CN109942928A - 一种高强度抗菌型高密度聚乙烯管 - Google Patents

一种高强度抗菌型高密度聚乙烯管 Download PDF

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冯建
魏作友
康萏
徐平来
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Abstract

本发明涉及一种高强度抗菌型高密度聚乙烯管，其原料重量份组成为：高密度聚乙烯树脂100份，紫外线吸收剂0.3‑0.5份，抗氧剂0.2‑0.5份，改性抗菌碳纳米管1.5‑2份。本发明通过在高密度聚乙烯树脂中引入活性银离子改性的碳纳米管，在管材挤出过程中碳纳米管的诱导结晶效应大幅提升了高密度聚乙烯管材的机械强度和耐热性，而且由于改性碳纳米管上活性银离子的引入使得管道具备一定的抗菌性能，具有很强的实用性。

Description

一种高强度抗菌型高密度聚乙烯管
技术领域
本发明涉及聚乙烯管道领域，具体是一种高强度抗菌型高密度聚乙烯管。
背景技术
高密度聚乙烯(HDPE)管材由于耐腐蚀、水力特性好、重量轻、使用寿命长等诸多优点，近年来大量运用在市政给水管网、海绵城市、燃气输送、石油化工等领域。基于美国机械工程师协会(ASME)大量研究和实际工程应用表明HDPE管材非常适合替代核电站循环水冷却系统中现有的碳钢管及衬塑钢管，以解决碳钢管和衬塑钢管的海水腐蚀问题。
由于HDPE管道拉伸屈服强度一般在22～24MPa左右，机械强度偏弱。且核电站的循环水冷却系统采用海水介质，实际工程运用中体积较小的海洋微生物会通过过滤系统进入HDPE循环水水管道，时间久了会影响管道的通流能力和卫生性能。因此，如何在实现HDPE管道机械强度增强的同时能提升管道的抗菌性是目前核电站循环水系统面临的重要问题。
碳纳米管是以碳原子SP2杂化为主，混合有SP3杂化的理想结构，具有优异的耐冲击性、强度高、传热和导电性好等特殊性能。由于其纳米结构的团聚效应，分散状态是其良好性能体现的关键。银离子能吸引蛋白酶中带有负电荷的硫醇基(-SH)的特异性结合，有效地刺穿细胞壁与细胞膜外表，进一步使得细菌蛋白质变性，直至死亡，达到抗菌的效果。因此本发明专利将活性银离子引入到表面改性的碳纳米管中，然后将改性的碳纳米管和HDPE熔融共混后挤出成型HDPE管，提升HDPE管的机械强度和抗菌性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种机械强度增强且具备抗菌功能的高密度聚乙烯管，有助于提升核电站循环冷却水系统HDPE管道的安全性。
本发明一种高强度抗菌型高密度聚乙烯管，由如下重量份的原料组成：
高密度聚乙烯树脂：100份
紫外线吸收剂：0.3-0.5份
抗氧剂：0.2-0.5份
改性碳纳米管：1.5-2份
1.所述的高密度聚乙烯树脂优先为熔体流动速率4-20g/10min(190℃/21.6kg)，密度0.956-0.968g/cm3。
2.所述的紫外线吸收剂为2，4-二羟基二苯甲酮，2-羟基-4甲氧基二苯甲酮或2-(2-羟基-3，5二羟叔丁基苯基)苯并三唑中的至少一种。
3.所述的抗氧剂优先为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸脂和2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚复配使用，复配比例1∶2。
4.所述的改性碳纳米管的表面处理剂为钛酸酯偶联剂，硅烷偶联剂，十八烷基胺，异氰酸中的一种或多种，优先选用钛酸四丁酯。
5.所述的改性碳纳米管的分散剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠和二-(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠的一种或多种，优先使用十六烷基三甲基溴化铵。
6.所述的改性碳纳米管的醇溶剂优先选用乙醇(≥95％)。
7.本发明所述的高强度抗菌型高密度聚乙烯管的制备方法为：
1)将碳纳米管、表面处理剂和分散剂放置于乙醇溶剂中超声2.5-3h，得到碳纳米管的稳定悬浮液；
2)将硝酸银溶液缓慢滴加到氨水中，待沉淀完全消失后停止；
3)随后将碳纳米管悬浮液和银氨溶液混合后放置于40℃水浴环境中静置12h后，过滤烘干；
4)将改性后碳纳米管1.5-2份，紫外线吸收剂0.3-0.5份，抗氧
5)剂0.2-0.5份，高密度聚乙烯树脂100份熔融混合挤出，
6)挤出熔体温度控制在210℃，口模温度200℃，真空箱压力为-0.03～-0.04MPa，喷淋箱水温控制在18-20℃，牵引速度控制在400cm-500cm/min，然后经过激光打码，定长切割后即为本发明的管材。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
实施例1
1.按下述重量份准备：将100份的高密度聚乙烯树脂熔体流动速率4-20g/10min(190℃/21.6kg)，密度0.956-0.968g/cm3与0.3份的紫外线吸收剂(2，4-二羟基二苯甲酮)和0.5份的抗氧剂(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸脂复配比1∶2)混合均匀。
2.然后，按照下述方法制备改性碳纳米管：
1)将碳纳米管、钛酸四丁酯和十六烷基三甲基溴化铵放置于乙醇溶剂中，其中碳纳米管的浓度为0.5g/ml，室温超声2.5-3h，得到碳纳米管的稳定悬浮液；
2)将0.1mol/L的硝酸银溶液缓慢滴加到氨水中，待沉淀完全消失后停止；
3)随后将碳纳米管悬浮液和银氨溶液混合后放置于40℃水浴环境中静置12h后，过滤烘干
3.将改性后的碳纳米管1.5份加入到含有0.3份2，4-二羟基二苯甲酮，0.5份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸脂，100份的高密度聚乙烯树脂的混合物中。
4.将混合均匀的原料在熔体温度210℃，口模温度200℃，真空箱压力为-0.03MPa，喷淋箱水温18-20℃，牵引速度控制在400cm/min的条件下挤出成型HDPE管材。
实施例2
1.按下述重量份准备：将100份的高密度聚乙烯树脂熔体流动速率4-20g/10min(190℃/21.6kg)，密度0.956-0.968g/cm3与0.3份的紫外线吸收剂(2，4-二羟基二苯甲酮)和0.5份的抗氧剂(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸脂复配比1∶2)混合均匀。
2.然后，按照下述方法制备改性碳纳米管：
1)将碳纳米管、钛酸四丁酯和十六烷基三甲基溴化铵放置于乙醇溶剂中，其中碳纳米管的浓度为1.0g/ml，室温超声2.5-3h，得到碳纳米管的稳定悬浮液；
2)将0.1mol/L的硝酸银溶液缓慢滴加到氨水中，待沉淀完全消失后停止；
3)随后将碳纳米管悬浮液和银氨溶液混合后放置于40℃水浴环境中静置12h后，过滤烘干
3.将改性后的碳纳米管1.5份加入到含有0.3份2，4-二羟基二苯甲酮，0.5份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸脂，100份的高密度聚乙烯树脂的混合物中。
4.将混合均匀的原料在熔体温度210℃，口模温度200℃，真空箱压力为-0.03MPa，喷淋箱水温18-20℃，牵引速度控制在400cm/min的条件下挤出成型HDPE管材。
实施例3
1.按下述重量份准备：将100份的高密度聚乙烯树脂熔体流动速率4-20g/10min(190℃/21.6kg)，密度0.956-0.968g/cm3与0.3份的紫外线吸收剂(2，4-二羟基二苯甲酮)和0.5份的抗氧剂(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸脂复配比1∶2)混合均匀。
2.然后，按照下述方法制备改性碳纳米管：
1)将碳纳米管、钛酸四丁酯和十六烷基三甲基溴化铵放置于乙醇溶剂中，其中碳纳米管的浓度为0.5g/ml，室温超声2.5-3h，得到碳纳米管的稳定悬浮液；
2)将0.5mol/L的硝酸银溶液缓慢滴加到氨水中，待沉淀完全消失后停止；
3)随后将碳纳米管悬浮液和银氨溶液混合后放置于40℃水浴环境中静置12h后，过滤烘干
3.将改性后的碳纳米管2份加入到含有0.3份2，4-二羟基二苯甲酮，0.5份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸脂，100份的高密度聚乙烯树脂的混合物中。
4.将混合均匀的原料在熔体温度210℃，口模温度200℃，真空箱压力为-0.03MPa，喷淋箱水温18-20℃，牵引速度控制在400cm/min的条件下挤出成型HDPE管材。
5.将实施例1-3制备的高强度抗菌型高密度聚乙烯管分别按照相应的标准进行液压试验、拉伸试验、热稳定性实验和抗菌试验。
6.用德国IPT静液压试验机按照GB/T6111-2003《流体输送用热塑性塑料管材耐内压实验方法》测定管材的耐压能力，80℃，5.5MPa环应力作用下保持165h，管材不破裂不渗漏。
7.用美国Instron电子万能试验机按照GB/T8804.3-2003《热塑性塑料管材拉伸性能测定第3部分：聚烯烃管材》测定管材的拉伸屈服强度，拉伸屈服强度大于24MPa。
8.用德国Netzsch差示扫描量热仪按照GB/T 19466.6-2009塑料差示扫描量热法(DSC)第6部分：氧化诱导时间(等温OIT)和氧化诱导温度(动态OIT)的测定管材的热稳定性，200℃条件下，氧化诱导时间均大于80min。
9.将实施例1-3制备的聚乙烯管按QB/T 2591-2003A《抗菌塑料抗菌性能试验方法和抗菌效果》进行抗菌测试。测试菌种为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌和海洋放线菌。消毒后的样品中各放置0.5mL菌悬液，静置24h后对比纯样品观察结果。
10表1是各实施例高强度抗菌型高密度聚乙烯管的检测结果
11.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高强度抗菌型高密度聚乙烯管，其特征在于，所述的聚乙烯管包含以下重量份的各组分：
高密度聚乙烯树脂：100份
紫外线吸收剂：0.3-0.5份
抗氧剂：0.2-0.5份
改性碳纳米管：1.5-2份。
2.如权利要求1所述的高强度抗菌型高密度聚乙烯管，其特征在于：所述的高密度聚乙烯树脂是熔体流动速率是4-20g/10min(190℃/21.6kg)，密度是0.956-0.968g/cm3。
3.如权利要求1所述的高强度抗菌型高密度聚乙烯管，其特征在于：所述的紫外线吸收剂是2，4-二羟基二苯甲酮，2-羟基-4甲氧基二苯甲酮或2-(2-羟基-3，5二羟叔丁基苯基)苯并三唑中的至少一种。
4.如权利要求1所述的高强度抗菌型高密度聚乙烯管，其特征在于：所述的抗氧剂是四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸脂，2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚，2，6-二叔丁基-4-正丁基苯酚，4-羟甲基-2，6-二叔丁基苯酚的至少一种。
5.如权利要求1所述的高强度抗菌型高密度聚乙烯管，其特征在于：所述的改性碳纳米管的制备如下：
1)碳纳米管、表面处理剂和分散剂放置于醇溶液中超声分散2.5-3h，得到碳纳米管的悬浮液；
2)硝酸银水溶液缓慢滴加到氨水中，直到沉淀全部溶解，得到银氨溶液；
3)将碳纳米管悬浮液和银氨溶液混合后放置于40℃水浴环境中静置12h后过滤。
6.如权利要求5所述的高强度抗菌型高密度聚乙烯管，其特征在于：所述的表面处理剂为钛酸酯偶联剂，硅烷偶联剂，十八烷基胺，异氰酸中的一种或多种。
7.如权利要求5所述的高强度抗菌型高密度聚乙烯管，其特征在于：所述的分散剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠和二-(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠的一种或多种。
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