CN103627195A

CN103627195A - 一种高耐磨木塑地板及其制备方法

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Publication number: CN103627195A
Application number: CN201310613595.3A
Authority: CN
Inventors: 王心潮; 苏新; 徐晶
Original assignee: DALIAN HUANMEI SCIENCE & TECHNOLOGY GROUP Co Ltd
Current assignee: DALIAN HUANMEI SCIENCE & TECHNOLOGY GROUP Co Ltd
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2033-11-26
Also published as: CN103627195B

Abstract

一种高耐磨木塑地板及其制备方法，在高速混料机中加入聚氨酯弹性体和相容剂，130-150℃下高温熔融共混20-30分钟，制得改性聚氨酯；将回收塑料、植物纤维和改性聚氨酯投入到高速混料机中，100-130℃混合搅拌20-30分钟，得共混料Ⅰ；将共混料Ⅰ连同润滑剂、塑料加工助剂进行机械混合15分钟，再进行高温熔融后塑化造粒，将造好的粒子经木塑专用挤出机熔融、定型、冷却、切割、后处理可依客户需求而定，制得耐磨木塑地板。生产工艺简单，成本低，无需后处理，不使用任何有机溶剂，无有毒有害气体放出。本发明在提高耐磨性的同时不降低材料本身的强度，显著地提高了材料的耐磨性，吸水率也降低了很多，延长了使用寿命，扩宽了应用领域。

Description

一种高耐磨木塑地板及其制备方法

技术领域

本发明属于木塑复合材料技术领域，具体是涉及一种高耐磨木塑地板及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料是以农林废弃物和废旧塑料为主要原料，通过高分子界面相容原理制备而成，是一种新型的代木产品。该产品对于资源综合利用、保护环境、节约森林资源具有十分重要的意义。

木塑复合材料兼具木材和树脂的双重特性，具有优异的力学性能，强度高、尺寸稳定性好，同时还具有优异的加工性，可钉、可刨、可锯。该材料还可以反复回收利用，是真正的“绿色环保”新材料。广泛的应用于园林景观建设、工民建筑、装饰装修、物流运输等领域。

随着应用领域的拓宽，木塑复合材料正向建筑模板、物流托盘、地板等领域扩展，由于使用过程中要反复进行摩擦，会导致材料表面大量磨损，机械性能下降，缩短寿命。因此改善木塑复合材料的耐磨性极为迫切。

目前关于木塑复合材料耐磨性的研究报道很少，已有报道中改善耐磨性的方法主要有配方改良优化和对基材表面进行处理。

配方改良优化主要是在配方中添加耐磨材料如：金属材料、陶瓷材料等。对基材表面进行处理主要是在材料表面粘贴或层压耐磨材料、喷涂耐磨漆等。

例如，公开号为CN101781470A的专利，公开了高耐磨木塑复合材料的制备方法，在配方中加入改性纳米陶瓷粒子如Al₂O₃、Si₃N₄、SiC等，当纳米陶瓷粒子含量在0.5～3%范围内时，材料的磨损率降低为原来的一半以下，同时具有更高的热变形温度、拉伸强度和抗冲击性。但是纳米材料价格较贵，增加了生产成本。

又如，公开号为CN1911997A的专利，公开了一种在木塑基材表面粘结三聚氰胺装饰层的制备方法，该材料具有豪华美观性、耐磨耐火性、防水防滑性等优点。但是该材料需要先制成木塑基材然后对其表面进行砂磨铣槽，用粘合剂将装饰层和基材复合，最后在复合材料表面粘贴塑料保护膜制成成品，但该制作工艺过于复杂且只是表面贴合。

又如公开号为101747639A的专利，发明了一种木塑复合材料组合物和木塑复合材料及其制备方法，该专利中添加了橡胶与马来酸酐共聚物（三元乙丙橡胶-马来酸酐共聚物）做为相容剂，改善了木粉和热塑性树脂的相容性，提高了力学性能，尤其是韧性，拓宽了木塑材料的使用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的木塑地板生产成本高、性能低的问题，提供一种生产成本低、工艺简单的高耐磨木塑地板及其制备方法。

本发明是基于发明人的以下发明构思得到的：

聚氨酯弹性体是一种主链上含有重复的-HNCOO-基团的材料，具有较强的内聚能，耐磨性能优异，与天然橡胶相比，其抗磨性能可提高2～10倍之多。同时，它还具有较高的机械强度和撕裂强度，加之它所具备的优异的减震缓冲性能，使它具备了较好的“以柔克刚”的本领。虽然，它没有钢铁、某些塑料的高硬度，但在某些耐磨的应用中，却有优于钢铁的出色表现。尤其是在有水、油等液体介质存在的湿摩擦过程中，聚氨酯橡胶的抗磨性能极大地优于其他材料。发明人研究发现酸酐基团可与聚氨酯的异氰酸根发生化学反应同时还可以形成稳定的氢键，基于此，发明人尝试将聚氨酯引入到木塑复合材料中，惊奇的发现通过酸酐基团的“架桥”作用，将塑料和植物纤维连接起来，降低了表面张力，提高表面粘合力，充分发挥了聚氨酯的耐磨性，得到了出乎意料的技术效果。

本发明的技术方案如下：

一种耐磨木塑地板的制备方法，其制造所用原料按质量百分数计包括：

所述的制备步骤具体为：

（1）按上述质量配比称取聚氨酯弹性体和相容剂，130-150℃下高温熔融共混20-30分钟，制得改性聚氨酯；

（2）将回收塑料、植物纤维和改性聚氨酯投入到高速混料机中，100-130℃混合搅拌20-30分钟，得共混料Ⅰ；

（3）将步骤（2）制得的共混料Ⅰ连同润滑剂、塑料加工助剂进行机械混合15分钟，再进行高温熔融后塑化造粒，挤出机的各段温度分别为140℃、140℃、145℃、150℃、165℃、170℃、170℃、175℃、175℃、180℃；

（4）将步骤3造好的粒子经木塑专用挤出机熔融、定型、冷却、切割，制得耐磨木塑地板，所述挤出机各段温度分别为200℃、190℃、185℃、170℃、150℃、165℃、165℃、165℃、165℃，真空度为0.06-0.1MPa。

进一步的，根据客户的需要，可在所述的步骤（4）中切割后增加一个后处理工序，所述的后处理根据客户具体要求而定即可，例如：可以为拉毛、砂光、压花工艺中的1-3种。

文中的马来酸酐接枝聚丙烯即PP-g-MAH。

文中的马来酸酐接枝聚乙烯即PE-g-MAH。

进一步的，所述的聚氨酯弹性体为异氰酸根封端的聚氨酯预聚物。采用异氰酸根封端的聚氨酯预聚物目的就是能够将具有耐磨性的聚氨酯引入到体系中。不含异氰酸根的聚氨酯与聚乙烯不相容。原理主要是利用聚氨酯预聚物中的反应基团异氰酸根与相容剂马来酸酐接枝的聚乙烯或聚丙烯发生接枝交联反应生成改性聚氨酯，进而才能与基体树脂聚乙烯获得良好的相容性。同时异氰酸根还与纤维素中的羟基发生反应，降低表面张力，提高界面粘合力，改善基体相容性，充分发挥聚氨酯的优异性能。

利用聚氨酯具有较大的弹性和塑性，在摩擦过程中能通过黏弹效应吸收一部分摩擦功，当形变恢复时又将能量释放出来，从而提高木塑复合材料的耐磨性，同时材料具有较高的强度和韧性。

本发明的有益效果在于：

（1）生产工艺简单，成本低，无需后处理，不使用任何有机溶剂，无有毒有害气体放出。本发明在提高耐磨性的同时不降低材料本身的强度，显著地提高了材料的耐磨性，吸水率也降低了很多，延长了使用寿命，扩宽了应用领域。

（2）本发明将高耐磨聚氨酯引入到体系中利用聚氨酯与活性酸酐基团的化学反应，对聚氨酯进行改性，形成新的增容剂，改善植物纤维与塑料相容性，生成了互穿网络结构（IPN），减弱了植物纤维的极性，吸水率降低。

（3）由于聚氨酯具有较大的弹性和塑性，在摩擦过程中能通过黏弹效应吸收一部分摩擦功，当形变恢复时又将能量释放出来，从而提高木塑复合材料的耐磨性，同时材料具有较高的强度和韧性。

具体实施方式

下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。

实施例1、制造耐磨木塑地板所用原料按质量百分数计如下：

回收塑料25%，木粉60%，相容剂0.5%，聚乙烯蜡1%，硬脂酸锌1%，轻质碳酸钙1.5%，紫外线吸收剂0.2%，抗氧剂0.2%，颜料0.6%，聚氨酯弹性体10%。

实施例2、制造耐磨木塑地板所用原料按质量百分数计如下：

回收塑料30%，木粉33%，糠粉20%，相容剂1%，硬脂酸锌1%，硬脂酸1.5%，石蜡0.2%，轻质碳酸钙0.35%，紫外线吸收剂0.15%，抗氧剂0.2%，颜料0.6%，聚氨酯弹性体12%。

实施例3、制造耐磨木塑地板所用原料按质量百分数计如下：

回收塑料35%，木粉23%，糠粉20%，相容剂1.5%，硬脂酸锌1%，硬脂酸1.5%，聚乙烯蜡1%，轻质碳酸钙1%，紫外线吸收剂0.2%，抗氧剂0.2%，颜料0.6%，聚氨酯弹性体15%。

实施例4、制造耐磨木塑地板所用原料按质量百分数计如下：

回收塑料40%，木粉15%，糠粉20%，相容剂2%，硬脂酸锌0.5%，石蜡0.5%，聚乙烯蜡1%，轻质碳酸钙1%，紫外线吸收剂0.2%，抗氧剂0.2%，颜料0.6%，聚氨酯弹性体18%

实施例5、制造耐磨木塑地板所用原料按质量百分数计如下：

回收塑料45%，木粉15%，糠粉15%，相容剂2.2%，硬脂酸锌0.5%，聚乙烯蜡1%，轻质碳酸钙0.3%，紫外线吸收剂0.2%，抗氧剂0.2%，颜料0.6%，聚氨酯弹性体20%。

对比例制造木塑地板所用原料按质量百分数计如下：

回收塑料45%，木粉23%，糠粉25%，相容剂1.5%，硬脂酸锌1%，硬脂酸1.5%聚乙烯蜡1%，轻质碳酸钙1%，紫外线吸收剂0.2%，抗氧剂0.2%，颜料0.6%。

实施例1～5生产工艺包括如下步骤：

（1）改性聚氨酯的制备：按重量配比称取聚氨酯弹性体和相容剂，在高速混料机中130-150℃混合搅拌20-30分钟，制得改性聚氨酯。

（2）再将回收塑料、植物纤维投入到装有改性聚氨酯的高速混料机中，100-130℃混合搅拌20-30分钟，得共混料Ⅰ。

（3）将润滑剂、抗紫外线剂、抗氧剂、颜料、轻质碳酸钙和共混料Ⅰ进行机械混合15分钟，然后送入平行双螺杆挤出机进行造粒，挤出机各段温度分别为140℃、140℃、145℃、150℃、165℃、170℃、170℃、175℃、175℃、180℃。

（4）将造好的粒子经木塑专用双螺杆挤出机熔融、定型、冷却、切割、后处理制得高耐磨木塑地板。

所述的聚氨酯弹性体可以选用任何一种异氰酸根封端的聚氨酯预聚物，例如本发明实施例1～5中所使用的聚氨酯弹性体由以下两种方式获得：

（一）异氰酸根封端的聚氨酯合成方法：

先在容器中加入多元醇，加热抽真空以脱除多元醇中的水分，冷却后在氮气保护下边搅拌边加入到过量的多异氰酸酯中，70℃下反应约90分钟。

其中多元醇有聚醚型多元醇和聚酯型多元醇，如聚乙二醇、芳香族聚酯多元醇、聚氧化丙烯多元醇、聚四氢呋喃醚多元醇等。

异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯（TDI）、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、六次甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、对苯基甲烷多异氰酸酯等。

（二）异氰酸根封端的聚氨酯购买：

科聚亚公司生产的普通型TDI预聚体或普通型MDI预聚体；

对比例生产工艺包括如下步骤：

（1）将回收塑料、植物纤维、相容剂投入高速混料机中，100-130℃混合搅拌20-30分钟。

（2）将润滑剂、抗紫外线剂、抗氧剂、颜料、轻质碳酸钙和（1）中原料进行机械混合15分钟，然后送入平行双螺杆挤出机进行造粒，挤出机各段温度分别为140℃、140℃、145℃、150℃、165℃、170℃、170℃、175℃、175℃、180℃。

（3）将造好的粒子经木塑专用双螺杆挤出机熔融、定型、冷却、切割、后处理制得木塑地板。

试验测试数据：

参照木塑地板国家标准GB/T24508-2009，将上述实施例以及对比例加工制成标准样条，对其弯曲破坏载荷、耐磨性、常温落球冲击、低温落锤冲击、吸水率、耐冷热循环、抗冻融性进行测试。

如表1所示，与对比例相比，本发明实施例所提供木塑地板的耐磨性提高了原来的一半以上，这是因为高耐磨的聚氨酯在活性酸酐的作用下，通过接枝和交联反应与塑料和植物纤维存在一定相容性，充分发挥了聚氨酯的耐磨性。

聚氨酯和酸酐的共同作用降低了植物纤维表面的极性，减弱了与水的亲和力，吸水率降低。

同时，本发明实施例所提供的木塑地板具有优异的力学性能、抗冻融性。

表1各实施例组分及性能

Claims

1.一种耐磨木塑地板的制备方法，其制造所用原料按质量百分数计包括：

所述的制备步骤具体为：

（4）将步骤（3）造好的粒子经木塑专用挤出机熔融、定型、冷却、切割，制得耐磨木塑地板，所述挤出机各段温度分别为200℃、190℃、185℃、170℃、150℃、165℃、165℃、165℃、165℃，真空度为0.06-0.1MPa。

2.根据权利要求1所述的耐磨木塑地板的制备方法，其特征在于：所述的步骤（4）中切割后还有一个后处理工序，所述的后处理为拉毛、砂光、压花工艺中的1-3种。

3.根据权利要求1所述的耐磨木塑地板的制备方法，其特征在于：所述的回收塑料为高密度聚乙烯。

4.根据权利要求1所述的耐磨木塑地板的制备方法，其特征在于：所述的植物纤维为80-120目的木粉、稻壳粉、秸秆粉、椰壳粉、竹粉、花生壳粉中的一种或一种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的耐磨木塑地板的制备方法，其特征在于：所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯和/或马来酸酐接枝聚乙烯。

6.根据权利要求1所述的耐磨木塑地板的制备方法，其特征在于：所述的润滑剂是聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌中的一种或一种以上的混合物。

7.根据权利要求1所述的耐磨木塑地板的制备方法，其特征在于：所述的塑料加工助剂是轻质碳酸钙、紫外线吸收剂、抗氧剂、硬脂酸钙、颜料中2-5种的混合物。

8.根据权利要求1所述的耐磨木塑地板的制备方法，其特征在于：所述的聚氨酯弹性体为异氰酸根封端的聚氨酯预聚物。

9.一种耐磨木塑地板，是按照权利要求1所述的方法制得。