一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭及其製備方法
2023-05-30 02:21:31 1
專利名稱：一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種水龍頭，尤其是涉及以生物高分子和工程塑料合金複合材料製成水龍頭外殼的一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭及其製備方法，並以可再生生物高分子混合料填充水道骨架及外殼之間。
背景技術：
現有的塑料水龍頭外殼大都以石油基塑料ABS、PC/ABC材料為主製成外殼，可如今人類卻要面臨著多年來廢棄高分子材料給人類賴以生存的環境帶來日益嚴重的白色汙染及石油資源的日益匱乏等問題。因此，減少石油基資源的消耗，逐步採用可再生生物高分子替代石油基高分子材料、發展環境友好材料將是未來走向可持續發展的要走的道路，不僅綠色環保、循環經濟，而且節約能源。另外，由於水龍頭外殼與水道骨架間存在一型腔間隙，耐爆破壓強度不夠且質輕的缺點。無法完全滿足客戶性能及環境友好的需求。聚乳酸樹脂(PLA)、聚己內酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBQ、聚羥基丁酸酯戊酸酯(PHBv)都是具有各自優良性能、綠色環保的可再生生物高分子材料，在生物醫用、包裝材料、電子行業、日常用品及環保領域具有廣闊的應用前景。同時，生物高分子材料也均具各自缺點(如聚乳酸易脆、抗衝擊性低；聚己內酯韌性雖好，但剛性不夠)，未能完全滿足水龍頭外殼性能測試標準，故對生物高分子材料進行改性，充分發揮其優點，具有非常重要的
眉、ο現有的塑料水龍頭旨在取代金屬制龍頭，其優點為成本低廉，且節能減排。但由於石油基樹脂日益枯竭，因此急需利用可再生長的生物高分子材料來取代石油基塑料。目前，市場上存在著各種各樣的塑料水龍頭，可進冷熱水的混合塑料水龍頭大致有兩種，第一種主要由塑料外殼和安裝在外殼內的進水管和出管構成(如中國專利ZL200710070171. 1)；另外一種是主要由上下體構成，上下體內分別設有相互配合的凹槽，上下體結合後，所述相互配合的凹槽形成龍頭的進出水通道(如中國專利 200810059272. 3)，其中，上下體是通過螺釘連接、卡接或加熱接觸面結合起來，而且上下體的表面覆蓋有一層殼體。製作上述塑料水龍頭的步驟比較多，製作起來比較麻煩，費時費力，生產成本比較高；還有上述第二種水龍頭的進出水通道只是由簡單的凹槽構成，上下體的其他部分為實體，耗材比較多，上下體注塑時容易產生變形，上下體的凹槽準確地配合比較麻煩，而且上下體的結合面在冷熱水的作用下會產生熱脹冷縮，使其結合面出現間隙，冷熱水通道間容易產生串水或漏水的現象，影響龍頭的使用。
發明內容
本發明的目的在於針對現有的塑料水龍頭存在的對環境的汙染，以及耐爆破壓不足等缺點，提供機械強度優良，結構穩定的一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭及其製備方法。所述一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭包括水龍頭外殼和配套部件，所述配套部件包括閥芯、手柄、出水網、密封圈、緊固螺釘，所述水龍頭外殼為生物高分子與工程塑料合金材料注塑成型的水龍頭外殼，所述一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭的製備方法包括以下步驟1)採用生物高分子與工程塑料合金材料注塑成型水龍頭外殼毛坯；在步驟1)中，所述水龍頭可為各種形狀的水龍頭；所述生物高分子與工程塑料合金材料的組成按質量百分比為生物高分子樹脂40% 70%，工程塑料20% 50%， 相容劑5% 10%，助劑0.5% 2% ；所述生物高分子樹脂可選自①聚乳酸樹脂(PLA)、 ②聚乳酸樹脂(PLA)與聚己內酯(PCL)，③聚乳酸樹脂(PLA)與聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、 ④聚乳酸樹脂(PLA)與聚羥基丁酸酯戊酸酯(PHBv)等中的一種；所述工程塑料可選自聚碳酸酯(PC)等；所述相容劑可選自馬來酸酐接枝丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS-g-MAH)、馬來酸酐接枝氫化苯乙烯/ 丁二烯/苯乙烯共聚物(SEBS-g-MAH)、杜邦 Elvaloy乙烯三元共聚物等中的一種；所述助劑可選自異氰酸鹽等；所述注塑成型水龍頭外殼的具體步驟可為(1)將原料混合，混合機的轉速可為1000 1500rpm ；(2)在雙螺杆擠出機中熔融擠出切粒，得粒料，螺杆溫度可為220 250°C ；(3)注塑成型出水龍頭外殼。2)將成型後的水龍頭外殼毛坯表面進行鍍膜；在步驟幻中，所述鍍膜可採用常規的水電鍍、PVD鍍、全乾法夾層鍍膜等工藝，優選全乾法夾層鍍膜工藝(參見中國專利201010585736. 1)，所述全乾法夾層鍍膜的具體方法可為(1)對水龍頭外殼坯件進行幹法清潔與活化；(2)將活化後水龍頭外殼坯件在PVD爐內鍍一層金屬底膜，金屬底膜的厚度可為 0. 1 1 μ m ；(3)將鍍底膜後的水龍頭外殼坯件經等離子活化後，噴鍍一層有機塗層，有機塗層的厚度可為5 60 μ m ；(4)有機塗層以等離子氣體活化後，在PVD內鍍第二層金屬膜(稱為金屬面膜)， 所述金屬面膜的厚度可為0. 1 5 μ m。3)注塑成型水道骨架；在步驟幻中，所述水道骨架可採用聚苯硫醚(PPS)，聚甲醛(POM)、聚鄰苯二甲醯胺(PPA)或聚苯醚(PPO)等中的一種材料注塑而成。4)利用可再生生物高分子混合料填充塑料水道骨架與外殼之間的型腔空隙；在步驟4)中的，所述可再生生物高分子混合料的組成按質量百分比可為可再生生物高分子樹脂40 % 50 %，植物纖維30 % 60 %，增韌劑0 9 %，填料0 20 %，偶聯劑0 2% ；所述可再生生物高分子樹脂可選自①聚乳酸樹脂(PLA)，②聚乳酸(PLA)與聚己內酯(PCL)的混合物等中的一種；所述植物纖維可選自竹纖維、麻纖維、木粉、穀殼粉、花生殼粉、玉米芯粉等中的至少一種；所述增韌劑可選自聚羥基丁酸酯(PHB)、聚丁二酸丁二醇酯(PBQ等中的至少一種；所述填料可選自氧化矽及矽酸鹽、碳酸鹽及碳化物、硫酸鹽及硫化物、鈦酸鹽、氧化物及氫氧化物、金屬等中的至少一種；所述偶聯劑可選自矽烷偶聯劑、 鈦酸酯偶聯劑等中的至少一種；所述利用可再生生物高分子混合料填充塑料水道骨架與外殼之間的型腔空隙的方法可為用生物高分子混合料採用二次嵌件注塑的方式實現對水道骨架與外殼之間的型腔空隙的填充，其具體步驟如下(1)將原料混合，混合機的轉速可為1000 1200rpm ；(2)在雙螺杆擠出機中熔融擠出切粒，得粒料，螺杆溫度可為170 180°C ；(3)將水道骨架嵌入模具中用乾燥過的粒料熔融進行二次嵌件注塑。5)從型腔取出水道骨架，將水道骨架與鍍膜後的水龍頭外殼和準備好的按常規工藝生產的水龍頭配套部件，按照常規的組裝方式組裝成一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭，所述水龍頭配套部件包括閥芯、手柄、出水網、密封圈、緊固螺釘等。與現有的水龍頭相比，本發明以生物高分子為主要成分的水龍頭具有下列優點1.本發明所製備的一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭比普通水龍頭在重量上增加約1. 5倍，且抗爆破壓強度比普通水龍頭增加40%，700psi以上。2.本發明所製備的一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭中，生物高分子材料佔全部水龍頭材料的40% 50%，明顯減少了石油基資源的消耗，節能環保。3.傳統的塑料水龍頭旨在取代金屬制龍頭，其優點為成本低廉，且節能減排。但由於石油基樹脂日益枯竭，因此急需利用可再生長的生物高分子來取代石油基塑料。本發明所製備的一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭，採用相容劑技術製造生物高分子/工程塑料合金材料為複合塑料水龍頭的外殼；採用鍍膜技術對水龍頭外殼進行金屬化處理；採用再生生物高分子混合料填充於塑料水道骨架與外殼之間，構成一種機械強度優良，結構穩定之新型複合塑料龍頭。本發明所製備的一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭為可再生之生物高分子佔全部水龍頭材料的40% 50%以上，因此對減低石油塑料的依賴性具有十分重要的意義。
具體實施例方式以下實施例將對本發明作進一步的說明。實施例1一種PLA/PC生物高分子複合塑料水龍頭及其製備方法步驟一、水龍頭外殼成型a)原料乾燥後，按如下比例稱取原料聚乳酸(PLA) 45%，聚碳酸酯(PC) 50%, ABS-g-MAH4. 5 %，二異氰酸酯0. 5% (日邦聚氨酯生產)。b)置於高速混合機上混合均勻，高速混合機的轉速為1000 1500rpm。c)在雙螺杆擠出機中熔融擠出切粒，得到粒料，螺杆溫度為220 250°C。d)注塑成型出水龍頭外殼。步驟二、水龍頭外殼進行PVD改性鍍膜，實現金屬化外觀。步驟三、注塑製成水道骨架，並對水道骨架進行二次嵌件注塑a)原料乾燥後，按如下比例稱取原料聚乳酸40%，木粉30%，CaCO3 20%，聚羥基丁酸酯9%，矽烷偶聯劑1%。b)置於高速混合機上混合均勻，高速混合機的轉速為1000 1200rpm。c)在雙螺杆擠出機中熔融擠出切粒，得到粒料，螺杆溫度為170 180°C。d)將水道骨架嵌入模具中用乾燥過的粒料熔融進行二次嵌件注塑。
步驟四、從型腔取出二次嵌件注塑好的水道骨架，將其與鍍膜後的水龍頭外殼組裝在一起。實施例2一種PLA/PCL/PC生物高分子複合塑料水龍頭及其製備方法步驟一、水龍頭外殼成型a)原料乾燥後，按如下比例稱取原料聚乳酸(PLA) 44%，聚己內酯(PCL) 20%， 聚碳酸酯(PC) 30% ；，Elvaloy乙烯三元共聚物5. 5%，二異氰酸酯0. 5% (日邦聚氨酯生產)。b)置於高速混合機上混合均勻，高速混合機的轉速為1000 1500rpm。c)在雙螺杆擠出機中熔融擠出切粒，得到粒料，螺杆溫度為220 250°C。d)注塑成型出水龍頭外殼。步驟二、水龍頭外殼進行全乾法夾層鍍膜a)對水龍頭外殼坯件進行幹法清潔與活化。b)活化後水龍頭外殼坯件在PVD爐內鍍一層金屬底膜，膜厚為0. 1 1 μ m。c)鍍底膜後水龍頭外殼坯件經等離子活化後，噴鍍一層有機塗層，厚度約為5 60 μ m0d)有機塗層以等離子氣體活化後，在PVD內鍍第二層金屬膜(金屬面膜)，膜厚為 0. 1 5 μ m。步驟三、注塑製成水道骨架，並對水道骨架進行二次嵌件注塑a)原料乾燥後，按如下比例稱取原料聚乳酸(PLA) 20%，聚己內酯(PCL) 20%，穀殼粉59%，矽烷偶聯劑1%。b)置於高速混合機上混合均勻，高速混合機的轉速為1000 1200rpm。c)在雙螺杆擠出機中熔融擠出切粒，得到粒料，螺杆溫度為170 180°C。d)將水道骨架嵌入模具中用乾燥過的粒料熔融進行二次嵌件注塑。步驟四、從型腔取出二次嵌件注塑好的水道骨架，將其與鍍膜後的水龍頭外殼組裝在一起。實施例3一種PLA/PBS/PC生物高分子複合塑料水龍頭及其製備方法步驟一、龍頭外殼成型a)原料乾燥後，按如下比例稱取原料聚乳酸(PLA)50%，聚丁二酸丁二醇酯 (PBS) 22%，聚碳酸酯(PC)20%，SEBS-g-MAH7. 5%，二異氰酸酯0. 5% (日邦聚氨酯生產)。b)置於高速混合機上混合均勻，高速混合機的轉速為1000 1500rpm。c)在雙螺杆擠出機中熔融擠出切粒，得到粒料，螺杆溫度為220 250°C。d)注塑成型出水龍頭外殼。步驟二、龍頭外殼進行全乾法夾層鍍膜a)對水龍頭外殼坯件進行幹法清潔與活化。b)活化後水龍頭外殼坯件在PVD爐內鍍一層金屬底膜，膜厚為0. 1 1 μ m。c)鍍底膜後水龍頭外殼坯件經等離子活化後，噴鍍一層有機塗層，厚度約為5 60 μ m0
d)有機塗層以等離子氣體活化後，在PVD內鍍第二層金屬膜(金屬面膜)，膜厚為 0. 1 5 μ m。步驟三、塑製成水道骨架，並對水道骨架進行二次嵌件注塑a)原料乾燥後，按如下比例稱取原料聚乳酸(PLA) 45%，竹纖維45%，聚丁二酸丁二醇酯(PBS) 9%，鈦酸酯偶聯劑1%。b)置於高速混合機上混合均勻，高速混合機的轉速為1000 1200rpm。c)在雙螺杆擠出機中熔融擠出切粒，得到粒料，螺杆溫度為170 180°C。d)將水道骨架嵌入模具中用乾燥過的粒料熔融進行二次嵌件注塑。步驟四、從型腔取出二次嵌件注塑好的水道骨架，將其與鍍膜後的水龍頭外殼組裝在一起。實施例4一種以PLA/PHBv/PC生物高分子複合塑料水龍頭及其製備方法步驟一、龍頭外殼成型a)原料乾燥後，按如下比例稱取原料聚乳酸(PLA) 45%，聚羥基丁酸酯戊酸酯 (PHBv) 20%，聚碳酸酯(PC)30%，ABS-g-MAH4. 5%，二異氰酸酯0. 5% (日邦聚氨酯生產)。b)置於高速混合機上混合均勻，高速混合機的轉速為1000 1500rpm。c)在雙螺杆擠出機中熔融擠出切粒，得到粒料，螺杆溫度為220 250°C。d)注塑成型出水龍頭外殼。步驟二、龍頭外殼進行全乾法夾層鍍膜a)對水龍頭外殼坯件進行幹法清潔與活化。b)活化後水龍頭外殼坯件在PVD爐內鍍一層金屬底膜，膜厚為0. 1 1 μ m。c)鍍底膜後水龍頭外殼坯件經等離子活化後，噴鍍一層有機塗層，厚度約為5 60 μ m0d)有機塗層以等離子氣體活化後，在PVD內鍍第二層金屬膜(金屬面膜)，膜厚為 0. 1 5 μ m。步驟三、塑製成水道骨架，並對水道骨架進行二次嵌件注塑a)原料乾燥後，按如下比例稱取原料聚乳酸(PLA) 40%，玉米芯粉50%，聚羥基丁酸酯(PHB) 8 %，矽烷偶聯劑1 %，鈦酸酯偶聯劑1 %。b)置於高速混合機上混合均勻，高速混合機的轉速為1000 1200rpm。c)在雙螺杆擠出機中熔融擠出切粒，得到粒料，螺杆溫度為170 180°C。d)將水道骨架嵌入模具中用乾燥過的粒料熔融進行二次嵌件注塑。步驟四、從型腔取出二次嵌件注塑好的水道骨架，將其與鍍膜後的水龍頭外殼組
裝在一起。
權利要求
1.一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭，包括水龍頭外殼和配套部件，所述配套部件包括閥芯、手柄、出水網、密封圈、緊固螺釘，其特徵在於所述水龍頭外殼為生物高分子與工程塑料合金材料注塑成型的水龍頭外殼，所述一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭的製備方法包括以下步驟1)採用生物高分子與工程塑料合金材料注塑成型水龍頭外殼毛坯；2)將成型後的水龍頭外殼毛坯表面進行鍍膜；3)注塑成型水道骨架；4)利用可再生生物高分子混合料填充塑料水道骨架與外殼之間的型腔空隙；5)從型腔取出水道骨架，將水道骨架與鍍膜後的水龍頭外殼和準備好的按常規工藝生產的水龍頭配套部件，按照常規的組裝方式組裝成一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭，所述水龍頭配套部件包括閥芯、手柄、出水網、密封圈、緊固螺釘。
2.如權利要求1所述的一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭，其特徵在於在步驟1) 中，所述生物高分子與工程塑料合金材料的組成按質量百分比為生物高分子樹脂40% 70%，工程塑料20% 50%，相容劑5% 10%，助劑0. 5% 2%。
3.如權利要求1所述的一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭，其特徵在於在步驟1) 中，所述生物高分子樹脂選自①聚乳酸樹脂、②聚乳酸樹脂與聚己內酯，③聚乳酸樹脂與聚丁二酸丁二醇酯、④聚乳酸樹脂與聚羥基丁酸酯戊酸酯中的一種；所述工程塑料最好選自聚碳酸酯。
4.如權利要求1所述的一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭，其特徵在於在步驟1) 中，所述相容劑選自馬來酸酐接枝丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、馬來酸酐接枝氫化苯乙烯/ 丁二烯/苯乙烯共聚物、杜邦Elvaloy乙烯三元共聚物中的一種；所述助劑選自異氰酸鹽。
5.如權利要求1所述的一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭，其特徵在於在步驟1) 中，所述注塑成型水龍頭外殼的具體步驟為(1)將原料混合，混合機的轉速為1000 1500rpm；(2)在雙螺杆擠出機中熔融擠出切粒，得粒料，螺杆溫度為220 250°C；(3)注塑成型出水龍頭外殼。
6.如權利要求1所述的一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭，其特徵在於在步驟2) 中，所述鍍膜採用常規的水電鍍、PVD鍍、全乾法夾層鍍膜工藝，優選全乾法夾層鍍膜工藝， 所述全乾法夾層鍍膜的具體方法為(1)對水龍頭外殼坯件進行幹法清潔與活化；(2)將活化後水龍頭外殼坯件在PVD爐內鍍一層金屬底膜，金屬底膜的厚度為0.1 1 μ m ；(3)將鍍底膜後的水龍頭外殼坯件經離子活化後，噴鍍一層有機塗層，有機塗層的厚度為5 60 μ m ；(4)有機塗層以等離子氣體活化後，在PVD內鍍第二層金屬膜，稱為金屬面膜，所述金屬面膜的厚度為0. 1 5μπι。
7.如權利要求1所述的一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭，其特徵在於在步驟 3)中，所述水道骨架採用聚苯硫醚，聚甲醛、聚鄰苯二甲醯胺或聚苯醚中的一種材料注塑而成。
8.如權利要求1所述的一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭，其特徵在於在步驟4) 中，所述可再生生物高分子混合料的組成按質量百分比為可再生生物高分子樹脂40% 50%，植物纖維30% 60%，增韌劑0 9%，填料0 20%，偶聯劑0 2%。
9.如權利要求8所述的一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭，其特徵在於所述可再生生物高分子樹脂選自①聚乳酸樹脂，②聚乳酸與聚己內酯的混合物中的一種；所述植物纖維選自竹纖維、麻纖維、木粉、穀殼粉、花生殼粉、玉米芯粉中的至少一種；所述增韌劑選自聚羥基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯中的至少一種；所述填料選自氧化矽及矽酸鹽、碳酸鹽及碳化物、硫酸鹽及硫化物、鈦酸鹽、氧化物及氫氧化物、金屬中的至少一種；所述偶聯劑選自矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑中的至少一種。
10.如權利要求9所述的一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭，其特徵在於所述利用可再生生物高分子混合料填充塑料水道骨架與外殼之間的型腔空隙的方法為用生物高分子混合料採用二次嵌件注塑的方式實現對水道骨架與外殼之間的型腔空隙的填充，其具體步驟如下(1)將原料混合，混合機的轉速為1000 1200rpm；(2)在雙螺杆擠出機中熔融擠出切粒，得粒料，螺杆溫度為170 180°C；(3)將水道骨架嵌入模具中用乾燥過的粒料熔融進行二次嵌件注塑。
全文摘要
一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭及其製備方法，涉及一種水龍頭。提供機械強度優良，結構穩定的一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭及其製備方法。水龍頭包括生物高分子與工程塑料合金材料注塑成型的水龍頭外殼和配套部件，所述配套部件包括閥芯、手柄、出水網、密封圈、緊固螺釘。採用生物高分子與工程塑料合金材料注塑成型水龍頭外殼毛坯；將成型後的水龍頭外殼毛坯表面進行鍍膜；注塑成型水道骨架；利用可再生生物高分子混合料填充塑料水道骨架與外殼之間的型腔空隙；從型腔取出水道骨架，將水道骨架與鍍膜後的水龍頭外殼和準備好的按常規工藝生產的水龍頭配套部件，按照常規的組裝方式組裝成一種增強型生物高分子複合塑料水龍頭。
文檔編號B29C45/00GK102182854SQ201110047540
公開日2011年9月14日 申請日期2011年2月28日 優先權日2011年2月28日
發明者劉祖華, 吳子豹, 李明仁, 陳芳梅 申請人:廈門建霖工業有限公司