一种微发泡PVC及其在包覆木材中的应用的制作方法

一种微发泡pvc及其在包覆木材中的应用
技术领域
1.本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种微发泡pvc及其应用。


背景技术：

2.木材是优良的绿色工程材料和工业原料，木材的消耗量每年呈几何增长，木材资源紧缺的局面变得日益严峻。因此，大力发展木材替代品显得尤为迫切。微发泡pvc（聚氯乙烯）与常规的pvc树脂相比，密度更小、内部具有细微泡孔结构、表面类似于天然木材，经模压、注射成型或挤出加工工艺，生产出型材或板材，被称为“合成木材”。这些合成木材大量应用于家俱、建材、装潢方面。微发泡pvc具有不怕虫蛀，防水防腐、耐磨性好等优点，还可在成型时加入各种着色剂，避免了木材的油漆污染。而且微发泡pvc还没有木材的斜纹理、节疤等这些缺点。因此，用其代替木材在我国具有广阔的发展前景。
3.但是，微发泡pvc与传统的木材相比仍然有不少亟待改进之处。一方面，微发泡pvc中含有铅盐类稳定剂，在使用过程中易在人体内富集造成重金属中毒，而且使用后的废品分解后对环境仍然具有较大的污染。另一方面，pvc树脂是一种极性非结晶性高聚物，分子之间有较强的作用力，是一种坚硬而脆的材料，其抗冲击强度较低，且易老化，用其替代木材仍需要对其进行抗冲击改性。
4.公开号为cn105295222 a，发明名称为“一种新型包覆共挤木塑复合材料及其制备方法”的发明专利，以高分子树脂配木粉或竹粉为主要原料，通过包覆共挤出工艺将其包覆于芯层上。但是其采用的木粉或竹粉的比重较小，对于pvc树脂的韧性改善程度有限，木材的特性无法得到更好的体现；而提高木粉或竹粉的比重，则可能会出现相容性差等问题。
5.现有技术中也有pvc复合材料包覆天然木材的例子，但包覆后需要将包覆产品的端口进行处理以满足使用时的美观和耐用性。传统的方法是在端口处喷涂疏水或黏贴防水塑料片。但由于木制品本身的吸水性，当木材在潮湿的环境中使用时，木材本身会吸收空气中的水分。尤其当产品用于室外环境时，由于直接接触外界环境，木材容易吸水后膨胀，喷涂的疏水或黏贴防水塑料片容易发生脱落、老化等现象，造成端口密封效果不佳，从而容易发生木材料腐朽、吸湿变形、开裂的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种微发泡pvc，环保性能高、且具有耐高温、耐老化、抗冲击性强等性能。
7.进一步的，本发明还提供了上述微发泡pvc在包覆木材中的应用，使得到的复合材料韧性好，抗冲击性强，同时通过对待包覆的木材端口进行密封处理，消除了木材易腐朽、吸湿变形和开裂等问题。
8.为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案：本发明提供了一种微发泡pvc，包括如下重量份的组分：pvc树脂粉80~100份，cpvc 20~40份、甲基硫醇锡3~8份、蒙脱土10~25份、聚乙烯蜡3~6份、硬脂酸钙2~5份、偶氮二甲酸
胺4.4~7.3份、碳酸氢钠1.6~2.7份、pp阻燃剂1~3份和聚磷酸铵1~3份。
9.优选的，还包括2~6份着色剂。
10.本发明提供了上述方案所述的微发泡pvc在包覆木材中的应用。
11.优选的，包覆木材的方法包括如下步骤：1）将木材端口进行密封处理，得到待包覆木材；2）将上述微发泡pvc加热至熔融状态，将熔融态的微发泡pvc附着在所述步骤1）的待包覆木材上，得到pvc包覆木材的复合材料。
12.优选的，所述步骤1）中密封处理用密封液，包括如下重量份的组分：苯乙烯40.5份、甲基丙烯酸甲酯38.9份、丙烯腈20.6份、过氧化苯甲酰0.5~1.1份、石蜡乳液5~7份、三聚氰胺磷酸盐1.6~3.7份、季戊四醇1.4~3.3份和2~5份的聚氧乙烯辛基苯酚醚-10 。
13.优选的，按重量份计，所述密封液还包括2~7份颜料。
14.优选的，所述步骤1）中密封处理的方法，包括如下步骤：（1）将木材端口浸渍密封液，得到浸渍木材；（2）将所述步骤（1）的浸渍木材在85~100℃条件下加热2~3.5 h，干燥，得到待包覆木材。
15.优选的，所述浸渍在真空加压条件下进行；所述真空加压条件的真空度为0.05-0.2 mpa，压力为0.8-1mpa。
16.优选的，所述步骤1）中，进行密封处理前，还包括延木材的纵向方向对木材进行凹槽处理。
17.优选的，得到pvc包覆木材的复合材料后，还包括对所述复合材料进行热压处理；所述热压的时间为5~10 min，所述热压的压力为1~3 mpa，所述热压的温度为80~90℃。
18.本发明提供了一种微发泡pvc，本发明提供的微发泡pvc组分中添加cpvc，可以使泡孔分布均匀、大小适宜，且提高了产品的耐高温、耐老化性能，采用甲基硫醇锡替代铅盐类稳定剂，提高了pvc的环保性能，同时添加聚乙烯（pe）蜡和硬质酸钙作为润滑剂，可以克服甲基硫醇锡润滑性差、加工时易粘附的缺点。甲基硫醇锡与pvc树脂粉和其他助剂良好配伍，提高了产品的透明性和长期的热稳定性。将pp阻燃剂和app（聚磷酸铵）按比例配制作为复合阻燃剂，使得复合材料氧指数显著提高，在整个燃烧过程的热释放速率、平均质量损失速率和有效燃烧热值等燃烧特性值都有显著降低。
19.进一步的，本发明还提供了上述微发泡pvc在包覆木材中的应用。本发明中，将木材作为芯材，包覆在微发泡pvc中，木材具有较强的韧性，将木材作为芯材，提高了复合材料整体的抗冲击强度。同时，本发明还提供了一种密封木材端口的密封液，起到防火、防水，耐老化的作用。在微发泡pvc包覆木材前，还进一步将木材端口进行密封，使木材与外界环境隔绝，从而解决了木材腐朽、吸湿变形、开裂的问题。
具体实施方式
20.本发明提供了一种微发泡pvc，包括如下重量份的组分：pvc树脂粉80~100份，cpvc 20~40份、甲基硫醇锡3~8份、蒙脱土10~25份、聚乙烯蜡3~6份、硬脂酸钙2~5份、偶氮二甲酸胺4.4~7.3份、碳酸氢钠1.6~2.7份、pp阻燃剂1~3份和聚磷酸铵1~3份。
21.本发明提供的微发泡pvc包括pvc树脂粉，按重量份计，包括80~100份，优选为90
份。在本发明中，所述pvc树脂粉选自郑州滨海化工提供的分子量20000的pvc树脂粉。
22.本发明提供的微发泡pvc包括cpvc，按重量份计，包括20~40份，优选为30份。在本发明中，所述cpvc为加工改性剂，可以在发泡时，使得泡孔大小适宜，分布均匀，同时提高产品的耐高温、耐老化性能。本发明对所述cpvc的来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可，本发明实施例中购买自兰溪市堂正格塑胶制品厂。
23.本发明提供的微发泡pvc包括甲基硫醇锡，按重量份计，包括3~8份，优选为5份。在本发明中，所述甲基硫醇锡为热稳定剂。本发明对所述甲基硫醇锡的来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可，本发明实施例中购买自宋腾高分子材料有限公司。
24.本发明提供的微发泡pvc包括蒙脱土，按重量份计，包括10~25份，优选为20份。在本发明中，所述蒙脱土可以改变pvc加工性能，提高产品的热稳定性。本发明对所述蒙脱土的来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可，本发明实施例中购买自石家庄晨曦耐火材料有限公司。
25.本发明提供的微发泡pvc包括聚乙烯（pe）蜡，按重量份计，包括3~6份，优选为4份。本发明对所述pe蜡的来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可，本发明实施例中购买自江西孚美科技发展有限公司。
26.本发明提供的微发泡pvc包括硬脂酸钙，按重量份计，包括2~5份，优选为3份。在本发明中，所述硬质酸钙和pe蜡作为润滑剂，可以克服甲基硫醇锡润滑性差、加工时易粘附的缺点。本发明对所述硬质酸钙的来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可，本发明实施例中购买自郑州惠喜化工产品有限公司。
27.本发明提供的微发泡pvc包括偶氮二甲酸胺，按种类份计，包括4.4~7.3份，优选为5.9份。本发明对所述偶氮二甲酸胺的来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可，本发明实施例中购买自郑州兴昌化工产品有限公司。
28.本发明提供的微发泡pvc包括碳酸氢钠，按重量份计，包括1.6~2.7份，优选为2.2份。在本发明中，所述碳酸氢钠与偶氮二甲酸胺按比例混合，发挥发泡剂的作用。本发明对所述偶氮二甲酸胺的来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可。
29.本发明提供的微发泡pvc包括pp阻燃剂，按重量份计，包括1~3份，优选为2份。本发明对所述pp阻燃剂的来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可，本发明实施例中购买自佛山康阜新材料有限公司。
30.本发明提供的微发泡pvc包括聚磷酸铵，按重量份计，包括1~3份，优选为2份。在本发明中，所述pp阻燃剂和app（聚磷酸铵）按比例配制作为复合阻燃剂，可以显著提高复合材料氧指数，在整个燃烧过程的热释放速率、平均质量损失速率和有效燃烧热值等燃烧特性值都有显著降低。本发明对所述聚磷酸铵的来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可，本发明实施例中购买自郑州浩荣化工产品有限公司。
31.本发明提供的微发泡pvc优选还包括着色剂，按重量份计，优选包括2~6份，更优选为5份。本发明对所述着色剂的来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可。
32.本发明还提供了上述方案所述的微发泡pvc在包覆木材中的应用。
33.在本发明中，所述包覆木材的方法优选包括如下步骤：1）将木材端口进行密封处理，得到待包覆木材；2）将上述微发泡pvc加热至熔融状态，将熔融态的微发泡pvc附着在所述步骤1）的
待包覆木材上，得到pvc包覆木材的复合材料。
34.本发明优选将木材端口进行密封处理，得到待包覆木材。在本发明中，所述进行密封处理前，优选还包括延木材的纵向（长轴方向）方向进行凹槽处理，更优选为环形或半环形的凹槽处理。在本发明中，对木材表面进行均匀的凹槽处理可以在进一步的包覆过程中，pvc可以进一步填充到凹槽中，促进pvc与木材的紧密结合。在本发明中，所述木材优选为天然木材，更优选为杨木或杉木。
35.在本发明中，所述密封处理用密封液，优选包括如下重量份的组分：苯乙烯40.5份、甲基丙烯酸甲酯38.9份、丙烯腈20.6份、过氧化苯甲酰0.5~1.1份、石蜡乳液5~7份、三聚氰胺磷酸盐1.6~3.7份、季戊四醇1.4~3.3份和2~5份的聚氧乙烯辛基苯酚醚-10 ，更优选为苯乙烯40.5份、甲基丙烯酸甲酯38.9份、丙烯腈20.6份、过氧化苯甲酰0.7份、石蜡乳液6份、三聚氰胺磷酸盐3.2份、季戊四醇2.8份和4份的聚氧乙烯辛基苯酚醚-10 。在本发明中，所述密封液优选还包括2~7份的颜料，更优选为5份。
36.在本发明中，所述苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯腈按比例配制成混合树脂液进行聚合反应后发挥密封作用。所述氧化苯甲酰和石蜡乳液为聚合引发剂，在加热条件下引发聚合反应的发生。三聚氰胺磷酸盐和季戊四醇按比例配制成复合阻燃剂，发挥阻燃功能。聚氧乙烯辛基苯酚醚（pp）-10 发挥乳化剂的作用。
37.本发明对上述密封液中各组分的来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可，本发明实施例中购买自苯乙烯（张家港保税区泽润欣化工贸易有限公司）、甲基丙烯酸甲酯（威海新元化工有限公司）、丙烯腈（天津盛通泰化工有限公司）、过氧化苯甲酰（广西南宁联丹化工有限公司）、石蜡乳液（南京天诗新材料科技有限公司）、三聚氰胺磷酸盐（上海穗思化工科技有限公司）、季戊四醇（济南豪邦化工有限公司）和聚氧乙烯辛基苯酚醚-10（济南鑫雨达贸易有限公司） 。
38.本发明中，所述密封处理的方法优选包括如下步骤：（1）将木材端口浸渍密封液，得到浸渍木材；（2）将所述步骤（1）的浸渍木材在85~100℃条件下加热2~3.5 h，干燥，得到待包覆木材。
39.本发明优选将木材端口浸渍密封液，得到浸渍木材。在本发明中，所述浸渍的时间优选为15-25min。所述浸渍优选在真空加压条件下进行；所述真空加压条件的真空度优选为0.05-0.2 mpa，压力为0.8-1mpa。
40.得到浸渍木材后，本发明优选将所述浸渍木材在85~100℃条件下加热2~3.5 h，干燥，得到待包覆木材。在本发明中，所述加热的温度优选为90~95℃；所述加热的时间优选为3 h。在本发明中，在加热条件下引发聚合反应，密封液进行聚合，使得密封液密封在木材上。在本发明中，所述干燥的方式优选为自然干燥。
41.得到待包覆木材后，本发明优选将上述微发泡pvc加热至熔融状态，将熔融态的微发泡pvc附着在所述待包覆木材上，得到pvc包覆木材的复合材料。在本发明中，优选将微发泡pvc各组分放入挤出机，通过电加热装置微发泡pvc在机筒内被加热，当达到或超过其临界温度时分解，释放出n2、co和co2而起到发泡作用，通过模具挤出并附着在经过模具的带包覆芯材表面，得到pvc包覆木材的复合材料。
42.在本发明中，得到pvc包覆木材的复合材料后，优选还包括对所述复合材料进行热
压处理。在本发明中，所述热压的时间优选为5~10 min，所述热压的压力优选为1~3 mpa，所述热压的温度优选为80~90℃。在本发明中，所述热压优选采用压光机进行。在本发明中，通过进行热压，可以促进pvc与木材充分融合。
43.下面通过实施例详细描述本发明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本发明的保护范围。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和外围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改或替换均落入本发明的保护范围内。
44.实施例 1采用杨木作为芯部，延木材的纵向（长轴方向）进行均匀分布的环形凹槽处理。将木材的端口浸渍在浸渍槽的密封液中（按重量份计，所述密封液包括如下重量份的组分：苯乙烯40.5份、甲基丙烯酸甲酯38.9份、丙烯腈20.6份、过氧化苯甲酰0.7份、石蜡乳液6份、白色钛白粉5份、三聚氰胺磷酸盐3.2份、季戊四醇2.8份和op-10 4份），在真空度为0.05-0.2 mpa，压力为0.8-1mpa的条件下浸渍15-25min，得到浸渍木材。将得到的浸渍木材在95℃条件下加热3 h引发聚合密封，密封后自然干燥，得到待包覆木材。
45.将微发泡pvc原料（所述微发泡pvc包括如下重量份的组分：pvc树脂粉100份、cpvc 30份、甲基硫醇锡5份、蒙脱土20份、pe蜡4份、硬脂酸钙3份、偶氮二甲酸胺7.3份、碳酸氢钠2.7份、pp阻燃剂1份、聚磷酸铵1份、钛白粉着色剂2份）搅拌均匀后，送入挤出模具，通过电加热装置成为熔融状态，通过模具挤出并附着在经过模具的带包覆木材的表面，得到pvc包覆木材的复合材料。
46.实施例 2采用杉木作为芯部，延木材的纵向（长轴方向）进行均匀分布的半环形凹槽处理。将木材的端口浸渍在浸渍槽的密封液中（按重量份计，所述密封液包括如下重量份的组分：苯乙烯40.5份、甲基丙烯酸甲酯38.9份、丙烯腈20.6份、过氧化苯甲酰1.1份、石蜡乳液5份、白色钛白粉2份、三聚氰胺磷酸盐1.6份、季戊四醇1.4份和op-10 5份），在真空度为0.05-0.2 mpa，压力为0.8-1mpa的条件下浸渍15-25min，得到浸渍木材。将得到的浸渍木材在85℃条件下加热3.5 h引发聚合密封，密封后自然干燥，得到待包覆木材。
47.将微发泡pvc原料（所述微发泡pvc包括如下重量份的组分：pvc树脂粉80份、cpvc 40份、甲基硫醇锡8份、蒙脱土25份、pe蜡6份、硬脂酸钙2份、偶氮二甲酸胺4.4份、碳酸氢钠1.6份、pp阻燃剂3份、聚磷酸铵2份、钛白粉着色剂5份）搅拌均匀后，送入挤出模具，通过电加热装置成为熔融状态，通过模具挤出并附着在经过模具的带包覆木材的表面，得到pvc包覆木材的复合材料。将pvc包覆木材的复合材料经过压光机进行加热，热压时间5 min，压力2 mpa，温度90℃，然后经过自然冷却，得到pvc包覆木材复合材料的最终产品。
48.实施例 3采用杉木作为芯部，延木材的纵向（长轴方向）进行均匀分布的半环形凹槽处理。将木材的端口浸渍在浸渍槽的密封液中（按重量份计，所述密封液包括如下重量份的组分：苯乙烯40.5份、甲基丙烯酸甲酯38.9份、丙烯腈20.6份、过氧化苯甲酰0.5份、石蜡乳液7份、白色钛白粉7份、三聚氰胺磷酸盐3.7份、季戊四醇3.3份和op-10 2份），在真空度为0.05-0.2 mpa，压力为0.8-1mpa的条件下浸渍15-25min，得到浸渍木材。将得到的浸渍木材在85
℃条件下加热3.5 h引发聚合密封，密封后自然干燥，得到待包覆木材。
49.将微发泡pvc原料（所述微发泡pvc包括如下重量份的组分：pvc树脂粉90份、cpvc 20份、甲基硫醇锡3份、蒙脱土10份、pe蜡3份、硬脂酸钙5份、偶氮二甲酸胺5.9份、碳酸氢钠2.2份、pp阻燃剂2份、聚磷酸铵3份、钛白粉着色剂6份）搅拌均匀后，送入挤出模具，通过电加热装置成为熔融状态，通过模具挤出并附着在经过模具的带包覆木材的表面，得到pvc包覆木材的复合材料。将pvc包覆木材的复合材料经过压光机进行加热，热压时间10 min，压力3 mpa，温度80℃，然后经过自然冷却，得到pvc包覆木材的复合材料的最终产品。
50.实施例 4对实施例1~3制备得到的pvc包覆木材的复合材料进行性能测试。
51.（1）测试项目：光老化测试—氙气辐射暴露 样品描述：白色塑料件测试方法：gb/t 16422.2-2014循环1试验条件：试验循环：辐射度：（0.51
±
0.02）w/（
㎡
.nm）@340nm光照：102min，黑标温度：（65
±
3）℃，相对湿度：（50
±
10）%光照和喷淋：18min滤镜：boro/boro暴露时间：300小时测试结果：备注：1、尺寸变化=测试后尺寸-测试前尺寸（量最高的两个点之间的距离）。
52.2、中间查样和测试结束后的结果都是在上述指定的暴露周期后的1小时内进行。
53.（2）测试项目：垂直燃烧样品描述：白色塑料件测试方法：ul 94-2013 rev.9-2018第8节测试条件：试样：125
㎜×
12.77
㎜×
9.62
㎜
测试结果：单个试样余焰时间10s，任何状态调节，总余焰时间10s，第二次施加火焰后单个试样余焰时间加余晖时间2.0s，任一试样余焰或余晖不蔓延到夹具，燃烧颗粒或滴落物不引燃脱脂棉，符合v-0等级。
54.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。