CN105694176B - 一种抗菌增强hdpe管道功能母料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗菌增强HDPE管道功能母料，还涉及其制备方法。一种抗菌增强HDPE管道功能母料，由HDPE树脂、四针状氧化锌晶须、无机纳米抗菌剂、水性分散剂、水性偶联剂组成。本发明采用特殊的无机纳米抗菌剂制备方法，采用特殊的纳米分散方法，很好地解决了纳米材料分散难和颗粒团聚的问题，使得四针状氧化锌晶须及无机纳米抗菌剂能均匀地分散到抗菌增强HDPE管道功能母料中，使得抗菌增强HDPE管道功能母料抗菌性能优异并且抗拉屈服强度、缺口冲击强度的性能明显提高。本发明的抗菌增强HDPE管道功能母料以5～15%的比例添加到HDPE管道产品上就可以使产品的抗菌性能和抗压强度以及环刚度达到很好的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗菌增强HDPE管道功能母料，还涉及其制备方法。
背景技术
在给排水管道系统中，塑料管材逐渐取代了铸铁管和镀锌钢管等传统管材成为了主流使用管材。塑料管和传统管材相比，具有重量轻，耐腐蚀，水流阻力小，节约能源，安装简便迅速，造价较低等显著优势，受到了管道工程界的青睐。HDPE管是传统的钢铁管材、聚氯乙烯饮用水管的换代产品。
目前普通HDPE管道普遍存在不具有抗菌防霉的功能和耐压低、环刚度低的问题，也没有添加纳米材料和晶须材料的增強功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抗菌增强HDPE管道功能母料，该产品具有优良的抗菌作用，更有增强增刚作用。本发明还提供了该抗菌增強HDPE管道功能母料的制备方法，该制备方法制备的母料抗菌性能优异又使母料的抗拉屈服强度、缺口冲击強度的性能明显提高。本发明的抗菌HDPE管道功能母料以5～15%的比例添加到HDPE管道产品上就可以使产品的抗菌性能、耐压性能和环刚度性能达到很好的效果。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种抗菌增强HDPE管道功能母料，由如下质量百分比的组分组成：HDPE树脂74.9～94.98%、四针状氧化锌晶须2～7%、无机纳米抗菌剂3～18%、水性分散剂0.01～0.05%、水性偶联剂0.01～0.05%。
优选的，所述HDPE的熔体指数为每0.5～1g╱10min。熔体指数检测标准为ASTM D1238。
优选的，所述无机纳米抗菌剂为纳米二氧化钛、纳米氧化铜、纳米氧化锆中的至少一种。
上述抗菌增强HDPE管道功能母料的制备方法按步骤为：
(1) 将去离子水、无机抗菌剂和水性分散剂按比例在立式研磨机中研磨成平均粒径小于100nm的纳米材料；
（2）再将水性偶联剂加入到立式研磨机中继续研磨15～30分钟，研磨成水性纳米复合抗菌液；
（3）将步骤（2）得到的水性纳米复合抗菌液超声处理1～10分钟用高压喷头喷到高速混料机上的预热到80～100℃的HDPE树脂上，并继续加热蒸发去除水份，添加四针状氧化锌晶须再保温15～30分钟混合得到干燥的抗菌混合料；
（4）将步骤（3）得到的干燥的抗菌混合料加入双螺杆挤出机上挤出造粒成抗菌增强HDPE管道功能母料。
优选的，所述无机抗菌剂为纳米二氧化钛、纳米氧化铜、纳米氧化锆三种。
进一步优选的，步骤（1）所述方法具体为：
a、将去离子水、微米氧化锆和水性分散剂按比例加入立式研磨机中研磨30～120分钟，研磨成平均粒径为小于200nm的纳米氧化锆材料；
b、再将微米氧化铜和微米二氧化钛加入立式研磨机中与步骤a所得纳米氧化锆材料继续研磨30～120分钟，以使以上三种原料都研磨成平均粒径为小于100nm的纳米材料。
优选的，所述四针状氧化锌晶须的直径为3微米、针长为30微米，研磨之前的无机抗菌剂的粒径小于10微米。
优选的，步骤（1）a和步骤（1）b的研磨时间为90分钟，步骤（2）的研磨时间为20分钟。
优选的，步骤（3）超声处理时间为5分钟。
优选的，步骤（3）HDPE树脂的预热温度为90℃，保温混合时间为20分钟。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明选用四针状氧化锌晶须（T-ZnOw）作为抗菌剂，同时具有抗菌、补强增韧、耐磨、微波吸收、减振、抗碎裂等多种独特的功能和用途，与其他抗菌剂相比，T-ZnOw克服了一般银系抗菌剂易变色的缺点，且不同于光催化抗菌材料需要借助紫外光催化才能抗菌，也不像有机抗菌剂那样会带来二次污染和其他副作用。同时，T-ZnOw因为具有高度有序的原子排列结构，其强度和模量接近于材料的原子间价键的理论强度，因而对复合材料具有很强的增强增韧作用，是应用于抗菌增強HDPE管道材料的理想选择。
2、本发明引入了无机纳米抗菌剂：纳米二氧化钛、纳米氧化铜、纳米氧化锆。其中纳米二氧化钛是光催化抗菌材料，在光催化作用下既有抗菌作用，又有抗紫外线抗老化作用；纳米氧化铜既有抗菌防霉作用，又有除臭作用；纳米氧化锆，既有抗菌作用，更有增强增刚作用。本发明的抗菌增強HDPE管道功能母料以5～15％的比例添加到HDPE管道产品上就可以使产品的抗菌性能和抗压强度、环刚度达到很好的效果。
3、本发明采用特殊的无机纳米抗菌剂制备方法，采用特殊的纳米分散方法，很好地解决了纳米材料分散难和颗粒团聚的问题，使得四针状氧化锌晶须及无机纳米抗菌剂能均匀地分散到抗菌增强HDPE管道功能母料中，使得抗菌增强HDPE管道功能母料抗菌性能优异并且抗拉屈服强度、缺口冲击強度的性能明显提高。正因为这样，本发明制备的抗菌增強HDPE管道功能母料要比普通HDPE的性能有显著提高。本发明的抗菌增強HDPE管道功能母料以5～15%的比例添加到HDPE管道产品上就可以使产品的抗菌性能、耐压性能和环刚度性能达到很好的效果。
附图说明
图1为实施例1抗菌增強HDPE管道功能母料的LA960WET粒度仪检测得到的微米氧化铜平均粒径5.5µm分布图。
图2为实施例1抗菌增強HDPE管道功能母料的 LA960WET粒度仪检测得到的纳米氧化铜平均粒径60nm分布图。
图3为实施例1抗菌增強HDPE管道功能母料的 LA960WET粒度仪测得到的微米氧化锆平均粒径4.5µm分布图。
图4为实施例1抗菌增強HDPE管道功能母料的 LA960WET粒度仪测得到的纳米氧化锆平均粒径60nm分布图。
图5为本发明中四针状氧化锌晶须结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
实施例1
一种抗菌增強HDPE管道功能母料，由如下质量百分比的组分组成：HDPE树脂（型号：GM-5010H）89.94%、四针状氧化锌晶须3%、无机纳米抗菌剂6%（其中纳米氧化铜3%、纳米氧化锆3%）、水性分散剂（分散剂WF211）0.03%、水性偶联剂（硅烷偶联剂KH-560）0.03%。
其中，HDPE（型号：GM-5010H）的熔体指数为0.5g╱10min。熔体指数检测标准为ASTM D 1238。
实施例2
除HDPE树脂（型号：GM-5010H） 86.94%、四针状氧化锌晶须4%、无机纳米抗菌剂8%（其中纳米氧化铜4%、纳米氧化锆4%）外，其它与实施例1相同。
实施例1和2的制备方法为：
（1）将去离子水、微米氧化锆和水性分散剂（分散剂WF211）按比例加入立式研磨机中研磨90分钟，研磨成平均粒径为小于200nm的纳米氧化锆材料；
（2）再将微米氧化铜加入立式研磨机中与步骤（1）所得纳米氧化锆材料继续研磨90分钟，以使以上两种原料都研磨成平均粒径为小于100nm的纳米材料；
（3）再将水性偶联剂（硅烷偶联剂KH-560）加入到立式研磨机中继续研磨20分钟，研磨成水性纳米复合抗菌液；
（4）将步骤（3）得到的水性纳米复合抗菌液超声处理5分钟用高压喷头喷到高速混料机上的预热到90℃的HDPE树脂（型号：GM-5010H）上，并继续加热蒸发去除水份，添加四针状氧化锌晶须再保温20分钟混合得到干燥的抗菌混合料；
（5）将步骤（4）得到的干燥的抗菌混合料加入双螺杆挤出机上挤出造粒成抗菌增强HDPE管道功能母料。
上述研磨之前无机抗菌剂中的微米氧化铜的粒径为小于10微米，微米氧化锆的粒径为小于10微米，四针状氧化锌晶须的直径为3微米、针长为30微米。
实施例3
除HDPE树脂（型号：GM-5010H） 84.94%、四针状氧化锌晶须5%无机纳米抗菌剂10%（其中纳米氧化铜3%、纳米氧化锆3%、纳米二氧化钛4%）外，其它与实施例1相同。
实施例3的制备方法为：
（1）、将去离子水、微米氧化锆和水性分散剂按比例加入立式研磨机中研磨90分钟，研磨成平均粒径为小于200nm的纳米氧化锆材料；
（2）、再将微米氧化铜和微米二氧化钛加入立式研磨机中与步骤（1）所得纳米氧化锆材料继续研磨90分钟，以使以上三种原料都研磨成平均粒径为小于100nm的纳米材料；
（3）再将水性偶联剂（硅烷偶联剂KH-560）加入到立式研磨机中继续研磨20分钟，研磨成水性纳米复合抗菌液；
（4）将步骤（3）得到的水性纳米复合抗菌液超声处理5分钟用高压喷头喷到高速混料机上的预热到90℃的HDPE树脂（型号：GM-5010H）上，并继续加热蒸发去除水份，添加四针状氧化锌晶须再保温20分钟混合得到干燥的抗菌混合料；
（5）将步骤（4）得到的干燥的抗菌混合料加入双螺杆挤出机上挤出造粒成抗菌增強HDPE管道功能母料。
实施例1~3抗菌增強HDPE管道功能母料性能如下表所示：
本实施例1～3抗菌增強HDPE管道功能母料以10%的比例添加到HDPE管道产品上可以使应用产品的抗菌性能、环刚度性能和耐压性能达到很好的效果。
实施例1～3抗菌HDPE管道性能如下表所示：
LA960WET粒度仪测得纳米氧化铜粒径数据表如下表所示：
（表中数据显示粒径100nm的通过率为78.734％）
LA960WET粒度仪测得纳米氧化锆粒径数据表如下表所示：
（表中数据显示粒径100nm的通过率为73.563％）
通过实施例1~3抗菌HDPE管道功能母料性能表和实施例1～3抗菌HDPE管道性能表、LA960WET粒度仪测得纳米氧化铜、氧化锆粒径数据表所示实施结果，以及图2的LA960WET粒度仪测得的纳米氧化铜平均粒径60nm分布图、图4的LA960WET粒度仪测得纳米氧化锆平均粒径60nm分布图可以看出，实施例所加工的纳米抗菌剂的粒径小、粒度正态分布集中性好、质量稳定；其所得一种抗菌增強HDPE管道功能母料的拉伸屈服强度与缺口冲击強度也随四针状氧化锌晶须和纳米抗菌剂用量增加而增加；而抗菌HDPE管道应用产品的念珠菌抗菌率随四针状氧化锌晶须和纳米抗菌剂用量增加而增加，其环刚度和耐压性能也随四针状氧化锌晶须和纳米抗菌剂用量增加而提高。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种抗菌增强HDPE管道功能母料，其特征在于，由如下质量百分比的组分组成：HDPE树脂74.9～94.98%、四针状氧化锌晶须2～7%、无机纳米抗菌剂3～18%、水性分散剂0.01～0.05%、水性偶联剂0.01～0.05%；
所述抗菌增强HDPE管道功能母料的制备方法，按步骤为：
(1) 将去离子水、无机抗菌剂和水性分散剂按比例在立式研磨机中研磨成平均粒径小于100nm的纳米材料；
（2）再将水性偶联剂加入到立式研磨机中继续研磨15～30分钟，研磨成水性纳米复合抗菌液；
（3）将步骤（2）得到的水性纳米复合抗菌液超声处理1～10分钟用高压喷头喷到高速混料机上的预热到80～100℃的HDPE树脂上，并继续加热蒸发去除水份，添加四针状氧化锌晶须再保温混合得到干燥的抗菌混合料；
（4）将步骤（3）得到的干燥的抗菌混合料加入双螺杆挤出机上挤出造粒成抗菌增强HDPE管道功能母料；
所述无机抗菌剂为纳米二氧化钛、纳米氧化铜、纳米氧化锆三种；
步骤（1）所述方法具体为：
a、将去离子水、微米氧化锆和水性分散剂按比例加入立式研磨机中研磨30～120分钟，研磨成平均粒径为小于200nm的纳米氧化锆材料；
b、再将微米氧化铜和微米二氧化钛加入立式研磨机中与步骤a所得纳米氧化锆材料继续研磨30～120分钟，以使以上三种原料都研磨成平均粒径为小于100nm的纳米材料。
2.根据权利要求1所述的抗菌增强HDPE管道功能母料，其特征在于：所述HDPE的熔体指数为0.3～3g╱10min，熔体指数检测标准为ASTM D 1238。
3.根据权利要求 1所述的抗菌增强HDPE管道功能母料，其特征在于：步骤（1）a和步骤（1）b的研磨时间为90分钟，步骤（2）的研磨时间为20分钟。
4.根据权利要求 1所述的抗菌增强HDPE管道功能母料，其特征在于：所述四针状氧化锌晶须的直径为2～5微米、针长为20～50微米，在研磨之前的无机抗菌剂的粒径为微米级，并小于10微米。
5.根据权利要求 1所述的抗菌增强HDPE管道功能母料，其特征在于：步骤（3）超声处理时间为5分钟。
6.根据权利要求1所述的抗菌增强HDPE管道功能母料，其特征在于：步骤（3）HDPE树脂的预热温度为90℃，保温混合时间为20分钟。
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