CN101531799A - Pmma/木塑人造石复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PMMA/木塑人造石复合材料及其制备方法，该复合材料由木塑材料与人造大理石复合而成，具有良好机械性能，在不损失表面硬度和机械强度基础上能够使人造大理石使用厚度降低50％。木塑材料成分可以选用聚丙烯(PP)基、聚氯乙烯(PVC)基、聚乙烯(PE)基、聚甲醛基、PET基、环氧树脂基、酚醛树脂基或其它热塑性、热固性塑料一种或几种，并被作为基体挤出或模压，木塑材料结构可以是中空或实体板材。人造大理石可以选用不饱和聚酯树脂型、丙烯酸改性树脂型、树脂与岩石粉末共混型的一种或几种，采用模压固化反应或浇注成型获得。木塑材料和人造石的复合可以采用一次浇注成型或者根据材料不同而选用合适的绿色环保型粘合剂贴合。

Description

PMMA/木塑人造石复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于一种复合材料的制备技术领域，具体涉及一种PMMA/木塑人造石复合材料及其制备方法。

背景技术

人造石是一种由天然矿石粉、高性能树脂和天然颜料经过真空浇铸或模压成型的矿物填充型高分子复合材料，可以应用于公共建筑和家庭装修等领域，是一种无放射性污染、可重复利用的环保、绿色新型建筑用室内装饰材料。

近年来随着科学技术的进步，人们日益认识到以普通不饱和树脂合成的人造石不宜与食品直接接触，医学研究发现食品与之直接接触有致病性。发达国家已陆续淘汰普通不饱和树脂合成的人造大理石，转而研究、生产并使用复合亚克力树脂或纯亚克力树脂(PMMA)合成的人造石。

复合亚克力或纯亚克力树脂合成的人造石价格昂贵，普通消费者难以接受，而且其可回收利用率也比较低。目前国内还没有发现纳米木塑与人造石相结合的复合材料及其制作方法。

发明内容

针对复合亚克力或纯亚克力树脂合成的人造石的高价位及其市场需求特点和现有材料易开裂、易变形、重量重、成本高等缺点，本发明提出一种具有优良机械性能和加工性能的纳米木塑与人造石相结合的复合材料。该复合材料降低了使用成本并提高了材料的机械性能，利用一次浇注成型工艺或新型环保粘合剂，制备高性能复合材料。复合材料的基本成分包括木塑材料、亚克力或复合亚克力人造石。木塑材料主要成分为木粉和热塑性塑料；人造石主要成分为聚甲基丙烯酸甲酯。此种复合材料和10mm厚度人造石相比，抗冲击性能较好，不怕水，不开裂，不变形，木塑材料生产相对简单，木塑人造石复合材料适用范围广泛；本发明中木塑基体可选用的热塑性树脂主要为聚丙烯(PP)基、聚氯乙烯(PVC)基、聚乙烯(PE)基、聚甲醛基、PET基、环氧树脂基、酚醛树脂基或其它热塑性、热固性塑料一种或几种，并可使用回收塑料。

本发明选用的加工助剂包括：偶联剂、硬脂酸、硬脂酸钙、石蜡、二丁酯二辛酯、过氧化甲乙酮的一种或者几种。本发明选用的改性剂包括填充剂、改性剂：氢氧化铝、重质碳酸钙、CPE及各种接枝相容剂的一种或者几种。

本发明所使用的设备有机械式搅拌设备、定型模具、真空箱、恒温烘箱、双螺杆挤出机、定型模具、牵引装置、打磨机、切割机。

本发明还提供一种PMMA/木塑人造石复合材料的制备方法，按如下步骤进行：

第一步，PMMA/木塑人造石复合材料的配料按质量百分数计，复合亚克力或纯亚克力树脂为30～50％，填料为20～60％，其它助剂为0.5～1.0％。木塑材料组成配比：热塑性塑料为20～50％，木粉为15～60％，填充剂为20～30％，各种加工助剂为10～15％。

第二步，将木粉、热塑性塑料、各种加工助剂和改性剂按照配方要求共同加入挤出机送料装置中，经过螺杆各段温度设置好的锥形双螺杆挤出机塑化挤出，经过成型模具、定型模具、冷却装置，最后经牵引设备牵引而出，制得木塑底板材料。

第三步，称量一定量的复合亚克力树脂或纯亚克力树脂，加入树脂量0.8~1.2％的促进剂，搅拌均匀。将一定量不同花色和大小的颗粒和氢氧化铝粉按照配方要求加入树脂中，搅拌均匀。继续搅拌直到混合料温度达到25℃，加入树脂量1.0~1.5％的固化剂，搅拌2~5min使固化剂分散均匀。将物料加入模具中，模具带物料推入真空箱，抽真空3`5min排出物料中空气。

第四步，木塑材料与人造石复合。将处理过的木塑板材覆盖于未固化的人造石物料上，在物料固化的同时，木塑材料逐步与人造石复合到一起。或者人造石固化定型后，将木塑与人造石贴合在一起，粘合剂必须采用绿色环保型。

制作方法的具体执行流程如下：

1)备料

2)将木料粉碎、研磨成木粉、烘干、活化处理；

3)在进行步骤2的同时将塑料分选收集、磨粉或改性造粒；

4)按照给定的配方比例取料，充分混合，然后加入到高低速混合机中，加热到一定温度；

5)将步骤4的混合物经过挤出机，挤出板材；

6)板材经真空定型台，进行定型；

7)冷却后进行牵引，经切割机进行切割，经表面处理而成木塑底板材料；

8)在进行步骤2同时按照配方比例将树脂、促进剂、固化剂、填料、色母料混合，搅拌均匀；

9)将步骤8的混合物浇注到步骤7获得的板材上，使两者逐步固化复合到一起。

10)步骤9固化半成品经冷却、切割，表面处理而成人造大理石板材；或者将步骤7制得的木塑底板与步骤10制得的人造大理石台面经粘合复合成板材。

本发明与现行的复合材料相比具有以下四方面的优点：

1)作为台面的人造石保留了其易清洁、抗污垢、耐冲击、耐热性、阻燃性、卫生无毒性和可修复性等等的诸多优点。

2)木塑材料的使用，可以使人造石台面的使用厚度比市场标准板材厚度降低50％，台面总重量降低30％，从而使原材料总成本降低10％，为这种新材料的市场推广奠定了基础。

3)木塑材料来源广泛，其中的热塑性塑料可采用工业粒料或生活的废弃料，木粉也可以采用木材加工的下脚料、小径材等低品质木材。从生产原料的角度而言，木质塑料制品减缓和免除了塑料废弃物的公害污染，也免除了农业生产中秸秆等植物焚烧给环境带来的污染。

4)由于木塑材料的使用，增强了材料抗弯曲性，免去了原先石材台面木质衬板的使用，且不怕水、不变形、不开裂，使用寿命可达10年以上。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明。

实施例1：

第一步，木塑材料选用氯化聚乙烯(PVC)材料作为基体，其质量占木塑材料总质量的36.79％；木粉选用60～80目杨木粉，其质量占木塑材料总质量的27.06％；木塑材料填充剂选用碳酸钙其质量占木塑材料总质量的25.60％；木塑材料改性剂选用ACR和CPE，其质量占木塑材料总质量的4.61％；加工助剂选用硬脂酸，其质量占粘木塑材料总质量的1.88％；稳定剂选用铅盐稳定剂，其质量占粘木塑材料总质量的3.1％；发泡剂AC，其质量占粘木塑材料总质量的1.0％；染料铁红、铁黄，其质量占粘木塑材料总质量的0.5％。将以上材料混合搅拌均匀，通过锥形双螺杆挤出机挤出成型，定型，冷却，切割，最后得到木塑中空底板材料。

第二步，人造大理石选用复合亚克力树脂或纯亚克力树脂，其质量占人造大理石总质量的38.31％；填充材料氢氧化铝，其质量占人造大理石总质量的49.83％；促进剂，其质量占人造大理石总质量的0.38％；将以上材料混合搅拌均匀，继续搅拌直到混合料温度达到25℃，加入树脂量1.0～1.5％的固化剂，继续搅拌2～5min使固化剂分散均匀。最后将物料加入模具中，模具带物料推入真空箱，抽真空3～5min排出物料中空气，开始固化。

第三步，将处理过的木塑板材覆盖于第二步得到的未固化的人造石物料上，震动模具，使物料均匀，木塑底板平整。在物料固化的同时，木塑材料逐步与人造石复合到一起，固化时间为15min。人造石固化后将复合材料在50℃烘箱中，恒温后固化4小时后，用时效压合机压合保养。

实施例2：

第一步，木塑材料选用氯化聚乙烯(PVC)材料作为基体，其质量占木塑材料总质量的44.68％；木粉选用60～80目杨木粉，其质量占木塑材料总质量的12.51％；木塑材料填充剂选用碳酸钙其质量占木塑材料总质量的23.24％；木塑材料改性剂选用ACR和CPE，其质量占木塑材料总质量的6.61％；加工助剂选用硬脂酸，其质量占木塑材料总质量的1.88％；稳定剂选用铅盐稳定剂，其质量占粘木塑材料总质量的3.22％；发泡剂AC，其质量占粘木塑材料总质量的1.8％；染料铁红、铁黄，其质量占粘木塑材料总质量的0.5％。将以上材料混合搅拌均匀，通过锥形双螺杆挤出机挤出成型，定型，冷却，切割，最后得到木塑中空底板材料。

第二步，人造大理石选用复合亚克力树脂或纯亚克力树脂，其质量占人造大理石总质量的38.31％；填充材料氢氧化铝，其质量占人造大理石总质量的49.83％；颜料，其质量占人造大理石总质量的1.04％；促进剂，其质量占人造大理石总质量的0.38％；将以上材料混合搅拌均匀，继续搅拌直到混合料温度达到25℃，加入树脂量1.0～1.5％的固化剂，继续搅拌2～5min使固化剂分散均匀。最后将物料加入模具中，模具带物料推入真空箱，抽真空3～5min排出物料中空气，自然条件下固化成型之后，打磨、切割成要求尺寸。

第三步，将粘合剂均匀喷涂在木塑底板上，粘合剂采用绿色无毒或树脂型的，人造石平整覆盖与木塑底板之上，压合机压和保持15min，之后在时效压合机上压合保养。

实施例3：

第一步，木塑材料选用氯化聚乙烯(PVC)材料作为基体，其质量占木塑材料总质量的44.68％；木粉选用60～80目杨木粉，其质量占木塑材料总质量的8.94％；稻糠粉，其质量占木塑材料总质量的3.57％；木塑材料填充剂选用碳酸钙，其质量占木塑材料总质量的23.24％；木塑材料改性剂选用ACR和CPE，其质量占木塑材料总质量的6.61％；加工助剂选用硬脂酸、石蜡、PE蜡，其质量占木塑材料总质量的4.48％；稳定剂选用铅盐稳定剂，其质量占粘木塑材料总质量的3.22％；发泡剂AC，其质量占粘木塑材料总质量的1.8％；染料铁红、铁黄，其质量占粘木塑材料总质量的0.5％。将以上材料混合搅拌均匀，通过锥形双螺杆挤出机挤出成型，定型，冷却，切割，最后得到木塑中空底板材料。将以上材料混合搅拌均匀，通过锥形双螺杆挤出机挤出成型，定型，冷却，切割，最后得到木塑中空底板材料。

第二步，人造大理石选用复合亚克力树脂或纯亚克力树脂，其质量占人造大理石总质量的31.25％；填充材料氢氧化铝，其质量占人造大理石总质量的42.71％；废旧人造石粉碎颗粒，其质量占人造大理石总质量的26.04％；促进剂，其质量占人造大理石总质量的0.25％；将以上材料混合搅拌均匀，继续搅拌直到混合料温度达到35℃，加入树脂量1.0～1.5％的固化剂，继续搅拌2～5min使固化剂分散均匀。最后将物料加入模具中，模具带物料推入真空箱，抽真空3～5min排出物料中空气，自然条件下固化成型之后，打磨、切割成要求尺寸。

第三步，将粘合剂均匀喷涂在木塑底板上，粘合剂采用绿色无毒或树脂型的，人造石平整覆盖与木塑底板之上，压合机压合保持19min，之后在时效压合机上压合保养。

实施例4：

第一步，木塑材料选用聚乙烯(HDPE)材料作为基体，其质量占木塑材料总质量的29.86％；木粉选用60～80目松木粉，其质量占木塑材料总质量的49.76％；木塑材料填充剂选用碳酸钙、滑石粉，其质量占木塑材料总质量的13.27％；木塑材料偶联剂，其质量占木塑材料总质量的4.61％；加工助剂选用硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、PE蜡，其质量占粘木塑材料总质量的2.79％；防老剂选用防1010，其质量占粘木塑材料总质量的0.1％；染料，其质量占粘木塑材料总质量的1.24％。将以上材料混合搅拌均匀，通过锥形双螺杆挤出机挤出成型，定型，冷却，切割，最后得到木塑中空底板材料。

第二步，人造大理石选用复合亚克力树脂或纯亚克力树脂，其质量占人造大理石总质量的31.25％；填充材料氢氧化铝，其质量占人造大理石总质量的56.88％；各色树脂颗粒，其质量占人造大理石总质量的11.88％；促进剂，其质量占人造大理石总质量的0.38％；将以上材料混合搅拌均匀，继续搅拌直到混合料温度达到25℃，加入树脂量1.0～1.5％的固化剂，继续搅拌2～5min使固化剂分散均匀。最后将物料加入模具中，模具带物料推入真空箱，抽真空3～5min排出物料中空气，自然条件下固化成型之后，打磨、切割成要求尺寸。

第三步，将粘合剂均匀喷涂在木塑底板上，粘合剂采用绿色无毒或树脂型的，人造石平整覆盖与木塑底板之上，压合机压和保持25min，之后在时效压合机上压合保养。

实施例5：

第一步，木塑材料选用回收料聚乙烯(PE)材料作为基体，其质量占木塑材料总质量的30.11％；木粉选用60～80目木粉，其质量占木塑材料总质量的48.17％；木塑材料填充剂选用碳酸钙、滑石粉，其质量占木塑材料总质量的15.53％；偶联剂，其质量占木塑材料总质量的1.77％；加工助剂选用硬脂锌、PE蜡、石蜡，其质量占粘木塑材料总质量的1.69％；防老剂1010，其质量占粘木塑材料总质量的2.85％；染料，其质量占粘木塑材料总质量的1.24％。将以上材料混合搅拌均匀，通过锥形双螺杆挤出机挤出成型，定型，冷却，切割，最后得到木塑中空底板材料。

第二步，人造大理石选用复合亚克力树脂或纯亚克力树脂，其质量占人造大理石总质量的31.25％；填充材料氢氧化铝，其质量占人造大理石总质量的56.88％；各色树脂颗粒，其质量占人造大理石总质量的11.88％；促进剂，其质量占人造大理石总质量的0.38％；将以上材料混合搅拌均匀，继续搅拌直到混合料温度达到30℃，加入树脂量1.0～1.5％的固化剂，继续搅拌2～5min使固化剂分散均匀。最后将物料加入模具中，模具带物料推入真空箱，抽真空3～5min排出物料中空气，自然条件下固化成型之后，打磨、切割成要求尺寸。

第三步，将粘合剂均匀喷涂在木塑底板上，粘合剂采用绿色无毒或树脂型的，人造石平整覆盖与木塑底板之上，压合机压和保持36min，之后在时效压合机上压合保养。

Claims (9)

1、一种PMMA/木塑人造石复合材料，其基本成分包括木塑材料、亚克力或复合亚克力人造石。木塑材料主要成分为木粉和热塑性塑料；人造石主要成分为聚甲基丙烯酸甲酯；其木塑基体可选用的热塑性树脂为聚丙烯(PP)基、聚氯乙烯(PVC)基、聚乙烯(PE)基、聚甲醛基、PET基、环氧树脂基、酚醛树脂基、回收塑料；其配料按质量百分数计，复合亚克力或纯亚克力树脂为30～50％，填料为20～60％，其它助剂为0.5～1.0％。木塑材料组成配比：热塑性塑料为20～50％，木粉为15～60％，填充剂为20～30％，各种加工助剂为10～15％。

2、根据权利要求1所述的PMMA/木塑人造石复合材料，其特征是：所述的人造石台面，可以选用不饱和聚酯树脂型、丙烯酸改性树脂(亚克力)型、树脂与岩石粉末共混型一种或几种，采用模压固化反应或浇注成型获得。

3、根据权利要求1所述的PMMA/木塑人造石复合材料，其特征是：所述的人造石和木塑材料的加工助剂包括：偶联剂、硬脂酸、硬脂酸钙、石蜡、二丁酯二辛酯、过氧化甲乙酮的一种或者几种；本发明选用的改性剂包括填充剂、改性剂：氢氧化铝、重质碳酸钙、CPE及各种接枝相容剂的一种或者几种。

4、根据权利要求3所述的PMMA/木塑人造石复合材料，其特征是：人造石加工助剂的质量一般为人造石板材所用树脂的0.5～1.0％，木塑材料中改性剂及其它助剂的质量一般为木塑材料的10～15％。

5、根据权利要求1所述的PMMA/木塑人造石复合材料，其特征是：所使用的设备有低速冷混机、高速捏合机、双螺杆挤出机。

6、一种PMMA/木塑人造石复合材料的制备方法，按如下操作流程进行：

1)备料

2)将木料粉碎、研磨成木粉、烘干、活化处理；

3)在进行步骤2的同时将塑料分选收集、磨粉或改性造粒；

4)按照给定的配方比例取料，充分混合，然后加入到高低速混合机中，加热到一定温度；

5)将步骤4的混合物经过挤出机，挤出板材；

6)板材经真空定型台，进行定型；

7)冷却后进行牵引，经切割机进行切割，经表面处理而成木塑底板材料；

8)在进行步骤2同时按照配方比例将树脂、促进剂、固化剂、填料、色母料混合，搅拌均匀；

9)将步骤8的混合物浇注到步骤7获得的板材上，使两者逐步固化复合到一起。

10)步骤9固化半成品经冷却、切割，表面处理而成人造大理石板材；或者将步骤7制得的木塑底板与步骤10制得的人造大理石台面经粘合复合成板材。

7、根据权利要求6所述的PMMA/木塑人造石复合材料的制备方法，其特征是：人造大理石台面使用厚度可以比常规产品厚度降低50％，而复合材料比原人造石材料机械性能提高。

8、根据权利要求6所述的PMMA/木塑人造石复合材料的制备方法，其特征是：木塑材料与亚克力或复合亚克力人造大理石复合。

9、根据权利要求6所述的PMMA/木塑人造石复合材料的制备方法，其特征是一次浇注成型不使用粘合剂或者使用少量绿色环保型粘合剂。