CN109134906A - 一种纳米复合型环保阻氧管材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米复合型环保阻氧管材的制备方法，属于环保新材料技术领域。本发明所制备的纳米复合型环保阻氧管材利用纳米二氧化钛抑制水生生物繁殖，纳米二氧化钛具有优良的灭菌性能以及消除有害气体的能力，使用时能够吸附并分解材料本身或者外界存在的有害气体，降低了对人体的伤害；石墨烯具有良好的热导性和机械性能，在石墨稀胶液浸泡后能够在管材表面形成一种致密的石墨烯结晶膜，能够阻隔氧气和水分，同时石墨烯本身具有疏水性，能够进一步隔绝水分；用石墨烯结晶层阻隔了氧气和水分，防止由于水分的渗入导致阻氧效果下降，在管材中掺入了纳米二氧化硅，能够提高管材的强度以及抗老化性能，大大提高了管材的使用寿命。

Description

一种纳米复合型环保阻氧管材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米复合型环保阻氧管材的制备方法，属于环保新材料技术领域。
背景技术
近年来地板采暖系统在国内广泛应用，一般地暖系统要求与建筑物同寿命，但普通塑料管材具有一个明显的缺点即不能完全阻隔氧气的渗透，这样会导致管内产生大量的生物黏泥，同时还会造成钢制供水系统的腐蚀，最终导致整个供水系统损坏。因此近年来塑料阻氧管材被广泛用于地暖管道铺设中。
众所周知，塑料、金属的老化是由于光、热、氧、疲劳等共同作用的结果。就光而言，在没有光照的情况下塑料的使用寿命将延长10-20年；在没有氧的作用下，塑料与金属的使用寿命也会提高10-20年。通常使用的塑料管道与金属管道相比，具有重量轻、导热系数低、热损失小、安装简便、快捷等显著优点外，塑料管道对氧气的透过率远远高于金属管道，尤其是单一材料的塑料管道用于地板采暖管道系统中，虽然要求使用过程中长期介质温度不得高于60℃，即便如此，塑料管道只作为系统末端采暖部分，由于有较高的透氧率，对供暖系统中的金属器件包括锅炉、泵、7金属管道、散热器等的长期正常使用造成隐患，产生锈蚀，渗漏最终造成损坏，影响正常运行，增加维修成本，降低系统寿命。目前国内大多是在PE-X或PE-RT管材内层涂覆或共挤一层EVOH(聚乙烯-乙烯醇)，本来EVOH的确有气体阻隔的作用，但是由于在EVOH树脂的分子结构中存在着羟基，EVOH树脂具有亲水性和吸湿性。当吸附湿气后，气体的阻隔性能也就和PE-X没有多大区别了，用在地暖管路中，所谓的阻隔层会吸收混凝土中的水份，彻底失去阻氧能力，现有市场上的PE燃气管道对氧气的透过系数较高。
目前阻氧塑料管材的生产加工方法多采用涂布法，此法为2步成型，即在已经挤出定型的单层管上同时挤出粘合层和阻隔层(EVOH)涂层形成三层结构，但共挤表面的粘合强度低，易产生分层现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对国内的地暖管材大多是在管材内层涂覆或共挤一层聚乙烯-乙烯醇，导致吸附湿气后，阻隔层会吸收混凝土中的水份，彻底失去阻氧能力的问题，提出了一种纳米复合型环保阻氧管材的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）取羧甲基纤维素钠和去离子水混合均匀，得到羧甲纤维素钠水溶液；
（2）取淀粉和去离子水混合均匀，得到淀粉糊；
（3）取蓖麻油酸锌、钠石灰、聚乙烯醇、纳米二氧化钛和羧甲基纤维素钠水溶液混合均匀，超声10~20min，得到混合液A；
（4）取混合液A、5mol/L的氨水和淀粉糊混合得到混合液B；
（5）取石墨、N-甲基吡咯烷酮和去离子水，超声240~300h，得到石墨稀胶液，取4，4'-二氨基苯酰替苯胺和均苯四甲酸酐加入到石墨稀胶液中，搅拌均匀得到石墨稀胶液；
（6）取高密度聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和纳米二氧化硅放入加热搅拌机，搅拌10~20min后，通过挤出机挤出，得到管材A；
（7）将管材A置入石墨稀胶液中，浸泡20~40min后取出干燥，得到管材B；
（8）将混合液B放入喷涂装置，涂覆在管材B表面，干燥后得到纳米复合型环保阻氧管材。
步骤（1）所述羧甲基纤维素钠和去离子水的质量比为1:50。
步骤（2）所述淀粉和去离子水的质量比为1:1。
步骤（3）所述蓖麻油酸锌、钠石灰、聚乙烯醇、纳米二氧化钛和羧甲基纤维素钠水溶液的质量比为80:40:1:10:60。
步骤（4）所述混合液A、的氨水和淀粉糊的质量比为5:1:4。
步骤（5）所述石墨烯、N-甲基吡咯烷酮、去离子水、4，4'-二氨基苯酰替苯胺和均苯四甲酸酐的质量比为6:2:200:4:1。
步骤（6）所述高密度聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和纳米二氧化硅的质量比为50:30:20:1:10。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）纳米二氧化钛具有优良的灭菌性能以及消除有害气体的能力，能够抑制水中微生物在管材内壁的繁殖并且减少生物粘泥的形成，同时使用时能够吸附并分解材料本身或者外界存在的有害气体，降低了对人体的伤害；
（2）石墨烯具有良好的热导性和机械性能，在石墨稀胶液浸泡后能够在管材表面形成一种致密的石墨烯结晶膜，能够阻隔氧气和水分，同时石墨烯本身具有疏水性，能够进一步隔绝水分；
（3）本发明所制备的纳米复合型环保阻氧管材利用纳米二氧化钛抑制水生生物繁殖，减少了生物粘泥的产生，用石墨烯结晶层阻隔了氧气和水分，防止由于水分的渗入导致阻氧效果下降，在管材中掺入了纳米二氧化硅，能够提高管材的强度以及抗老化性能，大大提高了管材的使用寿命。
具体实施方式
取20~40g羧甲基纤维素钠和1000~2000g去离子水混合均匀，得到羧甲纤维素钠水溶液；取500~1000g淀粉和500~1000g去离子水混合均匀，得到淀粉糊；取400~800g蓖麻油酸锌、200~400g钠石灰、5~10g聚乙烯醇、50~100g纳米二氧化钛和300~600g羧甲基纤维素钠水溶液混合均匀，超声10~20min，得到混合液A；取500~1000g混合液A、100~200g5mol/L的氨水和400~800g淀粉糊混合得到混合液B；取30~60g石墨、10~20gN-甲基吡咯烷酮和1000~2000g去离子水，超声240~300h，得到石墨稀溶液，取20~40g4，4'-二氨基苯酰替苯胺和5~10g均苯四甲酸酐加入到石墨稀胶液中，搅拌均匀得到石墨稀胶液；取500~1000g高密度聚乙烯、300~600g聚丙烯、200~400g聚酰胺、10~20gγ-氨丙基三乙氧基硅烷和100~200g纳米二氧化硅放入加热搅拌机，搅拌10~20min后，通过挤出机挤出，得到管材A；将管材A置入石墨稀胶液中，浸泡20~40min后取出干燥，得到管材B；将混合液B放入喷涂装置，涂覆在管材B表面，干燥后得到纳米复合型环保阻氧管材。
实例1
取20g羧甲基纤维素钠和1000g去离子水混合均匀，得到羧甲纤维素钠水溶液；取500g淀粉和500g去离子水混合均匀，得到淀粉糊；取400g蓖麻油酸锌、200g钠石灰、5g聚乙烯醇、50g纳米二氧化钛和300g羧甲基纤维素钠水溶液混合均匀，超声10min，得到混合液A；取500g混合液A、100g5mol/L的氨水和400g淀粉糊混合得到混合液B；取30g石墨、10gN-甲基吡咯烷酮和1000g去离子水，超声240h，得到石墨稀溶液，取20g4，4'-二氨基苯酰替苯胺和5g均苯四甲酸酐加入到石墨稀胶液中，搅拌均匀得到石墨稀胶液；取500g高密度聚乙烯、300g聚丙烯、200g聚酰胺、10gγ-氨丙基三乙氧基硅烷和100g纳米二氧化硅放入加热搅拌机，搅拌10min后，通过挤出机挤出，得到管材A；将管材A置入石墨稀胶液中，浸泡20min后取出干燥，得到管材B；将混合液B放入喷涂装置，涂覆在管材B表面，干燥后得到纳米复合型环保阻氧管材。
实例2
取30g羧甲基纤维素钠和1500g去离子水混合均匀，得到羧甲纤维素钠水溶液；取750g淀粉和750g去离子水混合均匀，得到淀粉糊；取600g蓖麻油酸锌、300g钠石灰、7g聚乙烯醇、75g纳米二氧化钛和450g羧甲基纤维素钠水溶液混合均匀，超声15min，得到混合液A；取750g混合液A、150g5mol/L的氨水和600g淀粉糊混合得到混合液B；取45g石墨、15gN-甲基吡咯烷酮和1500g去离子水，超声270h，得到石墨稀溶液，取30g4，4'-二氨基苯酰替苯胺和7g均苯四甲酸酐加入到石墨稀胶液中，搅拌均匀得到石墨稀胶液；取750g高密度聚乙烯、450g聚丙烯、300g聚酰胺、15gγ-氨丙基三乙氧基硅烷和150g纳米二氧化硅放入加热搅拌机，搅拌15min后，通过挤出机挤出，得到管材A；将管材A置入石墨稀胶液中，浸泡30min后取出干燥，得到管材B；将混合液B放入喷涂装置，涂覆在管材B表面，干燥后得到纳米复合型环保阻氧管材。
实例3
取40g羧甲基纤维素钠和2000g去离子水混合均匀，得到羧甲纤维素钠水溶液；取1000g淀粉和1000g去离子水混合均匀，得到淀粉糊；取800g蓖麻油酸锌、400g钠石灰、10g聚乙烯醇、100g纳米二氧化钛和600g羧甲基纤维素钠水溶液混合均匀，超声20min，得到混合液A；取1000g混合液A、200g5mol/L的氨水和800g淀粉糊混合得到混合液B；取60g石墨、20gN-甲基吡咯烷酮和2000g去离子水，超声300h，得到石墨稀溶液，取40g4，4'-二氨基苯酰替苯胺和10g均苯四甲酸酐加入到石墨稀胶液中，搅拌均匀得到石墨稀胶液；取1000g高密度聚乙烯、600g聚丙烯、400g聚酰胺、20gγ-氨丙基三乙氧基硅烷和200g纳米二氧化硅放入加热搅拌机，搅拌20min后，通过挤出机挤出，得到管材A；将管材A置入石墨稀胶液中，浸泡40min后取出干燥，得到管材B；将混合液B放入喷涂装置，涂覆在管材B表面，干燥后得到纳米复合型环保阻氧管材。
去本发明制备的纳米复合型环保阻氧管材及市售阻氧管材进行检测，具体检测结果如下表表1：
检测方法：
（1）检测方法：
取20m本发明制备的纳米复合型环保阻氧管材按ISO17455：2005进行氧气透过率测试，测试温度为40℃，压力为0.2MPa.
表1纳米复合型环保阻氧管材性能表征
由表1可知，本发明制备的纳米复合型环保阻氧管材，氧气透过率低，能有效阻隔氧气和水分，防止由于水分的渗入导致阻氧效果下降，提高了管材的强度以及抗老化性能，大大提高了管材的使用寿命。

Claims (7)

1.一种纳米复合型环保阻氧管材的制备方法，其特征在于，具体制作步骤为：
（1）取羧甲基纤维素钠和去离子水混合均匀，得到羧甲纤维素钠水溶液；
（2）取淀粉和去离子水混合均匀，得到淀粉糊；
（3）取蓖麻油酸锌、钠石灰、聚乙烯醇、纳米二氧化钛和羧甲基纤维素钠水溶液混合均匀，超声10~20min，得到混合液A；
（4）取混合液A、5mol/L的氨水和淀粉糊混合得到混合液B；
（5）取石墨、N-甲基吡咯烷酮和去离子水，超声240~300h，得到石墨稀胶液，取4，4'-二氨基苯酰替苯胺和均苯四甲酸酐加入到石墨稀胶液中，搅拌均匀得到石墨稀胶液；
（6）取高密度聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和纳米二氧化硅放入加热搅拌机，搅拌10~20min后，通过挤出机挤出，得到管材A；
（7）将管材A置入石墨稀胶液中，浸泡20~40min后取出干燥，得到管材B；
（8）将混合液B放入喷涂装置，涂覆在管材B表面，干燥后得到纳米复合型环保阻氧管材。
2.如权利要求1所述的一种纳米复合型环保阻氧管材的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述羧甲基纤维素钠和去离子水的质量比为1:50。
3.如权利要求1所述的一种纳米复合型环保阻氧管材的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述淀粉和去离子水的质量比为1:1。
4.如权利要求1所述的一种纳米复合型环保阻氧管材的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述蓖麻油酸锌、钠石灰、聚乙烯醇、纳米二氧化钛和羧甲基纤维素钠水溶液的质量比为80:40:1:10:60。
5.如权利要求1所述的一种纳米复合型环保阻氧管材的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述混合液A、的氨水和淀粉糊的质量比为5:1:4。
6.如权利要求1所述的一种纳米复合型环保阻氧管材的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述石墨烯、N-甲基吡咯烷酮、去离子水、4，4'-二氨基苯酰替苯胺和均苯四甲酸酐的质量比为6:2:200:4:1。
7.如权利要求1所述的一种纳米复合型环保阻氧管材的制备方法，其特征在于，步骤（6）所述高密度聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和纳米二氧化硅的质量比为50:30:20:1:10。
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