本发明属于高分子材料改性制备及加工技术领域，具体涉及一种光触媒及酸诱导双机制除voc的环保聚氯乙烯(pvc)发泡木塑复合材料及其制备方法。
背景技术：
根据木塑制品材料多样化、塑造灵活化、经济适用化等特性，现已广泛应用于建筑领域和室内的装饰材料等方面，其室内应用主要集中在地面、墙面、天花板、门窗、家具等。近年来，室内装饰装修材料等所散发的挥发性有机物(vocs)造成的室内空间污染在治理和控制方面得到了行业内广泛的重视。科研人员对污染物以及防治和污染后治理工作也进行了相关的研究，开发了种类繁多的环保材料和净化装置应用于室内装饰装修中。
光触媒是一种以二氧化钛为主要成分的具有光催化功能的半导体材料。我国光触媒技术研究从1998年开始。福州大学首次制备出稳定可见光活性的光触媒复合催化剂并对稀有金属的表面装饰提高了催化剂在可见光区的光催化活性。北京工业大学訾学红等证实光催化剂具有净化有害物质的能力。在国外，如日本toto公司将纳米二氧化钛应用到瓷砖和涂料中，实践证明其可有效氧化吸附在表面的大气污染物质氮氧化物，1000平米使用纳米二氧化钛的瓷砖相当于27块网球场绿地的净化能力，可以去除约80台普通轿车尾气排放出的氮氧化物量。美国劳伦斯伯克利国家实验室实验报告表明高质量的二氧化钛催化剂每天每平米可以处理200立方米空气中的氮氧化物，60立方米空气中的挥发性有机物。
综述国内外研究进展可知，国内外虽有光催化材料去除nox和voc研究，但未见有将光触媒应用于环保聚氯乙烯(pvc)发泡木塑复合材料中的报道。
技术实现要素：
为了解决木塑制品所散发的挥发性有机物污染室内空气的问题，本发明提供一种本发明的目的在于提供一种光触媒外层涂覆及酸诱导内层固定双机制除voc的环保聚氯乙烯(pvc)发泡木塑复合材料及其制备方法。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的光触媒及酸诱导双机制除voc的环保聚氯乙烯发泡木塑复合材料，按照重量份数计包括以下组份：
聚氯乙烯100份，无机填充剂10～60份，木粉10～50份，复合稳定剂2～8份，润滑剂0.1～3份，加工助剂0～12份，丙烯酸酯类发泡调节剂0～15份，甲醛捕捉剂1～10份，发泡剂0.3～1.5份；
将上述各物料混合后制备成木塑制品并在其表面涂覆二氧化钛溶胶，自然晾干后即获得木塑复合材料。
作为优选的实施方式，所述无机填充剂选自碳酸钙、滑石粉、高岭土、硅藻土中的一种或多种。
作为更优选的实施方式，所述无机填充剂为自碳酸钙。
作为优选的实施方式，所述二氧化钛溶胶包括二氧化钛、二氧化硅、聚丙烯酸酯，其中，二氧化钛的质量百分比为0.5～4％，二氧化硅的质量百分比为0.5～10％，聚丙烯酸酯的质量百分比为0.1～4％，其余为蒸馏水；所述二氧化钛溶胶的ph为5～7。
作为优选的实施方式，所述二氧化钛溶胶的用量为10～500g/m2。
作为更优选的实施方式，所述二氧化钛溶胶的用量为20～200g/m2。
作为优选的实施方式，所述复合稳定剂为铅盐复合稳定剂或钙锌复合稳定剂。
作为优选的实施方式，所述润滑剂选自石蜡、硬脂酸、pe蜡、ope蜡中的一种或多种。
作为优选的实施方式，所述加工助剂选自丙烯酸酯类、甲基丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物、氯化聚乙烯中的一种或多种。
作为优选的实施方式，所述甲醛捕捉剂为有机酸与尿素的混合物，所述有机酸选自硬脂酸、油酸、亚油酸、柠檬酸、酒石酸、衣康酸、苯甲酸中的一种或多种。
作为优选的实施方式，所述发泡剂选自偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠中的一种或两种。
作为优选的实施方式，所述木粉的粒度为50～200目，使用前需经钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂处理。
本发明还提供了一种光触媒及酸诱导双机制除voc的环保聚氯乙烯发泡木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照重量份数称取聚氯乙烯、无机填充剂、木粉、复合稳定剂、润滑剂、加工助剂、丙烯酸酯类发泡调节剂、甲醛捕捉剂、发泡剂；
步骤二、将上述物料加入到高速混合机中，通过剪切分散混合作用使物料在100～120℃时出料，然后将其加入到低速混合机中，待物料冷却至40～60℃时出料；
步骤三、设定挤出机机筒、模具温度为150～190℃，调节挤出机的喂料速度、挤出速度、牵引速度，待物料挤出后，通过模具的冷却定型制备出木塑制品；
步骤四、在木塑制品表面喷涂或者滚刷二氧化钛溶胶，经自然晾干后即获得木塑复合材料。
本发明的有益效果是：
1、本发明利用光触媒外层涂覆及酸诱导内层固定双机制技术制备环保聚氯乙烯(pvc)发泡木塑复合材料，使木塑制品具备分解污染物、改善空气环境、抗菌、耐污自洁等功能，同时在加工过程中添加的甲醛捕捉剂能够快速反应掉板材内部或因表面装饰过程中产生的甲醛挥发物，控制甲醛向空气中的排放对室内环境的污染和身体健康的危害。
2、自然界中的二氧化钛主要有三种晶型，其中锐钛矿型二氧化钛的催化活性最高。通常的光触媒对光照条件要求较高，仅在紫外区存在催化活性。由于紫外线仅占太阳能量的5％左右，普通纳米二氧化钛的光催化效率很低。本发明采用不仅适用于室外而且可以在室内发挥作用的可见光响应的纳米二氧化钛溶胶为光触媒材料，催化效果好，成本低，克服了纳米二氧化钛粉体团聚很难分散的问题。
3、本发明中光触媒材料二氧化钛溶胶中，二氧化钛以纳米级分散状态存在，更大程度上提高了催化活性。
4、本发明的环保聚氯乙烯(pvc)发泡木塑复合材料具有化学稳定性强、强度高、耐酸碱腐蚀、耐水浸泡、阻燃等优点，能够替代木材作为橱柜、卫浴、高档家具、建筑模板、建筑装饰材料、家庭装潢、广告灯箱、刻字材料、汽车、火车、轮船的内装饰材料，应用前景广阔。
5、本发明制备工艺简单，具有成本低、投资少、运行费用低、处理效果高等特点，可以更高效、更经济、安全有效地去除有机挥发性物质(vocs)，机械力学性能高、绿色环保、便于规模化生产。
具体实施方式
本发明的除voc的环保聚氯乙烯发泡木塑复合材料，是基于光触媒外层涂覆及酸诱导内层固定双机制实现的。本发明的光触媒及酸诱导双机制除voc的环保聚氯乙烯发泡木塑复合材料，按照重量份数计包括以下组份：
聚氯乙烯100份，无机填充剂10～60份，木粉10～50份，复合稳定剂2～8份，润滑剂0.1～3份，加工助剂0～12份，丙烯酸酯类发泡调节剂0～15份，甲醛捕捉剂1～10份，发泡剂0.3～1.5份；
将上述各物料按一定比例(重量份)混合均匀后，经挤出机熔融挤出制备成木塑板材或型材制品，直接成型或表面装饰后的木塑制品经表面喷涂或者滚刷一层或多层二氧化钛溶胶，自然晾干，即获得目标产物。
本发明的光触媒及酸诱导双机制除voc的环保聚氯乙烯发泡木塑复合材料中，可以根据需要加入着色剂、抗氧剂、阻燃剂等。
优选的，无机填充剂选自碳酸钙、滑石粉、高岭土、硅藻土中的一种或多种。
优选的，无机填充剂为自碳酸钙。
优选的，二氧化钛溶胶为无色透明的溶胶溶液，溶胶溶液的ph为5～7。
优选的，二氧化钛溶胶的主要成分为二氧化钛、二氧化硅、聚丙烯酸酯，其中，二氧化钛所占的质量百分比为0.5～4％，二氧化硅所占的质量百分比为0.5～10％，聚丙烯酸酯所占的质量百分比为0.1～4％，其余为蒸馏水。
优选的，二氧化钛溶胶的用量为10～500g/m2；更优选的，二氧化钛溶胶的用量为20～200g/m2。
光触媒是一种以二氧化钛为主要成分的具有光催化功能的半导体材料。光触媒对有机物的去除的机理为：光触媒膜层受到太阳光或紫外线光谱的照射后，光触媒基体的二氧化钛会生成电穴和游离电子，这些电穴和游离电子跟空气中的水和氧气发生反应，生成具有超氧阴离子自由基和氢氧自由基，具有强氧化性；超氧阴离子自由基和氢氧自由基将自然环境中的有机化合物(有害物质)进行分解，形成水、二氧化碳及无机物。
优选的，复合稳定剂为铅盐复合稳定剂或钙锌复合稳定剂。
优选的，润滑剂选自石蜡、硬脂酸、pe蜡、ope蜡中的一种或多种。
优选的，所述加工助剂选自丙烯酸酯类、甲基丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物(mbs)、氯化聚乙烯(cpe)中的一种或多种。
优选的，甲醛捕捉剂为有机酸与尿素的混合物，所述有机酸选自硬脂酸、油酸、亚油酸、柠檬酸、酒石酸、衣康酸、苯甲酸中的一种或多种。
优选的，发泡剂选自偶氮二甲酰胺(ac)、碳酸氢钠(nc)中的一种或两种。当发泡剂采用偶氮二甲酰胺(ac)与碳酸氢钠(nc)两种时，偶氮二甲酰胺(ac)与碳酸氢钠(nc)的质量比为1:3。
优选的，木粉的粒度为50～200目，使用前需经钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂处理。
本发明还提供了一种光触媒及酸诱导双机制除voc的环保聚氯乙烯发泡木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照重量份数称取聚氯乙烯、无机填充剂、木粉、复合稳定剂、润滑剂、加工助剂、丙烯酸酯类发泡调节剂、甲醛捕捉剂、发泡剂；
步骤二、将上述物料加入到高速混合机中，通过高速混合机的剪切分散混合作用，使物料在100～120℃时出料，并立即将其加入到低速混合机中，待物料冷却至40～60℃时出料；
步骤三、设定挤出机机筒、模具温度为150～190℃，调节挤出机的喂料速度、挤出速度、牵引速度，待物料挤出后，通过模具的冷却定型制备出合格规格的木塑制品；
步骤四、在直接成型或表面装饰后的木塑制品表面喷涂或者滚刷一层或多层二氧化钛溶胶，经自然晾干后即获得木塑复合材料。
通过本发明的制备方法制得的环保聚氯乙烯(pvc)发泡木塑复合材料，外层附有采用掺杂非金属及金属元素的纳米二氧化钛溶胶作为光触媒催化剂来催化去除vocs，由于采用的是具有可见光响应的纳米二氧化钛，因而提高其光催化效率并增加其适用范围，使其不仅适用于室外而且可以在室内发挥作用，具有明显的持久去除vocs的效果。同时添加的甲醛捕捉剂能迅速捕捉材料内部产出的甲醛有害物，双机制去除voc保证了聚氯乙烯(pvc)发泡木塑复合材料制品优势明显的绿色环保性和空气净化功能。
实施例1
本发明的光触媒及酸诱导双机制除voc的环保聚氯乙烯发泡木塑复合材料，按照重量份数计包括以下组份：
聚氯乙烯100份，碳酸钙10份，粒度为50目且经过钛酸酯偶联剂处理后的木粉30份，铅盐复合稳定剂2份、润滑剂(石蜡、硬脂酸、pe蜡三种混合)0.5份、加工助剂(丙烯酸酯类、甲基丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物两种混合)12份、丙烯酸酯类发泡调节剂8份、甲醛捕捉剂(衣康酸、苯甲酸与尿素的混合物)1份、发泡剂(偶氮二甲酰胺与碳酸氢钠两种)0.3份。
其制备方法如下：
(1)将所有物料按上述重量份数称量后加入到高速混合机中，通过高速混合机的剪切分散混合作用使物料温度升高到110℃时出料，并立即将其加入到低速混合机中，待物料冷却到50℃时出料；
(2)设定挤出机机筒温度、模具温度，一区165℃、二区160℃、三区158℃、四区155℃，连接体150℃，模具165℃，开启挤出机，调节挤出机喂料速度、挤出速度、牵引速度，待物料平稳挤出后，通过模具的冷却定型，制备出合格规格的木塑制品；
(3)在直接成型的木塑制品表面喷涂一层二氧化钛溶胶，其中二氧化钛溶胶用量为10g/m2，自然晾干后即获得目标产物。
实施例2
本发明的光触媒及酸诱导双机制除voc的环保聚氯乙烯发泡木塑复合材料，按照重量份数计包括以下组份：
聚氯乙烯100份，填充剂(碳酸钙、滑石粉、高岭土三种混合)30份，粒度为150目且经过经硅烷偶联剂处理后的木粉10份，钙锌复合稳定剂4.5份、润滑剂(石蜡、硬脂酸、pe蜡、ope蜡四种混合)0.1份、加工助剂(丙烯酸酯类、甲基丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物、氯化聚乙烯三种混合)9份、丙烯酸酯类发泡调节剂7份、甲醛捕捉剂(硬脂酸与尿素的混合物)6份、偶氮二甲酰胺0.9份。
其制备方法如下：
(1)将所有物料按上述重量份数称量后加入高速混合机中，通过高速混合机的剪切分散混合作用使物料温度升高到120℃时出料，并立即将其加入到低速混合机中，待物料冷却到40℃时出料；
(2)设定挤出机机筒温度、模具温度，一区168℃、二区165℃、三区163℃、四区160℃，连接体155℃，模具170℃，开启挤出机，调节挤出机喂料速度、挤出速度、牵引速度，待物料平稳挤出后，通过模具的冷却定型，制备出合格规格的木塑制品；
(3)在成型的木塑制品经表面压花和拉毛装饰后，在其表面喷涂两层二氧化钛溶胶，其中二氧化钛溶胶用量为100g/m2，自然晾干后即获得目标产物。
实施例3
本发明的光触媒及酸诱导双机制除voc的环保聚氯乙烯发泡木塑复合材料，按照重量份数计包括以下组份：
聚氯乙烯100份，填充剂(碳酸钙、滑石粉、高岭土、硅藻土四种混合)60份，粒度为200目且经过硅烷偶联剂处理后的木粉50份，钙锌复合稳定剂8份、石蜡3份、甲基丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物3份、丙烯酸酯类发泡调节剂15份、甲醛捕捉剂(亚油酸、柠檬酸、酒石酸、衣康酸与尿素的混合物)10份、碳酸氢钠1.5份。
其制备方法如下：
(1)将所有物料按上述重量份数称量后加入高速混合机中，通过高速混合机的剪切分散混合作用使物料温度升高到100℃时出料，并立即进入低速混合机中，待物料冷却到60℃时出料；
(2)设定挤出机机筒温度、模具温度，一区175℃、二区170℃、三区165℃、四区163℃，连接体160℃，模具175℃，开启挤出机，调节挤出机喂料速度、挤出速度、牵引速度，待物料平稳挤出后，通过模具的冷却定型，制备出合格规格的木塑制品；
(3)在成型的木塑制品经表面贴面或覆膜装饰后，在其表面辊涂多层二氧化钛溶胶，其中二氧化钛溶胶用量为500g/m2，自然晾干后即获得目标产物。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。