CN103992590A

CN103992590A - 一种废旧塑料资源再生利用生产木塑材料的配方及其制备方法

Info

Publication number: CN103992590A
Application number: CN201410181159.8A
Authority: CN
Inventors: 赵悦英; 杨明; 顾元喆
Original assignee: Shandong Rays Of Sunlight Industrial Co Ltd
Current assignee: SHANDONG ENJOY ADVANCED MATERIAL Co.,Ltd.
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2034-04-30
Also published as: CN103992590B

Abstract

本发明涉及一种利用废旧塑料资源的木塑板材，所述木塑板材由回收PVC树脂粉，改性粘土和改性植物纤维粉以及多种助剂制备而成。与现有技术相比，本发明的木塑材料可以充分利用废旧塑料资源；且制备的木塑板材易于加工，其加工长度不受限制，且生产效率高、物理性能优良，强度高、韧性大、防水、防潮，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；其制备方法工艺简单、易于操作，稳定性好、易于加工。

Description

一种废旧塑料资源再生利用生产木塑材料的配方及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种木塑材料，具体的说，涉及一种利用废旧塑料的回收料制备的木塑板材及其制备方法。

背景技术

随着塑料的广泛应用，废弃塑料的处理日益引起人们的重视。一般废弃塑料的处理主要有以下3种方式：填埋、焚烧、回收再生利用。废旧塑料的回收再利用不仅能够减少环境污染问题，而且节约资源，是处理废弃塑料的首选方案。

通过将植物纤维与回收塑料复合，形成木塑复合材料，不但可有效的解决单一材料的某些性能缺陷，而且这些木塑复合材料在建筑、工程领域的广泛应用对于解决废弃塑料的回收利用、长期利用问题也是一条十分有效的途径，也是解决环保问题，降低白色污染的有效方式。但回收塑料由于含有较多的杂质，其色度，净度等较一次塑料的各项性能较差，物理化学性能也较差，与植物纤维的混炼成型更难。

目前木塑复合材料研究难点是：强极性植物纤维与非极性热塑性塑料均匀混合，提高植物纤维在复合材料中的含量及降低生产成本等问题，这些问题的解决直接影响成品材料的力学和其他物理化学性能。如中国专利公开号CN1872915A的专利公开了一种利用植物废弃秸杆合成的型材，它是将废弃秸杆粉与塑料树脂、碳酸钙、阻燃剂、防老化剂等混合后，挤压成合成板材，所制造的合成板材具有一定的力学性能，但耐水性差，二是表面耐磨性差，三是强度较低，易于损坏；中国专利公开号CN1958253A的专利公开了一种农作物秸杆木塑复合板，该种木塑复合板是在芯板的上、下两面分别粘贴贴面板，大大提高了木塑复合板的物理强度，但工艺难度增大，且不同层板之间的结合力较弱，降低了其应用寿命。

因此，改善该复合体系混合的均匀性及界面相容性，从而提高材料的各项物理化学性能是制备优良木塑复合材料的关键。

基于上述要求，本发明提供了一种木塑板材及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种再生利用废旧塑料资源的木塑板材及其制备方法。本发明能够充分再利用废旧塑料资源制备出性能优良的木塑板材。

本发明提供的一种再生利用废旧塑料资源的木塑板材，其由如下重量份数的原料制成：

回收PVC树脂粉：100份；

木质纤维粉：40～80份；

钙质填充剂：40～90份；

增塑剂：3～8份；

稳定剂：3～6份；

PE蜡：0.8～1.5份；

硬脂酸：0.8～1.5份；

发泡调节剂：5～10份；

发泡剂：0.5～1.5份；

分散剂：0.05～0.25份。

优选的，所述木塑板材由下述重量份数的原料制成：

回收PVC树脂粉：100份；

木质纤维粉：40～60份；

钙质填充剂：60～90份；

增塑剂：3～6份；

稳定剂：4～6份；

PE蜡：0.9～1.3份；

硬脂酸：0.8～1.2份；

发泡调节剂：5～8份；

发泡剂：1.0～1.5份；

分散剂：0.1～0.2份。

其中，回收PVC树脂粉科采用本领域常用的回收PVC料，所述回收PVC料一般是将回收的PVC制品清洗、破碎、干燥和制粒得到的。

所述木质纤维粉可选用本领域常用的木质纤维粉，特别是可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，为保证制备的木塑材料的强度，粉末的粒度优选为200～400目。

所述木质纤维粉可进行碱处理，所述碱处理如下进行：将木质纤维粉加入质量浓度为5-6％的氢氧化钠溶液，在45-50℃混合20-30min，然后加入质量浓度为8-10％双氧水，混合100-120min；氢氧化钠溶液和双氧水的加入量分别为木质纤维粉的0.1-0.2倍，0.8-1.5倍；

所述钙质填充剂为粘土，可选用高岭土等，优选超细粘土，其粒度优选为20-200nm。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。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。

所述粘土可进行酸处理：将所述粘土加入质量浓度为10-18％的硫酸，硫酸的加入质量为粘土质量的0.1-0.3倍，在50-56℃混合2-3h。

然后将经过碱处理的木质纤维粉和经过酸处理的粘土高速混合，转速为1000-1200rpm；烘干至水分含量为2-3％。

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，由于酸碱中和、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。

另外，所述增塑剂的加入，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。

PE蜡即聚乙烯蜡，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。

硬脂酸也是一种常用的润滑剂，它可以充当外润滑剂，主要通过与木粉混合，均匀地覆盖在木粉表面，从而提高其与聚合物基体的粘接。所述硬脂酸选用本领域常用的硬脂酸即可。

发泡调节剂为聚丙烯酸酯类发泡调节剂，可选用本领域常用的类型，如ACR发泡调节剂；如山东瑞丰高分子有限公司生产的ACR发泡调节剂。

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甲酰胺。

分散剂为上海毅胜化工有限公司生产的SAK-ZS-PLB。

本发明还提供上述木塑板材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

1)将木质纤维粉与钙质填充剂高速混合，转速为1000-1200rpm；

2)将上述混合物加入硬脂酸，PE蜡，分散剂，加热到130～150℃，利用搅拌混料机充分混合；

3)将回收PVC树脂粉加入增塑剂，稳定剂，加热到130～150℃，利用搅拌混料机充分混合，再输入步骤2)制备的混合物，然后加入发泡调节剂和发泡剂充分混合，再冷却至70～80℃放出；

4)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，所述木质纤维粉可经过碱处理；

所述碱处理如下进行：将木质纤维粉加入质量浓度为5-6％的氢氧化钠溶液，在45-50℃混合20-30min，然后加入质量浓度为8-10％双氧水，混合100-120min；氢氧化钠溶液和双氧水的加入量分别为木质纤维粉的0.1-0.2倍，0.8-1.5倍；

所述粘土可进行酸处理；所述酸处理如下进行：将粘土加入质量浓度为10-18％的硫酸，硫酸的加入质量为粘土质量的0.1-0.3倍，在50-56℃混合2-3h。

所述步骤1)还包括，将木质纤维粉和粘土的混合物干燥至水分含量为2-3％。

所述充分混合一般为在高速混合的状态下，混合30-50min。

与现有技术相比，本发明的木塑材料可以充分利用废旧塑料资源；且制备的木塑板材易于加工，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)，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；其制备方法工艺简单、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1-4所用的各原料的名称和生产厂家如表1所示；

表1实施例2-5的原料及厂家

如果回收PVC树脂粉为采购；

所述钙质填充剂选用石家庄井陉碳酸钙厂生产的钙粉；

硬脂酸选用张家港中宇化工有限公司。

PE蜡选用江阴红盛塑料助剂厂的聚乙烯蜡；

发泡剂选用杭州海虹精细化工有限公司生产的偶氮二甲酰胺；

发泡调节剂选用山东瑞丰高分子有限公司的ACR发泡调节剂；

分散剂为上海毅胜化工有限公司生产的SAK-ZS-PLB

实施例1

按照以下重量配比称取原料：

回收PVC树脂粉：100份；

木质纤维粉：60份；

钙质填充剂：60份；

增塑剂：6份；

稳定剂：6份；

PE蜡：0.9份；

硬脂酸：1.2份；

发泡调节剂：8份；

发泡剂：1.5份；

分散剂：0.2份。

然后利用以下方法制备木塑板材：

1)将木质纤维粉与钙质填充剂高速混合30min，转速为1200rpm；

2)将上述混合物加入硬脂酸，PE蜡，分散剂，加热到150℃，利用搅拌混料机充分混合；

3)将回收PVC树脂粉加入增塑剂，稳定剂，加热到150℃，利用搅拌混料机充分混合，再输入步骤2)制备的混合物，然后加入发泡调节剂和发泡剂充分混合，再冷却至70℃放出；

4)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。

其中，步骤1)中的木质纤维粉进行了碱处理：将木质纤维粉加入质量浓度为5％的氢氧化钠溶液，在50℃混合30min，然后加入质量浓度为10％双氧水，混合120min；氢氧化钠溶液和双氧水的加入量分别为木质纤维粉的0.15倍，1.0倍；

所述粘土进行了酸处理；所述酸处理如下进行：将粘土加入质量浓度为10％的硫酸，硫酸的加入质量为粘土质量的0.1倍，在50℃混合2h。

将碱处理后的木质纤维粉和酸处理后的粘土混合后，干燥至水分含量为2.3％。

实施例2

按照以下重量配比称取原料：

回收PVC树脂粉：100份；

木质纤维粉：40份；

钙质填充剂：90份；

增塑剂：6份；

稳定剂：6份；

PE蜡：1.3份；

硬脂酸：0.8份；

发泡调节剂：5份；

发泡剂：1.0份；

分散剂：0.1份。

然后利用以下方法制备木塑板材：

1)将木质纤维粉与钙质填充剂高速混合40min，转速为1200rpm；

2)将上述混合物加入硬脂酸，PE蜡，分散剂，加热到130℃，利用搅拌混料机充分混合；

3)将回收PVC树脂粉加入增塑剂，稳定剂，加热到130℃，利用搅拌混料机充分混合，再输入步骤2)制备的混合物，然后加入发泡调节剂和发泡剂充分混合，再冷却至80℃放出；

4)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。

所述粘土进行了酸处理；所述酸处理如下进行：将粘土加入质量浓度为18％的硫酸，硫酸的加入质量为粘土质量的0.3倍，在56℃混合3h。

将碱处理后的木质纤维粉和酸处理后的粘土混合后，干燥至水分含量为2.1％。

实施例3

按照以下重量配比称取原料：

回收PVC树脂粉：100份；

木质纤维粉：50份；

钙质填充剂：80份；

增塑剂：5份；

稳定剂：5份；

PE蜡：1.0份；

硬脂酸：1.0份；

发泡调节剂：6份；

发泡剂：1.2份；

分散剂：0.15份。

然后利用以下方法制备木塑板材：

1)将木质纤维粉与钙质填充剂高速混合50min，转速为1000rpm；

2)将上述混合物加入硬脂酸，PE蜡，分散剂，加热到140℃，利用搅拌混料机充分混合；

3)将回收PVC树脂粉加入增塑剂，稳定剂，加热到140℃，利用搅拌混料机充分混合，再输入步骤2)制备的混合物，然后加入发泡调节剂和发泡剂充分混合，再冷却至70～80℃放出；

4)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。

其中，步骤1)中的木质纤维粉进行了碱处理：将木质纤维粉加入质量浓度为6％的氢氧化钠溶液，在45℃混合20min，然后加入质量浓度为8％双氧水，混合100min；氢氧化钠溶液和双氧水的加入量分别为木质纤维粉的0.1倍，1.2倍；

所述粘土进行了酸处理；所述酸处理如下进行：将粘土加入质量浓度为18％的硫酸，硫酸的加入质量为粘土质量的0.3倍，在55℃混合2h。

将碱处理后的木质纤维粉和酸处理后的粘土混合后，干燥至水分含量为2.7％。

实施例4

按照以下重量配比称取原料：

回收PVC树脂粉：100份；

木质纤维粉：40～60份；

钙质填充剂：60～90份；

增塑剂：3～6份；

稳定剂：4～6份；

PE蜡：0.9～1.3份；

硬脂酸：0.8～1.2份；

发泡调节剂：5～8份；

发泡剂：1.0～1.5份；

分散剂：0.1～0.2份。

然后利用以下方法制备木塑板材：

1)将木质纤维粉与钙质填充剂高速混合30min，转速为1200rpm；

3)将回收PVC树脂粉加入增塑剂，稳定剂，加热到150℃，利用搅拌混料机充分混合，再输入步骤2)制备的混合物，然后加入发泡调节剂和发泡剂充分混合，再冷却至70～80℃放出；

实施例1-4制备的产品性能如表2所示：

表2木塑板材的性能

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板材的强度高、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

1.一种利用废旧塑料资源的木塑板材，其由如下重量份数的原料制成：

回收PVC树脂粉：100份；

木质纤维粉：40～80份；

钙质填充剂：40～90份；

增塑剂：3～8份；

稳定剂：3～6份；

PE蜡：0.8～1.5份；

硬脂酸：0.8～1.5份；

发泡调节剂：5～10份；

发泡剂：0.5～1.5份；

分散剂：0.05～0.25份。

2.如权利要求1所述的木塑板材，其特征在于，其由下述重量份数的原料制成：

回收PVC树脂粉：100份；

木质纤维粉：40～60份；

钙质填充剂：60～90份；

增塑剂：3～6份；

稳定剂：4～6份；

PE蜡：0.9～1.3份；

硬脂酸：0.8～1.2份；

发泡调节剂：5～8份；

发泡剂：1.0～1.5份；

分散剂：0.1～0.2份。

3.如权利要求1或2所述的木塑板材，其特征在于，所述木质纤维粉进行碱处理。

4.如权利要求3所述的木塑板材，其特征在于，所述碱处理如下进行：将木质纤维粉加入质量浓度为5-6％的氢氧化钠溶液，在45-50℃混合20-30min，然后加入质量浓度为8-10％双氧水，混合100-120min；氢氧化钠溶液和双氧水的加入质量分别为木质纤维粉质量的0.1-0.2倍，0.8-1.5倍。

5.如权利要求1或2所述的木塑板材，其特征在于，所述钙质填充剂为粘土；优选超细粘土，其粒度为20-200nm。

6.如权利要求5所述的木塑板材，其特征在于，所述粘土进行酸处理：将所述粘土加入质量浓度为10-18％的硫酸，硫酸的加入质量为粘土质量的0.1-0.3倍，在50-56℃混合2-3h。

7.如权利要求1-6任意一项所述的木塑板材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

1)将木质纤维粉与钙质填充剂高速混合，转速为1000-1200rpm；

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述木质纤维粉经过碱处理，所述碱处理如下进行：将木质纤维粉加入质量浓度为5-6％的氢氧化钠溶液，在45-50℃混合20-30min，然后加入质量浓度为8-10％双氧水，混合100-120min；氢氧化钠溶液和双氧水的加入量分别为木质纤维粉的0.1-0.2倍，0.8-1.5倍。

9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述粘土进行酸处理；所述酸处理如下进行：将粘土加入质量浓度为10-18％的硫酸，硫酸的加入质量为粘土质量的0.1-0.3倍，在50-56℃混合2-3h。

10.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)还包括，将木质纤维粉和粘土的混合物干燥至水分含量为2-3％。