TW201305274A - 環保建材組合物 - Google Patents

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Abstract

一種環保建材組合物包含一熱塑性塑料混合物、一相容劑，及一木質材料，該熱塑性塑料混合物包括聚醯胺及聚對苯二甲酸乙二酯，該熱塑性塑料混合物中的聚醯胺含量以該熱塑性塑料混合物總重計為40~60wt%，且聚對苯二甲酸乙二酯含量以該熱塑性塑料混合物總重計為60~40wt%，藉此，該熱塑性塑料混合物包括熱塑性塑膠的聚醯胺及聚對苯二甲酸乙二酯，並以該相容劑使聚醯胺與聚對苯二甲酸乙二酯穩定的相容，而產生環保可回收及尺寸安定的作用。

Description

環保建材組合物
本發明是有關於一種建材組合物，特別是指一種環保建材組合物。
一般的建築板材因為考量成本與材料的來源，大多為一包括複數層木質材料積壓成型的複合板材，並於該複合板材的表面貼皮以產生仿木材質感的效果，由於該複合板材在製造的過程中需要以一黏著劑將該等木質材料相互黏著，造成該複合材料在製作完成後會陸續釋放對人體有害的甲醛與其他揮發性的有機化合物，再加上該複合板材的材質無法回收再利用，因此該複合板材在市場上逐漸被淘汰。
基於現在國際對綠能環保及地球資源的永續利用的要求，業界陸續開發以一泛用塑膠為基材製成並運用色料及加工技巧使表面可產生類似木質紋路的一仿木建築板材，或一以該泛用塑膠參混天然木材而製成的塑木(wood-plastic composite,WPC)建築板材，藉此取代對天然木材的依賴程度，更可提升該等建築板材的物性。
一般的WPC所使用的泛用塑膠基材是PP、PVC及PE，其中PVC雖然容易加工、產品變化性大，且易於發泡以達成輕量化的目的，但由於PVC產品有氯離子溶出的問題，因此許多歐美等先進國家不允許含有PVC的產品輸入。而PP、PE製成的WPC的優點為價格便宜、材料取得容易、產品硬度高...等等，但由於PP與PE為結晶性材料，因此該等基材本身的材料光澤造成WPC產品的塑膠感過重，雖以印刷方式形成類似木質紋路的結皮或增加天然木材的添加比例(50wt%以上)，也不易製造出接近真正木材質感的WPC產品。
所以，此業界領域對開發不同基材製成的WPC產品仍存在一大需求。
因此，本發明的目的，即在提供一種環保可回收且尺寸安定的環保建材組合物。
於是，本發明環保建材組合物包含一熱塑性塑料混合物、一相容劑，及一木質材料。
該熱塑性塑料混合物包括聚醯胺及聚對苯二甲酸乙二酯，該熱塑性塑料混合物中的聚醯胺含量以該熱塑性塑料混合物總重計為40~60wt%，且聚對苯二甲酸乙二酯含量以該熱塑性塑料混合物總重計為60~40wt%。
本發明的功效在於：藉由該熱塑性塑料混合物包括熱塑性塑膠的聚醯胺及聚對苯二甲酸乙二酯，並以該相容劑使聚醯胺與聚對苯二甲酸乙二酯穩定的相容，而產生環保可回收及尺寸安定的作用。
有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
本發明環保建材組合物的較佳實施例包含一熱塑性塑料混合物、一相容劑、一木質材料、一抗氧劑，及一改質劑。
該熱塑性塑料混合物包括熱塑性塑膠的聚醯胺(Nylon)及聚對苯二甲酸乙二酯(PET)，其中，聚醯胺的抗張強度(tensile strength)與衝擊強度(impact strength)較佳，但抗折強度(flexural strength)與尺寸安定性較差，藉由聚對苯二甲酸乙二酯的添加可提升該較佳實施例在抗折強度與尺寸安定性的表現。需要說明的是，可適度的調整聚醯胺與聚對苯二甲酸乙二酯的配比，但相對所獲得該較佳實施例的物性也會因此改變，為使該較佳實施例具有建築板材所要求的強度與尺寸安定性及成本考量，該熱塑性塑料混合物中的聚醯胺含量以該熱塑性塑料混合物總重計為40~60wt%，且聚對苯二甲酸乙二酯含量以該熱塑性塑料混合物總重計為60~40wt%。
由於聚醯胺與對苯二甲酸乙二酯是兩種截然不同的材料，因此該相容劑用以改善聚醯胺與聚對苯二甲酸乙二酯相容性，並平衡兩者之間的結晶速率，且使熱塑性塑料混合物中的聚醯胺與對苯二甲酸乙二酯穩定的相容，進而使該較佳實施例產生良好的尺寸安定性。較佳地，該相容劑為一具有單環氧官能基的聚合物，更佳地，該聚合物選自於選自於環氧矽烷樹脂(epoxy silane resin)或脂環型環氧樹脂(alicyclic type epoxy resin)。需要說明的是，可適度的調整該相容劑的種類或配比，改善聚醯胺與聚對苯二甲酸乙二酯間的接著力與該熱塑性塑料混合物的機械性質，較佳地，該相容劑的含量以該熱塑性塑料混合物總重計為1wt%~6wt%，而能使該較佳實施例通過一般建材要求的測試。
該木質材料可增進該較佳實施例的仿木材質感，並藉由該木質材料均勻地分散在該熱塑性塑料混合物中，而具有補強該熱塑性塑料混合物的特性，因此當該較佳實施例受力時，該木質材料得以良好地傳遞應力，而達到補強的作用。需要說明的是，可適度的調整該木質材料配比，但相對所獲得的該較佳實施例的物性也會因此改變，較佳地，該木質材料的含量以該環保建材組合物總重計為10wt%~70wt%，而能使該較佳實施例通過一般建材要求的測試。
另一方面，基於安全性的考量，業界對於建材特別重視防火的要求，因此該較佳實施例中適量添加防燃的該抗氧劑，能使該較佳實施例通過耐燃測試。較佳地，該抗氧劑選自於氮系抗氧劑、磷系抗氧劑或氫氧化物系抗氧劑。
以氮系抗氧劑為例，三聚氰胺基聚合物(tricyandiamide polymer)是最早的氮系抗氧劑，可用於聚氨酯(PU)和聚醯胺。三聚氰胺基聚合物不需添加其它任何助劑，且添加量少，可用於多種聚合物，因此具有很好的經濟效益。三聚氰胺基聚合物是安全無毒的，環保型的，且有利於長遠利益。
以磷系抗氧劑為例，聚磷酸銨(ammonium polyphosphate,APP)是另外一個應用較多的抗氧劑。聚磷酸銨雖然磷含量也很高，而且呈現為白色，可以為塑料等材料的最佳抗氧劑，可惜的是目前市售的APP-包括高聚合度，也沒有完全克服本質上容易吸潮及不耐高溫的缺點，所以應用範圍上並不如三聚氰胺基聚合物來得廣泛。另外，磷系抗氧劑中還包括磷酸酯(phosphate)，磷酸酯為兼具阻燃及增塑功能的抗氧劑，不過，磷酸酯主要應用在PVC等加工溫度低的材料。其他磷系抗氧劑的商用產品包括磷酸三苯酯(triphenyl phosphate,TPP，如Phosflex71B，PhosflexRDP)及雙酚A磷酸二苯酯(diphenyl cresol phosphate，如Fyroflex BDP)。
氫氧化物系抗氧劑為無機抗氧劑，包括三氧化二銻(Sb2O3)、氫氧化鎂(Mg(OH)2)、氫氧化鋁(Al(OH)3)等，不但價格低廉，且阻燃材料燃燒時不會產生很多煙霧，燃燒後釋放主要為水及二氧化碳等不會對環境造成很大傷害的物質，所以屬於綠色環保型產品，該氫氧化物系抗氧劑需要很高的添加量才可以使得材料阻燃，且需要克服與熱塑性樹脂的相容性問題，因此侷限了應用性。以Al(OH)3的阻燃機制為例，藉由要達到氫氧化鋁熱分解溫度前需吸收更多的熱量，進而提高整體的熱容量比及阻燃性能。
需要說明的是，可適度的調整該抗氧劑的配比，但相對所獲得該較佳實施例的耐燃測試結果也會因此改變，配比過低會造成耐燃效果降低，而配比過高會造成材料浪費，較佳地，該抗氧劑的含量以該熱塑性塑料混合物總重計為0.1wt%~1wt%，而能使該較佳實施例通過一般建材防火要求的測試，值得一提的是，也可以使用鹵系抗氧劑，但鹵系抗氧劑在不完全的燃燒情況下，發煙量很大，且對人體與環境有害，需特別注意。
由於聚醯胺屬有韌性材料相對於聚對苯二甲酸乙二酯屬剛脆性材料，為增進衝擊強度與低溫下的特性，該較佳實施利添加該改質劑，用以改善聚對苯二甲酸乙二酯低溫下的衝擊強度特性。需要說明的是，可隨該較佳實施例所要達成的物性及應用需求調整該改質劑的種類或配比，以修正該較佳實施例所呈現的衝擊強度特性，較佳地，該改質劑為馬來酸酐接枝乙烯-辛烯聚合物(maleic anhydride grafted ethylene octene trepolymer,POE-g-MAH)，較佳地，該改質劑的含量以該熱塑性塑料混合物總重計為2wt%~10wt%，而能使該較佳實施例通過一般建材強度要求的測試。
以下分別透過下列具體例進一步說明該較佳實施例的製法，及其所呈現的物性。
化學品來源：
Nylon6：分子量範圍16000~19000，為力鵬公司廢布、廢紗經粉碎機粉碎。
PET：分子量範圍200000，為力鵬公司廢布、廢紗經粉碎機粉碎。
相容劑：Silane Coupling Agent A-187(KH-560)，化學名稱為γ-(2,3-環氧丙氧基)丙基三甲氧基矽烷(γ-(2,3-epoxypropoxy)propyltrimethoxysilane)，購自成都晨邦化工，結構式如通式(I)。
木粉：天然木材研磨成粉狀，顆粒大小介於0.01mm-0.05mm。
改質劑：馬來酸酐接枝乙烯-辛烯聚合物，結構式如通式(II)。
抗氧劑：三聚氰胺基聚合物。
測試方法：
抗張強度測試：將原料投入一雙螺桿押出機進行混練造粒後，再經由射出機製成一試片進行測試，該試片採用ASTM D638 type I規格，測試方法依照ASTM D638進行。
抗張模數(tensile modulus)測試：試片製法與規格同抗張強度測試，測試方法依照ASTM D638進行，其抗張模數的取點為0.3%。
抗折強度測試：試片製法與規格同抗張強度測試，測試方法依照ASTM D790進行。
抗折模數(flexural modulus)測試：試片製法與規格同抗張強度測試，測試方法依照ASTM D790進行，其抗折模數的取點為0.3%。
衝擊強度測試：試片製法同抗張強度測試，該試片採用ASTM D256規格，測試方法依照ASTM D256進行。
熱變形溫度(heat deflection temperature)測試：試片製法同抗張強度測試，測試方法依照ASTM D648進行，在該試片中心，施以1820kPa的負載，以2℃/min條件升溫，並記錄該試片變形量為0.25mm時的溫度。
線膨脹係數(linear expansion coefficient)測試：試樣製法同抗張強度測試，測試方法依照ASTM D696進行，該試樣規格為直徑5mm的圓柱體，記錄-30℃~30℃之間，每升高1℃時，該試樣平均每1cm的長度變化量。
防焰性測試：依CNS7614薄材料防焰性試驗法，該試片大小為29cm×19cm，以45度梅克爾燃燒器測試。
拔釘力測試：依CNS6719以鑽孔台於該試樣的打釘位置預鑽直徑1.8mm深度20mm之導引孔，以丙酮浸泡一鐵釘並擦試除銹，再以鐵錘、打釘輔助件將該鐵釘打深入至30mm，將該試樣置於溫度20±2℃，相對濕度65±5%恆溫濕箱一週以上調整含水率，拔釘時以拉伸試驗機夾具夾住鐵釘，並以每分鐘2mm之平均速度且斷點比例20%進行拉拔。
含水率測試：依CNS452含水率試驗法，將該試片置於100-105℃烘箱乾燥至其重量不變，即得該試片的乾質量。並以該試片乾燥前的質量減去該試片的絕乾質量再除以該試片的絕乾質量，即為試片之含水率。
<製備例1>Nylon6
取Nylon6(相對黏度=2.5)進行混練造粒後，再進行上述的抗張強度測試、抗折強度測試、抗折模數測試、衝擊強度測試，及熱變形溫度測試，分別可得抗張強度為52.8MPa、抗折強度為53.3MPa、抗折模數測試為1868MPa、衝擊強度為6.8J/m，及熱變形溫度為68-80℃，並將上列數據彙整於表-1中。
<製備例2>PET
是以<製備例1>相同的方式製作與測試，主要的不同在於：是取PET(絕對黏度=0.75)進行混練造粒，並分別可得抗張強度為60.0MPa、抗折強度為91.6MPa、抗折模數測試為2741MPa、衝擊強度為3.5J/m，及熱變形溫度為85-90℃，並將上列數據彙整於表-1中。
<製備例3>Nylon6：PET=4:6合膠
是以<製備例1>相同的方式製作與測試，主要的不同在於：是依照該熱塑性塑料混合物中的聚醯胺含量與聚對苯二甲酸乙二酯含量分別為該熱塑性塑料混合物總重計的40wt%及60wt%的配比，本製備例是取40wt%的Nylon6、60wt%的PET、5phr的該NPES-907相容劑、0.3phr的該抗氧劑，及8phr的該改質劑進行混練造粒，並分別可得抗張強度為56.0MPa、抗折強度為90.6MPa、抗折模數測試為2490MPa、衝擊強度8.6J/m，及熱變形溫度為80-90℃，並將上列數據彙整於表-1中。
<製備例4>Nylon6：PET=5:5合膠
是以<製備例1>相同的方式製作與測試，主要的不同在於：是依照該熱塑性塑料混合物中的聚醯胺含量與聚對苯二甲酸乙二酯含量分別為該熱塑性塑料混合物總重計的50wt%及50wt%的配比，本製備例是取50wt%的Nylon6、50wt%的PET、5phr的該NPES-907相容劑、0.3phr的該抗氧劑，及8phr的該改質劑進行混練造粒，並分別可得抗張強度為58.0MPa、抗折強度為91.8MPa、抗折模數測試2472MPa、衝擊強度12.2J/m，及熱變形溫度為80-90℃，並將上列數據彙整於表-1中。
<製備例5>Nylon6：PET=6:4合膠
是以<製備例1>相同的方式製作與測試，主要的不同在於：是依照該熱塑性塑料混合物中的聚醯胺含量與聚對苯二甲酸乙二酯含量分別為該熱塑性塑料混合物總重計的60wt%及40wt%的配比，本製備例是取60wt%的Nylon6、40wt%的PET、5phr的該NPES-907相容劑、0.3phr的該抗氧劑，及8phr的該改質劑進行混練造粒，並分別可得抗張強度為54.5MPa、抗折強度為86.0MPa、抗折模數測試2238MPa、衝擊強度12.0J/m，及熱變形溫度為80-90℃，並將上列數據彙整於表-1中。
註：phr(parts per hundreds of resin)表示每百份樹脂(該熱塑性塑料混合物)所含的份量。
由上述結果可說明，相較於以Nylon6或PET製得的試片，藉由聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯、該相容劑、該抗氧劑及該改質劑混練所獲得的試片，可在抗張強度、抗折強度、抗折模數、衝擊強度，及熱變形溫度方面皆獲得改善。
<具體例1>環保建材組合物
參閱圖1，依照該<製備例3>的聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯、該相容劑、該抗氧劑，及該改質劑的配比投入一雙螺桿押出機1(Intermeshing Co-Rotating型式，ψ=30mm，L/D=43.2，購自Kobe steel)的一料粒入料口11，上述原料經由該雙螺桿押出機的一進料熔融段12加熱形成一流動的合膠，再將該木粉自一壓縮混練段13投入，使上述原料充份壓縮混練，以獲得自一出料段14押出的一環保建材組合物母粒。在本具體例中，該雙螺桿押出機1的轉速為60rpm，該進料熔融段12操作溫度為220℃，該壓縮混練段13操作溫度為250℃，且該出料段14操作溫度為240℃。
將上述所獲得的該環保建材組合物母粒進行前述的抗張強度測試、抗折強度測試、抗折模數測試、衝擊強度測試、熱變形溫度測試、線膨脹係數測試，及防火度測試，分別可得抗張強度為57.5MPa、抗折強度為95.0MPa、抗折模數測試為3450MPa、衝擊強度為8.5J/m、熱變形溫度為80℃、線膨脹係數為5~7×10-5cm/cm/℃，及防焰性測試為防焰一級。
由上述結果可說明該較佳實施例藉由混合聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯、該相容劑、該抗氧劑、該改質劑，及該木質材料混練所獲得的該環保建材組合物試片，除了可在強度上獲得改善，並且在線膨脹係數與防焰性上獲得不錯的表現，顯示本發明環保建材組合物確實具有尺寸安定的效果。
需要說明的是在本<具體例1>中，是取40wt%的Nylon6、60wt%的PET、5phr的該NPES-907相容劑、0.3phr的該抗氧劑，及8phr的該改質劑，該木粉的含量以上述原料總重計為35wt%。較佳地，該雙螺桿押出機1的轉速介於20rpm至100rpm之間，該進料熔融段12操作溫度介於210℃至230℃之間，該壓縮混練段13操作溫度介於240℃至260℃之間，且該出料段14操作溫度介於220℃至260℃之間。
<具體例2>環保建材
參閱圖2與圖3，是以<具體例1>的原料配比與方式操作，主要不同處在於：該雙螺桿押出機還包含一連接在該出料段14之後的一異型押出模具15，能使上述原料充份壓縮混練，並由該出料段14押出，最後經由該異型押出模具15與一色料16共擠壓(co-extrusion)形成一體成型的一環保建材2。該環保建材2包含一板本體21、一深色系的色料層22，及複數能產生尺寸安定與輕量化效果的孔洞23，該板本體21成份包括聚醯胺及聚對苯二甲酸乙二酯，該板本體21具有一第一表面層211及一與該第一表面層211相反的第二表面層212，該色料層22形成於該第一表面層上211，該等孔洞23形成於該板本體21內部。
將上述所獲得的該環保建材進行前述的拔釘力測試，及含水率測試，分別可得拔釘力為300Kgf，且含水率為1%以下。
由上述結果可說明本發明環保建材組合物所製得的環保建材確實能符合一般建材驗收的項目。
歸納上述，本發明環保建材組合物，可獲致下述的功效及優點，故能達到本發明的目的：
一、本發明藉由該熱塑性塑料混合物包括熱塑性塑膠的聚醯胺及聚對苯二甲酸乙二酯，而產生環保可回收的作用。
二、本發明利用該相容劑使聚醯胺與聚對苯二甲酸乙二酯穩定的相容，而產生尺寸安定的作用。
三、本發明藉由該木質材料可增進仿木材質感，並具有補強該熱塑性塑料混合物的特性，而達到補強的作用。
四、本發明利用該改質劑可改善聚對苯二甲酸乙二酯低溫下的衝擊強度特性，而達到增進物性的作用。
惟以上所述者，僅為本發明的較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
1．．．雙螺桿押出機
11．．．料粒入料口
12．．．進料熔融段
13．．．壓縮混練段
14．．．出料段
15．．．異型押出模具
16．．．色料
2．．．環保建材
21．．．板本體
211．．．第一表面
212．．．第二表面
22．．．色料層
23．．．孔洞
圖1是本發明環保建材組合物的一較佳實施例所使用的一雙螺桿押出機的示意圖；
圖2是該較佳實施例所使用的雙螺桿押出機還包含一異型押出模具的示意圖，說明一環保建材組合物與一色料共擠壓形成一環保建材；及
圖3是該環保建材的立體圖。
1．．．雙螺桿押出機
11．．．料粒入料口
12．．．進料熔融段
13．．．壓縮混練段
14．．．出料段

Claims (10)

  1. 一種環保建材組合物，包含：一熱塑性塑料混合物，包括聚醯胺及聚對苯二甲酸乙二酯，該熱塑性塑料混合物中的聚醯胺含量以該熱塑性塑料混合物總重計為40~60wt%，且聚對苯二甲酸乙二酯含量以該熱塑性塑料混合物總重計為60~40wt%；一相容劑；及一木質材料。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的環保建材組合物，其中，該相容劑的含量以該熱塑性塑料混合物總重計為1wt%~6wt%。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述的環保建材組合物，其中，該相容劑為一具有單環氧官能基的聚合物。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述的環保建材組合物，其中，該聚合物選自於環氧矽烷樹脂或脂環型環氧樹脂。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的環保建材組合物，其中，該木質材料的含量以該環保建材組合物總重計為10wt%~70wt%。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的環保建材組合物，還包含一抗氧劑。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述的環保建材組合物，其中，該抗氧劑的含量以該熱塑性塑料混合物總重計為0.1wt%~1wt%。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的環保建材組合物，其中，該抗氧劑選自於氮系抗氧劑、磷系抗氧劑或氫氧化物系抗氧劑。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述的環保建材組合物，還包含一改善聚對苯二甲酸乙二酯特性的改質劑。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述的環保建材組合物，其中，該改質劑的含量以該熱塑性塑料混合物總重計為2wt%~10wt%。
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