PVC木塑复合发泡板改性研究.pdf

现 代 塑 料 加 工 应 用 2 0 1 3年 第 2 5卷 第 5期 MODERN PLAS TI CS PROCESS I NG AND APPLI CAT1 0NS 27 P V O木 塑复合发泡板改性研 究 高 冬 朱骏 峰 王洪廷 吕佳佳 ( 1 江苏润聚新材料科技有 限公 司 ， 江苏 南京 ， 2 1 1 5 0 5 ； 2 中国化学工程第十 四建设有 限公 司 ， 江苏 南京 ， 2 1 O O 4 4 ) 摘要 ： 研究 了木粉粒径和用量 以及抗冲改性剂 、 发泡剂 、 润滑剂 、 发泡调节剂、 增强剂的用量对 聚氯 乙烯 ( P VC) 木 塑复合 发泡板性能 的影响 。结果表 明， 在 P VC中添加粒径为 1 5 0“ m 木粉、 氯化聚乙烯 ( CP E) 、 A C发泡剂 、 L 5 0 3润滑剂 、 发泡调节 剂 、 增强剂 ， 其质量分数分别为 1 5 o ， 4 o ， 0 4 ， 1 6 ， 6 O ， 8 O 时 ， 得到的 P VC木塑复合发 泡板的综合性 能和成 本最 佳。 关键词 ： 聚氯乙烯木粉发泡板改性 M o d i f i c a t i o n o f PVC W o o d Pl a s t i c Co mp o s i t e Fo a mi ng S h e e t Ga o Do n g Zh u J u n f e n g Wa n g Ho n g t i n g Lv J i a j i a ( 1 J i a n g s u Ru n j u Ne w Ma t e r i a l Te c h n o l o g y Co ， Lt d ，Na n j i n g，J i a n g s u， 2 1 1 5 0 5 ； 2 Ch i n a Na t i o n a l Ch e mi c a l En g i n e e r i n g No 1 4 Co n s t r u c t i o n Co ，Lt d ，Na n j i n g ， J i a n g s u ，2 1 0 0 4 4 ) Ab s t r a c t ： The i n f l ue n c e s of t he pa r t i c l e s i z e a n d a m o un t o f wo od f l ou r，a s we l l a s a mou nt o f i m p a c t mod i f i e r， f oa mi ng a ge nt ， l ubr i c a nt ， f oa m c on t r ol a g e n t， s t r e n gt h e n i ng a ge nt o n t he p r op e r t i e s of woo d p l a s t i c c ompo s i t e f o a mi ng s he e t we r e s t u d i e d Th e r e s u hs s h o w t h a t a d d i n g wo o d f l o u r o f 1 5 0 u m p a r t i c l e s i z e ， CP E， AC b l o wi n g a g e n t ， L5 03 l u br i c a nt ， f o a m c o nt r ol a ge nt ， a nd s t r e ng t he ni n g a ge n t i n PVC， t he i r m a s s r a t i o a r e 1 5 0 ， 4 0 ， 04 ， 1 6 ， 6 0 ， 8 0 r e s p e c t i v e l y， t he c ompr e h e ns i v e pe r f o r m a nc e a nd t he c o s t of t he wo o d pl a s t i c c o m po s i t e f oa m b o a r d a r e e x c e l l e nt Ke y wor d s ： p o1 y v i ny 1 c hl or i d e； woo d f l ou r； f oa mi ng s he e t ； m o di f i c a t i on 木塑复合发泡板大部分 以聚氯乙烯 ( P VC ) 树脂、 木粉及碳 酸钙粉末为主要原料 ， 加入抗冲 改性剂 、 发泡剂 、 稳定剂 、 增强剂 、 润滑剂等助剂 ， 混合均匀经锥形双螺杆挤 出机塑化挤出， 后通过 定型、 冷却、 牵引、 切割而得到 。其 中木粉可为果 壳 、 农作物秸秆 、 木材锯末 、 边角料、 碎木片以及 刨花等废弃物经过简单的干燥粉碎处理得到， 来 源非常丰富 ， 且价格低廉 。木塑复合发泡板具有 物理化学性能优 良、 可二 次加工 、 耐酸碱 、 耐腐 蚀 、 吸水性小 、 可 回收利用等优点口 ， 在 目前的国 内市 场有 着 广 阔 的 前景 。木 塑 复合 发 泡板 作 为 新型建筑模板主要应用于建筑行业 ， 近几年 已逐 渐为市场接受 ； 具有外表美观、 防水防火 、 耐腐蚀 等优 良特点， 而且不含 甲醛 ， 为绿色无污染 的环 保材料 2 ， 还可作为装饰板应用于室内装修装饰 等领域 。 本 研究考 察 了木粉 、 抗 冲改性 剂 、 发泡 剂 、 润 滑 剂 、 发 泡调 节 剂 、 增 强剂 对 木 塑 复合 发 泡 板 主 要性能的影响， 并提出适合建筑行业使用的木塑 复合 发 泡板 的配方 。 1 试验 部分 1 1 主 要原 料 P VC， S - 7 0 0 ， 中 国石化齐 鲁石 油化 工 有 限公 司 ； 木 粉， 粒径 1 5 0 m， 当地木粉加工 厂收集 ； 轻质碳酸钙， 粒 径 1 8 m， 南京道润化工有 限公 司； 发泡调节剂， L S - 9 0 ， 山东瑞 丰高分子材料股 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 4 1 7 ； 修改稿收到 日期 ： 2 0 1 3 0 6 0 5 。 作者简介 ： 高冬 ， 男 ， 硕士， 主要从 事聚烯烃新材料 的开发和 生产管理工作。E - ma i l ： g a o d o n g r u n j u t e c h c o m。 2 8 现代塑料加工应用 2 O 1 3 年 1 0月 份有限公司； 抗冲改性剂 ， C P E 一 1 3 5 A， 山东瑞丰 高分 子材料 股份 有 限公 司 ； 发 泡剂 ， NH6 0 0 A， 增 强剂 ， J M一 0 1 ， 偶联剂 ， J R 1 l O 一 4 0 ， 均为上 海杰上 杰化 学有 限公 司 ； 铅盐 复 合 稳定 剂 ， D P 一 1 3 ， 南 京 金 陵化工 厂 有 限 责 任 公 司 ； 复 合 润 滑 剂 ， L 5 0 3 ， 上虞市三益助剂有限公司。 1 2主要设 备与 仪器 高速混合 机， J G GHL 5 0 0 1 0 0 0 ； P VC木 塑 复合 发 泡 板 材 生 产 线 ， J G- MS B 8 0 1 5 6 ； 强 力 粉 碎 机 ， J G P S 4 O O ， 山 东 通 佳 机 械 有 限 公 司 ； 硬 度 计 ， HR 一 1 5 0 A， 上 海 研 润 光 机 科 技 有 限公 司 ； 电 子密 度 仪 ， Z MD- 1 ， 上 海 方 瑞 仪 器 有 限公 司 ； 管 材落锤 冲击 试 验 机 ， x J c J - 2 ， 承 德考 思 科 学 检 测 有 限公 司 ； 静 曲强度 试 验 机 ， Q J 2 1 1 ， 人 造板 握 螺 钉力检测仪 ， QJ 2 1 1 S ， 均为上海倾技仪器仪表科 技有 限公 司 。 1 3生产 工艺 与测试 按 照配方 把各 组 分 原 料称 量 后 加 入 高速 混 料机 中充分混合均匀 ， 将混合均匀的物料经螺旋 自动上料机投入挤出机料斗中， 同时将挤出机温 度 预先 设 定并 保 温 ， 经 挤 出机 将 原料 熔 融 塑化 。 由主机 和辅机 共挤 ， 通过 专用模 具挤 出进 入定 型 装置 中 ， 冷却定 型成 型 ， 并 通过 牵 引将 其牵 出 ， 进 入 自动切 割机 按 预 先设 定 的长 度 实现 自动 切 割 至堆放架， 得到木塑复合发泡板 。将所得样品制 成 各测 试样条 ， 以备测试 。 1 4测试标 准 硬 度按 G B T 3 3 9 8 2 2 O O 8测试 ； 密 度 按 GB T 1 0 3 3 1 2 O O 8测 试 ； 冲击 强 度 按 GB T 1 4 1 5 3 - 1 9 9 3 测试 ； 静曲强度按 GB T 1 2 6 2 6 9 1 9 9 0测 试 ； 握 钉 力 按 GB T 1 4 0 1 8 2 0 0 9测试 。 2结果 与讨论 2 1 木 粉对木 塑复 合发 泡板性 能 的影响 木粉的粒径对木塑复合发泡板的发泡性能 有着重要影响。木粉粒径减小 ， 则体系表观黏度 增加 ， 发 泡较 容 易 。但 粒 径 过 小 则容 易 团聚 ， 且 物理性能变差 。在 P VC 中添加质 量分数 为 1 5 0 的 木 粉 、 4 0 的 氯 化 聚 乙 烯 ( C P E) 、 0 4 的 AC发 泡 剂 、 1 6 的 L 5 0 3 、 6 0 的发 泡调 节 剂、 8 0 的增 强剂 ， 考 察木 粉 粒 径对 P VC木塑复合发泡板性能的影响， 结果见表 1 。 表 1 木粉粒径对木塑复合发泡板性 能影 响 。 从 表 1可 以看 出 ， 随着 木 粉粒 径 的减 小 ， 木 塑发泡材料的硬度 、 密度及握钉力不断增加 ， 静 曲强度有所下降。另外 ， 木粉粒径还可以影响产 品的表 面性能 ， 木粉 粒径 过大 时会造 成产 品表 面 粗糙 ， 光泽度差 ， 影响产品美观 。 综合考虑 ， 木粉粒径为 1 5 0 m时合适。 固定木粉粒径为 1 5 0 m， 其他助剂添加量 不变 ， 考察木粉用量对 P VC木塑复合发泡板性 能 的影 响 ， 结 果见 表 2 。 表 2 木粉用量对木塑复合发泡板性能影响 戢 皴 cm 。 从 表 2可 以看 出 ， 随着 木 粉 用量 的增 加 ， 木 塑复合发泡板 的硬度、 密度及握钉力都有所 下 降， 静曲强度有所提高。 综 合考 虑 ， 木 粉 质 量 分 数 为 1 5 0 时 最 适 合 实际 生产 。 2 2 C P E用量 对木 塑复合 发 泡板性 能影 响 C P E最 初 是 作 为 P VC改 性 剂 而 迅 速 发 展 起来的， 至今改性 P VC仍是 C P E最重要的应用 领域之 一 。C P E有 极 好 的 填 充 性 ， 可 添 加 大 量 各种填充剂 ， 改善其拉伸特性 、 压缩及永久变形 ， 并可降低成本 。在 P VC中添加粒径为1 5 0 p m、 质量分 数 1 5 0 的木 粉 ， 添加 0 4 的 AC发泡 剂、 1 6 的复合润滑剂 L 5 0 3 、 6 0 的发泡调节 剂、 8 0 9 6 的增强剂， 考察 C P E的用量对于木塑 6 3 7 5 8 7 6 5 8 8 1 1 1 0 9 ；1 5 7 5 4 8 7 8 9 0 1 ；2 2 5 9 l 5 1 0 8 7 4 1 7 6 6 6 6 O O 0 O O 5 4 6 6 8 8 8 7 6 5 5 O 5 O 5 1 1 2 2 高冬 等 P V C木塑复合发泡板改性研究 复合发泡板性能的影响 ， 结果见表 3 。 表 3 O P E用量对木塑复合发泡 板性能影响 C P E质量 密度 静 曲强 握钉低温落锤冲击 分数 ， 硬度 ( g c m一 。 )度 MP a力 N 破 数 。 从 表 3可以看 出 ， 随着 C P E用 量 的增 加 ， 木 塑复合发泡板的硬度、 密度 、 静曲强度、 握钉力都 有所增加。但 C P E会加速发泡过程 中气体的散 失 ， 从而阻止泡孔的生长 ， 因而对制品高孔 隙率 的形成 不利 ， 所 以 过量 的 C P E会 影 响 发 泡 材 料 的发泡 效果 。 综合考虑 ， C P E用量为 4 0 时最适合实际 生 产 。 2 3 发泡 剂 用量对 木 塑复 合发 泡板 性能 影 响 发泡剂用 量应控制 合理 ， 过少 发泡效果 不 好 ， 过多会导致材料分解变色， 不但不能发泡 ， 反 而会使材料变脆 ， 影响发泡板 的质量L 4 。常用的 发泡剂有 AC发泡剂， CO 。 ， N 等。在 P VC中添 加粒径 为 1 5 0 m、 质量 分数 1 5 0 的木粉 ， 4 0 的 C P E、 1 6 的复 合 润 滑剂 L 5 0 3 、 6 0 的发泡调节剂 、 8 0 的增强剂 ， 考察 AC发泡剂 的用量对木 塑复合发泡板性 能的影响 ， 结果 见 表 4。 表 4 A O发 泡剂 用量对木塑复合发泡板性能影 响 AC质 量 稀 睁 密度 静 曲强 握钉低温落锤冲击 分数 ， ( gc m 。 )度 MP a力 N 破裂数 个 0 2 8 3 O 4 7 7 O 6 7 3 0 8 7 1 1 O 6 5 0 7 3 4 1 9 1 O 6 2 8 1 9 8 0 6 0 7 2 O 5 O 5 8 6 2 O 0 0 5 6 7 1 9 4 从表 4可 以看 出 ， 随着 AC发 泡剂 用 量 的增 加 ， 木塑复合发泡板的硬度、 密度 、 握钉力均不断 减小 ， 静曲强度先增大后减小 。 另外 ， 当 AC发 泡 剂 质 量 分 数 超 过 0 8 时 ， 挤出过程开始出现不稳定 ， 熔体离开 口模 时 中心易开裂。这是因为发泡剂分解为放热反应 ， 发泡剂过量时释放热量过大导致熔体黏度的下 降， 表面张力减小 ， 使表面微孔破裂。 综合考虑 ， AC发泡剂用量为 0 4 时适合 实 际生 产 。 2 4润 滑剂 用量 对木 塑 复合发 泡板 性能 的影 响 润 滑剂加 入 太 少 ， 物 料 流 动性 差 ， 发 泡 后 易 拉 伤制 品表 面 ； 过 多会 导 致 物料 流动 性 过大 ， 挤 出压 力 过小 ， 不 利 于 泡 孔 成 核 。P V C 木 塑 发 泡 中常用 的润滑 剂有 P E蜡 、 硬 脂 酸 、 硬 脂 酸铅 、 石 蜡等 。在 P VC中添加质量分数 1 5 0 、 粒径为 1 5 0 m 的木 粉 ， 4 0 的 C P E、 0 4 的 AC发 泡剂 、 6 0 的发 泡调 节剂 、 8 0 的增强 剂 ， 考察 复合润滑剂 L 5 0 3用 量对木塑复合发泡 板性能 的影 响 ， 结 果见 表 5 。 表 5 L 5 0 3用量对木塑复合发泡板性能的影响 L 5 0 3质量 。 密度 静曲强 握钉低 温落锤 冲击 分数 ， 硬度 ( g m 。 )度 MP a 力 N 破裂数 个 从 表 5可 以看 出 ， 随 着 L 5 0 3用 量 的增 加 ， 木塑复合发泡板的硬度和握钉力不断降低 ， 其他 性能变化不大。当 L 5 0 3用量过低时 ， 聚合物挤 出困难 ， 且 表 面 发 黄 、 破 裂 ； 当 L 5 0 3用 量 过 高 时 ， 聚 合 物 内摩 擦 过 低导 致 板 材偏 软 ， 力 学 性 能 不 足 。 综合考虑， 复合润滑剂 L 5 0 3用量 为 1 6 时最 适 合实 际生 产 。 2 5 发泡调 节 剂对木 塑 复合发 泡板 性 能的 影响 发 泡调 节剂 可 调 节发 泡 剂 所 产 生 气 泡 在 熔 融共混体中的分布情况， 能有效地防止气泡的合 并 ， 得 到均匀 发泡 的制 品 。此外 发泡 调节 剂还 可 促进 P VC的塑化 ， 提高熔体强度和流动性能 ， 从 而改善熔体 的加工性能 ， 提高表 面光洁度 。在 P VC中添加质量 分数 1 5 0 、 粒径为 1 5 0 m 的木 粉 ， 4 0 的 C P E、 0 4 的 AC 发 泡 剂 、 1 6 的复合润 滑剂 L 5 0 3 、 8 0 的增 强 剂 ， 考察 2 1 0 O O O 5 6 O 6 3 9 4 8 1 4 O 2 O O 1 l 2 2 _- 4 3 1 6 2 5 8 9 O O 1 l 1 1 2 2 2 2 1 2 0 3 7 8 O 1 2 3 5 7 6 6 6 6 6 6 O O O 0 0 0 7 8 5 l 6 8 5 6 7 8 8 8 O O O O O 0 2 4 6 8 O l O O O 0 0 0 6 3 7 3 6 O 7 2 9 6 2 O 0 2 l 1 1 1 I I I I I 1 0 3 5 6 2 7 9 9 9 9 O 9 ；l 9 1 8 4 8 7 6 7 3 3 2 2 3 2 6 6 6 6 6 6 O O 0 0 0 0 8 5 7 4 8 4 8 8 7 7 6 6 4 8 2 6 O 0 O 0 1 1 2 3 O 现代塑料加工应用 2 0 1 3 年 1 O月 发泡调节剂用量对木塑复合发泡板性能的影响 ， 结果 见表 6 。 综合考虑， 增强剂用量为 8 0 时最适合实 际生产 。 表 6 发泡调节剂用量对木塑复合发泡板性能影响 表 7 增强剂用量对木塑复合发泡板性 能的影 响 从 表 6可 以看 出 ， 随着发 泡调 节剂 用量 的增 加 ， 木塑发泡材料 的密度不断降低 ， 其他性能变 化不 大 。发 泡 调 节 剂用 量 为 6 0 时 最 适 合 实 际生 产 。 2 6 增 强剂对 木塑 复合发 泡板 性能 的影 响 在 P VC 中添 加 质 量 分 数 1 5 0 、 粒 径 为 1 5 0 m 的木 粉 ， 4 0 的 C P E、 0 4 的 AC发 泡剂 、 1 6 的复合润滑剂 L 5 0 3 、 6 0 的发泡调 节剂 ， 考察增强剂用量对木塑复合发泡板性能的 影 响 ， 结果 见表 7 。 从 表 7可 以看 出 ， 随着 增 强 剂用 量 的增 加 ， 木塑发泡材料的硬度 、 静曲强度 、 握钉力均增加 ， 密度变化不大。增强剂使混合体中的无机填料 与 P VC紧密 相 连 ， 大大 提 高 了板 材 的机 械 强度 和尺寸稳定性 ， 使板材的各项力学性能优化。此 外增强剂还有利于提高混合体的流动性 ， 从而提 高板材的表面性能和加工性能 。 3 结 论 在 P VC 中 添 加 质 量 分 数 1 5 0 粒 径 为 1 5 0 m的木 粉 、 4 0 的 C P E、 0 4 的 AC发 泡 剂 、 1 6 的复合润 滑剂 L 5 0 3 、 6 0 的发 泡调 节 剂 和 8 O 的增 强剂 ， 得 到 的木 塑复 合 发 泡板 产 品综合性能和成本最佳 。 参 考 文 献 1 3 朱东锋 环保型 P V C木 塑复合材料制备及性能研 究 D 杭州 ： 浙江工商大学 ， 2 0 1 2 2 3 李均强P VC基木塑复合材料结构与性能的研 究 D 广 州： 华南理工大学 ， 2 0 1 1 3 邓运红 ， 赵 良知 ， 李及珠 P V C 木 塑复合材 料挤 出发 泡的 研究进展 J 塑料 ， 2 0 0 8 ，3 7 ( 6 ) ： 8 1 8 5 4 白晓燕 ， 王清文 ， 隋淑娟改性