铜碳抗菌输水管材和微珠铜碳抗菌输水管材及其制备方法

摘要

本发明公开了输水管道相关技术领域的一种铜碳抗菌输水管材及微珠铜碳抗菌输水管材及其制备方法；其中，铜碳抗菌输水管材，包括铜碳抗菌PPR材料；该铜碳抗菌PPR材料包含按重量百分数计的以下成分：3％～15％的铜碳TM材料，余量为PPR材料；利用铜离子实现抑制各种有害细菌、病毒和水中微生物，如藻类的生长的作用，同时避免人体收到银离子的损伤。

说明书

技术领域

本发明涉及输水管道相关技术领域，特别涉及一种铜碳抗菌输水管材和微珠铜碳抗菌输水管材及其制备方法。

背景技术

现市面上输水管道大多采用银离子作为抗菌材料进行填入，但是银离子不断析出，透过水进入人体内，如果银离子吸收多了，对人体脏器会有一定损伤，所以现在美国已经禁止采用银离子作为抗菌原料。

铜离子是具有杀菌作用的最具代表性的金属，科学的实验结果表明，铜离子具有抑制各种有害细菌、病毒和水中微生物，如藻类的生长的作用。与市售的铜纳米颗粒材料相比，铜/碳-核/壳结构的铜纳米颗粒是以植物纤维为基材，金属铜离子为原料，通过加温碳化还原方法制备而成的新型纳米颗粒材料。铜/碳-核/壳纳米颗粒材料是以纳米铜颗粒均匀地镶嵌在多孔碳黑基体中的形式存在，可以充分发挥纳米材料的优点，又可以避免纳米颗粒材料因尺寸太小难以控制的缺点；它在pH值1～11的水溶液中长期浸泡不溶解，溶液中没有明显的铜离子渗出。有效抑制细菌在表面附着滋生，能够阻止例如沙门氏菌和弯曲杆菌菌株的生长，减少微生物食品中毒的发病率。

发明内容

针对现有技术存在的银离子在杀死附着在管壁上的微生物同时可能对人体造成伤害的问题，本发明的目的在于提供一种铜碳抗菌输水管材和微珠铜碳抗菌输水管材及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种铜碳抗菌输水管材，包括铜碳抗菌PPR材料；所述铜碳抗菌PPR材料包含按重量百分数计的以下成分：3％～15％的铜碳TM材料，余量为PPR材料。

优选的，所述铜碳TM材料按重量百分数计占比5％，余量为PPR材料。

进一步的，所述铜碳TM材料包括纳米颗粒和多孔碳黑；所述纳米颗粒为10～99纳米的铜/碳-核/壳结构，所述纳米颗粒均匀地镶嵌在所述多孔碳黑中。

一种铜碳抗菌输水管材的制备方法，包含前面所述成分的原料，即：3％～15％重量的铜碳TM材料，余量为PPR材料；或者，所述铜碳TM材料重量为5％，余量为PPR材料；这几种配比的材料，在180～250℃条件下，经过挤出机挤出和冷却切割，制成所述铜碳抗菌输水管材。

一种微珠铜碳抗菌输水管材，包括按重量百分数计的紧密贴合的以下圈层：15％～25％如权利要求1或2所述的铜碳抗菌PPR材料和55％～65％遮光微珠PPR材料，余量为PPR材料；所述铜碳抗菌PPR材料位于内圈层，所述遮光微珠PPR材料位于中间圈层，所述PPR材料位于外圈层。这里所述的紧密贴合指的是三层材料通过共挤或者无间隙粘合形成不破坏基本结构就无法分开三层材料的状态。

优选的，按重量百分数计，所述铜碳抗菌PPR材料为20％；所述遮光微珠PPR材料为60％，余量为PPR材料。

进一步的，所述遮光微珠PPR材料包含按重量百分数计的以下成分：55％～65％的遮光微珠，余量为PPR材料。

优选的，所述遮光微珠按重量百分数计占比60％，余量为PPR材料。

进一步的，所述遮光微珠PPR材料的制备过程是在180～250℃条件下，制成所述遮光微珠PPR材料。

一种微珠铜碳抗菌输水管材的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)PPR材料和铜碳TM材料的混合物，其中铜碳TM材料占总重量的3％～15％或者5％；遮光微珠和PPR材料的混合物，其中遮光微珠占总重量55％～65％或者60％；纯PPR材料；前面三种配比的材料，分别在180～250℃条件下，制成所述遮光微珠PPR材料、遮光微珠PPR材料和PPR材料，需指出的是这里所述的加热条件不包含经过挤出机挤出和冷却切割这样的制备步骤；

步骤2)用步骤1所述的铜碳抗菌PPR材料、遮光微珠PPR材料和PPR材料，按照重量百分数计的15％～25％的所述铜碳抗菌PPR材料、55％～65％的所述遮光微珠PPR材料并用PPR材料补足余量，或者按照重量百分数计的20％的所述铜碳抗菌PPR材料、60％的所述遮光微珠PPR材料并用PPR材料补足余量，在180～250℃条件下，经由三层共挤复合模头一次共挤制成微珠铜碳抗菌输水管材。

本发明具有如下优点：

1.铜碳TM材料利用铜在有水的条件下生成的铜离子，铜离子透过细胞膜，到达细胞的内部，由于铜离子为重金属离子，能使某些酶变性，从而破坏它们的新陈代谢，杀死附着在输水管道内壁上的微生物；

2.释放到水体中的铜离子浓度很低，避免了重金属离子对人体的伤害，也低于使用银离子杀菌对人体造成的伤害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图中：1-铜碳抗菌PPR层；2-遮光微珠PPR层；3-PPR层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“内”、“中间”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的示意图，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明方案提供的铜碳抗菌输水管材，包括铜碳抗菌PPR层1；遮光微珠PPR层2；PPR层3。

首先，本发明的实施例中所用原料如下：

铜碳TM材料为尺寸在数十纳米的铜/碳-核/壳结构纳米颗粒均匀地嵌镶在多孔碳黑中形成的一种新型纳米复合材；

遮光微珠为硅铝空心微珠，安徽万兴实业有限公司，1250目；

PPR原料为无规共聚聚丙烯，韩国晓星，r200p。

需说明的是，本处试剂示例仅为帮助本领域技术人员试验本方案所用，不是推荐试剂，更不对本发明方案构成任何限制。实际操作中，本领域技术人员可结合自身经验试验本技术方案。

实施例A1～A8：铜碳抗菌输水管材的制备

实施例A1

从PPR管生产设备上的加料口投入PPR材料和铜碳TM材料的混合物(以下简称铜碳PPR混合物)，其中铜碳TM材料占总重量的3％；设备上的电机带动挤出机，把加热到180℃的铜碳PPR混合物融化后挤出，制成铜碳抗菌输水管材；管材经过冷却水箱冷却至30℃定型；切割机把管材切成所需长度。

实施例A2

铜碳PPR混合物中的铜碳TM材料占总重量的5％；其余条件与实施例A1相同。

实施例A3

铜碳PPR混合物中的铜碳TM材料占总重量的10％；其余条件与实施例A1相同。

实施例A4

铜碳PPR混合物中的铜碳TM材料占总重量的15％；其余条件与实施例A1相同。

实施例A5

铜碳PPR混合物的加热温度为200℃；其余条件与实施例A1相同。

实施例A6

铜碳PPR混合物的加热温度为230℃；其余条件与实施例A2相同。

实施例A7

铜碳PPR混合物的加热温度为250℃；其余条件与实施例A3相同。

实施例A8

冷却水箱将管材温度降低至40℃定型；其余条件与实施例A4相同。

铜碳抗菌输水管材利用离子交换原理，铜离子与带有负电荷的细菌接触，剥夺细菌养分以及氧气，并破坏细胞膜，造成细胞内电荷失衡，进而杀死细菌，避免使用银离子杀菌对人体造成的损害。

对于实施例A1～A8，经实验测定，铜碳TM材料对两种细菌的最小抑菌浓度(MIC)和最小杀菌浓度(MBC)，结果表明：铜碳TM材料对大肠杆菌的MIC和MBC分别为900ppm、1000ppm；对金黄色葡萄球菌的MIC和MBC分别为600ppm、700ppm；但是铜碳抗菌输水管材在水中溶出铜的浓度小于5ppm，为人体吸收正常范围，确保了铜碳抗菌输水管材在杀死附着在管壁上的微生物的同时避免银离子对人体的伤害。

实施例B1～B11：微珠铜碳抗菌输水管材的制备

实施例B1

步骤1)从三层共挤PPR管生产设备上的三个加料口中的第一个加料口中投入实施例A1～A4中任一比例的铜碳PPR混合物；从第二个加料口中投入遮光微珠和PPR材料的混合物(以下简称遮光微珠PPR混合物)，其中遮光微珠材料占总重量的55％；从第三个加料口加入PPR材料；以上三个加料口中的原料各自加热到180℃融化后挤出，分别制成铜碳抗菌PPR材料，遮光微珠PPR材料和PPR材料；需要指出的是本步骤中对加料口所称的“第一”“第二”“第三”为并列关系，没有先后顺序，也没有重要性排序的意思，仅仅是对三个加料口作区分的一种表述，不构成对本方案的限制；

步骤2)用步骤1的铜碳抗菌PPR材料、遮光微珠PPR材料和PPR材料，其中，按照重量百分数计，铜碳抗菌PPR材料占15％，遮光微珠PPR材料占55％，余量用PPR材料补足；在180℃条件下，经由三层共挤复合模头一次共挤制成微珠铜碳抗菌输水管材；管材经过冷却水箱冷却至30℃定型；切割机把管材切成所需长度。

实施例B2

遮光微珠PPR混合物中的遮光微珠材料占总重量的60％；其余条件与实施例B1相同。

实施例B3

遮光微珠PPR混合物中的遮光微珠材料占总重量的65％；其余条件与实施例B1相同。

实施例B4

步骤1和步骤2中的加热温度为200℃；其余条件与实施例B1相同。

实施例B5

步骤1和步骤2中的加热温度为230℃；其余条件与实施例B2相同。

实施例B6

步骤1和步骤2中的加热温度为250℃；其余条件与实施例B3相同。

实施例B7

按照重量百分数计，铜碳抗菌PPR材料占20％，遮光微珠PPR材料占55％，余量用PPR材料补足；其余条件与实施例B5相同。

实施例B8

按照重量百分数计，铜碳抗菌PPR材料占25％，遮光微珠PPR材料占55％，余量用PPR材料补足；其余条件与实施例B6相同。

实施例B9

按照重量百分数计，铜碳抗菌PPR材料占20％，遮光微珠PPR材料占60％，余量用PPR材料补足；其余条件与实施例B5相同。

实施例B10

按照重量百分数计，铜碳抗菌PPR材料占25％，遮光微珠PPR材料占65％，余量用PPR材料补足；其余条件与实施例B6相同。

实施例B11

冷却水箱将管材温度降低至40℃定型；其余条件与实施例B1相同。

以上实施例A1～A8以及实施例B1～B11中，各参数/条件只要不相互矛盾，均可任意结合。

微珠铜碳抗菌输水管材中硅铝空心微珠本身为空心材料，并且为球体结构，表面可形成较大的反射面，光线不易穿透，进而形成光屏蔽层，阻隔光线进入管内，在实现实施例A1～A8杀菌抑菌作用的基础上，进一步起到抑制管内水中藻类生长繁殖作用。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，在没有做出创造性劳动前提下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。