一种PVC-U排水管件及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及排水管件技术领域，更具体地，涉及一种PVC-U排水管件及其制备方法和应用。

背景技术

PVC-U排水管件具有良好的力学性能、耐腐蚀性、电绝缘性、成本低廉、质量轻、易加工，因此被广泛应用于建筑家居、农业、市政工程中，特别是在民用建材、市政工程排水排污领域，由于此类排水排污系统接触的露天水质中大多都富含有较多的有机物和矿物质，导致水中易滋生霉菌和藻类物质，特别是管件接头等关键部位，由于霉菌和藻类的生长造成管件物理性能下降，管件堵塞，霉菌藻类污染，使用寿命短等问题，另外，管件制品配方体系中大多含有较多的增塑剂、单甘酯、抗氧化剂等，这些助剂本身就含有大量的油脂、有机物，虽然在一定程度上改良了塑料管件的外观、性能，但也加重了塑料管件表面细菌、真菌及藻类的生长，在排水排污等潮湿、光照环境下菌群藻类生长更加活跃，直接导致了管道系统易结垢堵塞等问题，目前行业市场上的PVC-U排水排污管件并不具备抑菌防霉这一特点，所以PVC-U排水排污管件已经很难满足人类对建筑用管健康、安全、卫生的需求，因此亟需一种具有长效抑菌防霉功效的排水排污管件来改变这一缺陷。

中国专利CN107828118A公开了一种抗菌耐磨塑料管材及其制备方法，其中通过硅烷偶联剂将高密度聚乙烯和纳米碳酸钙界面耦合起来，提高材料的黏接强度，同时添加纳米银可增加管材的抗菌防霉能力。但是这种黏接方法可能导致管件表面各个部位的抑菌防霉能力不均衡，仅依靠少量纳米银的抑菌防霉耐久性不强，也不能从根本上抑制霉垢的附着。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有PVC-U排水排污管件抑菌防霉功效不够好以及易结垢的缺陷和不足，提供一种PVC-U排水管件，可以实现在露天水质环境高效地抑菌防霉，并且管件表面不易结垢。

本发明的又一目的是提供一种PVC-U排水管件的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种PVC-U排水管件的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种PVC-U排水管件，包括如下按照重量份计算的组分：PVC树脂100份；

环保无铅热稳定剂5～8份；

超细纳米活性碳酸钙10～30份；

加工助剂ACR 1.5～3.5份；

抗冲助剂2.0～5.0份；

功能润滑剂1～3份；

复合高效环保纳米无机抑菌防霉改性剂2～5份；

颜料1～5份；

无机遮光剂0.5～1.0份；

所述PVC树脂为聚合度为700～850，黏数为73～86的悬浮聚合法制得的疏松型树脂；

所述超细纳米活性碳酸钙为经过表面活性剂处理的功能性无机填料；所述超细纳米活性碳酸钙的粒径25～100nm；

所述复合高效环保纳米无机抑菌防霉改性剂为生物碳负载银离子制成的长效抑菌材料粉体与无机纳米氧化锌防霉材料粉体的复合物。

本发明提供的PVC-U排水管件，以PVC树脂为基体材料，添加了复合高效环保纳米无机抑菌防霉改性剂、超细纳米活性碳酸钙等组分，其中超细纳米活性碳酸钙是经过表面活性剂处理的一种功能性无机填料，其特征为表面亲油疏水，与树脂相容性好，能有效提高或调节制品的刚、韧性、光洁度以及弯曲强度；改善加工性能，改善制品的流变性能、尺寸稳定性能、耐热稳定性，具有填充及增强、增韧的作用，从而可大幅提高管件的光泽度、光滑度，降低管件内外表面分子能量及界面自由能，使疏水性能得到明显提升；复合高效环保纳米无机抑菌防霉改性剂克服了注塑加工过程中载体不稳定，材料分散不均匀的特性，使材料在注塑加工中能够均匀分散，添加量低，性能稳定，不会出现析出、不熔等加工缺陷，由于无机纳米颗粒极其细微，使得表面晶体结构发生改变，使其具备独特的抑菌防霉特性，其有效成分接触反应，造成微生物共有成分破坏或产生功能障碍；另通过孢子的细胞膜进入细胞内，阻碍孢子发芽或杀灭孢子，使管件具备长效的持续性抑菌，防霉，防异味，净化等特点；无机遮光剂还能够反射阳光，阻止光线穿透管件，吸收紫外线等。颜料采用无机材料，不易出现迁移、析出、变色，从而使产品的各项性能更稳定，且其他各配方组分均绿色环保，对水质、健康、环境无任何潜在危害。管件的物理性能稳定，管道系统不易堵塞，避免了霉菌对水质的污染等；管件产品内外表面光滑平整，不仅具备优良的物理机械性能，另外，管件内表面具有优良的疏水性能，从而使水中的污垢及沉淀物极难附着在管件的内壁，避免了管件内壁结垢形成局部阻塞，提升了流动速率。

优选地，包括如下按照重量份计算的组分：

PVC树脂100份；

环保无铅热稳定剂5.5～6.5份；

超细纳米活性碳酸钙15～25份；

加工助剂ACR 1.8～3.0份；

抗冲击助剂2.0～3.5份；

功能润滑剂1.5～2份；

复合高效环保纳米无机抑菌防霉改性剂3～5份；

颜料2～3份；

无机遮光剂0.5～1份。

悬浮聚合法制得的疏松型树脂：将氯乙烯单体在含悬浮分散剂的水中，借机械搅拌分散，以自由基引发剂引发聚合，再经汽提，脱除残余单体，离心干燥而得。

优选地，所述PVC树脂的聚合度700～750；黏数70～81。限定PVC树脂聚合度、黏数在此区间，满足注塑级别的悬浮聚合法树脂粉特点，疏松，孔隙多，表面积大，容易吸收增塑剂，树脂分子质量及分布稳定与其他配方组分相容性好，易塑化，加工性优良，能更好的与配方其他组分相融，使管件性能优异。

优选地，所述表面活性剂处理为在Ca(OH)

表面活性剂处理采用一定浓度和纯度的Ca(OH)

优选地，所述晶型调节剂为磷酸盐、硫酸盐、醋酸盐、柠檬酸盐、单糖或多糖中的一种或几种，其加入量为浆料重量的0.05～3.0％。

优选地，所述包覆处理使用的包覆剂为C12～C18的脂肪酸，加入量以碳酸钙的重量计为0.5～3.5％，包覆处理时间为0.5～3.5小时间，将浆料过滤，干燥，即获得超细纳米活性碳酸钙。

优选地，所述复合高效环保纳米无机抑菌防霉改性剂中生物碳负载银离子制成的长效抑菌材料粉体与无机纳米氧化锌防霉材料粉体的质量比为2:1。

优选地，所述加工助剂ACR为甲基丙烯酸甲酯类ACR。

优选地，所述抗冲击助剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物类MBS抗冲击助剂。

优选地，所述环保无铅热稳定剂为沸石、钙锌铝三元水滑石、双季戊四醇酯及硬脂酸钙为主要成分复合而成的PVC钙锌环保型热稳定剂。

优选地，所述功能润滑剂为聚乙烯蜡、单硬脂酸甘油酯、聚酯增塑剂中的一种或几种。

优选地，所述颜料为苯并恶唑类、二氧化钛、镉红、偶氮颜料中的一种或几种。

优选地，所述无机遮光剂为苯乙烯/丙烯酸共聚物、炭黑、二苯甲酮类中的一种或几种。

本发明保护上述PVC-U排水管件的制备方法，包括以下步骤：

S1.按照各原料组分配混合后，进行捏合分散，当温度达到110～120℃时冷却搅拌，当温度降到55℃以下时得到混配料，待用；

S2.将步骤S1所述待用的混配料进行塑化，进行挤出造粒，切粒，震动塔冷却，粒料打包；

S3.将步骤S2所述挤出造粒的粒料，加入注塑机料斗中，安装相应的排水管件注塑模具，经注塑成型，保压，冷却，托模，修剪，包装。

优选地，步骤S1所述捏合分散在高速热混料机中进行。

优选地，步骤S1所述塑化在双螺杆挤出机中进行。

优选地，所述双螺杆挤出机为异向平行双螺杆挤出机，其机筒温度设置为140～170℃，模头温度设置为150～170℃，真空度≥0.06Mpa。

优选地，所述注塑成型的温度设置为165～185℃，模具冷却温度为25℃～30℃。

本发明还保护上述PVC-U排水管件在建筑家居、农业或市政工程领域中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过对组分的改进使管件的性能提高，其中颜料采用无机材料，不易出现迁移、析出、变色，从而使产品的各项性能更稳定，且其他各配方组分均绿色环保，对水质、健康、环境无任何潜在危害，具有良好的市场前景；在材料捏合上助剂能够充分均匀的与树脂、超细纳米活性碳酸钙之间相互结合其分子间形成包覆体使助剂分子的接枝、活性基团与树脂结合更加牢固，使管件表面各个部位的抑菌防霉能力均衡，同时能够防止在环境使用过程中复合助剂从树脂中析出迁移使抑菌防霉耐久性更好；复合高效环保纳米无机抑菌防霉改性剂中是由生物碳负载银离子制成的长效抑菌材料粉体与无机纳米氧化锌防霉材料粉体两者组合实现一加一大于二的效果，克服了注塑加工过程中载体不稳定，材料分散不均匀的特性，使材料在注塑加工中能够均匀分散，不会出现析出、不熔等加工缺陷，由于无机纳米颗粒极其细微，使得表面晶体结构发生改变，使其具备独特的抑菌防霉特性，使产品性能得到提高，适应范围更广；无机遮光剂能有效阻隔光线穿透，屏蔽光照，阻隔空气，防止塑料管道的老化，降低管件的透光率，削弱管件中霉菌、藻类等生长条件。管件表面界面自由能极低，光滑度高，使其表面载体及泥沙难附着，从而霉菌、藻类无法形成局部霉垢，间接阻止了霉菌的滋生，避免了霉菌对水质的污染。流动阻力小，不易结垢、变色，管件的物理性能稳定，管道系统不易堵塞使用寿命更长。

本发明提供的制备方法采用特定的组分复配后挤出造粒、注塑成型，可利用现有管件模具生产，在现有技术基础上能够实现，同时配方体系中可添加无机色砂进行着色，从而满足不同环境及领域的使用需求，另管件模具的流道尺寸、主体壁厚、型腔表面电镀层、型腔倒角可适当更改；可以制备包括直通、弯头、三通等规格，注塑成型工艺及流程可进行部分改进。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。

以下实施例和对比例中使用的材料：

PVC树脂：聚合度为700，黏数为79，悬浮聚合法制得的疏松型树脂。

环保无铅热稳定剂：沸石、钙锌铝三元水滑石、双季戊四醇酯及硬脂酸钙为主要成分复合而成的PVC钙锌环保型热稳定剂。

超细纳米活性碳酸钙：粒径95nm经过表面处理：表面活性剂处理采用一定浓度和纯度的Ca(OH)

加工助剂ACR：甲基丙烯酸甲酯。

抗冲击助剂MBS：甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物。

功能润滑剂：聚乙烯蜡、聚酯增塑剂。

复合高效环保纳米无机抑菌防霉改性剂：生物碳负载银离子制成的长效抑菌材料粉体与无机纳米氧化锌防霉材料粉体的复合物。

颜料：苯并恶唑类色粉、二氧化钛。

无机遮光剂：苯乙烯/丙烯酸共聚物。

实施例1～2和对比例1

一种PVC-U排水管件，包括如下表1所示的按照重量份计算的组分。

表1各个实施例和对比例的PVC-U排水管件的组分及其重量份

上述PVC-U排水管件的制备方法，包括如下步骤：

S1.按照各原料组分配混后，加入高速热混料机中进行高温高速捏合分散，当温度达到115℃时转入冷混料机中低速搅拌冷却，当温度降到55℃以下时排入料斗，待用；

S2.将S1所述料斗中待用的混配料加入双螺杆挤出机塑化，进行挤出造粒，切粒，震动塔冷却，粒料打包；所述双螺杆挤出机为异向平行双螺杆挤出机，其机筒温度设置为机筒1区170℃、二区165℃、三区160℃、四区155℃、五区150℃、6区145℃，模头温度设置为模头1区160℃、二区165℃，真空度≥0.06Mpa；

S3.将S2所述挤出造粒的粒料，加入注塑机料斗中，安装相应的排水管件注塑模具经注塑成型，保压，冷却，托模，修剪、包装；其中，所述注塑机成型温度设置射嘴185℃、一段180℃、二段175℃、三段170℃、四段165℃、五段160℃，模具冷却温度为25℃。

性能测试

1、测试方法

遵循相关标准、制度：国标《GB/T 5836.2-2018建筑排水用硬聚氯乙烯PVC-U管件》；管件需满足透光率≦0.2％，抑菌率≧99.0％的要求。

2、测试结果：产品规格dn75直通

表2各实施例和对比例的测试结果

表面光滑度可以通过配方材料经挤片机挤片制样测量表面摩擦系数对比。实施例1～4的PVC-U管件表面光滑度极高，管件塑化好，抑制霉垢的附着；对比例1～3表面略粗糙光滑度差。

由表2的测试结果可知，实施例中添加了超细纳米活性碳酸钙，产品的物理性能都能够达标，随着遮光剂和复合抑菌防霉剂的增加，调整了透光率、抑菌率，透光率逐渐降低，抑菌率逐渐提高；对比例中三个变量的缺少其中一个，管件的性能均有缺陷，在没有使用超细纳米钙时塑化效果一般，烘箱性能有分层，在没有复合抑菌防霉剂时单纯的遮光剂只能减缓菌群的生长，在没有遮光剂单纯的复合抑菌防霉剂无法充分发挥作用，光照加速了菌群的生长。

管件表面和水载体的相互浸润性，疏水性一般用两者的接触角大小来评价。在固液接触点沿着液相界面切线，切线与固液相界面的夹角就是其接触角。如果固体表面是光滑平整的，则水滴在其表面上所形成的形状是由固液气三相接触面的界面张力来决定两相的界面自由能。接触角等于90°是判定水与固体表面是否亲水的临界角。若接触角大于90°，则该固体是疏水的，反之则是亲水的；接触角大于150°时表面称为超疏水表面。一般而言，接触角越大，表面的疏水能力越强。可用光学水滴角测量仪测定，其中本发明实施例1～4：接触角115°；说明管件表面属于疏水表面。对比例1：接触角75°；管件表面属于亲水表面。对比例2、3：接触角109°；管件表面属于疏水表面，但是疏水性能不如本发明实施例1～4，由于本发明制得的管件管件光滑度极高，其表面具备微纳米构造，管件表面能及界面自由能低，使疏水性能得到明显提升，这种优良的疏水性能，使水中的污垢及沉淀物极难附着在管件的内壁，避免了管件内壁结垢形成局部阻塞，提升了流动速率。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。