一种高性能抗菌自清洁管材的制备方法与流程

1.本发明涉及高分子管材技术领域，具体涉及一种高性能抗菌自清洁管材的制备方法。


背景技术：

2.高分子管材是一种以高分子材料为主要成分制造而成的管状产品。在工业和建筑领域中，高分子管材广泛应用于输送液体、气体和固体颗粒等物质的管道系统中。高分子管材的出现主要是为了解决金属管材在某些应用场景下存在的问题。相对于金属管材而言，高分子管材具有以下优势：一、轻质高强：高分子管材通常由聚合物材料制成，具有较低的密度和良好的抗拉强度，因此重量轻，方便搬运和安装。二、耐腐蚀性能好：与金属相比，高分子管材在酸碱介质、盐水、化学药品和海水等恶劣环境下具有较好的耐腐蚀性能，不易生锈和腐蚀。三、耐磨性强：高分子管材具有较好的耐磨性能，能够在长期使用过程中抵御磨损和摩擦带来的损伤。四、寿命长：由于高分子管材具有良好的抗老化性能和耐候性，因此其使用寿命较长，能够满足工程项目的长期需求。五、施工方便：高分子管材通常灵活性好且易弯曲，施工过程简单方便，减少了安装和维修的时间成本。六、绝缘性能好：与金属管材相比，高分子管材具有较好的绝缘性能，可以有效地阻隔电流和热量传导。七、环保可持续：高分子管材大多采用可回收材料制造，对环境影响较小，并可进行再利用。由于高分子管材具有上述优势，在市政工程、建筑工程、农业灌溉、给水排水、化工管道等领域得到了广泛应用。随着科技的不断发展，高分子管材的性能也将不断提升，为各个行业的管道系统提供更为可靠和高效的解决方案。
3.随着高分子管材的广泛使用，对于高分子管材的研究也面临着新的问题。例如高分子管材作为一种常用的管道材料，广泛应用于食品加工、医疗卫生、给排水系统等领域。然而，由于其表面具有一定的吸附性和粗糙度，易于在管道内形成污垢，并提供了微生物生长的基质，在使用过程中容易滋生细菌、霉菌等微生物，这些污垢和微生物的存在不仅会影响管道通畅性，还可能对人体健康造成威胁。因此，需要对高分子管材进行改性，增强其抗菌性能和自清洁性能。
4.目前对于高分子管材的改性方法包括以下几种：一是利用纳米技术，在高分子管材表面引入纳米抗菌剂。纳米抗菌剂具有较高的抗菌活性，可以有效杀灭管道内附着的细菌、霉菌等微生物。通过将纳米抗菌剂与高分子材料进行复合，可以使管道具备抗菌功能。二是利用特殊的表面涂层。通过在高分子管材表面形成一层具有自清洁性能的涂层，可以减少管道内污垢和微生物的附着，并且在流体通过管道时能够自动清洁表面，保持管道的卫生。此外，还可以利用物理方法对高分子管材进行改性，如等离子体处理、紫外线照射等。这些物理方法可以改变管材表面的化学性质和纹理结构，从而实现抗菌和自清洁的效果。上述方法中表面涂层技术工艺简单，对高分子管材性能影响小，且改性成本低，得到了广泛的应用，目前表面涂层技术中主要存在的问题为涂层材料与高分子管材的结合性差，力学性能不佳，且涂层的抗菌自清洁功能需要进一步改善。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种高性能自清洁管材的制备方法，该方法以葡萄糖酸锌为锌源，制得沸石咪唑酯骨架结构材料，然后将其与碱式硫酸镁晶须复配并经1h，1h，2h，2h-全氟癸基三乙氧基硅烷进行改性，制得的改性填料与环氧树脂基体具有很好的相容性，且能有效改善管材表面的超疏水性以及抗菌性，且管材的涂层与基体结合性能优异，耐久性好。
6.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
7.一种高性能抗菌自清洁管材的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)将葡萄糖酸锌溶于dmf中，制得葡萄糖酸锌溶液，将苯并咪唑溶于dmf中，制得苯并咪唑溶液，然后将苯并咪唑溶液逐滴加入到葡萄糖酸锌溶液中，滴加结束后室温搅拌处理，之后离心，得到的沉淀洗涤后干燥，得到沸石咪唑酯骨架结构材料；
9.(2)将碱式硫酸镁晶须、沸石咪唑酯骨架结构材料分散于乙醇中制得分散液，然后加入氨水溶液进行搅拌处理，之后加入1h，1h，2h，2h-全氟癸基三乙氧基硅烷，进行反应，反应结束后离心，得到的沉淀洗涤后干燥，制得改性填料；
10.(3)将环氧树脂、固化剂、稀释剂、流平剂以及上述制得的改性填料加入到搅拌机中，搅拌混合均匀制得改性涂料；
11.(4)将聚丙烯树脂、抗氧剂、纳米碳酸钙加入到混合机中进行共混处理，制得混合物料，将混合物料经管材挤出机挤出，然后经牵引机牵引至真空定型机中定型，得到高分子管材基体；在高分子管材基体表面喷涂上述制得的改性涂料，干燥，制得抗菌自清洁管材。
12.作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述葡萄糖酸锌溶液的浓度为0.3-0.4g/ml、苯并咪唑溶液的浓度为1-2g/ml，所述葡萄糖酸锌溶液、苯并咪唑溶液的体积比为1∶1。
13.作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述搅拌处理的时间为40-50h；所述离心的转速为5000-10000rpm，时间为5-10min。
14.作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述碱式硫酸镁晶须的直径为200-500nm，长径比为50-100；所述氨水溶液的浓度为25wt％；所述碱式硫酸镁晶须、沸石咪唑酯骨架结构材料、氨水溶液、1h，1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷的用量比为0.5g∶(0.5-1)g∶(1-2)ml∶100μl。
15.作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述搅拌处理的时间为5-10min，所述搅拌反应1-2h。
16.作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂，所述固化剂为二乙烯三胺，所述稀释剂为正丁醇，所述流平剂为流平剂glp388。
17.作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，各组分用量以重量份计，分别为环氧树脂20-30份、固化剂15-25份、稀释剂10-15份、流平剂1-1.5份、改性填料5-10份。
18.作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述聚丙烯树脂选自均聚聚丙烯与共聚聚丙烯中的至少一种；所述均聚聚丙烯的等规度为90％以上；所述抗氧剂为抗氧剂hp136。
19.作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述聚丙烯树脂、抗氧剂、纳米碳酸钙的质量比为100∶(0.2-0.5)∶(2-5)。
20.作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述共混处理的温度为70-80℃，时间为30-60min；挤出时管材挤出机各区的温度为180-200℃。
21.由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
22.本发明以价格更为低廉的葡萄糖酸锌为锌源制得了化学稳定性较好的沸石咪唑酯骨架结构材料，然后将其与碱式硫酸镁晶须复配，并采用低表面能的1h，1h,2h，2h-全氟癸基三乙氧基硅烷进行改性，制得了超疏水的改性填料，将其加入到环氧树脂基体中制得改性涂料，改性填料中的苯并咪唑有机配体与环氧树脂具有很好的相容性，而且咪唑集团还可以与环氧基团发生开环反应，从而锚定改性填料在环氧树脂基体中的分布，从而得到了机械稳定性、疏水性较好的涂料，从而在管材表面形成一种自清洁较好的涂层。此外，本发明制得的改性涂料在管材表面形成一层超疏水涂层，该涂层对细菌溶液具有一定的阻隔作用，而且改性填料中的锌离子可有效破坏细菌细胞膜从而杀死细菌，上述两种左右使得本发明制得的管材具有良好的抗菌性能。
具体实施方式
23.下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
24.下述实施例中碱式硫酸镁晶须的直径为300nm，长径比为60；聚丙烯树脂为等规度为90％以上的均聚聚丙烯。
25.实施例1
26.(1)将0.184g葡萄糖酸锌溶于50mldmf中，制得葡萄糖酸锌溶液，将0.766g苯并咪唑溶于50mldmf中，制得苯并咪唑溶液，然后将苯并咪唑溶液逐滴加入到葡萄糖酸锌溶液中，滴加结束后室温搅拌处理45h，之后在8000rpm的转速下离心5min，得到的沉淀洗涤后干燥，得到沸石咪唑酯骨架结构材料；
27.(2)将0.5g碱式硫酸镁晶须、0.65g沸石咪唑酯骨架结构材料分散于50ml乙醇中制得分散液，然后加入1.5ml浓度为25wt％的氨水溶液进行搅拌处理10min，之后加入1100μl h，1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷，进行反应1h，反应结束后离心，得到的沉淀洗涤后干燥，制得改性填料；
28.(3)以重量份计，将25份双酚a型环氧树脂、20份二乙烯三胺、13份正丁醇、1份流平剂glp388以及6份上述制得的改性填料加入到搅拌机中，搅拌混合均匀制得改性涂料；
29.(4)以重量份计，将100份聚丙烯树脂、0.35份抗氧剂hp136、5份纳米碳酸钙加入到混合机中在75℃下进行共混处理40min，制得混合物料，将混合物料经管材挤出机挤出，挤出时控制管材挤出机各区的温度为180-200℃然后经牵引机牵引至真空定型机中定型，得到高分子管材基体；在高分子管材基体表面喷涂上述制得的改性涂料，干燥，制得表面沉积有0.3mm涂层的抗菌自清洁管材。
30.实施例2
31.(1)将0.184g葡萄糖酸锌溶于50mldmf中，制得葡萄糖酸锌溶液，将0.766g苯并咪唑溶于50mldmf中，制得苯并咪唑溶液，然后将苯并咪唑溶液逐滴加入到葡萄糖酸锌溶液中，滴加结束后室温搅拌处理48h，之后在6000rpm的转速下离心10min，得到的沉淀洗涤后干燥，得到沸石咪唑酯骨架结构材料；
32.(2)将0.5g碱式硫酸镁晶须、0.55g沸石咪唑酯骨架结构材料分散于50ml乙醇中制得分散液，然后加入2ml浓度为25wt％的氨水溶液进行搅拌处理5min，之后加入1100μl h，
1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷，进行反应2h，反应结束后离心，得到的沉淀洗涤后干燥，制得改性填料；
33.(3)以重量份计，将28份双酚a型环氧树脂、21份二乙烯三胺、12份正丁醇、1.5份流平剂glp388以及8份上述制得的改性填料加入到搅拌机中，搅拌混合均匀制得改性涂料；
34.(4)以重量份计，将100份聚丙烯树脂、0.2份抗氧剂hp136、4份纳米碳酸钙加入到混合机中在75℃下进行共混处理40min，制得混合物料，将混合物料经管材挤出机挤出，挤出时控制管材挤出机各区的温度为180-200℃然后经牵引机牵引至真空定型机中定型，得到高分子管材基体；在高分子管材基体表面喷涂上述制得的改性涂料，干燥，制得表面沉积有0.3mm涂层的抗菌自清洁管材。
35.实施例3
36.(1)将0.184g葡萄糖酸锌溶于50mldmf中，制得葡萄糖酸锌溶液，将0.766g苯并咪唑溶于50mldmf中，制得苯并咪唑溶液，然后将苯并咪唑溶液逐滴加入到葡萄糖酸锌溶液中，滴加结束后室温搅拌处理48h，之后在8000rpm的转速下离心6min，得到的沉淀洗涤后干燥，得到沸石咪唑酯骨架结构材料；
37.(2)将0.5g碱式硫酸镁晶须、0.65g沸石咪唑酯骨架结构材料分散于50ml乙醇中制得分散液，然后加入1.5ml浓度为25wt％的氨水溶液进行搅拌处理7min，之后加入1100μl h，1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷，进行反应2h，反应结束后离心，得到的沉淀洗涤后干燥，制得改性填料；
38.(3)以重量份计，将27份双酚a型环氧树脂、16份二乙烯三胺、15份正丁醇、1.3份流平剂glp388以及7份上述制得的改性填料加入到搅拌机中，搅拌混合均匀制得改性涂料；
39.(4)以重量份计，将100份聚丙烯树脂、0.4份抗氧剂hp136、5份纳米碳酸钙加入到混合机中在80℃下进行共混处理30min，制得混合物料，将混合物料经管材挤出机挤出，挤出时控制管材挤出机各区的温度为180-200℃然后经牵引机牵引至真空定型机中定型，得到高分子管材基体；在高分子管材基体表面喷涂上述制得的改性涂料，干燥，制得表面沉积有0.3mm涂层的抗菌自清洁管材。
40.实施例4
41.(1)将0.184g葡萄糖酸锌溶于50mldmf中，制得葡萄糖酸锌溶液，将0.766g苯并咪唑溶于50mldmf中，制得苯并咪唑溶液，然后将苯并咪唑溶液逐滴加入到葡萄糖酸锌溶液中，滴加结束后室温搅拌处理48h，之后在8000rpm的转速下离心5min，得到的沉淀洗涤后干燥，得到沸石咪唑酯骨架结构材料；
42.(2)将0.5g碱式硫酸镁晶须、0.7g沸石咪唑酯骨架结构材料分散于50ml乙醇中制得分散液，然后加入1.5ml浓度为25wt％的氨水溶液进行搅拌处理8min，之后加入1100μl h，1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷，进行反应1h，反应结束后离心，得到的沉淀洗涤后干燥，制得改性填料；
43.(3)以重量份计，将28份双酚a型环氧树脂、22份二乙烯三胺、14份正丁醇、1.3份流平剂glp388以及6份上述制得的改性填料加入到搅拌机中，搅拌混合均匀制得改性涂料；
44.(4)以重量份计，将100份聚丙烯树脂、0.3份抗氧剂hp136、4份纳米碳酸钙加入到混合机中在75℃下进行共混处理40min，制得混合物料，将混合物料经管材挤出机挤出，挤出时控制管材挤出机各区的温度为180-200℃然后经牵引机牵引至真空定型机中定型，得
到高分子管材基体；在高分子管材基体表面喷涂上述制得的改性涂料，干燥，制得表面沉积有0.3mm涂层的抗菌自清洁管材。
45.下面对上述制得的抗菌自清洁管材表面的涂层进行性能测试，测试结果如表1所示。
46.表1
[0047][0048][0049]
从上述测试结果可以看出，本发明制得的管材上的涂层不仅具有良好的力学性能，且涂层与管材基体结合性好，制得的管材具有良好的抗菌自清洁性能。
[0050]
此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。

技术特征：
1.一种高性能抗菌自清洁管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将葡萄糖酸锌溶于dmf中，制得葡萄糖酸锌溶液，将苯并咪唑溶于dmf中，制得苯并咪唑溶液，然后将苯并咪唑溶液逐滴加入到葡萄糖酸锌溶液中，滴加结束后室温搅拌处理，之后离心，得到的沉淀洗涤后干燥，得到沸石咪唑酯骨架结构材料；(2)将碱式硫酸镁晶须、沸石咪唑酯骨架结构材料分散于乙醇中制得分散液，然后加入氨水溶液进行搅拌处理，之后加入1h，1h，2h，2h-全氟癸基三乙氧基硅烷，进行反应，反应结束后离心，得到的沉淀洗涤后干燥，制得改性填料；(3)将环氧树脂、固化剂、稀释剂、流平剂以及上述制得的改性填料加入到搅拌机中，搅拌混合均匀制得改性涂料；(4)将聚丙烯树脂、抗氧剂、纳米碳酸钙加入到混合机中进行共混处理，制得混合物料，将混合物料经管材挤出机挤出，然后经牵引机牵引至真空定型机中定型，得到高分子管材基体；在高分子管材基体表面喷涂上述制得的改性涂料，干燥，制得抗菌自清洁管材。2.根据权利要求1所述的一种高性能抗菌自清洁管材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述葡萄糖酸锌溶液的浓度为0.3-0.4g/ml、苯并咪唑溶液的浓度为1-2g/ml，所述葡萄糖酸锌溶液、苯并咪唑溶液的体积比为1∶1。3.根据权利要求1所述的一种高性能抗菌自清洁管材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述搅拌处理的时间为40-50h；所述离心的转速为5000-10000rpm，时间为5-10min。4.根据权利要求1所述的一种高性能抗菌自清洁管材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述碱式硫酸镁晶须的直径为200-500nm，长径比为50-100；所述氨水溶液的浓度为25wt％；所述碱式硫酸镁晶须、沸石咪唑酯骨架结构材料、氨水溶液、1h，1h，2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷的用量比为0.5g∶(0.5-1)g∶(1-2)ml∶100μl。5.根据权利要求1所述的一种高性能抗菌自清洁管材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述搅拌处理的时间为5-10min，所述搅拌反应1-2h。6.根据权利要求1所述的一种高性能抗菌自清洁管材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂，所述固化剂为二乙烯三胺，所述稀释剂为正丁醇，所述流平剂为流平剂glp388。7.根据权利要求1所述的一种高性能抗菌自清洁管材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，各组分用量以重量份计，分别为环氧树脂20-30份、固化剂15-25份、稀释剂10-15份、流平剂1-1.5份、改性填料5-10份。8.根据权利要求1所述的一种高性能抗菌自清洁管材的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述聚丙烯树脂选自均聚聚丙烯与共聚聚丙烯中的至少一种；所述均聚聚丙烯的等规度为90％以上；所述抗氧剂为抗氧剂hp136。9.根据权利要求1所述的一种高性能抗菌自清洁管材的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述聚丙烯树脂、抗氧剂、纳米碳酸钙的质量比为100∶(0.2-0.5)∶(2-5)。10.根据权利要求1所述的一种高性能抗菌自清洁管材的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述共混处理的温度为70-80℃，时间为30-60min；挤出时管材挤出机各区的温度为180-200℃。

技术总结
本发明公开了一种高性能抗菌自清洁管材的制备方法，包括以下步骤：以葡萄糖酸锌为锌源，制得沸石咪唑酯骨架结构材料；将碱式硫酸镁晶须、沸石咪唑酯骨架结构材料复配并采用1H，1H，2H，2H-全氟癸基三乙氧基硅烷进行改性得到改性填料；将环氧树脂、固化剂、稀释剂、流平剂、改性填料混合制得改性涂料；将聚丙烯树脂、抗氧剂、纳米碳酸钙加入到混合机中共混，制得混合物料，将混合物料经管材挤出机挤出，然后经牵引机牵引至真空定型机中定型，得到高分子管材基体；在高分子管材基体表面喷涂上述制得的改性涂料，干燥，制得抗菌自清洁管材。本发明通过将自制的涂料喷涂于管材表面，有效改善了管材的抗菌自清洁性能，且涂层与管材基体结合性能好，耐久性优异。耐久性优异。


技术研发人员：陈和龙 廖国 张汉清 周良军
受保护的技术使用者：苏州久美玻璃钢股份有限公司
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/9/19