CN107828118A - 一种抗菌耐磨塑料管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于塑料管材领域，具体涉及一种抗菌耐磨塑料管材及其制备方法。所述抗菌耐磨塑料管材由以下重量份的原料制备而成：高密度聚乙烯100～150份、乙酰单酸甘油乙酯10～30份、古马隆树脂10～30份、抗氧剂1010 5～10份、空心玻璃微珠20～40份、纳米银10～15份、氯化聚乙烯1～6份、高耐磨炭黑3～7份、硅烷偶联剂5～8份、纳米二氧化钛5～10份、氧化锌3～6份、丙烯酸树脂10～15份、助剂15～20份。该抗菌耐磨塑料管材不仅具有优良的耐热、耐磨性能，还具有较好的抗菌能力和防霉能力。采用本方法制备的抗菌耐磨塑料管材在抗菌防霉的同时，不影响塑料管材的机械强度，耐磨性能好，使用寿命长，具有较好的市场应用前景和经济效益。

Description

一种抗菌耐磨塑料管材及其制备方法
技术领域
本申请属于塑料管材领域，具体涉及一种抗菌耐磨塑料管材及其制备方法。
背景技术
氯乙烯(Polyethylene，简称PE)是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。聚乙烯依聚合方 法、分子量高低、链结构之不同，分为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯， 其中高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，简称为HDPE)俗称低压聚乙烯，不仅具有 较高的耐温性、耐油性、耐蒸汽渗透性及抗环境应力开裂性，其电绝缘性和抗冲击性及耐寒 性能很好，HDPE管材广泛应用于公路、铁路路基、地铁工程、运动场及含水量偏高引起的 边坡防护等排水领域。
目前，有一种聚乙烯管材，由高密度聚乙烯原色料、耐热聚乙烯原色料、炭黑含量为50％ 的PE管材色母料、抗氧剂264组成；其重量百分比是：高密度聚乙烯原色料70～80％、耐 热聚乙烯原色料15～25％、炭黑含量为50％的PE管材色母料4.5％、抗氧剂2640.5％，制 备的聚乙烯管材材料成本低，性价比高。
然而，现有的聚乙烯管材表面硬度低，易被刮伤且氯乙烯管材内壁容易滋生细菌等有害 生物，还会产生霉变，极大地限制了氯乙烯管材的使用。因此，根据市场的需要，一种高性 能的抗菌耐磨塑料管材亟待出现。
发明内容
本申请提供了一种抗菌耐磨塑料管材及其制备方法，提高塑料管材的耐磨性及防霉抗菌 性。
本申请的第一方面，提供了一种抗菌耐磨塑料管材，由以下重量份的原料制备而成：高 密度聚乙烯100～150份、乙酰单酸甘油乙酯10～30份、古马隆树脂10～30份、抗氧剂10105～10 份、空心玻璃微珠20～40份、纳米银10～15份、氯化聚乙烯1～6份、高耐磨炭黑3～7份、硅 烷偶联剂5～8份、纳米二氧化钛5～10份、氧化锌3～6份、丙烯酸树脂10～15份、助剂15～20 份。
可选的，所述抗菌耐磨塑料管材由以下重量份的原料制备而成：高密度聚乙烯110～130 份、乙酰单酸甘油乙酯15～25份、古马隆树脂15～25份、抗氧剂10105～8份、空心玻璃微珠 25～35份、纳米银11～13份、氯化聚乙烯2～4份、高耐磨炭黑4～6份、硅烷偶联剂5～7份、 纳米二氧化钛7～9份、氧化锌4～6份、丙烯酸树脂12～14份、助剂16～18份。
可选的，所述抗菌耐磨塑料管材由以下重量份的原料制备而成：高密度聚乙烯120份、 乙酰单酸甘油乙酯20份、古马隆树脂20份、抗氧剂10106份、空心玻璃微珠30份、纳米银12份、氯化聚乙烯3份、高耐磨炭黑5份、硅烷偶联剂6份、纳米二氧化钛8份、氧化锌 5份、丙烯酸树脂13份、助剂17份。
可选的，所述助剂由下列重量份的原料制成：纳米碳酸钙10～20份、沸石粉3～6份、石 墨烯3～6份、纳米二氧化硅3～6份、聚乙烯蜡3～6份、铝酸酯偶联剂5～10份、聚氧乙烯脂 肪酸脂3～5份、硬脂酸钙1～3份。
可选的，所述助剂的制备方法为：称取纳米碳酸钙10～20份、沸石粉3～6份、石墨烯3～6 份、纳米二氧化硅3～6份，分别研磨成粉末，然后投入高速搅拌机内进行混合搅拌，待料温 升至80～90℃时，加入聚乙烯蜡3～6份、铝酸酯偶联剂5～10份，聚氧乙烯脂肪酸脂3～5份、 硬脂酸钙1～3份，搅拌10分钟后，将物料装入冷混机中搅拌降温至室温，即得所述助剂。
本申请的第二方面，提供了一种抗菌耐磨塑料管材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将纳米银、空心玻璃微珠、高耐磨炭黑分别研磨后混合，再加入硅烷偶联剂、 纳米二氧化钛和氧化锌，一起倒入混合机中混合，在90℃下搅拌，搅拌10分钟后，自然冷 却得第一混合料；
步骤二：在步骤一得到的第一混合料中加入高密度聚乙烯、乙酰单酸甘油乙酯、古马隆 树脂、抗氧剂1010、氯化聚乙烯、丙烯酸树脂和助剂，一起投入捏合机内进行捏合，待物料 摩擦生热至80℃时继续捏合，捏合10分钟后，将物料排入冷混机中降温，当温度将到40℃ 以下时出料，得到第二混合料；
步骤三：将步骤二得到的第二混合料送至双螺杆挤出机中挤出造粒，得到粒料；
步骤四：将步骤三得到的粒料投入挤出成型机，经过定径、牵引、冷却切割制得所述抗 菌耐磨塑料管材。
可选的，所述混合机的搅拌速度为50转/分钟。
可选的，所述双螺杆挤出机的造粒温度为200℃，转速为280～350转/分钟。
可选的，所述挤出成型机的机筒温度为180～200℃，模具温度为160～180℃，真空度为 0.03～0.07MPa。
由以上技术方案，本申请提供了一种抗菌耐磨塑料管材，通过纳米碳酸钙在塑料树脂中 的充分分散，有效地提高了塑料管材的耐热和耐磨性能，通过硅烷偶联剂将高密度聚乙烯和 纳米碳酸钙界面耦合起来，从而提高了复合材料的性能、增加了黏接强度；同时添加的纳米 银可增加管材的抗菌防霉能力。本申请提供的抗菌耐磨塑料管材不仅具有优良的耐热、耐磨 性能，还具有较好的抗菌能力和防霉能力。采用该方法制备的抗菌耐磨塑料管材在抗菌防霉 的同时，不影响塑料管材的机械强度，耐磨性能好，使用寿命长，具有较好的市场应用前景 和经济效益。
具体实施方式
本申请提供的一种抗菌耐磨塑料管材包括多种组分原料，现将组分中的各原料性质分析 如下：
高密度聚乙烯，是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。高密度聚乙烯为无毒、无味、 无臭的白色颗粒，熔点约为130℃，使用温度可达100℃，相对密度为0.941～0.960。高密度 聚乙烯具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好， 介电性能，耐环境应力开裂性较好。
乙酰单酸甘油乙酯，分子式为C21H42O4，乙酰单酸甘油乙酯为白色至浅黄色的不同粘稠 液体和固体，有乙酸气，味温和。乙酰单酸甘油乙酯不溶于水，溶于乙醇、丙酮和其他有机 溶剂，乙酰单酸甘油乙酯的溶解度取决于酯化程度和熔化温度，多用作乳化剂、被膜剂、组 织改良剂和润滑剂。
古马隆树脂是以乙烯焦油、碳九为原料经催化聚合反应而得，产品外观为黄色、褐色、 黑色块状固体，具有良好的相溶性、耐水性、耐酸碱性、防锈和电气特性。古马隆树脂广泛 应用于橡胶、轮胎、三角带、输送带、油漆、油墨、防水、胶管等行业，无论是古马隆树脂，液体古马隆或者橡胶单独使用都无粘结性，复配后可使橡胶具有良好的粘结性，包括压敏性 或热熔性，古马隆树脂加入橡胶中，可起到软化、补强、增粘、分散等作用，从而改进了橡胶的加工性能。
抗氧剂1010，化学式是C73H108O12，为白色粉末。抗氧剂1010主要应用于聚乙烯、聚丙 烯、聚甲醛、ABS树脂、PS树脂、PVC、工程塑料、橡胶及石油产品等。
空心玻璃微珠，主要用于尼龙、PP、PBT、PC、POM、PVC、ABS、PS等塑料的改性， 可改善材料流动性、消除玻纤外露、克服翘曲、提高阻燃性能，减少玻纤用量，降低生产成 本，空心玻璃微珠还用于填充硬质PVC、PP、PE、生产异型材、管材和板材，可使制品具有 良好的尺寸稳定、提高刚性和耐热温度，提高制品性价比，提高生产效率，降低成本。通常 填充于PVC、PE等电缆、绝缘护套材料，可提高产品的耐高温、绝缘、耐酸碱等性能和产品 的加工性能，提高产量，降低成本。
纳米银，作为管材抗菌剂使用，通常将金属银单质粒径做到纳米级，粒径大多在25纳米 左右。
氯化聚乙烯，在塑料制品行业中主要是用来作PVC和HDPE的改性剂，可使产品性能得 到改善，使PVC的弹性、韧性及低温性能都得到改善，脆化温度可降至-40℃；氯化聚乙烯的耐候性、耐热性和化学稳定性也优于其他改性剂；氯化聚乙烯作为改性剂，可使其制品的印刷性、阻燃性和柔韧性得到改善，使PE泡沫塑料的密度增大等。
高耐磨炭黑，主要是在橡胶中起补强作用的。一般在橡胶中的用量占到生胶的20％～70％ 之间，根据不同的橡胶产品用量不同。橡胶用炭黑，又分为高耐磨、补强、半补强几个品种， 其中高耐磨有N110、N220、N330、N339等。
硅烷偶联剂是一类含硅原子的有机化合物，硅烷偶联剂有增强有机物与无机化合物之间 的亲和力作用。硅烷偶联剂可强化提高复合材料的物理化学性能，如强度、韧性、电性能、 耐水、耐腐蚀性。
聚乙烯蜡，又称高分子蜡简称聚乙烯蜡。因其优良的耐寒性、耐热性、耐化学性和耐磨 性而得到应泛的应用。作为润滑剂，其化学性质稳定、电性能良好。聚乙烯蜡与聚乙烯、聚 丙烯、聚蜡酸乙烯、乙丙橡胶、丁基橡胶相溶性好。能改善聚乙烯、聚丙烯、ABS的流动性 和聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯的脱模性。在PE管材成型加工过程中用作分散剂、润滑剂 和光亮剂，增强塑化程度，提高塑料制品的韧性和表面光滑度。
硬脂酸钙，为均匀细微的白色粉末，熔点175℃，密度1.035g/cm3。硬脂酸钙可溶于甲 苯、乙醇、苯和其他有机溶剂，不溶于水。硬脂酸钙加热至400℃时缓缓分解，可燃，遇强酸分解为硬脂酸和相应的钙盐。硬脂酸钙有吸水性，无毒，应用在管材中主要起内、外润滑作用。
为了进一步理解本申请，下面结合具体实施例对本申请提供的一种抗菌耐磨塑料管材进 行详细说明。
实施例1
一种抗菌耐磨塑料管材，由以下重量份的原料制备而成：高密度聚乙烯100份、乙酰单 酸甘油乙酯10份、古马隆树脂10份、抗氧剂10105份、空心玻璃微珠20份、纳米银10份、氯化聚乙烯1份、高耐磨炭黑3份、硅烷偶联剂5份、纳米二氧化钛5份、氧化锌3份、丙 烯酸树脂10份、助剂15份。
所述助剂由下列重量份的原料制成：纳米碳酸钙10份、沸石粉3份、石墨烯3份、纳米 二氧化硅3份、聚乙烯蜡3份、铝酸酯偶联剂5份、聚氧乙烯脂肪酸脂3份、硬脂酸钙1份。
所述助剂的制备方法为：称取上述重量份的纳米碳酸钙、沸石粉、石墨烯和纳米二氧化 硅，分别研磨成粉末，然后投入高速搅拌机内进行混合搅拌，待料温升至80～90℃时，加入 上述重量份的聚乙烯蜡、铝酸酯偶联剂，聚氧乙烯脂肪酸脂和硬脂酸钙，搅拌10分钟后，将 物料装入冷混机中搅拌降温至室温，即得所述助剂。
一种抗菌耐磨塑料管材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将纳米银、空心玻璃微珠、高耐磨炭黑分别研磨后混合，再加入硅烷偶联剂、 纳米二氧化钛和氧化锌，一起倒入混合机中混合，在90℃下搅拌，所述混合机的搅拌速度为 50转/分钟，搅拌10分钟后，自然冷却得第一混合料；
步骤二：在步骤一得到的第一混合料中加入高密度聚乙烯、乙酰单酸甘油乙酯、古马隆 树脂、抗氧剂1010、氯化聚乙烯、丙烯酸树脂和助剂，一起投入捏合机内进行捏合，待物料 摩擦生热至80℃时继续捏合，捏合10分钟后，将物料排入冷混机中降温，当温度将到40℃ 以下时出料，得到第二混合料；
步骤三：将步骤二得到的第二混合料送至双螺杆挤出机中挤出造粒，得到粒料；所述双 螺杆挤出机的造粒温度为200℃，转速为280～350转/分钟。
步骤四：将步骤三得到的粒料投入挤出成型机，所述挤出成型机的机筒温度为180～200℃，模具温度为160～180℃，真空度为0.03～0.07MPa。经过定径、牵引、冷却切割制 得所述抗菌耐磨塑料管材。
实施例2
一种抗菌耐磨塑料管材，由以下重量份的原料制备而成：高密度聚乙烯150份、乙酰单 酸甘油乙酯30份、古马隆树脂30份、抗氧剂101010份、空心玻璃微珠40份、纳米银15份、氯化聚乙烯6份、高耐磨炭黑7份、硅烷偶联剂8份、纳米二氧化钛10份、氧化锌6份、 丙烯酸树脂15份、助剂20份。
所述助剂由下列重量份的原料制成：纳米碳酸钙20份、沸石粉6份、石墨烯6份、纳米 二氧化硅6份、聚乙烯蜡6份、铝酸酯偶联剂10份、聚氧乙烯脂肪酸脂5份、硬脂酸钙3份。
所述助剂的制备方法为：称取上述重量份的纳米碳酸钙，沸石粉、石墨烯和纳米二氧化 硅，分别研磨成粉末，然后投入高速搅拌机内进行混合搅拌，待料温升至80～90℃时，加入 上述重量份的聚乙烯蜡、铝酸酯偶联剂，聚氧乙烯脂肪酸脂和硬脂酸钙，搅拌10分钟后，将 物料装入冷混机中搅拌降温至室温，即得所述助剂。
一种抗菌耐磨塑料管材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将纳米银、空心玻璃微珠、高耐磨炭黑分别研磨后混合，再加入硅烷偶联剂、 纳米二氧化钛和氧化锌，一起倒入混合机中混合，在90℃下搅拌，所述混合机的搅拌速度为 50转/分钟，搅拌10分钟后，自然冷却得第一混合料；
步骤二：在步骤一得到的第一混合料中加入高密度聚乙烯、乙酰单酸甘油乙酯、古马隆 树脂、抗氧剂1010、氯化聚乙烯、丙烯酸树脂和助剂，一起投入捏合机内进行捏合，待物料 摩擦生热至80℃时继续捏合，捏合10分钟后，将物料排入冷混机中降温，当温度将到40℃ 以下时出料，得到第二混合料；
步骤三：将步骤二得到的第二混合料送至双螺杆挤出机中挤出造粒，得到粒料；所述双 螺杆挤出机的造粒温度为200℃，转速为280～350转/分钟。
步骤四：将步骤三得到的粒料投入挤出成型机，所述挤出成型机的机筒温度为180～200℃，模具温度为160～180℃，真空度为0.03～0.07MPa。经过定径、牵引、冷却切割制 得所述抗菌耐磨塑料管材。
实施例3
一种抗菌耐磨塑料管材，由以下重量份的原料制备而成：高密度聚乙烯120份、乙酰单 酸甘油乙酯20份、古马隆树脂20份、抗氧剂10106份、空心玻璃微珠30份、纳米银12份、氯化聚乙烯3份、高耐磨炭黑5份、硅烷偶联剂6份、纳米二氧化钛8份、氧化锌5份、丙 烯酸树脂13份、助剂17份。
所述助剂由下列重量份的原料制成：纳米碳酸钙15份、沸石粉4份、石墨烯4份、纳米 二氧化硅4份、聚乙烯蜡4份、铝酸酯偶联剂8份、聚氧乙烯脂肪酸脂4份、硬脂酸钙2份。
所述助剂的制备方法为：称取上述重量份的纳米碳酸钙，沸石粉、石墨烯和纳米二氧化 硅，分别研磨成粉末，然后投入高速搅拌机内进行混合搅拌，待料温升至80～90℃时，加入 上述重量份的聚乙烯蜡、铝酸酯偶联剂，聚氧乙烯脂肪酸脂和硬脂酸钙，搅拌10分钟后，将 物料装入冷混机中搅拌降温至室温，即得所述助剂。
一种抗菌耐磨塑料管材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将纳米银、空心玻璃微珠、高耐磨炭黑分别研磨后混合，再加入硅烷偶联剂、 纳米二氧化钛和氧化锌，一起倒入混合机中混合，在90℃下搅拌，所述混合机的搅拌速度为 50转/分钟，搅拌10分钟后，自然冷却得第一混合料；
步骤二：在步骤一得到的第一混合料中加入高密度聚乙烯、乙酰单酸甘油乙酯、古马隆 树脂、抗氧剂1010、氯化聚乙烯、丙烯酸树脂和助剂，一起投入捏合机内进行捏合，待物料 摩擦生热至80℃时继续捏合，捏合10分钟后，将物料排入冷混机中降温，当温度将到40℃ 以下时出料，得到第二混合料；
步骤三：将步骤二得到的第二混合料送至双螺杆挤出机中挤出造粒，得到粒料；所述双 螺杆挤出机的造粒温度为200℃，转速为280～350转/分钟。
步骤四：将步骤三得到的粒料投入挤出成型机，所述挤出成型机的机筒温度为180～200℃，模具温度为160～180℃，真空度为0.03～0.07MPa。经过定径、牵引、冷却切割制 得所述抗菌耐磨塑料管材。
实施例4
对实施例1、实施例2、实施例3的抗菌耐磨塑料管材进行性能测试，上述实施例1-3的 抗菌耐磨塑料管材的性能检测结果如下表所示：
表1实施例1-3的抗菌耐磨塑料管材的性能检测结果
由以上技术方案，本申请提供了一种抗菌耐磨塑料管材，通过纳米碳酸钙在塑料树脂中 的充分分散，有效地提高了塑料管材的耐热和耐磨性能，通过硅烷偶联剂将高密度聚乙烯和 纳米碳酸钙界面耦合起来，从而提高了复合材料的性能、增加了黏接强度；同时添加的纳米 银可增加管材的抗菌防霉能力。本申请提供的抗菌耐磨塑料管材不仅具有优良的耐热、耐磨 性能，还具有较好的抗菌能力和防霉能力。采用该方法制备的抗菌耐磨塑料管材在抗菌防霉 的同时，不影响塑料管材的机械强度，耐磨性能好，使用寿命长，具有较好的市场应用前景 和经济效益。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这 些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可 以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限 制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范 围。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行 各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种抗菌耐磨塑料管材，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：高密度聚乙烯100～150份、乙酰单酸甘油乙酯10～30份、古马隆树脂10～30份、抗氧剂10105～10份、空心玻璃微珠20～40份、纳米银10～15份、氯化聚乙烯1～6份、高耐磨炭黑3～7份、硅烷偶联剂5～8份、纳米二氧化钛5～10份、氧化锌3～6份、丙烯酸树脂10～15份、助剂15～20份。
2.根据权利要求1所述的抗菌耐磨塑料管材，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：高密度聚乙烯110～130份、乙酰单酸甘油乙酯15～25份、古马隆树脂15～25份、抗氧剂10105～8份、空心玻璃微珠25～35份、纳米银11～13份、氯化聚乙烯2～4份、高耐磨炭黑4～6份、硅烷偶联剂5～7份、纳米二氧化钛7～9份、氧化锌4～6份、丙烯酸树脂12～14份、助剂16～18份。
3.根据权利要求1所述的抗菌耐磨塑料管材，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：高密度聚乙烯120份、乙酰单酸甘油乙酯20份、古马隆树脂20份、抗氧剂10106份、空心玻璃微珠30份、纳米银12份、氯化聚乙烯3份、高耐磨炭黑5份、硅烷偶联剂6份、纳米二氧化钛8份、氧化锌5份、丙烯酸树脂13份、助剂17份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的抗菌耐磨塑料管材，其特征在于，所述助剂由下列重量份的原料制成：纳米碳酸钙10～20份、沸石粉3～6份、石墨烯3～6份、纳米二氧化硅3～6份、聚乙烯蜡3～6份、铝酸酯偶联剂5～10份、聚氧乙烯脂肪酸脂3～5份、硬脂酸钙1～3份。
5.根据权利要求1-3任一项所述的抗菌耐磨塑料管材，其特征在于，所述助剂的制备方法为：称取纳米碳酸钙10～20份、沸石粉3～6份、石墨烯3～6份、纳米二氧化硅3～6份，分别研磨成粉末，然后投入高速搅拌机内进行混合搅拌，待料温升至80～90℃时，加入聚乙烯蜡3～6份、铝酸酯偶联剂5～10份，聚氧乙烯脂肪酸脂3～5份、硬脂酸钙1～3份，搅拌10分钟后，将物料装入冷混机中搅拌降温至室温，即得所述助剂。
6.一种抗菌耐磨塑料管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将纳米银、空心玻璃微珠、高耐磨炭黑分别研磨后混合，再加入硅烷偶联剂、纳米二氧化钛和氧化锌，一起倒入混合机中混合，在90℃下搅拌，搅拌10分钟后，自然冷却得第一混合料；
步骤二：在步骤一得到的第一混合料中加入高密度聚乙烯、乙酰单酸甘油乙酯、古马隆树脂、抗氧剂1010、氯化聚乙烯、丙烯酸树脂和助剂，一起投入捏合机内进行捏合，待物料摩擦生热至80℃时继续捏合，捏合10分钟后，将物料排入冷混机中降温，当温度将到40℃以下时出料，得到第二混合料；
步骤三：将步骤二得到的第二混合料送至双螺杆挤出机中挤出造粒，得到粒料；
步骤四：将步骤三得到的粒料投入挤出成型机，经过定径、牵引、冷却切割制得所述抗菌耐磨塑料管材。
7.根据权利要求6所述的抗菌耐磨塑料管材的制备方法，其特征在于，所述混合机的搅拌速度为50转/分钟。
8.根据权利要求6所述的抗菌耐磨塑料管材的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的造粒温度为200℃，转速为280～350转/分钟。
9.根据权利要求6所述的抗菌耐磨塑料管材的制备方法，其特征在于，所述挤出成型机的机筒温度为180～200℃，模具温度为160～180℃，真空度为0.03～0.07MPa。
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