CN113248844B - 一种环保pvc管及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及管材的领域，具体公开了一种环保PVC管及其生产工艺。环保PVC管由包括如下重量份的组分制成：PVC 100份；抗菌剂0.5‑2份；相容剂0.5‑1份；环保PVC管的生产工艺，包括如下步骤：S1改性：按配方所需重量份，将相容剂和抗菌剂混合并加热至50‑60℃，持续20‑30min，得到改性抗菌剂；S2混料：将PVC和改性抗菌剂混合并加热至60‑80℃，持续20‑30min，再降温至室温，继续搅拌10‑15min，得到混合料；S3挤出成型：将混合料放入挤出机中，经加热挤出、真空定径、冷却成型，得到PVC管。本申请通过相容剂的作用，可提高抗菌剂和PVC的相容性。

Description

一种环保PVC管及其生产工艺
技术领域
本申请涉及管材的领域，更具体的说，它涉及一种环保PVC管及其生产工艺。
背景技术
PVC管即硬聚氯乙烯管，是由聚氯乙烯树脂与其余助剂混合后经挤出成型的管道。PVC管主要用于排水管、给水管和电工线管，具有优良的耐腐蚀性和抗冲击性，且轻质、卫生。其中，PVC管用于给排水时因其管壁光滑，对流体的阻力很小，输水能力可比同等管径的铸铁管提高20%。
公开号为CN108586998A的中国专利公开了一种环保型抗菌PVC，其包括以下重量份材料：PVC 95-100份；增塑剂45-50份；环保钙锌热稳定剂1-3份；碳酸钙30-35份；润滑剂3-5份；MBS改性剂10-15份；ACR改性剂15-20份；纳米抗菌粉10-15份；钛酸酯偶联剂1-5份；硬脂酸1-5份；所述纳米抗菌粉为载银二氧化钛抗菌粉、载银磷酸锆纳米抗菌粉1:1的混合物。
针对上述中的相关技术，纳米抗菌粉可抑制微生物的生长和繁殖，但是与有机塑料的相容性并不理想，极易发生颗粒团聚现象，严重制约无机抗菌剂在塑料领域的应用。
发明内容
为了改善抗菌剂与PVC塑料的相容性，本申请提供一种环保PVC管及其生产工艺。
第一方面，本申请提供一种环保PVC管，采用如下技术方案：
一种环保PVC管，由包括如下重量份的组分制成：
PVC 100份；
抗菌剂 0.5-2份；
相容剂 0.5-1份；
所述相容剂的制备过程如下：
按重量份计，将3-5份亚硫酸氢钠溶于50-60份水中，再加入30-40份丙烯酸、6-10份马来酸酐混合均匀，得到混合溶液；
将20-30份马来酸酐、0.5-1份过硫酸铵和50-60份水混合并加热至85-90℃，再加入上述混合溶液，添加时间控制在30-40min，添加完成后继续保温反应1-2h，最后冷却出料，得到相容剂。
通过采用上述技术方案，相容剂为马来酸酐和丙烯酸的共聚物，一方面可改善抗菌剂表面性质，提高相界面的黏接力，另一方面可与PVC的高分子链段相互渗透，使得抗菌剂与PVC的相容性提高，抗菌剂可在PVC中均匀分散，不易出现团聚现象，进而保证抗菌剂起到相应的作用。
可选的，所述抗菌剂为纳米二氧化钛和/或g-C3N4。
通过采用上述技术方案，光触媒是一种以纳米二氧化钛为代表的具有光催化功能的半导体材料，能在光照射下产生强氧化性的物质，可用于分解有机化合物并杀灭细菌。对于部分塑料制品，光触媒材料多以涂料的形式喷涂在表面，以起到抗菌作用。但是涂层易脱落失效，抗菌时效短。光触媒材料直接添加到PVC塑料中混合，可起到长效抗菌和洁净表面作用，并起到一定补强作用。
可选的，所述抗菌剂为g-C3N4。
通过采用上述技术方案，g-C3N4作为一种新型非金属半导体材料，相比于传统的二氧化钛光催化剂，其禁带宽度低，可见光响应范围宽，不需要紫外光而仅在普通可见光下便能起到光催化作用。此外，g-C3N4能有效活化分子氧，产生超氧自由基以用于有机官能团的催化降解，适用于室内空气污染治理和有机物降解。g-C3N4还具有良好的耐酸碱性能、热稳定性和化学性能，适用于PVC管中。
可选的，所述相容剂制备过程中，混合溶液中还添加有3-5份丙烯酸铁。
通过采用上述技术方案，丙烯酸铁的添加，用于往相容剂中引入铁元素并作用于抗菌剂上。铁元素可提高g-C3N4的催化活性并增广吸光度范围，进而提高抗菌除污效果。
可选的，还包括3-5份纳米木粉。
通过采用上述技术方案，纳米木粉的添加主要起到补强作用，还可在PVC管表面化学刻蚀中形成微孔，增大抗菌剂的作用面积，提高抗菌除污效果。
可选的，还包括1-3份丁腈橡胶。
通过采用上述技术方案，丁腈橡胶作为增韧剂对PVC改性，可提高PVC管的韧性；此外，相容剂还可促进丁腈橡胶和PVC相互作用，提高增韧效果。
可选的，还包括2-3份助剂，所述助剂包括热稳定剂和/或润滑剂。
通过采用上述技术方案，热稳定剂在PVC加工中起到热稳定作用，避免引发PVC的降解反应；润滑剂在PVC加工中改善树脂的流动性和制品的脱模性。
第二方面，本申请提供一种环保PVC管的生产工艺，采用如下技术方案：
一种环保PVC管的生产工艺，包括如下步骤：
S1改性：按配方所需重量份，将相容剂和抗菌剂混合并加热至50-60℃，持续20-30min，得到改性抗菌剂；
S2混料：将PVC和改性抗菌剂混合并加热至60-80℃，持续20-30min，再降温至室温，继续搅拌10-15min，得到混合料；
S3挤出成型：将混合料放入挤出机中，经加热挤出、真空定径、冷却成型，得到PVC管。
通过采用上述技术方案，经S1改性，抗菌剂表面经相容剂处理；经过S2混料，先热混而使抗菌剂充分被PVC树脂吸收，分散更均匀，再冷混而避免热量内聚；经过S3挤出成型，制得PVC管。
可选的，还包括S4刻蚀，其具体过程如下：将PVC管浸入10-20wt%氢氧化钠溶液中，持续30-60s后取出，再静置20-30min，最后水洗、风干。
通过采用上述技术方案，PVC管表面经过刻蚀，表面形成大量微孔，增大抗菌剂的接触面积，以提高抗菌除污效果，而不会对PVC管强度造成过大的影响。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请的PVC管具有净化空气、抗菌的作用，适用于工厂内直接裸露放置，有效解决污染问题，环保无害；
2、采用马来酸酐-丙烯酸共聚物作为相容剂，一方面可改善抗菌剂表面性质，提高相界面的黏接力，另一方面可与PVC的高分子链段相互渗透，使得抗菌剂与PVC的相容性提高；
3、本申请中优选采用g-C3N4作为抗菌剂，由于其禁带宽度低，可见光响应范围宽，适用于室内空气污染治理和有机物降解。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明，予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
本申请的实施例采用如下原料：
PVC为挤出级硬质PVC，型号为J-70，购买自东莞市屹立塑胶有限公司；丁腈橡胶型号为1704，购买自上海多康实业有限公司；热稳定剂为钙锌复合稳定剂，型号为518W，购买自江西宏远化工有限公司；纳米木粉即木材打成的粉末，粒径30-50nm；纳米二氧化钛的粒径为50-70nm；g-C3N4的粒径为80-100nm。
制备例1：
相容剂的制备过程如下：
按质量计，将0.3kg亚硫酸氢钠溶于5kg水中，再加入3kg丙烯酸、0.6kg马来酸酐混合均匀，得到混合溶液；
将2kg马来酸酐、0.05kg过硫酸铵和5kg水混合并加热至85℃，再加入上述混合溶液，添加时间控制在30min，添加完成后继续保温反应1h，最后冷却出料，得到相容剂。
制备例2：
相容剂的制备过程如下：
按质量计，将0.5kg亚硫酸氢钠溶于6kg水中，再加入4kg丙烯酸、1kg马来酸酐混合均匀，得到混合溶液；
将3kg马来酸酐、0.1kg过硫酸铵和6kg水混合并加热至90℃，再加入上述混合溶液，添加时间控制在40min，添加完成后继续保温反应2h，最后冷却出料，得到相容剂。
制备例3：
相容剂的制备过程如下：
按质量计，将0.4kg亚硫酸氢钠溶于5.5kg水中，再加入3.5kg丙烯酸、0.8kg马来酸酐混合均匀，得到混合溶液；
将2.5kg马来酸酐、0.08kg过硫酸铵和5.5kg水混合并加热至88℃，再加入上述混合溶液，添加时间控制在35min，添加完成后继续保温反应1.5h，最后冷却出料，得到相容剂。
制备例4：
与制备例3的区别仅在于，混合溶液中还添加有0.3kg丙烯酸铁。
制备例5：
与制备例3的区别仅在于，混合溶液中还添加有0.5kg丙烯酸铁。
制备例6：
与制备例3的区别仅在于，混合溶液中还添加有0.4kg丙烯酸铁。
实施例1：
一种环保PVC管，由包括如下质量的组分制成：100kg PVC、0.5kg纳米二氧化钛和0.5kg制备例1制得的相容剂。
一种环保PVC管的生产工艺，包括如下步骤：
S1改性：按配方所需重量，将相容剂和纳米二氧化钛混合并加热至50℃，持续30min，得到改性抗菌剂；
S2混料：将PVC和改性抗菌剂混合并加热至60℃，持续30min，再降温至室温，继续搅拌15min，得到混合料；
S3挤出成型：将混合料放入挤出机中，经190℃加热挤出、真空定径、冷却成型，得到PVC管。
实施例2：
一种环保PVC管，由包括如下质量的组分制成：100kg PVC、2kg纳米二氧化钛和1kg制备例2制得的相容剂。
一种环保PVC管的生产工艺，包括如下步骤：
S1改性：按配方所需重量，将相容剂和纳米二氧化钛混合并加热至60℃，持续20min，得到改性抗菌剂；
S2混料：将PVC和改性抗菌剂混合并加热至80℃，持续20min，再降温至室温，继续搅拌10min，得到混合料；
S3挤出成型：将混合料放入挤出机中，经190℃加热挤出、真空定径、冷却成型，得到PVC管。
实施例3：
一种环保PVC管，由包括如下质量的组分制成：100kg PVC、1kg纳米二氧化钛和0.7kg制备例3制得的相容剂。
一种环保PVC管的生产工艺，包括如下步骤：
S1改性：按配方所需重量，将相容剂和纳米二氧化钛混合并加热至55℃，持续25min，得到改性抗菌剂；
S2混料：将PVC和改性抗菌剂混合并加热至70℃，持续25min，再降温至室温，继续搅拌12min，得到混合料；
S3挤出成型：将混合料放入挤出机中，经190℃加热挤出、真空定径、冷却成型，得到PVC管。
实施例4：
与实施例3的区别仅在于，纳米二氧化钛等质量替换为g-C3N4。
实施例5：
与实施例4的区别仅在于，相容剂采用制备例4制得的。
实施例6：
与实施例4的区别仅在于，相容剂采用制备例5制得的。
实施例7：
与实施例4的区别仅在于，相容剂采用制备例6制得的。
实施例8：
与实施例7的区别仅在于，S2混料步骤中还添加有3kg纳米木粉。
实施例9：
与实施例7的区别仅在于，S2混料步骤中还添加有5kg纳米木粉。
实施例10：
与实施例7的区别仅在于，S2混料步骤中还添加有4kg纳米木粉。
实施例11：
与实施例10的区别仅在于，生产工艺还包括S4刻蚀，其具体过程如下：将PVC管浸入10wt%氢氧化钠溶液中，持续60s后取出，再静置20min，最后水洗、风干。
实施例12：
与实施例10的区别仅在于，生产工艺还包括S4刻蚀，其具体过程如下：将PVC管浸入20wt%氢氧化钠溶液中，持续30s后取出，再静置30min，最后水洗、风干。
实施例13：
与实施例10的区别仅在于，生产工艺还包括S4刻蚀，其具体过程如下：将PVC管浸入15wt%氢氧化钠溶液中，持续45s后取出，再静置25min，最后水洗、风干。
实施例14：
与实施例4的区别仅在于，生产工艺还包括S4刻蚀，其具体过程如下：将PVC管浸入15wt%氢氧化钠溶液中，持续45s后取出，再静置25min，最后水洗、风干。
实施例15：
与实施例10的区别仅在于，S2混料步骤中还添加有1kg丁腈橡胶。
实施例16：
与实施例10的区别仅在于，S2混料步骤中还添加有3kg丁腈橡胶。
实施例17：
与实施例10的区别仅在于，S2混料步骤中还添加有2kg丁腈橡胶。
实施例18：
与实施例17的区别仅在于，S2混料步骤中还添加有1kg热稳定剂和1kg硬脂酸钙。
实施例19：
与实施例17的区别仅在于，S2混料步骤中还添加有1.5kg热稳定剂和1.5kg硬脂酸钙。
对比例1：
与实施例3的区别仅在于，PVC管不包括相容剂。
对比例2：
与实施例17的区别仅在于，PVC管不包括相容剂。
对比例3：
与实施例10的区别仅在于，PVC管不包括相容剂。
对比例4：
与实施例3的区别仅在于，PVC管不包括纳米二氧化钛。
性能测试：
参考QB/T 2591-2003《抗菌塑料 抗菌性能试验方法和抗菌效果》中记载的方法，对实施例1-19以及对比例1-3的PVC管进行抗菌测试，菌种为金黄色葡萄球菌，光照条件为室内自然光照，在同一时间同一区域进行，所得结果见表1。
按照实施例1-19及对比例1-3的生产工艺，制得长度为1m，外径110mm，壁厚3.5mm的PVC管作为样本，将各实施例及对比例的样本放入2m*2m*1m的密闭且透光的空间中，模拟室内自然光照，再往密闭空间内通入甲醛，控制含量为1mg/m3，静置24h后检测甲醛含量，计算净化率=(净化后甲醛含量/1)*100%，所得结果见表1。
参考GB/T 1040-2006《塑料 拉伸性能的测定》中记载的方法，对实施例1-19以及对比例1-4的PVC管进行拉伸性能测试，所得结果见表1。
表 1 性能测试结果记录表
抗菌性/% 净化率/% 拉伸强度/MPa
实施例1 96.2 63.2 42.6
实施例2 96.4 64.7 42.8
实施例3 96.3 64.1 43.2
实施例4 98.6 80.6 43.5
实施例5 99.8 86.2 43.6
实施例6 99.7 87.1 43.4
实施例7 99.8 86.8 43.3
实施例8 99.8 86.7 45.6
实施例9 99.9 86.5 46.1
实施例10 99.8 86.8 45.9
实施例11 99.8 92.2 43.6
实施例12 99.9 91.5 43.8
实施例13 99.8 92.8 43.7
实施例14 99.8 66.2 42.8
实施例15 99.7 86.3 50.3
实施例16 99.8 85.8 51.2
实施例17 99.7 86.5 50.8
实施例18 99.7 86.8 53.7
实施例19 99.8 86.5 53.6
对比例1 82.6% 42.1 38.2
对比例2 86.3 61.2 42.2
对比例3 86.1 61.3 40.1
对比例4 / / 39.8
从表1可以看出：
1、实施例1-3的测试结果可以看出，本申请的PVC塑料具有良好的抗菌、除污及力学性能；
2、实施例3和实施例4的测试结果对比可以看出，室内自然光照条件下g-C3N4的抗菌除污性能要优于纳米二氧化钛；
3、实施例4和实施例5-7的测试结果对比可以看出，丙烯酸铁的添加有助于提高g-C3N4的抗菌除污性能；
4、实施例7和实施例8-10的测试结果对比可以看出，纳米木粉的添加有助于提高PVC拉伸性能；
5、实施例10和实施例11-14的测试结果对比可以看出，化学刻蚀可改变PVC管表面性质，提高g-C3N4除污性能，纳米木粉的添加可促进刻蚀作用，形成微孔；
6、实施例10、实施例15-17和对比例2-3的测试结果对比可以看出，丁腈橡胶的添加有助于提高PVC管的力学性能，且相容剂对于丁腈橡胶具有促进与PVC相容的作用，可提高丁腈橡胶的作用效果；
7、实施例17和实施例18-19的测试结果对比可以看出，热稳定剂和硬脂酸钙的添加有利于PVC加工生产，适当提高PVC力学性能；
8、实施例3和对比例1、对比例4的测试结果对比可以看出，未添加相容剂的情况下，纳米二氧化钛与PVC的相容性不好，对PVC管的力学性能有不利影响，且起到的抗菌除污效果差。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种环保PVC管，其特征在于，由包括如下重量份的组分制成：
PVC 100份；
抗菌剂 0.5-2份；
相容剂 0.5-1份；
所述相容剂的制备过程如下：
按重量份计，将3-5份亚硫酸氢钠溶于50-60份水中，再加入30-40份丙烯酸、6-10份马来酸酐、3-5份丙烯酸铁混合均匀，得到混合溶液；
将20-30份马来酸酐、0.5-1份过硫酸铵和50-60份水混合并加热至85-90℃，再加入上述混合溶液，添加时间控制在30-40min，添加完成后继续保温反应1-2h，最后冷却出料，得到相容剂；
所述抗菌剂为g-C3N4。
2.根据权利要求1所述的一种环保PVC管，其特征在于：还包括3-5份纳米木粉。
3.根据权利要求1所述的一种环保PVC管，其特征在于：还包括1-3份丁腈橡胶。
4.根据权利要求1所述的一种环保PVC管，其特征在于：还包括2-3份助剂，所述助剂包括热稳定剂和/或润滑剂。
5.一种权利要求1所述的环保PVC管的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1改性：按配方所需重量份，将相容剂和抗菌剂混合并加热至50-60℃，持续20-30min，得到改性抗菌剂；
S2混料：将PVC和改性抗菌剂混合并加热至60-80℃，持续20-30min，再降温至室温，继续搅拌10-15min，得到混合料；
S3挤出成型：将混合料放入挤出机中，经加热挤出、真空定径、冷却成型，得到PVC管。
6.根据权利要求5所述的一种环保PVC管的生产工艺，其特征在于：还包括S4刻蚀，其具体过程如下：将PVC管浸入10-20wt%氢氧化钠溶液中，持续30-60s后取出，再静置20-30min，最后水洗、风干。
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