CN116783399A - 紫外线消毒器用密封胶塞及其制备方法 - Google Patents

紫外线消毒器用密封胶塞及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种紫外线消毒器用密封胶塞的及其制备方法，该密封胶塞包括橡胶基材，所述橡胶基材的外表面涂覆有二氧化钛涂层。制备方法包括步骤：制备能合成二氧化钛的沉积液；将橡胶基材浸没于所述沉积液中，使得沉积第一时间后，橡胶基材的外表面形成二氧化钛涂层；将外表面形成有二氧化钛涂层的橡胶基材取出送至真空烘箱中热处理第二时间，冷却至常温后即得所述密封胶塞。利用二氧化钛的抗菌和光催化特性，既可以增强紫外线消毒器的杀菌特性，也可以促进紫外线的催化氧化杀灭水体中的细菌和病毒，使得紫外线消毒器具备光物理‑光催化‑光化学三效一体的高效杀菌性能，杀菌消毒效率提升20‑30％，氟橡胶抗紫外老化时长提升三倍以上。

Description

紫外线消毒器用密封胶塞及其制备方法 技术领域
本发明涉及消毒杀菌技术领域，特别涉及一种紫外线消毒器用密封胶塞及其制备方法。
背景技术
紫外线消毒器是利用紫外线进行消毒杀菌的装置，以其全物理杀菌的高效性和无二次污染等特点被广泛应用于水处理领域。然而，由于紫外灯管、套管需要经过防水密封后才能安装运行在水处理工程中，因此密封胶塞的抗紫外性能优劣直接决定了紫外线消毒器的使用寿命。密封胶塞一般采用的是橡胶，橡胶在紫外线的长期照射下，会引起橡胶分子键的裂解，致使其老化，拉伸与断裂伸长率均减小，最终导致其密封性能下降。因此，目前密封胶塞的使用寿命不足一年，继而导致紫外消毒器在水下安装后运行一段时间就会出现漏水而引起设备损坏。
发明内容
本发明的目的在于延长密封胶塞的使用寿命，提供一种紫外线消毒器用密封胶塞及其制备方法。
一方面，本发明提供了一种紫外线消毒器用密封胶塞，包括橡胶基材，所述橡胶基材的外表面涂覆有二氧化钛涂层。
上述方案中，通过在橡胶基材(也就是传统的密封胶塞)的外表面涂覆有二氧化钛涂层，利用二氧化钛的光催化特性，增强密封胶塞的抗紫外老化能力，继而延长其使用寿命。另外，二氧化钛还具有抗菌特性，可以促进紫外线的催 化氧化杀灭水体中的细菌和病毒，使得紫外线消毒器具备光物理-光催化-光化学三效一体的高效杀菌性能。
另一方面，本发明还提供了上述密封胶塞的制备方法，包括以下步骤：
制备能合成二氧化钛的沉积液；
将橡胶基材浸没于所述沉积液中，使得沉积第一时间后，橡胶基材的外表面形成二氧化钛涂层；
将外表面形成有二氧化钛涂层的橡胶基材取出送至真空烘箱中热处理第二时间，冷却至常温后即得所述密封胶塞。
优选地，所述沉积液由(NH 4) 2TiF 6溶液与H 3BO 3按照比例混合而得。采用(NH 4) 2TiF 6溶液与H 3BO 3混合，更容易形成二氧化钛涂层，且可以在低温环境下进行，降低对实验条件的要求，同时还可以保障橡胶基材的性能。
优选地，在所述沉积液中添加粒度在纳米级的TiO 2纳米晶作为结晶诱导剂，TiO 2纳米晶的质量分数为0.2-3％。沉积液中添加TiO 2纳米晶作为结晶诱导剂，可以促进(NH 4) 2TiF 6溶液与H 3BO 3更快速地形成二氧化钛涂层，加快涂覆效率，即加快密封胶塞的制备效率。诱导剂的添加时机，可以是在制备沉积液的过程中添加，也可以是在将橡胶基材置于沉积液之后再添加。
优选地，将橡胶基材浸没于所述沉积液中后，在沉积过程中使用搅拌器搅拌。沉积过程中进行搅拌，可以使得橡胶基材表面形成的二氧化钛涂层厚度更加均匀，避免密封胶塞在使用过程中由于二氧化钛涂层的不均匀性而降低使用寿命。
优选地，在沉积过程中进行搅拌并加热。搅拌过程中同时加热，可以进一 步有助于二氧化钛的合成，加快涂覆效率。
与现有技术相比，本发明方法及系统，具有以下技术优势：
通过在全橡胶塞表面复合抗紫外涂层，利用液相沉积技术在橡胶基材表面均匀沉积一层二氧化钛涂层，借助二氧化钛的抗紫外和抗菌特性，增强现有市售橡胶的抗紫外性能，延长紫外线消毒器的使用寿命，实现紫外线消毒器的完全可靠运行。
本发明所具有的其他优势将会在具体实施例中进行相应说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为实施例中氟橡胶制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了延长紫外线消毒器用密封胶塞的使用寿命，减缓被紫外线分解的速度，本实施例中提供的密封胶塞，包括橡胶基材，所述橡胶基材的外表面涂覆有二 氧化钛涂层。橡胶基材优选采用氟橡胶基材，因为氟橡胶本身抗紫外性能比其他橡胶更强。
二氧化钛具有抗菌和光催化特性，利用二氧化钛的抗菌和光催化特性，既可以增强紫外线消毒器的杀菌特性，也可以促进紫外线的催化氧化杀灭水体中的细菌和病毒，使得紫外线消毒器具备光物理-光催化-光化学三效一体的高效杀菌性能。经测算，涂覆有二氧化钛涂层的密封胶塞，杀菌消毒效率提升20-30％，氟橡胶抗紫外老化时长提升三倍以上。也就是说，通过在橡胶基材外表面涂覆二氧化钛涂层，不仅可以延长密封胶塞的使用寿命，而且还可以增强消毒杀菌性能。
请参阅图1，制备上述紫外线消毒器用密封胶塞的方法，包括以下步骤：
步骤1，制备能够合成二氧化钛的沉积液。
能够合成二氧化钛的沉积液一般是指两种或以上物质经过化学反应后生成二氧化钛。本实施例中优选由(NH 4) 2TiF 6溶液与H 3BO 3按照比例混合而得，(NH 4) 2TiF 6溶液的浓度可以是0.1-2mol/L，H 3BO 3的浓度可以是0.2-4mol/L，按照体积比0.5-3:1的比例混合。
(NH 4) 2TiF 6溶液与H 3BO 3生成TiO 2的反应式如下：
[TiF 6] 2-+6H 2O→[Ti(OH) 6] 2-+6HF
H 3BO 3+4HF→BF 4 -+H 3O ++2H 2O
[Ti(OH) 6] 2-+2H 3O +→TiO 2+6H 2O
(NH 4) 2TiF 6+2H 2O→TiO 2+2NH 4F+4HF
虽然制备二氧化钛的方法较多，但是优选采用低温制备法，由(NH 4) 2TiF 6溶 液与H 3BO 3可在室温下制备，在80-120℃温度环境下干燥。此种方案下，既适应了氟橡胶的应用场景，温度一般低于120℃，而且还避免了氟橡胶在温度高于250℃会变性的情况，在降低制备要求的情况下还保障了氟橡胶的性能可靠性。
为了加速反应，可以在沉积液中添加纳米级的TiO 2纳米晶作为结晶诱导剂。TiO 2纳米晶的质量分数可以为0.2-3％。
步骤2，将橡胶基材浸没于所述沉积液中，使得沉积一段时间(第一时间)后，橡胶基材的外表面形成二氧化钛涂层。
需要注意的是，为保障二氧化钛涂层在橡胶基材表面的稳定性，在将橡胶基材置于沉积液中之前，橡胶基材的表面需要事先清洗干净。
为了加速沉积，可以在沉积过程中进行搅拌，也可以在搅拌的同时进行加热。
步骤3，将外表面形成有二氧化钛涂层的橡胶基材取出送至真空烘箱中热处理一段时间(第二时间)，冷却至常温后即得所述密封胶塞。
表面形成二氧化钛涂层后，再利用真空烘烤箱进行烘烤，可以使得二氧化钛涂层在橡胶基材表面更稳定，不容易脱落。
为了更详细的对制备方法进行阐述，下面提供了部分试验例。
试验例1
将0.1mol/L的(NH 4) 2TiF 6溶液与0.2mol/L的H 3BO 3按照体积比2:1的比例混合，添加粒度在纳米级的TiO 2纳米晶作为结晶诱导剂，TiO 2纳米晶的添加量为质量分数为1％，连续搅拌3小时(h)，制备获得沉积液。
将氟橡胶基材用无水乙醇清洗至表面干净后，置于沉积液中，确保氟橡胶 基材可以完全浸没在沉积液中，通过磁力搅拌器进行搅拌并加热，沉积6h后，将表面涂覆有二氧化钛涂层的氟橡胶基材取出送至真空烘箱中，在100℃左右环境下热处理24h，制备出具有TiO 2涂层的氟橡胶。
试验例2
将0.2mol/L的(NH 4) 2TiF 6溶液与0.4mol/L的H 3BO 3按照体积比2:1的比例混合，添加粒度在纳米级的TiO 2纳米晶作为结晶诱导剂，TiO 2纳米晶的添加量为质量分数为1％，连续搅拌3小时，制备获得沉积液。
将氟橡胶基材用无水乙醇清洗至表面干净后，置于沉积液中，确保氟橡胶基材可以完全浸没在沉积液中，通过磁力搅拌器进行搅拌并加热，沉积6h后，将表面涂覆有二氧化钛涂层的氟橡胶基材取出送至真空烘箱中，在100℃左右环境下热处理24h，制备出具有TiO 2涂层的氟橡胶。
试验例3
将0.2mol/L的(NH 4) 2TiF 6溶液与0.4mol/L的H 3BO 3按照体积比2:1的比例混合，连续搅拌3小时，制备获得沉积液。
将氟橡胶基材用无水乙醇清洗至表面干净后，置于沉积液中，确保氟橡胶基材可以完全浸没在沉积液中，沉积12h后，将表面涂覆有二氧化钛涂层的氟橡胶基材取出送至真空烘箱中，在100℃左右环境下热处理24h，制备出具有TiO 2涂层的氟橡胶。
试验例4
将0.6mol/L的(NH 4) 2TiF 6溶液与1.0mol/L的H 3BO 3按照体积比2.5:1的比例混合，添加粒度在纳米级的TiO 2纳米晶作为结晶诱导剂，TiO 2纳米晶的添加量为质量分数为0.2％，连续搅拌1小时，制备获得沉积液。
将氟橡胶基材用无水乙醇清洗至表面干净后，置于沉积液中，确保氟橡胶 基材可以完全浸没在沉积液中，通过磁力搅拌器进行搅拌并加热，沉积6h后，将表面涂覆有二氧化钛涂层的氟橡胶基材取出送至真空烘箱中，在120℃左右环境下热处理18h，制备出具有TiO 2涂层的氟橡胶。
试验例5
将1.0mol/L的(NH 4) 2TiF 6溶液与2.0mol/L的H 3BO 3按照体积比1.2:1的比例混合，添加粒度在纳米级的TiO 2纳米晶作为结晶诱导剂，TiO 2纳米晶的添加量为质量分数为0.5％，连续搅拌1小时，制备获得沉积液。
将氟橡胶基材用无水乙醇清洗至表面干净后，置于沉积液中，确保氟橡胶基材可以完全浸没在沉积液中，通过磁力搅拌器进行搅拌，沉积10h后，将表面涂覆有二氧化钛涂层的氟橡胶基材取出送至真空烘箱中，在120℃环境下热处理18h，制备出具有TiO 2涂层的氟橡胶。
试验例6
将1.0mol/L的(NH 4) 2TiF 6溶液与2.0mol/L的H 3BO 3按照体积比1:1的比例混合，添加粒度在纳米级的TiO 2纳米晶作为结晶诱导剂，TiO 2纳米晶的添加量为质量分数为2％，连续搅拌1小时，制备获得沉积液。
将氟橡胶基材用无水乙醇清洗至表面干净后，置于沉积液中，确保氟橡胶基材可以完全浸没在沉积液中，通过磁力搅拌器进行搅拌，沉积12h后，将表面涂覆有二氧化钛涂层的氟橡胶基材取出送至真空烘箱中，在110℃环境下热处理18h，制备出具有TiO 2涂层的氟橡胶。
试验例7
将2mol/L的(NH 4) 2TiF 6溶液与3.2mol/L的H 3BO 3按照体积比3:1的比例混合，添加粒度在纳米级的TiO 2纳米晶作为结晶诱导剂，TiO 2纳米晶的添加量为质量分数为1.5％，连续搅拌2小时，制备获得沉积液。
将氟橡胶基材用无水乙醇清洗至表面干净后，置于沉积液中，确保氟橡胶基材可以完全浸没在沉积液中，通过磁力搅拌器进行搅拌并加热，沉积8h后，将表面涂覆有二氧化钛涂层的氟橡胶基材取出送至真空烘箱中，在80℃环境下热处理24h，制备出具有TiO 2涂层的氟橡胶。
试验例8
将2mol/L的(NH 4) 2TiF 6溶液与4mol/L的H 3BO 3按照体积比4:1的比例混合，添加粒度在纳米级的TiO 2纳米晶作为结晶诱导剂，TiO 2纳米晶的添加量为质量分数为3％，连续搅拌3小时，制备获得沉积液。
将氟橡胶基材用无水乙醇清洗至表面干净后，置于沉积液中，确保氟橡胶基材可以完全浸没在沉积液中，通过磁力搅拌器进行搅拌并加热，沉积8h后，将表面涂覆有二氧化钛涂层的氟橡胶基材取出送至真空烘箱中，在80℃环境下热处理24h，制备出具有TiO 2涂层的氟橡胶。
为了验证各个试验例制备出的具有TiO 2涂层的氟橡胶的抗紫外线老化性能，还进行了老化试验。具体是，将沉积好TiO 2涂层的氟橡胶置于紫外老化试验箱中，依据标准GB/T16585-1996进行紫外老化测试，各个试验例制备所得的氟橡胶等效时长不低于3年。
另外，本实施例制备的氟橡胶，不仅可以提高使用寿命，而且用于紫外杀菌设备中，还可以提高杀菌效果。经过测验，各个试验例制备所得的氟橡胶的杀菌消毒效率提升20-30％。具体是，将制备所得的氟橡胶在同等紫外辐射剂量(20mJ/cm 2)环境下进行照射，得出将细菌杀灭达到一级排污标准规定的数量(10 3个/L)的时间缩短20-30％，由此判定杀菌消毒效率提升20-30％。
例如将试验例2制备所得的氟橡胶在同等紫外辐射剂量(20mJ/cm 2)环境下 进行照射，污水的进口流量为219m3/h，通常所需紫外灯管的需求杀菌时间为1.49s，由于使用含有二氧化钛涂层的氟橡胶，使得将细菌杀灭达到一级排污标准规定的数量(10 3个/L)的时间缩短为1.12s,杀菌消毒效率提升约24.8％。
经过对各个试验例(包括本文中未提及的试验例)进行抗老化试验发现，将0.2mol/L的(NH 4) 2TiF 6溶液与0.4mol/L的H 3BO 3按照体积比2:1的比例混合，添加粒度在纳米级的TiO 2纳米晶作为结晶诱导剂，且TiO 2纳米晶的添加量为质量分数为1％，连续搅拌3小时，制备获得沉积液，由该沉积液沉积所得的。二氧化钛涂层的氟橡胶效果最好。
理论分析，(NH 4) 2TiF 6溶液与H 3BO 3的体积比过大会导致钛源含量增多，使得沉积的二氧化钛薄膜较厚，容易出现团聚和孔隙，引起局部不均匀，减少使用，而且还存在钛源浪费问题；体积比过小又会导致H 3BO 3含量增多，使得沉积的二氧化钛薄膜较薄，在后期清洗和丝杠摩擦等流程中都会减少使用寿命。此外，TiO 2纳米晶作为诱导剂，添加的诱导剂质量分数过多会导致沉积二氧化钛的反应速率太快，不利于薄膜的均匀制备；过少或没有会导致反应速率慢，但是相对于薄膜不均匀性会降低氟橡胶的使用寿命而言，宁可牺牲反应时间来换取更长的使用寿命。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

  1. 一种紫外线消毒器用密封胶塞，其特征在于，包括橡胶基材，所述橡胶基材的外表面涂覆有二氧化钛涂层。
  2. 根据权利要求1所述的紫外线消毒器用密封胶塞，其特征在于，所述橡胶基材为氟橡胶基材。
  3. 权利要求1所述的紫外线消毒器用密封胶塞的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
    制备能合成二氧化钛的沉积液；
    将橡胶基材浸没于所述沉积液中，使得沉积第一时间后，橡胶基材的外表面形成二氧化钛涂层；
    将外表面形成有二氧化钛涂层的橡胶基材取出送至真空烘箱中热处理第二时间，冷却至常温后即得所述密封胶塞。
  4. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述沉积液由(NH 4) 2TiF 6溶液与H 3BO 3按照比例混合而得。
  5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述沉积液由0.1-2mol/L的(NH 4) 2TiF 6溶液与0.2-4mol/L的H 3BO 3，按照体积比1.2-4:1的比例混合。
  6. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述沉积液中添加粒度在纳米级的TiO 2纳米晶作为结晶诱导剂，TiO 2纳米晶的质量分数为0.2-3％。
  7. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将橡胶基材浸没于所述沉积液中后，在沉积过程中使用搅拌器搅拌。
  8. 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在沉积过程中进行搅拌并加热。
  9. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，外表面形成有二氧化钛涂层的橡胶基材在80-120℃环境下热处理。
  10. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一时间为6-12小时，和/或，所述第二时间为24-48小时。
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