本发明涉及水管材料领域，具体涉及一种保温隔热水管材料及其制备方法。
背景技术
太阳能热水器在使用过程中，通常将其置于房顶，通过集热器将太阳能转换成热能对水箱中的水进行加热，水箱出水口和用户之间再通过水管连接。由于目前的建筑多为小高层或高层建筑，水箱出水口到用户之间的距离少则十几米多则上百米，用户每次使用时，都需将水管中的余水放走才能使用，导致水资源和热能大量浪费，且使用不方便。现有技术已经对水管的结构进行了改进，通过在水管外增加加热层和/或保温层达到保温的目的，但由于水管的管径较小，比表面积大，热能损失较快，普通保温水管难以长时间保温。
中国专利cn103851308b公开了一种带聚苯乙烯保温层的给水管道。它由ppr管、聚苯乙烯保温层、玻璃钢保护壳组成；聚苯乙烯保温层在ppr管外用，并用一种铝箔胶带将接头处的聚苯乙烯保温层缠裹起来；玻璃钢保护壳在聚苯乙烯保温层外；在ppr管弯头处和管道连接处，用聚苯乙烯保温层扣上，再用铝箔胶带缠好固定；在ppr管弯头处和管道连接处，用玻璃钢保护壳扣上，再用铝箔胶带缠好固定，本发明水管具有良好的保温性，但是聚氯乙烯的抗老化性能差，同时水管按照工艺复杂。
中国专利cn103435881b一种抗菌供水管、抗菌pe复合材料及其制备方法，该复合材料其组成按重量份数配比为：石墨烯微片0.1-1.5份；pe树脂95.0-98.5份；分散剂0.5-3.0份；抗氧剂0.5份。本发明提供的抗菌供水管，包括pe外层管壁和抗菌内层管壁，pe外层管壁和抗菌内层管壁通过共挤出的方式成型。内层管壁为pe树脂添加石墨烯微片制成，外层管壁为pe树脂添加适当色母制成。本发明抗菌管虽然具备良好的抗菌性，但是材料的抗老化性和保温性能欠佳。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种保温隔热水管材料及其制备方法，本发明材料具有通过原料间的协配作用具有良好的耐腐蚀性和抗老化性，材料导热系数低，具有良好的保温隔热性能，抗机械冲击性和抗折抗压性能优异。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种保温隔热水管材料，包括以下重量份计的原料：
聚丙烯80-90份、马来酸酐接枝聚丙烯4-10份、低密度acr树脂8-15份、玻璃纤维15-22份、柠檬酸三丁酯5-10份、超细硅藻土6-12份、空心玻璃微珠7-15份、纳米竹炭粉5-12份、纳米氧化锌3-8份、纳米氧化铝8-15份、改性贝壳粉8-16份、硅烷偶联剂0.8-1.5份和抗氧剂1.2-1.8份。
优选地，包括以下重量份计的原料：聚丙烯82-88份、马来酸酐接枝聚丙烯5-9份、低密度acr树脂10-13份、玻璃纤维17-20份、柠檬酸三丁酯6-9份、超细硅藻土8-10份、空心玻璃微珠9-13份、纳米竹炭粉7-10份、纳米氧化锌4-7份、纳米氧化铝10-13份、改性贝壳粉10-14份、硅烷偶联剂1.1-1.4份和抗氧剂1.4-1.6份。
优选地，包括以下重量份计的原料：聚丙烯86份、马来酸酐接枝聚丙烯7份、低密度acr树脂12份、玻璃纤维18份、柠檬酸三丁酯8份、超细硅藻土9份、空心玻璃微珠11份、纳米竹炭粉9份、纳米氧化锌5份、纳米氧化铝12份、改性贝壳粉13份、硅烷偶联剂1.2份和抗氧剂1.5份。
优选地，所述改性贝壳粉的制备方法如下：
(1)将贝壳洗净放置在质量份数5％的盐酸溶液中搅拌浸泡30-40分钟，过滤，用水清洗滤液至中性；
(2)将步骤(1)的产品置入高温煅烧炉中在300-400摄氏度下煅烧2-3小时后，研磨粉碎，过200-300目筛；
(3)将步骤(2)的产品加入相当于其重量15-20倍的去离子水中搅拌混合均匀后，加入乳化剂和引发剂，混合均匀，升温至78-85摄氏度，恒温加热30-40分钟后，在300-500转/分钟的搅拌下，缓慢向其中滴加甲基丙烯酸甲酯，滴加结束后，以800-1000转/分钟的速度继续搅拌1-2小时，抽滤，洗涤后，置入80摄氏度的烘箱中烘干，即得改性贝壳粉。
优选地，所述贝壳粉、乳化剂、引发剂和甲基丙烯酸酯的用量质量比为10-15:0.5-0.8:0.5-1:15-20。
优选地，所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇辛基苯基醚乳化剂按照质量比2:1混合组成，所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧酸铵和过氧酸钾中的一种或几种混合。
优选地，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种结合。
优选地，所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸脂、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯中的一种或几种结合。
本发明中还公开了一种上述保温隔热水管材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)按照保温隔热水管材料的原料重量份数称取各原料；
(2)将玻璃纤维、超细硅藻土、空心玻璃微珠、纳米竹炭粉、纳米氧化锌、纳米氧化铝、改性贝壳粉和硅烷偶联剂加入高速混合机中升温至110-130摄氏度混合2-4分钟后，以10摄氏度/分钟的速度降温至40-50摄氏度，混合10-15分钟，得物料a；
(3)将物料a和其它剩余原料加入高速混合机中，以1500-1800转/分钟，高速混合15-20分钟，静置40-50分钟，得混合物料；
(4)将混合物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料置入烘箱中烘干，即得所述保温隔热水管材料。
优选地，所述步骤(4)中的双螺杆挤出机为挤出温度为165-172摄氏度，螺杆转速为45-55转/分钟。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明材料具有通过原料间的协配作用具有良好的耐腐蚀性和抗老化性，材料导热系数低，具有良好的保温隔热性能，抗机械冲击性和抗折抗压性能优异。
(2)本发明添加有改性贝壳粉，贝壳粉具有良好的防火阻燃性、耐腐蚀性、吸附性和抗菌性抑菌性，改性后的贝壳粉，通过引发剂将甲基丙烯酸酯接枝到贝壳表面，制备有机贝壳，减小了贝壳的极性，增强了贝壳具聚丙烯树脂间的相容性和结合性。
(3)本发明中通过改性贝壳粉、超细硅藻土、玻璃纤维和空心玻璃微珠等材料的复合作用降低了材料的导热系数，增强了材料的保温隔热性，纳米氧化锌和纳米氧化铝复合作用提高材料的阻燃性和致密，同时纳米氧化锌可以提高材料的阻燃效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种保温隔热水管材料，包括以下重量份计的原料：
聚丙烯80份、马来酸酐接枝聚丙烯4份、低密度acr树脂8份、玻璃纤维15份、柠檬酸三丁酯5份、超细硅藻土6份、空心玻璃微珠7份、纳米竹炭粉5份、纳米氧化锌3份、纳米氧化铝8份、改性贝壳粉8份、硅烷偶联剂0.8份和抗氧剂1.2份。
改性贝壳粉的制备方法如下：
(1)将贝壳洗净放置在质量份数5％的盐酸溶液中搅拌浸泡30分钟，过滤，用水清洗滤液至中性；
(2)将步骤(1)的产品置入高温煅烧炉中在300摄氏度下煅烧2-3小时后，研磨粉碎，过200目筛；
(3)将步骤(2)的产品加入相当于其重量15倍的去离子水中搅拌混合均匀后，加入乳化剂和引发剂，混合均匀，升温至78摄氏度，恒温加热30分钟后，在300转/分钟的搅拌下，缓慢向其中滴加甲基丙烯酸甲酯，滴加结束后，以800转/分钟的速度继续搅拌1小时，抽滤，洗涤后，置入80摄氏度的烘箱中烘干，即得改性贝壳粉。
贝壳粉、乳化剂、引发剂和甲基丙烯酸酯的用量质量比为10:0.5:0.5:15。
乳化剂为十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇辛基苯基醚乳化剂按照质量比2:1混合组成，引发剂为过氧化苯甲酰。
硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸脂。
本实施例中的保温隔热水管材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)按照保温隔热水管材料的原料重量份数称取各原料；
(2)将玻璃纤维、超细硅藻土、空心玻璃微珠、纳米竹炭粉、纳米氧化锌、纳米氧化铝、改性贝壳粉和硅烷偶联剂加入高速混合机中升温至110摄氏度混合2分钟后，以10摄氏度/分钟的速度降温至40摄氏度，混合10分钟，得物料a；
(3)将物料a和其它剩余原料加入高速混合机中，以1500转/分钟，高速混合15分钟，静置40分钟，得混合物料；
(4)将混合物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料置入烘箱中烘干，即得所述保温隔热水管材料。
步骤(4)中的双螺杆挤出机为挤出温度为165摄氏度，螺杆转速为45转/分钟。
实施例2
一种保温隔热水管材料，包括以下重量份计的原料：
聚丙烯90份、马来酸酐接枝聚丙烯10份、低密度acr树脂15份、玻璃纤维22份、柠檬酸三丁酯10份、超细硅藻土12份、空心玻璃微珠15份、纳米竹炭粉12份、纳米氧化锌8份、纳米氧化铝15份、改性贝壳粉16份、硅烷偶联剂1.5份和抗氧剂1.8份。
改性贝壳粉的制备方法如下：
(1)将贝壳洗净放置在质量份数5％的盐酸溶液中搅拌浸泡40分钟，过滤，用水清洗滤液至中性；
(2)将步骤(1)的产品置入高温煅烧炉中在400摄氏度下煅烧3小时后，研磨粉碎，过300目筛；
(3)将步骤(2)的产品加入相当于其重量20倍的去离子水中搅拌混合均匀后，加入乳化剂和引发剂，混合均匀，升温至85摄氏度，恒温加热40分钟后，在500转/分钟的搅拌下，缓慢向其中滴加甲基丙烯酸甲酯，滴加结束后，以1000转/分钟的速度继续搅拌2小时，抽滤，洗涤后，置入80摄氏度的烘箱中烘干，即得改性贝壳粉。
贝壳粉、乳化剂、引发剂和甲基丙烯酸酯的用量质量比为15:0.8:1:20。
乳化剂为十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇辛基苯基醚乳化剂按照质量比2:1混合组成，引发剂为过氧化二叔丁基。
硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯。
本实施例中的保温隔热水管材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)按照保温隔热水管材料的原料重量份数称取各原料；
(2)将玻璃纤维、超细硅藻土、空心玻璃微珠、纳米竹炭粉、纳米氧化锌、纳米氧化铝、改性贝壳粉和硅烷偶联剂加入高速混合机中升温至130摄氏度混合4分钟后，以10摄氏度/分钟的速度降温至50摄氏度，混合15分钟，得物料a；
(3)将物料a和其它剩余原料加入高速混合机中，以1800转/分钟，高速混合15-20分钟，静置50分钟，得混合物料；
(4)将混合物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料置入烘箱中烘干，即得所述保温隔热水管材料。
步骤(4)中的双螺杆挤出机为挤出温度为172摄氏度，螺杆转速为55转/分钟。
实施例3
一种保温隔热水管材料，包括以下重量份计的原料：
聚丙烯82份、马来酸酐接枝聚丙烯5份、低密度acr树脂10份、玻璃纤维17份、柠檬酸三丁酯6份、超细硅藻土8份、空心玻璃微珠9份、纳米竹炭粉7份、纳米氧化锌4份、纳米氧化铝10份、改性贝壳粉10份、硅烷偶联剂1.1份和抗氧剂1.4份。
改性贝壳粉的制备方法如下：
(1)将贝壳洗净放置在质量份数5％的盐酸溶液中搅拌浸泡35分钟，过滤，用水清洗滤液至中性；
(2)将步骤(1)的产品置入高温煅烧炉中在350摄氏度下煅烧2.6小时后，研磨粉碎，过260目筛；
(3)将步骤(2)的产品加入相当于其重量18倍的去离子水中搅拌混合均匀后，加入乳化剂和引发剂，混合均匀，升温至82摄氏度，恒温加热38分钟后，在400转/分钟的搅拌下，缓慢向其中滴加甲基丙烯酸甲酯，滴加结束后，以900转/分钟的速度继续搅拌1.5小时，抽滤，洗涤后，置入80摄氏度的烘箱中烘干，即得改性贝壳粉。
贝壳粉、乳化剂、引发剂和甲基丙烯酸酯的用量质量比为13:0.7:0.6:19。
乳化剂为十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇辛基苯基醚乳化剂按照质量比2:1混合组成，引发剂为过氧化二异丙苯。
硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯。
本实施例中的保温隔热水管材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)按照保温隔热水管材料的原料重量份数称取各原料；
(2)将玻璃纤维、超细硅藻土、空心玻璃微珠、纳米竹炭粉、纳米氧化锌、纳米氧化铝、改性贝壳粉和硅烷偶联剂加入高速混合机中升温至120摄氏度混合3分钟后，以10摄氏度/分钟的速度降温至46摄氏度，混合13分钟，得物料a；
(3)将物料a和其它剩余原料加入高速混合机中，以1700转/分钟，高速混合18分钟，静置46分钟，得混合物料；
(4)将混合物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料置入烘箱中烘干，即得所述保温隔热水管材料。
步骤(4)中的双螺杆挤出机为挤出温度为170摄氏度，螺杆转速为48转/分钟。
实施例4
一种保温隔热水管材料，包括以下重量份计的原料：
聚丙烯88份、马来酸酐接枝聚丙烯9份、低密度acr树脂13份、玻璃纤维20份、柠檬酸三丁酯9份、超细硅藻土10份、空心玻璃微珠13份、纳米竹炭粉10份、纳米氧化锌7份、纳米氧化铝13份、改性贝壳粉14份、硅烷偶联剂1.4份和抗氧剂1.6份。
改性贝壳粉的制备方法如下：
(1)将贝壳洗净放置在质量份数5％的盐酸溶液中搅拌浸泡34分钟，过滤，用水清洗滤液至中性；
(2)将步骤(1)的产品置入高温煅烧炉中在320摄氏度下煅烧2.8小时后，研磨粉碎，过280目筛；
(3)将步骤(2)的产品加入相当于其重量16倍的去离子水中搅拌混合均匀后，加入乳化剂和引发剂，混合均匀，升温至81摄氏度，恒温加热34分钟后，在380转/分钟的搅拌下，缓慢向其中滴加甲基丙烯酸甲酯，滴加结束后，以840转/分钟的速度继续搅拌1.4小时，抽滤，洗涤后，置入80摄氏度的烘箱中烘干，即得改性贝壳粉。
贝壳粉、乳化剂、引发剂和甲基丙烯酸酯的用量质量比为14:0.7:0.9:16。
乳化剂为十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇辛基苯基醚乳化剂按照质量比2:1混合组成，引发剂为过氧酸铵。
硅烷偶联剂为n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸脂。
本实施例中的保温隔热水管材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)按照保温隔热水管材料的原料重量份数称取各原料；
(2)将玻璃纤维、超细硅藻土、空心玻璃微珠、纳米竹炭粉、纳米氧化锌、纳米氧化铝、改性贝壳粉和硅烷偶联剂加入高速混合机中升温至123摄氏度混合3分钟后，以10摄氏度/分钟的速度降温至48摄氏度，混合14分钟，得物料a；
(3)将物料a和其它剩余原料加入高速混合机中，以1700转/分钟，高速混合18分钟，静置46分钟，得混合物料；
(4)将混合物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料置入烘箱中烘干，即得所述保温隔热水管材料。
步骤(4)中的双螺杆挤出机为挤出温度为165-172摄氏度，螺杆转速为52转/分钟。
实施例5
一种保温隔热水管材料，包括以下重量份计的原料：
聚丙烯86份、马来酸酐接枝聚丙烯7份、低密度acr树脂12份、玻璃纤维18份、柠檬酸三丁酯8份、超细硅藻土9份、空心玻璃微珠11份、纳米竹炭粉9份、纳米氧化锌5份、纳米氧化铝12份、改性贝壳粉13份、硅烷偶联剂1.2份和抗氧剂1.5份。
改性贝壳粉的制备方法如下：
(1)将贝壳洗净放置在质量份数5％的盐酸溶液中搅拌浸泡35分钟，过滤，用水清洗滤液至中性；
(2)将步骤(1)的产品置入高温煅烧炉中在390摄氏度下煅烧2.6小时后，研磨粉碎，过240目筛；
(3)将步骤(2)的产品加入相当于其重量17倍的去离子水中搅拌混合均匀后，加入乳化剂和引发剂，混合均匀，升温至82摄氏度，恒温加热38分钟后，在420转/分钟的搅拌下，缓慢向其中滴加甲基丙烯酸甲酯，滴加结束后，以850转/分钟的速度继续搅拌1.8小时，抽滤，洗涤后，置入80摄氏度的烘箱中烘干，即得改性贝壳粉。
贝壳粉、乳化剂、引发剂和甲基丙烯酸酯的用量质量比为12:0.7:0.6:17。
乳化剂为十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇辛基苯基醚乳化剂按照质量比2:1混合组成，引发剂为过氧酸钾。
硅烷偶联剂为n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯。
本实施例中的保温隔热水管材料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)按照保温隔热水管材料的原料重量份数称取各原料；
(2)将玻璃纤维、超细硅藻土、空心玻璃微珠、纳米竹炭粉、纳米氧化锌、纳米氧化铝、改性贝壳粉和硅烷偶联剂加入高速混合机中升温至126摄氏度混合3分钟后，以10摄氏度/分钟的速度降温至48摄氏度，混合15分钟，得物料a；
(3)将物料a和其它剩余原料加入高速混合机中，以1750转/分钟，高速混合18分钟，静置46分钟，得混合物料；
(4)将混合物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料置入烘箱中烘干，即得所述保温隔热水管材料。
步骤(4)中的双螺杆挤出机为挤出温度为170摄氏度，螺杆转速为53转/分钟。
对比例1：除不添加改性贝壳粉外，其余原料与制备方法与实施例1相同；
将实施例1-5制得的保温隔热水管材料和对比例1制得的保温隔热水管材料进行性能测试，测试结果如表1：
综上所述，本发明具有以下优点：
(1)本发明材料具有通过原料间的协配作用具有良好的耐腐蚀性和抗老化性，材料导热系数低，具有良好的保温隔热性能，抗机械冲击性和抗折抗压性能优异。
(2)本发明添加有改性贝壳粉，贝壳粉具有良好的防火阻燃性、耐腐蚀性、吸附性和抗菌性抑菌性，改性后的贝壳粉，通过引发剂将甲基丙烯酸酯接枝到贝壳表面，制备有机贝壳，减小了贝壳的极性，增强了贝壳具聚丙烯树脂间的相容性和结合性。
(3)本发明中通过改性贝壳粉、超细硅藻土、玻璃纤维和空心玻璃微珠等材料的复合作用降低了材料的导热系数，增强了材料的保温隔热性，纳米氧化锌和纳米氧化铝复合作用提高材料的阻燃性和致密，同时纳米氧化锌可以提高材料的阻燃效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。