CN112724521A - 一种超疏水防垢管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超疏水防垢管材及其制备方法，所述管材从内到外依次为超疏水层、过渡层以及保护层，按重量计每层组分如下：所述超疏水层包括80‑95份的聚烯烃树脂、5‑20份的超疏水剂、0.1‑3份的加工助剂；所述过渡层包括90‑99份的聚烯烃树脂、1‑5份的超疏水剂、0.1‑3份的加工助剂；所述保护层包括95‑100份的聚烯烃树脂和0.1‑5份的加工助剂。本发明所公开的管材通过超疏水层引入，提供输水管道超疏水防垢功能，且过渡层的引入避免了胶粘层的使用，且可有效解决超疏水层与保护层分层的危害。

Description

一种超疏水防垢管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及管材技术领域，特别涉及一种超疏水防垢管材及其制备方法。
背景技术
随着社会的进步与发展，越来越多的塑料输水管道代替了笨重的金属管道。但是在民用或者工业输水管道中，长时间的使用会导致管道内表面出现水垢以及细菌污垢，影响水质质量，且表面污垢随着使用时间的增加会使管内流通面积减小，不仅影响系统的输水能力，还大大增加了管道的输水能耗。
专利CN 105237792 A公开了一种聚四氟乙烯超疏水涂层的制备，通过将低分子量的聚四氟乙烯板和基板放入反应釜升温加压使聚四氟乙烯气化，然后冷却凝结得到具有超疏水涂层的板材，但是该方法成本昂贵，对基体材料的耐温性要求高，不适合塑料制品的使用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种超疏水防垢管材及其制备方法，以达到疏水防垢的目的，进而提高输水管道的安全性以及使用寿命。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种超疏水防垢管材，所述管材从内到外依次为超疏水层、过渡层以及保护层，按重量计每层组分如下：所述超疏水层包括80-95份的聚烯烃树脂、5-20份的超疏水剂、0.1-3份的加工助剂；所述过渡层包括90-99份的聚烯烃树脂、1-5份的超疏水剂、0.1-3份的加工助剂；所述保护层包括95-100份的聚烯烃树脂和0.1-5份的加工助剂。
上述方案中，所述超疏水层、过渡层、保护层厚度之比为0.5-2:0.5-1:1-4。
上述方案中，所述聚烯烃树脂为聚丙烯树脂或聚乙烯树脂，且三层为相同的聚烯烃树脂；所述聚乙烯树脂在190℃，2.16kg条件下的熔融指数为3～10g/10min，所述聚丙烯树脂在230℃，2.16kg条件下的熔融指数为3～10g/10min。
上述方案中，所述超疏水剂为有机硅颗粒和有机改性纳米二氧化硅中的一种或两种，且超疏水层与过渡层的超疏水剂相同。
进一步的技术方案中，所述有机硅颗粒为数均分子量在10万以上的聚硅氧烷。
进一步的技术方案中，所述有机改性纳米二氧化硅为疏水角在130°以上的改性粒子，直径在20nm-100nm。
上述方案中，所述加工助剂包括抗氧剂和光稳定剂中的一种或两种。
一种超疏水防垢管材的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量配比称取原料，对各层的原料单独进行混配；
(2)将混配后的超疏水层、过渡层以及保护层原料按顺序分别投入第一螺杆挤出机、第二螺杆挤出机和第三螺杆挤出机中，通过第一螺杆挤出机挤出超疏水层，将过渡层通过第二螺杆挤出机涂敷于超疏水层上，将保护层通过第三螺杆挤出机涂敷于过渡层上；
(3)之后依次经过真空定径、冷却，得到超疏水防垢管材。
通过上述技术方案，本发明提供的一种超疏水防垢管材及其制备方法通过超疏水层以及过渡层的引入，提高输水管道超疏水防垢功能，且过渡层的引入避免了胶粘层的使用，且可有效解决超疏水层、过渡层以及保护层分层的危害。通过调整各层中聚烯烃树脂与超疏水剂以及加工助剂的重量比例，可以使各层的功能达到最优。位于管道最内层的超疏水层具有很好的疏水能力，与水直接接触时，可以避免水在管道内壁停留结垢；位于中间层的过渡层可以很好的连接超疏水层和保护层；位于管道最外层的保护层通过功能性的加工助剂的添加可以起到很好的保护作用，如防止老化等。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种超疏水防垢管材，管材从内到外依次为超疏水层、过渡层以及保护层，按重量计每层组分如下：超疏水层包括94.5份的聚丙烯树脂、5份的超疏水剂、0.5份的抗氧剂；过渡层包括98.5份的聚丙烯树脂、1份的超疏水剂、0.5份的抗氧剂；保护层包括99.5份的聚丙烯树脂和0.5份的抗氧剂。
本实施例中，超疏水层、过渡层、保护层厚度之比为0.5：1：2。
超疏水层、过渡层和保护层中的聚丙烯树脂均为熔指在0.2g/10min的聚丙烯树脂。
超疏水层和过渡层中的超疏水剂均为数均分子量在11万的聚硅氧烷。
超疏水层、过渡层和保护层中的抗氧剂均为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
实施例2
一种超疏水防垢管材，管材从内到外依次为超疏水层、过渡层以及保护层，按重量计每层组分如下：超疏水层包括89.5份的聚丙烯树脂、10份的超疏水剂、0.5份的抗氧剂；过渡层包括97份的聚丙烯树脂、2份的超疏水剂、0.5份的抗氧剂、0.5份的光稳定剂UV-944和UV-531的混合物；保护层包括99份的聚丙烯树脂和0.5份的抗氧剂，0.5份的光稳定剂UV-944和UV-531的混合物。
本实施例中，超疏水层、过渡层、保护层厚度之比为0.5：1：2。
超疏水层、过渡层和保护层中的聚丙烯树脂均为熔指在0.5g/10min的聚丙烯树脂。
超疏水层和过渡层中的超疏水剂均为疏水角在135°的有机改性纳米二氧化硅粒子，直径在50nm。
超疏水层、过渡层和保护层中的抗氧剂均为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
实施例3
一种超疏水防垢管材，管材从内到外依次为超疏水层、过渡层以及保护层，按重量计每层组分如下：超疏水层包括84.5份的聚乙烯树脂、15份的超疏水剂、0.5份的抗氧剂；过渡层包括96.4份的聚乙烯树脂、3份的超疏水剂、0.5份的抗氧剂、0.5份的光稳定剂UV-944和UV-531的混合物；保护层包括99份的聚乙烯树脂、0.5份的抗氧剂、0.5份的光稳定剂UV-944和UV-531的混合物。
本实施例中，超疏水层、过渡层、保护层厚度之比为1：0.5：2。
超疏水层、过渡层和保护层中的聚乙烯树脂均为熔指在1.5g/10min的聚乙烯树脂。
超疏水层和过渡层中的超疏水剂均为数均分子量为11万的聚硅氧烷与疏水角在135°的有机改性纳米二氧化硅粒子，直径在80nm的混合物。
超疏水层、过渡层和保护层中的抗氧剂均为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
实施例4
一种超疏水防垢管材，管材从内到外依次为超疏水层、过渡层以及保护层，按重量计每层组分如下：超疏水层包括80份的聚乙烯树脂、19.9份的超疏水剂、0.5份的抗氧剂；过渡层包括95.5份的聚乙烯树脂、4份的超疏水剂、0.5份的抗氧剂；保护层包括99份的聚乙烯树脂、0.5份的抗氧剂、0.5份的光稳定剂UV-944和UV-531的混合物。
本实施例中，超疏水层、过渡层、保护层厚度之比为1：1：4。
超疏水层、过渡层和保护层中的聚乙烯树脂均为熔指在1g/10min的聚乙烯树脂。
超疏水层和过渡层超疏水剂均为疏水角在145°的有机改性纳米二氧化硅粒子，直径在30nm。
超疏水层、过渡层和保护层中的抗氧剂均为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
实施例5
一种超疏水防垢管材，管材从内到外依次为超疏水层、过渡层以及保护层，按重量计每层组分如下：超疏水层包括80份的聚乙烯树脂、19.9份的超疏水剂、0.5份的抗氧剂；过渡层包括95.5份的聚乙烯树脂、4份的超疏水剂、0.5份的抗氧剂；保护层包括99份的聚乙烯树脂、0.5份的抗氧剂、0.5份的光稳定剂UV-944和UV-531的混合物。
本实施例中，超疏水层、过渡层、保护层厚度之比为1：1：4。
超疏水层、过渡层和保护层中的聚乙烯树脂均为熔指在1g/10min的聚乙烯树脂。
超疏水层和过渡层超疏水剂均为疏水角在120°的有机改性纳米二氧化硅粒子，直径在30nm。
超疏水层、过渡层和保护层中的抗氧剂均为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
对比例1
一种疏水防垢管材，管材从内到外依次为疏水层、过渡层以及保护层，按重量计每层组分如下：疏水层包括99.5份的聚丙烯树脂、0.5份的抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物；过渡层包括99.5份的聚丙烯树脂、0.5份的抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物；保护层包括99.5份的聚丙烯树脂和0.5份的抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
对比例2
一种疏水防垢管材，管材从内到外依次为疏水层、保护层，按重量计每层组分如下：疏水层包括99.5份的聚乙烯树脂、0.5份的抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物；过渡层包括99.5份的聚乙烯树脂、0.5份的抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物；保护层包括99.5份的聚乙烯树脂和0.5份的抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
对比例3
一种超疏水防垢管材，管材从内到外依次为超疏水层、过渡层以及保护层，按重量计每层组分如下：超疏水层包括80份的聚乙烯树脂、22份的超疏水剂、0.1份的抗氧剂；过渡层包括95.9份的聚乙烯树脂、4份的超疏水剂、0.1份的抗氧剂；保护层包括99.7份的聚乙烯树脂、0.5份的抗氧剂、0.8份的光稳定剂UV-944和UV-531的混合物。
本实施例中，超疏水层、过渡层、保护层厚度之比为1：1：4。
超疏水层、过渡层和保护层中的聚乙烯树脂均为熔指在1g/10min的聚乙烯树脂。
超疏水层和过渡层超疏水剂均为疏水角在145°的有机改性纳米二氧化硅粒子，直径在30nm。
超疏水层、过渡层和保护层中的抗氧剂均为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
对比例4
一种超疏水防垢管材，管材从内到外依次为超疏水层、过渡层以及保护层，按重量计每层组分如下：超疏水层包括80份的聚乙烯树脂、4份的超疏水剂、0.1份的抗氧剂；过渡层包括95.9份的聚乙烯树脂、4份的超疏水剂、0.1份的抗氧剂；保护层包括99.7份的聚乙烯树脂、0.5份的抗氧剂、0.8份的光稳定剂UV-944和UV-531的混合物。
本实施例中，超疏水层、过渡层、保护层厚度之比为1：1：4。
超疏水层、过渡层和保护层中的聚乙烯树脂均为熔指在1g/10min的聚乙烯树脂。
超疏水层和过渡层超疏水剂均为疏水角在145°的有机改性纳米二氧化硅粒子，直径在30nm。
超疏水层、过渡层和保护层中的抗氧剂均为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
对比例5
一种超疏水防垢管材，管材从内到外依次为超疏水层、过渡层以及保护层，按重量计每层组分如下：超疏水层包括80份的聚乙烯树脂、19.9份的超疏水剂、0.1份的抗氧剂；过渡层包括95.9份的聚乙烯树脂、6份的超疏水剂、0.1份的抗氧剂；保护层包括99.7份的聚乙烯树脂、0.5份的抗氧剂、0.8份的光稳定剂UV-944和UV-531的混合物。
本实施例中，超疏水层、过渡层、保护层厚度之比为1：1：4。
超疏水层、过渡层和保护层中的聚乙烯树脂均为熔指在1g/10min的聚乙烯树脂。
超疏水层、过渡层和保护层中的超疏水剂均为疏水角在145°的有机改性纳米二氧化硅粒子，直径在30nm。
超疏水层、过渡层和保护层中的抗氧剂均为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
对比例6
一种超疏水防垢管材，管材从内到外依次为超疏水层、过渡层以及保护层，按重量计每层组分如下：超疏水层包括80份的聚乙烯树脂、19.9份的超疏水剂、0.1份的抗氧剂；过渡层包括95.9份的聚乙烯树脂、0.5份的超疏水剂、0.1份的抗氧剂；保护层包括99.7份的聚乙烯树脂、0.5份的抗氧剂、0.8份的光稳定剂UV-944和UV-531的混合物。
本实施例中，超疏水层、过渡层、保护层厚度之比为1：1：4。
超疏水层、过渡层和保护层中的聚乙烯树脂均为熔指在1g/10min的聚乙烯树脂。
超疏水层和过渡层的超疏水剂均为疏水角在145°的有机改性纳米二氧化硅粒子，直径在30nm。
超疏水层、过渡层和保护层中的抗氧剂均为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
实施例1-5和对比例1-6的管材制备方法如下：
(1)按重量配比称取原料，对各层的原料单独进行混配；
(2)将混配后的超疏水层、过渡层以及保护层原料按顺序分别投入第一螺杆挤出机、第二螺杆挤出机和第三螺杆挤出机中，通过第一螺杆挤出机挤出超疏水层，将过渡层通过第二螺杆挤出机涂敷于超疏水层上，将保护层通过第三螺杆挤出机涂敷于过渡层上；
(3)之后依次经过真空定径、冷却，得到超疏水防垢管材。
1.对得到的管材进行疏水角测试：参照标准GB/T30693-2014，检测材料的疏水角；
2.超疏水层、过渡层和保护层之间的剥离强度测试:按照GB/T 2792-2014标准进行测试。
测试结果见表1。
表1实施例以及对比例的疏水角及各层的剥离强度
Figure BDA0002864501970000061
注：对比例1-2不存在剥离强度问题以“/”表示。
由此可见，与对比例1-2相比，本发明实施例1-4中材料具有较高疏水角的同时保证材料的层与层之间具有较高的剥离强度；对比实施例4-5我们可以发现使用疏水角更高的有机改性纳米二氧化硅其疏水效果越好；对比例3可以发现，当疏水剂添加量高于20wt％时，疏水效果虽然可以增加，但其剥离强度明显下降。对比例5-6可以发现，当材料的保护层和过渡层引入过多的疏水剂时，材料的剥离强度出现明显下降。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。

Claims (8)

1.一种超疏水防垢管材，其特征在于，所述管材从内到外依次为超疏水层、过渡层以及保护层，按重量计每层组分如下：所述超疏水层包括80-95份的聚烯烃树脂、5-20份的超疏水剂、0.1-3份的加工助剂；所述过渡层包括90-99份的聚烯烃树脂、1-5份的超疏水剂、0.1-3份的加工助剂；所述保护层包括95-100份的聚烯烃树脂和0.1-5份的加工助剂。
2.根据权利要求1所述的一种超疏水防垢管材，其特征在于，所述超疏水层、过渡层、保护层厚度之比为0.5-2:0.5-1:1-4。
3.根据权利要求1所述的一种超疏水防垢管材，其特征在于，所述聚烯烃树脂为聚丙烯树脂或聚乙烯树脂，且三层为相同的聚烯烃树脂；所述聚乙烯树脂在190℃，2.16kg条件下的熔融指数为3～10g/10min，所述聚丙烯树脂在230℃，2.16kg条件下的熔融指数为3～10g/10min。
4.根据权利要求1所述的一种超疏水防垢管材，其特征在于，所述超疏水剂为有机硅颗粒和有机改性纳米二氧化硅中的一种或两种，且超疏水层与过渡层的超疏水剂相同。
5.根据权利要求4所述的一种超疏水防垢管材，其特征在于，所述有机硅颗粒为数均分子量在10万以上的聚硅氧烷。
6.根据权利要求4所述的一种超疏水防垢管材，其特征在于，所述有机改性纳米二氧化硅为疏水角在130°以上的改性粒子，直径在20nm-100nm。
7.根据权利要求1所述的一种超疏水防垢管材，其特征在于，所述加工助剂包括抗氧剂和光稳定剂中的一种或两种。
8.一种如权利要求1所述的超疏水防垢管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按重量配比称取原料，对各层的原料单独进行混配；
(2)将混配后的超疏水层、过渡层以及保护层原料按顺序分别投入第一螺杆挤出机、第二螺杆挤出机和第三螺杆挤出机中，通过第一螺杆挤出机挤出超疏水层，将过渡层通过第二螺杆挤出机涂敷于超疏水层上，将保护层通过第三螺杆挤出机涂敷于过渡层上；
(3)之后依次经过真空定径、冷却，得到超疏水防垢管材。
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