CN102643466A - 应用于pe木塑及相关材料的共挤复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料及其制备方法，该复合材料包括以下组分：相容剂、润滑剂、耐磨剂和功能助剂。本发明配方的改性共挤料应用于PE木塑及相关材料共挤行业，大幅度的提高PE木塑及相关材料的耐老化和耐磨性能，并使得PE木塑及相关材料产品耐磨、色彩多样化性能有更多的方案；通过发明方法制备的产品耐候性提高，不会出现表面粉化、龟裂、严重褪色等现象，耐磨性提高，降低了着色剂的用量，使得成本降低。

Description

应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，特别是指一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料及其制备方法。
背景技术
PE及相关材料是指以PE材料为主体，共混木质纤维、无机填料及其他工程塑料改性的统称。PE共混木质纤维(也称PE木塑复合材料，简称PE木塑)。PE木塑复合材料是用木质纤维填充、增强的改性热塑性塑料，兼有木材和塑料的成本及性能优点，可经挤出压制成型为型材、板材或其它制品。木塑制品主要用来替代木材，具有防水、防蛀、环境友好等特点。木塑配混料的研究已有80多年历史，但一直未能工业化生产，大约40年前才少量用于低附加值的吸声制品。由于环保观念的增强，美国的建筑工业一直在寻找像木材一样的替代材料(不腐蚀、不翘曲、维修方便，外观与木材相似)，而韩国和日本的纸、木材加工厂也在寻找锯木粉、废木屑等的利用场合，这一切都推动和加速了木塑复合材料挤出技术(以下简称木塑挤出技术)的研究和应用开发。把木粉填充配混料加工成建筑和结构用型材是目前挤出行业最为活跃的课题之一，新的应用开发也层出不穷，不少国家都投人大量的人力、物力加快木塑制品的开发和应用步伐。近几年来，由于我国对环境保护的重视及人们环保观念的增强，木塑挤出工艺作为一项节约木材资源，并可回收、循环使用的技术得到了大力的发展。但是PE类作为木塑的塑料载体有很大的局限性：耐候性差，不适合户外用，变形率大，强度差，通常以在表面共挤一层高性能材料来弥补。另因PE和传统的耐候级工程塑料相容性差造成共挤层和基材的附着力薄弱，国外采取的是三层共挤方法，在PE基材和耐候级工程塑料薄膜之间引入中间过渡层来解决，此方法成品率低，对设备工艺要求苛刻，不能直观的检验中间层涂布的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料。
本发明所要解决的第二个技术问题是一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料的制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料，该复合材料包括以下组分：
相容剂、润滑剂、耐磨剂和功能助剂。
作为优选的技术方案，所述复合材料包括如下重量份的组分：
Figure BSA00000698353900021
作为优选的技术方案，所述相容剂为乙烯-丙烯酸共聚物和丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物的混合物，或乙烯-丙烯酸共聚物和丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物与苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物的混合物，或乙烯-丙烯酸共聚物和丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物与丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物，或乙烯-丙烯酸共聚物和丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物和丙烯腈-苯乙烯共聚物与苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物的混合物。
作为更优选的技术方案，所述的所述相容剂为乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物(SMA)、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(ASA)和丙烯腈-苯乙烯共聚物(SAN)的混合物，他们的重量比为，10-30∶10-40∶30-70∶10-30。
作为优选的技术方案，所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡、季戊四醇酯、乙撑双硬脂酰胺中的一种或几种的混合物。
作为更优选的技术方案，所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡、季戊四醇酯和乙撑双硬脂酰胺的混合物，他们的重量比为，0.3-1.5∶0.3-1.5∶0.2-1.0。
作为优选的技术方案，所述耐磨剂为聚硅氧烷或聚四氟乙烯，或二者的混合物；其中混合物中聚硅氧烷与聚四氟乙烯的重量比为5-10∶5-20。
作为优选的技术方案，所述功能助剂为抗氧剂和紫外光吸收剂，重量比为1-4∶1-4。
作为优选的技术方案，所述抗氧剂为受阻酚类，如：四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；和亚磷酸酯类，如：三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，受阻酚类与亚磷酸酯类的重量比为0.5-2∶0.5-2。
作为优选的技术方案，所述紫外光吸收剂为受阻胺类，如：癸二酸双(2，2，6，6-四甲基-4-羟基哌啶)酯；和苯并三唑类，如：2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑，受阻胺类与苯并三唑类的重量比为0.5-2∶0.5-2。
进一步的，本发明根据具体产品颜色需求添加着色剂。
一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料的制备方法，包括：
(1)将如下重量份的组分混合均匀，相容剂60-170份，润滑剂0.8-4.0份，耐磨剂10-30份，功能助剂2-8份；
(2)将步骤(1)混合均匀的组分投入到平行双螺杆中，温度设置从下料到模具：140、180、200、220、230、235、235、235、225，螺杆组合为中后段强剪切和强捏合(示例见附图1)，切粒造粒烘干，即得共挤复合材料。
进一步的，所述步骤(1)的组分在高速搅拌机中混合，搅拌机的转速为200转/min，时间15-30min。
进一步的，将共挤复合材料应用于PE木塑及相关材料上，具体如下：
将PE或PE木塑产品通单螺杆或锥形双螺杆设备，加热温度设置为160-180℃，然后进入到共挤模具中，模具温度设置为180-195℃，将步骤(2)中的共挤复合材料按需要的颜色调整好着色剂比例，投入到共挤螺杆中，螺杆温度设置为180℃、200℃、205℃、205℃、200℃，挤出机真空度控制＞0.06MPa，各温控稳定15-30min，开主机，主机喂料，控制电流在35-70％的设定电流上限，成型，牵引，待产品进入牵引履带模后，按要求尺寸切割即得包覆后的PE木塑及相关材料。进一步的，所述的用料量以均匀涂布产品表面为宜。
有益效果
(1)本发明配方的改性共挤料应用于PE及相关材料共挤行业，替代传统的通体着色法和直接添加紫外光吸收剂和抗紫外剂方法，紫外光吸收剂和抗紫外剂在PE木塑材料中通常以通体添加的方法来提高其耐候效果，本发明是仅需在表面层添加，可以大幅度降低该助剂的用量并最大限度的提升抗紫外效果，大幅度的提高PE及相关材料的耐老化和耐磨性能，并使得PE及相关材料产品耐磨、色彩多样化性能有更多的方案；
(2)本发明制备的产品区别于一般通体染色类型材，因共挤表面厚度一般只有0.1mm到0.2mm，大大降低了着色剂的用量，成本上有了很大的降低，另外表面层是丙烯晴-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，比烯烃类产品的耐候性以百倍的比例提高，不会出现表面粉化、龟裂、严重褪色等现象；按国家地板的耐磨检测要求来说，该方案生产的产品涂层以0.2mm厚度计，磨穿表面层试验转数大于30000转，比原先的高耐磨PE木塑的7500转有大幅度的提高；另外产品的性能包括拉伸、弯曲、冲击等都有不同程度的提高；
(3)本发明采用在PE及相关材料表面共挤ASA材料以弥补现有技术的缺陷，通过改善表面层ASA的性能以实现与PE两层共挤的工艺，从而弥补现有制备方法的不足。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明覆膜用ASA螺杆组合图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明涉及的以PE矿物填充和木质纤维填充为主，下面以PE共混木质纤维(也称PE木塑复合材料，简称PE木塑)为例。
本发明配方生产出来的材料是用于共挤工艺的，附着于PE及相关材料产品表面。
实施例1
一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料，该复合材料包括以下组分：
相容剂、润滑剂、耐磨剂和功能助剂；
其中重量份分别为，相容剂60份，润滑剂0.8份，耐磨剂30份，功能助剂8份；相容剂为乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物(SMA)、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(ASA)和丙烯腈-苯乙烯共聚物(SAN)的混合物，他们的重量比为，10-30∶10-40∶30-70∶10-30；润滑剂为氧化聚乙烯蜡、季戊四醇酯和乙撑双硬脂酰胺的混合物，他们的重量比为，0.3-1.5∶0.3-1.5∶0.2-1.0；耐磨剂为聚硅氧烷和聚四氟乙烯的混合物；其中混合物中聚硅氧烷与聚四氟乙烯的重量比为5-10∶5-20；功能助剂为重量比1-4∶1-4的抗氧剂和紫外光吸收剂，抗氧剂为重量比0.5-2∶0.5-2的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，紫外光吸收剂为重量比0.5-2∶0.5-2的癸二酸双(2，2，6，6-四甲基-4-羟基哌啶)酯和2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑。
上述配方是利用乙烯-丙烯酸共聚物作为体系的相容剂，解决共挤PE或PE木塑类的附着力问题，并在体系中引入苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物(SMA)，以增加共挤工艺的加工窗口。将乙烯基丙烯酸(EAA)、苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物(SMA)、丙烯晴-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(ASA)、丙烯晴-苯乙烯共聚物(SAN)按比例高速混合，并复配润滑体系、抗氧体系、功能体系在平行双螺杆中挤出造粒，此作为表面涂布层材料，将需要包覆的烯烃类或烯烃类木塑产品，进入到共挤模具和牵引机，共挤温度控制在涂布层材料能顺利融化(一般为170-205度，具体需按共挤流道设计作调整)，用小型平行双螺杆或者单螺杆挤出机输送，提供给面层材料一定的压力进行覆膜工作，按要求切割即得到产品。
实施例2
一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料，该复合材料包括以下重量份的组分：
相容剂170份，润滑剂4.0份，耐磨剂10份，功能助剂2份；
相容剂为丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(ASA)、乙烯基丙烯酸(EAA)和苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物(SMA)(三者的质量比80∶70∶20)；润滑剂为季戊四醇酯；耐磨剂为聚硅氧烷；功能助剂为重量比1-4∶1-4的抗氧剂和紫外光吸收剂，抗氧剂为重量比0.5-2∶0.5-2的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，紫外光吸收剂为重量比0.5-2∶0.5-2的癸二酸双(2，2，6，6-四甲基-4-羟基哌啶)酯和2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑。
实施例3
一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料，该复合材料包括以下重量份的组分：
相容剂100份，润滑剂2份，耐磨剂20份，功能助剂6份；相容剂为乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)和丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(ASA)的混合物(EAA与ASA的质量比为40∶60)；润滑剂为氧化聚乙烯蜡和季戊四醇酯的混合物；耐磨剂为重量比的5-10∶5-20聚硅氧烷和聚四氟乙烯的混合物；功能助剂为重量比1-4∶1-4的抗氧剂和紫外光吸收剂，抗氧剂为重量比0.5-2∶0.5-2的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，紫外光吸收剂为重量比0.5-2∶0.5-2的癸二酸双(2，2，6，6-四甲基-4-羟基哌啶)酯和2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑。
实施例4
一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料的制备方法，包括：
(1)将实施例1、2或3中组分混合均匀，搅拌机的转速为200转/min，时间15-30min；
(2)将步骤(1)混合均匀的组分投入到平行双螺杆中，温度设置从下料到模具：140、180、200、220、230、235、235、235、225，螺杆组合为中后段强剪切和强捏合(示例见附图1)，切粒造粒烘干，即得共挤复合材料；
(3)将PE或PE木塑产品通单螺杆或锥形双螺杆设备，加热温度设置为160-180，然后进入到共挤模具中，模具温度设置为180-195，将步骤(2)中的共挤复合材料按需要的颜色调整好着色剂比例，投入到共挤螺杆中，螺杆温度设置为180、200、205、205、200，挤出机真空度控制＞0.06MPa，各温控稳定15-30min，开主机，主机喂料，控制电流在35-70％的设定电流上限，成型，牵引，待产品进入牵引履带模后，按要求尺寸切割即得PE木塑复合材料。步骤(3)中的用料量以均匀涂布产品表面为宜。
上述方法制备的产品区别于一般通体染色类型材，共挤表面厚度一般只有0.1mm到0.2mm，大大降低了着色剂的用量，成本上降低，表面层是丙烯晴-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，比烯烃类产品的耐候性以百倍的比例提高，不会出现表面粉化、龟裂、严重褪色等现象；按国家地板的耐磨检测要求来说，该方案生产的产品涂层以0.2mm厚度计，磨穿表面层试验转数大于30000转，比原先的高耐磨PE木塑的7500转有大幅度的提高；另外产品的性能包括拉伸、弯曲、冲击等都有不同程度的提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料，该复合材料包括以下组分：
相容剂、润滑剂、耐磨剂和功能助剂。
2.根据权利要求1所述的一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料，其特征在于，所述复合材料包括如下重量份的组分：
Figure FSA00000698353800011
。
3.根据权利要求1或2所述的一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料，其特征在于，所述相容剂为乙烯-丙烯酸共聚物和丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物的混合物，或乙烯-丙烯酸共聚物和丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物与苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物的混合物，或乙烯-丙烯酸共聚物和丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物与丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物，或乙烯-丙烯酸共聚物和丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物和丙烯腈-苯乙烯共聚物与苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料，其特征在于，所述的所述相容剂为乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物和丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物，他们的重量比为，10-30∶10-40∶30-70∶10-30。 
5.根据权利要求1或2所述的一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料，其特征在于，所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡、季戊四醇酯、乙撑双硬脂酰胺中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求5所述的一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料，其特征在于，所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡、季戊四醇酯和乙撑双硬脂酰胺的混合物，他们的重量比为，0.3-1.5∶0.3-1.5∶0.2-1.0。
7.根据权利要求1或2所述的一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料，其特征在于，所述耐磨剂为聚硅氧烷或聚四氟乙烯，或二者的混合物；其中混合物中聚硅氧烷与聚四氟乙烯的重量比为5-10∶5-20。
8.根据权利要求1或2所述的一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料，其特征在于，所述功能助剂为抗氧剂和紫外光吸收剂；所述抗氧剂为受阻酚类和亚磷酸酯类；所述紫外光吸收剂为受阻胺类和苯并三唑类；根据具体复合材料颜色需求添加着色剂。
9.一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料的制备方法，包括：
(1)将如下重量份的组分混合均匀，相容剂60-170份，润滑剂0.8-4.0份，耐磨剂10-30份，功能助剂2-8份；
(2)将步骤(1)混合均匀的组分投入到平行双螺杆中，温度设置从下料到模具：140℃、180℃、200℃、220℃、230℃、235℃、235℃、235℃、225℃，螺杆组合为中后段强剪切和强捏合，切粒造粒烘干，即得共挤复合材料。
10.根据权利要求9所述的一种应用于PE木塑及相关材料的共挤复合材料的制备方法，其特征在于，将PE或PE木塑产品通单螺杆或锥形双螺杆设备，加热温度设置为160-180℃，然后进入到共挤模具中，模具温度设置为180-195℃， 将步骤(2)中的共挤复合材料按需要的颜色调整好着色剂比例，投入到共挤螺杆中，螺杆温度设置为180℃、200℃、205℃、205℃、200℃，挤出机真空度控制＞0.06MPa，各温控稳定15-30min，开主机，主机喂料，控制电流在35-70％的设定电流上限，成型，牵引，待产品进入牵引履带模后，按要求尺寸切割即得包覆后的PE木塑及相关材料。 
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