CN111425671B - 一种三层共挤抗菌pp-r给水管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于给水管材料技术领域，具体涉及一种三层共挤抗菌PP‑R给水管及其制备方法。该给水管利用抗冲剂、抗菌剂及各层厚度比协同作用，在特定的配比条件下，可以达到99％的抗菌性能和较好的抗冲稳定性，减少抗菌剂中无机离子的析出，提高抗冲性能，解决了无机抗菌剂添加存在的力学性能降低的问题；同时，制备得到的给水管抗菌内层及中间抗冲层厚度总厚度较小，可以显著降低给水管的制造成本，具有巨大的经济效益。

Description

一种三层共挤抗菌PP-R给水管及其制备方法
技术领域
本发明属于给水管材料技术领域。更具体地，涉及一种三层共挤抗菌PP-R给水管及其制备方法。
背景技术
随着社会的不断发展进步，生活水平的提高，人们越来越注重提高生活质量以及改善生活环境，尤其是对自身身体健康的意识逐渐增强。因此，人们对如何有效预防和控制各种有害病毒和病菌、保持身体健康、洁净生活环境等的要求也不断提高，尤其是每天的饮用水，希望给水管道可以具有自洁、抗菌功能，达到既符合一般卫生和健康要求，又能够杀灭水中有害细菌的效果。
PP-R给水管是以无规共聚聚丙烯树脂(PPR)为主要原料，挤出成型加工制造的新型管材，可以在连续工作水压、水温高达95℃情况下使用长达50年，具有优秀的卫生、环保、耐腐、柔韧、抗震、易安装等性能，是目前给水管道的主导产品之一。为了提高PP-R给水管的抗菌性能，中国专利申请CN104927207A公开了一种低温韧性强的抗菌PPR给水管材，该给水管材采用有机抗菌剂来达到杀灭和抑制管道内细菌的效果，但是有机抗菌剂耐热性差、易分解，存在时效性差的问题；中国专利申请CN103062514A公开了一种共挤抗菌管材，该管材采用无机纳米抗菌剂来达到杀灭管道中的细菌、真菌、霉菌等几十种菌的效果，但是其添加的无机纳米抗菌剂加入至管材后，容易导致管材的刚性、抗冲性、静液压等力学性能降低，且添加量大时，还可能会造成无机离子析出、重金属污染的问题。
因此，迫切需要提供一种抗菌性能好、力学性能强的三层共挤抗菌PP-R给水管及其制备方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术有机抗菌剂稳定性差、无机抗菌剂易降低管材力学性能、存在离子析出的缺陷和不足，提供一种抗菌性能好、力学性能强的三层共挤抗菌PP-R给水管。
本发明另一目的是提供所述三层共挤抗菌PP-R给水管的制备方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种三层共挤抗菌PP-R给水管，所述抗菌PP-R给水管为由内到外的抗菌内层、抗冲中间层和保护外层三层共挤形成一体；
所述抗菌内层包括以下按重量份数计算的原料：聚丙烯100份、抗菌剂1～5份、抗冲剂10～15份；所述抗冲中间层包括以下按重量份数计算的原料：聚丙烯100份、抗冲剂10～15份；所述保护外层包括以下按重量份数计算的原料：聚丙烯500份、光稳定剂1～3份；
所述抗菌内层的厚度为0.2mm，所述抗菌内层和抗冲中间层的厚度总和与保护外层的厚度之比为1:(1～2)。
本发明限定了抗菌内层、抗冲中间层和保护外层的厚度比例，一方面，适当的各层厚度可以减少抗菌剂中无机离子的析出，保证给水管的卫生性能满足标准要求；另一方面，适当的各层厚度还能显著提高抗冲性能，本发明在保证给水管卫生性能和抗冲稳定性的前提条件下，可以显著降低给水管的制造成本，具有巨大的经济效益。
优选地，所述抗菌内层包括以下按重量份数计算的原料：聚丙烯100份、抗菌剂3份、抗冲剂10份；所述抗冲中间层包括以下按重量份数计算的原料：聚丙烯100份、抗冲剂10份；所述保护外层包括以下按重量份数计算的原料：聚丙烯500份、光稳定剂2.5份。
进一步地，所述抗菌剂为层状磷酸锆交换体上负载银微粒制成的纳米银无机抗菌剂。在实践中，含银无机抗菌剂的抗菌性能和卫生性能是相互牵制的，纳米银缓释达到抗菌效果，但释放出来的银又极容易超国家卫生标准，发明人经过大量的创造性劳动发现，采用本发明层状磷酸锆交换体上负载银微粒制成的纳米银无机抗菌剂作为抗菌剂，在添加量为1～5份时，可达到99％的抗菌性，并且符合国标要求的卫生性指标。
更进一步地，所述抗冲剂为聚烯烃弹性体POE。在实践中，管材的抗冲击性能与静液压性能是相互牵制的，发明人经过大量的创造性劳动发现，采用本发明的聚烯烃弹性体POE作为抗冲剂，在一定的配比下与其他组分制备给管材，可以在不损失管材静液压为代价的前提下，提高管材的抗冲击性能。
本发明采用聚烯烃弹性体POE作为抗冲剂添加至抗菌内层和抗冲中间层中，与层状磷酸锆交换体上负载银微粒制成的纳米银无机抗菌剂协同作用，在特定的配比条件下，可以达到99％的抗菌性能和较好的抗冲稳定性，解决了无机抗菌剂添加存在的力学性能降低的问题。
进一步地，所述光稳定剂为双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯。在实践中，由于国标中对管材的透光率进行了一定的改变，由原来的定性要求改为现在的定量要求，所以很多颜色的管材透光率很难达到标准，发明人经过大量的创造性劳动发现，本发明采用双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯作为光稳定剂，在添加量为1～3份时，透光率可以完全符合国标要求。
更进一步地，所述抗菌内层还包括按重量份数计算的色母5份；所述抗冲中间层还包括按重量份数计算的色母4份；所述保护外层还包括按重量份数计算的色母20份。
另外的，本发明还提供了所述三层共挤抗菌PP-R给水管的制备方法，包括以下步骤：
将抗菌内层、抗冲中间层和保护外层各层原料分别混合均匀，采用三层共挤模具，在195～210℃条件下，复合共挤出，冷却成型、切割，即得。
进一步地，所述复合共挤出的挤出速度为8～10m/min。
本发明具有以下有益效果：
本发明利用抗冲剂、抗菌剂及各层厚度比协同作用，在特定的配比条件下，可以达到99％的抗菌性能和较好的抗冲稳定性，减少抗菌剂中无机离子的析出，提高抗冲性能，解决了无机抗菌剂添加存在的力学性能降低的问题；同时，制备得到的给水管抗菌内层及中间抗冲层厚度总厚度较小，可以显著降低给水管的制造成本，具有巨大的经济效益。
附图说明
图1为本发明三层共挤抗菌PP-R给水管的结构示意图，其中，I-抗菌内层，II-抗冲中间层，III-保护外层。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
其中，本发明具体实施方式中所述抗菌剂为层状磷酸锆交换体上负载银微粒制成的纳米银无机抗菌剂；所述抗冲剂为聚烯烃弹性体POE；所述光稳定剂为双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1～4一种三层共挤抗菌PP-R给水管
所述三层共挤抗菌PP-R给水管由表1原料及其重量份数制成：
表1实施例1～4三层共挤抗菌PP-R给水管原料及重量份数
Figure BDA0002430836620000041
制备方法：
将抗菌内层、抗冲中间层和保护外层各层原料分别在料筒中搅拌、混合均匀，持续2min，采用三层共挤模具，主挤出机挤出抗冲中间层，第1共挤辅机挤出抗菌内层，第2共挤辅机挤出保护外层，第3共挤辅机挤出色条，在195～210℃条件下，复合共挤出，挤出速度为9m/min，冷却成型、切割，即得。
实验例1抗冲剂对给水管抗冲性的影响
参考实施例1，采用不同添加量的抗冲剂制备三层共挤抗菌PP-R给水管样板，参考国标GB/T 18743-2002，将测试条件改为更加严苛的试验温度-5℃，摆锤能量15J，测定给水管样板的抗冲性能，结果参见表1。
表1抗冲剂对给水管抗冲性的影响
序号 抗冲剂(份) 抗冲性(破坏率％)
1 5 5
2 7 2
3 10 0
4 13 0
5 15 0
由表1可见，当抗冲剂的添加量为10～15份时，破坏率为0％，抗冲性较好；基于减小成本的宗旨，当抗冲击添加量为10份时，抗冲性能最优，成本最低。
实验例2抗菌剂对给水管抗菌性及卫生性能的影响
参考实施例1，采用不同添加量的抗菌剂制备三层共挤抗菌PP-R给水管样板，并测定给水管样板的抗菌性能(参考国标GB/T 31402-2015)和卫生性能(参考国标GB/T 17219-2001)，结果参见表2。
表2抗菌剂对给水管抗菌性和卫生性能的影响
序号 抗菌剂(份) 抗菌性(％) 卫生性(Ag含量mg/L)
1 1 90 <0.005
2 2 90 <0.005
3 3 99 <0.005
4 4 99 <0.005
5 5 99 <0.005
6 6 99 >0.005
7 7 99 >0.005
由表2可见，当抗菌剂的添加量为1～5份时，抗菌性能达到99％，且卫生性能银含量<0.005，符合国标要求。
实验例3光稳定剂对给水管抗透光率的影响
参考实施例1，采用不同添加量的光稳定剂制备三层共挤抗菌PP-R给水管样板，并测定给水管样板的透光率(参考国标GB/T 21300-2007)，结果参见表3。
表3光稳定剂对给水管抗透光率的影响
Figure BDA0002430836620000051
Figure BDA0002430836620000061
由表3可见，光稳定剂的添加量在1～3份之间都可以达到标准要求，当光稳定剂的添加量为2.5～3份时，透光率达到0.01％远低于标准要求。
实验例4抗菌内层、抗冲中间层和保护外层厚度比例对给水管性能及成本的影响
参考实施例1的原料及制备方法，考察不同抗菌内层和抗冲中间层的厚度总和与保护外层的厚度之比对给水管抗冲性(GB/T 18742.2-2017)、静液压强度(GB/T 18742.2-2017)及成本的影响，结果参见表4。
表4抗菌内层、抗冲中间层和保护外层厚度对给水管性能及成本的影响
Figure BDA0002430836620000062
由表4可见，当抗菌内层和抗冲中间层的厚度总和与保护外层的厚度之比为1:(1～2)时，抗冲性能较优且静液压强度也较好，完全符合标准要求，并且增加成本控制在2元/m。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种三层共挤抗菌PP-R给水管，其特征在于，所述抗菌PP-R给水管为由内到外的抗菌内层、抗冲中间层和保护外层三层共挤形成一体；
所述抗菌内层包括以下按重量份数计算的原料：聚丙烯100份、抗菌剂1～5份、抗冲剂10～15份；所述抗冲中间层包括以下按重量份数计算的原料：聚丙烯100份、抗冲剂10～15份；所述保护外层包括以下按重量份数计算的原料：聚丙烯500份、光稳定剂1～3份；
所述抗菌内层的厚度为0.2mm，所述抗菌内层和抗冲中间层的厚度总和与保护外层的厚度之比为1:(1～2)；
所述抗菌剂为层状磷酸锆交换体上负载银微粒制成的纳米银无机抗菌剂；所述光稳定剂为双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯。
2.根据权利要求1所述三层共挤抗菌PP-R给水管，其特征在于，所述抗菌内层包括以下按重量份数计算的原料：聚丙烯100份、抗菌剂3份、抗冲剂10份；所述抗冲中间层包括以下按重量份数计算的原料：聚丙烯100份、抗冲剂10份；所述保护外层包括以下按重量份数计算的原料：聚丙烯500份、光稳定剂2.5份。
3.根据权利要求1或2所述三层共挤抗菌PP-R给水管，其特征在于，所述抗冲剂为聚烯烃弹性体POE。
4.权利要求1～3任一所述三层共挤抗菌PP-R给水管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将抗菌内层、抗冲中间层和保护外层各层原料分别混合均匀，采用三层共挤模具，在195～210℃条件下，复合共挤出，冷却成型、切割，即得。
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述复合共挤出的挤出速度为8～10m/min。
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