CN108164875A - 一种高强度生态板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高强度生态板材及其制备方法。本发明提供的高强度生态板材以包括如下重量份数的组分为原料制备得到：木粉20～25份，聚氯乙烯60～80份，钙粉10～30份，稳定剂3～5份，增塑剂0.4～0.8份，抗氧化剂1～3份，硬脂酸类化合物3～5份，发泡剂0.4～0.6份，发泡调节剂2～4份，环氧树脂1～3份，陶瓷纤维3～5份。实验结果表明，本发明提供的高强度生态板材抗弯强度为29.5MPa，硬度为68HD，弹性模量为3120MPa。

Description

一种高强度生态板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及环保材料技术领域，特别涉及一种高强度生态板材及其制备方法。
背景技术
生态板以其表面美观、施工方便、生态环保、耐划耐磨等特点，越来越受到消费者的青睐和认可，以生态板生产的板式家具也越来越受欢迎。生态板由于它的特性和环保特点，一直到现在都是板材行业的宠儿，最初是用来做电脑桌办公家具，多为单色板，随着家庭中板式家具的流行，它逐渐成为各家具厂首选的制造材料，表面色彩和花纹也更多。生态木自身有着一种抗老化的特性，而且防腐防水防潮，还能防蛀虫和白蚁，也不宜变质，就算是安装户外也不怕风日晒更不怕变质。生态板因其强度高、不变形、保温隔音好、使用安全、施工方便的特性，使之成为21世纪居家和园林装饰之首选。
现阶段主要利用、粉煤灰、回收塑料等作为原料制备粉煤灰生态板，利用粉煤灰能够提高了生态板的强度、塑性和抗老化性能，粉煤灰板材在用于城市建设过程中逐渐走向街头，但考虑到城市人员混杂，容易对板材产生大量的损坏，已有的这种生态板的强度已经不能满足强度需求，尤其是在干燥暴晒的气候下，粉煤灰生态板强度性能会日趋降低，极易损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度生态板材及其制备方法。本发明提供的高强度生态板材强度高，且能避免干燥、暴晒和暴雨导致的板材强度大幅度下降的缺陷。
本发明提供了一种高强度生态板材，以包括如下重量份数的组分为原料制备得到：
优选的，所述高强度生态板材以包括如下重量份数的组分为原料制备得到：
优选的，所述木粉的粒度为80～120目。
优选的，所述聚氯乙烯的数均分子量为5～11万。
优选的，所述钙粉包括碳酸钙和/或碳酸氢钙。
优选的，所述钙粉的粒度为1000～1200目。
优选的，所述稳定剂为钙锌稳定剂。
优选的，所述硬脂酸类化合物包括硬脂酸和硬脂酸盐中的一种或多种。
优选的，所述陶瓷纤维的直径为1～5μm，长度为3～5mm。
本发明还提供了上述技术方案所述高强度生态板材的制备方法，包括以下步骤：将各原料依次经热混、冷混、造粒和挤出，得到高强度生态板材。
本发明提供了一种高强度生态板材，以包括如下重量份数的组分为原料制备得到：木粉20～25份，聚氯乙烯60～80份，钙粉10～30份，稳定剂3～5份，增塑剂0.4～0.8份，抗氧化剂1～3份，硬脂酸类化合物3～5份，发泡剂0.4～0.6份，发泡调节剂2～4份，环氧树脂1～3份，陶瓷纤维3～5份。本发明提供的高强度生态板材中木粉中的植物纤维在制备过程中碳化成型，在聚氯乙烯粘结剂的作用下与钙粉混合，产生固化效应，使得聚氯乙烯、钙粉与木粉碳化骨架相互包裹，减少板材之间的缝隙，增加板材密实度，进而提高强度；然后利用硬脂酸润滑填充钙粉、聚氯乙烯等粒料；环氧树脂能够提高板材的强度，而且环氧树脂的附着力强，能和聚氯乙烯配合作用提高板材板材密实性；陶瓷纤维起到增韧效果，并且与钙粉经聚氯乙烯粘结后也能够显著提高板材的强度性能；抗氧化剂的添加也能防止板材老化后板材的强度降低；本发明提供的高强度生态板材的组分中水分含量低，能防止高温下水分大量蒸发导致的收缩劈裂现象，进而保持高强度。实验结果表明，本发明提供的高强度生态板材抗弯强度为29.5MPa，硬度为68HD，弹性模量为3120MPa。
此外，本发明提供的高强度生态板材具有绿色环保、甲醛含量低于国家标准、不含铅铬汞等重金属等性能。
具体实施方式
本发明提供了一种高强度生态板材，由包括如下重量份数的组分为原料制备得到：木粉20～25份，聚氯乙烯60～80份，钙粉10～30份，稳定剂3～5份，增塑剂0.4～0.8份，抗氧化剂1～3份，硬脂酸类化合物3～5份，发泡剂0.4～0.6％，发泡调节剂2～4％，环氧树脂1～3份，陶瓷纤维3～5份。
按重量份数计，本发明提供的高强度生态板材的原料包括木粉20～25份，优选为22～24份。在本发明中，所述木粉的粒度优选为80～120目，更优选为100目。本发明对所述木粉的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的含有木质纤维素的树木的粉末即可。在本发明中，所述木粉优选为杨木粉。在本发明中，所述木粉能够提高板材的强度。在本发明的优选方案中，所述杨木粉的纤维结构稳定，不易断裂，可以起到骨架支撑的作用，能够进一步提高板材的强度。
按重量份数计，本发明提供的高强度生态板材的原料包括聚氯乙烯60～80份，优选为65～75份。在本发明中，所述聚氯乙烯的数均分子量优选为5～11万，更优选为6～10万，最优选为7～8万。本发明对所述聚氯乙烯的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述聚氯乙烯起到粘合作用，并且增加了板材的强度及韧性。
按重量份数计，本发明提供的高强度生态板材的原料包括钙粉10～30份，优选为15～25份。在本发明中，所述钙粉优选包括碳酸钙和/或碳酸氢钙。在本发明中，所述钙粉的粒度优选为1000～1200目，更优选为1100目。在本发明中，所述钙粉具有填充和增加板材强度的作用。
在本发明中，所述木粉中的植物纤维在制备过程中碳化，在聚氯乙烯粘结剂的作用下与钙粉混合，产生固化效应，使得聚氯乙烯、钙粉与木粉碳化骨架相互包裹，减少板材之间的缝隙，增加板材密实度，进而提高强度。
按重量份数计，本发明提供的高强度生态板材的原料包括稳定剂3～5份，优选为3.5～4.5份。在本发明中，所述稳定剂优选为钙锌稳定剂。本发明对所述稳定剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述稳定剂起到稳定、不糊料和促进其他助剂的相溶作用。在本发明的优选方案中，所述钙锌稳定剂无毒无害，而且钙锌盐能够降低甲醛含量，与铅盐稳定剂相比，不含重金属，有效降低板材中重金属含量。
按重量份数计，本发明提供的高强度生态板材的原料包括增塑剂0.4～0.8份，优选为0.5～0.7份。本发明对所述增塑剂的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的增塑剂即可。在本发明的实施例中，所述增塑剂优选为广西田东锦盛化工有限公司的135A型增塑剂。在本发明中，所述增塑剂起到增塑作用，能够使钙粉产生塑化作用，使得韧性提高，强度提高，解决产品脆性的问题。
按重量份数计，本发明提供的高强度生态板材的原料包括抗氧化剂1～3份，优选为1.5～2.5份。本发明对所述抗氧化剂的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的抗氧化剂即可。在本发明中，所述抗氧化剂优选为BHA抗氧化剂、BHT抗氧化剂或PG抗氧化剂。在本发明中，所述抗氧化剂提高了产品的抗氧化性能，达到少受氧化，不腐蚀的效果。
按重量份数计，本发明提供的高强度生态板材的原料包括硬脂酸类化合物3～5份，优选为3.5～4.5份。在本发明中，所述硬脂酸类化合物包括硬脂酸和硬脂酸盐中的一种或多种；所述硬脂酸盐优选包括硬脂酸锌、硬脂酸铵和硬脂酸钙中的一种或多种。在本发明中，所述硬脂酸类化合物在造粒过程中作为润滑剂起内润滑作用。
按重量份数计，本发明提供的高强度生态板材的原料包括发泡剂0.4～0.6份，发泡调节剂2～4份，优选为发泡剂0.45～0.55份，发泡调节剂2.5～3.5份。本发明对所述发泡剂和发泡调节剂的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的发泡剂和发泡调节剂即可。在本发明中，所述发泡剂优选为低沸点的烷烃(即C1～C8烷烃)和氟碳化合物，更优选为正戊烷、正己烷、正庚烷、石油醚(即石脑油)、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷和二氯四氟乙烷中的一种或多种。在本发明中，所述发泡调节剂优选为530型号发泡调节剂。在本发明中，所述发泡剂起到微发泡作用，使产品达到气体相流的作用。在本发明的优选方案中，所述低沸点的烷烃(即C1～C8烷烃)和氟碳化合物的发泡倍数高、泡沫稳定性好、泌水量低。
按重量份数计，本发明提供的高强度生态板材的原料包括环氧树脂1～3份，优选为1.5～2.5份。本发明对所述环氧树脂的种类和来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述环氧树脂优选为EP-12、EP-13、EP-16和EP-20中的一种或多种。在本发明中，所述环氧树脂作为防腐蚀材料不但具有密实、抗水、抗渗漏好、强度高等特点，同时具有附着力强、常温操作、施工简便等良好的工艺性。
按重量份数计，本发明提供的高强度生态板材的原料包括陶瓷纤维3～5份，优选为3.5～4.5份。在本发明中，所述陶瓷纤维的直径优选为1～5μm，长度优选为3～5mm。本发明对所述陶瓷纤维的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的陶瓷纤维即可。在本发明的实施例中，所述陶瓷纤维优选为SYGX-121、SYGX-421、SYGX-211、SYGX-311或SYGX-511。在本发明中，所述陶瓷纤维主要起增韧效果，但陶瓷纤维与钙粉、聚氯乙烯结合后也能够显著提高板材的强度性能。
本发明提供的高强度生态板材的原料中，木粉中的植物纤维在制备过程中碳化成型，在聚氯乙烯粘结剂的作用下与钙粉混合，产生固化效应，使得聚氯乙烯、钙粉与木粉碳化骨架相互包裹，减少板材之间的缝隙，增加板材密实度，进而提高强度；然后利用硬脂酸润滑填充钙粉、聚氯乙烯等粒料；环氧树脂能够提高板材的强度，而且环氧树脂的附着力强，能和聚氯乙烯配合作用提高板材板材密实性；陶瓷纤维起到增韧效果，并且与钙粉经聚氯乙烯粘结后也能够显著提高板材的强度性能；抗氧化剂的添加也能防止板材老化后板材的强度降低；本发明提供的高强度生态板材的组分中水分含量低，能防止高温下水分大量蒸发导致的收缩劈裂现象，进而保持高强度。
本发明还提供了上述技术方案所述高强度生态板材的制备方法，包括以下步骤：将各原料依次经热混、冷混、造粒和挤出，得到高强度生态板材。
本发明将各原料进行热混，得到热混料。在本发明中，所述热混优选包括：将原料在搅拌条件下混合，混合温度120～130℃，搅拌速率1000～1500rpm，时间20～40min。
得到热混料后，本发明将所述热混料进行冷混，得到冷混料。在本发明中，所述冷混优选包括：利用循环水冷却降温至40～50℃，搅拌速率为900～1200rpm，时间5～15min。
得到冷混料后，本发明将所述冷混料进行造粒，得到粒料。在本发明中，所述造粒优选包括：将冷混料加入到双螺杆造粒机中，挤出成条状混料，再切割成3～5mm厚度片状粒料，进入到风送管道冷却至20～40℃后装袋存放。
在本发明中，所述造粒过程的双螺杆造粒机的挤出压力为10～30MPa，挤出温度区间为：一区130～160℃，二区160～165℃，三区165～170℃，四区170～175℃。
得到粒料后，本发明将所述粒料挤出，得到高强度生态板材。在本发明中，所述挤出优选包括：将粒料经提升装置加入单螺杆或双螺杆挤出机中挤出，经牵引、切割得到复合板材。
在本发明中，所述提升装置优选由电机带动滑轮，将平台及平台上的粒料提升至料斗上方3m处倾倒。
在本发明中，所述单螺杆或双螺杆挤出机优选包括料斗、机筒螺杆、模具、定型模、水冷部分，牵引机，切割，接板台。
在本发明中，料斗优选具有烘干功能，将粒料烘干至水分＜0.5％；
在本发明中，所述机筒螺杆是为了融合和塑化粒料，优选分为五个温度阶段，分别为一区110～130℃，二区145～165℃，三区160～170℃，四区170～180℃，五区175～185℃。
在本发明中，所述模具是为了形成产品外形，优选分为4个温度阶段：一阶段170～180℃，二阶段180～185℃，三阶段180～185℃，四阶段180～185℃。
在本发明中，所述定型模结合水冷系统是为了将初具皱形的产品定型冷却，冷却后温度优选为8～13℃。
在本发明中，所述牵引的压力优选为0.3～0.5MPa，牵引的速率优选为1～3m/min。
在本发明中，所述切割采用自动切割系统定量产品尺寸。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的高强度生态板材及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
各实施例中原料配比如表1所示。
表1实施例1～3中原料配比
实施例1:
按照表1所示原料比例，木粉为80目杨木粉，聚氯乙烯的数均分子量为8～10万，钙粉为1000目碳酸钙，稳定剂为钙锌稳定剂，抗氧化剂为BHA，硬脂酸类化合物为硬脂酸，环氧树脂为EP-12，陶瓷纤维为SYGX-121，发泡剂为正己烷，发泡调节剂为530型。
按照如下步骤制备得到高强度生态板材：
1)热混：称取原料在搅拌条件下混合，混合温度130℃，搅拌速率1500rpm，时间40min；
2)冷混：热混结束后进入冷混，利用循环水冷却降温至50℃，搅拌速率为1200rpm，时间15min，得到混合粉末；
3)造粒：将冷混得到的混合粉末加入到双螺杆造粒机中，挤出成条状混料，再切割成3～5mm厚度片状粒料，进入到风送管道冷却至40℃后装袋存放。
双螺杆造粒机的挤出压力为30MPa，挤出温度区间为：一区130～160℃，二区160～165℃，三区165～170℃，四区170～175℃；
4)挤出成型：将得到的片状粒料经提升装置加入单螺杆或双螺杆挤出机中挤出，经牵引、切割得到复合板材；
提升装置由电机带动滑轮，将平台及平台上的粒料提升至料斗上方3m处倾倒；
其中挤出机包括料斗、机筒螺杆、模具、定型模、水冷部分，牵引机，切割，接板台。
料斗中具有烘干功能，将粒料烘干至水分＜0.5％；
机筒螺杆是为了融合和塑化粒料，分为五个温度阶段，分别为一区110～130℃，二区145～165℃，三区160～170℃，四区170～180℃，五区175～185℃；
模具是为了形成产品外形，分为4个温度阶段：一阶段170～180℃，二阶段180～185℃，三阶段180～185℃，四阶段180～185℃。
定型模结合水冷系统是为了将初具皱形的产品定型冷却，冷却后温度为8～13℃。
牵引压力为0.5MPa，牵引速率为3m/min。
切割采用自动切割系统定量产品尺寸。
实施例2:
按照表1所示原料比例，木粉为100目杨木粉，聚氯乙烯的数均分子量为8～10万，钙粉为1200目碳酸钙，稳定剂为钙锌稳定剂，抗氧化剂为BHT，硬脂酸类化合物为硬脂酸，环氧树脂为EP-16，陶瓷纤维为SYGX-421，发泡剂为正庚烷，发泡调节剂为530型。
按照实施例1的步骤制备得到高强度生态板材。
实施例3:
按照表1所示原料比例，木粉为120目杨木粉，聚氯乙烯的数均分子量为8～10万，钙粉为1100目碳酸钙，稳定剂为钙锌稳定剂，抗氧化剂为PG，硬脂酸类化合物为硬脂酸，环氧树脂为EP-12，陶瓷纤维为SYGX-311，发泡剂为二氯二氟甲烷，发泡调节剂为530型。
按照实施例1的步骤制备得到高强度生态板材。
对比例1：
为专利201510247531.5实施例1公开的板材。
对比例2：
为专利201611240939.0实施例1公开的板材。
按照检测方法：GB/24137-2009对实施例1～3和对比例1～2制备的板材进行检测，结果如表2所示。
表2实施例1～3及对比例1～2板材性能测试结果
本发明将实施例1以及对比例1和2制备的板材在模拟条件下进行试验，实验条件分为干燥(温度20℃，湿度为45％～60％)和暴晒(温度35℃，湿度20％～40％)暴雨(温度15℃，湿度60％～90％)，分别处理一周后测试板材强度性能；数据如下表3：
表3不同气候条件下的板材强度性能
强度 产品 干燥 暴晒 暴雨
实施例1 27.6MPa 26.2MPa 23.5MPa 24.8MPa
对比例1 25.0MPa 24.4MPa 16.0MPa 18.2MPa
对比例2 22.5MPa 21.7MPa 16.8MPa 17.9MPa
由以上对比例和实施例可以看出，本发明提供的高强度生态板材强度高，且能避免干燥、暴晒或暴雨导致的强度大幅度下降的缺陷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高强度生态板材，以包括如下重量份数的组分为原料制备得到：
木粉 20～25份
聚氯乙烯 60～80份
钙粉 10～30份
稳定剂 3～5份
增塑剂 0.4～0.8份
抗氧化剂 1～3份
硬脂酸类化合物 3～5份
发泡剂 0.4～0.6份
发泡调节剂 2～4份
环氧树脂 1～3份
陶瓷纤维 3～5份。
2.根据权利要求1所述的高强度生态板材，其特征在于，以包括如下重量份数的组分为原料制备得到：
木粉 22～24份
聚氯乙烯 65～75份
钙粉 15～25份
稳定剂 3.5～4.5份
增塑剂 0.5～0.7份
抗氧化剂 1.5～2.5份
硬脂酸类化合物 3.5～4.5份
发泡剂 0.45～0.55份
发泡调节剂 2.5～3.5份
环氧树脂 1.5～2.5份
陶瓷纤维 3.5～4.5份。
3.根据权利要求1或2所述的高强度生态板材，其特征在于，所述木粉的粒度为80～120目。
4.根据权利要求1或2所述的高强度生态板材，其特征在于，所述聚氯乙烯的数均分子量为5～11万。
5.根据权利要求1或2所述的高强度生态板材，其特征在于，所述钙粉包括碳酸钙和/或碳酸氢钙。
6.根据权利要求5所述的高强度生态板材，其特征在于，所述钙粉的粒度为1000～1200目。
7.根据权利要求1或2所述的高强度生态板材，其特征在于，所述稳定剂为钙锌稳定剂。
8.根据权利要求1或2所述的高强度生态板材，其特征在于，所述硬脂酸类化合物包括硬脂酸和硬脂酸盐中的一种或多种。
9.根据权利要求1或2所述的高强度生态板材，其特征在于，所述陶瓷纤维的直径为1～5μm，长度为3～5mm。
10.权利要求1～9任意一项所述高强度生态板材的制备方法，包括以下步骤：将各原料依次经热混、冷混、造粒和挤出，得到高强度生态板材。
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