CN111231469A - 一种双层pe共挤木塑板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双层PE共挤木塑板，属于新材料领域，包括由第一木塑材料构成的环保基材和由第二木塑材料构成的耐候表层，所述的耐候表层完整包裹在所述的环保基材上；所述第一木塑材料由包含回收的木塑板材粉碎料和木竹粉的第一原料制成，所述的第二木塑材料由包含新生的高密度聚乙烯和木竹粉的第二原料制成；所述的第二原料中还包含有耐候稳定剂；所述的耐候表层的至少一个表面上具有被压制的凹槽，所述凹槽的最大深度大于所述耐候表层的厚度。本发明的产品环保且生产成本低，其表面颜色和纹理较好，相较于现有技术的同类产品耐候性显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及塑木材料生产技术领域，尤其涉及一种双层PE共挤木塑板及其制备方法。
背景技术
木塑户外地板主要材料为PE和木粉或者竹粉，经过加入助剂，高速混合后，进行造粒，再使用挤出机将粒料挤出成型材，此类地板可用于园林景观，别墅等户外平台。
兼有木材和塑料的性能与特征，能替代木材和塑料的新型环保高科技材料 ，其英文Wood Plastic Composites缩写为WPC。木塑地板拥有和木材一样的加工特性，使用普通的工具即可锯切、钻孔、上钉，非常方便，可以像普通木材一样使用。同时具有木材的木质感和塑料的耐水防腐特性，使得它成为一种性能优良并十分耐用的室外防水防腐建材。然而随着木塑材料的普及，大量的废材成为垃圾，给环境和资源造成极大的负担。
CN104311948A公开了一种PE木塑装饰面板的配方，它包括组分A和组分B，其中组分A：木粉55-75，石蜡油0-1，组分B主要是回收塑料，还包括其它的一些抗氧化剂、高岭土、紫外吸收剂以及其它的改性剂等。该发明的木塑装饰面板的配方以回收木粉及回收PE塑料为主要原料，成本低廉，同时，该发明还提供了一种新的生产工艺，使得木粉最高添加比例可达70％，采用该工艺及前述配方制得的PE木塑板，具有木材的表观和仿木条纹，具有成本低的优点。可以看出，该发明采用PE回收料，不仅解决了环境的负担问题，还变废为宝，实现了有效的资源利用。
CN104890340B公开了一种户外高耐候性高强度共挤塑木复合地板，它有表层和里层两层组成，两层的组分配比中，表层中含有清树脂40～60重量份，改性树脂30～45重量份，120目硬木粉5～20重量份，碳酸钙1～10重量份，滑石粉1～10重量份，抗UV剂0.1～1重量份，抗氧化剂0.1～1重量份，白油0.1～3重量份，马来酸酐接枝PP 1.2～4.2重量份，PE腊0.1～3重量份，EBS 0.1～1.5重量份，硬脂酸锌0.1～3重量份，色粉2～6重量份；里层的配比有HDPE 30～45重量份，120目硬木粉35～55重量份，偶联剂2～6重量份，碳酸钙5～20重量份，玻璃纤维15～35重量份，PE腊0.1～3重量份，EBS 0.1～1.5重量份，硬脂酸锌0.1～3重量份。该发明的共挤塑木复合地板具有耐候性高，强度高的优点，但该发明的整体思路是改变两层的成分来解决机械性能和耐候性，并不能适用回收料。
但是废旧的木材和塑料的大量使用，加剧了板材原来弱点，即弯曲模量和弯曲强度因回收塑料的波动普遍不高或不稳定；同时可能是因为成分复杂等原因，产品更容易出现微生物侵蚀，即木塑产品的抗腐蚀性能有较大程度的下降，更让人不能接受的是，即使采用将大批回收料预先混合做到性能均一，也无法避免由于回收料的规格不同而造成不同批次的产品的颜色产生较大的色差的问题，这对于目前木塑产品的性能是致命的。这是因为，目前国内的木塑产品有很大一部分出口到国外，不同批次的产品的性能不同容易造成产品被认定不合格，尤其是外观颜色不一致时导致产品报废。另外一个方面，由于不同的批次的废料中含有抗氧化剂和老化剂，在被回收利用制成新的地板后，虽然在新品时看不出差异，但是在使用一段时间后，不同批次的产品则表现出不同变化，这也造成了本产品的不可接受。综上，上述技术问题阻碍了废旧木塑产品的二次利用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种双层PE共挤木塑板。本发明在不增加生产成本的情况下，有效解决回收木塑地板木塑颜色、耐候性和力学性能不佳和不稳定的问题。
本发明解决上述问题的技术方案如下：
一种双层PE共挤木塑板，包括由第一木塑材料构成的环保基材和由第二木塑材料构成的耐候表层，所述的耐候表层完整包裹在所述的环保基材上，所述第一木塑材料由包含有回收的木塑板材粉碎料和木竹粉的第一原料制成，所述的第二木塑材料由包含有高密度聚乙烯和木竹粉的第二原料制成；所述的第二原料中还包含有耐候稳定剂；所述的耐候表层的至少一个表面上具有被压制的凹槽，所述凹槽的最大深度大于所述耐候表层的厚度。
现有的共挤板材通常采用两种挤出料单面相连接的结构，而本发明采取了外层的耐候表层完整包裹内部的环保基材的结构，针对两种材料成分的不同而分别调整，充分利用了两层材料的不同成本、外观、耐候性能和力学性能，通过两者的共挤形成整体板材的良好外观、耐候和力学性能。
本发明所述的木竹粉包含竹粉、木粉以及它们的混合物，在某些情况下，还可以添加一些其他纤维物质，木粉和竹粉的添加是实现板材二次加工性能的关键所在，在耐候表层和环保基材中添加木竹粉可实现板材整体的可锯、可刨、粘结、可钉。实际上，回收的第一原料中的木塑板材粉碎料包含有PE、木竹粉等各种木塑产品原料，但是经过长时间的使用，部分成分发生了变化，二次使用时需要添加，但作为本发明的环保基材而言，其与普通的二次回收料制作的板材又有所不同，这是因为本发明的环保基材作为内芯，其外观完全被作为表层的耐候表层所包裹，因此，可以加大木竹粉的使用量，甚至可以允许少许的挤出断裂纹，这样可以增加整体板材的木材属性，而耐候表层将内芯完全包裹后，整体板材的外观和耐候性都主要由耐候表层所呈现。
本发明在两种基体中都添加了木粉可使得整体板材的握钉力均匀，尤其是在二次回收料中还可大量加入了木竹粉，一般可以达到回收木塑板材重量的一倍以上，但太多可能影响挤出性能，故控制在回收木塑板材重量的两倍以下为宜，这些木竹粉的质量要求低，可以是各种类型，甚至可以有些杂质的废木竹粉，故其成本较低。而耐候表层中的木竹粉添加量在10-20%之间，更为优选的是10-15%，如若耐候层中没有添加或者添加量较少，则容易造成两层之间的加工性能差别，使得产品与木材的差异过大，如若添加量达到一般木塑的添加量，如30~40%，不仅由于流动性和密封性致使环保基材的内芯无法被保护而影响产品的整体防水抗腐蚀性能，还会影响耐候的性能，这可能是由于某些纤维素的大量存在对耐候稳定剂的性能有负面影响。
所述耐候稳定剂包含光稳定剂和/或抗氧化剂，通常光稳定剂占到第二原料总重量的3～6％，抗氧化剂占到第二原料总重量的0.15～0.4％。由于耐候层本身在整体塑木地板的占比不高，这些耐候稳定剂仅仅加入在耐候层中就极大地降低了这些添加剂的用量从而有效地降低了成本，即使加大这些添加剂的用量也不会对成本和板材的整体性能造成实质影响。另外，本发明的耐候层中通常还应该添加一些填充剂和色粉，其用量和种类根据不同的共挤工艺可进行调整。当然本领域技术人员可以根据需要在第二原料中添加本领域里常用的各种改性剂、润滑剂、阻燃剂、防霉剂、填料等，例如EBS、碳酸钙、滑石粉、白油、马来酸酐接枝PP等等。
为了控制成本，耐候层的厚度一般可控制在环保基材的1/5以下。做到1.0-2.0mm就足以满足质量要求。厚度太薄，有些较浅的色彩会呈现露白现象；厚度过厚，出产的型材有时会呈现弯曲现象，因而操控好共挤层的厚度对确保产品质量是非常重要的，由于耐候层很薄，有时造成共挤困难，有时甚至造成两层之间的翘开，更多的时候是使用时脱皮，虽然本发明的耐候层整体包裹环保基材层，这在一定程度上缓解了这一问题，但在某些极端情况下，上述缺陷仍然存在，在某些时候可以增加一些新料即高密度聚乙烯到第一原料中，这增强了两层之间的粘合性能，但其增加量与生产工艺成本之间也会产生矛盾。为解决这一问题，本发明可在第一原料和第二原料中加入不超过5%的改性剂，所述改性剂为丙烯酸酯、丙烯腈和苯乙烯的三元共聚物，上述三元共聚物的加入可使得耐候表层和环保基材芯层具有更好的柔韧性，从而改变两者之间原本较为刚性的接触性质，从而提高二者的复合性。同时，由于在共挤成型的过程中，分散在两者间的三元共聚物本身尚不完全固化，在产品刚刚共挤挤出时，由于耐候表层中的三元共聚物和环保基材中的三元共聚物不完全固化，并且具有相同的性质，这就使得耐候表层中和环保基材以此为基础，产生了紧密的联系，而且本身耐候表层和环保基材的材料具有一定程度的同源性和相似性；因为在产品刚刚成型时，温度和压力仍能维持在较为合适的范围，这就给两者之间的融合进一步地提供了可能。
所述的耐候表层的至少一个表面上具有被压制的凹槽，此凹槽可通过各种模具压制而成，其形状为木纹的凹凸形状，当然这个形状是由模具本身的形状所决定的，将模具表面用激光雕刻成木材纹理的形状，刻在本发明的耐候层上形成非常逼真的木纹形状。由于本发明的耐候层和环保基材的材质不同，因此容易仅仅在耐候层形成木材纹理。为了增加板材的高端和逼真木纹效果，将凹槽的最大深度设置为大于所述耐候表层的厚度，这样木纹的部分区域就会显示环保基材本身的颜色和外观，由于耐候层和环保基材层两者的材质不同，尤其是不同批次的或者不同部位的环保基材层的材质不同，这种不同反而增加木纹深邃的效果感，较大程度地增加本产品的市场认可度。另外，可以在模具中加入高温加热装置，这种加热装置不同于一般的加热装置，其温度通常要达到150摄氏度以上，更为优选180摄氏度以上，并且最好能够在模具上形成温差大于50摄氏度的若干温度差分区。通常采用的模具为滚筒，通过滚筒在板材的表面形成木纹凹槽，本发明的滚筒采用较高的温度，能够在板材的耐候层形成类似碳化和半碳化的颜色过度区域，其外观颜色更加自然。可采用在滚筒中设置两组控温装置，极端地，可以设置一组加热装置另外设置一组冷却装置，两者的交换管道可以相互交叉，从而实现模具与板材接触部分的温度差异。
为了进一步增加本板材的木纹逼真效果，所述耐候表层上的凹槽是通过两次压制而成，两次压制可形成两种深度和纹理不同的凹槽，这种组合在经过相互配合后可形成更为自然的木材纹理外观。
本发明还提供了上述板材的制造方法，包括以下步骤：
a、回收料的预处理：将回收的PE木塑地板清洗掉各种灰尘和杂质后用酸溶液冲洗后再经清水处理，烘干备用；
b、第一原料的制备：将上一步骤得到的回收料在粉碎机中粉碎为粉末并加入木竹粉和其它添加剂，充分混合后得到第一原料；
c、第一木塑材料的制备：将第一原料进行熔化，熔化后通过螺杆挤出造粒得到第一木塑材料；
d、第二原料的制备：将高密度聚乙烯和木竹粉以及其它添加剂经过高温混合，再经过低温混合后得到第二原料；
e、第二木塑材料的制备：将第二原料加入螺杆挤出机后经过挤出造粒而得到第二木塑材料；
f、共挤成型：分别将第一木塑材料和第二木塑材料的粒子加入主挤出机和副挤出机，通过共挤工艺得到具有耐候表层和环保基材并且耐候表层包裹环保基材的复合木塑板基板；
g、压纹：将成型的基板通过滚筒压出凹槽，形成表面木纹，得到产品。
本发明的第一原料制备过程中，由于木粉添加量较大，如果产品的挤出性能不佳，还需要添加增塑剂和润滑剂等以改善第一木塑材料的挤出性能。在第二原料的制备中，添加剂可以是增黏剂、阻燃剂和防霉剂等等。
通常共挤后，复合木塑板在定型模内冷却定型，然后再通过高温滚筒滚压形成木纹，控制滚筒的凸出部分的凸出长度大于耐候表层的厚度以形成较深的木纹，同时显现出内层环保层的颜色，因此，某些情况下，可以通过在第一原料中加入部分的颜色母粒，改变环保层的颜色实现更加深邃的木材纹理的效果。所述定型后的复合木塑板经过滚筒压制后，还可再打磨后、切割等后段处理。另外，步骤1）所述的烘干中，烘干机温度一般控制在90-120℃，烘干后，水份控制在5％以内。滚筒的内部可设置多个加热管道以及若干冷却管道，冷却管道可单独分布在加热管道之间，通过与加热管道和冷却管道分别连接的加热媒介和冷却媒介对滚筒实现控温，来调整和形成耐候表层的纹理和色泽。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
1）、本发明两层融合，添加了改性剂、木竹粉等，不会出现分层，产品的力学性能优于普通木塑单挤产品；
2）、芯层材料无颜色和外观、耐候等要求，加大了废料的使用范围，同时增加木粉的用量，提升了产品的木材性能，并大大降低本产品的成本，同时克服了现有技术中广泛存在的产品品质不统一的问题，实现了产品认可度的大大提升；
3）、耐候表层的整体用料不多，故成本较低，可添加足量的各种抗氧化、抗光助剂等，产品表面颜色的稳定性，耐候性显著提高，300h耐老化性能提升25％，1500h耐老化性能提升38％；
4）、耐候表层的厚度只有0.5mm～2.5mm，而芯层几乎全部使用回收料，生产成本相对下降，市场竞争力更强；
5）、耐候表层不仅具备较好的耐候特点，由于其可以单独处理，采用压纹的方式还具备广泛的木纹模仿性能，通过特殊的滚筒形状和温度设计可达到木纹的高度仿真效果，进一步提升了本产品的市场竞争力。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将通过具体实施方式对本发明进行进一步的说明。显而易见地，下面的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些具体的方案获得其他的实施方式，本发明的保护范围并不限制于这些实施例。
实施例1
一种双层PE共挤木塑板，它包括由第一木塑材料构成的环保基材和由第二木塑材料构成的耐候表层，耐候表层完整包裹在所述的环保基材上，耐候表层的厚度为环保基材厚度的六分之一，无论如何，耐候表层会整体覆盖，因此，表层具有两层结构，每一层的厚度为环保基材厚度的六分之一约为0.5mm，第一木塑材料由包含回收的木塑板材粉碎料和木竹粉的第一原料制成，木竹粉为木材加工市场回收的废料，重量与木塑板材粉碎料接近，第一原料还包含有占第一原料质量分数1%的丙烯酸酯、丙烯腈和苯乙烯的三元共聚物。第二木塑材料由包含高密度聚乙烯HDPE5502和竹粉的第二原料制成，第二原料中还包含有耐候稳定剂，耐候稳定剂包含各种稳定剂例如光稳定剂和抗氧化剂，其中光稳定剂GW-944占到第二原料总质量的6％，抗氧化剂为瑞士汽巴公司生产的1010，占到第二原料总质量的0.15％；所述的耐候表层的至少一个表面上具有被压制的凹槽，所述凹槽的最大深度大于所述耐候表层的厚，第二原料还包含有占第二原料质量分数1%的丙烯酸酯、丙烯腈和苯乙烯的三元共聚物。第二原料中木竹粉与高密度聚乙烯的质量比范围为0.5，该PE共挤木塑板是这样得到的，将回收的已经使用过的PE木塑地板清洗掉各种灰尘和杂质后，用1wt%的盐酸溶液冲洗后，再经清水处理，最后烘干备用；将上一步骤得到的回收料在粉碎机中粉碎为粉末并加入与其相同重量的木竹粉和其它添加剂，充分混合后得到第一原料，两种粉末的粒度控制接近，确保两者混合均匀；将第一原料进行熔化，熔化后通过螺杆挤出造粒，得到第一木塑材料，控制螺杆机内的温度，确保产品熔化，螺杆内剪切塑化，造粒温度为140-220℃，压力20～35MPa；将高密度聚乙烯和木竹粉按照1：0.5的比例混合，同时加入总质量含量14％的填充剂、3.85％的光稳定剂和0.15％的抗氧化剂，经过高温120℃混合5min，再经过低温20℃混合5min后得到第二原料；在第一木塑材料和第二木塑材料中均具有其重量1%的丙烯酸酯、丙烯腈和苯乙烯的三元共聚物。本实施例中，第二原料中添加的木竹粉为竹粉，其大小为40目且含灰份3%以下，含水份5%以下。然后将第二原料加入螺杆挤出机后经过挤出造粒而得到第二木塑材料，分别将第一木塑材料和第二木塑材料的粒子加入主挤出机和副挤出机，通过共挤工艺得到具有环保基材和耐候表层并且耐候表层包裹环保基材的共挤木塑板基板，本基板再经过模具冷却和水箱冷却。冷却后，将成型的基板通过滚筒压出凹槽形成表面木纹，压纹时，在滚筒上形成若干突出的年轮状凸出肋条，所述肋条的长度从年轮的一端到另外一端逐渐增加，最大长度大于耐候表层的厚度，滚筒内部布置有四根加热管和四根冷却管，加热管和冷却管间隔排列，分别连通有导热油和冷却水，依次排列有两个滚筒对流水线上的板材进行在线压槽，打磨后形成产品。
实施例2
与实施例1不同的是，耐候表层的原料是高密度聚乙烯和木粉重量比例为5：1，第二原料还含有5%的三元共聚物，5%的氧化聚乙烯蜡，14％的填充剂、3％的偶联剂、0.4％抗氧化剂、3%的UV-531，和0.85％的添加剂；第一原料回收木塑材料粉末是木粉重量的两倍，第一原料中还包含有3%的三元共聚物，3%塑化剂和4%的润滑剂以及1%的灰色颜料。
本发明的有益效果：1）产品的力学性能优于普通木塑单挤产品；2）芯层材料无颜色要求，加大了废料的使用范围；3）表层材料添加了大量的抗UV等抗光、热稳定助剂，产品表面颜色的稳定性，耐候性显著提高，300h耐老化性能提升25％，1500h耐老化性能提升38％；4）表层厚度低，而芯层全部使用回收废料，生产成本相对下降，市场竞争力更强。
以上详细描述了本发明的具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域的技术人员以本发明构思在现有技术上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，都应在本权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种双层PE共挤木塑板，其特征在于：包括由第一木塑材料构成的环保基材和由第二木塑材料构成的耐候表层，所述的耐候表层完整包裹在所述的环保基材上，所述第一木塑材料由包含回收的木塑板材粉碎料和木竹粉的第一原料制成，所述的第二木塑材料由包含高密度聚乙烯和木竹粉的第二原料制成；所述的第二原料中还包含有耐候稳定剂；所述的耐候表层的至少一个表面上具有被压制的凹槽，所述凹槽的最大深度大于所述耐候表层的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种双层PE共挤木塑板，其特征在于：第一原料还包含有占第一原料质量分数1-5%的丙烯酸酯、丙烯腈和苯乙烯的三元共聚物，第二原料还包含有占第二原料质量分数1-5%的丙烯酸酯、丙烯腈和苯乙烯的三元共聚物。
3.根据权利要求1所述的一种双层PE共挤木塑板，其特征在于：所述耐候稳定剂包括光稳定剂和抗氧化剂，光稳定剂占到第二原料总质量的3～6％，抗氧化剂占到第二原料总质量的0.15～0.4％。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种双层PE共挤木塑板，其特征在于：所述第二原料中木竹粉与高密度聚乙烯的质量比范围为0.2-0.5，所述耐候表层的厚度小于环保基材的厚度的1/5，所述第一原料中的木竹粉与回收的木塑板材粉碎料的质量比范围是0-2。
5.一种如权利要求1所述的一种双层PE共挤木塑板的制备方法，包括以下步骤：
a、回收料的预处理：将回收的PE木塑地板清洗掉各种灰尘和杂质后用酸溶液冲洗后再用清水处理，烘干备用；
b、第一原料的制备：将上一步骤得到的回收料在粉碎机中粉碎为粉末并加入木竹粉和其它添加剂，充分混合后得到第一原料；
c、第一木塑材料的制备：将第一原料进行熔化，熔化后通过螺杆挤出造粒得到第一木塑材料；
d、第二原料的制备：将高密度聚乙烯和木竹粉以及其它添加剂经过高温混合，再经过低温混合后得到第二原料；
e、第二木塑材料的制备：将第二原料加入螺杆挤出机后经过挤出造粒而得到第二木塑材料；
f、共挤成型：分别将第一木塑材料和第二木塑材料的粒子加入主挤出机和副挤出机，通过共挤工艺得到具有环保基材和耐候表层并且耐候表层包裹环保基材的共挤木塑板基板；
g、压纹：将成型的基板通过滚筒压出凹槽形成表面木纹，得到产品。
6.根据权利要求5所述的一种双层PE共挤木塑板的制备方法，其特征在于：所述的酸溶液是浓度为1-2%的稀盐酸。
7.根据权利要求5所述的一种双层PE共挤木塑板的制备方法，其特征在于：所述滚筒具有凸出部，凸出部的最大凸起高度大于所述耐候表层的厚度。
8.根据权利要求5所述的一种双层PE共挤木塑板的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的烘干中，烘干机的温度设置在90-120℃，烘干后水份控制在5％以内。
9.根据权利要求5或6或7或8所述的一种双层PE共挤木塑板的制备方法，其特征在于：所述滚筒的内部具有若干加热管道以及若干冷却管道，所述冷却管道至少部分间隔分布在所述若干加热管道之间，所述加热管道和冷却管道分别连接有加热媒介和冷却媒介。
10.根据权利要求5或6或7或8所述的一种双层PE共挤木塑板的制备方法，其特征在于：所述压纹步骤为两次压纹。
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