CN1827680A - 一种pvc基木塑复合材料的制造配方 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PVC基木塑复合材料的制造配方，所述的PVC基木塑复合材料由下列原料按质量份数混合而成：PVC/木粉的用量为100/30～100/160质量份；氯化聚乙烯的用量为0～10质量份；稀土稳定剂的用量为2.0～6.0质量份；丙烯酸酯类加工改性剂ACR的用量为2.0～6.0质量份；聚乙烯蜡的用量为0.5～3.0质量份；硬脂酸的用量为0.5～3.0质量份；分散剂为分子量在4000～300000之间的含羟基、羧基或马来酸酐接枝的高分子烃类化合物用量为木粉的2.0％～10％；所制得的PVC木塑复合材料具有优良的加工性能和物理机械性能、制品表面光滑、木粉填充量大而且容易分散均匀、制造成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种PVC基木塑复合材料的制造配方
背景技术
聚氯乙烯(PVC)基木塑复合材料是利用木粉、竹粉、果壳粉或农作物秸秆粉和PVC树脂或废旧PVC塑料为主要原料，经混合和成型加工而制得的一种新型复合材料。它有以下特点：(1)耐用、寿命长，有类似木质外观，硬度高；(2)具有优良的物理机械性能，比木材尺寸稳定性好，不会产生裂缝、翘曲，无木材的节痕、斜纹，加入着色剂或复合表层可制成色彩绚丽的各种制品；(3)容易成型，用一般塑料加工设备或稍加改造后便可进行成型加工；(4)有类似木材的二次加工性，可涂漆；(5)不怕虫咬、耐老化、耐腐蚀、吸水性小，不会吸湿变形；(6)能重复使用和回收再利用等。
PVC基木塑复合材料可以用于以下方面：建筑上的活动房屋、混凝土模板、墙壁、地板、楼梯扶手等各种异型材；工业上的化工及公共场所的耐磨工棚、铸造模型、机器罩、水泵壳、电器用材；家庭、办公室或车辆船舶上的装饰板材；各种运输周转箱以及家具材料等，应用领域十分广泛。
因此，研究和开发PVC基木塑复合材料的生产和应用，不仅将为国民经济建设增添一种价廉而有广泛应用前景的新材料，而且能为减少废旧塑料制品的危害和提高木材的综合利用率开辟一条新途径；反过来，大量的木屑和废旧塑料又为生产木塑复合材料提供充足的原料来源，其重要意义是不言而喻的。
木粉的主要成分是木素纤维素，表面含有大量的羟基官能团，使其表面表现出很强的化学极性，同时由于木粉是轻质的硬质颗粒，大量填充时造成木塑复合材料在熔融温度下流动困难，加工性能明显下降。而许多文献报道认为，在进行PVC基木塑复合材料的研究中，需要解决的最大问题是如何使亲水的极性木粉表面与PVC界面之间具有良好的相容性。使木粉的表面层与PVC的分子之间达到良好的融合或产生化学交联，从而使PVC基木塑复合材料具有良好的物理机械性能。
目前，国内生产PVC基木塑复合材料的厂家和文献报道几乎全部采用偶联剂处理木粉的方法，如采用硅烷、异氰酸酯、钛酸酯、铝酸酯、铝钛复合偶联剂等偶联剂处理木粉，以改善木粉与PVC树脂的结合，忽略了复合材料成型加工过程中木粉在PVC中分散等问题。这种方法存在木粉填充量小(一般小于50质量份)、木粉在PVC中分散不良、熔体流动困难、加工性能差、制品外观粗糙等缺点。
发明内容
本专利的目的是提供一种PVC基木塑复合材料的制造配方，本专利发明人认为，PVC基木塑复合材料要具有较好的物理机械性能和加工性能，主要的技术关键是解决高填充量的木粉在PVC中达到良好分散。由于PVC分子链和木粉的结构上的原因，二者具有较强的化学极性，相互作用力较强，相容性较好。但由于同样的原因，木粉和PVC分子链均有较强的自聚作用，木粉是轻质的硬质颗粒，大量填充时造成木塑复合材料在熔融温度下流动困难，加工性能明显下降。另外，PVC的加工温度范围窄，温度过高容易热分解。以上种种原因容易造成木粉在PVC中分散不均匀。如果木粉在PVC中不能较好分散，木粉不能被PVC完全包覆，就会造成复合材料的熔体流动性差，物理机械性能不均，制品表面粗糙，木粉填充量小等缺陷。
本专利的主要内容是在复合材料中加入一类新型的分散剂，增强了木粉和PVC的相容性以及木粉在PVC中的分散性。在熔融状态的PVC和木粉混合过程中，由于分散剂的熔点比PVC小，分散剂在混合开始阶段对木粉粒子起到润滑、阻隔和分散作用，降低PVC和木粉各自的自聚作用，从而促进了木粉在PVC熔体中的分散，降低了PVC基木塑复合材料熔体的粘度，提高了其流动性。混炼后期，由于分散剂分子一端呈极性，使木粉和PVC的相互作用加强。另外，这类分散剂常温范围内呈固态，本身的强度较高，减少了PVC与木粉之间界面层的应力集中，增大了界面层厚度，整体上提高了复合材料的综合性能。
本发明提供了一种PVC基木塑复合材料的制造配方，所述的PVC基木塑复合材料由下列原料按质量份数混合而成：PVC/木粉的用量为100/30～100/160质量份；氯化聚乙烯的用量为0～10质量份；稀土稳定剂的用量为2.0～6.0质量份；丙烯酸酯类加工改性剂ACR的用量为2.0～6.0质量份；聚乙烯蜡的用量为0.5～3.0质量份；硬脂酸的用量为0.5～3.0质量份；分散剂为分子量在4000～300000之间的含羟基、羧基或马来酸酐接枝的高分子烃类化合物用量为木粉的2.0％～10％。
上述PVC/木粉的用量为100/50～100/120质量份；上述分散剂为分子量在4000～300000之间的含羟基、羧基或马来酸酐接枝的高分子烃类化合物用量为木粉的3.0％～5.0％。
上述分散剂是分子量在4000～6000的羟基、羧基或马来酸酐接枝高分子烃类化合物。
上述分散剂是分子量在250000～300000的羟基、羧基或马来酸酐接枝高分子烃类化合物。
上述氯化聚乙烯的用量为10.0质量份；稀土稳定剂的用量为4.0质量份；丙烯酸酯类加工改性剂ACR的用量为4.0质量份；聚乙烯蜡的用量为1.0质量份；硬脂酸的用量为1.0质量份。
上述稀土稳定剂是镧系PVC用复合热稳定剂。
上述木粉为普通木粉、竹粉、果壳粉、农作物秸秆粉中的任何一种或其混合物。
以上配方所制得的PVC木塑复合材料具有优良的加工性能和物理机械性能、制品表面光滑、木粉填充量大而且容易分散均匀、制造成本低廉等优点。本发明的组合物可用于生产高档的PVC基木塑复合材料，可替代天然木材在室内外装修、建筑业等领域广泛使用。总的来说，在PVC基木塑复合材料中加入适量的分散剂，与偶联剂处理木粉的方法相比，增强了木粉和PVC分子的结合，促进木粉在PVC中的分散和被PVC完全包覆，从而可大大增加木粉的填充量，明显改善了PVC基木塑复合材料的物理机械性能、成型加工性能和制品的外观，制造成本低廉。
具体实施方式
在实验室试验的具体例子见下列表1和表2所示的基本配方和试验结果。
表1：PVC基木塑复合材料基本配方(质量份)
| 配方编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 木粉 | 30 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 100 | 100 | 100 | 120 | 120 | 140 | 140 | 160 | 160 |
| 钛酸酯偶联剂 | / | 1.0 | / | / | / | / | 3.0 | / | / | / | / | / | / | / | |
| 分散剂1 | 0.9 | / | 1.0 | / | 1.5 | / | / | 3.0 | / | 6.0 | / | 14 | / | 16 | / |
| 分散剂2 | / | / | / | 1.0 | / | 1.5 | / | / | 3.0 | / | 6.0 | / | 14 | / | 16 |
注：表1中基本配方其余组分如下(质量份)：PVC，100；ACR，4.0；稀土稳定剂，4.0；聚乙烯蜡，1.0；硬脂酸，1.0；氯化聚乙烯，10。
分散剂1为分子量在4000～6000的羟基、羧基或马来酸酐接枝高分子烃类化合物，
分散剂2为分子量在250000～300000的羟基、羧基或马来酸酐接枝高分子烃类化合物。
表2：PVC基木塑复合材料性能
| 配方编号 | 拉伸强度(MPa) | 冲击强度(KJ/m2) | 实验室炼塑机混炼加工过程现象描述 |
| 1 | 33.1 | 18.2 | 物料易于包辊成型，成型加工性很好，表面光滑。 |
| 2 | 31.8 | 12.3 | 物料可以包辊成型，成型加工性能一般，表面和内部有少量空洞。 |
| 3 | 28.5 | 8.77 | 物料可以包辊成型，成型加工性能一般，表面和内部有少量空洞。 |
| 4 | 26.6 | 9.31 | 物料可以包辊成型，成型加工性能一般，表面和内部有少量空洞。 |
| 5 | 33.7 | 13.8 | 物料易于包辊成型，成型加工性很好，表面光滑，内部无空洞。 |
| 6 | 34.7 | 14.5 | 物料易于包辊成型，成型加工性很好，表面光滑，内部无空洞。 |
| 7 | 18.4 | 5.76 | 物料较难包辊，表面粗糙，内部有大量空洞。 |
| 8 | 25.5 | 8.87 | 物料易于包辊，成型加工性能很好，表面光滑，内部无空洞。 |
| 9 | 27.3 | 9.39 | 物料易于包辊，成型加工性能很好，表面光滑，内部无空 |
| 洞。 | |||
| 10 | 21.1 | 9.95 | 物料可以包辊成型，表面比较光滑，表面和内部很少空洞。 |
| 11 | 23.2 | 8.34 | 物料可以包辊成型，表面比较光滑，表面和内部很少空洞。 |
| 12 | 14.5 | 8.35 | 物料较难包辊成型，表面粗糙，表面和内部有少量空洞。 |
| 13 | 16.2 | 7.84 | 物料较难包辊成型，表面粗糙，表面和内部有少量空洞。 |
| 14 | 9.87 | 5.43 | 物料较难包辊成型，表面粗糙，表面和内部有大量空洞。 |
| 15 | 10.2 | 4.69 | 物料较难包辊成型，表面粗糙，表面和内部有大量空洞。 |
将实验室试验的具体例子，按基本配方比例配料各50kg，混合后在挤出机上挤出造粒，再用排气式双螺杆挤出成型PVC基木塑复合材料型材。试验得到下列结果：
(1)例子1、5、6、8、9、10、11的物料挤出造粒容易；挤出成型时熔体表面有光泽，流动平稳，成品表面光滑而且有光泽，呈木粉的浅黄色状。但例子1的成品因木粉用量少而密度大，无木材的质感；
(2)例子2、3、4、12、13较困难，粒料有粉状物；例子2、3、4挤出成型时熔体表面局部有光泽，成品表面比较粗糙，内部有少量空洞；例子12、13挤出成型时熔体表面没光泽，成品表面粗糙，表面和内部有空洞。这是因为例子2用钛酸酯偶联剂和例子3、4的分散剂用量太少，例子12、13的木粉用量太大所致；
(3)例子7、14、15的物料挤出造粒困难，粒料呈粉状；挤出成型时熔体表面呈深黄色，有黑色的斑点，流动不平稳；成品表面粗糙，表面和内部有很多空洞。这是因为例子7用钛酸酯偶联剂和例子14、15的木粉用量太大所致。
从以上试验结果可看出，本专利在PVC基木塑复合材料中加入一类新型的分散剂，解决了高填充量的木粉在PVC中达到良好分散的关键技术问题。与偶联剂处理木粉的方法相比，分散剂的应用大大促进了木粉在PVC中的分散性和被PVC完全包覆，同时增强了木粉和PVC的相容性，降低了PVC木塑复合材料熔体的粘度，提高了PVC木塑复合材料熔体的流动性，从而可大大增加木粉的填充量，降低了PVC木塑复合材料的原材料成本，同时改善了PVC木塑复合材料的物理机械性能、成型加工性能和制品的外观，具有明显的性价比优势。
实验室试验方法：
先将木粉在80℃×2小时烘箱干燥，常温下将木粉、PVC及其它配合剂在高速搅拌机中混合3分钟后取出，得到混合料。将混合料在180℃的炼塑机上塑化3分钟，出片，正常光线下目测片材外观，在平板机上热压180℃×10MPa×3分钟，在常温下冷压5分钟，在塑料制样机上制样，参照相关国家标准测定复合材料的拉伸强度和冲击强度。
挤出型材方法：
将上述混合料在螺杆直径为65mm单螺杆挤出机上挤出造粒后挤出成型50×10mm的片材，挤出机各段温度为120℃～200℃。成型条件亦可根据型材规格和挤出机型号而定。
原材料规格如下：
PVC粉，S6-7型，天津渤海化工有限公司产品；木粉，120目，临安市明珠竹木粉有限公司产品；钛酸酯偶联剂KR-238S，广州市君叶偶联剂有限公司产品；氯化聚乙烯(135A型)、硬脂酸、聚乙烯蜡、丙烯酸酯类(ACR)加工改性剂、分散剂，广州市东山化工原料有限公司经销产品，其中分散剂1为分子量在4000～6000的羟基、羧基或马来酸酐接枝高分子烃类化合物，分散剂2为分子量在250000～300000的羟基、羧基或马来酸酐接枝高分子烃类化合物；稀土稳定剂为镧系PVC用复合热稳定剂，汕头市高科达有限公司产品。
Claims (7)
1.一种PVC基木塑复合材料的制造配方，其特征在于：所述的PVC基木塑复合材料由下列原料按质量份数混合而成：PVC/木粉的用量为100/30～100/160质量份；氯化聚乙烯的用量为0～10质量份；稀土稳定剂的用量为2.0～6.0质量份；丙烯酸酯类加工改性剂ACR的用量为2.0～6.0质量份；聚乙烯蜡的用量为0.5～3.0质量份；硬脂酸的用量为0.5～3.0质量份；分散剂为分子量在4000～300000之间的含羟基、羧基或马来酸酐接枝的高分子烃类化合物用量为木粉的2.0％～10％。
2.根据权利要求1所述的一种PVC基木塑复合材料的制造配方，其特征在于：上述PVC/木粉的用量为100/50～100/120质量份；上述分散剂为分子量在4000～300000之间的含羟基、羧基或马来酸酐接枝的高分子烃类化合物用量为木粉的3.0％～5.0％。
3.根据权利要求1或2所述的一种PVC基木塑复合材料的制造配方，其特征在于：上述分散剂是分子量在4000～6000的羟基、羧基或马来酸酐接枝高分子烃类化合物。
4.根据权利要求1或2所述的一种PVC基木塑复合材料的制造配方，其特征在于：上述分散剂是分子量在250000～300000的羟基、羧基或马来酸酐接枝高分子烃类化合物。
5.根据权利要求1或2所述的一种PVC基木塑复合材料的制造配方，其特征在于：上述氯化聚乙烯的用量为10.0质量份；稀土稳定剂的用量为4.0质量份；丙烯酸酯类加工改性剂ACR的用量为4.0质量份；聚乙烯蜡的用量为1.0质量份；硬脂酸的用量为1.0质量份。
6.根据权利要求1或2所述的一种PVC基木塑复合材料的制造配方，其特征在于：上述稀土稳定剂是镧系PVC用复合热稳定剂。
7.根据权利要求1或2所述的一种PVC基木塑复合材料的制造配方，其特征在于：上述木粉为普通木粉、竹粉、果壳粉、农作物秸秆粉中的任何一种或其混合物。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |