專利名稱：一種pvc基木塑復合材料的制造配方的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種PVC基木塑復合材料的制造配方背景技術聚氯乙烯(PVC)基木塑復合材料是利用木粉、竹粉、果殼粉或農作物秸稈粉和PVC樹脂或廢舊PVC塑料為主要原料，經混合和成型加工而制得的一種新型復合材料。它有以下特點(1)耐用、壽命長，有類似木質外觀，硬度高；(2)具有優良的物理機械性能，比木材尺寸穩定性好，不會產生裂縫、翹曲，無木材的節痕、斜紋，加入著色劑或復合表層可制成色彩絢麗的各種制品；(3)容易成型，用一般塑料加工設備或稍加改造后便可進行成型加工；(4)有類似木材的二次加工性，可涂漆；(5)不怕蟲咬、耐老化、耐腐蝕、吸水性小，不會吸濕變形；(6)能重復使用和回收再利用等。
PVC基木塑復合材料可以用于以下方面建筑上的活動房屋、混凝土模板、墻壁、地板、樓梯扶手等各種異型材；工業上的化工及公共場所的耐磨工棚、鑄造模型、機器罩、水泵殼、電器用材；家庭、辦公室或車輛船舶上的裝飾板材；各種運輸周轉箱以及家具材料等，應用領域十分廣泛。
因此，研究和開發PVC基木塑復合材料的生產和應用，不僅將為國民經濟建設增添一種價廉而有廣泛應用前景的新材料，而且能為減少廢舊塑料制品的危害和提高木材的綜合利用率開辟一條新途徑；反過來，大量的木屑和廢舊塑料又為生產木塑復合材料提供充足的原料來源，其重要意義是不言而喻的。
木粉的主要成分是木素纖維素，表面含有大量的羥基官能團，使其表面表現出很強的化學極性，同時由于木粉是輕質的硬質顆粒，大量填充時造成木塑復合材料在熔融溫度下流動困難，加工性能明顯下降。而許多文獻報道認為，在進行PVC基木塑復合材料的研究中，需要解決的最大問題是如何使親水的極性木粉表面與PVC界面之間具有良好的相容性。使木粉的表面層與PVC的分子之間達到良好的融合或產生化學交聯，從而使PVC基木塑復合材料具有良好的物理機械性能。
目前，國內生產PVC基木塑復合材料的廠家和文獻報道幾乎全部采用偶聯劑處理木粉的方法，如采用硅烷、異氰酸酯、鈦酸酯、鋁酸酯、鋁鈦復合偶聯劑等偶聯劑處理木粉，以改善木粉與PVC樹脂的結合，忽略了復合材料成型加工過程中木粉在PVC中分散等問題。這種方法存在木粉填充量小(一般小于50質量份)、木粉在PVC中分散不良、熔體流動困難、加工性能差、制品外觀粗糙等缺點。
發明內容
本專利的目的是提供一種PVC基木塑復合材料的制造配方，本專利發明人認為，PVC基木塑復合材料要具有較好的物理機械性能和加工性能，主要的技術關鍵是解決高填充量的木粉在PVC中達到良好分散。由于PVC分子鏈和木粉的結構上的原因，二者具有較強的化學極性，相互作用力較強，相容性較好。但由于同樣的原因，木粉和PVC分子鏈均有較強的自聚作用，木粉是輕質的硬質顆粒，大量填充時造成木塑復合材料在熔融溫度下流動困難，加工性能明顯下降。另外，PVC的加工溫度范圍窄，溫度過高容易熱分解。以上種種原因容易造成木粉在PVC中分散不均勻。如果木粉在PVC中不能較好分散，木粉不能被PVC完全包覆，就會造成復合材料的熔體流動性差，物理機械性能不均，制品表面粗糙，木粉填充量小等缺陷。
本專利的主要內容是在復合材料中加入一類新型的分散劑，增強了木粉和PVC的相容性以及木粉在PVC中的分散性。在熔融狀態的PVC和木粉混合過程中，由于分散劑的熔點比PVC小，分散劑在混合開始階段對木粉粒子起到潤滑、阻隔和分散作用，降低PVC和木粉各自的自聚作用，從而促進了木粉在PVC熔體中的分散，降低了PVC基木塑復合材料熔體的粘度，提高了其流動性。混煉后期，由于分散劑分子一端呈極性，使木粉和PVC的相互作用加強。另外，這類分散劑常溫范圍內呈固態，本身的強度較高，減少了PVC與木粉之間界面層的應力集中，增大了界面層厚度，整體上提高了復合材料的綜合性能。
本發明提供了一種PVC基木塑復合材料的制造配方，所述的PVC基木塑復合材料由下列原料按質量份數混合而成PVC/木粉的用量為100/30～100/160質量份；氯化聚乙烯的用量為0～10質量份；稀土穩定劑的用量為2.0～6.0質量份；丙烯酸酯類加工改性劑ACR的用量為2.0～6.0質量份；聚乙烯蠟的用量為0.5～3.0質量份；硬脂酸的用量為0.5～3.0質量份；分散劑為分子量在4000～300000之間的含羥基、羧基或馬來酸酐接枝的高分子烴類化合物用量為木粉的2.0％～10％。
上述PVC/木粉的用量為100/50～100/120質量份；上述分散劑為分子量在4000～300000之間的含羥基、羧基或馬來酸酐接枝的高分子烴類化合物用量為木粉的3.0％～5.0％。
上述分散劑是分子量在4000～6000的羥基、羧基或馬來酸酐接枝高分子烴類化合物。
上述分散劑是分子量在250000～300000的羥基、羧基或馬來酸酐接枝高分子烴類化合物。
上述氯化聚乙烯的用量為10.0質量份；稀土穩定劑的用量為4.0質量份；丙烯酸酯類加工改性劑ACR的用量為4.0質量份；聚乙烯蠟的用量為1.0質量份；硬脂酸的用量為1.0質量份。
上述稀土穩定劑是鑭系PVC用復合熱穩定劑。
上述木粉為普通木粉、竹粉、果殼粉、農作物秸稈粉中的任何一種或其混合物。
以上配方所制得的PVC木塑復合材料具有優良的加工性能和物理機械性能、制品表面光滑、木粉填充量大而且容易分散均勻、制造成本低廉等優點。本發明的組合物可用于生產高檔的PVC基木塑復合材料，可替代天然木材在室內外裝修、建筑業等領域廣泛使用。總的來說，在PVC基木塑復合材料中加入適量的分散劑，與偶聯劑處理木粉的方法相比，增強了木粉和PVC分子的結合，促進木粉在PVC中的分散和被PVC完全包覆，從而可大大增加木粉的填充量，明顯改善了PVC基木塑復合材料的物理機械性能、成型加工性能和制品的外觀，制造成本低廉。
具體實施例方式
在實驗室試驗的具體例子見下列表1和表2所示的基本配方和試驗結果。
表1PVC基木塑復合材料基本配方(質量份)
注表1中基本配方其余組分如下(質量份)PVC，100；ACR，4.0；稀土穩定劑，4.0；聚乙烯蠟，1.0；硬脂酸，1.0；氯化聚乙烯，10。
分散劑1為分子量在4000～6000的羥基、羧基或馬來酸酐接枝高分子烴類化合物，分散劑2為分子量在250000～300000的羥基、羧基或馬來酸酐接枝高分子烴類化合物。
表2PVC基木塑復合材料性能
將實驗室試驗的具體例子，按基本配方比例配料各50kg，混合后在擠出機上擠出造粒，再用排氣式雙螺桿擠出成型PVC基木塑復合材料型材。試驗得到下列結果(1)例子1、5、6、8、9、10、11的物料擠出造粒容易；擠出成型時熔體表面有光澤，流動平穩，成品表面光滑而且有光澤，呈木粉的淺黃色狀。但例子1的成品因木粉用量少而密度大，無木材的質感；(2)例子2、3、4、12、13較困難，粒料有粉狀物；例子2、3、4擠出成型時熔體表面局部有光澤，成品表面比較粗糙，內部有少量空洞；例子12、13擠出成型時熔體表面沒光澤，成品表面粗糙，表面和內部有空洞。這是因為例子2用鈦酸酯偶聯劑和例子3、4的分散劑用量太少，例子12、13的木粉用量太大所致；(3)例子7、14、15的物料擠出造粒困難，粒料呈粉狀；擠出成型時熔體表面呈深黃色，有黑色的斑點，流動不平穩；成品表面粗糙，表面和內部有很多空洞。這是因為例子7用鈦酸酯偶聯劑和例子14、15的木粉用量太大所致。
從以上試驗結果可看出，本專利在PVC基木塑復合材料中加入一類新型的分散劑，解決了高填充量的木粉在PVC中達到良好分散的關鍵技術問題。與偶聯劑處理木粉的方法相比，分散劑的應用大大促進了木粉在PVC中的分散性和被PVC完全包覆，同時增強了木粉和PVC的相容性，降低了PVC木塑復合材料熔體的粘度，提高了PVC木塑復合材料熔體的流動性，從而可大大增加木粉的填充量，降低了PVC木塑復合材料的原材料成本，同時改善了PVC木塑復合材料的物理機械性能、成型加工性能和制品的外觀，具有明顯的性價比優勢。
實驗室試驗方法先將木粉在80℃×2小時烘箱干燥，常溫下將木粉、PVC及其它配合劑在高速攪拌機中混合3分鐘后取出，得到混合料。將混合料在180℃的煉塑機上塑化3分鐘，出片，正常光線下目測片材外觀，在平板機上熱壓180℃×10MPa×3分鐘，在常溫下冷壓5分鐘，在塑料制樣機上制樣，參照相關國家標準測定復合材料的拉伸強度和沖擊強度。
擠出型材方法將上述混合料在螺桿直徑為65mm單螺桿擠出機上擠出造粒后擠出成型50×10mm的片材，擠出機各段溫度為120℃～200℃。成型條件亦可根據型材規格和擠出機型號而定。
原材料規格如下PVC粉，S6-7型，天津渤海化工有限公司產品；木粉，120目，臨安市明珠竹木粉有限公司產品；鈦酸酯偶聯劑KR-238S，廣州市君葉偶聯劑有限公司產品；氯化聚乙烯(135A型)、硬脂酸、聚乙烯蠟、丙烯酸酯類(ACR)加工改性劑、分散劑，廣州市東山化工原料有限公司經銷產品，其中分散劑1為分子量在4000～6000的羥基、羧基或馬來酸酐接枝高分子烴類化合物，分散劑2為分子量在250000～300000的羥基、羧基或馬來酸酐接枝高分子烴類化合物；稀土穩定劑為鑭系PVC用復合熱穩定劑，汕頭市高科達有限公司產品。
權利要求
1.一種PVC基木塑復合材料的制造配方，其特征在于所述的PVC基木塑復合材料由下列原料按質量份數混合而成PVC/木粉的用量為100/30～100/160質量份；氯化聚乙烯的用量為0～10質量份；稀土穩定劑的用量為2.0～6.0質量份；丙烯酸酯類加工改性劑ACR的用量為2.0～6.0質量份；聚乙烯蠟的用量為0.5～3.0質量份；硬脂酸的用量為0.5～3.0質量份；分散劑為分子量在4000～300000之間的含羥基、羧基或馬來酸酐接枝的高分子烴類化合物用量為木粉的2.0％～10％。
2.根據權利要求1所述的一種PVC基木塑復合材料的制造配方，其特征在于上述PVC/木粉的用量為100/50～100/120質量份；上述分散劑為分子量在4000～300000之間的含羥基、羧基或馬來酸酐接枝的高分子烴類化合物用量為木粉的3.0％～5.0％。
3.根據權利要求1或2所述的一種PVC基木塑復合材料的制造配方，其特征在于上述分散劑是分子量在4000～6000的羥基、羧基或馬來酸酐接枝高分子烴類化合物。
4.根據權利要求1或2所述的一種PVC基木塑復合材料的制造配方，其特征在于上述分散劑是分子量在250000～300000的羥基、羧基或馬來酸酐接枝高分子烴類化合物。
5.根據權利要求1或2所述的一種PVC基木塑復合材料的制造配方，其特征在于上述氯化聚乙烯的用量為10.0質量份；稀土穩定劑的用量為4.0質量份；丙烯酸酯類加工改性劑ACR的用量為4.0質量份；聚乙烯蠟的用量為1.0質量份；硬脂酸的用量為1.0質量份。
6.根據權利要求1或2所述的一種PVC基木塑復合材料的制造配方，其特征在于上述稀土穩定劑是鑭系PVC用復合熱穩定劑。
7.根據權利要求1或2所述的一種PVC基木塑復合材料的制造配方，其特征在于上述木粉為普通木粉、竹粉、果殼粉、農作物秸稈粉中的任何一種或其混合物。
全文摘要
本發明公開了一種PVC基木塑復合材料的制造配方，所述的PVC基木塑復合材料由下列原料按質量份數混合而成PVC/木粉的用量為100/30～100/160質量份；氯化聚乙烯的用量為0～10質量份；稀土穩定劑的用量為2.0～6.0質量份；丙烯酸酯類加工改性劑ACR的用量為2.0～6.0質量份；聚乙烯蠟的用量為0.5～3.0質量份；硬脂酸的用量為0.5～3.0質量份；分散劑為分子量在4000～300000之間的含羥基、羧基或馬來酸酐接枝的高分子烴類化合物用量為木粉的2.0％～10％；所制得的PVC木塑復合材料具有優良的加工性能和物理機械性能、制品表面光滑、木粉填充量大而且容易分散均勻、制造成本低廉。
文檔編號C08L51/00GK1827680SQ20061003468
公開日2006年9月6日 申請日期2006年3月28日 優先權日2006年3月28日
發明者陳福林, 雷彩紅, 岑蘭, 陳廣漢 申請人:廣東工業大學