CN112778609A - 一种耐紫外线抑菌pe给水管料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐紫外线抑菌PE给水管料及其制备方法和应用。该PE给水管料，包括如下组分：聚乙烯，抗菌肽聚乙烯，抗紫外聚乙烯，层状材料，硬脂酸钙，聚磷酸铵；抗菌肽聚乙烯由昆虫抗菌肽、低密度聚乙烯、气相二氧化硅、钛酸钾晶须和水经混合、干燥、粉碎制得；抗紫外聚乙烯由聚乙烯、改性气相二氧化硅、层状材料和水混合后，经热处理、干燥、粉碎制得；改性气相二氧化硅由气相二氧化硅、聚乙烯醇、水、纳米铝粉、纳米二氧化锡和氧化锡晶须混合后，经热处理、干燥、粉碎制得；层状材料由水滑石、钙基蒙脱土、碳酸钙晶须、水和气相二氧化硅混合后经热处理、干燥、粉碎制得。本发明的PE给水管料具有优异的抗紫外老化性和抑菌性。
Description
技术领域
本发明涉及塑料管材技术领域，更具体地，涉及一种耐紫外线抑菌PE给水管料及其制备方法和应用。
背景技术
随着聚乙烯给水管材应用范围的不断扩大，市场需求对聚乙烯给水管材性能特别是耐紫外性和抑菌方面提出了更高的指标要求。虽然普通聚乙烯给水管材一般在耐紫外性和抑菌指标上满足于国家标准中的最低条件，但仍然满足不了市场高端客户的特殊指标要求。
对于PE给水管道的高效耐紫外线和抗菌性能，现有技术已有相关报道。中国专利申请CN111442140A公开了一种纳米抗菌PE给水管道，所述纳米抗菌PE给水管道从外至内依次由耐磨层、抗紫外层，保温层、抗菌层以及防粘壁层组成。其中抗菌层包括纳米银抗菌母粒，抗紫外层包括炭黑。虽然该纳米抗菌PE给水管道具有一定的抗菌和抗紫外性能，但一方面，制备工艺复杂，需要先分别制得耐磨层、抗紫外层，保温层、抗菌层、防粘壁层的混炼料，再依次涂覆得到PE给水管道；另一方面，PE给水管的基材自身不具有抗紫外、抗菌性能，而是由相应的抗紫外层、抗菌层提供此功能，在长期使用过程中抗紫外层、抗菌层易出现开裂脱落现象，会严重影响PE给水管道的耐紫外线和抗菌性能。
因此，急需开发出一种兼具良好抑菌和抗紫外性能的PE给水管料。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的抑菌和抗紫外性能差的缺陷，提供一种PE给水管料，该PE给水管料具有良好的抑菌和抗紫外性能。
本发明的另一目的在于提供上述PE给水管料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述PE给水管料的应用。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种耐紫外线抑菌PE给水管料，包括如下重量份的组分：
聚乙烯90份，
抗菌肽聚乙烯6～20份，
抗紫外聚乙烯21～37份，
层状材料21～35份，
硬脂酸钙3～8份，
聚磷酸铵13～23份；
所述抗菌肽聚乙烯由昆虫抗菌肽、低密度聚乙烯、气相二氧化硅、钛酸钾晶须和水经混合、干燥、粉碎制得；
所述抗紫外聚乙烯由聚乙烯、改性气相二氧化硅、层状材料和水混合后，经热处理、干燥、粉碎制得；
所述改性气相二氧化硅由气相二氧化硅、聚乙烯醇、水、纳米铝粉、纳米二氧化锡和氧化锡晶须混合后，经热处理、干燥、粉碎制得；
所述层状材料由水滑石、钙基蒙脱土、碳酸钙晶须、水和气相二氧化硅混合后经热处理、干燥、粉碎制得。
本发明中，层状填料由水滑石、钙基蒙脱土、碳酸钙晶须、水和气相二氧化硅混合后经热处理制得。水滑石、钙基蒙脱土和水在热处理的作用下，层间距会增加，碳酸钙晶须填充至水滑石和钙基蒙脱土层间距中，经与气相二氧化硅混合后，气相二氧化硅吸水变黏，黏附在水滑石、钙基蒙脱土和碳酸钙晶须内外表面，经干燥后，碳酸钙晶须镶嵌在水滑石和钙基蒙脱土内部，提高水滑石和钙基蒙脱土的层间距。制备的层状材料具有高体积比表面积，用于PE给水管可以对紫外线有高效的阻截、反射和折射作用。
所述改性气相二氧化硅中，气相二氧化硅和聚乙烯醇吸水后变黏，经与纳米铝粉、纳米二氧化锡和氧化锡晶须混合后，将纳米铝粉、纳米二氧化锡和氧化锡晶须均匀分散在气相二氧化硅和聚乙烯醇的粘稠水溶液中。由此制备的改性气相二氧化硅，因具有优异阻隔紫外线的铝粉和具有导电性的纳米二氧化锡和氧化锡晶须，可以PE给水管的耐紫外线性能。
抗菌肽聚乙烯中气相二氧化硅作为分散介质，将低密度聚乙烯和钛酸钾晶须分散均匀后，经与昆虫抗菌肽水溶液混合，气相二氧化硅吸水变粘稠，进一步改善各原料在物料中的分散性，能显著改善PE给水管料的抗菌性能。
优选地，所述抗菌肽聚乙烯中昆虫抗菌肽、低密度聚乙烯、气相二氧化硅、钛酸钾晶须和水的重量比为5∶100～150∶12～25∶16～29∶173～260。
优选地，所述抗菌肽聚乙烯中混合为将低密度聚乙烯、气相二氧化硅和钛酸钾晶须在30～35℃下混合30～40min后，再加入昆虫抗菌肽和水，在30～45℃下以搅拌转速60～100r/min混合15～40min。
优选地，所述抗菌肽聚乙烯中干燥为混合后的产物在60～70℃，-0.08MPa真空干燥2～4h。
优选地，所述层状材料中水滑石、钙基蒙脱土、碳酸钙晶须、水和气相二氧化硅的重量比为10∶13～22∶38～61∶135～210∶8～21。
优选地，所述层状材料中热处理的温度为300～350℃，热处理4～6h。
优选地，所述改性气相二氧化硅中气相二氧化硅、纳米铝粉、纳米二氧化锡、聚乙烯醇、水和氧化锡晶须的重量比为10∶19～36∶18～41∶5～12∶135～170∶13～23。
优选地，所述改性气相二氧化硅中混合为将气相二氧化硅、聚乙烯醇和水在95～120℃下以150～200r/min的搅拌转率混合55～70min，再加入纳米铝粉、纳米二氧化锡和氧化锡晶须，以95～120℃下以150～200r/min的搅拌转率混合40～50min。
优选地，所述改性气相二氧化硅中热处理的温度为200～250℃，热处理4～6h。
优选地，所述抗紫外聚乙烯中聚乙烯、改性气相二氧化硅、水和层状材料的重量比为10∶8～14∶68～130∶6～10。
优选地，所述抗紫外聚乙烯中热处理的温度为200～250℃，热处理4～6h。
本发明还保护上述耐紫外线抑菌PE给水管料的制备方法，包括如下步骤：
将聚乙烯、抗菌肽聚乙烯、抗静电聚乙烯、层状材料、硬脂酸钙和聚磷酸铵混合后加至挤出机中，经熔融挤出得到所述耐紫外线抑菌PE给水管料。
优选地，所述挤出机的挤出温度为180～225℃。
本发明还保护上述耐紫外线抑菌PE给水管料在制备PE给水管中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过抗菌肽聚乙烯、抗紫外聚乙烯、层状材料以及聚乙烯、硬脂酸钙、聚磷酸铵的互相配合、协同增效，制得了高效耐紫外线且具有优异抑菌作用的PE给水管料。本发明的耐紫外线抑菌PE给水管料的抗紫外老化性优异，按照GB/T 16422.3-2014中暴露循环方法A循环序号4对PE给水管料进行光照测试，抗紫外老化性≥175d；并且具有优异的抑菌性能，按照GB/T 31402-2015检测金黄色葡萄球菌在PE给水管料表面培养24h后，活菌数≤40CFU/cm2。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例及对比例中的原料均可通过市售得到；
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。
实施例1～2
实施例1～2分别提供一种改性气相二氧化硅，改性气相二氧化硅的原料如表1所示。
表1改性气相二氧化硅的原料(重量份)
| 改性气相二氧化硅A | 改性气相二氧化硅B | |
| 气相二氧化硅 | 10 | 10 |
| 聚乙烯醇 | 5 | 12 |
| 水 | 135 | 170 |
| 纳米铝粉 | 19 | 36 |
| 纳米二氧化锡 | 18 | 42 |
| 氧化锡晶须 | 13 | 23 |
改性气相二氧化硅的制备方法为：将气相二氧化硅、聚乙烯醇和水在95～120℃下以150～200r/min的搅拌转率混合55～70min，再加入纳米铝粉、纳米二氧化锡和氧化锡晶须，以95～120℃下以150～200r/min的搅拌转率混合40～50min；混合后的产物经过200℃热处理5h，粉碎后得到改性气相二氧化硅。
实施例3～4
实施例3～4分别提供一种层状材料，层状材料的原料如表2所示。
表2层状材料的原料(重量份)
| 层状材料A | 层状材料B | |
| 水滑石 | 10 | 10 |
| 钙基蒙脱土 | 13 | 22 |
| 碳酸钙晶须 | 38 | 61 |
| 水 | 135 | 210 |
| 气相二氧化硅 | 8 | 21 |
层状材料的制备方法为：将水滑石、钙基蒙脱土、碳酸钙晶须和水加入到高速混合机中，混合速度为700～900r/min，混合温度为25～40℃，混合5～10min；将物料转移至水热反应釜中，在100～125℃条件下反应0.5～1h，将物料和气相二氧化硅添加至高速混合机中，混合速度为650～800r/min，混合温度为25～40℃混合8～15min，物料经300℃热处理5h，粉碎后得到层状材料。
实施例5～6
实施例5～6分别提供一种抗菌肽聚乙烯，抗菌肽聚乙烯的原料如表3所示。
表3抗菌肽聚乙烯的原料(重量份)
| 抗菌肽聚乙烯A | 抗菌肽聚乙烯B | |
| 昆虫抗菌肽 | 5 | 5 |
| 低密度聚乙烯 | 100 | 150 |
| 气相二氧化硅 | 12 | 25 |
| 钛酸钾晶须 | 16 | 29 |
| 水 | 173 | 260 |
抗菌肽聚乙烯的制备方法为：为将低密度聚乙烯、气相二氧化硅和钛酸钾晶须在30～35℃下混合30～40min后，再加入昆虫抗菌肽和水，在30～45℃下以搅拌转速60～100r/min混合15～40min；产物经65℃、-0.08MPa真空干燥3h，粉碎，得到抗菌肽聚乙烯。
实施例7～10
实施例7～10分别提供一种抗紫外聚乙烯，抗紫外聚乙烯的原料如表4所示。
表4抗紫外聚乙烯的原料(重量份)
抗紫外聚乙烯的制备方法为：将改性气相二氧化硅、水和层状材料加入到高速搅拌机中，搅拌速度为200～300r/min，搅拌温度为90～110℃混合35～50min，将物料转移至水热反应釜中，在120～145℃条件下反应0.5～2h，将产物和聚乙烯粉转移至高速搅拌机中，搅拌速度为160～230r/min，搅拌温度为60～90℃混合27～55min，产物经200℃热处理5h，粉碎，得到抗紫外聚乙烯。
实施例11～18
实施例11～18分别提供一种PE给水管料，PE给水管料的含量如表5所示。
表5实施例11～18中组分的含量(重量份)
实施例11～18中PE给水管料的制备方法为：根据表5将各组分混合后加至挤出机中，经熔融挤出得到所述耐紫外线抑菌PE给水管料。
对比例1～6
对比例1～6分别提供一种PE给水管料，PE给水管料的含量如表6所示。
表6对比例1～6中组分的含量(重量份)
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| 聚乙烯 | 90 | 90 | 90 | 90 | 90 | 90 |
| 抗菌肽聚乙烯A | 6 | 6 | 0 | 6 | 6 | 6 |
| 抗紫外聚乙烯A | 21 | 0 | 21 | 21 | 0 | 0 |
| 抗紫外聚乙烯E | 0 | 0 | 0 | 0 | 21 | 0 |
| 抗紫外聚乙烯F | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 21 |
| 层状材料A | 0 | 21 | 21 | 0 | 21 | 21 |
| 滑石粉 | 0 | 0 | 0 | 21 | 0 | 0 |
| 硬脂酸钙 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 聚磷酸铵 | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 |
其中抗紫外聚乙烯E与抗紫外聚乙烯A的区别在于，抗紫外聚乙烯E的原料中不含改性气相二氧化硅；
抗紫外聚乙烯F与抗紫外聚乙烯A的区别在于，抗紫外聚乙烯F的原料中使用普通的气相二氧化硅等量替换改性气相二氧化硅。
对比例1～6的PE给水管料的制备方法为：根据表6将各组分混合后加至挤出机中，经熔融挤出得到所述耐紫外线抑菌PE给水管料。
性能测试
对上述实施例及对比例制备的PE给水管料进行性能测试，测试方法具体如下：
80℃静液压强度/h(5.5MPa环向应力)、氧化诱导时间/min、断裂伸长率/％：按照DB13/T 2027-2014标准方法测试；
抗紫外老化性/d：按照GB/T 16422.3-2014表4暴露循环方法A循环序号4进行，记录材料表面产生变化时的光照时间；
活菌数/CFU/cm2：按照GB/T 31402-2015检测，测试金黄色葡萄球菌菌株号ATCC6538P，在材料表面培养24h后检测活菌数。
实施例11～18的测试结果见表7，对比例1～6的测试结果见表8。
表7实施例11～18的测试结果
表8对比例1～6的测试结果
根据表7可以看出，本发明各实施例的PE给水管料均具有良好的耐压性，且断裂伸长率和氧化诱导时间均达到国标。抗紫外老化性≥175d，具有优异的耐紫外线性能；使用金黄色葡萄球菌在PE给水管料表面培养24h后，活菌数≤40CFU/cm2，说明抗菌性优异。
实施例17中制备的PE给水管料，抗紫外老化性为215d，活菌数为12CFU/cm2，具有相对更优的耐紫外线和抑菌性能。
根据表8的测试结果可以看出，对比例1～3中，分别为未加层状材料、抗紫外聚乙烯、抗菌肽聚乙烯，PE给水管料无法兼具良好的耐紫外线性能和抑菌性能。对比例4中，层状材料替换为了滑石粉，抗紫外性能较差。对比例5中的抗紫外聚乙烯为不含改性气相二氧化硅，对比例6中的抗紫外聚乙烯使用普通的气相二氧化硅等量替换改性气相二氧化硅，制得的PE给水管料耐紫外线性能和抑菌性均较差，无法满足实际需要。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种耐紫外线抑菌PE给水管料，其特征在于，包括如下重量份的组分：
聚乙烯90份，抗菌肽聚乙烯6～20份，抗紫外聚乙烯21～37份，层状材料21～35份，硬脂酸钙3～8份，聚磷酸铵13～23份；
所述抗菌肽聚乙烯由昆虫抗菌肽、低密度聚乙烯、气相二氧化硅、钛酸钾晶须和水经混合、干燥、粉碎制得；
所述抗紫外聚乙烯由聚乙烯、改性气相二氧化硅、层状材料和水混合后，经热处理、干燥、粉碎制得；
所述改性气相二氧化硅由气相二氧化硅、聚乙烯醇、水、纳米铝粉、纳米二氧化锡和氧化锡晶须混合后，经热处理、干燥、粉碎制得；
所述层状材料由水滑石、钙基蒙脱土、碳酸钙晶须、水和气相二氧化硅混合后经热处理、干燥、粉碎制得。
2.根据权利要求1所述耐紫外线抑菌PE给水管料，其特征在于，所述抗菌肽聚乙烯中昆虫抗菌肽、低密度聚乙烯、气相二氧化硅、钛酸钾晶须和水的重量比为5∶100～150∶12～25∶16～29∶173～260。
3.根据权利要求1所述耐紫外线抑菌PE给水管料，其特征在于，所述抗菌肽聚乙烯中干燥为混合后的产物在60～70℃，-0.08MPa真空干燥2～4h。
4.根据权利要求1所述耐紫外线抑菌PE给水管料，其特征在于，所述层状材料中水滑石、钙基蒙脱土、碳酸钙晶须、水和气相二氧化硅的重量比为10∶13～22∶38～61∶135～210∶8～21。
5.根据权利要求1所述耐紫外线抑菌PE给水管料，其特征在于，所述层状材料中热处理的温度为300～350℃，热处理4～6h。
6.根据权利要求1所述耐紫外线抑菌PE给水管料，其特征在于，所述改性气相二氧化硅中气相二氧化硅、纳米铝粉、纳米二氧化锡、聚乙烯醇、水和氧化锡晶须的重量比为10∶19～36∶18～41∶5～12∶135～170∶13～23。
7.根据权利要求1所述耐紫外线抑菌PE给水管料，其特征在于，所述抗紫外聚乙烯中聚乙烯、改性气相二氧化硅、水和层状材料的重量比为10∶8～14∶68～130∶6～10。
8.根据权利要求1所述耐紫外线抑菌PE给水管料，其特征在于，所述抗紫外聚乙烯的热处理温度为200～250℃，热处理时间为4～6h。
9.权利要求1～8任一项所述耐紫外线抑菌PE给水管料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将聚乙烯、抗菌肽聚乙烯、抗静电聚乙烯、层状材料、硬脂酸钙和聚磷酸铵混合后加至挤出机中，经熔融挤出得到所述耐紫外线抑菌PE给水管料。
10.权利要求1～8任一项所述耐紫外线抑菌PE给水管料在在制备PE给水管中的应用。
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