低成本高效抗菌PP-R管材的生产技术开发.doc

低成本高效抗菌PP-R管的生产技术开发

李泽国 赵国安 路明洁 阳文 李毕忠
（北京崇高纳米科技有限公司，北京100094）

摘要：本文采用抗菌母粒技术路线开发和生产抗菌PP-R管道、管件。通过调整抗菌母粒物料配方，管道挤出生产工艺参数和管件注塑生产工艺参数，开发出含沸石载银锌型无机复合抗菌剂的抗菌母粒安迪美-PG1，并在添加抗菌母粒6.0-8.0%时，生产出抗菌管道和抗菌管件。结果表明，抗菌管材的抗菌率大于99%，并且抗菌耐久性能良好，符合抗菌塑料管的抗菌性能指标。与使用进口抗菌剂相比，所开发的管材具有显著的性能/成本比优势这种低成本高效抗菌PP-R管具有大面积推广的可能性，市场发展前景广阔。
关键词：抗菌，PP-R，低成本，高效

一、 前言
PP-R管发源于欧洲，在西欧等发达国家PP-R管材在给水管道中的应用量占第一位；在美洲等发达国家PP-R管材在给水管道中的应用量占第二位。它以卓越的卫生、环保性能和耐热、耐压、耐腐、柔韧抗震等性能而被世界各国所重视，PP－R管材在冷热水输送工程中采用热熔接技术，其综合技术性能和经济指标优于镀锌管、UPVC管、PEX管、聚乙烯管及铝塑复合管。PP-R管作为取代金属管道的新一代建材，在长期连续工作水压、水温高达95℃情况下，使用寿命可以长达50年。
普通铁管和塑料管，经使用一段时间后，管壁上会滋生有害细菌，产生滑腻薄膜，给饮用水带来健康隐患。1996年世界卫生组织调查，人体80％的疾病与饮水有关，特别是与被病菌感染的饮水有关，大约60％以上的疾病是通过饮水传播的。为了防止水管带来的“二次污染”，抗菌塑料水管应运而生。抗菌水管是在管材中植入抗菌剂的功能型管道产品。抗菌塑料管中抗菌组分对一些滋生的细菌等微生物具有抑制作用，保持良好的卫生状态。
用常规塑料管道加工成型工艺，可将预先制好的抗菌塑料加工成抗菌管道，其中，抗菌母粒生产技术是抗菌塑料生产的高新技术。含银、铜、锌的高效无机抗菌剂和特定的树脂，先制成高浓度抗菌剂的母粒，然后和普通塑料共混挤出成型，就生产出抗菌PP-R管。
抗菌管道的成本增加主要来自与成本较高的抗菌剂以及抗菌母粒。早期以日本为代表的载银无机抗菌剂价格为1000元/kg，后来部分产品降至300-400元/kg。这令很多管材制造厂望而生畏，无法接受市场的挑战，所以抗菌塑料管材目前市场占有份额不大。
北京崇高纳米科技有限公司10年来一直致力于抗菌材料、纳米复合材料的研究和应用开发，目前已成功开发出了几十种可规模生产的抗菌母粒，每一种抗菌母粒都对应一种以上的抗菌制品。为了解决抗菌PP-R管道的生产成本，本公司开发了新型抗菌母粒技术，从抗菌剂原料体系入手，在改进无机复合抗菌剂性能的基础上，既保证管材高效抗菌性能，同时大幅度降低了材料成本。目前，抗菌PP-R塑料管的制造成本仅比普通塑料水管的制造成本略有增加，其性价比有显著提高。随着我国建筑给水管的快速发展，抗菌型塑料管的应用有着巨大的市场。[1，2，3，4]
二、 抗菌PP-R管材的制备
1、 原材料
PP-R树脂：韩国晓星公司；
HDPE树脂：燕山石化公司；
PP-R管专用白色母粒：市售；
安迪美-PG1抗菌母粒：北京崇高纳米公司；
安迪美-PP-Pg抗菌母粒：北京崇高纳米公司（进口抗菌剂）。
2、 仪器设备
SJ-65(30)/SJ-30(28)复合管道成型机
3、 生产工艺流程
PP-R树脂、少量HDPE树脂
抗菌母粒
搅拌混合机——物料充分混合均匀
注射机——加热熔融→挤压注塑→冷却定型→开模→检验→入库
抗菌PP-R管件
螺杆挤出机——熔融、混合挤出→挤压成型→冷却定型→牵引→切割→检验→入库
抗菌PP-R管道
白色母粒

图1，抗菌PP-R管道、管件生产工艺流程图
三、 抗菌PP-R管材的抗菌性能评价
抗菌PP-R管道、管件抗菌性能测试参照中国建材行业标准JC/T939-2004《建筑用抗细菌塑料管抗细菌性能》，实验方法是贴膜法，测试菌种为大肠杆菌（ATCC25922）和金黄色葡萄球菌（ATCC6538）,抗菌耐久性能试验是选择在50±2℃的蒸馏水水浴中浸泡样片16h再进行抗菌性能测试。相关测试结果见图2和图3。

图2，抗菌PP-R管对大肠杆菌（ATCC25922）的抗菌率和抗菌母粒添加量的关系

图3，抗菌PP-R管对金黄色葡萄球菌(ATCC6538)的抗菌率和抗菌母粒添加量的关系
从图2和图3可以看出，随着抗菌母粒PG1添加比例的增大，抗菌PP-R管的抗菌效果增强：当抗菌母粒PG1添加比例小于4%时，抗菌效果不好，达不到90%；当抗菌母粒PG1添加比例达到4%时，抗菌率达到94%以上，但是当经水处理后的耐久性抗菌率较低，降至90%以下；当抗菌母粒PG1添加比例达到6%时，经水处理抗菌PP-R管的耐久抗菌率大于90%；当抗菌母粒PG1添加比例达到8%以上时，经水处理抗菌PPR管的耐久抗菌率大于99%。
四、 抗菌PP-R管材成本分析
当前抗菌材料的推广应用的一个最大障碍就是成本问题，其中占成本影响因素最大的是抗菌剂的成本，一些进口抗菌剂和国产抗菌剂成本较高，很多管道生产企业无法让市场接受。
所以在抗菌PP-R管材、管件中还可考虑对结构进行设计优化，如可以将PP-R管道制成多层复合结构，在内层使用抗菌母粒成分，而在外层不添加抗菌成分，这样既保证了抗菌管道的抗菌性能得到有效发挥，又合理地控制了成本。
表1，不同抗菌体系抗菌PP-R管的成本分析（PP-R管规格20X2.8mm,0.151kg/m）
抗菌体系
抗菌母粒添加比例/%
水处理后样品抗菌率/%
增加成本/每米管道
安迪美-PG1抗菌母粒
6.0
≥90%
0.50-0.60元
8.0
≥99%
0.70-0.80元
安迪美-PP-Pg抗菌母粒
4.0
≥90%
0.70-0.80元
6.0
≥99%
1.00-1.10元

表2，抗菌PP-R复合管的成本分析（只在内层添加抗菌剂，PP-R管规格20X2.8mm,0.151kg/m）
抗菌体系
抗菌母粒添加比例/%
水处理后样品抗菌率/%
增加成本/每米管材
安迪美-PG1抗菌母粒
8.0
≥90%
0.35-0.40元
安迪美-PP-Pg抗菌母粒
6.0
≥90%
0.50-0.60元
由表1可以看出采用崇高纳米自产抗菌剂开发的抗菌PP-R管材成本比采用外购抗菌剂，开发的抗菌PP-R管道的成本低30%。由表2可以看出当生产抗菌PP-R管只在内层添加抗菌剂时，成本又可以进一步降低。

五、 结论
使用由无机复合抗菌剂制备抗菌母粒，可以在常规的PP-R生产工艺上生产出抗菌PP-R管道或管件，抗菌性能符合中国建材行业标准JC/T 939-2004设定的技术指标，抗菌率大于99%，并且抗菌耐久性能良好，经50±2℃的蒸馏水水浴浸泡16h后的样片抗菌率大于90%。
使用北京崇高纳米公司独立研发的无机复合抗菌体系所生产的抗菌PP-R管，比使用目前典型的抗菌剂和抗菌母粒生产的抗菌PP-R管，所增加的成本要低30%，具有很强市场竞争力和推广意义。采用管材复合技术，仅在内层添加抗菌剂时，抗菌PP-R管道的生产制造成本则可以进一步降低。

[参考文献]
[1]《2008年中国塑料管业的发展概况和前景调研报告》，北京塑料工业协会（2008-3）。
[2]CN1699459A 一种纳米无机抗菌聚丙烯给水管材及其制备方法。
[3]CN2690702一种抗菌复合塑料管。
[4]李毕忠，崔辉仙，贾临芳.抗菌管材—健康新概念.2001年新世纪首届中国（成都）新型管材管件生产技术及生产设备推广应用交流会论文集：5-6。

5