一种仿生疏水材料、疏水抗垢PP-R管及其制备方法和应用与流程

本发明涉及管材，更具体地，涉及一种仿生疏水材料、疏水抗垢pp-r管及其制备方法和应用。

背景技术：

1、pp-r管是建筑给水输送领域的塑料管道的一种，广泛应用于饮用水输送系统。现有pp-r管在长期使用过程中，内壁容易附着污垢、产生青苔、滋生细菌，进而影响饮用水的水质。为此，研究人员研发出具有抗垢性能的pp-r给水管。中国专利(一种超疏水防垢管材及其制备方法)以聚丙烯树脂或聚乙烯树脂为基体树脂、以聚硅氧烷和有机改性纳米二氧化硅粒子为超疏水剂，通过简单混合和挤出、涂覆制备超疏水防垢管材，该超疏水防垢管材虽然疏水性能强，能够达到防垢的目的，但是其力学性能差，不利于运输，同时影响管材的使用寿命。

2、因此，提供一种能够同时提高pp-r管疏水性能和力学性能的仿生疏水材料是具有重要经济价值的。

技术实现思路

1、本发明的首要目的是克服现有技术不能同时提高pp-r管疏水性能和力学性能的问题，而提供一种仿生疏水材料。

2、本发明的另一目的是提供一种仿生疏水材料的制备方法。

3、本发明的另一目的是提供一种仿生疏水材料在制备管材中的应用。

4、本发明的另一目的是提供一种疏水抗垢pp-r管。

5、本发明的另一目的是提供一种疏水抗垢pp-r管的制备方法。

6、本发明上述技术目的通过以下技术方案实现：

7、一种仿生疏水材料，按重量份数计算，包括：

8、40～60份硅氧烷接枝聚乙烯、15～30份无机纳米粒子；

9、所述硅氧烷接枝聚乙烯的制备方法为：在引发剂的作用下，通过加热熔融聚乙烯和乙烯基封端聚硅氧烷进行接枝反应，即得硅氧烷接枝聚乙烯；

10、所述聚乙烯和乙烯基封端聚硅氧烷的质量比为(20～40):(20～40)。

11、相比于单纯混合的聚乙烯和乙烯基封端聚硅氧烷，本发明利用引发剂使聚乙烯和乙烯基封端聚硅氧烷发生接枝反应得到的硅氧烷接枝聚乙烯，一方面提高了疏水性的乙烯基封端聚硅氧烷与pp-r管的基体树脂聚丙烯树脂之间的相容性，有利于提高pp-r管的力学性能；另一方面提高了仿生疏水材料和pp-r管疏水层的规整性，使分子排列更加整齐、紧密，能够更好地包裹并挤出无机纳米粒子形成乳突，提高pp-r管的疏水性能。

12、而且，本发明通过调控聚乙烯和乙烯基封端聚硅氧烷的质量比、以及硅氧烷接枝聚乙烯和无机纳米粒子的重量份数来同时提高pp-r管的疏水性能和力学性能，具体如下：

13、对于聚乙烯和乙烯基封端聚硅氧烷的质量比，当乙烯基封端聚硅氧烷的用量一定时，聚乙烯的用量过少，意味着乙烯基封端聚硅氧烷的含量高，虽然有利于提高pp-r管的疏水性，但是聚乙烯的用量过少不利于提高疏水性的乙烯基封端聚硅氧烷与pp-r管的基体树脂聚丙烯树脂之间的相容性，导致pp-r管的力学性能发生下降；而当乙烯基封端聚硅氧烷的用量一定时，聚乙烯的用量过多，意味着疏水性的乙烯基封端聚硅氧烷含量少，会降低pp-r管的疏水性能。

14、因此，只有当聚乙烯和乙烯基封端聚硅氧烷的质量比在(20～40):(20～40)范围内时，才能同时提高pp-r管的疏水性能和力学性能。

15、对于硅氧烷接枝聚乙烯和无机纳米粒子的重量份数，当无机纳米粒子的重量份数不变时，硅氧烷接枝聚乙烯的重量份数过少，意味着无机纳米粒子的含量过多，使得无机纳米粒子在pp-r管疏水层中分布不均，导致应力集中，使pp-r管的力学性能发生下降；而当硅氧烷接枝聚乙烯的重量份数不变时，无机纳米粒子的重量份数过少，意味着硅氧烷接枝聚乙烯的含量过多，此时无机纳米粒子形成的乳突间距过大，导致pp-r管的疏水性能发生下降。

16、因此，只有当硅氧烷接枝聚乙烯的重量份数为40～60份、无机纳米粒子的重量份数为15～30份时，才能同时提高pp-r管的疏水性能和力学性能。

17、具体地，所述无机纳米粒子的平均粒径≤100nm。

18、具体地，所述聚乙烯为低密度聚乙烯、中密度聚乙烯或高密度聚乙烯中的一种或多种。

19、进一步地，所述聚乙烯为低密度聚乙烯。

20、在本发明中，相较于高密度聚乙烯和中密度聚乙烯，利用低密度聚乙烯制备得到的仿生疏水材料的熔融指数更高，更有利于提高仿生疏水材料在pp-r管的基体树脂聚丙烯树脂中的分散性，从而更有利于同时提高pp-r管的疏水性能和力学性能。

21、具体地，所述无机纳米粒子为tio2、baso4、sio2或caco3中的一种或多种。

22、进一步地，所述纳米粒子为质量比为(1～3):(1～3)的tio2和baso4混合物。

23、具体地，所述乙烯基封端聚硅氧烷为甲基乙烯基封端聚二甲基硅氧烷、乙烯基封端的聚苯基硅氧烷或乙烯基封端的二甲基甲基乙烯基(硅氧烷与聚硅氧烷)中的一种或多种。而且，单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷的cas号为68083-19-2，乙烯基封端的聚苯基硅氧烷的cas号为225927-21-9，乙烯基封端的二甲基甲基乙烯基(硅氧烷与聚硅氧烷)的cas号为68083-18-1。

24、具体地，所述加热熔融的温度为190～210℃。

25、具体地，所述引发剂为过氧化二苯甲酸、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯或偶氮二异丁腈的一种或多种。

26、一种仿生疏水材料的制备方法，包括如下步骤：

27、混合硅氧烷接枝聚乙烯、无机纳米粒子，即得仿生疏水材料。

28、上述仿生疏水材料在制备管材中的应用也应在本发明的保护范围内。

29、一种疏水抗垢pp-r管，从内到外依次为疏水层、抗冲层和保护层，按重量份数计算：所述疏水层包括：100份聚丙烯树脂、3～9份仿生疏水材料、5～10份交联聚乙烯(pex)；

30、所述抗冲层包括：100份聚丙烯树脂、5～10份抗冲剂、5～10份交联聚乙烯(pex)。

31、本发明通过在pp-r管的疏水层和抗冲层中添加交联聚乙烯(pex)来促进疏水层和抗冲层发生微交联，而微交联后形成的物质具有立体结构，有利于提升疏水层和抗冲层间的结合力和pp-r管的强度，从而进一步提高pp-r管的力学性能。

32、具体地，所述疏水层包括：100份聚丙烯树脂、3～9份仿生疏水材料、5～10份交联聚乙烯(pex)、3～5份色母。

33、具体地，所述抗冲层包括：100份聚丙烯树脂、5～10份抗冲剂、5～10份交联聚乙烯(pex)、3～5份色母。

34、具体地，所述保护层包括：100份聚丙烯树脂、3～5份色母。

35、具体地，所述聚丙烯树脂的重均分子量为60～100万。

36、进一步地，所述聚丙烯树脂的重均分子量为81万。

37、具体地，所述抗冲剂为poe(热塑性弹性体)、edpm(三元乙丙橡胶)或sbs(热塑性丁苯嵌段共聚物或热塑性丁苯橡胶)中的一种或多种。

38、本领域的常规色母均可用于本发明。

39、具体地，所述疏水层的厚度为0.2～1.2mm。

40、进一步地，所述疏水层的厚度为0.2～0.8mm。

41、具体地，所述抗冲层的厚度为0.9～1.2mm。

42、具体地，所述保护层的厚度为1.4～1.7mm。

43、一种疏水抗垢pp-r管的制备方法，包括如下步骤：

44、分别混匀疏水层、抗冲层和保护层各层组分，采用三层共挤模具，加热挤出，冷却成型，即得疏水抗垢pp-r管。

45、具体地，所述疏水抗垢pp-r管的制备方法，包括如下步骤：

46、分别混匀疏水层、抗冲层和保护层各层组分，采用三层共挤模具，利用主挤出机挤出抗冲层，第1共挤辅机挤出疏水层，第2共挤辅机挤出保护层，第3共挤辅机挤出色条，加热，复合共挤出，冷却成型，切割，即得疏水抗垢pp-r管。

47、具体地，所述加热温度为180～200℃。

48、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

49、相比于单纯混合的聚乙烯和乙烯基封端聚硅氧烷，本发明利用引发剂使聚乙烯和乙烯基封端聚硅氧烷发生接枝反应得到的硅氧烷接枝聚乙烯，一方面提高了疏水性的乙烯基封端聚硅氧烷与pp-r管的基体树脂聚丙烯树脂之间的相容性，有利于提高pp-r管的力学性能；另一方面提高了仿生疏水材料和pp-r管疏水层的规整性，使分子排列更加整齐、紧密，能够更好地包裹并挤出无机纳米粒子形成乳突，提高pp-r管的疏水性能。

50、而且，本发明通过调控聚乙烯和乙烯基封端聚硅氧烷的质量比、以及硅氧烷接枝聚乙烯和无机纳米粒子的重量份数来同时提高pp-r管的疏水性能和力学性能。