本發(fā)明設(shè)計(jì)涉及管道，具體涉及一種含植物纖維的塑膠管道及制備方法。

背景技術(shù)：

1、塑膠管道自20世紀(jì)中期開始廣泛應(yīng)用于建筑、市政、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域，因其重量輕、成本低、耐腐蝕、易安裝等優(yōu)點(diǎn)而迅速普及。常見的塑膠管道材料包括聚氯乙烯（pvc）、聚乙烯（pe）、聚丙烯（pp）等。這些材料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，可以抵抗多種酸堿和化學(xué)溶劑的腐蝕，延長管道使用壽命。同時(shí)，塑膠管道內(nèi)壁光滑，水流阻力小，輸送效率高。與傳統(tǒng)金屬管相比，塑膠管重量輕，便于運(yùn)輸和安裝，可大幅降低工程成本。

2、然而，隨著使用時(shí)間的延長和環(huán)境意識(shí)的提高，塑膠管道的一些不足逐漸顯現(xiàn)。首先是強(qiáng)度和剛度不如金屬管，在高壓或高溫環(huán)境下易變形或破裂。其次，塑膠管道的熱膨脹系數(shù)較大，溫度變化會(huì)導(dǎo)致管道產(chǎn)生明顯的伸縮，影響使用壽命和密封性能。再者，部分塑膠管道材料在陽光直射下會(huì)發(fā)生老化、脆化，降低使用年限。

3、從環(huán)保角度看，塑膠管道存在更多問題。生產(chǎn)過程中會(huì)排放有害氣體，對(duì)環(huán)境和人體健康造成威脅。使用過程中，某些塑料添加劑會(huì)緩慢析出，污染輸送的水質(zhì)。更為嚴(yán)重的是，塑膠管道難以降解，報(bào)廢后會(huì)長期存留于環(huán)境中，造成白色污染?；厥绽寐实鸵彩且淮髥栴}，大部分廢舊塑膠管道最終被填埋或焚燒,加重環(huán)境負(fù)擔(dān)。

4、此外，在火災(zāi)時(shí)塑膠管道易燃燒并釋放有毒氣體，增加火災(zāi)危害。部分塑膠管道還存在抗沖擊性能不足、耐磨性差等缺點(diǎn)，在特定應(yīng)用場景下表現(xiàn)不佳。近年來，為改善塑膠管道性能，行業(yè)開發(fā)了多種改性材料和復(fù)合材料，如pe-rt、pex等，但成本較高，且仍未從根本上解決環(huán)保問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、（1）要解決的技術(shù)問題

2、本發(fā)明的目的在于提供一種含植物纖維的塑膠管道及制備方法，用以解決現(xiàn)有塑膠管道在性能和環(huán)保性方面的不足，特別是提高管道的力學(xué)性能、降低環(huán)境污染。

3、（2）技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種含植物纖維的塑膠管道，包括如下重量份原料：pvc樹脂35~50份、改性植物纖維5~15份、硬脂酸鋅0.6~1.0份、硬脂酸鈣0.5~1.5份、聚乙烯蠟0.3~0.8份、2,6-二叔丁基對(duì)甲酚0.1~0.3份、丙烯酸0.2~0.5份；

5、所述改性植物纖維是納米二氧化硅包裹馬來酸酐接枝纖維素，改性植物纖維表面有羥基和羧基基團(tuán)。

6、進(jìn)一步地，一種含植物纖維的塑膠管道，按重量分?jǐn)?shù)計(jì)，還包括：氯化聚乙烯-環(huán)氧化大豆油共混物3~8份；

7、所述氯化聚乙烯-環(huán)氧化大豆油共混物具具有連續(xù)相和分散相的兩相結(jié)構(gòu)。

8、進(jìn)一步地，所述改性植物纖維的制備方法包括：

9、s11.將纖維素在60~65℃烘箱中干燥12~24h，得到干燥纖維素；

10、s12.在三頸圓底燒瓶中加入干燥纖維素和n,n-二甲基甲酰胺，攪拌并加熱至80℃，保持1~1.5h，得到第一混合溶液；

11、s13.在第一混合溶液中，加入馬來酸酐和過氧化苯甲酰，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，升溫至90~100℃，反應(yīng)4~5h，得到第二混合溶液；

12、s14.反應(yīng)結(jié)束后，將第二混合溶液冷卻至室溫，加入乙醇，得到沉淀產(chǎn)物，用乙醇反復(fù)洗滌沉淀產(chǎn)物，得到洗滌后的沉淀產(chǎn)物，將洗滌后的沉淀產(chǎn)物在50~60℃真空干燥12~24h，得到馬來酸酐接枝纖維素；

13、s15.?將馬來酸酐接枝纖維素分散在乙醇和去離子水的混合溶液中，超聲處理30~40min，得到分散的纖維素懸浮液；

14、s16.在另一容器中，混合正硅酸乙酯、乙醇和28%氨水，攪拌15~20min，得到均勻溶膠；

15、s17.將均勻溶膠緩慢加入到分散的纖維素懸浮液中，在室溫下攪拌反應(yīng)4~5h，得到第三混合溶液；

16、s18.將第三混合溶液離心分離得到產(chǎn)物，用乙醇和去離子水反復(fù)洗滌產(chǎn)物，將得到洗滌后的產(chǎn)物，將洗滌后的產(chǎn)物在50~60℃真空干燥12~24h，得到納米二氧化硅包裹馬來酸酐接枝纖維素。

17、進(jìn)一步地，所述氯化聚乙烯-環(huán)氧化大豆油共混物的制備方法包括：

18、s21.稱取氯化聚乙烯，加入四氫呋喃中，室溫下攪拌4h直至完全溶解，得到氯化聚乙烯溶液；

19、s22.將氯化聚乙烯溶液轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，加入預(yù)先稱取的環(huán)氧化大豆油，加入0.5~0.8%的二硬脂基硫代二丙酸酯，在50~60℃水浴中攪拌，攪拌速度為200~300rpm，攪拌時(shí)間為2h，得到混合溶液；

20、s23.將混合溶液倒入玻璃培養(yǎng)皿中，室溫下自然揮發(fā)24~36h，得到初步干燥的膜，將初步干燥的膜置于40~50℃真空干燥箱中干燥48~56h，得到干燥后的膜；

21、s24.將干燥后的膜在室溫下放置24~36h，剝離、裁剪得到所需尺寸的共混膜，所述共混膜為氯化聚乙烯-環(huán)氧化大豆油共混物。

22、另一方面，基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種含植物纖維的塑膠管道的制備方法，應(yīng)用于所述的一種含植物纖維的塑膠管道，包括以下步驟：

23、s31.制備改性植物纖維；

24、s32.制備氯化聚乙烯-環(huán)氧化大豆油共混物；

25、s33.將pvc樹脂和改性植物纖維在50~60℃下干燥4~5h，硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、聚乙烯蠟、2,6-二叔丁基對(duì)甲酚、丙烯酸和氯化聚乙烯-環(huán)氧化大豆油共混物在50~60℃下干燥1~2h；

26、s34.稱取pvc樹脂、改性植物纖維、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、聚乙烯蠟、2,6-二叔丁基對(duì)甲酚、丙烯酸和氯化聚乙烯-環(huán)氧化大豆油共混物，加入高速混合機(jī)，在80~90℃下混煉10~15min，得到混合物；

27、s35.將混合物加入雙螺桿擠出機(jī)，設(shè)置進(jìn)料區(qū)為140~150℃，壓縮區(qū)為160~170℃，均化區(qū)為170~180℃，出料區(qū)為175~185℃，螺桿轉(zhuǎn)速為20~30?rpm，混煉時(shí)間5~7min，得到混煉產(chǎn)物；

28、s36.將混煉產(chǎn)物加入單螺桿擠出機(jī)，設(shè)置進(jìn)料區(qū)為150~160℃，壓縮區(qū)為170~180℃，計(jì)量區(qū)為180~190℃，機(jī)頭為185~195℃，螺桿轉(zhuǎn)速為15~25?rpm，得到擠出的管材；

29、s37.將擠出的管材通過真空定型箱，冷卻水溫度為15~20℃，冷卻時(shí)間為1~3min，得到冷卻后的管材，將冷卻后的管材使用自動(dòng)切割機(jī)進(jìn)行切割，切割成所需長度。

30、上述原料組分的作用機(jī)制如下：

31、pvc樹脂：作為主要基體材料，提供管道的基本結(jié)構(gòu)和性能。pvc具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性和絕緣性。

32、改性植物纖維：纖維素提供增強(qiáng)作用，提高管道的機(jī)械強(qiáng)度和剛性。馬來酸酐接枝增加纖維素與pvc基體的相容性，改善界面結(jié)合。納米二氧化硅包裹進(jìn)一步增強(qiáng)纖維與基體的界面結(jié)合，同時(shí)提高纖維的分散性和耐熱性。

33、氯化聚乙烯-環(huán)氧化大豆油共混物：氯化聚乙烯與pvc有良好的相容性，增加體系的柔韌性。環(huán)氧化大豆油作為增塑劑，提高體系的可加工性，同時(shí)增加生物基成分。共混物形式有助于均勻分散，改善整體性能。

34、硬脂酸鋅：作為熱穩(wěn)定劑，能夠有效捕獲pvc降解過程中釋放的氯化氫，防止氯化氫進(jìn)一步催化pvc的降解，從而提高管道的熱穩(wěn)定性。其次，硬脂酸鋅還具有潤滑作用，在加工過程中可以降低pvc與加工設(shè)備之間的摩擦，改善材料的流動(dòng)性，有助于提高管道的表面光滑度和加工效率。此外，硬脂酸鋅還能夠改善pvc與植物纖維之間的相容性，促進(jìn)兩者的均勻分散，從而增強(qiáng)復(fù)合材料的整體性能。

35、硬脂酸鈣：作為潤滑劑，改善加工流動(dòng)性，防止材料粘附在加工設(shè)備上。

36、聚乙烯蠟：外部潤滑劑，改善熔體流動(dòng)性，提高表面光澤度。

37、2,6-二叔丁基對(duì)甲酚：防止材料在加工和使用過程中的氧化降解，提高長期使用性能。

38、丙烯酸：改善熔體流動(dòng)性，有助于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品表面質(zhì)量。

39、（3）有益效果

40、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

41、1.?納米二氧化硅包裹和馬來酸酐接枝改性的植物纖維顯著提高了與pvc基體的相容性和分散性。

42、2.?氯化聚乙烯-環(huán)氧化大豆油共混物構(gòu)建了多層次阻隔體系，有效延長了vocs的擴(kuò)散路徑，從而抑制了vocs的釋放，提高了產(chǎn)品的環(huán)保性能。

43、3.?環(huán)氧化大豆油的引入不僅改善了材料的加工性能，還減少對(duì)傳統(tǒng)石油基增塑劑的需求。