CN107057394B - Pvc木塑复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PVC与植物秸秆微粉共混熔融改性形成的木塑复合材料及其制备方法。本发明提供一种PVC木塑复合材料，PVC木塑复合材料各原料及其重量配比为：木塑专用PVC树脂25份，含有植物纤维的粉状物质50～80份，稳定剂2～4份，PVC塑化促进剂1～2.5份，抗冲改性剂6～10份，润滑剂1～2份；木塑专用PVC树脂原料及其重量配比包括：氯乙烯单体100份，功能单体A 0～20份，功能单体B 0～20份，引发剂0.06～0.1份，缓冲剂0.05～0.1份，分散剂0.06～0.20份，整粒剂0.02～0.04份，纯水150～200份。所得PVC木塑复合材料的力学性能，耐候性较优。
Description
技术领域
本发明涉及一种木塑复合材料，具体涉及一种PVC与含有植物纤维的粉状物质(以木质纤维素大分子为主的粉体)共混熔融改性形成的木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
木塑材料是指用木粉，竹粉或者秸秆粉末等含有植物纤维的粉状物质为主要原料，与PE，PP，PVC等通用塑料材料经过共混改性加工形成的复合材料。这种材料的优点是具有天然木材和塑料两种材料的共同特点，强度高且耐水耐候耐霉变，可以广泛应用于室外装饰。同时由于其材料来源广泛，可以消化大量因为农业生产活动产生的秸秆废弃物，所以这种材料可以变废为宝，变害为利；是一种既有巨大经济前景也有巨大的社会效益的材料。
目前国内的PVC木塑复合材料其秸秆微粉的填充比例都相对较低，仅仅达到30-60phr(以100重量份PVC树脂为基数)，填充比例远远不及PE木塑材料，同时由于一般的PVC树脂都为分子链段上没有任何化学修饰的均聚物，是根本无法和秸秆纤维发生化学偶联的。所以一般的PVC木塑都会存在界面分相，质地粗糙，力学性能低劣，耐水耐腐耐霉变性差等问题。而且这几个问题随着秸秆填充比例提高越来越严重。
发明内容
针对上述缺陷，本发明提出了一种以化学共聚改性功能化PVC树脂为基材，辅以各种助剂，使得含有植物纤维的粉状物质(如秸秆微粉)能以100：200～400phr(对于非发泡制品而言)/100～300(对于发泡制品而言)的高填充比例与PVC树脂共混，所得PVC木塑复合材料的力学性能，耐候性，耐水耐腐耐霉变性依然保持在一个极高的水平上。
本发明的技术方案：
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种PVC木塑复合材料，所述PVC木塑复合材料各原料及其重量配比为：木塑专用PVC树脂25份，含有植物纤维的粉状物质50～80份，稳定剂2～4份，PVC塑化促进剂1～2.5份，抗冲改性剂6～10份，润滑剂1～2份；
其中，所述木塑专用PVC树脂的各原料及其重量配比包括：氯乙烯单体100重量份，功能单体A 0～20重量份，功能单体B 0～20重量份，引发剂0.06～0.1重量份，缓冲剂0.05～0.1重量份，分散剂0.06～0.20重量份，整粒剂0.02～0.04重量份，纯水150～200重量份；所述功能单体A选自下述单体中的至少一种：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯或丙烯酸异辛酯，所述的功能单体B选自下述聚合物中的至少一种：双环戊二烯、马来酸、乙烯基三甲氧基硅烷、丙烯酸丁酯或丙烯酸羟乙酯；功能单体A和功能单体A的添加量不能同时为0。
进一步，所述木塑专用PVC树脂的制备方法为：将氯乙烯单体、功能单体A、功能单体B以及引发剂、缓冲剂、分散剂和整粒剂于50～72℃下聚合反应4～8小时，反应结束后加入终止剂、抗氧剂，最后经过气提，离心脱水和干燥即得木塑专用PVC树脂。
更进一步，所述木塑专用PVC树脂的制备方法为：先将液相氯乙烯单体与引发剂，分散剂，缓冲剂，整粒剂和纯水在搅拌状态下加入反应釜，当反应温度升至50～72℃向反应体系中流加功能单体A和功能单体B，然后持续聚合反应，直到反应压力下降100～300KPa时加入终止剂、抗氧剂，再出料，最后经气提，离心脱水后进行沸腾床干燥；得到木塑专用PVC树脂粉体；其中，功能单体A和功能单体B的加料速率控制为：每分钟加入功能单体总质量(功能单体A和功能单体B的总质量)的0.4～0.7wt％。
进一步，本发明中制备木塑专用PVC树脂时，选用PVC常用的引发剂、分散剂、缓冲剂及整理剂均可。
优选的，所述引发剂为过氧化物引发剂，选自但不限于下述聚合物中的至少一种：过氧化二碳酸二异辛酯、过氧化二异丁酰、过氧化二苯甲酰、过氧化新癸酸叔丁酯或过氧化二月桂酰。所述分散剂为聚乙烯醇类分散剂。所述缓冲剂为碳酸氢铵或氨水。所述的整粒剂为失水山梨醇硬脂酸酯(span60)或失水山梨糖醇脂肪酸酯(span80)。
进一步，所述木塑专用PVC树脂呈白色半透明细粉状。
进一步，所述PVC木塑复合材料中，所述含有植物纤维的粉状物质包括木粉、竹粉、甘蔗渣、果壳粉或者植物秸秆粉。
进一步，所述PVC木塑复合材料中，所述植物秸秆粉包括但不限于：油菜秸秆粉、棉花秸秆粉、芦苇粉、蓖麻秸秆粉、小麦秸秆粉或水稻秸秆粉。
进一步，所述含有植物纤维的粉状物质的粒径在40～120目之间。
本发明中，所述PVC木塑复合材料中，适用于PVC加工的稳定剂、塑化促进剂(促进PVC塑化的助剂)、抗冲改性剂以及润滑剂均可使用。
进一步，所述PVC塑化促进剂为ACR类加工助剂或苯乙烯类加工助剂中的至少一种。
进一步，所述稳定剂为钙锌复合稳定剂、有机锡类稳定剂、铅盐复合稳定剂、OBS有机基稳定剂、液体复合稳定剂、钡锌复合稳定剂或钾锌复合稳定剂。
所述抗冲改性剂为MBS抗冲改性剂、CPE抗冲改性剂、聚氨酯类抗冲改性剂或AIM抗冲改性剂。
所述润滑剂为硬脂酸钙、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸甘油酯、石蜡或聚乙烯蜡。
所述终止剂选自：终止剂ATSC(丙酮缩氨基硫脲)、甲基苯乙烯或对苯二酚中的至少一种。
所述抗氧剂选自：抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂CA(1,1,3～三(2～甲基～4～羟基～5～叔丁基苯基)丁烷)、抗氧剂DNP(N,N'～二(β～萘基)对苯二胺)或抗氧剂TNP(三(壬基苯基)亚磷酸酯)中的至少一种。
本发明要解决的第二个技术问题是提供上述PVC木塑复合材料的制备方法，所述制备方法为：将上述各原料共混均匀后加工成型即可。
进一步，所述加工成型的方法为：模压成型、挤出成型或注塑成型。
进一步，所述PVC木塑复合材料的制备方法为：各原料通过高速搅拌混合机混合均匀之后，加入双螺杆挤出机中，在140～210℃下挤出成型。
本发明要解决的第三个技术问题是提供上述PVC木塑复合材料的应用，即采用上述PVC木塑复合材料制成PVC木塑板材；制备木塑板材的方法采用现有制备板材的方法即可。
本发明要解决的第四个技术问题是提供一种PVC木塑板材，所述PVC木塑板材由上述PVC木塑复合材料制备得到。
本发明的有益效果：
本发明由于采用了分子链段化学修饰的木塑专用PVC树脂，复配高效的加工助剂，使得PVC聚合物相能够和秸秆纤维相实现极好的相容。从而实现秸秆粉末高比例的填充的同时，能够达到更加卓越的力学性能和疏水防潮防霉性能。因为秸秆填充比例高，所以能够有效的消耗农业生产活动中产生的秸秆。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1木塑复合材料的制备
一、木塑专用PVC树脂的制备：将10吨氯乙烯压入30m3聚合反应釜，然后依次加入：引发剂过氧化二碳酸二异辛酯，过氧化新癸酸异丙苯酯各3.5kg，碳酸氢铵5kg，GH20分散剂4kg，KH20分散剂3kg，span60整粒剂3kg；然后在搅拌转速90rpm下泵入15吨70℃等温纯水，等反应温度升至57摄氏度时开始泵入1吨丙烯酸异辛酯，0.7吨甲基丙烯酸甲酯的混合物，以150分钟均匀泵入为宜。泵入完毕后聚合釜压力为0.87MPa，再过90分钟之后压力开始下降，待压降超过0.15MPa之后泵入3kg终止剂ATSC和3kg抗氧剂1010，出料，气提，经过离心脱水～沸腾床干燥之后得到乳白色半透明聚合物粉末；
二：木塑复合材料的制备：
原料：上述步骤一制得的专用PVC树脂，秸秆微粉，钙锌稳定剂～阿柯玛AW320，MBS增韧剂～罗门哈斯EXL～2620，马来酸接枝PE蜡～科莱恩PE～431MS，ACR加工助剂～钟渊PA20；各原料及其重量份数如表1所示；
制备方法：将上述各原料通过高速搅拌混合机混合均匀之后，加入双螺杆挤出机中，在140～210℃下挤出成型即得木塑复合材料。
实施例2木塑复合材料的制备
一、木塑专用PVC树脂的制备：将10吨氯乙烯压入30m3聚合反应釜，然后依次加入：引发剂过氧化新癸酸叔丁酯，过氧化二苯甲酰各4kg，碳酸氢铵5kg，GH20分散剂2.8kg，KH20分散剂3.2kg，span80整粒剂3kg。然后在搅拌转速90rpm下泵入15吨95℃等温纯水，等反应温度升至68.5℃时开始泵入1吨丙烯酸异辛酯，0.7吨乙烯基三甲氧基硅烷的混合物，以180分钟均匀泵入为宜。泵入完毕后聚合釜压力为1.2MPa，再过90分钟之后压力开始下降，待压降超过0.25MPa之后泵入3kg终止剂甲基苯乙烯和3kg抗氧剂1076，出料，气提，经过离心脱水～沸腾床干燥之后得到乳白色半透明聚合物粉末；
二：木塑复合材料的制备：
原料：上述步骤一制得的专用PVC树脂，秸秆微粉，钙锌稳定剂～阿柯玛AW320，AIM增韧剂～罗门哈斯KM～355P，马来酸接枝PE蜡～科莱恩PE～431MS，ACR加工助剂～钟渊PA20；各原料及其重量份数如表1所示；
制备方法：将上述各原料通过高速搅拌混合机混合均匀之后，加入双螺杆挤出机中，在140～210℃下挤出成型即得木塑复合材料。
实施例3木塑复合材料的制备
一、木塑专用PVC树脂的制备：将10吨氯乙烯压入30m3聚合反应釜，然后依次加入：引发剂过氧化二碳酸二异辛酯，过氧化新癸酸异丙苯酯各3.8kg，碳酸氢铵5kg，GH20分散剂3.3kg，KH20分散剂4.5kg，span60整粒剂3kg。然后在搅拌转速90rpm下泵入15吨65℃等温纯水，等反应温度升至48.5℃时开始泵入1吨丙烯酸异辛酯，0.7吨甲基丙烯酸甲酯的混合物，以240分钟均匀泵入为宜。泵入完毕后聚合釜压力为0.72MPa，再过90分钟之后压力开始下降，待压降超过0.20MPa之后泵入3kg终止剂对苯二酚和3kg抗氧剂CA，出料，气提，经过离心脱水～沸腾床干燥之后得到乳白色半透明聚合物粉末；
二：木塑复合材料的制备：
原料：上述步骤一制得的专用PVC树脂，秸秆微粉，钙锌稳定剂～阿柯玛AW320，MBS增韧剂～罗门哈斯EXL～2620，马来酸接枝PE蜡～科莱恩PE～431MS，ACR加工助剂～钟渊PA20；各原料及其重量份数如表1所示；
制备方法：将上述各原料通过高速搅拌混合机混合均匀之后，加入双螺杆挤出机中，在140～210℃下挤出成型即得木塑复合材料。
实施例4木塑复合材料的制备
一、木塑专用PVC树脂的制备：将10吨氯乙烯压入30m3聚合反应釜，然后依次加入：引发剂过氧化二月桂酰，过氧化新癸酸叔丁酯各4.5kg，碳酸氢铵5kg，GH20分散剂4kg，KH20分散剂3kg，span80整粒剂2.8kg。然后在搅拌转速90rpm下泵入15吨85℃等温纯水，等反应温度升至63.5℃时开始泵入1吨甲基丙烯酸甲酯，0.7吨丙烯酸丁酯的混合物，以180分钟均匀泵入为宜。泵入完毕后聚合釜压力为0.97MPa，再过60分钟之后压力开始下降，待压降超过0.15MPa之后泵入2.5kgkg终止剂ATSC和2.5kg抗氧剂DNP，出料，气提，经过离心脱水～沸腾床干燥之后得到乳白色半透明聚合物粉末；
二：木塑复合材料的制备：
原料：上述步骤一制得的木塑专用PVC树脂，秸秆微粉，钙锌稳定剂～阿柯玛AW320，AIM增韧剂～罗门哈斯KM～355P，马来酸接枝PE蜡～科莱恩PE～431MS，ACR加工助剂～钟渊PA20；各原料及其重量份数如表1所示；
制备方法：将上述各原料通过高速搅拌混合机混合均匀之后，加入双螺杆挤出机中，在140～210℃下挤出成型即得木塑复合材料。
PVC木塑复合材料的应用及其性能测试：
制备PVC木塑板材：实施例1～4各原料(木塑专用PVC树脂，秸秆微粉，稳定剂，抗冲改性剂，润滑剂，ACR加工助剂)通过挤出、冷却定型、牵引和切割工序即得到PVC木塑板材；各工序采用现有技术的工艺即可；所得板材的性能值如表2所示，表2中的技术要求值为国标对PVC木塑的基本要求，测试值为利用本发明实施例所得复合材料制得的木塑板材的实际测试值(具体值为所测板材样品的平均结果值)，可以看到：本发明所得PVC木塑板材吸水率国标要求低于3％，实际测试值为0.3％左右，其他三项吸水尺寸变化率，实测值均低于国标要求值一个数量级，可以展示出该树脂与秸秆粉末形成的复合材料极佳的疏水性。该疏水性决定了木塑材料的受潮尺寸稳定性，耐腐蚀霉变性。同时由表2可知该复合材料优秀的弯曲破坏载荷和抗冲击性能。
表1实施例1-4中各原料重量份数
表2
表中～代表约等于
尽管上面结合实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
Claims (18)
1.PVC木塑复合材料，其特征在于，所述PVC木塑复合材料各原料及其重量配比为：木塑专用PVC树脂25份，含有植物纤维的粉状物质50～80份，稳定剂2～4份，PVC塑化促进剂1～2.5份，抗冲改性剂6～10份，润滑剂1～2份；
其中，所述木塑专用PVC树脂各原料及其重量配比包括：
氯乙烯单体100重量份，功能单体A0～20重量份，功能单体B0～20重量份，引发剂0.06～0.1重量份，缓冲剂0.05～0.1重量份，分散剂0.06～0.20重量份，整粒剂0.02～0.04重量份，纯水150～200重量份，适量终止剂，适量抗氧剂；所述功能单体A选自下述单体中的至少一种：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯或丙烯酸异辛酯，所述的功能单体B选自下述聚合物中的至少一种：双环戊二烯、马来酸、乙烯基三甲氧基硅烷、丙烯酸丁酯或丙烯酸羟乙酯；功能单体A和功能单体B的添加量不能同时为0。
2.根据权利要求1所述PVC木塑复合材料，其特征在于，所述木塑专用PVC树脂的制备方法为：将氯乙烯单体、功能单体A、功能单体B以及引发剂、缓冲剂、分散剂、整粒剂和纯水于50～72℃下聚合反应4～8小时，反应结束后加入终止剂、抗氧剂，最后经过气提，离心脱水和干燥即得木塑专用PVC树脂。
3.根据权利要求2所述PVC木塑复合材料，其特征在于，所述木塑专用PVC树脂的制备方法为：先将液相氯乙烯单体与引发剂，分散剂，缓冲剂，整粒剂和纯水在搅拌状态下加入反应釜，当反应温度升至50～72℃向反应体系中流加功能单体A和功能单体B，然后持续聚合反应，直到反应压力下降100～300KPa时加入终止剂、抗氧剂，再出料，最后经气提，离心脱水后进行沸腾床干燥；得到木塑专用PVC树脂粉体；其中，功能单体A和功能单体B的加料速率控制为：每分钟加入功能单体总质量的0.4～0.7wt％。
4.根据权利要求2或3所述PVC木塑复合材料，其特征在于，
所述含有植物纤维的粉状物质包括木粉、竹粉、甘蔗渣、果壳粉或者植物秸秆粉；所述含有植物纤维的粉状物质的粒径在40～120目之间。
5.根据权利要求4所述PVC木塑复合材料，其特征在于，所述植物秸秆粉包括但不限于：油菜秸秆粉、棉花秸秆粉、蓖麻秸秆粉、小麦秸秆粉或水稻秸秆粉。
6.根据权利要求2或3所述PVC木塑复合材料，其特征在于，
所述引发剂为过氧化物引发剂，选自下述聚合物中的至少一种：过氧化二碳酸二异辛酯、过氧化二异丁酰、过氧化二苯甲酰、过氧化新癸酸叔丁酯或过氧化二月桂酰；或：
所述分散剂为聚乙烯醇类分散剂；或：
所述缓冲剂为碳酸氢铵或氨水；或：
所述的整粒剂为失水山梨糖醇脂肪酸酯。
7.根据权利要求6所述PVC木塑复合材料，其特征在于，所述的整粒剂为失水山梨醇硬脂酸酯。
8.根据权利要求2或3所述PVC木塑复合材料，其特征在于，所述木塑专用PVC树脂呈白色半透明细粉状。
9.根据权利要求1～3任一项所述PVC木塑复合材料，其特征在于，
所述PVC塑化促进剂为ACR类加工助剂或苯乙烯类加工助剂中的至少一种；或：
所述稳定剂为钙锌复合稳定剂、有机锡类稳定剂、铅盐复合稳定剂、OBS有机基稳定剂、液体复合稳定剂、钡锌复合稳定剂或钾锌复合稳定剂；或：
所述抗冲改性剂为MBS抗冲改性剂、CPE抗冲改性剂或AIM抗冲改性剂；或：
所述润滑剂为硬脂酸钙、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸甘油酯、石蜡或聚乙烯蜡；或：
所述终止剂选自：终止剂ATSC、甲基苯乙烯或对苯二酚中的至少一种；或：
所述抗氧剂选自：抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂DNP或抗氧剂TNP中的至少一种。
10.根据权利要求4所述PVC木塑复合材料，其特征在于，
所述PVC塑化促进剂为ACR类加工助剂或苯乙烯类加工助剂中的至少一种；或：
所述稳定剂为钙锌复合稳定剂、有机锡类稳定剂、铅盐复合稳定剂、OBS有机基稳定剂、液体复合稳定剂、钡锌复合稳定剂或钾锌复合稳定剂；或：
所述抗冲改性剂为MBS抗冲改性剂、CPE抗冲改性剂或AIM抗冲改性剂；或：
所述润滑剂为硬脂酸钙、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸甘油酯、石蜡或聚乙烯蜡；或：
所述终止剂选自：终止剂ATSC、甲基苯乙烯或对苯二酚中的至少一种；或：
所述抗氧剂选自：抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂DNP或抗氧剂TNP中的至少一种。
11.根据权利要求6所述PVC木塑复合材料，其特征在于，
所述PVC塑化促进剂为ACR类加工助剂或苯乙烯类加工助剂中的至少一种；或：
所述稳定剂为钙锌复合稳定剂、有机锡类稳定剂、铅盐复合稳定剂、OBS有机基稳定剂、液体复合稳定剂、钡锌复合稳定剂或钾锌复合稳定剂；或：
所述抗冲改性剂为MBS抗冲改性剂、CPE抗冲改性剂或AIM抗冲改性剂；或：
所述润滑剂为硬脂酸钙、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸甘油酯、石蜡或聚乙烯蜡；或：
所述终止剂选自：终止剂ATSC、甲基苯乙烯或对苯二酚中的至少一种；或：
所述抗氧剂选自：抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂DNP或抗氧剂TNP中的至少一种。
12.权利要求1～11任一项所述PVC木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将木塑专用PVC树脂、含有植物纤维的粉状物质、稳定剂、PVC塑化促进剂、抗冲改性剂和润滑剂共混均匀并加工成型。
13.根据权利要求12所述PVC木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述加工成型方法为：挤出成型、注塑成型或模压成型。
14.根据权利要求12所述PVC木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述PVC木塑复合材料的制备方法为：木塑专用PVC树脂、含有植物纤维的粉状物质、稳定剂、PVC塑化促进剂、抗冲改性剂和润滑剂通过高速搅拌混合机混合均匀之后，加入双/单螺杆挤出机中，在140～210℃下挤出成型。
15.根据权利要求13所述PVC木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述PVC木塑复合材料的制备方法为：木塑专用PVC树脂、含有植物纤维的粉状物质、稳定剂、PVC塑化促进剂、抗冲改性剂和润滑剂通过高速搅拌混合机混合均匀之后，加入双/单螺杆挤出机中，在140～210℃下挤出成型。
16.PVC木塑复合材料的应用，其特征在于，采用PVC木塑复合材料按照现有技术制成PVC木塑板材；所述PVC木塑复合材料为权利要求1～11任一项所述PVC木塑复合材料，或采用权利要求12～15任一项所述的方法制备得到。
17.一种PVC木塑板材，其特征在于，所述PVC木塑板材采用PVC木塑复合材料制备得到，其中，所述PVC木塑复合材料为权利要求1～11任一项所述的PVC木塑复合材料，或采用权利要求12～15任一项所述的方法制备得到。
18.根据权利要求17所述的一种PVC木塑板材，其特征在于，所述PVC木塑板材通过挤出、冷却定型、牵引和切割工序制得PVC木塑板材。
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