CN100417687C - 抗菌硬聚氯乙烯给水管材的制备方法 - Google Patents

抗菌硬聚氯乙烯给水管材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种抗菌PVC-U给水管的制备方法，包括物料的混合、双螺杆挤出机挤出、真空冷却定径、定长切割、扩口成型、检验、包装入库。它含有PVC-U树脂200～220、银系抗菌剂1.5～2.6、填充剂5～12、热稳定剂0.6～1.2、润滑剂2.8～5.0、着色剂0.3～0.65。本发明生产的PVC-U抗菌管材具有优良的物理机械性能和抗菌性能，抗菌率达到98%以上，能保证输水的同时抑制细菌繁殖，以避免水体二次污染；且未增加任何设备，成本低廉。

Description

抗菌硬聚氯乙烯给水管材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种抗菌硬聚氯乙烯给水管材(以下简称抗菌PVC-U给水管)的制备方法。
背景技术
塑料主要是以石油或煤为原料制得的一类高分子材料，塑料管道是塑料的重要应用领域之一。而硬聚氯乙烯(简称PVC-U)管是国内外产量最大，使用最为广泛的塑料管道之一。我国60年代开始使用，广泛用于建筑和市政给、排水领域。
硬聚氯乙烯管材是以PVC-U树脂为主要原料，加入热稳定剂、填充剂、润滑剂、着色剂，经高速混合机混合物料，双螺杆挤出机挤出成型而成。此种管材以其质量轻、安装方便、水流阻力小、使用寿命长、不含有重金属铅、镉等优点，作为传统镀锌钢管的替代品，越来越受到广泛的采用。但是伴随着2003年初一场突如其来的“非典”疫情，使得人们对公共卫生的安全越来越关注，特别是日常生活的生命线——水，水质的卫生就显得尤为重要，因此抗菌产品包括抗菌塑料管为人类抗拒细菌树起了一道健康屏障。而相比于其它抗菌塑料管材，本发明提供的抗菌PVC-U给水管价格低廉，以2004年4月份市场价为参考：PVC-U树脂(SG-5)(国产)8350元/吨，北欧化工PP-R树脂为13000元/吨。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌硬聚氯乙烯给水管材的制备方法，以达到在输水的同时防止水体二次污染。
本发明的目的通过下面两个步骤实现：(一)生产抗菌PVC-U给水管原料的高速混合。(二)：抗菌PVC-U给水管的挤出。具体实施过程是在PVC树脂中直接加入0.92％的银系抗菌剂，与热稳定剂、填充剂、润滑剂、着色剂经高速混合机混合，锥形双螺杆挤出机挤出成型。抗菌PVC-U给水管中各原料的(重量份)配比是：PVC树脂200～220、银系抗菌剂1.5～2.6、填充剂5～12、热稳定剂0.6～1.2、润滑剂2.8～5.0、着色剂0.3～0.65。本发明抗菌PVC-U给水管中各原料的(重量份)较佳配比是：PVC树脂220、银系抗菌剂2.2、填充剂10、热稳定剂1.0、润滑剂4.6、着色剂0.415。
本发明中使用的塑料抗菌剂是一种超细无机锌银抗菌剂，为载银/锌沸石和载银/锌氧化物的复合抗菌剂，其抗菌机理是复合抗菌剂中的银、锌抗菌离子作用在细菌的细胞膜上，高浓度时可直接破坏细菌细胞膜、导致细胞内溶物渗出，金属离子与细胞质中的蛋白质及核酸结合，细胞死亡。低浓度和极低浓度时，金属离子吸附在细胞膜上，阻碍细菌对氨基酸、尿嘧啶等生长必需的营养物的吸收，从而抑制细菌的生长。另外，金属离子的正电荷还吸引细菌细胞膜表面的负电荷，阻止细菌的移动，使其失去营养而死亡。此类抗菌剂的特点是应用广泛，广谱抗菌，安全性好，目前已成为塑料行业使用较广的抗菌剂之一，其对常见的细菌、霉菌均有较强的抑制和杀灭作用。
本发明中的PVC-U树脂为SG-5型树脂，各项指标要求为：表观密度：≥0.4g/ml；粘数：107-118ml/g；挥发份：≤0.5％。除上述指标外，为保证管材的卫生级，要求树脂中残留氯乙烯(VCM)单体含量≤5ppm。
本发明中使用的填充剂为碳酸钙，可以是活性碳酸钙、轻质碳酸钙、超细重质碳酸钙。加入填充剂的目的有以下两个方面：
1)增加容量，降低成本。
2)改善塑料制品的加工性能，物理力学性能和耐化学性能。
本发明中的热稳定剂可以是复合铅盐稳定剂、有机锡稳定剂。热稳定剂是指能改善聚合物热稳定性的助剂，它是聚氯乙烯、氯乙烯共聚物等含氯树脂的专用助剂，是其加工中必不可少的。由于PVC分子是极性较强的分子，分子间作用力较大，一般需加热到150～160℃以上才能使其塑化加工，故通常加工温度在160～210℃之间。而PVC树脂本身对热极不稳定，当受热温度超过90℃就开始分解，颜色逐渐变深，且随着温度升高分解加剧。为阻止在加工过程中PVC树脂的受热分解，就需要加入热稳定剂。主要起两方面的作用：
1)在树脂加工过程中，防止或抑制其降解脱HCL。
2)在制品的有效使用期内，保持足够的热稳定性并减缓热(光)作用引起的降解，延长使用寿命。
常用的热稳定剂主要有铅盐类、金属皂类、有机锡化合物类、和钙锌稳定剂，在上述热稳定剂中铅盐类热稳定性好、价格低，但含重金属铅，不符合环保要求；钙锌稳定剂热稳定性好，用量大，不含重金属铅，无毒无害，但因价格太高，市场尚不能接受。有机锡稳定剂，热稳定性好，用量少，不含铅，无毒，目前多采用此系列稳定剂。
本发明中润滑剂可以是硬脂酸盐、硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡。加入润滑剂的作用有以下两个方面：
1)防止塑料熔体与金属之间的黏附，提高熔体的流动速率。
2)降低加工中物料熔体本身的位移阻力。
本发明中使用的着色剂为钛白粉和碳黑。物料中加入着色剂的目的是：
1)使制品美观，提高商品价值。
2)提高制品的耐侯性，改善制品的光学性能。
本发明的制备方法分为两大部分，一部分是物料的混配；第二部分是抗菌PVC-U给水管的制造。
1、原料
PVC-U(SG-5)树脂         沧井化工有限公司
有机锡T-178             美国阿托菲纳
活性碳酸钙              石家庄博达钙业
石蜡                    北京燕山石化
硬脂酸钙                石家庄博达钙业
氧化聚乙烯蜡            北京化工大学
高分子蜡              北京博亚汇丰
钛白粉                美国科美基颜料有限公司
碳黑                  河北宣化
银系抗菌剂            北京崇高纳米科技有限公司
2、主要设备
高速混料系统：德国莱梅特混料系统型号：M600S/K2400；
锥形双螺杆挤出机：上海申威达机械  型号：SJSZK65，螺杆直径65/120mm；
3、生产工艺流程如下
(1)：首先是将PVC-U树脂、银系抗菌剂、热稳定剂、填充剂、润滑剂、着色剂加入到热混机中，热混机组通过搅拌器搅动物料高速旋转，通过物料间的摩擦产生的摩擦热，达到物料的快速升温，当物料温度升到115～120℃时，低熔点的原料如石蜡便会被熔化而包在树脂颗粒的表面，形成非常均匀的混合物。
(2)热混结束后物料被放入冷混机，通过冷冻水将热量带走，当温度降至45℃时，将干混料放至中间料斗，并被输送至干料仓中，这样的温度既不会导致干料仓中热量的积累而使物料分解，也不会使物料黏附在输料管壁而使管道堵塞。
(3)：干混料经双螺杆挤出机挤出管材。
(4)：挤出的管材经真空定径冷却成型。
(5)：成型的管材定长切割，经扩口成型。
(6)：成型后的管材再经包装、检验、入库。
附图说明
说明书附图为生产工艺流程图。
具体实施方式
以生产Dn110*2.7mm抗菌PVC-U给水管为例，管材执行标准为GB/T10002.1-1996，按比例加入抗菌剂，
(1)将PVC树脂220份、有机锡1份、活性碳酸钙10份、石蜡2份、硬脂酸钙1.4份、氧化聚乙烯蜡0.8份、高分子蜡0.4份、钛白粉0.4份、碳黑0.015份、银系抗菌剂2.2份放入混合机中混合。
(2)将混好后的物料在锥形双螺杆挤出机中挤出，其工艺条件如下：
螺杆转速：15-17转/分；
温度控制如下表：
  温度(℃)   一区   二区   三区   四区
  机筒温度   180±5   190±5   165±5   160±5
  机头温度   175±5   180±5   195±5   180±5
  接口温度   170±2
  熔体温度   170±5
  熔体压力   180±5Bar
(4)将挤出的抗菌PVC-U给水管进行冷却真空定径、二级冷却、喷码印刷、牵引机牵引、定长切割、扩口成型、检验包装入库得抗菌PVC-U给水管。
本发明的最大优点是：所制得的抗菌PVC-U给水管具有较佳的抗菌性能，经《建筑材料工业环境监测中心》检测，抗菌率达到98％以上，并且具有良好的物理机械性能，生产过程中未增加任何辅助设备，工艺简单，成本低。
用本发明方法制得的抗菌PVC-U给水管的检测情况如下：
(1)、抗菌性能：
实验方法：参照JC/T897-2002《抗菌陶瓷制品抗菌性能》
Figure C20041003720000061
(2)、物理机械性能
测试方法依据GB/T10002.1-1996《给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材》
抗菌PVC-U给水管物理机械性能
 检测项目   技术指标   实测值   结论
 落锤冲击实验(0℃)TIR   ≤5％   通过   合格
 液压实验(20℃、环应力42MPa、1h)   无破裂无渗漏   无破裂无渗漏   合格
 维卡软化温度   ≥80℃   81   合格
 纵向回缩率   ≤5％   2   合格
 密度(kg/m<sup>3</sup>)   1350-1460   1410   合格
 二氯甲烷浸渍实验(15℃、15min)   表面无变化   表面无变化   合格

Claims (4)

1. 一种抗菌PVC-U给水管，其特征在于，它按重量份计含有PVC-U树脂200～220份，银系抗菌剂1.5～2.6份，填充剂5～12份，热稳定剂0.6～1.2份，润滑剂2.8～5.0份，着色剂0.3～0.65份，所述银系抗菌剂为载银/锌沸石和载银/锌氧化物的复合抗菌剂；所述填充剂为轻质碳酸钙或活性碳酸钙或超细重质碳酸钙；所述热稳定剂为有机锡热稳定剂；所述润滑剂为硬脂酸盐、硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡的混合物。
2. 根据权利要求书1所述抗菌PVC-U给水管，其特征在于，所述组份含量按重量份计为PVC-U树脂210～220份，银系抗菌剂2.2～2.6份，填充剂10～12份，热稳定剂1.0～1.2份，润滑剂4.0～4.6份，着色剂0.4～0.42份。
3. 根据权利要求书1所述抗菌PVC-U给水管，其特征在于，所述组份含量按重量份计为PVC-U树脂220份，银系抗菌剂2.2份，填充剂10份，热稳定剂1.0份，润滑剂4.6份，着色剂0.415份。
4. 一种如权利要求书1、2或3所述的抗菌PVC-U给水管的制备方法，其特征在于，它按如下工序进行：
a、将银系抗菌剂、PVC-U树脂、填充剂、润滑剂、热稳定剂、着色剂通过自动上料系统加入到热混机中，在115～120℃混合均匀，形成非常均匀的混合料；
b、将上述混合物冷混至45℃，并输送至干料仓中；
c、将干料仓中混合料经双螺杆挤出机挤出管材，工艺参数如下：
螺杆转速15～17转/分；
  温度(℃)   一区   二区   三区   四区   机筒温度   180±5   190±5   165±5   160±5   机头温度   175±5   180±5   195±5   180±5   接口温度   170±2   熔体温度   170±5   熔体压力   180±5Bar
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