一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材及其制备方法

摘要

本发明公开了一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材及其制备方法，本发明提供一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材的组成成分按重量份数计为：抗菌PP/PE共混物：40～60份，有机化蒙脱土：5～10份，过氧化二异丙苯：0.1～0.5份，马来酸酐：5～10份，负载抗菌剂的二氧化钛：10～20份，炭黑：0.5～2份，聚烯烃弹性体：2～5份，硅烷类偶联剂：1～2份，聚乙烯蜡：0.5～1份，色母料：1～2份。本发明制备的抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材具有高效、广谱、持久的抗菌效果，其耐紫外光照性能好，可应用于户内和户外，如饮用水管、农用水管。

权利要求

1.一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材，按重量份数计由以下组分构成：抗菌PP/PE共混物：40～60份；

有机化蒙脱土：5～10份；

过氧化二异丙苯：0.1～0.5份；

马来酸酐：5～10份；

负载抗菌剂的二氧化钛：10～20份；

炭黑：0.5～2份；

聚烯烃弹性体：2～5份；

硅烷类偶联剂：1～2份；

聚乙烯蜡：0.5～1份；

色母料：1～2份；

其中,所述抗菌PP/PE共混物是由配制质量比为40:10:1的PP：PE：抗菌剂的混合物，通过40kGy剂量的γ射线辐照接枝，使抗菌剂接枝在PP/PE的共混物上制备得到，所述的抗菌剂为聚氯化三丁基-4-苯乙烯基磷盐，所述的色母料为绿色或者灰色。

2.根据权利要求1所述的一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材，其特征在于，所述的负载抗菌剂的二氧化钛通过以下步骤制备得到：把比表面为100cm2/g～600cm2/g的二氧化钛浸渍在10wt％的抗菌剂乙醇溶液中，在70℃搅拌浸渍4h，离心后去除上清液，60℃烘干，得负载抗菌剂的二氧化钛。

3.根据权利要求1所述的一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材，其特征在于，所述的聚烯烃弹性体是由乙烯、辛烯共聚制得；所述硅烷类偶联剂为H2N(CH2)3Si(OC2H5)3。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体工艺步骤如下：S1.将抗菌PP/PE共混物，有机化蒙脱土，过氧化二异丙苯，马来酸酐，负载抗菌剂的二氧化钛，炭黑，聚烯烃弹性体，硅烷类偶联剂，聚乙烯蜡，色母料高速热混合，温度为90℃，混合速度为1000r/min，得到原料混合物A；

S2.将S1制备的原料混合物A加入到双螺杆挤出机进行挤出成型，控制挤出温度在170℃～220℃，在该温度范围内，挤出后材料复合成型，得一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材。

说明书

一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于塑料管材生产技术领域，更具体地，涉及一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材及其制备方法。

背景技术

[0002] 聚丙烯(PP)和聚乙烯((PE)是两种重要的通用树脂。聚丙烯(PP)综合性能较好,质量轻，表面光泽性好，机械性能(如屈服强度、拉伸强度、表面强度、刚性及耐磨性等)较优异，耐热性能好，尤其突出的是其良好的耐环境应力开裂及室温下不溶于一般溶剂、耐化学药品腐蚀、无毒、可回收利用、无环境污染，因此，近年来在化学建材中得到越来越多的应用。但PP抗冲能力低，低温脆性突出，且PP极易光氧化，使其性能下降，使用寿命下降，故研究PP的抗冲能力低，低温脆性、抗光老化尤为重要。而PE具有优良的电绝缘性、耐化学性、耐低温性和良好的加工流动性等特点，但耐热性差、易应力开裂等缺点也相当突出。

[0003] 结合PP和PE的优点，实现PP和PE的性能互补，采用PP与PE的共混是制备优良管材复合材料的重要方式。虽然通过熔融共混的方法将PP与PE复合能够改善PP的抗冲击性能和PE的低温脆性，但由于两者的相容性差的缘故却降低了复合材料的刚度和强度，所以提高PP/PE复合材料的相容性和结合强度，对于得到性能优良的PP/PE复合材料具有重要的实际意义。同时，当PP管材应用于户外时，在紫外光的照射下，PP极易光氧化，使其性能下降，使用寿命下降,所以提高PP管材的耐紫外线性能，延长管管的户外使用寿命具有重要的意义。

[0004] 当前，随着生活质量的提高，人类对饮用水水质的关注越来越多，要求也越来越高，给水管道也日益受到关注和重视。“健康、安全”的生活理念也给予了环保、优质、卫生的“绿色”给水管道开拓和发展的潜在舞台。目前，由于白色PP-R给水管具有一定程度的透光性，日光照射对细菌、微生物产生了催化生长的作用,使它们加速了繁殖。因而，“抗菌型塑料管”的开发和使用，以提高水质及管道的卫生状况，减少细菌微生物等的附着、滋生，有着很大的发展前景。目前，现有的抗菌剂包括无机抗菌剂、有机抗菌剂和天然抗菌剂、高分子抗菌剂等几类。尽管抗菌剂品种数目很多，但只有为数不多的抗菌剂能满足抗菌塑料中，目前应用最为广泛的是利用银、锌等金属及其离子的杀菌性能和抑菌性能而制得的一类抗菌剂。但是此类抗菌剂与PP管材是一种物理混合的方式，其持久抗菌性能较差，银、锌等金属容易迁移。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是PP管材抗冲能力低，低温脆性，在紫外光的照射下，PP极易光氧化，提高管材抗菌性能等问题。本发明提供一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材及其制备方法。通过用过氧化二异丙苯引发马来酸酐熔融接枝PP/PE的共混物，解决了PP管材抗冲能力低，低温脆性的问题；在PP/PE的共混物上采用辐照法接枝抗菌剂，实现了管材基材的抗菌性能；添加负载抗菌的二氧化钛和炭黑作为紫外吸收剂，实现了管材的耐紫外性能及抗菌性能；添加聚烯烃弹性体，在材料承受载荷时，相当于物理交联点，起到平均分布负荷的作用，添加灰色或绿色的色母粒，增加管的不透光性，以抑制藻类的生长。

[0006] 本发明解决技术问题的技术方案为：一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材，按重量份数计由以下组分构成：抗菌PP/PE共混物：40～60份；有机化蒙脱土：5～10份；过氧化二异丙苯：0.1～0.5份；马来酸酐：5～10份；负载抗菌剂的二氧化钛：10～20份；炭黑：0.5～2份；聚烯烃弹性体：2～5份；硅烷类偶联剂：1～2份；聚乙烯蜡：0.5～1份；色母料：1～2份。

[0007] 优选的，所述的抗菌PP/PE共混物的制备具体为：所述的抗菌PP/PE共混物由配制质量比为40:10:1的PP：PE：抗菌剂的混合物，通过40kGy剂量的γ射线辐照接枝，使抗菌剂接枝在PP/PE的共混物上制备得到。

[0008] 进一步的，所述的负载抗菌剂的二氧化钛通过以下步骤制备得到：把比表面为100cm2/g～600cm2/g的二氧化钛浸渍在10wt%的抗菌剂乙醇溶液中，在70℃搅拌浸渍4h，离心后去除上清液，60℃烘干，得负载抗菌剂的二氧化钛。

[0009] 更进一步的，所述的抗菌剂为聚氯化三丁基-4-苯乙烯基磷盐。

[0010] 优选的，所述的色母料为绿色或灰色的色母料，可以起到增加管的不透光性，以抑制藻类的生长的作用。

[0011] 更进一步的，所述的聚烯烃弹性体是由乙烯、辛烯共聚制得，在材料承受载荷时，相当于物理交联点，起到平均分布负荷的作用；所述硅烷类偶联剂为H2N(CH2)3Si(OC2H5)3，起到改善两相界面层结构，提高界面结合力，提高材料强度的作用。

[0012] 优选的，所述的一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材的制备方法具体工艺步骤如下：

[0013] S1.将抗菌PP/PE共混物，有机化蒙脱土，过氧化二异丙苯，马来酸酐，负载抗菌剂的二氧化钛，炭黑，聚烯烃弹性体，硅烷类偶联剂，聚乙烯蜡，色母料高速热混合，温度为90℃，混合速度为1000r/min，得到原料混合物A；

[0014] S2.将S1制备的原料混合物A通过双螺杆挤出机进行挤出成型，控制挤出温度在170℃～220℃，在该温度范围内，过氧化二异丙苯引发马来酸酐熔融接枝PP与PE的共混物，挤出后材料复合成型，得一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材。

[0015] 有益效果：

[0016] （1）用过氧化二异丙苯引发马来酸酐熔融接枝PP/PE的共混物，解决了PP管材抗冲能力低，低温脆性的问题；（2）在PP/PE的共混物上采用辐照法接枝抗菌剂，实现了管材基材的抗菌性能，且抗菌剂与PP/PE是一种化学键连接，具有很好的稳定性；（3）添加负载抗菌的二氧化钛和炭黑作为紫外吸收剂，提高了管材的耐紫外性能及抗菌性能；（4）添加聚烯烃弹性体，在材料承受载荷时，相当于物理交联点，起到平均分布负荷的作用；（5）添加灰色或绿色的色母粒，增加管的不透光性，以抑制藻类的生长；（6）本发明制备的抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材具有高效、广谱、持久的抗菌效果，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌、霉菌等菌种的抗菌率达到95%以上；且该材料的耐紫外光照性能好，经紫外光照700小时后，其冲击强度、拉伸强度、弯曲强度下降低于15%，可应用于户内和户外等给水管领域，如饮用给水管、农用给水管等。

具体实施方式

[0017] 以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的简单修改或替换，均属于本发明的范围；若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

[0018] 除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

[0019] 实施例1

[0020] （1）本实施例的管材按重量份数计由以下组分构成：抗菌PP/PE共混物：40份，有机化蒙脱土：10份，过氧化二异丙苯：0.5份，马来酸酐：10份，负载抗菌剂的二氧化钛：20份，炭黑：2份，聚烯烃弹性体：5份，硅烷类偶联剂：2份，聚乙烯蜡：1份，灰色色母料：2份。

[0021] （2）抗菌PP/PE共混物由以下方法制备得到：配制质量比为40:10:1的PP：PE：聚氯化三丁基-4-苯乙烯基磷盐的混合物，通过40kGy剂量的γ射线辐照接枝，使抗菌剂接枝在PP/PE的共混物上制备得到。

[0022] （3）负载抗菌剂的二氧化钛通过以下步骤制备得到：把比表面为100cm2/g的二氧化钛浸渍在10wt%的聚氯化三丁基-4-苯乙烯基磷盐乙醇溶液中，在70℃搅拌浸渍4h，离心后去除上清液，60℃烘干，得负载抗菌剂的二氧化钛。

[0023] （4）其中，（1）中的聚烯烃弹性体是由乙烯、辛烯共聚制得；硅烷类偶联剂为H2N(CH2)3Si(OC2H5)3。

[0024] （5）将（1）中的组分在温度为90℃条件下，以混合速度为1000r/min进行高速热混，得到混合均匀后的原料混合物A；再将原料混合物A通过双螺杆挤出机进行挤出成型，挤出温度控制在170℃～220℃，挤出后材料复合成型，得一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材。

[0025] 实施例2

[0026] （1）本实施例的管材按重量份数计由以下组分构成：抗菌PP/PE共混物：60份，有机化蒙脱土：5份，过氧化二异丙苯：0.1份，马来酸酐：5份，负载抗菌剂的二氧化钛：10份，炭黑：0.5份，聚烯烃弹性体：2份，硅烷类偶联剂：1份，聚乙烯蜡：0.5份，绿色色母料：1份。

[0027] （2）抗菌PP/PE共混物由以下方法制备得到：配制质量比为40:10:1的PP：PE：聚氯化三丁基-4-苯乙烯基磷盐的混合物，通过40kGy剂量的γ射线辐照接枝，使抗菌剂接枝在PP/PE的共混物上制备得到。

[0028] （3）负载抗菌剂的二氧化钛通过以下步骤制备得到：把比表面为600cm2/g的二氧化钛浸渍在10wt%的聚氯化三丁基-4-苯乙烯基磷盐乙醇溶液中，在70℃搅拌浸渍4h，离心后去除上清液，60℃烘干，得负载抗菌剂的二氧化钛。

[0029] （4）其中，（1）中的聚烯烃弹性体是由乙烯、辛烯共聚制得；硅烷类偶联剂为H2N(CH2)3Si(OC2H5)3。

[0030] （5）将（1）中的组分在温度为90℃条件下，以混合速度为1000r/min进行高速热混，得到混合均匀后的原料混合物A；再将原料混合物A通过双螺杆挤出机进行挤出成型，挤出温度控制在170℃～220℃，挤出后材料复合成型，得一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材。

[0031] 实施例3

[0032] （1）本实施例的管材按重量份数计由以下组分构成：抗菌PP/PE共混物：50份，有机化蒙脱土：8份，过氧化二异丙苯：0.4份，马来酸酐：7份，负载抗菌剂的二氧化钛：15份，炭黑：1份，聚烯烃弹性体：4份，硅烷类偶联剂：1.2份，聚乙烯蜡：0.8份，绿色色母料：1.5份。

[0033] （2）抗菌PP/PE共混物由以下方法制备得到：配制质量比为40:10:1的PP：PE：聚氯化三丁基-4-苯乙烯基磷盐的混合物，通过40kGy剂量的γ射线辐照接枝，使抗菌剂接枝在PP/PE的共混物上制备得到。

[0034] （3）负载抗菌剂的二氧化钛通过以下步骤制备得到：把比表面为400cm2/g的二氧化钛浸渍在10wt%的聚氯化三丁基-4-苯乙烯基磷盐乙醇溶液中，在70℃搅拌浸渍4h，离心后去除上清液，60℃烘干，得负载抗菌剂的二氧化钛。

[0035] （4）其中，（1）中的聚烯烃弹性体是由乙烯、辛烯共聚制得；硅烷类偶联剂为H2N(CH2)3Si(OC2H5)3。

[0036] （5）将（1）中的组分在温度为90℃条件下，以混合速度为1000r/min进行高速热混，得到混合均匀后的原料混合物A；再将原料混合物A通过双螺杆挤出机进行挤出成型，挤出温度控制在170℃～220℃，挤出后材料复合成型，得一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材。

[0037] 实施例4

[0038] （1）本实施例的管材按重量份数计由以下组分构成：抗菌PP/PE共混物：55份，有机化蒙脱土：7份，过氧化二异丙苯：0.5份，马来酸酐：9份，负载抗菌剂的二氧化钛：18份，炭黑：1份，聚烯烃弹性体：3份，硅烷类偶联剂：2份，聚乙烯蜡：1份，灰色色母料：2份。

[0039] （2）抗菌PP/PE共混物由以下方法制备得到：配制质量比为40:10:1的PP：PE：聚氯化三丁基-4-苯乙烯基磷盐的混合物，通过40kGy剂量的γ射线辐照接枝，使抗菌剂接枝在PP/PE的共混物上制备得到。

[0040] （3）负载抗菌剂的二氧化钛通过以下步骤制备得到：把比表面为100cm2/g的二氧化钛浸渍在10wt%的聚氯化三丁基-4-苯乙烯基磷盐乙醇溶液中，在70℃搅拌浸渍4h，离心后去除上清液，60℃烘干，得负载抗菌剂的二氧化钛。

[0041] （4）其中，（1）中的聚烯烃弹性体是由乙烯、辛烯共聚制得；硅烷类偶联剂为H2N(CH2)3Si(OC2H5)3。

[0042] （5）将（1）中的组分在温度为90℃条件下，以混合速度为1000r/min进行高速热混，得到混合均匀后的原料混合物A；再将原料混合物A通过双螺杆挤出机进行挤出成型，挤出温度控制在170℃～220℃，挤出后材料复合成型，得一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材。

[0043] 为验证本发明一种抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材及其制备方法是否达到预期的发明效果，对本发明抗菌、耐紫外光照的PP/PE管材进行试验分析，结果如下所示：

[0044]

[0045] 从上述实验数据可以看出，按照上述方法所制备的抗菌、耐紫外光照的PP/PE管具有高效、广谱、持久的抗菌效果，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌、霉菌等菌种的抗菌率达到95%。

[0046] 而且，该PP/PE管材的耐紫外光照性能好，经紫外光照700小时后，其冲击强度、拉伸强度、弯曲强度下降低于15%，可应用于户内和户外等给水管领域，如饮用给水管、农用给水管等。

[0047] 实施例5

[0048] 本实施例为对照组：未添加PE。

[0049] 1、（1）本实施例的管材按重量份数计由以下组分构成：抗菌PP：55份，有机化蒙脱土：7份，过氧化二异丙苯：0.5份，马来酸酐：9份，负载抗菌剂的二氧化钛：18份，炭黑：1份，聚烯烃弹性体：3份，硅烷类偶联剂：2份，聚乙烯蜡：1份，灰色色母料：2份。

[0050] （2）抗菌PP由以下方法制备得到：配制质量比为40:1的PP：聚氯化三丁基-4-苯乙烯基磷盐的混合物，通过40kGy剂量的γ射线辐照接枝，使抗菌剂接枝在PP上制备得到。

[0051] （3）负载抗菌剂的二氧化钛通过以下步骤制备得到：把比表面为500cm2/g的二氧化钛浸渍在10wt%的聚氯化三丁基-4-苯乙烯基磷盐乙醇溶液中，在70℃搅拌浸渍4h，离心后去除上清液，60℃烘干，得负载抗菌剂的二氧化钛。

[0052] （4）其中，（1）中的聚烯烃弹性体是由乙烯、辛烯共聚制得；硅烷类偶联剂为H2N(CH2)3Si(OC2H5)3。

[0053] （5）将（1）中的组分在温度为90℃条件下，以混合速度为1000r/min进行高速热混，得到混合均匀后的原料混合物A；再将原料混合物A通过双螺杆挤出机进行挤出成型，挤出温度控制在170℃～220℃，挤出后材料复合成型，得一种抗菌、耐紫外光照的PP管材。

[0054] 2、实施例5所制备的抗菌、耐紫外光照的PP管材具有高效、广谱、持久的抗菌效果，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌、霉菌等菌种的抗菌率达到95%以上；且该材料的常温冲击强度为6.3KJ/m2，低温冲击强度为3.5KJ/m2，拉伸强度为28MPa，弯曲强度为50MPa，其强度与实施例4相比，强度下降较大，经紫外光照700小时后，其各强度下降低于15%。上述数据显示，PE的加入提高了管的强度。

[0055] 实施例6

[0056] 本实施例为对照组：未抗菌功能化和未添加紫外吸收剂的PP/PE管。

[0057] 1、（1）本实施例的管材按重量份数计由以下组分构成：PP/PE共混物：60份，有机化蒙脱土：10份，过氧化二异丙苯：0.5份，马来酸酐：9份，聚烯烃弹性体：5份，硅烷类偶联剂：2份，聚乙烯蜡：1份，灰色色母料：2份。

[0058] （2）配制质量比为40:10的PP/PE共混物。

[0059] （3）其中，（1）中的聚烯烃弹性体是由乙烯、辛烯共聚制得；硅烷类偶联剂为H2N(CH2)3Si(OC2H5)3。

[0060] （4）将（1）中的组分在温度为90℃条件下，以混合速度为1000r/min进行高速热混，得到混合均匀后的原料混合物A；再将原料混合物A通过双螺杆挤出机进行挤出成型，挤出温度控制在170℃～220℃，挤出后材料复合成型，最终得PP/PE管材。

[0061] 2、本实施例所制备的PP/PE管材对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌、霉菌等菌种的抗菌率均小于5%；且该材料的常温冲击强度为7.6KJ/m2，低温冲击强度为6.1KJ/m2，拉伸强度为30MPa，弯曲强度为56MPa，经紫外光照700小时后，其各强度下降均大于50%。

[0062] 此实施例所制备的材料基本无抗菌效果，其紫外光照后强度下降明显，说明在本发明中，对PP/PE管进行抗菌功能化大大提高了材料的抗菌效果，同时，本发明加入紫外吸收剂-炭黑，大大降低了材料经紫外光照后的强度损失，是一种有效的延长PP/PE管寿命的方法。