CN117264308A - 一种多色木塑型材及其制造方法和木塑板 - Google Patents

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Abstract

一种多色木塑型材，由色母和木塑基料制成，其中所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ为0.26‑1.47。该多色木塑型材的制造方法包括将色母和基料混合熔融挤出。一种木塑板，包括该多色木塑型材。所述多色木塑型材外表面及内部具有两种或更多种颜色，呈现出混合渐变的、类似天然木材的纹理。

Description

一种多色木塑型材及其制造方法和木塑板
本申请是申请日为2020年4月30日、申请号为202080100322.7、发明名称为“一种多色木塑型材及其制造方法和木塑板”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明总体上涉及木塑复合材料。更具体地，本发明涉及多色木塑型材，特别是基于聚烯烃(例如聚乙烯或聚丙烯)的木塑型材，及其制备方法和包括其的木塑板。
背景技术
木塑复合材料(wood-plastic composite，WPC)，简称木塑材料，兼具木材和塑料的优越性能，已广泛用于建筑领域中。根据使用环境和生产工艺的不同，木塑材料分为室内装饰材料和户外建筑材料。用作室内的木塑材料，其通常以聚氯乙烯为原料，使用单螺杆挤出机等弱混炼塑化设备挤出成型的轻质装饰建材。用作户外的木塑材料，其通常以聚乙烯或聚丙烯为原料，使用平行双螺杆挤出机或锥形双螺杆挤出机等强混炼塑化设备挤出制成的高强度承重建材，例如用于地板、栅栏板、围栏板、墙板、栏杆、楼梯、长椅、廊架、凉亭等。用作户外的木塑材料具有机械强度高、吸水率低、抗老化、抗霉变等特性以满足使用环境的要求。用作户内的聚氯乙烯轻质木塑材料因为强度低，吸水率高等原因较少用于户外环境，而用作户外的聚烯烃木塑材料也可用于户内。
目前，木塑生产技术领域主要采用后序机械表面处理方法或多色共挤出方法制造仿木纹木塑材料。在后序机械表面处理方法中，采用机械方式(例如砂光机砂光打磨)去除木塑材料产品表面的塑皮，减少塑料质感，并用刻有花纹的热压辊在产品表面滚压，以形成仿木纹表面。采用后序机械表面处理方法制造的仿木纹木塑材料，仅在表面具有仿木纹纹理，且该经由机械方式形成的仿木纹纹理往往随时间变浅变淡，并且木塑材料表层及内里均是单一颜色，产品视觉效果刻板单调。在多色共挤出方法中，使用面层挤出机和基层挤出机两个挤出机将面层原料和基层原料同时挤出至特制的共挤出模具中，形成表层具有较好仿木纹纹理的木塑型材。多色共挤出方法需增加投入价格较高的设备和模具，工艺复杂，成本较高。
随着建筑材料市场和木塑产品市场的发展，以及人们对于环境保护和资源综合利用观念的更多关注和重视，对于木塑型材兼具优越性能和美丽观感的要求越来越迫切。
发明内容
在一个方面中，本发明涉及一种多色木塑型材，其由色母和基料制成，其中所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ为0.26-1.47。拉伸弹性模量(modulus ofelasticity in tension)简称Et，用来表征和比较所述色母和/或所述基料弹性差异及大小。
在另一个方面，本发明涉及一种色母及其制造方法。所述色母包括如下或由如下组成：约30-约60重量份的聚乙烯或聚丙烯，约20-约50重量份的着色剂，0-约30重量份的填充剂，以及0-约5重量份的选自抗氧剂、光稳定剂、偶联剂、润滑剂、分散剂和相容剂的助剂，基于所述色母的总重量为100重量份计。所述色母按照GB/T 1040.2-2006/ISO 527-2：1993标准测试，拉伸弹性模量(Et)在约0.1x103MPa至约3x103MPa的范围内。
在又一方面中，本发明涉及所述多色木塑型材的制造方法，其包括将所述基料和所述色母混合熔融挤出。该混合熔融挤出步骤可在木塑正常的生产工艺温度下进行，而不必刻意提高熔融挤出温度。本文中使用的术语“木塑正常的生产工艺温度”(下文可简称为正常工艺温度)是指本领域常规的单色木塑型材的熔融挤出工艺温度，其一般为150℃或更低。例如，根据本发明多色木塑型材制造方法的一种实施方式，基料和色母在熔融之后，可在约145℃或更低的温度下挤出。
在又一方面中，本发明涉及包括所述多色木塑型材的木塑板产品，例如木塑地板、木塑栅栏板、木塑围栏板、木塑墙板等。
本发明发明人发现，色母与基料混合作为多色木塑生产料，当色母的弹性在某一特定范围内，例如当色母的拉伸弹性模量(Et)在3x103MPa或更低的范围内时，色母作为一种热塑性弹性体，在木塑生产过程中有视觉可见的形态变化，这是在热熔状态下，木塑挤出机的螺杆对其施加剪切和拉伸应力所致。本发明发明人通过进一步研究又发现，将所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ限定为0.26-1.47的这一特定范围内，在基料相同情况下，通过调整色母在一定范围内拉伸弹性模量大小，可以调节色母在熔融状态下的形态变化及色母与基料的相融程度，得到预期的色母条纹形态和产品混合色彩，并且同一色母对应不同拉伸弹性模量的基料，其熔融形态变化及色母与基料的相融程度也不相同。本发明发明人还发现，当色母与基料的拉伸弹性模量之比超出这一特定比值范围时，例如色母相对于基料的拉伸弹性模量之比过大或过小时，得到的木塑型材呈现单一颜色。
现有技术方案中，有的利用所制色母料与木塑基料熔融温度差和粘度差，以高于正常工艺温度，如以150℃-180℃乃至更高温度进行生产木纹或流纹。这种技术方案，既增加能耗和成本，也造成一定程度的木粉炭化和塑料老化分解，降低木塑产品质量。也有利用所制色母料与木塑基料熔体流动性不同，色母料与木塑基料混合挤出产生木纹或流纹。这类技术方案，往往色母成分添加数量大，色母料可占色母和木塑基料混合料10重量％-30重量％，并且生产工艺温度也高于木塑正常的生产工艺温度。
现有技术方案产品，木纹或流纹往往以结皮方式存在于木塑产品外表面，具有光滑塑料质感，如以机械方式去除塑皮增强木质感，则木纹或流纹的效果被破坏而不复存在。
与现有技术相比，本发明的多色木塑型材制备方法具有显著特点：多色木塑型材可按照木塑正常的生产工艺温度生产，挤出温度可在150℃以下(例如，130℃-150℃)，既能控制能耗和生产成本又能保障产品质量。色母添加量极低，仅为色母和木塑基料混合料的0.1重量％-0.5重量％，优选为0.15重量％-0.3重量％，与现有技术中色母料占色母和木塑基料混合料10重量％-30重量％的添加量相比较，在同等或更优的产品效果下，色母用量降低几十倍甚至上百倍，有利于降低多色木塑型材的生产成本。
本发明取得的这些技术效果超出了本领域技术人员的预期和想象。
本发明的多色木塑型材制备方法，通过选择和调整色母和基料的拉伸弹性模量组合，可以容易地获得色母熔融形态各异的条纹、色母与基料不同程度互融的混合颜色，可以方便地设计和生产多种多样的产品效果，满足用户不同的审美习惯和偏好。
本发明的多色木塑型材外表面具有两种或更多种颜色，各颜色分别独立存在或各颜色之间部分互融，呈现出多色的、混合渐变的、类似天然木材的纹理。所述多色木塑型材的外表面和与外表面平行的任一内部面层均具有天然木质的颜色和纹理，因此，在外表面经打磨等表面处理工艺后，新的表面仍然保持天然木质的颜色和纹理，是一种理想的代木木塑产品。
本发明的多色木塑型材制备方法与现有的单色木塑型材生产工艺设备兼容性好，不需要新增高成本设备和模具，不需要对生产设备和工艺进行任何改造和调整，工艺成熟可靠且易于操作，因此生产成本较低。
本发明包括例如如下实施方式：
1.一种多色木塑型材，其由色母和基料制成，其中所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ为0.26-1.47。
2.根据实施方式1所述的多色木塑型材，其中所述色母按照GB/T1040.2-2006/ISO527-2：1993标准测试，拉伸弹性模量(Et)在0.1x103MPa至3x103MPa的范围内。
3.根据实施方式1所述的多色木塑型材，其中所述色母包含塑料和着色剂，以及任选地包含选自如下的助剂：填充剂、抗氧剂、光稳定剂、偶联剂、润滑剂、分散剂、相容剂；优选地所述着色剂选自炭黑和氧化铁红、氧化铁黄、钛白粉；优选地所述填充剂选自轻钙。
4.根据实施方式1-3任一项所述的多色木塑型材，其中相对于色母和基料的总重量，所述色母的含量为0.1重量％-0.5重量％，优选为0.15重量％-0.3重量％。
5.根据实施方式1-3任一项所述的多色木塑型材，其中在所述木塑型材的表面及平行于表面的任一面层中，所述色母以选自如下的流变形态独立存在：直线形、折线形、棒形、带形、斑团形、椭球形和云雾形状。
6.根据实施方式1-3任一项所述的多色木塑型材，其中在所述木塑型材的表面及平行于表面的任一面层中都存在两种或更多种颜色。
7.根据实施方式1-3任一项所述的多色木塑型材，其中在与所述木塑型材的表面垂直的横截面上存在与色母颜色相同的线条或斑点。
8.根据实施方式1-7任一项所述的多色木塑型材的制造方法，其包括将所述基料和所述色母混合熔融挤出。
9.根据实施方式8所述的制造方法，其在将所述基料和所述色母混合熔融挤出之前进一步包括：
测量所述基料的拉伸弹性模量；
根据测得的基料的拉伸弹性模量，选择合适的色母，使得所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ为O.26-1.47。
10.一种木塑板，其包括实施方式1-7任一项所述的多色木塑型材或者由实施方式8或9的制造方法制得的多色木塑型材。
附图说明
图1为对比例13得到的木塑型材的表面照片。
图2为对比例14得到的木塑型材的表面照片。
图3为实施例1得到的木塑型材的表面照片。
图4为实施例2得到的木塑型材的表面照片。
图5为实施例3得到的木塑型材的表面照片。
图6为实施例4得到的木塑型材的表面照片
图7为实施例4得到的木塑型材的横截面图。
图8为实施例5得到的木塑型材的表面打磨处理前后的对比图
图9为实施例6得到的木塑型材的表面照片。
图10为实施例7得到的木塑型材的表面照片。
图11为实施例8得到的木塑型材的表面照片。
图12为实施例9得到的木塑型材的表面照片。
图13为实施例9得到的木塑型材的横截面图。
图14为实施例10得到的木塑型材的表面照片。
图15为实施例11得到的木塑型材的表面照片。
图16为实施例12得到的木塑型材的表面照片。
具体实施方式
如本文中使用的单数形式的“一种”、“一个”和“所述(该)”包括复数个指代物，除非上下文清楚地另外指明。例如，提及“一种色母”时涵盖单种色母以及两种或更多种色母等。
如本文中使用的术语“例如”、“比如”、或者“包括”旨在引入进一步阐明更上位的主题的实例。除非另有规定，这些实例仅作为用于理解本公开中说明的应用的辅助说明而提供，且决不拟为限制性的。
除了在工作实施例中以外或在另外声明的情况下，在说明书和权利要求中陈述的表示材料的量、温度、持续时间、材料的定量性质等的所有数字应理解为在所有情形中通过措辞“约”进行修饰，而不管在该表述中是否使用了措辞“约”。
应理解，本文所述及的任何数值范围包括在该范围内的所有子范围和该范围或子范围的各端点的任何组合，如其在实施例中或在说明书中的其它地方被描述一样。
在此还应理解，在本说明书中通过任何特定的上位概念或实施例部分中详述的下位概念描述的本发明的任意组分均可在一个实施方式中用于限定在说明书的其它地方针对该组分描述的范围的任何端点的替代性相应定义，且可因此在一个非限制性实施方式中用于代替其它地方描述的这样的范围端点。
还应理解，在说明书中明确地或隐含地公开和/或在权利要求中述及的属于一组在结构、组成和/或功能上相关的化合物、材料或物质的任何化合物、材料或物质包括所述组的单个代表和其所有组合。
本说明书和权利要求中使用的术语或词语不应严格地解释为一般含义或字典中的含义，而应基于以下原理解释为符合发明构思的含义和概念：发明人可适当地定义术语的概念而以最佳的方式解释其自己的发明。
如本文中使用的术语“多色”指存在两种或更多种颜色，其中各颜色可分别独立存在以及/或者各颜色之间可部分互融而形成复色。当在提及产品中使用了“多色”时，其表示所述产品的至少外表面呈现出两种或更多种颜色且各颜色可分别独立存在以及/或者各颜色之间可部分互融。进一步地，例如，所述产品的外表面和与外表面平行的至少部分面层、优选全部面层均呈现出两种或更多种颜色。在一种实施方式中，各颜色例如基料颜色和色母颜色分别独立存在。在另一种实施方式中，各颜色例如基料颜色和色母颜色之间部分互融而形成复色。在又一种实施方式中，各颜色例如基料颜色和色母颜色呈现为两种至更多种混合渐变的复色效果。
如本文中使用的术语“木塑型材”指的是热熔成型的木塑复合材料。木塑复合材料的原辅材料和成型方法是本领域中公知的。成型方法的实例包括但不限于挤出。木塑材料也包括添加发泡剂制成密度较低的轻质木塑产品。
如本文中使用的术语“基料”指的是在木塑型材的制造过程中，在熔融状态下作为连续相存在的基础材料。所述基料包括塑料(例如，热塑性树脂)和填充剂，且进一步任选地包括着色剂和助剂，其中包括添加发泡剂。
如本文中使用的术语“色母”指的是在木塑型材的制造过程中，在熔融状态下作为分散相存在的着色剂母料。所述色母包括塑料(例如，热塑性树脂)和着色剂，且进一步任选地包括助剂。
在本发明中，拉伸弹性模量是使用伺服控制拉力试验机等检测设备，按照GB/T1040.2-2006/ISO 527-2：1993标准在室温下测试所得。拉伸弹性模量指标用来表征或比较色母和/或基料的弹性性能。
在一个方面中，本发明涉及一种多色木塑型材，其由色母和基料制成，其中所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ为0.26-1.47。当使用两种或更多种色母时，每一种色母各自的拉伸弹性模量(Et)与基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ(色母：基料)均为约0.26-1.47。
根据本发明的多色木塑型材的色母包含塑料和着色剂，且任选地包含填充剂和助剂。所述助剂的实例包括但不限于抗氧剂、光稳定剂、偶联剂、润滑剂、分散剂、和相容剂。所述助剂可单独或组合使用。在一种实施方式中，所述多色木塑型材的色母主要由塑料和着色剂组成。在另一种实施方式中，所述多色木塑型材的色母主要由塑料、着色剂和填充剂组成。在这里，“主要由......组成”表示所述组分的重量百分比为约60％以上、特别地约70％以上、更特别地约80％以上，以及在一个实施方式中为约90％以上或甚至约95以上％。
对色母中使用的塑料没有特别限制，只要所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ落在约0.26-约1.47的范围内。在一种实施方式中，所述色母中的塑料为热塑性树脂，特别是基于聚烯烃的树脂。优选地，所述基于聚烯烃的树脂为聚乙烯、聚丙烯或其组合。所述聚乙烯的实例包括但不限于低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、及其共混物。所述聚乙烯可包括改性聚乙烯，例如接枝改性或共混改性聚乙烯，改性剂可为选自尼龙6、尼龙66等常规改性剂的至少一种。所述聚丙烯包括未改性聚丙烯和改性聚丙烯，所述改性聚丙烯包括接枝改性聚丙烯和共混改性聚丙烯。在一种优选实施方式中，所述色母包括仅一种聚乙烯(例如一种低密度聚乙烯或一种高密度聚乙烯)或仅一种聚丙烯作为塑料组分，这避免了采用两种以上的塑料共混物(塑料合金)进行调配而导致的复杂工艺过程，进一步降低了产品的制造成本。
对色母中使用的着色剂没有特别限制，可根据要实现的着色效果具体选择，只要所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ落在约0.26-约1.47的范围内。所述着色剂包括无机颜料和/或有机颜料和/或金属颜料。所述无机颜料的实例包括但不限于钛白粉、氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁棕、氧化铁蓝、氧化铬绿、炭黑、白炭黑的一种或几种的混合物。所述金属颜料的实例包括但不限于铜粉、青铜粉(铜锌合金粉)、银粉(铝粉)等。所述有机颜料的实例包括但不限于偶氮颜料、杂环颜料、杂类颜料的一种或几种的混合物。在一种实施方式中，所述颜料选自炭黑和氧化铁红。在一种实施方式中，基于所述色母的总重量为100重量份计，所述颜料的含量为约20重量份-约50重量份，优选为约20重量份-约40重量份。
对色母中使用的填充剂没有特别限制，只要所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ落在约0.26-约1.47的范围内。所述填充剂包括无机填充剂和/或有机填充剂。所述有机填充剂泛指源于植物的纤维材料，其实例包括但不限于木粉、锯末、稻壳、竹粉、大麻的一种或几种的混合物。所述无机填充剂的实例包括但不限于轻钙(碳酸钙)、滑石粉、硅土、高岭土、云母、硅酸钙、玻璃纤维、粉煤灰的一种或几种的混合物。优选地，所述填充剂为无机填充剂，特别优选轻钙。在一种实施方式中，基于所述色母的总重量为100重量份计，所述填充剂的用量为0-约35重量份，例如约5重量份-约30重量份。在使用填充剂、特别是无机填充剂的情况下，基于所述色母的总重量，所述颜料和填充剂的总重量大于约35重量％，优选地为约40重量％以上，且优选为约65重量％以下。当它们的总重量在该范围内时，可易于将所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ调节到约0.26-约1.47的范围内。
作为助剂在色母中使用的抗氧剂、光稳定剂、偶联剂、润滑剂、分散剂、和相容剂为在木塑复合材料中常用的那些。所述抗氧剂的实例包括但不限于亚磷酸酯类和受阻酚类抗氧剂。所述光稳定剂的实例包括但不限于二苯甲酮类和苯并三唑类光稳定剂。所述偶联剂的实例包括但不限于钛酸酯类和硅烷类偶联剂。所述润滑剂的实例包括但不限于金属皂、脂肪酸及其盐和脂肪酸酰胺类润滑剂。所述分散剂的实例包括但不限于脂肪酸酯和脂肪醇类分散剂。所述相容剂的实例包括但不限于马来酸改性的聚烯烃类相容剂。
在一种实施方式中，所述色母包括如下或由如下组成：约30-约60重量份的聚乙烯或聚丙烯，约20-约50重量份的着色剂特别是无机颜料或金属颜料，0-约30重量份的无机填充剂，以及0-约5重量份的选自抗氧剂、光稳定剂、偶联剂、润滑剂、分散剂和相容剂的助剂，基于所述色母的总重量为100重量份计。优选地，聚乙烯或聚丙烯与无机颜料或金属颜料的总重量占所述色母总重量的60重量份至99.9重量份，特别地约70重量份至约98重量份，更特别地约75重量份至约97重量份。优选地，无机颜料或金属颜料与无机填充剂的总重量占所述色母的30重量份至75重量份，特别地约35重量份至约70重量份，更特别地约40重量份至约65重量份。当色母具有在上述范围内的组成时，可易于将所述色母和所述基料(特别是基于回收料例如聚乙烯回收料的基料)的拉伸弹性模量(Et)之比λ调节到约0.26-约1.47的范围内，且所述色母可以低的添加量(例如0.1重量％-0.5重量％，基于色母和基料的总重量)使用，从而进一步降低生产成本。
根据本发明的多色木塑型材的基料包含塑料和填充剂，且任选地进一步包括着色剂和助剂。所述助剂的实例包括但不限于抗氧剂、光稳定剂、偶联剂、润滑剂、分散剂、相容剂、阻燃剂、防霉剂、和发泡剂。所述助剂可单独或组合使用。
对基料中使用的塑料没有特别限制，只要所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ落在约0.26-约1.47的范围内。在一种实施方式中，所述基料中的塑料为热塑性树脂，特别是基于聚烯烃的树脂。优选地，所述基于聚烯烃的树脂为聚乙烯、聚丙烯或其组合。所述聚乙烯的实例包括但不限于低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、及其共混物。所述聚乙烯可包括回收聚乙烯。在一种优选实施方式中，所述基料仅使用回收聚乙烯(例如，回收的高密度聚乙烯、回收的低密度聚乙烯或其混合物)作为塑料组分，这进一步降低了产品的制造成本。在一种实施方式中，所述基料包括约20-约60重量份的基于聚烯烃的树脂，特别地约25-约50重量份的树脂，更特别地约25-约40重量份的树脂，基于所述基料的总重量为100重量份计。
对基料中使用的填充剂没有特别限制，只要所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ落在约0.26-约1.47的范围内。所述填充剂包括有机填充剂和/或无机填充剂。所述有机填充剂的实例包括但不限于木粉、锯末、稻壳、竹粉、大麻的一种或几种的混合物。所述无机填充剂的实例包括但不限于轻钙、滑石粉、硅土、高岭土、云母、硅酸钙、玻璃纤维、粉煤灰的一种或几种的混合物。在一种实施方式中，所述填充剂为有机填充剂和无机填充剂的共混物。在一种优选实施方式中，所述有机填充剂和无机填充剂的共混物占所述基料的约50重量％以上或约60重量％以上。在进一步优选的实施方式中，所述有机填充剂占所述基料的约40重量％以上或约50重量％以上。
对基料中使用的着色剂没有特别限制，可根据要实现的着色效果和色母中的着色剂具体选择。所述基料中使用的着色剂包括无机颜料和/或有机颜料。所述无机颜料的实例包括但不限于钛白粉、氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁棕、氧化铁蓝、氧化铬绿、炭黑、白炭黑的一种或几种的混合物。所述有机颜料包括偶氮颜料、杂环颜料、杂类颜料的一种或几种的混合物。在一种实施方式中，所述着色剂为选自钛白粉、氧化铁红和氧化铁黄的无机颜料。在一种实施方式中，基于所述基料的总重量为100重量份计，所述着色剂的含量为约10重量份以下或约5重量份以下，或甚至不含着色剂。在一种优选实施方式中，所述着色剂的含量为约2重量份至约4重量份。
作为助剂在基料中使用的抗氧剂、光稳定剂、偶联剂、润滑剂、分散剂、相容剂、阻燃剂、防霉剂、和发泡剂为在木塑复合材料中常用的那些。其具体实例包括但不限于以上针对色母助剂描述的那些。
在本发明的实施方式中，所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ落在约0.26-约1.47的范围内。本发明的发明人出人意料地发现，通过选择和控制某一特定数值范围内色母和基料拉伸弹性模量(Et)之比，可以得到外表面和平行于外表面的各面层中均具有良好的仿木纹纹理的多色木塑型材。通过大量的实验比较，本发明的发明人发现，在基料、设备、工艺等条件相同的情况下，通过选择和更换不同弹性大小的色母，即不同拉伸弹性模量数值的色母，随着色母拉伸弹性模量数值的减小，随着所述拉伸弹性模量(Et)比λ在上述范围内逐渐减小，色母在基料中的熔融流变形态从斑点、斑团状到折线形到棒形到宽条纹到细条纹到弥漫散开的形状变化。当λ等于1.68时，色母形态呈细小点状，型材呈现出单一的基料颜色，而当λ等于0.20时，色母完全熔融，型材呈现出单一的色母与基料的混合颜色。在一种实施方式中，所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ落在约0.70-约1.47的范围内，在得到的木塑型材中，基料和色母独立地存在而呈现出各自的颜色。在另一种实施方式中，所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ落在约0.26至小于约0.70、特别地约0.69、更特别地约0.68、或甚至更特别地约0.67的范围内，使得在得到的木塑型材中，基料和色母以至少部分相融的状态存在，从而该木塑型材呈现出基料和色母颜色混合渐变的复色效果。
在一种实施方式中，所述色母按照GB/T 1040.2-2006/ISO 527-2：1993标准测试，拉伸弹性模量(Et)在约0.1x103MPa至约3x103MPa的范围内。例如，在约0.2x103MPa至约3x103MPa的范围内，优选地在约0.5x103MPa至约2.5x103MPa的范围内，具体可为例如约2.42x103MPa，约2.11x103MPa，约1.92x103MPa，约1.80x103MPa，约1.66x103MPa，约1.55x103MPa，约1.45x103MPa，约1.24x103MPa，约1.12x103MPa，或约0.86x103MPa。
在一种优选的实施方式中，基料中色母熔融形态为清晰的典型细长条纹，经打磨处理，内部平行于表层的任一平面存在与表层一样的清晰的细长条纹。型材表面主要是基料底色和黑色条纹两种颜色，还有少许两种颜色的混合色。在另一种优选实施方式中，基料相同而选用色母不同，基料中色母熔融形态为较宽条纹，在与所述木塑型材的表面垂直的横截面上存在与色母颜色相同的线条或斑点。在另一种优选实施方式中，基料中色母熔融形态为清晰的棒状，型材表面只有基料底色和黑色条纹两种颜色。在另一种优选实施方式中，基料中色母熔融呈弥漫云雾状，型材表面有基料底色、色母黑色以及深浅不同的混合的渐变的颜色。
在又一种实施方式中，通过组合使用与基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ均为约0.26-约1.47的两种或更多种色母，在所得的木塑型材的外表面和平行于外表面的各面层中均存在每种色母的条纹。在一个实例中，所述基料为白色的，且所述色母包括黑色色母和棕色色母，从而得到的木塑型材表面具有黑色和棕色条纹。
在另一方面中，本发明涉及多色木塑型材的制造方法，其包括将所述基料和所述色母混合熔融挤出。在一种实施方式中，在将所述基料和所述色母混合熔融挤出之前，所述方法可进一步包括：测量所述基料的拉伸弹性模量；并根据测得的基料的拉伸弹性模量，选择合适的色母，使得所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ为0.26-1.47。依照本发明的多色木塑型材制造方法，使得可根据不同用户期望的木塑型材条纹，为低成本的基料选择合适的色母，从而可以方便地设计和生产多种多样的产品效果，满足用户不同的审美习惯和偏好。
由混合熔融挤出得到的木塑型材可任选地经历如下操作的一个或多个：冷却、切割、和表面处理。所述表面处理的实例包括但不限于打磨、拉丝、压花、以及用表面处理剂例如面漆进行表面处理等。
所述基料和所述色母可在熔融挤出操作之前混合，也可在熔融挤出的过程中混合。在一种实施方式中，所述制造方法可包括将预定比例的色母与基料用搅拌机搅拌均匀后进料到挤出机中，然后通过挤出机连续地熔融挤出而形成多色木塑型材。在另一种实施方式中，所述制造方法包括将单独的基料和色母同步分开地进料到挤出机中，通过挤出机螺杆剪切搅拌实现混合，然后通过挤出机连续地熔融挤出而形成多色木塑型材。在这种实施方式中，色母与基料的比例可通过进料机构的转速来调节。所述挤出机可为加工热塑性树脂中常使用的常规挤出机。所述挤出机的实例包括但不限于单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机。所述挤出机各筒(区)中的温度和螺杆的旋转速度可根据待挤出的材料适当地确定。依照本发明的多色木塑型材制造方法可容许挤出机各筒(区)的温度均在1 50℃以下，例如塑化挤出筒(区)中的合流芯和模具温度可甚至控制在145℃以下。在这样的木塑正常的生产工艺温度下进行多色木塑型材的生产，使得产品质量稳定且能耗成本低。
所述色母和所述基料可使用本领域中已知的方法制造。例如，可通过将塑料、颜料、和任选的助剂按比例加入到高速混合机中混合均匀后，将得到的混合物用挤出机例如双螺杆挤出机熔融挤出，并经冷却、切粒、离心脱水、和风干而制得。
在又一方面中，本发明涉及包括所述多色木塑型材的产品，例如铺板、栏杆、楼梯、长椅、廊架、凉亭等。优选地，所述产品为木塑板例如木塑地板、木塑栅栏板、木塑围栏板、木塑墙板等。
实施例
将参照实施例更具体地解释本发明，但是这些实施例不应解释为限制本发明的范围。而且，在以下描述中，除非另有说明，“份”表示“重量份”，且“％”表示“重量％”。
各实施例中使用的材料列于如下表1中。
表1：材料信息汇总
色母的制备实施例
将表2所示的塑料、颜料、和助剂按所示重量百分比加入到高速混合机SHR-300A中，以1480rpm的转速搅拌10分钟。将得到的混合物料加入到平行同向双螺杆挤出机AK-73(南京科亚化工成套装备公司)中，经熔融挤出造粒后得到各色母：编号H1-1至H3-1为黑色色母，编号Z1-1和Z1-2为棕色色母。熔融挤出条件如下：螺杆长径比L/D＝44，螺杆转速600rpm，挤出机温度设置1-11区依次为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、170℃、180℃、190℃，熔体温度为190℃。
使用伺服控制拉力试验机AI-7000-M1(高铁检测仪器(东莞)有限公司)测量各色母的拉伸弹性模量，结果示于表2中。
基料的制备实施例
将表3所示的PE回收料、颜料、和助剂按所示重量百分比加入到高速混合机SHR-300A中，以1480rpm的转速搅拌10分钟。将得到的混合物料加入到平行同向双螺杆挤出机AK-73(南京科亚化工成套装备公司)中，经熔融挤出造粒后得到各基料。熔融挤出条件如下：螺杆长径比L/D＝44，螺杆转速600rpm，挤出机温度设置1-11区依次为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、170℃、180℃、190℃，熔体温度为190℃。
使用伺服控制拉力试验机AI-7000-M1(高铁检测仪器(东莞)有限公司)测量各色母的拉伸弹性模量，结果示于表3中。
实施例1-12以及对比例13-14
将除了实施例9以外的各实施例和对比例的各基料与各色母按照表4所示的组合和用量加入到异向锥形双螺杆挤出机SJZ65/132型(上海金纬机械制造有限公司)中，经熔融挤出得到木塑型材，熔融挤出条件如下：螺杆转速34.7rpm；挤出机温度：1区150℃、2区150℃、3区140、4区140℃、合流芯温度140℃；模具温度：140℃、140℃、140℃、140℃。各色母与木塑型材的拉伸弹性模量之比λ也示于表4中。其中，色母添加比例如下：实施例1为0.5％，实施例2为0.5％，实施例3为O.1％，实施例4至7和9为0.25％，实施例8和10为0.3％，实施例11棕色色母的添加比例为0.3％且黑色色母的添加比例为0.1％，实施例12为0.25％，对比例13和对比例14为0.25％。
另外，实施例9的不同之处在于使用了两台挤出机同时工作的共挤出方法。在该实施例9中，将包括如下的芯层料配方使用异向锥形双螺杆挤出机SJZ65/132型以与上述相同的条件挤出形成为木塑型材的芯层：PE回收料25％、木粉60％、轻钙10％、复合润滑剂2％、相容剂2.5％、辅助抗氧剂0.5％。同时，将表4中所示的实施例9的色母和基料混合为面层料，经单螺杆挤出机SJ20型以20rpm的螺杆转速在芯层料的表面形成为共挤出面层。共挤模具(黄石高科塑胶模具有限公司)温度为：140℃、140℃、140℃、140℃。
之后，对所有实施例和对比例得到的挤出产品表面均进行了机械去表面塑皮的表面处理。另外，对实施例1、实施例3、实施例7、实施例8、对比例13、对比例14得到的产品表面还进一步进行了热压机械处理。
表4木塑型材配方及色母与基料的拉伸弹性模量Et之比(λ)
观察制得的各木塑型材的外表面颜色和花纹。注意：图1(对比例13)、图2(对比例14)、图3(实施例1)、图5(实施例3)、图10(实施例7)、图11(实施例8)的表面照片中所示的贯通长条纹是使用热压花辊进行后续机械处理而得到的。发现：对比例13(λ＝1.68)呈现出单一的白色木塑基料本色，图示花纹为热压花辊热压后续处理所得的规则花纹(参见图1)；而对比例14(λ＝0.20)呈现出单一的棕色色母本色，图示花纹为热压花辊热压后续处理所得的规则花纹(参见图2)。相反，在本发明的实施例中，随着拉伸弹性模量之比从1.47降低到0.26，色母熔融流变形态自斑团-折线-棒形-宽短条纹-细长条纹-弥漫散开的形状变化，如图3-16中所示。图3-16分别显示了实施例1(λ＝1.47)、实施例2(λ＝1.33)、实施例3(λ＝0.70)、实施例4(λ＝0.63)、实施例5(λ＝0.58)、实施例6(λ＝0.51)、实施例7(λ＝0.44)、实施例8(λ＝0.67)、实施例9(λ＝0.45)、实施例10(λ＝0.26)、实施例11(λ＝0.37和λ＝0.48)、实施例12(λ＝0.29)得到的木塑型材的表面照片。色母在基料中的熔融形态，在实施例1呈现小的斑点(参见图3，如椭圆框中所示)，实施例2呈现折线形状(参见图4，如椭圆框中所示)，实施例3和实施例8则分别呈现大的斑团和棒形纹(参见图5和图11，如椭圆框中所示)，实施例4和实施例5分别呈现宽短和细长的条纹状(参见图6和图8，如椭圆框中所示)，实施例6、实施例7、实施例9、实施例10、实施例11和实施例12呈现弥漫散开不同程度的云雾状(参见图9、图10、图12、图14、图15和图16，如椭圆框中所示)。斑团、折线、棒形、宽短条纹、细长条纹、弥漫散开的形状变化指的是机械热辊压所得贯通长条纹和浅底色以外的其它颜色图案。
而且，如图5中所示，在实施例3得到的木塑型材中，白色(基料)和黑色(色母)分别独立地存在，型材表面只有白色和黑色两种颜色。如图8中所示，在实施例5得到的木塑型材中，红色(基料)和黑色(色母)部分相融而呈现出作为其复色的不同深浅的红棕色，使得木塑型材表面具有红色、黑色和不同深浅的红棕色，从而色母颜色与基料颜色呈现为两种至更多种混合渐变的复色效果。类似地，如图6中所示，在实施例4得到的木塑型材中，红色、黑色和棕色也呈现出混合渐变的复色效果。这表明在本发明的木塑型材中，由于色母在基料中处于不融-部分相融-完全相融的不同形态，色母颜色与基料颜色可呈现出两种至更多种混合渐变的复色效果。在实际应用中，可根据所需的图案，选用不同色母和基料的组合，达到理想的外观效果。
图8为实施例5得到的木塑型材的表面处理前后的对比图。右侧是产品正面用砂光机刮去表层后内部层面照片，试验中刮去若干层后产品任一层面正面同样看到不同颜色和熔融流变形态的色母。
图7为实施例4的横截面图且图13为实施例9的横截面图。从图中可以看出，在与所述木塑型材的表面垂直的横截面上存在与色母颜色相同的线条或斑点。并且，如图13中的共挤出面层(白色部分)所示，共挤出的面层料熔融流变生产过程遵循同样的机理和控制方法。
另外，以上各实施例中采用的熔融挤出设备和温度均是普通非多色木塑型材制造中常规使用的那些，这表明本发明的多色木塑型材制备方法与现有的木塑型材生产工艺设备兼容性好，不需要新增高成本设备和模具，不需要对生产设备和工艺进行任何改造和调整，工艺成熟可靠且易于操作，因此生产成本较低。而且，相同的温度和挤出机螺杆转速保证了木塑型材挤出生产的生产效率和产品质量。
机械性能评价
对实施例1-12中得到的木塑型材按照EN 15534-1：2014第7.1.2.1节进行了落锤冲击测试，按照EN 15534-1：2014Annex A进行了抗弯性能测试，按照EN 15534-1：2014第8.3.3节进行了煮沸测试，按照EN 15534-1：2014第9.2节进行了线性热膨胀系数测试，按照EN 15534-1：2014第7.4.1节进行了蠕变行为测试，按照EN 15534-1：2014第8.3.1节进行了吸水膨胀测试，结果均为合格。
虽然已参考具体的实施方式描述了本发明，本领域技术人员将理解，可进行各种变化且等同物可替代其要素而不偏离本发明的范围。本发明不拟局限于所公开的具体的实施方式，而是其包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (10)

1.一种多色木塑型材，其由色母和基料制成，其中所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ为0.26-1.47，
其中所述色母包含塑料和着色剂，
所述基料包含塑料和填充剂，
其中在所述木塑型材的表面及平行于表面的任一面层中，所述色母以选自如下的流变形态独立存在：直线形、折线形、棒形、带形、斑团形、椭球形和云雾形状。
2.根据权利要求1所述的多色木塑型材，其中所述色母按照GB/T1040.2-2006/ISO527-2:1993标准测试，拉伸弹性模量(Et)在0.1x103MPa至3x103MPa的范围内。
3.根据权利要求1所述的多色木塑型材，其中所述色母进一步包含选自如下的助剂：填充剂、抗氧剂、光稳定剂、偶联剂、润滑剂、分散剂、相容剂；优选地所述着色剂选自炭黑和氧化铁红、氧化铁黄、钛白粉；优选地所述填充剂选自轻钙；优选地，所述色母中的塑料包括聚乙烯、聚丙烯或其组合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的多色木塑型材，其中相对于色母和基料的总重量，所述色母的含量为0.1重量％-0.5重量％，优选为0.15重量％-0.3重量％。
5.根据权利要求1-3任一项所述的多色木塑型材，其中所述基料中的塑料包括聚乙烯、聚丙烯或其组合；所述基料中的填充剂包括有机填充剂和/或无机填充剂；优选地，所述有机填充剂选自木粉、锯末、稻壳、竹粉、大麻的一种或几种的混合物；优选地，所述无机填充剂选自轻钙、滑石粉、硅土、高岭土、云母、硅酸钙、玻璃纤维、粉煤灰的一种或几种的混合物；优选地，所述基料进一步包含着色剂及选自如下的助剂：抗氧剂、光稳定剂、偶联剂、润滑剂、分散剂、相容剂、阻燃剂、防霉剂、和发泡剂。
6.根据权利要求1-3任一项所述的多色木塑型材，其中在所述木塑型材的表面及平行于表面的任一面层中都存在两种或更多种颜色。
7.根据权利要求1-3任一项所述的多色木塑型材，其中在与所述木塑型材的表面垂直的横截面上存在与色母颜色相同的线条或斑点。
8.根据权利要求1-7任一项所述的多色木塑型材的制造方法，其包括将所述基料和所述色母混合熔融挤出。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其在将所述基料和所述色母混合熔融挤出之前进一步包括：
测量所述基料的拉伸弹性模量；
根据测得的基料的拉伸弹性模量，选择合适的色母，使得所述色母和所述基料的拉伸弹性模量(Et)之比λ为0.26-1.47。
10.一种木塑板，其包括权利要求1-7任一项所述的多色木塑型材或者由权利要求8或9的制造方法制得的多色木塑型材。
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