一种生物质PVC复合材料及其制备方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103897295 A (43)申请公布日 2014.07.02 CN 103897295 A (21)申请号 201410081325.7 (22)申请日 2014.03.06 C08L 27/06(2006.01) C08L 97/00(2006.01) C08K 13/02(2006.01) C08K 3/26(2006.01) B29B 7/56(2006.01) B29C 43/02(2006.01) (71)申请人 华南理工大学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381 号 (72)发明人 常杰 马艾丽 黎承前 付严 (74)专利代理机构 广州。

2、市华学知识产权代理有 限公司 44245 代理人 宫爱鹏 (54) 发明名称 一种生物质 PVC 复合材料及其制备方法 (57) 摘要 本发明涉及一种生物质 PVC 复合材料及其制 备方法， 采用木质素作为增强填料， 其中， 各组分 质量份数如下 ： 聚氯乙烯 100 份 ； 稳定剂 1-10 份 ； 润滑剂 1-8 份 ； 增塑剂 1-7 份 ； 碳酸钙填料 10-40 份， 木质素10-60 份。 本发明的生物质PVC 复合材 料具有质轻、 机械强度高、 耐热性能好、 高温降解 容易、 生物降解性能好、 配方成本低及节能环保的 特点， 可以广泛用于各种硬质 PVC 板材。 (51)Int.。

3、Cl. 权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书7页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103897295 A CN 103897295 A 1/1 页 2 1. 一种生物质 PVC 复合材料， 其特征在于， 采用木质素作为增强填料， 其中， 各组分质 量份数如下 ： 2. 根据权利要求 1 所述的生物质 PVC 复合材料， 其特征在于， 所述聚氯乙烯的 K 值 60-95， 聚合度为 650-1250 ； 所述的碳酸钙填料为纳米粉体 ； 所述的木质素为碱木质素 ； 所 述的稳定剂为金属皂类稳定剂中的。

4、一种或两种的任意混合物 ； 所述的润滑剂为液体石蜡 ； 所述的增塑剂为硬脂酸和邻苯二甲酸酯类增塑剂中的一种或两种的任意混合。 3.根据权利要求2所述的生物质PVC复合材料， 其特征在于， 所述的金属皂类稳定剂包 含硬脂酸锌和硬脂酸钙 ； 所述的碱木质素为造纸黑液中所提取的木质素 ； 所述的润滑剂液 体石蜡含氯量为 37% ； 所述的邻苯二甲酸酯类增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。 4.权利要求1或2或3所述生物质PVC复合材料的制备方法， 其特征在于， 包括以下步 骤 ： （1） 取木质素和碳酸钙填料烘干 ； （2） 将上述干燥后的填料和聚氯乙烯、 增塑剂、 稳定剂在高速混合器内混合， 搅拌升 温至 。

5、80-95， 在该温度下连续搅拌 1-8min， 然后加入润滑剂和增塑剂， 继续搅拌升温至 85-100， 在该温度下连续搅拌 1-5min， 然后冷却至 40以下， 得到预混合物 ； （3）将预混合物投入到双辊开炼机中混炼， 双辊温度为 135-160， 辊炼时间为 1-10min， 得到厚度为 1-2mm 的片状混合物 ； （4） 将片状混合物趁热切割成模腔大小， 然后层铺放置于模具中模压成型， 冷却至室温 卸压开模， 取出， 即得。 5. 根据权利要求 4 所述的方法， 其特征在于， 步骤 （2） 第一次加入的增塑剂为固体， 第 二次加入的增塑剂为液体， 两者添加的质量比为 1:1-1:。

6、4。 6. 根据权利要求 4 所述的方法， 其特征在于， 固体原料的含水量均在 1% 以下。 7. 根据权利要求 4 所述的方法， 其特征在于， 所述双辊温度为 135-150， 辊炼时间 3-8min。 8. 根据权利要求 4 或 5 或 6 或 7 所述的方法， 其特征在于， 所述模压成型是在 3-10MPa 压力下升温至 150-200 C 并保持 10-50min。 9.根据权利要求4或5或6或7所述的方法， 其特征在于， 所述模具的模腔高度为4mm， 片状混合物紧致铺叠且充满模腔。 10. 根据权利要求 4 或 5 或 6 或 7 所述的方法， 其特征在于， 所述模压过程要进行排气 。

7、操作。 权 利 要 求 书 CN 103897295 A 2 1/7 页 3 一种生物质 PVC 复合材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种生物质 PVC 复合材料及其制备方法。 背景技术 0002 聚氯乙烯复合材料具有良好的耐燃性和较高的比强度， 广泛应用于建筑及工业等 领域。碳酸钙作为一种重要的无机化工产品 , 广泛应用于橡胶、 涂料、 造纸、 塑料、 牙膏、 食 品、 医药、 饲料等工业中。纳米碳酸钙直接应用于有机介质中存在两个缺点 : 一是颗粒表面 能高， 处于热力学不稳定状态， 极易聚集成团， 容易在高聚物基复合材料中积聚， 在外力作 用下容易产生应力集中， 降低材料的。

8、综合性能。填充量越大， 这种应力集中越明显， 直接影 响纳米颗粒的应用效果 ; 二是碳酸钙表面亲水疏油， 强极性， 在有机介质中难于均匀分散， 与基体间结合力弱， 造成界面缺陷， 导致材料性能下降。 发明内容 0003 为解决上述问题， 提供了一种生物质 PVC 复合材料及其制备方法。 0004 本发明的技术方案如下 ： 0005 一种生物质 PVC 复合材料， 采用木质素作为增强填料， 其中， 各组分质量份数如 下 ： 0006 0007 所述聚氯乙烯的 K 值 60-95， 聚合度为 650-1250 ； 所述的碳酸钙填料为纳米粉体 ； 所述的木质素为碱木质素 ； 所述的稳定剂为金属皂类稳。

9、定剂中的一种或两种的任意混合 物 ； 所述的润滑剂为液体石蜡 ； 所述的增塑剂为硬脂酸和邻苯二甲酸酯类增塑剂中的一种 或两种的任意混合。 0008 所述的金属皂类稳定剂包含硬脂酸锌和硬脂酸钙， 两者的最佳质量比为 1:1 ； 所 述的碱木质素为造纸黑液中所提取的木质素 ； 所述的润滑剂液体石蜡含氯量为 37% ； 所述 的邻苯二甲酸酯类增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。 0009 所述生物质 PVC 复合材料的制备方法， 包括以下步骤 ： 0010 （1） 取木质素和碳酸钙填料烘干 ； 0011 （2） 将上述干燥后的填料和聚氯乙烯、 增塑剂、 稳定剂在高速混合器内混合， 搅拌 说 明 书 CN 10。

10、3897295 A 3 2/7 页 4 升温至 80-95， 在该温度下连续搅拌 1-8min， 然后加入润滑剂和增塑剂， 继续搅拌升温至 85-100， 在该温度下连续搅拌 1-5min， 然后冷却至 40以下， 得到预混合物 ； 0012 （3） 将预混合物投入到双辊开炼机中混炼， 双辊温度为 135-160， 辊炼时间为 1-10min， 得到厚度为 1-2mm 的片状混合物 ； 0013 （4） 将片状混合物趁热切割成模腔大小， 然后层铺放置于模具中模压成型， 冷却至 室温卸压开模， 取出， 即得。 0014 步骤 （2） 第一次加入的增塑剂为固体， 第二次加入的增塑剂为液体， 两者添。

11、加的质 量比为 1:1-1:4。 0015 固体原料的含水量均在 1% 以下。 0016 所述双辊温度为 135-150， 辊炼时间 3-8min。 0017 所述模压成型是在 3-10MPa 压力下升温至 150-200 C 并保持 10-50min。 0018 所述模具的模腔高度为 4mm， 片状混合物紧致铺叠且充满模腔。 0019 所述模压过程要进行排气操作。 0020 通过共混或填充改性引入低成本和多活性的木质素， 有望降低成本， 保持甚至提 高材料的性能， 同时既可减少木质素排放对环境的污染， 又可以充分利用资源。 木质素及其 衍生物能与聚氯乙烯等高分子聚合物具有较好的相容性， 为共。

12、混改性提供了可能。在共混 体系中， 木质素起着刚性粒子增强的作用， 同时可以充当碳酸钙和聚氯乙烯的相容剂， 对材 料的热稳定性、 阻燃性、 光降解等性能有一定的改善。 并且， 这种复合材料在尺寸稳定性、 成 型性、 抗张能力和抗冲击能力方面都有一定的优势。 0021 本发明提供生物质 PVC 复合材料是经热压成型设备加热熔融后， 在模具中成型为 一种硬质板材， 能够达到以下效果 ： 0022 1、 生物质 PVC 复合材料具有质轻、 比强度高、 防水的特点。 0023 2、 该生物质 PVC 复合材料具有极高的耐热老化性能及耐光老化性能， 可广泛用于 建筑外装饰、 园林景观、 围栏栈道等户外制。

13、品市场。 0024 3、 该生物质 PVC 复合材料具有配方成本低， 降解容易， 使用温度高， 可大幅降低产 品的综合造价。 附图说明 0025 图 1 为实施例 1-4 制得的 PVC 板材热学性能测试结果图。 具体实施方式 0026 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明， 以使本领域的技术人员可以更好的 理解本发明并能予以实施， 但所举实施例不作为对本发明的限定。 0027 实施例 1 0028 一种生物质PVC复合材料， 采用生物质原料-木质素作为增强填料， 其中， 所述PVC 复合材料包括以下质量份数的组分 ： 0029 说 明 书 CN 103897295 A 4 3/7 页 5 。

14、0030 所述聚氯乙烯的 K 值 65-95， 聚合度为 650-1250 ； 所述的碳酸钙填料为纳米粉体 ； 所述的生物质增强填料为碱木质素， 为造纸工业副产物 - 造纸黑液中所提取的木质素。所 述的稳定剂为硬脂酸锌和硬脂酸钙， 两者的质量比为 1:1 ； 所述的润滑剂为含氯量为 37% 的 液体石蜡 ； 所述的增塑剂为硬脂酸和邻苯二甲酸二辛酯， 两者的质量比为 1:2。 0031 该生物质 PVC 复合材料的成型加工工艺是 ： 0032 a. 将碳酸钙和木质素填料放于烘箱中 60烘干至水含量在 1% 以下。 0033 b. 将聚氯乙烯、 干燥后的两种填料及硬脂酸、 硬脂酸锌、 硬脂酸钙通过。

15、上料系统投 入高速混合器， 在高速混合器内混合， 搅拌升温至 95， 在该温度下连续搅拌 3min， 然后加 入液体石蜡和邻苯二甲酸二辛酯液体助剂， 继续搅拌升温至 100， 在该温度下连续搅拌 2min， 然后冷却至 40以下， 得到预混合物， 其外观分散均匀， 色泽一致， 没有结团， 变色等 现象。 0034 c. 将该预混合物投入到双辊开炼机中混炼， 双辊温度为 150， 辊炼时间为 8min， 得到厚度为 2mm 左右的片状混合物 ； 0035 d. 将该片状混合物趁热切割成模腔大小， 然后层铺放置于模具中模压成型， 即在 7MPa 压力下升温至 180 C 并保持 20min， 冷却。

16、至室温卸压开模， 取出， 即得。 0036 工艺中需要注意 ： 模腔高度为 4mm， 片状混合物层铺于模具中时要充满模腔， 尽量 紧致铺叠， 保证充模完全制品完成 ； 模压过程注意排气操作， 尽量避免制品出现气泡等缺 陷 ； 模具表面喷涂适量脱模剂， 保证表观质量 ； 在压力下冷却至室温开模取出制品， 避免产 品翘曲。 0037 所得产品为厚度为 4mm 的片材， 经制样机制样和进行拉伸性能和热学性能测试， 测试的拉伸速度为 20mm/min， 测试标准按照 GB/T1040.2-2006 进行。测试结果见表 1 和图 1。 0038 表 1 力学性能评价结果 0039 说 明 书 CN 10。

17、3897295 A 5 4/7 页 6 0040 实施例 2 0041 一种生物质PVC复合材料， 采用生物质原料-木质素作为增强填料， 其中， 所述PVC 复合材料包括以下质量份数的组分 ： 0042 0043 所述聚氯乙烯的 K 值 65-95， 聚合度为 650-1250 ； 所述的碳酸钙填料为纳米粉体 ； 所述的生物质增强填料为碱木质素， 为造纸工业副产物 - 造纸黑液中所提取的木质素。所 述的稳定剂为硬脂酸锌和硬脂酸钙， 两者的质量比为 1:1 ； 所述的润滑剂为含氯量为 37% 的 液体石蜡 ； 所述的增塑剂为硬脂酸和邻苯二甲酸二辛酯， 两者的质量比为 1:2。 0044 该生物质。

18、 PVC 复合材料的成型加工工艺是 ： 0045 a. 将碳酸钙和木质素填料放于烘箱中 60烘干至水含量在 1% 以下。 0046 b. 将聚氯乙烯、 干燥后的两种填料及硬脂酸、 硬脂酸锌、 硬脂酸钙通过上料系统投 入高速混合器， 在高速混合器内混合， 搅拌升温至 95， 在该温度下连续搅拌 3min， 然后加 入液体石蜡和邻苯二甲酸二辛酯液体助剂， 继续搅拌升温至 100， 在该温度下连续搅拌 2min， 然后冷却至 40以下， 得到预混合物， 其外观分散均匀， 色泽一致， 没有结团， 变色等 现象。 0047 c. 将该预混合物投入到双辊开炼机中混炼， 双辊温度为 150， 辊炼时间为 8。

19、min， 得到厚度为 2mm 左右的片状混合物 ； 0048 d. 将该片状混合物趁热切割成模腔大小， 然后层铺放置于模具中模压成型， 即在 7MPa 压力下升温至 180 C 并保持 20min， 冷却至室温卸压开模， 取出， 即得。 0049 工艺中需要注意 ： 模腔高度为 4mm， 片状混合物层铺于模具中时要充满模腔， 尽量 紧致铺叠， 保证充模完全制品完成 ； 模压过程注意排气操作， 尽量避免制品出现气泡等缺 陷 ； 模具表面喷涂适量脱模剂， 保证表观质量 ； 在压力下冷却至室温开模取出制品， 避免产 品翘曲。 0050 所得产品为厚度为 4mm 的片材， 经制样机制样和进行拉伸性能和。

20、热学性能测试， 测试的拉伸速度为 20mm/min， 测试标准按照 GB/T1040.2-2006 进行。测试结果见表 2 和图 1。 0051 表 2 力学性能评价结果 说 明 书 CN 103897295 A 6 5/7 页 7 0052 0053 实施例 3 0054 一种生物质PVC复合材料， 采用生物质原料-木质素作为增强填料， 其中， 所述PVC 复合材料包括以下质量份数的组分 ： 0055 0056 所述聚氯乙烯的 K 值 65-95， 聚合度为 650-1250 ； 所述的碳酸钙填料为纳米粉体 ； 所述的生物质增强填料为碱木质素， 为造纸工业副产物 - 造纸黑液中所提取的木质素。

21、。所 述的稳定剂为硬脂酸锌和硬脂酸钙， 两者的质量比为 1:1 ； 所述的润滑剂为含氯量为 37% 的 液体石蜡 ； 所述的增塑剂为硬脂酸和邻苯二甲酸二辛酯， 两者的质量比为 1:2。 0057 该生物质 PVC 复合材料的成型加工工艺是 ： 0058 a. 将碳酸钙和木质素填料放于烘箱中 60烘干至水含量在 1% 以下。 0059 b. 将聚氯乙烯、 干燥后的两种填料及硬脂酸、 硬脂酸锌、 硬脂酸钙通过上料系统投 入高速混合器， 在高速混合器内混合， 搅拌升温至 95， 在该温度下连续搅拌 3min， 然后加 入液体石蜡和邻苯二甲酸二辛酯液体助剂， 继续搅拌升温至 100， 在该温度下连续搅。

22、拌 2min， 然后冷却至 40以下， 得到预混合物， 其外观分散均匀， 色泽一致， 没有结团， 变色等 现象。 0060 c. 将该预混合物投入到双辊开炼机中混炼， 双辊温度为 150， 辊炼时间为 8min， 得到厚度为 2mm 左右的片状混合物 ； 0061 d. 将该片状混合物趁热切割成模腔大小， 然后层铺放置于模具中模压成型， 即在 7MPa 压力下升温至 180 C 并保持 20min， 冷却至室温卸压开模， 取出， 即得。 0062 工艺中需要注意 ： 模腔高度为 4mm， 片状混合物层铺于模具中时要充满模腔， 尽量 紧致铺叠， 保证充模完全制品完成 ； 模压过程注意排气操作， 。

23、尽量避免制品出现气泡等缺 陷 ； 模具表面喷涂适量脱模剂， 保证表观质量 ； 在压力下冷却至室温开模取出制品， 避免产 品翘曲。 说 明 书 CN 103897295 A 7 6/7 页 8 0063 所得产品为厚度为 4mm 的片材， 经制样机制样和进行拉伸性能和热学性能测试， 测试的拉伸速度为 20mm/min， 测试标准按照 GB/T1040.2-2006 进行。测试结果见表 3 和图 1。 0064 表 3 力学性能评价结果 0065 0066 实施例 4 0067 一种生物质PVC复合材料， 采用生物质原料-木质素作为增强填料， 其中， 所述PVC 复合材料包括以下质量份数的组分 ：。

24、 0068 0069 所述聚氯乙烯的 K 值 65-95， 聚合度为 650-1250 ； 所述的碳酸钙填料为纳米粉体 ； 所述的生物质增强填料为碱木质素， 为造纸工业副产物 - 造纸黑液中所提取的木质素。所 述的稳定剂为硬脂酸锌和硬脂酸钙， 两者的质量比为 1:1 ； 所述的润滑剂为含氯量为 37% 的 液体石蜡 ； 所述的增塑剂为硬脂酸和邻苯二甲酸二辛酯， 两者的质量比为 1:2。 0070 该生物质 PVC 复合材料的成型加工工艺是 ： 0071 a. 将碳酸钙和木质素填料放于烘箱中 60烘干至水含量在 1% 以下。 0072 b. 将聚氯乙烯、 干燥后的两种填料及硬脂酸、 硬脂酸锌、 。

25、硬脂酸钙通过上料系统投 入高速混合器， 在高速混合器内混合， 搅拌升温至 95， 在该温度下连续搅拌 3min， 然后加 入液体石蜡和邻苯二甲酸二辛酯液体助剂， 继续搅拌升温至 100， 在该温度下连续搅拌 2min， 然后冷却至 40以下， 得到预混合物， 其外观分散均匀， 色泽一致， 没有结团， 变色等 现象。 0073 c. 将该预混合物投入到双辊开炼机中混炼， 双辊温度为 150， 辊炼时间为 8min， 得到厚度为 2mm 左右的片状混合物 ； 0074 d. 将该片状混合物趁热切割成模腔大小， 然后层铺放置于模具中模压成型， 即在 7MPa 压力下升温至 180 C 并保持 20m。

26、in， 冷却至室温卸压开模， 取出， 即得。 说 明 书 CN 103897295 A 8 7/7 页 9 0075 工艺中需要注意 ： 模腔高度为 4mm， 片状混合物层铺于模具中时要充满模腔， 尽量 紧致铺叠， 保证充模完全制品完成 ； 模压过程注意排气操作， 尽量避免制品出现气泡等缺 陷 ； 模具表面喷涂适量脱模剂， 保证表观质量 ； 在压力下冷却至室温开模取出制品， 避免产 品翘曲。 0076 所得产品为厚度为 4mm 的片材， 经制样机制样和进行拉伸性能和热学性能测试， 测试的拉伸速度为 20mm/min， 测试标准按照 GB/T1040.2-2006 进行。测试结果见表 4 和图 1。 0077 表 4 力学性能评价结果 0078 说 明 书 CN 103897295 A 9 1/1 页 10 图 1 说 明 书 附 图 CN 103897295 A 10 。