阅读说明：本技术 一种无醛无味pvc发泡板材及其加工方法 (Formaldehyde-free odorless PVC (polyvinyl chloride) foamed sheet and processing method thereof ) 是由 顾成兵 杨文瑞 徐刚 吴哲荣 韩飞 刘欢 孙国进 于 2019-12-03 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种无醛无味PVC发泡板材及其加工方法,与现有技术相比,本发明以钙锌环保配方为基础,以氧化硅、沸石应用在PVC发泡板材配方中,研发出一种无醛无味PVC发泡板材。而且,根据配方的特点设计相应的生产方法。本发明提供的无醛无味PVC发泡板材,不仅自身零甲醛,由于氧化硅、沸石的分子筛结构,使得板材具有显著的吸收甲醛的功能,可广泛应用在室内家具制作,墙面装饰及广告卫浴等领域,提升了家具板材的生态环保性能。(Compared with the prior art, the invention develops the formaldehyde-free odorless PVC foamed sheet by applying silicon oxide and zeolite in the PVC foamed sheet formula based on the calcium-zinc environment-friendly formula. Moreover, a corresponding production method is designed according to the characteristics of the formula. The formaldehyde-free odorless PVC foaming board provided by the invention is free of formaldehyde, has a remarkable formaldehyde absorption function due to the molecular sieve structure of silicon oxide and zeolite, can be widely applied to the fields of indoor furniture manufacturing, wall decoration, advertising, bathroom and the like, and improves the ecological environment-friendly performance of furniture boards.)

一种无醛无味PVC发泡板材及其加工方法

技术领域

本发明属于PVC发泡板材领域，具体涉及一种无醛无味PVC发泡板材及其加工方法。

背景技术

随着人们对于居住环境要求越来越高,人们开始不断追求更为新奇的装修、建筑材料,以此不仅能带来外观的华美,更能体现居住环境的多功能性,但正是这些新奇的装修,使得室内空气污染越来越严重，在这些室内污染物中，甲醛对人们身体健康威胁最大。因此对于如何处理室内空气中的甲醛有害气体和净化室内空气刻不容缓。

目前针对装修后室内的甲醛采用活性炭吸附和加强通风的方法，属于后期物理吸附方式治理的方法，并没有从根源上解决问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种无醛无味PVC发泡板材，以钙锌环保配方为基础，将氧化硅、沸石应用在PVC发泡板材配方中，研发出一种无醛无味PVC发泡板材。本发明不仅自身零甲醛，而且具有显著的吸收甲醛的功能，可广泛应用在室内家具制作，墙面装饰及广告卫浴等领域，提升了家具板材的生态环保性能。

本发明还提供了一种无醛无味PVC发泡板材的加工方法，根据设计的一种无醛无味PVC发泡板材配方设计匹配的生产发泡过程及工艺，确保产品的生产稳定性和质量。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供的一种无醛无味PVC发泡板材，包括以下重量份原料

所述PVC优选为内蒙乌海SG-8型PVC；

所述钙锌稳定剂选自JCS-106钙锌稳定剂；

所述润滑剂选自G60润滑剂；

所述硅系材料优选为氧化硅。

所述氧化聚乙烯蜡选自氧化聚乙烯蜡AC316A；

所述发泡剂选自发泡剂W3833。

所述发泡调节剂选自发泡调节剂LP801

所述烃基蜡润滑剂选自RL915烃基蜡润滑剂。

本发明提供的一种无醛无味PVC发泡板材的加工方法，包括以下步骤：

1)先将配方量的PVC加入热混锅中，再加入碳酸钙，最后加入配方量的其他原料，当混料达到110-115℃时，将混合料放进冷混锅，进行低速冷混，当冷混温度达到45℃以下，将混合料放进干混料库；

2)均化：混合料进入干混料库后进行均化；

3)挤出成型；

4)冷却定型。

进一步的，步骤1)热混时间为1200-1300S；

进一步的，步骤1)中冷混时间为260-300s；优选的，冷混冷却水温度通常控制在13-15℃，同时下料温度应设置在40℃。

进一步的，步骤1)中热混前按照配方量称取原料，精确到0.01Kg；

进一步的，步骤1)中热混锅中，导流片侧边应距离锅壁3cm；

优选的，混料量占锅体容积的60％-70％。

本发明热混温度的设定：

热混出料温度的高低，决定了挤出物料均匀塑化的进程。热混温度过低，未达到预定温度要求便卸料进行冷混，物料在混料罐内捏和不均匀，即PVC颗粒的重新结合和均一化不完全，则会影响到颗粒的表观密度及凝胶化，原料各组分性能未能相互协调与充分发挥，物料水分析出不彻底，影响挤出机设定温度，但有时机筒温度调得很高仍不能良好塑化，致使产品各项物化性能下降；当混料温度过高时，物料在混料罐内易发生降解，致使生产难以继续进行。本发明设计，一般情况下采用7型或8型PVC树脂，生产一种无醛无味PVC发泡板材宜将110-115℃作为热混的额定温度指标。当轻钙填充量每增加10％，热混温度可提升1℃，提升温度以利于PVC物料及低熔点组份均衡吸附碳酸钙，但最高温度不得超过125℃，提高混合料表观密度和流动速度均一性。

混合时间影响：

物料在混合过程中经历的压实、均化、部分凝胶化过程，均需要一定时间完成。混料时间的延长有助于稳定剂及其他添加剂更加均匀地扩散到树脂中，以进一步提高物料稳定性和均匀程度。本发明物料在高速混合机中混合时间至少在1200-1300S之间，才能得到质量均匀的混合料。

高速混合机中加料量的影响：

热混每锅料的总容积量也是不可忽视的。单锅混料量少，剪切热低，升温过慢，混料时间偏长，生产效率低；单锅混料量过多，剪切热过高，局部温度温升过快，混料时间偏短，物料组份分散不均；若混料负荷过重，致使变频电机速度减慢或皮带轮打滑，混料时间反而会延长。本发明设计混料量占锅体容积的60％-70％，钙锌配方混合料的预凝胶化效果最好，板材生产较为稳定。

热混导流片位置：

热混导流片呈半椭圆弧面，因此导流片在混料锅中角度将直接影响物料在锅中翻腾效果，从而影响物料均化和预凝胶化效果，本发明设计，导流片侧边应距离锅壁3cm左右为宜，此时物料在锅内翻腾效果最佳。

本发明混料冷混：

经热混预塑化后，通过冷混的低速搅拌，将料温迅速从110-115℃以上降至45℃以下，防止物料积热降解，发泡剂发泡分解。同时消除高速搅拌产生的静电，本发明针对钙锌配方最适宜的冷混时间应该在260-300秒之间，冷混冷却水温度通常控制在13-15℃，同时下料温度应设置在40℃，此时的物料含静电量和发泡剂分解比达到相对平衡最优的阶段。

步骤2)中，干混料库内安装有均化管道，可使物料在混合料库中均匀散开，同时连续混料生产过程中，不同批次的混合料在同一混合料库中进行均匀分散，使得挤出生产时物料更加均匀、稳定。

进一步的，步骤3)中，均化后的干混料，利用负压及螺杆输送将物料输送至挤出设备，物料通过挤出筒区和模具区域的加热，将粉状的物料逐渐塑化成为半固态的物料，在螺杆的输送下，通过筒区和模具，形成一定形状的型胚，此时型胚的温度较高，可以达到180-190℃。

本发明挤出工序严格控制塑化温度：

塑化温度对气泡结构和发泡制品密度及表面质量影响很大。而塑化温度又受PVC树脂K值、配方构成和螺杆作用在物料上剪切力的影响。当塑化温度较低时，熔体黏度高，不仅影响塑化，也会使发泡不完全，且含气体的熔体混合不均，成核少以及分散均匀而形成大泡，发泡密度大；倘若塑化温度低于发泡剂分解温度是，则会使熔体完全不发泡；温度升高到一定值时，物料混合均匀，塑化较好，气体在熔体内溶解度增大且成核数量增多，因而可形成孔径密度小的发泡体；倘若塑化温度过高，熔体黏度过低，会产生过大气泡。因强度降低而被撕裂，大部分气泡消失，使成品有残缺的表面，密度较高，表面泛黄。

挤出机温度设定的基本原则：

本发明针对上述配方的无醛无味PVC发泡板材挤出发泡过程中，温度设定的基本原则是：温度设定的基本原则是：在挤出机内由高到低。1、2段温度宜设定高一些，以利于促进塑化；但不应高于发泡剂分解温度，否则熔体会在排气孔内提前发泡，并在真空孔逸出，影响发气量。3-5区温度应逐步降低，保持熔压稳定升高，防止在挤出过程中因熔压变化，熔体在机内分解、发泡；合流芯温度应低于以上各区温度。

进一步的，步骤3)挤出成型设置参数如下：螺筒加热一(170±10)℃、螺筒加热二(165±10)℃、螺筒加热三(165±10)℃、螺筒加热四(165±10)℃、螺筒加热五(160±10)℃、螺杆温度(145±10)℃、连接体温度一(160±10)℃、连接体温度二(160±10)℃、模具加热区一(180±10)℃、模具加热区二(180±10)℃、模具加热区三(180±10)℃、模具加热区四(180±10)℃、模具加热区五(180±10)℃、模具加热区六(180±10)℃、模具加热区七(180±10)℃、模具加热区八(200±10)℃、模具加热区九(200±10)℃、螺杆转速(19±2)rpm、加料转速(30±5)rpm、挤出负荷(50-60)％、牵引速度(0.5±0.1)m/min、口模油温(170±10)℃、口模水温(40-60)℃、真空负压(-0.04～-0.07)Mpa、熔体温度(180±10)℃、运行电流(5±0.5)A。

口模温度和间隙设定要以熔体从口模均匀出料为基准：

因泡沫体比压实的物质流动性差，要使结皮发泡板既有泡孔密集、均布的内芯，又有坚硬、密实的外表。熔体到模口时，熔体温度应完全达到发泡剂分解温度范围，并且为两头高，中间低。偏离中心越远的部位温度越高，以利于模唇整个横截面内熔体流速协调一致。口模唇间隙设定也是中间小，两侧大，本发明设计口模唇间隙为板材厚度的1/4-1/3。其目的就是在整个板面的熔坯厚度和压力均匀一致。

步骤4)中，通过挤出机出来的高温型胚，在牵引机的拉力下，进行到定型台进行冷却定型，定型台分四段，每段定型台均通冷却水，冷却水温控制在25-35℃，通过定型台后的板材表面温度及内部温度均降低至常温，从而形成强度较高的结皮发泡板材。

进一步的，步骤4)冷却定型后，进行包装。回料作为PVC发泡板材裁边回收料继续作为配方原料使用。

本发明提供的一种无醛无味PVC发泡板材采用的是低发泡结皮生产技术，通过对各配方组分的深入研究，结合各原料特性，成功研发了本发明配方体系，本发明中采用钙锌环保稳定剂，添加氧化硅和沸石等吸收甲醛的材料，使得板材表面形成结皮层的同时有蜂窝孔状的结构。

本发明中各组分及作用如下：

稳定组分:一种无醛无味PVC发泡板材在挤出塑化过程中，物料温度较高，并且发泡过程中发泡剂也会产生分解热，所以对稳定剂的热稳定性要求高。本发明采用钙锌稳定剂JCS-106作为核心稳定剂，使用AC-316A改善配方塑化性能，配合设计其他原料用量，重点解决初期着色性、发泡不均和易糊料等问题。

润滑组分：采用G60内滑剂和PE蜡外滑剂作为核心润滑剂，辅以PP蜡、RL915烃基蜡润滑剂等耐高温润滑剂进行内外滑协同，该体系满足本申请配方板材长期生产稳定性，在保证脱模性的情况下，同时减少析出，提高了制品的光洁度和表观质量。

发泡和发泡调节组分：本发明发泡剂使用W3833系列作为核心发泡剂，不含偶氮基团，不会产生分解残留物影响到环保性能的检测。发泡调节剂采用LP-801发泡调节剂，由丙烯酸酯类多种单体经多段乳液聚合，在配方体系中侧重于调节泡孔结构，不仅能够促进塑化，还能显著提高熔体强度和延展性，使得板材泡孔均匀细密，提高产品生产稳定性。

吸甲醛材料和填充组分：在本发明配方体系中,吸甲醛材料采用氧化硅、沸石材料，该材料具有天然的“分子筛”状孔隙结构，比表面积是活性炭的5000-6000倍，具有良好的吸附性能和离子交换性能，吸附甲醛效果显著，可强力吸附空气中的甲醛、苯、氨等有害物质，并利用其中氧化能力超强的纳米集团物质，在光照条件下将苯、二甲苯等有害的voc物质氧化分解，很好的解决了目前严重困扰居家的室内污染问题。本发明中氧化硅、沸石具有良好的吸附性能和离子交换性能，吸附甲醛效果显著。填充剂采用轻质碳酸钙，除作为发泡成核剂使用外,还能降低材料成本。氧化硅及沸石原料在配方中可使板材表面形成孔状结构，此类结构不仅形成分子筛，还可以利用分子间隙吸附甲醛。氧化硅与配方中的材料相容性较差，稳定性不高，但沸石在配方中可以提升稳定性，减少生产过程中的糊料现象，但添加过多容易导致塑化不良，因此在本发明配方设计中，将氧化硅作为主要吸附材料，将沸石作为辅助稳定组分，控制两者的用量比，不仅能平衡配方的稳定性，还能起到很好的表面吸附作用，最优选的，沸石为氧化硅用量的10％比例。

本发明在钙锌环保配方体系基础上，结合在钙锌环保配方原材料特性，加入氧化硅、沸石等原料，研发出的新的配方体系。不仅继承了传统的PVC发泡板材质轻、防潮、零甲醛等优越性能基础，又增加了吸收甲醛的功能，更好满足了人们对装修环保的高要求。目前一种无醛无味PVC发泡板材的常用的规格为2440*1220mm，板厚为3mm、6mm、10mm、12mm、15mm、18mm。主要应用在家具制作、墙面装饰、客车内装饰等领域，是一种通用的基础装饰材料。

由于吸甲醛材料在高分子生态家具板材中的应用，不仅要考虑配方体系中氧化硅、沸石带来的吸甲醛效果，而且也要解决产品生产过程的波动，所以从混料到挤出整个生产环节必须要有特定的工艺与其匹配，本发明通过对配方各组分在各工序作业机理和温度等工艺控制要点分析，经过大量创造性劳动，制定了一套适合本发明产品的新的工艺控制路线。

在混料工艺方面根据配方中不同原料的性状、物理特性、预塑化要求等，调整热混转速、混料时间，提高预塑化效果，使得混合料均匀稳定。具体设计思路如下：

热混过程中物料形态发生的变化：

混料实际上是生产辅料和PVC混合后压实、均化、排湿、预凝胶化的过程。在整个过程中，各辅料微组份吸附在PVC颗粒表面，经摩擦、剪切作用后PVC树脂逐步熔融塑化，而后再结晶形成网络形态结构，在高速热混合过程中，可见到PVC树脂既有颗粒细化、粒径均匀的形态变化，又表现出密度增大、部分凝胶化的特点，最终形成均匀的干混料。

压实通常PVC树脂的表观密度仅为0.45-0.55g/ml。在高速混料中由于受热及相互碰撞、摩擦产生的高剪切力作用，使物料温度不断上升，PVC颗粒、氧化硅和其它组分不断相互渗透，PVC颗粒表面逐渐吸收或吸附稳定剂、已熔融的润滑剂、加工助剂等，混合料的表观密度可增大至0.65-0.75g/ml。

均化:在高速混合机中，各组分不仅能达到良好的机械混合，还可得到各组分间良好的稳定分散。随着温度不断升高，PVC粒子可不断吸收稳定剂、润滑剂等，逐渐被各组分所包覆，温度升至110-120℃时，可形成均匀、稳定的干混粉料。

排湿:当物料温度升至100℃左右时，包含在树脂及助剂组分中的湿气和其它易挥发物质通过排潮收尘去除，避免了在挤出型材过程中产生气泡和缺陷。

预凝胶化:PVC的凝胶化是指在加工过程中树脂逐步熔融塑化，而后再结晶形成网络形态结构的过程，在高速热混合过程中，可见到PVC树脂既有颗粒细化、粒径均匀的形态变化，又表现出密度增大、部分凝胶化的特点。因此PVC物料高速热混合过程，也是PVC树脂均匀化、致密化及部分凝胶化的过程，物料凝胶化虽不是混料主要目的，但在混合过程中，已有部分PVC粒子出现凝胶化。有较大表面积的小粒子，易受到较大的摩擦，达到凝胶化状态，呈现出类似透明状，而在较高温度下小颗粒逐渐熔融，聚集在一起，变成较大的颗粒，表面凝胶化的PVC可以很好的吸收各种助剂，最终得到我们常见的均一性和干流性较好的干混料。

在混料环节，本发明控制低速混料电机转速为25HZ，高速混料电机转速为45HZ，由于本发明配方的润滑性能较好，物料间的摩擦力小，因此在混料过程中本发明控制热混混料时间在1200S-1300s，相比普通配方，混料时间偏长一些，但通过对混合料的抽样检测及挤出运行，检测数据正常，生产运行稳定。本发明为满足板材表面较高的光泽度，在配方中加入较高比例的润滑剂，使得物料在混料过程中的物料之间摩擦力较小，升温速率较慢，但在慢速升温的过程中，PVC等物料充分吸收氧化硅及沸石，在挤出生产过程中在板材表面形成孔状结构，同时由使得板材表面的硬度较高，可以达到邵氏硬度80单位，发泡更加密实，密度可以达到0.65kg/m，从而提升板材的强度。

在挤出工艺方面，一、温度设定的基本原则是：挤出机各筒区温度由高到低进行设置，1和2区温度宜高一些，以利于促进塑化，但不能高于发泡剂的分解温度，否则熔体会在排气孔内提前发泡，并从真空孔逸出，影响发气量；3-5区温度宜逐步降低，保持熔压稳定升高，防止在挤出过程中因熔压变化，导致熔体在机筒内分解、发泡。二、发泡板材不同于异型材，表面积较大，横截面很宽，且十分平整，只要发泡熔体有足够的膨胀和泡孔率，则和定型板之间可贴得很紧，可不使用传统的真空抽湿系统。三、口模唇与定型装置模板间隙不仅决定板材的厚度，也影响发泡倍率。本发明设计口模唇间隙为板材厚度的1/4-1/3。

本发明具有以下优点：

1)严格按照GB/T2463.2-2018标准进行生产检验，各项性能满足国家标准和用户使用要求。

2)环保、无污染、无公害、可循环利用。产品不含苯物质，甲醛含量低于1.5mg/L，低于EO级标准，可循环利用大大节约了木材使用量，适合可持续发展国策，造福社会。

3)防腐、防潮、防虫蛀、不变形，由于所用主原料PVC受酸碱的影响较小；吸水率仅为0.9％；有效防止虫蛀。可以使用到木制产品不能应用的环境中。

4)加工安装便捷、板材内部采用芯层微发泡技术，使发泡产品的密度接近木材。类似木质的加工要求，可钉、可刨、可锯、可钻，表面可印刷。比木质板的安装更加快捷，不需抹腻子、刷油漆等传统作业方式，工厂标准化生产，数控机床铣制合页、锁孔、装饰窗孔，尺寸标准精确，确保现场安装时整体严密。采用分件积木式结构，便于运输，现场安装方便，避免了在现场繁杂的手工加工制作过程，走工厂化流水线作业的道路，提高了家具的制作安装效率。加工手段多样化，无需专业人员，所用加工工具通用性强。

与现有技术相比，本发明以钙锌环保配方为基础，将氧化硅、沸石应用在高分子生态家具板材配方中，研发出一种无醛无味PVC发泡板材。而且，根据配方的特点设计相应的生产方法。本发明提供的无醛无味PVC发泡板材，不仅自身零甲醛，而且具有显著的吸收甲醛的功能，可广泛应用在室内家具制作，墙面装饰及广告卫浴等领域，提升了家具板材的生态环保性能。

附图说明

图1为本发明生产工艺流程图；

图2为本发明混料工艺流程图；

图3为本发明挤出成型和冷却定型工艺流程图；

图4为本发明热混过程物料变化示意图。

具体实施方式

实施例1-3

一种无醛无味PVC发泡板材，包括以下质量的原料：见下表1。

表1实施例1-3的种无醛无味PVC发泡板材

上述无醛无味PVC发泡板材的加工方法，包括以下步骤：

1)按照配方要求进行各组分的自动配料称量，小组分原料进行人工称量，大组分原料在称量系统中自动称量；精确到0.01Kg，搅拌条件下，按照首先加入PVC主原料投入到热混锅内，再加入碳酸钙，最后加入配方量的其他原料，混料量占锅体容积的60％，导流片侧边应距离锅壁3cm，通过底刀、中刀、扬角刀高速搅拌的协同作用，使原料温度逐步提升至110℃以上，实现干混料的预塑化，当混料温度显示114℃时，热混时间为1250s，将混合料放进冷混锅，进行低速冷混，冷混时间为280s,冷混主要是为消除物料的静电，降低物料温度，防止高温讲解，当冷混温度显示40℃，将混合料放进干混料库。

2)均化；混合料进入干混料库，进行均化，干混料库内安装有均化管道，可使物料在混合料库中均匀散开，同时连续混料生产过程中，不同批次的混合料在同一混合料库中进行均匀分散，使得挤出生产时物料更加均匀、稳定。因配方中含发泡剂，容易吸水分解变质，因此干混料储存时间不宜超过72h，如长时间停机应提前将剩余干混料用完，否则易出现发泡倍率受影响，挤出负荷波动大等问题。

3)挤出工序，第一阶段：塑化，即通过机筒温度与螺杆的作用，物料由颗粒状转变为具有一定流动性的均匀连续熔体的过程。第二阶段：成型。具有流动性的均匀熔体，利用螺杆的旋转挤压通过多孔板进入机头，并按口模和芯模成型为具有一定形状的型坯。

本发明实施例1-3基础工艺控制温度如下表2：

表2实施例1-3对应的挤出机工艺设置

4)冷却定型，型坯在挤出压力和牵引作用下，经过真空冷却定型模后，形成具有一定强度、刚度和尺寸精度的制品。因无醛无味PVC发泡板材对板面表观状况、板材厚度、平整度、亮度及密度要求较高，所以相对于其他PVC发泡制品来说，它的冷却定型环节尤为重要。

为确保板材表面具有较好的硬度和亮度，第一块定型模应紧贴口模，以便熔体出口模后立即进入定型模进行冷却定型，本发明设计不同厚度的板材干定型间隙调整要求如下表3：

表3不同厚度的板材干定型间隙

6)包装发运

按照《高分子生态家具板材质量控制标准》采用纸板、夹板、薄膜等作保护层并用打包带进行捆扎打包。针对不同规格板材打包张数如下：18mm 50张/包、15mm 60张/包、8mm110张/包，3mm 120张/包。

最后对本发明实施例1-3产品性能指标检测情况，如下表4：

表4本发明产品性能检测情况

本发明以钙锌复合稳定剂作为稳定体系，将吸甲醛材料氧化硅、沸石融入到配方体系，研发新的无醛无味PVC发泡板材。在项目研发过程中通过配方原料分析、上机试验、技术攻关等大量创造性劳动解决了氧化硅、沸石等原料在加入配方体系后出现的热稳定性不足、发泡不均、韧性不足、板材厚度不均及运行析出等技术难题，并且设计了匹配的生产工艺，提高了生产运行及产品质量的稳定性。