
背景技術：
眾所周知，天然木材價格昂貴，且暴露在多種不同的外部環境因 素例如水和陽光下容易產生形態和結構的變形或表面損傷。另一方面，
合成樹脂、例如聚合物價格便宜且高度耐用，但具有如下缺點塑料 樹脂固有且具有不合需要的油質觸覺的表面質地，包括顏色特性差的 通常不合需要的外觀，以及取決于材料種類的低強度。作為加強聚合 物樹脂強度的嘗試，開發使用了通過向聚合物樹脂中加入粒狀或線狀 填料而設計的復合材料。
具體而言，開發了通過向聚合物樹脂中加入例如木粉的木纖維成 分作為填料而增加強度的同時，具有木材的天然外觀和質地的復合材料。
然而，基于纖維素分子結構的木纖維成分顯示出親水性，.而聚合 物樹脂通常表現出疏水性。這些不同的物理性質使得木纖維成分和聚 合物樹脂之間的界面粘合強度較低，結果是，獲得的復合材料產物很
難具有需要的強度。此外，這樣的復合材料還有例如包括濕度引發變
形(moisture-induced deformation)的熱、機械和流變性能4交差的缺點。
因此，作為提高木纖維成分和聚合物樹脂之間的界面粘合強度的 嘗試，開發了包括通過單獨加入某些化合物例如馬來酸酐等，引發木 纖維的分子鏈和聚合物的分子鏈之間粘合的技術。
盡管使用這樣的添加劑可以解決上述的一些問題，但是在混合木 纖維成分和聚合物樹脂時單獨加入昂貴的化合物帶來多種問題，例如 復合材料的生產成本增加和根據聚合物樹脂的種類適當地改變添加劑。
這樣，對開發能夠以低生產成本制備木纖維-聚合物復合材料，并 進一步能夠不考慮聚合物樹脂的種類制備所需復合材料的技術有著強 烈的需求。
發明內容
為解決上述問題進行了大量廣泛深入的研究和實驗后，本發明的 發明人發現，在木纖維成分和聚合物樹脂的混合、擠壓或注入過程中， 施加超聲波使得各成分的可分散性提高，并由于分子鏈部分斷裂形成 的自由基的作用意外地導致分子鏈間的交聯，從而形成木纖維成分和 聚合物樹脂之間粘合強度增強的復合材料。基于這些發現完成了本發 明。
因此，由于上述問題產生了本發明，本發明的一個目的是提供一 種制備包含木纖維的合成樹脂復合材料的方法。
本發明另 一個目的是提供一種使用上述方法制備的木纖維-聚合物 復合材料。
具體實施例方式
根據本發明的 一個方面，可以通過提供一種制備包含木纖維成分 和聚合物樹脂的合成樹脂復合材料的方法實現上述和其它目的，該方 法包括通過在木纖維成分接觸熔融聚合物樹脂時施加超聲波引發木纖 維和聚合物之間的化學粘合反應的步驟。
也就是說，本發明的方法通過施加超聲波的簡單方法，即使不用 額外的添加劑，也能夠制備具有優異的機械、熱和流變加工性能的木 纖維-聚合物復合材料。因此，本發明的方法由于不使用昂貴的添加劑 可以降低復合材料的生產成本，并由于其廣泛適用性，無論用于何種 聚合物樹脂都具有高度加工靈活性。
本文有時使用的術語"木纖維-聚合物復合材料"指的是包含作為 主要成分的木纖維成分和聚合物樹脂的復合材料。因此，本發明的木 纖維-聚合物復合材料根據所需的效果和應用進一步包含其它成分。此 外，木纖維-聚合物復合材料的基質成分可以是木纖維成分，或可以是 聚合物樹脂。例如，前者可以是將聚合物樹脂浸漬在木纖維成分中的 結構，而后者可以是將作為填料的木纖維成分加入到聚合物樹脂中的 結構。優選地，上述復合材料是由將作為填料的木纖維成分加入到作 為基質成分的聚合物樹脂中的結構形成的。
只要是具有纖維素分子結構的纖維性材料，對可用于本發明的木 纖維成分沒有特別的限制。木纖維成分的例子可以包括由天然木材原 料或再生紙漿磨成小顆粒而加工的木粉，和其它來自植物的天然纖維，例如大麻纖維、亞麻纖維、黃麻纖維、洋麻纖維、纖維素等。因此， 可以使用木粉-聚合物復合材料作為合成木材代替天然木材。當聚合物 樹脂為所述復合材料的基質成分時，盡管木粉的大小可以根據預期用
途變化，但是木粉具有優選為10到200目、更優選為30到150目的 大小。如果木粉過大，這可能帶來多種缺點，例如由于聚合物樹脂含 量減少而使木粉之間的粘合強度較差，以及由這樣的復合材料制得的 產品表面非常粗糙。另一方面，如果木粉過小，不利地難以獲得充分 的分散。木粉的例子可以包括針葉樹的木粉、闊葉樹的木粉等。優選 地，木粉為針葉樹，例如松樹、楓樹等的木粉。
對本發明中可使用的聚合物樹脂的種類沒有特別的限制，因此可 使用多種不同的樹脂材料，例如熱塑性樹脂、熱固性樹脂和樹脂混合 物。優選使用熱塑性樹脂。為了最終形成聚合物樹脂與木纖維成分的 復合材料，聚合物樹脂在復合材料的制備過程中應能夠保持液相狀態。 因此，當使用熱塑性樹脂作為聚合物樹脂時，優選熔點為100到250 。C的聚合物，且在該熔點下木纖維成分不會分解或燃燒。
根據上文所述的本發明，當兩個成分即木纖維成分和聚合物樹脂 接觸時施加超聲波。例如，兩個成分的接觸可以在混合、擠壓和/或注 入過程中發生。超聲波的施加可在這樣的接觸過程中的任意步驟中進 行。優選地，聚合物樹脂在木纖維成分不會分解或燃燒的溫度范圍內 熔化，然后在木粉和熔融聚合物樹脂混合時施加超聲波。
施加的超聲波的頻率和振幅在通過部分斷裂木纖維和聚合物或兩 者其中之一的分子鏈形成自由基的范圍內確定，因此可以變化，例如， 根據將要使用的聚合物的分子結構。因此，本發明指定的超聲波的頻 率可為幾Hz到幾十kHz,且其振幅可為幾jiim到幾十/xm。
盡管超聲波的施加在木纖維成分和聚合物樹脂接觸時可以只進行 一次，但是可優選地以周期性或非周期性的間隔施加幾次超聲波，以 提高木纖維成分和聚合物樹脂之間化學粘合的效率。
超聲波的施加取決于制備所需復合材料的裝置的獨特結構布局和 施加的時間點。例如，使用復合材料作為原料的擠壓裝置通常包括混 合部件、擠壓部件、提取部件和切割部件等，且混合部件和/或擠壓部 件設置有加熱裝置。由于組成復合材料的成分的混合發生在混合部件 和/或擠壓部件中，可選擇在此加入超聲波施加部件。優選地，超聲波 施加部件包括能夠調節超聲波頻率和振幅的控制部件。超聲波施加部
這樣，基于本發明的基本原則，只要具有可應用超聲波在木纖維 成分和聚合物樹脂接觸時加強成分間的粘合強度的結構，可在相關系 統中加入不同形式的超聲波施加部件。因此，應理解這樣不同形式的 超聲波施加部件都落入本發明的范圍之內。
根據本發明的另 一個方面，提供了 一種使用上述方法制備的木纖 維-聚合物復合材料。
由于如上詳細說明的制備方法，本發明的木纖維-聚合物復合材料 特征在于，不需要添加成分(添加劑)就能夠在木纖維和聚合物的分子之 間形成直接化學粘合。不一定在所有的分子鏈中都形成這樣的化學粘 合，因此具有所需物理性能的復合材料也可以通過分子鏈的一些部分 之間的部分化學粘合而獲得。
這樣的木纖維-聚合物復合材料可用相關技術領域中已知的常規擠 壓法制成合成木板，與常規合成木板相比，得到的合成木板價格便宜 并顯示出優異的機械、熱和流變加工性能。
工業實用性
由上述說明明顯可見，根據本發明的制備包含木纖維的合成樹脂 復合材料的方法，通過引發木纖維和聚合物樹脂之間的化學粘合，即 使不用額外的添加劑，也能夠制備具有優異的機械、熱和流變加工性 能的復合材料。因此，本發明提供了例如降低復合材料的生產成本， 無需根據復合材料的成分選擇和改變添加劑的種類從而使制備方法具 有高度靈活性的優點。
盡管為了說明性的目的公開了本發明的優選實施方式，但是本領 域的技術人員應理解，在不脫離如所附權利要求書公布的本發明的范 圍和實質的情況下，可以對本發明進行多種不同的修改、添加和代替。
權利要求
1、一種制備包含木纖維成分和聚合物樹脂的木纖維-聚合物復合材料的方法，其包括通過在木纖維成分接觸熔融聚合物樹脂時施加超聲波引發木纖維和聚合物之間的化學粘合反應。
2、根據權利要求1所述的方法，其中，所述木纖維成分為具有10 到200目大小的木粉。
3、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述聚合物樹脂為熱塑性 樹脂。
4、 根據權利要求3所述的方法，其中，所述聚合物樹脂是熔點為 100到250。C的聚合物，且在該熔點下所述木纖維成分不會分解或燃燒。
5、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述木纖維成分和聚合物 樹脂的接觸發生在混合、擠壓和/或注入過程中。
6、 根據權利要求l所述的方法，其中，所述聚合物樹脂在所述木 纖維成分不會分解或燃燒的溫度范圍內熔化，然后在所述木纖維成分 和熔融聚合物樹脂混合時施加超聲波。
7、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述超聲波的頻率為幾 Hz到幾十kHz,且其振幅為幾/mi到幾十/mi。
8、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述超聲波在所述木纖維 成分和聚合物樹脂接觸時施加一次，或者以周期性或非周期性的間隔 施力口幾次。
9、 根據權利要求1所述的方法，其中，在包括混合部件、擠壓部 件、提取部件和切割部件的擠壓裝置中，向混合部件和/或擠壓部件施 加所述超聲波。
10、 根據權利要求9所述的方法，其中，所述超聲波施加部件包 括能夠調節所述超聲波頻率和振幅的控制部件，并且該超聲波施加部
11、 一種木纖維-聚合物復合材料，其使用根據權利要求1到10 中任一項所述的方法制備。
12、 根據權利要求11所述的復合材料，其中，所述復合材料為通 過擠壓法制備的合成木材。
全文摘要
本發明提供了一種制備包含木纖維成分和聚合物樹脂的木纖維-聚合物復合材料的方法，其包括通過在木纖維成分接觸熔融聚合物樹脂時施加超聲波引發木纖維和聚合物之間的化學粘合反應。本發明的方法通過引發木纖維和聚合物樹脂之間的化學粘合，即使不用額外的添加劑，也能夠制備具有優異的機械、熱和流變加工性能的復合材料。因此，本發明提供了例如降低復合材料的生產成本，無需根據復合材料的成分選擇和改變添加劑的種類從而使制備方法具有高度靈活性的優點。
文檔編號C08J3/28GK101198643SQ200680021330
公開日2008年6月11日 申請日期2006年8月17日 優先權日2005年8月18日
發明者孫廷一, 樸性贊, 李載旭, 金東珍, 韓相鎬, 韓裕洙, 黃允煥 申請人:Lg化學株式會社;李載旭