CN103980636B

CN103980636B - 一种木塑发泡复合材料及其制备方法

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Publication number: CN103980636B
Application number: CN201410238639.3A
Authority: CN
Inventors: 周继兰; 张元武
Original assignee: Gansu Yu Hui Novel Material Co Ltd
Current assignee: Gansu Yu Hui Novel Material Co Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2034-05-30
Also published as: CN103980636A

Abstract

本发明公开了一种木塑发泡复合材料及其制备方法，其特征在于：该复合材料由以下重量份数的原料制成：PVC树脂40～50份、轻质碳酸钙30～35份、木粉10～20份、ACM抗冲剂3.5～4.5份、HL‑100加工助剂3～4份、液体钡锌复合稳定剂3～4份、PE蜡1.5～2.5份、硬脂酸钙0.5～0.7份、发泡剂0.8～1.2份、环氧大豆油1.5～2份、小苏打0.5～1.0份和回收PVC废料15～25份；按照上述配方比例备料，采用“升温混料‑降温冷却‑挤出成型‑抽检”工艺步骤制备而成。与现有木塑发泡复合材料相比，本发明具有抗冲强度高、生产成本低、热稳定性好、加工性高、发泡量大且均衡的优点。

Description

一种木塑发泡复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑用材技术领域，尤其涉及一种木塑发泡复合材料及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料是一种以木料和塑料为主要原料，并通过不同的复合方法生成的高性能、高附加值的新型复合材料。近年来，随着科学技术的发展，现代社会对塑料材料要求更高，既要求其性能好、价格低，又要求其耐高温、易加工成型；既要求其有较好的刚性，又要求其有较好的韧性。然而，传统的塑料材料难以满足社会需求，但很快人们便认识到，通过塑料填充改性既可降低生产成本，又可提高产品的使用性能。因此，20世纪80年代末，日本、美国等国家通过改性技术充分利用木材和塑料的各自优点而消除他们许多固有缺点，木塑复合材料逐渐受到人们关注。

然而，以木粉作为填料，因其化学成分复杂且极性较强，与热塑性塑料间的相容性较差，极大影响了复合材料的力学性能。因此，木粉和塑料界面间的相容性成为急需解决的问题。经过30多年的发展，木粉和塑料相容性得到了解决，如加拿大B.V.KOKTA等人通过包覆乳胶或接枝上聚合物/乙烯基单体，提高了复合材料的机械性能，并且证明亚油酸是最合适的偶联剂；中国四川大学的杨鸣波等人使用了一种含酯键的表面活性剂处理秸秆粉，制备秸秆/PVC木塑复合材料，结果表明，复合材料的力学性能和加工性能均得到了有效改善；中科院广州化学所的廖兵等人采用化学改性方法，在复合材料表面接枝有机氰乙基，提高了PVC和木质纤维两者界面粘合力，也使得木纤维在复合材料中更易分散，从而大大提高复合材料的拉伸强度和冲击强度。

近年来，由于木塑材料应用领域的逐渐扩大和社会需求的提高，微孔木塑复合材料以密度低(密度可降低2O％～45％)，抗冲击强度、韧性、疲劳周期、热稳定性高和尺寸变化性更大的优点而深受人们喜爱。专利CN102746594A公开了一种木塑板及其制备方法，以PVC树脂、木粉、轻钙、复合稳定剂、润滑剂、发泡调节剂、发泡剂、三盐、增塑剂为原料加工而成，该木塑板具有防水、防潮、防雾、高环保性等优点，然而，该木塑板以全新PVC树脂为原料，较新废PVC树脂混合料而言，价格成本较高；配方中以复合稳定剂实现抗冲、稳定等性能，其各种性能提高度受到限制。专利CN103059474A公开了一种木塑复合发泡板及其制备方法，以PVC树脂、氯化聚乙烯弹性体、粉末丁腈橡胶、POE、HL-90或LP90、AC发泡剂、NC发泡剂、复合铅盐类稳定剂、葵二酸油醇酯、轻钙、木粉、PE蜡、OPE蜡和回收料，该复合发泡板具有静曲强度大、弹性模量高的特点，然而，该方案中采用复合铅盐类稳定剂和丁腈橡胶，有一定的毒性，其应用受到限制。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有木塑发泡复合材料技术存在的缺点，提供一种毒性低、抗冲击强度高、生产成本低、发泡均匀的木塑发泡复合材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种木塑发泡复合材料，其特征在于：以重量份数计，该复合材料由以下原料制成：PVC树脂40～50份、轻质碳酸钙30～35份、木粉10～20份、ACM抗冲剂3.5～4.5份、HL-100加工助剂3～4份、液体钡锌复合稳定剂3～4份、 PE蜡1.5～2.5份、硬脂酸钙0.5～0.7份、发泡剂0.8～1.2份、环氧大豆油1.5～2份、小苏打0.5～1.0份和回收PVC废料15～25份。

进一步，所述的PVC树脂为7型PVC树脂。

进一步，所述的轻质碳酸钙粒径为200～300目。

进一步，所述的木粉为含水量≤5％，粒径为60～80目。

进一步，所述的小苏打粒径为80～100目。

作为优选，所述的木塑发泡复合材料由以下重量份的原料制成：PVC树脂50份、轻质碳酸钙35份、木粉10份、ACM抗冲剂4份、HL-100加工助剂3份、液体钡锌复合稳定剂3.5份、PE蜡2份、硬脂酸钙0.6份、发泡剂1份、环氧大豆油2份、小苏打0.8份和回收PVC废料15份。

所述的一种木塑发泡复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)按照配方比例称取原料；

2)将称好的原料：轻质碳酸钙30～35份和木粉10～20份投入高速混合机搅拌，待温度升高至75～85℃时，恒温并以25～50转/分钟的转速高速搅拌5～8分钟；

3)在搅拌条件下，加入PE蜡1.5～2.5份、硬脂酸钙0.5～0.7份和HL-100加工助剂3～4份，升温至90～100℃，混合3～5分钟，其中搅拌机转速设置为50～85转/分钟；

4)在搅拌条件下，加入PVC树脂40～50份、回收PVC废料15～25份、ACM抗冲剂3.5～4.5份、液体钡锌复合稳定剂3～4份、环氧大豆油1.5～2份，升温至105～110℃，混合6～10分钟，其中搅拌机转速设置为65～85转/分钟；

5)在搅拌条件下，加入发泡剂0.8～1.2份、小苏打0.5～1.0份，升温至115～120℃，混合2～3分钟，其中搅拌机转速设置为85～100转/分钟；

6)高速混合搅拌完成后，将混合料输送至低速冷混机中，降温至45～50℃，冷却18～24小时；

7)混合料冷却完成后，输送至双螺杆挤出机中挤出成型；

8)抽检产品是否合格。

进一步，其制备工艺步骤7)中，挤出温度和压力为：I区135～170℃、II区170～185℃、III区180～190℃、IV区190～205℃、V区200～210℃、VI210～220℃，模头区220～230℃，模头挤出压力45～50MPa。

与现有木塑发泡复合材料相比，本发明的有益效果为：

1)本发明通过加工助剂HL-100改善材料的界面相容性，从而提高材料组分的相容性，又通过改进和控制制备工艺来提高生产效率和生产质量，尤其是混料温度、转速以及挤出温度、压力的控制，使得木粉在共混体系中的分散性达到最优，提高了木塑发泡复合材料的力学性能及其他使用性能。

2)本发明通过复合抗冲剂ACM改善材料的抗冲性能和分散力，又通过PE蜡润滑剂减少塑料成型加工中的摩擦力，改善加工性能并提高产品低温抗冲击性能。

3)本发明通过液体钡锌复合稳定剂改善材料稳定性，又通过环氧大豆油提高稳定剂的稳定性，并对发泡剂进行辅助活化，提高发泡量和发泡度，从而提高材料的抗冲性能；

4)本发明采用新废PVC树脂混料为基体，以轻质碳酸钙和木粉为填料，降低生产成本，并使制备的复合材料具有防水、防潮、防霉、防虫蛀和使用寿命长等优点。

5)本发明原料均是无毒或低毒性材料，甲醛含量低于0.2％，且无其他有害挥发性物质，具有高环保性、无污染、无公害等优点，并且其抗冲性达6.85K/m² 以上。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不限制权利范围。

实施例1

一种木塑发泡复合材料，以重量份数计，该复合材料由以下原料制成：PVC树脂40kg、轻质碳酸钙30kg、木粉10kg、ACM抗冲剂3.5kg、HL-100加工助剂3kg、液体钡锌复合稳定剂3kg、PE蜡1.5kg、硬脂酸钙0.5kg、发泡剂0.8kg、环氧大豆油1.5kg、小苏打0.5kg和回收PVC废料15kg。

其中，所述的PVC树脂为7型PVC树脂；所述的轻质碳酸钙粒径为200目；所述的木粉为含水量≤5％，粒径为60目；所述的小苏打粒径为80目。

按照上述配方比例称取原料，然后采用如下步骤制备木塑发泡复合材料：

1)将称好的原料：轻质碳酸钙30kg和木粉10kg投入高速混合机搅拌，待温度升高至75℃时，恒温并以25转/分钟的转速高速搅拌8分钟；

2)在搅拌条件下，加入PE蜡1.5kg、硬脂酸钙0.5kg和HL-100加工助剂3kg，升温至90℃，混合5分钟，其中搅拌机转速设置为50转/分钟；

3)在搅拌条件下，加入PVC树脂40kg、回收PVC废料15kg、ACM抗冲剂3.5kg份、液体钡锌复合稳定剂3kg、环氧大豆油1.5kg，升温至105℃，混合10分钟，其中搅拌机转速设置为65转/分钟；

4)在搅拌条件下，加入发泡剂0.8kg、小苏打0.5kg，升温至115℃，混合3分钟，其中搅拌机转速设置为85转/分钟；

5)高速混合搅拌完成后，将混合料输送至低速冷混机中，降温至50℃，冷却24小时；

6)混合料冷却完成后，输送至双螺杆挤出机中挤出成型,所述的挤出机的挤出温度和压力为：I区135～170℃、II区170～185℃、III区180～190℃、IV区190～205℃、V区200～210℃、VI210～220℃，模头区220～230℃，模头挤出压力45MPa；

7)抽检产品是否合格。

实施例2

一种木塑发泡复合材料，以重量份数计，该复合材料由以下原料制成：PVC树脂50kg、轻质碳酸钙35kg、木粉10kg、ACM抗冲剂4kg、HL-100加工助剂3kg、液体钡锌复合稳定剂3.5kg、PE蜡2kg、硬脂酸钙0.6kg、发泡剂1kg、环氧大豆油2kg、小苏打0.8kg和回收PVC废料15kg。

其中，所述的PVC树脂为7型PVC树脂；所述的轻质碳酸钙粒径为250目；所述的木粉为含水量≤5％，粒径为70目；所述的小苏打粒径为90目。

1)将称好的原料：轻质碳酸钙35kg和木粉10kg投入高速混合机搅拌，待温度升高至80℃时，恒温并以40转/分钟的转速高速搅拌6分钟；

2)在搅拌条件下，加入PE蜡2kg、硬脂酸钙0.6kg和HL-100加工助剂3kg，升温至95℃，混合4分钟，其中搅拌机转速设置为65转/分钟；

3)在搅拌条件下，加入PVC树脂50kg、回收PVC废料15kg、ACM抗冲剂4kg、液体钡锌复合稳定剂3.5kg、环氧大豆油2kg，升温至105℃，混合8分钟，其中搅拌机转速设置为75转/分钟；

4)在搅拌条件下，加入发泡剂1kg、小苏打0.8kg，升温至115℃，混合3分钟，其中搅拌机转速设置为90转/分钟；

5)高速混合搅拌完成后，将混合料输送至低速冷混机中，降温至48℃，冷却22小时；

6)混合料冷却完成后，输送至双螺杆挤出机中挤出成型，所述的挤出机的挤出温度和压力为：I区135～170℃、II区170～185℃、III区180～190℃、IV区190～205℃、V区200～210℃、VI210～220℃，模头区220～230℃，模头挤出压力48MPa；

7)抽检产品是否合格。

实施例3

一种木塑发泡复合材料，以重量份数计，该复合材料由以下原料制成：PVC树脂45kg、轻质碳酸钙32kg、木粉15kg、ACM抗冲剂4kg、HL-100加工助剂3.5kg、液体钡锌复合稳定剂3.5kg、PE蜡2.0kg、硬脂酸钙0.6kg、发泡剂1kg、环氧大豆油1.8kg、小苏打0.8kg和回收PVC废料20kg。

其中，所述的PVC树脂为7型PVC树脂；所述的轻质碳酸钙粒径为300目；所述的木粉为含水量≤5％，粒径为80目；所述的小苏打粒径为100目。

1)将称好的原料：轻质碳酸钙32kg和木粉15kg投入高速混合机搅拌，待温度升高至85℃时，恒温并以50转/分钟的转速高速搅拌5分钟；

2)在搅拌条件下，加入PE蜡2.0kg、硬脂酸钙0.6kg和HL-100加工助剂3.5kg，升温至100℃，混合3分钟，其中搅拌机转速设置为85转/分钟；

3)在搅拌条件下，加入PVC树脂45kg、回收PVC废料20kg、ACM抗冲剂4kg、液体钡锌复合稳定剂3.5kg、环氧大豆油1.8kg，升温至110℃，混合6分钟，其中搅拌机转速设置为85转/分钟；

4)在搅拌条件下，加入发泡剂1kg、小苏打0.8kg，升温至120℃，混合2分钟，其中搅拌机转速设置为100转/分钟；

6)混合料冷却完成后，输送至双螺杆挤出机中挤出成型，所述的挤出机的挤出温度和压力为：I区135～170℃、II区170～185℃、III区180～190℃、IV区190～205℃、V区200～210℃、VI210～220℃，模头区220～230℃，模头挤出压力50MPa；

7)抽检产品是否合格。

实施例4

一种木塑发泡复合材料，以重量份数计，该复合材料由以下原料制成：PVC树脂50kg、轻质碳酸钙35kg、木粉20kg、ACM抗冲剂4.5kg、HL-100加工助剂4kg、液体钡锌复合稳定剂4kg、PE蜡2.5kg、硬脂酸钙0.7kg、发泡剂1.2kg、环氧大豆油2kg、小苏打1.0kg和回收PVC废料25kg。

其中，所述的PVC树脂为7型PVC树脂；所述的轻质碳酸钙粒径为200～300目；所述的木粉为含水量≤5％，粒径为60～80目；所述的小苏打粒径为80～100目。

按照上述配方比例称取原料，然后采用如实施例1的工艺步骤制备木塑发泡复合材料。

以上实施例中，所述的木塑发泡复合材料的制备方法中，步骤7)抽检均采用如下标准进行：

拉伸性能按照标准GB/T1040-2006测试。

弯曲性能按照标准GB/T1042-2000测试。

简支梁缺口冲击性能按照标准GB/T1843-1993测试。

抽检结果如下表1。

表1-木塑发泡复合材料性能

从上表1可看出，本发明产品各性能指标均达到了国家标准，而对比实施例发现，采用实施例2配料所制备的木塑发泡复合材料性能达到最优，其原因可能为物料界面间相容性最好，并且在制备工艺中，采用合理的挤出压力和成型温度，使得木粉在塑料基体中的分散性最好。

Claims

1.一种木塑发泡复合材料，其特征在于：以重量份数计，该复合材料由以下原料制成：

PVC树脂40～50份、轻质碳酸钙30～35份、木粉10～20份、ACM抗冲剂3.5～4.5份、HL-100加工助剂3～4份、液体钡锌复合稳定剂3～4份、PE蜡1.5～2.5份、硬脂酸钙0.5～0.7份、发泡剂0.8～1.2份、环氧大豆油1.5～2份、小苏打0.5～1.0份和回收PVC废料15～25份；

按照上述配方比例称取原料，然后通过以下步骤加工制成：

1)将称好的原料：轻质碳酸钙30～35份和木粉10～20份投入高速混合机搅拌，待温度升高至75～85℃时，恒温并以25～50转/分钟的转速高速搅拌5～8分钟；

2)在搅拌条件下，加入PE蜡1.5～2.5份、硬脂酸钙0.5～0.7份和HL-100加工助剂3～4份，升温至90～100℃，混合3～5分钟，其中搅拌机转速设置为50～85转/分钟；

3)在搅拌条件下，加入PVC树脂40～50份、回收PVC废料15～25份、ACM抗冲剂3.5～4.5份、液体钡锌复合稳定剂3～4份、环氧大豆油1.5～2份，升温至105～110℃，混合6～10分钟，其中搅拌机转速设置为65～85转/分钟；

4)在搅拌条件下，加入发泡剂0.8～1.2份、小苏打0.5～1.0份，升温至115～120℃，混合2～3分钟，其中搅拌机转速设置为85～100转/分钟；

5)高速混合搅拌完成后，将混合料输送至低速冷混机中，降温至45～50℃，冷却18～24小时；

6)混合料冷却完成后，输送至双螺杆挤出机中挤出成型，挤出温度和压力为：I区135～170℃、II区170～185℃、III区180～190℃、IV区190～205℃、V区200～210℃、VI210～220℃，模头区220～230℃，模头挤出压力45～50MPa；

7)抽检产品是否合格。

2.如权利要求1所述的一种木塑发泡复合材料，其特征在于：以重量份数计，该复合材料由以下原料制成：PVC树脂50份、轻质碳酸钙35份、木粉10份、ACM抗冲剂4份、HL-100加工助剂3份、液体钡锌复合稳定剂3.5份、PE蜡2份、硬脂酸钙0.6份、发泡剂1份、环氧大豆油2份、小苏打0.8份和回收PVC废料15份。

3.如权利要求1所述的一种木塑发泡复合材料，其特征在于：所述的PVC树脂为7型PVC树脂。

4.如权利要求1所述的一种木塑发泡复合材料，其特征在于：所述的轻质碳酸钙粒径为200～300目。

5.如权利要求1所述的一种木塑发泡复合材料，其特征在于：所述的木粉为含水量≤5％，粒径为60～80目。

6.如权利要求1所述的一种木塑发泡复合材料，其特征在于：所述的小苏打粒径为80～100目。