研究报告PVC木塑仿木装饰材料的研究.docx
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研究报告PVC木塑仿木装饰材料的研究
PVC木塑仿木装饰材料的研究
研究报告
李碧朱刘浩李冬迪
目录
1．前言1
2．研究目标及基本思路1
2.1研究目标1
2.2基本思路2
3.创新点4
4.技术关键和技术指标4
4.1关键技术问题4
4.2技术指标5
5.作品的科学性和先进性6
6、作品的设计和实验7
6.1、配方：
7
6.2、木粉（稻壳粉、果壳粉）的制备：
8
6.3、复合材料试样的制备：
8
6.4、木塑复合材料冲击断口形态结构的SEM分析9
7．应用范围和应用前景预测11
PVC木塑仿木装饰材料的研究
摘要：
以废弃的边角、锯末、农业植物、PVC为原料。
经过对木粉的改型、填充PVC、塑化等工艺制备PVC木塑。
该方法为废弃的塑料找到了新的利用价值。
不仅降低了成本，并且保护了环境，是无毒无害的环保型材料。
关键词：
回收环保阻燃
1．前言
自21世纪以来，世界各地对环境保护和人类健康都极为重视。
我国每年废弃塑料高达七千万吨，大多作填埋处理，无独有偶，我国每年有超过七亿吨的秸秆需要处理，处理的主要方式飞焚烧，那就意味着每年至少有3.5亿吨的二氧化碳排放，这不仅严重降低秸秆的附加值，其对环境造成严重危害。
2．研究目标及基本思路
2.1研究目标
木塑复合材料由于具有木材和塑料成本和性能的优点，而有望成为新一代木质基础材料的理想替代品，来缓解木材贫乏问题。
将废弃木材边角料与回收的塑料共混，等到一种吸水率低、阻燃效果好的新型材料。
近年来，随着经济的发展和人民生活水平的提高，对木材和人造板等木质材料的需求逐年增加，而我国是一个木材资源不丰富的国家，储量小，产量满足不了市场的需求。
而木塑复合材料由于具有木材和塑料成本和性能的优点，而有望成为新一代木质基础材料的理想替代品，来缓解木材贫乏问题。
由于PVC是目前世界上最重要的通用塑料之一，PVC每年巨大的消耗量相应的产生了大量的废旧塑料。
而我国对废旧塑料的回收率仅为18％左右，大量的废旧塑料被丢弃为垃圾，这既是一种浪费又污染环境。
另一方面，废弃的木材边角料，锯末，农业植物纤维如稻糠，秸杆等大量的被放火烧掉，不仅浪费了资源也给环境带来了大量的污染，我们把它们回收，作为复合材料的填料，提高了其附加值，而且PVC木塑复合材料仍可以回收再利用，也就是说可循环利用。
2.2基本思路
1、木粉预处理：
磨粉、干燥、改性。
偶联剂法的主要原理是：
硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物，其通式为RSiX3.式中R代表与聚合物分子有亲和力或反应能力的活性官能团；X代表能够水解的烷氧基。
在进行偶联时，首先X基水解形成硅醇，然后与无机粉体颗粒表面上的羟基反应，形成氢键并缩合成-SiO-M共价键（M表示无机粉体颗粒表面）。
同时，硅烷各分子的硅醇又相互缔合齐聚形成网状结构的膜，覆盖在粉体颗粒表面，使无机粉体表面有机化。
其化学反应的简要过程如下：
水解：
与纤维素反应：
与树脂部分反应：
偶联：
2、改性后的木粉与PVC经过混合、冷却、挤出得到成品。
3、拉伸性能：
拉伸速度5mm/min，参照GB1040—1992；
弯曲性能：
实验跨度：
100mm，实验速度5mm/min，
参照GB/9341—2000；
冲击性能:
无缺口冲击:
参照GB/1043—93。
3.创新点
1、开发合理利用废弃塑料的新途径，减少对环境的危害。
2、增加废弃秸秆、稻穅等的附加值。
3、制备回收率高、绿色环保的新材料。
4.技术关键和技术指标
4.1关键技术问题
1、木粉的改性
2、阻燃剂的控制
4.2技术指标
制得PVC木塑来测量木粉种类含量及粒径对木塑复合材料力学性能的影响。
（a）木质填料含量对复合材料拉伸强度影响（b）木质填料含量对复合材料断裂伸长率影响
（c）木质填料含量对复合材料弯曲强度影响（d）木质填料含量对复合材料冲击强度影响
图4-1
由图（a）、（b）、（c）、（d）可得出，随着木粉、稻壳粉和果壳粉含量的增加，复合材料的力学性能曾显著下降趋势，稻壳粉体系的拉伸强度和断裂伸长率高于木粉和果壳粉体系，添加量为45份时，稻壳粉体系的拉伸强度为31.21MPa，木粉和果壳粉体系分别为30.07MPa和31.21MPa和26.9MPa和31.21MPa。
果壳粉体系的冲击强度稍高些，而弯曲强度较低，稻壳粉的综合性能最好。
木质填料在填充塑料中填料作为分散相，实际上是被分割在基体树脂构成的连续相中。
在外力作用下基体树脂从填料颗粒表面被拉开，因承受外力的总面积减小，所以填充塑料的拉伸强度较未填充体系有所下降。
这是由于稻壳粉、木粉和果壳粉均为纤维素类填料，主要由纤维素和少量的木质素及其它化合物组成，但纤维素的含量不同。
理论上纤维长度越长，拉伸强度越大。
界面剪切强度越大[31]，拉伸强度也越大。
而界面剪切强度与相容性有关，相容性越好，界面剪切强度越大。
因此相容性和纤维长度是复合材料机械性能的决定因素。
在相同的填充量情况下，复合材料的拉伸强度稻壳粉的要稍高于木粉和果壳粉。
稻壳粉颗粒有较大的长径比，对PVC起到一定的增强作用；而果壳粉则长径比小些，对PVC的增强作用相对差些。
在相同填充量的情况下，填充体系的冲击强度稻壳粉的低于果壳粉的，这与稻壳粉中高纤维素含量有关。
这是因为低长径比的填料通常不会提高聚合物的拉伸强度，但会提高韧性，而具有较高长径比的填料会使聚合物变脆，冲击强度降低。
稻壳粉中纤维素含量高，因而冲击强度下降的较大。
5.作品的科学性和先进性
科学性：
本次课题中的原料是从污染环境的废弃物中提取出来的。
不仅保护了环境还降低了成本。
先进性：
PVC木塑具有许多普通木质没有的特点，例如：
吸水率低、无形变、阻燃效果好。
6、作品的设计和实验
6.1、配方：
PVC:
100份；
改性木粉：
40-60份;
轻钙：
20-40份；
复合稳定剂：
4-5份；
硬脂酸：
2-2.5份；
石蜡：
1-2份；
DOP:
1-5份；
染料：
适量；
AC发泡剂：
2-3份；
发泡调节剂：
10-15份
主要的仪器及设备
仪器名称
型号
厂家
粉碎机
FE220
北京中兴伟业仪器有限公司
高速混合机
GH-10
北京塑料机械厂
开放式炼塑机
SK-160B
上海轻工业机械股份有限公司上海橡胶机械厂
平板硫化机
XLB
中国青岛亚东橡胶有限公司青岛第三橡胶机械厂
冲片机
CP-25
上海化工机械厂
250毫米台式砂轮机
S3ST-250
上海砂轮机厂
电热恒温鼓风干燥箱
DHG-9070A
上海精宏实验设备有限公司
冲击实验机
XJU-22
承德实验机有限责任公司
微机控制电子万能实验机
RGL-30A
深圳市瑞格尔仪器有限公司
毛细管流变仪
XLY-Ⅱ
吉林大学科教仪器厂
偏光显微镜
扫描电镜（SEM）
JSM-6360LV
日本
表6-1
6.2、木粉（稻壳粉、果壳粉）的制备：
①准备好木屑（稻壳、果壳）以备用。
②将准备好的木屑（稻壳、果壳）在120℃下用烘箱烘制6小时，
烘去其中的水分利以于粉碎和筛选。
③将烘干的木屑（稻壳、果壳）用高速万能粉碎机粉碎。
④将筛选好的木粉（稻壳粉、果壳粉）密封装袋留以备用。
6.3复合材料试样的制备：
1、将自制的木粉（稻壳粉、果壳粉）在120℃烘箱内干燥6h，POE-g-MAH和EVA-g-MAH70℃干燥5h将PVC和DOP复合稳定剂、硬脂酸、石蜡、在高速混合机里混合均匀，备用。
2、将混合好的PVC和木粉（稻壳粉、果壳粉）混合，在塑炼机上塑化，混炼8min，出片后于平板硫化机上模压成型，然后在另一台平板硫化机上、在同等压力下冷压，取出模压片材，在橡塑冲片机上裁制性能测试标准试样。
3、同样，将混合好的PVC（100份）和硅烷改性稻壳粉（45份）混合，在炼塑机上塑化2min，加入偶联剂改性的CaCO3，混炼6min，模压制备试样。
同样，将混合好的PVC和稻壳粉在炼塑机上塑化2min，加入相容剂混炼8min，模压制备试样。
同样，将混合好的PVC和改性的稻壳粉在炼塑机上塑化8min，模压制备试样。
原料、配比：
本次课题通过研究热稳定剂对PVC木塑的"极限氧指数"（阻燃性能），抑烟性的作用，寻找环保高效阻燃体系，提高PVC木塑的阻燃和抑烟性能；通过对低发泡型的PVC木塑工艺研究和结构设计，改善PVC木塑复合材料阻燃效果差的缺点。
本次课题研究不仅能降低材料的火灾危险，同时保持外观与实木的极度相似性。
能够提供一种阻燃性能好，同时又具有经济、环保、力学性能好的做然木塑装饰材料
无添加阻燃剂实验原料及配比
PVC
100份
改性后的木粉
60份
石蜡
2份
硬脂酸
2份
DOP邻苯二甲酸二辛酯
5份
碳酸钙
35份
复合稳定剂
5份
AC发泡剂
3份
发泡调节剂
15份
表6-2
添加阻燃剂实验原料及配比
PVC
100份
改性后的木粉
60份
石蜡
2份
硬脂酸
2份
DOP邻苯二甲酸二辛酯
5份
碳酸钙
35份
复合稳定剂
5份
AC发泡剂
3份
发泡调节剂
15份
阻燃剂
30份
表6-3
氢氧化铝（ATH）和硼酸锌（ZB）配比分别为：
3:
14:
15:
16:
17:
1
经实验测得正常的木塑产品为23个极限氧浓度；而我们的配比得到的PVC木塑在5：
1时得到的极限氧浓度为32.%
有效的改进了PVC木塑阻燃性差的缺点
6.4、木塑复合材料冲击断口形态结构的SEM分析
（a）未处理的（b）POE-g-MAH（5phr）
（c）EVA-g-MAH（2.5phr）（d）nano–CaCO3（7.5phr）
（e）硅烷偶联剂（1.5%）
由（a）（b）（c）（d）（e）分别为2000倍下未改性、5份POE-g-MAH、2.5份EVA-g-MAH、7.5份纳米CaCO3和1.5%的硅烷偶联剂扫描电镜照片，可以看出加入7.5份纳米CaCO3体系的相容性和分散性最好。
由图（a）可以看出稻壳粉未经表面处理时断面较平滑[43],纤维与树脂间存在十分清晰的相界面，粘结强度较弱，在外力作用下,复合材料发生脆性断裂而破坏，因而复合材料力学性能较差；从图（b）（c）可以看出，复合材料加入POE-g-MAH和EVA-g-MAH时,断面变得粗糙,稻壳粉颗粒受外力作用被拉断而形成的孔洞变形严重，呈现韧性断裂的特征。
EVA-g-MAH体系基体与稻壳粉之间的界面模糊，稻壳粉与PVC的结合性有了很大改善，较加入POE-g-MAH更明显提高力学性能；从图（d）可以看出断面呈现片层状，改性的纳米CaCO3粒子均匀的分布在基体中，基体与稻壳粉和CaCO3的相容性更好，界面变得模糊，在断裂时改性CaCO3粒子可吸收更多的能量，从而显著提高材料的冲击强度；从图（e）可以看出断面曾片层状结构，稻壳粉的分散性变好，说明硅烷改性后的稻壳粉与PVC基体间的界面结合作用增强，复合材料抵抗外力作用提高。
7．应用范围和应用前景预测
该复合材料集合了木材和塑料的优点，因而可以作为装修材料，例如厨房、卫生间的柜子。
还可以制作成室外的护栏、扶手、楼梯、木质桥梁等，适用范围非常广，我们的原料来自于废弃的边角料，植物的秸秆等和废旧的PVC，提高了他们的附加值，而且减少了对环境的污染。
实验中提高了PVC木塑的阻燃性能，更加安全。
PVC木塑复合材料不含甲醛作为装修材料很适合，大大的较少了对人体的伤害，此外还可以回收再利用，是一种循环资源，将会有很好的应用前景。
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