具有染料升华印刷图像的非极性热塑性复合材料及其形成方法与流程

本发明涉及由非极性热塑性材料(例如，聚烯烃、聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯)和上面具有染料升华印刷图像的填料组成的复合材料的形成。具体而言，本发明涉及包含由非极性热塑性材料和上面具有染料升华图像的纤维素填料组成的复合材料的制品。

背景技术：

1、多年来，在建筑施工行业，结构应用一直在从使用天然材料(例如，木材)向金属和工程化木制品转变。同样，在功能和美观应用中使用的替代木材也有类似趋势，诸如暴露于环境的壁板、栅栏、甲板铺板、栏杆和扶手。例如，pvc(聚氯乙烯)和纤维水泥壁板已变得普遍。同样，甲板和栏杆已经变得可用，诸如以商标名trex可获得的那些，它们是与压花的塑料覆盖层共挤出的复合塑料材料。虽然覆盖层可能被压花并且使用杂色，但是它们往往缺乏所需的真实感。

2、最近，在商业建筑行业中，其上具有热升华印刷(dsp)图像的涂覆的金属面板已被用来形成用于门、窗和覆面中的大面板，诸如在美国专利号6,136,126和6,335,749中所描述。dsp工艺典型地需要约170至200℃的高温和显著的压缩力，这基本上排除了将其上具有dsp图像的塑料基材用于形成施工材料。由于工艺费用和材料约束，其上具有dsp图像的金属基材往往局限于具有较长寿命要求的商业建筑物。

3、期望提供一种具有改进的性质、耐候性、重量和舒适度的具有成本效益、美观的合成施工材料，以及生产这种施工材料的方法。

技术实现思路

1、申请人已经发现，可用于甲板的非极性热塑性复合材料可以变得更美观，反映更天然的木质施工材料。非极性热塑性聚合物意指聚合物内不具有鲍林电负性差大于0.65的键的聚合物。例如，聚氯乙烯由c-c、c-h和c-cl键组成，其中c-cl键的电负性差为0.61(c＝2.55且cl＝3.16)。具体而言，已经发现，非极性热塑性复合材料，尤其是由聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯以及它们的组合)和聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯(聚(1,1-二氯乙烯))形成的那些非极性热塑性复合材料，可以通过以下方式来形成：将染料升华印刷(dsp)图像直接印刷于复合材料上或者在复合材料上形成的一个或多个层上，以形成上面具有或附着有dsp图像的热塑性复合材料。dsp图像因渗透并扩散到复合材料或者附着或粘附到复合材料的层中而允许形成持久的耐磨表面，该表面使其即使在长期暴露于环境和使用后也能保持美观。出乎意料的是，所述方法可以在可能使所述复合材料变形或扭曲的温度处进行。

2、本发明的第一方面是一种由复合材料基材和填料组成的制品，所述复合材料基材包括非极性热塑性聚合物，所述填料具有极性基团并且在附着或整合到复合材料的表面的层中具有染料升华图像。已经出乎意料地发现，当存在足够量的具有能够将图像接受层直接粘附或整合到复合材料上的极性基团的填料时，即使在通常会使所述非极性热塑性聚合物变形或扭曲的温度处，也可以对不能拍摄清晰dsp图像的热塑性聚合物进行染料升华印刷。

3、本发明的第二方面是一种形成上面具有染料升华图像的制品的方法，所述方法包括，

4、(i)使复合材料基材暴露于高于100℃至约250℃的温度处，所述复合材料基材包含非极性热塑性聚合物、具有极性基团的填料和上面的染料升华接受层，并且，

5、(ii)将染料升华膜按压到所述复合材料基材上一段时间，以将所述染料升华图像压印到形成所述制品的所述接受层中。熔化温度(tm)是根据astm d3418在差示扫描量热法中以20℃/分钟扫描的熔体峰的峰值温度。本文的极性基团意指显示出化合物内的2个原子之间的电负性差大于0.65至2的任何化合物。非极性基团或键的实例包括非极性热塑性聚合物内的c-h、c-cl和c-c键。极性基团的实例包括羧酸、羟基、酯和醚基团。

技术特征：

1.一种制品，所述制品由复合材料基材组成，所述复合材料基材包含非极性热塑性聚合物和具有极性基团的填料，所述复合材料在粘附或整合到所述复合材料的表面的层中具有染料升华图像。

2.如权利要求1所述的制品，其中所述非极性复合材料由聚乙烯、聚丙烯、乙烯与丙烯的共聚物、乙烯、丙烯或它们的组合与含酸或酸酐单体的共聚物、聚氯乙烯或聚亚乙烯中的一者或多者组成。

3.如权利要求1或2所述的制品，其中所述酸或酸酐单体是甲基丙烯酸或马来酸酐。

4.如权利要求1至3中任一项所述的制品，其中所述填料由天然存在的材料组成或来源于天然存在的材料。

5.如权利要求4所述的制品，其中所述填料是纤维素材料。

6.如权利要求4至5中任一项所述的制品，其中所述填料由颗粒或纤维中的一种或多种组成。

7.如权利要求1至6中任一项所述的制品，其中所述填料由木纤维或木粉组成。

8.如权利要求3至7中任一项所述的制品，其中所述填料由纤维组成。

9.如权利要求1所述的制品，其中所述填料是有机物、陶瓷、金属或碳纤维或颗粒。

10.如权利要求9所述的制品，其中所述填料是无机玻璃。

11.如权利要求10所述的制品，其中所述纤维是无机玻璃纤维。

12.如权利要求1至11中任一项所述的制品，其中所述复合材料在所述复合材料的至少一部分上具有整皮。

13.制品18，其中所述整皮包封整个复合材料。

14.如权利要求12或13所述的制品，其中具有所述染料升华图像的所述层是所述整皮。

15.如前述权利要求中任一项所述的制品，其中具有所述染料升华图像的所述层至少部分地整合至所述复合材料。

16.如前述权利要求中任一项所述的制品，其中所述复合材料具有粘附到所述复合材料的层，并且所述粘附的层由与所述复合材料不同的材料组成。

17.如权利要求16所述的制品，其中所述不同材料是陶瓷、有机聚合物、金属或者它们的混合物或复合材料。

18.如权利要求17所述的制品，其中所述粘附的层由不同材料的多个层组成。

19.如权利要求18所述的制品，其中所述多个层由邻接所述复合材料的层和设置在所述邻接层上的图像接受层组成。

20.如权利要求19所述的制品，其中所述邻接层由与所述复合材料的所述非极性热塑性聚合物不同的陶瓷、金属、有机聚合物、它们的混合物或复合材料组成，并且所述邻接层具有比所述复合材料的所述非极性热塑性聚合物更高的熔化温度或降解温度。

21.如权利要求20所述的制品，其中所述邻接层是多孔的或实心的。

22.如权利要求20所述的制品，其中所述邻接层是多孔的。

23.如权利要求19至22中任一项所述的制品，其中所述图像接受层是其中具有所述染料升华图像的所述层。

24.如权利要求23所述的制品，其中所述图像接受层中具有染料升华层，并且所述层上不具有其他层。

25.如权利要求23所述的制品，其中外层包封所述图像接受层的至少一部分。

26.如权利要求25所述的制品，其中所述外层由热塑性有机聚合物或热固性有机聚合物组成。

27.如权利要求26所述的制品，其中所述外层是热塑性有机聚合物，并且所述层是有纹理的。

28.如权利要求19至27中任一项所述的制品，其中所述接受层或所述外层具有呈木纹、石头、砖块或瓦片形式的纹理。

29.如权利要求26至28中任一项所述的制品，其中所述热塑性聚合物是由一个或多个极性基团组成的聚合物。

30.如权利要求26至29中任一项所述的制品，其中所述热塑性聚合物还由聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯、聚醚酯、热塑性聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、接枝聚烯烃或它们的混合物中的一者或多者组成。

31.如权利要求16至30中任一项所述的制品，其中所述不同的材料由有机聚合物颗粒的聚结或固化产生的膜或涂层组成，或者分散于沉积在所述复合材料上的液体介质中。

32.如权利要求31所述的制品，其中所述颗粒占所述复合材料的至少5体积％至90体积％。

33.如权利要求31或32所述的制品，其中所述颗粒由具有极性基团的有机聚合物组成。

34.如权利要求33所述的制品，其中所述有机聚合物是缩聚物。

35.如权利要求34所述的制品，其中所述有机聚合物是聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯、聚醚酯、热塑性聚氨酯。

36.如权利要求35所述的制品，其中图像深度为约10微米至约5毫米。

37.如前述权利要求中任一项所述的制品，其中根据astm d143，所述制品具有约250psi至20,000psi的弯曲强度。

38.如权利要求37所述的制品，其中所述弯曲强度为500psi至10,000psi。

39.如权利要求1至38中任一项所述的制品，其中所述制品是板、甲板、壁板木瓦、门、屋顶木瓦、栅栏柱、栏杆、扶手、镶板、家具、饰面板、把手或框架。

40.如前述权利要求中任一项所述的制品，具有透明覆盖层，所述透明覆盖层邻接在当中具有所述染料升华图像的所述层的顶部上。

41.一种形成上面具有染料升华图像的制品的方法，所述方法包括，

42.如权利要求41所述的方法，其中所述染料接受层由以下聚合物中的一者或多者组成：聚酯、聚氨酯、聚异氰脲酸酯、聚脲、聚脲/聚氨酯、苯酚-甲醛、脲-甲醛、三聚氰胺、邻苯二甲酸二烯丙酯、环氧化物、环氧-酚醛树脂、苯并噁嗪、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、氰酸酯、呋喃树脂、有机硅或它们的混合物。

43.如权利要求41或42所述的方法，其中所述染料升华在至少约1psi的压力处进行。

44.如权利要求43所述的方法，其中所述压力单轴地施加或等轴地施加。

45.如权利要求41至44中任一项所述的方法，其中所述染料升华在染料升华温度至约250℃处进行，所述染料升华温度高于所述非极性热塑性聚合物的熔化温度或玻璃化转变温度。

46.如权利要求45所述的方法，其中所述染料升华使用单轴热压机来进行。

47.如权利要求41所述的方法，其中所述染料升华使用加热的辊压机来进行。

48.如权利要求41至47中任一项所述的方法，其中所述染料升华在真空压机中进行。

49.如权利要求41至48中任一项所述的方法，其中所述填料以足以在所述方法期间维持所述复合材料基材的结构完整性的量存在。

50.如权利要求49所述的方法，其中所述填料以所述复合材料基材的约5体积％至90体积％的量存在。

51.如权利要求41至50中任一项所述的方法，其中所述填料的所述极性基团由羟基、羧酸、酯或醚基团中的一者或多者组成。

52.如权利要求41至51中任一项所述的方法，其中染料升华层由能够接受染料升华图像的有机聚合物组成。

53.如权利要求52所述的方法，其中所述染料升华接受层由热塑性聚合物或热固性聚合物中的一种或多种组成。

54.如权利要求53所述的方法，其中所述热塑性聚合物由聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯、聚醚酯、热塑性聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚胺、聚酰胺、含氟聚合物、聚氟乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯和聚苯乙烯共聚物丙烯腈丁二烯苯乙烯或官能化的聚烯烃中的一者或多者组成。

55.如权利要求53中任一项所述的方法，其中所述热固性聚合物是聚氨酯、聚脲、聚异氰脲酸酯、环氧化物、或丙烯酸/丙烯酸酯、醇酸树脂、酚醛树脂中的一者或多者。

56.如权利要求41至55中任一项所述的方法，其中所述填料由天然存在的物质组成。

57.如权利要求41至56中任一项所述的方法，其中所述填料由纤维素植物物质组成。

58.如权利要求57所述的方法，其中所述纤维素植物物质是木粉或纸浆中的一种或多种。

59.如权利要求41至58中任一项所述的方法，其中所述填料由无机玻璃纤维或有机聚合物纤维组成。

60.如权利要求59所述的方法，其中所述纤维是无机玻璃纤维。

61.如权利要求41至60中任一项所述的方法，其中所述非极性热塑性聚合物包括聚烯烃，所述聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯或乙烯与丙烯的共聚物中的一者或多者。

62.如权利要求41至61中任一项所述的方法，其中所述复合材料还由热塑性缩聚物组成。

63.如权利要求41至62中任一项所述的方法，其中所述填料由含纤维素填料或无机填料组成。

64.如权利要求63所述的方法，其中所述含纤维素填料由回收的纤维素材料组成。

65.如权利要求41至64中任一项所述的方法，其中所述填料由木粉组成。

66.如权利要求41至65中任一项所述的方法，其中所述暴露温度为约180℃至约210℃。

67.如权利要求41至66中任一项所述的方法，其中暴露于一定温度的暴露时间足以在所述染料升华接受层中形成所述染料升华图像而不使所述复合材料变形。

68.如权利要求67所述的方法，其中所述暴露时间为5秒至约30分钟。

69.如权利要求68所述的方法，其中所述暴露时间为至多约5分钟。

70.如权利要求41至69中任一项所述的方法，其中所述非极性热塑性聚合物由聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯组成。

71.如权利要求41至70中任一项所述的方法，其中所述非极性热塑性聚合物具有5％至60％的结晶度。

72.一种形成上面具有染料升华图像的制品的方法，所述方法包括，

技术总结一种制品，所述制品由复合材料基材组成，所述复合材料基材包含非极性热塑性聚合物和具有极性基团的填料，所述非极性热塑性聚合物诸如聚烯烃或聚氯乙烯，所述复合材料在粘附或整合到所述复合材料的表面的层中具有染料升华图像。所述制品可以通过以下方式来制备：使前述复合材料基材暴露于高于100℃至约250℃的温度，所述高于100℃通常高于所述非极性热塑性聚合物的熔化温度，并且将染料升华膜按压到所述复合材料基材上一段时间，以将所述染料升华图像压印到形成所述制品的接受层中。所述制品可以用于施工领域诸如栏杆、甲板或栅栏中具有美观或结构要求的应用。技术研发人员：P·帕尔默,A·弗赖塔斯,S·莱尔曼受保护的技术使用者：绿色科技复合材料有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/4/24