[发明专利]一种抗菌双层聚乙烯管

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体的说，涉及一种具有抗菌功能的双层聚乙烯输水管。

背景技术

聚乙烯是结构最简单的高分子有机化合物，当今世界应用最广泛的高分子材料之一。聚乙烯由乙烯聚合而成，可制成各种应用材料，管材是其中非常重要的一种，以其他材质的管材相比，PE管具有以下特点：1）良好的卫生性能：PE管加工时不添加重金属盐稳定剂，材质无毒性，无结垢层，不滋生细菌，很好地解决了城市饮用水的二次污染；2）卓越的耐腐蚀性能：除少数强氧化剂外，可耐多种化学介质的侵蚀;无电化学腐蚀；3）长久的使用寿命：在额定温度、压力状况下，PE管道可安全使用50年以上；4）较好的耐冲击性：PE管韧性好，耐冲击强度高，重物直接压过管道，不会导致管道破裂；5）可靠的连接性能：PE管热熔或电熔接口的强度高于管材本体，接缝不会由于土壤移动或活载荷的作用断开；6）良好的施工性能：管道质轻，焊接工艺简单，施工方便，工程综合造价低。

聚乙烯根据密度的不同可分为高密度聚乙烯、中密度聚乙烯和低密度聚乙烯。高密度聚乙烯具有刚性、硬度和机械强度大，低温抗冲击性好，抗应力开裂性好，耐磨性好，耐老化的特性，与其他材质的管材相比，还具有低的缺口敏感性、高的剪切强度和优异的抗刮痕能力，耐环境应力开裂性能也非常突出，特别适合在大压力，严苛输送环境下使用，如矿浆输运，给水排水等。

给水用PE管材是传统的钢铁管材、聚氯乙烯饮用水管的换代产品。给水管必须承受一定的压力，通常要选用分子量大、机械性能较好的PE树脂，如HDPE树脂（高密度聚乙烯树脂）。但LDPE（低密度聚乙烯树脂）树脂的卫生指标较高，虽然拉伸强度低，耐压差，刚性差，成型加工时尺寸稳定性差，并且连接困难，因此LDPE特别是LLDPE树脂（低密度线性聚乙烯树脂）已成为生产饮用水管的常用材料。

利用聚乙烯管进行给水或排水有其明显的优势，但它对水质中的细菌没有抑制作用，水管内壁容易滋生微生物形成菌膜，导致水质下降，如果赋予聚乙烯水管以抗菌功能，则有望在一段时间内杀死霉菌，细菌或抑制其繁殖，保证水质安全。

目前，关于抗菌聚乙烯的研制和应用基本可分为两类，一类是将抗菌剂物理混合于聚乙烯树脂中，另一类是将抗菌剂键接或涂覆在聚乙烯制品表面。第一类方法的问题在于，由于聚乙烯输水管在应用过程中会承受较大的压力和冲击力，抗菌剂容易丢失，不具有抗菌的长效性；第二类方法效果好，但工艺复杂。

纳米银粒子具有很强的杀菌能力，目前已有很多报道将纳米银粒子加入聚合物中，赋予聚合物抗菌性能的报道。另外，众所周知，碳纳米管一方面具有杀菌能力，一方面又有很强的吸附能力，添加到聚合物内以后还能起到增强相的作用。

考虑到HDPE树脂和LDPE树脂的特点，本发明提供一种以LDPE，特别是LLDPE树脂为内层，以HDPE树脂为外层，同时将上述两种引入抗菌剂的方式结合，利用银粒子改性后的碳纳米管制备的抗菌双层聚乙烯管，该管特别适用于自来水输送。

发明内容

本发明的目的是提供一种以HDPE树脂为外层，以LDPE树脂为内层，内层混合了纳米银粒子改性碳纳米管的抗菌双层聚乙烯管；纳米银粒子改性碳纳米管的加入质量为LDPE树脂内层质量的0.01~10%；优选1~5%。

其中，所述纳米银粒子改性碳纳米管如下制备：

1）用可溶性银盐的水溶液与氨水反应，形成银氨络合物碱性水溶液；

2）将碳纳米管加入双氧水中，混合均匀后加入步骤1）制备的银氨络合物碱性水溶液中，进行还原反应，结束后分出沉淀并洗涤，所得棕黑色固体即为纳米银粒子改性碳纳米管。

步骤1）中，可溶性银盐的水溶液的浓度可为0.01-10M；优选1-2M；所述可溶性银盐的水溶液与氨水的摩尔比为1:2~15

步骤2）中，混合均匀后放置10-60min，然后加入步骤1）制备的银氨络合物碱性水溶液中。

另外，步骤2）中，所述碳纳米管的加入量为：碳纳米管的质量是所述银离子质量的0.1-10倍；优选1：1~2；双氧水的摩尔用量是所述银离子摩尔质量的1.2~15倍；优选2-5倍。

经研究发现，制备的所述纳米银粒子改性碳纳米管的粒径非常均一，粒径在1~20纳米之间，在空气及通常气氛下非常稳定；此外还发现它在非极性及弱极性有机溶剂能迅速溶解形成棕色。通过深入研究所述纳米银粒子改性碳纳米管的表面性质发现，表面配位有二烷基二硫代磷酸酯单分子层的银纳米颗粒改性碳纳米管具有非常好的分散性、稳定性及非常均一的粒径，能够理想分散在非极性及弱极性的有机溶剂中，与有机溶剂的结合性好。