一种室外pvc木塑格栅的配方及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种可用于室外的PVC木塑栅格。本发明所述的PVC木塑栅格含有部分炭化的木质纤维粉，其既能够作为木塑材料中的木质，又可以作为增强相，因此所述木塑栅格具有强度高，硬度高，耐老化性能好的优点，且稳定性好、易于加工，能够节省资源，使用数年后，可100％回收再利用。另外，本发明所述室外PVC木塑栅格的制备方法简单，木质纤维粉仅经过简单的双氧水润湿处理和高温机械混合，就能到得到部分炭化的木质纤维粉，然后通过按照一定顺序的混料工序，能够得到混合均匀，界面结合紧密的木塑原料，最后制得性能优良的适于室外应用的木塑栅格，生产工艺简单、易于操作，生产效率高。
【专利说明】—种室外PVC木塑格栅的配方及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种木塑复合材料，具体的说，涉及一种PVC木塑栅格及其制备方法。【背景技术】
[0002]随着人们环保节能意识的提高，已经不再满足于实木地板的木材浪费和强化地板的高甲醛释放，迫切需要一种具有节能、低耗费、易于打理的新型的建筑材料。木塑复合材料是一种新型的材料，是将加工处理过的废旧木材、锯末、农作物秸杆、坚果的壳按照一定的比例，与热塑性材料混合经高温高压处理制成，具有耐酸碱，不会腐烂等优点。近年来，随着人们环境保护意识的增强，环境友好、可再生、可循环使用的木塑复合材料越来越受到人们的重视，应用领域已涉及轿车内装饰基材，建筑装修、装饰材料，公园、球场、街道等场合使用的露天桌椅、板凳、野餐桌，包装材料及家具等诸多领域。
[0003]天然植物纤维具有长径比大、比强度高、比表面积大、密度低、优异的力学性能、低成本、可再生以及在特定的工艺条件下可生物降解等独特的优点，天然植物纤维作为增强材料的潜在优势越来越引起人们的关注。木塑复合材料具有材料均质、尺寸较木材稳定、不易产生裂纹、翘曲变形、且无木材节疤、斜纹等缺陷；具有热塑性塑料的加工性，挤出、模压、注塑等工艺均可用来成型，且设备磨损小；制品可压制成企口形、立体图案和其它要求的开头，无需进行复杂的二次加工；通过加入着色剂、涂漆、覆膜或复合表层等工艺可制成各种色彩绚丽的制品；重量轻，生产能耗小；加工方便，可以进行锯、刨和粘接或用钉子、螺栓连接固定；不需利用有毒的化学物质进行处理，不含甲醛；有木材的外观，比塑料制品高的硬度。废弃后不仅可重复使用和回收再利用，而且能够生物降解，有利于环保等诸多优点。 [0004]但是由于天然植物纤维具有较高的亲水性和极性，致使天然植物纤维在应用时与非极性的塑料基料间的相容性和界面粘接性较差，同时天然植物纤维含有的木质素、半纤维素等易光降解和水解组分，在受到阳光照射时易产生褪色老化、吸水膨胀及滋生菌类等问题，这使天然植物纤维在实际使用过程中的耐久性较差，如长期使用，特别是露天使用，容易发生开裂、褪色等老化现象，从而缩短了其使用寿命、限定了其使用范围，难以满足户外应用高强度、高模量、耐候性结构复合材料的实际需要。所以，对传统木塑复合材料进行改性，改善其耐老化性就十分必要。
[0005]基于上述缺陷，本发明的目的是提供一种室外PVC格栅木塑材料及其制备方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种室外PVC木塑栅格及其制备方法，本发明所述的PVC木塑栅格硬度高、强度大，能够有限代替木制、钢制、水泥栅格。
[0007]本发明所述室外PVC木塑栅格，其是由下述重量份数的原料制成的::
[0008]PVC 树脂粉:100 份；
[0009]部分炭化木质纤维粉:20~40份；
[0010]钙质填充剂:45~60份；[0011]紫外吸收剂:0.5~0.8份;
[0012]稳定剂:3~6份；
[0013]抗氧剂:0.3~0.6份;
[0014]PE 蜡:0.9 ~1.3 份；
[0015]硬脂酸:0.5~0.8份;
[0016]发泡调节剂:5~8份；
[0017]发泡剂:0.8~1.5份。
[0018]其中，所述木质纤维粉是经过部分炭化的木质纤维粉，所述部分炭化的木质纤维粉如下制备:将木质纤维粉与质量为木质纤维粉1-5%的双氧水混合，混合均匀后，投入真空混料装置，然后升温至170-190°C，抽真空，混料5-30分钟。
[0019]采用的木质纤维粉可选用本领域常用的木质纤维粉，特别是可选用取自含木纤维的秸杆、棉杆、枝桠、竹子和芦苇的生物质制成的木质纤维粉，为保证制备的木塑材料的强度，粉末的粒度优选为40-80目。
[0020]所述双氧水可采用提及浓度为10-25%的双氧水；
[0021]所述真空可以是较低的真空度，如0.1-0.01标准大气压。但更高的真空度也能够实现上述步骤的目的。
[0022]经过双氧水处理，木质纤维粉会吸收双氧水，木质纤维粉的表面润湿，在较高的温度下部分剥除木质纤维粉中的半纤维素、小分子酯类等不稳定物质，木质结构疏松化；然后真空状态抽取水分和小分子酯类等物质。同时在较高温度混料的时候，木质纤维粉的较为尖锐的边缘会首先炭化，当然，双氧水的预先氧化也加速了其炭化过程，经过机械混料，木质纤维粉的表面部分炭化，摩擦也制造了炭粉和大量的表面缺陷。
[0023]上述经过部分炭化的木质纤维粉剂能够作为木塑材料中的木质原料，另一方面其生成的炭粉也能够作为木塑材料的增强相，而且炭化表面和木质原料的结合非常紧密，远远超出一般的熔融混料或机械混料能够达到的程度，这对制成的木塑材料的强度和性质具有重大的意义。
[0024]另外，由于经过双氧水处理和表面炭化处理后，木质纤维粉表面的缺陷大量增加，非常有利于随后的混料和熔融混炼过程，使有机溶剂和有机物料能够较好的进入木质纤维粉的内部。
[0025]所述的PVC树脂粉可选用本领域常用的通用性PVC树脂粉，即悬浮法生产的疏松型树脂，俗称SG树脂，其组织疏松，表面形状不规则，断面输送多孔呈网状。因此，SG型树脂吸收增塑剂快，塑化速度快。一般粒度为10~400 μ m,优选与木质纤维粉粒度接近的20~200 μ m。
[0026] 所述钙质填充剂可选用碳酸钙。向木塑材料中加入适量的填充剂，会使其具有较好的手感，光面干燥而不显光亮，且耐热压性高，永久形变小。优选轻质碳酸钙粉或轻度活化碳酸钙。所述轻质碳酸钙是沉降体积为2.4-2.8mL/g的碳酸钙，一般是将石灰石等原料煅烧生成石灰(主要成分为氧化钙)和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳(主要成分为氢氧化钙)，然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀，最后经脱水、干燥和粉碎而制得；或先用碳酸纳和氯化钙进行复分解反应生成碳酸钙沉淀，然后经脱水、干燥和粉碎而制得。所述轻质碳酸钙的粒度为2-1000nm ;优选粒度为2_50nm的超微细轻质碳酸钙。所述活化碳酸钙是改进工艺条件制备的轻质碳酸钙粉，可选用市场上常见的活化碳酸钙产品，如石家庄井陉碳酸钙厂生产的钙粉。
[0027]所述紫外吸收剂是低毒、安全的3，5- 二叔丁基-4-羟基苯甲酸_2’，4’- 二叔丁基苯酚酯，可选用上海孚升化学有限公司生产的紫外吸收剂UV-120 ;或—-531等。
[0028]PVC在高温下加工，极易放出HCL，形成不稳定的聚烯结构。同时，HCL具有自催化作用，会使PVC进一步降解。另外，如果有氧存在或有铁、铝、锌、锡、铜和镉等离子存在，都会对PVC降解起催化作用，加速其老化。因此塑料将出现各种不良现象，如变色、变形、龟裂、机械强度下降、电绝缘性能下降、发脆等。为了解决这些问题，配方中必须加入稳定剂，尤其热稳定剂更是必不可少。PVC用的稳定剂包括热稳定剂、抗氧剂、紫外线吸收剂和螯合剂。配方设计时根据制品使用要求和加工工艺要求选用不同品种，不同数量的稳定剂。本发明中，所述稳定剂为钙锌系列稳定剂或稀土类稳定剂，可采用本领域市购的上述稳定剂，如深圳市森德利塑料助剂有限公司的CZX系列无毒钙锌稳定剂等；稀土稳定剂的加工性能极好，可选用济南金昌顺化工有限公司生产的PVC无尘稀土复合热稳定剂。
[0029]抗氧剂是高效无污染型抗氧剂，如上海波以尔化工有限公司生产的抗氧剂1024。 [0030]PE蜡即聚乙烯蜡，分子量一般为1500~50000，平均不超10000，为蜡状树脂。外观是白色或黄色小颗粒。聚乙烯蜡热稳定性、化学稳定性和电性能都很好，熔融粘度和硬度均接近于石蜡，具有较强的内部润滑作用。
[0031]硬脂酸也是一种常用的润滑剂，它可以充当外润滑剂，主要通过与木粉混合，均匀地覆盖在木粉表面，从而提高其与聚合物基体的粘接。所述硬脂酸选用本领域常用的硬脂酸即可。
[0032]发泡调节剂为聚丙烯酸酯类发泡调节剂，可选用本领域常用的类型，优选聚丙烯酸酯类发泡调节剂或PVC发泡调节剂530、ACR等，如山东瑞丰高分子材料有限公司生产的苯乙烯或二甲酯类。
[0033]所述发泡剂为偶氮酰胺类放热型发泡剂，如本领域常用的偶氮二甲酰胺。如杭州海虹精细化工有限公司生产的偶氮二甲酰胺。
[0034]优选的，所述室外PVC木塑栅格是由下述重量份数的原料制成的:
[0035]PVC 树脂粉:100 份；
[0036]部分炭化木质纤维粉:20~30份；
[0037]钙质填充剂:45~50份；
[0038]紫外吸收剂:0.5~0.6份;
[0039]稳定剂:3~5份；
[0040]抗氧剂:0.4份；
[0041]PE 蜡:1.2 份;
[0042]硬脂酸:0.8份；
[0043]发泡调节剂:6份；
[0044]发泡剂:1.0-1.2 份。
[0045]本发明还提供了上述室外PVC木塑栅格的制备方法，包括如下步骤:
[0046]I)将木质纤维粉与质量为木质纤维粉1-5%的双氧水混合，混合均匀后，投入真空混料装置，然后升温至170-190°C，抽真空，混料5-30分钟；[0047]2)加入质量为配方量20-30%的钙质填充剂，混合均匀，依次加入PE蜡和硬脂酸，然后降温至130~150°C，依次加入PVC树脂粉，稳定剂，发泡调节剂，发泡剂，剩余量的钙质填充剂，混合均匀，最后加入紫外吸收剂和抗氧剂，混合均匀后，降温至70~80°C放出；
[0048]3)将混合好的原料加入挤出机，加热至140~180°C挤出，经磨具定型、冷却、牵弓丨、定尺、切割成格栅。
[0049]格栅的长度、宽度、厚度可根据客户要求任意确定。
[0050]采用上述加料顺序，首先钙质填充剂能够与部分炭化木质纤维粉紧密结合，然后PE蜡和硬脂酸对上述亲水性颗粒进行改性，由于在较高温度下进行，混合更均匀，颗粒表面的疏水性会大大提高，随后在较低的温度下进行混入PVC树脂粉和稳定剂，一方面能够使树脂粉紧密的结合在以上疏水性颗粒的周围，另一方面也能够降低PVC的分解，提高最终制备的木塑材料的稳定性，且在该温度下，发泡剂和发泡调节剂能够连续稳定的微孔发泡，高速挤出，使树脂材料和钙质填充剂以及上述木质纤维粉等均匀分散，保证了最终制备的木塑材料的材质和物理性能的均一性；紫外吸收剂和抗氧剂的主要功能是保证木塑材料的耐候性，最后加入更能保证其功能的发挥。
[0051]与现有技术相比，本发明的室外PVC木塑栅格含有部分炭化的木质纤维粉，既能够作为木塑材料中的木质，又可以作为增强相，制备的木塑栅格具有强度高，硬度高，耐老化性能好的优点，且稳定性好、易于加工，能够节省资源，使用数年后，可100%回收再利用。另外，本发明所述室外PVC木塑栅格的制备方法简单，木质纤维粉仅经过简单的双氧水润湿处理和高温机械混合，就能到得到部分炭化的木质纤维粉，然后通过按照一定顺序的混料工序，能够得到混合均匀，界面结合紧密的木塑原料，最后制得性能优良的适于室外应用的木塑栅格，生产工艺简单、易于操作，生产效率高。
【具体实施方式】
[0052]以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的发明范围。该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
[0053]如无特别说明，所采用的方法是本领域常用的方法。本实施例采用的设备也采用本领域常用的设备。其中实施例1-4所用的各原料的名称和生产厂家如下所示:所述钙质填充剂选用石家庄井陉碳酸钙厂生产的钙粉，1250目；
[0054]PE蜡选用江阴红盛塑料助剂厂生产的聚乙烯蜡
[0055]硬脂酸选用张家港中宇化工有限公司生产的硬脂酸。
[0056]PVC树脂粉选用山东金威煤电生产的SG5型。
[0057]木质纤维粉选用临沂顺兴木质纤维粉有限公司生产的100目木粉。
[0058]紫外吸收剂选用海孚升化学有限公司生产的紫外吸收剂UV-120。
[0059]稳定剂深圳市森德利塑料助剂有限公司CZX118钙锌稳定剂。
[0060]抗氧剂上海波以尔化工有限公司生产的抗氧剂1024。
[0061]发泡调节剂选用山东瑞丰高分子有限公司生产的ACR发泡调节剂。
[0062]发泡剂选用杭州海虹精细化工有限公司生产的偶氮二甲酰胺。
[0063]实施例1
[0064]按照以下重量配比称取原料:[0065]PVC 树脂粉:100 份；
[0066]部分炭化木质纤维粉:20份；
[0067]钙质填充剂:45份；
[0068]紫外吸收剂:0.5份；
[0069]稳定剂:3份；
[0070]抗氧剂:0.4份；
[0071]PE 蜡:1.2 份;
[0072]硬脂酸:0.8份；
[0073]发泡调节剂:6份；
[0074]发泡剂:1.2份。
[0075]然后利用以下方法制备木塑板材:
[0076]I)将木质纤维粉与质量为木质纤维粉5 %的双氧水混合，混合均匀后，投入真空混料装置，然后升温至190°C，抽真空，混料30分钟； [0077]2)加入质量为配方量30%的钙质填充剂，混合均匀，依次加入PE蜡和硬脂酸，然后降温至150°C，依次加入PVC树脂粉，稳定剂，发泡调节剂，发泡剂，剩余量的钙质填充剂，混合均匀，最后加入紫外吸收剂和抗氧剂，混合均匀后，降温至80°C放出；
[0078]3)将混合好的原料加入挤出机，加热至140°C挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成格栅。
[0079]实施例2
[0080]按照以下重量配比称取原料:
[0081]PVC 树脂粉:100 份；
[0082]部分炭化木质纤维粉:30份；
[0083]钙质填充剂:50份；
[0084]紫外吸收剂:0.6份；
[0085]稳定剂:5份；
[0086]抗氧剂:0.4份；
[0087]PE 蜡:1.2 份;
[0088]硬脂酸:0.8份；
[0089]发泡调节剂:6份；
[0090]发泡剂:1.0份。
[0091]然后利用以下方法制备木塑板材:
[0092]I)将木质纤维粉与质量为木质纤维粉15%的双氧水混合，混合均匀后，投入真空混料装置，然后升温至190°C，抽真空，混料25分钟；
[0093]2)加入质量为配方量30%的钙质填充剂，混合均匀，依次加入PE蜡和硬脂酸，然后降温至150°C，依次加入PVC树脂粉，稳定剂，发泡调节剂，发泡剂，剩余量的钙质填充剂，混合均匀，最后加入紫外吸收剂和抗氧剂，混合均匀后，降温至70°C放出；
[0094]3)将混合好的原料加入挤出机，加热至180°C挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成格栅。
[0095]实施例3[0096]按照以下重量配比称取原料:
[0097]PVC 树脂粉:100 份；
[0098]部分炭化木质纤维粉:40份；
[0099]钙质填充剂:60份；
[0100]紫外吸收剂:0.8份；
[0101]稳定剂:6份；
[0102]抗氧剂:0.6份；
[0103]PE 蜡:1.3 份;
[0104]硬脂酸:0.5份；
[0105]发泡调节剂:8份； [0106]发泡剂:1.5份。
[0107]然后利用以下方法制备木塑板材:
[0108]I)将木质纤维粉与质量为木质纤维粉2%的双氧水混合，混合均匀后，投入真空混料装置，然后升温至180°C，抽真空，混料15分钟；
[0109]2)加入质量为配方量20%的钙质填充剂，混合均匀，依次加入PE蜡和硬脂酸，然后降温至130°C，依次加入PVC树脂粉，稳定剂，发泡调节剂，发泡剂，剩余量的钙质填充剂，混合均匀，最后加入紫外吸收剂和抗氧剂，混合均匀后，降温至70°C放出；
[0110]3)将混合好的原料加入挤出机，加热至160°C挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成格栅。
[0111]实施例4
[0112]按照以下重量配比称取原料:
[0113]PVC 树脂粉:100 份；
[0114]部分炭化木质纤维粉:20份；
[0115]钙质填充剂:45份；
[0116]紫外吸收剂:0.5份；
[0117]稳定剂:5份；
[0118]抗氧剂:0.58份；
[0119]PE 蜡:L O 份；
[0120]硬脂酸:0.7份；
[0121]发泡调节剂:6份；
[0122]发泡剂:1.0份。
[0123]然后利用以下方法制备木塑板材:
[0124]I)将木质纤维粉与质量为木质纤维粉5%的双氧水混合，混合均匀后，投入真空混料装置，然后升温至180°C，抽真空，混料5分钟；
[0125]2)加入质量为配方量25%的钙质填充剂，混合均匀，依次加入PE蜡和硬脂酸，然后降温至145°C，依次加入PVC树脂粉，稳定剂，发泡调节剂，发泡剂，剩余量的钙质填充剂，混合均匀，最后加入紫外吸收剂和抗氧剂，混合均匀后，降温至80°C放出；
[0126]3)将混合好的原料加入挤出机，加热至175°C挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成格栅。[0127]实施例1-4制备的产品性能如表1所示:
[0128]表1木塑板材的性能
[0129]
【权利要求】
1.一种PVC木塑栅格，其特征在于，所述PVC木塑栅格是由下述重量份数的原料制成的:: PVC树脂粉:100份； 部分炭化木质纤维粉:20~40份； 钙质填充剂:45~60份; 紫外吸收剂:0.5~0.8份； 稳定剂:3~6份； 抗氧剂:0.3~0.6份;
PE 蜡:0.9 ~1.3 份； 硬脂酸:0.5~0.8份; 发泡调节剂:5~8份；
发泡剂:0.8~1.5份。
2.如权利要求1所述的PVC木塑栅格，其特征在于，所述PVC木塑栅格是由下述重量份数的原料制成的: PVC树脂粉:100份； 部分炭化木质纤维粉:20~30份； 钙质填充剂:45~50份； 紫外吸收剂:0.5~0.6份； 稳定剂:3~5份； 抗氧剂:0.4份；
PE 蜡:1.2 份; 硬脂酸:0.8份； 发泡调节剂:6份； 发泡剂:1.0-1.2份。
3.如权利要求1或2所述的的PVC木塑栅格，其特征在于，所述部分炭化的木质纤维粉如下制备:将木质纤维粉与质量为木质纤维粉1-5%的双氧水混合，混合均匀后，投入真空混料装置，然后升温至170-190°C，抽真空，混料5-30分钟。
4.如权利要求3所述的的PVC木塑栅格，其特征在于，所述木质纤维粉的粒度为40-80目。
5.如权利要求1或2所述的的PVC木塑栅格，其特征在于，所述紫外吸收剂为UV-531。
6.如权利要求1或2所述的的PVC木塑栅格，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1024。
7.如权利要求1或2所述的的PVC木塑栅格，其特征在于，所述稳定剂为钙锌系列稳定剂或稀土类稳定剂。
8.如权利要求1或2所述的的PVC木塑栅格，其特征在于，所述发泡调节剂为聚丙烯酸酯类发泡调节剂或PVC发泡调节剂530、ACR等。
9.如权利要求1或2所述的的PVC木塑栅格，其特征在于，所述发泡剂为偶氮酰胺类放热型发泡剂。
10.如权利要求1-9任意一项所述的的PVC木塑栅格的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:1)将木质纤维粉与质量为木质纤维粉1-5%的双氧水混合，混合均匀后，投入真空混料装置，然后升温至170-190°C，抽真空，混料5-30分钟； 2)加入质量为配方量20-30%的钙质填充剂，混合均匀，依次加入PE蜡和硬脂酸，然后降温至130~150°C，依次加入PVC树脂粉，稳定剂，发泡调节剂，发泡剂，剩余量的钙质填充剂，混合均匀，最后加入紫外吸收剂和抗氧剂，混合均匀后，降温至70~80°C放出； 3)将混合好的原料加入挤出机，加热至140~180°C挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成格栅。
【文档编号】C08L27/06GK104004293SQ201410179196
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】杨明, 赵悦英, 顾元喆 申请人:山东霞光实业有限公司