CN101494988A - 耐微生物的复合物 - Google Patents

Abstract

本文描述耐微生物的复合物和用于提供耐微生物的复合物的方法。所述耐微生物的复合物可以包括呈聚合基质形式的聚合材料以及天然存在的抗微生物材料，例如来自山杨树、桦树、杨树的树皮，及其提取物。可以通过将树皮添加至聚合基质及填充剂(例如，例如木纤维的纤维素材料)以提升所述复合物的耐微生物性来制备所述耐微生物的复合物。

Description

耐微生物的复合物

相关专利申请的交叉引用

[0001]本申请要求于2006年5月26日递交的、题为“用于生产耐微生物的复合物的组合物和方法(Compositions and Methods for Producing Microbial Resistant Composites)”的美国临时申请序列号60/803,322的优先权，该申请的内容通过引用被整体包括在本文中。2005年11月21日递交的、题为“发泡添加剂”的美国专利申请序列号11/284,414以及2006年5月24日递交的、题为“用于发泡聚合材料的添加剂”的美国专利申请序列号11/420,215的内容通过引用被整体包括在本文中。如果发生冲突，在本文中明确陈述或显示的主题控制任何通过引用被包括的主题。任何通过引用被包括在本文中的所包含的所有术语(表达或隐含)的定义因此被免责。本说明书结束段落规定给予任何在本文中明显陈述的术语服从在前述的免责条款的含义。

[0002]木塑复合物(wood polymer composites，WPCs)是包括纤维素材料(例如木颗粒)和塑性材料(例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等)的复合材料。已发现WPCs广泛用于户外铺板地板。WPCs还被用于形成栏杆、围栏、园林木材、包层和墙板、公园的长椅、装饰线脚(molding)和修饰(trim)、窗框和门框和/或室内家具。WPCs比其他替代品(例如用防腐剂处理的实木或由腐病抗性树种(例如红木等)制造的实木)更为环境友好而且需要较少的维护。WPCs耐龟裂和开裂，且可以被模制成具有或不具仿木纹细节。

[0003]尽管WPC比实木更耐腐病和腐烂，WPCs仍然包含常遭受腐病之害的纤维素材料。尤其是，WPCs可能遭受导致白腐病、褐腐病等的真菌之害。过去，已经将例如硼酸锌的材料加至WPCs以使WPCs耐受导致腐病和腐烂的微生物。尽管这些材料已被证明是有些效果的，但是这些材料是有毒的，并且已知这些材料从所述复合物中沥出到环境中。而且，这些材料显著增加了所述复合物配方的成本。因此，合乎期望的是提供能够抑制与WPCs有关的微生物生长的材料。

[0004]可熔体加工的聚合材料，以下称作聚合基质，通常和某些填充剂和/或添加剂组合来既提升经济性又赋予所加工材料期望的物理特征。所述填充剂可以包括各种混合在整个聚合主体材料中的有机材料或无机材料。例如，木粉和木纤维常常在熔体加工时和某些烃聚合物一起被包括以制造适合作为结构建筑材料的复合物。

发明简述

[0005]本文所描述的主题涉及用于生产耐微生物的复合物的组合物和方法。所述耐微生物的复合物可以包括聚合材料和天然存在的抗微生物材料。所述聚合材料可以是热塑性的。所述聚合材料可以包括聚烯烃材料，例如聚乙烯和/或聚丙烯。所述天然存在的抗微生物材料可以包括具有抗微生物特征的树皮和/或树皮提取物。例如，合适的树皮包括山杨树皮(aspen bark)、桦树皮(birch bark)、杨树皮(poplar bark)，前述的任何一种的提取物，和/或前述任何一种的混合物和组合。所述耐微生物的复合物可以包括填充剂(例如纤维素材料)。在一个实施方案中，所述纤维素材料可以是纤维状(fiberous)材料。在另一个实施方案中，所述纤维素材料可以是木粉和/或木纤维。在由高水平的纤维素材料填充的聚合物(例如木塑复合物(WPC))中，使用天然存在的抗微生物材料可能特别具有实用性。

[0006]所述耐微生物的复合物可以用熔体加工技术生产。一般来说，这样的工艺包括在熔体加工聚合材料和天然存在的抗微生物材料。可以使用的合适的熔体加工工艺的实例包括挤出、注塑、吹塑滚塑和批量混合。

[0007]为了本文的目的，以下使用的术语按如下定义：“抗微生物材料”意为当并入聚合基质时减慢或消除微生物在由其生产的制品上的生长(例如，霉菌和霉病)的材料。“聚合基质”意为一种或更多种可熔体加工的聚合材料的基质。“可熔体加工组合物”意为一般能够在升高的温度下，通过常规的聚合物加工技术(例如挤出或注塑)而熔体加工的配方。“填充剂”意为在用来熔体加工被填充的聚合基质的条件下不具有粘弹性特征的有机或无机材料。“纤维素材料”意为由纤维素得到的天然的或人造的材料。举例来说，纤维素材料包括：木粉、木纤维、锯屑、刨花、新闻纸、纸张、亚麻、大麻、谷壳、洋麻、黄麻、剑麻，坚果壳或其组合。

[0008]本文所描述主题的前述的和其他的特征、功用以及优点将由以下的某些实施方案(如在附图中说明的)的更为具体的描述变得明显。

发明详述

[0009]耐微生物的复合物可以包括形成基质的聚合材料和天然存在的抗微生物材料。所述抗微生物材料可以包括树皮。优选的树皮材料是对在自然界中生长的霉菌、霉病和其他真菌生长呈现天然抵抗性的那些。例如，合适的树皮可以由山杨树、桦树和/或杨树获得。这样的材料一般在木料生产过程中被认为是废料或废物流，并且因此成本相对低。在优选的实施方案中，山杨树皮被用作抗微生物材料并已被发现来生产具有优异的抗微生物的抵抗性的复合物配方。

[0010]存在于可熔体加工组合物中的抗微生物材料的量取决于几个变量，例如，举例来说，聚合基质、填充剂的类型和量，熔体加工设备的类型，加工条件及其他。应当理解应该使用合适量的抗微生物材料来在所得的聚合材料中达到期望的耐微生物性。在一个实施方案中，所述耐微生物的复合物包括大约0.05到75.0wt.％的天然存在的所述抗微生物材料，合乎期望地大约1.0到35.0wt.％的天然存在的抗微生物材料，或者，合适地，大约5.0到25.0wt.％的天然存在的抗微生物材料。

[0011]所述耐微生物的复合物可以包括多种附加的添加剂。所述添加剂可以作为被加工形成所述耐微生物的复合物的可熔体加工组合物之部分添加。合适的添加剂的非限定性实施例包括抗氧化剂、光稳定剂、纤维、防结块剂、热稳定剂、冲击改性剂、生物杀灭剂、增容剂、阻燃剂、增塑剂、胶粘剂、着色剂、加工助剂、润滑剂、偶合剂以及色素。所述添加剂可以以粉末、丸、颗粒或其他任何可挤出形式并入可熔体加工组合物。可熔体加工组合物中的常规添加剂的量和类型可以取决于聚合基质和成品组合物的期望物理性质而变化。

[0012]应该理解所述耐微生物的复合物可以包括任何个数的合适的适于熔体加工的聚合材料。所述聚合材料可以或是烃类或是非烃类聚合物。在一个实施方案中，所述聚合基质是基于烯烃的聚合物。多种聚合材料(如果使用超过一种，理解可以使用单个的聚合材料)组合形成聚合基质，所述聚合基质被熔体加工形成所述耐微生物的复合物。

[0013]所述聚合基质是所述可熔体加工组合物的主要组分。适于熔体加工的广泛种类的聚合物可以形成所述聚合基质的一部分或全部。所述聚合基质还可以包括有时称作难以(尤其是当与干扰成分组合时)熔体加工的聚合物。所述的聚合物包括烃类和非烃类聚合物两者。合适的聚合材料的实施例包括，但不限于，聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚氨酯类、聚烯烃类、聚苯乙烯类、聚酯类、聚碳酸酯类、聚酮类、聚脲类、聚乙烯基类树脂、聚丙烯酸酯类及聚丙烯酸甲酯类。

[0014]在一个实施方案中，所述聚合基质可以包括聚合材料例如，高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯(PP)、聚烯烃类共聚物(例如，乙烯-丁烯、乙烯-辛烯、乙烯乙烯醇)、聚苯乙烯、聚苯乙烯类共聚物(例如，高抗冲聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物)、聚丙烯酸酯类、聚甲基丙烯酸酯类、聚酯类、聚氯乙烯(PVC)、含氟聚合物类、液晶聚合物类、聚酰胺类、聚醚酰亚胺类、聚苯硫醚类、聚砜类、聚缩醛类、聚碳酸酯类、聚亚苯基氧化物类、聚氨酯类、热塑性弹性体类、环氧树脂类、醇酸树脂类、三聚氰胺类、酚醛类、尿素类、乙烯酯类及其组合。在一个实施方案中，所述的聚合基质可以包括聚烯烃类。

[0015]从回收塑料中衍生的聚合材料也可以是合乎期望的，因为它们常常是花费很少得到的。然而，这些材料常常是从来自多个具有极大不同的熔体流变性的废物流得到的材料。这可能使所述材料加工非常成问题。加工这样的与干扰成分在一起的材料可能更成问题。本文描述的添加剂可以允许使用由回收塑料得到的聚合材料，其将会让非常低成本、填充的回收塑料被转化成有用的产品，而不是被填埋。

[0016]所述耐微生物的复合物可以包括至少大约30wt％的聚合基质。应理解的是所述耐微生物的复合物中聚合基质的量可以取决于，例如，聚合物的类型，填充剂的类型，加工设备，加工条件和所期望的终产品而变化。

[0017]在一个实施方案中，所述聚合基质可以包括各种热塑性聚合物的共混物。例如抗氧化剂、光稳定剂、填充剂、纤维、防结块剂、热稳定剂、冲击改性剂、生物杀灭剂、增容剂、阻燃剂、增塑剂、胶粘剂、着色剂及色素的添加剂可以被加至所述聚合基质以形成可熔体加工组合物。所述聚合材料和/或所述聚合基质可以以粉末、丸、颗粒或其他任何可挤出形式并入所述可熔体加工组合物。

[0018]所述耐微生物的复合物可以包括任何合适的填充剂，例如常常在聚合物复合物工业中用作填充剂或添加剂的那些填充剂。干扰成分的合适的实施例包括滑石、云母、玻璃纤维、矾土(alumina)、硅石、碳纤维、抗粘着剂、玻璃纤维、炭黑、氧化铝以及纤维素材料。

[0019]可熔体加工组合物中的填充剂的量可以取决于聚合基质和成品组合物期望的物理性质而变化。填充剂的合适的量可以选择为与特定的聚合基质相匹配以达到成品材料的期望物理特性。一般，所述耐微生物的复合物可以包括不超过大约80wt％的填充剂或大约70wt％的填充剂。在另一个实施方案中，所述耐微生物的复合物可以包括至少大约30wt％的填充剂，大约40wt％的填充剂，或者，合乎期望的，至少大约50wt％的填充剂。此外，所述填充剂可以取决于具体的聚合基质和最终使用用途以各种形式提供。

[0020]在一个实施方案中，所述耐微生物的复合物包括起填充剂作用的纤维素材料。纤维素材料常用于可熔体加工组合物中以赋予成品组合物特定的物理特征或者降低成品组合物的成本。纤维素材料一般包括具有各种纵横比(aspect ratio)、化学组成、密度和物理特征的天然的或基于木材的材料。纤维素材料的非限定性实施例包括木粉、木纤维、锯屑、刨花、新闻纸、纸张、亚麻、大麻、稻壳、洋麻、黄麻、剑麻，花生壳。已发现这些复合物作为建筑材料的广泛应用和用途。纤维素材料的组合，或者纤维素材料和其他填充剂或添加剂的组合，也可以用于所述可熔体加工组合物中。

[0021]可熔体加工组合物可以采用广泛种类的方法中的任何一种制备。举例来说，所述聚合基质和所述抗微生物材料可以通过任何在塑料工业中通常使用的共混技术组合到一起，例如用复合磨(compounding mill)、Banbury混合器或者混合挤出机，在所述共混技术中，所述抗微生物材料被均匀分布在整个主体聚合物中。所述抗微生物材料和所述主体聚合物可以以例如粉末、丸、颗粒状产品的形式被使用。所述的混合操作可以在高于所述聚合基质的熔点或软化点的温度最为方便地进行。然而，干态共混呈如颗粒的固态的所述多个组分，并随后通过将所述干态共混物进料到双螺杆熔体挤出机而导致所述多种组分的均匀分布也是可行的。所得的熔体共混混合物可以或者直接挤出形成最终产品的形状或是颗粒化或者以其他方式粉碎成期望的颗粒尺寸或尺寸分布并进料到挤出机，所述挤出机可以是将所述共混的混合物熔体加工以形成最终产品形状的单螺杆挤出机。

[0022]尽管最优的操作温度可以取决于所述组合物料的熔点、熔体粘度以及热稳定性而选择，熔体加工一般在大约120℃到300℃的温度进行。可以使用不同类型的熔体加工设备(例如挤出机)来加工本发明的可熔体加工组合物。适于和本发明一起使用的挤出机在例如Rauwendaal，C.的“聚合物挤出(Polymer Extrusion)”中被描述(Hansen Publishers，第23-48页，1986年)，所述页通过引用并入本文。

[0023]可熔体加工组合物可以用于制造例如建筑材料和汽车构件的泡沫物品。非限定性的实施例包括，住宅铺板、汽车内部构件、屋面材料、外墙挂板、窗构件以及装修装饰。所述泡沫复合材料可以如在2005年11月21日递交的，题为“泡沫添加剂”的美国专利申请序列号11/284,414中描述的制备并具有如所述申请中描述的组合物，所述专利申请通过引用整体包括在本文中。

实施例

[0024]提供下列实施例提供对本文所公开主题的进一步描述。该实施例不应被认为是以任何方式进行限制。

表1-材料

材料	描述
		PP	由BP(Warrenville，IL)商业上供应的HB 1602 12MFI聚丙烯
木纤维	商业上可以从American Wood Fibers(Schofield，WI)获得的40目的硬木纤维
		山杨树皮丸	商业上可以从Lone Tree Manufacturing(Bagley，MN)获得
桦树皮	采集自Northern，MN的桦树
		白桦脂醇(Betulin)	桦树皮提取物，商业上可以从NaturNorth LLC(Duluth，MN)获得
Borogard ZB	硼酸锌，商业上可以从Borax Inc.(Wilmington，DE)获得

实施例1

[0025]用下列规程制备和测试复合物样品。木纤维在低于0.1mmHg的真空烘箱中在93.33°F预干燥4小时。然后树脂(PP)、木纤维和添加剂(即抗微生物材料，例如山杨树皮、桦树皮、白桦脂醇和/或Borogard ZB)在塑料袋中干式混合并重力进料到装配有0.64cm×7.62cm的型材模具的27mm的同向双螺杆挤出机中(商业上可以从新泽西州Sommerville的American Leistritz Extruder Corporation获得)。所有的样品都采用以下温度曲线在50rpm的螺杆速度加工：区域1-2＝150℃，区域3-4＝160℃，区域5-6＝180℃，区域7-8＝190℃。样品被挤出并在冷水中淬冷。然后所述样品被蒸汽灭菌并随后根据ASTM D1413测试对褐腐病和白腐病真菌的抵抗性，所述的ASTM D1413整体并入本文。

[0026]表2展示了生产的样品的配方。如表2所示，两个对比性样品(CE1和CE2)被制备为其中一个不含任何抗微生物材料而另一个包括非天然存在的抗微生物材料。表3展示了表2所示的复合物配方的耐微生物的抵抗性。

表2-复合物配方

样品	聚丙烯(wt％)	木纤维(wt％)	山杨树皮丸(wt％)	桦树皮(wt％)	白桦脂醇(wt％)	Borogard ZB(wt％)
							CE1	60	40	-	-	-	-
CE2	56	40	-	-	-	4
							1	60	-	40	-	-	-
2	59	40	-	1	-	-
							3	55	40	-	5	-	-
4	59	40	-	-	1	-
							5	58	40	-	-	2	-

表3-耐微生物性

样品	重复1	重复2	重复3	平均
					CE 1	4	4	4	4
CE 2	0	0	0	0
					1	1	0	0	0.3
2	3	3	3	3
					3	3	4	3	3.33
4	3	2	3	2.67
					5	3	3	3	3

示例性实施方案

[0027]以下提及多个本文所描述的主题的示例性实施方案。以下实施方案仅举出可能包括如现在所描述的主题的各种特点、特征和优点的几个经选择的实施方案。因此，下列实施方案不应被认为是全面的所有可能的实施方案。此外，一个实施方案的特点和特征可以或应当被解释为同等应用于其他实施方案或者与用来与来自各个实施方案的任意个数的其他特点组合以提供进一步的附加的实施方案，这些进一步的附加的实施方案可以描述具有不同于(例如，宽于，等等)下面所解释的具体实施方案的范围的主题。因此，预期本文所描述的任何主题的组合。

[0028]根据一个实施方案，耐微生物的复合物包括：聚合基质或聚合材料；以及天然存在的抗微生物材料。所述聚合基质可以包括聚烯烃，例如聚乙烯或聚丙烯。所述天然存在的抗微生物材料可以包括桦树皮、来自桦树皮的提取物、山杨树皮、来自山杨树皮的提取物、白桦脂醇或其混合物。

[0029]在另一个实施方案中，耐微生物的复合物包括：聚合基质；填充剂；以及天然存在的抗微生物材料。所述聚合基质可以包括例如聚乙烯或聚丙烯的聚烯烃。所述填充剂可以包括纤维素材料例如木纤维。所述天然存在的抗微生物材料可以包括山杨树皮。

[0030]在另一个实施方案中，用于生产耐微生物的复合物的方法包括熔体加工包括聚合基质和天然存在的抗微生物材料的混合物。所述的熔体加工可以通过挤出、注塑、批量混合、吹塑和滚塑进行。所述方法可以用于制备用于作为建筑材料和汽车构件的抗微生物复合物。

[0031]在权利要求中陈述的术语应该被给予如通过参考字典中相关条目(例如，广泛使用的一般参考性字典和/或相关的技术字典)所确定的它们普通的和习惯上的含义(例如，“plane”作为木工工具的定义将与当其用于指飞机时术语“plane”的使用无关，等等)，应该对权利要求项给出由本领域技术人员通常理解的含义，这些含义具有由这些来源的任何一种或其组合所赋予的最宽广含义的理解(例如，两个或更多个的相关字典的条目应当被组合来提供多个条目之组合的最宽的含义)，只受以下例外的影响：(a)如果一术语在本文中以比其原来和习惯含义更扩展的方式使用，该术语应该被给予其普通和习惯的含义加上额外的扩展的含义，或者(b)如果一术语已经通过陈述该术语，随后是短语“如本文中所使用的意为”或者相似的语言(例如“本文中此术语意为”，“如本文中所定义的”，“为了此公开内容的目的，[所述术语]应意为”，等等)而被明确定义为具有不同的含义。参考具体的实施例，使用“即”，使用词语“发明”等等，不是有意要援引例外(b)或者以其他方式限制所述权利要求项的范围。除了其中例外(b)适用的情况，本文所包含的任何都不应被认为是权利要求范围的放弃或否认。在权利要求中所陈述的主题和本文中展示的任何具体的实施方案、特点或特点的组合都不是同延的，也不应被解释为同延的。即使仅说明或描述了所述具体特点或特点组合的单个实施方案，这也是正确的。因此，所附权利要求应被解读为鉴于现有技术和权利要求项的普通含义而被给予其最宽泛的解释。

[0032]如本文所使用的，空间和方向术语，例如“左”、“右”、“前”、“后”等等，涉及如在绘制的图中所示的主题。然而，应该理解本文所描述的主题可能采取各种可替代的朝向并且，因此，这些术语不应被理解为限制性的。此外，如本文中(即在权利要求和说明书中)所使用的，例如“所述(the)”、“一(a)”和“一(an)”的冠词可以隐含单数或复数。此外，如本文所使用的，当在没有前置的“either”(或其他相似的表明“或”是毫不含糊地意指排他性的，例如仅有x、y中的一个等等)时，单词“或”应该被解释为包容性的(例如“x或y”意为x或y的一个或两者)。同样地，如本文中所使用的，术语“和/或”也应该解释为包容性的(例如“x和/或y”意为x或y的一个或两者)。在其中“和/或”或“或”被用于三个或更多项目的一组的连词时，所述的组可以被解释为包括单独的一项、一起包括所有的项目或者包括所述项的任何组合或任何个数的所述项目。此外，在说明书和权利要求中使用的术语，例如具有(have)、具有(having)、包括(include)以及包括(including)应该被解读为和术语包括(comprise)和包括(comprising)同义。

[0033]除非另外指明，所有在说明书(除了权利要求书)中使用的数字和表达式，例如那些表示尺寸、物理特征等等，被理解为在所有情形下由术语“大约”修饰。在最后，并且不试图限制对权利要求等同性条款的应用，在说明书或权利要求中叙述的每一个被术语“大约”修饰的数字参数应该至少是鉴于引用的显著数字的个数并通过应用普通的圆整技术来解释的。此外，本文所公开的所有范围要理解为包含任何和所有的子范围或任何和所有其中包含的单个值。例如，所陈述的1到10的范围应该被认为包括所有在最小值1和最大值10之间并包括最小值1和最大值10的任何范围和全部子范围或单个的值；也即，所有的由最小值1或者更大的数开始并由最大值10或更小的数结束的子范围(例如，5.5到10，2.34到3.56，等等)或者任何从1到10的值(例如3，5.8，9.9994等等)。

Claims (14)

1.一种耐微生物的复合物，包括：

聚合基质；

天然存在的抗微生物材料。

2.如权利要求1所述的耐微生物的复合物，包括填充剂。

3.如权利要求1所述的耐微生物的复合物，包括纤维素材料。

4.如权利要求1所述的耐微生物的复合物，其中所述聚合基质包括聚烯烃。

5.如权利要求1所述的耐微生物的复合物，其中所述聚合基质包括聚乙烯和/或聚丙烯。

6.如权利要求1所述的耐微生物的复合物，其中所述耐微生物的复合物包括至少大约5wt％的所述天然存在的抗微生物材料。

7.如权利要求1所述的耐微生物的复合物，其中所述耐微生物的复合物包括不超过大约50wt％的所述天然存在的抗微生物材料。

8.如权利要求1所述的耐微生物的复合物，其中所述耐微生物的复合物包括不超过大约20wt％的所述天然存在的抗微生物材料。

9.如权利要求1所述的耐微生物的复合物，其中所述耐微生物的复合物包括至少大约30wt％的所述聚合基质。

10.如权利要求1所述的耐微生物的复合物，其中所述耐微生物的复合物是发泡的。

11.如权利要求1所述的耐微生物的复合物，其中所述耐微生物的复合物包括多个用气态材料填充的空穴。

12.如权利要求1所述的耐微生物的复合物，其中所述天然存在的抗微生物材料包括树皮和/或其提取物。

13.如权利要求1所述的耐微生物的复合物，其中所述天然存在的抗微生物材料包括山杨树皮、桦树皮、杨树皮和/或其提取物。

14.一种耐微生物的复合物，包括：

包括聚乙烯和/或聚丙烯的聚合基质；和

包括山杨树皮、桦树皮、杨树皮和/或在山杨树皮、桦树皮和/或杨树皮中发现的任何材料的天然存在的抗微生物材料。