CN113357446B - 一种自清洁地暖管道及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自清洁地暖管道及其制备方法,所述地暖管道由双层管材复合而成,包括作为外层的耐热层和作为内层的疏水层,所述耐热层为聚烯烃树脂材料层,所述疏水层为无机改性材料、氟硅改性材料与基体聚烯烃材料的共混材料层;耐热层与疏水层的壁厚的比例为8:2。本发明所述的自清洁地暖管道及其制备方法,通过引入含氟硅基团材料可以降低管道内壁的表面能,另一方面,通过引入无机刚性粒子,在管道内壁形成微凸结构,通过对刚性粒子的表面接枝硅烷基团,进一步提高内表面的疏水性能,以此来减少管道内壁淤泥粘附力,经过水流冲洗即可脱落,从而从根本上达到自清洁的效果。
Description
技术领域
本发明涉及管道改性技术领域,尤其是涉及一种自清洁地暖管道及其制备方法。
背景技术
随着经济发展和人民生活水平的提高,健康、舒适、节能、环保的采暖方式成为越来越多人的需求选择,低温地板辐射采暖凭借“房间温度分布均匀、节省建筑空间、使用寿命长及环保健康”等优势逐步取代散热器采暖,并迅速占领了采暖市场。但是,地暖管材在使用几个采暖季后,管道内壁会有结垢现象,影响系统的换热效率,严重甚至造成管道堵塞;因此需要对管道进行周期性清洗;费时费力,清洗不当容易损伤管道,影响使用寿命。
因此,如果能够在管道内壁采用低表面能的材料在表面形成疏水保护层,降低水垢生物污泥在管道内壁材料上的附着力,从根本上解决结垢的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种基体树脂层和疏水层组成的自清洁地暖管道,以克服现有地暖管道内壁容易结垢、热辐射效率低的问题。
本发明的另一目的在于提供该自清洁地暖管道的制备方法。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种自清洁地暖管道,所述地暖管道由双层管材复合而成,包括作为外层的耐热层和作为内层的疏水层,所述耐热层为聚烯烃树脂材料层,所述疏水层为聚烯烃树脂材料、氟硅改性材料与无机改性材料的共混材料层;耐热层与疏水层的壁厚的比例为8:2。
进一步地,所述聚烯烃树脂材料为具有长期耐热性的材料PE-RT树脂、PB树脂或PE-X树脂;
优选的,所述聚烯烃树脂材料为PE-RT I树脂或PE-RT II树脂;
优选的,所述PE-RT树脂的熔融指数为1.0~2.2g/10min(190℃,5kg);
优选的,所述PE-RT树脂的熔流比MFR1(190℃,21.6Kg):MFR2(190℃,2.16Kg)≥16。
进一步地,所述的共混材料层包括以下重量份数的原料配方:
聚烯烃树脂材料:100份,
氟硅改性材料:3~12份,
无机改性材料:2.5~25份;
优选的,所述的共混材料包括以下重量份数的原料配方:
聚烯烃树脂材料:100份,
氟硅改性材料:4~10份,
无机改性材料:5~20份;
优选的,所述的共混材料包括以下重量份数的原料配方:
聚烯烃树脂材料:100份,
氟硅改性材料:5~8份,
无机改性材料:7.5~15份。
进一步地,所述氟硅改性材料为含氟有机硅改性母粒;
优选的,所述含氟有机硅改性母粒中的含氟量为1~3%,含硅量5~15%;
优选的,所述含氟有机硅改性母粒由含氟硅基团的改性剂与PE-RT树脂的复合材料。
进一步地,所述无机改性材料包括如下质量份数的原料配方:
聚烯烃树脂材料100份;
改性无机粒子20份;
进一步地,所述无机改性材料的制备方法为:
采用密炼机将聚烯烃树脂材料和改性无机粒子混炼均匀,采用双螺杆造粒机进行造粒,得到无机改性材料;
优选的,所述造粒机的长径比为≥40:1。
进一步地,所述改性无机粒子包括如下质量份数的原料配方:
无机粒子100份,
硅烷改性剂15份;
进一步地,所述改性无机粒子的制备方法为;
称取一定量的无机粒子加入到无水乙醇溶液中,在超声波细胞破碎仪作用下超声分散10~15min,得到混合液Ⅰ;
将混合液Ⅰ转移至高速分散均质机中,并用HCL水溶液调节溶液PH=4左右,再向体系中滴加一定量的硅烷改性剂,高速分散10min,得到混合液Ⅱ;
将混合液Ⅱ转移至四口烧瓶中,升温至一定温度并恒温搅拌一定时间后,冷却,将混合液抽滤、洗涤、干燥,得到硅烷改性无机粒子。
进一步地,所述无机粒子为二氧化硅、二氧化钛中的一种;
优选的,所述无机粒子的平均粒径为10~100μm。
进一步地,所述硅烷改性剂为硅烷偶联剂;
优选的,所述硅烷改性剂为硅烷偶联剂KH-560、KH-570、KH-590中的一种。
一种自清洁地暖管道的制备方法,该方法包括如下步骤:
内层将聚烯烃树脂材料、氟硅改性材料以及无机改性材料按一定比例进行搅拌均匀,加入到挤出机中进行熔融共混,外层将聚烯烃树脂材料加入到另一台挤出机中,进行双层共挤,经过真空定径、冷却定型后,即得到自清洁地暖管材。
进一步地,外层聚烯烃树脂材料的机筒温度为185~200℃,模头温度为195~210℃;
内层共混材料的机筒温度为180~190℃,模头温度为190~200℃;
挤出机的生产线速度为15~25m/min,口模尺寸为35~45mm,芯模尺寸为28~32mm。
与现有技术相比,本发明的积极效果是:
本发明所述的自清洁地暖管道及其制备方法,在管道内壁引入含氟硅基团的氟硅改性材料,由于氟原子的电负性大,直径小,且C-F键能高,可使水的表面张力显著降低,从而降低管道内壁的表面能。另一方面,通过引入纳米无机粒子,无机纳米粒子于管道内表面形成微凸结构,并经过硅烷偶联剂表面接枝改性,共同在管道内壁形成微纳结构,进一步提高内表面的疏水性能;更为有效地减少管道内壁淤泥粘附力,经过水流冲洗即可脱落,从根本上达到自清洁的效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,而且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明所述的自清洁地暖管道的剖面结构示意图;
图2为本发明所述的自清洁地暖管道实验例中测试的接触角示图。
附图标记说明:
1-耐热层;2-疏水层。
具体实施方式
除有定义外,以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂,如无特殊说明,均为常规生化试剂;所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
采用的原料PE-RT树脂(耐热聚乙烯)选用齐鲁石化厂的QHM32F型号。
含氟有机硅改性母粒选用广州市硅涂新材料有限公司生产的SP540WX型号的氟、硅改性功能母粒。
无机改性材料为自制,具体的制备步骤:
称取10g的纳米SiO2,加入到100g无水乙醇溶液中,在超声波细胞破碎仪作用下超声分散10~15min,然后转移至高速分散均质机中,并用HCL水溶液调节溶液PH=4左右,再向体系中滴加1.5g的硅烷偶联剂KH-590,高速分散10min,转移至四口烧瓶中,升温至80℃并恒温搅拌8h~10h后,冷却,将混合液抽滤、洗涤、干燥,即可得到硅烷改性纳米SiO2;
然后,将PE-RT树脂、硅烷改性纳米SiO2,按一定比例添加到密炼机中混炼均匀,采用长径比为40:1的双螺杆造粒机,在工艺温度为185~195℃的条件下进行反应造粒,得到无机改性材料;
然后,内层将聚烯烃树脂材料、氟硅改性材料以及无机改性材料按一定比例进行搅拌均匀,加入到挤出机中进行熔融共混,外层将聚烯烃树脂材料加入到另一台挤出机中,进行双层共挤,经过真空定径、冷却定型后,即得到自清洁地暖管材。
实施例1:
疏水层中各组分的质量份数:PE-RT树脂(耐热聚乙烯):100份;含氟有机硅改性母粒:5份,无机改性材料:7.5份。
实施例2:
疏水层中各组分的质量份数:PE-RT树脂(耐热聚乙烯):100份;含氟有机硅改性母粒:6份,无机改性材料:10份。
实施例3:
疏水层中各组分的质量份数:PE-RT树脂(耐热聚乙烯):100份;含氟有机硅改性母粒:7份,无机改性材料:12.5份。
实施例4:
疏水层中各组分的质量份数:PE-RT树脂(耐热聚乙烯):100份;含氟有机硅改性母粒:8份,无机改性材料:15份。
对比例1:疏水层中各组分的质量份数:PE-RT树脂(耐热聚乙烯):100份;含氟有机硅改性母粒:2份,无机改性材料:10份。
对比例2:疏水层中各组分的质量份数:PE-RT树脂(耐热聚乙烯):100份;含氟有机硅改性母粒:15份,无机改性材料:10份。
对比例3:疏水层中各组分的质量份数:PE-RT树脂(耐热聚乙烯):100份;含氟有机硅改性母粒:8份,无机改性材料:2份。
对比例4:疏水层中各组分的质量份数:PE-RT树脂(耐热聚乙烯):100份;含氟有机硅改性母粒:8份,无机改性材料:30份。
实施例1-4及对比例1-4中挤出机的挤出条件见表1:
表1
上述生产线速度范围为15~25m/min,所生产的管材产品的公称外径dn为20mm,公称壁厚en为2.0mm。
实验例:
将实施例1-4及对比例1-4的配方比例制备成板材,在空气温度为23.2℃,相对湿度为50%的环境条件下,接触角按GB/T30693-2014方法进行测试;拉伸强度按照GB/T1040-2018要求进行测试,实施例1-4及对比例1-4的配方比例如表2所示,具体的检测结果如表3所示:
表2
表3
由上述测试结果可知,本发明的实施例1-4中内壁材料的表面接触角平均值110.37°,远远大于普通PE-RT树脂地暖管材的表面接触角90.45°。另一方面,本发明的实施例1-4中的拉伸强度与PE-RT树脂纯样管材的拉伸强度变化较小。
实验结论:
1、从对比例1、2与实施例2相比较,在其他配方比例不变的情况下,随着氟硅改性材料的含量增加,材料的接触角从95.69°上升到108.81°,再降至105.8°,这也说明氟硅材料过多或过少均会影响接触角。这主要是因为随着氟硅改性材料的含量增加,氟硅基团的数量增多,材料的表面张力减少,接触角变大。当达到一定量后,再增加其效果也不明显。另一方面材料的拉伸强度也出现轻微的下降。这主要是因为氟硅母粒的流动性较差,当其量过大时影响其在材料中的分散性能,从而影响材料的拉伸强度。
2、从对比例3、4与实施例4相比较,在其他配方比例不变的情况下,随着无机改性材料的用量增加,因纳米无机粒子随着其含量的加大,容易造成团聚,一定程度上反而破坏了其表面微纳结构,材料的接触角出现一定程度的降低;拉伸强度呈现上升的趋势,这主要是因为无机粒子能够起到增强的作用,提高了材料的刚性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种自清洁地暖管道,其特征在于,所述地暖管道由双层管材复合而成,包括作为外层的耐热层和作为内层的疏水层,所述耐热层为聚烯烃树脂材料层,所述疏水层为聚烯烃树脂材料、氟硅改性材料与无机改性材料的共混材料层;耐热层与疏水层的壁厚的比例为8:2;
所述的共混材料层包括以下重量份数的原料配方:
聚烯烃树脂材料:100份,
氟硅改性材料:3~12份,
无机改性材料:2.5~25份;
所述无机改性材料包括如下质量份数的原料配方:
聚烯烃树脂材料100份;
改性无机粒子20份;
所述氟硅改性材料为含氟有机硅改性母粒;
无机改性材料的制备方法为:
采用密炼机将聚烯烃树脂材料和改性无机粒子混炼均匀,采用双螺杆造粒机进行造粒,得到无机改性材料:
所述造粒机的长径比为≥40:1;
所述改性无机粒子包括如下质量份数的原料配方:
无机粒子100份,
硅烷改性剂15份;
进一步地,所述改性无机粒子的制备方法为;
称取一定量的无机粒子加入到无水乙醇溶液中,在超声波细胞破碎仪作用下超声分散10~15min,得到混合液Ⅰ;
将混合液Ⅰ转移至高速分散均质机中,并用HCL水溶液调节溶液PH=4左右,再向体系中滴加一定量的硅烷改性剂,高速分散10min,得到混合液Ⅱ;
将混合液Ⅱ转移至四口烧瓶中,升温至一定温度并恒温搅拌一定时间后,冷却,将混合液抽滤、洗涤、干燥,得到硅烷改性无机粒子。
2.根据权利要求1所述的一种自清洁地暖管道,其特征在于:所述聚烯烃树脂材料为具有长期耐热性的材料PE-RT树脂、PB树脂或PE-X树脂。
3.根据权利要求2所述的一种自清洁地暖管道,其特征在于:聚烯烃树脂材料为PE-RTI树脂或PE-RT II树脂。
4.根据权利要求3所述的一种自清洁地暖管道,其特征在于:PE-RT树脂的熔融指数为1.0~2.2g/10min(190℃,5kg)。
5.根据权利要求4所述的一种自清洁地暖管道,其特征在于:PE-RT树脂的熔流比MFR1(190℃,21.6Kg):MFR2(190℃,2.16Kg)≥16。
6.根据权利要求1所述的一种自清洁地暖管道,其特征在于:共混材料包括以下重量份数的原料配方:
氟硅改性材料:4~10份,
无机改性材料:5~20份。
7.根据权利要求1所述的一种自清洁地暖管道,其特征在于:共混材料包括以下重量份数的原料配方:氟硅改性材料:5~8份,无机改性材料:7.5~15份。
8.根据权利要求1所述的一种自清洁地暖管道,其特征在于:含氟有机硅改性母粒中的含氟量为1~3%,含硅量5~15%。
9.根据权利要求8所述的一种自清洁地暖管道,其特征在于:含氟有机硅改性母粒由含氟硅基团的改性剂与PE-RT树脂的复合材料。
10.根据权利要求1所述的一种自清洁地暖管道,其特征在于:所述无机粒子为二氧化硅、二氧化钛中的一种。
11.根据权利要求1所述的一种自清洁地暖管道,其特征在于:无机粒子的平均粒径为10~100μm。
12.根据权利要求1所述的一种自清洁地暖管道,其特征在于:所述硅烷改性剂为硅烷偶联剂。
13.根据权利要求12所述的一种自清洁地暖管道,其特征在于:硅烷改性剂为硅烷偶联剂KH-560、KH-570、KH-590中的一种。
14.如权利要求1至13中任一项所述的一种自清洁地暖管道的制备方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
内层将聚烯烃树脂材料、氟硅改性材料以及无机改性材料按一定比例进行搅拌均匀,加入到挤出机中进行熔融共混,外层将聚烯烃树脂材料加入到另一台挤出机中,进行双层共挤,经过真空定径、冷却定型后,即得到自清洁地暖管材。
15.如权利要求14所述的一种自清洁地暖管道的制备方法,其特征在于:外层聚烯烃树脂材料的机筒温度为185~200℃,模头温度为195~210℃;
内层共混材料的机筒温度为180~190℃,模头温度为190~200℃;
挤出机的生产线速度为15~25m/min,口模尺寸为35~45mm,芯模尺寸为28~32mm。
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