TW202400715A - 環保塑膠地磚之製造配方、其加工方法與應用 - Google Patents

Abstract

一種環保塑膠地磚之製造配方其包含：主塑料 (低聚合度PVC) 、回收料、加工助劑 (ACR或SAN)、抗衝擊劑 (CPE) 、有機填充劑 (天然纖維)、無機填充劑 (碳酸鈣) 、內部潤滑劑 、外部潤滑劑以及熱穩定劑 ；本發明所提供的塑膠地磚之環保製造配方將防止天然纖維粉在加熱過程中因爲高溫而燒焦或熱解，使該天然材料能够大量的引入複合材料中，這可以使本發明提供的複合材料能藉由大量的體積填充减少PVC的用量，但仍然維持了很好的產品機械性能並提高整體產品尺寸穩定性。

Description

環保塑膠地磚之製造配方、其加工方法與應用

本發明涉及一種複合材料，特別是一種含有高量天然纖維添加的環保塑料複合材料。

本發明所提供的含有高量天然纖維添加的塑料複合材料第一應用範疇為塑膠地板，為本發明並非僅限定於此單一應用，其它合理等效的改變皆應涵蓋於本發明所宣稱的範圍內。

亞洲國家廣泛生產稻米，其中稻殼及稻稈是一種豐富的天然材料來源，兩者成分接近，但是通常被視爲農業廢棄物，不能妥善應用，也少見生產具有經濟價值的產品。在作爲廢棄物的處理上也是一項高額的成本支出，且若以燃燒焚化的方式，還可能衍生出空氣污染等問題。因此如何能夠將稻殼及稻稈回收再利用，甚至此項技術能夠擴及到所有天然纖維材料上，是亟待開發的項目。

爲了改善既有的稻殼被視爲無經濟價值農廢物的問題，且廢棄物處理上還可能衍生出對環境危害的結果，本發明提供一種塑膠地磚之環保複合材配方其包含：主塑料 (低聚合度PVC) 24～27 wt%；一回收料：為自身產品邊角料粉碎物 14～2wt%；一加工助劑 (ACR或SAN) 1.3～1.6 wt%；一抗衝擊劑 (CPE) 0.9～1.4 wt%；一有機填充劑 (天然纖維) 15～25 wt%；一無機填充劑 (碳酸鈣) 29～35wt%；一內部潤滑劑 0.5～0.6wt%；一外部潤滑劑 0.4～0.6wt%；以及一熱穩定劑 2.5～3wt%。

其中， 本發明所述天然纖維以稻殼為例，粒徑介於0.10～0.60 mm；該無機填充劑為碳酸鈣；該內部潤滑劑為脂肪酸酯類之極性材料；以及該外部潤滑劑為非極性材料，包含石蠟和聚乙烯蠟。

本發明也同時提供前述該塑膠地磚之環保製造配方的加工製程方法，其步驟包含：利用一雙螺桿押出機設定不同混煉溫度區段，該混煉溫度區段包含一餵料段、一塑化段與一壓縮段、一排氣段與一計量段將該塑膠地磚之環保製造配方進行高溫混煉；以及前述該雙螺桿押出機的末端連接一押出模頭將前述混煉段所得的該塑膠地磚之環保製造配方進行成型加工，該押出模頭具有水平方向延伸的一押出通道，該押出通道在水平方向設定數不同的成型溫度區段，該押出模頭將該塑膠地磚之環保製造配方加工為具有預設厚度的一扁平片狀芯材。

較佳地該押出模頭水平方向依序包含第一成型段、第二成型段、第三成型段、第四成型段、第五成型段、第六成型段、第七成型段、第八成型段與第九成型段，該九個成型段在溫度與押出速率上不盡相同。

其中，該押出模頭靠近中間段部分的溫度會低於兩側邊溫度，使該中間段部分的押出速度慢於兩側段的押出速度，以維持出料前緣速度一致。

其中，進一步將該扁平板狀芯材貼合其它功能材。例如熱壓貼覆帶圖案之印刷膜，其上再熱壓貼覆提供長期耐磨功能之透明薄片材，模擬生產具有木紋、石紋或編織紋及其他仿真外觀之表面裝飾材料，適合做為地磚用途。

其中，進一步將上述多層貼合之表面裝飾材料再塗佈壓克力系塗料，以紫外光燈照射固化並進行後段加工。

進一步地，本發明最後也提供前述該環保製造配方之塑膠地磚應用。

綜合上述說明，本發明具有以下有益效果與功效：

1. 本發明所提供的塑膠地磚之環保製造配方中的低聚合度PVC (如台塑生產聚合度620±30之S-57或聚合度700±30之S-58) 有優異之膠化及極高之透明性，且因其分子量較小，可降低整體加工溫度，將防止天然纖維在受熱過程中因爲高溫而燒焦或熱解，使該天然材料能够較大量的引入複合材料中。本發明提供的複合材料能大幅填充體積以减少PVC的用量，但仍然維持了很好的產品機械性能並提高整體產品尺寸穩定性，也較一般純石塑地磚減重約兩成。其中的天然纖維的粒徑優選在0.10～0.60mm的範圍內，以便在最終產品中更好的硬度、韌性及木質狀紋理。

2.本發明配方另可添加自身產品邊角料當回收材料，既使本發明之配方更能體現環保，又能使混練塑化過程更快速順利。

本發明還提供包括由本文公開的塑膠地磚之環保製造配方製成的複合材芯板，該天然纖維複合芯板覆上PVC印刷膜和頂部的透明PVC耐磨層以做成裝飾面板，應用於地板或牆板，該地板底部尚可再搭配發泡隔音層可提供耐衝擊隔音改善效果。

本發明的優點及特徵以及達到的方法將參照例示性實施例及附圖進行更詳細地描述而更容易理解。然而，本發明可以不同形式來實現且不應該被理解僅限於此處所陳述的實施例。相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本發明更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅爲所附加的申請專利範圍所定義。在圖中，成分或組件的尺寸及相對尺寸爲了清晰易懂而以誇示方法表示。整篇說明書中，相同的組件符號指的是相同的組件。如後文中所使用的，術語”和/或”包含任何及所有一或多相關所列對象的組合。

以下將配合附圖詳細叙述例示實施例。然而，這些實施例可以包含不同的形式中，且不應被解釋爲用以限制本發明的申請專利範圍。這些實施例的提供使得本發明的揭露完整與明瞭，熟知此技術的人將能經由該些實施例瞭解本發明的範疇。

本發明提供一種塑膠地磚之環保製造配方，其包含： 主塑料：低聚合度聚氯乙烯 (PVC，如台塑生產聚合度620±30之S-57或聚合度700±30之S-58) 24～27wt%； 一回收料：自身產品邊角料粉碎物 14～21wt%； 一加工助劑：聚丙烯酸酯 (ACR)或苯乙烯-丙烯腈共聚物 (SAN) 1.3～1.6 wt%； 一抗衝擊劑：氯化聚乙烯 (CPE) 0.9～1.4wt%； 一有機填充劑：天然纖維 15～25wt%； 一無機填充劑：碳酸鈣 29～35wt%； 一內部潤滑劑：脂肪酸酯 0.5～0.6wt%； 一外部潤滑劑：聚乙烯蠟 0.4～0.6wt%；以及 一熱穩定劑 ：鈣鋅複合穩定劑 2.5～3wt%。

其中，前述天然纖維粉粒徑較佳實施例介於0.10〜0.60mm的範圍內，以便在最終產品中表現更好的硬度、韌性及木質狀紋理。此外，配方中的低聚合度PVC (如台塑生產聚合度620±30之S-57或聚合度700±30之S-58) 有優異之膠化及極高之透明性，且因其分子量較小 (約37,500~45,000 g/mol)，可降低整體製程加工溫度，防止天然纖維粉在受熱過程中因為高溫而燒焦或熱解，以此達到能添加高含量天然纖維粉的目的；聚丙烯酸酯 (ACR) /苯乙烯-丙烯腈共聚物 (SAN) 與氯化聚乙烯(CPE) 等成分可促進配方膠化與混合表現，提供韌性及抗衝擊性，本發明配方整體使該天然材料能較高比例引入複合材料中。本發明提供的複合材料能大幅填充體積以减少PVC的用量，但仍然維持了很好的產品機械性能並提高整體產品尺寸穩定性，也較一般純石塑地裁減重約兩成。

進一步地，請參考圖1，本發明前述所提供的塑膠地磚之環保製造配方在高比例天然纖維與無機填充劑添加量下，依然能夠適用於押出製程並製造相關板片材，其加工製程步驟基本包含：

步驟S1) 混煉段：利用一雙螺桿押出機10，例如錐形雙螺桿押出機設定不同混煉溫度區段，該混煉溫度區段包含一餵料段 (Feed zone) 11、一塑化段 (Plasticizing zone) 12與一壓縮段 (Compression zone) 13、一排氣段 (Vent zone) 14與一計量段 (Metering zone) 15。前述該塑膠地磚之環保製造配方先經高速攪拌混合及低速攪拌降溫，再經該雙螺桿押出機10進行加熱混煉，另可選擇於該計量段15後將混練後之配方熔體匯集到一合流芯段16可再次壓縮密實並進入後續步驟2。

具體而言，步驟S1可以是先將前述該塑膠地磚之環保製造配方的各原料按配方計量，投料至一高速攪拌機以1000 rpm攪拌混合5分鐘，混合時注意維持溫度不要超過135°C，將混合均勻之材料(通常是粉狀料)排放至一低速攪拌機並以低速攪拌使料溫降至45°C以下，輸送至與前述該餵料段11連接的一料斗準備餵料，將該錐形雙螺桿押出機不同加工區段及末端連接的該合流芯段16預先設定適當加工溫度 (140~160°C)，待溫度到達至設定溫度，開始餵料，混合均勻的該塑膠地磚之環保製造配方通過前述步驟S1所述的餵料、塑化、壓縮、排氣、計量區加溫處理後，最終至該合流芯段16匯集往後續步驟2的該押出模頭。

步驟2) 成型段：前述該雙螺桿押出機10的末端連接該押出模頭 (如T型模頭，即T-Die) 20將前述混煉段所得的該塑膠地磚之環保製造配方進行成型加工，該押出模頭20具有水平方向延伸的一扇型押出通道，該押出通道在水平方向 (或橫向) 設定數個不同的成型溫度區段，前述該押出模頭20一較佳實施例分九個加熱區段以控制熔體流動性，搭配調節棒調節流量的均勻度，如圖1所示，自左至右包含第一成型段21、第二成型段22、第三成型段23、第四成型段24、第五成型段25、第六成型段26、第七成型段27、第八成型段28與第九成型段29，該押出模頭20將該塑膠地磚之環保製造配方加工為具有預設厚度的一扁平板狀芯材。較佳地，前述九個成型段在溫度與押出速率上不相同，通常靠近中間段部分 (例如該第四成型段24、該第五成型段25、該第六成型段26) 的溫度會略低於兩側邊溫度 (例如靠左側之該第一成型段21、該第二成型段22與該第三成型段23以及靠右側邊的該第七成型段27、該第八成型段28與該第九成型段29)，同時該中間段的押出速度會稍慢於兩側段的押出速度，以此可以製出平整的扁平板狀芯材。

步驟3) (可選地) 製作成品/半成品：押出的該扁平板狀芯材可繼續在同一產線上熱貼覆上PVC印刷膜和頂部的透明PVC耐磨層以做成裝飾面板，應用於地板或牆板，該地板底部尚可再搭配發泡隔音層可提供耐衝擊隔音改善效果。

以生產地板為例，請參考圖2，其為本發明透過前述實施例所製之片材並層疊其它功能層的塑膠地板30， 其依序包含：

一耐磨層31，為聚氯乙烯透明薄片材；

一印刷層32，為裝飾用的油墨印刷層；

一複合芯板33，為前述該塑膠地磚之環保製造配方所製之板片材；以及

一發泡隔音層34。

製作該塑膠地板30的步驟包含先將該印刷層32及該耐磨層31之片材捲料上架，該複合芯板33為連續出料之押出板片，經牽引輪及貼合輪將該印刷層32及該耐磨層31壓貼於有餘熱之該芯板33上，依據產品需求可選地通過烘烤加溫區提升表面溫度，以壓紋輪在貼合的複合板材之表面壓出對應仿真壓紋，此經貼膜及壓紋之半成品持續延伸往後段推送並降溫，待溫度降至40°C以下，裁切成大片以堆疊保留，等待其它後加工製程。

步驟4) (可選地) 後加工：冷卻至室溫之大片半成品，先在表面塗佈壓克力系塗料，以紫外光燈照射固化，提供表面有加強之耐刮擦功能，然後將該大片半成品經過多片鋸按所需之規格尺寸切片，再經過鎖扣機將四邊切削出榫槽，底面個別貼上 IXPE發泡墊，提供耐衝擊隔音功能及消弭地面不平整效應，最後將成品包裝出貨。該塑膠地板整體厚度為5.5～7.0mm，耐磨層的厚度0.30～0.55mm，該發泡隔音層厚度為1.0～1.5mm。

本發明所提出配方中內部潤滑劑和外部潤滑劑的角色在於內部潤滑劑减少了PVC分子鏈之間發生的摩擦力，從而降低了熔體黏度，內部潤滑劑為極性的多元脂肪酸酯，例如亞麻酸酯、十八碳四烯酸酯或花生四烯酸酯衍生物等等，與PVC高度相容。外部潤滑劑减少了PVC和加工機具金屬表面之間的黏附性，外部潤滑劑主要是非極性，例如聚乙烯蠟。最重要的是，通過使用低聚合度PVC  (如台塑生產聚合度620±30之S-57或聚合度700±30之S-58)，本發明能夠使塑料熔體能較業界既有PVC配方的加工溫度降低至少50°C，有效降低耗能並防止天然纖維粉在受熱過程中因為高溫而燒焦或熱解。。

＜實施例1＞如表一，為無回收料之配方比例：

材料	添加量 (Kg)	佔比 (wt%)
聚氯乙烯 (PVC, S-57/S-58級)	70	30.7
苯乙烯-丙烯腈共聚物 (SAN)	4	1.75
氯化聚乙烯 (CPE)	3	1.32
碳酸鈣石粉	100	43.9
天然纖維 (稻殼) 粉	40	17.5
內部潤滑劑	1.5	0.66
外部潤滑劑	1.5	0.66
熱穩定劑	8	3.51
總量	228	100

請參考下表二，為有使用回收料之配方比例，包含低聚合度聚氯乙烯 (如台塑生產聚合度620±30之S-57或聚合度700±30之S-58)、回收料、聚丙烯酸酯樹脂 (ACR)、氯化聚乙烯 (CPE)、天然纖維 (稻殼) 粉、無機填充劑、內部潤滑劑、外部潤滑劑、安定劑等成分，依據實施例2~5之比例，完成不同成效的成品。其中，該回收料為包含自身產品邊角料粉碎物，該無機填充物較佳為碳酸鈣石粉，該天然纖維粉較佳為稻殼粉。

表二

材料	佔比 (wt%)
實施例2	實施例3	實施例4	實施例5
聚氯乙烯 (PVC, S-57/S-58級)	26.3	25.5	25.9	25.7
回收料	18.3	20.6	16.6	14.7
聚丙烯酸酯樹脂 (ACR)	1.46	1.31	1.41	1.44
氯化聚乙烯 (CPE)	0.91	1.31	1.29	1.18
天然纖維 (稻殼) 粉	16.4	15.7	17.8	23.9
碳酸鈣石粉	32.9	31.8	33.3	29.4
內部潤滑劑	0.55	0.56	0.59	0.55
外部潤滑劑	0.44	0.45	0.48	0.48
熱穩定劑	2.74	2.70	2.59	2.65
總量	100	100	100	100

＜製程參數＞

步驟一：雙螺桿押出機溫度設定：以錐形雙螺桿押出機將攪拌混合均勻的該塑膠地磚之環保製造配方進行混練加工，該錐形雙螺桿押出機的加溫區較佳區分5段與可能的最末段合流芯段，每一區域持溫如下表，設備儀器達到設定溫度後即餵料進行生產，該雙螺桿押出機的主機轉速約10 rpm，電流約150～180A，熔體壓力約 1.6～2.0MPa，後續該押出模頭20押出板片材的速率約800 kg/小時。

區域	溫度 oC
1	160
2	160
3	160
4	160
5	160
合流芯	150

步驟二：押出模頭20共區分9段，每一區域持溫約在160～190 ^oC，且各區段速率可能不相同，主要可以控制芯板片材的厚度與出料穩定，達到平整的產品表現。

地磚30之實施例一其部分性能表現如下：

測試方法	數值
芯材密度	1.70
尺寸穩定性 (依據ASTM F2199)	橫向 TD 0.06% 縱向 MD 0.10%
加熱後翹曲 (依據ASTM F2199)	0.5mm
貼合強度 (依據ISO 24345)	21 kgf/5cm
鎖扣強度 (依據ISO 24345)	橫向 TD 953 kgf/m 縱向 MD  890 kgf/m
殘餘凹陷度 (依據ASTM F1914)	0.03mm

本發明所提供包括由前述塑膠地磚之環保製造配方製成的芯板，該天然纖維複材芯板可繼續在同一產線上熱貼覆上PVC印刷膜和頂部的透明PVC耐磨層以做成裝飾面板，應用於地板或牆板，該地板底部尚可再搭配發泡隔音層可提供耐衝擊隔音改善效果。

以上僅爲本發明的優選實施例而已，幷不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。

10:雙螺桿押出機 11:餵料段 12:塑化段 13:壓縮段 14:排氣段 15:計量段 16:合流芯段 20:押出模頭 21:第一成型段 22:第二成型段 23:第三成型段 24:第四成型段 25:第五成型段 26:第六成型段 27:第七成型段 28:第八成型段 29:第九成型段 30:塑膠地板 31:耐磨層 32:印刷層 33:芯板 34:發泡隔音層

圖1為本發明環保塑膠地磚之加工製程使用之雙螺桿押出機10及模頭20示意圖。 圖2本發明環保塑膠地磚之製造配方所製成的地板示意圖。

10:雙螺桿押出機

11:餵料段

12:塑化段

13:壓縮段

14:排氣段

15:計量段

16:合流芯段

20:押出模頭

Claims (9)

1. 一種塑膠地磚之環保製造配方，其包含： 低聚合度聚氯乙烯 (PVC，如台塑生產聚合度之S-57或S-58) 24～27wt%%； 一回收料：為回收聚氯乙烯複合配方之地磚半成品、不良品、呆滯料等粉碎物 14～21%； 一加工助劑：聚丙烯酸酯 (ACR)或苯乙烯-丙烯腈共聚物 (SAN) 1.3～1.6wt%； 一抗衝擊劑：氯化聚乙烯 (CPE) 0.9～1.4wt%； 一有機填充劑：天然纖維 15～25 wt%； 一無機填充劑：碳酸鈣 29～35wt%； 一內部潤滑劑：脂肪酸酯 0.5～0.6wt%； 一外部潤滑劑：聚乙烯蠟 0.4～0.6wt%；以及 一熱穩定劑 ：鈣鋅複合穩定劑 2.5～3wt%。
2. 如請求項1所述的塑膠地磚之環保製造配方，其中： 所述天然纖維以稻殼為例，粒徑介於0.10～0.60mm； 該無機填充劑為碳酸鈣、滑石粉或其混合物； 該內部潤滑劑為極性多元脂肪酸酯； 該外部潤滑劑為非極性材料，包含聚乙烯蠟；
3. 一種塑膠地磚之環保製造配方的加工方法，其步驟包含： 提供如請求項1或2所述的塑膠地磚之環保製造配方； 利用一雙螺桿押出機設定不同混煉溫度區段，該混煉溫度區段包含一餵料段、一塑化段與一壓縮段、一排氣段與一計量段將該塑膠地磚之環保製造配方配方進行高溫混煉；以及 前述該雙螺桿押出機的末端連接一押出模頭將前述混煉段所得的該塑膠地磚之環保製造配方進行成型加工，該押出模頭具有水平方向延伸的一押出通道，該押出通道在水平方向設定數不同的成型溫度區段，該押出模頭將該塑膠地磚之環保製造配方加工為具有預設厚度的一扁平片狀芯材。
4. 如請求項3所述的塑膠地磚之環保製造配方的加工方法，該押出模頭水平方向依序包含第一成型段、第二成型段、第三成型段、第四成型段、第五成型段、第六成型段、第七成型段、第八成型段與第九成型段，該九個成型段在溫度與押出速率上不相同。
5. 如請求項3或4所述的塑膠地磚之環保製造配方的加工方法，其中，該押出模頭靠近中間段部分的溫度會低於兩側邊溫度，該中間段部分的押出速度慢於兩側段的押出速度。
6. 如請求項3或4所述的塑膠地磚之環保製造配方的加工方法，其中，進一步將該扁平膜片材貼合其它功能材。
7. 如請求項6所述的塑膠地磚之環保製造配方的加工方法，其中，進一步將上述多層貼合之表面裝飾材料再塗佈壓克力系塗料，以紫外光燈照射固化並進行後段加工。
8. 一種塑膠地板，其包含： 一耐磨層，為聚氯乙烯透明薄片材； 一印刷層，為裝飾用的油墨印刷層； 一複合芯板，為如請求項1或2所述塑膠地磚環保製造配方所製之板材；以及 一隔音層，為IXPE發泡墊。
9. 如請求項8所述的塑膠地板，該塑膠地板整體厚度為5.5～7.0mm，該耐磨層的厚度0.3～0.55mm以及該發泡隔音層厚度為1.0～1.5mm。

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