CN115926338A - 一种环保pvc装饰板及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种环保PVC装饰板及其制造工艺，以一定质量配比的重质碳酸钙和纤维素纳米晶为填充剂，加入其它助剂，通过现有工艺制备成PVC装饰板材。与现有PVC板材相比，具有增强的拉伸性能，具体表现显著增强的断裂标称应变和热尺寸稳定性，并且无甲醛释放。可以进一步作为室内装饰板使用。具有广阔的商业应用前景。
Description
技术领域
本发明属于PVC板材技术领域，具体涉及一种环保PVC装饰板及其制造工艺。
背景技术
传统室内装饰材料有大理石、实木、竹子、混凝土等，这里面大部分的材料都是通过开采得到，不利于可持续发展。聚氯乙烯(PVC)是一种应用广泛的热塑性聚合物，满足国家可持续发展要求。从经济角度出发，聚氯乙烯材料比起木、竹、石等材料更具优势。再从其他角度出发，聚氯乙烯地板比实木、竹等天然材料地板更好维护，不易受潮；与大理石材料相比，施工更安全、简易。
聚氯乙烯地板由于具备重量轻、强度高、耐化学性好、价格便宜等优点。因此，复合聚氯乙烯产品广泛应用于汽车、住宅、建筑和从食品到电子零件的包装领域和医院、学校、养老院、商场等公共场所，其重要应用之一是聚氯乙烯地板。
聚氯乙烯可塑性性强，外观多样，不仅可以保持原有的形貌，还可以根据不同场合的需求制备得像木头、大理石等材料。
为了提高PVC的性能，人们围绕PVC改性做了大量工作，如CPE(氯化聚乙烯)、纳米碳酸钙改性PVC应用于塑钢门窗、PVC与NBR(丁腈橡胶)制成热塑性弹性体应用于塑钢门窗的密封条，木粉、大理石粉改性PVC应用于装饰板材等等。
PVC与弹性体共混增韧改性是目前研究最多，理论也较为成熟的一种增韧方法。用于增韧PVC的弹性体主要有代表“网络增韧”机理的CPE等和代表“剪切、屈服银纹化”机理的ACR(抗冲改性剂)等。
CPE是通过在聚乙烯分子链上引入氯原子得到的一种韧性高分子聚合物。人们在研究不同含量的CPE对PVC的韧性影响时发现复合材料的韧性，与CPE几乎成线性关系。氯含量在35％左右的CPE是PVC良好的增韧剂，其增韧机理用网络模型来解释。
另一种ACR(抗冲改性剂)，是丙烯酸酯类共聚物，一种以交联丙烯酸酯橡胶弹性体为核，以甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸乙酯共聚物为壳组成的核-壳共聚物。ACR与PVC相容性好，可大幅度提高PVC的冲击性能。ACR的壳层与PVC结合，弹性体核起应力集中作用，它吸收冲击能并转移到周围的PVC树脂，从而达到抗裂纹扩展的目的。
弹性体改性PVC时可使PVC抗冲击性能得到较大幅度的提高，但材料的拉伸强度、尺寸稳定性，耐热性等性都有较大降低。自1984年Kuranchi提出了有机刚性粒子改性塑料的方法以来，人们对有机刚性粒子增韧进行了广泛研究。其中常用的有机刚性粒子有PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PS(聚苯乙烯)、SAN(聚苯乙烯丙烯腈泡沫)等。对PVC增韧机理是“冷拉机理”。但是只用有机刚性粒子增韧，效果不如无机刚性粒子增韧显著，一般先用弹性体对PVC进行预增韧，然后再共混增韧。不同粒子对PVC的改性效果不同，PS的增韧效果最好，但若同时考虑增韧增强效果，则以PMMA为佳。
纤维素纳米晶(CNCs)是从天然纤维中提取出的一种纳米级的纤维素，它不仅具有纳米颗粒的特征，还具有一些独特的强度和光学性能，具有广阔的应用前景。
纤维素纳米晶对复合材料具有天然的亲和力，可形成“自适应结构”，产生减弱界面局部应力的效果；在应力作用下，纤维素纳米晶粒子将沿填充物质表面进行滑移，打断的键重新连接成新键，使高聚物基体与填充材料之间仍能保持一定的黏合强度，减轻复合材料的破坏程度，因此纤维素纳米晶可作为增强材料，用于改善复合材料的性能。
但是，目前尚未有任何文献或专利报道纤维素纳米晶用于PVC材料的改性，更没有纤维素纳米晶联合其他材料共同作为改性剂的报道。
甲醛是我国首要的装修型化学性室内空气污染物，它从装修装饰材料中释放是一个持续缓慢的过程，在装修后较长的一段时间内仍可以逐渐释放出来污染室内空气，而且释放量随着季节和气温的变化而变化，3年内为高峰期，3-15年内为衰退期，一般需15年后才能消除甲醛释放对环境的影响，所以其将长期影响着室内空气质量。
一些室内装饰装修使用的板材以及各种油漆、胶和涂料可释放出大量污染物，这些物质挥发到空气中，是导致室内空气甲醛、苯系物超标的重要原因，它们可经呼吸道、皮肤吸收进入人体，对人体健康造成危害。
具备绿色环保的人造板产品是国际化的大趋势。于2002年7月1日起，我国执行了国家标准《GB/T 18580-2001室内装饰装修材料一人造板及其制品中加强释放量限量》。并在2018年发布了修订的版本《GB18580-2017室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量国家标准》。
新标准规定的人造板及其制品中甲醛释放限量值与ISO 16983：2016《木质人造板—刨花板》和ISO 16985：2016《木质人造板—干法纤维板》规定一致，检测方法采用ISO12460-1:2007《人造板甲醛释放量测定第1部分：1m3气候箱法》。与原标准相比，新标准修改了甲醛检测试验方法及其甲醛释放限量值，规定室内装饰装修材料用人造板及其制品中甲醛释放限量值为0.124毫克每立方米(mg/m3)，限量标识为E1；取消了原标准中的干燥器法、穿孔萃取法的甲醛释放限量值，甲醛释放量测定试验方法统一为“1立方米气候箱法”。
缩略语说明：
PVC：聚氯乙烯；
CPE：氯化聚乙烯；
NBR：丁腈橡胶；
ACR：抗冲改性剂；
PMMA：聚甲基丙烯酸甲酯；
PS：聚苯乙烯；
SAN：聚苯乙烯丙烯腈泡沫；
CNCs：纤维素纳米晶；
发明内容
申请人致力于PVC装饰板材的研究。通过不懈的努力，我们发现，以一定质量百分比的重质碳酸钙和纤维素纳米晶作为PVC基材的填充剂，所得到的板材，机械强度明显提升。并且不添加任何含有甲醛的成分，完全满足现有PVC室内装饰板的环保标准，可以用于室内装饰用。具有广阔的商业应用前景。
本申请首先公开一种PVC板材，所述PVC板材按如下质量份组成：
填充剂：40份
PVC树脂：100份
增塑剂：20份
内润滑剂：0.5-2份
外润滑剂：0.5-2份
阻燃剂：3-6份
所述填充剂为重质碳酸钙和纤维素纳米晶的混合物。
所述填充剂中重质碳酸钙和纤维素纳米晶的质量比为：1:0.3-3；优选质量比为1:0.6-1。
所述纤维素纳米晶的直径1-100nm，长度5nm-100μm。
所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)、对苯二甲酸二辛酯(DOTP)、偏苯三酸三辛酯(TOTM)以及环氧大豆油(ESO)中的一种或几种，优选环氧大豆油。
所述内润滑剂选自液体石蜡、天然石蜡、微晶石蜡、聚乙烯蜡，单硬脂酸甘油酯中的一种或几种，优选液体石蜡；
所述外润滑剂选自石蜡，硬脂酸镁中的一种或两种，优选硬脂酸镁。
所述阻燃剂为三氧化二锑、硼酸锌、锡酸锌、三氧化钼、碱式碳酸镁、磷酸三甲苯酯和四溴苯酐酯中的一种或几种，优选三氧化二锑；
所述PVC板材可以通过常规工艺进一步加工成各种形状。
所述PVC板材可以作为室内装饰板。
所述PVC板材的制备工艺(模压工艺)如下：
步骤1)将PVC、增塑剂、内润滑剂在高速混合机中混合8分钟并在120℃下出料，备用。
步骤2)将步骤1)所得物料，与填充剂、阻燃剂按处方配比混合均匀，180℃下在开炼机上混炼8min，下片后，按配方比例喷入外润滑剂溶液，将热物料放入压力成型机上进行压片。
所述PVC板材也可以采用如下制备工艺(挤出工艺)制备：
步骤1)将PVC、增塑剂、内润滑剂在高速混合机中混合8分钟并在120℃下出料，备用。
步骤2)将步骤1)所得物料，与填充剂、阻燃剂按处方配比混合均匀，180℃下在开炼机上混炼8min，下片后，按配方比例喷入外润滑剂溶液，在单螺杆或双螺杆挤出机中在160-200℃下挤出成片，通过调节模头温度与挤出速度来控制机头压力。
本发明的有益效果是：
本申请公开了一种环保PVC板材及其制备工艺，以一定质量配比的重质碳酸钙和纤维素纳米晶为填充剂，并加入其它助剂，通过现有工艺制备成PVC板材。与现有PVC板材相比，具有增强的拉伸性能，具体表现为显著增强的断裂标称应变和热尺寸稳定性。所得PVC板材可以进一步作为室内装饰板使用。具有广阔的商业应用前景。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1:PVC板材的制备(单位：g)
制备方法如下：
步骤1)将PVC、增塑剂环氧大豆油、内润滑剂液体石蜡在高速混合机中混合8分钟并在120℃下出料，备用。
步骤2)将步骤1)所得物料，与填充剂(纤维素纳米晶和重质碳酸钙的混合物)、阻燃剂三氧化二锑按处方配比混合均匀，180℃下在开炼机上混炼8min，下片后，按配方比例喷入外润滑剂硬脂酸镁乙醇溶液(5％)，并搅拌均匀，使得外润滑剂在PVC颗粒表面基本粘附均匀，将热物料放入压力成型机上进行压片。压力为15-30MPa，时间3min。
上述PVC板材也可以通过如下工艺制备：
将处理PVC、增塑剂环氧大豆油、内润滑剂液体石蜡等在高速混合机中混合8分钟并在120℃下出料，备用。
挤出样：将阻燃剂与步骤1)所得PVC树脂、填充剂(纤维素纳米晶和重质碳酸钙的混合物)、阻燃剂三氧化二锑按处方配比混合均匀，按配方比例喷入外润滑剂硬脂酸镁乙醇溶液(5％)溶液，并搅拌均匀，使得外润滑剂在在PVC颗粒表面基本粘附均匀，在单螺杆或双螺杆挤出机中在160-200℃下挤出成片，通过调节模头温度与挤出速度来控制机头压力。压力为15-30MPa。
实施例2挤出法制备的实施例1所得各个配方PVC板材拉伸强度和断裂标称应变的测试
采用国产XL-100A型拉力实验机，用哑铃型试样按GB/T1040.2-2006(模塑和挤塑塑料的试验条件)规定的实验条件，对试样施以轴向拉伸载荷，直至试样断裂,过程中试样所承受的最大拉伸应力，称材料的拉伸强度(应力)(单位：MPa)和断裂标称应变(％)。试验结果为5个拉伸样的平均值。
如上数据可以看出，配方4(重质碳酸钙和纤维素纳米晶质量比5:3)具有最佳的拉伸强度和断裂标称应变，其对应参数测定值超出QB T 5140-2017(装饰用聚氯乙烯片材标准)规定限度，其次为配方3和配方5(二者比例分别为3:1和1:1)，当种重质碳酸钙和纤维素纳米晶质量比超出此比例达到7:1(配方2)，1:3(配方7)，1:7(配方8)时，在同等条件下，所得到的PVC板材强度小于配方3-5，但是均优于单独应用重质碳酸钙(配方1)或纤维素纳米晶(配方9)。
上述实验证实，当采用重质碳酸钙和纤维素纳米晶混合物作为PVC板材填充剂(或称改性剂)时，所得到的PVC板材拉伸性能优于二者单独作为填充剂。并且当二者质量比为1:0.6-1时，可以获得最佳的拉伸性能，当二者质量比放宽为1:0.3-3时拉伸性能略差，但是仍然优于二者单独应用做为机械改性剂所得到的PVC板材。
实施例3PVC板材的作为室内装饰板的其他性能测试
根据QB T 5140-2017(装饰用聚氯乙烯片材标准)对所得各配方板材中具有良好拉伸性能的(配方2-8)其他性能进行测试
如上数据所示，按实施例1所得配方2-8各PVC板材样品，按QB T 5140-2017(装饰用聚氯乙烯片材标准)中关于PVC片材相关标准检测，均符合对应标准，并且一些参数远远超出了标准限值的规定，例如邻苯二甲酸酯类增塑剂，由于实施例1各配方样品以环氧大豆油为增塑剂，故其中邻苯二甲酸酯类增塑剂含量为0，大大增加了产品的环保性能。可以作为室内装饰板材使用。加热尺寸变化率和进水尺寸变化率均远远小于标准限度，尤其是配方4。
以上发明内容和实施例描述了本发明专利申请的基本原理和主要特征及本发明专利申请优点，本领域的技术人员应该了解，本发明专利申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明专利申请的最优的技术方案，在不脱离本发明专利申请精神和范围的前提下，本发明专利申请还会有各种变化和改进，即以重质碳酸钙和纤维素纳米晶作为PVC板材改性剂单独或与其他添加剂联合施用制备PVC板材，都落入要求保护的本发明专利申请范围内，本发明专利申请要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种PVC装饰板材，所述PVC板材按如下质量份组成：
填充剂：40份
PVC树脂：100份
增塑剂：20份
内润滑剂：0.5-2份
外润滑剂：0.5-2份
阻燃剂：3-6份
其特征在于，所述填充剂为重质碳酸钙和纤维素纳米晶的混合物。
2.如权利要求1所述的PVC装饰板材，其特征在于，所述填充剂中重质碳酸钙和纤维素纳米晶的质量比为：1:0.3-3。
3.如权利要求2所述的PVC装饰板材，其特征在于，所述填充剂中重质碳酸钙和纤维素纳米晶的质量比1:0.6-1。
4.如权利要求1-3所述任一PVC装饰板材，其特征在于，所述纤维素纳米晶的直径1-100nm，长度5nm-100μm。
5.如权利要求1-3所述任一PVC装饰板材，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、对苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯以及环氧大豆油中的一种或几种。
6.如权利要求1-3所述任一PVC装饰板材，其特征在于，所述增塑剂为环氧大豆油。
7.如权利要求1-3所述任一PVC装饰板材，其特征在于，所述内润滑剂选自液体石蜡、天然石蜡、微晶石蜡、聚乙烯蜡，单硬脂酸甘油酯中的一种或几种。
8.如权利要求1-3所述任一PVC装饰板材，其特征在于，所述外润滑剂选自石蜡，硬脂酸镁中的一种或两种。
9.如权利要求1-3所述任一PVC装饰板材，其特征在于，所述阻燃剂为三氧化二锑、硼酸锌、锡酸锌、三氧化钼、碱式碳酸镁、磷酸三甲苯酯和四溴苯酐酯中的一种或几种。
10.如权利要求1-3所述任一PVC装饰板材，其特征在于，所述PVC板材可以通过常规工艺进一步加工成各种形状。
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