《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》是安徽森泰木塑集團股份有限公司於2020年3月27日申請的專利，該專專利公布號：CN111231469A，專利公布日：2020年6月5日，發明人是：黃東輝、唐道遠、張志勇。
《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》公開了一種雙層PE共擠木塑板，屬於新材料領域，包括由第一木塑材料構成的環保基材和由第二木塑材料構成的耐候表層，所述的耐候表層完整包裹在所述的環保基材上；所述第一木塑材料由包含回收的木塑板材粉碎料和木竹粉的第一原料製成，所述的第二木塑材料由包含新生的高密度聚乙烯和木竹粉的第二原料製成；所述的第二原料中還包含有耐候穩定劑；所述的耐候表層的至少一個表面上具有被壓制的凹槽，所述凹槽的最大深度大於所述耐候表層的厚度。該發明的產品環保且生產成本低，其表面顏色和紋理較好，相較於2020年3月以前的技術的同類產品耐候性顯著提高。
2021年8月16日，《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法
- 公布號：CN111231469A
- 公布日：2020年6月5日
- 申請號：2020102289986
- 申請日：2020年3月27日
- 申請人：安徽森泰木塑集團股份有限公司
- 地址：安徽省宣城市廣德經濟開發區國華路
- 發明人：黃東輝、唐道遠、張志勇
- Int.Cl.：B32B27/32(2006.01)I、B32B27/20(2006.01)I、B32B9/00(2006.01)I、B32B9/04(2006.01)I、B32B21/02(2006.01)I
- 專利代理機構：浙江千克智慧財產權代理有限公司
- 代理人：沈濤
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
木塑戶外地板主要材料為PE和木粉或者竹粉，經過加入助劑，高速混合後，進行造粒，再使用擠出機將粒料擠出成型材，此類地板可用於園林景觀，別墅等戶外平台。兼有木材和塑膠的性能與特徵，能替代木材和塑膠的新型環保高科技材料，其英文Wood Plastic Composites縮寫為WPC。木塑地板擁有和木材一樣的加工特性，使用普通的工具即可鋸切、鑽孔、上釘，非常方便，可以像普通木材一樣使用。同時具有木材的木質感和塑膠的耐水防腐特性，使得它成為一種性能優良並十分耐用的室外防水防腐建材。然而隨著木塑材料的普及，大量的廢材成為垃圾，給環境和資源造成極大的負擔。CN104311948A公開了一種PE木塑裝飾面板的配方，它包括組分A和組分B，其中組分A：木粉55-75，石蠟油0-1，組分B主要是回收塑膠，還包括其它的一些抗氧化劑、高嶺土、紫外吸收劑以及其它的改性劑等。
《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》的木塑裝飾面板的配方以回收木粉及回收PE塑膠為主要原料，成本低廉，同時，該發明還提供了一種新的生產工藝，使得木粉最高添加比例可達70％，採用該工藝及前述配方製得的PE木塑板，具有木材的表觀和仿木條紋，具有成本低的優點。可以看出，該發明採用PE回收料，不僅解決了環境的負擔問題，還變廢為寶，實現了有效的資源利用。CN104890340B公開了一種戶外高耐候性高強度共擠塑木複合地板，它有表層和裡層兩層組成，兩層的組分配比中，表層中含有清樹脂40～60重量份，改性樹脂30～45重量份，120目硬木粉5～20重量份，碳酸鈣1～10重量份，滑石粉1～10重量份，抗UV劑0.1～1重量份，抗氧化劑0.1～1重量份，白油0.1～3重量份，馬來酸酐接枝PP1.2～4.2重量份，PE臘0.1～3重量份，EBS0.1～1.5重量份，硬脂酸鋅0.1～3重量份，色粉2～6重量份；裡層的配比有HDPE30～45重量份，120目硬木粉35～55重量份，偶聯劑2～6重量份，碳酸鈣5～20重量份，玻璃纖維15～35重量份，PE臘0.1～3重量份，EBS0.1～1.5重量份，硬脂酸鋅0.1～3重量份。
《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》的共擠塑木複合地板具有耐候性高，強度高的優點，但該發明的整體思路是改變兩層的成分來解決機械性能和耐候性，並不能適用回收料。但是廢舊的木材和塑膠的大量使用，加劇了板材原來弱點，即彎曲模量和彎曲強度因回收塑膠的波動普遍不高或不穩定；同時可能是因為成分複雜等原因，產品更容易出現微生物侵蝕，即木塑產品的抗腐蝕性能有較大程度的下降，更讓人不能接受的是，即使採用將大批回收料預先混合做到性能均一，也無法避免由於回收料的規格不同而造成不同批次的產品的顏色產生較大的色差的問題，這對於2020年3月前的木塑產品的性能是致命的。這是因為，截至2020年3月，中國的木塑產品有很大一部分出口到國外，不同批次的產品的性能不同容易造成產品被認定不合格，尤其是外觀顏色不一致時導致產品報廢。另外一個方面，由於不同的批次的廢料中含有抗氧化劑和老化劑，在被回收利用製成新的地板後，雖然在新品時看不出差異，但是在使用一段時間後，不同批次的產品則表現出不同變化，這也造成了本產品的不可接受。綜上，上述技術問題阻礙了廢舊木塑產品的二次利用。
發明內容
專利目的
為解決上述技術問題，《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》提出一種雙層PE共擠木塑板。該發明在不增加生產成本的情況下，有效解決回收木塑地板木塑顏色、耐候性和力學性能不佳和不穩定的問題。
技術方案
《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》包括由第一木塑材料構成的環保基材和由第二木塑材料構成的耐候表層，所述的耐候表層完整包裹在所述的環保基材上，所述第一木塑材料由包含有回收的木塑板材粉碎料和木竹粉的第一原料製成，所述的第二木塑材料由包含有高密度聚乙烯和木竹粉的第二原料製成；所述的第二原料中還包含有耐候穩定劑；所述的耐候表層的至少一個表面上具有被壓制的凹槽，所述凹槽的最大深度大於所述耐候表層的厚度。2020年3月以前的共擠板材通常採用兩種擠出料單面相連線的結構，而《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》採取了外層的耐候表層完整包裹內部的環保基材的結構，針對兩種材料成分的不同而分別調整，充分利用了兩層材料的不同成本、外觀、耐候性能和力學性能，通過兩者的共擠形成整體板材的良好外觀、耐候和力學性能。該發明所述的木竹粉包含竹粉、木粉以及它們的混合物，在某些情況下，還可以添加一些其他纖維物質，木粉和竹粉的添加是實現板材二次加工性能的關鍵所在，在耐候表層和環保基材中添加木竹粉可實現板材整體的可鋸、可刨、粘結、可釘。實際上，回收的第一原料中的木塑板材粉碎料包含有PE、木竹粉等各種木塑產品原料，但是經過長時間的使用，部分成分發生了變化，二次使用時需要添加，但作為《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》的環保基材而言，其與普通的二次回收料製作的板材又有所不同，這是因為《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》的環保基材作為內芯，其外觀完全被作為表層的耐候表層所包裹，因此，可以加大木竹粉的使用量，甚至可以允許少許的擠出斷裂紋，這樣可以增加整體板材的木材屬性，而耐候表層將內芯完全包裹後，整體板材的外觀和耐候性都主要由耐候表層所呈現。
《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》在兩種基體中都添加了木粉可使得整體板材的握釘力均勻，尤其是在二次回收料中還可大量加入了木竹粉，一般可以達到回收木塑板材重量的一倍以上，但太多可能影響擠出性能，故控制在回收木塑板材重量的兩倍以下為宜，這些木竹粉的質量要求低，可以是各種類型，甚至可以有些雜質的廢木竹粉，故其成本較低。而耐候表層中的木竹粉添加量在10-20%之間，更為優選的是10-15%，如若耐候層中沒有添加或者添加量較少，則容易造成兩層之間的加工性能差別，使得產品與木材的差異過大，如若添加量達到一般木塑的添加量，如30~40%，不僅由於流動性和密封性致使環保基材的內芯無法被保護而影響產品的整體防水抗腐蝕性能，還會影響耐候的性能，這可能是由於某些纖維素的大量存在對耐候穩定劑的性能有負面影響。所述耐候穩定劑包含光穩定劑和/或抗氧化劑，通常光穩定劑占到第二原料總重量的3～6％，抗氧化劑占到第二原料總重量的0.15～0.4％。由於耐候層本身在整體塑木地板的占比不高，這些耐候穩定劑僅僅加入在耐候層中就極大地降低了這些添加劑的用量從而有效地降低了成本，即使加大這些添加劑的用量也不會對成本和板材的整體性能造成實質影響。另外，《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》的耐候層中通常還應該添加一些填充劑和色粉，其用量和種類根據不同的共擠工藝可進行調整。當然本領域技術人員可以根據需要在第二原料中添加本領域裡常用的各種改性劑、潤滑劑、阻燃劑、防霉劑、填料等，例如EBS、碳酸鈣、滑石粉、白油、馬來酸酐接枝PP等等。
為了控制成本，耐候層的厚度一般可控制在環保基材的1/5以下。做到1.0-2.0分鐘就足以滿足質量要求。厚度太薄，有些較淺的色彩會呈現露白現象；厚度過厚，出產的型材有時會呈現彎曲現象，因而操控好共擠層的厚度對確保產品質量是非常重要的，由於耐候層很薄，有時造成共擠困難，有時甚至造成兩層之間的翹開，更多的時候是使用時脫皮，雖然《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》的耐候層整體包裹環保基材層，這在一定程度上緩解了這一問題，但在某些極端情況下，上述缺陷仍然存在，在某些時候可以增加一些新料即高密度聚乙烯到第一原料中，這增強了兩層之間的粘合性能，但其增加量與生產工藝成本之間也會產生矛盾。為解決這一問題，《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》可在第一原料和第二原料中加入不超過5%的改性劑，所述改性劑為丙烯酸酯、丙烯腈和苯乙烯的三元共聚物，上述三元共聚物的加入可使得耐候表層和環保基材芯層具有更好的柔韌性，從而改變兩者之間原本較為剛性的接觸性質，從而提高二者的複合性。同時，由於在共擠成型的過程中，分散在兩者間的三元共聚物本身尚不完全固化，在產品剛剛共擠擠出時，由於耐候表層中的三元共聚物和環保基材中的三元共聚物不完全固化，並且具有相同的性質，這就使得耐候表層中和環保基材以此為基礎，產生了緊密的聯繫，而且本身耐候表層和環保基材的材料具有一定程度的同源性和相似性；因為在產品剛剛成型時，溫度和壓力仍能維持在較為合適的範圍，這就給兩者之間的融合進一步地提供了可能。
所述的耐候表層的至少一個表面上具有被壓制的凹槽，此凹槽可通過各種模具壓制而成，其形狀為木紋的凹凸形狀，當然這個形狀是由模具本身的形狀所決定的，將模具表面用雷射雕刻成木材紋理的形狀，刻在《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》的耐候層上形成非常逼真的木紋形狀。由於《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》的耐候層和環保基材的材質不同，因此容易僅僅在耐候層形成木材紋理。為了增加板材的高端和逼真木紋效果，將凹槽的最大深度設定為大於所述耐候表層的厚度，這樣木紋的部分區域就會顯示環保基材本身的顏色和外觀，由於耐候層和環保基材層兩者的材質不同，尤其是不同批次的或者不同部位的環保基材層的材質不同，這種不同反而增加木紋深邃的效果感，較大程度地增加本產品的市場認可度。另外，可以在模具中加入高溫加熱裝置，這種加熱裝置不同於一般的加熱裝置，其溫度通常要達到150攝氏度以上，更為優選180攝氏度以上，並且最好能夠在模具上形成溫差大於50攝氏度的若干溫度差分區。通常採用的模具為滾筒，通過滾筒在板材的表面形成木紋凹槽，《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》的滾筒採用較高的溫度，能夠在板材的耐候層形成類似碳化和半碳化的顏色過度區域，其外觀顏色更加自然。可採用在滾筒中設定兩組控溫裝置，極端地，可以設定一組加熱裝置另外設定一組冷卻裝置，兩者的交換管道可以相互交叉，從而實現模具與板材接觸部分的溫度差異。為了進一步增加本板材的木紋逼真效果，所述耐候表層上的凹槽是通過兩次壓制而成，兩次壓制可形成兩種深度和紋理不同的凹槽，這種組合在經過相互配合後可形成更為自然的木材紋理外觀。
《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》還提供了上述板材的製造方法，包括以下步驟：
a、回收料的預處理：將回收的PE木塑地板清洗掉各種灰塵和雜質後用酸溶液沖洗後再經清水處理，烘乾備用；
b、第一原料的製備：將上一步驟得到的回收料在粉碎機中粉碎為粉末並加入木竹粉和其它添加劑，充分混合後得到第一原料；
c、第一木塑材料的製備：將第一原料進行熔化，熔化後通過螺桿擠出造粒得到第一木塑材料；
d、第二原料的製備：將高密度聚乙烯和木竹粉以及其它添加劑經過高溫混合，再經過低溫混合後得到第二原料；
e、第二木塑材料的製備：將第二原料加入螺桿擠出機後經過擠出造粒而得到第二木塑材料；
f、共擠成型：分別將第一木塑材料和第二木塑材料的粒子加入主擠出機和副擠出機，通過共擠工藝得到具有耐候表層和環保基材並且耐候表層包裹環保基材的複合木塑板基板；
g、壓紋：將成型的基板通過滾筒壓出凹槽，形成表面木紋，得到產品。
《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》的第一原料製備過程中，由於木粉添加量較大，如果產品的擠出性能不佳，還需要添加增塑劑和潤滑劑等以改善第一木塑材料的擠出性能。在第二原料的製備中，添加劑可以是增黏劑、阻燃劑和防霉劑等等。通常共擠後，複合木塑板在定型模內冷卻定型，然後再通過高溫滾筒滾壓形成木紋，控制滾筒的凸出部分的凸出長度大於耐候表層的厚度以形成較深的木紋，同時顯現出內層環保層的顏色，因此，某些情況下，可以通過在第一原料中加入部分的顏色母粒，改變環保層的顏色實現更加深邃的木材紋理的效果。所述定型後的複合木塑板經過滾筒壓制後，還可再打磨後、切割等後段處理。另外，步驟1）所述的烘乾中，烘乾機溫度一般控制在90-120℃，烘乾後，水份控制在5％以內。滾筒的內部可設定多個加熱管道以及若干冷卻管道，冷卻管道可單獨分布在加熱管道之間，通過與加熱管道和冷卻管道分別連線的加熱媒介和冷卻媒介對滾筒實現控溫，來調整和形成耐候表層的紋理和色澤。
改善效果
1）《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》兩層融合，添加了改性劑、木竹粉等，不會出現分層，產品的力學性能優於普通木塑單擠產品；
2）芯層材料無顏色和外觀、耐候等要求，加大了廢料的使用範圍，同時增加木粉的用量，提升了產品的木材性能，並大大降低本產品的成本，同時克服了2020年3月以前的技術中廣泛存在的產品品質不統一的問題，實現了產品認可度的大大提升；
3）耐候表層的整體用料不多，故成本較低，可添加足量的各種抗氧化、抗光助劑等，產品表面顏色的穩定性，耐候性顯著提高，300小時耐老化性能提升25％，1500小時耐老化性能提升38％；
4）耐候表層的厚度只有0.5分鐘～2.5分鐘，而芯層幾乎全部使用回收料，生產成本相對下降，市場競爭力更強；
5）耐候表層不僅具備較好的耐候特點，由於其可以單獨處理，採用壓紋的方式還具備廣泛的木紋模仿性能，通過特殊的滾筒形狀和溫度設計可達到木紋的高度仿真效果，進一步提升了本產品的市場競爭力。
技術領域
《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》涉及塑木材料生產技術領域，尤其涉及一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法。
權利要求
1.《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》特徵在於：包括由第一木塑材料構成的環保基材和由第二木塑材料構成的耐候表層，所述的耐候表層完整包裹在所述的環保基材上，所述第一木塑材料由包含回收的木塑板材粉碎料和木竹粉的第一原料製成，所述的第二木塑材料由包含高密度聚乙烯和木竹粉的第二原料製成；所述的第二原料中還包含有耐候穩定劑；所述的耐候表層的至少一個表面上具有被壓制的凹槽，所述凹槽的最大深度大於所述耐候表層的厚度。
2.根據權利要求1所述的一種雙層PE共擠木塑板，其特徵在於：第一原料還包含有占第一原料質量分數1-5%的丙烯酸酯、丙烯腈和苯乙烯的三元共聚物，第二原料還包含有占第二原料質量分數1-5%的丙烯酸酯、丙烯腈和苯乙烯的三元共聚物。
3.根據權利要求1所述的一種雙層PE共擠木塑板，其特徵在於：所述耐候穩定劑包括光穩定劑和抗氧化劑，光穩定劑占到第二原料總質量的3～6％，抗氧化劑占到第二原料總質量的0.15～0.4％。
4.根據權利要求1或2或3所述的一種雙層PE共擠木塑板，其特徵在於：所述第二原料中木竹粉與高密度聚乙烯的質量比範圍為0.2-0.5，所述耐候表層的厚度小於環保基材的厚度的1/5，所述第一原料中的木竹粉與回收的木塑板材粉碎料的質量比範圍是0-2。
5.一種如權利要求1所述的一種雙層PE共擠木塑板的製備方法，包括以下步驟：a、回收料的預處理：將回收的PE木塑地板清洗掉各種灰塵和雜質後用酸溶液沖洗後再用清水處理，烘乾備用；b、第一原料的製備：將上一步驟得到的回收料在粉碎機中粉碎為粉末並加入木竹粉和其它添加劑，充分混合後得到第一原料；c、第一木塑材料的製備：將第一原料進行熔化，熔化後通過螺桿擠出造粒得到第一木塑材料；d、第二原料的製備：將高密度聚乙烯和木竹粉以及其它添加劑經過高溫混合，再經過低溫混合後得到第二原料；e、第二木塑材料的製備：將第二原料加入螺桿擠出機後經過擠出造粒而得到第二木塑材料；f、共擠成型：分別將第一木塑材料和第二木塑材料的粒子加入主擠出機和副擠出機，通過共擠工藝得到具有環保基材和耐候表層並且耐候表層包裹環保基材的共擠木塑板基板；g、壓紋：將成型的基板通過滾筒壓出凹槽形成表面木紋，得到產品。
6.根據權利要求5所述的一種雙層PE共擠木塑板的製備方法，其特徵在於：所述的酸溶液是濃度為1-2%的稀鹽酸。
7.根據權利要求5所述的一種雙層PE共擠木塑板的製備方法，其特徵在於：所述滾筒具有凸出部，凸出部的最大凸起高度大於所述耐候表層的厚度。
8.根據權利要求5所述的一種雙層PE共擠木塑板的製備方法，其特徵在於：步驟1）所述的烘乾中，烘乾機的溫度設定在90-120℃，烘乾後水份控制在5％以內。
9.根據權利要求5或6或7或8所述的一種雙層PE共擠木塑板的製備方法，其特徵在於：所述滾筒的內部具有若干加熱管道以及若干冷卻管道，所述冷卻管道至少部分間隔分布在所述若干加熱管道之間，所述加熱管道和冷卻管道分別連線有加熱媒介和冷卻媒介。
10.根據權利要求5或6或7或8所述的一種雙層PE共擠木塑板的製備方法，其特徵在於：所述壓紋步驟為兩次壓紋。
實施方式
- 實施例1
《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》包括由第一木塑材料構成的環保基材和由第二木塑材料構成的耐候表層，耐候表層完整包裹在所述的環保基材上，耐候表層的厚度為環保基材厚度的六分之一，無論如何，耐候表層會整體覆蓋，因此，表層具有兩層結構，每一層的厚度為環保基材厚度的六分之一約為0.5分鐘，第一木塑材料由包含回收的木塑板材粉碎料和木竹粉的第一原料製成，木竹粉為木材加工市場回收的廢料，重量與木塑板材粉碎料接近，第一原料還包含有占第一原料質量分數1%的丙烯酸酯、丙烯腈和苯乙烯的三元共聚物。第二木塑材料由包含高密度聚乙烯HDPE5502和竹粉的第二原料製成，第二原料中還包含有耐候穩定劑，耐候穩定劑包含各種穩定劑例如光穩定劑和抗氧化劑，其中光穩定劑GW-944占到第二原料總質量的6％，抗氧化劑為瑞士汽巴公司生產的1010，占到第二原料總質量的0.15％；所述的耐候表層的至少一個表面上具有被壓制的凹槽，所述凹槽的最大深度大於所述耐候表層的厚，第二原料還包含有占第二原料質量分數1%的丙烯酸酯、丙烯腈和苯乙烯的三元共聚物。第二原料中木竹粉與高密度聚乙烯的質量比範圍為0.5，該PE共擠木塑板是這樣得到的，將回收的已經使用過的PE木塑地板清洗掉各種灰塵和雜質後，用1wt%的鹽酸溶液沖洗後，再經清水處理，最後烘乾備用；將上一步驟得到的回收料在粉碎機中粉碎為粉末並加入與其相同重量的木竹粉和其它添加劑，充分混合後得到第一原料，兩種粉末的粒度控制接近，確保兩者混合均勻；將第一原料進行熔化，熔化後通過螺桿擠出造粒，得到第一木塑材料，控制螺桿機內的溫度，確保產品熔化，螺桿內剪下塑化，造粒溫度為140-220℃，壓力20～35兆帕；將高密度聚乙烯和木竹粉按照1：0.5的比例混合，同時加入總質量含量14％的填充劑、3.85％的光穩定劑和0.15％的抗氧化劑，經過高溫120℃混合5分鐘，再經過低溫20℃混合5分鐘後得到第二原料；在第一木塑材料和第二木塑材料中均具有其重量1%的丙烯酸酯、丙烯腈和苯乙烯的三元共聚物。本實施例中，第二原料中添加的木竹粉為竹粉，其大小為40目且含灰份3%以下，含水份5%以下。然後將第二原料加入螺桿擠出機後經過擠出造粒而得到第二木塑材料，分別將第一木塑材料和第二木塑材料的粒子加入主擠出機和副擠出機，通過共擠工藝得到具有環保基材和耐候表層並且耐候表層包裹環保基材的共擠木塑板基板，本基板再經過模具冷卻和水箱冷卻。冷卻後，將成型的基板通過滾筒壓出凹槽形成表面木紋，壓紋時，在滾筒上形成若干突出的年輪狀凸出肋條，所述肋條的長度從年輪的一端到另外一端逐漸增加，最大長度大於耐候表層的厚度，滾筒內部布置有四根加熱管和四根冷卻管，加熱管和冷卻管間隔排列，分別連通有導熱油和冷卻水，依次排列有兩個滾筒對流水線上的板材進行線上壓槽，打磨後形成產品。
- 實施例2
與實施例1不同的是，耐候表層的原料是高密度聚乙烯和木粉重量比例為5:1，第二原料還含有5%的三元共聚物，5%的氧化聚乙烯蠟，14％的填充劑、3％的偶聯劑、0.4％抗氧化劑、3%的UV-531，和0.85％的添加劑；第一原料回收木塑材料粉末是木粉重量的兩倍，第一原料中還包含有3%的三元共聚物，3%塑化劑和4%的潤滑劑以及1%的灰色顏料。
榮譽表彰
2021年8月16日，《一種雙層PE共擠木塑板及其製備方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。
