CN103992592A - 二次纤维木塑材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用造纸用二次纤维制备的木塑复合材料及其制备方法。与现有木塑复合材料相比，本发明所述二次纤维木塑复合材料充分利用造纸材料二次纤维来生产木塑复合材料，不仅能够起到很好地进行废料再利用，而且有利于环保；另外本发明的二次纤维木塑复合材料易于加工，其加工长度不受限制，且生产效率高、性能优良(零甲醛、防水、防潮、防霉、防蛀)，将来是取代普通密度板、多层板材的理想装饰材料，使用数年后，可100％回收再利用；且生产工艺简单、易于操作，稳定性好。

Description

二次纤维木塑材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及木塑材料领域，具体的说，涉及一种利用造纸用的二次纤维制备的木塑材料及其制备方法。

背景技术

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用木粉、木纤维或植物纤维填充热塑性聚合物经高温高压处理制成的材料，兼有木材和塑料的优点，它的主要原料是农林废弃物(如废弃木材、农作物稻秸秆等)和热塑性塑料。农作物秸秆作为农业生产的副产物，产量大、分布广，据统计目前我国农作物秸秆产生量每年约8～10亿吨。长期以来，国内外对农作物秸秆的综合利用进行了广泛的研究，获得了一些可利用的途径，其中重要的一种就是将木质纤维和塑料共混，制备复合材料，如将棉田废弃物和废弃的地膜混合，加入合适的添加剂制成木塑地板；将秸秆或花生壳与PVC、PP或PE混合，高温高压制备出木塑材料。木塑材料的开发应用有利于保护森林资源，减缓废弃木材和塑料对环境的污染，充分利用自然资源。

对于造纸工业而言，废纸是一种十分重要的可回用资源，回收用纸就是目前人们针对于此类可回用资源而提出的一个术语。因为原料易得，且工艺过程简单，更重要的是既节约资源又保护环境。因此，可以取得良好的经济效益和社会效益。这种回收用纸制备的纸浆称之为回收纤维或二次纤维。对于缺乏纤维原料的国家来说，利用二次纤维有重要的经济意义。二次纤维中的纤维素的含量很高，非常适合制备木塑材料。

基于上述要求，本发明提供了一种利用二次纤维制备的木塑复合材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用二次纤维制备的木塑复合材料及其制备方法，本发明制备的二次纤维木塑复合材料物理性能优良，防水、防潮、防霉，易于加工，且能够充分利用造纸废渣中的二次纤维，同时节约木材资源。

本发明所述的二次纤维木塑复合材料，是由以下重量份数的原料制成：

PVC树脂粉：100份；

二次纤维粉：20～50份；

钙质填充剂：20～50份；

稳定剂：1～5份；

PE蜡：0.5～1.5份；

硬脂酸：0.5～1.5份；

发泡调节剂：3～10份；

发泡剂：0.1～2份。

其中，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10～400μm，优选与木质纤维粉粒度接近的20～200μm。

其中，所述二次纤维粉可选用造纸领域常用的二次纤维粉，将造纸工业常用的二次纤维的纸浆干燥制粉即可。特别是可选用将废纸利用蒸汽爆破法制成的二次纤维粉；一般来说，所述蒸汽爆破法制备二次纤维粉的方法是将各种废纸浆化后送入蒸汽爆破器中,通过往复式活塞将其压缩成塞状物料,该塞状物连续送入高压釜,经过蒸汽处理使其温度达到230℃以上,压力达到1-3个大气压，处理0.5-10min，然后将物料通过一个喷料阀喷出,使压力降至常态。通过饱和蒸汽闪击之后,废纸已分解成纤维和能够洗涤出去的油墨粒子。然后与晶华、筛选、洗涤等设备配套制得二次纤维纸浆，然后将纸浆干燥制粉。粉末的粒度优选为50～80目。

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。

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。

所述PE蜡即聚乙烯蜡，其分子量一般为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。

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。

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，如山东瑞丰高分子有限公司生产的ACR发泡调节剂。

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。

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，如山东瑞丰高分子有限公司生产的ACR发泡调节剂。

优选的，所述木塑浴室板的表面层采用以下重量份数的原料制成：

PVC树脂粉：100份；

二次纤维粉：20～40份；

钙质填充剂：30～50份；

稳定剂：2～5份；

PE蜡：0.9～1.1份；

硬脂酸：0.7～0.9份；

发泡调节剂：5～8份；

发泡剂：0.5～1.5份。

本发明还提供了利用二次纤维制备木塑复合材料的方法。

所述二次纤维木塑复合材料的制备方法包括如下步骤：

1)将二次纤维粉与质量为配方量20-30％的钙质填充剂加入搅拌混料机，混合均匀，然后加入PE蜡和硬脂酸，加热至100-110℃，混合均匀，再依次加入PVC树脂粉，稳定剂，发泡调节剂，发泡剂，剩余量的钙质填充剂，加热到130～150℃，混合均匀，再冷却至70～80℃放出；

2)将混合好的原料加入挤出机，加热至140～180℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成型材。

型材的长度、宽度、厚度可根据客户要求任意确定。

采用上述加料顺序，首先钙质填充剂能够与二次纤维粉紧密结合，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。

本发明的二次纤维木塑复合材料具有如下优点：

1)本发明能够充分再利用造纸材料二次纤维来生产木塑复合材料，不仅能够起到很好地进行废料再利用，而且有利于环保；

2)本发明的木塑型材，易于加工，其加工长度不受限制，且生产效率高、性能优良(零甲醛、防水、防潮、防霉、防蛀)，将来是取代普通密度板、多层板材的理想装饰材料，使用数年后，可100％回收再利用。

3)本发明的木塑型材，其生产工艺简单、易于操作，稳定性好、易于加工。

具体实施方式

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。

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为本领域常用的设备。其中实施例1-4所用的各原料的名称和生产厂家如表1所示：

表1实施例1_-4的原料及厂家

钙质填充剂选用石家庄井陉碳酸钙厂的轻质碳酸钙；PE蜡选用江阴红盛塑料助剂厂的聚乙烯蜡；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；硬脂酸采用江阴红盛塑料助剂厂的硬脂酸；发泡调节剂选用山东瑞丰高分子有限公司的ACR发泡调节剂；

实施例1

按下述重量份数称取各原料：

PVC树脂粉：100份；

二次纤维粉：40份；

钙质填充剂：30份；

稳定剂：2份；

PE蜡：0.9份；

硬脂酸：0.7份；

发泡调节剂：5份；

发泡剂：0.5份。

按下述方法制备二次纤维木塑复合材料型材：

1)将二次纤维粉与质量为配方量30％的钙质填充剂加入搅拌混料机，混合均匀，然后加入PE蜡和硬脂酸，加热至110℃，混合均匀，再依次加入PVC树脂粉，稳定剂，发泡调节剂，发泡剂，剩余量的钙质填充剂，加热到150℃，混合均匀，再冷却至80℃放出；

2)将混合好的原料加入挤出机，加热至180℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成型材。

实施例2

按下述重量份数称取各原料：

PVC树脂粉：100份；

二次纤维粉：20份；

钙质填充剂：30份；

稳定剂：2份；

PE蜡：0.9份；

硬脂酸：0.7份；

发泡调节剂：5份；

发泡剂：1.5份。

按下述方法制备二次纤维木塑复合材料型材：

1)将二次纤维粉与质量为配方量30％的钙质填充剂加入搅拌混料机，混合均匀，然后加入PE蜡和硬脂酸，加热至100℃，混合均匀，再依次加入PVC树脂粉，稳定剂，发泡调节剂，发泡剂，剩余量的钙质填充剂，加热到130℃，混合均匀，再冷却至70℃放出；

2)将混合好的原料加入挤出机，加热至160℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成型材。

实施例3

按下述重量份数称取各原料：

PVC树脂粉：100份；

二次纤维粉：40份；

钙质填充剂：50份；

稳定剂：5份；

PE蜡：1.1份；

硬脂酸：0.9份；

发泡调节剂：8份；

发泡剂：1.5份。

按下述方法制备二次纤维木塑复合材料型材：

1)将二次纤维粉与质量为配方量20％的钙质填充剂加入搅拌混料机，混合均匀，然后加入PE蜡和硬脂酸，加热至100℃，混合均匀，再依次加入PVC树脂粉，稳定剂，发泡调节剂，发泡剂，剩余量的钙质填充剂，加热到130℃，混合均匀，再冷却至70℃放出；

2)将混合好的原料加入挤出机，加热至140℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成型材。

实施例4

按下述重量份数称取各原料：

PVC树脂粉：100份；二次纤维粉：20份；钙质填充剂：50份；

稳定剂：5份；PE蜡：1.1份；硬脂酸：0.8份；

发泡调节剂：6份；发泡剂：1份。

按下述方法制备二次纤维木塑复合材料型材：

1)将二次纤维粉与质量为配方量20％的钙质填充剂加入搅拌混料机，混合均匀，然后加入PE蜡和硬脂酸，加热至100℃，混合均匀，再依次加入PVC树脂粉，稳定剂，发泡调节剂，发泡剂，剩余量的钙质填充剂，加热到150℃，混合均匀，再冷却至80℃放出；

2)将混合好的原料加入挤出机，加热至140℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成型材。

实施例1-4制备的产品性能如表2所示：

表2二次纤维木塑复合材料型材的性能

显然，本发明所述的二次纤维木塑复合材料质量轻，吸水率低，力学性能好。

Claims (7)

1.一种二次纤维木塑复合材料，其特征在于，所述二次纤维木塑复合材料采用以下重量份数的原料制成：

PVC树脂粉：100份；

二次纤维粉：20～50份；

钙质填充剂：20～50份；

稳定剂：1～5份；

PE蜡：0.5～1.5份；

硬脂酸：0.5～1.5份；

发泡调节剂：3～10份；

发泡剂：0.1～2份。

2.如权利要求1所述的二次纤维木塑复合材料，其特征在于，所述二次纤维木塑复合材料是采用以下重量份数的原料制成：

PVC树脂粉：100份；

二次纤维粉：20～40份；

钙质填充剂：30～50份；

稳定剂：2～5份；

PE蜡：0.9～1.1份；

硬脂酸：0.7～0.9份；

发泡调节剂：5～8份；

发泡剂：0.5～1.5份。

3.如权利要求1或2所述的二次纤维木塑复合材料，其特征在于，所述钙质填充剂为碳酸钙。

4.如权利要求1-3任意一项所述的二次纤维木塑复合材料，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。

5.如权利要求1-4任意一项所述的二次纤维木塑复合材料，其特征在于，所述发泡调节剂为聚丙烯酸酯类发泡调节剂。

6.如权利要求1-5任意一项所述的二次纤维木塑复合材料，其特征在于，所述发泡剂为偶氮酰胺类放热型发泡剂。

7.如权利要求1-6任意一项所述的二次纤维木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将二次纤维粉与质量为配方量20-30％的钙质填充剂加入搅拌混料机，混合均匀，然后加入PE蜡和硬脂酸，加热至100-110℃，混合均匀，再依次加入PVC树脂粉，稳定剂，发泡调节剂，发泡剂，剩余量的钙质填充剂，加热到130～150℃，混合均匀，再冷却至70～80℃放出；

2)将混合好的原料加入挤出机，加热至140～180℃挤出，经磨具定型、冷却、牵引、定尺、切割成型材。