專利名稱：具有粘合的無紡層和生物可降解樹脂纖維層的復(fù)合板及其構(gòu)造方法
具有粘合的無紡層和生物可降解樹脂纖維層的復(fù)合板及其構(gòu)造方法
相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求于2010年9月20日提交的第61/384，521號美國臨時專利申請的權(quán)益，它們的全部內(nèi)容通過引用整體合并入此處。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明大致涉及一種多層板及其構(gòu)造方法，更具體地涉及一種吸音的，隔熱的和/或結(jié)構(gòu)板，該板至少部分由綠色廢棄物成分和包含蛋白質(zhì)與綠色增強(qiáng)劑的生物可降解聚合物組合物構(gòu)成。
背景技術(shù)：
為了降低用于制造無紡織物及材料的成本，并最小化對環(huán)境的潛在負(fù)面影響，許多消費(fèi)品都采用回收成分來制造。例如，美國的汽車制造商利用回收材料制造具有不同用途的無紡織物及材料，包括吸音和/或絕緣材料。一些用于制造吸音的汽車板的再生或者回收材料包括劣質(zhì)織物，例如棉，滌綸，尼龍，或回收織物纖維的混合物。劣質(zhì)棉由原始的或者回收的織物碎片拼接或者縫在一起而形成無紡織物。另一種產(chǎn)品是Ecco紙，由回收的標(biāo)準(zhǔn)紙板紙或纖維制造，并在有限范圍內(nèi)用來吸收油脂。在制造Ecco紙的過程中，該標(biāo)準(zhǔn)紙板纖維采用傳統(tǒng)濕法回收工藝破壞，其中該回收紙板的粘合劑成分被沖入廢物流中，而剩余的纖維與各種添加劑結(jié)合在一起。
美國商業(yè)機(jī)構(gòu)和 消費(fèi)品制造商，例如汽車零部件和原始設(shè)備制造商，從多個亞洲國家(例如中國和韓國)接收裝于由低等的“亞洲紙板”構(gòu)造而成的箱子或包裝箱中的大量貨物。亞洲紙板具有非常短、非常細(xì)小的纖維成分，所述纖維來自于早先回收的松木紙板以及竹纖維和稻纖維。因此，通過造紙廠的工藝來回收亞洲紙板來制成紙、紙板或者其他結(jié)構(gòu)的平板產(chǎn)品的嘗試都失敗了，這是因?yàn)樵诩?紙板的制造工藝中，該亞洲紙板的非常細(xì)小的成分，會通過用來承載紙漿的篩網(wǎng)或者網(wǎng)絲而隨著回收工藝產(chǎn)生的廢物流進(jìn)入到環(huán)境中。此外，除了前面提到的被沖入廢物流之外，由于在工藝中對細(xì)小纖維的固有的壓實(shí)操作，亞洲紙板的細(xì)小成分給制造“高膨松、低密度”的最終產(chǎn)品帶來了額外的困難。因此，至少因?yàn)檫@些原因，亞洲紙板通常被認(rèn)為是一種廢物，因此該亞洲紙板或者被以相對高的勞動成本從可回收的標(biāo)準(zhǔn)紙板中分揀出來并被送到垃圾場(在分揀過程中，由于其相對脆弱的結(jié)構(gòu)及其淡褐色或綠色的外觀，該亞洲紙板可以很容易地從標(biāo)準(zhǔn)紙板中區(qū)分開來)，或者如果超過約5%的亞洲紙板被混合在含有亞洲紙板和普通可回收材料的整包紙板中時，該整包紙板將會被一起廢棄,這同樣將給產(chǎn)品制造商和環(huán)境帶來相對高的成本。
對環(huán)境污染和保持良好環(huán)境的進(jìn)一步關(guān)注正在迅速上升。大量研究努力針對于不使用石油和木材為主要原料而是使用可持續(xù)的資源——如植物替代來開發(fā)環(huán)境友好和完全可持續(xù)的“綠色”聚合物，樹脂和復(fù)合材料。這些基于植物的綠色材料通常生物可降解，因此在使用壽命結(jié)束時可以輕松處理或者可堆肥而不傷害環(huán)境。纖維如黃麻、胡麻、亞麻、大麻、竹等已使用多個世紀(jì)，不僅是可持續(xù)的，也是每年可再生的。基于他們穩(wěn)定的機(jī)械性能，人們正朝著把他們應(yīng)用于各種場合的強(qiáng)化塑料和復(fù)合材料的制造方向努力。這類纖維可以作為紗線、織物或無紡基墊或它們的各種組合的成分單獨(dú)使用。使用植物纖維如黃麻、胡麻、亞麻、大麻、竹子、木棉等和樹脂例如改性淀粉和蛋白質(zhì)制造的完全綠色復(fù)合材料已被驗(yàn)證并商業(yè)化。高強(qiáng)度液晶(LC)纖維素纖維，通過對纖維素/磷酸溶液紡絲制備，以賦予復(fù)合材料足夠高的強(qiáng)度和剛度使其滿足結(jié)構(gòu)應(yīng)用。然而，由于天然纖維相對高強(qiáng)度纖維如石墨、芳綸等比較脆弱，盡管他們可能相當(dāng)于或優(yōu)于木頭，包含天然纖維的復(fù)合材料通常具有相對差的機(jī)械性能。因此，這種復(fù)合材料適用于不需要較高機(jī)械性能的場合，例如外包裝，產(chǎn)品外殼、房屋和汽車板等。然而這些應(yīng)用代表著巨大的市場，所以增加包含生物可降解天然材料的復(fù)合材料的使用，應(yīng)該對減少以石油為原料的塑料/聚合物消耗做出實(shí)質(zhì)貢獻(xiàn)。
來自可持續(xù)資源的可再生材料的使用，在各種應(yīng)用中正在增加。生物復(fù)合材料是一種可以自然生成或合成制造的材料，并包括一些天然存在的材料如其結(jié)構(gòu)中的天然纖維。他們可以通過將天然纖維素纖維與其他基于可再生原料的資源(如生物聚合物，樹脂，或粘結(jié)劑)相結(jié)合而形成。生物復(fù)合材料具有廣泛的應(yīng)用，例如:建筑材料，結(jié)構(gòu)件和汽車部件，吸收劑，黏合劑，粘合劑和可降解的聚合物。這些材料使用的增加有助于維持生態(tài)和經(jīng)濟(jì)的平衡。通過物理和化學(xué)技術(shù)對植物纖維的屬性進(jìn)行改性可以提高最終生物復(fù)合材料的性能。用于制造生物復(fù)合材料的具有合適屬性的植物纖維包括，例如，大麻、洋麻、黃麻、胡麻、劍麻、香蕉、菠蘿、苧麻和木棉。
來源于各種天然植物源，如蛋白質(zhì)和淀粉的生物聚合物其一直被視為石油塑料的替代材料，因?yàn)樗麄兒控S富、可再生并且不貴。境內(nèi)對大豆的廣泛栽培導(dǎo)致了關(guān)于衍生自大豆副產(chǎn)物的生物聚合物的發(fā)展的大量研究。大豆蛋白質(zhì)是一種替代石油基塑料的重要材料，因?yàn)樗控S富、可再生并且不貴。大豆蛋白質(zhì)是一種含有20種不同氨基酸的復(fù)合大分子多肽，能夠轉(zhuǎn)化成生物可降解的塑料。然而，大豆蛋白質(zhì)塑料的缺點(diǎn)是低強(qiáng)度，以及高吸濕性。因此,生物可降解樹脂及其復(fù)合材料成為一種需求。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種具有粘合的無紡層和生物可降解樹脂-纖維層的復(fù)合板的構(gòu)造方法，其中所述板(也稱為片材)適用于形成結(jié)構(gòu)的和/或吸音的和/或隔熱的板和/或其它板構(gòu)件。該方法包括提供紙板，并將該紙板粉碎成具有既定尺寸的小片。接著，將該紙板的小片與可熱粘合的織物纖維結(jié)合形成基墊并熱粘合這些組成成分，形成無紡基墊。然后，制備包括蛋白質(zhì)和第一增強(qiáng)劑的生物可降解的聚合物組合物。最后，將生物可降解的聚合物組合物粘合到無紡基墊上。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該方法包括將紙板提供為亞洲紙板。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該方法包括不使用壓送輥將基布層層壓在所述基墊的至少一個面上并維持基墊的初始生成厚度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該方法包括將所述蛋白質(zhì)提供為非大豆蛋白質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該方法包括將所述蛋白質(zhì)提供為植物基蛋白質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該方法包括將所述蛋白質(zhì)提供為動物基蛋白質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該方法包括將所述蛋白質(zhì)提供為來自大豆蛋白質(zhì)源的大 基蛋白質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該方法包括將復(fù)合板塑造成網(wǎng)狀。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該方法包括在粘合步驟中將復(fù)合板成形為具有不同密度的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該方法包括在粘合步驟中將復(fù)合板成形為具有不同厚度的區(qū)域的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該方法包括將復(fù)合板成形為具有均勻的厚度和密度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該方法包括采用一步壓制法在基本恒定的壓力下將基墊與生物可降解的聚合物組合物粘合。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該方法包括采用一步壓制法在變化的壓力下將基墊與生物可降解的聚合物組合物粘合。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該方法包括采用兩步壓制法在變化的壓力下將基墊與生物可降解的聚合物組合物粘合。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該方法包括將人造短纖維和紙板片以及可熱粘合的織物纖維混合形成基本均勻的混合物，然后將該混合物形成網(wǎng)狀物。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該方法包括在該無紡基墊的至少一個面上涂敷一種化學(xué)混合物并維持該無紡基墊的初始生成厚度，該化學(xué)混合物包括阻燃劑、殺菌劑和粘合劑。然后，干燥和固化該無紡基墊。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種具有粘合的無紡層和生物可降解的樹脂-纖維層的復(fù)合板。該板包括由紙板和可熱粘合的織物纖維熱粘合在一起形成所需厚度的無紡基墊。并且，該板包括生物可降解的聚合物組合物，所述聚合物組合物包含與所述基墊粘合的蛋白質(zhì)以及第一增強(qiáng)劑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，將人造短纖維與紙板及可熱粘合的織物纖維混合。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，包括阻燃劑、殺菌劑和粘合劑的一種化學(xué)混合物被涂敷、干燥和固化于無 紡基墊的至少一個面上。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，基布層連接到基墊的與生物可降解的聚合物組合物相對的一面。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述紙板為亞洲紙板。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述蛋白質(zhì)非大豆蛋白質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述蛋白質(zhì)是植物基蛋白質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述蛋白質(zhì)是動物基蛋白質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述蛋白質(zhì)是大豆基蛋白質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述復(fù)合板是“在模制中”成網(wǎng)狀。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述復(fù)合板具有密度不同的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述復(fù)合板具有厚度不同的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述復(fù)合板具有均勻的厚度和密度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述基墊與生物可降解的聚合物組合物粘合無需獨(dú)立于基墊和生物可降解的聚合物組合物之外的中間粘合劑成分。
因此，本發(fā)明在此提供一種疊層的復(fù)合板(例如適用吸音、隔熱或結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用)及其構(gòu)造方法，該方法通過回收利用至少部分紙板(如亞洲紙板)，且在一定壓力和溫度下將其粘合到生物可降解的樹脂復(fù)合材料以形成復(fù)合板，該復(fù)合板可用于各種應(yīng)用場合，如吸音、隔熱和/或結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用。


結(jié)合下文給出的優(yōu)選實(shí)施例和最佳實(shí)施方式的詳細(xì)描述以及附圖進(jìn)行考慮，本發(fā)明的上述及其它的方面、特征和優(yōu)點(diǎn)對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將會更加容易理解，其中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個方面構(gòu)造的復(fù)合板的示意側(cè)視圖2是圖1所述的復(fù)合板的無紡層的局部透視圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個方面示出無紡層的構(gòu)造方法的工藝流程圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方面構(gòu)造圖1所示復(fù)合板的方法；
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個方面構(gòu)造復(fù)合板的方法；
圖5A示出了根據(jù)圖5所示的方法構(gòu)造的復(fù)合板；
圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明的又一方面構(gòu)造復(fù)合板的方法的第一階段；
圖6B示出了在圖6A所示的第一階段被壓制后的受壓的生物可降解層；
圖6C示出了圖6A所示構(gòu)造復(fù)合面板的方法的第二階段；
圖6D示出了根據(jù)圖6A和6C的方法構(gòu)造的復(fù)合板；以及
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面構(gòu)造的具有毛氈層的復(fù)合板的側(cè)視圖。具體實(shí)施方式

更詳細(xì)地參照附圖，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面構(gòu)造的復(fù)合構(gòu)件，也稱為復(fù)合板或復(fù)合材料10。該復(fù)合板10包括與至少一個生物可降解的聚合物組合物的片材14粘合的至少一無紡片材12。在壓力(P)和溫度下，這些獨(dú)立的層12、14彼此粘合在一起，且無需單獨(dú)的中間粘合層來完成粘合。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，片材12、14彼此粘合在一起而無需獨(dú)立的中間粘合層。該復(fù)合板10可被構(gòu)造用于各種場合，作為示例而非限制——如吸音、隔熱和/或結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用，還可用于各種工業(yè)領(lǐng)域——例如汽車、輕型商用車、重型載重車和越野車，航空器，軌道車輛，建筑以及任何其他需要具有較高強(qiáng)度、吸音和/或隔熱性能的板的工業(yè)應(yīng)用中。此外，該復(fù)合板10是構(gòu)造經(jīng)濟(jì)的且環(huán)境友好的。
所述無紡片材12， 也稱為無紡層，優(yōu)選地構(gòu)造成具有“高度和/或中度蓬松”(即較低密度)的基墊16，以此提供噪音阻尼或衰減性能，因此非常適合于構(gòu)造吸音板。并且，如果預(yù)期使用于高溫環(huán)境，例如在排氣系統(tǒng)附近或車輛發(fā)動機(jī)艙內(nèi)，片材12可構(gòu)造成具有阻燃特性。片材12至少部分地由紙板18 (例如標(biāo)準(zhǔn)紙板或亞洲紙板)構(gòu)成；人造短纖維(也稱為填充纖維)和可熱粘合的纖維(例如低溫熔融聚合物材料)大致如圖2中的20所示。進(jìn)一步地，圖示的片材12包括被涂敷、干燥和固化到片材12至少一個面上的化學(xué)混合物涂層22，該化學(xué)混合物涂層包括阻燃劑、殺菌劑和粘合劑。更進(jìn)一步地，如圖所示基布層24被連接到基墊16的至少一個面上，其中，基布層24優(yōu)選不使用滾子或輥?zhàn)右煌ǔ７Q為壓送輥來連接，由此將基布層24連接到基墊16上之后，該基墊16保持或基本保持如初始生成的其原有的高度蓬松的厚度。因此，該片材12具有低密度，“高或中膨松度”，從而提供極好的噪音衰減和絕緣性能。進(jìn)一步地，由于片材12至少部分由使用后或回收的紙板18構(gòu)造而成，尤其是現(xiàn)在仍然被視為廢品的亞洲紙板，使得回收的紙板18不被送到垃圾堆或者被焚化，從而對環(huán)境有利。
根據(jù)待構(gòu)造片材12和復(fù)合板10所需的性能指標(biāo)，無論是標(biāo)準(zhǔn)紙板，混合紙板或是100%亞洲紙板，紙板的含量優(yōu)選約為網(wǎng)狀物總重量的25-99%。由于該亞洲紙板18是由低等的組成成分構(gòu)造而成，例如低質(zhì)量的再生纖維、竹纖維、黃麻、稻纖維和/或其它廢品/廢料，該亞洲紙板18被認(rèn)為是一種低等級的，不可回收的紙板。因此，不管是其本身還是被混合或者通過其他方式包含在回收的使用后的紙板堆中，亞洲紙板通常被認(rèn)為是一種嚴(yán)重的不可回收的污染物。因此，如果亞洲紙板與標(biāo)準(zhǔn)的美國紙板混合在一起，整個混合物紙板堆通常被認(rèn)為是不可回收的廢品。由于亞洲紙板的薄度和淺褐色、黃色或綠色的外觀，亞洲紙板可從高質(zhì)量美國紙板中區(qū)別開來。因此，亞洲紙板通常被從高質(zhì)量的美國紙板中分離出來，然后被送往垃圾堆，焚燒或另作處理。
亞洲紙板的不可回收性源于在亞洲紙板的構(gòu)造中所使用的低等纖維的組成成分，該纖維通常非常短且由此非常脆。考慮到亞洲紙板中的纖維和其他粉末成分的較小尺寸，如果亞洲紙板與具有較長纖維的標(biāo)準(zhǔn)紙板一起通過已知的濕法回收工藝進(jìn)行處理，亞洲紙板較小的成分則會被沖過篩網(wǎng)并且被帶入廢物流和/或堵塞或損壞回收設(shè)備。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，板12的構(gòu)造通過“干法”工藝進(jìn)行，因此在制造板12時允許使用低等的亞洲紙板，所述低等的亞洲紙板通常具有長度小于約0.2mm的纖維(被稱為“細(xì)粉”)。
該人造短纖維可由任何合適的織物材料提供，而可熱粘合的纖維可以是例如，低溫熔融的聚合物材料，如聚乙烯、PET或尼龍，和/或熱塑性雙組分纖維，該雙組分纖維的外皮(sheath)(例如聚丙烯)被加熱到其熔點(diǎn)以上時熔化。如圖3的流程圖所示，構(gòu)造板12的工藝包括混合或混配被碾碎的紙板18、人造短纖維和可熱粘合的纖維20以形成網(wǎng)狀物。該成網(wǎng)工藝?yán)缈梢栽赗ando機(jī)上進(jìn)行，形成一均勻混合的纖維/紙基墊或網(wǎng)狀物，其中紙板18的纖維隨機(jī)取向。
在形成網(wǎng)狀物之后，該網(wǎng)狀物在例如爐內(nèi)被加熱到適合的溫度以熔化該可熱粘合的纖維20 (例如雙組分低熔融 纖維的外部熔點(diǎn)約110-180°C)，從而將亞洲紙板18與人造短纖維以及可熱粘合的纖維20的混合物熱粘合。由此，基墊16達(dá)到所需厚度t。
在形成基墊并冷卻基墊16之后，包括耐熱或阻燃劑(FR)涂層、硫酸銨、磷酸銨或硼酸，例如殺菌劑和粘合劑(在此作為示例而非限制，可使用具有+41Tg的SBR)的化學(xué)混合物22例如在噴涂工藝中被涂敷到基墊16的至少一個面，優(yōu)選被涂敷到基墊16的整個外表面。該化學(xué)混合物22的噴涂應(yīng)用可以維持基墊16的厚度t，從而保持其噪音衰減性能。涂敷該混合物22之后，該混合物22被干燥并固化到基墊16。
獲得的經(jīng)涂敷的無紡基墊16從而具有連接或粘合到基墊的一個或兩個面上的薄的無紡織物層或基布層24。該基布層24通過適當(dāng)?shù)哪蜔狃ず蟿瑘D中示出為26，與基墊16的一個面或兩個面粘合。為了保持片材12的吸引性能和/或噪音衰減性能，關(guān)鍵是當(dāng)連接基布層24時應(yīng)當(dāng)保持或基本上保持基墊16的厚度t不變。因此，該基布層24與基墊16的粘合并不使用輥?zhàn)踊驂核洼?，因?yàn)檩佔(zhàn)踊驂核洼亴⑹够鶋|16壓縮或減小其厚度t，從而使得其密度增大，進(jìn)而減弱其噪音衰減性能。
在某些實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種包含蛋白質(zhì)和第一增強(qiáng)劑的生物可降解的聚合物組合物14。在一些實(shí)施例中，生物可降解的聚合物組合物還包括第二增強(qiáng)劑。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種包含生物可降解的聚合物組合物的樹脂。在某些實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種包含所述提供的樹脂的復(fù)合材料。這些生物可降解的聚合物組合物、增強(qiáng)劑、樹脂和復(fù)合材料均在下文進(jìn)行詳細(xì)描述。
在其它方面，本發(fā)明提供一種用于制備包括無紡層和生物可降解的聚合物組合物14的復(fù)合板10的方法，該方法包括以下步驟:制備包含蛋白質(zhì)和第一增強(qiáng)劑的水性樹脂混合物；采用所述混合物涂敷和/或浸潰纖維基墊16 ;加熱被浸潰的基墊16以去除水分(或其他方式干燥被浸潰的基墊)，從而形成基本上干燥的中間片材(在此也稱為“預(yù)浸材料”)；以及對所述中間片材施加有效形成一種包含生物可降解聚合物組合物的復(fù)合材料的溫度和壓力條件。本發(fā)明的這些，以及其他方面的細(xì)節(jié)將在下文進(jìn)行描述。
定義
術(shù)語“生物可降解的”在本文中用于表示隨著時間推移可被水和/或自然界中發(fā)現(xiàn)的酶降解而不危害環(huán)境。
術(shù)語“增強(qiáng)劑”在本文中用于描述一種材料，其包含于本發(fā)明的生物可降解的聚合物組合物內(nèi)，所述聚合物組合物通過固化形成的固體制品的特性與由類似組合物形成的不含增強(qiáng)劑的固化固體制品的相應(yīng)特性相比，包括“最大載荷下的應(yīng)力”、“斷裂應(yīng)力”、“斷裂應(yīng)變”、“模量”以及“韌性”中的任意一項(xiàng)性能均得到了改善。
術(shù)語“固化”在本文中用于描述對本發(fā)明的組合物施加有效形成固體制品的溫度和壓力條件。
術(shù)語“陣列(array)”在本文中用于表示一種網(wǎng)狀物結(jié)構(gòu)。
術(shù)語“基墊”在本文中用于表示連接在一起的粗纖維的集合。
術(shù)語“預(yù)浸材料”在本文中是指在固化該組合物之前使用樹脂對其進(jìn)行浸潰形成的一種纖維結(jié)構(gòu)。
術(shù)語“運(yùn)載工具”在本文中是指任何用于運(yùn)輸人員、動物和/或物體的機(jī)械結(jié)構(gòu)，不管其是否機(jī)動。在一些實(shí)施例中，運(yùn)載工具是指汽車(例如小汽車或卡車)。在其它實(shí)施例中，運(yùn)載工具是指火車、飛行器(例如飛機(jī)、滑翔機(jī)或者直升機(jī))、手推車、貨車、雪橇、船(例如摩托艇、帆船、劃艇等)、儲罐車或摩托車。
樹脂
在一些方面，本發(fā)明提供 一種包括生物可降解的聚合物組合物的樹脂。在一些實(shí)施例中，樹脂包括蛋白質(zhì)和第一增強(qiáng)劑。這類樹脂完全由生物可降解的材料制成。在一些實(shí)施例中，樹脂由包括每年可再生資源的可再生資源制成。在一些實(shí)施例中，樹脂不含對人體產(chǎn)生毒性的成分(即一般的刺激物、毒素或致癌物)。在某些實(shí)施例中，所提供的樹脂不包含甲醛或脲衍生物。
合適的蛋白質(zhì)
通常如上所述，所提供的生物可降解的聚合物組合物包括蛋白質(zhì)。
用于制造所提供的組合物的合適的蛋白質(zhì)通常包括大約20種不同的氨基酸，包括那些含活性基團(tuán)(例如-COOH基，-NH2基和-OH基)的氨基酸。一經(jīng)處理，蛋白質(zhì)本身可通過氨基酸半胱氨酸上的SH基，或者是通過由丙氨酸丟失α氫基和甲基側(cè)鏈上的一個氫原子形成的脫氫丙氨酸(DHA)殘基形成交聯(lián)，形成α基、β基不飽和氨基酸。DHA能夠通過形成賴丙氨酸丙氨酸和羊毛硫氨酸交聯(lián)，分別與賴氨酸和半胱氨酸反應(yīng)。天冬酰胺和賴氨酸也可一起反應(yīng)形成酰胺類鍵。所有這些反應(yīng)均可在固化蛋白質(zhì)期間所使用的較高的溫度和壓力下進(jìn)行。但是，該交聯(lián)蛋白質(zhì)非常脆弱，并且強(qiáng)度較低。
不被特定的理論所束縛，該給定蛋白質(zhì)源的蛋白質(zhì)濃度與交聯(lián)的程度直接成正比(蛋白質(zhì)濃度越大，樹脂的交聯(lián)程度越高)。樹脂的交聯(lián)程度越高，所產(chǎn)生的復(fù)合材料則具有更好的剛性和強(qiáng)度。通過改變蛋白質(zhì)與增塑劑的比例，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)ψ罱K復(fù)合材料的剛度進(jìn)行選擇和細(xì)微調(diào)節(jié)。在一些實(shí)施例中，蛋白質(zhì)與增塑劑的比例是4: I。
除了蛋白質(zhì)的自我交聯(lián)能力，采用活性基團(tuán)對蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾也可進(jìn)一步獲得理想的機(jī)械性能和物理性能。最常見的蛋白質(zhì)修飾包括:添加交聯(lián)劑和內(nèi)部增塑劑，與其它樹脂混合，以及與其它交聯(lián)系統(tǒng)形成滲透網(wǎng)狀物(IPN)。這些修飾旨在提高樹脂的機(jī)械性能和物理性能。樹脂的性質(zhì)可通過添加納米粘土顆粒和微米或納米原纖化纖維素(MFC，NFC)進(jìn)一步改善，如 Huang, X.和 Netravali, A.N.在 Compos.Sc1.and Technol.2007，67，2005 上發(fā)表的“亞麻紗線的表征和亞麻織物增強(qiáng)納米-粘土修飾的大豆蛋白質(zhì)樹脂復(fù)合材料”以及Netravali, A.N., Huang, X.和 Mizuta，K.在 Advanced Composite Materials2007, 16, 269.發(fā)表的“先進(jìn)綠色復(fù)合材料”中所描述。
在一些實(shí)施例中 ，蛋白質(zhì)是一種植物基蛋白質(zhì)。在一些實(shí)施例中，所提供的植物基蛋白質(zhì)來源于種子、莖、果實(shí)、根、皮、秸桿、葉、莖、鱗莖、花或藻類，可以是天然存在也可以是經(jīng)生物工程改造。在一些實(shí)施例中，所述植物基蛋白質(zhì)是大豆蛋白質(zhì)。
大豆蛋白質(zhì)。大豆蛋白質(zhì)已經(jīng)過多種方式修飾，并在過去作為樹脂應(yīng)用，如Netravali, A.N.和 Chabba, S.在 Materials Today, pp.22-29, Apri12003 ；Lodha, P.和Netravali, A.N.在 Indus.Crops and Prod.2005, 21, 49 ；Chabba, S.和 Netravali, A.N.在 J.Mater.Sc1.2005，40，6263 ;Chabba, S.和 Netravali, A.N.在 J.Mater.Sc1.2005, 40, 6275 ；以及Huang, X.和 Netravali, A.N.^Biomacromolecules, 2006, 7, 2783中所述。
用于本發(fā)明的大豆蛋白質(zhì)包括來自市場上可買到的大豆蛋白質(zhì)來源的大豆蛋白質(zhì)。該大豆蛋白質(zhì)來源的蛋白質(zhì)含量與由此產(chǎn)生的復(fù)合板的強(qiáng)度和剛度成正比，因?yàn)榘殡S而來的是樹脂的交聯(lián)程度得到增加。在一些實(shí)施例中，所述大豆蛋白質(zhì)來源作去除碳水化合物處理，從而提高大豆源的蛋白質(zhì)水平。在其它實(shí)施例中，所述大豆蛋白質(zhì)來源不作處理。
在一些實(shí)施例中，所述大豆蛋白質(zhì)在大豆蛋白質(zhì)來源中的濃度約為90-95 %。在其他實(shí)施例中，所述大豆蛋白質(zhì)在大豆蛋白質(zhì)來源中濃度約為70-89%。在另外一些實(shí)施例中，所述大豆蛋白質(zhì)在大豆蛋白質(zhì)來源中的濃度約為60-69%。還有一些實(shí)施例中,所述大豆蛋白質(zhì)在大豆蛋白質(zhì)來源的濃度約為45-59%。
在一些實(shí)施例中，所述大豆蛋白質(zhì)來源為大豆蛋白質(zhì)分離物。
在一些實(shí)施例中，所述大豆蛋白質(zhì)來源是大豆蛋白質(zhì)濃縮物。在一些實(shí)施例中，所述大豆蛋白濃縮物可從市場上買到，例如Arcon Ss^Arcon F*，可購自阿徹丹尼爾斯米德蘭公司(Archer Daniels Midland)。
在一些實(shí)施例中，所述大豆蛋白質(zhì)來源是大豆粉。
替代蛋白質(zhì)。如上所沭，用于本發(fā)明的合適的蛋白質(zhì)包括棺物基蛋白質(zhì)。在某些實(shí)施例中，所述植物基蛋白質(zhì)為非大豆基蛋白質(zhì)。在一些實(shí)施例中，所提供的植物基蛋白質(zhì)來源于種子、梗、果實(shí)、根、皮、秸桿、葉、莖、藻類、鱗莖或花中獲得，可以是天然存在也可以是經(jīng)生物工程改造。在一些實(shí)施例中，來源于種子的所述植物基蛋白質(zhì)是油菜籽或向日葵蛋白質(zhì)。在其它實(shí)施例中，來源于谷物的所述植物基蛋白是黑麥、小麥或玉米蛋白質(zhì)。在另外一些實(shí)施例中，植物基蛋白質(zhì)分離自一種產(chǎn)蛋白質(zhì)的藻類。
在一些實(shí)施例中，用于本發(fā)明的合適的蛋白質(zhì)包括動物基蛋白質(zhì)，如膠原蛋白、明膠、酪蛋白、白蛋白、絲蛋白和彈性蛋白。
在一些實(shí)施例中，用于本發(fā)明的蛋白質(zhì)包括由微生物產(chǎn)生的蛋白質(zhì)。在一些實(shí)施例中，所述微生物包括藻類、細(xì)菌和真菌，例如酵母菌。
在其它實(shí)施例中，用于本發(fā)明的蛋白質(zhì)包括生物柴油副產(chǎn)物。
增強(qiáng)劑
大致如上所述，所提供的樹脂包括第一增強(qiáng)劑。在一個實(shí)施例中，所述增強(qiáng)劑是綠色多糖。在一個實(shí)施例中，所述增強(qiáng)劑是羧酸。在另一個實(shí)施例中，所述增強(qiáng)劑是納米粘土。在又一實(shí)施例中，所述增強(qiáng)劑是微纖化纖維素或納米纖化纖維素。在一些實(shí)施例中，在本發(fā)明的生物可降解的聚合物組合物中，大豆蛋白質(zhì)與第一增強(qiáng)劑的重量比為約20: I至約 1:1。
綠色多糖。在一個 實(shí)施例中，所述第一增強(qiáng)劑是綠色多糖。在一個實(shí)施例中，所述增強(qiáng)劑是可溶的(即基本上可溶于PH約為7.0或更高的水中)。在一些實(shí)施例中，所述綠色多糖是含羧基的多糖。在另一個實(shí)施例中，所述綠色多糖是瓊脂、膠凝糖或它們的混合物。
膠凝糖膠可從市場上購買，如購自西格瑪奧德里奇生物技術(shù)公司(Sigma-AldrichBiotechnology)的Phytagel 。該膠凝糖通過細(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn)，并由葡糖醒酸、鼠李糖和葡萄糖組成，且通常作為膠凝劑在電泳中使用?；谄浠瘜W(xué)性質(zhì)，固化的Phytagel 是完全可降解的。膠凝糖，是一種包含葡糖醛酸、葡萄糖和鼠李糖單元的線性四糖，已知通過利用天然存在于大多數(shù)植物組織和培養(yǎng)基中的二價陽離子在其葡糖醛酸位點(diǎn)處的離子交聯(lián)形成凝膠劑。在沒有二價陽離子的情況下，已知較高濃度的膠凝糖還可通過氫鍵形成強(qiáng)凝膠劑。
膠凝糖與大豆蛋白質(zhì)分離物的混合已經(jīng)顯示出可改善機(jī)械性能。例如，參見Huang, X.和 Netravali, A.N.在 Biomacromolecules, 2006，7，2783,以及 Lodha, P.和Netravali, A.N.在Polymer Composites, 2005, 26, 647中所述。在固化期間，交聯(lián)發(fā)生于蛋白質(zhì)和多糖中，單獨(dú)地形成固化蛋白質(zhì)的陣列的和多糖的陣列。兩個陣列混合在一起形成混合物。由于兩個陣列均含有極性基團(tuán)例如-C00H基和-OH基，并且蛋白質(zhì)含有-NH2基，因此在形成的固化蛋白質(zhì)和固化多糖的陣列之間氫鍵會發(fā)生粘合。
在其它實(shí)施例中，綠色多糖選自鹿角菜膠、瓊脂、膠凝糖、瓊脂糖、藻酸、藻酸銨、annacardium occidentale gum、藻酸|丐、羧甲基纖維素(CMC)、carubin、殼聚糖醋酸鹽、殼聚糖乳酸鹽、E407a麒麟菜屬海藻制品、脫乙酰吉蘭糖膠、瓜爾豆膠、半乳甘露聚糖、羥丙基甲基纖維素(HPMC)、isabgol、槐樹豆膠、果膠、普魯蘭尼克多元醇F127、多糖、藻酸鉀、支鏈淀粉、海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉、黃芪膠、黃原膠組成的組及其混合物。在一些實(shí)施例中，所述多糖可從海藻和其他水生植物中提取。在一些實(shí)施例中，所述多糖是瓊脂。
羧酸和酯。在一些實(shí)施例中，所述第一增強(qiáng)劑是羧酸或酯。含有羧酸或酯的增強(qiáng)劑可與蛋白質(zhì)上的合適的基團(tuán)交聯(lián)。在一些實(shí)施例中，所述羧酸或酯增強(qiáng)劑選自己酸、己酯、蓖麻油、魚油、乳酸、乳酸酯、聚L-乳酸(PLLA)和多元醇組成的組。
其它聚合物。在另外一些實(shí)施例中，所述第一增強(qiáng)劑是聚合物。在一些實(shí)施例中，所述聚合物是生物聚合物。在一個實(shí)施例中，所述第一增強(qiáng)劑是聚合物，例如木質(zhì)素。在其它實(shí)施例中，所述生物聚合物是明膠或其它合適的蛋白質(zhì)凝膠。
納米粘土。在一些實(shí)施例中，所述第一增強(qiáng)劑是粘土。在其它實(shí)施例中，所述粘土為納米粘土。在一些實(shí)施例中，納米粘土的90%的干燥粒徑小于15微米。所述組合物其特征是綠色，因?yàn)樗黾{米粘土顆粒是天然的并且如果進(jìn)行處理或堆肥容易變成土壤顆粒。納米粘土不參與交聯(lián)而是作為增強(qiáng)添加劑和填料使用。本文所用的術(shù)語“納米粘土”是指具有納米厚度的硅酸鹽薄片的粘土。在一些實(shí)施例中，納米粘土是天然粘土，例如蒙脫土。在其它實(shí)施例中，納米粘土選自含氟鋰蒙脫石、鋰皂石、膨潤土、貝德石、鋰蒙脫石、皂石、綠脫石、鋅蒙脫石、蛭石、伊利石、水羥硅鈉石、斜水硅鈉石和硅鎂石組成的組。
纖維素。在一些實(shí)施例中，所述第一增強(qiáng)劑是纖維素。在一些實(shí)施例中，纖維素是微纖化纖維素(MFC)或納米纖化纖維素(NFC)。MFC通過將纖維素原纖維從多種不同植物品種中分離(剪切)制造。隨后通過純化和剪切，以制造納米原纖化纖維素。MFC和NFC之間的唯一區(qū)別在于尺寸(微米與納米)。由于MFC和NFC可在堆肥介質(zhì)中和在潮濕環(huán)境中通過微生物活動降解，該組合物為綠色產(chǎn)品。高達(dá)60%重量的MFC或NFC(未固化蛋白質(zhì)加綠色增強(qiáng)劑基底)明顯改進(jìn)了該組合物的機(jī)械性能。MFC和NFC不參與任何交聯(lián)而是作為增強(qiáng)添加劑或填料存在。但是，由于它們的尺寸和長寬比，它們基本均勻地分散在生物可降解的組合物中，起加強(qiáng)作用。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的樹脂還包括含有多種增強(qiáng)劑的組合的樹月旨。僅作為示例，在一個實(shí)施例中，所述樹脂組合物包含98%-20%重量的蛋白質(zhì)(未固化的蛋白質(zhì)加第一增強(qiáng)劑為基礎(chǔ))以及2%-80%重量的第一增強(qiáng)劑(未固化的蛋白質(zhì)加第一增強(qiáng)劑為基礎(chǔ))，其中所述第一增強(qiáng)劑由1.9%-65%重量的固化綠色多糖和0.1%_15%重量的納米粘土組成(未固化的蛋白質(zhì)加納米粘土加多糖為基礎(chǔ))。
在另一個實(shí)施例中，所述樹脂組合物包括98%_20%重量的蛋白質(zhì)(未固化的蛋白質(zhì)加第一增強(qiáng)劑為基礎(chǔ))和2%-80%重量的第一增強(qiáng)劑(未固化的蛋白質(zhì)加第一增強(qiáng)劑為基礎(chǔ))其中所述第一增強(qiáng)劑由 0.1%-79.9%重量的固化綠色多糖和0.1%-79.9%重量的微纖化纖維素或納米纖化纖維素(未固化的蛋白質(zhì)加MFC或NFC為基礎(chǔ))組成。
增塑劑
如上所述，該樹脂含有蛋白質(zhì)和第一增強(qiáng)劑，可選地還進(jìn)一步包括增塑劑。不被特定的理論所束縛，增塑劑的加入降低了交聯(lián)蛋白質(zhì)的脆性，從而增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛性。在一些實(shí)施例中，增塑劑的重量比:(蛋白質(zhì)+第一增強(qiáng)劑)為約1: 20至約1: 4。本發(fā)明使用的合適的增塑劑包括親水性或疏水性多元醇。在一些實(shí)施例中，所提供的多元醇是Ci_3多元醇。在一個實(shí)施例中，所述Ci_3多元醇是丙三醇。在其它實(shí)施例中，所提供的多元醇是C4_7多元醇。在一個實(shí)施例中，所述C4_7多元醇是山梨醇。
在其它實(shí)施例中，增塑劑選自對環(huán)境安全的鄰苯二甲酸鹽如鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)和二異癸基鄰苯二甲酸酯(DIDP)，食品添加劑例如乙?；瘑胃视王ネ榛鶛幟仕狨?、檸檬酸三乙酯(TEC)、乙酰檸檬酸三乙酯(ATEC)、檸檬酸三丁酯(TBC)、乙酰基檸檬酸三丁酯(ATBC)，檸檬酸三辛基酯(TOC)、檸檬酸乙?；粱?ATOC)、檸檬酸三己酯(THC)、檸檬酸乙?；乎?ATHC)、檸檬酸丁?；乎?BTHC)、檸檬酸三甲酯(TMC)、烷基磺酸苯酯(ASE)，磺化木質(zhì)素，蜂蠟，油，糖，多元醇如山梨醇和甘油，低分子量的多糖組成的組或它們的混合物。
防潮劑
所提供的樹脂可選地進(jìn)一步包括防潮劑，該防潮劑抑制復(fù)合材料的吸濕性。防潮劑還可選地減少由蛋白質(zhì)的使用所產(chǎn)生的任何氣味。在一些實(shí)施例中，防潮劑是蠟或油。在其它實(shí)施例中，防潮劑是植物基蠟或植物基油。在其它實(shí)施例中，防潮劑是石油基蠟或石油基油。在其它實(shí)施例中，防潮劑是動物基蠟或動物基油。
在一些實(shí)施例中，植物基防潮劑選自巴西棕櫚蠟、茶樹油、大豆蠟、羊毛脂、棕櫚油、棕櫚蠟、花生油、葵花油、菜籽油、卡諾拉油、海藻油、椰子油和巴西棕櫚原油組成的組。
在一些實(shí)施例中，石油基防潮劑選自固體石蠟、石蠟油和礦物油組成的組。
在一些實(shí)施例中，動物基防潮劑選自蜂蠟和鯨油組成的組。
抗菌劑
根據(jù)本發(fā)明，該蛋白質(zhì)樹脂可選地含有抗菌劑。在一些實(shí)施例中，抗菌劑是一種對環(huán)境安全的試劑。在一些實(shí)施例中，抗菌劑是胍聚合物。在一些實(shí)施例中，所述胍聚合物是Teflex 。在其它實(shí)施例中，抗菌劑選自茶樹油、對羥基苯甲酸酯類、對羥基苯甲酸酯鹽、季銨鹽、烯丙胺類、棘白菌素類、多烯抗真菌劑、唑類、異噻唑啉酮、咪唑鹽、硅酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碘化鉀、銀、銅、硫磺、葡萄柚籽提取物、檸檬香桃木屬植物、橄欖葉提取物、廣藿香油、香茅油、橙皮油、保哥果(Pau d’Arco)和印楝油組成的組。在一些實(shí)施例中，對羥基苯甲酸酯選自甲基、乙基、丁基、異丁基、異丙基和對羥基苯甲酸芐酯及其它們的鹽組成的組。在一些實(shí)施例中，唑類選自咪唑、三唑、噻唑和苯并咪唑的組成的組。
復(fù)合材料
提供的樹脂適用于與綠色增強(qiáng)材料組合以形成復(fù)合板10。
纖維
本發(fā)明提供一種復(fù)合材料10，也稱為復(fù)合板，其包括至少一層生物可降解的聚合物組合物14，如本文所述。在某些實(shí)施例中，所述組合物14由蛋白質(zhì)、第一增強(qiáng)劑和可選的天然來源的第二增強(qiáng)劑組成，所述第二增強(qiáng)劑可以是微粒的材料、纖維或它們的組合物。更準(zhǔn)確地說，所述天然來源的第二增強(qiáng)劑包括綠色增強(qiáng)纖維、長絲、紗線和它們的平行陣列，機(jī)織織物，針織織物和/或不同于蛋白質(zhì)綠色聚合物的無紡織物，或它們的組合。
在一些實(shí)施例中，第二增強(qiáng)劑是紡織的或無紡、洗滌或未洗滌的天然纖維。在一些實(shí)施例中，天然洗滌的、無紡纖維是纖維素基纖維。在其它實(shí)施例中，天然洗滌的、無紡纖維是動物基纖維。
在一些實(shí)施例中，纖維素基纖維可從供應(yīng)商獲得，以各種包裝存在，例如散裝，打包，袋裝或者盒裝纖維。在其它實(shí)施例中，所述纖維素基纖維選自包括洋麻、大麻、亞麻、羊毛、絲、棉、苧麻、劍麻、黃麻、甘蔗、高粱、酒椰葉、甘蔗渣、椰子、鳳梨、馬尼拉麻(香蕉)、向日葵莖、向日葵皮、花生殼、小麥秸、燕麥秸桿、草裙舞草、龍舌蘭之類、玉米秸桿、竹和鋸屑組成的組。在其它實(shí)施例中，纖維素基纖維是來自服裝、木材和紙制品的回收纖維。在其它實(shí)施例中，纖維素基纖維是肥料。在其它實(shí)施例中，纖維素基纖維是再生纖維素纖維，如粘膠人造絲和萊賽爾 纖維。
在一些實(shí)施例中，動物基纖維包括毛發(fā)或皮毛，蠶絲，來自各種家禽包括雞和火雞的羽毛的纖維，以及再生產(chǎn)品如蜘蛛絲和羊毛。
在一些實(shí)施例中,可以將無紡纖維制成無紡基墊16。
在一些實(shí)施例中，無紡纖維從供應(yīng)商處獲得并已經(jīng)洗滌。在其它實(shí)施例中，無紡纖維通過洗滌以去除覆蓋于所述纖維上的天然木質(zhì)素和果膠。在其它實(shí)施例中，無紡纖維不經(jīng)洗滌即投入使用。
在其它實(shí)施例中，本發(fā)明中所使用的一種纖維是洗滌或未洗滌的紡織織物。在一些實(shí)施例中，紡織織物選自粗麻、亞麻或胡麻、羊毛、棉、大麻、絲和人造絲組成的組。在一些實(shí)施例中，紡織織物是粗麻。在另一個實(shí)施例中，紡織織物是染色粗麻織物。在又一實(shí)施例中，紡織織物是未洗滌的粗麻織物。
在其它實(shí)施例中，本發(fā)明中使用的纖維是一種無紡纖維和紡織織物的組合。
在一些實(shí)施例中，所述紡織織物與所提供的包含蛋白質(zhì)和第一增強(qiáng)劑的樹脂結(jié)合，并壓制成如下文所述的復(fù)合材料。
在某些實(shí)施例中，所述復(fù)合材料10由提供的包括蛋白質(zhì)、第一增強(qiáng)劑和可選的第二增強(qiáng)劑的樹脂組成，其中所述第二增強(qiáng)劑與所提供的樹脂一起浸潰形成基墊，稱為預(yù)浸材料。兩個或多個預(yù)浸材料可選地堆疊以達(dá)到所需厚度?？蛇x地，所述預(yù)浸材料堆疊或者夾置一個或多個可選浸潰的紡織織物之間形成夾層，從而產(chǎn)生更堅(jiān)固和更耐用的復(fù)合材料。在一些實(shí)施例中，所述預(yù)浸材料與可選浸潰的紡織粗麻形成夾層。在一些實(shí)施例中，預(yù)浸材料堆的外表面采用裝飾層或者美化層覆蓋，例如織物或膠合板。在一些實(shí)施例中，所述織物采用絲網(wǎng)印刷產(chǎn)生定制的復(fù)合材料。值得注意的是，本發(fā)明進(jìn)一步提供一步法來壓制和膠合復(fù)合材料而不需使用甲醛基粘合劑，因?yàn)闃渲旧砼c帶膠合板的預(yù)浸材料交聯(lián)，從而產(chǎn)生一種生物可降解的膠合復(fù)合材料。在其它實(shí)施例中，所述膠合板通過合適的粘合劑(例如木膠)與復(fù)合材料粘合。
或者，該復(fù)合材料由一種包括蛋白質(zhì)、第一增強(qiáng)劑和可選的第二增強(qiáng)劑的干樹脂組成，其中所述第二增強(qiáng) 劑與干樹脂結(jié)合以形成樹脂/纖維復(fù)合體，其可選地在被施加有效形成復(fù)合材料的溫度、濕度和/或壓力條件下之前以水潤濕。兩種或多種樹脂/纖維復(fù)合體可選地堆疊或以其它方式組合以達(dá)到所需的厚度。可選地，所述樹脂/纖維復(fù)合體堆疊或夾置于一個或多個可選浸潰紡織織物之間形成夾層，從而產(chǎn)生更堅(jiān)固和更耐用的復(fù)合材料。在一些實(shí)施例中，樹脂/纖維結(jié)構(gòu)復(fù)合體夾置于可選浸潰的紡織粗麻之間形成夾層。在一些實(shí)施例中，樹脂/纖維復(fù)合體堆的外表面采用裝飾層或者美化層覆蓋，例如織物或膠合板。在一些實(shí)施例中，該織物采用絲網(wǎng)印刷產(chǎn)生定制的復(fù)合材料。值得注意的是，進(jìn)一步提供了一步法來壓制和膠合復(fù)合材料而不需使用甲醛基粘合劑，因?yàn)闃渲旧砼c帶膠合板的預(yù)浸材料交聯(lián)，從而產(chǎn)生一種生物可降解的膠合復(fù)合材料。在其它實(shí)施例中，所述膠合板通過合適的粘合劑(例如木膠)與復(fù)合材料粘合。
在一些實(shí)施例中，預(yù)浸材料堆可直接壓入模具內(nèi)，從而制成波狀外形的復(fù)合材料。在另一個實(shí)施例中，該預(yù)浸材料可用同一步驟中同時被膠合和模塑。用于膠合板板層的木材包括但不限于任何硬木、軟木或竹子。在一些實(shí)施例中，膠合板是竹子、松木、白楓木、紅楓木、白楊木、胡桃木、橡木、紅杉木、樺木、桃花心木、烏木和櫻桃木。
在一些實(shí)施例中，該復(fù)合材料10在同一塊板中可具有可變的密度。在一些實(shí)施例中，該可變的密度由模具產(chǎn)生，該模具具有波狀外形，在一個面上具有不平坦的表面，而在另一個面上具有平坦的表面，從而將可變壓力施加到波狀外形的表面上。在其它實(shí)施例中，該可變密度通過積累預(yù)浸材料的不均勻?qū)赢a(chǎn)生，越是大量層疊的區(qū)域，即加厚區(qū)域，則為復(fù)合紙板帶來更加致密的部分。
在一些實(shí)施例中，預(yù)浸材料的壓制包含一個加工步驟，此加工步驟可在壓制步驟或固化步驟之前或之后進(jìn)行，或者在將復(fù)合材料從模具中取出之前或之后。在一些實(shí)施例中，該加工步驟是在預(yù)浸材料被裝載到模具里之后，而在壓制或固化步驟之前進(jìn)行。該步驟包括將裝有預(yù)浸材料的模具放置于一個加工裝置中，修整預(yù)浸材料的外邊緣，經(jīng)過壓制或固化，產(chǎn)生的復(fù)合材料不需再做進(jìn)一步的成形或精修。在一些實(shí)施例中，修整自模具外部的預(yù)浸材料可以通過磨碎回收，并將該腳料加回到樹脂中。
在其它實(shí)施例中，該加工步驟可在壓制或固化復(fù)合材料之后但在復(fù)合材料從模具中取出之前進(jìn)行。
生物可降解復(fù)合材料的應(yīng)用
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，復(fù)合材料10包括在消費(fèi)品制造中非常有用的生物可降解的組合物。由包含生物可降解組合物的復(fù)合材料組成的消費(fèi)品相比于傳統(tǒng)的材料(例如木材和刨花板)是耐火的。特別值得注意的是，由包含生物可降解組合物的復(fù)合材料組成的消費(fèi)品(例如家具、運(yùn)動設(shè)備和家用裝飾)在它們的使用壽命結(jié)束時是可再生的，并且可堆肥，從而減少填埋垃圾。此外，這種包含生物可降解的組合物的復(fù)合材料的生產(chǎn)不需使用甲醛或其它有毒化學(xué)品·，如異氰酸酯或異氰酸酯/環(huán)氧樹脂。
根據(jù)本發(fā)明的一個應(yīng)用提供一種包括所提供的復(fù)合材料的車輛板。特別值得注意的是，由所提供的包含生物可降解的組合物的復(fù)合材料組成的車輛板在它們的使用壽命結(jié)束時是可再生的并且可堆肥，從而減少填埋垃圾。進(jìn)一步地，由所提供的包含生物可降解的組合物組成的復(fù)合材料的生產(chǎn)無需使用甲醛或其它有毒化學(xué)物質(zhì)，他們不吸附甲醛也不排放甲醛到環(huán)境中。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種包括由生物可降解的聚合物組合物14組成的復(fù)合材料層10的車輛板。在一些實(shí)施例中，該車輛板可選地包括可變密度的區(qū)域。在一些實(shí)施例中，該車輛板包括具有第一密度的第一區(qū)域和具有第二密度的第二區(qū)域。因此，在一些實(shí)施例中，本發(fā)明提供的車輛板包括至少兩個密度不同的區(qū)域。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的車輛板包括至少兩個密度不同的區(qū)域，其中具有較低密度的區(qū)域的表面不與具有較高密度的區(qū)域的表面共平面。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的車輛板包括至少兩個不同密度的區(qū)域，其中具有較低密度的區(qū)域的一個表面與具有較高密度的區(qū)域的表面共平面，而相應(yīng)的相對表面是非平面的。在一些實(shí)施例中，車輛板是彎曲的。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的包括至少兩個不同密度的區(qū)域的車輛板是彎曲的。在一些實(shí)施例中，該車輛板基本上是平直的。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的包括至少兩個密度不同的區(qū)域的車輛板基本上是平直的。在一些實(shí)施例中，一種車輛板同時包括平直的邊緣和彎曲的邊緣。在其它實(shí)施例中，一種車輛板包括基本平直的邊緣。在其它實(shí)施例中，該車輛板包括彎曲的邊緣。根據(jù)本發(fā)明，一種車輛板可選地包括一個突起。在一些實(shí)施例中，一種車輛板可選地包括一開口。在一些實(shí)施例中，所述凸起限定一開口。在一些實(shí)施例中，一種車輛板可選地包含至少一個突起。在一些實(shí)施例中，一種車輛板可選地包含至少一個開口。在一些實(shí)施例中，一種車輛板可選地包含至少一個開口和至少一個突起。在一些實(shí)施例中，所述開口是孔、穴、間隙、空腔或?qū)嵭闹黧w的一個中空部位。在一些實(shí)施例中，所述開口完全穿過所述車輛板。在一些實(shí)施例中，開口部分地穿過所述車輛板。在一些實(shí)施例中，所述開口具有約0.125英寸至約6英寸的直徑。在一些實(shí)施例中，所述開口具有0.5英寸至約3英寸之間的直徑。在其它實(shí)施例中，所述開口具有3英寸至5英寸之間的直徑。在一些實(shí)施例中，所述開口具有5英寸和12英寸之間的直徑。在一些實(shí)施例中，開口具有12英寸和36英寸之間的直徑。在一些實(shí)施例中，所述開口大約為鉚釘或螺釘?shù)某叽?。在一些?shí)施例中，所述開口大約為手柄的尺寸。在一些實(shí)施例中，所述開口約為揚(yáng)聲器的尺寸。在一些實(shí)施例中，所述開口約為窗的尺寸。在一些實(shí)施例中，所開口約為遮陽頂棚的尺寸。在一些實(shí)施例中，所述開口約為輪胎，例如備用輪胎的尺寸。該開口可以被定義為圓柱形的、正方形的、三角形的、矩形的、對稱的或不對稱的多面體突起。在一些實(shí)施例中，所述車輛板是門板。在一些實(shí)施例中，所述車輛板是室內(nèi)門板。在一些這樣的實(shí)施例中，該室內(nèi)門板由一種復(fù)合片材組成。在一些實(shí)施例中，門板包括一開口。在一些這樣的實(shí)施例中，所述開口約為窗的尺寸。在一些實(shí)施例中，所述車輛板是儀表板或控制臺。
在一些實(shí)施例中，車輛板進(jìn)一步包括用于配件的定制的開口或間隔，所述配件例如揚(yáng)聲器、門把手、窗、無線電/CD/MP3播放器、GPS或?qū)Ш较到y(tǒng)、杯架、儲存室、氣孔、氣候控制旋鈕或按鈕，顯示車輛機(jī)械性能和/或測量結(jié)果的儀表或儀器。
在一 些實(shí)施例中,所述車輛板是屋面板。在一些實(shí)施例中,所述屋面板還包括一開口。在一些這樣的實(shí)施例中，所述開口約為窗的尺寸，例如遮陽篷頂。
在一些實(shí)施例中，所述車輛板是地板。
在一些實(shí)施例中,所述車輛板是外壁板。在一些實(shí)施例中，所述外壁板是門板或屋面板。
在一些實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種由生物可降解的組合物組成的復(fù)合材料制造車輛板的方法，其中所述方法包括以下步驟:(i)在兩個加工元件之間堆疊一個或多個預(yù)浸材料；以及Qi)施加足夠形成復(fù)合材料的壓力到所述加工元件上。
在一些實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種由生物可降解的組合物組成的復(fù)合材料制造車輛板的方法，其中所述方法包括以下步驟:(i)在兩個加工元件之間堆疊一個或多個預(yù)浸材料；以及Qi)施加足夠形成復(fù)合材料的壓力到所述加工元件上，其中所述加工元件在相對表面之間的距離是非恒定的。
在一些實(shí)施方例中，本發(fā)明提供一種由生物可降解的組合物組成的復(fù)合材料制造車輛板的方法，其中所述方法包括以下步驟:(i)在兩個工具元件之間堆疊一個或多個預(yù)浸材料；以及(ii)施加足夠形成復(fù)合材料的壓力到所述加工元件上，該復(fù)合材料具有以第一密度為特征的第一區(qū)域，以及以第二密度為特征的第二區(qū)域。
在其它實(shí)施例中，包含生物可降解的組合物的復(fù)合材料被投入到家具中使用。在一些實(shí)施例中，該家具可包括桌子、書桌、椅子、搭架、餐具柜、調(diào)酒柜臺、長凳、床頭柜、洗面臺、凳子、梳妝臺、床架、蒲團(tuán)框，嬰兒床、娛樂物臺、書架等等。在一些實(shí)施例中，家具可以包括躺椅和休閑椅，其框架由包含生物可降解組合物的復(fù)合材料組成。在一些實(shí)施例中，所述家具可以是辦公室家具，例如隔室壁具。在一些實(shí)施例中，該隔室壁具有可變密度以適配圖釘。隔室壁具也可以包含多個凹槽，用于將電線和電纜隱藏在其中。在其它實(shí)施例中，辦公家具可以是桌子、椅子或柜子。在一些實(shí)施例中，該復(fù)合材料可定制嵌體、黴標(biāo)、顏色、圖案坐寸O
在一些實(shí)施例中，包含生物可降解的組合物的復(fù)合材料用于制造家庭裝飾產(chǎn)品。這些家庭裝飾產(chǎn)品包括畫框、墻壁覆蓋物、柜和柜門、裝飾性桌子、托盤和大淺盤、三腳架，墊布、裝飾屏幕、裝飾盒、軟木公告板等。在一些實(shí)施例中，該復(fù)合材料可定制嵌體、徽標(biāo)、顏色、圖案等。
在一些實(shí)施例中，包含生物可降解的組合物的復(fù)合材料用于制造工具和工業(yè)設(shè)備，包括梯子、工具把手(例如錘子)、刀、鋸手柄或鋸木架等。
在一些實(shí)施例中，包含生物可降解的組合物的復(fù)合材料用于制造樂器，包括吉他、鋼琴、大鍵琴、小提琴、大提琴、低音、豎琴、中提琴、班卓琴，琵琶、曼陀林和樂器琴弓。
在一些實(shí)施例中，包含生物可降解的組合物的復(fù)合材料可用于制造骨灰盒或棺材。特別值得注意的是，應(yīng)當(dāng)理解所述骨灰盒將被構(gòu)造成以與其內(nèi)容物相比相同或稍低的速率進(jìn)行生物降解。在一些實(shí)施例中，所述骨灰盒在模制/壓制過程中進(jìn)行粘合。
在一些實(shí)施例中，包含生物可降解的組合物的復(fù)合材料適用于制造運(yùn)動設(shè)備。這些運(yùn)動設(shè)備包括滑板、滑雪板、雪橇、網(wǎng)球拍、高爾夫球桿、自行車、踏板車、護(hù)肩、護(hù)肘、護(hù)膝、籃板、長曲棍球棒、曲棍球棍、脫脂板、滑水板、滑水撬、滑板、沖浪板、溜冰鞋、雪上溜冰鞋、滑雪鞋等。在一些實(shí)施例中，該復(fù)合材料可定制嵌體、徽標(biāo)、顏色、圖案等。
在其它實(shí)施例中，包含生物可降解的組合物的復(fù)合材料適用于制造產(chǎn)品盒、包裝和大體積一次性消費(fèi)品。
在一些實(shí)施例中，包含生物可降解的組合物的復(fù)合材料適用于制造建筑材料。
在其它實(shí)施例中，包含生物可降解的組合物的復(fù)合材料適用于制造汽車、飛機(jī)、火車、自行車或空間飛行器的部件。
制備所提供復(fù)合材料的基本方法
在制備本發(fā)明的樹脂時，根據(jù)所述第一增強(qiáng)劑的濃度，將第一增強(qiáng)劑溶解于水中以形成溶液或弱凝膠，并可選地添加防潮劑、抗菌劑、附加增強(qiáng)劑。將獲得的溶液或凝膠加入最初的蛋白質(zhì)懸 浮液中，使用或不使用增塑劑，在有效使得所有成分溶解的條件下，制備包含生物可降解的聚合物組合物的水性樹脂。
采用由此制備的水性樹脂混合物浸潰纖維結(jié)構(gòu)，隨后可選地干燥以制備如上所述的預(yù)浸材料。預(yù)浸材料可選地堆疊或者以其它方式組合達(dá)到預(yù)期厚度，然后對其施加足夠形成復(fù)合材料的溫度和/或壓力條件。
在一些實(shí)施例中，所述樹脂可選地干燥成粉末。在一些實(shí)施例中，該樹脂被噴霧干燥。在其它實(shí)施例中，該樹脂被冷凍干燥。在另外一些實(shí)施例中，該樹脂在環(huán)境空氣中干燥。在其它一些實(shí)施例中，該樹脂通過鼓風(fēng)干燥。
由此產(chǎn)生的干樹脂然后可選地與包含織物或無紡纖維的第二增強(qiáng)劑混合。浸潰的方法可選地包括潤濕劑，以確保干樹脂系統(tǒng)與纖維表面的良好接觸。潤濕劑能夠降低浸潰過程的持續(xù)時間，并產(chǎn)生更加充分浸潰的纖維/樹脂復(fù)合體。所述樹脂/纖維復(fù)合體可選地采用合適的潤濕劑進(jìn)行濕潤，潤濕劑選自丙二醇，烷基酚聚氧乙烯醚(APEs)，埃波綸低分子量聚乙烯E-43，含月桂酸油(例如椰子油、萼距花油、斑鳩菊油、棕櫚仁油)，離子和非離子表面活性劑如十二烷基硫酸鈉和聚山梨醇酯80，大豆乳化劑例如環(huán)氧化大豆油和環(huán)氧化脂肪酸，豆油，亞麻子油，蓖麻油，娃燒分散劑例如Z-6070,聚乳酸例如可購自Petrolite公司的乙氧基化醇UNITH0X 480，UNITH0X 750和酸酰胺乙氧基化物UNICID ，乙氧基氟化鈉化合物例如可購自Dupont公司的zonyl FSM,乙氧化烷基酚和烷基芳基聚醚，C12-C25羧酸例如月桂酸、油酸、棕櫚酸或硬脂酸，脫水山梨糖醇C12-C25羧酸酯例如脫水山梨糖醇單月桂酸酯，脫水山梨糖醇單棕櫚酸酯，脫水山梨糖醇單硬脂酸酯，脫水山梨醇三硬脂酸酯，脫水山梨糖醇單油酸酯或脫水山梨醇三油酸酯/雙子表面活性劑，硬脂酸鋅，高分子量的潤濕劑例如可購自 BYK USA 公司的 DISPERBYK-106，DISPERBYK-107 和 DISPERBYK-108，超-支化聚合物例如可購自Cognis公司的Starfactant ,氨基酸-甘油醚,表面活性劑例如可購自Consos 公司的 Consamine CA, Consamine Cff, Consamine DSNT, ConsamineDVS, ConsamineJDA, Consamine JNF, Consamine NF, Consamine PA, Consamine X 和 Consowet DY,臘例如可購自Buckman實(shí)驗(yàn)室的Luwax PE、褐煤臘、Busperse47,非離子或陰離子型潤濕劑例如可購自美國Struktol公司的TR041、TR251和TR255,可購自St印an公司的Hydropalat 120, Igepal C0630,可購自 Harcros Chemical 公司的 Polytergent B-300,，可購自 UnionCarbide公司的Triton X-100,燒基化聚娃氧燒娃氧燒共聚物例如可購自Byk-Chemie公司的BYK A-525和BYK ff-980,新烷氧基鋯酸酯和新烷氧基鈦酸酯偶聯(lián)劑例如可購自KenrichPetrochemicals 公司的 Ken React LZ-37, Ken React LZ-97 和 LICA44,共聚丙烯酸酯例如可購自Henkel公司的Perenol F-40,可購自Morton公司的雙(六亞甲基)三胺,Pavel92,癸醇聚氧乙烯醚例如可購自DeForest公司的DeTHOX DA-4和DeTHOX DA-6,可購自GAF公司的二辛基磺化琥拍酸鈉，Igepal C0-430,分散助劑例如可購自Dow Corning公司的Z-6173，，脂肪酸和低分子量線性脂肪族聚酯例如聚己內(nèi)酯，聚鏈烷酸酯和聚乳酸組成的組。
浸潰之后，纖維/樹脂復(fù)合體可選地切割成所需的尺寸和形狀。所述樹脂/纖維復(fù)合體隨后形成為片材，所述片材通過加熱或者加熱和加壓結(jié)合固化形成一層。為了獲得較厚的復(fù)合材料片材，多個片材可堆疊在一起以進(jìn)行固化。所述片材可與單向纖維和紗線在不同層中以不同角度堆疊。
在一些實(shí)施例中，在浸潰纖維或織物之前，干樹脂以水再造。在其它實(shí)施例中，干樹脂可直接加入干纖維或織物中。在其它實(shí)施例中，干樹脂可加入干纖維或織物，并加入少量的水以促進(jìn)固化步驟。
波紋板
波紋板由兩個平行面組成，所述平行面通過之字形的網(wǎng)狀物材料連接。這些板的制造方法是圍繞一組梯形指狀物形成所述材料。具體地，將預(yù)浸材料層放置于平坦的加熱臺板上。將一組平行梯形指狀物放置于所述第一預(yù)浸材料的頂部。另一預(yù)浸材料被放置于第一組指狀物的頂部。然后將第二組指狀物放置于先前的預(yù)浸材料頂部。該第二組指狀物與底層相互交替，使得預(yù)浸材料置于指狀物之間以形成連接外部預(yù)浸材料的之字形的網(wǎng)狀物。最終的預(yù)浸材料被置于第二組指狀物的頂部。最后，頂部加熱臺板置于最上方的預(yù)浸材料的頂部。對接頭處施加如上所述的溫度和壓力。在壓制過程中，第一組指狀物的頂部與第二組指狀物的底部對準(zhǔn)，反之亦然。一旦部件被固化 ，所述指狀物從一側(cè)(垂直于最終部件的邊緣)被拉出，且所述部件是完整的。
具有變化密度的復(fù)合材料
由于在固化過程中部件的不同區(qū)域會承受較高或較低的壓力，因此制造出具有可變密度的部件。壓力的區(qū)別可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)。第一種方法涉及在保持所述的預(yù)浸材料厚度不變的條件下，改變加工元件之間的距離。加工元件之間的距離越小，最后成品的密度則越大，橫截面則越薄。用于制造可變密度的第二種方法涉及改變放置在加工模具中的預(yù)浸材料的數(shù)量。如果針對加工元件之間的恒定距離而在模具的一個區(qū)域中的材料為雙倍，那么最終產(chǎn)品在放置額外材料的區(qū)域?qū)⒕哂袃杀睹芏?。上述改變密度的兩種方法可以結(jié)合以產(chǎn)生密度和厚度的共同變化。
除了改變厚度，加工元件還可用于在最終成品中制造切口或孔。這些特性通過簡單地將加工元件之間的距離閉合為零，此時所述模具的兩個部分合并在一起。
所述樹脂包括蛋白質(zhì)和第一增強(qiáng)劑，并且進(jìn)一步可選地包括防潮劑，抗菌劑，以及附加增強(qiáng)劑，隨后可選地允許浸潰由紡織纖維或無紡纖維組成的第二增強(qiáng)劑。所述浸潰后的纖維結(jié)構(gòu)可選地使其干燥，并且可選地切割成所需尺寸和形狀。所述浸潰的纖維結(jié)構(gòu)隨后在固化中成形為樹脂浸潰的生物可降解的、可再生天然纖維的片材，所述固化要么通過加熱，要么通過有效形成一層的加熱和加壓。為了獲得更厚的復(fù)合片材，多個片材可堆疊以進(jìn)行固化。所述片材可與單向纖維和紗線在不同層中以不同角度堆疊。
示例
根據(jù)本發(fā)明一種生物可降解的樹脂可以通過以下方法制備:
例子I
在室溫或室溫以下通過在獨(dú)立的容器中將適量的瓊脂與適量的水混合，以制備瓊脂混合物。
向50L混合釜中加入25L水并加熱至約50°C至約85°C。向其中加入適量蛋白質(zhì)的一半用量，再用合適的堿，例如IN氫氧化鈉溶液，將混合物的pH調(diào)節(jié)到約7-14。向獲得的混合物中加入Teflex'R4n山梨糖醇，隨后加入預(yù)先形成的瓊脂混合物。隨后加入剩余部分蛋白質(zhì)，并將足夠體積的水加到混合物中，使混合物的總體積達(dá)到約55L。將該混合物在約70°C至約90°C攪動30-60分鐘。然后加入蜂蠟，將樹脂混合物在約70°C至約90°C攪動10-30分鐘。
由此產(chǎn)生的樹脂溶液涂敷一定量到纖維結(jié)構(gòu)如基墊或片材上，以便完全浸潰所述結(jié)構(gòu)并涂敷其表面。將該纖維基墊在樹脂中浸潰約5分鐘，隨后進(jìn)行輕柔地軋制，并靜置約0-5小時。該樹脂浸潰的基墊在被輕柔地軋制之前，可選地采用樹脂再次穿過預(yù)浸材料即再次將該樹脂浸潰的基墊再次浸潰樹脂，可選地靜置約0-5小時。在一些實(shí)施例中，浸潰材料的處理無需靜置或靜止步驟，例如在高通量工藝中采用連續(xù)移動的機(jī)械，如傳送帶。
由此處理的纖維結(jié)構(gòu)通過干燥進(jìn)行預(yù)固化，例如在爐子中約35_70°C的溫度下形成被稱作預(yù)浸材料的東西。在另一個實(shí)施例中，預(yù)浸材料采用蒸汽加熱干燥。在又一實(shí)施例中，預(yù)浸材料采用微波技術(shù)干燥。在再一實(shí)施例中，預(yù)浸材料采用紅外技術(shù)干燥。可選地，所述結(jié)構(gòu)在室溫或者室外溫度下在一個或多個干燥架上干燥。
干燥之后，對所述浸潰樹脂基墊進(jìn)行調(diào)節(jié)或平衡達(dá)到均勻的干燥。在一些實(shí)施例中，基墊約處理0-7天。經(jīng)過調(diào)節(jié)，預(yù)浸材料具有2%-40 %的含水量。在一些實(shí)施例中，干燥預(yù)浸材料的含水量 在約5%-15%之間。在其它實(shí)施例中，干燥預(yù)浸材料的含水量在約5%-10%之間。
該層狀的預(yù)浸材料和可選的裝飾性覆蓋物在約110-140°C之間的溫度下和約0.001-200噸/平方英尺的壓力下進(jìn)行壓制。所獲得的復(fù)合材料的強(qiáng)度和密度與施加到預(yù)浸材料上的壓力成正比。因此，當(dāng)需要較低密度的復(fù)合材料時，可施加很小壓力或不施加壓力。
例子2
如上所述，將中度和高度膨松的無紡片材分別在25%和50%含量的樹脂中浸潰，并被干燥至低于8%的含水量。然后，相應(yīng)的預(yù)浸材料被壓制，如上所述，使用均勻的和變化的壓力使獲得的復(fù)合板在固化后形成所需的結(jié)構(gòu)。
例子3
如上所述，將高度膨松的無紡片材在50%含量的樹脂中浸潰并將其干燥至低于8%的含水量。隨后，將該片材切割以形成4個大小相等的層，其中所述層堆疊并在125°C和均勻的50tons/ft2的壓力下壓制13分鐘以成形為獲得的復(fù)合板。此外，形成另一復(fù)合板，其中前擋塊在壓制機(jī)中被調(diào)整為比原先的復(fù)合板增加0.0625"，從而提供增大膨松度，低密度的復(fù)合板。進(jìn)一步地，形成另一復(fù)合板，其中前擋塊被調(diào)整為比原始的4層復(fù)合板增加0.125"，更進(jìn)一步降低該復(fù)合板的密度。擋塊分別在25%和50%重量樹脂含量的中度和高度膨松的無紡片材12的成形中用于形成剛性的復(fù)合板，其中獲得的復(fù)合板可成形為任何形狀和尺寸，并且具有變化尺寸和形狀的外圍邊緣。更進(jìn)一步地，復(fù)合板還可以模制/形成具有波狀的表面，或者 其他。
如圖4所示，另一復(fù)合板10通過將至少一塊無紡片材12與至少一塊，示出為多個生物可降解的聚合物組合物片材14(作為示例而非限制，包括約53%的樹脂和47%的漂白洋麻纖維)壓制構(gòu)造而成，作為示例而非限制，示出為三塊。片材12、14分別在相對的壓制構(gòu)件29之間在恒定50tons/ft2的均勻壓力(P)下壓制約13分鐘，并通過加熱元件31在約125°C下加熱以形成獲得的復(fù)合板10。隨后，所述受壓與粘合的片材12、14可按預(yù)期應(yīng)用的需求進(jìn)行切割和/或模制/成形。
如圖5A所示，另一復(fù)合板10通過一步法壓制工藝將至少一塊無紡片材12與至少一塊，示為多塊生物可降解的聚合組合物片材14壓制構(gòu)造而成，作為示例而非限制，圖5中示出為三塊。除了將片材12，14分別放置于相對的壓制構(gòu)件中，還將框架構(gòu)件28插入相對的壓制構(gòu)件29之間與片材12、14至少其中一個的外圍相接，這里作為舉例示出，與無紡片材12的外圍相接。例如，該框架構(gòu)件28通過I平方英寸的鋁構(gòu)造成通常為方形的框架。因此，當(dāng)施加壓制力于所述片材12、14上時，穿過片材12、14的為可變的壓力，由于框架構(gòu)件28的存在，片材12、14的外圍上被施加增加的壓力，而沿框架構(gòu)件28徑向向內(nèi)的片材12、14上則被施加減少的壓力。因此，在受壓的片材12、14上鄰接框架構(gòu)件28的外圍區(qū)域形成高密度外圍30，而在片材12、14沿框架構(gòu)件28徑向向內(nèi)的中心區(qū)域形成相對較低密度區(qū)域32 (見圖5A)。因此，壓實(shí)的高密度區(qū)域30 (在制備的樣品中為大約0.2英寸厚)提供了一種硬的、剛性的、堅(jiān)固的外圍部分30，而內(nèi)部突出的低密度的區(qū)域32 (在制備的樣品中為大約1.2英尺厚)提供了柔軟的、吸音的，絕熱區(qū)域32。片材12、14分別在約125°C，50tons/ft2的壓力下壓制約13分鐘以形成獲得的復(fù)合板10。隨后，板10可按預(yù)期應(yīng)用的需求進(jìn)行切割和/或模制/成形。
如圖6D所示，另一復(fù)合板10通過兩步法壓制工藝將至少一層無紡片材12與至少一塊，示為多塊生物可降解聚合組合物片材14壓制構(gòu)造而成，作為示例而非限制，圖中示出為3塊。在兩步法壓制工藝中的第一階段(圖6A)，將該生物可降解的聚合物組合物片材14和框架構(gòu)件34放置于相對的壓制構(gòu)件29之間。不同于前面的實(shí)施例，框架構(gòu)件34構(gòu)造為橫跨片材14的中心內(nèi)部區(qū)域36相接，而片材14的外圍38自框架構(gòu)件34側(cè)向向外延伸。作為示例而非限制，所述框架構(gòu)件34提供為實(shí)心正方形鋁塊。因此，當(dāng)施加壓力(P)于片材14上時，片材14所承受的為可變的壓力，由于框架構(gòu)件34的存在，增加的壓力被施加穿過堆疊片材14的中心區(qū)36，而減小的壓力或無壓力自框架部件34徑向向外被施加在片材14的外圍區(qū)域38。因此，在受壓片材14橫跨與框架部件34相接的整個中心區(qū)域36形成高密度區(qū)域，而在自框架構(gòu)件34徑向向外的片材14的外圍區(qū)域38形成相對較低密度的、未受壓的或者大部分未受壓的區(qū)域。然后，根據(jù)本發(fā)明的又一方面，所述壓制并粘合的片材14在第二階段與無紡片材12和外圍延伸的框架構(gòu)件28 —起壓制(圖6C)?？蚣軜?gòu)件28，基本與先前實(shí)施例中討論的一樣，因此標(biāo)以相同的附圖標(biāo)記，框架構(gòu)件28被構(gòu)造為與受壓并粘合的片材14的未壓縮的外圍區(qū)域38相接，無紡層12被放置于框架構(gòu)件28和粘合片材14之間，使得框架構(gòu)件28配置為未與未受壓的外圍區(qū)域38和無紡層12的外圍相接。然后，片材12、14在125°C，約700psi壓力下壓縮13分鐘以形成獲得的復(fù)合板10 (圖6D)。之后，受壓并粘合的復(fù)合材料10可按預(yù)期應(yīng)用的需求進(jìn)行切割和/或模制/成形。獲得的復(fù)合面板10沿其外圍區(qū)域38是牢固且致密的，此區(qū)域處鋁制框架構(gòu)件28抵靠于層12、14的材料壓制，而在由外圍區(qū)域38限定的中心區(qū)域36，在第一壓制階段時此處鋁框架構(gòu)件34抵靠于層14壓制。中心區(qū)域36和外圍區(qū)域38上均已受到壓縮的片材14具有均勻的或基本上均勻的厚度和密度，此外由于被壓縮還具有提高的強(qiáng)度。進(jìn)一步地，由于無紡層12的中心區(qū)域仍然免于外圍的框架構(gòu)件28的壓縮，使得該復(fù)合板10在非紡織層12完全未壓縮或基本上未壓縮的區(qū)域具有高度膨松的、柔軟的、吸音的中心區(qū)域32。
例子4
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，如圖7所示，示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的另一中復(fù)合材料構(gòu)件10。所述復(fù)合材料10包括疊置的粘合層，包括:毛氈40、結(jié)構(gòu)層和絕緣層。生物可降解的聚合物組合物片材14和無紡層12分別提供結(jié)構(gòu)層和絕緣層。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)復(fù)合的的非平面形狀通過首先將一層毛氈40與層12、14粘合輕易地形成，接著將包括毛氈和層12、14的粘合層形成復(fù)合的3-D構(gòu)造。毛氈4 0可通過樹脂層14在加熱和加壓下被粘合而無需借助于附加粘合劑，盡管如果需要，也可以使用附加粘合劑，例如膠水、雙組分纖維、低熔體纖維。
顯然，根據(jù)本發(fā)明的上述教導(dǎo)，多種改良和變化均是可行的。因此，應(yīng)當(dāng)理解，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以與具體描述的方式不同的方式實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，包括: 包括紙板和可熱粘合的紡織纖維的至少一無紡基墊；以及 與所述至少一無紡基墊粘合的至少一生物可降解的聚合物組合物片材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述至少一無紡基墊與所述至少一生物可降解的聚合物組合物片材粘合而無需中間黏合劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述至少一生物可降解的聚合物組合物片材包括多個所述生物可降解的聚合物組合物片材。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述無紡基墊和所述至少一個生物可降解的聚合物組合物片材中的至少一個具有變化的密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述至少一無紡基墊具有變化的密度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述至少一無紡基墊具有外圍區(qū)域和中心區(qū)域，所述的外圍區(qū)域相對于所述中心區(qū)域具有增加的密度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述至少一無紡基墊和所述至少一生物可降解的聚合物組合物片材具有變化的密度。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述至少一無紡基墊具有變化的密度，所述至少一生物可降解的聚合物組合物片材具有基本均勻的密度。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述至少一無紡基墊和所述至少一生物可降解的聚合物組合物片材具有變化的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述至少一無紡基墊具有兩相對面，其中所述至少一生物可降解的聚合物組合物片材與所述面中的一面連接，并進(jìn)一步包括連接到與所述生物可降解的聚合物組合物相對的一面上的基布層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述至少一無紡基墊具有兩相對面，其中所述至少一生物可降解的聚合物組合物片材與所述面中的一面連接，并進(jìn)一步包括連接到與所述生物可降解的聚合物組合物相對的一面上的毛氈層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述至少一生物可降解的聚合物組合物片材包括蛋白質(zhì)和第一增強(qiáng)劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述蛋白質(zhì)非大豆蛋白質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述蛋白質(zhì)是植物基蛋白質(zhì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述蛋白質(zhì)是動物基蛋白質(zhì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述蛋白質(zhì)是大豆基蛋白質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述紙板是亞洲紙板。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述復(fù)合構(gòu)件“在模制中”成網(wǎng)狀。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，包含阻燃劑、殺菌劑和粘合劑的化學(xué)混合物被涂敷、干燥和固化于所述至少一無紡基墊的至少一個表面上。
20.一種構(gòu)造復(fù)合板的方法，其特征在于，包括: 將紙板粉碎成具有既定尺寸的減小尺寸的小片，并將所述減小尺寸的小片紙板與可熱粘合的織物纖維混合； 將所述小片紙板與可熱粘合的織物纖維進(jìn)行熱粘合以生產(chǎn)出具有所需厚度的至少一無紡基墊； 制備包括蛋白質(zhì)和第一增強(qiáng)劑的至少一生物可降解聚合物組合物；以及 將所述生物可降解的聚合物組合物與所述無紡基墊粘合。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所述至少一無紡基墊與所述至少一生物可降解聚合物組合物粘合而無需獨(dú)立的中間黏合劑。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將紙板提供為亞洲紙板。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括不使用壓送輥將基布層層壓在所述無紡基墊與所述生物可降解的聚合物組合物相對的一面上，并維持所述基墊在初始制造時的厚度。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所述蛋白質(zhì)提供為非大 蛋白質(zhì)。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所述蛋白質(zhì)提供為植物基蛋白質(zhì)。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所述蛋白質(zhì)提供為動物基蛋白質(zhì)。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所述蛋白質(zhì)提供為來自大 蛋白質(zhì)來源的大 基蛋白質(zhì)。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所述復(fù)合板模制成網(wǎng)狀。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在粘合步驟中將所述復(fù)合板成形為具有變化密度的區(qū)域。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在粘合步驟中將所述復(fù)合板成形為具有變化厚度的區(qū)域。
31.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所述復(fù)合板成形為具有基本均勻的厚度和密度。
32.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括采用一步壓制法在基本恒定的壓力下將所述無紡基墊與所述生物可降解的聚合物組合物粘合。
33.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括采用一步壓制法在變化的壓力下將所述無紡基墊與所述生物可降解的聚合物組合物粘合。
34.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括采用兩步壓制法在變化的壓力下將所述無紡基墊與所 述生物可降解的聚合物組合物粘合。
35.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將毛氈層粘合到無紡基墊上，與所述生物可降解的聚合物組合物相對。
36.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將人造短纖維與小片紙板和可熱粘合的紡織纖維混合以形成基本上均勻的混合物，然后將該混合物成形為所述無紡基墊。
37.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將包含阻燃劑、殺菌劑和粘合劑的化學(xué)混合物涂敷到所述無紡基墊的至少一個表面上并維持所述無紡基墊在初始生產(chǎn)時的厚度，然后干燥和固化所述無紡基墊。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有粘合的無紡層和生物可降解樹脂-纖維層的復(fù)合板及其構(gòu)造方法。所述板包括一無紡基墊，所述無紡基墊包括熱粘合在一起形成理想厚度的紙板和可熱粘合的織物纖維。所述板還包括一種生物可降解聚合物組合物，該組合物包括與所述基墊粘合的蛋白質(zhì)和第一增強(qiáng)劑。
文檔編號B32B5/16GK103228436SQ201180055616
公開日2013年7月31日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者克萊頓·波比, 馬克·戴利, 凱瑟琳·亞當(dāng) 申請人:費(fèi)德羅-莫格爾動力系公司