CN103613844A - 一种节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料及其应用，其由以下按重量百分数计的原料制成：20%～75%填料，18%～60%不饱和树脂基体，6%-18%改性添加剂，1%～1.5%颜料。本发明采用注射工艺生产，机械自动化程度高、劳动强度低、成品率高，勿需高能耗长时间高温烧制，能耗小。本发明的复合材料制品，韧性好、强度高、抗冲击、耐腐蚀、绿色环保、阻燃、无辐射和重金属，可回收循环利用，能制出凹凸、花纹、波浪等不同艺术效果和观感的图案面板，造型美观、立体感强，可具有木纹、大理石纹、皮纹、金属质感的各种艺术效果，能用于卫生间、厨房间、及其它室内的顶、墙面和地面；浴室柜台面板，浴室柜、桌、茶几、开关插座面板、干手器、电吹风等产品的外壳。

Description

一种节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料及其应用

技术领域

本发明涉及一种建筑材料，具体地，涉及一种经硅灰石、碳酸钙改性的热塑性树脂复合材料以及利用该材料制备产品的方法，该复合材料制品可广泛用于卫生间、厨房间顶、墙面、地面和室内墙面。

背景技术

常见的卫生间、厨房间吊顶都是PVC或铝合金扣板，墙面和地面都是瓷砖、地砖、微晶石等产品，而室内墙面主要是乳胶漆、墙纸、和木饰板。这些产品色调单一，并且容易吸水和剥落，以及热胀冷缩造成开裂，难以修补维护，很难与卫生间、厨房间和室内的用品相配，形成一个整体，缺乏独具个性化设计风格的整体环境效果。而且瓷砖、地砖、微晶石生产过程须高温烧制，造成大量的碳排放和能源消耗，碳排放量大对环境造成很大污染，同时这些产品强度和韧性差，易碎，使国内陶土资源消耗量巨大，报废的产品不能再降解、回收利用。

因此，需要诞生一种能耗低，生产工艺先进简便，效率高，耐腐蚀、阻燃、耐水、耐污防滑，且图案丰富、艺术感强的墙、地面材料，且可以循环使用的技术以使资源得到很大的保护和循环利用。

发明内容

本发明提供了一种经非金属材料（如硅灰石、碳酸钙等）改性的热塑性树脂复合材料，采用该材料制备的型材、板材、线条等产品具有低碳、绿色、无污染、耐腐蚀、阻燃性好、高韧性、高强度、抗冲击、无放射性且不含重金属，该材料还具备可循环利用的优点，可制作各种形状和图案的产品，表面可制成木纹、大理石纹、皮纹、玉石、晶石和金属质感等。

为达到上述目的，本发明提供了一种节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料，该复合材料由以下按重量百分数计的原料制成：

填料                            20%～75%

不饱和树脂基体                  18%～60%

颜料                            1%～1.5%；

改性添加剂                      6%～18%；

其中，所述的不饱和树脂基体选择聚丙烯或聚氯乙烯；所述的聚丙烯选择R1200HS。

所述的填料为硅灰石、碳酸钙中的任意一种以上，该填料经硬脂酸改性处理；所述的改性添加剂选择增容剂、增韧剂、硫酸镁晶须、流动改性剂、抗氧剂及PTFE粉中的任意一种以上。

其中，所述的增容剂是为了增加材料的高填充性而不降低材料的高性能，优择AP增容剂，即马来酸酐接枝聚丙烯；所述的增韧剂是为了增加材料和所生产的产品的韧性和抗冲击性能，优选MP增韧剂，即马来酸酐接枝聚乙烯；所述的流动改性剂是为了增加材料的流动性使产品在注射成型过程中有良好的流动性、表面光洁无波纹，优选流动改性剂TAF；所述的抗氧剂选择抗氧剂1010；所述硫酸镁晶须为纤维状材料、质轻，其在本发明中所起的作用是使材料增韧增硬，增强产品的韧性和硬度，避免产品开裂变形。

PTFE（Polytetrafluoroethene的简称，聚四氟乙烯）一般称作“不粘涂层”或“易洁物料”；是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。其具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低，所以可作润滑作用之余，亦成为了易洁和水管内层的理想涂料。

上述的节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料，其中，所述的改性处理是指，所述的改性处理是指，将重量百分数为1%～5%的硬脂酸（C16H32O2,熔点69.6℃）和95%～99%的填料，在90℃～100℃，采用高速混合机混合搅拌15～30分钟，使硬脂酸熔化并与碳酸钙或硅灰石填料充分接触，剧撞，达到表面沾粒的物质改性处理的目的，改性后的碳酸钙和硅灰石与聚丙烯能充分结合，大大提高了材料之间的相容性，同时降低了碳酸钙、硅灰石表面的吸油性，大幅度提高了碳酸钙、硅灰石的添加比例，使改性的非金属热塑性复合材料具有高填充的优点。改性后的非金属材料具有很好的相容性和高填充性，用上述改性的非金属复合材料注射的墙、地面产品具有坚硬、强度高、耐腐蚀的特性并具有天然石材的质感。

上述的节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料，其中，该复合材料由以下按重量百分数计的原料制成：

填料                            61%～75%

聚丙烯                          18%～25%

增容剂                          1%～5%

增韧剂                          2%～5%

流动改性剂                      1%～3%

PTFE粉                         1%～3%

抗氧剂                          1%～2%

颜料                            1%～1.5%。

上述的节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料，其中，该复合材料由以下按重量百分数计的原料制成：

填料                            40%～60%

聚丙烯                          18%～25%

硫酸镁晶须                      10%～30%

增容剂                          1%～5%

增韧剂                          2%～5%

流动改性剂                      1%～3%

PTFE粉                         1%～3%

抗氧剂                          1%～2%

颜料                            1%～1.5%。

上述的节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料，其中，所述的复合材料的原料还包含：硫酸镁晶须，该复合材料的原料由以下按重量百分数计的原料组成：

填料                            20%～40%

聚氯乙烯                        25%～60%

冲击改性剂                      7%～25%

锌钙复合稳定剂                  2%～12%

石蜡润滑剂                      1%～3%

颜料                            0.5%～2%；

所述的石蜡润滑剂能增加产品表面的光滑度，避免产品可能产生的波纹或褶皱，提高产品的质量和档次。   

所述的冲击改性剂优选马来酸酐接枝聚乙烯-辛烯共聚物。 

本发明还提供了一种采用上述的节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料制备用于室内顶、墙、地面板材的方法，其中，该方法包含以下具体步骤：

步骤1，按照上述的配方量将不饱和树脂基体、填料、改性流动剂、颜料在密炼机中混合搅拌均匀；

步骤2，将上述的混合原料加入到螺杆挤出机中，加热成型；

步骤3，由螺杆挤出机挤出加热成型后的条状复合材料，并使材料降温；

步骤4，把降温后的条状复合材料加入到制粒机中，加工成颗粒状的复合材料粒子；

步骤5，将上述复合材料粒子通过注射成型机把复合材料粒子熔融并注射到产品的金属模具中；

步骤6，冷却定型；

步骤7，打开模具，用机械手取出成型产品；

步骤8，用3D成影技术喷绘所需图案，再喷涂UV（紫外光）透明漆达到保护喷绘图案，使其表面光亮度增强或具有亚光效果。 

上述的方法，其中，该方法采用IMD方法完成产品的表面装饰：在步骤3中，所述的产品模具内预先放置印有所需图案效果的薄膜，当注射完成后，其能与热塑性复合材料在模具中结为一体。

上述的方法，其中，该方法采用IMR方法完成产品的表面装饰：在步骤3之后、步骤4之前，将油墨印刷在PE薄膜上，或以蒸着方式将金属材质、木纹、大理石纹或皮纹蒸着在PE（聚乙烯）薄膜上，将该薄膜的印刷位置与模具腔内产品欲印位置精确对位后，通过压膜框压紧薄膜使其贴服于模具内产品表面。

本发明还提供了一种根据上述的节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料的用途，其中，该材料能用于卫生间、厨房间、及其它室内的顶、墙面和地面；浴室柜台面板，浴室柜、桌、茶几、开关插座面板，及干手器、电吹风产品的外壳。

所述的硅灰石是一种无机针状矿物，其特点是无毒、耐化学腐蚀、热稳定性及尺寸温度良好，有玻璃和珍珠光泽，低吸水率和吸油值，力学性能及电性能优良以及具有一定补强作用；所述的碳酸钙可以在未经改性处理的状态下与聚丙烯进行充分的熔融且价格低廉而成为除硅灰石以外的又一较为理想的填料。本发明采用不同规格的硅灰石、碳酸钙或者二者混合物作为填料（采用粒度级配），既能保证复合材料的致密性，又能节约粘合剂。

本发明填料的含量较大。总的来说，用硅灰石、碳酸钙晶须或者二者的混合物改性的热塑性树脂复合材料，可以达到下述效果：①提高拉伸、弯曲、压缩等力学强度及弹性模量，改善蠕变性能；②提高热变形温度；③降低线膨胀系数；④降低吸水率，增加尺寸稳定性；⑤改善热导率；⑥提高硬度；⑦抑制应力开裂；⑧阻迟燃烧性；⑨改善电性能。

由于聚丙烯大分子链中的叔碳原子对氧的侵蚀非常敏感，在光、热和空气的氧作用下容易老化，故本发明的复合材料还加入抗氧剂以抑制老化过程。

本发明提供的复合材料具有如下优点：   

1）基材：高充填、高性能、功能复合材料。

2）质轻：现代大楼卫生间很多，对整座大楼的减重起到不可忽略的作用；耐用，不易脱落；对粘合的要求相对较低，易于绿色化；运输、搬运简便。

3）强度高，有韧性：相对传统的瓷砖，全面强度提高，有机纤维、无机纤维、晶须增强的产品甚至可以达到高强度；特别是有韧性，抗冲击：可防止因新内墙体收缩造成的开裂，破坏整个墙体外观。

4）表面硬度高：克服了通常树脂基复合材料墙体表面易划化的缺点。

5）加工性能好：热塑性的复合材料可采取注射、挤出、压制成型，能创造鲜艳彩色、凹凸线条等新颖表面。

6）功能化：可制备表面高疏水产品，防止卫生间最忌讳的墙面挂水现象；防污染产品可大大减轻卫生间的清洁工作；防霉处理的产品可以防止卫生间异味。

7）生产低能耗，无需长时间高温烧制。 

本发明的复合材料所用原料易得，采用注射工艺生产，机械自动化程度高、劳动强度低、成品率高、材料可循环使用；制备过程勿需高能耗长时间高温烧制，能耗大幅降低。本发明的材料所得的制品，具有韧性好、强度高、抗冲击、耐腐蚀、绿色环保、阻燃、无辐射和重金属，能生产凹凸、花纹、波浪等各种不同艺术变现效果和观感的图案板面，造型美观、艺术感立体感强，且可以生产出各种木纹、大理石纹、皮纹、金属质感的型材、板材、线条产品，可与卫生间的洁具等产品、厨房的料理台与厨具、房间的家具都能形成一个色系统一，独具个性化风格的整体环境效果。本发明的复合材料能广泛应用于卫生间、厨房间及室内顶、墙面和地面，能用于卫生间、厨房间、室内的顶、墙面和地面；还可用于浴室柜台面，开关插座面板，干手器，电吹风的外壳。

具体实施方式

本发明提供了利用非金属材料改性的热塑性树脂复合材料制备用于墙面、地面的型材、板材、线条等产品的方法，该方法包含以下步骤：

步骤1，按照配方量将不饱和树脂基体、填料、改性添加剂、颜料在密炼机中混合搅拌均匀；

步骤2，将上述的混合原料加入到螺杆挤出机中，加热成型；

步骤3，由螺杆挤出机挤出加热成型后的条状复合材料，并使材料降温；

步骤4，把降温后的条状复合材料加入到制粒机中，加工成颗粒状的复合材料粒子；

步骤5，将上述复合材料粒子通过中央供料系统加入到注射成型机的料筒中，然后通过注射成型机的螺杆把复合材料粒子熔融并注射到产品的金属模具中；

步骤6，将冷却水注入到金属模具的冷流道中，使产品冷却定型；

步骤7，打开模具，用机械手取出成型产品。

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地说明。

实施例1

以22重量份聚丙烯（R1200HS）为基体，与63重量份经硬脂酸改性处理的硅灰石级配（800-1250目），3重量份增容剂AP（马来酸酐接枝聚丙烯），5重量份增韧剂MP（马来酸酐接枝聚乙烯）， 3重量份PTFE（聚四氟乙烯）粉，2重量份流动改性剂TAF（由苏州兴泰国光化学助剂有限公司供应），1重量份抗氧剂1010和1重量份颜料在密炼机混合，然后采用螺杆机挤出造粒，或直接在双螺杆机混合，包括侧位混入，并挤出造粒。所得粒子通过注塑机成型，得到各种面积、厚度和形状的内墙贴面产品。产品密度1.5-1.7，表面硬度达到5H，耐污染。

    实施例2

以18重量份聚丙烯（R1200HS）为基体，与75重量份硬脂酸处理的碳酸钙级配（800-1250目），1重量份增容剂AP，2重量份增韧剂MP，1重量份PTFE粉，1重量份流动改性剂TAF，1重量份抗氧剂1010和1重量份颜料在密炼机混合，然后采用螺杆机挤出造粒，或直接在双螺杆机混合，包括侧位混入，并挤出造粒。所得粒子通过注塑机成型，得到各种面积、厚度和形状的内墙贴面产品。产品密度1.6-1.8，表面硬度达到5H，耐污染。

实施例3

以25重量份聚丙烯（R1200HS）为基体，与55.5重量份硬脂酸处理的碳酸钙级配（800-1250目），5重量份增容剂AP，5重量份增韧剂MP，3重量份PTFE粉，3重量份流动改性剂TAF，2重量份抗氧剂1010和1.5重量份颜料在密炼机混合，然后采用螺杆机挤出造粒，或直接在双螺杆机混合，包括侧位混入，并挤出造粒。所得粒子通过注塑机成型，得到各种面积、厚度和形状的内墙贴面产品。产品密度1.4-1.6，表面硬度达到4H，耐污染。

实施例4

以19重量份聚丙烯（R1200HS）为基体，与60重量份硬脂酸处理的硅灰石与碳酸钙按重量比1：1混合并粒度级配（800-1250目），10重量份硫酸镁晶须，4重量份增容剂AP，2重量份增韧剂MP，2重量份PTFE粉，1重量份流动改性剂TAF，1重量份抗氧剂1010和1重量份颜料在密炼机混合，然后采用螺杆机挤出造粒，或直接在双螺杆机混合，包括侧位混入，并挤出造粒。所得粒子通过注塑机成型，得到高强度产品，不仅可应用于内墙贴面，特别地可应用于耐污染地面砖。

实施例5

以23重量份聚丙烯（R1200HS）为基体，与40重量份硬脂酸处理的硅灰石级配（800-1250目），30重量份硫酸镁晶须，1重量份增容剂AP，2重量份增韧剂MP，1重量份PTFE粉，1重量份流动改性剂TAF，1重量份抗氧剂1010和1重量份颜料在密炼机混合，然后采用螺杆机挤出造粒，或直接在双螺杆机混合，包括侧位混入，并挤出造粒。所得粒子通过注塑机成型，得到高强度产品，不仅可应用于内墙贴面，特别地可应用于耐污染地面砖。

实施例6

以25重量份聚氯乙烯为基体，与18重量份马来酸酐接枝聚乙烯-辛烯共聚物冲击改性剂P和S，12重量份锌钙复合稳定剂，3重量份石蜡润滑剂，40重量份硬脂酸处理的碳酸钙级配（800-1250目），2重量份着色剂，经高速混合，然后采用双螺杆挤出造粒。所得粒子通过注塑机成型，得到阻燃性的内墙贴面产品。

实施例7

以45.5重量份聚氯乙烯为基体，与25重量份冲击改性剂P和S，7重量份锌钙复合稳定剂，2重量份石蜡润滑剂，20重量份硬脂酸处理的碳酸钙级配（800-1250目），0.5重量份着色剂，经高速混合，然后采用双螺杆挤出造粒。所得粒子通过注塑机成型，得到阻燃性的内墙贴面产品。

实施例8

以60重量份聚氯乙烯为基体，与7重量份冲击改性剂P和S，2重量份锌钙复合稳定剂，1重量份石蜡润滑剂，28重量份硬脂酸处理的碳酸钙级配（800-1250目），2重量份着色剂，经高速混合，然后采用双螺杆挤出造粒。所得粒子通过注塑机成型，得到阻燃性的内墙贴面产品。

本发明实施例1-8所制备的热塑性树脂复合材料制品还可再用3D成影技术喷绘所需图案，再喷涂UV透明漆达到保护喷绘图案以增强表面光亮度或使表面具有亚光效果的目的。

在本发明的一些优选的实施例中，本发明的实施例1-8所制备的热塑性树脂复合材料制品还可采用IMD模内装饰技术进行表面装饰，使其具有凹凸状的、波浪形等的各种形状，具有木纹、大理石纹、皮纹、金属质感等不同颜色、花纹和图案的效果。IMD(In Mould Decoration) 是指将一个丝印有图案的薄膜放置到产品模具中，然后进行注射。这种薄膜包括基材，如PET基材，油墨及耐磨材料。当模具注射完成后，该薄膜与复合材料融为一体，耐磨材料在最外面，防止印刷的图案被刮花，抗腐蚀，防尘、防潮、抗变型能力强。

在本发明的一些优选的实施例中，本发明的实施例1-8所制备的热塑性树脂复合材料制品还可采用IMR模内转印技术进行表面装饰，使其具有凹凸状的、花纹、波浪形等的各种形状，具有木纹、大理石纹、金属质感等不同颜色、花纹和图案的效果。IMR（In-mold Rolling）的制程为将油墨印刷在一PE薄膜（PE薄膜上预先印刷有离型层）上，或以蒸着方式将金属材质、木纹、大理石纹或皮纹等图案蒸着在PE薄膜上，将薄膜的印刷位置与模具腔内欲印位置精确对位后，通过压膜框压紧薄膜使其贴服于模面，通过抽真空，使得薄膜与模腔内的复合材料表面尽可能贴服，模具闭合，成型射出产品，开模取出产品，薄膜胶料自动从油墨离型。成型后的产品经UV照射后表面产生硬化而完成。

本发明的实施例1-8中制备的复合材料制品具有耐水、阻燃、耐污、耐磨、抗冲击的良好性能，适合用于能用于卫生间、厨房间及室内顶、墙面和地面，能用于卫生间、厨房间、室内的顶、墙面和地面；还可用于浴室柜台面，开关插座面板，干手器，电吹风等产品的外壳。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。 

Claims (10)

1.一种节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料，其特征在于，该复合材料由包含以下按重量百分数计的原料制成：

填料                            20%～75%

不饱和树脂基体                  18%～60%

颜料                            1%～1.5%；

改性添加剂                      6%～18%；

其中，所述的不饱和树脂基体选择聚丙烯或聚氯乙烯；

所述的填料为硅灰石、碳酸钙中的任意一种以上，该填料经硬脂酸改性处理；

所述的改性添加剂选择增容剂、增韧剂、硫酸镁晶须、流动改性剂、抗氧剂及PTFE粉中的任意一种以上。

2.如权利要求1所述的节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料，其特征在于，该复合材料由以下按重量百分数计的原料制成：

填料                            61%～75%

聚丙烯                          18%～25%

增容剂                          1%～5%

增韧剂                          2%～5%

流动改性剂                      1%～3%

PTFE粉                         1%～3%

抗氧剂                          1%～2%

颜料                            1%～1.5%。

3.如权利要求1所述的节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料，其特征在于，该复合材料由以下按重量百分数计的原料制成：

填料                            40%～60%

聚丙烯                          18%～25%

硫酸镁晶须                      10%～30%

增容剂                          1%～5%

增韧剂                          2%～5%

流动改性剂                      1%～3%

PTFE粉                         1%～3%

抗氧剂                          1%～2%

颜料                            1%～1.5%。

4.如权利要求1所述的节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料，其特征在于，所述的复合材料的原料还包含：硫酸镁晶须，该复合材料的原料由以下按重量百分数计的原料组成：

填料                            20%～40%

聚氯乙烯                        25%～60%

冲击改性剂                      7%～25%

锌钙复合稳定剂                  2%～12%

石蜡润滑剂                      1%～3%

颜料                            0.5%～2%。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料，其特征在于，所述的改性处理是指，将重量百分数为1%～5%的硬脂酸和95%～99%的填料，在90℃～100℃温度下，采用高速混合搅拌15%～30%分钟，使得硬脂酸与填料充分混合，成为一体。

6.一种采用如权利要求1所述的节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料制备用于室内顶、墙、地面板材的方法，其特征在于，该方法包含以下具体步骤：

步骤1，按照权利要求1所述的配方量将不饱和树脂基体、填料、改性添加剂、颜料在密炼机中混合搅拌均匀；

步骤2，将上述的混合原料加入到挤出机中，加热成型；

步骤3，由挤出机挤出加热成型后的条状复合材料，并使材料降温；

步骤4，把降温后的条状复合材料加入到制粒机中，加工成颗粒状的复合材料粒子；

步骤5，将上述复合材料粒子通过注射成型机把复合材料粒子熔融并注射到产品的金属模具中；

步骤6，冷却定型；

步骤7，打开模具，用机械手取出成型产品。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包含：步骤8，采用3D成影技术喷绘所需图案，再喷涂UV透明漆以保护喷绘图案，使其表面光亮度增强或具有亚光效果。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法采用IMD方法完成产品的表面装饰：在步骤3中，所述的产品模具内预先放置印有所需图案效果的薄膜，当注射完成后，其能与热塑性复合材料在模具中结为一体。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法采用IMR方法完成产品的表面装饰：在步骤3之后、步骤4之前，将油墨印刷在PE薄膜上，或以蒸着方式将金属材质、木纹、大理石纹或皮纹蒸着在PE薄膜上，将该薄膜的印刷位置与模具腔内产品欲印位置精确对位后，通过压膜框压紧薄膜使其贴服于模具内产品表面。

10.一种根据权利要求1所述的节能环保又可循环的热塑性树脂复合材料的用途，其特征在于，该材料能用于卫生间、厨房间、及其它室内的顶、墙面和地面；浴室柜台面板，浴室柜、桌、茶几、开关插座面板，及干手器、电吹风产品的外壳。