CN103756155A - 一种抗菌ppr管材 - Google Patents

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Abstract

本发明属于管材技术领域，具体涉及一种抗菌PPR管材。一种抗菌PPR管材，按重量百分比由以下原料组成：二氧化硅负载纳米银抗菌剂0.3～2%，PPR原料94～95.7%，色粉2%，抗氧剂2%；其中，所述二氧化硅负载纳米银抗菌剂通过将硝酸银、正硅酸乙酯、无水乙醇与氨水混合搅拌并经还原剂还原制得。本发明实现纳米银粒子在PPR管中的良好分散，有效发挥纳米银粒子的强大的抗菌效应，从而减少纳米银离子用量，降低成本；有效防止细菌滋生，消除水体中常见的细菌，保证管道内的水卫生清洁；工艺简单，反应条件温和，成本低廉，极大方便了其在工业上的生产和推广。

Description

一种抗菌PPR管材
技术领域
本发明涉及管材技术领域，更具体地，涉及一种抗菌PPR管材。
背景技术
PPR管具有耐热、耐压、保温节能、使用寿命长的优点，已广泛用于建筑物内给水系统，但是随着PPR塑料管长期使用，人们发现其内表面会附着和滋生细菌微生物，形成一些类似粘膜样的物质，衍生严重时还会形成大量的水垢杂质，很难通过水的自然压力冲洗干净，严重影响水质。因此，改善PPR塑料管的抗菌性能十分必要。银离子和含银化合物可以杀死或者抑制细菌、病毒、藻类和真菌，它有对抗疾病的效果，又被称为亲生物金属。银的最重要的化合物是硝酸银，在医疗上，常用硝酸银的水溶液作眼药水，因为银离子能强烈地杀死病菌。纳米银具有优异的安全性及抗菌性能，已引起人们的广泛关注，成为性能优越的第三代抗菌剂。纳米银粒子通过电离平衡，源源不断的释放出银离子，将纳米银粒子用于PPR塑料管以达到抗菌的目的已成为抗菌塑料管材的发展趋势。但纳米银粒子极易聚集，与塑料共混时很难均匀分散在塑料中；二氧化硅粉末通过偶联剂在共混时可以很容易分散在塑料中。若以二氧化硅粉末作为纳米银颗粒载体，则可防止纳米银颗粒的聚集。目前制备载银二氧化硅抗菌材料的方法主要有煅烧法和化学还原法，煅烧法存在工艺复杂，反应时间长的缺陷，如果能用化学还原法直接在溶液中将银离子吸附在二氧化硅表面同时将其还原为单质银，工艺简单，反应条件温和，成本低廉，将大大方便其在工业上的生产和推广。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的PPR管抗菌性能的不足，提供一种含有二氧化硅负载纳米银抗菌剂的抗菌PPR管材。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种抗菌PPR管材，所述抗菌PPR管材按重量百分比由以下原料组成：
    二氧化硅负载纳米银抗菌剂  0.3～2%
    PPR原料                   94～95.7%
    色粉                       2%
    抗氧剂                     2%；
    其中，所述二氧化硅负载纳米银抗菌剂的制备方法包括如下步骤：
S1：将硝酸银、正硅酸乙酯、无水乙醇与氨水在35℃下恒温搅拌4～8h，得产物备用；
    其中，所述硝酸银的用量为0.01～0.36g，所述正硅酸乙酯的用量为50～100ml；
S2：将步骤S1制备得到的产物过滤、水洗、干燥，即得吸附银氨络离子的二氧化硅粉末；
S3：将步骤S2得到的二氧化硅负载纳米银抗菌剂粉末分散在水中，以0.042～3.3 mL/min的滴加速度滴加还原剂的水溶液，滴加时间30～60min，制备得到二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液；其中，还原剂水溶液的浓度为0.01～0.02g/mL；
S4：将步骤S3得到的二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液过滤、水洗、干燥即得二氧化硅负载纳米银抗菌剂粉末。     
本发明采用纳米银抗菌剂，使PP-R塑料管具有广谱杀菌及抑菌作用，能够有效防止细菌滋生，消除水体中常见的细菌，有效保证管道内的水卫生清洁；另外，以二氧化硅为载体的纳米银抗菌剂，有效克服纳米银粒子在塑料中较难分散的难题，实现纳米银粒子在PP-R管中的良好分散，有效发挥纳米银粒子的强大的抗菌效应；同时，本发明通过控制还原剂的滴加速度促进纳米银粒子更充分的析出，提高原料利用率。
优选地，所述二氧化硅负载纳米银抗菌剂的用量为1～1.8%，PPR原料的用量为94.2～95%。
优选地，所述二氧化硅负载纳米银抗菌剂的制备方法步骤S1中所述硝酸银的用量为0.24~0.36g。
优选地，所述制备方法的步骤S3中还原剂的滴加速度为2mL/min。
优选地，所述还原剂为硼氢化钠。
本发明还提供了一种抗菌PPR管材的制备方法，包括如下步骤：
     T1：将二氧化硅负载纳米银抗菌剂经硅烷偶联剂表面处理后，与PPR原料、色粉、抗氧剂经高混机混合均匀后，用高速搅拌机充分搅拌6～10min，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度控制在180～230℃之间，即可制得二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR粒料；
     T2：将步骤T1制备得到的PPR粒料经单螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得含有二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR管材。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：以二氧化硅为载体的纳米银抗菌剂，实现纳米银粒子在PPR管中的良好分散，有效发挥纳米银粒子的强大的抗菌效应，从而减少纳米银离子用量，降低成本；有效防止细菌滋生，消除水体中常见的细菌，保证管道内的水卫生清洁；制备工艺简单，反应条件温和，成本低廉，极大方便了其在工业上的生产和推广。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述。这些实施例仅是对本发明的典型描述，但本发明不限于此。
实施例1
（1）二氧化硅负载纳米银抗菌剂的制备
将硝酸银0.01g、正硅酸乙酯50ml、无水乙醇400ml与氨水40ml在35℃下恒温搅拌4h；将得到的产物过滤、水洗、干燥，得到吸附银氨络离子的二氧化硅粉末。将吸附银氨络离子的二氧化硅粉末分散在水中，以0.042 mL/min的滴加速度滴加浓度为0.01 g/mL的硼氢化钠水溶液，滴加时间为60min，制备得到二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液；然后将得到的二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液过滤、水洗、干燥即得二氧化硅负载纳米银抗菌剂粉末。
（2）抗菌PPR管材的制备
将重量占所有组成成分2%的二氧化硅负载纳米银抗菌剂经硅烷偶联剂表面处理后，与94%的PPR原料、2%的色粉、2%的抗氧剂经高混机混合均匀后，用高速搅拌机充分搅拌6min，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度控制在180℃，即可制得二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR粒料；将制备得到的PPR粒料经单螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得含有二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR管材。
将制得的抗菌PPR管材参照QB/T2591-2003，GB/T18742.2-2002检测方法与标准进行检测，结果显示，本发明的抗菌PPR管对大肠杆菌的抗菌率为98.6%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率为99.2%。
实施例2
（1）二氧化硅负载纳米银抗菌剂的制备
    将硝酸银0.06g、正硅酸乙酯60ml、无水乙醇400ml与氨水40ml在35℃下恒温搅拌5h；将得到的产物过滤、水洗、干燥，得到吸附银氨络离子的二氧化硅粉末。将吸附银氨络离子的二氧化硅粉末分散在水中，以0.1mL/min的滴加速度滴加浓度为0.02 g/mL的硼氢化钠水溶液，滴加时间为30min，制备得到二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液；然后将得到的二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液过滤、水洗、干燥即得二氧化硅负载纳米银抗菌剂粉末。
（2）抗菌PPR管材的制备
将重量占所有组成成分1.8%的二氧化硅负载纳米银抗菌剂经硅烷偶联剂表面处理后，与94.2%的PPR原料、2%的色粉、2%的抗氧剂经高混机混合均匀后，用高速搅拌机充分搅拌8min，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度控制在200℃，即可制得二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR粒料；将制备得到的PPR粒料经单螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得含有二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR管材。
将制得的抗菌PPR管材参照QB/T2591-2003，GB/T18742.2-2002检测方法与标准进行检测，结果显示，本发明的抗菌PPR管对大肠杆菌的抗菌率为99.2%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率为99.3%。
实施例3
（1）二氧化硅负载纳米银抗菌剂的制备
    将硝酸银0.12g、正硅酸乙酯60ml、无水乙醇450ml与氨水45ml在35℃下恒温搅拌6h；将得到的产物过滤、水洗、干燥，得到吸附银氨络离子的二氧化硅粉末。将吸附银氨络离子的二氧化硅粉末分散在水中，以1mL/min的滴加速度滴加浓度为0.01 g/mL的硼氢化钠水溶液，滴加时间为40min，制备得到二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液；然后将得到的二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液过滤、水洗、干燥即得二氧化硅负载纳米银抗菌剂粉末。
（2）抗菌PPR管材的制备
将重量占所有组成成分1.5%的二氧化硅负载纳米银抗菌剂经硅烷偶联剂表面处理后，与94.5%的PPR原料、2%的色粉、2%的抗氧剂经高混机混合均匀后，用高速搅拌机充分搅拌10min，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度控制在220℃，即可制得二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR粒料；将制备得到的PPR粒料经单螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得含有二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR管材。
将制得的抗菌PPR管材参照QB/T2591-2003，GB/T18742.2-2002检测方法与标准进行检测，结果显示，本发明的抗菌PPR管对大肠杆菌的抗菌率为98.9%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率为99.3%。
实施例4
（1）二氧化硅负载纳米银抗菌剂的制备
    将硝酸银0.24g、正硅酸乙酯80ml、无水乙醇500ml与氨水50ml在35℃下恒温搅拌6h；将得到的产物过滤、水洗、干燥，得到吸附银氨络离子的二氧化硅粉末。将吸附银氨络离子的二氧化硅粉末分散在水中，以2mL/min的滴加速度滴加浓度为0.01 g/mL的硼氢化钠水溶液，滴加时间为30min，制备得到二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液；然后将得到的二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液过滤、水洗、干燥即得二氧化硅负载纳米银抗菌剂粉末。
（2）抗菌PPR管材的制备
将重量占所有组成成分1%的二氧化硅负载纳米银抗菌剂经硅烷偶联剂表面处理后，与95%的PPR原料、2%的色粉、2%的抗氧剂经高混机混合均匀后，用高速搅拌机充分搅拌10min，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度控制在220℃，即可制得二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR粒料；将制备得到的PPR粒料经单螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得含有二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR管材。
将制得的抗菌PPR管材参照QB/T2591-2003，GB/T18742.2-2002检测方法与标准进行检测，结果显示，本发明的抗菌PPR管对大肠杆菌的抗菌率为99.5%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率为99.5%。
实施例5
（1）二氧化硅负载纳米银抗菌剂的制备
    将硝酸银0.36g、正硅酸乙酯50ml、无水乙醇400ml与氨水40ml在35℃下恒温搅拌8h；将得到的产物过滤、水洗，得到吸附银氨络离子的二氧化硅粉末。将吸附银氨络离子的二氧化硅粉末分散在水中，以2mL/min的滴加速度滴加浓度为0.01 g/mL的硼氢化钠水溶液，滴加时间为60min，制备得到二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液；然后将得到的二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液过滤、水洗、干燥即得二氧化硅负载纳米银抗菌剂粉末。
（2）抗菌PPR管材的制备
将重量占所有组成成分0.5%的二氧化硅负载纳米银抗菌剂经硅烷偶联剂表面处理后，与95.5%的PPR原料、2%的色粉、2%的抗氧剂经高混机混合均匀后，用高速搅拌机充分搅拌6min，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度控制在180℃，即可制得二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR粒料；将制备得到的PPR粒料经单螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得含有二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR管材。
将制得的抗菌PPR管材参照QB/T2591-2003，GB/T18742.2-2002检测方法与标准进行检测，结果显示，本发明的抗菌PPR管对大肠杆菌的抗菌率为98.9%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率为99.3%。
实施例6
（1）二氧化硅负载纳米银抗菌剂的制备
    将硝酸银0.36g、正硅酸乙酯50ml、无水乙醇400ml与氨水40ml在35℃下恒温搅拌8h；将得到的产物过滤、水洗，得到吸附银氨络离子的二氧化硅粉末。将吸附银氨络离子的二氧化硅粉末分散在水中，以2mL/min的滴加速度滴加浓度为0.01 g/mL的硼氢化钠水溶液，滴加时间为60min，制备得到二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液；然后将得到的二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液过滤、水洗、干燥即得二氧化硅负载纳米银抗菌剂粉末。
（2）抗菌PPR管材的制备
将重量占所有组成成分1%的二氧化硅负载纳米银抗菌剂经硅烷偶联剂表面处理后，与95%的PPR原料、2%的色粉、2%的抗氧剂经高混机混合均匀后，用高速搅拌机充分搅拌6min，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度控制在180℃，即可制得二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR粒料；将制备得到的PPR粒料经单螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得含有二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR管材。
将制得的抗菌PPR管材参照QB/T2591-2003，GB/T18742.2-2002检测方法与标准进行检测，结果显示，本发明的抗菌PPR管对大肠杆菌的抗菌率为99.3%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率为99.3%。
实施例7
（1）二氧化硅负载纳米银抗菌剂的制备
    将硝酸银0.36g、正硅酸乙酯50ml、无水乙醇400ml与氨水40ml在35℃下恒温搅拌8h；将得到的产物过滤、水洗，得到吸附银氨络离子的二氧化硅粉末。将吸附银氨络离子的二氧化硅粉末分散在水中，以3.3mL/min的滴加速度滴加浓度为0.01 g/mL的硼氢化钠水溶液，滴加时间为40min，制备得到二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液；然后将得到的二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液过滤、水洗、干燥即得二氧化硅负载纳米银抗菌剂粉末。
（2）抗菌PPR管材的制备
将重量占所有组成成分1%的二氧化硅负载纳米银抗菌剂经硅烷偶联剂表面处理后，与95%的PPR原料、2%的色粉、2%的抗氧剂经高混机混合均匀后，用高速搅拌机充分搅拌6min，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度控制在180℃，即可制得二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR粒料；将制备得到的PPR粒料经单螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得含有二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR管材。
将制得的抗菌PPR管材参照QB/T2591-2003，GB/T18742.2-2002检测方法与标准进行检测，结果显示，本发明的抗菌PPR管对大肠杆菌的抗菌率为99.3%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率为99.3%。
对比例1
（1）二氧化硅负载纳米银抗菌剂的制备
    将硝酸银0.24g、正硅酸乙酯80ml、无水乙醇500ml与氨水50ml在35℃下恒温搅拌6h；将得到的产物过滤、水洗、干燥，得到吸附银氨络离子的二氧化硅粉末。将吸附银氨络离子的二氧化硅粉末分散在水中，以6mL/min的滴加速度滴加浓度为0.01 g/mL的硼氢化钠水溶液，滴加时间为30min，制备得到二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液；然后将得到的二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液过滤、水洗、干燥即得二氧化硅负载纳米银抗菌剂粉末。
（2）抗菌PPR管材的制备
将重量占所有组成成分1%的二氧化硅负载纳米银抗菌剂经硅烷偶联剂表面处理后，与95%的PPR原料、2%的色粉、2%的抗氧剂经高混机混合均匀后，用高速搅拌机充分搅拌10min，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度控制在220℃，即可制得二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR粒料；将制备得到的PPR粒料经单螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得含有二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR管材。
将制得的抗菌PPR管材参照QB/T2591-2003，GB/T18742.2-2002检测方法与标准进行检测，结果显示，本发明的抗菌PPR管对大肠杆菌的抗菌率为94.3%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率为95.7%。
对比例2
（1）二氧化硅负载纳米银抗菌剂的制备
    将硝酸银0.36g、正硅酸乙酯50ml、无水乙醇400ml与氨水40ml在35℃下恒温搅拌8h；将得到的产物过滤、水洗，得到吸附银氨络离子的二氧化硅粉末。将吸附银氨络离子的二氧化硅粉末分散在水中，以5mL/min的滴加速度滴加浓度为0.02 g/mL的硼氢化钠水溶液，滴加时间为30min，制备得到二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液；然后将得到的二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液过滤、水洗、干燥即得二氧化硅负载纳米银抗菌剂粉末。
（2）抗菌PPR管材的制备
将重量占所有组成成分1%的二氧化硅负载纳米银抗菌剂经硅烷偶联剂表面处理后，与95%的PPR原料、2%的色粉、2%的抗氧剂经高混机混合均匀后，用高速搅拌机充分搅拌6min，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度控制在180℃，即可制得二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR粒料；将制备得到的PPR粒料经单螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得含有二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR管材。
将制得的抗菌PPR管材参照QB/T2591-2003，GB/T18742.2-2002检测方法与标准进行检测，结果显示，本发明的抗菌PPR管对大肠杆菌的抗菌率为96.4%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率为96.8%。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种抗菌PPR管材，其特征在于，所述抗菌PPR管材按重量百分比由以下原料组成：
   二氧化硅负载纳米银抗菌剂  0.3～2%
   PPR原料                   94～95.7%
   色粉                       2%
   抗氧剂                     2%；  
   其中，所述二氧化硅负载纳米银抗菌剂的制备方法包括如下步骤：
S1：将硝酸银、正硅酸乙酯、无水乙醇与氨水在35℃下恒温搅拌4～8h，得产物备用；
    其中，所述硝酸银的用量为0.01～0.36g，所述正硅酸乙酯的用量为50～100ml；
S2：将步骤S1制备得到的产物过滤、水洗、干燥，即得吸附银氨络离子的二氧化硅粉末；
S3：将步骤S2得到的二氧化硅负载纳米银抗菌剂粉末分散在水中，以0.042～3.3 mL/min的滴加速度滴加还原剂的水溶液，滴加时间30～60min，制备得到二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液；其中，还原剂水溶液的浓度为0.01～0.02g/mL；
S4：将步骤S3得到的二氧化硅负载纳米银抗菌剂悬浮液过滤、水洗、干燥即得二氧化硅负载纳米银抗菌剂粉末。
2.根据权利要求1所述抗菌PPR管材，其特征在于，所述二氧化硅负载纳米银抗菌剂的用量为1～1.8%，PPR原料的用量为94.2～95%。
3.根据权利要求1所述抗菌PPR管材，其特征在于，所述步骤S1中所述硝酸银的用量为0.24～0.36g。
4.根据权利要求1所述抗菌PPR管材，其特征在于，所述步骤S3中还原剂的滴加速度为2mL/min。
5.根据权利要求1至4任意一项权利要求所述抗菌PPR管材，其特征在于，所述还原剂为硼氢化钠。
6.一种权利要求1至5任意一项权利要求所述抗菌PPR管材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
T1：将二氧化硅负载纳米银抗菌剂经硅烷偶联剂表面处理后，与PPR原料、色粉、抗氧剂经高混机混合均匀后，用高速搅拌机充分搅拌6～10min，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度控制在180～230℃之间，即可制得二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR粒料；
T2：将步骤T1制备得到的PPR粒料经单螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得含有二氧化硅负载纳米银抗菌剂的PPR管材。
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