木塑型材用表层材料及具有该表层材料的木塑型材复合材料的制备方法与流程

1.本发明涉及木塑型材技术领域，尤其是涉及一种木塑型材用表层材料及具有该表层材料的木塑型材复合材料的制备方法。


背景技术：

2.木塑型材是以再生塑料或塑料新料、木粉等原料为主要原料经过造粒、挤出定型等步骤得到的材料，广泛应用于建筑装饰领域中。
3.木塑型材用表层材料是一种防护性材料，一般通过共挤技术包覆在木塑型材表面，从而对木塑型材进行保护，提高木塑型材复合材料的抗氧化、抗紫外线等性能。目前表层材料的主要原料包括高密度聚乙烯、沙林树脂、抗老化剂、色母等，部分表层材料浸入到木塑型材芯层中，提高界面扩散能力，增强粘结力，实现木塑型材芯层与表层材料的粘结。
4.通过上述相关技术，上述原料制备得到的表层材料扩散性一般，当对包覆有表层材料的木塑型材进行外力作用，比如切割加工时，容易造成表层材料从木塑型材表面脱离的现象。


技术实现要素：

5.为了提高木塑型材复合材料的防剥离性能，本技术提供了一种木塑型材用表层材料及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供一种木塑型材用表层材料，采用如下的技术方案：一种木塑型材用表层材料，包括以下重量份的原料：hdpe 65-90份；聚乙烯共聚物3-5份；uhmwpe 5-15份；相容剂1-5份；增粘剂1-5份；填充剂3-10份；抗氧剂0.1-0.5份；防霉剂0.1-1份；抗紫外线吸收剂0.1-0.5份；所述hdpe在温度190℃、负荷5kg的条件下的熔融指数为0.02-1g/10min；所述uhmwpe 的相对分子质量为200-600万。
7.通过采用上述技术方案，采用hdpe作为基础树脂，并和聚乙烯共聚物配合，与木塑型材芯层具有较好的相容性，使得木塑型材用表层材料更容易扩散到木塑型材芯层中，提高木塑型材用表层材料的防剥离性能。加入的uhmwpe和hdpe具有相似结构，可改善木塑型材用表层材料的力学性能，提高耐磨性能。优选hdpe的熔融指数，赋予hdpe较好的流动性的
同时保证其力学性能；优选uhmwpe的相对分子质量，使得hdpe、uhmwpe以及聚乙烯共聚物更好地配合，进一步增强木塑型材用表层材料与木塑型材的粘性，提高木塑型材用表层材料的防剥离性能。加入相容剂、增粘剂等物质，进一步增强木塑型材用表层材料的防剥离性能，同时提高表层材料耐候性能、耐磨性能。抗氧剂可以是抗氧剂1010或抗氧剂 1076中的至少一种；紫外线吸收剂可以是uv325、uv326、uv328、uv53、uv3346中的至少一种，从而进一步增强木塑型材复合材料的耐候性能。
8.综上所述，采用hdpe、uhmwpe以及聚乙烯共聚物共同配合，得到的木塑型材用表层材料与木塑型材芯层具有较好的相容性，并加入相容剂、增粘剂共同配合，使得形成的木塑型材复合材料具有较好的防剥离性能，强度较高。
9.优选的，所述相容剂包括马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝 eva中的至少一种。
10.通过采用上述技术方案，优选上述组分作为相容剂，具有优异的粘结性能，和hdpe、 uhmwpe以及聚乙烯共聚物更好地配合，进一步增强木塑型材用表层材料与木塑型材芯层之间的防剥离性能。
11.优选的，所述hdpe在温度190℃、负荷为5kg的条件下的熔融指数为0.05-1g/10min；所述uhmwpe的相对分子质量为300-500万。
12.通过采用上述技术方案，优选hdpe的熔融指数，和uhmwpe的相对分子质量，使得hdpe、uhmwpe以及聚乙烯共聚物更好地配合，提高流动性能，进一步增强木塑型材用表层材料与木塑型材芯层的粘度，提高木塑型材复合材料的防剥离性能。
13.优选的，所述增粘剂包括聚异丁烯、松香、氢化松香酯、松香酯、石油树脂、萜烯树脂中的至少一种。
14.通过采用上述技术方案，优选增粘剂的组分后，增粘剂与聚乙烯共聚物配合，使得小分子聚合物、中分子聚合物更容易扩散至木塑型材芯层中，从而给形成较大的过渡区，进而增强木塑型材用表层材料和木塑型材芯层间的防剥离性能。
15.优选的，所述聚乙烯共聚物包括乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸乙脂共聚物、乙烯
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甲基丙烯酸共聚物、乙烯丙烯酸丁酯共聚物、乙烯－丙烯－1-丁烯聚合物中的至少一种。
16.通过采用上述技术方案，优选的聚乙烯共聚物组分与hdpe具有较好的相容性，同时其熔体具有较高的粘性，熔融状的聚乙烯共聚物可扩散至木塑型材芯层内部，形成过渡区，从而使得两者相互穿透并交织结合，进一步木塑型材用表层材料的防剥离性能。
17.优选的，所述木塑型材用表层材料的原料中还包括重量份数为5-10份的聚乙烯基弹性体。
18.通过采用上述技术方案，木塑型材本体芯层和表层材料的膨胀率不同，温度的变化容易导致表层材料脱离，通过加入聚乙烯基弹性体，减少冷热循环造成木塑型材用表层材料脱离木塑型材，赋予木塑型材用表层材料较好的防剥离能力；同时聚乙烯基弹性体加入后，与 hdpe等物质配合，增强木塑型材用表层材料的弹性和韧性，进一步保护木塑型材。
19.优选的，所述聚乙烯基弹性体包括poe、tpo、eva中的至少一种。
20.通过采用上述技术方案，优选聚乙烯基弹性体的具体组分，更好地减少木塑型材用表层材料由于冷热循环导致的脱离木塑型材芯层的问题，进一步增强木塑型材用表层材
料防剥离性能。
21.优选的，所述填充剂包括中空玻璃微珠、滑石粉、气相二氧化硅中的至少一种。
22.通过采用上述技术方案，优选填充剂的组分，少量填充在木塑型材用表层材料中，有效增强木塑型材用表层材料的耐磨性能和强度。
23.第一方面，本技术提供一种木塑型材复合材料的制备方法，采用如下的技术方案：一种木塑型材复合材料的制备方法，由重量百分比为5-15％的上述木塑型材用表层材料和余量的木塑型材芯层组成，包括以下制备步骤：s1:将hdpe、聚乙烯共聚物、uhmwpe和聚乙烯基弹性体进行混合，混合均匀后加入增粘剂、相容剂、填充剂、抗氧剂、防霉剂和抗紫外线吸收剂混合，混合均匀后得到第一混合物；s2:将第一混合物进行熔融挤出，熔融挤出温度为100-190℃；后经过环切、切粒后得到木塑型材用表层材料；s3:将木塑型材芯层与木塑型材用表层材料分别熔融挤出至共挤模具的芯体空腔与表层空腔中，继续熔融挤出后冷却、预切割后，得到木塑型材复合材料半成品；所述木塑型材芯层的熔融挤出温度为140-230℃；所述木塑型材用表层材料的熔融挤出温度为145-225℃；s4:将木塑型材复合材料半成品进行打磨、切割得到木塑型材复合材料。
24.通过采用上述技术方案，首先制备木塑型材用表层材料；后和木塑型材芯层共同熔融挤出至共挤模具中后经过定型等步骤得到木塑型材复合材料。通过优选熔融挤出时的温度，使得木塑型材用表层材料和木塑型材芯层更好地融合，进一步增强木塑型材用表层材料的防剥离性能。
25.优选的，所述步骤s3中，木塑型材用表层材料在模具中的熔融挤出温度为160-200℃。
26.通过采用上述技术方案，若温度过低容易导致不容易成型，若温度过高，容易导致木塑型材用表层材料的强度降低。优选表层材料熔融挤出的温度，一方面使得木塑型材用表层材料更好地挤出，减少气孔等现象对表层材料的性能影响，提高木塑型材复合材料的强度；另一方面使得木塑型材用表层材料和木塑型材芯层更好地融合，进一步增强木塑型材用表层材料的防剥离性能。
27.综上所述，本技术具有以下有益效果：1.在本技术中，采用hdpe作为基础树脂，并和聚乙烯共聚物、uhmwpe配合，与木塑型材芯层具有较好的相容性，有效扩散至木塑型材芯层中，从而形成较大过渡区，增强木塑型材用表层材料的防剥离性能。
28.2.本技术中，优选聚乙烯共聚物、增粘剂的具体组分，进一步提高表层材料的扩散能力，从而进一步增强增强木塑型材用表层材料的防剥离性能；加入聚乙烯基弹性体，减少冷热循环造成木塑型材用表层材料脱离木塑型材，增强木塑型材用表层材料的弹性和韧性，进一步保护木塑型材。
29.3.木塑型材复合材料的制备方法，优选各个步骤熔融挤出的温度，提高木塑型材表层材料的防剥离性能，减少气泡生成，提高木塑型材复合材料品质。
具体实施方式
30.以下对本技术作进一步详细说明。
31.各实施例中的组分及生产厂家如表1所示。
32.表1组分及生产厂家表1组分及生产厂家制备例
制备例1:一种木塑型材芯层，由以下步骤制得：a、木粉在175℃温度下干燥，使其含水率在7％左右，灰分3％，40目；b、称量原料，其中木粉为66kg，hdpe为30kg，润滑剂为3kg，色粉为1kg；后将上述原料混合均匀，并转移至95平行双螺杆挤出机的料斗中；c、造粒，通过95平行双螺杆挤出机将原料进行挤出，机筒各区温度在190
°
下，经过挤出机各段的输送、剪切、再输送和再剪切后，使物料处于熔融状态，进入造粒机头经过高压挤出块状物，然后再经过粉碎机粉碎至2-3mm的颗粒，然后再经过风送冷却系统后冷却到30℃以下，得到木塑型材芯层。实施例
33.实施例1:一种木塑型材用表层材料，所包括的具体组分及重量如表2所示，由以下步骤制得：s1:将hdpe、聚乙烯共聚物、uhmwpe进行混合，混合均匀后加入增粘剂、相容剂、填充剂、抗氧剂、防霉剂和抗紫外线吸收剂混合搅拌，搅拌速度为300r/min，搅拌30min后得到第一混合物；s2:将第一混合物进行熔融挤出，熔融挤出过程中一区至五区的温度分别为：100℃，160℃， 165℃，170℃，170℃；后经过环切、水冷、风干、干燥后得到木塑型材用表层材料，直径为 3.5
±
1.5mm。其中hdpe在温度190℃、负荷为5kg的条件下的熔融指数为0.02g/10min； uhmwpe的相对分子质量为600万。
34.实施例2:一种木塑型材用表层材料，与实施例1的区别在于，熔融挤出过程中一区至五区的温度分别为：110℃，180℃，185℃，190℃，190℃；同时组分及重量不同，hdpe在温度190℃、负荷为5kg的条件下的熔融指数为0.1g/10min；uhmwpe的相对分子质量为200 万；所包括的具体组分及重量如表2所示。
35.实施例3-5:一种木塑型材用表层材料，与实施例1的区别在于，相容剂的具体组分不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
36.实施例6:一种木塑型材用表层材料，与实施例5的区别在于，hdpe在温度190℃、负荷为5kg的条件下的熔融指数为0.1g/10min；uhmwpe的相对分子质量为350万。
37.实施例7:一种木塑型材用表层材料，与实施例6的区别在于，hdpe在温度190℃、负荷为5kg的条件下的熔融指数为0.05g/10min；uhmwpe的相对分子质量为300万。
38.实施例8:一种木塑型材用表层材料，与实施例6的区别在于，hdpe在温度190℃、负荷为5kg的条件下的熔融指数为0.075g/10min；uhmwpe的相对分子质量为400万。
39.实施例9-10:一种木塑型材用表层材料，与实施例8的区别在于，增粘剂的组分不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
40.实施例11-13:一种木塑型材用表层材料，与实施例10的区别在于，聚乙烯共聚物的组分不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
41.表2实施例1-5、实施例9-13中各组分及重量
实施例14-15:一种木塑型材用表层材料，与实施例13的区别在于，在步骤s1中加入聚乙烯基弹性体，所包括的具体组分及重量如表3所示。
42.实施例16-17:一种木塑型材用表层材料，与实施例14的区别在于，聚乙烯基弹性体的组分不同，所包括的具体组分及重量如表3所示。
43.实施例18-19:一种木塑型材用表层材料，与实施例17的区别在于，填充剂的具体组分不同，所包括的具体组分及重量如表3所示。
44.实施例20-21:一种木塑型材用表层材料，与实施例19的区别在于，hdpe在温度190
℃、负荷为5kg的条件下的熔融指数为0.075g/10min；uhmwpe的相对分子质量为400万，各组分及重量不同，所包括的具体组分及重量如表3所示。
45.表3实施例14-21中各组分及重量
实施例22:一种木塑型材复合材料，包括以下制备步骤：s3:将实施例1的木塑型材用表层材料与制备例1中的木塑型材芯层进行熔融挤出至共挤模具的芯体空腔与表层空腔中；木塑型材用表层材料与木塑型材的重量比为15:85；其中木塑型材芯层熔融挤出的速度为1m/min，熔融挤出温度分为以下区：一区230℃，二区230℃，三区 180℃，四区180℃、五区180℃。木塑型材用表层材料的熔融挤出温度为：一区160℃，二区150℃，三区220℃，四区220℃，五区220℃。
46.s4:后在模具中继续熔融挤出木塑型材芯层和包裹在木塑型材外的木塑型材用表层材料，熔融挤出后冷却、预切割后，形成木塑型材复合材料半成品；木塑型材芯层模具中的熔融挤出温度为150℃；木塑型材用表层材料模具中的熔融挤出温度为210℃。
47.s5:将挤出的出口模的木塑型材复合材料半成品进行压花、定型、预切割、室温(一般为25
±
1℃)冷却24h，后经过打磨、切割得到木塑型材复合材料。
48.实施例23:一种木塑型材复合材料，与实施例22的区别在于，步骤s3中，木塑型材用表层材料与木塑型材芯层的重量比为5:95，木塑型材芯层熔融挤出各区温度为：一区175℃，二区160℃，三区145℃，四区140℃，五区140℃。木塑型材用表层材料的熔融挤出温度为：一区145℃，二区225℃，三区225℃，四区200℃，五区200℃；步骤s4中，木塑型材熔融芯层模具中的挤出温度为150℃；木塑型材用表层材料模具中的熔融挤出温度为155℃。
49.实施例24-43:一种木塑型材复合材料，与实施例22的区别在于，分别采用等量的实施例2-21替代实施例1，实施例24-43分别依次对应实施例2-19。
50.实施例44:一种木塑型材复合材料，与实施例43的区别在于，步骤s4中，木塑型材用表层材料在模具中的熔融挤出温度为160℃。
51.实施例45:一种木塑型材复合材料，与实施例43的区别在于，步骤s4中，木塑型材用表层材料在模具中的熔融挤出温度为200℃。
52.实施例46:一种木塑型材复合材料，与实施例43的区别在于，步骤s4中，木塑型材用表层材料在模具中的熔融挤出温度为180℃。
53.对比例对比例1:一种木塑型材用表层材料，与实施例1的区别在于，不含有聚乙烯共聚物。
54.对比例2:一种木塑型材用表层材料，与实施例1的区别在于，不含有uhmwpe。
55.对比例3:一种木塑型材用表层材料，与实施例1的区别在于，不含有聚乙烯共聚物和 uhmwpe。
56.对比例4:一种木塑型材用表层材料，与实施例1的区别在于，hdpe在温度190℃、负荷为5kg的条件下的熔融指数为0.01g/10min。
57.对比例5:一种木塑型材用表层材料，与实施例1的区别在于，hdpe在温度190℃、负荷为5kg的条件下的熔融指数为1.1g/10min。
58.对比例6:一种木塑型材用表层材料，与实施例1的区别在于，uhmwpe的相对分子质量为700万。
59.对比例7:一种木塑型材用表层材料，与实施例1的区别在于，uhmwpe的相对分子质
量为200万。
60.对比例8:一种木塑型材用表层材料，60kg热塑性弹性体热塑性聚氨酯、12kg的耐磨剂氧化锌、6kg粘结改性剂聚丙烯-四氟乙烯-马来酸酐、3kg助粘结剂松香树脂、0.1kg受阻胺类抗氧剂及0.4kg颜料氧化铁黄加入高混机，经高混机混合均匀后加入平行双螺杆挤出机中挤出造粒，平行双螺杆挤出机长径比为48：1，加工温度为190℃。
61.对比例9:一种木塑型材复合材料，与实施例22的区别在于，采用等量的对比例1的木塑型材用表层材料替代实施例1。
62.对比例10-16:一种木塑型材复合材料，与实施例22的区别在于，分别采用等量的对比例2-8的木塑型材用表层材料替代实施例1；对比例10-16分别对应对比例2-8。
63.检测方法实验一：剥离强度实验实验样品：实施例22-46和对比例9-16。
64.实验方法：参照en319:1993的《木屑板和纤维板垂直于板平面抗拉强度的测定》中的检测方法分别对实施例22-46和对比例9-16进行检测，并分别得到实施例22-46和对比例 9-16的剥离强度。
65.实验结果：实施例22-46和对比例9-16的实验结果如表4所示。
66.实验二：耐磨性能实验实验样品：实施例22-46和对比例9-16。
67.实验仪器：泰伯磨耗试验仪。
68.实验方法：耐磨指数按照astmd4060-14的《使用泰伯磨耗试验仪测定有机涂层的耐磨性的标准试验方法》分别对实施例22-46和对比例9-16进行测试，并分别得到实施例22-46 和对比例9-16的耐磨指数。
69.实验结果：实施例22-46和对比例9-16的实验结果如表4所示。
70.实验三：耐候性能实验实验样品：实施例22-46和对比例9-16。
71.实验仪器：uva-340nm紫外线灯管。
72.实验方法：参照iso 4892-2:2013的《塑料实验室光源暴露方法》中cycle 1的规定进行测试，采用uva-340nm的紫外线照射200h，得到耐候性能级数。从而分别得到实施例22-46 和对比例9-16耐候性能。
73.实验结果：实施例22-46和对比例9-16的实验结果如表4所示。
74.实验四：弯曲强度实验实验样品：实施例22-46和对比例9-16。
75.实验仪器：普赛特137玻璃盖板2589四杆静压7365测试仪。
76.实验方法：弯曲性能按astm d6109-2010的《非增强和增强塑料木材及相关制品的挠性特性的标准测试》中的实验方法对实施例22-46和对比例9-16的弯曲强度进行检测，从而分别得到实施例22-46和对比例9-16的弯曲强度。
77.实验结果：实施例22-46和对比例9-16的实验结果如表4所示。
78.表4实施例22-46和对比例9-16的实验结果
由表4的表格数据可知，实施例22-46的剥离强度为3.42-3.77n/mm2，耐磨指数为36.8-40.0mg，耐候性能级别为4-5和5，弯曲强度为29.9-32.3mpa；对比例9-16的剥离强度为1.59-2.71n/mm2，耐磨指数为42.7-49.3mg，耐候性能级别为4和4-5，弯曲强度为21.2-28.1mpa。相比于对比例9-16，实施例22-46的防剥离性能和耐候、耐磨性能更好。
79.对比实施例22和对比例9-11可知，加入聚乙烯共聚物、uhmwpe后，木塑型材复合材料的剥离强度提高，说明两者相互配合，可以增强木塑型材复合材料的防剥离性能。可能是由于聚乙烯共聚物、uhmwpe和hdpe具有较好的相容性，当进行熔融挤出时，具有较高的粘性，熔融状态可以扩散到木塑型材芯层形成过渡层，增强木塑型材复合材料的防剥离性能。
80.对比实施例22和对比例12-15可知，优选hdpe的熔融指数和uhmwpe的相对分子质量后，可与hdpe更好地配合，进一步增强木塑型材复合材料的防剥离性能。
81.对比实施例22和实施例25-27可知，优选相容剂组分后，木塑型材复合材料的防剥离性能增强，同时弯曲强度提高，耐磨性增强，说明优选马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝eva作为相容剂，有效增强木塑型材复合材料的防剥离性能；对比实施例27-30可知，再次优选hdpe的熔融指数和uhmwpe的相对分子量后，进一步增强木塑型材用表层材料与木塑型材芯层的粘度，提高木塑型材用表层材料与木塑型材芯层的防剥离性能；对比实施例30-32可知，优选增粘剂，并通过各增粘剂的相互配合，使得聚合物更容易扩散至木塑型材芯层中，增强黏度，进一步增强木塑型材复合材料的防剥离
性能、耐磨性能。
82.对比实施例32-35可知，优选聚乙烯共聚物具体组分后，有助于增强木塑型材复合材料的防剥离性能、耐磨性能。对比实施例35-37可知，加入聚乙烯弹性体后，减少了由于温度反复变化对木塑型材表层材料脱离的影响，从而进一步增强木塑型材复合材料的剥离强度，同时聚乙烯基弹性体具有较好的弹性，也增强了木塑型材复合材料的弯曲强度等性能；对比实施例36和实施例38-39可知，优选聚乙烯弹性体后，木塑型材复合材料的防剥离性能有一定的增强。
83.对比实施例39-41可知，优选填充剂的具体组分，填充剂分散在木塑型材用表层材料上，从而更好地增强木塑型材复合材料的耐磨性能以及耐候性能；对比实施例43-46可知，优选木塑型材用表层材料从模具中挤出温度，对木塑型材复合材料的防剥离性能有一定的影响，但影响较小。
84.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。