一种防垢、抗静电型PPR管材及其制备方法与流程

一种防垢、抗静电型ppr管材及其制备方法
技术领域
1.本发明属于ppr管材技术领域，具体涉及一种防垢、抗静电型ppr管材及其制备方法。


背景技术：

2.pp-r管材因其质轻、价廉、安全、稳定性好，而被广泛应用于建筑家装冷热水系统。然而，在管材生产、加工、运输以及使用过程中，往往产生静电，极易导致起火燃烧的安全事故；同时，普通ppr管材在使用3～5年后，管道内壁会因水垢、微生物及铁锈沉积而结垢，严重影响了饮用水健康，并且会缩短用水设备的使用寿命。因此，需要开发一种抗静电、防结垢技术，使得管材在生产下线后不易产生静电，并且在使用过程中不易结垢，能够提高管材生产加工及储运过程中的安全性，并且延长管材在使用过程中的卫生性能。


技术实现要素：

3.本发明目的在于提供一种防垢、抗静电型ppr管材及其制备方法，以解决现有技术ppr管材易产生静电和结垢的缺陷。
4.为实现上述目的，本发明的方案如下：
5.一种防垢、抗静电型ppr管材，按重量份计包括ppr 100份，导电碳材料0.35～1.26份，低表面能母粒1.25～3.68份，色母1.7～3.8份；所述低表面能母粒为硅酮母粒、含全氟辛基三乙氧基硅烷的ppr载体母粒、含十三氟辛基三甲氧基硅烷的lldpe载体母粒中的至少一种。
6.进一步地，所述导电碳材料为石墨烯、碳纳米管或其改性复合材料、石墨中的至少一种。
7.优选地，所述导电碳材料为磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料。
8.更优选地，按ppr添加的重量份为100份计，所述磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料添加量为0.35～0.65份。
9.本发明另一个目的在于提供以上所述ppr管材中的组分在制备ppr管材中的应用。
10.本发明又一个目的在于提出以上所述ppr管材的制备方法，包括如下步骤：分别按照重量份称取各组分混合搅拌后，通过单螺杆挤出机挤出成型为管材。
11.进一步地，所述单螺杆挤出机挤出时，第一段挤出温度为180～185℃，第二段挤出温度为185～195℃，第三段挤出温度为195～200℃，口模温度为200～210℃，螺杆的转速为75～100r/min。
12.本发明另一个目的在于提供以上所述ppr管材的制备方法，当添加磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料作为导电材料时，将所述磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料与ppr按照1:(30～50)质量比进行预混得到母粒，然后将母粒与余量的ppr、及其他组分按照重量份混合搅拌后，通过单螺杆挤出机挤出成型为管材。
13.进一步地，所述导电母粒的长径比为80-200。
14.本发明以上所述制备方法得到的ppr管材，电阻为1.0
×
104ω～1.0
×
108ω，对水珠的静态接触角＞140
°
，充分解决现有技术ppr管材存在的缺陷。
15.相比现有技术，本发明的有益效果为：
16.本发明通过添加合适的导电材料及低表面能母粒使所得管材能够有效解决ppr生产及储运过程中产生的静电问题，提高其使用的安全性；同时，能够防止流水中的杂质堆积，防止水垢沉积在管材内壁，能够确保饮用水的安全并延长用水设备的使用寿命。
具体实施方式
17.为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
18.在一个实施例中，提供一种防垢、抗静电型ppr管材，按重量份计包括ppr 100份，导电碳材料0.35～1.26份，低表面能母粒1.25～3.68份，色母1.7～3.8份；所述低表面能母粒为硅酮母粒、含全氟辛基三乙氧基硅烷的ppr载体母粒、含十三氟辛基三甲氧基硅烷的lldpe载体母粒中的至少一种。
19.以上所述ppr管材组分通过挤出方式制备得到ppr管材电阻性能为1.0
×
104ω～1.0
×
108ω，对水珠的静态接触角＞140
°
，水珠在其表面具有良好的滚动性。管材其它性能符合gb/t 18742.2-2017的相关要求。充分解决现有技术ppr管材存在的缺陷。通过添加合适的导电材料及低表面能母粒使所得管材能够有效解决ppr生产及储运过程中产生的静电问题，提高其使用的安全性；同时，能够防止流水中的杂质堆积，防止水垢沉积在管材内壁，能够确保饮用水的安全并延长用水设备的使用寿命。
20.所述的，硅酮母粒、含全氟辛基三乙氧基硅烷的ppr载体母粒、含十三氟辛基三甲氧基硅烷的lldpe载体母粒中活性成分的质量比为不低于40％。
21.在优选的实施例中，所述导电碳材料为石墨烯、碳纳米管或其改性复合材料、石墨中的至少一种；优选所述导电碳材料为磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料。碳纳米管及其复合材料能够更好地形成导电通道，提高抗静电效果。磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料一方面借助聚苯胺较强的电荷转移活性，另一方面避免了导电材料影响ppr制备过程因模口积料导致加工难的问题。
22.在更优选的实施例中，按ppr添加的重量份为100份计，所述磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料添加量为0.35～0.65份。添加量的设计兼顾了抗静电性能和加工性能两个方面的考虑。
23.在另一个实施例中，提供ppr管材的制备方法，包括如下步骤：分别按照重量份称取各组分混合搅拌后，通过单螺杆挤出机挤出成型为管材。所述单螺杆挤出机挤出时，第一段挤出温度为180～185℃，第二段挤出温度为185～195℃，第三段挤出温度为195～200℃，口模温度为200～210℃，螺杆的转速为75～100r/min。
24.在优选的实施例中，当添加磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料作为导电材料时，将所述磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料与ppr按照1:(30～50)质量比进行预混得到导电母粒，导电母粒的长径比为80-200。然后将导电母粒与余量的ppr、及其他组分按照重量份混合搅拌后，通过单螺杆挤出机挤出成型为管材。将碳纳米管复合导电材料通过与ppr预混
制出母粒后再进行加工时进一步提高挤出效率。
25.以下是本发明提供的具体配方，以及制备所得产品的性能，用于验证本发明的原理及技术效果。实施例中，磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料可根据文献“李嘉博等，碳纳米管/磺化聚苯胺复合材料的制备[j].当代化工,2011”的报道进行制备，其他各组分均为市售，其中各类低表面能母粒中活性成分质量比均为40％。
[0026]
ppr 100份，导电碳材料0.35～1.26份，低表面能母粒1.25～3.68份，色母1.7～3.8份；所述低表面能母粒为硅酮母粒、含全氟辛基三乙氧基硅烷的ppr载体母粒、含十三氟辛基三甲氧基硅烷的lldpe载体母粒中的至少一种。
[0027]
配方1
[0028]
ppr管材配方：ppr 100kg，石墨0.40kg，硅酮母粒1.25kg，色母1.8kg。
[0029]
配方2
[0030]
ppr管材配方：ppr 100kg，石墨烯0.30kg、石墨0.30kg，硅酮母粒1.50kg、含十三氟辛基三甲氧基硅烷的lldpe载体母粒1.0kg，色母2kg。
[0031]
配方3
[0032]
ppr管材配方：ppr 100kg，碳纳米管1.20kg，含全氟辛基三乙氧基硅烷的ppr载体母粒1kg、含十三氟辛基三甲氧基硅烷的lldpe载体母粒2.6kg，色母3.8kg。
[0033]
配方4
[0034]
ppr管材配方：ppr 100kg，磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料0.40kg，硅酮母粒1.25kg，色母1.8kg。
[0035]
配方5
[0036]
ppr管材配方：ppr 100kg，磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料0.60kg，硅酮母粒1.50kg、含十三氟辛基三甲氧基硅烷的lldpe载体母粒1.0kg，色母2kg。
[0037]
配方6
[0038]
ppr管材配方：ppr 100kg，磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料1.20kg，硅酮母粒1.50kg、含全氟辛基三乙氧基硅烷的ppr载体母粒1kg、含十三氟辛基三甲氧基硅烷的lldpe载体母粒1.1kg，色母3.8kg。
[0039]
实施例1
[0040]
将配方1-3提供的ppr管材配方称取各组分混合搅拌后，通过单螺杆挤出机挤出成型为管材。所述单螺杆挤出机挤出时，第一段挤出温度为180℃，第二段挤出温度为190℃，第三段挤出温度为198℃，口模温度为205℃，螺杆的转速为90r/min。
[0041]
实施例2
[0042]
将配方4-6提供的ppr管材配方称取各组分，先将磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料与ppr按照1:35的质量比进行预混，并制备得到长径比为100的导电母粒。然后和余料混合搅拌后，按照实施例1的条件通过单螺杆挤出机挤出成型为管材。
[0043]
实施例3
[0044]
将实施例4-6提供的ppr管材配方称取各组分，先将磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料与ppr按照1:50的质量比进行预混，并制备得到长径比为200的导电母粒。然后和余料混合搅拌后，按照实施例1的条件通过单螺杆挤出机挤出成型为管材。
[0045]
对比例1
[0046]
将实施例4-6提供的ppr管材配方称取各组分并直接混合搅拌，按照实施例1的条件通过单螺杆挤出机挤出成型为管材。
[0047]
对比例2
[0048]
将实施例4-6提供的ppr管材配方称取各组分，先将磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料与ppr按照1:50的质量比进行预混，并制备得到长径比为300的导电母粒。然后和余料混合搅拌后，按照实施例1的条件通过单螺杆挤出机挤出成型，但发现存在模口积料，挤出效率低。
[0049]
实验例
[0050]
针对上述制备例得到的ppr管材，以dn110管材(厚度在3.2-3.8mm)为例，正常生产可控制到3.22-3.35之间。
[0051]
1)按照gb/t 18742.2-2017标准的要求，分别检测实施例1-3管材的拉伸强度、弯曲强度、压缩性能、疲劳强度、断裂韧度、冲击性能、拉伸性能、弯曲性能，结果均符合标准要求。
[0052]
但通过对比，实施例2-3相对实施例1所得的管材拉伸强度提高了25-27％，弯曲强度提高了15-18％，断裂伸长率提高了17-20％，冲击强度提高了20-22％。可能的原因是，由于磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料相对传统的导电碳材料与ppr有更好的相容性，有助于粒子的分散及材料的挤出，改善物理性能。
[0053]
2)抗静电性能测试：对以上实施例1-3和对比例1-2得到的按照mt-181标准检测导电性能，以表明电阻值作为参考对象，对ppr管材外壁电阻值进行检测。结果如表1所示。
[0054]
表1：ppr管材外壁电阻值测试结果
[0055][0056]
从表1中不难看出，实施例1添加有石墨烯、碳纳米管或石墨导电碳材料中的一种或多种时，表明电阻能够达到低于107的量级，相比普通市售非抗静电ppr管材(＞1
×
109ω)明显降低。另外，实施例2添加有磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料时能够进一步降低电阻值起到更显著的抗静电效果。对比例1没有对导电复合材料将ppr料进行预混时导电性能降低，且对比例2中预混制得的复合材料长径比过大时不利于管材的挤出，影响生产效率。
[0057]
3)防垢性能测试：以检测管材内壁的静态接触角为参考，以接触角作为防垢性能指标。具体操作方法为：管材切开裁成30mm
×
50mm的方块，使用接触角仪，设置去离子水滴的直径约为1.5mm，采用微量注射器滴加管材内壁表面，取3个不同位置测量值的平均值作为测量的接触角。
[0058]
4)检测结果如表2所示。
[0059]
表2：防垢性能检测结果
[0060]
接触角配方1配方2配方3配方4配方5配方6实施例1142
°
143
°
144
°
———实施例2———151
°
152
°
153
°
实施例3———152
°
154
°
156
°
对比例1———144
°
146
°
145
°
对比例2———151
°
153
°
154
°
[0061]
由表2的结果不难看出，实施例1-3中检测的接触角均高于140
°
，具备显著的防垢能力，但实施例2-3相比实施例效果更显著，可能的原因在于：磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料中由于聚苯胺自身具备疏水性，且与ppr相容性好，能够产生一定的协同作用。对比例1没有进行导电材料预混合，和对比例2长径比过大相对实施例2-3疏水性较差说明将导电材料进行预混合制备母粒和合适的长径比对于管材的物理性能存在一定的影响。
[0062]
上述参照具体实施方式对本发明技术方案进行了详细的描述，但实施实例的描述是说明性而并非限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明技术的实质和范围下的变化和优化，应属本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种防垢、抗静电型ppr管材，其特征在于，按重量份计包括ppr 100份，导电碳材料0.35～1.26份，低表面能母粒1.25～3.68份，色母1.7～3.8份；所述低表面能母粒为硅酮母粒、含全氟辛基三乙氧基硅烷的ppr载体母粒、含十三氟辛基三甲氧基硅烷的lldpe载体母粒中的至少一种。2.根据权利要求1所述的ppr管材，其特征在于，所述导电碳材料为石墨烯、碳纳米管或其改性复合材料、石墨中的至少一种。3.根据权利要求1所述的ppr管材，其特征在于，所述导电碳材料为磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料。4.根据权利要求3所述的ppr管材，其特征在于，按ppr添加的重量份为100份计，所述磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料添加量为0.35～0.65份。5.权利要求1-4任意一项所述ppr管材中的组分在制备ppr管材中的应用。6.权利要求1所述ppr管材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：分别按照重量份称取各组分混合搅拌后，通过单螺杆挤出机挤出成型为管材。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述单螺杆挤出机挤出时，第一段挤出温度为180～185℃，第二段挤出温度为185～195℃，第三段挤出温度为195～200℃，口模温度为200～210℃，螺杆的转速为75～100r/min。8.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述导电碳材料为磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料；制备时将所述磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料与ppr按照1:(30～50)质量比进行预混得到导电母粒，然后将母粒与余量的ppr、及其他组分按照重量份混合搅拌后，通过单螺杆挤出机挤出成型为管材。9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述导电母粒的长径比为80-200。10.权利要求6-9任意一项所述制备方法得到的ppr管材，其特征在于，电阻为1.0
×
104ω～1.0
×
108ω，对水珠的静态接触角＞140
°
。

技术总结
本发明公开了一种防垢、抗静电型PPR管材及其制备方法，按重量份计包括PPR 100份，导电碳材料0.35～1.26份，低表面能母粒1.25～3.68份，色母1.7～3.8份；所述低表面能母粒为硅酮母粒、含全氟辛基三乙氧基硅烷的PPR载体母粒、含十三氟辛基三甲氧基硅烷的LLDPE载体母粒中的至少一种；所述组分制备得到的管材能够有效解决PPR生产及储运过程中产生的静电问题，提高其使用的安全性；同时，能够防止流水中的杂质堆积，防止水垢沉积在管材内壁，能够确保饮用水的安全并延长用水设备的使用寿命。用水的安全并延长用水设备的使用寿命。


技术研发人员：陈厚忠
受保护的技术使用者：武汉金牛经济发展有限公司
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/8/13