專利名稱：生物復(fù)合材料的聚丙烯/大豆蛋白組合物、使用該組合物的生物復(fù)合板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于汽車(chē)內(nèi)部或外部材料的用于生物復(fù)合材料的聚丙烯/大豆蛋白組合物、使用該組合物制備的生物復(fù)合板及其制備方法。

背景技術(shù)：
各種材料廣泛地用于房屋建筑的內(nèi)部材料或汽車(chē)內(nèi)部或外部材料，例如門(mén)飾板(door trim)、行李箱(trunk)和機(jī)罩(bonnet)。這些材料的實(shí)例包括合成樹(shù)脂板；通過(guò)將合成樹(shù)脂、木材/板材產(chǎn)品或副產(chǎn)品(例如，木片和鋸屑)和粘合劑熱壓并模制(molding)制備的復(fù)合板；以及通過(guò)將合成樹(shù)脂和無(wú)機(jī)顆粒如滑石混合而制備的復(fù)合板。
使用例如，三聚氰胺樹(shù)脂、聚丙烯(PP)樹(shù)脂、聚(氯乙烯)(PVC)樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂和酚樹(shù)脂制備合成樹(shù)脂板。這種合成樹(shù)脂板的制造涉及環(huán)境污染，并且這些板材很難再循環(huán)，并且對(duì)生態(tài)環(huán)境不友好。
木材/板材產(chǎn)品或副產(chǎn)品如木片和鋸屑已經(jīng)被用于制造常規(guī)復(fù)合板。但是，木材/板材產(chǎn)品和副產(chǎn)品的來(lái)源有限。而且，還經(jīng)常需要大規(guī)模的伐木作業(yè)以獲得用于生產(chǎn)這些產(chǎn)品的原料。由于不受限制的伐木使得木材資源正在枯竭，因?yàn)槠湫枰獢?shù)十年來(lái)恢復(fù)森林，并且自凈化力如氧氣供應(yīng)正在降低，從而造成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。
因此需要有可以替代這些合成樹(shù)脂板和復(fù)合板的用于汽車(chē)內(nèi)部或外部材料的對(duì)生態(tài)環(huán)境友好的復(fù)合材料。
在此背景技術(shù)部分中公開(kāi)的上述信息僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景技術(shù)的理解，并因此其可以包含不形成本國(guó)家的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。


發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供一種用作車(chē)用內(nèi)部和外部材料的用于生物復(fù)合材料的組合物，其包括聚丙烯樹(shù)脂、大豆蛋白顆粒和硫酸鋅。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在該組合物中包括65-85wt％的聚丙烯樹(shù)脂、10-30wt％的大豆蛋白顆粒和2-10wt％的硫酸鋅。
另一方面，本發(fā)明提供一種制備聚丙烯/大豆蛋白生物復(fù)合板的方法。該方法可以包括混合上述組合物；通過(guò)擠壓混合過(guò)的組合物，模制球粒(pallet/pellet)；通過(guò)將模制的球粒在150-250℃和45-80kg/cm2下熱壓，模制板材；和將模制的板材進(jìn)行冷壓。
本文所用的術(shù)語(yǔ)“車(chē)輛(vehicle)”、“車(chē)用”或其它類(lèi)似術(shù)語(yǔ)理解成包括通常的機(jī)動(dòng)車(chē)輛，例如載客車(chē)輛，包括運(yùn)動(dòng)型多功能車(chē)(SUV)、公共汽車(chē)、卡車(chē)、各種商用車(chē)輛，包括各種船只和船舶的水運(yùn)工具，航空器和類(lèi)似物，并包括混合動(dòng)力車(chē)輛、電動(dòng)車(chē)輛、插入式(plug-in)混合電動(dòng)車(chē)輛、氫動(dòng)力車(chē)輛和其它代用燃料車(chē)輛(例如，源自石油以外的資源的燃料)。如本文所述，混合動(dòng)力車(chē)輛是具有兩種或更多種動(dòng)力源的車(chē)輛，例如汽油動(dòng)力和電動(dòng)動(dòng)力。
本發(fā)明的上述和其它特征討論如下。



現(xiàn)在將參考本發(fā)明的某些示例性實(shí)施方案來(lái)詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的上述和其它特征，其在所附附圖中加以圖示，下文給出的這些實(shí)施方案僅僅用于說(shuō)明，因此不是對(duì)本發(fā)明的限制，其中 圖1顯示了在制備實(shí)施例1中制備的后窗臺(tái)(rear package tray)。
應(yīng)當(dāng)理解到，所附的附圖并非必然是按比例的，其說(shuō)明了本發(fā)明基本原理的各種優(yōu)選特征的一定程度上簡(jiǎn)化的代表。本文公開(kāi)的本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)特征，包括，例如，具體大小、方向、位置和形狀將部分取決于具體的既定用途和使用環(huán)境。
所附附圖結(jié)合在本說(shuō)明書(shū)中并形成其一部分，并與以下具體描述一起，更詳細(xì)地說(shuō)明了本發(fā)明的以上特征和優(yōu)勢(shì)，其用于通過(guò)實(shí)施例的方式解釋本發(fā)明的原理，這些特征和優(yōu)勢(shì)由此將是顯而易見(jiàn)的。

具體實(shí)施例方式 現(xiàn)在詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，下文的附圖中對(duì)其實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，其中通篇以類(lèi)似的附圖標(biāo)記代表類(lèi)似的元件。下面對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，以通過(guò)參考附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的用于車(chē)用內(nèi)部和外部材料的用于生物復(fù)合材料的組合物包括聚丙烯樹(shù)脂、大豆蛋白顆粒和硫酸鋅(ZnSO4)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的組合物包括65-85wt％的聚丙烯樹(shù)脂、10-30wt％的大豆蛋白顆粒和2-10wt％的硫酸鋅(ZnSO4)。
聚丙烯樹(shù)脂(下文稱作“PP樹(shù)脂”)具有低價(jià)原料豐富、制備簡(jiǎn)單、密度低、機(jī)械性能或流變性能(強(qiáng)度、彈性和熱固性)優(yōu)異、導(dǎo)熱性(貯熱性)高、防水性和耐化學(xué)性等許多優(yōu)點(diǎn)，因此拓寬其應(yīng)用。在本發(fā)明中可以使用PP切片(chip)作為PP樹(shù)脂。
PP樹(shù)脂是選自聚丙烯均聚物、聚丙烯無(wú)規(guī)共聚物和聚丙烯嵌段共聚物中的一種或多種。PP樹(shù)脂的熔融指數(shù)(MI)可以是0.5-30g/10min，優(yōu)選1.5-20g/10min(ASTM D1238，230℃)。當(dāng)熔融指數(shù)低于0.5g/10min時(shí)，由于熔體粘度的過(guò)度增加，會(huì)使復(fù)合材料的加工性下降。當(dāng)熔融指數(shù)大于30g/10min時(shí)，會(huì)限制機(jī)械性能的提高，從而降低工業(yè)應(yīng)用性。
適當(dāng)?shù)?，PP樹(shù)脂的平均分子量可以是300,000-500,000g/mol。當(dāng)平均分子量低于300,000g/mol時(shí)，最終復(fù)合材料的性能會(huì)下降。當(dāng)分子量大于500,000g/mol時(shí)，擠壓過(guò)程中產(chǎn)生的壓力會(huì)顯著增加。
相對(duì)于組合物的總重量，PP樹(shù)脂的用量可以是65-85wt％，優(yōu)選70-80wt％。當(dāng)用量小于65wt％時(shí)，由于聚丙烯樹(shù)脂的量不足，機(jī)械性能會(huì)下降。當(dāng)用量大于85wt％時(shí)，大豆蛋白顆粒和硫酸鋅(ZnSO4)的相對(duì)量會(huì)下降，從而降低生物復(fù)合材料的機(jī)械性能。
大豆蛋白顆粒分散在PP樹(shù)脂中，并提高性能。大豆蛋白可以加工成下列材料。在第一階段產(chǎn)生大豆油，不含油的殘?jiān)环Q為脫脂豆渣(defatted soy flake)。由該脫脂豆渣中可以獲得大豆粉(soy flour)、大豆?jié)饪s物(soy concentrate)(下文稱作“SC”)和大豆蛋白分離物(下文稱作“SPT”)。
SC的蛋白含量為大約60％或更高，且SPI的蛋白含量為90％或更高，并且SC和SPI均含有烴類(lèi)。被粉化成平均直徑為5-50μm、優(yōu)選10-30μm的SC和SPI的混合物可以用作本發(fā)明中的大豆蛋白顆粒。當(dāng)大豆蛋白顆粒的平均直徑小于5μm時(shí)，由于可分散性下降，會(huì)在PP樹(shù)脂中引起凝結(jié)(coagulation)，從而降低性能。當(dāng)平均直徑大于50μm時(shí)，沖擊性能會(huì)下降，從而限制工業(yè)應(yīng)用性。
相對(duì)于組合物的總重量，大豆蛋白顆粒的用量可以是10-30wt％，優(yōu)選15-25wt％。當(dāng)用量小于10wt％時(shí)，機(jī)械性能會(huì)下降，從而降低工業(yè)應(yīng)用性。當(dāng)用量大于30wt％時(shí)，制造成本會(huì)增加，從而也降低工業(yè)應(yīng)用性。
硫酸鋅使分散在PP樹(shù)脂中的微米尺寸的大豆蛋白顆粒交聯(lián)。相對(duì)于用于生物復(fù)合材料的組合物的總重量，硫酸鋅的用量可以是2-10wt％，優(yōu)選3-5wt％。當(dāng)用量小于2wt％時(shí)，分散在PP樹(shù)脂中的大豆蛋白顆粒的交聯(lián)程度會(huì)降低，從而降低沖擊強(qiáng)度。當(dāng)用量大于10wt％時(shí)，由于大豆顆粒之間的過(guò)度交聯(lián)，擠壓過(guò)程中造成的壓力會(huì)顯著增加。
前述的生物復(fù)合材料可用于制造用于汽車(chē)內(nèi)部或外部材料的生物復(fù)合板。下面提供對(duì)本發(fā)明的制備生物復(fù)合板的方法的詳細(xì)描述。
根據(jù)本發(fā)明的制備聚丙烯/大豆蛋白生物復(fù)合板的方法包括如下步驟(a)混合用于生物符合材料的組合物；(b)通過(guò)擠壓混合過(guò)生物復(fù)合材料，模制球粒(pallet/pellet)；(c)通過(guò)將模制的球粒在150-250℃和45-80kg/cm2下熱壓，模制板材；和(d)將模制的板材進(jìn)行冷壓，以制備生物復(fù)合板。
在步驟(a)中，生物復(fù)合材料包括65-85wt％的PP樹(shù)脂、10-30wt％的大豆蛋白顆粒和2-10wt％的硫酸鋅(ZnSO4)。通過(guò)使用混合機(jī)(攪拌機(jī)或料斗)來(lái)充分混合這些組分。在此也可以使用前述的PP樹(shù)脂、大豆蛋白顆粒和硫酸鋅。
在步驟(b)中，可以如本領(lǐng)域中公知的那樣進(jìn)行擠壓而不受限制。例如，可以通過(guò)使用雙軸擠壓機(jī)將混合的材料模制成球粒。
在步驟(c)中，模制的球粒在150-250℃和45-80kg/cm2、優(yōu)選在50-70kg/cm2下被熱壓成板材。當(dāng)溫度低于150℃時(shí)，由于熱量供應(yīng)不足，模制球粒變得困難。高于250℃的溫度會(huì)引起變形和氣味。當(dāng)壓力低于45kg/cm2時(shí)，復(fù)合材料中的稠密(denseness)程度會(huì)不足。當(dāng)壓力高于80kg/cm2時(shí)，由于壓力過(guò)高，會(huì)增加表面粗糙度。
在步驟(d)中，模制的板材被冷壓成具有特定形狀的生物復(fù)合板。在步驟(c)中擠壓的模制板材被迅速冷卻，從而加強(qiáng)生物復(fù)合板的結(jié)構(gòu)，并使生物復(fù)合板的表面變得光滑。優(yōu)選地，得到的生物復(fù)合板的厚度為1.5-4.5mm，更優(yōu)選2-3mm。也可以根據(jù)其應(yīng)用來(lái)制備和使用更厚的板材。
由此制備的聚丙烯/大豆蛋白生物復(fù)合板重量輕，對(duì)生態(tài)環(huán)境友好，并且在防水性、強(qiáng)度、彎曲彈性、成型性和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力方面也很優(yōu)異，從而可應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)部或外部材料，例如儀表板外板(dash outer)、儀表板內(nèi)板(dash inner)、發(fā)動(dòng)機(jī)罩消聲器(hood silence)、門(mén)墊(door pad)、門(mén)飾板、頂蓬、雜物箱(package tray)、行李箱墊(trunk mat)和后窗臺(tái)(rear pakage tray)。
作為生物復(fù)合板的主要成分之一，大豆蛋白顆粒被認(rèn)為對(duì)生態(tài)環(huán)境是友好的，因?yàn)榇蠖乖谑澜绶秶鷥?nèi)廣泛栽培，并且生長(zhǎng)迅速，環(huán)境適應(yīng)性優(yōu)異。此外，根據(jù)本發(fā)明的生物復(fù)合板可以在切割和熱壓之后有利地再循環(huán)，用于制造面板。根據(jù)本發(fā)明的制備生物復(fù)合板的方法在質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)力和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力方面都很優(yōu)異，因?yàn)樗〝?shù)量相對(duì)少的步驟，并很容易應(yīng)用于批量生產(chǎn)，并生產(chǎn)率很高。
前述聚丙烯/大豆蛋白生物復(fù)合材料和通過(guò)使用該生物復(fù)合材料制備的生物復(fù)合板可以根據(jù)其應(yīng)用如建筑業(yè)而具有不同的厚度和強(qiáng)度。
實(shí)施例 下面的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，而無(wú)意限定本發(fā)明。
聚丙烯/大豆蛋白生物復(fù)合板的制備 實(shí)施例1-8 通過(guò)使用混合機(jī)將表1所示的熔融指數(shù)為20g/10min(ASTMD1238，230℃)的聚丙烯無(wú)規(guī)共聚物樹(shù)脂(R724L LG-Caltex，韓國(guó))、平均粒徑為25μm的大豆蛋白顆粒(Supro 760，Protein Technologies，美國(guó))和硫酸鋅(Aldrich，美國(guó))充分混合，制備用于生物復(fù)合材料的聚丙烯/大豆蛋白組合物。通過(guò)使用雙軸擠出機(jī)在210℃(高于熔點(diǎn))下將該組合物擠壓，模制球粒。通過(guò)將該球粒在210℃和68kg/cm2下熱壓，制備板材，將模制的板材冷壓，從而提供聚丙烯/大豆蛋白生物復(fù)合板(實(shí)施例1-4)。
如實(shí)施例1-4中所述進(jìn)行實(shí)施例5-6，其不同之處在于使用熔融指數(shù)分別為8g/10min(ASTM D1238，230℃)和30g/10min的聚丙烯無(wú)規(guī)共聚物樹(shù)脂。
如實(shí)施例1-4中所述進(jìn)行實(shí)施例7-8，不同之處在于分別使用平均直徑為10μm和45μm的大豆蛋白顆粒。
比較例1-4 如實(shí)施例1-4中所述進(jìn)行比較例1-2，不同之處在于各成分的用量超出表1所示的根據(jù)本發(fā)明的范圍之外。
如實(shí)施例1-4中所述進(jìn)行比較例3，不同之處在于使用熔融指數(shù)為40g/10min的聚丙烯無(wú)規(guī)共聚物樹(shù)脂。
如實(shí)施例1-4中所述進(jìn)行比較例4，不同之處在于使用平均直徑為65μm的大豆蛋白顆粒。
表1
檢測(cè)實(shí)施例 性能的測(cè)量 為了測(cè)量在實(shí)施例1-8和比較例1-4中制備的生物復(fù)合板的機(jī)械性能，通過(guò)注模法(injection mold)制備樣品，然后如ASTM D 638、ASTMD 256和ASTM D 790中所述測(cè)量性能。結(jié)果顯示在表2中。用于測(cè)量拉伸性能的樣品形狀類(lèi)似于啞鈴。用于測(cè)量沖擊性能的樣品具有缺口。
拉伸性能的測(cè)量 制備樣品，并根據(jù)ASTM D 638(用于塑料拉伸性能的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法，Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics)通過(guò)使用UTM(萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī))和下列公式，測(cè)量抗張強(qiáng)度。
公式1 抗張強(qiáng)度(Pa)＝最大負(fù)荷(負(fù)荷，N)÷樣品的初始橫截面積(m2) 沖擊強(qiáng)度的測(cè)量 制備樣品，并根據(jù)ASTM D 256通過(guò)使用缺口沖擊試驗(yàn)機(jī)(IzodImpact Tester)測(cè)量沖擊強(qiáng)度。
測(cè)量彎曲模量 制備樣品，并根據(jù)ASTM D 790通過(guò)使用UTM(萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī))測(cè)量彎曲模量。
表2

實(shí)施例1-4的結(jié)果顯示，隨著PP樹(shù)脂含量的增加和大豆蛋白顆粒含量的減少，拉伸強(qiáng)度增加，且沖擊強(qiáng)度減小。當(dāng)與實(shí)施例6比較時(shí)，實(shí)施例5中使用的PP樹(shù)脂的熔融指數(shù)較高，導(dǎo)致抗張強(qiáng)度增加，而沖擊強(qiáng)度類(lèi)似。這表明PP樹(shù)脂的熔融指數(shù)與抗張強(qiáng)度相關(guān)。
此外，當(dāng)與實(shí)施例7比較時(shí)，實(shí)施例8中使用的大豆蛋白顆粒的粒徑較大，導(dǎo)致沖擊強(qiáng)度減小，顯示了大豆蛋白顆粒大小和沖擊強(qiáng)度之間的相關(guān)性。
與實(shí)施例1-8相比，其中各成分用量超出根據(jù)本發(fā)明的范圍之外的比較例1-2顯示出較低的抗張強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和彎曲模量。
其中熔融指數(shù)為40g/10min(其高于30g/10min(ASTM D1238，230℃))的比較例3顯示出沖擊強(qiáng)度顯著降低，而抗張強(qiáng)度和彎曲模量令人滿意。
在大豆蛋白顆粒的平均粒徑(50μm)大于65μm的比較例4中，所有檢測(cè)性能(抗張強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和彎曲模量)均低于實(shí)施例。
檢測(cè)實(shí)施例2 密度的測(cè)量 根據(jù)ASTM D792測(cè)量實(shí)施例1-8中制備的生物復(fù)合板的密度，結(jié)果顯示在表3中。
表3 表3顯示，使用根據(jù)本發(fā)明的生物復(fù)合材料制備的生物復(fù)合板密度小于1，從而確保了本文所述的生物復(fù)合板的重量輕。
制備實(shí)施例1 作為內(nèi)部材料的實(shí)例，使用實(shí)施例1中獲得的聚丙烯/大豆蛋白生物復(fù)合板，制備后窗臺(tái)，圖1顯示了設(shè)置在車(chē)輛中的后窗臺(tái)。
如檢測(cè)實(shí)施例1-2中所確定，根據(jù)本發(fā)明制備的生物復(fù)合板重量輕，并且對(duì)生態(tài)環(huán)境友好，并且在防水性、強(qiáng)度、彎曲彈性、成型性和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力方面也很優(yōu)異，因此可以應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)部或外部材料，例如儀表板外板、儀表板內(nèi)板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩消聲器、門(mén)墊、門(mén)飾板、頂蓬、雜物箱、行李箱墊和后窗臺(tái)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的生物復(fù)合板重量輕，強(qiáng)度、彎曲彈性、成型性和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力方面都很優(yōu)異，而且觸感宜人，另外對(duì)生態(tài)環(huán)境友好。
本發(fā)明參考其優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，可以在不偏離本發(fā)明的原理和精神的情況下對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行改變，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求及其等同方式限定。
權(quán)利要求
1.一種用作車(chē)用內(nèi)部和外部材料的用于生物復(fù)合材料的組合物，其包括聚丙烯樹(shù)脂、大豆蛋白顆粒和硫酸鋅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中在所述組合物中包括65-85wt％的聚丙烯樹(shù)脂、10-30wt％的大豆蛋白顆粒和2-10wt％的硫酸鋅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述聚丙烯樹(shù)脂的熔融指數(shù)(MI)為0.5-30g/10min(ASTM D1238，230℃)，且所述聚丙烯樹(shù)脂是選自聚丙烯均聚物、聚丙烯嵌段共聚物和聚丙烯無(wú)規(guī)共聚物中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述大豆蛋白顆粒的平均直徑為5-50μm。
5.一種制備聚丙烯/大豆蛋白生物復(fù)合板的方法，其包括以下步驟
(a)混合如權(quán)利要求1所述的用于生物復(fù)合材料的組合物；
(b)通過(guò)擠壓混合過(guò)的組合物，模制球粒；
(c)通過(guò)將模制的球粒在150-250℃和45-80kg/cm2下熱壓，模制板材；和
(d)將模制的板材進(jìn)行冷壓。
6.一種制備聚丙烯/大豆蛋白生物復(fù)合板的方法，其包括以下步驟
(a)混合如權(quán)利要求2所述的用于生物復(fù)合材料的組合物；
(b)通過(guò)擠壓混合過(guò)的組合物，模制球粒；
(c)通過(guò)將模制的球粒在150-250℃和45-80kg/cm2下熱壓，模制板材；和
(d)將模制的板材進(jìn)行冷壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于汽車(chē)內(nèi)部或外部材料的用于生物復(fù)合材料的聚丙烯/大豆蛋白組合物，使用該組合物制備的生物復(fù)合板及其制備方法，具體地，涉及包括聚丙烯樹(shù)脂、大豆蛋白顆粒和ZnSO4的用于生物復(fù)合材料的組合物。使用該復(fù)合材料組合物制備的生物復(fù)合板重量輕，強(qiáng)度、彎曲彈性、成型性和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力方面都很優(yōu)異。其觸感宜人，并且對(duì)生態(tài)環(huán)境友好，因?yàn)槠淇梢酝ㄟ^(guò)一些再循環(huán)工藝而再循環(huán)至其它應(yīng)用中。
文檔編號(hào)B29B9/00GK101608034SQ20081016837
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者鄭基然, 洪采煥, 李省勛 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社, 起亞自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社