CN107778618A - 抗菌高抗冲性pe给水管及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗菌高抗冲性PE给水管及其生产方法，其特征在于，包括以下重量份数的原料：其中，聚乙烯80‑100份、纳米无水硫酸钙5‑10份、抗冲改性剂0.5‑2份、复合稳定剂0.5‑2份、PE蜡0.5‑1份、硅烷偶联剂0.1‑0.5份、抗菌剂0.1‑0.3份、抗氧剂0.05‑0.1份。本发明抗菌高抗冲性PE给水管原料简单易得，成本低廉，具有优良的抗菌、高抗冲击性能，韧性高，改善传统PE给水管的性能，提高PE给水管产品品质。

Description

抗菌高抗冲性PE给水管及其生产方法

技术领域

本发明属于PE给水管的加工技术领域，特别是涉及一种抗菌高抗冲性PE给水管及其生产方法。

背景技术

塑料管材是高科技复合而成的化学建材，而化学建材是继钢材、木材、水泥之后，当代新兴的第四大类新型建筑材料。化学建材在我国取得了长足进步迅猛发展，尤其是新型环保塑料管材的广泛使用，掀起了一声替代传统建材的革命。塑料管材因具有水流损失小、节能、节材、保护生态、竣工便捷等优点，广泛应用于建筑给排水、城镇给排水以及燃气管等领域，成为新世纪城建管网的主力军。

塑料和传统材料不同，技术进步的步伐更快，不断的出现的新技术、新材料、新工艺使塑料管相对传统材料的优势越来越突出。塑料管材与传统的金属管相比，具有重量轻，一般仅为金属管的1/6-1/10，有较好的耐腐蚀性，抗冲击和抗拉强度，塑料管内表面比铸铁管光滑的多、摩擦系数小、流体阻力小、可降低输水能耗5％以上，综合节能好，制造能耗右降低75％，运输方便，安装简单，使用寿命长达30-50年。塑料管材在世界各国发展很快，发达国家在给水领域和燃气领域应用已占绝对的优势塑料管材不但大量用来代替传统的钢管、铸铁管等，原因就在于技术创新。一方面材料有重大的进步。另一方面应用技术有新的发展，使传统管材在适合采用这种方法的场合根本没有竞争能力。还有很多新材料、新技术正在研究，或已经研究出来正在试用考给，可以肯定，今后10年塑料管的技术进步将促使塑料管更迅速地发展。

PE(聚乙烯)材料由于其强度高、耐高温、抗腐蚀、无毒等特点，被广泛应用于给水管制造领域。因为它不会生锈，所以，是替代普通铁给水管的理想管材；聚乙烯为无惰性材料，除少量强氧化剂外，可耐多种化学药品侵蚀。众所周知钢管、铸铁管被塑料管所取代的原因不仅是因为塑料管材比其输水能耗低、生活能耗低、重量轻、水流阻力小、安装简便迅速、造价低、具有保温功能等，还因为塑料管耐腐蚀、使用寿命长等性能优于钢管及铸铁管。

然而，随着城市建设的逐渐扩大，PE给水管也将被用于更加恶劣的环境，持续性高低温、酸碱等化学物品腐蚀、持续性高压等，因此进一步改善传统PE给水管的性能，提高产品品质，对于中国现代化建设有很好的促进作用。另外，常规的PE给水管在经过长期使用后，积累的水垢杂质附着在管道内部，会滋生微生物，当管道中水流较慢或停流时，微生物将演变成细菌，附着在管壁内经过一段时间的繁殖会形成菌群，使水质下降，直接影响人们的生活质量。

因此，研制一种抗菌高抗冲性PE给水管是本领域技术人员现阶段的主要任务之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗菌高抗冲性PE给水管及其生产方法，该抗菌高抗冲性PE给水管原料简单易得，成本低廉，具有优良的抗菌、高抗冲击性能，韧性高，改善传统PE给水管的性能，提高PE给水管产品品质。

本发明是这样实现的：

一种抗菌高抗冲性PE给水管，其特征在于，包括以下重量份数的原料：其中，聚乙烯80-100份、纳米无水硫酸钙5-10份、抗冲改性剂0.5-2份、复合稳定剂0.5-2份、PE蜡0.5-1份、硅烷偶联剂0.1-0.5份、抗菌剂0.1-0.3份、抗氧剂0.05-0.1份。

进一步优选，所述纳米无水硫酸钙的制备方法为：将二水硫酸钙和水按照5-10:90-95的比例配成浆料，浆料pH为9.5-10.2，然后放入密闭的反应釜中不断搅拌，在温度为105-125℃的条件下反应合成硫酸钙晶须，再将硫酸钙晶须经过脱水、干燥后，即得纳米无水硫酸钙。

进一步优选，所述纳米无水硫酸钙为直径为50-100nm的无水硫酸钙纤维状单晶体。

进一步优选，所述抗冲改性剂包括以下重量份数的原料：所述抗冲改性剂包括以下重量份数的原料：基丙烯酸甲酯50-60份、丁二烯10-20份、十二烷基硫酸钠1-3份、过硫酸钾0.2-0.8份、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.05-0.1份。

进一步优选，所述抗冲改性剂的制备方法为：将丁二烯和适量的去离子水加入压力反应釜中，再加入上述组分30％-50％倍量的十二烷基硫酸钠、30％-50％倍量的过硫酸钾和30％-50％倍量的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌升温至70-75℃，反应l5-20h，得到聚丁二烯胶乳；再将聚丁二烯胶乳加入到带有搅拌装置的烧瓶中，然后加入甲基丙烯酸甲酯和适量的去离子水，再将剩余的十二烷基硫酸钠、过硫酸钾和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺加入烧瓶中，搅拌加热至70℃，反应8-10h，得到抗冲改性剂乳液，最后经喷雾干燥得到抗冲改性剂。

进一步优选，所述复合稳定剂的成分包括环氧大豆油、有机锡、硬脂酸钙和钡锌稳定剂；环氧大豆油、有机锡、硬脂酸钙、钡锌稳定剂的质量比为2-3:2:3-4:1。

进一步优选，所述抗氧化剂的成分包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂，受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的质量比为7-9:1-3。

进一步优选，所述抗菌剂的成分包括氢氧化钙、氧化镁、氧化铝和氧化锌；氢氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化锌的重量比为5-6:3:2:2-3。

以上原料的功能作用分别为：

采用纳米无水硫酸钙作为填充剂，能够极大地降低成本，提高软化温度和硬度，提高管材挤出稳定性和尺寸稳定性，减少收缩。

本发明采用的抗冲改性剂与聚乙烯具有很好的相容性，分散性好，制备方法简单，能够大幅度提高PE给水管的抗冲击性能。

稳定剂是聚氯乙烯在加工过程中不可缺少的添加剂，具有促进PVC原料的塑化作用，同时还有增强稳定性的作用。本发明采用复合稳定剂，复合稳定剂之间具有良好的协同作用，能达到良好的稳定效果。

PE蜡具有优良的耐寒性、耐热性、耐化学性和耐磨性而得到广泛的应用。PE蜡具有非常强的极性中心的很长的非极性碳链。其结构中在极性上与塑料相容的部分起内润滑作用，在极性上与塑料不相容的部分起外润滑和脱模的作用。PE蜡作为内润滑剂与聚合物有良好的相容性，它在聚合物内部起到降低聚合物分子间内聚力的作用，从而改善塑料熔体的内摩擦生热和熔体的流动性。PE蜡作为外润滑剂的作用主要是改善聚合物熔体与加工设备的热金属表面的摩擦，它与聚合物相容性较差，容易从熔体内往外迁移，所以能在塑料熔体与金属的交界面形成润滑的薄层。

硅烷偶联剂能改善填充料在树脂中的分散性及粘合力，改善无机填充料与树脂之间的相容性，改善工艺性能和提高PVC管的机械、电学和耐气候等性能。

采用受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂作为复合抗氧化剂，主抗氧剂和辅助抗氧剂并用时，发挥了各自特性，比单独使用一种效果好。因为使用一种高浓度抗氧剂，会引起副反应；当采取几种低浓度抗氧剂时，既可避免副反应，还可发挥加和效益。

本发明抗菌高抗冲性PE给水管的生产方法，包括以下步骤：

S1、原料混合：将聚乙烯、纳米无水硫酸钙、抗冲改性剂、复合稳定剂、PE蜡、硅烷偶联剂、抗菌剂和复合抗氧化剂按照重量份配比后，先将纳米无水硫酸钙放入高混机中高速搅拌，温度达到100℃至120℃后，加入硅烷偶联剂混合搅拌5至10分钟；再将聚乙烯、抗冲改性剂、复合稳定剂、PE蜡、抗菌剂和复合抗氧化剂放入高混机中高速搅拌混合，混合的温度是120-140℃，搅拌15-30min之后将混合物料冷却至40-55℃收料待用；

S2、造粒：将混合好的物料送入造粒机中进行造粒，造粒机料筒的温度控制在175-200℃，得到粒料；

S3、制管：将粒料冷却后放入料筒中，控制料筒的温度为170-220℃，挤出压力为35-50MPa，然后物料通过挤压机模口挤出高抗冲性PVC管，并经冷却水槽喷淋冷却，制得成品。

本发明突出的实质性特点和显著的进步是：

1、本发明抗菌高抗冲性PE给水管具有以下优点：

无毒、卫生：管材材质无毒，属绿色建材，不腐蚀，不结垢，可有效提高管网水质；耐腐蚀：聚乙烯是惰性材料，除小数强氧化剂外，可耐多种化学介质的侵蚀，无电化学腐蚀，不需要防腐层；***露：聚乙烯管道主要采用热熔连接或电熔连接，具有良好的耐水锤压力的能力，与管材一体化的熔接接头及聚乙烯管对地下运动和端载荷的有效抵抗能力，大大提高了供水的安全可靠性；流阻小：聚乙烯管内壁绝对粗糙K不超过0.01mm，而新的钢管，球墨铸铁管K≥0.06mm，可有效降低供水能耗；高韧性：聚乙烯给水管是一种高韧性管材，其断裂伸长率一般超过500％，对管基不均匀沉降的适应力强，是一种抗震性能优良的管道；优良的挠性：聚乙烯管的挠性使聚乙烯管可进行盘卷，以较长的长度供应，避免了大量的接头喝管件，增加了该材料对于管线工程的经济价值；良好的抗快速裂性：聚乙烯管道具有良好的抗快速裂纹传递的能力，优良的耐刮痕能力和突出其的耐环境应力开裂性能；使用寿命长：聚乙烯压力管道安全使用寿命为五十年以上；易回收利用：聚乙烯材料可回收利用，即使焚烧处理，也不会产生对环境有影响的物质。

2、本发明采用纳米无水硫酸钙作为填充剂，能够极大地降低成本，提高软化温度和硬度，提高管材挤出稳定性和尺寸稳定性，减少收缩。

3、本发明采用复合稳定剂，复合稳定剂之间具有良好的协同作用，能达到良好的稳定效果。

4、本发明采用的抗菌剂具有成本低，兼具抗细菌、抗真菌两种效果的优点，能够杀灭微生物和抑制微生物繁殖的作用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作以下说明。

实施例1

S1、原料混合：将聚乙烯80份、纳米无水硫酸钙5份、抗冲改性剂0.5份、复合稳定剂0.5份、PE蜡0.5份、硅烷偶联剂0.1份、抗菌剂0.1份和抗氧剂0.05份按照重量份配比后，先将纳米无水硫酸钙放入高混机中高速搅拌，温度达到100℃至120℃后，加入硅烷偶联剂混合搅拌5至10分钟；再将聚乙烯、抗冲改性剂、复合稳定剂、PE蜡、抗菌剂和复合抗氧化剂放入高混机中高速搅拌混合，混合的温度是120-140℃，搅拌15-30min之后将混合物料冷却至40-55℃收料待用；

S2、造粒：将混合好的物料送入造粒机中进行造粒，造粒机料筒的温度控制在175-200℃，得到粒料；

S3、制管：将粒料冷却后放入料筒中，控制料筒的温度为170-220℃，挤出压力为35MPa，然后物料通过挤压机模口挤出高抗冲性PVC管，并经冷却水槽喷淋冷却，制得成品。

实施例2

S1、原料混合：将聚乙烯90份、纳米无水硫酸钙6份、抗冲改性剂1份、复合稳定剂1份、PE蜡0.6份、硅烷偶联剂0.2份、抗菌剂0.2份和抗氧剂0.06份按照重量份配比后，先将纳米无水硫酸钙放入高混机中高速搅拌，温度达到100℃至120℃后，加入硅烷偶联剂混合搅拌5至10分钟；再将聚乙烯、抗冲改性剂、复合稳定剂、PE蜡、抗菌剂和复合抗氧化剂放入高混机中高速搅拌混合，混合的温度是120-140℃，搅拌15-30min之后将混合物料冷却至40-55℃收料待用；

S2、造粒：将混合好的物料送入造粒机中进行造粒，造粒机料筒的温度控制在175-200℃，得到粒料；

S3、制管：将粒料冷却后放入料筒中，控制料筒的温度为170-220℃，挤出压力为40MPa，然后物料通过挤压机模口挤出高抗冲性PVC管，并经冷却水槽喷淋冷却，制得成品。

实施例3

S1、原料混合：将聚乙烯95份、纳米无水硫酸钙8份、抗冲改性剂1.5份、复合稳定剂1.5份、PE蜡0.8份、硅烷偶联剂0.4份、抗菌剂0.25份和抗氧剂0.08份按照重量份配比后，先将纳米无水硫酸钙放入高混机中高速搅拌，温度达到100℃至120℃后，加入硅烷偶联剂混合搅拌5至10分钟；再将聚乙烯、抗冲改性剂、复合稳定剂、PE蜡、抗菌剂和复合抗氧化剂放入高混机中高速搅拌混合，混合的温度是120-140℃，搅拌15-30min之后将混合物料冷却至40-55℃收料待用；

S2、造粒：将混合好的物料送入造粒机中进行造粒，造粒机料筒的温度控制在175-200℃，得到粒料；

S3、制管：将粒料冷却后放入料筒中，控制料筒的温度为170-220℃，挤出压力为45MPa，然后物料通过挤压机模口挤出高抗冲性PVC管，并经冷却水槽喷淋冷却，制得成品。

实施例4

S1、原料混合：将聚乙烯100份、纳米无水硫酸钙10份、抗冲改性剂2份、复合稳定剂2份、PE蜡1份、硅烷偶联剂0.5份、抗菌剂0.3份和抗氧剂0.1份按照重量份配比后，先将纳米无水硫酸钙放入高混机中高速搅拌，温度达到100℃至120℃后，加入硅烷偶联剂混合搅拌5至10分钟；再将聚乙烯、抗冲改性剂、复合稳定剂、PE蜡、抗菌剂和复合抗氧化剂放入高混机中高速搅拌混合，混合的温度是120-140℃，搅拌15-30min之后将混合物料冷却至40-55℃收料待用；

S2、造粒：将混合好的物料送入造粒机中进行造粒，造粒机料筒的温度控制在175-200℃，得到粒料；

S3、制管：将粒料冷却后放入料筒中，控制料筒的温度为170-220℃，挤出压力为50MPa，然后物料通过挤压机模口挤出高抗冲性PVC管，并经冷却水槽喷淋冷却，制得成品。

本发明实施例样管经检测，得出技术指标为：

从表中各参数可以看出，由本发明配方制得的PE给水管，抗冲击性能好，强度高，实现了PE给水管的强度与韧性并重。

Claims (9)

1.一种抗菌高抗冲性PE给水管，其特征在于，包括以下重量份数的原料：其中，聚乙烯80-100份、纳米无水硫酸钙5-10份、抗冲改性剂0.5-2份、复合稳定剂0.5-2份、PE蜡0.5-1份、硅烷偶联剂0.1-0.5份、抗菌剂0.1-0.3份、抗氧剂0.05-0.1份。

2.根据权利要求1所述的抗菌高抗冲性PE给水管，其特征在于：所述纳米无水硫酸钙的制备方法为：将二水硫酸钙和水按照5-10:90-95的比例配成浆料，浆料pH为9.5-10.2，然后放入密闭的反应釜中不断搅拌，在温度为105-125℃的条件下反应合成硫酸钙晶须，再将硫酸钙晶须经过脱水、干燥后，即得纳米无水硫酸钙。

3.根据权利要求2所述的抗菌高抗冲性PE给水管，其特征在于：所述纳米无水硫酸钙为直径为50-100nm的无水硫酸钙纤维状单晶体。

4.根据权利要求1所述的抗菌高抗冲性PE给水管，其特征在于：所述抗冲改性剂包括以下重量份数的原料：基丙烯酸甲酯50-60份、丁二烯10-20份、十二烷基硫酸钠1-3份、过硫酸钾0.2-0.8份、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.05-0.1份。

5.根据权利要求4所述的抗菌高抗冲性PE给水管，其特征在于：所述抗冲改性剂的制备方法为：将丁二烯和适量的去离子水加入压力反应釜中，再加入上述组分30％-50％倍量的十二烷基硫酸钠、30％-50％倍量的过硫酸钾和30％-50％倍量的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌升温至70-75℃，反应l5-20h，得到聚丁二烯胶乳；再将聚丁二烯胶乳加入到带有搅拌装置的烧瓶中，然后加入甲基丙烯酸甲酯和适量的去离子水，再将剩余的十二烷基硫酸钠、过硫酸钾和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺加入烧瓶中，搅拌加热至70℃，反应8-10h，得到抗冲改性剂乳液，最后经喷雾干燥得到抗冲改性剂。

6.根据权利要求1所述的抗菌高抗冲性PE给水管，其特征在于：所述复合稳定剂的成分包括环氧大豆油、有机锡、硬脂酸钙和钡锌稳定剂；环氧大豆油、有机锡、硬脂酸钙、钡锌稳定剂的质量比为2-3:2:3-4:1。

7.根据权利要求1所述的抗菌高抗冲性PE给水管，其特征在于：所述抗氧化剂的成分包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂，受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的质量比为7-9:1-3。

8.根据权利要求1所述的抗菌高抗冲性PE给水管，其特征在于：所述抗菌剂的成分包括氢氧化钙、氧化镁、氧化铝和氧化锌；氢氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化锌的重量比为5-6:3:2:2-3。

9.如权利要求1所述的抗菌高抗冲性PE给水管的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、原料混合：将聚乙烯、纳米无水硫酸钙、抗冲改性剂、复合稳定剂、PE蜡、硅烷偶联剂、抗菌剂和复合抗氧化剂按照重量份配比后，先将纳米无水硫酸钙放入高混机中高速搅拌，温度达到100℃至120℃后，加入硅烷偶联剂混合搅拌5至10分钟；再将聚乙烯、抗冲改性剂、复合稳定剂、PE蜡、抗菌剂和复合抗氧化剂放入高混机中高速搅拌混合，混合的温度是120-140℃，搅拌15-30min之后将混合物料冷却至40-55℃收料待用；

S2、造粒：将混合好的物料送入造粒机中进行造粒，造粒机料筒的温度控制在175-200℃，得到粒料；

S3、制管：将粒料冷却后放入料筒中，控制料筒的温度为170-220℃，挤出压力为35-50MPa，然后物料通过挤压机模口挤出高抗冲性PVC管，并经冷却水槽喷淋冷却，制得成品。