用于制造凝膠基復合材料的方法技術

一種通過以下步驟制造包含納米原纖纖維素凝膠之復合材料的方法：提供纖維素纖維及至少一種填料和/或顏料；將所述纖維素纖維與該至少一種填料和/或顏料組合；在存在該至少一種填料和/或顏料的情況下使所述纖維素纖維原纖化，直至形成凝膠；隨后提供至少一種其它填料和/或顏料；及將該凝膠與該至少一種其它填料和/或顏料組合。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】 本專利技術涉及、通過此方法所獲得的材料以及其在若干應用中的用途。復合材料基本上為各自保持其自身不同性質的兩種或更多種材料之組合。所得材料具有并非組份之單獨特性的特性。最普遍地，復合材料具有體相，其為連續的，被稱作基質；且具有分散的、非連續的相，被稱作增強體。基本復合物的ー些其他實例包括混凝土 (與砂及骨料混合的水泥)、增強的混凝土 (混凝土中有鋼筋)及玻璃纖維(樹脂基質中有玻璃絲束)。以下各原因是某些應用選擇復合物的原因中的ー些原因 -高強度/重量比(低密度高拉伸強度)-高抗蠕變力-高溫下的高拉伸強度-高韌度典型地，增強材料為堅固的，而基質通常為延性或韌性之材料。若復合物被正確地設計并制造，則其會將增強體的強度與基質之韌度組合以達成在任何単一常規材料中不可得到之合乎需要之性質的組合。舉例而言聚合物/陶瓷復合物具有大于聚合物組份之模數，但并不如陶瓷般易碎。由于增強材料在復合物之強化機制中起到主要作用，因此根據增強體之特性對復合物進行分類為便利的。以下三個類別為常用的a) “纖維增強”，其中纖維為主要承受載荷組份。b) “顆粒增強”，其中載荷由基質及顆粒分攤。c) “分散體強化”，其中基質為主要承受載荷組份。d) “結構復合物”，其中性質取決于成分及幾何設計。一般而言，復合物的強度主要取決于樹脂中的纖維(或顆粒)增強體的量、配置及類型。另外，復合物常常用改變加工或性能參數之填料及添加劑來調配。先進復合物利用樹脂與纖維通常為碳/石墨、凱夫拉爾之組合，或纖維玻璃與環氧樹脂之組合。纖維提供高勁度，而周圍聚合樹脂基質將結構固持于一起。復合物之基本設計概念為體相接受大表面積上之載荷，且將其轉移至增強材料，增強材料可承載更大之載荷。這些材料起初是為了用在航天工業中而開發的，因為對于某一應用而言，其具有比金屬高之勁度/重量比或強度/重量比。這意味著金屬零件可被由先進復合物所制造的重量更輕之零件替換。因此，在先前技術中，在復合物中使用聚合物及其類似者為所熟知的，然而，此相對昂貴且不環保。此外，如所提及之填料之添加一般需要表面處理，此暗示著高的加工成本。因此，仍需要提供有成本效益且環保之復合材料。為了尋找此目標之解決方案，研究了若干材料，尤其是纖維素及碳酸鈣。纖維素為綠色植物之主細胞壁的結構組份且為地球上最常見的有機化合物。其在許多應用及エ業中具有高的重要性。作為原材料的纖維素漿由木材或植物(諸如，大麻、亞麻及馬尼拉麻)之莖加工而成。漿纖維主要由纖維素及其他有機組份(半纖維素及木質素)構成。纖維素巨分子(由1-4糖苷連接的3 -D-葡萄糖分子構成)通過氫鍵聯接在一起以形成所謂之初級原纖維(微胞)，其具有晶型和無定形域。若干初級原纖維(約55個)形成所謂之微原纖維。約250個這些微原纖維形成一個原纖維。所述原纖維以不同層排列(其可含有木質素和/或半纖維素)以形成纖維。個別纖維亦通過木質素結合在一起。當纖維在所施加能量下被細化吋，隨著細胞壁破裂且被撕成經附著條帶，其被原纖化，亦即，撕成原纖維。若此破裂繼續以將原纖維與纖維本體分離，則其釋放原纖維。纖維破裂成微原纖維被稱作“微原纖化”。此過程可繼續，直至不留下纖維且僅保留納米尺寸(厚度)之原纖維為止。 若過程繼續進行且將這些原纖維分裂成愈來愈小之原纖維，則所述原纖維最終變成纖維素片段或納米原纖維凝膠。取決于此最后步驟進行的程度，一些納米原纖維可能保留在納米原纖維凝膠當中。分裂成初級原纖維可被稱作“納米原纖化”，其中可存在該兩個狀態之間的平滑過渡。初級原纖維在水相環境中形成凝膠(初級原纖維之亞穩網絡)，該凝膠可被稱作“納米原纖維凝膠”。可認為由納米原纖維所形成的凝膠含有納米纖維素。納米原纖維凝膠為合乎需要的，這是因為其通常含有極細之原纖維，被認為部分由納米纖維素構成，向其自身或所存在之任何其他材料展示出比并不如此細或不展現納米纖維素結構之原纖維更強的結合勢。自未出版之歐洲專利申請案第09156 703. 2號，得知納米原纖纖維素凝膠。然而，不存在關于復合材料之形成的教示。現已發現，這些纖維素凝膠可形成為復合材料，所述復合材料可通過向這些凝膠添加填料和/或顏料而更容易/更快地制造，且產生改良之性能(runnability),且其與許多其他復合材料相比為更環保。因此，上述問題通過用于制造復合材料的方法來解決，所述復合材料包含納米原纖纖維素凝膠，該方法之特征在于以下步驟a)提供纖維素纖維；b)提供至少ー種填料和/或顏料；c)將步驟a)之纖維素纖維與步驟b)之至少ー種填料和/或顏料組合；d)在存在至少ー種填料和/或顏料的情況下使纖維素纖維原纖化，直至形成凝膠；e)提供至少ー種其它填料和/或顔料；f)將步驟d)之凝膠與步驟e)之至少ー種其它填料和/或顏料組合。本專利技術之上下文中的納米原纖纖維素意味著纖維，其至少部分分裂成初級原纖維。若這些初級原纖維處在水相環境中，則形成凝膠(細度極限被視為基本上為納米纖維素的初級原纖維之亞穩網絡)，其被命名為“納米原纖維凝膠”，其中納米纖維與納米原纖維凝膠之間存在平滑過渡，包括含有變化程度的納米原纖維的納米原纖維凝膠，其皆由根據本專利技術的術語“納米原纖纖維素凝膠”所包括。就此而言，本專利技術的上下文中的原纖化意味著主要沿著纖維及原纖維之長軸來分裂纖維及原纖維從而分別導致纖維及原纖維之直徑減小的任何過程。根據本專利技術的方法，纖維素纖維在至少ー種填料和/或顏料存在的情況下的原纖化提供納米原纖纖維素凝膠。執行原纖化，直至形成凝膠，其中凝膠的形成通過監視依賴于剪切速率的粘度來加以驗證。在剪切速率逐步增加后，即獲得反映出粘度減小之某一曲線。若隨后剪切速率逐步減小，則粘度再次増加，但在剪切速率范圍之至少一部分內的相應值隨著剪切逼近零而低于在増加剪切速率時的相應值，在對照剪切速率標繪粘度時通過滯后顯示來用圖形表達。一觀測到此行為，就形成根據本專利技術之納米原纖纖維素凝膠。關于納米原纖纖維素凝膠之制造的其他細節可自未出版的歐洲專利申請案第09 156 703號得至IJ。可用在本專利技術的方法中的纖維素纖維可為天然漿、化學漿、機械漿、化學機械漿、熱機械漿中所含有的纖維素纖維。尤其有用的漿是選自包含以下各者的集合的漿桉木漿、云杉木漿、松木漿、山毛櫸木漿、麻漿、棉漿、竹漿、蔗渣及其混合物。在一個實施方案中，此 纖維素纖維之全部或部分可自回收包含纖維素纖維之材料的步驟流出。因此，漿亦可為經回收和/或經脫墨之漿。纖維素纖維之大小原則上并非關鍵的。本專利技術中有用之纖維一般為市售的且在用于其原纖化的裝置中可加工的任何纖維。取決于其來源，纖維素纖維可具有50_至0. I y m之長度。這些纖維以及具有優選20mm至0. 5 ii m、更優選IOmm至Imm且典型地2mm至5mm之長度的這些纖維可有利地用在本專利技術中，其中更長及更短之纖維亦可為有用的。在本專利技術的使用中有利的是，纖維素纖維以懸浮液、尤其以水懸浮液之形式提供。優選地，這些懸浮液具有0. 2至35wt%、更優選0. 25至10wt%、甚至更優選0. 5至5wt%、尤其I至4wt%、最優選I. 3至3wt% (例如，I. 5wt%)之固體含量。步驟b)及e)之至少ー種填料和/或顔料獨立地選自包含以下各者的集合沉淀碳酸鈣(PCC);天然研磨碳本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：P·A·C·甘恩，M·申克爾，R·薩伯拉瑪尼安，J·舍爾科普夫，
申請(專利權)人：OMYA發展股份公司，
類型：
國別省市：