增强的有机天然纤维复合材料制造技术

公开了具有5‑35 mW/m.K的λ值的增强的有机天然纤维复合材料，其包含基于该复合材料总重量计算的25‑85重量%的疏水性纳米多孔颗粒、基于该复合材料总重量计算的至少10重量%的具有异氰酸酯反应性基团的有机天然纤维和1‑15重量%的粘结剂，所述粘结剂选自由可乳化多异氰酸酯、水和表面活性剂制成的包含聚脲/聚氨酯的粘结剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及复合材料的合成，其具有优异的绝热性质而不降低该复合材料的机械性质如机械强度和自支撑性质。特别地，本专利技术涉及包含有机天然材料（优选木材纤维）、基于多异氰酸酯的粘结剂（可乳化多异氰酸酯）和疏水性纳米多孔颗粒（优选基于二氧化硅）的复合材料。本专利技术的复合材料适于用作隔绝产品（绝热和/或隔音）。专利技术背景有机天然纤维如木材纤维目前广泛用于制造复合板并广泛用于绝热应用，特别是复合木板。复合木板通常因其自支撑性质和机械强度在建筑行业中非常具有吸引力。复合木板产品，如刨花板、中密度纤维板（MDF）、高密度纤维板（HDF）和定向刨花板（OSB）用于许多应用，如房屋屋顶与地板、家具、橱柜、门板、框架、路标等。通常，为了制造这样的复合产品，将颗粒状木质纤维素（木材）基材与粘结剂混合，并将混合物置于垫子或其它表面上进行压制。WO2008/144770、WO2010/147936和WO2013/012845描述了制造复合木板的方法。但是，对于绝热应用，理想地应当进一步改进复合木板的λ值（热导率）以与现有的超级绝热体材料（其具有明显更好的λ值，例如对于聚氨酯硬质泡沫在10℃下为20-30mW/m.K）竞争。近来在进一步改进木材纤维绝热板的绝热值上的开发实现了在大气压和10℃下35至50mW/m.K的热导率值（即λ值），其主要取决于板密度（通常为40至200kg/m3）。通常通过降低密度使该λ值在一定程度上降低。例如，密度为200kg/m3的板通常具有大约50mW/m.K的λ值，而密度为40kg/m3的板通常具有大约35mW/m.K的λ值。使用这种方法，大约35mW/m.K的λ值是可以实现的最低限度。进一步降低密度不仅会获得具有提高的λ值的板，还会具有差的机械性质（例如有限的结构完整性）。需要开发一种进一步显著改进基于有机天然纤维的绝热材料（例如板）如复合木材板的绝热性质的制造方法。为了满足建筑行业的性质，这些材料理想地应当是自支撑的并具有优异的机械性质。挑战是，在不降低材料的机械强度的情况下向着低于35mW/m.K，优选15-30mW/m.K（在10℃下测得）的λ值进一步显著改进基于有机天然纤维的绝热材料（板）如复合木板的绝热性质。专利技术目的本专利技术的目的是开发一种复合材料，其除了具有优异的绝热性质外还具有良好的机械性质与自支撑性质。进一步的目的是制造包含有机天然纤维和超过25重量%的纳米多孔颗粒的复合材料，所述复合材料具有轻重量、良好的机械性质、自支撑性质和低λ值。进一步的目的是开发粘结剂组合物和加工方法以结合该有机天然纤维（优选为木材纤维形式）与该纳米多孔颗粒，使得生成与包含有机天然纤维的现有技术的复合材料相比具有改进的机械性质、自支撑性质和低λ值的新型复合材料。因此，本专利技术涉及新型复合材料、基于可乳化多异氰酸酯的新型粘结剂组合物、制造该新型复合材料的新型加工方法以及该新型复合材料用于绝热和/或隔音的用途。专利技术概述根据本专利技术，公开了具有15-35mW/m.K的λ值的增强的有机天然纤维复合材料，所述复合材料包含：-基于该复合材料总重量计算的25-85重量%的疏水性纳米多孔颗粒，和-基于该复合材料总重量计算的至少10重量%的具有异氰酸酯反应性基团的有机天然纤维，和-1-15重量%的粘结剂，其中所用粘结剂是由可乳化多异氰酸酯、水和表面活性剂制成的包含聚脲/聚氨酯的粘结剂。根据实施方案，该复合材料包含基于干燥和固化的复合材料总重量计算的25-85重量%，优选35-85重量%，更优选40-85重量%的疏水性纳米多孔颗粒。根据实施方案，该复合材料包含基于干燥和固化的复合材料总重量计算的10-70重量%，优选10-60重量%和更优选10-50重量%的具有异氰酸酯反应性基团的有机天然纤维。根据实施方案，该复合材料包含基于干燥和固化的复合材料总重量计算的1-15重量%，优选2-10重量%和更优选3-8重量%的粘结剂。根据实施方案，该纳米多孔颗粒是基于氧化物，优选基于二氧化硅（SiO2）和/或金属氧化物的气凝胶颗粒，其中所述金属优选选自氧化铝、氧化钛和/或氧化锆，其任选是有机改性的。根据实施方案，该纳米多孔颗粒具有下列参数：-孔隙率：50至99%，尤其70至99%，更优选80至99%-密度：低于300kg/m3，优选30至300kg/m3，更优选<180kg/m3-粒径：0.001至10毫米，优选0.01至4毫米-孔径：0.1至500纳米，尤其<200纳米，更优选<100纳米，尤其1至100纳米，优选10至50纳米。根据实施方案，该纳米多孔颗粒是气凝胶颗粒，其用疏水性基团有机改性、基于二氧化硅（SiO2）并在大气压和25℃下具有9-12mW/m.K的λ值以及大约140kg/m3的低密度。根据实施方案，该纳米多孔颗粒在其孔隙表面上具有疏水性基团，其选自通式Si(R)3的三取代甲硅烷基，优选三烷基-和/或三芳基甲硅烷基，其中各个R独立地为非反应性有机部分如C1-C18烷基或C6-C14芳基，优选C1-C6烷基或苯基，更特别为甲基、乙基、环己基或苯基，该部分可以附加地被官能团取代。根据实施方案，该有机天然纤维选自木材或竹纤维。根据实施方案，该粘结剂包含可乳化多异氰酸酯，其是基于可乳化多异氰酸酯总重量计算的>95重量%的多异氰酸酯与<5重量%的单烷基醚和/或聚乙二醇的反应产物，并且其中该多异氰酸酯优选选自芳族二异氰酸酯或更高官能度的多异氰酸酯，特别是含有二异氰酸酯、三异氰酸酯和更高官能度的多异氰酸酯的亚甲基桥连多苯基多异氰酸酯的粗混合物，或通过过量的二异氰酸酯或更高官能度的多异氰酸酯与羟基封端的聚酯或羟基封端的聚醚的反应制得的异氰酸酯封端的预聚物以及通过使过量的二异氰酸酯或更高官能度的多异氰酸酯与单体多元醇或单体多元醇如乙二醇、三羟甲基丙烷或丁二醇的混合物反应获得的产物。根据实施方案，该粘结剂包含基于表面活性剂与水的总重量计算的高至最大值5重量%的表面活性剂，优选小于1重量%，并且其中该表面活性剂优选是基于硅的表面活性剂。根据实施方案，公开了制造根据本专利技术的复合材料的方法，所述方法包括至少下列步骤：a）提供包含水、可乳化多异氰酸酯和表面活性剂的粘结剂，和b）提供有机天然纤维，并随后c）将该粘结剂与有机天然纤维混合以获得包含该有机天然纤维与粘结剂的混合物，并随后d）将该疏水性纳米多孔颗粒添加到c）中获得的混合物中并混合以获得包含该纳米多孔颗粒、有机天然纤维与粘结剂的均匀混合物，并随后e）在压缩模具中固化并干燥该混合物以获得增强的有机天然纤维复合材料。根据实施方案，在制造根据本专利技术的复合材料的方法中固化和干燥的步骤通过在至少50℃，优选大约110℃的温度下的热处理和/或替代方法如微波辐射来进行。根据实施方案，用于制造根据本专利技术的复合材料的固化和干燥的步骤在适于封装三维形状物体的压缩模具中进行。此外，本专利技术公开了根据本专利技术的复合材料用于绝热和/或隔音的用途。此外，本专利技术公开了根据本专利技术的复合材料作为隔音和/或绝热板或适于封装三维形状物体的绝热和/或封装隔绝屏蔽的用途。独立和从属权利要求阐述了本专利技术的特定和优选特征。来自从属权利要求的特征可以适本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有15‑35 mW/m.K的λ值的增强的有机天然纤维复合材料，所述复合材料包含：‑ 基于所述复合材料总重量计算的25‑85重量%的疏水性纳米多孔颗粒，和‑ 基于所述复合材料总重量计算的至少10重量%的具有异氰酸酯反应性基团的有机天然纤维，和‑ 1‑15重量%的粘结剂，其中所用粘结剂是由可乳化多异氰酸酯、水和表面活性剂制成的包含聚脲/聚氨酯的粘结剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.28 EP 14162187.01.具有15-35mW/m.K的λ值的增强的有机天然纤维复合材料，所述复合材料包含：-基于所述复合材料总重量计算的25-85重量%的疏水性纳米多孔颗粒，和-基于所述复合材料总重量计算的至少10重量%的具有异氰酸酯反应性基团的有机天然纤维，和-1-15重量%的粘结剂，其中所用粘结剂是由可乳化多异氰酸酯、水和表面活性剂制成的包含聚脲/聚氨酯的粘结剂。2.如权利要求1所述的复合材料，其中所述复合材料包含基于干燥和固化的复合材料总重量计算的25-85重量%，优选35-85重量%，更优选40-85重量%的疏水性纳米多孔颗粒。3.如权利要求1至2任一项所述的复合材料，其中所述复合材料包含基于干燥和固化的复合材料总重量计算的10-70重量%，优选10-60重量%和更优选10-50重量%的具有异氰酸酯反应性基团的有机天然纤维。4.如权利要求1至3任一项所述的复合材料，其中所述复合材料包含基于干燥和固化的复合材料总重量计算的1-15重量%，优选2-10重量%和更优选3-8重量%的粘结剂。5.如权利要求1至4任一项所述的复合材料，其中所述纳米多孔颗粒是基于氧化物的气凝胶颗粒，优选基于二氧化硅（SiO2）和/或金属氧化物，其中所述金属优选选自氧化铝、氧化钛和/或氧化锆，其任选是有机改性的。6.如权利要求1至5任一项所述的复合材料，其中所述纳米多孔颗粒具有下列参数：-孔隙率：50至99%，特别是70至99%，更优选80至99%-密度：低于300kg/m3，优选30至300kg/m3，更优选<180kg/m3-粒径：0.001至10毫米，优选0.01至4毫米-孔径：0.1至500纳米，特别是<200纳米，更优选<100纳米，特别是1至100纳米，优选10至50纳米。7.如权利要求1至6任一项所述的复合材料，其中所述纳米多孔颗粒是用疏水性基团有机改性的气凝胶颗粒、基于二氧化硅（SiO2）并具有在大气压和25℃下9-12mW/m.K的λ值以及大约140kg/m3的低密度。8.如权利要求1至7任一项所述的复合材料，其中所述纳米多孔颗粒具有在它们的孔隙表面上的疏水性基团，其选自通式Si(R)3的三取代甲硅烷基基团，优选三烷基-和/或...

【专利技术属性】
技术研发人员：TJ乔彻拉，J范登布罗伊克，
申请(专利权)人：亨茨曼国际有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US