CN105061792A - 环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料及其制备方法。所述的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料，其特征在于，包括基体，所述的基体的制备原料包括：基体树脂20wt％-74.8wt％，改性树脂5wt％-20wt％，增强纤维5wt％-20wt％，无机填充材料10wt％-64.8wt％，增白剂0wt％-5wt％，抗氧剂0.1wt％-1wt％，阻燃剂5wt％-20wt％和抗光老化剂0.1wt％-1wt％，所述的基体树脂为热塑性聚烯烃树脂，所述的改性树脂为极性热塑性聚合物。本发明采用包括但不限于聚碳酸酯、聚甲醛、聚酯及ABS等极性热塑性聚合物进行基体树脂极性改性，提高基体树脂的极性，改善涂层材料与基体树脂的粘结力，提高产品涂层加工工艺，提高建筑装饰产品质量延长产品使用寿命。
Description
技术领域
本发明以高性能纤维增强热塑性高分子及改性添加助剂为原材料，经过共混挤出，注塑挤出、附着涂料等工艺制备出环保、低能耗、耐开裂的建筑装饰材料。
背景技术
建筑装饰材料包括地面装饰、墙面装饰、顶面装饰及室内功能性装饰材料，例如地面瓷砖、墙体贴面瓷砖、吊顶装饰板材以及生活用陶瓷卫浴产品等，现有技术中，以上装饰材料采用陶瓷材料制成，制备过程采用胚体烧结、涂釉烧结等高能耗、高污染且材料无法重复利用的制造工艺；产品会由于烧结温度均匀性、材料膨胀收缩系数差异及内应力原因，导致易开裂、合格率较低等缺陷；陶瓷材料耐冲击性、韧性差，脆性高导致在运输、安装及以后的使用过程中不能有任何的碰撞与冲击，否则就会引起破碎、开裂甚至完全破坏，维护成本较高。
近年来有公司提出使用高填充无机填料、聚烯烃和其他添加助剂通过共混改性和注塑工艺制备建筑装饰用产品，如专利《一种硅灰石改性的热塑性树脂复合材料及制备产品的方法》CN101864108A和专利《经非金属材料改性的热塑性树脂复合材料及制备产品的方法》CN102061037A，以上专利介绍产品使用聚丙烯材料为基体树脂，聚丙烯材料为非极性材料，与表面涂料的粘附性极差，导致卫浴产品表面涂层与结构基材附着力差，产品生产制备工艺难度较高，易导致产品合格率降低，产品在长时间使用或者多次冷热循环的条件下表面涂层脱落，产品的长期使用性降低，同时无机材料的高填充导致最终产品的耐冲击性差、易开裂、易变性，影响产品性能。
同时有专利关于热固性材料通过共混浇注成型来制备卫浴产品，如专利《一种树脂基复合材料洁具五金件及其制备方法》CN101747607A，此制备方法工艺流程较为复杂，且热固性材料多含有溶剂型材料，易挥发、有毒性，对环境和人体危害较高，且固化工艺过程中易产生开裂、内应力等问题导致产品不合格，且热固性材料产品为不可重复利用的材料，绿色环保性差。
发明内容
本发明的目的是解决传统建筑装饰材料的高能耗、环境污染、易开裂、耐冲击性能差等一系列问题，同时解决现有热塑性复合建筑装饰材料产品的制备工艺困难、长期使用稳定差及易开裂问题和热固性卫浴产品的工艺流程复杂、脆性高及内应力导致的易开裂等问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料，其特征在于，包括基体，所述的基体的制备原料包括：基体树脂20wt％-74.8wt％，改性树脂5wt％-20wt％，增强纤维5wt％-20wt％，无机填充材料10wt％-64.8wt％，增白剂0wt％-5wt％，抗氧剂0.1wt％-1wt％，阻燃剂5wt％-20wt％和抗光老化剂0.1wt％-1wt％，所述的基体树脂为热塑性聚烯烃树脂，所述的改性树脂为极性热塑性聚合物。
优选地，所述的基体树脂为聚丙烯、聚乙烯、乙烯共聚物树脂和丙烯共聚物树脂中的至少一种。
优选地，所述的改性树脂为聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯(如PET/PBT/PTT/PETG/APET)、ABS极性热塑性聚合物、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯和乙烯-四氟乙烯共聚物中的至少一种。
优选地，所述的增强纤维为碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、金属纤维、对位与间位芳香族聚酰胺纤维、高强高模聚乙烯纤维、PPS纤维、PEEK纤维和热致性聚芳酯纤维中的至少一种。
优选地，所述的无机填充材料为碳酸钙、陶土、硅灰石及二氧化硅无机粉末中的至少一种。
优选地，所述的增白剂为钛白粉。
优选地，所述的抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂1076中的至少一种。
优选地，所述的阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝和磷氮类阻燃剂中的至少一种。
优选地，所述的抗光老化剂为二苯甲酮类、水杨酸类或苯并三唑类抗光老化剂。
优选地，所述的基体的表面涂覆有表面涂层，所述的表面涂层的制备原料包括：丙烯酸酯树脂10～60重量份，单体30～95重量份，光引发剂3～8重量份，溶剂90～300重量份，流平剂0.01～1重量份和荧光剂0.001-0.005重量份。
更优选地，所述的丙烯酸酯树脂为聚氨酯丙烯酸酯树脂、聚酯丙烯酸酯树脂、聚氨酯甲基丙烯酸酯树脂和聚酯甲基丙烯酸酯树脂中的一种或几种。
更优选地，所述的单体为1，6-己二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、丙氧化季戊四醇四丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯中的一种或几种。
更优选地，所述光引发剂为二苯甲酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1丙酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦和异丙基硫杂蒽酮中的一种或几种。
更优选地，所述的溶剂为醋酸丁酯、异丙醇、正丁醇、乙醇、丙二醇甲醚、乙二醇乙醚和丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种。
更优选地，所述的流平剂为聚醚改性有机硅、聚酯改性有机硅、聚二甲基硅氧烷、氟改性丙烯酸酯和丙烯酸酯共聚物中的一种或几种。
更优选地，所述的荧光剂为二苯乙烯类、香豆素类、吡唑啉类或苯并氧氮类荧光剂。
本发明还提供了上述的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料的制备方法，其特征在于，包括：按照配方量将基体的各制备原料在高混机中充分混合搅拌均匀，将混合后的原料由加料口加入到双螺杆挤出机的料斗中，在150℃-300℃条件下熔融共混挤出成型；冷却后在切粒机中切粒成复合材料粒子，烘干，将烘干的复合材料粒子加入到注塑机的料筒中，在150℃-300℃熔融注塑成型，在60℃-100℃冷却脱模，得到基体。
优选地，所述的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料的制备方法还包括：将表面涂层的制备原料混合，在基体表面涂覆表面涂层，紫外固化，得到成品。
优选地，所述的涂覆表面涂层的方法为浸涂或喷涂。
优选地，所述的基体通过破碎并粉碎制成复合材料粒子进行重复利用。
本发明使用热塑性聚烯烃为基体树脂，采用包括但不限于聚碳酸酯、聚甲醛、聚酯及ABS等极性热塑性聚合物进行基体树脂极性改性，提高基体树脂与涂料涂层的附着力，提高产品性能和使用；选用高强度高性能无机或有机纤维包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、金属纤维、对位与间位芳香族聚酰胺纤维、高强高模聚乙烯纤维、PPS纤维、PEEK纤维，热致性聚芳酯纤维来提高产品的抗开裂性、抗冲击性；选用包括但不限于碳酸钙、陶土、硅灰石及二氧化硅等低成本、无污染的无机粉末添加物为增强和填充材料；再选用添加增白剂(钛白粉)、抗氧剂、阻燃剂及抗光老化助剂来进一步提高产品性能；可以根据产品的使用条件选用或者不选用表面涂料为聚酯丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯水性涂料，具有高硬度(可达到6-7H)、高附着力、光泽度好、耐老化性能强等优点。。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明采用包括但不限于聚碳酸酯、聚甲醛、聚酯及ABS等极性热塑性聚合物进行基体树脂极性改性，提高基体树脂的极性，改善涂层材料与基体树脂的粘结力，提高产品涂层加工工艺，提高建筑装饰产品质量延长产品使用寿命。
2.本发明采用高性能纤维对建筑装饰材料进行增强，提高产品的抗冲击性能、抗开裂性能。与现有技术相比，本发明介绍的建筑装饰材料及制备方法具有耐开裂、耐冲击、易运输及低维护成本等特点。
3.本发明制备方法的建筑装饰材料具备制备工艺简单、成品率高、材料可重复利用、绿色环保、节能减耗等特点。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料，由基体和涂覆在基体表面的表面涂层组成。所述的基体的制备原料由以重量百分比计的聚丙烯(上海石化-T300型)25％；聚碳酸酯(拜耳公司-MakrolonPC)10％；碳酸钙40％；玻璃纤维10％；增白剂(TiO2)5％；阻燃剂(Mg(OH)2)9％；抗氧剂(1010)0.5％；抗光老化剂(巴斯夫-Tinuvin622)0.5％组成。
所述的表面涂层的制备原料由聚酯丙烯酸酯树脂(济宁华凯，HKP-4)20重量份，三丙二醇二丙烯酸酯30重量份，季戊四醇三丙烯酸酯35重量份，光引发剂(二苯甲酮)6重量份，醋酸乙酯100重量份，醋酸丁酯100重量份，聚酯改性有机硅(圣邦，DC-193)0.5重量份，荧光剂(晨昊-WGS)0.002重量份组成。
上述的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料的制备方法为：按照配方量将基体的各制备原料在高混机中充分混合搅拌均匀，将混合后的原料由加料口加入到双螺杆挤出机的料斗中，在160℃-220℃条件下熔融共混挤出成型；在水槽中水冷拉条冷却后在切粒机中切粒成复合材料粒子；把所述的复合材料粒子放入100℃～120℃的烘箱中加热烘干4h，除去水分；将烘干的复合材料粒子加入到注塑机的料筒中，加温至240℃使得复合材料粒子熔融，根据所要生产的单个产品的材料用量输入注塑机的电脑控制程序中，启动注塑机注射控制程序，采用注射螺杆推进将料筒中的复合材料注射到金属模具中，模具冷却温度为75℃，使产品冷却定型，打开模具，用取件机械手取出成型的半成品；将表面涂层的各制备原料按比例混匀，对半成品进行外观、形状检查后进行表面涂层，采用浸涂工艺进行表面涂覆，静置15min后在紫外光固化箱中固化30min后取出，涂层表面硬度6H，外观检查后得到成品。
本实施例的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料应用于地板，具有高耐冲击、耐开裂、耐磨、使用寿命长等特点。
实施例2
一种环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料，由基体组成。所述的基体的制备原料由以重量百分比计的聚乙烯(中国石化-5233)50％；聚碳酸酯(拜耳公司-MakrolonPC)5％；碳酸钙20％；玻璃纤维5％；阻燃剂(Mg(OH)2)19％；抗氧剂(1010)0.5％；抗光老化剂(巴斯夫-Tinuvin622)0.5％组成。
上述的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料的制备方法为：按照配方量将基体的各制备原料在高混机中充分混合搅拌均匀，将混合后的原料由加料口加入到双螺杆挤出机的料斗中，在130℃-180℃条件下熔融共混挤出成型；在水槽中水冷拉条冷却后在切粒机中切粒成复合材料粒子；把所述的复合材料粒子放入75℃～90℃的烘箱中加热烘干6h，除去水分；将烘干的复合材料粒子加入到注塑机的料筒中，加温至180℃使得复合材料粒子熔融，根据所要生产的单个产品的材料用量输入注塑机的电脑控制程序中，启动注塑机注射控制程序，采用注射螺杆推进将料筒中的复合材料注射到金属模具中，模具冷却温度为60℃，使产品冷却定型，打开模具，用取件机械手取出成型的半成品；对半成品进行表面打磨、修整毛边后进行外观、形状检查，制成成品。
本实施例的产品可应用于吊顶装饰板，具有质量轻、高耐冲击、阻燃、耐光老化等特点。
实施例3
一种环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料，由基体和涂覆在基体表面的表面涂层组成。所述的基体的制备原料由以重量百分比计的聚丙烯(上海石化-T300)30％；聚甲醛(杜邦-500P)10％；碳酸钙35％；玻璃纤维10％；增白剂(TiO2)5％；阻燃剂(Mg(OH)2)9％；抗氧剂(1010)0.5％；抗光老化剂(巴斯夫-Tinuvin622)0.5％组成。
所述的表面涂层的制备原料由聚酯丙烯酸树脂(济宁华凯，HKP-4)25重量份，三丙二醇二丙烯酸酯25重量份，季戊四醇三丙烯酸酯30重量份，光引发剂(二苯甲酮)8重量份，正丁醇100重量份，异丙醇100重量份，聚酯改性有机硅(圣邦，DC-193)0.5重量份，荧光剂(晨昊-WGS)0.005重量份组成。
上述的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料的制备方法为：按照配方量将基体的各制备原料在高混机中充分混合搅拌均匀，将混合后的原料由加料口加入到双螺杆挤出机的料斗中，在160℃-220℃条件下熔融共混挤出成型；在水槽中水冷拉条冷却后在切粒机中切粒成复合材料粒子；把所述的复合材料粒子放入100℃～120℃的烘箱中加热烘干4h，除去水分；将烘干的复合材料粒子加入到注塑机的料筒中，加温至220℃使得复合材料粒子熔融，根据所要生产的单个产品的材料用量输入注塑机的电脑控制程序中，启动注塑机注射控制程序，采用注射螺杆推进将料筒中的复合材料注射到金属模具中，模具冷却温度为75℃，使产品冷却定型，打开模具，用取件机械手取出成型的半成品；将表面涂层的各制备原料按比例混匀，对半成品进行外观、形状检查后进行表面涂层，采用浸涂工艺进行表面涂覆，静置15min后在紫外光固化箱中固化30min后取出，涂层表面硬度6H，外观检查后得到成品。
本实施例的产品应用于墙面贴砖，具有高耐冲击、耐开裂、耐磨、使用寿命长等特点。
实施例4
一种环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料，由基体和涂覆在基体表面的表面涂层组成。所述的基体的制备原料由以重量百分比计的聚丙烯(上海石化-T300)25％；聚甲醛(杜邦-500P)10％；碳酸钙40％；玻璃纤维10％；增白剂(TiO2)5％；阻燃剂(Mg(OH)2)9％；抗氧剂(1010)0.5％；抗光老化剂(巴斯夫-Tinuvin622)0.5％组成。
所述的表面涂层的制备原料由聚酯丙烯酸树脂(济宁华凯，HKP-4)25重量份，三丙二醇二丙烯酸酯25重量份，聚酯甲基丙烯酸树脂(上海华谊-优级)20重量份，三丙二醇二丙烯酸酯20重量份，季戊四醇三丙烯酸酯30重量份，光引发剂(二苯甲酮)8重量份，正丁醇100重量份，异丙醇100重量份，聚酯改性有机硅(圣邦，DC-193)0.5重量份，荧光剂(晨昊-WGS)0.005重量份，
上述的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料的制备方法为：按照配方量将基体的各制备原料在高混机中充分混合搅拌均匀，将混合后的原料由加料口加入到双螺杆挤出机的料斗中，在160℃-220℃条件下熔融共混挤出成型；在水槽中水冷拉条冷却后在切粒机中切粒成复合材料粒子；把所述的复合材料粒子放入100℃～120℃的烘箱中加热烘干4h，除去水分；将烘干的复合材料粒子加入到注塑机的料筒中，加温至220℃使得复合材料粒子熔融，根据所要生产的单个产品的材料用量输入注塑机的电脑控制程序中，启动注塑机注射控制程序，采用注射螺杆推进将料筒中的复合材料注射到金属模具中，模具冷却温度为75℃，使产品冷却定型，打开模具，用取件机械手取出成型的半成品；将表面涂层的各制备原料按比例混匀，对半成品进行外观、形状检查后进行表面涂层，采用浸涂工艺进行表面涂覆，静置15min后在紫外光固化箱中固化30min后取出，涂层表面硬度7H，外观检查后得到成品。
本实施例的产品可应用于高耐磨地板，具有高耐冲击、耐开裂、耐磨、使用寿命长等特点。
Claims (10)
1.一种环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料，其特征在于，包括基体，所述的基体的制备原料包括：基体树脂20wt％-74.8wt％，改性树脂5wt％-20wt％，增强纤维5wt％-20wt％，无机填充材料10wt％-64.8wt％，增白剂0wt％-5wt％，抗氧剂0.1wt％-1wt％，阻燃剂5wt％-20wt％和抗光老化剂0.1wt％-1wt％，所述的基体树脂为热塑性聚烯烃树脂，所述的改性树脂为极性热塑性聚合物。
2.如权利要求1所述的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料，其特征在于，所述的基体树脂为聚丙烯、聚乙烯、乙烯共聚物树脂和丙烯共聚物树脂中的至少一种。
3.如权利要求1所述的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料，其特征在于，所述的改性树脂为聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、ABS极性热塑性聚合物、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯和乙烯-四氟乙烯共聚物中的至少一种。
4.如权利要求1所述的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料，其特征在于，所述的增强纤维为碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、金属纤维、对位与间位芳香族聚酰胺纤维、高强高模聚乙烯纤维、PPS纤维、PEEK纤维和热致性聚芳酯纤维中的至少一种。
5.如权利要求1所述的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料，其特征在于，所述的无机填充材料为碳酸钙、陶土、硅灰石及二氧化硅无机粉末中的至少一种。
6.如权利要求1所述的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料，其特征在于，所述的增白剂为钛白粉。
7.如权利要求1所述的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂1076中的至少一种。
8.如权利要求1所述的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料，其特征在于，所述的阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝和磷氮类阻燃剂中的至少一种。
9.如权利要求1所述的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料，其特征在于，所述的基体的表面涂覆有表面涂层，所述的表面涂层的制备原料包括：丙烯酸酯树脂10～60重量份，单体30～95重量份，光引发剂3～8重量份，溶剂90～300重量份，流平剂0.01～1重量份和荧光剂0.001-0.005重量份。
10.权利要求1-9中任一项所述的环保型耐开裂耐冲击建筑装饰用复合材料的制备方法，其特征在于，包括：按照配方量将基体的各制备原料在高混机中充分混合搅拌均匀，将混合后的原料由加料口加入到双螺杆挤出机的料斗中，在150℃-300℃条件下熔融共混挤出成型；冷却后在切粒机中切粒成复合材料粒子，烘干，将烘干的复合材料粒子加入到注塑机的料筒中，在150℃-300℃熔融注塑成型，在60℃-100℃冷却脱模，得到基体。
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