CN111978619B - 一种纳米节水管 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新型纳米材料领域，主要涉及一种纳米节水管，按照如下步骤制备：（1）制备改性多孔活性炭a；（2）将改性多孔活性炭a、PE塑料、微晶蜡、塑炼天然橡胶等制得高强度凝胶体b；（3）将高强度凝胶体b、木质素磺酸盐、发泡剂混合后通过挤出机挤出成型后，再通过加热充气膨胀制成，即得。本发明具有更好的拉伸强度和冲击强度、抗变形，其中抗变形能力较为显著。

Description

一种纳米节水管
技术领域
本发明属于新型纳米材料领域，主要涉及一种纳米节水管。
背景技术
目前，我国农田、果树、大棚、城市绿地等灌溉方式，都存在浪费水资源的弊端。同时，很多灌溉技术所用的装置复杂，实施麻烦，也给农田耕作和农技维护带来许多不便。
广东省深圳市的秦佳滨发明的一种纳米节水管，申请号为CN201310027637.5，该发明该纳米节水管采用改性塑料粒子至少通过挤出机挤出成型后，再通过加热充气膨胀制成，其管壁形成有纳米级渗水孔；所述改性塑料粒子包括的组分重量比为：聚丙烯40%~60%、纳米碳酸钙10%~15%、白炭黑12%~15%、透水剂1%~5%、云母颗粒5%~15%、抗氧剂2%~10%，光稳定剂2%~5%、石油树脂2%~5%，对上述组分进行混合造粒形成所述改性塑料粒子；其制造方法包括步骤：制作改性塑料粒子，挤出成型，加热，充气膨胀等；生产加工的纳米节水管及纳米节水器，其管壁或器壁具有若干纳米级渗水孔，可掩埋在地下使用，有效解决农作物的灌溉问题，同时节约大量的水资源，通过控制水的压力可控制渗水量，在地面表层含水量极低，避免了作物害虫的繁殖滋生，提高农作物的产量及质量。但是该发明得到的节水管主要是采用无机矿物和树脂等混合制得，强度和硬度小，而且重量较大，不适合大规模推广。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种纳米节水管，本发明公开的纳米节水管具有良好的渗水率，使用年限长、强度大的优点。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种纳米节水管，按照如下步骤制备：
（1）将活性炭、氢氧化钠、氯化锌混合研磨均匀，在高温500~700℃下真空焙烧2~4h，冷却后使用盐酸溶液洗涤至pH为6.8~7.2，干燥后加入高压反应釜中，继续加入马来酸酐，密封后在150~200℃反应10~20h，所得物冷却后用甲苯和甲醇清洗，然后在50~70℃氮气气氛下干燥8~12h，即可得到改性多孔活性炭a；
活性炭经过氢氧化钠、氯化锌焙烧后会产生丰富的孔结构，并且会石墨化，并且会在活性炭孔内负载有活性锌元素，然后经过马来酸酐改性，使活性炭表面接枝马来酸酐，有利于活性炭类碳化物与后续形成的节水管具有强粘附性，防止在制备纳米节水管的过程中活性炭等物质析出。
（2）将改性多孔活性炭a、PE塑料、微晶蜡、塑炼天然橡胶进行混合炼胶，得到的胶料放入乙醇的高压釜内，而后将高压釜密封升温，使釜内的温度和压力达到无水乙醇的超临界点243℃，6.3MPa以上，保温10小时后，将无水乙醇缓慢放出，自然冷却，得到高强度凝胶体b。
无水乙醇超临界干燥是为了减少胶料的结构性破坏，得到内部具有丰富的、均匀孔结构的高强度凝胶体b，并且这种孔结构在后续的发泡剂膨胀过程中难以破坏，是最后得到的纳米节水管具有丰富均匀的纳米结构。
（3）将高强度凝胶体b、木质素磺酸盐、发泡剂混合后通过挤出机挤出成型后，再通过加热充气膨胀制成，即得。
进一步的，步骤（1）中所述的活性炭、氢氧化钠、氯化锌、马来酸酐的质量比依次为1:（0.5~1）:（0.1~0.3）:（0.5~1）。
进一步的，步骤（1）中高压反应釜的压力为1~3MPa。
进一步的，步骤（2）中改性多孔活性炭a、PE塑料、微晶蜡、塑炼天然橡胶的质量比依次为1:（36~50）:（0.3~0.6）:（3~5）。
进一步的，步骤（3）中高强度凝胶体b、木质素磺酸盐、发泡剂的质量比依次为100:（1~5）:（1~3）。
试验证明，本发明步骤（1）中制得的改性多孔活性炭a添加在纳米节水管的胶料中，可以增强管材的强度，绝热性高。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明制得的纳米节水管强度高，耐燃，并且韧性高。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1 一种纳米节水管
按照如下步骤制备：
（1）将10g活性炭、8g氢氧化钠、2g氯化锌混合研磨均匀，在高温600℃下真空焙烧3h，冷却后使用盐酸溶液洗涤至pH为7.0，干燥后加入2MPa高压反应釜中，继续加入7g马来酸酐，密封后在170℃反应15h，所得物冷却后用甲苯和甲醇清洗，然后在60℃氮气气氛下干燥10h，即可得到改性多孔活性炭a；
（2）选10g改性多孔活性炭a、44g PE塑料、5g微晶蜡、40g塑炼天然橡胶进行混合炼胶（炼胶温度为200℃），得到的胶料放入乙醇的高压釜内，而后将高压釜密封升温，使釜内的温度和压力达到无水乙醇的超临界点243℃，6.3MPa以上，保温10小时后，将无水乙醇缓慢放出，自然冷却，得到高强度凝胶体b。
（3）选100g高强度凝胶体b、3g木质素磺酸盐、2g ACY-2发泡剂混合后通过挤出机挤出成型后，再通过加热充气膨胀制成，即得。
实施例2 一种纳米节水管
按照如下步骤制备：
（1）将10g活性炭、5g氢氧化钠、3g氯化锌混合研磨均匀，在高温500℃下真空焙烧4h，冷却后使用盐酸溶液洗涤至pH为6.8，干燥后加入3MPa高压反应釜中，继续加入5g马来酸酐，密封后在200℃反应10h，所得物冷却后用甲苯和甲醇清洗，然后在70℃氮气气氛下干燥8h，即可得到改性多孔活性炭a；
（2）选10g改性多孔活性炭a、50g PE塑料、3g微晶蜡、50g塑炼天然橡胶进行混合炼胶（炼胶温度为200℃），得到的胶料放入乙醇的高压釜内，而后将高压釜密封升温，使釜内的温度和压力达到无水乙醇的超临界点243℃，6.3MPa以上，保温10小时后，将无水乙醇缓慢放出，自然冷却，得到高强度凝胶体b。
（3）选100g高强度凝胶体b、1g木质素磺酸盐、3g ACY-2发泡剂混合后通过挤出机挤出成型后，再通过加热充气膨胀制成，即得。
实施例3 一种纳米节水管
按照如下步骤制备：
（1）将10g活性炭、10g氢氧化钠、1g氯化锌混合研磨均匀，在高温700℃下真空焙烧2h，冷却后使用盐酸溶液洗涤至pH为7.2，干燥后加入1MPa高压反应釜中，继续加入10g马来酸酐，密封后在150℃反应20h，所得物冷却后用甲苯和甲醇清洗，然后在50℃氮气气氛下干燥12h，即可得到改性多孔活性炭a；
（2）选10g改性多孔活性炭a、36g PE塑料、6g微晶蜡、30g塑炼天然橡胶进行混合炼胶（炼胶温度为200℃），得到的胶料放入乙醇的高压釜内，而后将高压釜密封升温，使釜内的温度和压力达到无水乙醇的超临界点243℃，6.3MPa以上，保温10小时后，将无水乙醇缓慢放出，自然冷却，得到高强度凝胶体b。
（3）选100g高强度凝胶体b、5g木质素磺酸盐、1g ACY-2发泡剂混合后通过挤出机挤出成型后，再通过加热充气膨胀制成，即得。
对比例1 一种纳米节水管
将实施例1中的活性炭只进行高温处理，具体按照如下步骤制备：
（1）将10g活性炭研磨均匀，在高温600℃下真空焙烧3h，冷却后与44g PE塑料、5g微晶蜡、40g塑炼天然橡胶进行混合炼胶（炼胶温度为200℃），得到的胶料放入乙醇的高压釜内，而后将高压釜密封升温，使釜内的温度和压力达到无水乙醇的超临界点243℃，6.3MPa以上，保温10小时后，将无水乙醇缓慢放出，自然冷却，得到高强度凝胶体b。
（2）选100g高强度凝胶体b、3g木质素磺酸盐、2g ACY-2发泡剂混合后通过挤出机挤出成型后，再通过加热充气膨胀制成，即得。
对比例1活性炭高温处理后与其他原料混合过程比实施例1-3中改性多孔活性炭a与其他原料混合更加困难，原因是改性多孔活性炭a表面负载有锌元素，可以提高活性炭表面活性，在与马来酸酐接枝反应中可以更好的结合到活性炭上，通过马来酸酐接枝基团继续与橡胶或是塑料反应，使其更好的结合，而对对比例1直接采用活性炭与与橡胶或是塑料反应，由于是无机物与有机物结合比较困难，混合无法快速达到均匀。
对比例2 一种纳米节水管
将实施例1中的活性炭去除氯化锌，直接使用氢氧化钠反应，具体按照如下步骤制备：
按照如下步骤制备：
（1）将10g活性炭、8g氢氧化钠混合研磨均匀，在高温600℃下真空焙烧3h，冷却后使用盐酸溶液洗涤至pH为7.0，干燥后加入2MPa高压反应釜中，继续加入7g马来酸酐，密封后在170℃反应15h，所得物冷却后用甲苯和甲醇清洗，然后在60℃氮气气氛下干燥10h，即可得到改性多孔活性炭a；
（2）选10g改性多孔活性炭a、44g PE塑料、5g微晶蜡、40g塑炼天然橡胶进行混合炼胶（炼胶温度为200℃），得到的胶料放入乙醇的高压釜内，而后将高压釜密封升温，使釜内的温度和压力达到无水乙醇的超临界点243℃，6.3MPa以上，保温10小时后，将无水乙醇缓慢放出，自然冷却，得到高强度凝胶体b。
（3）选100g高强度凝胶体b、3g木质素磺酸盐、2g ACY-2发泡剂混合后通过挤出机挤出成型后，再通过加热充气膨胀制成，即得。
试验例1 渗水效果
试验方法：将实施例1-3的纳米节水管（半径15公分）埋与农业土壤地下70cm，然后通入清水，水压0.2MPa下，测试地下20cm处土壤含水20%，通水后，测试地下20cm处土壤含水60%需要的通水时间T0，以及在达到含水60%后不同时间的含水量变化，具体如表1表示：
表1 通水时间H0与含水量变化
Figure 137783DEST_PATH_IMAGE002
从表1中可以看出，当土壤水分含量达到60%时，土壤内部压力发生变化，能达到与管内压力相平衡，保持湿度稳定。
试验例2 强度和抗变形测试
试验方法：将实施例1-3与对比例1-2制得的纳米节水管（半径15公分，厚度3mm），测试其拉伸强度和冲击强度（按国标检测），结果如表2所示：
抗变形测试：将纳米节水管放置在一平板上，然后在管材上方再放置一平板，在平板上方正冲管心方向施加垂直向下的力，测试管材直径缩短8%施加的压力值（抗变形值），如表2所示：
表2 拉伸强度和冲击强度、抗变形测试
Figure DEST_PATH_IMAGE004
从表2中可以看出，本发明具有更好的拉伸强度和冲击强度、抗变形，其中抗变形能力较为显著。

Claims (3)

1.一种纳米节水管，其特征在于，按照如下步骤制备：
(1)将活性炭、氢氧化钠、氯化锌混合研磨均匀，在高温500～700℃下真空焙烧2～4h，冷却后使用盐酸溶液洗涤至pH为6.8～7.2，干燥后加入高压反应釜中，继续加入马来酸酐，密封后在150～200℃反应10～20h，所得物冷却后用甲苯和甲醇清洗，然后在50～70℃氮气气氛下干燥8～12h，即可得到改性多孔活性炭a；
(2)将改性多孔活性炭a、PE塑料、微晶蜡、塑炼天然橡胶进行混合炼胶，得到的胶料放入乙醇的高压釜内，而后将高压釜密封升温，使釜内的温度和压力达到无水乙醇的超临界点243℃，6.3MPa以上，保温10小时后，将无水乙醇缓慢放出，自然冷却，得到高强度凝胶体b；
(3)将高强度凝胶体b、木质素磺酸盐、发泡剂混合后通过挤出机挤出成型后，再通过加热充气膨胀制成，即得；
步骤(1)中所述的活性炭、氢氧化钠、氯化锌、马来酸酐的质量比依次为1:(0.5～1):(0.1～0.3):(0.5～1)；
步骤(2)中改性多孔活性炭a、PE塑料、微晶蜡、塑炼天然橡胶的质量比依次为1：4.4：0.5：4或1：5：0.3：5或1：3.6：0.6：3；
步骤(3)中高强度凝胶体b、木质素磺酸盐、发泡剂的质量比依次为100:(1～5):(1～3)。
2.根据权利要求1所述的纳米节水管，其特征在于，步骤(1)中高压反应釜的压力为1～3MPa。
3.根据权利要求1所述的纳米节水管，其特征在于，所述发泡剂为ACY-2发泡剂。
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