专利名称：一种增强型生物高分子复合塑料水龙头及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种水龙头，尤其是涉及以生物高分子和工程塑料合金复合材料制成水龙头外壳的一种增强型生物高分子复合塑料水龙头及其制备方法，并以可再生生物高分子混合料填充水道骨架及外壳之间。
背景技术：
现有的塑料水龙头外壳大都以石油基塑料ABS、PC/ABC材料为主制成外壳，可如今人类却要面临着多年来废弃高分子材料给人类赖以生存的环境带来日益严重的白色污染及石油资源的日益匮乏等问题。因此，减少石油基资源的消耗，逐步采用可再生生物高分子替代石油基高分子材料、发展环境友好材料将是未来走向可持续发展的要走的道路，不仅绿色环保、循环经济，而且节约能源。另外，由于水龙头外壳与水道骨架间存在一型腔间隙，耐爆破压强度不够且质轻的缺点。无法完全满足客户性能及环境友好的需求。聚乳酸树脂(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBQ、聚羟基丁酸酯戊酸酯(PHBv)都是具有各自优良性能、绿色环保的可再生生物高分子材料，在生物医用、包装材料、电子行业、日常用品及环保领域具有广阔的应用前景。同时，生物高分子材料也均具各自缺点(如聚乳酸易脆、抗冲击性低；聚己内酯韧性虽好，但刚性不够)，未能完全满足水龙头外壳性能测试标准，故对生物高分子材料进行改性，充分发挥其优点，具有非常重要的
眉、ο现有的塑料水龙头旨在取代金属制龙头，其优点为成本低廉，且节能减排。但由于石油基树脂日益枯竭，因此急需利用可再生长的生物高分子材料来取代石油基塑料。目前，市场上存在着各种各样的塑料水龙头，可进冷热水的混合塑料水龙头大致有两种，第一种主要由塑料外壳和安装在外壳内的进水管和出管构成(如中国专利ZL200710070171. 1)；另外一种是主要由上下体构成，上下体内分别设有相互配合的凹槽，上下体结合后，所述相互配合的凹槽形成龙头的进出水通道(如中国专利 200810059272. 3)，其中，上下体是通过螺钉连接、卡接或加热接触面结合起来，而且上下体的表面覆盖有一层壳体。制作上述塑料水龙头的步骤比较多，制作起来比较麻烦，费时费力，生产成本比较高；还有上述第二种水龙头的进出水通道只是由简单的凹槽构成，上下体的其他部分为实体，耗材比较多，上下体注塑时容易产生变形，上下体的凹槽准确地配合比较麻烦，而且上下体的结合面在冷热水的作用下会产生热胀冷缩，使其结合面出现间隙，冷热水通道间容易产生串水或漏水的现象，影响龙头的使用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的塑料水龙头存在的对环境的污染，以及耐爆破压不足等缺点，提供机械强度优良，结构稳定的一种增强型生物高分子复合塑料水龙头及其制备方法。所述一种增强型生物高分子复合塑料水龙头包括水龙头外壳和配套部件，所述配套部件包括阀芯、手柄、出水网、密封圈、紧固螺钉，所述水龙头外壳为生物高分子与工程塑料合金材料注塑成型的水龙头外壳，所述一种增强型生物高分子复合塑料水龙头的制备方法包括以下步骤1)采用生物高分子与工程塑料合金材料注塑成型水龙头外壳毛坯；在步骤1)中，所述水龙头可为各种形状的水龙头；所述生物高分子与工程塑料合金材料的组成按质量百分比为生物高分子树脂40% 70%，工程塑料20% 50%， 相容剂5% 10%，助剂0.5% 2% ；所述生物高分子树脂可选自①聚乳酸树脂(PLA)、 ②聚乳酸树脂(PLA)与聚己内酯(PCL)，③聚乳酸树脂(PLA)与聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、 ④聚乳酸树脂(PLA)与聚羟基丁酸酯戊酸酯(PHBv)等中的一种；所述工程塑料可选自聚碳酸酯(PC)等；所述相容剂可选自马来酸酐接枝丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS-g-MAH)、马来酸酐接枝氢化苯乙烯/ 丁二烯/苯乙烯共聚物(SEBS-g-MAH)、杜邦 Elvaloy乙烯三元共聚物等中的一种；所述助剂可选自异氰酸盐等；所述注塑成型水龙头外壳的具体步骤可为(1)将原料混合，混合机的转速可为1000 1500rpm ；(2)在双螺杆挤出机中熔融挤出切粒，得粒料，螺杆温度可为220 250°C ；(3)注塑成型出水龙头外壳。2)将成型后的水龙头外壳毛坯表面进行镀膜；在步骤幻中，所述镀膜可采用常规的水电镀、PVD镀、全干法夹层镀膜等工艺，优选全干法夹层镀膜工艺(参见中国专利201010585736. 1)，所述全干法夹层镀膜的具体方法可为(1)对水龙头外壳坯件进行干法清洁与活化；(2)将活化后水龙头外壳坯件在PVD炉内镀一层金属底膜，金属底膜的厚度可为 0. 1 1 μ m ；(3)将镀底膜后的水龙头外壳坯件经等离子活化后，喷镀一层有机涂层，有机涂层的厚度可为5 60 μ m ；(4)有机涂层以等离子气体活化后，在PVD内镀第二层金属膜(称为金属面膜)， 所述金属面膜的厚度可为0. 1 5 μ m。3)注塑成型水道骨架；在步骤幻中，所述水道骨架可采用聚苯硫醚(PPS)，聚甲醛(POM)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)或聚苯醚(PPO)等中的一种材料注塑而成。4)利用可再生生物高分子混合料填充塑料水道骨架与外壳之间的型腔空隙；在步骤4)中的，所述可再生生物高分子混合料的组成按质量百分比可为可再生生物高分子树脂40 % 50 %，植物纤维30 % 60 %，增韧剂0 9 %，填料0 20 %，偶联剂0 2% ；所述可再生生物高分子树脂可选自①聚乳酸树脂(PLA)，②聚乳酸(PLA)与聚己内酯(PCL)的混合物等中的一种；所述植物纤维可选自竹纤维、麻纤维、木粉、谷壳粉、花生壳粉、玉米芯粉等中的至少一种；所述增韧剂可选自聚羟基丁酸酯(PHB)、聚丁二酸丁二醇酯(PBQ等中的至少一种；所述填料可选自氧化硅及硅酸盐、碳酸盐及碳化物、硫酸盐及硫化物、钛酸盐、氧化物及氢氧化物、金属等中的至少一种；所述偶联剂可选自硅烷偶联剂、 钛酸酯偶联剂等中的至少一种；所述利用可再生生物高分子混合料填充塑料水道骨架与外壳之间的型腔空隙的方法可为用生物高分子混合料采用二次嵌件注塑的方式实现对水道骨架与外壳之间的型腔空隙的填充，其具体步骤如下(1)将原料混合，混合机的转速可为1000 1200rpm ；(2)在双螺杆挤出机中熔融挤出切粒，得粒料，螺杆温度可为170 180°C ；(3)将水道骨架嵌入模具中用干燥过的粒料熔融进行二次嵌件注塑。5)从型腔取出水道骨架，将水道骨架与镀膜后的水龙头外壳和准备好的按常规工艺生产的水龙头配套部件，按照常规的组装方式组装成一种增强型生物高分子复合塑料水龙头，所述水龙头配套部件包括阀芯、手柄、出水网、密封圈、紧固螺钉等。与现有的水龙头相比，本发明以生物高分子为主要成分的水龙头具有下列优点1.本发明所制备的一种增强型生物高分子复合塑料水龙头比普通水龙头在重量上增加约1. 5倍，且抗爆破压强度比普通水龙头增加40%，700psi以上。2.本发明所制备的一种增强型生物高分子复合塑料水龙头中，生物高分子材料占全部水龙头材料的40% 50%，明显减少了石油基资源的消耗，节能环保。3.传统的塑料水龙头旨在取代金属制龙头，其优点为成本低廉，且节能减排。但由于石油基树脂日益枯竭，因此急需利用可再生长的生物高分子来取代石油基塑料。本发明所制备的一种增强型生物高分子复合塑料水龙头，采用相容剂技术制造生物高分子/工程塑料合金材料为复合塑料水龙头的外壳；采用镀膜技术对水龙头外壳进行金属化处理；采用再生生物高分子混合料填充于塑料水道骨架与外壳之间，构成一种机械强度优良，结构稳定之新型复合塑料龙头。本发明所制备的一种增强型生物高分子复合塑料水龙头为可再生之生物高分子占全部水龙头材料的40% 50%以上，因此对减低石油塑料的依赖性具有十分重要的意义。
具体实施例方式以下实施例将对本发明作进一步的说明。实施例1一种PLA/PC生物高分子复合塑料水龙头及其制备方法步骤一、水龙头外壳成型a)原料干燥后，按如下比例称取原料聚乳酸(PLA) 45%，聚碳酸酯(PC) 50%, ABS-g-MAH4. 5 %，二异氰酸酯0. 5% (日邦聚氨酯生产)。b)置于高速混合机上混合均勻，高速混合机的转速为1000 1500rpm。c)在双螺杆挤出机中熔融挤出切粒，得到粒料，螺杆温度为220 250°C。d)注塑成型出水龙头外壳。步骤二、水龙头外壳进行PVD改性镀膜，实现金属化外观。步骤三、注塑制成水道骨架，并对水道骨架进行二次嵌件注塑a)原料干燥后，按如下比例称取原料聚乳酸40%，木粉30%，CaCO3 20%，聚羟基丁酸酯9%，硅烷偶联剂1%。b)置于高速混合机上混合均勻，高速混合机的转速为1000 1200rpm。c)在双螺杆挤出机中熔融挤出切粒，得到粒料，螺杆温度为170 180°C。d)将水道骨架嵌入模具中用干燥过的粒料熔融进行二次嵌件注塑。
步骤四、从型腔取出二次嵌件注塑好的水道骨架，将其与镀膜后的水龙头外壳组装在一起。实施例2一种PLA/PCL/PC生物高分子复合塑料水龙头及其制备方法步骤一、水龙头外壳成型a)原料干燥后，按如下比例称取原料聚乳酸(PLA) 44%，聚己内酯(PCL) 20%， 聚碳酸酯(PC) 30% ；，Elvaloy乙烯三元共聚物5. 5%，二异氰酸酯0. 5% (日邦聚氨酯生产)。b)置于高速混合机上混合均勻，高速混合机的转速为1000 1500rpm。c)在双螺杆挤出机中熔融挤出切粒，得到粒料，螺杆温度为220 250°C。d)注塑成型出水龙头外壳。步骤二、水龙头外壳进行全干法夹层镀膜a)对水龙头外壳坯件进行干法清洁与活化。b)活化后水龙头外壳坯件在PVD炉内镀一层金属底膜，膜厚为0. 1 1 μ m。c)镀底膜后水龙头外壳坯件经等离子活化后，喷镀一层有机涂层，厚度约为5 60 μ m0d)有机涂层以等离子气体活化后，在PVD内镀第二层金属膜(金属面膜)，膜厚为 0. 1 5 μ m。步骤三、注塑制成水道骨架，并对水道骨架进行二次嵌件注塑a)原料干燥后，按如下比例称取原料聚乳酸(PLA) 20%，聚己内酯(PCL) 20%，谷壳粉59%，硅烷偶联剂1%。b)置于高速混合机上混合均勻，高速混合机的转速为1000 1200rpm。c)在双螺杆挤出机中熔融挤出切粒，得到粒料，螺杆温度为170 180°C。d)将水道骨架嵌入模具中用干燥过的粒料熔融进行二次嵌件注塑。步骤四、从型腔取出二次嵌件注塑好的水道骨架，将其与镀膜后的水龙头外壳组装在一起。实施例3一种PLA/PBS/PC生物高分子复合塑料水龙头及其制备方法步骤一、龙头外壳成型a)原料干燥后，按如下比例称取原料聚乳酸(PLA)50%，聚丁二酸丁二醇酯 (PBS) 22%，聚碳酸酯(PC)20%，SEBS-g-MAH7. 5%，二异氰酸酯0. 5% (日邦聚氨酯生产)。b)置于高速混合机上混合均勻，高速混合机的转速为1000 1500rpm。c)在双螺杆挤出机中熔融挤出切粒，得到粒料，螺杆温度为220 250°C。d)注塑成型出水龙头外壳。步骤二、龙头外壳进行全干法夹层镀膜a)对水龙头外壳坯件进行干法清洁与活化。b)活化后水龙头外壳坯件在PVD炉内镀一层金属底膜，膜厚为0. 1 1 μ m。c)镀底膜后水龙头外壳坯件经等离子活化后，喷镀一层有机涂层，厚度约为5 60 μ m0
d)有机涂层以等离子气体活化后，在PVD内镀第二层金属膜(金属面膜)，膜厚为 0. 1 5 μ m。步骤三、塑制成水道骨架，并对水道骨架进行二次嵌件注塑a)原料干燥后，按如下比例称取原料聚乳酸(PLA) 45%，竹纤维45%，聚丁二酸丁二醇酯(PBS) 9%，钛酸酯偶联剂1%。b)置于高速混合机上混合均勻，高速混合机的转速为1000 1200rpm。c)在双螺杆挤出机中熔融挤出切粒，得到粒料，螺杆温度为170 180°C。d)将水道骨架嵌入模具中用干燥过的粒料熔融进行二次嵌件注塑。步骤四、从型腔取出二次嵌件注塑好的水道骨架，将其与镀膜后的水龙头外壳组装在一起。实施例4一种以PLA/PHBv/PC生物高分子复合塑料水龙头及其制备方法步骤一、龙头外壳成型a)原料干燥后，按如下比例称取原料聚乳酸(PLA) 45%，聚羟基丁酸酯戊酸酯 (PHBv) 20%，聚碳酸酯(PC)30%，ABS-g-MAH4. 5%，二异氰酸酯0. 5% (日邦聚氨酯生产)。b)置于高速混合机上混合均勻，高速混合机的转速为1000 1500rpm。c)在双螺杆挤出机中熔融挤出切粒，得到粒料，螺杆温度为220 250°C。d)注塑成型出水龙头外壳。步骤二、龙头外壳进行全干法夹层镀膜a)对水龙头外壳坯件进行干法清洁与活化。b)活化后水龙头外壳坯件在PVD炉内镀一层金属底膜，膜厚为0. 1 1 μ m。c)镀底膜后水龙头外壳坯件经等离子活化后，喷镀一层有机涂层，厚度约为5 60 μ m0d)有机涂层以等离子气体活化后，在PVD内镀第二层金属膜(金属面膜)，膜厚为 0. 1 5 μ m。步骤三、塑制成水道骨架，并对水道骨架进行二次嵌件注塑a)原料干燥后，按如下比例称取原料聚乳酸(PLA) 40%，玉米芯粉50%，聚羟基丁酸酯(PHB) 8 %，硅烷偶联剂1 %，钛酸酯偶联剂1 %。b)置于高速混合机上混合均勻，高速混合机的转速为1000 1200rpm。c)在双螺杆挤出机中熔融挤出切粒，得到粒料，螺杆温度为170 180°C。d)将水道骨架嵌入模具中用干燥过的粒料熔融进行二次嵌件注塑。步骤四、从型腔取出二次嵌件注塑好的水道骨架，将其与镀膜后的水龙头外壳组
装在一起。
权利要求
1.一种增强型生物高分子复合塑料水龙头，包括水龙头外壳和配套部件，所述配套部件包括阀芯、手柄、出水网、密封圈、紧固螺钉，其特征在于所述水龙头外壳为生物高分子与工程塑料合金材料注塑成型的水龙头外壳，所述一种增强型生物高分子复合塑料水龙头的制备方法包括以下步骤1)采用生物高分子与工程塑料合金材料注塑成型水龙头外壳毛坯；2)将成型后的水龙头外壳毛坯表面进行镀膜；3)注塑成型水道骨架；4)利用可再生生物高分子混合料填充塑料水道骨架与外壳之间的型腔空隙；5)从型腔取出水道骨架，将水道骨架与镀膜后的水龙头外壳和准备好的按常规工艺生产的水龙头配套部件，按照常规的组装方式组装成一种增强型生物高分子复合塑料水龙头，所述水龙头配套部件包括阀芯、手柄、出水网、密封圈、紧固螺钉。
2.如权利要求1所述的一种增强型生物高分子复合塑料水龙头，其特征在于在步骤1) 中，所述生物高分子与工程塑料合金材料的组成按质量百分比为生物高分子树脂40% 70%，工程塑料20% 50%，相容剂5% 10%，助剂0. 5% 2%。
3.如权利要求1所述的一种增强型生物高分子复合塑料水龙头，其特征在于在步骤1) 中，所述生物高分子树脂选自①聚乳酸树脂、②聚乳酸树脂与聚己内酯，③聚乳酸树脂与聚丁二酸丁二醇酯、④聚乳酸树脂与聚羟基丁酸酯戊酸酯中的一种；所述工程塑料最好选自聚碳酸酯。
4.如权利要求1所述的一种增强型生物高分子复合塑料水龙头，其特征在于在步骤1) 中，所述相容剂选自马来酸酐接枝丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、马来酸酐接枝氢化苯乙烯/ 丁二烯/苯乙烯共聚物、杜邦Elvaloy乙烯三元共聚物中的一种；所述助剂选自异氰酸盐。
5.如权利要求1所述的一种增强型生物高分子复合塑料水龙头，其特征在于在步骤1) 中，所述注塑成型水龙头外壳的具体步骤为(1)将原料混合，混合机的转速为1000 1500rpm；(2)在双螺杆挤出机中熔融挤出切粒，得粒料，螺杆温度为220 250°C；(3)注塑成型出水龙头外壳。
6.如权利要求1所述的一种增强型生物高分子复合塑料水龙头，其特征在于在步骤2) 中，所述镀膜采用常规的水电镀、PVD镀、全干法夹层镀膜工艺，优选全干法夹层镀膜工艺， 所述全干法夹层镀膜的具体方法为(1)对水龙头外壳坯件进行干法清洁与活化；(2)将活化后水龙头外壳坯件在PVD炉内镀一层金属底膜，金属底膜的厚度为0.1 1 μ m ；(3)将镀底膜后的水龙头外壳坯件经离子活化后，喷镀一层有机涂层，有机涂层的厚度为5 60 μ m ；(4)有机涂层以等离子气体活化后，在PVD内镀第二层金属膜，称为金属面膜，所述金属面膜的厚度为0. 1 5μπι。
7.如权利要求1所述的一种增强型生物高分子复合塑料水龙头，其特征在于在步骤 3)中，所述水道骨架采用聚苯硫醚，聚甲醛、聚邻苯二甲酰胺或聚苯醚中的一种材料注塑而成。
8.如权利要求1所述的一种增强型生物高分子复合塑料水龙头，其特征在于在步骤4) 中，所述可再生生物高分子混合料的组成按质量百分比为可再生生物高分子树脂40% 50%，植物纤维30% 60%，增韧剂0 9%，填料0 20%，偶联剂0 2%。
9.如权利要求8所述的一种增强型生物高分子复合塑料水龙头，其特征在于所述可再生生物高分子树脂选自①聚乳酸树脂，②聚乳酸与聚己内酯的混合物中的一种；所述植物纤维选自竹纤维、麻纤维、木粉、谷壳粉、花生壳粉、玉米芯粉中的至少一种；所述增韧剂选自聚羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯中的至少一种；所述填料选自氧化硅及硅酸盐、碳酸盐及碳化物、硫酸盐及硫化物、钛酸盐、氧化物及氢氧化物、金属中的至少一种；所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。
10.如权利要求9所述的一种增强型生物高分子复合塑料水龙头，其特征在于所述利用可再生生物高分子混合料填充塑料水道骨架与外壳之间的型腔空隙的方法为用生物高分子混合料采用二次嵌件注塑的方式实现对水道骨架与外壳之间的型腔空隙的填充，其具体步骤如下(1)将原料混合，混合机的转速为1000 1200rpm；(2)在双螺杆挤出机中熔融挤出切粒，得粒料，螺杆温度为170 180°C；(3)将水道骨架嵌入模具中用干燥过的粒料熔融进行二次嵌件注塑。
全文摘要
一种增强型生物高分子复合塑料水龙头及其制备方法，涉及一种水龙头。提供机械强度优良，结构稳定的一种增强型生物高分子复合塑料水龙头及其制备方法。水龙头包括生物高分子与工程塑料合金材料注塑成型的水龙头外壳和配套部件，所述配套部件包括阀芯、手柄、出水网、密封圈、紧固螺钉。采用生物高分子与工程塑料合金材料注塑成型水龙头外壳毛坯；将成型后的水龙头外壳毛坯表面进行镀膜；注塑成型水道骨架；利用可再生生物高分子混合料填充塑料水道骨架与外壳之间的型腔空隙；从型腔取出水道骨架，将水道骨架与镀膜后的水龙头外壳和准备好的按常规工艺生产的水龙头配套部件，按照常规的组装方式组装成一种增强型生物高分子复合塑料水龙头。
文档编号B29C45/00GK102182854SQ201110047540
公开日2011年9月14日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者刘祖华, 吴子豹, 李明仁, 陈芳梅 申请人:厦门建霖工业有限公司