CN105295223A - 一种pvc木塑结皮发泡基材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PVC木塑结皮发泡基材及其制备方法，该木塑结皮发泡基材是由以下重量份数的PVC、改性固硫灰、木粉、稳定剂、润滑剂、发泡剂等原料制成。该发明是通过采用锥形双螺杆结皮发泡技术，将干混料挤出机进行熔融后挤出，经板材模具发泡成型，即得PVC木塑结皮发泡基材。采用本发明方法制备的PVC木塑结皮发泡基材，具有质轻、表面硬度高、防水、防腐、保温的优点，并且具有木材可钉、可锯、可刨的加工特点，可广泛用于建筑、运输、包装及家庭装饰领域。<b />

Description

一种PVC木塑结皮发泡基材及其制备方法

技术领域

本发明属于木塑材料技术领域，具体涉及一种PVC木塑结皮发泡基材及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料（Wood-PlasticComposites,WPC）是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料，指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，代替通常的树脂胶粘剂，与超过50%以上的木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料，再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺，生产出的新型环保板材，主要用于建材、家具、物流包装等行业。

我国是一个贫油富煤国家，人口众多，在快速发展过程中，能源需求量大，其中火力发电占70%以上，每年的固硫灰、固硫灰渣排放量已达1.5亿万吨左右。

目前，固硫灰综合利用方向窄，固硫灰再利用量远低于固硫灰的排放量，大量未被二次利用的固硫灰堆放，不仅土地资源占用量大，而且危害生态环境，因此，亟需将其资源化处置。

高钙固硫灰（CAFs）是循环流化床锅炉炉内脱硫生产过程中，产生的一种固体粉尘。循环流化床锅炉炉内脱硫是在煤粉中加入一定比例的碳酸钙，在850℃～900℃下燃烧过程中，煤粉中的硫氧化后与碳酸钙反应，生成亚硫酸钙和硫酸钙固体颗粒，以及过量碳酸钙分解为氧化钙颗粒，通过烟气除尘器收集的粉尘中所含钙、硫都比普通粉煤灰高，因此称为高钙固硫灰，通过排渣系统排放的粗颗粒，称为固硫渣。

高钙固硫灰的综合利用，目前尚缺少成熟的技术，诸多研究者普遍关注将固硫灰作为建筑材料原料综合利用的研究，主要应用方向有混凝土掺合料、水泥混合料和膨胀剂等，如中国专利CN104326722A、CN103011367A、CN102850012A、CN103979894A、CN103253900A和CN103936456A。但是这些研究也存在局限性，对固硫灰的利用率远远不能满足日益增多的固硫灰大量堆积问题。

经过发明人长时间的研究，本公司利用固硫灰为填料，采用锥形双螺杆三层共挤技术生产PVC木塑发泡基材，提高了废料高钙固硫灰的利用率，拓宽了固硫灰的应用领域。但是在本工艺中，固硫灰未做处理，直接和其他的填料混合，利用三层共挤技术生产PVC木塑发泡基材，这样的生产工艺将有以下不足，第一，由于未处理的固硫灰与PVC界面不相容，未处理的固硫灰在复合材料中可形成应力集中点，将会降低PVC木塑发泡基材的性能如抗落锤冲击强度、抗弯强度等力学性能；第二，在使用未预处理固硫灰作为PVC木塑发泡基材的填料时，为了保证材料的力学性能，不得不采用三层共挤技术，使发泡基材两面形成约1~2mm的共挤皮层，导致发泡基材用料多，密度大，在如广告板、建筑模板领域使用，材料成本高，不易搬运；第三，采用三层共挤工艺技术，由于该技术采用两台挤出机同时挤出，设备投入大、能耗高，且三层共挤工艺难度大，挤出速度慢，生产效率低。

发明内容：

本发明目的在于提供一种用改性后的固硫灰作为填料，生产一种PVC木塑结皮发泡基材及其制备方法。

为达到上述目的，所述PVC木塑结皮发泡基材由以下重量份数的原料制成：

PVC-SG5：100份；800~1500目改性固硫灰：20~70份；偶联剂：固硫灰质量的1~5%；木粉：10~45份；稳定剂：3~7份；增塑剂：0.7~1.9份；增韧改性剂：3~17份；外润滑剂：0.4~1.5份；内润滑剂：0.1~1份；高温润滑剂：0.1~1份；高温发泡剂：0.3~0.7份；低温发泡剂：0.3~0.7份；发泡调节剂：4~8份。

其中，所述偶联剂选自硅烷偶联剂KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、钛酸酯、铝酸酯中的一种；

所述木粉是选自80-100目，水分质量分数小于等于4%的木粉；

所述稳定剂选自江西宏远化工PVC板材专用铅盐稳定剂（型号307）、广东炜林纳WWL-2型号铅盐稳定剂或广东炜林纳WWP-B型号稀土钙锌多功能热稳定剂中的一种；

所述增塑剂为丙烯酸酯类聚合物；

所述增韧改性剂为CPE（氯化聚乙烯）、MBS（甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物）、NBR（丁二烯与丙烯腈共聚物）、或EVA（乙烯—醋酸乙烯共聚物）中的一种；

所述的外润滑剂选自PE蜡、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸的一种；

所述内润滑剂为硬脂酸钙、羟基硬脂酸、单硬脂酸甘油酯、硬脂醇、酯蜡、皂化蜡中的一种；

所述高温润滑剂为季戊四醇、氧化聚乙烯蜡中的一种；

所述高温发泡剂为偶氮二甲酰胺，低温发泡剂为碳酸氢钠，

所述发泡调节剂为丙烯酸脂类聚合物。

一种PVC木塑发泡基材的制备方法，包括以下步骤：

（1）将分级后的固硫灰在120℃烘至衡重后，采用偶联剂进行处理后备用；

（2）将PVC-SG5：100份；800~1500目改性固硫灰：20~70份；偶联剂：以固硫灰质量的1~5%；木粉：10~45份，稳定剂：3~7份，增塑剂：0.7~1.9份，增韧改性剂：3~17份；外润滑剂：0.4~1.5份；内润滑剂：0.1~1份，高温润滑剂：0.1~1份，高温发泡剂：0.3~0.7份，低温发泡剂：0.3~0.7份，发泡调节剂：4~8份，按配方计量备料，通过真空输送系统送入高速混料机，待温度达到120℃后放料至低速混料机降温至50-60℃，得干混料；

（3）采用锥形双螺杆结皮发泡技术将制备好的上述干混料送入锥形双螺杆挤出机进行熔融后挤出，经板材模具成型，再经冷却定型台对板材上下表面逐级冷却，挤出机机筒温度为180~198℃，模头温度为165~178℃、螺杆转速均为10.6~19.1r/min，即得以PVC木塑结皮发泡基材。

有益效果

本发明将利用改性固硫灰作为填料，提供一种新的制备PVC木塑结皮发泡基材的配方和工艺，本发明利用偶联剂对固硫灰进行预处理，采用结皮发泡技术制备PVC木塑结皮发泡基材，由于偶联剂中水解性官能基团能与无机材料表面的羟基起反应形成化学键，偶联剂中非水解基团基团能与树脂起反应形成化学键，可提高固硫灰与PVC树脂界面相容性，避免形成应力集中点，就不需采用三层共挤技术形成致密表层来弥补由未改性固硫灰对板材力学性能的破坏，从而可以直接采用结皮发泡工艺，使板材更加轻量化；由于高钙固硫灰中CaO含量较高，可以有效的促进干混料在加工过程中的塑化，使干混料更有利于加工。采用本发明工艺方法可以提高固硫灰的附加值，实现固硫灰的综合利用，变废为宝，同时也降低了PVC木塑发泡复合材料的成本，提高了PVC木塑发泡板的市场竞争力。

附图说明：

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细描述，所述稳定剂选自江西宏远化工PVC板材专用铅盐稳定剂（型号307）、广东炜林纳WWL-2型号铅盐稳定剂或广东炜林纳WWP-B型号稀土钙锌多功能热稳定剂中的一种。

实施例1：

本发明是以偶联剂改性高钙固硫灰为填料制备PVC木塑结皮发泡基材的制备工艺，实施例包括如下步骤：

（1）将分级后的固硫灰800目（成分分析见表1）置入烘箱，在120℃下烘至衡重，再将其转入恒温搅拌器中，低速搅拌过程中降温至60℃后，加入固硫灰质量的2%的硅烷偶联剂，高速搅拌30min，再转入烘箱以120℃烘2小时，最后在80℃下烘至衡重；

（2）配方表见表2，按表2中配方将PVC-SG5、硅烷偶联剂预处理后的固硫灰、木粉、江西宏远化工PVC板材专用铅盐稳定剂（型号307）、ACR加工助剂（增塑剂）、CPE（增韧改性剂）、PE蜡（外润滑剂）、偶氮二甲酰胺（高温发泡剂）、碳酸氢钠（低温发泡剂）、丙烯酸脂类聚合物（发泡调节剂）·、硬脂酸钙（内润滑剂）和氧化聚乙烯蜡（高温润滑剂）通过真空输送系统送入高速混料机，待温度达到120℃后放料至低速混料机降温至60℃，得挤出用干混料。

（3）采用结皮发泡工艺将锥形双螺杆挤出机、模具加热至工艺设定温度，打开冷却定型台冷却水循环，将混好的干混料送入挤出机料斗后，开动螺杆挤出机挤出成型，具体加工工艺参数见表3，即得以偶联剂改性固硫灰为填料的PVC木塑结皮发泡基材产品。

实施例1产品检测结果见表4。

表1、高钙固硫灰主要成分表

表2、以800目改性高钙固硫灰为填料的PVC木塑发泡基材配方(份)

表3、以800目改性高钙固硫灰为填料的PVC木塑发泡基材配方加工工艺

表4、以800目改性高钙固硫灰为填料的PVC木塑结皮发泡基材配方产品性能

实施例2：

操作同实施例1，区别在于所用稳定剂为广东炜林纳WWP-B型号稀土钙锌多功能热稳定剂，配方见表5，加工工艺参数同实施例1。

实施例2产品检测结果见表6。

表5、以800目改性高钙固硫灰为填料的PVC木塑发泡基材配方(份)

表6、以800目改性高钙固硫灰为填料的PVC木塑结皮发泡基材配方产品性能

实施例3：

操作同实施例1，区别在于所用增韧改性剂为NBR(丁二烯与丙烯腈共聚物)，配方见表7，具体工艺参数同实施例1。

实施例3产品检测结果见表8。

表7、以800目改性高钙固硫灰为填料的PVC木塑发泡基材配方(份)

表8、以800目改性高钙固硫灰为填料的PVC木塑结皮发泡基材配方产品性能

实施例4：

区别在于使用偶联剂为铝酸酯，实施例包括如下步骤：

(1)将分级后的固硫灰800目(成分分析见表1)置入烘箱，在120℃下烘至衡重，再将其转入高速混料机中，然后加入铝酸酯，加入量为固硫灰质量的1％，高速混料至110℃后持续混料3min。

(2)配方表见表9，按表8中配方将PVC-SG5、铝酸酯预处理固硫灰、木粉、江西宏远化工PVC板材专用铅盐稳定剂(型号307)、ACR加工助剂、CPE(增韧改性剂)、PE蜡、偶氮二甲酰胺(高温发泡剂)、碳酸氢钠(低温发泡剂)、丙烯酸脂类聚合物(发泡调节剂)、硬脂酸钙(内润滑剂)和氧化聚乙烯蜡(高温润滑剂)通过真空输送系统送入高速混料机，待温度达到120℃后放料至低速混料机降温至60℃，得挤出用干混料。

(4)采用结皮发泡工艺将锥形双螺杆挤出机、模具加热至工艺设定温度，打开冷却定型台冷却水循环，将混好的干混料送入挤出机料斗后，开动螺杆挤出机挤出成型，具体加工工艺参数同实例1，即得以偶联剂改性固硫灰为填料的PVC木塑结皮发泡基材产品。

实施例4产品检测结果见表10。

表9、以800目改性高钙固硫灰为填料的PVC木塑发泡基材配方(份)

表10、以800目改性高钙固硫灰为填料的PVC木塑结皮发泡基材配方产品性能

实施例5：

操作同实施例1，区别在于：去掉实施例1中第一步，从实施例第二步开始制备流程，即未对800目固硫灰进行偶联剂改性。配方、加工工艺参数同实施例1。其产品检测结果见表11。与实施例1产品性能对比见表12。

表11、未改性800目固硫灰为填料的PVC木塑结皮发泡基材配方产品性能

表12、实施例5与实施例1基材产品性能对比

最后需要说明，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (12)

1.一种PVC木塑结皮发泡基材，其特征在于，所述PVC木塑发泡基材由以下重量份数的原料制成：

PVC-SG5：100份；800～1500目改性固硫灰：20～70份；偶联剂：固硫灰质量的1～5％；木粉：10～45份；稳定剂：3～7份；增塑剂：0.7～1.9份；增韧改性剂：3～17份；外润滑剂：0.4～1.5份；内润滑剂：0.1～1份；高温润滑剂：0.1～1份；高温发泡剂：0.3～0.7份；低温发泡剂：0.3～0.7份；发泡调节剂：4～8份。

2.根据权利要求书1所述的一种PVC木塑结皮发泡基材，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、钛酸酯、铝酸酯中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种PVC木塑结皮发泡基材，其特征在于，所述木粉是选自80～120目，水分质量分数小于等于4％的木粉。

4.根据权利要求1所述的一种PVC木塑结皮发泡基材，其特征在于，所述稳定剂选自铅盐稳定剂、WWP-B型号稀土钙锌多功能热稳定剂中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种PVC木塑结皮发泡基材，其特征在于，所述增塑剂为丙烯酸酯类聚合物。

6.根据权利要求1所述的一种PVC木塑结皮发泡基材，其特征在于，所述增韧改性剂为CPE(氯化聚乙烯)、MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物)、NBR(丁二烯与丙烯腈共聚物)、EVA(乙烯—醋酸乙烯共聚物)中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种PVC木塑结皮发泡基材，其特征在于，所述的外润滑剂选自PE蜡、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸的一种。

8.根据权利要求1所述的一种PVC木塑结皮发泡基材，其特征在于，所述内润滑剂选自硬脂酸钙、羟基硬脂酸、单硬脂酸甘油酯、硬脂醇、酯蜡、皂化蜡中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种PVC木塑结皮发泡基材，其特征在于，所述高温润滑剂选自季戊四醇、氧化聚乙烯蜡中的一种。

10.根据权利要求1所述的一种PVC木塑结皮发泡基材，其特征在于，所述高温发泡剂为偶氮二甲酰胺；低温发泡剂为碳酸氢钠。

11.根据权利要求1所述的一种PVC木塑结皮发泡基材，其特征在于，所述发泡调节剂为丙烯酸脂类聚合物。

12.一种PVC木塑结皮发泡基材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将分级后的固硫灰在120℃烘至衡重后，采用偶联剂进行处理后备用；

(2)将PVC-SG5：100份；800～1500目改性固硫灰：20～70份；偶联剂：固硫灰质量的1～5％；木粉：10～45份；稳定剂：3～7份；增塑剂：0.7～1.9份；增韧改性剂：3～17份；外润滑剂：0.4～1.5份；内润滑剂：0.1～1份；高温润滑剂：0.1～1份；高温发泡剂：0.3～0.7份；低温发泡剂：0.3～0.7份；发泡调节剂：4～8份；按配方计量备料，通过真空输送系统送入高速混料机，待温度达到120℃后放料至低速混料机降温至50-60℃，得干混料；

(3)采用锥形双螺杆结皮发泡技术将制备好的上述干混料送入锥形双螺杆挤出机进行熔融后挤出，经板材模具成型，再经冷却定型台对板材上下表面逐级冷却，挤出机机筒温度为180～198℃，模头温度为165～178℃、螺杆转速均为10.6～19.1r/min，即得以PVC木塑结皮发泡基材。