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，PPR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502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PP-R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6.090%0.50-0.60元8.099%0.70-0.80元安迪美-PP-Pg抗菌母粒4.090%0.70-0.80元6.099%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8.090%0.35-0.40元安迪美-PP-Pg抗菌母粒6.090%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502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12008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）。2CN1699459A 一种纳米无机抗菌聚丙烯给水管材及其制备方法。3CN2690702一种抗菌复合塑料管。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