BR112015019216B1

BR112015019216B1 - material composto microestruturado; método para a produção de um material composto microestruturado; artigo moldado, granulado ou de mistura principal; e uso de um material composto microestruturado

Info

Publication number: BR112015019216B1
Application number: BR112015019216-5A
Authority: BR
Inventors: Jens Erdmann; Gunnar Engelmann; Johannes Ganster
Original assignee: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Priority date: 2013-02-11
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2021-03-09
Also published as: BR112015019216A8; BR112015019216A2; EP2953997A1; CA2900596A1; CA2900596C; US20160002466A1; US9783679B2; EP2953997B1; WO2014121967A1; DE102013002574A1

Abstract

MATERIAL COMPOSTO MICROESTRUTURADO; MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UM MATERIAL COMPOSTO MICROESTRUTURADO; ARTIGO MOLDADO, GRANULADO OU DE MISTURA PRINCIPAL; E USO DE UM MATERIAL COMPOSTO MICROESTRUTURADO Material composto microestruturado, que compreende uma matriz, compreendendo pelo menos um tipo de um material plástico termoplástico e distribuído homogeneamente na matriz de pelo menos um tipo de lignina e/ou pelo menos um derivado da lignina, caracterizado pelo fato de o pelo menos um tipo de lignina e/ou pelo menos um derivado da lignina estar presente na forma de partículas e a área da seção transversal das partículas possuir uma geometria redonda, aproximadamente redonda, circular, aproximadamente circular, elíptica ou geometria aproximadamente elíptica.

Description

[001] A presente invenção se refere a um material composto microestruturado, a matriz contínua de um material plástico termoplástico o qual compreende uma lignina ou derivado da lignina na forma de partículas (preenchimento). A lignina ou derivado de lignina incorporada no material plástico termoplástico é caracterizada em particular pelo fato de apresentar uma geometria de corte transversal circular ou elíptica, os diâmetros ou semieixos de seções transversais mencionados se encontrando em uma gama de 0,1 μm a 10 μm. Além disso, o material plástico termoplástico pode compreender vários aditivos ou outros materiais plásticos termoplásticos, de preferência pelo menos um adesivo está contido para aumentar a compatibilidade entre o material plástico termoplástico e a lignina ou partículas derivadas de lignina.

[002] Devido à crescente escassez de petróleo e do aumento contínuo dos preços do petróleo que acompanha este, os biopolímeros ou biomateriais, ou seja, os materiais à base de matérias-primas renováveis, estão cada vez mais despertando grande interesse em diversos ramos da indústria, não menos importante por causa da disponibilidade inesgotável. Um objetivo estratégico é o desenvolvimento de aplicações técnicas para biomateriais e, a longo prazo, substituir a mistura técnica de polímero à base de petróleo pelo menos parcialmente.

[003] Em conjunto com a celulose, a lignina constitui o componente principal da madeira, um conteúdo de lignina de 25% a 30% sendo assumido para madeira de coníferas e entre 18% a 24% para a madeira decídua. Assim, há uma quantidade renovável anualmente de 75 bilhões de toneladas de lignina. Cerca de 50 milhões de toneladas da mesma são produzidas industrialmente. Esta quantidade ocorre principalmente como um subproduto na produção de pasta de madeira para produção de celulose em forma mais ou menos modificada em lixívias de resíduos (licor negro). No presente momento, as lixívias de resíduos e a lignina nelas contidas são predominantemente queimadas e usadas para a produção de energia térmica. Além de utilização térmica, também cada vez mais o uso de material de lignina está se tornando o foco de interesse. Essencialmente três campos de aplicação têm, consequentemente, surgido: a) Com vanilina, um aromatizante molecular de alta qualidade é obtido a partir de lignina tanto química quanto bioquimicamente. b) Lignossulfonatos, compostos de polímeros com base em lignina (processos de sulfito) são usados, devido às suas propriedades especiais de solubilidade em água, para várias aplicações no campo dos trabalhos de tingimento (corantes minerais) ou fábricas de curtumes ou como aditivos de papel, como aditivos na construção (cimento, tijolos, madeira prensada, agentes de ligação de pó, gesso) ou como um componente em meios de peletização (alimentação animal, briquetes) e detergentes (fluidos de perfuração). c) Lignina como material de preenchimento de baixo custo ou componente de formulação em materiais de polímero termoplástico ou de resinas de epóxido sintéticas que podem ser usadas para a produção de peças moldadas por extrusão, moldagem por injeção, prensagem, moldagem por transferência rápida. De acordo com o perfil de propriedades dos materiais compostos, as aplicações resultam em componentes de construção automotiva, a construção de transporte e de planta, eletrodomésticos (caixas), contentores, aparelhos de tecnologia médica, elétrica e/ ou eletrônica.

[004] O uso da lignina como material de preenchimento nos materiais de polímero termoplásticos / materiais de plástico é o objeto de numerosas publicações. O foco aqui é orientado para materiais de massa de plástico, polietileno (PE), polipropileno (PP) e cloreto de polivinila (PVC) como matriz. Isto tem base central para discussões científicas, em que pontua a) as próprias propriedades de lignina (influenciadas pela origem da lignina: tipo de planta, localização, processo de produção de pasta, reação / alteração / funcionalização) e b) a interação entre o material de preenchimento e a matriz influencia as propriedades do composto resultante. É dessa forma mostrado que as ligninas que se originam no processo Kraft ou em diversos processos de organosolv são bem adequadas para o processamento termoplástico. Isto se aplica tanto para termoplásticos com lignina quanto em material de preenchimento ou como a matriz (DE 198 67 520 A1). No que diz respeito à modificação /derivatização de lignina, provaram ser vantajosos os lignosulfonatos modificados com epóxi (Cazacu G, Pascu MC, Profire L, Kowarski Al, Mihaes M, Vasile C: Lignin role in a complex polyolefin blend, Ind. Crops Prod. 20 (2004) 261 - 273 and lignin phthalate (Sailaja RRN, Deepthi MV: mechanical and thermal properties of compatibilized composites of polyethylene and esterified lignin, Mat. Design 31 (2010) 4369 - 4379) em combinação com uma matriz poliolefínica. O melhoramento da compatibilidade ou a adesão entre a matriz termoplástica e partículas de lignina tem sido até o presente momento identificado como o fator de influência positiva de domínio sobre as propriedades de compostos resultantes.

[005] Todas estas abordagens para uma solução têm em comum no entanto o fato de que o uso de lignina / derivados de lignina, na verdade, envolve um aumento na rigidez do composto (módulo de elasticidade), no entanto, ao mesmo tempo, acompanhada por uma redução drástica da resistência, ruptura do alongamento e resistência ao impacto. O efeito de fragilidade do material aumenta drasticamente, em particular, com maiores conteúdos de lignina (> 20% em massa).

[006] Sem a adição de a) fibras de reforço (custo elevado, o desgaste das máquinas de processamento) ou b) plastificantes (migração, redução na força e rigidez), que no entanto envolve desvantagens significativas, os materiais compostos com maiores conteúdos de lignina são atualmente não comercializáveis.

[007] O uso de lignina como material de preenchimento em materiais poliméricos termoplásticos, de fato, na maioria dos casos, provoca um aumento na rigidez do composto, no entanto é acompanhado por uma drástica redução na força, ruptura no alongamento e resistência ao impacto. O efeito do material aumenta dramaticamente a fragilização em particular com maiores conteúdos de lignina e só pode ser compensada pelo uso de fibras de reforço ou plastificantes. Esta forma de aditivação é no entanto muito complexa e de custo elevado e vai contra a abordagem da redução de custos materiais totais com lignina como o preenchimento de baixo custo e substituinte de polímero.

[008] É, por conseguinte, o objetivo fornecer um material composto que, preferencialmente com um conteúdo de lignina tão elevado quanto possível (por exemplo,> 50%, em massa), alcança pelo menos os níveis de propriedades mecânicas da matriz não preenchida, as propriedades de força e resistência ao impacto sendo de importância superior.

[009] Este objetivo é atingido, no que diz respeito a um material composto de microestrutura, através das características da reivindicação da patente 1, com relação a um método para a produção do material composto, através das características da reivindicação de patente 15, no que diz respeito a um artigo moldado, um lote granulado ou um lote mestre feito do material composto de acordo com a invenção, através das características da reivindicação de patente 17 e também, no que diz respeito aos efeitos do uso do material composto ou de peças moldadas, através das características da reivindicação de patente 18. As reivindicações de patente dependentes, representam respectivamente assim, desenvolvimentos vantajosos.

[010] De acordo com a invenção, um material composto microestruturado é portanto, indicado, compreendendo a) uma matriz, que compreende pelo menos um tipo de um material plástico termoplástico, e b) pelo menos um tipo de lignina e/ ou pelo menos um derivado de lignina, distribuído homogeneamente na matriz, o pelo menos um tipo de lignina e/ ou pelo menos um derivado da lignina estando presente na forma de partículas e a área da seção transversal das partículas possuindo uma geometria redonda, aproximadamente redonda, circular, aproximadamente circular, elíptica ou aproximadamente elíptica.

[011] É, portanto, entendido como um derivado de lignina, uma lignina quimicamente modificada na qual em particular grupos hidroxila livres estão quimicamente modificados.

[012] É portanto crucial para a presente invenção que o derivado de lignina ou lignina usada como material de preenchimento esteja presente na forma de partículas, as partículas de lignina ou de derivados de lignina com uma geometria específica.

[013] A geometria destas partículas é descrita de acordo com a presente invenção, com referência à área da seção transversal em qualquer direção e em qualquer ponto através das partículas, a área de seção transversal é redonda, circular ou elíptica de acordo com a invenção, ou tem uma geometria que aparece para aproximar a estas entidades geométricas ideais. É assim entendida por aproximadamente redonda ou circular ou elíptica, aqueles que chegam o mais perto possível dos corpos geométricos subjacentes ideais. Formas aproximadamente circulares ou elípticas podem ser caracterizadas, por exemplo, por certos desvios desta forma ideal sendo observável tal como, por exemplo, dentes ou protuberâncias nas partículas. como um resultado da microestruturação de acordo com a invenção do material composto, mesmo com conteúdo de lignina muito alto ou derivado de lignina (por exemplo, 50% em massa), as propriedades mecânicas, tais como por exemplo a força, rigidez e resistência ao impacto da matriz sem reforço não só são preservadas, mas surpreendentemente excedem significativamente. O ganho de propriedades, em particular em força e resistência ao impacto, apesar do alto conteúdo de lignina só é possível se uma estrutura composta específica e aderência suficientemente boa entre a matriz e material de preenchimento forem definidos. O material composto microestruturado de acordo com a invenção mostra uma resistência ao impacto 36 vezes mais elevada e resistências ao nível de impacto 10 vezes mais elevadas em relação ao material padrão e, além disso, permanece termoplasticamente deformável e, consequentemente, processável com todas as atuais tecnologias de processamento de material plástico (extrusão, moldagem por injeção, giratório).

[014] O uso de lignina / derivados de lignina como preenchedor de baixo custo e substituinte de polímero que, além disso, é inesgotavelmente disponível como matéria prima renovável e contribui ainda para reduzir os custos totais do material de forma significativa.

[015] Está por conseguinte compreendido por elíptico ou uma geometria aproximadamente elíptica, em particular, que a relação do eixo principal para o eixo secundário de uma elipse correspondente é no máximo de 10, preferencialmente maior que 1 e até no máximo 5.

[016] De acordo com uma forma de realização preferida, o material composto de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracteriza-se pelo fato de que a média aritmética ou o diâmetro médio D50 de um número representativo de partículas (pelo menos, 200) é inferior a 5 μm, de preferência de 0,05 a 5 μm, ainda mais preferido de 0,1 a 2 μm, sendo particularmente preferido de 0,1 a 1,5 μm.

[017] A média dos diâmetros de partícula acima mencionada é deste modo determinada como a seguir:

[018] Uma peça moldada ou o granulado do material composto microestruturado de acordo com a invenção é cortada por meio de uma lâmina afiada (micrótomo) (parte cortada). A superfície exposta de corte lisa é fotografada por meio de um microscópio (microscópio eletrônico de varredura ou microscópio de luz). As imagens mostram, em seguida, o sistema de duas fases que consiste de matriz contínua e lignina particulada. Por meio de um software de análise de imagem (análise), os diâmetros das superfícies de corte das partículas de lignina são medidas manualmente ou automaticamente. Para um melhor contraste da matriz e partículas de lignina, a fase de lignina pode ser dissolvida seletivamente por hidróxido de sódio aquoso. As cavidades resultantes reproduzem o tamanho e a forma das partículas de lignina exatamente e podem ser medidas com relação ao seu diâmetro. Pelo menos 200, preferencialmente 600 partículas são medidas em relação ao diâmetro e os valores determinados de acordo com DIN ISO 9276-1 são representados em uma distribuição de frequência. A partir desta distribuição, os valores característicos relevantes do diâmetro Darith da partícula média aritmética e do diâmetro médio das partículas d50 são determinados correspondente à norma DIN ISO 9276-2.

[019] Para outra preferência, a distribuição dos diâmetros é relativamente homogênea. De um modo preferido, o desvio padrão relativo do diâmetro médio ou diâmetro equivalente das partículas em torno da média é inferior a 100%.

[020] O conteúdo total da lignina ou derivados de lignina pode assim ser variado ao longo de uma vasta gama. Conteúdos totais preferidos da lignina ou derivados da lignina são assim, em relação ao material composto total, de 1 a 99% em peso, preferencialmente de 10 a 80% em peso, particularmente preferido de 20 a 60% em peso.

[021] A pelo menos uma lignina ou lignina formando a base de pelo menos um derivado de lignina pode ser originada a partir de uma madeira conífera, madeira decídua, madeira de lei, conífera ou fonte de planta anual e/ ou ter sido obtida pelo processo kraft, pelo processo de organosolv, pelo processo de sulfito ou por fermentação. Os últimos processos mencionados são métodos para a produção de lignina que são geralmente conhecidos na literatura.

[022] Derivados de lignina preferidos podem ser obtidos por derivatização parcial ou total, selecionada a partir do grupo que consiste em esterificação, eterificação, uretanização ou uma combinação de derivatizações anteriormente mencionadas dos grupos hidroxila de uma lignina correspondente.

[023] O grau de derivatização em relação ao número de grupos OH, pode estar dessa forma entre 0,1 e 100%, de preferência de 0,1 a 95%.

[024] Os substituintes dos derivados, isto é, os radicais dos reagentes de derivatização, com a exceção do grupo de reticulação para a lignina, pode ser selecionado de preferência entre compostos alifáticos, olefínicos e/ ou compostos aromáticos que podem compreender heteroátomos, em particular, oxigênio, nitrogênio, enxofre e/ou fósforo.

[025] Além disso, vantajosamente, o material composto pode compreender pelo menos um adesivo, de preferência em uma quantidade de 0,1 a 40% em peso, ainda mais preferido de 1 a 10% em peso, em particular de 1 a 3% em peso.

[026] Os adesivos preferidos são dessa forma selecionados entre o grupo que consiste em di-isocianatos; polímeros ou copolímeros enxertados com anidrido maleico, em particular polietileno, polipropileno, poliestireno, poli- isobuteno, acetato de co-vinila de polietileno ou co-octano de polietileno e também misturas ou combinações do presente documento, enxertado com anidrido maleico, preferencialmente o grau de enxerto dos polímeros ou copolímeros enxertados com anidrido maleico estando entre 0,0001 e 90%, ainda mais preferencialmente de 0,1 a 10%, particularmente preferencialmente de 3 a 8%.

[027] O adesivo pode assim ser ligado de forma covalente às partículas, em especial através de pelo menos uma ligação de éster, éter, amida, amina, uretano ou uma ligação de siloxano e/ ou por ligações semivalentes, em particular ligações de pontes de hidrogênio.

[028] Preferencialmente, o adesivo tem um número médio de peso molecular de 100 a 500.000 g/ mol, preferencialmente de 500 e 50.000 g/ mol, particularmente preferencialmente de 1.000 e 10.000 g/ mol.

[029] Além disso, o material composto pode compreender um ou mais aditivos, o aditivo ou aditivos sendo selecionados preferencialmente entre o grupo que consiste em substâncias olfativas, substâncias para minimizar as emissões olfativas, pigmentos, corantes, estabilizadores de UV e/ ou de luz, retardadores de chama, conservantes, antioxidantes, fibras naturais e/ ou fibras sintéticas.

[030] Polímeros de matriz termoplástica preferidos são selecionados a partir do grupo que consiste em poliamidas, material composto de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o polímero de matriz termoplástico é selecionado a partir do grupo que consiste em poliamidas, em especial de poliamida 11, 12, 6, 66, 6,10, 10,10, 10,12, 4,6, 6,12, 12,12, 6,9; poliésteres, em particular PET, PLA, PHB, PBSA; poliéteres; celulose ou derivados de celulose; PVC, PVA, copolímeros de vinila, poliolefinas, em particular PE, PP, polibutadieno, polibutileno; poliuretanos; policarbonatos; polialquilenoglicóis, em particular PEG; polivinilpiridina; poli (met) acrilatos, em particular PMMA; álcoois polivinílicos; polianilinas e também combinações ou misturas dos polímeros mencionados anteriormente.

[031] A presente invenção se refere igualmente a um método para a produção de um material composto microestruturado anteriormente descrito. O método de acordo com a invenção pode assim, ser implementado em duas variantes preferidas, no entanto equivalentes.

[032] De acordo com uma primeira variante do processo de acordo com a invenção, pelo menos um tipo de lignina e/ ou pelo menos um derivado de lignina é incorporado em uma matriz, compreendendo pelo menos um tipo de um material plástico termoplástico, em temperaturas acima da temperatura de transição vítrea de pelo menos um tipo de lignina de modo que, após a incorporação, o pelo menos um tipo de lignina e/ ou pelo menos um derivado da lignina está presente na forma de partículas e a área da seção transversal das partículas tem uma geometria redonda, aproximadamente redonda, circular, aproximadamente circular, elíptica ou geometria aproximadamente elíptica.

[033] De acordo com esta variante do método de controle, a geometria de acordo com a invenção das partículas de lignina ou derivados de lignina é ajustada durante a incorporação das ligninas ou derivados destas na matriz termoplástica. De acordo com a invenção, uma temperatura é assim definida, a qual está acima do ponto de deformação de vidro da lignina ou derivado de lignina usado respectivamente. Se uma mistura de ligninas ou derivados de lignina é usada em que os tipos individuais de ligninas e / ou derivados de lignina têm diferentes temperaturas de transição vítrea, uma temperatura é escolhida a qual se encontra acima da temperatura mais alta de transição vítrea das respectivas ligninas ou derivados destas. Assim, é assegurado que, quando as ligninas ou derivados de ligninas são incorporados, estes estão presentes no estado termoplástico, de modo que, durante a incorporação em que surgem forças de cisalhamento, normalmente a deformação das respectivas partículas de lignina inicial ou a divisão em pequenas gotículas etc. é efetuada a qual, após a conclusão do processo, isto é, após o arrefecimento do material composto termoplástico obtido, estão presentes na matriz com a geometria de acordo com a invenção.

[034] Uma segunda variante do processo de acordo com a invenção estabelece que pelo menos um tipo de lignina e/ ou pelo menos um derivado da lignina está presente na forma de partículas e a área da seção transversal das partículas tem uma geometria redonda, aproximadamente redonda, circular, aproximadamente circular, elíptica ou geometria aproximadamente elíptica e o pelo menos um tipo de lignina e/ ou pelo menos um derivado de lignina é incorporado em uma matriz, compreendendo pelo menos um tipo de um material plástico termoplástico.

[035] Partículas de lignina ou derivados de partículas correspondentes com a geometria prescrita podem ser obtidas, na verdade a partir dos métodos já mencionados anteriormente, por exemplo a partir do processo kraft conhecido a partir da literatura, o processo de organosolv ou por fermentação.

[036] De preferência, a incorporação das partículas na matriz é efetuada por meio de mistura e/ ou de extrusão no estado fundido, por meio de processos de mistura física (como corpos sólidos) e posteriormente a moldagem por termoformação/ prensagem/ sinterização e/ ou em temperaturas de transformação de 50 a 400 °C, preferencialmente de 100 e 300 °C, particularmente preferido de 150 a 250 °C.

[037] A invenção se refere igualmente a um artigo moldado, granulado ou de um lote mestre compreendendo ou formado a partir de um material composto microestruturado como descrito anteriormente.

[038] Os artigos moldados podem ser deste modo produzidos em qualquer forma, por exemplo, por extrusão, moldagem por injeção, prensagem, sinterização, calandragem, sopro por filme, fundição-giratório, moldagem por compressão e/ ou de termoformação, para componentes na construção de automóvel, transporte e/ ou comunicações, componentes para equipamentos industriais, construção de máquina e construção de planta, eletrodomésticos, embalagens, componentes ou para elétricos ou eletrônicos. Assim, a invenção se refere igualmente ao uso de um material composto de acordo com a invenção para os fins anteriormente mencionados.

[039] A invenção é explicada em mais detalhes com referência aos exemplos seguintes, sem limitar a invenção aos parâmetros especialmente representados.

EXEMPLO1-AJUSTARAMICROESTRUTURIZAÇÃODAS PARTÍCULAS DURANTE A COMPOSIÇÃO DA LIGNINA

[040] Polietileno, adesivo (HV) e 50% em massa de lignina seca (substrato pulverulento obtido pelo processo kraft) foram medidos em sucessão para dentro da câmara de amassamento em um misturador interno pré-aquecido (W 350 da empresa Brabender) e misturados em conjunto durante um tempo definido. Com uma formulação praticamente idêntica, 6 materiais foram compostos, o regime de tratamento sendo variado. Os compostos produzidos deste modo foram processados para formar um granulado em um moinho de material plástico após a remoção da câmara de amassamento e, posteriormente foram processados em uma máquina de moldagem por injeção de pistão para formar peças de ensaio padrão de acordo com a norma DIN EN ISO 527. Propriedades mecânicas selecionadas são compiladas na Tabela 1. Com um diâmetro de partícula de redução, a resistência do composto aumenta moderadamente, a resistência ao impacto ou grau de resistência ao impacto igualmente acentuadamente. A microestruturização dos compostos de acordo com a invenção com partículas suficientemente pequenas de lignina foi conseguida usando temperaturas de processamento T acima da temperatura de transição vítrea da lignina usada (Tg = 160 °C). Para as amostras (Tabela 1) 4-7, a temperatura de processamento foi T = 170 °C. A fim de dispersar as partículas de lignina de forma adequada, o tempo de mistura da amostra 4 para a amostra 7 foi aumentada de forma sistemática. TABELA 1

[041] Compilação e quantificação dos parâmetros estruturais que caracterizam o material de preenchimento de lignina ligado na matriz termoplástica, e as propriedades mecânicas correspondentes aos compostos microestruturados, produzidas de acordo com o ajuste de microestruturização durante a composição.

[042] É evidente a partir da Tabela acima que os compostos especialmente aditivados (números de amostra 4, 5, 6 e 7), não aditivado (amostra no. 1) ou aditivados com lignina, mas com geometria indefinida ou geometria poligonal das partículas (número da amostra 2 e 3) têm propriedades significativamente superior. Isto é evidente em particular na resistência à tração, o grau de resistência ao impacto e também a resistência ao impacto que possa ser reconhecida por um forte aumento significativo nestas propriedades.

[043] As Figs. representadas posteriormente 1a, 2a e 3a são, assim, imagens de microscópio eletrônica de varredura da seção transversal de um material composto, constituído por PE, adesivo e 50% de lignina de acordo com as amostras com números 3 (Fig. 1), 4 (Figura 2) e também 5 (Fig. 3). A fim de visualizar ou para contrastar as partículas de lignina, estas foram dissolvidas do polímero da matriz para a imagem do microscópio eletrônico de varredura, como um resultado em que as cavidades foram produzidas no composto, em que as partículas reproduzem exatamente a forma e tamanho das partículas de lignina. Um número representativo destas cavidades foi medido, ilustradas graficamente em um histograma (respectivamente Fig. b) e, a partir da curva de distribuição, os valores da característica, a média dos tamanhos das partículas e também a mediana foram determinados. É detectável a partir da tabela que, com a diminuição do diâmetro médio das partículas de lignina e também com uma geometria específica, as propriedades mecânicas aumentam significativamente ou até mesmo bruscamente.

[044] O problema acima mencionado é resolvido por conseguinte de acordo com a invenção em que um composto de estrutura específica, ou seja, o tamanho e forma das partículas de lignina é ajustada na matriz do polímero. O ajuste da forma e tamanho das partículas de lignina é conseguido de acordo com a invenção por um processo de composição especial (ver exemplos). Surpreendentemente, os parâmetros de processamento podem ser ajustados de acordo com a invenção de tal modo que a introdução da temperatura e da energia de corte com a interação de um adesivo adequado (HV) e também a proporção de porcentagem da formulação global determinam a estrutura, ou seja, a microestrutura de acordo com a invenção é alcançada. Através da aplicação de condições de processamento adequadas e formulações, diferentes tamanhos de partícula ou espaçamentos interparticulares podem ser modificados. Uma segunda via de solução de acordo com a invenção reside no uso de partículas de lignina em um composto, do qual as partículas têm as propriedades estruturais pretendidas mesmo antes de composição. Surpreendentemente, o tamanho das partículas da lignina influencia as propriedades do material composto consideravelmente. Foi consequentemente possível descobrir que as partículas com um diâmetro menor, com a condição de uma área de seção transversal circular ou elíptica, têm um efeito claramente positivo sobre as propriedades dos compostos, em particular a resistência ao impacto. O material composto microestruturado no. 7 de acordo com a invenção mostra resistências ao impacto 36 vezes mais elevadas e o grau de resistência ao impacto 10 vezes mais elevado comparado com o material padrão no. 2 (Tabela 1).

EXEMPLO 2: PREPARAÇÃO DE PARTÍCULAS DE LIGNINA COM A GEOMETRIA DE ACORDO COM A INVENÇÃO

[045] O produto de partida é o licor negro que ocorre durante o isolamento da lignina (a partir de madeira decídua, madeira de coníferas, plantas anuais) por meio de processos kraft, organosolv, processos de sulfito, em que a lignina se encontra presente em forma dissolvida. Com a diminuição do valor de pH (pH < 7) do licor negro, a lignina é precipitada na forma de partículas. Como nucleação deste licor negro com micropartículas ou partículas orgânicas em nano-escala ou inorgânicas e/ ou através da redução do valor de pH para a gama altamente ácida (pH < 4), podem ser geradas partículas de lignina suficientemente pequenas. Estas podem por sua vez ser ainda trituradas por um processo de moagem e fracionadas por peneiração. O solo e as partículas de lignina fracionadas podem ser, além disso, submetidas a um tratamento térmico (T> Tg, lignina), a fim de que uma forma redonda, esférica ou elipsoidal pode ser produzida. Partículas de lignina produzidas de acordo com este procedimento, tem em seguida uma geometria (forma e tamanho), a qual tem um efeito vantajoso sobre o reforço de materiais termoplásticos, no sentido da invenção. As partículas de lignina ilustradas de acordo com o exemplo 2, portanto, tinha de fato a geometria essencial para a invenção e podem subsequentemente ser submetidas a uma derivatização ou ser incorporadas diretamente em uma matriz termoplástica.

Claims

1. MATERIAL COMPOSTO MICROESTRUCTURADO, compreendendo: a) uma matriz, que compreende pelo menos um tipo de um material plástico termoplástico, e b) pelo menos um tipo de lignina e/ou pelo menos um derivado de lignina, distribuído homogeneamente na matriz, em que o conteúdo total da pelo menos uma lignina e/ou de pelo menos um derivado da lignina é, relativo ao total do material composto, de 1 a 80% em peso, em que a pelo menos uma lignina ou lignina formando a base de pelo menos um derivado de lignina se origina a partir de uma madeira conífera, madeira decídua ou fonte de planta anual, em que o derivado de pelo menos uma lignina foi obtida por derivatização parcial ou total, selecionado a partir do grupo que consiste de eterificação, uretanização ou uma combinação dos derivatizações dos grupos hidroxila da lignina correspondente, caracterizado por pelo menos um tipo de lignina e/ou pelo menos um derivado da lignina estar presente na forma de partículas e a área da seção transversal das partículas tem uma geometria redonda, aproximadamente redonda, circular, aproximadamente circular, elíptica ou uma geometria aproximadamente elíptica, em que 50% das partículas de um número representativo de partículas (pelo menos 200) têm um diâmetro (d50, mediana) menor que 5 μm, e em que pelo menos um adesivo está contido.

2. MATERIAL COMPOSTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, no caso da geometria elíptica ou aproximadamente elíptica, a relação do eixo principal para o eixo secundário ser no máximo de 10.

3. MATERIAL COMPOSTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela média aritmética de um número representativo de partículas (pelo menos 200) ser inferior a 5 μm, ou que 50% das partículas de um número representativo de partículas (pelo menos 200) têm um diâmetro (d50, mediana) de 0,05 a 5 μm.

4. MATERIAL COMPOSTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo conteúdo total do pelo menos uma lignina e/ou do pelo menos um derivado de lignina ser em relação ao material composto total, de 10 a 80% em peso.

5. MATERIAL COMPOSTO; de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo grau de derivatização, em relação ao número de grupos OH, situar-se entre 0,1 e 100%.

6. MATERIAL COMPOSTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos substituintes derivados serem selecionados do grupo consistindo de compostos alifáticos, olefínicos e/ou aromáticos que podem incluir heteroátomos.

7. MATERIAL COMPOSTO, de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo adesivo estar contido em uma quantidade de 0,1 a 40% em peso.

8. MATERIAL COMPOSTO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por pelo menos um adesivo ser selecionado a partir do grupo que consiste em di-isocianatos; polímeros ou copolímeros enxertados com anidrido maleico.

9. MATERIAL COMPOSTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado pelo adesivo ser ligado covalentemente às partículas.

10. MATERIAL COMPOSTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo peso molecular médio do número de adesivo ser de 100 a 500.000 g/mol.

11. MATERIAL COMPOSTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelos aditivos estarem contidos.

12. MATERIAL COMPOSTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo polímero de matriz termoplástico ser selecionado a partir do grupo que consiste em poliamidas; poliésteres; poliéteres; celulose ou derivados de celulose; PVC, PVA, copolímeros de vinila, poliolefinas; poliuretanos; policarbonatos; polialquilenoglicóis; polivinilpiridina; poli (met) acrilatos; álcoois polivinílicos; polianilinas e também combinações ou misturas destes polímeros.

13. MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UM MATERIAL COMPOSTO MICROESTRUCTURADO, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por: a) pelo menos um tipo de lignina e/ou pelo menos um derivado de lignina ser incorporado em uma matriz, que compreende pelo menos um tipo de um material plástico termoplástico, a temperaturas acima da temperatura de transição vítrea de pelo menos um tipo de lignina de modo que, depois da incorporação, o pelo menos um tipo de lignina e/ou pelo menos um derivado da lignina está presente na forma de partículas e a área da seção transversal das partículas tem uma geometria redonda, aproximadamente redonda, circular, aproximadamente circular, elíptica ou geometria aproximadamente elíptica, ou b) pelo menos um tipo de lignina e/ou pelo menos um derivado de lignina estar presente na forma de partículas e a área da seção transversal das partículas tem uma geometria redonda, aproximadamente redonda, circular, aproximadamente circular, elíptica ou geometria aproximadamente elíptica e o pelo menos um tipo de lignina e/ou pelo menos um derivado de lignina é incorporado em uma matriz que compreende pelo menos um tipo de um material plástico termoplástico.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela incorporação das partículas na matriz ser efetuada a) por meio de amassar e/ou de extrusão no estado fundido, e/ou b) a temperaturas de processamento de 50 a 400°C e/ou c) por meio de processos de mistura física (como corpos sólidos) e, posteriormente, a moldagem por termoformação/ prensagem/ sinterização.

15. ARTIGO MOLDADO, GRANULADO OU DE MISTURA PRINCIPAL, caracterizado por compreender ou é formado a partir de um material composto microestruturado, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.

16. USO DE UM MATERIAL COMPOSTO MICROESTRUTURADO, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por ser para a produção de partes moldadas por extrusão, moldagem por injeção, prensagem, sinterização, calandragem, sopro por filme, fundição-giratório, moldagem por compressão e/ou de termoformação, para componentes na construção de automóvel, transporte e/ou comunicações, componentes para equipamentos industriais, construção de máquina e construção de planta, eletrodomésticos, embalagens, componentes ou para elétricos ou eletrônicos.