抗菌耐寒PVC花灑軟管配方研究

邱玉超 李煥新 黃建輝

（箭牌家居集團(tuán)股份有限公司 佛山 528000）

引言

PVC花灑軟管是由聚氯乙烯樹脂加入較大量增塑劑、一定量的穩(wěn)定劑、潤滑劑及其它助劑，經(jīng)擠出成型工藝制得[1]。其具有明顯的綜合優(yōu)勢而被各大廠商所接受，包括成本、耐腐蝕性、耐久性、耐水解性、加工成型等方面的優(yōu)勢均比較明顯，而且可回收利用，有利于環(huán)境保護(hù)[2]。

目前市面上的PVC花灑軟管雖能滿足日常生活使用，但當(dāng)其使用時(shí)間較長后，一方面由于在生產(chǎn)制備時(shí)，需要在材料配方中添加大量的低分子增塑劑如鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)，經(jīng)長時(shí)間加熱使用后，低分子增塑劑容易遷移到內(nèi)管表面，為各種微細(xì)菌等提供生長和繁殖的營養(yǎng)源，導(dǎo)致內(nèi)管表面滋生細(xì)菌等污跡；另一方面，由于大量低分子量增塑劑的添加，導(dǎo)致PVC花灑軟管低溫使用時(shí)出現(xiàn)硬化甚至脆裂的情況。

針對PVC花灑軟管的防污，目前采取人工定期對PVC花灑軟管進(jìn)行清理，該方法操作繁瑣；針對PVC花灑軟管耐低溫性不足，目前通過添加耐寒增塑劑如己二酸二辛酯（DOA）來提高材料的耐低溫性，但是添加后會(huì)導(dǎo)致PVC（聚氯乙烯）軟管的力學(xué)性能強(qiáng)度的下降。

基于以上痛點(diǎn)，我們設(shè)計(jì)開發(fā)了一種具有高抗菌和耐低溫特性的PVC花灑軟管，并對其抗菌性能和耐低溫性能進(jìn)行了研究。

1 原料及生產(chǎn)設(shè)備

1.1 原料

PVC樹脂：新疆天業(yè)，SG-3型；

己二酸聚酯：天元航材科技有限公司；

己二酸二正辛酯（DOA）：山東辰宇化工有限公司，純度99.9 %；

對苯二甲酸二辛酯（DOP）：濟(jì)南優(yōu)盛源化工有限公司，純度99.9 %；

粉末丁腈橡膠（PNBR）：靖江市康高特新材料科技有限公司，80目；

聚六亞甲基胍鹽酸鹽（PHMG）：長沙研邦化工科技有限公司，純度99 %；

雙叔丁基過氧異丙基苯（BIPB）：湖北隆信化工實(shí)業(yè)有限公司，純度98 %；

有機(jī)錫穩(wěn)定劑：山東泰邦石化有限公司；

硬脂酸鋅：廣州億峰化工科技有限公司；

丙烯酸酯改性劑（ACR ）：天津津衡藍(lán)海科技有限公司，純度99.99 %；

抗氧劑168（化學(xué)名稱為三（2，4一二叔丁基苯基）亞磷酸酯）：東莞康錦新材料科技有限公司，純度99.9 %。

1.2 生產(chǎn)設(shè)備

混料機(jī)：200 L高速混合機(jī)1套，東莞市科德機(jī)械有限公司生產(chǎn)；

造粒機(jī)：揚(yáng)州亞瑞達(dá)橡塑機(jī)械有限公司SHJ-65B平行雙錐螺桿擠出機(jī)1套 ；

擠出設(shè)備：六段加熱式單螺桿擠出機(jī)、真空冷卻水槽、變頻調(diào)速牽引裝置、傳動(dòng)切割裝置 ，燿安塑膠機(jī)器械器有限公司生產(chǎn)。

2 試驗(yàn)配方

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和多次反復(fù)試驗(yàn)，擬定的試驗(yàn)配方見表1。

表1 抗菌耐寒PVC花灑軟管試驗(yàn)配方

3 生產(chǎn)工藝

3.1 工藝流程

稱量原料→高溫?cái)嚢杌炝稀鷶D出造粒→檢驗(yàn)→擠出管材→冷卻定型→牽引→丈量切割→安裝測試→包裝入庫。

3.2 混料造粒

按照配方表準(zhǔn)確稱量各組分原料，先將聚氯乙烯、有機(jī)錫穩(wěn)定劑、丙烯酸酯改性劑（ACR ）、硬脂酸鋅、抗氧劑168、低分子增塑劑DOP或DOA加至攪拌機(jī)，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為200 rpm，升溫至70 ℃后再加入己二酸聚酯、過氧化物BIPB和PHMG抗菌劑，冷卻至 40 ℃時(shí)添加粉末丁腈，300 r/min攪拌15 min，將混合料靜置10 min，然后用平行雙錐螺桿擠出機(jī)造粒，螺桿轉(zhuǎn)速為100 r/min，擠出溫度為170 ℃，水環(huán)熱切得到4 mm大小均勻的粒料，風(fēng)冷包裝，備用。

3.3 擠管成型

選用六段加熱式單螺桿擠出機(jī)，根據(jù)管體尺寸選擇合適的模具，冷卻水槽接通自來水，然后裝好模頭，升溫。擠出機(jī)溫度設(shè)定為155 ℃、165 ℃、165 ℃、160 ℃、160 ℃和165 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速50 rpm。然后將粒料加入擠出機(jī)，開啟冷卻水，并緩慢開啟擠出機(jī)，讓粒料在機(jī)筒里面逐步塑化，開始正式擠出管材后，再開啟牽引機(jī)、逐步調(diào)試擠出機(jī)至管體尺寸符合要求，制得PVC花灑軟管。冷卻定型后運(yùn)至軟管切割機(jī)，經(jīng)丈量、定位進(jìn)行切割后產(chǎn)品要求進(jìn)行配件安裝測試，經(jīng)測試合格后入庫。

4 性能測試

4.1 抗菌性能測試

對PVC花灑軟管進(jìn)行抗菌性能測試，按照GBT 31402-2015/ISO 22196：2007《塑料表面抗菌性能試驗(yàn)方法》，分別依次進(jìn)行細(xì)菌預(yù)培養(yǎng)、試樣制備、接種液的準(zhǔn)備、試樣接種、接種試樣培養(yǎng)、試樣上細(xì)菌回收、平板培養(yǎng)法測定活菌數(shù)、抗菌性能（抗菌率）計(jì)算等，其中菌株中的大腸桿菌為ATCC 8739，金黃色葡萄球菌為ATCC 6538P[3]。

抗菌老化測試參考JC/T939-2004《建筑用抗細(xì)菌塑料管抗細(xì)菌性能》標(biāo)準(zhǔn)將軟管在（50±2）℃蒸餾水浴浸泡96 h后，用75 %酒精進(jìn)行滅菌，然后置于無菌箱中待測[4]，按照上述標(biāo)準(zhǔn)測試?yán)匣蟮腜VC花灑軟管的抗菌性能。

4.2 耐低溫性能測試

耐低溫性能主要由邵A硬度變化值衡量，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率輔助衡量產(chǎn)品的物理力學(xué)性能。分別根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2411-2008/ISO 868:2003《塑料和硬橡膠.使用硬度計(jì)測定壓痕硬度（邵氏硬度）》測試樣品在0 ℃和25 ℃靜放24 h后的邵A硬度，求得差值，其差值越小，說明其耐低溫性能越好[5]。拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1040.1-2018/ISO 527-1:2012《塑料拉伸性能的測定》測定[6]。

4.3 使用性能測試

根據(jù)公司內(nèi)部產(chǎn)品質(zhì)量要求，需要對花灑軟管成品進(jìn)行抗拉伸性、密封性能、耐冷熱循環(huán)性和耐壓性測試，按照GB/T 23448-2009 《衛(wèi)生潔具軟管》進(jìn)行，對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中7.7、7.4、7.10、7.5的要求，各項(xiàng)測試后軟管各部位應(yīng)無破裂、滲漏或其他缺陷出現(xiàn)[7]。

5 結(jié)果與討論

5.1 抗菌性能測試

采用表1中配方1、2、3生產(chǎn)的PVC花灑軟管抗菌性能測試結(jié)果如表2所示。

表2 PVC花灑軟管抗菌性能

從表2可以看出： 配方1生產(chǎn)的PVC花灑軟管具有優(yōu)異的抗菌效果和抗菌持久性能；配方2由于沒添加胍鹽低聚抗菌劑，其抗菌性能老化前和老化后均顯示無效；配方3由于沒添加過氧化物，導(dǎo)致胍鹽低聚抗菌劑不能有效地接枝到PVC主鏈上，其抗菌持久性能失效，導(dǎo)致老化后對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率均為0。

5.2 耐低溫性能測試

采用表1中配方1、4、5生產(chǎn)的PVC花灑軟管耐低溫性能測試結(jié)果如表3所示。

表3 PVC花灑軟管耐低溫性能

耐低溫性能主要由邵 A 硬度變化值衡量，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率只作輔助衡量產(chǎn)品的物理力學(xué)性能。從上述PVC軟管拉伸強(qiáng)度和耐低溫性能對比測試分析可以看出，配方1綜合性能較優(yōu)，此配方中，粉末丁腈和聚酯增塑劑在配方體系中的分散效果最好，其增塑作用最明顯，耐低溫性能也最優(yōu)。配方4中只添加低分子增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯，其耐低溫性能最差，配方5中通過添加耐寒劑己二酸二辛酯達(dá)到耐低溫效果，但是其拉伸強(qiáng)度低于生產(chǎn)配方，說明添加粉末丁腈和聚酯增塑劑方案優(yōu)于添加低分子耐寒劑增塑劑方案。

5.3 使用性能測試

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23448-2019測試本試驗(yàn)配方生產(chǎn)的PVC花灑軟管的抗拉伸性、密封性能、耐冷熱循環(huán)性和耐壓性。各項(xiàng)測試結(jié)果均合格，具體見表4。

表4 PVC花灑軟管使用性能測試

6 結(jié)語

隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷改善，追求健康沐浴將成為一種發(fā)展趨勢。具有高耐寒性的抗菌PVC花灑軟管正是消費(fèi)者所迫切期待的產(chǎn)品。

通過實(shí)驗(yàn)摸索、檢測驗(yàn)證，我們已經(jīng)成功掌握抗菌耐寒PVC花灑軟管配方和工藝技術(shù)。目前，我司已經(jīng)用此新材料、新工藝、新技術(shù)試產(chǎn)了抗菌花灑軟管，抗菌抑菌性能符合GB 21551.2-2010要求，耐低溫性能也有很大提升，其他性能指標(biāo)也都符合花灑軟管國標(biāo)和企業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可進(jìn)行大規(guī)模推廣生產(chǎn)。