新型木石复合地板的制备及性能研究

杜西领

常州市贝美家居科技有限公司

导读：将天然硬质实木单板粘贴在石塑基材表面，制备得到环保、耐久、防水的木石完美结合体，使得地板的隔热性有所改善、稳定性增强，其抗变形能力强，节约自然资源，具有防潮防水性能好、耐磨耐刮性能强、无甲醛释放等优点。

目前，市场常见的地面铺装材料有实木地板、强化木地板、复合地板、石塑（SPC）地板、瓷地砖、木塑（WPC）地板等^[1]。为拓展地热地板品类，本研究通过特殊油漆处理的硬质木单板作为面板，粘贴在石塑复合材料（SPC, stone plastic composite）基材上，半硬质片材塑料（LVT, luxury vinyl tile）作为底板贴在SPC基材背面，制备得到新型木石复合（WSPC, wood stone plastic composite）地板，其抗变形能力强、稳定性好，节约自然资源，具有防潮防水性能好、耐磨耐刮性能强、无甲醛释放等优点。

1 材料和方法

1.1 材料和设备

所用材料见表1，所用主要仪器设备见表2。

1.2 试验方法

1.2.1 SPC基材制备

将PVC树脂粉40份、碳酸钙粉135份、钙锌复合稳定剂0.5份、丙烯酸酯5份、PE蜡0.2份、碳黑0.4份加入到高速混合机，110～130 ℃下热混60 min，50～60 ℃下冷混30 min，得到PVC硬质层混合料，随后PVC硬质层混合料加入挤出机中挤出成型，成型的片材经过压延机定厚得到4.5 mm的SPC基材。

1.2.2 LVT底料层制备

将PVC树脂粉40份、碳酸钙粉130份、钙锌稳定剂3份、炭黑0.3份、PE蜡0.5份进行配料，投入混合机，并加入DOTP增塑剂10份，经110 ℃高温混合，45 ℃低温混合，混合时间为8 min。混合均匀的混合料经传输带送入密炼机加热，锤料翻料3 min，密炼温度为140 ℃，再由传输带送入开炼机进行开炼，开炼温度为170 ℃，进入压延机，经过滚轮压延之后形成厚度为0.8 mm的片材，再经冷却辊牵引出料，制得规定尺寸的LVT片材。

1.2.3 WSPC地板制备

将厚度为0.6 mm柞木单板作为表层，4.5 mm的SPC基材为中间层，0.8 mm的LVT为平衡层，WSPC地板的制备工艺框图如图1所示，自上而下依次设置为耐磨层、柞木面板、SPC基材和LVT平衡层。

1）SPC基材和LVT平衡层复合通过热压完成。清洁SPC背面粉尘，无需涂抹胶黏剂，将SPC与LVT对齐放置平板硫化机上热压，热压贴合的过程包括加热阶段和冷却阶段，首先将温度逐步升温至150 ℃，并逐步升压至12 MPa，维持时间30 min，冷却阶段压力保持不变，将温度从150 ℃降温至室温，时间为40 min，开模得到SPC与LVT复合基板。

2）采用冷贴的方式将柞木面板与SPC贴合。利用80目砂带对SPC基材表面进行打磨处理，柞木面板清除表面杂质、粉尘，其单面涂上异氰酸酯胶，再利用冷压机进行贴合，设备控制压力为15 MPa，室温下冷压固化20～24 h，得到WSPC复合板。

3）将WSPC复合板进行浮雕拉丝、锯板、开槽、倒角漆，小片板进行UV漆处理，依次是1道UV附着底（10 g）→2道透明打磨底（每道5 g）→2道耐磨底（每道5 g）→2道耐磨面（每道10 g）。按试验要求在面漆中加入0.5%、1%、1.5%和2%的Ag@TiO₂抗菌剂（见表3）、抗污剂处理，最终得到成型的WSPC地板。

1.3 性能测试

1.3.1 抗菌性能检测

按照LY/T 1926—2010《抗菌木（竹）质地板抗菌性能检验方法与抗菌效果》中的4.3准备培养基、试剂等，按4.5要求，样品尺寸为50 mm×50 mm，吸取定量大肠杆菌、金黄葡萄球菌于待检样品上，使菌液均匀接触样品，在（35 ±1）℃、相对湿度≤90%条件下培养24 h，测得样品中的活菌数，计算样品的抗细菌率。

按照LY/T 1926—2010中5.2规定，测定样品对霉菌的抑制作用，所用霉菌分别为黑曲霉、绿粘帚霉、球毛壳霉、出芽短梗霉和绳状青霉。温度28～30 ℃，相对湿度≥85%的条件下培养28 d，观测长霉程度来评价抗菌塑料的防霉等级，评判标准按LY/T 1926—2010中的5.7进行。

1.3.2 表面润湿性及耐污性能检测

采用JC2000C型静态接触角测量仪测定样品水接触角：取5 μL去离子水滴在样品表面，静待5 s，20 ℃条件下，样品的不同位置测量5次，接触角最终测量值取其平均值。

常温条件下进行耐污染测试，放置一定的接触时间后，先用清水清洗，然后用洗洁精清洗，最后用乙醇清洗。清洗完毕1 h后，观察试样表面污染情况。

1.3.3 耐磨性能检测

耐磨性测试参考GB/T 17657—2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》中4.42进行，采用P180粒度的砂布，施加（4.9±0.2）N外力条件下旋转试样，砂布每200 r进行更换。当油漆层出现明显的磨穿，在三个象限露出木单板，且面积均不少于0.6 mm2，记录初始磨损点，大约95%漆面被完全磨损，露出木单板层，记录最终磨损点，得出最终耐磨旋转圈数，耐磨转数由公式（1）计算，精确至1 r。

式中：WR—耐磨性，r；

IP—最初磨损点转数，r；

FP—最终磨损点转数，r。

1.3.4 热稳定性

热稳定性测试参考ISO 23999《弹性地板覆盖物暴露于热环境后尺寸稳定性和卷缩的测定》进行测试，将240 mm× 240 mm试件置于（80±2）℃烘箱中6 h后取出，在2 min内完成收缩翘曲值测量。试件放在水平面，四个边角距离水平面的最大值为翘曲值，试件的横向、纵向线性变化收缩比由公式（2）计算。

式中：L0—初始长度，mm；

L1—测试完成后长度，mm。

1.3.5 甲醛释放量测试

参照GB/T 17657—2013的1 m³气候箱法进行甲醛释放量的测定，甲醛释放量等级制定依据GB/T 39600—2021《人造板及其制品甲醛释放量分级》的规定进行。

2 结果与讨论

2.1 抗菌性测试结果分析

如表3所示，当抗菌剂的加入量≤1.5%（面漆的质量比）时，其光照条件比无光照条件下的抗菌效果要好，这是因为TiO₂受到一定能量光子激发，发生光催化反应，产生强氧化性的活性羟基和超氧离子，可以与细菌中的有机物发生氧化还原反应转换成CO₂和H₂O。当抗菌剂加入量＞1.5%，纳米Ag作为浅势阱捕获光生电子，延长光生载流子寿命，提高TiO₂光催化活性，进而提高纳米TiO₂在自然光下的抗菌率^[2]。其次，纳米Ag本身可以破坏细菌合酶的活性，造成细菌的死亡或产生功能障碍，与TiO₂起到协同作用，WSPC地板抗细菌率达到99%以上，达到LY/T 1926—2010的Ⅰ级抗细菌标准。霉菌对于地板的使用寿命影响很大，同时给人体也带来很大的危害，表4进行了抗霉菌实验，当抗菌剂的加入量为1.5%时，其抗霉菌效果符合LY/T 1926—2010中的0级，具有强抗菌霉菌级别。综上所述，抗菌剂Ag@TiO₂的加入量为1.5%时，为最佳添加量。

2.2 表面润湿性及耐污性能分析

木材含有亲水性基团，如氨基（-NH₂）、羟基（-OH）等。如图2a所示，当水滴滴在表面上时，水滴迅速扩散并渗透到木材纤维中，水接触角（WCA）约为31°，柞木板表现出亲水性。将水性TH-23S抗污涂料加入到UV面漆中，经过UV辊漆固化涂料后，表面涂层含氟高聚物分子链间排列紧密，氨基甲酸甲酯基（-NHCOO-）和异氰酸酯基（-NCO）具有较强的化学活泼性，与含活泼氢的纤维素有良好的结合力，有效降低WSPC板表面的表面能。如图2b所示，WSPC表面具有疏水的效果（WCA=143°）。

常温条件下进行6种常规污染物的耐污测试（可乐、丙酮、3%双氧水、10%柠檬酸溶液、NaCl溶液、25%NaOH溶液），试验结果如图3所示，同时滴加2～3滴待测溶液于样板表面，经过10 min后，擦去表面的NaOH溶液，然后用乙醇清洗表面，素板表面已经被碱性溶液所腐蚀，WSPC地板没有受到任何影响。20 min后，清洗掉柠檬酸溶液，素板表面受到污染，无法清洗干净。可乐、丙酮、3%双氧水、NaCl溶液存留于表面16 h，素板表面不同区域均受到不同程度污染，WSPC地板表面没有受到任何影响。WSPC地板应用于日常生活，具有化学稳定好、表面耐污性优良的特点。

2.3 耐磨性能分析

WSPC地板寿命基本上取决于其耐磨性，故涂层耐磨性的研究格外重要。如图4所示，对于WSPC耐磨性进行了研究。结果显示，普通WSPC采用5底3面（5道底漆+2道普通面漆+1道淋漆）的辊涂工艺制作而成，其耐磨转数达到800 r。本研究将纳米SiO₂乳化液混溶于普通面漆得到纳米耐磨面漆，饰面采用2道纳米耐磨面漆代替普通工艺的2道普通面漆和1道淋漆，使得WSPC地板耐磨性显著增强，可以达到2 000 r，而且可以降低油漆用量，降低成本，超强的保护涂层可有效延长地板使用寿命。利用角向磨光机分别对于素板、普通WSPC、新型WSPC进行超过20 s的打磨，素板出现明显的打磨印记，普通WSPC也出现不同程度的打磨痕迹，新型WSPC则未出现明显的打磨印记，且在打磨过程中，新型WSPC板表面可明显看出有火花的出现，表现出良好的耐磨效果。

2.4 热稳定性分析

将WSPC板置于80 ℃烘箱中，6 h后检测WSPC收缩翘曲，其横向收缩为0.12%，纵向收缩为0.08%，最大翘曲为0.625%，具有良好的热稳定性。地暖是以加热的热介质由下而上辐射和对流的传热方式均衡加热整个地面，配合地面的储热功能使得整个地面发散热量。对WSPC进行了模拟地暖铺装测试，在湿度20%，地板表面温度32 ℃条件下，铺装15 d，WSPC最大翘曲度≤0.5 mm（图5）。当木单板处在高温干燥的环境下，木材孔道中的水份流失，导致木单板收缩翘曲。在SPC背面贴有0.8 mm厚的LVT，因为LVT具有热膨胀系数小、软化点高、硬度大、平整度和尺寸稳定性好的特点，当木材受热发生收缩翘曲，LVT底层起到反向力的作用来抵抗收缩力，使得WSPC板具有良好的热稳定性，故WSPC地板在室内装修工程中的应用有着广阔的市场前景。

2.5 甲醛释放量分析

如表5所示，天然木材中虽具有醛类物质，但含量较少，在测定中没有检出，普通WSPC采用三聚氰胺胶黏剂贴合柞木面板与SPC基材，经过检测甲醛释放量为0.03 mg/m³，甲醛释放量等级达到E0级，新型WSPC采用异氰酸酯胶黏剂进行胶合，避免了甲醛的引入，其等级可 达到ENF级。

3 结论

将柞木单板作为面板，SPC基材为中间层，LVT为平衡层，从上至下依次经过热压冷贴，表面经过环保耐磨耐刮UV漆处理，制备得到新型WSPC地板：

1）地板表面美观、触感较好，当Ag@TiO₂添加量为1.5%时，抗菌性能可达到LY/T 1926—2010抗细菌Ⅰ级，抗真菌0级的要求；经多种化学药品污染测试，表面没有明显污染痕迹，具有良好的耐污、耐腐蚀效果；

2）角向磨光机打磨新型WSPC地板表面，可以明显看到火花，但地板表面未受到损伤，具有良好的耐磨效果；

3）具有良好的热稳定性，能够通过80 ℃环境6 h加热的考验，且甲醛释放量等级可达国内最高标准ENF级；

4）目前WSPC地板在欧美市场广受欢迎，但在国内普及程度不够，国内市场才刚刚起步，新的消费观念尚未形成，随着房地产市场发展以及WSPC地板的逐步推广，预计未来我国市场将呈现蓬勃发展的态势。

参考文献：（略）

文章来源：人造板杂志

杜西领，河南商丘人，北华大学硕士研究生，现任职于常州市贝美家居科技有限公司研发工程师，主要从事PVC及木质地板的技术研发工作，先后参与发表国内论文6篇，SCI 4篇，公开专利2个。