技术领域
[0001] 本实用新型涉及管材生产技术领域，具体的说，一种抑菌防结垢功能管。
相关背景技术
[0002] 传统给水管道在使用过程中因有害细菌、霉菌等微生物的滋生蔓延会造成饮用水的二次污染，对人们生活健康造成危害。赋予管道抗菌功能则可以有效抑制有害细菌在管道中的生长，从而保证饮用水的健康、安全。近几年的抗菌管主要推行的是纳米银抗菌管，纳米银具有很好的抗菌效果，但是其安全性一直受国内外研究人员的质疑。研究认为，银离子具有很强的氧化性, 进入人体内的银离子积累过多还会引起内脏器官水肿等症状。而纳米微粒的强渗透性不仅仅为药物的使用提供了有效性，同时，也对人体健康提出了潜在威胁。因此，开发一种具有一定抗菌功能又安全健康的管材，是非常有意义的课题。铜是人类最早发现和使用的金属材料，几千年的使用认证了其安全可靠，而铜离子又是人类不可或缺的元素，且铜材料的抗菌性能早已得到认证。《涉水产品分类目录》中，明确了其为输配水的使用材料之一。因此，将铜材料应用到输水管道中具有一定的开发价值。
[0003] 市场上，含铜管道主要是铜管和铜塑复合管。但是铜管的成本高，其连接处容易出现漏水；而铜塑复合管是在塑料管内内衬铜管，虽然成本略有下降，但其铜塑界面处仍存在分层隐患。因此开发一种全新的含铜管道产品。因此，我们提出，将铜粉微粒与聚烯烃树脂共混复合作为抗菌层材料制备新型抗菌管道，作为抗菌管开发的迭代升级。
[0004] 此外，为了进一步提高管材的耐压性能，又区别于传统的金属材料增强复合管，本实用新型还引入具有高强度的工程塑料POM的纤维增强改性材料作为增强层，通过多层共挤，生产工艺简单，而改性材料能够更好的与基体树脂相结合，从而保证该新型管材具有稳定的耐压性能。实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抑菌防结垢功能管。
[0006] 本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007] 一种抑菌防结垢功能管，管材内层为具有抑菌防结垢功能的改性聚烯烃材料，第二层为热熔胶，第三层为纤维增强POM材料，第四层为热熔胶层，第五层为聚烯烃材料；管材内层与第三层之间通过第二层进行连接，第五与第三层之间通过第四层进行连接。
[0008] 其中：
[0009] 内层树脂中引入微纳米铜粉或载铜蒙脱石，可实现抑菌防结垢的效果；同时，中间层引入纤维增强聚甲醛材料，提高了整体管材的强度，进一步实现管材的更高耐压的能力。
[0010] 所述的管材内层的基体树脂材料是PPR、PE、PERT、PB中的一种，且加入抑菌防结垢改性材料。
[0011] 所述管材内层的抑菌防结垢改性材料为微纳米铜粉，载铜蒙脱石或者载铜蒙脱石杂化材料中的一种。其中选用微纳米铜粉的粒径为100～800nm，微纳米铜粉在管材内层中的质量分数为0.1～1％；
[0012] 载铜蒙脱石的铜离子含量为50～100mg/g，粒径为500纳米～1微米，载铜蒙脱石在管材内层中的质量分数为0.5～5％。
[0013] 载铜蒙脱石杂化材料，粒径为500纳米～1微米，载铜蒙脱石杂化材料在管材内层中的质量分数为0.5～5％。
[0014] 载铜蒙脱石杂化材料的制备方法，其具体步骤为：
[0015] 首先将蒙脱石加入五水硫酸铜的溶液中，进行微波搅拌，在40～60℃条件反应6h，通过离心处理至蒙脱石完全沉淀，然后用去离子水清洗，并保留部分水，形成悬浮液，得到载铜蒙脱石初产物；再加入氨基硅烷的乙醇溶液中，采用用冰醋酸调节pH值为3～5，80℃回流搅拌6h；反应结束后过滤、用去离子水清洗，加水形成载铜有机改性蒙脱石悬浮液；最后与氧化石墨烯悬浮液共混，超声1h后继续搅拌2h，然后沉淀、过滤、冷冻干燥，制成载铜蒙脱石杂化材料。
[0016] 蒙脱石与五水硫酸铜的质量比为1:2；
[0017] 载铜蒙脱石初产物在悬浮液中的质量分数为5～10％；
[0018] 氨基硅烷的在乙醇中的质量分数为5％；
[0019] 载铜蒙脱石初产物的悬浮液和氨基硅烷的乙醇溶液的质量比为5:1；
[0020] 氧化石墨烯在氧化石墨烯悬浮液中的质量分数为1～5％；氧化石墨烯悬浮液是将氧化石墨烯溶于水中形成悬浮液；
[0021] 载铜有机改性蒙脱石悬浮液与氧化石墨烯悬浮液的质量比为3:1；
[0022] 氧化石墨烯具有独特的二维(2D)蜂窝状疏水平面结构和亲水基团，其边缘含有羧基(～COOH)和羟基(～OH)基团，使其有备优异的抗菌活性。氧化石墨烯可以对细菌薄膜进行机械破坏而达到抗菌功能。
[0023] 载铜蒙脱石杂化材料：为核壳双层结构，其表层为石墨烯包裹，其内层为载铜有机改性蒙脱石复合材料。
[0024] 所述管材第三层为增强层，通过共挤加工温度接近的纤维增强POM，实现管材整体强度的提升，为保证与基体树脂之间不分层，在第二、第四层使用热熔胶保证与基体树脂直接的结合力。其中，所使用的纤维可为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维中的一种。
[0025] 所述管材各层之间的比例为：内层5～20％；第二层0～10％；第三层0～ 40％；第四层0～10％；第五层25～80％。
[0026] 所述管材内层，外层基体树脂材料是PPR、PE、PERT、PB中的一种。
[0027] 与现有技术相比，本实用新型的积极效果是：
[0028] 1.引用无毒、安全的微纳米铜材料作为抗菌成分应用于生活用管道中，使新一代抑菌防结垢管道产品的卫生性能优异，是原有抗菌产品的迭代升级。
[0029] 2.选用与聚烯烃加工温度接近的POM改性材料作为增强层，通过共挤既保证了与基体树脂间的作用力，保证产品不分层；又可以实现管材与管件的热熔连接，保证管道产品施工便利，且稳定可靠。
[0030] 3.抗菌材料可以制备成母粒，也可以直接共混挤出；POM增强材料可制成改性粒料直接用于生产；整个生产过程可以沿用原有挤出设备，工艺操作简单，可实现工业化生产。
具体实施方式
[0033] 以下提供本实用新型一种抑菌防结垢功能管的具体实施方式。
[0034] 实施例1
[0035] 一种抑菌防结垢功能管，管材内层为微纳米铜粉改性HDPE管材，第三层为玻璃纤维增强POM材料，两者之间通过热熔胶粘结，最外层为HDPE基材。其中：
[0036] 管材内层中，添加的微纳米铜粉的粒径为500nm，通过先制备10％的改性母粒，然后以8％的添加比例与HDPE基料进行共混。
[0037] 管材第三层为玻璃纤维增强POM，其中纤维含量为25％，该改性料中含有8％的相容剂，保证纤维与POM基体之间的结合力。为了降低POM的结晶速率，适当添加5％的TPU进行调整。
[0038] 所述管材各层之间的比例为：内层1为10％；第二层2为10％；第三层 3为40％；第四层4为10％；第五层5为30％。
[0039] 该管材可以通过五层共挤设备直接挤出成型。
[0040] 内层的材料的抗菌性能的测试指标为：表1
[0041]实验菌种 抗菌性能值
大肠杆菌 6.3
金黄色葡萄球菌 6.2
[0042] 实施例2
[0043] 一种抑菌防结垢功能管，管材内层为载铜蒙脱石的改性PPR管材，第三层为玻璃纤维增强POM材料，两者之间通过热熔胶粘结，最外层为PPR基材。其中：
[0044] 管材内层中，添加的载铜蒙脱石的粒径为800nm，通过先制备10％的改性母粒，然后以10％的添加比例与HDPE基料进行共混。
[0045] 管材第三层为玻璃纤维增强POM，其纤维含量为25％，该改性料中含有 8％的相容剂，保证纤维与POM基体之间的结合力。为了降低POM的结晶速率，适当添加5％的TPU进行调整。
[0046] 所述管材各层之间的比例为：内层12％；第二层8％；第三层32％；第四层8％；第五层40％。
[0047] 该管材可以通过五层共挤设备直接挤出成型。
[0048] 内层的材料的抗菌性能的测试指标为：表2
[0049]实验菌种 抗菌性能值
大肠杆菌 3.2
金黄色葡萄球菌 2.9
[0050] 实施例3
[0051] 一种抑菌防结垢功能管，管材内层为载铜蒙脱石杂化材料的改性HDPE 管材，第三层为玄武岩纤维增强POM材料，两者之间通过热熔胶粘结，最外层为HDPE基材。其中：
[0052] 管材内层中，添加的载铜蒙脱石杂化材料的粒径为200nm，通过先制备 10％的改性母粒，然后以5％的添加比例与HDPE基料进行共混。
[0053] 管材第三层为玄武岩纤维增强POM，其纤维含量为25％，该改性料中含有8％的相容剂，保证纤维与POM基体之间的结合力。为了降低POM的结晶速率，适当添加5％的TPU进行调整。
[0054] 所述管材各层之间的比例为：内层20％；第二层10％；第三层30％；第四层10％；第五层30％。
[0055] 该管材可以通过五层共挤设备直接挤出成型。
[0056] 载铜蒙脱石杂化材料的制备方法，其具体步骤为：
[0057] 首先将蒙脱石加入五水硫酸铜的溶液中，进行微波搅拌，在40～60℃条件反应6h，通过离心处理至蒙脱石完全沉淀，然后用去离子水清洗，并保留部分水，形成悬浮液，得到载铜蒙脱石初产物；再加入氨基硅烷的乙醇溶液中，采用用冰醋酸调节pH值为3～5，80℃回流搅拌6h；反应结束后过滤、用去离子水清洗，加水形成载铜有机改性蒙脱石悬浮液；最后与氧化石墨烯悬浮液共混，超声1h后继续搅拌2h，然后沉淀、过滤、冷冻干燥，制成载铜蒙脱石杂化材料。
[0058] 蒙脱石与五水硫酸铜的质量比为1:2；
[0059] 载铜蒙脱石初产物在悬浮液中的质量分数为7％；
[0060] 氨基硅烷的在乙醇中的质量分数为5％；
[0061] 载铜蒙脱石初产物的悬浮液和氨基硅烷的乙醇溶液的质量比为5:1；
[0062] 氧化石墨烯在氧化石墨烯悬浮液中的质量分数为1～5％；氧化石墨烯悬浮液是将氧化石墨烯溶于水中形成悬浮液；
[0063] 载铜有机改性蒙脱石悬浮液与氧化石墨烯悬浮液的质量比为3:1；
[0064] 内层的材料的抗菌性能的测试指标为：表3
[0065]实验菌种 抗菌性能值
大肠杆菌 5.5
金黄色葡萄球菌 5.7
[0066] 实施例4
[0067] 一种抑菌防结垢功能管，管材内层为载铜蒙脱石杂化材料的改性HDPE 管材，第三层为玄武岩纤维增强POM材料，两者之间通过热熔胶粘结，最外层为HDPE基材。其中：
[0068] 管材内层中，添加的载铜蒙脱石杂化材料的粒径为200nm，通过先制备 10％的改性母粒，然后以5％的添加比例与HDPE基料进行共混。
[0069] 管材第三层为玄武岩纤维增强POM，其纤维含量为25％，该改性料中含有8％的相容剂，保证纤维与POM基体之间的结合力。为了降低POM的结晶速率，适当添加5％的TPU进行调整。
[0070] 所述管材各层之间的比例为：内层20％；第二层10％；第三层30％；第四层10％；第五层30％。
[0071] 该管材可以通过五层共挤设备直接挤出成型。
[0072] 载铜蒙脱石杂化材料的制备方法，其具体步骤为：
[0073] 首先将蒙脱石加入五水硫酸铜的溶液中，进行微波搅拌，在40～60℃条件反应6h，通过离心处理至蒙脱石完全沉淀，然后用去离子水清洗，并保留部分水，形成悬浮液，得到载铜蒙脱石初产物；再加入氨基硅烷的乙醇溶液中，采用用冰醋酸调节pH值为3～5，80℃回流搅拌6h；反应结束后过滤、用去离子水清洗，加水形成载铜有机改性蒙脱石悬浮液；然后用去离子水清洗，过滤、冷冻干燥，制成载铜蒙脱石杂化材料。
[0074] 蒙脱石与五水硫酸铜的质量比为1:2；
[0075] 载铜蒙脱石初产物在悬浮液中的质量分数为7％；
[0076] 氨基硅烷的在乙醇中的质量分数为5％；
[0077] 载铜蒙脱石初产物的悬浮液和氨基硅烷的乙醇溶液的质量比为5:1；
[0078] 内层的材料的抗菌性能的测试指标为：表4
[0079]实验菌种 抗菌性能值
大肠杆菌 4.8
金黄色葡萄球菌 5.1
[0080] 从抗菌性能，与实施例3相比，抗菌性能下降了10％左右，主要是原因是氧化石墨烯的协同作用。
[0081] 实施例5
[0082] 一种抑菌防结垢功能管，管材内层为微纳米铜粉改性HDPE管材，最外层为HDPE基材。其中：
[0083] 管材内层中，添加的微纳米铜粉的粒径为500nm，通过先制备10％的改性母粒，然后以8％的添加比例与HDPE基料进行共混。
[0084] 所述管材各层之间的比例为：内层10％；第五层90％。
[0085] 该管材可以通过二层共挤设备直接挤出成型。
[0086] 内层的材料的抗菌性能的测试指标为：表1
[0087]实验菌种 抗菌性能值
大肠杆菌 6.8
金黄色葡萄球菌 6.5
[0088] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围内。
