CN108864590A - 一种碳酸钙增强pvc复合板及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳酸钙增强PVC复合板及其加工方法，所述复合板包括如下重量份数的原料：PVC树脂100份、木质素磺酸钙10‑20份、木粉40‑80份、改性碳酸钙40‑60份、芳纶纤维3‑5份、海泡石纤维3‑5份、聚醚改性聚二甲基硅氧烷1‑3份、聚氧乙烯甘油醚单硬脂酸酯2‑4份、复合发泡剂1‑3份、偶联剂2‑4份、稳定剂1‑2份、润滑剂2‑4份、抗氧化剂1‑2份和加工助剂3‑5份。本发明所用的改性碳酸钙先经过马来酸蓖麻油酯和聚氧丙烯聚氧乙烯丙二醇醚表面改性，再经过聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和植酸进行二次表面改性。本发明制备的PVC复合板具有高强度、高韧性、抗冲击性能强、阻燃性好、耐磨、耐热、不易变形、稳定性好等优点，可广泛应用在木地板、天花板、墙板等建筑领域。

Description

一种碳酸钙增强PVC复合板及其加工方法

技术领域

本发明涉及复合板技术领域，具体是一种碳酸钙增强PVC复合板及其加工方法。

背景技术

PVC木塑复合板是利用木粉、竹粉、农作物秸秆粉和PVC树脂等原料，经过高温混合、加工成型制得的一种复合材料。PVC复合板更具有耐水、耐腐蚀、防火、防霉、不被虫蛀、无污染、加工方便等优点，广泛应用在室内门、踢脚线、整体橱柜、衣柜、外墙挂板、天花吊顶、装饰墙板、户外地板、护栏立柱、塑钢凉亭、园林护栏、阳台护栏、围圃栅栏、休闲长椅、树池、花架、花箱空调架、空调护罩、百叶窗、路面标示牌、运输托盘等领域。PVC树脂由于其分子链结构中有大量的极性C-Cl键，分子之间存在较大的作用力，属于硬脆材料，冲击强度较低，且具有缺口敏感性，受外力冲击时容易脆裂，因此需要对硬质PVC进行增强补韧改性。

碳酸钙是一种重要的无机化工产品，被广泛地应用于橡胶、塑料、造纸、复合板、涂料、油墨、医药、汽车涂料、化妆品、食品等工业中。碳酸钙作为PVC复合板的重要填料之一，但由于碳酸钙粒子粒径越小，表面上的原子数越多，则表面能越高，吸附作用越强，各个粒子间相互团聚；其次是碳酸钙作为一种无机填料，粒子表面亲水疏油，与PVC树脂的亲和性差、易形成聚集体，造成高聚物内部缺陷、力学性能变差。为了提高碳酸钙的填充性能，必须采用有效的工艺及表面改性方法对其碳酸钙进行表面改性。目前对碳酸钙改性的方法中，主要选用的表面处理剂通常为脂肪酸或其盐，虽然体系的分散性和加工流动性有所改善，但由于PVC树脂很难与碳酸钙填料有效结合，导致基体与填料的界面粘结力差，从而造成复合材料的力学强度不高。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明目的在于提供一种高强度、抗冲击性能强、阻燃性好、耐磨、使用寿命长的PVC木塑复合板。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

一种碳酸钙增强PVC复合板，所述复合板包括如下重量份数的原料：PVC树脂100份、木质素磺酸钙10-20份、木粉40-80份、改性碳酸钙40-60份、芳纶纤维3-5份、海泡石纤维3-5份、聚醚改性聚二甲基硅氧烷1-3份、聚氧乙烯甘油醚单硬脂酸酯2-4份、复合发泡剂1-3份、偶联剂2-4份、稳定剂1-2份、润滑剂2-4份、抗氧化剂1-2份和加工助剂3-5份。

所述改性碳酸钙是经过如下步骤改性：

（1）将石灰石加入破碎机进行破碎，粉碎至粒径≥16目mm，得碳酸钙粗粉；

（2）将碳酸钙粗粉加入研磨机，再加入马来酸蓖麻油酯和聚氧丙烯聚氧乙烯丙二醇醚组成的表面处理剂，所述表面处理剂的加入量为石灰石重量的2.5-3.5%，研磨，得粒径为100-200目的碳酸钙细粉；

（3）将碳酸钙细粉加入搅拌机，再加入聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和植酸组成的二次改性剂加入搅拌机，二次改性剂的加入量为石灰石重量的1-3%，高速搅拌混合均匀，得改性碳酸钙；

（4）将改性碳酸钙干燥，研磨至500-1000目，过筛，得PVC复合板用改性碳酸钙。

所述马来酸蓖麻油酯和聚氧丙烯聚氧乙烯丙二醇醚的重量比为1-3:1。

所述二次改性剂中聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和植酸的重量比为1:1-2。

所述复合发泡剂由重量比为1-3:1的碳酸氢铵和月桂酰基肌氨酸钠组成。

所述偶联剂包括聚醚酰亚胺、钛酸酯偶联剂和铝-锆酸酯偶联剂中的一种或多种组合。

所述稳定剂由六甲基环三硅氮烷和钙锌稳定剂组成。

所述润滑剂由月桂醇琥珀酸单酯磺酸钠和季戊四醇棕榈酸酯组成。

所述加工助剂由聚乙二醇脱氢枞酸酯和烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠组成。

本发明所述所述碳酸钙增强PVC复合板的制备方法，包括如下步骤：

S1:按照上述配方称取上述各原料，将木粉、芳纶纤维和海泡石纤维加入搅拌机，并加入聚醚改性聚二甲基硅氧烷和聚氧乙烯甘油醚单硬脂酸酯，得改性混合料；

S2:将PVC树脂、木质素磺酸钙加入高速搅拌机，升温至100-130℃，再加入改性碳酸钙、复合发泡剂、偶联剂、稳定剂、润滑剂、抗氧化剂和加工助剂，搅拌均匀，得混合物料；

S3:将上述混合物料输送至锥形双螺杆挤出机，在温度为150-170℃下挤出成型，冷却定型，即得PVC复合板。

与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：

1、本发明采用独特的原料配方及各组分的协调作用，相容性好，制备的PVC复合板具有高强度、高韧性、抗冲击性能强、阻燃性好、耐磨、耐热、不易变形、稳定性好等优点，可广泛应用在木地板、天花板、墙板等建筑领域。

2、本发明所使用的碳酸钙先用马来酸蓖麻油酯和聚氧丙烯聚氧乙烯丙二醇醚进行表面改性，由于其分子结构上的长碳链脂肪酸、羟基、羧基、羰基、蓖麻油等基团，不仅可以提高碳酸钙的相容性、分散性和加工流动性，各基团与PVC及木粉之间体系形成网络结构，使得碳酸钙与PVC树脂木粉具有很好的相容性，提高PVC复合板反应体系界面粘结力，进而提高复合板的力学性能和耐磨性。

3、本发明碳酸钙还经过聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和植酸进行二次表面改性，由聚氨丙基甲基倍半硅氧烷为无机-有机杂化结构，在碳酸钙粒子表面引入硅氧键和氨基，当复合板被引燃时，硅氧烷迅速迁移到复合板表面性能保护层隔氧、隔热，阻燃板材的燃烧，且硅氧烷基八基团能够增强碳酸钙与PVC的相容性，其加入不仅不会降低PVC复合板的力学性能，还可以提高板材的PVC复合板的缺口冲击强度和拉伸断裂强度；再配以植酸可以显著提高复合板的阻燃性

4、本发明用聚醚改性聚二甲基硅氧烷和聚氧乙烯甘油醚单硬脂酸酯改性竹粉、海泡石纤维和芳纶纤维，由于聚醚改性聚二甲基硅氧烷分子中的Si-O-C可以赋予木粉优异的阻燃性、抗老化、耐候性等，且配以与聚氧乙烯甘油醚单硬脂酸酯使用能够提高竹粉与PVC复合板体系的相容性和分散性，提高复合板的抗压强度和抗冲击能力。

5、本发明PVC树脂配以木质素磺酸钙，可以显著提高复合板的相容性和耐磨性，提高产品的抗冲击能力和抗裂性。

6、本发明使用的发泡剂是的制品泡孔均匀，改变原料分子之间的相互作用力，提高产品的力学性能；所使用的润滑剂和加工助剂，不仅提高体系的分散性及加工流动性，还能提高复合板材的光洁度和强度。

7、本发明PVC复合板的原料来源广泛、制备工艺简单、成本降低、产品综合性能优异，容易实现工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

实施例1

一种碳酸钙增强PVC复合板，包括如下重量份数的原料：PVC树脂100份、木质素磺酸钙15份、木粉70份、改性碳酸钙50份、芳纶纤维4份、海泡石纤维3份、聚醚改性聚二甲基硅氧烷2.5份、聚氧乙烯甘油醚单硬脂酸酯3份、复合发泡剂2份、钛酸酯偶联剂3.5份、稳定剂1.5份、润滑剂3份、1010抗氧化剂1份和加工助剂4份。

所述改性碳酸钙是经过如下步骤改性：

（1）将石灰石加入破碎机进行破碎，粉碎至粒径≥16目mm，得碳酸钙粗粉；

（2）将碳酸钙粗粉加入研磨机，再加入重量比为2:1马来酸蓖麻油酯和聚氧丙烯聚氧乙烯丙二醇醚组成的表面处理剂，所述表面处理剂的加入量为石灰石重量的3%，研磨，得粒径为160目的碳酸钙细粉；

（3）将碳酸钙细粉加入搅拌机，再加入重量比为1:1的聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和植酸组成的二次改性剂加入搅拌机，二次改性剂的加入量为石灰石重量的1.5%，高速搅拌混合均匀，得改性碳酸钙；

（4）将改性碳酸钙干燥，研磨至500目，过筛，得PVC复合板用改性碳酸钙。

所述复合发泡剂由重量比为2:1的碳酸氢铵和月桂酰基肌氨酸钠组成。所述稳定剂由重量比为1:1的六甲基环三硅氮烷和钙锌稳定剂组成。所述润滑剂由重量比为1:2的月桂醇琥珀酸单酯磺酸钠和季戊四醇棕榈酸酯组成。所述加工助剂由重量比为1:2的聚乙二醇脱氢枞酸酯和烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠组成。

所述碳酸钙增强PVC复合板的制备方法，包括如下步骤：

S1:按照上述配方称取上述各原料，将木粉、芳纶纤维和海泡石纤维加入搅拌机，并加入聚醚改性聚二甲基硅氧烷和聚氧乙烯甘油醚单硬脂酸酯，得改性混合料；

S2:将PVC树脂、木质素磺酸钙加入高速搅拌机，升温至120℃，再加入改性碳酸钙、复合发泡剂、偶联剂、稳定剂、润滑剂、抗氧化剂和加工助剂，搅拌均匀，得混合物料；

S3:将上述混合物料输送至锥形双螺杆挤出机，在温度为150-170℃下挤出成型，冷却定型，即得PVC复合板。

实施例2

一种碳酸钙增强PVC复合板，包括如下重量份数的原料：PVC树脂100份、木质素磺酸钙20份、木粉50份、改性碳酸钙45份、芳纶纤维5份、海泡石纤维4份、聚醚改性聚二甲基硅氧烷1.5份、聚氧乙烯甘油醚单硬脂酸酯2份、复合发泡剂2.5份、聚醚酰亚胺偶联剂2份、稳定剂2份、润滑剂2.5份、1076抗氧化剂1.5份和加工助剂3份。

所述改性碳酸钙是经过如下步骤改性：

（1）将石灰石加入破碎机进行破碎，粉碎至粒径≥16目mm，得碳酸钙粗粉；

（2）将碳酸钙粗粉加入研磨机，再加入重量比为1:1马来酸蓖麻油酯和聚氧丙烯聚氧乙烯丙二醇醚组成的表面处理剂，所述表面处理剂的加入量为石灰石重量的2.8%，研磨，得粒径为200目的碳酸钙细粉；

（3）将碳酸钙细粉加入搅拌机，再加入重量比为1:2的聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和植酸组成的二次改性剂加入搅拌机，二次改性剂的加入量为石灰石重量的2.5%，高速搅拌混合均匀，得改性碳酸钙；

（4）将改性碳酸钙干燥，研磨至800目，过筛，得PVC复合板用改性碳酸钙。

所述复合发泡剂由重量比为3:1的碳酸氢铵和月桂酰基肌氨酸钠组成。所述稳定剂由重量比为1:2的六甲基环三硅氮烷和钙锌稳定剂组成。所述润滑剂由重量比为1:3的月桂醇琥珀酸单酯磺酸钠和季戊四醇棕榈酸酯组成。所述加工助剂由重量比为1:1的聚乙二醇脱氢枞酸酯和烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠组成。

所述碳酸钙增强PVC复合板的制备方法，包括如下步骤：

S1:按照上述配方称取上述各原料，将木粉、芳纶纤维和海泡石纤维加入搅拌机，并加入聚醚改性聚二甲基硅氧烷和聚氧乙烯甘油醚单硬脂酸酯，得改性混合料；

S2:将PVC树脂、木质素磺酸钙加入高速搅拌机，升温至130℃，再加入改性碳酸钙、复合发泡剂、偶联剂、稳定剂、润滑剂、抗氧化剂和加工助剂，搅拌均匀，得混合物料；

S3:将上述混合物料输送至锥形双螺杆挤出机，在温度为150-170℃下挤出成型，冷却定型，即得PVC复合板。

实施例3

一种碳酸钙增强PVC复合板，包括如下重量份数的原料：PVC树脂100份、木质素磺酸钙10份、木粉70份、改性碳酸钙60份、芳纶纤维3份、海泡石纤维5份、聚醚改性聚二甲基硅氧烷3份、聚氧乙烯甘油醚单硬脂酸酯4份、复合发泡剂1.5份、钛酸酯偶联剂4份、稳定剂1.5份、润滑剂3.5份、1010抗氧化剂2份和加工助剂4份。

所述改性碳酸钙是经过如下步骤改性：

（1）将石灰石加入破碎机进行破碎，粉碎至粒径≥16目mm，得碳酸钙粗粉；

（2）将碳酸钙粗粉加入研磨机，再加入重量比为3:1马来酸蓖麻油酯和聚氧丙烯聚氧乙烯丙二醇醚组成的表面处理剂，所述表面处理剂的加入量为石灰石重量的3.5%，研磨，得粒径为100目的碳酸钙细粉；

（3）将碳酸钙细粉加入搅拌机，再加入重量比为1:1的聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和植酸组成的二次改性剂加入搅拌机，二次改性剂的加入量为石灰石重量的1.5%，高速搅拌混合均匀，得改性碳酸钙；

（4）将改性碳酸钙干燥，研磨至1000目，过筛，得PVC复合板用改性碳酸钙。

所述复合发泡剂由重量比为2:1的碳酸氢铵和月桂酰基肌氨酸钠组成。所述稳定剂由重量比为1:1的六甲基环三硅氮烷和钙锌稳定剂组成。所述润滑剂由重量比为2:3的月桂醇琥珀酸单酯磺酸钠和季戊四醇棕榈酸酯组成。所述加工助剂由重量比为1:3的聚乙二醇脱氢枞酸酯和烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠组成。

所述碳酸钙增强PVC复合板的制备方法，包括如下步骤：

S1:按照上述配方称取上述各原料，将木粉、芳纶纤维和海泡石纤维加入搅拌机，并加入聚醚改性聚二甲基硅氧烷和聚氧乙烯甘油醚单硬脂酸酯，得改性混合料；

S2:将PVC树脂、木质素磺酸钙加入高速搅拌机，升温至120℃，再加入改性碳酸钙、复合发泡剂、偶联剂、稳定剂、润滑剂、抗氧化剂和加工助剂，搅拌均匀，得混合物料；

S3:将上述混合物料输送至锥形双螺杆挤出机，在温度为150-170℃下挤出成型，冷却定型，即得PVC复合板。

实施例4

一种碳酸钙增强PVC复合板，包括如下重量份数的原料：PVC树脂100份、木质素磺酸钙15份、木粉50份、改性碳酸钙40份、芳纶纤维4份、海泡石纤维4.5份、聚醚改性聚二甲基硅氧烷3份、聚氧乙烯甘油醚单硬脂酸酯2份、复合发泡剂3份、钛酸酯偶联剂2份、稳定剂1份、润滑剂3份、1010抗氧化剂2份和加工助剂4份。

所述改性碳酸钙是经过如下步骤改性：

（1）将石灰石加入破碎机进行破碎，粉碎至粒径≥16目mm，得碳酸钙粗粉；

（2）将碳酸钙粗粉加入研磨机，再加入重量比为2:1马来酸蓖麻油酯和聚氧丙烯聚氧乙烯丙二醇醚组成的表面处理剂，所述表面处理剂的加入量为石灰石重量的2.5%，研磨，得粒径为200目的碳酸钙细粉；

（3）将碳酸钙细粉加入搅拌机，再加入重量比为1:2的聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和植酸组成的二次改性剂加入搅拌机，二次改性剂的加入量为石灰石重量的2.5%，高速搅拌混合均匀，得改性碳酸钙；

（4）将改性碳酸钙干燥，研磨至800目，过筛，得PVC复合板用改性碳酸钙。

所述复合发泡剂由重量比为3:1的碳酸氢铵和月桂酰基肌氨酸钠组成。所述稳定剂由重量比为1:2的六甲基环三硅氮烷和钙锌稳定剂组成。所述润滑剂由重量比为2:1的月桂醇琥珀酸单酯磺酸钠和季戊四醇棕榈酸酯组成。所述加工助剂由重量比为2:1的聚乙二醇脱氢枞酸酯和烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠组成。

所述碳酸钙增强PVC复合板的制备方法，包括如下步骤：

S1:按照上述配方称取上述各原料，将木粉、芳纶纤维和海泡石纤维加入搅拌机，并加入聚醚改性聚二甲基硅氧烷和聚氧乙烯甘油醚单硬脂酸酯，得改性混合料；

S2:将PVC树脂、木质素磺酸钙加入高速搅拌机，升温至130℃，再加入改性碳酸钙、复合发泡剂、偶联剂、稳定剂、润滑剂、抗氧化剂和加工助剂，搅拌均匀，得混合物料；

S3:将上述混合物料输送至锥形双螺杆挤出机，在温度为150-170℃下挤出成型，冷却定型，即得PVC复合板。

对比例

本实施例与实施例4的不同之处在于：本实施例PVC复合板所用的碳酸钙为直接将石灰石研磨至800目，不经过任何的改性。

将实施例1-4及对比例制备PVC复合板按照常规方法测定样条的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、热变形温度及氧指数，测试结果如表1所示。

表1：本发明PVC发泡板材的性能测试结果

产品	拉伸强度（MPa）	弯曲强度（MPa）	冲击强度（KJ/m2）	热变形温度（℃）	氧指数（%）
						实施例1	52.1	42.6	20.3	129	43.6
实施例2	49.6	39.7	18.7	132	44.9
						实施例3	46.7	36.1	19.6	136	41.8
实施例4	50.3	42.9	21.8	133	42.7
						对比例	42.9	32.9	16.2	122	38.2

从上表得知，本发明制备的PVC复合板具有优异的强度、抗冲击性、耐热性和韧性，具有广阔的应用前景。

以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种碳酸钙增强PVC复合板，其特征在于：所述复合板包括如下重量份数的原料：PVC树脂100份、木质素磺酸钙10-20份、木粉40-80份、改性碳酸钙40-60份、芳纶纤维3-5份、海泡石纤维3-5份、聚醚改性聚二甲基硅氧烷1-3份、聚氧乙烯甘油醚单硬脂酸酯2-4份、复合发泡剂1-3份、偶联剂2-4份、稳定剂1-2份、润滑剂2-4份、抗氧化剂1-2份和加工助剂3-5份。

2.根据权利要求1所述的碳酸钙增强PVC复合板，其特征在于：所述改性碳酸钙是经过如下步骤改性：

将石灰石加入破碎机进行破碎，粉碎至粒径≥16目mm，得碳酸钙粗粉；

将碳酸钙粗粉加入研磨机，再加入马来酸蓖麻油酯和聚氧丙烯聚氧乙烯丙二醇醚组成的表面处理剂，所述表面处理剂的加入量为石灰石重量的2.5-3.5%，研磨，得粒径为100-200目的碳酸钙细粉；

将碳酸钙细粉加入搅拌机，再加入聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和植酸组成的二次改性剂加入搅拌机，二次改性剂的加入量为石灰石重量的1-3%，高速搅拌混合均匀，得改性碳酸钙；

将改性碳酸钙干燥，研磨至500-1000目，过筛，得PVC复合板用改性碳酸钙。

3.根据权利2所述的碳酸钙增强PVC复合板，其特征在于：所述马来酸蓖麻油酯和聚氧丙烯聚氧乙烯丙二醇醚的重量比为1-3:1。

4.根据权利要求2所述的碳酸钙增强PVC复合板，其特征在于：所述二次改性剂中聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和植酸的重量比为1:1-2。

5.根据权利要求1所述的碳酸钙增强PVC复合板，其特征在于：所述复合发泡剂由重量比为1-3:1的碳酸氢铵和月桂酰基肌氨酸钠组成。

6.根据权利要求1所述的碳酸钙增强PVC复合板，其特征在于：所述偶联剂包括聚醚酰亚胺、钛酸酯偶联剂和铝-锆酸酯偶联剂中的一种或多种组合。

7.根据权利要求1所述的碳酸钙增强PVC复合板，其特征在于：所述稳定剂由六甲基环三硅氮烷和钙锌稳定剂组成。

8.根据权利要求所述的碳酸钙增强PVC复合板，其特征在于：所述润滑剂由月桂醇琥珀酸单酯磺酸钠和季戊四醇棕榈酸酯组成。

9.根据权利要求所述的碳酸钙增强PVC复合板，其特征在于：所述加工助剂由聚乙二醇脱氢枞酸酯和烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠组成。

10.一种如权利要求4所述碳酸钙增强PVC复合板的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1:按照上述配方称取上述各原料，将木粉、芳纶纤维和海泡石纤维加入搅拌机，并加入聚醚改性聚二甲基硅氧烷和聚氧乙烯甘油醚单硬脂酸酯，得改性混合料；

S2:将PVC树脂、木质素磺酸钙加入高速搅拌机，升温至100-130℃，再加入改性碳酸钙、复合发泡剂、偶联剂、稳定剂、润滑剂、抗氧化剂和加工助剂，搅拌均匀，得混合物料；

S3:将上述混合物料输送至锥形双螺杆挤出机，在温度为150-170℃下挤出成型，冷却定型，即得PVC复合板。