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滲濾液輸運管材及其制備方法

發布時間:2020-1-2 13:37:04  中國污水處理工程網

  申請日2019.08.26

  公開(公告)日2019.11.15

  IPC分類號C08L23/06; C08L51/00; C08K9/06; C08K3/36; C08F265/06; C08F265/04; C08F230/08; C08F220/18; C08F220/32

  摘要

  本發明公開了一種滲濾液輸運管材及其制備方法,屬于管材技術領域。滲濾液輸運管材包括以下原料:聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯、疏水改性納米二氧化硅和高密度聚乙烯。本發明的滲濾液輸運管材表面具有良好的抗結垢性能;材料表面耐磨性能良好,經磨損后的材料表面疏水性能提高,其抗結垢性能明顯優于普通高密度聚乙烯材料。本發明制備方法簡單,硅氧烷丙烯酸酯聚合物的合成采用兩步本體聚合方式,全過程不使用有機溶劑,對環境無污染;本發明采用共混方式克服了普通表面涂覆方式膜層脫落導致使用壽命較短的缺點,且共混體系中的本體聚合物和改性納米粉體帶有相同的功能基團,使得共混體系具有良好的相容性。

  權利要求書

  1.一種滲濾液輸運管材,其特征在于,其包括以下原料:按照重量份計,聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯9-18份、疏水改性納米二氧化硅1-7份和高密度聚乙烯77-90份。

  2.根據權利要求1所述的滲濾液輸運管材,其特征在于,按照重量份計,聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯12-18份、疏水改性納米二氧化硅3-7份和高密度聚乙烯77-85份。

  3.根據權利要求2所述的滲濾液輸運管材,其特征在于,按照重量份計,聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯18份、疏水改性納米二氧化硅5份和高密度聚乙烯77份。

  4.根據權利要求1-3任一項所述的滲濾液輸運管材,其特征在于,所述聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯由乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸酯類物質通過兩步本體聚合制得。

  5.根據權利要求4所述的滲濾液輸運管材,其特征在于,所述甲基丙烯酸酯類物質包括甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯,所述乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯的質量比為(2-3):(11-19):(2-4)。

  6.根據權利要求1-3任一項所述的滲濾液輸運管材,其特征在于,所述疏水改性納米二氧化硅由納米二氧化硅經乙烯基三甲氧基硅烷改性制得。

  7.權利要求1-6任一項所述的滲濾液輸運管材的制備方法,其特征在于,其包括以下步驟:

  (1)由乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸酯類物質通過兩步本體聚合制得聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯;

  (2)由納米二氧化硅經乙烯基三甲氧基硅烷改性制得疏水改性納米二氧化硅;

  (3)將聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯、疏水改性納米二氧化硅和高密度聚乙烯混合并擠出造粒,制得滲濾液輸運管材。

  8.根據權利要求7所述的制備方法,其特征在于,步驟(1)包括以下具體過程:

  (11)將乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸丁酯按照1:(3-7)的質量比混合,然后加入占兩者總質量0.2-0.4%的偶氮二丁基腈混合,在70-80℃下攪拌反應80-100min;

  (12)將乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯按照1:(8-12):(2-4)的質量比混合,然后加入占三者總質量0.1-0.2%的偶氮二丁基腈混合,然后將得到混合溶液加入至步驟(11)的反應體系中攪拌反應70-100min;待反應體系中溶液溫度開始升高、反應粘度增大時,降低反應體系溫度,停止反應;

  (13)將步驟(12)得到的反應物轉移至薄層反應器中并在70~75℃反應18-22h,然后升溫至90-120℃繼續反應1.5-3h,然后降至室溫,得到聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯。

  9.根據權利要求7所述的制備方法,其特征在于,步驟(2)包括以下具體過程:

  (21)將納米二氧化硅于無水乙醇中攪拌分散,得到濃度為35-45g/L的納米二氧化硅懸浮液;

  (22)將乙烯基三甲氧基硅烷溶于無水乙醇和水和混合溶劑中,得到濃度為120-160g/L的混合溶液,用冰乙酸調節pH至3-5,攪拌水解30-40min,得到硅氧烷水溶液;其中無水乙醇和水的體積比為(2-4):1;

  (23)將所述硅氧烷水溶液滴加至所述納米二氧化硅懸浮液中,然后用氨水調節混合液pH至9~10,在60-80℃下回流攪拌反應2-3h,將混合液冷卻和離心,將離心物干燥和研磨,得到的粉末用無水乙醇洗滌并離心,將離心物干燥和研磨,得到疏水納米二氧化硅粉末。

  10.根據權利要求7所述的制備方法,其特征在于,步驟(3)中,擠出溫度為170-190℃;

  步驟(3)還包括將得到的顆粒通過注塑成型制得標準滲濾液輸運管材,注塑溫度為160-200℃。

  說明書

  一種滲濾液輸運管材及其制備方法

  技術領域

  本發明涉及管材技術領域,具體涉及一種滲濾液輸運管材及其制備方法。

  背景技術

  垃圾滲濾液具有污染物種類繁多、成分復雜的特點,一般需經管道系統收集后,輸送至相應的處理設施進行后續處理。常用的滲濾液輸運管材主要是高密度聚乙烯(HDPE)材料,其主要添加組分有抗氧化劑、炭黑色母、碳酸鈣、石蠟等填料,其中炭黑和碳酸鈣填料吸水性很強。這種管材在滲濾液輸運過程中,容易引起管道內壁沾污、進而結垢,發生管道堵塞,嚴重時可能導致管道爆裂。滲濾液輸運管道的結垢嚴重影響了滲濾液輸運效率,減短了管材使用壽命,增加了維修及使用成本,甚至可能引起滲濾液對周圍環境的二次污染。

  現有滲濾液輸運管道防垢技術主要是從改變滲濾液組成、添加防垢劑、加裝超聲波或高頻電磁場除垢器等措施,這些技術使用成本高,且由于滲濾液產生量大的特點使得這些技術難以得到實踐應用。

  發明內容

  本發明的目的是提供一種滲濾液輸運管材及其制備方法,以解決現有滲濾液運輸管易結垢以及除垢成本高的問題。

  本發明解決上述技術問題的技術方案如下:

  一種滲濾液輸運管材,其包括以下原料:按照重量份計,聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯9-18份、疏水改性納米二氧化硅1-7份和高密度聚乙烯77-90份。

  進一步地,在本發明較佳的實施例中,滲濾液輸運管材包括以下原料:按照重量份計,聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯12-18份、疏水改性納米二氧化硅3-7份和高密度聚乙烯77-85份。

  進一步地,在本發明較佳的實施例中,滲濾液輸運管材包括以下原料:按照重量份計,聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯18份、疏水改性納米二氧化硅5份和高密度聚乙烯77份。

  進一步地,在本發明較佳的實施例中,聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯由乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸酯類物質通過兩步本體聚合制得。

  進一步地,在本發明較佳的實施例中,甲基丙烯酸酯類物質包括甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯,乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯的質量比為(2-3):(11-19):(2-4)。

  進一步地,在本發明較佳的實施例中,疏水改性納米二氧化硅由納米二氧化硅經乙烯基三甲氧基硅烷改性制得。

  一種滲濾液輸運管材的制備方法,其包括以下步驟:

  (1)由乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸酯類物質通過兩步本體聚合制得聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯;

  (2)由納米二氧化硅經乙烯基三甲氧基硅烷改性制得疏水改性納米二氧化硅;

  (3)將聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯、疏水改性納米二氧化硅和高密度聚乙烯混合并擠出造粒,制得滲濾液輸運管材。

  進一步地,在本發明較佳的實施例中,步驟(1)包括以下具體過程:

  (11)將乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸丁酯按照1:(3-7)的質量比混合,然后加入占兩者總質量0.2-0.4%的偶氮二丁基腈混合,在70-80℃下攪拌反應80-100min;

  (12)將乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯按照1:(8-12):(2-4)的質量比混合,然后加入占三者總質量0.1-0.2%的偶氮二丁基腈混合,然后將得到混合溶液加入至步驟(11)的反應體系中攪拌反應70-100min;待反應體系中溶液溫度開始升高、反應粘度增大時,降低反應體系溫度,停止反應;

  步驟(12)的反應溫度與步驟(11)的反應溫度相同。步驟(12)中最后所指的“溶液溫度開始升高、反應粘度增大”是指相對于反應時的溫度和粘度有所增大,一般當溫度增加2-5℃時,開始給體系降溫,降低溫度至30℃以下或直接降至室溫;

  (13)將步驟(12)得到的反應物轉移至薄層反應器中并在70~75℃反應18-22h,然后升溫至90-120℃繼續反應1.5-3h,然后降至室溫,得到聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯。

  進一步地,在本發明較佳的實施例中,步驟(2)包括以下具體過程:

  (21)將納米二氧化硅于無水乙醇中攪拌分散,得到濃度為35-45g/L的納米二氧化硅懸浮液;

  (22)將乙烯基三甲氧基硅烷溶于無水乙醇和水和混合溶劑中,得到濃度為120-160g/L的混合溶液,用冰乙酸調節pH至3-5,攪拌水解30-40min,得到硅氧烷水溶液;其中無水乙醇和水的體積比為(2-4):1;

  (23)將所述硅氧烷水溶液滴加至所述納米二氧化硅懸浮液中,然后用氨水調節混合液pH至9~10,在60-80℃下回流攪拌反應2-3h,將混合液冷卻和離心,將離心物干燥和研磨,得到的粉末用無水乙醇洗滌并離心,將離心物干燥和研磨,得到疏水納米二氧化硅粉末。

  進一步地,在本發明較佳的實施例中,步驟(3)中,擠出溫度為170-190℃;

  步驟(3)還包括將得到的顆粒通過注塑成型制得標準滲濾液輸運管材,注塑溫度為160-200℃。

  本發明具有以下有益效果:

  本發明在制備管材的高密度聚乙烯中添加抗結垢性的聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯,使管材本身具有抗結劑性,不需要在管材內壁涂覆耐垢性材料,保證了滲濾液運輸管穩定的抗垢性能,同時也無需再對滲濾液組成進行調節或使用除垢器,極大節約了滲濾液運輸成本。同時,本發明通過添加疏水改性納米二氧化硅,增加了材料的耐磨性、疏水性、韌性及致密度,同時具有很好的抗老化和抗菌性能,可抑制管材表面易垢性生物膜的形成。

  本發明的聚甲基硅氧烷環氧丙烯酸酯以乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯為聚合物本體材料,進行兩步本體聚合,不僅具有優異的耐垢性能,而且全程無有機溶劑加入,綠色環保。本發明采用乙烯基三甲氧基硅烷進行聚合,可有效提高聚合物的憎水性,耐酸堿性以及更優異的機械性能;也可有效提高聚合物與粉體材料共混時的結合力與相容性;同時與原料中的改性納米二氧化硅混合時,具有較高的親油化度,提高粉體在共混體系中的分散性。本發明采用甲基丙烯酸丁酯進行聚合,進一步提高聚合物的防垢性能,增加柔韌性,且有利于高分子量聚合物的生成。本發明通過加入甲基丙烯酸縮水甘油酯,不僅具有丙烯酸酯雙鍵和環氧基團的功能單體,以提高聚合物的抗老化、增韌及耐腐蝕性能,而且可提高聚合物與高密度聚乙烯共混體系的相容性。本發明通過乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯的協同作用,不僅表現出優異的耐垢特性,而且在管材制備中也能夠協同其他組分分散或是提高管材柔韌性以及強度,從而表現出優異的具有耐垢、防腐、力學性能、抗菌、抗老化等綜合性能。

  本發明的滲濾液輸運管材表面具有良好的抗結垢性能;材料表面耐磨性能良好,經磨損后的材料表面疏水性能提高,其抗結垢性能明顯優于普通高密度聚乙烯材料。本發明制備方法簡單,硅氧烷丙烯酸酯聚合物的合成采用兩步本體聚合方式,全過程不使用有機溶劑,對環境無污染;本發明采用共混方式克服了普通表面涂覆方式膜層脫落導致使用壽命較短的缺點,且共混體系中的本體聚合物和改性納米粉體帶有相同的功能基團,使得共混體系具有良好的相容性。(發明人趙銳;李敏)

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