CN103992589A - 一种利用回收废料生产的木塑建筑模板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种木塑建筑模板。本发明采用橡胶改性的粘土包覆木质纤维粉作为原料，与PVC以及其他助剂混合制备木塑建筑模板。橡胶改性的粘土包覆木质纤维粉中，粘土能够均匀包覆木质纤维粉，包覆木质纤维粉的粘土和游离的粘土又能够与橡胶粉均匀混合，在随后与PVC的熔融混料和挤出的过程中，能够既改善木塑材料中木质纤维和PVC的界面结合力，又作为增强相得到强度和韧性优良的木塑材料。且上述改性是通过简单的物理混合进行的，工艺简单，成本低，易操作，易实现。制备的木塑建筑模板强度高、韧性大、防水、防潮，加工长度不受限制，且生产效率高，使用数年后，可100％回收再利用。

Description

一种利用回收废料生产的木塑建筑模板及其制备方法

技术领域

本发明涉及木塑材料领域，具体的说，涉及一种用回收废料生产的可用做木塑建筑模板的木塑材料及其制备方法。

背景技术

随着人们环保节能意识的提高，已经不再满足于实木地板的木材浪费和强化地板的高甲醛释放，迫切需要一种具有节能、低耗费、易于打理的新型的建筑材料。建筑立模时需要采用建筑模板进行支撑，形成型面，模板短暂支撑混凝土，待混凝土固化后，再将模板拆除；模板可以反复利用，传统的建筑模板有木模和钢模两种，木模组装简单，韧性好，钢模尺寸稳定性好，强度高；但上述模板均有其不足之处，木模和钢模均不耐水，在有水的环境中，木模容易变形，钢模容易生锈，而且钢模的重量大，组装不便，成本较高。现阶段也使用部分胶合模板和竹模板，这两种材料制成的建筑模板，其组装简单，但材料的强度较低，存在使用周期短，最好的产品也只能用7到8次，而产品使用后无法回收再利用，造成环境污染。

木塑复合材料是一种新型的材料，是将加工处理过的废旧木材、锯末、农作物秸秆、坚果的壳按照一定的比例，与热塑性材料混合经高温高压处理制成，兼有木材和塑料的优点。其防水性能较好，韧性也较好。

木塑材料的主要原料是农林废弃物(如废弃木材、农作物稻秸秆等)和热塑性塑料。农作物秸秆作为农业生产的副产物，产量大、分布广，据统计目前我国农作物秸秆产生量每年约8～10亿吨。长期以来，国内外对农作物秸秆的综合利用进行了广泛的研究，获得了一些可利用的途径，其中重要的一种就是将木质纤维和塑料共混，制备复合材料，如将棉田废弃物和废弃的地膜混合，加入合适的添加剂制成木塑地板；将秸秆或花生壳与PVC、PP或PE混合，高温高压制备出木塑材料。木塑材料的开发应用有利于保护森林资源，减缓废弃木材和塑料对环境的污染，充分利用自然资源。

但木塑材料是由木质纤维和热塑性塑料组成，其原料分别为亲水性和疏水性材料，虽然有多重助剂，但其界面结合强度还是有待增强，以提高其强度和相关的力学性能。目前，有将木质改性的相关技术，其技术特点在于首先用一种专门配制的反应引发剂在木质材料之间引发化学反应，把木质材料的极性尽可能地消除，进行塑化的预处理。塑化处理使木塑材料加工性能好转，塑料使用量下降，在改善产品性能的同时降低了生产成本，从而增强了木塑产品的竞争力，但是该技术难度很大，尚处于探索阶段。

中国专利申请200910251678.6公开了一种利用竹板增强的木塑材料，但在实践中，由于竹材料和木塑材料的亲水性和疏水性差别，在实际应用中，复合材料的高强度并不能持续保持，制备的建筑模板具有较短的使用寿命。

基于上述需求和缺陷，本发明提供一种利用回收废料制备的具有优良疏水性能，防腐性能和高韧性，高硬度和高强度的木塑建筑模板及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种木塑建筑模板及其制备方法。所述木塑建筑模板利用回收废料生产，能够100％回收利用农林纤维废料，韧性高，硬度高、强度高且具有优良疏水性能，防腐性能。

本发明提供的一种利用回收废料生产的木塑建筑模板，其原料的重量配比为：

PVC树脂粉：100份；

改性木质纤维粉：10～20份；

钙质填充剂：50～80份；

增塑调节剂：6～15份；

稳定剂：2～5份；

内外润滑剂：1～2份；

CPE抗冲击剂：5～10份；

发泡剂：0.6～1.5份。

优选的，所述木塑建筑模板的原料的重量配比为：

PVC树脂粉：100份；

改性木质纤维粉：15～20份；

钙质填充剂：50～60份；

增塑调节剂：6～10份；

稳定剂：2～3份；

内外润滑剂：1～2份；

CPE抗冲击剂：6～8份；

发泡剂：0.8～1.0份。

其中，所述木质纤维粉可采用回收的农林废弃物，如选用取自含木纤维的秸秆、棉杆、枝桠、竹子和芦苇的生物质制成的木质纤维粉。

木质纤维粉的中含有大量的亲水性基团——羟基，具有很强的极性，PVC树脂基体通常为非极性、不亲水，故木质纤维和树脂基体间的相容性很差，界面粘结强度低，影响了机械性能；且木质纤维的羟基间可形成氢键，木质纤维之间的相互作用很强，使其在树脂基体中的分散极差，要达到均匀分散较为困难；因此，有必要将木质纤维粉进行改性。

所述改性木质纤维粉可采用以下方法制备：1)将超细粘土与木质纤维粉混合，2)加入硫化橡胶粉，进一步混合均匀，制成橡胶改性的木质纤维粉。

粘土具有很强的亲水性，一般是由硅氧四面体层和铝氧八面体层按一定的规则叠合而成的，经过超细粉碎后，其不光具有SiO2基团还具有Al2O3基团，其表面有大量的结构残缺、还有大量的羟基基团；木质纤维的表面也具有大量的羟基和表面缺陷，将超细粘土与木质纤维混合后，由于羟基和表面缺陷的相互吸引和作用，木质纤维蒋很快被超细粘土包覆。但此时该包覆超细粘土的木质纤维粉仍然具有较强的亲水性。

因此，随后需要改进该材料的疏水性，实验证明，橡胶具有较好的疏水性和韧性，亲水材料能够通过极性吸附，脱羟基等方式与其相互作用，形成综合性能更好的复合材料。将包覆超细粘土的木质纤维粉缓慢加入熔融的橡胶中，进行适当时间的熔融混炼，就可以制成疏水性好的橡胶改性的粘土包覆木质纤维粉。

多次实验证实，可采用以下工艺参数制备本发明所述的改性木质纤维粉。步骤1)中，所述木质纤维粉和超细粘土的重量配比为10：1.5-7；优选10:3-5；

其中，为保证制备的木塑材料的强度，木质纤维粉末的粒度优选为100～120目；超细粘土的粒度为10-500nm，优选20-200nm；

步骤1)中，所述的硫化橡胶粉为顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶中的一种或多种的混合物；优选乙丙橡胶、顺丁橡胶，氯丁橡胶和丁晴橡胶(丙烯腈含量分别为26％-33％)中的一种。所述硫化橡胶粉的粒度为10-500nm，优选10-100nm；

所述木质纤维粉和硫化橡胶粉的重量配比为：10:0.5-1.5。

所述钙质填充剂可选用碳酸钙。向木塑材料中加入适量的填充剂，会使其具有较好的手感，光面干燥而不显光亮，且耐热压性高，永久形变小。优选轻质碳酸钙粉或轻度活化碳酸钙。所述轻质碳酸钙是沉降体积为2.4-2.8mL/g的碳酸钙，一般是将石灰石等原料煅烧生成石灰(主要成分为氧化钙)和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳(主要成分为氢氧化钙)，然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀，最后经脱水、干燥和粉碎而制得；或先用碳酸纳和氯化钙进行复分解反应生成碳酸钙沉淀，然后经脱水、干燥和粉碎而制得。所述轻质碳酸钙的粒度为2-1000nm；优选粒度为2-50nm的超微细轻质碳酸钙。所述活化碳酸钙是改进工艺条件制备的轻质碳酸钙粉，可选用市场上常见的活化碳酸钙产品，如石家庄井陉碳酸钙厂生产的钙粉。

所述增塑调节剂的加入，可以降低PVC分子链间的作用力，使PVC塑料的玻璃化温度、流动温度与所含微晶的熔点均降低，赋予熔体优秀的熔体强度，提高树脂的可塑性，使制品柔软、耐低温性能好。所述增塑调节剂有邻苯二甲酸酯类、直链酯类、环氧类、磷酸酯类等，优选邻苯二甲酸酯类中的一种或多种的混合物，如DHP、DNP中的一种或混合物。

PVC在高温下加工，极易放出HCL，形成不稳定的聚烯结构。同时，HCL具有自催化作用，会使PVC进一步降解。另外，如果有氧存在或有铁、铝、锌、锡、铜和镉等离子存在，都会对PVC降解起催化作用，加速其老化。因此塑料将出现各种不良现象，如变色、变形、龟裂、机械强度下降、电绝缘性能下降、发脆等。为了解决这些问题，配方中必须加入稳定剂，尤其热稳定剂更是必不可少。PVC用的稳定剂包括热稳定剂、抗氧剂、紫外线吸收剂和螯合剂。配方设计时根据制品使用要求和加工工艺要求选用不同品种，不同数量的稳定剂。本发明中，所述稳定剂为钙锌系列稳定剂或稀土类稳定剂，可采用本领域市购的上述稳定剂，如深圳市森德利塑料助剂有限公司的CZX系列无毒钙锌稳定剂等；稀土稳定剂的加工性能极好，可选用济南金昌顺化工有限公司生产的PVC无尘稀土复合热稳定剂。

所述内外润滑剂的作用是降低熔体流动性，使产品易于脱模，为聚乙烯类，可选用市购的聚乙烯蜡，聚丙烯蜡或氧化聚乙烯蜡中的一种或多种的混合物。

其中，聚乙烯蜡分子量一般为1500～50000，平均不超10000，为蜡状树脂。外观是白色或黄色小颗粒。聚乙烯蜡热稳定性、化学稳定性和电性能都很好，熔融粘度和硬度均接近于石蜡，具有较强的内部润滑作用。

聚丙烯蜡的熔点高于聚乙烯蜡，具有耐化学性能强、电性能优良、常温抗湿能力强、熔融粘度高、分散性能和润滑效果好等特点。

氧化聚乙烯蜡是含有部分如羧基、羟基和酮基等极性基团的改性蜡产品，具有抗磨痕性、自修复性、可抛光性和耐用性，而且化学性能稳定、无毒无腐蚀，与聚氯乙烯等极性树脂的相容性较好。作为润滑剂，OPE蜡的酸酯一般控制在15～25mgKOH/g之间。在挤出和注塑生产工艺中，OPE蜡是目前较为良好的外润滑剂和脱模剂。

CPE抗冲击剂是国内常用的PVC抗冲击剂，可选用本领域常用的类型，如A型CPE抗冲击剂，如135A等。

所述发泡剂为偶氮酰胺类放热型发泡剂，如本领域常用的偶氮二异丁腈。

本发明采用橡胶改性的粘土包覆木质纤维粉作为原料，粘土能够均匀包覆木质纤维粉，包覆木质纤维粉的粘土和游离的粘土又能够与橡胶粉均匀混合，在随后与PVC的熔融混料和挤出的过程中，能够既改善木塑材料中木质纤维和PVC的界面结合力，又作为增强相得到强度和韧性优良的木塑材料。且上述改性是通过简单的物理混合进行的，工艺简单，成本低，易操作，易实现。

本发明还提供了一种利用回收废料生产的木塑建筑模板的制备方法，包括如下步骤：

a)制备改性木质纤维粉：1)将超细粘土与木质纤维粉混合，2)加入硫化橡胶粉，进一步混合均匀，制成橡胶改性的木质纤维粉；

b)将上述原料按照份数配比加入搅拌混料机混合，加热到130～150℃，再冷却至70～80℃放出；

c)将混合好的原料加入挤出机，加热至140～180℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成板材。

板材的长度、宽度、厚度可根据客户要求任意确定。

其中，步骤1)中，所述木质纤维粉和超细粘土的重量配比为10：1.5-7；优选10:3-5；

其中，为保证制备的木塑材料的强度，木质纤维粉末的粒度优选为100～120目；超细粘土的粒度为10-500nm，优选20-200nm；

步骤1)中，所述的硫化橡胶粉为顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶中的一种或多种的混合物；优选乙丙橡胶、顺丁橡胶，氯丁橡胶和丁晴橡胶(丙烯腈含量分别为26％-33％)中的一种。所述硫化橡胶粉的粒度为10-500nm，优选10-100nm；

所述木质纤维粉和硫化橡胶粉的重量配比为：10:0.5-1.5。

本发明的木塑板具有如下优点：

1)本发明的木塑建筑模板，其加工长度不受限制，且生产效率高、性能优良(强度高、韧性大、防水、防潮)，将来是取代普通密度板、多层板材的理想木塑建筑模板；

2)本发明的木塑建筑模板，易于加工，且表面结皮硬、平整，能够节省木材资源，使用数年后，可100％回收再利用；

3)本发明的木塑建筑模板，其生产工艺简单、易于操作，稳定性好、易于加工。

具体实施方式

以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的发明范围。该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

如无特别说明，所采用的方法是本领域常用的方法。本实施例采用本领域常用的设备。其中实施例2-5所用的各原料的名称和生产厂家如表1所示：

所述木质纤维粉选用临沂顺兴木质纤维粉有限公司生产的100～120目木粉；

所述钙质填充剂选用石家庄井陉碳酸钙厂生产的钙粉，1250目；

PVC树脂粉选用山东金威煤电生产的SG5型。

发泡剂选用杭州海虹精细化工有限公司生产的偶氮二异丁腈。

表1实施例2-5的原料及厂家

实施例1橡胶改性粘土包覆的木质纤维粉的制备

按照表2的各种重量配比称取下述原料：超细粘土采用河北建辉矿业的超细白粘土；硫化橡胶分别采用上海三连实业有限公司的丁腈粉末橡胶P-6387(组1和组2)和丁腈橡胶NBR P8300(丙烯腈含量分别为33％和26％)(组3和组4)；木质纤维粉分别采用山东省郓城县龙正纤维有限公司的木质纤维粉。

表2橡胶改性粘土包覆的木质纤维粉的制备

然后按下述步骤制备改性木质纤维粉：

1)先将超细粘土与木质纤维粉混合；

2)加入硫化橡胶粉，进一步混合均匀，制成橡胶改性的木质纤维粉。

实施例2

采用实施例1中组1制备的改性木质纤维粉。按照以下重量配比称取原料：

PVC树脂粉：100份；

改性木质纤维粉：20份；

钙质填充剂：50份；

增塑调节剂：12份；

稳定剂：4份；

内外润滑剂：1份；

CPE抗冲击剂：8份；

发泡剂：1.0份。

PVC树脂粉：100份；

然后利用以下方法制备木塑建筑模板：

a)称取改性木质纤维粉和各种原料；

b)将上述原料按照份数配比加入搅拌混料机混合，加热到130℃，再冷却至80℃放出；

c)将混合好的原料加入挤出机，加热至180℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成板材。

实施例3

采用实施例1中组2制备的改性木质纤维粉。按照以下重量配比称取原料：

PVC树脂粉：100份；

改性木质纤维粉：15份；

钙质填充剂：60份；

增塑调节剂：10份；

稳定剂：3份；

内外润滑剂：1份；

CPE抗冲击剂：6份；

发泡剂：0.8份。

然后利用以下方法制备木塑建筑模板：

a)称取改性木质纤维粉和各种原料；

b)将上述原料按照份数配比加入搅拌混料机混合，加热到150℃，再冷却至80℃放出；

c)将混合好的原料加入挤出机，加热至140℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成板材。

实施例4

采用实施例1中组3制备的改性木质纤维粉。按照以下重量配比称取原料：

PVC树脂粉：100份；

改性木质纤维粉：10份；

钙质填充剂：50份；

增塑调节剂：6份；

稳定剂：2份；

内外润滑剂：1份；

CPE抗冲击剂：5份；

发泡剂：0.6份。

然后利用以下方法制备木塑建筑模板：

a)称取改性木质纤维粉和各种原料；

b)将上述原料按照份数配比加入搅拌混料机混合，加热到130℃，再冷却至70℃放出；

c)将混合好的原料加入挤出机，加热至160℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成板材。

实施例5

采用实施例1中组4制备的改性木质纤维粉。按照以下重量配比称取原料：

PVC树脂粉：100份；

改性木质纤维粉：20份；

钙质填充剂：80份；

增塑调节剂：15份；

稳定剂：5份；

内外润滑剂：2份；

CPE抗冲击剂：10份；

发泡剂：1.5份。

然后利用以下方法制备木塑建筑模板：

a)称取改性木质纤维粉和各种原料；

b)将上述原料按照份数配比加入搅拌混料机混合，加热到140℃，再冷却至70～80℃放出；

c)将混合好的原料加入挤出机，加热至180℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成板材。

实施例2-5制备的产品性能如表3所示：

表3木塑浴室板的性能

显然，与现有技术中的木塑复合材料相比，本发明所述的木塑材料建筑模板的强度高、韧性大、防水、防潮，且生产效率高，使用数年后，可100％回收再利用。

Claims (10)

1.一种木塑建筑模板，其特征在于，其原料的重量配比为：

PVC树脂粉：100份；

改性木质纤维粉：10～20份；

钙质填充剂：50～80份；

增塑调节剂：6～15份；

稳定剂：2～5份；

内外润滑剂：1～2份；

CPE抗冲击剂：5～10份；

发泡剂：0.6～1.5份。

2.如权利要求1所述的木塑建筑模板，其特征在于，其原料的重量配比为：

PVC树脂粉：100份；

改性木质纤维粉：15～20份；

钙质填充剂：50～60份；

增塑调节剂：6～10份；

稳定剂：2～3份；

内外润滑剂：1～2份；

CPE抗冲击剂：6～8份；

发泡剂：0.8～1.0份。

3.如权利要求1或2所述的木塑建筑模板，其特征在于，所述改性木质纤维粉可采用以下方法制备：1)将超细粘土与木质纤维粉混合，2)加入硫化橡胶粉，进一步混合均匀，制成橡胶改性的木质纤维粉。

4.如权利要求3所述的木塑建筑模板，其特征在于，步骤1)中，所述木质纤维粉和超细粘土的重量配比为10：1.5-7；所述木质纤维粉和硫化橡胶粉的重量配比为：10:0.5-1.5。

5.如权利要求3或4所述的木塑建筑模板，其特征在于，所述木质纤维粉和超细粘土的重量配比为10:3-5；所述超细粘土的粒度为10-500nm，所述木质纤维粉末的粒度为100～120目；所述硫化橡胶粉的粒度为10-500nm。

6.如权利要求3-5任意一项所述的木塑建筑模板，其特征在于，所述超细粘土的粒度为20-200nm；所述硫化橡胶粉的粒度为10-100nm。

7.如权利要求3或4所述的木塑建筑模板，其特征在于，步骤1)中，所述的硫化橡胶粉为顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶中的一种或多种的混合物。

8.如权利要求3、4或7所述的木塑建筑模板，其特征在于，所述的硫化橡胶粉为乙丙橡胶、顺丁橡胶，氯丁橡胶和丁晴橡胶。

9.如权利要求1-8任意一项所述的木塑建筑模板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)制备改性木质纤维粉：1)将超细粘土与木质纤维粉混合，2)加入硫化橡胶粉，进一步混合均匀，制成橡胶改性的木质纤维粉；

b)将上述原料按照份数配比加入搅拌混料机混合，加热到130～150℃，再冷却至70～80℃放出；

c)将混合好的原料加入挤出机，加热至140～180℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成板材。

10.如权利要求9所述的木塑建筑模板的制备方法，其特征在于，所述木质纤维粉和超细粘土的重量配比为10：1.5-7；所述木质纤维粉和硫化橡胶粉的重量配比为：10:0.5-1.5；所述超细粘土的粒度为10-500nm，所述木质纤维粉末的粒度为100～120目；所述硫化橡胶粉的粒度为10-500nm。