CN111823662B - 一种多层结构的聚丙烯地板 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域。一种多层结构的聚丙烯地板，由UV层、第一PP处理剂层、PP透明层、第二PP处理剂层、PP印刷膜层、基材层、IXPE胶水层以及IXPE层依次复合而成，复合方式包括热压贴合或挤出在线贴合；所述聚丙烯地板总厚度为3‑10mm，所述UV层为面层，所述第一PP处理剂层和第二PP处理剂层的组成成分包括氯化聚丙烯和有机溶剂。本发明地板具有良好的平整度和尺寸稳定性，机械强度高，可耐高温，耐收缩翘曲。

Description

一种多层结构的聚丙烯地板
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种多层结构的聚丙烯地板。
背景技术
传统的塑料复合地板大多以聚氯乙烯(PVC)为基材，现有的PVC地板已经具有性能优良、装饰效果好的特点，但是其缺点在于在着火时或者焚烧处理时，会产生大量的刺激性气味氯化氢(HCl)，同时产生二噁英等致癌物质，对环境和人体造成危害。PVC材料在加工过程中，会添加大量的增塑剂，稳定剂等，在使用过程中这些小分子物质，可能会发生迁移或析出，对人体存在潜在的危害，此外，PVC地板的尺寸稳定性差，地板材质难以降解，易形成白色污染。聚丙烯地板与传统的PVC地板相比，具有环保、质轻、易于安装等特点，但现有的聚丙烯地板大多是由聚合物与助剂混合后经挤压、压延或共挤制成，成型后制品容易出现翘曲、耐高低温及耐候性差等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多层结构的聚丙烯地板，该地板具有良好的平整度和尺寸稳定性，机械强度高，可耐高温，耐收缩翘曲。
本发明的技术方案如下：
一种多层结构的聚丙烯地板，由UV层、第一PP处理剂层、PP透明层、第二PP处理剂层、PP印刷膜层、基材层、IXPE胶水层以及IXPE层依次复合而成，复合方式包括热压贴合或挤出在线贴合；所述聚丙烯地板总厚度为3-10mm，所述UV层为面层，所述第一PP处理剂层和第二PP处理剂层的组成成分包括氯化聚丙烯和有机溶剂。
进一步的，所述UV层的组成成分包括丙烯酸树脂、固化剂、填料、流平剂；所述PP透明层的组成成分包括PP、接枝改性PP、POE、抗氧化剂。
进一步的，所述基材层和IXPE胶水层之间设有平衡层；所述基材层包括与PP印刷膜层复合的第一基材层和第二基材层。
进一步的，所述基材层包括与PP印刷膜层复合的第一基材层和挤出基材层。
进一步的，所述第一基材层厚度为0.7-3mm，其组成成分包括以下按重量份数计算的组分：PP 15-30份、POE 5-10份、EPDM 8-10份、白云石粉120-150份、抗氧化剂10100.1-1份；所述PP聚合物类型为无规共聚物，熔融指数为8±2.5g/10min。
进一步的，所述第一基材层的组成成分还包括防老剂0.02-0.04份、有机过氧化物交联剂0.05-0.15份。
进一步的，所述防老剂为防老剂RD和防老剂4010。
进一步的，所述有机过氧化物交联剂为过氧化物BIPB。
进一步的，所述第二基材层厚度为0.7-3mm，其组成成分包括以下按重量份数计算的组分：PP 15-30份、POE 5-10份、EPDM 8-10份、白云石粉80-100份、抗氧化剂10100.1-1份；所述PP聚合物类型为无规共聚物，熔融指数为8±2.5g/10min。
第一基材层白云石粉比例高，降低成本的同时可提高材料的耐老化收缩性能(一般为80℃/6h)，但石粉含量增加会导致材料强度降低，容易断裂。第二基材层石粉含量低，收缩大，强度高。设置两种配方的基材层，有利于平衡翘曲，使地板平整。
进一步的，所述第一基材层和第二基材层中所述PP的型号为Moplen EP1X35F。
进一步的，所述第一基材层和第二基材层中所述POE的型号为陶氏8150；
进一步的，所述第一基材层和第二基材层中所述EPDM的型号为陶氏3720。
进一步的，所述挤出基材层厚度为3-8mm，其组成成分包括以下按重量份数计算的组分：PP 100-120份、白云石粉250-300份、抗氧化剂10101-5份、外润滑剂1-5份；所述PP的熔融指数为0.5-15g/10min。
进一步的，所述第一基材层和第二基材层均采用开炼机和密炼机经延压工艺制备而成，其中，万马力炼胶时间为250-260s,下料温度为150-160℃，炼胶辊一温度为170-180℃，炼胶辊二温度150-160℃，出片辊温度80-100℃，冷却辊组温度25-35℃。
进一步的，所述PP印刷膜层、第一基材层、第二基材层和平衡层通过热压贴合工艺复合，贴合温度为140-160℃；一段升温贴合段，贴合压力8-10MPa，贴合时间25-40min；二段保温贴合段，贴合压力9-11MPa，贴合时间3-10min；三段冷却段，贴合压力10-12MPa，贴合时间10-20min。
进一步的，所述PP印刷膜层、第一基材层和挤出基材层通过挤出在线贴合工艺复合
本发明具有如下有益效果：
本发明多层结构的聚丙烯地板以UV层作为面层可提高地板的抗刮耐磨性能；PP透明层收缩大，可提高地板强度；两层结构件设置第一PP处理剂层，以氯化聚丙烯作为PP处理剂，可有效提高各层之间的附着力和粘结强度，从而提高地板的平整度和稳定性。
本发明基材层可为两种结构，其中一种结构为，基材层包括第一基材层和第二基材层，此结构的聚丙烯地板为为半硬质地板，基材层和IXPE胶水层之间还设有平衡层，其具有韧性强、弹性好的特点，脚感舒适，撞击噪音小，吸音减震效果优异，适合于有起伏的地面，地板之间容易贴近，不易出现翘边、顶起、脱扣等问题。另一种结构为，基材层包括第一基材层和挤出基材层，此结构的聚丙烯地板为硬质地板，挤出工艺制备而成的挤出基材层强度大，抗热胀冷缩能力强，无需平衡层即可实现地板平整防翘曲，大大降低了生产成本，适合于平整的大面积施工，施工时无需养生，可直接加施工。
附图说明
图1为本发明聚丙烯地板实施例1的截面结构示意图；
图2为本发明聚丙烯地板实施例2的截面结构示意图；
1.UV层，2.第一PP处理剂层，3.PP透明层，4.第二PP处理剂层，5.PP印刷膜层，6.第一基材层，7.第二基材层，8.平衡层，9.IXPE胶水层，10.IXPE层，11.挤出基材层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
一、第一基材层和第二基材层
(1)PP聚合物类型对第一、第二基材层性能的影响
基材层初始层配方为：PP 100份、POE(陶氏8150)30份、EPDM(陶氏3720)30份、白云石粉400份、抗氧化剂1010 1份。制备设备为小型开炼机。测试不同类型PP聚合物对基材层性能的影响，其中，拉伸强度的测试MPA试样：长x宽x厚：5mm*10cm*0.1cm，测试设备：万能拉力机；扣型拉力测试试样制作：4张1.0mm底料，通过油压机压制成4.0mm厚板材，通过地板开槽线开槽后测试。测试结果见下表：
Figure BDA0002599102280000041
PP聚合物类型为均聚PP，结晶度太高，其熔程较短，只有10℃左右，不适合于压延工艺。
PP聚合物类型为无规共聚PP，由于其制备过程中引进了两种或者几种不同的单体，并且其聚合顺序杂乱无章，熔程较长，熔程可达到40℃，适合于压延工艺。压延工艺采用设备为密炼机和开炼机，连续生产受设备局限，物料温度变化只能在150-180℃之间，型号为Moplen EP1X35F的PP加工温度适合压延设备工艺的温度。同时，本发明第一基材层和第二基材层中选用的PP增韧剂(POE、EPDM等)最佳加工温度范围150-175℃，此型号的PP加工温度和PP增韧剂的加工的温度相同，能更好的相容和加工，具有较好的增韧效果。
PP聚合物类型为嵌锻共聚PP，引进两种或者几种不同的单体，且其化学结构是较短的链段结构交替连接的线性共聚物，其熔程达到25℃左右，适合于压延工艺，但是由于PP加工使用的增韧剂POE EPDM等，其加工温度在165℃左右，两种相容性较差，导致试样拉伸性能较差。此型号的PP加工温度同样不适合压延设备工艺的温度，无法顺利的连续生产。
(2)PP熔融指数对第一、第二基材层性能的影响
基材层初始层配方为：PP 100份、POE(陶氏8150)30份、EPDM(陶氏3720)30份、白云石粉400份、抗氧化剂1010 1份。制备设备为小型开炼机。测试PP熔融指数对基材层性能的影响，其中，拉伸强度的测试MPA试样：长x宽x厚：5mm*10cm*0.1cm，测试设备：万能拉力机；扣型拉力测试试样制作：4张1.0mm底料，通过油压机压制成4.0mm厚板材，通过地板开槽线开槽后测试。测试结果见下表：
Figure BDA0002599102280000051
可见，PP熔融指数为8±2.5的无规共聚PP适于在延压过程中塑化成型，制得的基材层具有较高的拉伸强度和扣型拉力。
(3)增韧剂对第一、第二基材层性能的影响
基材层配方和测试结果见下表：
Figure BDA0002599102280000052
不添加增韧剂，物料软化后类似淤泥状，难以压延成型。LLDPE低温增韧效果不好，且PP与LLDPE是热力学不相容体系，高温混合物料很脆，连续生产困难。POE增韧效果显著，EPDM能有效提高加工性能，二者混用增韧效果大大提高。
(4)其它助剂对第一、第二基材层性能的影响
基材层配方和测试结果见下表，测试方法为GB/T4085：2015-6.5。
Figure BDA0002599102280000061
在基材层配方中加入有机过氧化物交联剂和防老剂，在相同的工艺流程下，地板的尺寸稳定性和热涨冷缩的性能都显著变小。
(5)延压工艺参数对第一、第二基材层性能的影响
基材层配方、延压工艺参数和测试结果见下表。
Figure BDA0002599102280000062
工艺一万马力炼胶时间不够，下料塑化不完全成粉状，影响炼胶辊一生产速率。炼胶辊二温度偏高，物料流动性太高，自动牵引上料容易断料。出片辊温度太高，无法牵引出片。
工艺二万马力炼胶时间过长，物料聚成大团，不利于螺旋上料。出片辊温度偏，牵引出片时片材会向下坠落，片材不平整。
工艺三万马力炼胶适宜，既不聚成大团，也不呈粉状。炼胶辊一适当提高温度，有利于连续生产。出片辊温度控制在80-100℃，牵引出片顺利且片材表面光滑平整。
本发明第一基材层和第二基材层采用压延法生产，工艺参数控制如下：
1.万马力炼胶时间恰当，过长，物料聚成大团，会堵住螺旋上料，过短，物料塑化不好粉状，影响连续生产速率；
2.PP为结晶型塑料，塑化需吸收大量热能，炼胶辊一温度需适当提高，有利于提高连续生产速度；
3.炼胶辊二温度不能太高，高温下物料韧性低，自动牵引上料容易断料
4.出片辊温度不能高，否则无法牵引出片，或者片材在牵引过程中往下坠，导致片材不平整；
备注说明：因连续生产过程中物料一直处于流通状态，炼胶辊设定温度不代表辊上物料温度。例如出片辊设定温度80-100℃，但出片辊上物料实测温度120-130℃，炼胶辊一深度温度170-180℃，实际物料温度150-160℃。
二、聚丙烯地板
实施例1
一种多层结构的聚丙烯地板如图1所示，由UV层1、第一PP处理剂层2、PP透明层3、第二PP处理剂层4、PP印刷膜层5、第一基材层6、第二基材层7、平衡层8、IXPE胶水层9以及IXPE层10依次复合而成，复合方式为热压贴合；所述UV层为面层；所述第一PP处理剂层和第二PP处理剂层的组成成分包括氯化聚丙烯和有机溶剂。所述聚丙烯地板中各层厚度如下表所示：
实施例1 UV层 PP透明层 PP印刷膜层 第一基材层 第二基材层 平衡层 IXPE层 总厚度
厚度/mm 0.05 0.3 0.15 3 1.2 0.30 1.0 6.0
实施例2
一种多层结构的聚丙烯地板如图2所示，由UV层1、第一PP处理剂层2、PP透明层3、第二PP处理剂层4、PP印刷膜层5、第一基材层6、挤出基材层11、IXPE胶水层9以及IXPE层10依次复合而成，复合方式为挤出在线贴合；所述UV层为面层，所述第一PP处理剂层和第二PP处理剂层的组成成分包括氯化聚丙烯和有机溶剂。所述聚丙烯地板中各层厚度如下表所示：
实施例2 UV层 PP透明层 PP印刷膜层 第一基材层 挤出基材层 IXPE层 总厚度
厚度/mm 0.05 0.3 0.15 1.0 3.2 1.0 6.0
对比例1
一种多层结构的聚丙烯地板，由UV层、第一PP处理剂层、PP透明层、第二PP处理剂层、PP印刷膜层、第一基材层、第二基材层、平衡层、IXPE胶水层以及IXPE层依次复合而成，复合方式为热压贴合；所述UV层为面层，所述第一PP处理剂层和第二PP处理剂层的组成成分包括氯化聚丙烯和有机溶剂。所述聚丙烯地板中各层厚度如下表所示：
对比例1 UV层 PP透明层 PP印刷膜层 第一基材层 平衡层 IXPE层 总厚度
厚度/mm 0.05 0.3 0.15 4.2 0.30 1.0 6.0
对比例2
一种多层结构的聚丙烯地板，由UV层、第一PP处理剂层、PP透明层、第二PP处理剂层、PP印刷膜层、第一基材层、第二基材层、平衡层、IXPE胶水层以及IXPE层依次复合而成；复合方式为热压贴合；所述UV层为面层，所述第一PP处理剂层和第二PP处理剂层的组成成分包括氯化聚丙烯和有机溶剂。所述聚丙烯地板中各层厚度如下表所示：
对比例2 UV层 PP透明层 PP印刷膜层 第一基材层 IXPE层 总厚度
厚度/mm 0.05 0.3 0.15 4.5 1.0 6.0
对比例3
一种多层结构的聚丙烯地板，由UV层、第一PP处理剂层、PP透明层、第二PP处理剂层、PP印刷膜层、挤出基材层、IXPE胶水层以及IXPE层依次复合而成；复合方式为挤出在线贴合；所述UV层为面层，所述第一PP处理剂层和第二PP处理剂层的组成成分包括氯化聚丙烯和有机溶剂。所述聚丙烯地板中各层厚度如下表所示：
对比例3 UV层 PP透明层 PP印刷膜层 挤出基材层 IXPE层 总厚度
厚度/mm 0.05 0.3 0.15 4.2 1.0 6.0
对比例4
一种多层结构的聚丙烯地板，由UV层、PP透明层、PP印刷膜层、第一基材层、第二基材层、平衡层、IXPE胶水层以及IXPE层依次复合而成，复合方式为热压贴合；所述UV层为面层；所述第一PP处理剂层和第二PP处理剂层的组成成分包括氯化聚丙烯和有机溶剂。所述聚丙烯地板中各层厚度如下表所示：
实施例1 UV层 PP透明层 PP印刷膜层 第一基材层 第二基材层 平衡层 IXPE层 总厚度
厚度/mm 0.05 0.3 0.15 3 1.3 0.45 0.35 5.8
对比例5
一种多层结构的聚丙烯地板，由UV层、第一PP处理剂层、PP透明层、第二PP处理剂层、PP印刷膜层、第一基材层、第二基材层、IXPE胶水层以及IXPE层依次复合而成，复合方式为热压贴合；所述UV层为面层；所述第一PP处理剂层和第二PP处理剂层的组成成分包括氯化聚丙烯和有机溶剂。所述聚丙烯地板中各层厚度如下表所示：
实施例1 UV层 PP透明层 PP印刷膜层 第一基材层 第二基材层 IXPE层 总厚度
厚度/mm 0.05 0.3 0.15 3.2 1.35 0.35 6.0
本发明聚丙烯地板实施例1中，所述PP印刷膜层、第一基材层、第二基材层和平衡层通过热压贴合工艺复合，贴合温度为140-160℃；一段升温贴合段，贴合压力8-10MPa，贴合时间25-40min；二段保温贴合段，贴合压力9-11MPa，贴合时间3-10min；三段冷却段，贴合压力10-12MPa，贴合时间10-20min。
初步复合完成后的半成品经淋膜、裁切、开槽、品检包装后即可入库，该工序均为同行业常规技术，在此不再赘述。
本发明聚丙烯地板实施例2中，所述PP印刷膜层、第一基材层和挤出基材层通过挤出在线贴合工艺复合，具体的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将第一基材层和挤出基材层的原料分别投入搅拌机中进行搅拌，热搅拌温度设为120℃，搅拌速度为1500r/m，当混合料温度上升至120℃后，打开热搅拌机阀门，将混合物料投入冷搅拌机中进行搅拌，冷搅拌搅拌温度设为45℃，混合料温度冷却至45℃后打开阀门，将混合料投入储料仓；热搅拌机、冷搅拌机、储料仓均呈梯级摆放，热搅拌机处于高位，储料仓处于低位；
步骤二、通过螺杆上料机将储料仓中的混合料运输至挤出机1上方的储料罐，通过挤出机1挤出制得基材层母粒；通过螺杆输送机输送到机筒储料罐，再经过喂料电机喂到挤出机1的机筒进行加热塑化，挤出机1机筒温度见下表：
Figure BDA0002599102280000091
Figure BDA0002599102280000101
物料通过机头进入定型装置，从定型装置出来的圆条状物料，在冷却装置中充分地冷却固化，从而得到理想形状；将连续挤出的圆条状物料切成一定长度的颗粒，通过切粒机造粒，将原物料混合挤出造粒保证了后序步骤生产挤出板材连续、高效、稳定；
步骤三、由螺旋上料机将挤出母粒运输到挤出机上方的储料罐，再经过喂料电机喂到挤出机2的机筒进行加热塑化，挤出机2机筒温度见下表：
温度：℃ 1区 2区 3区 4区 5区 6区 合流芯
挤出机2 200 210 210 185 180 175 170
挤出机加热塑化好的物料到达模具，模具温度见下表：
温度：℃ 1区 2区 3区 4区 5区 6区 7区
挤出机2 190 185 180 185 190 220 185
步骤四、挤出初步成型的物料经过定厚辊，得到指定厚度的挤出基材层；定厚辊为保持预定温度并带有一定压力的光辊，温度设定为180℃-190℃，物料经过时不会出现粘连，达到控制厚度的效果；
步骤五、然后保温经过第一基材层覆膜辊，覆膜辊温度设定为160℃，将第一基材层经由覆膜辊贴合到挤出基材层表面；再保温经过PP印刷膜层覆膜辊，覆膜辊温度设定为160℃，将PP印刷膜层经由覆膜辊贴合到第一基材层上；保温通过电加热恒温罩进行温度补偿以保持恒定温度，该电加热恒温罩由发热管、温控探头及控制器组成，设定所需温度后能够智能调节温度，以达到保温效果；
步骤六、经牵引机将复合后的半成品经动力托架输送到到跟踪式剪板机，剪成设定规格，再经过三段履带式输送带依次通过100℃热水槽、60℃温水槽、30℃冷水槽进行热处理，再经风幕冷却机冷却风干后到达机械手实现自动收料；该段热处理工序均采用履带式输送带，如此在产品经过不同温度段的水槽时，可以保证产品不会因温度变化而出现明显形变，完成输送的同时保证了产品的平整度。最重要的是经过热处理工序，消除了产品在挤出和牵引过程中产生的拉伸应力，保证了成品的收缩性能达到ISO标准，超越市面常见同类别产品；
步骤七、初步复合完成后的半成品经淋膜、裁切、开槽、品检包装后即可入库，该工序均为同行业常规技术，在此不再赘述。
下表为本发明多层结构的聚丙烯地板实施例1-2和对比例1-5中第一基材层、第二基材层和挤出基材层的配方表(单位：份)。其中，PP型号为Moplen EP1X35F，POE型号为陶氏8150，EPDM型号为陶氏3720。
Figure BDA0002599102280000111
所述第一基材层和第二基材层均采用开炼机和密炼机经延压工艺制备而成，其中，万马力炼胶时间为250-260s,下料温度为150-160℃，炼胶辊一温度为170-180℃，炼胶辊二温度150-160℃，出片辊温度80-100℃，冷却辊组温度25-35℃。
所述挤出基材层的工艺流程为：混料-挤出-冷却-造粒-喂料-挤出-模口成型-四辊贴合-牵引-裁切。
测试本发明聚丙烯地板实施例1-2和对比例1-5的以下各项性能:
1.加热翘曲测试，标准GBT4085-2016.6，要求≤2.0mm；
2.扣型强度测试，标准ISO 10582Annex D，要求≥120N/5cm；
测试结果见下表。
Figure BDA0002599102280000112
可见，本发明聚丙烯地板机械性能好，扣型强度高，稳定性好，可耐高温，耐收缩翘曲性能优异。

Claims (9)

1.一种多层结构的聚丙烯地板，其特征在于，由UV层、第一PP处理剂层、PP透明层、第二PP处理剂层、PP印刷膜层、基材层、IXPE胶水层以及IXPE层依次复合而成，复合方式包括热压贴合或挤出在线贴合；所述聚丙烯地板总厚度为3-10mm，所述UV层为面层，所述第一PP处理剂层和第二PP处理剂层的组成成分包括氯化聚丙烯和有机溶剂；
所述基材层包括两种结构，一种为：所述基材层和IXPE胶水层之间设有平衡层；所述基材层包括与PP印刷膜层复合的第一基材层和第二基材层；
另一种为：所述基材层包括与PP印刷膜层复合的第一基材层和挤出基材层；
所述第一基材层厚度为 0.7-3mm，其组成成分包括以下按重量份数计算的组分：PP15-30份、POE 5-10份、EPDM 8-10份、白云石粉120-150份、抗氧化剂1010 0.1-1份，所述PP聚合物类型为无规共聚物，熔融指数为8±2.5g/10min；
所述第二基材层厚度为 0.7-3mm，其组成成分包括以下按重量份数计算的组分：PP15-30份、POE 5-10份、EPDM 8-10份、白云石粉80-100份、抗氧化剂1010 0.1-1份；所述PP聚合物类型为无规共聚物，熔融指数为8±2.5g/10min；
所述挤出基材层厚度为 3-8mm，其组成成分包括以下按重量份数计算的组分：PP 100-120份、白云石粉250-300份、抗氧化剂1010 1-5份、外润滑剂1-5份；所述PP熔融指数为0.5-15g/10min；
所述第一基材层和第二基材层均采用开炼机和密炼机经延压工艺制备而成，其中，万马力炼胶时间为250-260s,下料温度为150-160℃，炼胶辊一温度为170-180℃，炼胶辊二温度150-160℃，出片辊温度80-100℃，冷却辊组温度25-35℃。
2.根据权利要求1所述的多层结构的聚丙烯地板，其特征在于，所述PP型号为MoplenEP1X35F。
3.根据权利要求1所述的多层结构的聚丙烯地板，其特征在于，所述POE型号为陶氏8150。
4.根据权利要求1所述的多层结构的聚丙烯地板，其特征在于，所述EPDM型号为陶氏3720。
5.根据权利要求1所述的多层结构的聚丙烯地板，其特征在于，所述第一基材层的组成成分还包括防老剂0.02-0.04份、有机过氧化物交联剂0.05-0.15份。
6.根据权利要求5所述的多层结构的聚丙烯地板，其特征在于，所述防老剂为防老剂RD和防老剂4010。
7.根据权利要求5所述的多层结构的聚丙烯地板，其特征在于，所述有机过氧化物交联剂为过氧化物BIPB。
8.根据权利要求1所述的多层结构的聚丙烯地板，其特征在于，所述PP印刷膜层、第一基材层、第二基材层和平衡层通过热压贴合工艺复合，贴合温度为140-160℃；一段升温贴合段，贴合压力 8-10MPa ，贴合时间25-40min ；二段保温贴合段，贴合压力9-11MPa，贴合时间 3-10min；三段冷却段，贴合压力 10-12MPa，贴合时间10-20min。
9.根据权利要求1所述的多层结构的聚丙烯地板，其特征在于，所述PP印刷膜层、第一基材层和挤出基材层通过挤出在线贴合工艺复合。
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