本发明涉及管材，更具体的说，它涉及一种高强度瓷芯抗菌管材及其制备工艺。
背景技术：
1、瓷芯抗菌管材是一种具有抗菌功能的管道材料，该管材的表面附着有抗菌剂，可以有效地抑制管道内细菌滋生和繁殖，可广泛应用于饮用水、化工、医药、食品等领域。
2、瓷芯抗菌管材所使用的抗菌剂主要分为无机抗菌剂及有机抗菌剂，常用的无机抗菌剂为银系抗菌剂，这种抗菌剂主要通过物理吸附或化学接枝等方法将纳米银负载在载体中，再将负载后的载体附着在管材内壁上，通过缓慢释放出ag+的方式来达到杀菌效果，然而，目前纳米银的载体主要是沸石、磷酸锆、黏土等传统无机载体，结合方式主要是离子交换，稳定性较差，导致负载的ag+脱落、洗脱，极大限制了银系抗菌剂在瓷芯抗菌管材的抗菌效果和应用范围；而有机抗菌剂主要有含氮离子化合物、季铵盐抗菌剂及胍类抗菌剂，这些有机抗菌剂在瓷芯抗菌管材中使用，普遍存在易洗脱、高温易分解等问题，影响有机抗菌剂在瓷芯抗菌管材中的抗菌耐久性，需要定期补充抗菌剂或更换新管材。
3、另外，目前市面上销售的瓷芯管材，其管材外层通常由聚丙烯制成，虽然聚丙烯具有重量轻、耐腐蚀、使用寿命长、安装方便、连接可靠等众多优点，然而，聚丙烯材料阻燃性能差、尺寸稳定性差，线膨胀系数高，导致瓷芯管材容易受热易变形，限制了瓷芯管材的适用范围及使用寿命。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足之处，本发明提供一种具备强抗菌性能及强抗菌耐久性能，改善瓷芯抗菌管材阻燃、隔热性能的高强度瓷芯抗菌管材及其制备工艺。
2、一种高强度瓷芯抗菌管材，其特征在于，包括以下部分：抗菌内管和耐热外管；
3、抗菌内管的原料包括：抗菌型玻璃纤维、银负载介孔氧化硅材料和聚丙烯树脂，其中抗菌型玻璃纤维、银负载介孔氧化硅材料和聚丙烯树脂的混合质量比为(1～3)：(1～3)：(45～50)；
4、抗菌型玻璃纤维的原料包括：预处理玻璃纤维和抗菌处理液，其中预处理玻璃纤维与抗菌处理液的质量比为(1～10)：(30～70)，预处理玻璃纤维由玻璃纤维依次经过双氧水和钛酸酯偶联剂处理得到；
5、抗菌处理液的原料包括：20～48重量份有机硅季铵盐、4～15重量份正硅酸乙酯、50～70重量份无水乙醇和80～130重量份去离子水；
6、银负载介孔氧化硅材料的原料包括：5～18重量份表面氨基化介孔氧化硅、20～50重量份无水乙醇和20～50重量份浓度为0.5mol/l的硝酸银溶液，其中表面氨基化介孔氧化硅由介孔氧化硅溶于无水乙醇中后，经过硅烷偶联剂kh-550改性处理得到；
7、耐热外管的原料包括：聚丙烯树脂、改性莫来石纤维、色母、相容剂、润滑剂和抗氧化剂，其中聚丙烯树脂、改性莫来石纤维、色母、相容剂、润滑剂和抗氧化剂的质量比例为(80～140)：(20～40)：(3～12)：(3～8)：(0.5～1.5)：(0.5～1)；
8、改性莫来石纤维的原料包括：预处理的莫来石纤维与质量分数为10％的硅烷偶联剂kh-550水溶液，固液质量比为(1～8)：(20～50)；
9、预处理的莫来石纤维的原料包括：30～40重量份莫来石纤维、60～120重量份丙酮溶液和80～150重量份浓度为1mol/l氢氧化钠溶液。
10、进一步的，一种高强度瓷芯抗菌管材的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
11、s1:抗菌型玻璃纤维制备，利用有机硅季铵盐、正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水混合配制成抗菌处理液，利用双氧水、钛酸酯偶联剂依次对玻璃纤维进行预处理后，将预处理玻璃纤维浸泡于抗菌处理液中，经过搅拌、静置、高温反应、洗涤和干燥，得到抗菌型玻璃纤维；
12、s2:银负载介孔氧化硅材料制备，将介孔氧化硅溶于无水乙醇中后，滴入硅烷偶联剂kh-550，经过搅拌回流、抽滤、洗涤后，得到表面氨基化介孔氧化硅，将表面氨基化介孔氧化硅溶于无水乙醇中后，加入硝酸银溶液，避光密封搅拌，经过抽滤、洗涤和干燥，得到银负载介孔氧化硅材料；
13、s3:改性莫来石纤维制备，将莫来石纤维放入丙酮溶液中，经过超声分散、洗涤及烘干后，将烘干后的莫来石纤维放入氢氧化钠溶液中，经过加热、洗涤及烘干后，得到预处理的莫来石纤维，将预处理的莫来石纤维放入硅烷偶联剂kh-550水溶液中，水浴加热反应，经过过滤、洗涤和烘干，得到改性莫来石纤维；
14、s4:管材粒料加工及高强度瓷芯抗菌管材制备，将抗菌型玻璃纤维、银负载介孔氧化硅材料和聚丙烯树脂按比例搅拌混合，造粒得到抗菌内层粒料，将聚丙烯树脂、改性莫来石纤维、色母、相容剂、润滑剂和抗氧化剂按比例搅拌混合，造粒得到耐热外层粒料，将抗菌内层粒料和耐热外层粒料分别挤出制管，得到抗菌内管和耐热外管，抗菌内管和耐热外管经过共挤、成型定型、冷却、牵引和切割后，得到高强度瓷芯抗菌管材。
15、进一步的，有机硅季铵盐为3-(三甲氧基硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵、3-(三甲氧基硅烷基)丙基三甲基氯化铵、3-(三乙氧基硅基)丙基二甲基十八烷基氯化铵或3-(三羟基硅基丙基)二甲基十八烷基氯化铵。
16、进一步的，步骤s1抗菌型玻璃纤维制备，具体包括以下步骤：
17、s1.1:将20～48重量份有机硅季铵盐、4～15重量份正硅酸乙酯与50～70重量份无水乙醇搅拌混合后，再加入80～130重量份去离子水，在25～35℃下搅拌反应2～4h，得到抗菌处理液；
18、s1.2:将玻璃纤维加入至浓度为0.1mol/l的双氧水中，玻璃纤维与浓度为0.1mol/l的双氧水的固液质量比为(1～7)：(10～20)，在60～85℃下搅拌15～30min，接着，将氧化处理后的玻璃纤维取出，并将氧化处理后的玻璃纤维完全浸泡于钛酸酯偶联剂中，浸泡40～80min，经过过滤、洗涤及干燥，得到预处理玻璃纤维；
19、s1.3:将预处理玻璃纤维完全浸泡于抗菌处理液中，预处理玻璃纤维与抗菌处理的质量比为(1～10)：(30～70)，搅拌20～40min后，室温静置30～60min，接着，将处理后的玻璃纤维取出并置于100～120℃的烘箱中接枝反应1～2h，反应结束后，将反应后的玻璃纤维取出，用去离子水洗涤1～3次，再置于65～85℃的烘箱中干燥30～60min，得到抗菌型玻璃纤维。
20、进一步的，玻璃纤维的长度为50～100μm，直径为10～30μm。
21、进一步的，步骤s2银负载介孔氧化硅材料制备，具体包括以下步骤：
22、s2.1:将12～21重量份介孔氧化硅溶于40～90重量份无水乙醇中，逐滴加入15～24重量份硅烷偶联剂kh-550，搅拌回流8～12h，得到混合溶液，随后，对混合溶液进行抽滤、洗涤，得到表面氨基化介孔氧化硅；
23、s2.2:取5～18重量份表面氨基化介孔氧化硅溶于20～50重量份无水乙醇中，再加入20～50重量份浓度为0.5mol/l的硝酸银溶液，避光密封搅拌3～4h，随后，经过抽滤、体积分数为70％的乙醇洗涤、去离子水洗涤及干燥，得到银负载介孔氧化硅材料。
24、进一步的，步骤s3改性莫来石纤维制备，具体包括以下步骤：
25、s3.1:将30～40重量份莫来石纤维放入60～120重量份丙酮溶液中，超声分散1～2h，经过洗涤及烘干，将烘干后的莫来石纤维放入80～150重量份浓度为1mol/l氢氧化钠溶液中，70～80℃加热1～2h，经过洗涤及烘干，得到预处理的莫来石纤维；
26、s3.2:将预处理的莫来石纤维放入质量分数为10％的硅烷偶联剂kh-550水溶液中，预处理的莫来石纤维与质量分数为10％的硅烷偶联剂kh-550水溶液的固液质量比为(1～8)：(20～50)，50～65℃水浴加热2～4h，加热结束后，过滤，用去离子水洗涤2～5次，烘干，得到改性莫来石纤维。
27、进一步的，步骤s4管材粒料加工及高强度瓷芯抗菌管材制备，具体包括以下步骤：
28、s4.1:将抗菌型玻璃纤维、银负载介孔氧化硅材料和聚丙烯树脂按比例混合，抗菌型玻璃纤维、银负载介孔氧化硅材料和聚丙烯树脂按的混合比例为(1～3)：(1～3)：(45～50)，用高速搅拌机搅拌混合5～10min，再利用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度为180～230℃，得到抗菌内层粒料；
29、s4.2:将聚丙烯树脂、改性莫来石纤维、色母、相容剂、润滑剂和抗氧化剂按比例混合，聚丙烯树脂、改性莫来石纤维、色母、相容剂、润滑剂和抗氧化剂的混合质量比为(80～140)：(20～40)：(3～12)：(3～8)：(0.5～1.5)：(0.5～1)，用高速搅拌机搅拌混合5～10min，再利用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度为200～230℃，得到耐热外层粒料；
30、s4.3:将抗菌内层粒料投入至单螺杆挤出机中挤出，得到抗菌内管；
31、s4.4:将耐热外层粒料投入至另一个单螺杆挤出机中挤出，得到耐热外管；
32、s4.5:将抗菌内管及耐热外管装入共挤出设备中共挤，将挤出的材料置于成型模具成型，经定型、冷却、牵引和切割后，得到高强度瓷芯抗菌管材。
33、进一步的，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸二丁酯、丙烯酰胺或甲基丙烯酸缩水甘油酯，润滑剂为脂肪酸酰胺、硬脂酸盐或聚乙烯蜡，抗氧化剂为抗氧剂dltp、抗氧剂1010或抗氧剂168。
34、进一步的，步骤s4.3中的单螺杆挤出机，挤出温度为180～240℃，转速为40～60r/min，步骤s4.4中的单螺杆挤出机，挤出温度为180～240℃，转速为60～90r/min。
35、本发明具有以下优点：
36、1、本发明中，通过制备抗菌型玻璃纤维，将季铵盐分子接枝到玻璃纤维表面，使得接枝改性后的玻璃纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有抗菌性能，并且，能够保持良好的抗菌稳定性，克服了有机抗菌剂直接应于管材中容易发生洗脱、分解等耐久性差的问题。
37、2、本发明中，通过将银离子负载于表面氨基化介孔氧化硅表面，使ag+能够均匀、稳定分布在介孔氧化硅表面上，在保证抗菌性能的同时提高抗菌耐久性，有助于解决传统载体对纳米银的负载稳定性差、抑菌耐久性差等问题。
38、3、本发明中，利用抗菌型玻璃纤维、银负载介孔氧化硅材料与聚丙烯树脂制备成抗菌内层粒料，再利用抗菌内层粒料制备成抗菌内管，其中的抗菌型玻璃纤维、银负载介孔氧化硅材料相互配合，在抗菌内管中能够起到协同增效的作用，使得制备的高强度瓷芯抗菌管材具有高效、持久的抗菌作用，对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌起到有效的抗菌效果。
39、4、本发明中，利用改性莫来石纤维、聚丙烯树脂及其他助剂混合制备成耐热外层粒料，再利用耐热外层粒料制备耐热外管，其中的改性莫来石纤维具有耐高温、低热导率及阻燃等特点，能够改善高强度瓷芯抗菌管材的阻燃性能、隔热效果及热尺寸稳定性，减少因管材受热形变而影响管材的正常使用，从而提高高强度瓷芯抗菌管材的适用范围和使用寿命。
1.一种高强度瓷芯抗菌管材，其特征在于，包括以下部分：抗菌内管和耐热外管；
2.一种根据权利要求1所述的高强度瓷芯抗菌管材的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种高强度瓷芯抗菌管材的制备工艺，其特征在于，有机硅季铵盐为3-(三甲氧基硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵、3-(三甲氧基硅烷基)丙基三甲基氯化铵、3-(三乙氧基硅基)丙基二甲基十八烷基氯化铵或3-(三羟基硅基丙基)二甲基十八烷基氯化铵。
4.根据权利要求2所述的一种高强度瓷芯抗菌管材的制备工艺，其特征在于，步骤s1抗菌型玻璃纤维制备，具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种高强度瓷芯抗菌管材的制备工艺，其特征在于，玻璃纤维的长度为50～100μm，直径为10～30μm。
6.根据权利要求2所述的一种高强度瓷芯抗菌管材的制备工艺，其特征在于，步骤s2银负载介孔氧化硅材料制备，具体包括以下步骤：
7.根据权利要求2所述的一种高强度瓷芯抗菌管材的制备工艺，其特征在于，步骤s3改性莫来石纤维制备，具体包括以下步骤：
8.根据权利要求2所述的一种高强度瓷芯抗菌管材的制备工艺，其特征在于，步骤s4管材粒料加工及高强度瓷芯抗菌管材制备，具体包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种高强度瓷芯抗菌管材的制备工艺，其特征在于，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸二丁酯、丙烯酰胺或甲基丙烯酸缩水甘油酯，润滑剂为脂肪酸酰胺、硬脂酸盐或聚乙烯蜡，抗氧化剂为抗氧剂dltp、抗氧剂1010或抗氧剂168。
10.根据权利要求9所述的一种高强度瓷芯抗菌管材的制备工艺，其特征在于，步骤s4.3中的单螺杆挤出机，挤出温度为180～240℃，转速为40～60r/min，步骤s4.4中的单螺杆挤出机，挤出温度为180～240℃，转速为60～90r/min。
