阅读说明：本技术 一种用于酸性废水的抗菌pvc管道 (Antibacterial PVC pipeline for acidic wastewater ) 是由 石柳青 董建 于 2019-09-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及管道技术领域,公开了一种用于酸性废水的抗菌PVC管道。包括PVC内管、PVC外管和金属管,所述PVC外管套设于PVC内管外部,所述金属管夹设于PVC内管与PVC外管之间,所述PVC内管内侧面涂覆有抗菌涂层。本发明通过在PVC内管内侧表面涂覆抗菌涂层,抗菌涂层具有良好的耐酸腐蚀性能和抗菌性能,阻挡酸性废液与PVC管道接触,从而避免酸性废液对PVC管道酸性腐蚀和细菌在PVC内管内壁生长繁殖,延长PVC管道的使用寿命。(The invention relates to the technical field of pipelines, and discloses an antibacterial PVC pipeline for acidic wastewater. Including PVC inner tube, PVC outer tube and tubular metal resonator, PVC inner tube outside is located to the PVC outer tube cover, the tubular metal resonator clamp is located between PVC inner tube and the PVC outer tube, the coating of PVC inner tube medial surface has antibacterial coating. According to the invention, the antibacterial coating is coated on the inner side surface of the PVC inner pipe, and has good acid corrosion resistance and antibacterial property, so that the contact of the acidic waste liquid and the PVC pipe is prevented, the acidic corrosion of the acidic waste liquid to the PVC pipe and the growth and reproduction of bacteria on the inner wall of the PVC inner pipe are avoided, and the service life of the PVC pipe is prolonged.)

一种用于酸性废水的抗菌PVC管道

技术领域

本发明涉及管道技术领域，尤其是涉及一种用于酸性废水的抗菌PVC管道。

背景技术

聚氯乙烯(PVC)是一种稳定、安全无毒的材料,而且是最重要的医用高分子材料。现今的生产技术可使PVC树脂几乎不含氯乙烯单体。1935年德国法本公司采用乳液法实现PVC工业化生产后，PVC被广泛应用，PVC管道具有其他管道不具有的优势，已成为用途非常广泛、用量最多的塑料管道，PVC管道能够应用于污水排放领域，PVC排放酸性废水过程中，由于污水中含有大量的细菌在在管道内壁生长繁殖且在酸性废水的腐蚀作用下，细菌和酸液长时间会对PVC管道造成明显的侵蚀，导致PVC管道强度下降，管道容易发生破裂。

中国专利公开号CN107057235公开了一种PVC管道，该管道用下列重量组分比的原料制成：PVC树脂、二氧化钛、硬脂酸、氯化聚乙烯、碳酸钙、PE蜡、硬脂酸铅、炭黑、硼酸锌、三聚氰胺、丙烯腈-苯乙烯、邻苯二甲酸二辛酯、甲基丙烯酸基三甲氟基硅、抗菌剂、耐磨剂、增韧剂；中国专利公开号CN104788847公开了一种PVC复合给水管，由下述重量份的原料组成：PVC树脂，氯化聚乙烯，稀土复合稳定剂，纳米碳酸钙，润滑剂，抗菌剂，耐磨剂，抗氧剂，硅藻土。上述制备得到的PVC管道是直接将抗菌剂混入PVC管道的其他组分中从而制备得到具有抗拒效果的PVC管道，但是管道在排水过程中由于管道内壁表面长时间遭受污水的冲刷，导致管道中的抗菌成分很快从PVC管道中析出，导致PVC管道抗菌性能快速下降，抗菌持久性差，缩短管道的使用寿命。

发明内容

本发明是为了克服现有技术问题，提供一种用于酸性废水的抗菌PVC管道，本发明通过在PVC内层管道涂覆抗菌涂层从而持久保持PVC管道的抗菌性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于酸性废水的抗菌PVC管道，包括PVC内管、PVC外管和金属管，所述PVC外管套设于PVC内管外部，所述金属管夹设于PVC内管与PVC外管之间，所述PVC内管内侧面涂覆有抗菌涂层。

本发明PVC管道包括PVC内管和PVC外管双层管道，PVC内管和PVC外管之间夹设有金属管道，金属管道用于增强PVC管道的抗冲击强度，防止PVC管道在外力作用下发生管道破裂造成酸性废水的泄露，造成环境的污染。金属管道设置在PVC内管与PVC外管之间能防止水分与金属管道接触，避免金属管道发生锈蚀。通过在PVC内管内侧表面涂覆抗菌涂层，抗菌涂层具有良好的耐酸腐蚀性能和抗菌性能，阻挡酸性废液与PVC管道接触，从而避免酸性废液对PVC管道酸性腐蚀和细菌在PVC内管内壁生长繁殖，延长PVC管道的使用寿命。

作为优选，所述金属管与PVC外管之间通过胶粘剂粘结；所述金属管与PVC内管之间通过胶粘剂粘结。

作为优选，所述抗菌涂层包括按重量份计的下述组分：

双酚A型环氧树脂80-100份，云母粉20-30份，陶瓷粉10-20份，缓释抗菌复合颗粒5-10份，羧甲基纤维素钠1-5份，消泡剂902W 1-3份，丙二醇2-5份，聚乙烯醇1-3份，异丙醇10-20份，去离子水30-40份。

本发明抗菌涂层使用双酚A型环氧树脂作为涂料的主要成分，双酚A型环氧树脂具有较好的耐腐蚀性能，能够耐酸液腐蚀；云母粉和陶瓷粉混合作为涂料的填料，两者复配提高了涂层的强度；羧甲基纤维素作为分散剂利于将涂料各组分分散均匀，提高涂层的整体性能；消泡剂902W防止涂层中出现气泡导致涂层出现开裂，丙二醇作为成膜剂能够促进涂料成膜，缩短涂层的成膜时间；聚丙烯醇为增稠剂，能够增加涂料得粘度，从而增加涂层与PVC内管之间的粘结力，涂层不容易从PVC内管上脱落，异丙醇和水作为溶剂。缓释抗菌复合颗粒能够缓慢将抗菌成分释放，从而避免废水对涂层的冲刷造成抗菌成分大量从涂层中析出，持久保持涂层的抗菌特性。

作为优选，所述缓释抗菌复合颗粒的制备方法包括以下步骤：

将羧甲基纤维素和白藜芦醇加入去离子水中溶解，加入吐温80，搅拌混合均匀得水相溶液，将水相溶液和戊二醛加入肉桂精油中，以1000-1500r/min速率搅拌20-30min，过滤，洗涤，干燥得复合微球，将复合微球加入去离子水中搅拌分散均匀，滴加钛酸四正丁酯的乙醇溶液，水浴升温至40-50℃，反应2-5h，过滤，洗涤，干燥后置于马弗炉中进行煅烧，冷却得中空二氧化钛微球；将壳聚糖溶解在醋酸的水溶液中，加入六偏磷酸钠和纳米氧化锌，超声分散均匀得混合液，将中空二氧化钛微球加入混合液中，体系抽真空至0.1MPa，保持3-5h，水浴加热至35-40℃，反应2-4h，过滤，洗涤，干燥得二氧化钛包覆氧化锌颗粒；将二氧化钛包覆氧化锌颗粒加入KH560硅烷偶联剂的乙醇溶液中，搅拌反应3-6h，过滤，洗涤，干燥得缓释抗菌复合颗粒。

本发明先通过乳液聚合法制备复合微球，水相羧甲基纤维和白藜芦醇水溶液分散在油相肉桂精油中，高速搅拌形成油包水体系，通过戊二醛的交联制备得到复合微球，钛酸四正丁酯发生水解沉积生成的二氧化钛纳米颗粒沉积在羧甲基纤维素表面，在复合微球表面包覆二氧化钛层，复合微球由羧甲基纤维素和白藜芦醇交联制备得到，由于羧甲基纤维素由于具有较多的羟基和羧基基团，与二氧化钛表面的羟基形成氢键作用，然后通过羧甲基纤维素分子的粘性将二氧化钛粘结在微球表面，而由于白藜芦醇分子上的羟基较少且粘性较弱，不能与二氧化钛纳米颗粒结合，所以复合微球表面形成的二氧化钛层具有大孔洞结构，在高温条件下煅烧后二氧化钛层内部的有机复合微球被碳化分解，外部的二氧化钛层经烧结成型，形成具有大孔洞结构的中空二氧化钛球体，再通过抽真空的方法在压力差的作用下壳聚糖溶液进入中空二氧化钛微球内部，在交联剂的作用下发生交联，壳聚糖中溶液中的抗菌氧化锌颗粒分散在壳聚糖交联大分子结构中，由于壳聚糖交联大分子表面的氨基之间的存在氢键作用力，抗菌氧化锌颗粒被封存在壳聚糖交联大分子内部，在酸性作用下，壳聚糖上的氨基发生质子化，氢键作用力消失，壳聚糖交联大分子内部的抗菌氧化锌得以缓慢释放，穿过二氧化钛层释放到抗菌复合颗粒的外部，由于抗菌氧化锌颗粒具有缓慢释放过程且在中空二氧化钛微球的保护作用下，抗菌氧化锌颗粒不会大量被水体冲刷析出，从而提高PVC管道内部涂层的抗菌持久性。另外，通过对二氧化钛包覆氧化锌颗粒进行烷基化处理，使二氧化钛层有机化，提高二氧化钛包覆氧化锌颗粒与涂料中主成分双酚A型环氧树脂之间的相容性和粘结力，有利于提高涂层强度。

作为优选，所述羧甲基纤维素与白藜芦醇的质量比为1:0.1-0.2。

羧甲基纤维素与白藜芦醇的配比对本发明至关重要，羧甲基纤维与白藜芦醇的质量比低于1:0.1-0.2，二氧化钛纳米颗粒在复合微球表面沉积形成的微球强度较弱，容易破裂；羧甲基纤维与白藜芦醇的质量比高于1:0.1-0.2，二氧化钛纳米颗粒在复合微球表面沉积形成的微球的孔径较小，不利于抗菌氧化锌颗粒的释放。本发明控制羧甲基纤维素与白藜芦醇的质量比为1:0.1-0.2，既能保证得到完整的中空二氧化钛微球，又能保证中空二氧化钛微球表面形成大的孔洞结构，使抗菌氧化锌颗粒的得到释放，起到抗菌作用。

作为优选，所述戊二醛的添加量为羧甲基纤维素的5-10wt％。

作为优选，所述马弗炉中煅烧温度为600-700℃，煅烧时间为4-8h。

作为优选，所述六偏磷酸钠的添加量为壳聚糖的3-8wt％。

作为优选，所述纳米氧化锌的添加量为壳聚糖的10-20wt％。

因此，本发明具有如下有益效果：(1)通过在PVC内管内侧表面涂覆抗菌涂层，抗菌涂层具有良好的耐酸腐蚀性能和抗菌性能，阻挡酸性废液与PVC管道接触，从而避免酸性废液对PVC管道酸性腐蚀和细菌在PVC内管内壁生长繁殖，延长PVC管道的使用寿命；(2)在酸性作用下壳聚糖上的氨基发生质子化，氢键作用力消失，壳聚糖交联大分子内部的抗菌氧化锌得以缓慢释放，穿过二氧化钛层释放到抗菌复合颗粒的外部，由于抗菌氧化锌颗粒具有缓慢释放过程且在中空二氧化钛微球的保护作用下，抗菌氧化锌颗粒不会大量被水体冲刷析出，从而提高PVC管道内部涂层的抗菌持久性。

附图说明

图1为本发明PVC管道的横截面结构示意图。

附体标记

PVC内管1、PVC外管2、金属管3、抗菌涂层4。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

用于酸性废水的抗菌PVC管道，包括PVC内管1、PVC外管2和金属管3，所述PVC外管套设于PVC内管外部，所述金属管夹设于PVC内管与PVC外管之间，所述PVC内管内侧面涂覆有抗菌涂层4；金属管与PVC外管之间通过胶粘剂粘结；所述金属管与PVC内管之间通过胶粘剂粘结，金属管的材质为铁。

缓释抗菌复合颗粒的制备方法包括以下步骤：

将5g羧甲基纤维素和0.8g白藜芦醇加入250mL去离子水中溶解，加入0.2g吐温80，搅拌混合均匀得水相溶液，将水相溶液和0.3g戊二醛加入600mL肉桂精油中，以1200r/min速率搅拌25min，过滤，洗涤，干燥得复合微球，将复合微球加入200mL去离子水中搅拌分散均匀，滴加80mL质量浓度为20％的钛酸四正丁酯的乙醇溶液，水浴升温至45℃，反应3h，过滤，洗涤，干燥后置于马弗炉中在650℃下进行煅烧6h，冷却得中空二氧化钛微球，备用；将6g壳聚糖溶解在300mL质量浓度为1％的醋酸的水溶液中，加入0.3g六偏磷酸钠和0.8g纳米氧化锌，超声分散均匀得混合液，将中空二氧化钛微球加入混合液中，体系抽真空至0.1MPa，保持4h，水浴加热至40℃，反应2h，过滤，洗涤，干燥得二氧化钛包覆氧化锌颗粒；将二氧化钛包覆氧化锌颗粒加入150mL质量浓度为10％的KH560硅烷偶联剂的乙醇溶液中，搅拌反应4h，过滤，洗涤，干燥得缓释抗菌复合颗粒。

抗菌涂层包括按重量份计的下述组分：

双酚A型环氧树脂90份，云母粉25份，陶瓷粉15份，缓释抗菌复合颗粒8份，羧甲基纤维素钠3份，消泡剂902W 2份，丙二醇3份，聚乙烯醇2份，异丙醇15份，去离子水35份。

实施例2

用于酸性废水的抗菌PVC管道，包括PVC内管1、PVC外管2和金属管3，所述PVC外管套设于PVC内管外部，所述金属管夹设于PVC内管与PVC外管之间，所述PVC内管内侧面涂覆有抗菌涂层4；金属管与PVC外管之间通过胶粘剂粘结；所述金属管与PVC内管之间通过胶粘剂粘结，金属管的材质为铁。

缓释抗菌复合颗粒的制备方法包括以下步骤：

将5g羧甲基纤维素和1g白藜芦醇加入250mL去离子水中溶解，加入0.2g吐温80，搅拌混合均匀得水相溶液，将水相溶液和0.4g戊二醛加入600mL肉桂精油中，以1500r/min速率搅拌20min，过滤，洗涤，干燥得复合微球，将复合微球加入200mL去离子水中搅拌分散均匀，滴加80mL质量浓度为20％的钛酸四正丁酯的乙醇溶液，水浴升温至50℃，反应2h，过滤，洗涤，干燥后置于马弗炉中在650℃下进行煅烧6h，冷却得中空二氧化钛微球，备用；将6g壳聚糖溶解在300mL质量浓度为1％的醋酸的水溶液中，加入0.4g六偏磷酸钠和1g纳米氧化锌，超声分散均匀得混合液，将中空二氧化钛微球加入混合液中，体系抽真空至0.1MPa，保持4h，水浴加热至40℃，反应2h，过滤，洗涤，干燥得二氧化钛包覆氧化锌颗粒；将二氧化钛包覆氧化锌颗粒加入150mL质量浓度为10％的KH560硅烷偶联剂的乙醇溶液中，搅拌反应5h，过滤，洗涤，干燥得缓释抗菌复合颗粒。

抗菌涂层包括按重量份计的下述组分：

双酚A型环氧树脂95份，云母粉30份，陶瓷粉18份，缓释抗菌复合颗粒9份，羧甲基纤维素钠4份，消泡剂902W 2份，丙二醇3份，聚乙烯醇2份，异丙醇20份，去离子水35份。

实施例3

用于酸性废水的抗菌PVC管道，包括PVC内管1、PVC外管2和金属管3，所述PVC外管套设于PVC内管外部，所述金属管夹设于PVC内管与PVC外管之间，所述PVC内管内侧面涂覆有抗菌涂层4；金属管与PVC外管之间通过胶粘剂粘结；所述金属管与PVC内管之间通过胶粘剂粘结，金属管的材质为铁。

缓释抗菌复合颗粒的制备方法包括以下步骤：

将5g羧甲基纤维素和0.6g白藜芦醇加入250mL去离子水中溶解，加入0.2g吐温80，搅拌混合均匀得水相溶液，将水相溶液和0.3g戊二醛加入600mL肉桂精油中，以1000r/min速率搅拌25min，过滤，洗涤，干燥得复合微球，将复合微球加入200mL去离子水中搅拌分散均匀，滴加80mL质量浓度为20％的钛酸四正丁酯的乙醇溶液，水浴升温至45℃，反应3h，过滤，洗涤，干燥后置于马弗炉中在600℃下进行煅烧8h，冷却得中空二氧化钛微球，备用；将6g壳聚糖溶解在300mL质量浓度为1％的醋酸的水溶液中，加入0.2g六偏磷酸钠和0.6g纳米氧化锌，超声分散均匀得混合液，将中空二氧化钛微球加入混合液中，体系抽真空至0.1MPa，保持4h，水浴加热至35℃，反应4h，过滤，洗涤，干燥得二氧化钛包覆氧化锌颗粒；将二氧化钛包覆氧化锌颗粒加入150mL质量浓度为10％的KH560硅烷偶联剂的乙醇溶液中，搅拌反应3h，过滤，洗涤，干燥得缓释抗菌复合颗粒。

抗菌涂层包括按重量份计的下述组分：

双酚A型环氧树脂85份，云母粉20份，陶瓷粉15份，缓释抗菌复合颗粒6份，羧甲基纤维素钠2份，消泡剂902W 1份，丙二醇3份，聚乙烯醇2份，异丙醇10份，去离子水40份。

实施例4

用于酸性废水的抗菌PVC管道，包括PVC内管1、PVC外管2和金属管3，所述PVC外管套设于PVC内管外部，所述金属管夹设于PVC内管与PVC外管之间，所述PVC内管内侧面涂覆有抗菌涂层4；金属管与PVC外管之间通过胶粘剂粘结；所述金属管与PVC内管之间通过胶粘剂粘结，金属管的材质为铁。

缓释抗菌复合颗粒的制备方法包括以下步骤：

将5g羧甲基纤维素和1g白藜芦醇加入250mL去离子水中溶解，加入0.2g吐温80，搅拌混合均匀得水相溶液，将水相溶液和0.5g戊二醛加入600mL肉桂精油中，以1500r/min速率搅拌20min，过滤，洗涤，干燥得复合微球，将复合微球加入200mL去离子水中搅拌分散均匀，滴加80mL质量浓度为20％的钛酸四正丁酯的乙醇溶液，水浴升温至50℃，反应2h，过滤，洗涤，干燥后置于马弗炉中在700℃下进行煅烧4h，冷却得中空二氧化钛微球，备用；将6g壳聚糖溶解在300mL质量浓度为1％的醋酸的水溶液中，加入0.48g六偏磷酸钠和1.2g纳米氧化锌，超声分散均匀得混合液，将中空二氧化钛微球加入混合液中，体系抽真空至0.1MPa，保持5h，水浴加热至40℃，反应2h，过滤，洗涤，干燥得二氧化钛包覆氧化锌颗粒；将二氧化钛包覆氧化锌颗粒加入150mL质量浓度为10％的KH560硅烷偶联剂的乙醇溶液中，搅拌反应6h，过滤，洗涤，干燥得缓释抗菌复合颗粒。

抗菌涂层包括按重量份计的下述组分：

双酚A型环氧树脂100份，云母粉30份，陶瓷粉20份，缓释抗菌复合颗粒10份，羧甲基纤维素钠5份，消泡剂902W 3份，丙二醇5份，聚乙烯醇3份，异丙醇20份，去离子水40份。

实施例5

用于酸性废水的抗菌PVC管道，包括PVC内管1、PVC外管2和金属管3，所述PVC外管套设于PVC内管外部，所述金属管夹设于PVC内管与PVC外管之间，所述PVC内管内侧面涂覆有抗菌涂层4；金属管与PVC外管之间通过胶粘剂粘结；所述金属管与PVC内管之间通过胶粘剂粘结，金属管的材质为铁。

缓释抗菌复合颗粒的制备方法包括以下步骤：

将5g羧甲基纤维素和0.5g白藜芦醇加入250mL去离子水中溶解，加入0.2g吐温80，搅拌混合均匀得水相溶液，将水相溶液和0.25g戊二醛加入600mL肉桂精油中，以1000r/min速率搅拌30min，过滤，洗涤，干燥得复合微球，将复合微球加入200mL去离子水中搅拌分散均匀，滴加80mL质量浓度为20％的钛酸四正丁酯的乙醇溶液，水浴升温至40℃，反应5h，过滤，洗涤，干燥后置于马弗炉中在600℃下进行煅烧8h，冷却得中空二氧化钛微球，备用；将6g壳聚糖溶解在300mL质量浓度为1％的醋酸的水溶液中，加入0.18g六偏磷酸钠和0.6g纳米氧化锌，超声分散均匀得混合液，将中空二氧化钛微球加入混合液中，体系抽真空至0.1MPa，保持3h，水浴加热至35℃，反应4h，过滤，洗涤，干燥得二氧化钛包覆氧化锌颗粒；将二氧化钛包覆氧化锌颗粒加入150mL质量浓度为10％的KH560硅烷偶联剂的乙醇溶液中，搅拌反应3h，过滤，洗涤，干燥得缓释抗菌复合颗粒。

抗菌涂层包括按重量份计的下述组分：

双酚A型环氧树脂80份，云母粉20份，陶瓷粉10份，缓释抗菌复合颗粒5份，羧甲基纤维素钠1份，消泡剂902W 1份，丙二醇2份，聚乙烯醇1份，异丙醇10份，去离子水30份。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于将涂料组分中的缓释抗菌复合颗粒替换为等量的氧化锌抗菌剂。

对比例2

对比例2与实施例1的却别在于缓释抗菌复合颗粒的制备过程混合液中不含有壳聚糖。

抗菌性能测试：

选择50×50mm的PVC板为基板，将实施例1、3、5以及对比例1-2中制备得到的涂料均匀涂覆在基板表面，待表面干燥后得到试板，并准备一不涂覆涂料的基板作为空白对照。

将试板分别放入灭菌平皿中，置于紫外灯下灭菌后备用。制备试验菌悬浮液，备用。在试板上分别用灭菌吸管均匀接种0.5mL菌悬液，用灭菌钳子夹起灭菌覆盖膜盖住试板，盖好平皿，在37℃培养箱中，相对湿度为90％的条件下培养24h。取出后分别用20mL的洗脱液冲洗，经过适当稀释后用倾注法做活菌培养计数，检测其接触24h后试样上的活菌数。抗菌率的计算公式为：

R＝(B-C)/B×100％；

式中：R表示抗菌率(％)；B表示空白对照样24h后平均回收菌数(cfu/片)；C表示抗菌涂料样24h后平均回收菌数(cfu/片)。

将试板置于1L浓度为0.1mol/L的盐酸中浸泡30天，然后按照上述测试方法测试试板的抗菌性能。

将实施例1、实施例3和实施例5与对比例1和对比2进行对比可以得到试板涂层的初始抗菌性能相差不大。当试板涂层经过盐酸30天浸泡处理后，实施例制备的涂层抗菌性基本与初始抗菌性能保持一致，且远高于对比例1和对比例2，这是因为对比例1直接将抗菌成分分散在涂层中，涂料表面的抗菌成分从涂层中析出，导致抗菌性能下降。本发明实施例抗菌性能优于对比例2是因为对比例2中抗菌成分包裹在中空二氧化钛微球中，但是没有使用壳聚糖对抗菌成分进行“束缚”，从而导致抗菌成分过快从中空二氧化钛微球中溶出，进而从涂料中析出，导致抗菌性能大幅下降。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。