CN110406222A - 一种发泡pvc共挤耐候花箱型材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发泡PVC共挤耐候花箱型材及其制备方法。该花箱型材首次结合材料结皮发泡技术(赛卢卡法)、改性技术和共挤技术，其中，结皮发泡成型技术，能使PVC充分发泡，同时在型材表面形成一层结皮层，保证了型材表面的硬度和密实度，达到材料质轻的目的；配方中加入增强树脂和增强纤维，对型材进行改性，保证材料发泡后的握螺钉力、模量和尺寸稳定性，解决材料在安装后的牢固度以及长期使用过程中的变形问题；在发泡PVC型材的表面进行耐候层的共挤，形成保护层，提升材料的耐候性，而且，该层材料的颜色和外观可以进行个性化设计，满足花箱美观实用的需求。

Description

一种发泡PVC共挤耐候花箱型材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种发泡PVC共挤耐候花箱型材及其制备方法。
背景技术
随着人们对环境美化要求的提高，城市绿化和阳台绿化产品不断增加，作为现代绿化的载体——花箱，因具有搬运方便，施工简单，可个性化设计，而备受欢迎。目前花箱所用的型材主要包括木质、木塑、塑料等，在使用过程中，其优缺点也特别明显。其中，木质花箱所用材质为木材，不符合绿色发展的理念，其次木质花箱在使用过程中，日晒雨淋，容易被虫蚀发霉而失去使用功能；木塑型材具有同样的缺点，长时间使用后，产品中的木粉易发霉膨胀，影响产品性能；而普通塑料型材，一般用大量的无机矿物填充，从而导致产品重量增加，安装搬运不便，同时，由于花箱一般在户外使用，常年接受日晒雨淋，对材料的抗老化性能提出了极高的要求，而普通的塑料花箱型材显然不具备良好的耐候性和装饰性，因此，在长期的使用过程中，性能衰减严重，产品变色明显。
发明内容
本发明要解决现有技术的以上缺点，提供一种发泡PVC共挤耐候花箱型材及其制备方法。
本发明首次结合材料结皮发泡技术(赛卢卡法)、改性技术和共挤技术，其中，结皮发泡成型技术，能使PVC充分发泡，同时在型材表面形成一层结皮层，保证了型材表面的硬度和密实度，达到材料质轻的目的；配方中加入增强树脂和增强纤维，对型材进行改性，保证材料发泡后的握螺钉力、模量和尺寸稳定性，解决材料在安装后的牢固度以及长期使用过程中的变形问题；在发泡PVC型材的表面进行耐候层的共挤，形成保护层，提升材料的耐候性，而且，该层材料的颜色和外观可以进行个性化设计，满足花箱美观实用的需求。
所述的发泡PVC共挤耐候花箱型材，是由基材层和共挤层两层组成；所述的基材层的材质为PVC，且经过表面结皮发泡技术。表面结皮发泡材料具有材质轻，表面强度高的优点，即能省料，而且能降低产品重量，同时配方中加入增强树脂和增强纤维，提升材料的握螺钉力和模量；所述的共挤层，其材质可以为PVC、ASA或PMMA，采用抗紫外耐候配方，具有阻挡太阳紫外线的作用，防止基材层PVC受太阳光照射导致的降解；
所述的基材层按重量份数计包含以下组分：PVC树脂100份，碳酸钙60～80份，超细钙1～10份，稳定剂3～6份，润滑剂2～4份，增强树脂1～5份，增强纤维2～20份，发泡调节剂1～10份，发泡剂1～10份，钛白粉2～4份；其中，超细钙在材料发泡中起气泡成核剂的作用，提升发泡材料的成孔均匀性和致密性；稳定剂为改善PVC加工过程中的热稳定效果，防止PVC在加工过程中的降解老化；润滑剂包括内润滑和外润滑剂，用于在物料熔融挤出过程中降低融压，提高流动性，得到适宜的物料挤出速度；调节剂主要为超高分子量的丙烯酸酯，主要为改善物料的熔体强度和塑化，提升发泡的均匀性；发泡剂包含发泡剂和发泡助剂，主要作用为产生气体，使PVC达到发泡的目的；
所述的共挤层为下列所述的PVC共挤层、ASA共挤层或PMMA共挤层之一；
所述的PVC共挤层，按重量份数计包含以下组分：PVC树脂100份，碳酸钙10～20份，增韧剂2～8份，紫外吸收剂0.5～3份，钛白粉10～20份，色母2～5份，抗氧剂0.5～1份；其中，紫外吸收剂主要用于吸收太阳光中的紫外线，防止PVC光降解；此外，钛白粉也有屏蔽紫外光的作用。
所述的ASA共挤层，按重量份数计包含以下组分：ASA树脂100份，ASA色母2～5份；所述的ASA树脂即丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物；其中，ASA树脂具备优异的抗紫外和氧化老化能力，优异的低温抗冲击性能，能够很好的保护基材层的发泡PVC，且其本身为防静电材料，能使表面少积灰尘，保持花箱型材的长期清洁；
所述的PMMA共挤层，按重量份数计包含以下组分：PMMA树脂100份，PMMA色母2～5份。进一步，所述的基材层中，
所述的碳酸钙，其粒度为200～3000目。
所述的超细钙，其粒径为小于等于10um。
所述的稳定剂，可以为钙锌稳定剂、有机锡稳定剂等中的一种。
进一步，所述的润滑剂，可以为硬脂酸、PE蜡、石蜡等润滑剂中的一种或任意几种。
进一步，所述的发泡调节剂可以为丙烯酸酯发泡调节剂，优选为型号100G的丙烯酸酯发泡调节剂。
进一步，所述的发泡剂，可以为偶氮类黄发泡剂(AC)、碳酸氢钠白发泡剂(NC)、复合发泡剂(AC/NC)、膨胀微球等中的一种或几种，优选为AC-4000的黄发泡剂。
进一步，所述的增强树脂为MBS或ACR。
进一步，所述的增强纤维为玻纤、碳纤或尼龙纤维、聚对亚苯基苯并二嗯唑(PBO)纤维、玄武岩纤维或聚甲醛纤维。
进一步，所述的PVC共挤层中，
所述的碳酸钙，其粒度为200～3000目。
所述的增韧剂可以为MBS、ACR或CPE中的一种或两种。
所述紫外吸收剂可以为2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三氮唑、邻羟基苯甲酸苯酯、2-(2′-羟基-3′，5′-二叔丁基)-苯并三唑、2-(2′-羟基-5′-叔辛基)-苯并三唑、2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮等中的一种或任意几种复合。
进一步，所述的抗氧剂可以为受酚类抗氧剂或亚磷酸脂类抗氧剂中的一种。
再进一步，所述的受酚类抗氧剂为2，8一二叔丁基-4一甲基苯酚、抗氧剂lU1U，所述的亚磷酸脂类抗氧剂为无酚型亚磷酸酯抗氧剂、低酚型亚磷酸酯抗氧剂、含酚型亚磷酸酯抗氧剂；更进一步，优选为IRGANOX 245。
本发明所述的PVC、ASA、PMMA共挤层，组分中的色母颜色可调，能满足各种颜色定制的需求。
所述的发泡PVC共挤耐候花箱型材，其共挤层可以单面共挤也可以为双面共挤或四面共挤。
所述的发泡PVC共挤耐候花箱型材，其基材层主要材质为发泡PVC。
所述的发泡PVC共挤耐候花箱型材，其PVC基材层的发泡方式为物理发泡或化学发泡。
本发明所述的发泡PVC共挤耐候花箱型材的制备方法按照如下步骤进行：
第一步，按配方量将基材层原料充分混合，混合过程分热混和冷混；
第二步，按配方量分别将PVC共挤层、ASA共挤层或PMMA共挤层原料充分混合，混合过程分热混和冷混；
第三步，将共挤层原料加入锥双螺杆造粒机，进行挤出造粒；
第四步，将充分混合的基材层原料加入挤出主机，将所述的共挤层粒料加入挤出辅机，将所述的挤出主机和挤出辅机相互连接；所述的挤出主机对所述的基材层原料进行熔融、塑化和发泡，再进入共挤模具；所述的挤出辅机对所述的共挤层原料进行熔融、塑化，进入共挤模具，所述的共挤模具同时挤出基材层和共挤层，所述的共挤层牢固贴附在所述的基材层表面，在共挤模具中，由于压力和温度的作用，发泡剂快速分解，一起出口模后，熔体中的气体释放，使熔体发泡，随即进入定型模，使熔体表面迅速冷却结皮，形成硬化层，而内部继续发泡成型，出定型模后发泡完成，固化成型为制品。
作为优选，所述的挤出主机为带有发泡专用螺杆的挤出机，具有熔融、塑化、混合和发泡功能。
作为优选，所述的共挤模具为发泡模具。
作为优选，所述的热混和冷混，其热混温度为110～125℃，冷混温度为50～65℃
作为优选，所述的共挤层为PVC时，共挤层造粒的料筒温度为110～170℃，合流芯温度155～170℃，口模温度150～170℃。
作为优选，所述的共挤层为PVC时，主机料筒温度为110～170℃，辅机料筒温度为110～170℃，合流芯温度为140～160℃，模具温度为160～190℃。在此工艺条件下，基材层的发泡质量好，泡孔尺寸均一，表面结皮效果好，且基材层和PVC共挤层粘附牢固。
作为优选，所述的共挤层为ASA时，共挤层造粒的挤出机为锥形双螺杆挤出机。
作为优选，所述的共挤层为ASA时，共挤层造粒的料筒温度为160～210℃，合流芯温度165～190℃，口模温度160～200℃。
作为优选，所述的共挤层为ASA时，主机料筒温度为110～170℃，辅机料筒温度为160～210℃，合流芯温度为140～170℃，模具温度为170～190℃。在此工艺条件下，基材层的发泡质量好，泡孔尺寸均一，表面结皮效果好，且基材层和ASA共挤层粘附牢固。
作为优选，所述的共挤层为PMMA时，共挤层造粒的料筒温度为170～210℃，合流芯温度175～190℃，口模温度160～200℃。
作为优选，所述的共挤层为PMMA时，主机料筒温度为110～170℃，辅机料筒温度为170～210℃，合流芯温度为140～170℃，模具温度为170～200℃。在此工艺条件下，基材层的发泡质量好，泡孔尺寸均一，表面结皮效果好，且基材层和PMMA共挤层粘附牢固。
作为优选，所述的PVC、ASA或PMMA共挤层，其厚度为0.2～0.4mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明首次将材料改性、结皮发泡和共挤技术结合起来，并将其运用于花箱型材，使其具有质轻、模量高、超高的耐候性、长期使用不变形、不变色的特点。与现有技术相比，其突出优点包括以下几方面：
(1)本发明花箱型材与木质花箱型材相比，绿色环保，克服木质花箱型材长期使用易腐朽发霉的缺点。
(2)本发明花箱型材的基材采用结皮发泡技术，与现有通用塑料花箱型材相比，其重量大大减轻，降低成本，方便搬运的同时节省大量材料。此外，结皮发泡使型材表面形成结皮层，增加表面硬度，而表面共挤的耐候层，与普通型材相比，耐候性大幅度提高，装饰性更强。
(3)本发明花箱型材与其他发泡型材相比，其共挤技术、表面结皮技术的应用和对基体材料的改性，使得其应用于花箱时，耐候性、装饰性、表面硬度、握螺钉力和静曲强度等方面远优于其他普通发泡型材。
(4)本发明花箱型材与木塑型材相比，其在产品重量、耐候性、装饰性和耐变形方面都有极大提升，且型材的表面光滑度更高，利于花箱清洁。
(5)本发明花箱型材与金属型材相比，其在成本、耐腐蚀方面具有明显优势。
(6)综合而言，本发明花箱型材结合材料改性、结皮发泡和共挤技术。与现有的木质、木塑或塑料等花箱型材相比，具有质轻、耐候性好、装饰性强、模量高、尺寸稳定性好的特点。
附图说明
图1是本发明花箱型材纵截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
本发明所述的原料型号和厂家见表1：
表1原料的型号和厂家
以下采用实施例具体说明本发明的一种发泡PVC共挤耐候花箱型材及其制备。
实施例1：
基材配方：PVC材料100份、碳酸钙60份、超细钙2份，钙锌稳定剂4份、硬脂酸2份、PE蜡1份、发泡调节剂2份、AC发泡剂3份、钛白粉2份。
实施例1作为对比验证，基材采用普通发泡配方，无共挤层，
制备方法包括以下步骤：
(1)按配方量称取各原料；
(2)将基材料原料：PVC材料、碳酸钙、稳定剂、润滑剂、调节剂、发泡剂、钛白粉置于拌釜内搅拌20分钟，搅拌温度为热混115℃，冷混温度为60℃；
(3)混匀后，采用锥双挤出机进行熔融共混并挤出成型，挤出机机筒温度140～175℃，合流芯温度165℃，模头温度175℃。
实施例2：
基材配方：PVC材料100份、碳酸钙60份、超细钙2份，钙锌稳定剂4份、硬脂酸2份、PE蜡1份、ACR 3份、玻纤10份、发泡调节剂2份、AC发泡剂3份、钛白粉2份。
共挤料配方：PVC材料100份、碳酸钙10份、CPE 3份、紫外吸收剂Fisorb5411 1.5份、钛白粉10份、色母2份、抗氧剂IRGANOX 245 0.5份
所述的发泡PVC共挤耐候花箱型材的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各原料；
(2)将共挤料原料：PVC粉末、碳酸钙、增韧剂、紫外吸收剂、钛白粉、色母、抗氧剂置于拌釜内搅拌20分钟，搅拌温度为热混115℃，冷混温度为60℃；
(3)将混匀后的共挤料，采用双螺杆挤出机进行熔融共混并造粒，挤出机机筒温度140～165℃，合流芯温度155℃，模头温度165℃，得到共挤层粒料；
(4)将基材料原料：PVC材料、碳酸钙、稳定剂、润滑剂、增强树脂、增强纤维、调节剂、发泡剂、钛白粉置于拌釜内搅拌20分钟，搅拌温度为热混115℃，冷混温度为60℃；
(5)混匀后，采用锥双挤出机进行熔融共混并挤出成型，挤出机机筒温度140～175℃，合流芯温度165℃，模头温度175℃，共挤机机筒温度为130～165℃。
实施例3：
基材配方：PVC材料100份、碳酸钙60份、超细钙2份，钙锌稳定剂4份、硬脂酸2份、PE蜡1份、ACR 3份、玻纤10份、发泡调节剂2份、AC发泡剂3份、钛白粉2份。
共挤料配方：ASA料100份，色母料2份。
所述的发泡PVC共挤耐候花箱型材的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各原料；
(2)将共挤料原料：ASA料和色母料通过立式混合机混合均匀；
(3)将混匀后的共挤料，采用双螺杆挤出机进行熔融共混并造粒，挤出机机筒温度180～205℃，合流芯温度185℃，模头温度185℃，得到共挤层粒料；
(4)将基材料原料：PVC材料、碳酸钙、稳定剂、润滑剂、增强树脂、增强纤维、调节剂、发泡剂、钛白粉置于拌釜内搅拌20分钟，搅拌温度为热混115℃，冷混温度为60℃；
(5)混匀后，采用锥双挤出机进行熔融共混并挤出成型，挤出机机筒温度140～175℃，合流芯温度165℃，模头温度175℃，共挤机机筒温度为170～185℃。
实施例4：
基材配方：PVC材料100份、碳酸钙60份、超细钙2份，钙锌稳定剂4份、硬脂酸2份、PE蜡1份、ACR 3份、玻纤10份、发泡调节剂2份、AC发泡剂3份、钛白粉2份。
共挤料配方：PMMA料100份，色母料2份。
本发明一种发泡PVC共挤耐候花箱型材及其制备，其包括以下步骤：
(1)按配方量称取各原料；
(2)将共挤料原料：PMMA料和色母料通过立式混合机混合均匀；
(3)将混匀后的共挤料，采用双螺杆挤出机进行熔融共混并造粒，挤出机机筒温度170～200℃，合流芯温度180℃，模头温度185℃，得到共挤层粒料；
(4)将基材料原料：PVC材料、碳酸钙、稳定剂、润滑剂、增强树脂、增强纤维、调节剂、发泡剂、钛白粉置于拌釜内搅拌20分钟，搅拌温度为热混115℃，冷混温度为60℃；
(4)混匀后，采用锥双挤出机进行熔融共混并挤出成型，挤出机机筒温度140～175℃，合流芯温度165℃，模头温度175℃，共挤机机筒温度为170～195℃。
以下通过性能检测，数据见表2，证明本发明实施例2、3、4与实施例1对比样的性能效果，其检测结果如下，通过表面共挤和基材增强改性，可以得到耐候性好、装饰性更强、物理性能优异、产品质量轻的花箱型材。
表2性能测试数据表
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.08 1.06 1.10 1.07
握螺钉力(N) 920 1563 1602 1534
静曲强度(MPa) 23.2 36.1 35.5 37.8
尺寸稳定性(％) 0.76 0.45 0.48 0.40
吸水厚度膨胀率(％) 0.48 0.35 0.31 0.27
微卡软化点(℃) 80.3 82.2 82.6 83.1
人工老化1000h(级) 2 4 4 4

Claims (10)

1.一种发泡PVC共挤耐候花箱型材，其特征在于：所述的发泡PVC共挤耐候花箱型材由基材层和共挤层两层组成；
所述的基材层按重量份数计包含以下组分：PVC树脂100份，碳酸钙60～80份，超细钙1～10份，稳定剂3～6份，润滑剂2～4份，增强树脂1～5份，增强纤维2～20份，发泡调节剂1～10份，发泡剂1～10份，钛白粉2～4份；
所述的共挤层选自下列之一：PVC共挤层、ASA共挤层或PMMA共挤层；
PVC树脂100份，碳酸钙10～20份，增韧剂2～8份，紫外吸收剂0.5～3份，钛白粉10～20份，色母2～5份，抗氧剂0.5～1份；
所述的ASA共挤层，按重量份数计包含以下组分：ASA树脂100份，ASA色母2～5份；所述的ASA树脂即丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物；
所述的PMMA共挤层，按重量份数计包含以下组分：PMMA树脂100份，PMMA色母2～5份。
2.如权利要求1所述的发泡PVC共挤耐候花箱型材，其特征在于：所述的碳酸钙的粒度为200～3000目；所述的超细钙的粒径为小于等于10um。
3.如权利要求1所述的发泡PVC共挤耐候花箱型材，其特征在于：所述的稳定剂为钙锌稳定剂或有机锡稳定剂中的一种；所述的润滑剂为硬脂酸、PE蜡或石蜡等润滑剂中的一种或任意几种；所述的发泡调节剂为丙烯酸酯发泡调节剂；所述的发泡剂为偶氮类黄发泡剂、碳酸氢钠白发泡剂、复合发泡剂、或膨胀微球等中的一种或几种；所述的增强树脂为MBS或ACR；所述的增强纤维为玻纤、碳纤或尼龙纤维、聚对亚苯基苯并二嗯唑纤维、玄武岩纤维或聚甲醛纤维。
4.如权利要求1所述的发泡PVC共挤耐候花箱型材，其特征在于：所述的PVC共挤层中，所述的增韧剂为MBS、ACR或CPE中的一种或两种；所述紫外吸收剂为2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三氮唑、邻羟基苯甲酸苯酯、2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮等中的一种或任意几种复合。
5.如权利要求1所述的发泡PVC共挤耐候花箱型材，其特征在于：所述的抗氧剂为受酚类抗氧剂或亚磷酸脂类抗氧剂中的一种；所述的受酚类抗氧剂为2，8一二叔丁基-4一甲基苯酚、抗氧剂lU1U；所述的亚磷酸脂类抗氧剂为无酚型亚磷酸酯抗氧剂、低酚型亚磷酸酯抗氧剂、含酚型亚磷酸酯抗氧剂。
6.一种如权利要求1所述的发泡PVC共挤耐候花箱型材的制备方法，其特征在于：所述的方法按照如下步骤进行：
第一步，按配方量将基材层原料充分混合，混合过程分热混和冷混；
第二步，按配方量分别将PVC共挤层、ASA共挤层或PMMA共挤层原料充分混合，混合过程分热混和冷混；
第三步，将共挤层原料加入锥双螺杆造粒机，进行挤出造粒；
第四步，将充分混合的基材层原料加入挤出主机，将所述的共挤层粒料加入挤出辅机，将所述的挤出主机和挤出辅机相互连接；所述的挤出主机对所述的基材层原料进行熔融、塑化和发泡，再进入共挤模具；所述的挤出辅机对所述的共挤层原料进行熔融、塑化，进入共挤模具，所述的共挤模具同时挤出基材层和共挤层，所述的共挤层牢固贴附在所述的基材层表面，在共挤模具中，由于压力和温度的作用，发泡剂快速分解，一起出口模后，熔体中的气体释放，使熔体发泡，随即进入定型模，使熔体表面迅速冷却结皮，形成硬化层，而内部继续发泡成型，出定型模后发泡完成，固化成型为制品。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的热混温度为110～125℃，冷混温度为50～65℃。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的共挤层为PVC时，共挤层造粒的料筒温度为110～170℃，合流芯温度155～170℃，口模温度150～170℃；主机料筒温度为110～170℃，辅机料筒温度为110～170℃，合流芯温度为140～160℃，模具温度为160～190℃。在此工艺条件下，基材层的发泡质量好，泡孔尺寸均一，表面结皮效果好，且基材层和PVC共挤层粘附牢固。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的共挤层为ASA时，共挤层造粒的料筒温度为160～210℃，合流芯温度165～190℃，口模温度160～200℃；主机料筒温度为110～170℃，辅机料筒温度为160～210℃，合流芯温度为140～170℃，模具温度为170～190℃。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的共挤层为PMMA时，共挤层造粒的料筒温度为170～210℃，合流芯温度175～190℃，口模温度160～200℃；主机料筒温度为110～170℃，辅机料筒温度为170～210℃，合流芯温度为140～170℃，模具温度为170～200℃。
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