CN113717439B - 一种改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板组合物及其制备方法 - Google Patents

一种改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板组合物及其制备方法，所述改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板组合物包括如下组分及质量份：PP树脂40‑70份、PE树脂1‑5份，改性风积沙30‑60份、润滑剂1‑3份、防老剂0.2‑1份、钛白粉0.5‑3份。所述各组分搅拌均匀、经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥、切粒，即得改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板组合物。本发明的改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板，刚韧相济，强度高、抗冲击性能好，建筑模板的使用寿命长；风积沙的应用，突破了以往建筑模板配方中几种填料复合并用才能获得的材料性能，简化了生产物料管理及加工操作过程，可批量化生产；另外减少沙害，节约其它矿产资源的开发，保护生态环境。

Description

一种改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板组合物及其制 备方法
技术领域
本发明涉及高分子基质的建筑材料领域，尤其涉及一种改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板组合物及其制备方法。
背景技术
在建筑模板领域中，热塑性树脂建筑模板以其板面平整光滑易脱膜、耐水和耐腐蚀性好、可加工性强、可回收利用、施工应用无环境污染等显著优点逐步替代木材、金属等建筑模板，是一种节能型和绿色环保型产品，开发和推广应用热塑性树脂建筑模板具有广阔的市场前景。
目前市售的热塑性树脂建筑模板主要以聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、ABS等热塑性树脂为基材，以碳酸钙、滑石粉、云母粉、硅灰石、陶土等无机填料作为增强填充材料，其中以碳酸钙、滑石粉、高岭土应用居多，再并用其他加工助剂复合成型。但是任何一种填充组分的单独使用都很难使热塑性树脂建筑模板的综合性能提高，更无法实现大规模的工业化生产；另外，尽管我国上述无机填料的矿产资源丰富，但是随着应用需求增大，大量开采相应的矿产资源，使得废弃物增多，对矿山生态环境和人类生存带来极大的危害。如能在保护环境的前提下开发新型绿色环保填料，大比例填充并与热塑性树脂相容性良好，使得产品能达到高性价比，将具有深远的经济效益和社会意义。
风积沙为在沙漠形成过程中，是通过自然风迁移、分级、沉淀过程的地表积聚物，我国主要沙漠地区的风积沙的组成中，细沙及其粒径主要分布在0.074～0.250㎜之间，含量高达90%以上；物质组成中有90%左右为石英、长石等轻矿物，孔隙度为0.35~0.41。我国是一个多沙漠的地区，沙漠地区的总面积约为173.11万平方公里，并以流动性沙丘为主，风积沙对周围的土地造成大量的土地沙漠化，造成重大经济损失，破坏生态环境。如将风积沙进行改性加工处理，并作为一种新型填料在高分子材料领域中开发应用，将对减少沙害，保护环境起到至关重要的作用。
因此，本领域的技术人员致力于开发风积沙在线改性研究，通过建筑模板组合物的应用设计，使其作为一种新型填料提高热塑树脂基建筑模板的综合性能，既将风积沙通过改性应用使其变废为宝成为新型绿色环保填料、实现工业化生产，又保护其它矿产资源的开发，将为环境保护做出重大贡献。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种以改性风积沙为增强增韧填充的热塑性树脂建筑模板组合物，制得的建筑模板材料刚、韧相济，性能优异；将风积沙通过改性处理，变废为宝，开发其在高分子材料领域中应用，实现工业化生产，保护环境。
本发明的另一目的是提供一种改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板组合物的制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板组合物包括如下质量份的原料：
PP树脂，40-70份；
PE树脂，1-5份；
改性风积沙，30-60份；
润滑剂，1-3份；
防老剂，0.2-1份；
钛白粉，0.5-3份。
所述的PP树脂树脂是均聚PP树脂和共聚PP树脂以质量比4-8：1组成的混合物。本发明采用均聚PP树脂和共聚PP树脂作为建筑模板的基质组分，使得材料刚性和韧性兼顾。
所述PE树脂位LLDPE，熔流率（190℃*2.16Kg）1-5g/10min的粉状低密度聚乙烯，提供良好的加工流动性，使得无机填料得以充分混熔，同时也有助于提高复合材料的韧性。
所述的改性风积沙，为风积沙在研磨细化过程中进行在线改性加工，改性风积沙的制备方法，包括如下步骤：
（1）风积沙去除杂物；
（2）风积沙、改性剂经输送给料系统均匀定量的进入磨机研磨室。磨机为立式环辊磨粉机，可为三环磨、四环磨、五辊磨中的一种；改性剂以风积沙质量的2.0%~5.0%用量经输送给料系统以雾喷方式均匀包覆在风积沙表面；改性剂为液体多官能团硼酸酯界面活性剂，其特征在于富含不饱和羧基、羟基、甲氧基等极性官能团及中、长链烷基的多官能基团水油两亲型的表面活性剂，风积沙研磨过程中无需添加研磨助剂，提高研磨效率，同时对风积沙无机粒子有效包覆，增加风积沙在高分子基质中的界面相容性和分散性；
（3）将混合物在磨室内进行研磨，当风积沙粒径小于或等于15 μm时开始通过分级系统，最终通过分级分离系统收集得到改性风积沙。
风积沙在线进行超微粉碎研磨改性，增加风积沙的表面活性基团（如羟基、羧基、烷基等），改善风积沙的界面相容性，从而提高在热塑性树脂中的分散性及与热塑性树脂基质的结合程度，进而提高了填充改性风积沙的热塑性树脂的物理机械性能。
所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸盐和硼酸酯加工助剂中的一种或几种。
所述防老剂包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂以质量比1-1.5:1组成的混合物。本发明防老剂采用受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂复配使用，受阻酚类作为自由基捕捉剂；亚磷酸酯类作为过氧化物分解剂，二者的并用有较好的协同效应。
所述钛白粉为0.5-3份，优选金红石型钛白粉，既可以改善风积沙增强热塑性建筑模板的颜色，也可以改善建筑模板的耐日晒和耐酸碱性。
本发明还公开了上述改性风积沙增强热塑性树脂建筑模板组合物的制备方法，将所有组分加入高混机中混合均匀，混合时间为15-20min，将混合料在165℃~200℃下双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥、切粒，得到风积沙增强热塑性建筑模板用组合物。
本发明的有益效果：
1.本发明热塑性树脂建筑模板组合物，通过材料组分优化的设计及改性风积沙的填充应用，提高了建筑模板的力学性能，使得建筑模板材料刚韧相济，强度高、抗冲击性能好，提高了建筑模板的使用寿命。因风积沙经过在线研磨改性后提高了在连续相高分子基质中的界面相容性和分散性，使得改性超微细风积沙的石英/硅酸盐无机粒子为高分子基质提供了刚性及硬度；同时填充改性超微细风积沙无机粒子成为PP的成核剂，使PP的球晶细化，从而使得复合材料的韧性提高；
2.改性风积沙作为一种新型无机填料在热塑性建筑模板中的应用，突破了以往建筑模板配方中几种填料复合并用才能获得的材料性能，简化了生产物料管理及加工操作过程，可批量化生产；
3.改性风积沙在高分子材料领域中应用，使其变废为宝，既减少了沙害又一定程度上减少其它矿产资源的开发，是在保护环境前提下开发的一种新型绿色环保填料。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
将本发明的实施例和对比例制得的组合物注塑成型，按以下标准测试。
拉伸强度的测试：GB/T1040.2-2006，塑料拉伸性能测定，速度20mm/min。
弯曲强度的测试：GB/T9341-2008，塑料弯曲性能的测定，速度2mm/min。
冲击强度的测试：GB/T1043.1-2008，塑料简支梁冲击性能的测定，摆锤7.5J。
对比例及实施例中，所用材料均为市售产品。
实施例一
风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板的各组分：均聚PP树脂和共聚PP树脂以质量比4.5：1组成的混合物61份 ，改性风积沙35份，LLDPE 1.5份，硼酸酯P7S 1.0份，0.15份防老剂1010，0.15份防老剂168，钛白粉1.2份。改性风积沙为3%多官能团硼酸酯界面活性剂P20研磨细化改性，粒径900目。将所有组分加入搅拌机中，混合15min，将混合料由挤出机料斗处加入，经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥、切粒，得到风积沙增强热塑性建筑模板用组合物。挤出机加热温度区间为加料段172℃，熔融段185℃，均化段190℃，机头挤出温度188℃。本案例中改性风积沙含量为建筑模板组合物的35%。
实施例二
改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板的各组分：均聚PP树脂和共聚PP树脂以质量比5.5：1组成的混合物55.5份 ，改性风积沙40份，LLDPE 2份，聚乙烯蜡 1.0份，0.25份防老剂1010，0.25份防老剂168，钛白粉1.0份。改性风积沙为3%多官能团硼酸酯界面活性剂P20研磨细化改性，粒径900目。将所有组分加入搅拌机中，混合15min，将混合料由挤出机料斗处加入，经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥、切粒，得到风积沙增强热塑性建筑模板用组合物。挤出机加热温度区间为加料段172℃，熔融段185℃，均化段190℃，机头挤出温度188℃。本案例中改性风积沙含量为建筑模板组合物的40%。
实施例三
改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板的各组分：均聚PP树脂和共聚PP树脂以质量比6.2：1组成的混合物55.5份 ，改性风积沙40份，LLDPE 2份，硼酸酯P7S 1.0份，0.25份防老剂1010，0.25份防老剂168，钛白粉1.0份。改性风积沙为3%多官能团硼酸酯界面活性剂P20研磨细化改性，粒径900目。将所有组分加入搅拌机中，混合15min，将混合料由挤出机料斗处加入，经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥、切粒，得到风积沙增强热塑性建筑模板用组合物。挤出机加热温度区间为加料段175℃，熔融段183℃，均化段192℃，机头挤出温度190℃。本案例中改性风积沙含量为建筑模板组合物的40%。
实施例四
改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板的各组分：均聚PP树脂和共聚PP树脂以质量比7.2：1组成的混合物50.5份 ，改性风积沙45份，LLDPE 2.3份，硼酸酯P7S 1.0份，0.2份防老剂1010，0.2份防老剂168，钛白粉0.8份。改性风积沙为3%多官能团硼酸酯界面活性剂P20研磨细化改性，粒径900目。将所有组分加入搅拌机中，混合15min，将混合料由挤出机料斗处加入，经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥、切粒，得到风积沙增强热塑性建筑模板用组合物。挤出机加热温度区间为加料段175℃，熔融段185℃，均化段192℃，机头挤出温度190℃。本案例中改性风积沙含量为建筑模板组合物的45%。
对比例一
重质碳酸钙、滑石粉填充热塑性树脂建筑模板的各组分：均聚PP树脂和共聚PP树脂以质量比6.2：1组成的混合物55.5份 ，重质碳酸钙20份，滑石粉20份，LLDPE 2份，硼酸酯P7S 1.0份，0.25份防老剂1010，0.25份防老剂168，钛白粉1.0份。重质碳酸钙、滑石粉的粒径均为1250目。将所有组分加入搅拌机中，混合15min，将混合料由挤出机料斗处加入，经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥、切粒，得到热塑性建筑模板用组合物。挤出机加热温度区间为加料段175℃，熔融段183℃，均化段192℃，机头挤出温度190℃。本案例中填料含量为建筑模板组合物的40%。
对比例二
市售建筑模板组合物母粒，填料含量为建筑模板组合物的31%；
实施例与对比例材料性能见表1。
与对比例一 碳酸钙、滑石粉并用且含量为40%的建筑模板组合物相比，实施例一（改性风积沙含量35%）、实施例二及实施例三（改性风积沙含量40%）的建筑模板组合物的强伸性能与其相当，刚性、韧性明显提高；实施例四中改性风积沙含量45%的建筑模板组合物，强伸性能、韧性与其相当，但刚性明显改善。改性风积沙作为建筑模板的增强增韧填料，完全可以替代传统的碳酸钙与滑石粉的并用体系，可批量化生产，简化了生产物料管理及加工操作过程。
与对比例二的市售填料含量为31%的建筑模板组合物母粒相比，实施例一（改性风积沙含量35%）、实施例二及实施例三（改性风积沙含量40%）的建筑模板组合物的强伸性能、刚性、韧性均明显提高；实施例四中改性风积沙含量45%的建筑模板组合物，强伸性能、韧性与其相当，刚性明显改善。改性风积沙增强增韧建筑模板的组合物，可生产使用寿命长、刚韧相济、强度高、抗冲击性能好的建筑模板。
由实施例三制得改性风积沙含量为40%的建筑模板组合物，经过单螺杆挤出通过专用口模成型制得改性风积沙增强增韧热塑性建筑模板，按照JG/T418-2013进行相关性能测试，结果如表2。
由上述测试数据可知，由改性风机沙作为新型填料填充热塑性树脂制得的建筑模板刚韧相济，完全符合标准要求。本发明制得的建筑模板是首次推出改性风积沙作为填充填料的热塑树脂建筑模板。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板组合物，其特征在于：包含有如下质量份数的各组分：
PP树脂，40-70份；
PE树脂，1-5份；
改性风积沙，30-60份；
润滑剂，1-3份；
防老剂，0.2-1份；
钛白粉，0.5-3份；
所述的改性风积沙，为风积沙在研磨细化过程中进行在线改性加工，改性风积沙的制备方法，包括如下步骤：
（1）风积沙去除杂物；
（2）风积沙、改性剂经输送给料系统均匀定量的进入磨机研磨室；磨机为立式环辊磨粉机，为三环磨、四环磨、五辊磨中的一种；改性剂以风积沙质量的2.0%~5.0%用量经输送给料系统以雾喷方式均匀包覆在风积沙表面；
（3）将混合物在磨室内进行研磨，当风积沙粒径小于或等于15 μm时开始通过分级系统，最终通过分级分离系统收集得到超细改性风积沙；
所述改性风积沙的改性剂为硅烷类或硼酸酯类液体界面活性剂。
2.如权利要求1所述的改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板组合物，其特征在于：所述的PP树脂是均聚PP树脂和共聚PP树脂以质量比4-8：1组成的混合物。
3.如权利要求1所述的改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板组合物，其特征在于：所述PE树脂为190℃*2.16Kg熔流率1-5g/10min的粉状低密度聚乙烯。
4.如权利要求1所述的改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板组合物，其特征在于：所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸盐和硼酸酯加工助剂中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板组合物，其特征在于：所述防老剂包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂以质量比1-1.5:1组成的混合物。
6.如权利要求1所述的改性风积沙增强增韧热塑性树脂建筑模板组合物，其特征在于：所述钛白粉为0.5-3份。
7.如权利要求1所述的风积沙增强热塑性树脂建筑模板组合物的制备方法，其特征在于：将所有组分加入高混机中，混合时间为15-20min，将混合料在165℃~200℃下双螺杆挤出机造粒，最后用单螺杆挤出通过专用口模成型即得改性风积沙增强增韧热塑性建筑模板。
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