CN110845808A - 一种低收缩率的耐热pvc木塑装饰板及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种低收缩率的耐热PVC木塑装饰板及制备方法，所述木塑装饰板是由植物秸秆纤维经预处理后，依次与硝酸溶液及氢氧化钠溶液混合加热，得到微孔秸秆纤维，然后反复交替浸入可溶性钙盐溶液及可溶性硅酸盐溶液中，得到表面具有硅酸钙硬质壳层的改性秸秆纤维，接着与聚氯乙烯、木粉、增塑剂、硅烷偶联剂混料，再经双螺杆挤出机成型而制得。本发明提供的方法预处理的秸秆纤维制得的木塑装饰板耐热性能更优异，并且极大地降低了木塑板的收缩率，并且赋予了木塑板强度高，防开裂，防翘曲等特点，同时秸秆纤维的处理方法简单易操作。

Description

一种低收缩率的耐热PVC木塑装饰板及制备方法
技术领域
本发明涉及木塑复合材料的技术领域，特别是涉及一种低收缩率的耐热PVC木塑装饰板及制备方法。
背景技术
木塑复合板材是一种主要由木材（木纤维素、植物纤维素）为基础材料与热塑性高分子材料（塑料）和加工助剂等，混合均匀后再经模具设备加热挤出成型而制成的高科技绿色环保新型装饰材料，兼有木材和塑料的性能与特征，是能替代木材和塑料的新型复合材料。木塑材料具有可生物降解、减少固体废弃物、力学性能优良、耐老化、具有实木质感等优点，而被广泛应用于户外园林景观及室内装饰材料。
木塑复合板材中，木塑装饰板材作为一种新型环保型木塑复合材料产品而广受关注。木塑装饰板材一般为块状拼接铺设。普通的木塑复合装饰板，两块地板拼接一般为卡扣式结构，在拼接处具有接口，在安装时，插接口还需四面锁紧卡扣，在大面积批量拼接时，安装强度较大。
另外，由于普通的木塑复合板材是由木材和塑料混合制成，当受压较强时，容易受力发生形变翘曲。并且木塑地板因其原料中采用发泡剂，收缩率和膨胀率较大，稳定性有待提高；另外，秸秆纤维与树脂基体结合性差，其预处理工艺复杂，成本较高。因此，研究新型高性能的木塑装饰板材越来越多。
中国发明专利申请号201710313497.6公开了一种PVC木塑复合装饰板，由以下成分制成：PVC树脂、丁基橡胶、改性聚甲醛/低密度聚乙烯共聚物、玻璃纤维、轻质碳酸钙、木粉、PVC助剂、PVC增强剂、硅烷偶联剂；该发明制备的木塑复合装饰板能够较小复合材料的密度，降低生产成本，同时通过PVC助剂和改性聚甲醛/低密度聚乙烯共聚物的协同作用，能够避免木塑复合材料的裂纹尖端，阻止裂纹扩张，改善木塑复合材料的抗冲击性能和韧性。中国发明专利申请号201610533561.7公开了一种改性秸秆/PP木塑复合板及其加工方法，其特征是按质量比由如下组分构成，改性小麦秸秆38-43份、聚丙烯40-45份、偶联剂1-15份；该发明以小麦秸秆纤维，废弃聚丙烯（PP）塑料薄膜、KH550硅烷偶联剂，乙酸溶液, 乙醇溶液为原料，通过材料的混炼搅拌、铺装成型、热压固化、干燥养护等工序，来制造秸秆木塑复合板。
为了解决传统木塑复合板材收缩率大、强度较低、易翘曲等问题，有必要提出一种新型木塑复合装饰板，进而有效提升了木塑复合板的综合性能。
发明内容
针对现有技术中的木塑装饰板收缩率较大，受压较强时容易发生形变翘曲，且传统的秸秆纤维预处理工艺复杂等缺点，本发明提出一种低收缩率的耐热PVC木塑装饰板及制备方法，从而极大地降低了木塑板的收缩率，并且具有强度高、防开裂、防翘曲等特点。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种低收缩率的耐热PVC木塑装饰板，所述木塑装饰板是由植物秸秆纤维经预处理后，依次与硝酸溶液及氢氧化钠溶液混合加热，得到微孔秸秆纤维，然后反复交替浸入可溶性钙盐溶液及可溶性硅酸盐溶液中，得到表面具有硅酸钙硬质壳层的改性秸秆纤维，接着与聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、木粉、增塑剂、硅烷偶联剂混料，再经双螺杆挤出机成型而制得。
优选的，所述植物秸秆纤维为小麦秸秆纤维、水稻秸秆纤维、玉米秸秆纤维、高粱秸秆纤维、甘蔗秸秆纤维、油菜秸秆纤维、棉花秸秆纤维中的一种或两种以上的组合。
优选的，所述可溶性钙盐为硝酸钙。
优选的，所述可溶性硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾中的一种。
优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或两种以上的组合。
优选的，所述硅烷偶联剂为kh540、kh550、kh560、kh570、kh792中的一种或两种以上的组合。
优选的，所述硝酸溶液的质量浓度为3%。
优选的，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为3%。
优选的，所述可溶性钙盐溶液的质量浓度为5-8%。
优选的，所述可溶性硅酸盐溶液的质量浓度为10-15%。
本发明还提供了一种低收缩率的耐热PVC木塑装饰板的制备方法，具体制备方法如下：
（1）将植物秸秆纤维切成小段，洗涤后粉碎，微波处理30-60min后，得到预处理秸秆，再与硝酸溶液混合，在85℃的水浴中加热60-90min后，抽滤清洗至滤液显中性，再与氢氧化钠溶液混合，在85℃的水浴中加热60-90min后，抽滤清洗至滤液显中性，60℃烘干，得到具有粗糙多孔结构的秸秆纤维，即微孔秸秆纤维，备用；
（2）将步骤（1）制得的微孔秸秆纤维浸入可溶性钙盐溶液中，使可溶性钙盐溶液充分渗入秸秆纤维微孔中，30-60min后取出，再浸入可溶性硅酸盐溶液中，30-60min后取出，重复上述操作3-5次，然后固液分离，60℃烘干，得到表面具有硅酸钙硬质壳层的改性秸秆纤维，备用；
（3）将聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、硬质壳层改性秸秆纤维、木粉、增塑剂、硅烷偶联剂共同输送至混料机中，在转速为100-200rpm的条件下混炼30-60min，再将混合物料移入双螺杆挤出机中，在160-185℃下模具挤出成型，得到低收缩的PVC木塑装饰板。
优选的，所述步骤（1）中，秸秆纤维与硝酸溶液的混合质量比为1:6，秸秆纤维与氢氧化钠溶液的混合质量比为1:6。
优选的，所述步骤（2）中，微孔秸秆纤维与可溶性钙盐溶液的混合质量比为1:4，微孔秸秆纤维与可溶性硅酸盐溶液的混合质量比1:4。
优选的，所述步骤（3）中，聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、硬质壳层改性秸秆纤维、木粉、发泡剂、发泡稳定剂、增塑剂、硅烷偶联剂的混合质量比为30-40:10-15:15-20:25-30:12-18:0.5-2。
本发明先将植物秸秆纤维进行微波处理，使得秸秆表层的硅细胞中的水分急剧膨胀，在秸秆表层的硅细胞和栓质细胞中瞬间产生内压，部分或完全破坏秸秆纤维表层硅细胞和栓质细胞，细胞的崩裂使得秸秆表层致密层疏松。
进一步的，将微波处理的植物秸秆纤维先后进行酸碱处理，使得秸秆纤维表面形成粗糙多孔结构。酸碱处理中酸液和碱液的浓度必须控制在较低范围，否则会造成秸秆纤维的大量破坏，因此，本发明中的酸液选择质量浓度为3%的硝酸溶液，碱液选择质量浓度为3%的氢氧化钠溶液。
更进一步的，将经过微波处理、酸碱处理的表面存在粗糙多孔结构的秸秆纤维先后浸入可溶性钙盐和可溶性硅酸盐溶液中进行二次处理，秸秆纤维表层的多孔结构充分吸附可溶性钙盐和可溶性硅酸盐，同时发生化学反应，在秸秆纤维表面原位生成硅酸钙，形成硅酸钙硬质壳层，极大提高了秸秆纤维的强度，最后将硬质壳层改性秸秆纤维与聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯混合挤出，即可强度高、耐热性好且收缩率低的木塑装饰板。
现有的木塑装饰板收缩率较大、强度低、耐热性能差，受压较强时容易发生形变翘曲，且秸秆纤维预处理工艺复杂等缺点，限制了其应用。鉴于此，本发明提出一种低收缩率的耐热PVC木塑装饰板及制备方法，其技术点是：将植物秸秆纤维切成小段，洗涤后粉碎，微波处理后，得预处理秸秆；再与硝酸溶液混合，水浴加热后，抽滤清洗至滤液显中性；再与氢氧化钠溶液混合，水浴中加热后，抽滤清洗至滤液显中性，烘干，得到具有粗糙多孔结构的秸秆纤维，备用；将微孔秸秆纤维浸入可溶性钙盐溶液中，使可溶性钙盐溶液充分渗入秸秆纤维微孔中，取出，再浸入可溶性硅酸盐溶液中，取出，重复上述操作3-5次，得到表面具有硅酸钙硬质壳层的改性秸秆纤维，然后固液分离，将包覆改性秸秆纤维进行干燥，备用；将聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、硬质壳层改性秸秆纤维、木粉、增塑剂、硅烷偶联剂共同输送至混料机中，混炼后移入双螺杆挤出机中，模具挤出成型，得到低收缩的木塑装饰板。本发明提供的方法预处理的秸秆纤维制得的木塑装饰板耐热性能更优异，并且通过原位硅酸钙包覆秸秆极大地降低了木塑板的收缩率，并且赋予了木塑板强度高，防开裂，防翘曲等特点，同时处理方法简单易操作。
本发明提出一种低收缩率的耐热PVC木塑装饰板及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、通过将秸秆纤维由酸碱预处理后在其表面形成粗糙多孔结构，随后依次在可溶性钙盐和可溶性硅酸盐溶液中进行二次处理，并通过反应在秸秆纤维表面形成硅酸钙硬质壳层，处理方法简单易操作，处理效果好。
2、本发明的方法预处理的秸秆纤维制得的木塑装饰板耐热性能更优异，并且极大地降低了木塑板的收缩率，并且赋予了木塑板强度高，防开裂，防翘曲等特点。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
（1）将玉米秸秆纤维切成小段，洗涤后粉碎，微波处理30min后，得到预处理秸秆，再与质量浓度为3%的硝酸溶液按质量比1:6混合，在85℃的水浴中加热90min后，抽滤清洗至滤液显中性，再与质量浓度为3%的氢氧化钠溶液按质量比1:6混合，在85℃的水浴中加热90min后，抽滤清洗至滤液显中性，60℃烘干，得到具有粗糙多孔结构的秸秆纤维，即微孔秸秆纤维，备用；
（2）将步骤（1）制得的微孔秸秆纤维按质量比1:4浸入质量浓度为5%的可溶性钙盐溶液中，使可溶性钙盐溶液充分渗入秸秆纤维微孔中，30min后取出，再按质量比1:4浸入质量浓度为10%的可溶性硅酸盐溶液中，30min后取出，重复上述操作5次，然后固液分离，60℃烘干，得到表面具有硅酸钙硬质壳层的改性秸秆纤维，备用；所述可溶性钙盐为硝酸钙；所述可溶性硅酸盐为硅酸钾；
（3）将聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯900E、硬质壳层改性秸秆纤维、木粉、增塑剂、硅烷偶联剂共同输送至混料机中，在转速为100rpm的条件下混炼60min，再将混合物料移入双螺杆挤出机中，在185℃下模具挤出成型，得到低收缩的PVC木塑装饰板；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯；所述硅烷偶联剂为kh540；聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、硬质壳层改性秸秆纤维、木粉、增塑剂、硅烷偶联剂的混合质量比为35:15:15: 30:15:0.5。
测试方法：
将本实施例制备获得的木塑装饰板裁切后在模压机中160℃热压为150mm×150mm×6mm的板材，脱模后冷却至室温，测试对角线尺寸变化，衡量收缩率，得到结果如表1所示。
对比例1
对比例1与实施例1相比，未在秸秆纤维比面包覆硅酸钙，得到的板材热收缩明显。采用实施例1的方法进行测试，测试结果如表1所示。
实施例2
（1）将玉米秸秆纤维切成小段，洗涤后粉碎，微波处理40min后，得到预处理秸秆，再与质量浓度为3%的硝酸溶液按质量比1:6混合，在85℃的水浴中加热60min后，抽滤清洗至滤液显中性，再与质量浓度为3%的氢氧化钠溶液按质量比1:6混合，在85℃的水浴中加热60min后，抽滤清洗至滤液显中性，60℃烘干，得到具有粗糙多孔结构的秸秆纤维，即微孔秸秆纤维，备用；
（2）将步骤（1）制得的微孔秸秆纤维按质量比1:4浸入质量浓度为8%的可溶性钙盐溶液中，使可溶性钙盐溶液充分渗入秸秆纤维微孔中，50min后取出，再按质量比1:4浸入质量浓度为12%的可溶性硅酸盐溶液中，50min后取出，重复上述操作5次，然后固液分离，60℃烘干，得到表面具有硅酸钙硬质壳层的改性秸秆纤维，备用；所述可溶性钙盐为硝酸钙；所述可溶性硅酸盐为硅酸钾；
（3）将聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯900E、硬质壳层改性秸秆纤维、木粉、增塑剂、硅烷偶联剂共同输送至混料机中，在转速为100rpm的条件下混炼40min，再将混合物料移入双螺杆挤出机中，在175℃下模具挤出成型，得到低收缩的PVC木塑装饰板；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；所述硅烷偶联剂为kh560；聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、硬质壳层改性秸秆纤维、木粉、增塑剂、硅烷偶联剂的混合质量比为40:10: 20: 30: 12:1。
采用实施例1的方法进行测试，测试结果如表1所示。
实施例3
（1）将玉米秸秆纤维切成小段，洗涤后粉碎，微波处理50min后，得到预处理秸秆，再与质量浓度为3%的硝酸溶液按质量比1:6混合，在85℃的水浴中加热70min后，抽滤清洗至滤液显中性，再与质量浓度为3%的氢氧化钠溶液按质量比1:6混合，在85℃的水浴中加热70min后，抽滤清洗至滤液显中性，60℃烘干，得到具有粗糙多孔结构的秸秆纤维，即微孔秸秆纤维，备用；
（2）将步骤（1）制得的微孔秸秆纤维按质量比1:4浸入质量浓度为6%的可溶性钙盐溶液中，使可溶性钙盐溶液充分渗入秸秆纤维微孔中，40min后取出，再按质量比1:4浸入质量浓度为13%的可溶性硅酸盐溶液中，40min后取出，重复上述操作5次，然后固液分离，60℃烘干，得到表面具有硅酸钙硬质壳层的改性秸秆纤维，备用；所述可溶性钙盐为硝酸钙；所述可溶性硅酸盐为硅酸钠；
（3）将聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、硬质壳层改性秸秆纤维、木粉、增塑剂、硅烷偶联剂共同输送至混料机中，在转速为150rpm的条件下混炼30min，再将混合物料移入双螺杆挤出机中，在185℃下模具挤出成型，得到低收缩的PVC木塑装饰板；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；所述硅烷偶联剂为kh792；聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、硬质壳层改性秸秆纤维、木粉、增塑剂、硅烷偶联剂的混合质量比为30: 15:15:25:18:0.5。
采用实施例1的方法进行测试，测试结果如表1所示。
实施例4
（1）将玉米秸秆纤维切成小段，洗涤后粉碎，微波处理60min后，得到预处理秸秆，再与质量浓度为3%的硝酸溶液按质量比1:6混合，在85℃的水浴中加热80min后，抽滤清洗至滤液显中性，再与质量浓度为3%的氢氧化钠溶液按质量比1:6混合，在85℃的水浴中加热80min后，抽滤清洗至滤液显中性，60℃烘干，得到具有粗糙多孔结构的秸秆纤维，即微孔秸秆纤维，备用；
（2）将步骤（1）制得的微孔秸秆纤维按质量比1:4浸入质量浓度为5%的可溶性钙盐溶液中，使可溶性钙盐溶液充分渗入秸秆纤维微孔中， 60min后取出，再按质量比1:4浸入质量浓度为15%的可溶性硅酸盐溶液中，40min后取出，重复上述操作5次，然后固液分离，60℃烘干，得到表面具有硅酸钙硬质壳层的改性秸秆纤维，备用；所述可溶性钙盐为硝酸钙；所述可溶性硅酸盐为硅酸钠；
（3）将聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、硬质壳层改性秸秆纤维、木粉、增塑剂、硅烷偶联剂共同输送至混料机中，在转速为200rpm的条件下混炼30min，再将混合物料移入双螺杆挤出机中，在165℃下模具挤出成型，得到低收缩的PVC木塑装饰板；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯；所述硅烷偶联剂为kh570；聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、硬质壳层改性秸秆纤维、木粉、增塑剂、硅烷偶联剂的混合质量比为40: 15:15:25:15:1。
采用实施例1的方法进行测试，测试结果如表1所示。
表1：
Figure 950375DEST_PATH_IMAGE002

Claims (7)

1.一种低收缩率的耐热PVC木塑装饰板，其特征在于，所述木塑装饰板是由植物秸秆纤维经预处理后，依次与硝酸溶液及氢氧化钠溶液混合加热，得到微孔秸秆纤维，然后反复交替浸入可溶性钙盐溶液及可溶性硅酸盐溶液中，得到表面具有硅酸钙硬质壳层的改性秸秆纤维，接着与聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、木粉、增塑剂、硅烷偶联剂混料，再经双螺杆挤出机成型而制得。
2.根据权利要求1所述的一种低收缩率的耐热PVC木塑装饰板，其特征在于，所述植物秸秆纤维为小麦秸秆纤维、水稻秸秆纤维、玉米秸秆纤维、高粱秸秆纤维、甘蔗秸秆纤维、油菜秸秆纤维、棉花秸秆纤维中的一种或两种以上的组合；所述可溶性钙盐为硝酸钙；所述可溶性硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾中的一种；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或两种以上的组合；所述硅烷偶联剂为kh540、kh550、kh560、kh570、kh792中的一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的一种低收缩率的耐热PVC木塑装饰板，其特征在于，所述硝酸溶液的质量浓度为3%；所述氢氧化钠溶液的质量浓度为3%；所述可溶性钙盐溶液的质量浓度为5-8%；所述可溶性硅酸盐溶液的质量浓度为10-15%。
4.如权利要求1-3任一权项所述的一种低收缩率的耐热PVC木塑装饰板的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：
（1）将植物秸秆纤维切成小段，洗涤后粉碎，微波处理30-60min后，得到预处理秸秆，再与硝酸溶液混合，在85℃的水浴中加热60-90min后，抽滤清洗至滤液显中性，再与氢氧化钠溶液混合，在85℃的水浴中加热60-90min后，抽滤清洗至滤液显中性，60℃烘干，得到具有粗糙多孔结构的秸秆纤维，即微孔秸秆纤维，备用；
（2）将步骤（1）制得的微孔秸秆纤维浸入可溶性钙盐溶液中，使可溶性钙盐溶液充分渗入秸秆纤维微孔中，30-60min后取出，再浸入可溶性硅酸盐溶液中，30-60min后取出，重复上述操作3-5次，然后固液分离，60℃烘干，得到表面具有硅酸钙硬质壳层的改性秸秆纤维，备用；
（3）将聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、硬质壳层改性秸秆纤维、木粉、增塑剂、硅烷偶联剂共同输送至混料机中，在转速为100-200rpm的条件下混炼30-60min，再将混合物料移入双螺杆挤出机中，在160-185℃下模具挤出成型，得到低收缩的PVC木塑装饰板。
5.根据权利要求4所述的一种低收缩率的耐热PVC木塑装饰板的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，秸秆纤维与硝酸溶液的混合质量比为1:6，秸秆纤维与氢氧化钠溶液的混合质量比为1:6。
6.根据权利要求4所述的一种低收缩率的耐热PVC木塑装饰板的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，微孔秸秆纤维与可溶性钙盐溶液的混合质量比为1:4，微孔秸秆纤维与可溶性硅酸盐溶液的混合质量比1:4。
7.根据权利要求4所述的一种低收缩率的耐热PVC木塑装饰板的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、硬质壳层改性秸秆纤维、木粉、增塑剂、硅烷偶联剂的混合质量比为30-40:10-15:15-20:25-30: 12-18:0.5-2。
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