一种木塑浴室板的配方及生产方法
技术领域
本发明涉及木塑材料领域,具体的说,涉及一种用做浴室板的木塑材料的配方及其制备方法。
背景技术
木塑复合材料是一种用木粉、木纤维或植物纤维填充热塑性聚合物经高温高压处理制成的材料,兼有木材和塑料的优点,它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。
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。
木塑材料中的木质纤维的用量会直接影响产品的外观和手感,一般PVC、PP或PE的含量过高,制成的材料更接近塑料;木质纤维的含量大于50%的木塑材料会更接近木质材料的手感,更受人们的欢迎。木塑材料中的木质纤维并不能被塑料完全包覆,且材料中还有一定的孔隙率,潮湿环境中,水分很容易沿着空隙进入到木质纤维中,导致木质纤维膨胀和发霉,引起木塑材料发霉和腐败,褪色和变色,研究发现,引起发霉的霉菌主要有黑曲霉、绳状青霉、球毛壳霉、绿粘帚霉、出芽短梗霉等,引起腐败的木腐真菌主要包括白腐菌和褐腐菌两大类。这将大大影响木塑材料的美观,降低其实用性和寿命。因此,如用做浴房的材料,还需要提供木塑材料的抗菌性,防霉性和防水性。
目前,木塑复合材料常用的抗微生物剂主要为噻唑基苯并咪唑类、异噻唑啉酮类等有机防霉抗菌剂;也在木塑复合材料添加无机物锌硼混合盐来防霉,虽然其毒性小、耐热温度高、不溶和耐久性好,但是抗微生物效果差,添加量大。中国专利CN102391660B公开了一种用于木塑复合材料的助剂,能够使木塑复合材料同时达到阻燃、抗微生物和防鼠蚁的功效。但该助剂的制备还需要较繁琐的工艺。
因此,改善该复合体系混合的均匀性及界面相容性,提高材料的抗菌性能和防水性能是制备用于预防的木塑复合材料的关键。
基于上述要求,本发明提供了一种用做浴房的木塑复合浴室板及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种木塑浴室板及其制备方法,本发明的浴室板能够采用农林废弃物制成的木质纤维粉,节约木材资源,且具有防水、防潮、防霉,易于加工。
本发明所述的木塑浴室板,包括表面层和底层,所述表面层采用以下重量份数的原料制成:
PVC树脂粉:10-30份;
钙质填充剂:2-5份;
银离子抗菌剂:1~2份;
所述底层采用以下重量份数的原料制成:
PVC树脂粉:70-90份;
木质纤维粉:20~30份;
钙质填充剂:28~35份;
增塑调节剂:6~10份;
稳定剂:3~6份;
内外润滑剂:0.5~2.0份;
ACR加工助剂:5~7份;
发泡剂:1~2份。
优选的,所述木塑浴室板的表面层采用以下重量份数的原料制成:
PVC树脂粉:10-15份;
钙质填充剂:3-4份;
银离子抗菌剂:1.2份;
所述底层采用以下重量份数的原料制成:
PVC树脂粉:85-90份;
木质纤维粉:20~30份;
钙质填充剂:28~35份;
增塑调节剂:6~8份;
稳定剂:3~5份;
内外润滑剂:0.8~1.0份;
ACR加工助剂:5~6份;
发泡剂:1~1.2份。
其中,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100~120目。
所述的PVC树脂粉可选用本领域常用的通用性PVC树脂粉,即悬浮法生产的疏松型树脂,俗称SG树脂,其组织疏松,表面形状不规则,断面输送多孔呈网状。因此,SG型树脂吸收增塑剂快,塑化速度快。一般粒度为10~400μm,优选与木质纤维粉粒度接近的20~200μm。
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。
ACR加工助剂是以提高塑料(主要为PVC)塑化加工性能的一类聚合物型助剂,通常为由甲基丙烯酸甲酯(MMC)和丙烯酸酯乳液共聚而成的高分子量聚合物(或包含少量苯乙烯等其他成分)。在PVC加工过程中,ACR加工助剂通过增加热量和剪切力的传递促进PVC塑化,并使熔体均一。同时,ACR加工助剂与PVC相容性好,在加工过程中高分子量的ACR分子链能插入PVC分子链之间,起着“缠结”的作用,可以显着提高PVC熔体的粘性和弹性。本发明中,所述ACR加工助剂为苯乙烯类。
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。
所述银离子抗菌剂可选用市购的银离子抗菌剂,如PVC银离子抗菌剂ZEOMIC DAW502等,为提高与本发明木塑材料的抗菌效果,本发明提供一种纳米银离子改性炭黑抗菌剂。
所述纳米银离子改性炭黑抗菌剂采用如下方法制备:
1)用浓度为1-2M的可溶性银盐的水溶液与氨水反应,形成银氨络合物碱性水溶液;其中,可溶性银盐的水溶液与氨水的摩尔比为1:2~15;
2)将炭黑加入双氧水中,混合均匀后放置10-60min,加入步骤1)制备的银氨络合物碱性水溶液中,进行还原反应,结束后分出沉淀并洗涤,所得棕黑色固体即为纳米银粒子改性碳纳米管;炭黑的质量是所述银离子质量的0.1-1.2倍;双氧水的摩尔用量是所述银离子摩尔质量的2~2.5倍。
所述的炭黑可选用常见的炭黑,优选白炭黑,粒度优选10-100μm;可溶性银盐一般可选用硝酸银。白炭黑既具有较高的比表面积,表面具有羟基,易于吸附银离子,又具有增强基材的功能,与其他常用的用于吸附银离子的比表面积大的物质(如沸石)相比,银离子改性炭黑的分散性好,吸水率低还能增强基材的强度。
本发明还提供了上述木塑浴室板的制备方法,包括如下步骤:
1)底层材料:将28~35份的钙质填充剂,以及配方量的木质纤维粉、增塑调节剂、稳定剂、内外润滑剂、ACR加工助剂和发泡剂混合,加入搅拌混料机混合,搅拌6-10分钟,然后加入70-90份的PVC树脂粉,搅拌20-30分钟,随后加热到130~150℃,混合30-60分钟,再冷却至70~80℃;
2)表层材料:将钙质填充剂,PVC树脂粉和银离子改性炭黑加入另一搅拌混料机混合,搅拌6-10分钟,然后加热到110~120℃,混合15-20分钟,再冷却至70~80℃;
3)将混合好的原料分别加入双层挤出机的进料口,加热至140~180℃挤出,挤出机机筒温度145℃-180℃,模头温度150℃-205℃,主机转速6.0-7.2转/min,喂料速度为9.7-10转/min;
4)经挤出后,磨具定型、冷却,定型压力1-5Mpa,保压21-30分钟,使温度降至60℃±5℃,然后牵引、定尺,切割成板。
制得的浴室板的长度、宽度、厚度可根据客户要求任意确定。
本发明的木塑浴室板具有如下优点:
1)本发明的木塑浴室板的表面具有抗菌层,能够很好的抗菌,防霉,其表面的抗菌层的孔隙率较低,具有较好的防水性;且原料来源广泛,成本低,节能环保,是取代普通密度板、多层板材的理想浴室装饰板;
2)本发明的木塑浴室板,易于加工,加工长度不受限制,且表面结皮硬、平整,无需人工打磨,能够节省劳动力资源,使用数年后,可100%回收再利用;
3)本发明的木塑浴室板,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。本实施例采用的设备是本领域常用的设备。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:
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;
钙质填充剂选用石家庄井陉碳酸钙厂的轻质碳酸钙;
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;
PE蜡选用江阴红盛塑料助剂厂的聚乙烯蜡;
表1实施例2-5的原料及厂家
实施例1
制备纳米银离子改性炭黑抗菌剂采用如下方法制备:
1)用浓度为2M的可溶性银盐的水溶液与氨水反应,形成银氨络合物碱性水溶液;其中,可溶性银盐的水溶液与氨水的摩尔比为1:10;
2)将炭黑加入双氧水中,混合均匀后放置60min,加入步骤1)制备的银氨络合物碱性水溶液中,进行还原反应,结束后分出沉淀并洗涤,所得棕黑色固体即为纳米银粒子改性碳纳米管;炭黑的质量是所述银离子质量的0.5倍;双氧水的摩尔用量是所述银离子摩尔质量的2倍。
实施例2
按下述重量份数称取各原料,其中银离子改性炭黑抗菌剂采用实施例1制备的抗菌剂:
PVC树脂粉:30份;
钙质填充剂:5份;
银离子抗菌剂:1份;
所述底层采用以下重量份数的原料制成:
PVC树脂粉:70份;
木质纤维粉:30份;
钙质填充剂:35份;
增塑调节剂:10份;
稳定剂:6份;
内外润滑剂:2.0份;
ACR加工助剂:7份;
发泡剂:2份。
本发明还提供了上述木塑浴室板的制备方法,包括如下步骤:
1)底层材料:将钙质填充剂,木质纤维粉、增塑调节剂、稳定剂、内外润滑剂、ACR加工助剂和发泡剂混合,加入搅拌混料机混合,搅拌6分钟,然后加入PVC树脂粉,搅拌30分钟,随后加热到150℃,混合30分钟,再冷却至75℃;
2)表层材料:将钙质填充剂,PVC树脂粉和银离子改性炭黑加入另一搅拌混料机混合,搅拌10分钟,然后加热到110℃,混合20分钟,再冷却至80℃;
3)将混合好的原料分别加入双层挤出机的进料口,加热至180℃挤出,挤出机机筒温度180℃,模头温度205℃,主机转速7.2转/min,喂料速度为9.7转/min;
4)经挤出后,磨具定型、冷却,定型压力5Mpa,保压25分钟,使温度降至60℃,然后牵引、定尺,切割成板。
制得的浴室板的长度2500mm;宽度72mm;厚度12mm。
实施例3
按下述重量份数称取各原料:
PVC树脂粉:20份;
钙质填充剂:25份;
银离子抗菌剂:1份;
所述底层采用以下重量份数的原料制成:
PVC树脂粉:80份;
木质纤维粉:30份;
钙质填充剂:25份;
增塑调节剂:8份;
稳定剂:8份;
内外润滑剂:1.0份;
ACR加工助剂:6份;
发泡剂:1.2份。
本发明还提供了上述木塑浴室板的制备方法,包括如下步骤:
1)底层材料:将钙质填充剂、木质纤维粉、增塑调节剂、稳定剂、内外润滑剂、ACR加工助剂和发泡剂混合,加入搅拌混料机混合,搅拌10分钟,然后加入PVC树脂粉,搅拌30分钟,随后加热到130℃,混合30分钟,再冷却至70℃;
2)表层材料:将钙质填充剂,PVC树脂粉和银离子改性炭黑加入另一搅拌混料机混合,搅拌10分钟,然后加热到110℃,混合20分钟,再冷却至70℃;
3)将混合好的原料分别加入双层挤出机的进料口,加热至140℃挤出,挤出机机筒温度155℃℃,模头温度160℃,主机转速6.0转/min,喂料速度为9.7转/min;
4)经挤出后,磨具定型、冷却,定型压力3Mpa,保压21分钟,使温度降至65℃,然后牵引、定尺,切割成板。
制得的浴室板的长度2500mm;宽度72mm;厚度12mm。
实施例4
按下述重量份数称取各原料:
PVC树脂粉:10份;
钙质填充剂:5份;
银离子抗菌剂:2份;
所述底层采用以下重量份数的原料制成:
PVC树脂粉:90份;
木质纤维粉:30份;
钙质填充剂:35份;
增塑调节剂:10份;
稳定剂:3份;
内外润滑剂:0.5份;
ACR加工助剂:5份;
发泡剂:1份。
按下述重量份数称取各原料:
本发明还提供了上述木塑浴室板的制备方法,包括如下步骤:
1)底层材料:将钙质填充剂、木质纤维粉、增塑调节剂、稳定剂、内外润滑剂、ACR加工助剂和发泡剂混合,加入搅拌混料机混合,搅拌8分钟,然后加入PVC树脂粉,搅拌30分钟,随后加热到140℃,混合50分钟,再冷却至80℃;
2)表层材料:将钙质填充剂,PVC树脂粉和银离子改性炭黑加入另一搅拌混料机混合,搅拌10分钟,然后加热到120℃,混合15分钟,再冷却至80℃;
3)将混合好的原料分别加入双层挤出机的进料口,加热至160℃挤出,挤出机机筒温度180℃,模头温度205℃,主机转速6.9转/min,喂料速度为9.8转/min;
4)经挤出后,磨具定型、冷却,定型压力2Mpa,保压30分钟,使温度降至55℃,然后牵引、定尺,切割成板。
制得的浴室板的长度2500mm;宽度72mm;厚度12mm。
实施例5
PVC树脂粉:15份;
钙质填充剂:2.5份;
银离子抗菌剂:1.5份;
所述底层采用以下重量份数的原料制成:
PVC树脂粉:85份;
木质纤维粉:20份;
钙质填充剂:30份;
增塑调节剂:6份;
稳定剂:6份;
内外润滑剂:1.5份;
ACR加工助剂:6份;
发泡剂:1份。
本发明还提供了上述木塑浴室板的制备方法,包括如下步骤:
1)底层材料:将钙质填充剂、木质纤维粉、增塑调节剂、稳定剂、内外润滑剂、ACR加工助剂和发泡剂混合,加入搅拌混料机混合,搅拌6-10分钟,然后加入PVC树脂粉,搅拌30分钟,随后加热到140℃,混合50分钟,再冷却至80℃;
2)表层材料:将钙质填充剂,PVC树脂粉和银离子改性炭黑加入另一搅拌混料机混合,搅拌10分钟,然后加热到110℃,混合15分钟,再冷却至70℃;
3)将混合好的原料分别加入双层挤出机的进料口,加热至150℃挤出,挤出机机筒温度170℃,模头温度195℃,主机转速7.0转/min,喂料速度为9.9转/min;
4)经挤出后,磨具定型、冷却,定型压力1Mpa,保压21分钟,使温度降至59℃,然后牵引、定尺,切割成板。
制得的浴室板的长度2500mm;宽度72mm;厚度12mm。
实施例2-5制备的产品性能如表2所示:
表2木塑浴室板的性能
其中,抗菌实验接种的菌种为:1.彩绒革盖菌[C.rio lus versi co lor;以及2.密粘裙菌[Glocophyllumtrabcum(Pers.ex Fr.)Murr];抗菌实验在木塑浴室板的表面接种上述菌种进行。
显然,本发明所述的木塑材料浴室板的抗菌性能大大优于现有技术中的木塑复合材料,尤其是添加银离子改性剂的表层抗菌性极好,失重率都超出现有的木塑材料,且力学性能优异,吸水率低,特别适用于制作浴室板。