CN118956062A - 一种mupp抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，涉及材料技术领域，以聚丙烯为基础，以融合剂、改性抗菌防霉组分和功能性纤维增强组分为辅料，经混合、熔融挤出工艺制得。其中改性抗菌防霉组分由硝酸银粉末、双组分抗菌剂、柠檬酸钠和去离子水经搅拌、还原后进行杂质去除，并最终通过冷冻干燥的方式制得。通过本发明的制备方案，可对传统的聚丙烯管材进行改性，增加聚丙烯管材的抗菌、防霉、阻燃效果，同时具备静音效果，绿色环保，且有效延长了排水管材的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材。
背景技术
随着科技生活的不断发展，人们对环保、舒适的居住环境追求要求也在不断的升高，其中良好的排水系统能够有效提升居住环境的整体舒适性，因此使用良好优质的排水管材能够使其事半功倍。目前商业住宅多采用PVC管材，即聚氯乙烯管材为主。但PVC管材的隔音效果较差，需要配合隔音棉进行组合使用，操作繁琐。而随着科技的发展，也延伸出了PE管材，即聚乙烯管材，但仍然存在阻燃性差、抑菌性差、承压能力较弱的问题，使得建筑安全仍然存在较大隐患。
公告号为CN108192221B的发明专利公开了一种阻燃耐高温增强聚丙烯静音排水管及其应用，采用多层复合的方式，通过添加紫外线吸收剂、溴类化合物和硬脂酸盐等原料进行混合配比的方式，对聚丙烯管材进行改性，使其具备一定的阻燃静音效果，但并未对抑菌效果进行研究与具体说明，同时多层复合的方式需要将原料分层混合配比，操作较为繁琐。
发明内容
发明目的：提供一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案：一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，按照重量份数计，包括以下原料：
聚丙烯 60-70份；
融合剂 10-20份；
改性抗菌防霉组分 3.5-4.5份；
功能性纤维增强组分 5-7份；
抗氧剂 0.5-1.5份；
润滑分散剂 1-2份；
水性丙烯酸树脂 1-2份；
所述排水管材的制备方法包括以下步骤：
S1、将上述重量份的原料依次称取，备用；
S2、将聚丙烯、融合剂、改性抗菌防霉组分、功能性纤维增强组分、抗氧剂、润滑分散剂和水性丙烯酸树脂依次加入至搅拌机中，控制搅拌速度为1500-2000r/min，温度为180-200℃，机械搅拌混合60-90min，制得混合物料；
S3、将混合物料通过液体喂料机喂入双螺杆挤出机中，将各段温度依次控制为160-170℃、170-180℃、180-190℃、190-200℃、200-210℃、210-220℃，将熔融挤出后的物料切段，即可制得排水管材。
在进一步的实施例中，所述融合剂的制备方法如下所示：
将钼酸钠二水化合物、酰基氨基酸溶剂、氯化镧和银溶胶导入至立式搅拌罐中进行室温搅拌20-30min，搅拌速度控制为50-60r/min，将搅拌混合后的悬浮液倒入至到内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，在170-180℃下反应6-8h，过滤得到沉淀产物；将沉淀产物用蒸馏水多次洗涤，并再经真空干燥处理，即可制得融合剂。
在进一步的实施例中，所述改性抗菌防霉组分的制备方法如下所示：
SS1、将硝酸银粉末、双组分抗菌剂、柠檬酸钠和去离子水倒入至搅拌罐中，控制搅拌速度为1000-1500r/min，温度为80-90℃，机械搅拌混合20-30min；
SS2、在进行机械搅拌的同时，向混合溶液中逐量加入还原剂，直至溶液颜色变为深棕色或黑色即停止还原剂的加入；
SS3、停止搅拌后，将混合溶液自然冷却至室温，通过离心过滤机对混合溶液进行杂质去除；将去除杂质后的混合溶液通过冷冻干燥的方式处理，即可制得改性抗菌防霉组分。
在进一步的实施例中，步骤SS1中，所述双组分抗菌剂为壳聚糖和聚乙烯醇混合物。
在进一步的实施例中，步骤SS1中，所述硝酸银粉末、双组分抗菌剂、柠檬酸钠和去离子水的质量比为1：1：0.5：1.5。
在进一步的实施例中，所述功能性纤维增强组分的制备方法如下所示：
SR1、将二氧化硅倒入高温熔炉中，温度为1700-1800℃，进行熔融处理；将熔融所得溶液通过离心纺丝机进行纤维化处理；
SR2、将纤维化后的物料与膨胀阻燃剂、羟基阻燃剂通过真空浸渍机进行浸渍处理，浸渍槽温度为220-250℃；对浸渍完成后的物料进行固化处理，即可制得功能性纤维增强组分。
在进一步的实施例中，步骤SR2中，所述膨胀阻燃剂为氧化石墨烯、氧化硼和纳米二氧化硅复合物。
在进一步的实施例中，步骤SR2中，所述羟基阻燃剂为磷酸三甲苯酯、十溴二苯乙烷和氢氧化铝复合物。
在进一步的实施例中，步骤SR2中，所述膨胀阻燃剂和羟基阻燃剂的质量比为1：1。
在进一步的实施例中，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168或抗氧剂626中的任一种；所述润滑分散剂为磷酸三甲苯酯或磷酸三甲酚酯。
有益效果:
（1）本发明通过制备改进抗菌组分作为辅助添加剂，通过对硝酸银粉末、双组分抗菌剂、柠檬酸钠和去水离子的物理共混掺入各原料中，对各原料中的活性基团进行必要的修饰改性来增强原料之间的相容性，并通过离心去杂质的方式来提升组分的纯度，使其具备较强的抗菌防霉、抗氧化效果，进而可赋予聚丙烯管材长效抗菌防霉的效果。
（2）本发明通过制备功能性纤维增强组分作为添加剂，通过对熔融制得的二氧化硅纤维物浸渍膨胀阻燃剂和羟基阻燃剂，对纤维物表面进行附层融合处理，使其具有阻燃和隔音性能，进而可赋予聚丙烯管材良好的阻燃和隔音效果。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为光学显微镜下本发明改性抗菌防霉组分中纳米银（AgNPs）的形貌和分布图像。
图2为本发明PP试样品与MUPP试样品的锥形量热测试对比曲线图，其中（a）为热释放率曲线图，（b）为总热释放率曲线图，（c）为总烟雾释放量曲线图，（d）为残留物曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清除、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，按照重量份数计，包括以下原料：
聚丙烯 60份；
融合剂 10份；
改性抗菌防霉组分 3.5份；
功能性纤维增强组分 5份；
抗氧剂1010 0.5份；
磷酸三甲苯酯 1份；
水性丙烯酸树脂 1份；
所述排水管材的制备方法包括以下步骤：
S1、将上述重量份的原料依次称取，备用；
S2、将聚丙烯、融合剂、改性抗菌防霉组分、功能性纤维增强组分、抗氧剂1010、磷酸三甲苯酯和水性丙烯酸树脂依次加入至搅拌机中，控制搅拌速度为1500r/min，温度为180℃，机械搅拌混合90min，制得混合物料；
S3、将混合物料通过液体失重式喂料机喂入双螺杆挤出机中，将各段温度依次控制为165℃、175℃、185℃、195℃、205℃、215℃，将熔融挤出后的物料切段，即可制得排水管材。
实施例2
一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，按照重量份数计，包括以下原料：
聚丙烯 65份；
融合剂 15份；
改性抗菌防霉组分 4份；
功能性纤维增强组分 6份；
抗氧剂1076 1份；
磷酸三甲酚酯 1.5份；
水性丙烯酸树脂 1.5份；
所述排水管材的制备方法包括以下步骤：
S1、将上述重量份的原料依次称取，备用；
S2、将聚丙烯、融合剂、改性抗菌防霉组分、功能性纤维增强组分、抗氧剂1076、磷酸三甲酚酯和水性丙烯酸树脂依次加入至搅拌机中，控制搅拌速度为1700r/min，温度为200℃，机械搅拌混合70min，制得混合物料；
S3、将混合物料通过液体失重式喂料机喂入双螺杆挤出机中，将各段温度依次控制为165℃、175℃、185℃、195℃、205℃、215℃，将熔融挤出后的物料切段，即可制得排水管材。
实施例3
一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，按照重量份数计，包括以下原料：
聚丙烯 70份；
融合剂 20份；
改性抗菌防霉组分 4.5份；
功能性纤维增强组分 7份；
抗氧剂1076 1.5份；
磷酸三甲酚酯 2份；
水性丙烯酸树脂 2份；
所述排水管材的制备方法包括以下步骤：
S1、将上述重量份的原料依次称取，备用；
S2、将聚丙烯、融合剂、改性抗菌防霉组分、功能性纤维增强组分、抗氧剂1076、磷酸三甲酚酯和水性丙烯酸树脂依次加入至搅拌机中，控制搅拌速度为2000r/min，温度为200℃，机械搅拌混合60min，制得混合物料；
S3、将混合物料通过液体失重式喂料机喂入双螺杆挤出机中，将各段温度依次控制为165℃、175℃、185℃、195℃、205℃、215℃，将熔融挤出后的物料切段，即可制得排水管材。
对比例1
一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，按照重量份数计，包括以下原料：
聚丙烯 65份；
融合剂 15份；
水溶性纳米银颗粒 4份；
功能性纤维增强组分 6份；
抗氧剂1076 1份；
磷酸三甲酚酯 1.5份；
水性丙烯酸树脂 1.5份；
所述排水管材的制备方法包括以下步骤：
S1、将上述重量份的原料依次称取，备用；
S2、将聚丙烯、融合剂、改性抗菌防霉组分、水溶性纳米银颗粒、抗氧剂1076、磷酸三甲酚酯和水性丙烯酸树脂依次加入至搅拌机中，控制搅拌速度为1700r/min，温度为200℃，机械搅拌混合70min，制得混合物料；
S3、将混合物料通过液体失重式喂料机喂入双螺杆挤出机中，将各段温度依次控制为165℃、175℃、185℃、195℃、205℃、215℃，将熔融挤出后的物料切段，即可制得排水管材。
对比例2
一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，按照重量份数计，包括以下原料：
聚丙烯 65份；
融合剂 15份；
功能性纤维增强组分 6份；
抗氧剂1076 1份；
磷酸三甲酚酯 1.5份；
水性丙烯酸树脂 1.5份；
所述排水管材的制备方法包括以下步骤：
S1、将上述重量份的原料依次称取，备用；
S2、将聚丙烯、融合剂、改性抗菌防霉组分、功能性纤维增强组分、抗氧剂1076、磷酸三甲酚酯和水性丙烯酸树脂依次加入至搅拌机中，控制搅拌速度为1700r/min，温度为200℃，机械搅拌混合70min，制得混合物料；
S3、将混合物料通过液体失重式喂料机喂入双螺杆挤出机中，将各段温度依次控制为165℃、175℃、185℃、195℃、205℃、215℃，将熔融挤出后的物料切段，即可制得排水管材。
以上实施例和对比例中的融合剂采用以下方法制备：
将50g钼酸钠二水化合物、5g酰基氨基酸溶剂、3g氯化镧和2g银溶胶导入至立式搅拌罐中进行室温搅拌30min，搅拌速度控制为50r/min，将搅拌混合后的悬浮液倒入至到内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，在180℃下反应6h，过滤得到沉淀产物；将沉淀产物用蒸馏水多次洗涤，并再经真空干燥处理，即可制得融合剂。
钼酸钠二水化合物和酰基氨基酸溶剂可能起到稳定和分散银溶胶的作用，使其在溶液中保持稳定的分散状态。氯化镧可能作为一种催化剂或促进剂，加速融合反应的进行，或者改善融合剂的性能。银溶胶本身具有一定的抗菌性能，可能赋予融合剂一定的抗菌防霉活性。
采取0.5g的融合剂作为样品，与20mL浓度为0.2mol/L吡啶进行混合，搅拌4h，然后
向混合液中加入0.2mL的酚酞指示剂，并滴加浓度为0.02mol/L碳酸钠-乙醇标准溶液进行
滴定，直至溶液变色,记录所消耗的碳酸钠-乙醇标准溶液的体积，同时做空白试验，计算出
样品的活性基团（和）含量为0.775mmol/g。
以上实施例和对比例中的改性抗菌防霉组分采用以下方法制备：
SS1、将10g硝酸银粉末、10g双组分抗菌剂、5g柠檬酸钠和15g去离子水倒入至搅拌罐中，控制搅拌速度为1000r/min，温度为80℃，机械搅拌混合30min；
SS2、在进行机械搅拌的同时，向混合溶液中逐量加入亚硫酸氢钠，直至溶液颜色变为深棕色或黑色即停止亚硫酸氢钠的加入；
SS3、停止搅拌后，将混合溶液自然冷却至室温，通过离心过滤机对混合溶液进行杂质去除；将去除杂质后的混合溶液通过冷冻干燥的方式处理，即可制得改性抗菌防霉组分。
通过物理共混掺入双组分抗菌剂，对其表面的活性基团进行必要的修饰改性，并通过柠檬酸纳使得双组分抗菌剂中的壳聚糖溶解后释放氨基阳离子，与微生物表面带负电荷的基团结合，破坏微生物细胞细胞膜和细胞壁的保护屏障，从而起到良好的抑菌防霉效果。
采取0.5g的改性抗菌防霉组分，作为样品，进行上述同样的滴定实验，测得样品的
活性基团（和）的含量为0.359mmol/g，表面活性基团在与柠檬酸钠溶
解后，在融合剂的催化下，有效促进氨基阳离子的释放速度。
以上实施例和对比例中的功能性纤维增强组分采用以下方法制备：
SR1、将100g二氧化硅倒入高温熔炉中，温度为1800℃，进行熔融处理；将熔融所得溶液通过离心纺丝机进行纤维化处理；
SR2、将纤维化后的物料与50g膨胀阻燃剂、50g羟基阻燃剂通过真空浸渍机进行浸渍处理，浸渍槽温度为220℃；对浸渍完成后的物料进行固化处理，即可制得功能性纤维增强组分。
步骤SR2中，所述膨胀阻燃剂为氧化石墨烯、氧化硼和纳米二氧化硅复合物，且氧化石墨烯、氧化硼和纳米二氧化硅的质量为1：1：1。
步骤SR2中，所述羟基阻燃剂为磷酸三甲苯酯、十溴二苯乙烷和氢氧化铝复合物，且磷酸三甲苯酯、十溴二苯乙烷和氢氧化铝的质量为1：1：1。
将改性抗菌防霉组分取样至观察皿中，通过光学显微镜进行AgNPs团聚体和颗粒的观察，并获得AgNPs的形貌和分布图像。图1即为改性抗菌防霉组分的AgNPs图像，从图中观察可知改性抗菌防霉组分中的纳米银颗粒为分散状态，团聚性较差，能够增加与微生物接触的表面积，从而有效提升抗菌活性，并同时可针对霉菌进行破坏，使其具备良好的防霉效果。
将聚丙烯纤维与阻燃粘胶纤维进行复合纺丝，制得阻燃性聚丙烯复合纤维，并将阻燃性聚丙烯复合纤维通过压制成形的方式制作为平板状PP试样品，将功能性纤维增强组分通过压制成形的方式制作为平板状MUPP试样品，并将PP试样品与MUPP试样品分别放置在锥形量热仪的测试位置上，并确保试样与仪器的各个传感器和测量系统正确连接，启动测试程序，使试样暴露在设定的热辐射通量下。在测试过程中，仪器会实时记录试样的燃烧点火时间、热释放率、总热量放率、总烟雾释放量、残留物、烟密度等参数。图2为MUPP试样品不同参数的锥形量热测试曲线，并选取各参数的峰值进行记录对比，测试数据如下表所示：
表1：MUPP试样品锥形量热测试数据表
由图 2及数据测试表可知MUPP试样品的峰值热释放率(PHRR)和总热释放率(THR)
分别为465.7和 87.6 ，与纯PP相比分别降低了 32.3%和 25.7%。
表明了功能性纤维增强组分具有良好的阻燃性。其中，燃烧性能指标（FPI）定义为点火时间
（TTI）与峰值热释放率（PHRR）的比值。
测试例
将实施例1-实施例3以及对比例1-对比例2中的排水管材注塑成各个符合测试规格的测试样品，进行以下测试：
根据标准GB/T 1040.3-2006，进行拉伸性能测试；
根据国标GB/T 14152-2001，测试冲击性能；
根据标准GB/T 2406.2-2009，进行极限氧指数测试；
根据标准QB/T 2591-2003，进行抗菌性能测试；
测试结果如下表所示：
表2：测试结果数据表
对测试结果进行分析对比可知，采用改性抗菌防霉组分和功能性纤维增强组分作为辅料，可使得制备的聚丙烯管材标出优异的机械力学性能，而且抑菌率较高，具有良好的防霉抑菌效果，并同时具备良好的隔音、静音效果。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有近似于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素,那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。
Claims (9)
1.一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，其特征在于，按照重量份数计，包括以下原料：
聚丙烯 60-70份；
融合剂 10-20份；
改性抗菌防霉组分 3.5-4.5份；
功能性纤维增强组分 5-7份；
抗氧剂 0.5-1.5份；
润滑分散剂 1-2份；
水性丙烯酸树脂 1-2份；
所述排水管材的制备方法包括以下步骤：
S1、将上述重量份的原料依次称取，备用；
S2、将聚丙烯、融合剂、改性抗菌防霉组分、功能性纤维增强组分、抗氧剂、润滑分散剂和水性丙烯酸树脂依次加入至搅拌机中，控制搅拌速度为1500-2000r/min，温度为180-200℃，机械搅拌混合60-90min，制得混合物料；
S3、将混合物料通过液体喂料机喂入双螺杆挤出机中，将各段温度依次控制为160-170℃、170-180℃、180-190℃、190-200℃、200-210℃、210-220℃，将熔融挤出后的物料切段，即可制得排水管材：
所述改性抗菌防霉组分的制备方法如下所示：
SS1、将硝酸银粉末、双组分抗菌剂、柠檬酸钠和去离子水倒入至搅拌罐中，控制搅拌速度为1000-1500r/min，温度为80-90℃，机械搅拌混合20-30min；
SS2、在进行机械搅拌的同时，向混合溶液中逐量加入还原剂，直至溶液颜色变为深棕色或黑色即停止还原剂的加入；
SS3、停止搅拌后，将混合溶液自然冷却至室温，通过离心过滤机对混合溶液进行杂质去除；将去除杂质后的混合溶液通过冷冻干燥的方式处理，即可制得改性抗菌防霉组分。
2.根据权利要求1所述的一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，其特征在于，所述融合剂的制备方法如下所示：
将钼酸钠二水化合物、酰基氨基酸溶剂、氯化镧和银溶胶导入至立式搅拌罐中进行室温搅拌20-30min，搅拌速度控制为50-60r/min，将搅拌混合后的悬浮液倒入至到内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，在170-180℃下反应6-8h，过滤得到沉淀产物；将沉淀产物用蒸馏水多次洗涤，并再经真空干燥处理，即可制得融合剂。
3.根据权利要求1所述的一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，其特征在于：
步骤SS1中，所述双组分抗菌剂为壳聚糖和聚乙烯醇混合物。
4.根据权利要求1所述的一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，其特征在于：
步骤SS1中，所述硝酸银粉末、双组分抗菌剂、柠檬酸钠和去离子水的质量比为1：1：0.5：1.5。
5.根据权利要求1所述的一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，其特征在于，所述功能性纤维增强组分的制备方法如下所示：
SR1、将二氧化硅倒入高温熔炉中，温度为1700-1800℃，进行熔融处理；将熔融所得溶液通过离心纺丝机进行纤维化处理；
SR2、将纤维化后的物料与膨胀阻燃剂、羟基阻燃剂通过真空浸渍机进行浸渍处理，浸渍槽温度为220-250℃；对浸渍完成后的物料进行固化处理，即可制得功能性纤维增强组分。
6.根据权利要求5所述的一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，其特征在于：
步骤SR2中，所述膨胀阻燃剂为氧化石墨烯、氧化硼和纳米二氧化硅复合物。
7.根据权利要求5所述的一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，其特征在于：
步骤SR2中，所述羟基阻燃剂为磷酸三甲苯酯、十溴二苯乙烷和氢氧化铝复合物。
8.根据权利要求5所述的一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，其特征在于：
步骤SR2中，所述膨胀阻燃剂和羟基阻燃剂的质量比为1：1。
9.根据权利要求5所述的一种MUPP抗菌防霉阻燃聚丙烯静音排水管材，其特征在于：
所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168或抗氧剂626中的任一种；所述润滑分散剂为磷酸三甲苯酯或磷酸三甲酚酯。
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