阅读说明：本技术 一种碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材及其制备方法 (Alkali lignin polylactic acid resin composite environment-friendly board and preparation method thereof ) 是由 李荣杰 冯杰 何玉春 周廷保 谢军 于 2019-11-09 设计创作，主要内容包括：本发明属于建筑材料技术领域,具体公开了一种碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材,同时还公开了其制备方法。该碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材由依次层叠设置的第一外表层、缓冲层、内层、第二外表层热压共挤压制成型,第一外表层、缓冲层、内层、第二外表层分别由不同配比的碱木质素聚乳酸树脂颗粒、粉体颗粒、聚乳酸树脂颗粒制成。本发明通过将碱木质素与聚乳酸结合开发得到了新型的可降解板材,既可以实现碱木质素的高值化利用,又能满足建筑、家装产业的使用需求,同时可降低建筑材料中木材的使用量,实现低碳、环保的绿色经济。(The invention belongs to the technical field of building materials, and particularly discloses an alkali lignin polylactic acid resin composite environment-friendly board and a preparation method thereof. The alkali lignin polylactic acid resin composite environment-friendly board is formed by hot-pressing, co-extruding and pressing a first outer surface layer, a buffer layer, an inner layer and a second outer surface layer which are sequentially stacked, wherein the first outer surface layer, the buffer layer, the inner layer and the second outer surface layer are respectively made of alkali lignin polylactic acid resin particles, powder particles and polylactic acid resin particles in different proportions. The novel degradable board is developed by combining the alkali lignin and the polylactic acid, so that the high-value utilization of the alkali lignin can be realized, the use requirements of building and home decoration industries can be met, the use amount of wood in building materials can be reduced, and the low-carbon, environment-friendly and green economy can be realized.)

一种碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，特别是涉及一种碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材，同时还涉及其制备方法。

背景技术

目前建筑使用的板材主要有实木板和人造板两大类，其中人造板按成型分类可分为实心板、夹板、纤维板、装饰面板、防火板、刨花板等等。

实木板，就是采用完整的木材制成的木板材。这些板材坚固耐用、纹路自然，是装修中优中之选。但由于此类板材造价高，而且施工工艺要求高，因此在装修中使用并不多。除了地板和门扇会使用实木板外，一般使用的板材都是人工加工出来的人造板。人造板中的夹板，也称胶合板，由三层或多层一毫米厚的单板或薄板胶贴热压而成，是目前手工制作家具最为常用的材料。装饰面板是将实木板精密刨切成厚度为0.2mm左右的微薄木皮，以夹板为基材，经过胶粘工艺制做而成的具有单面装饰作用的装饰板材。刨花板是用木材碎料为主要原料，再掺加胶水、添加剂，经压制而成的薄型板材，按压制方法可分为挤压刨花板、平压刨花板两类。

人造板因为价格较为便宜，因此在建筑、装修中得到了广泛应用。但是存在的缺点是，人造板中大量使用了粘贴胶等物质，对环境的污染较大，不够环保；此外，人造板的防水性不好，力学性能也较差，不适用于较大型或者有力学要求的场合。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材，还提供了一种其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材，所述板材包括依次层叠设置的第一外表层、缓冲层、内层、第二外表层；

所述第一外表层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒40～50份，粉体颗粒20～30份，聚乳酸树脂颗粒10～40份；

所述缓冲层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒50～60份，粉体颗粒10～25份，聚乳酸树脂颗粒10～40份；

所述内层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒60～70份，粉体颗粒10～20份，聚乳酸树脂颗粒10～40份；

所述第二外表层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒60～70份，粉体颗粒10～30份，聚乳酸树脂颗粒10～40份；

其中，所述碱木质素聚乳酸树脂颗粒是将碱木质素和聚乳酸树脂颗粒混合后挤出造粒所得。

作为一种优选的实施方式，所述第一外表层、缓冲层、内层、第二外表层的厚度比为(0.2～0.5)：(0.5～1)：(1～2)：(0.2～0.3)。

优选地，所述第一外表层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒40～45份，粉体颗粒20～30份，聚乳酸树脂颗粒25～40份；

所述缓冲层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒50～60份，粉体颗粒20～25份，聚乳酸树脂颗粒10～20份；

所述内层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒60～70份，粉体颗粒15～20份，聚乳酸树脂颗粒10～20份；

所述第二外表层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒60～70份，粉体颗粒10～30份，聚乳酸树脂颗粒10～30份。

作为一种优选的实施方式，所述聚乳酸树脂颗粒的重均分子量为5～20万，熔融指数为2～10g/10min(2.16kg，210℃，GB/T 3682)。

优选地，所述碱木质素聚乳酸树脂颗粒是将碱木质素和聚乳酸树脂颗粒以质量比(10～12)：(5～7)混合后挤出造粒所得；优选地，挤出造粒的温度为110～180℃，造粒直径1～3mm。

优选地，将碱木质素和聚乳酸树脂颗粒混合时，还加入碱木质素和聚乳酸树脂颗粒总质量0～7％的助剂，之后混合经螺杆挤出造粒；其中，所述助剂优选为环氧大豆油(ESO)、柠檬酸三丁酯(TBC)、乙酰柠檬酸三正丁酯(ATBC)中的至少一种。在助剂的选择上选用液体助剂，通过液体助剂的添加，在混料阶段有助于碱木质素粉末更好的附着于聚乳酸树脂颗粒表面，使得混合更均匀；同时该助剂的添加有助于在制粒过程中螺杆、料筒与原料之间的润滑，减少摩擦导致的局部过热；同时还有助于提高颗粒的可加工性能。

优选地，所述粉体颗粒选自滑石粉、云母粉、二氧化硅、高岭土、碳酸钙、硫酸钙、碳酸镁中的至少一种。添加粉体颗粒可以增强加工出的板材的厚重感，提高强度，同时可提高板材的耐磨性能。

本发明还提供了一种碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材的制备方法，首先将第一外表层、缓冲层、内层、第二外表层分别制成单板，之后按从上至下依次为第一外表层、缓冲层、内层、第二外表层的层叠设置方式，采用板材多层挤出机经热压共挤压制成板材。

作为一种优选的实施方式，热压共挤的条件为：热压共挤温度控制为110～180℃，多板压制成型压力为10～20MPa。

优选地，制成单板的预压压力为5～15MPa，温度控制为140～170℃。

在本发明中，所述碱木质素聚乳酸树脂颗粒和所述聚乳酸树脂颗粒在使用前需要先进行真空干燥处理，真空干燥条件为：干燥温度30～70℃，干燥2～4h，真空度-0.05～-0.1MPa。

聚乳酸(PLA)是目前研究应用相对较多的一种降解材料，它是以淀粉发酵(或化学合成)得到的乳酸为基本原材料制得的一种环境友好材料，它不仅具有良好的物理性能，还具有良好的生物相容性和降解性能，且对人体无毒无刺激。木质素是含有芳香族组成最丰富的天然物质，也是仅次于纤维素的地球上第二大丰富的天然聚合物，还是土壤腐殖质最大的贡献者。作为一种丰富且廉价的天然高分子，木质素具有高的热稳定性、刚度、生物可降解性、抗氧化性和紫外辐射吸收能力，可广泛应用于各种领域。长期以来，多数木质素被直接燃烧来为工厂提供热量，使得木质素没有得到高效的利用，这既造成了资源的浪费，也加剧了环境的污染，因此寻求一种高效合理高值化的木质素利用方式，对环境、资源和经济都有重要意义。

将木质素与聚乳酸结合开发新型可降解板材，既可以实现木质素的高值化利用，又能满足建筑、家装产业的使用需求，同时可降低建筑材料中木材的使用量，实现低碳、环保的绿色经济。

本发明提供的碱木质素聚乳酸树脂环保板材，具有密度高(1.2～1.4g/cm³)、强度大、不易变形的特点。表层使用高比例聚乳酸树脂颗粒，使得表层具有较高的表面强度，同时通过添加滑石粉、二氧化硅、高岭土、硫酸钙等无机矿物质粉末增加了表面的强度，具有类石材的抗划性；高密度的缓冲层具有良好的隔音效果，同时碱木质素、无机矿物质粉末、聚乳酸树脂颗粒的三相立体结构赋予了板材的冲击缓冲性能；内层使用了高含量的碱木质素，碱木质素作为天然的抗氧化剂为板材提供了较高的抗氧化性能，可以实现产品使用周期内的“零”氧化，延长了产品使用周期；使用聚乳酸、木质素的粘合体系，取代现有板材加工过程使用的含大量甲醛的粘合胶，实现了生产过程中无甲醛，板材在使用过程中无毒无味、无挥发性气体，可直接作为家具、室内装饰装修用材料。

该碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材具有高强抗震、难燃、低烟无毒、耐水耐潮、耐腐蚀、耐高温绝缘、防老化以及耐磨损等特点，材料本身具有完全可降解性，制造、使用和废弃后均不污染环境。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材，包括依次层叠设置的第一外表层、缓冲层、内层、第二外表层，为4层结构；

第一外表层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒40份，滑石粉5份，二氧化硅5份，高岭土3份，硫酸钙7份，聚乳酸树脂颗粒40份；

缓冲层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒60份，硫酸钙20份，聚乳酸树脂颗粒20份；

内层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒70份，硫酸钙15份，聚乳酸树脂颗粒15份；

第二外表层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒60份，硫酸钙10份，聚乳酸树脂颗粒30份。

制备前在-0.1Mpa、60℃条件下将原料碱木质素聚乳酸树脂颗粒、聚乳酸树脂颗粒、无机矿物质粉末分别烘干，烘干时间为1.5h。

本实施例提供的碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材的制备方法为：

将第一外表层原料按比例称取，然后在混料机内混合，得到50kg混合料，通过定量给料向挤出机供料，调节螺杆转速及挤出机加热段温度，在模头温度为165℃、压力为11.8Mpa下，稳定得到单层板A，厚度2mm；

将缓冲层原料按比例称取，在混料机内混合，得到80kg混合料，通过定量给料向挤出机供料，调节螺杆转速及挤出机加热段温度，在模头温度为160℃、压力为10.7Mpa下，稳定得到单层板B，厚度3.2mm；

将内层原料按比例称取，在混料机内混合，得到150kg混合料，通过定量给料向挤出机供料，调节螺杆转速及挤出机加热段温度，在模头温度为155℃、压力为10.3Mpa下，稳定得到单层板C，厚度6mm；

将第二外表层原料按比例称取，在混料机内混合，得到30kg混合料，通过定量给料向挤出机供料，调节螺杆转速及挤出机加热段温度，在模头温度为155℃、压力为11.6Mpa下，稳定得到单层板D，厚度1.2mm；

按从上到下依次为单层板A、单层板B、单层板C、单层板D的层叠设置顺序，将单层板A、单层板B、单层板C、单层板D经模具送入共挤箱，利用木质素与聚乳酸表面熔融态自粘合成多层板，此时共挤箱压力为12.9Mpa，温度为150℃，通过控制进料速度，使多层板在加热区域通过时间在30s，经挤出冷却得到碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材。

其中，碱木质素聚乳酸树脂颗粒的制备包括以下步骤：

分别将碱木质素、聚乳酸树脂颗粒进行真空干燥，干燥条件为：在65℃下烘干2h，真空度-0.1MPa；

烘干后分别取原料：碱木质素、聚乳酸树脂颗粒、环氧大豆油(ESO)、乙酰柠檬酸三正丁酯(ATBC)，碱木质素、聚乳酸树脂颗粒、环氧大豆油(ESO)、乙酰柠檬酸三正丁酯(ATBC)的质量比为：60∶35∶2∶3，各原料一起投入高速混料机充分混合，之后经双螺杆挤出机170℃挤出造粒，物料停留时间10s，风冷剪切成3mm的碱木质素聚乳酸树脂颗粒。

其中，聚乳酸树脂颗粒的重均分子量为14.7万，熔融指数为9.04g/10min(水分7.6ppm，2.16kg，210℃，GB/T 3682)。

实施例2

本实施例提供了一种碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材，包括依次层叠设置的第一外表层、缓冲层、内层、第二外表层，为4层结构；

第一外表层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒45份，滑石粉8份，二氧化硅7份，高岭土8份，硫酸钙7份，聚乳酸树脂颗粒25份；

缓冲层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒55份，硫酸钙25份，聚乳酸树脂颗粒20份；

内层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒70份，硫酸钙20份，聚乳酸树脂颗粒10份；

第二外表层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒60份，硫酸钙30份，聚乳酸树脂颗粒10份。

制备前在-0.1Mpa、60℃条件下将原料碱木质素聚乳酸树脂颗粒、聚乳酸树脂颗粒、无机矿物质粉末分别烘干，烘干时间为1.5h。

本实施例提供的碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材的制备方法为：

将第一外表层原料按比例称取，然后在混料机内混合，得到50kg混合料，通过定量给料向挤出机供料，调节螺杆转速及挤出机加热段温度，在模头温度为165℃、压力为11.9Mpa下，稳定得到单层板A，厚度2mm；

将缓冲层原料按比例称取，在混料机内混合，得到80kg混合料，通过定量给料向挤出机供料，调节螺杆转速及挤出机加热段温度，在模头温度为160℃、压力为10.3Mpa下，稳定得到单层板B，厚度3.2mm；

将内层原料按比例称取，在混料机内混合，得到150kg混合料，通过定量给料向挤出机供料，调节螺杆转速及挤出机加热段温度，在模头温度为155℃、压力为9.8Mpa下，稳定得到单层板C，厚度6mm；

将第二外表层原料按比例称取，在混料机内混合，得到30kg混合料，通过定量给料向挤出机供料，调节螺杆转速及挤出机加热段温度，在模头温度为155℃、压力为12.2Mpa下，稳定得到单层板D，厚度1.2mm；

按从上到下依次为单层板A、单层板B、单层板C、单层板D的层叠设置顺序，将单层板A、单层板B、单层板C、单层板D经模具送入共挤箱，利用木质素与聚乳酸表面熔融态自粘合成多层板，此时共挤箱压力为12.4Mpa，温度为150℃，通过控制进料速度，使多层板在加热区域通过时间在30s，经挤出冷却得到碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材。

其中，碱木质素聚乳酸树脂颗粒的制备包括以下步骤：

分别将碱木质素、聚乳酸树脂颗粒进行真空干燥，干燥条件为：在65℃下烘干2h，真空度-0.1MPa；

烘干后分别取原料：碱木质素、聚乳酸树脂颗粒、环氧大豆油(ESO)、乙酰柠檬酸三正丁酯(ATBC)，碱木质素、聚乳酸树脂颗粒、环氧大豆油(ESO)、乙酰柠檬酸三正丁酯(ATBC)的质量比为：70∶25∶2∶3，各原料一起投入高速混料机充分混合，之后经双螺杆挤出机170℃挤出造粒，物料停留时间10s，风冷剪切成3mm的碱木质素聚乳酸树脂颗粒。

其中，聚乳酸树脂颗粒的重均分子量为15.2万，熔融指数为9.11g/10min(水分5.6ppm，2.16kg，210℃，GB/T 3682)。

实施例3

本实施例提供了一种碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材，包括依次层叠设置的第一外表层、缓冲层、内层、第二外表层，为4层结构；

第一外表层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒45份，滑石粉8份，二氧化硅8份，高岭土7份，硫酸钙7份，聚乳酸树脂颗粒25份；

缓冲层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒55份，硫酸钙25份，聚乳酸树脂颗粒10份；

内层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒65份，硫酸钙15份，聚乳酸树脂颗粒20份；

第二外表层由以下重量份数的原料制成：碱木质素聚乳酸树脂颗粒65份，硫酸钙15份，聚乳酸树脂颗粒30份。

制备前在-0.1Mpa、60℃条件下将原料碱木质素聚乳酸树脂颗粒、聚乳酸树脂颗粒、无机矿物质粉末分别烘干，烘干时间为1.5h。

本实施例提供的碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材的制备方法为：

将第一外表层原料按比例称取，然后在混料机内混合，得到50kg混合料，通过定量给料向挤出机供料，调节螺杆转速及挤出机加热段温度，在模头温度为165℃、压力为12.1Mpa下，稳定得到单层板A，厚度2mm；

将缓冲层原料按比例称取，在混料机内混合，得到80kg混合料，通过定量给料向挤出机供料，调节螺杆转速及挤出机加热段温度，在模头温度为160℃、压力为11.7Mpa下，稳定得到单层板B，厚度3.2mm；

将内层原料按比例称取，在混料机内混合，得到150kg混合料，通过定量给料向挤出机供料，调节螺杆转速及挤出机加热段温度，在模头温度为155℃、压力为10.4Mpa下，稳定得到单层板C，厚度6mm；

将第二外表层原料按比例称取，在混料机内混合，得到30kg混合料，通过定量给料向挤出机供料，调节螺杆转速及挤出机加热段温度，在模头温度为155℃、压力为13.2Mpa下，稳定得到单层板D，厚度1.2mm；

按从上到下依次为单层板A、单层板B、单层板C、单层板D的层叠设置顺序，将单层板A、单层板B、单层板C、单层板D经模具送入共挤箱，利用木质素与聚乳酸表面熔融态自粘合成多层板，此时共挤箱压力为14.5Mpa，温度为150℃，通过控制进料速度，使多层板在加热区域通过时间在30s，经挤出冷却得到碱木质素聚乳酸树脂复合环保板材。

其中，碱木质素聚乳酸树脂颗粒的制备包括以下步骤：

分别将碱木质素、聚乳酸树脂颗粒进行真空干燥，干燥条件为：在65℃下烘干2h，真空度-0.1MPa；

烘干后分别取原料：碱木质素、聚乳酸树脂颗粒、环氧大豆油(ESO)、乙酰柠檬酸三正丁酯(ATBC)，碱木质素、聚乳酸树脂颗粒、环氧大豆油(ESO)、乙酰柠檬酸三正丁酯(ATBC)的质量比为：70∶24∶3∶3，各原料一起投入高速混料机充分混合，之后经双螺杆挤出机170℃挤出造粒，物料停留时间10s，风冷剪切成3mm的碱木质素聚乳酸树脂颗粒。

其中，聚乳酸树脂颗粒的重均分子量为15.5万，熔融指数为9.56g/10min(水分17.6ppm，2.16kg，210℃，GB/T 3682)。

对以上实施例1-3制得的复合环保板材进行了性能测试，检测参照了《建筑用板材性能试验方法》(JIS A1414-2:2010)、《木质板材.甲醛释放量的测定》(BS EN 717-3-1996)、《难燃中密度纤维板》(GB/T 18958-2013)、《生物降解塑料-生物降解塑料适合堆肥和其他微生物处理》(AS 4736-2006/Amdt 1-2009)等，并取某市售板材进行了对比，检测结果如表1。

表1

从表1中数据对比可以看出，本发明实施例制备的多层板具有较高的拉伸强度，在消费者主要关心的甲醛释放上具有较大的优势；通过无机矿物质的填充，使得板材抗磨性能优于普通人造板，难燃且燃烧过程中仅有有少量黑烟释放，无毒性气体释放，更好的保证了使用者的安全，同时其可生物降解的，符合目前绿色环保的消费理念，具有广阔的市场前景。