本發(fā)明涉及高分子材料，具體涉及一種抗菌性hdpe中空壁纏繞管。

背景技術：

1、hdpe中空壁纏繞管是一種采用高密度聚乙烯(hdpe)作為主要構成材料，通過先進的擠出工藝將hdpe熔融后制成連續(xù)的空心方管基體，隨后利用纏繞成型技術，將這些基體以特定的螺旋或平行方式緊密纏繞并固定，形成具有獨特結構壁的管材。這種管材因其獨特的制造工藝和優(yōu)異的物理性能，在市政基礎設施建設中占據(jù)了重要地位，廣泛應用于各類管網系統(tǒng)，包括但不限于城市給排水網絡、農田灌溉與排水系統(tǒng)、低壓輸水管道、以及防洪排澇與泄洪設施等。

2、但傳統(tǒng)的排水排污管道在使用過程中，由于水體中攜帶的污染物和微生物、病原體逐漸沉積在管道內壁，隨著時間的推移，管道的有效流通面積會逐漸減小，導致水流通量下降，排水排污效率降低。這不僅增加了系統(tǒng)的維護成本，還可能對城市的排水能力和環(huán)境質量產生不利影響。

3、季銨鹽類抗菌劑與季鏻鹽抗菌劑常作為抗菌劑用于制備聚乙烯管材，相較于季銨鹽抗菌劑，季鏻鹽抗菌劑具有更為優(yōu)越的抗菌活性。然而，季鏻鹽小分子與聚乙烯基體之間的相容性問題顯著，導致其穩(wěn)定性欠佳，易于從基底材料中析出。此現(xiàn)象不僅削弱了其抗菌效能，還可能對環(huán)境安全性和人體健康構成潛在威脅。

4、此外，玻璃纖維能夠提升hdpe中空壁纏繞管的比強度，增強其抗沖擊性能、耐蠕變性能，能使管材具有卓越的尺寸穩(wěn)定性以及低翹曲特性。這些優(yōu)勢使得玻璃纖維增強材料成為實現(xiàn)結構件薄壁化與輕量化的理想選擇。但是玻璃纖維與高密度聚乙烯(hdpe)材料的界面相容性較差，容易導致玻璃纖維的析出，進而導致塑料的強度和剛度降低，甚至使管材出現(xiàn)裂紋和斷裂現(xiàn)象。

5、cn?112679827?a公開了一種抗菌聚乙烯管材及其制備方法，通過納米抗菌劑和抗菌增效劑提高管材的抗菌性能。但是該發(fā)明直接將季鏻鹽與高密度聚乙烯共混，并未考慮抗菌劑與聚合物基底的相容性問題，以及玻璃微珠與高密度聚乙烯相容性的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種季鏻鹽抗菌聚合物。

2、本發(fā)明的又一目的是提供一種季鏻鹽抗菌聚合物在制備抗菌材料中的應用。

3、本發(fā)明的又一目的是提供一種hdpe抗菌中空壁纏繞管。

4、本發(fā)明的又一目的是提供一種hdpe抗菌中空壁纏繞管在排水排污中的應用。

5、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術方案：

6、一種季鏻鹽抗菌聚合物，其結構通式如下：

7、

8、其中，n＝25～50；n1＝2～4；r1、r2、r3為c2～c6的直鏈烷基，x為cl、br、i中的一種。

9、本發(fā)明采取了預接枝策略，將季鏻鹽抗菌劑預先化學鍵合到聚合物鏈上，利用聚合物分子間的良好相容性，實現(xiàn)了抗菌劑在聚乙烯基底中的定向、均勻且低濃度的分散。這種處理方式不僅穩(wěn)定了抗菌劑在基質中的位置，還確保了抗菌劑能夠持續(xù)、有效地發(fā)揮其抗菌作用，避免了因抗菌劑的析出而導致的抗菌效果減弱。

10、季鏻鹽抗菌劑相較于季銨鹽抗菌劑具有更為優(yōu)越的抗菌活性，主要是因為相較于氮原子，磷原子擁有更大的原子半徑及相應的離子半徑，這一特性增強了其極化能力，即吸引電子對的能力。因此，磷原子在化學反應中更易失去電子，使得季鏻鹽分子中的正電性得以增強。增強的正電性促進了季鏻鹽與帶有負電荷的細菌細胞壁之間的靜電相互作用，即靜電吸附效應。這種強烈的相互作用不僅增強了季鏻鹽對細菌表面的親和力，還促進了其穿透細菌膜結構的能力，最終導致了更有效的細菌殺滅效果。

11、具體地，所述r1、r2、r3為乙基、丁基、己基中的至少一種。

12、一種季鏻鹽抗菌聚合物的制備方法，包括以下步驟：

13、s1.醇醚類化合物與聚丙烯酸發(fā)生酯化反應，得到中間產物；

14、s2.中間產物與膦代烷烴發(fā)生親核取代反應，得到所述季鏻鹽抗菌聚合物；

15、所述醇醚類化合物的結構式如下：

16、

17、其中，n1＝2～4；x為cl、br、i中的一種；

18、所述膦代烷烴的結構式如下：

19、

20、其中，r1、r2、r3為c2～c6的直鏈烷基。

21、具體地，所述聚丙烯酸的聚合度為25～50。

22、具體地，所述醇醚類化合物為三乙二醇單氯醇、2-氯乙氧基乙醇、2-[2-[2-(2-氯乙氧基)乙氧基]乙氧基]乙醇、2-(2-溴乙氧基)乙醇、溴代-二聚乙二醇、溴代-四聚乙二醇、2-(2-碘乙氧基)乙醇、2-(2-(2-碘乙氧基)乙氧基)乙烷-1-醇、2-(2-(2-(2-碘乙氧基)乙氧基)乙氧基)乙烷-1-醇中的至少一種。

23、優(yōu)選地，所述醇醚類化合物為三乙二醇單氯醇。

24、本發(fā)明采用醇醚類化合物作為接枝小分子，不僅可以將膦代烷烴接枝到聚丙烯酸上，而且能夠增強塑料的柔韌性，降低季鏻鹽抗菌聚合物的析出，且這類小分子具有低毒性，可以減少對環(huán)境的危害。

25、具體地，所述膦代烷烴為三乙基膦、三丁基膦、三己基膦中的至少一種。

26、優(yōu)選地，所述膦代烷烴為三己基膦。

27、具體地，所述中間產物的接枝率為60～90％。

28、本發(fā)明通過控制醇醚類化合物的加入量進而控制季鏻鹽抗菌聚合物的接枝率。

29、需要說明的是，如果接枝的醚鍵支鏈過長，位阻過大，會導致接枝率降低。

30、具體地，所述聚丙烯酸、醇醚類化合物、膦代烷烴的質量比為1：(2～7.5)：(0.9～7.2)。

31、具體地，酯化反應的時間為18～72h。

32、具體地，酯化反應的溫度為20～30℃。

33、具體地，親核取代反應的溫度為75～85℃。

34、具體地，親核取代反應的時間為18～48h。

35、具體地，親核取代反應的催化劑為碘化鈉或碳酸氫鈉。

36、將質量比控制在上述范圍內，可以提高醇醚類化合物的接枝率。

37、本發(fā)明還保護一種季鏻鹽抗菌聚合物在制備抗菌材料中的應用。

38、一種hdpe抗菌組合物，包括以下重量份的組分：hdpe?100份、季鏻鹽抗菌聚合物2～8份、聚乙烯樹脂預浸漬長玻璃纖維增強浸漬粒15～30份、色母料3～7份。

39、具體地，所述長玻璃纖維增強浸漬粒的長度為10～25mm。

40、具體地，所述長玻璃纖維增強浸漬粒的制備方法包括以下步驟：

41、將玻璃纖維、相容劑與hdpe混合后加熱，定型，冷卻，切割成顆粒，得到所述長玻璃纖維增強浸漬粒。

42、本發(fā)明將玻璃纖維進行聚乙烯樹脂的預浸漬處理，得到長玻璃纖維增強浸漬粒，顯著提升了長玻璃纖維在聚乙烯樹脂基體中的分散均勻性，通過優(yōu)化其在基質中的空間分布，進而增強了長玻璃纖維與聚乙烯基底材料的界面相容性，從而最大化地發(fā)揮了長玻璃纖維對聚乙烯復合材料的增強效果。

43、更具體地，所述加熱的溫度為220～240℃。

44、更具體地，預浸粒中玻璃纖維含量為55～65％，hdpe含量為30～40％，馬來酸酐接枝聚乙烯型相容劑1～10％。

45、一種hdpe抗菌中空壁纏繞管，包括所述hdpe抗菌組合物。

46、具體地，所述hdpe抗菌中空壁纏繞管的制備方法包括以下步驟：

47、將所述hdpe抗菌組合物擠出，纏繞，得到所述hdpe抗菌中空壁纏繞管。

48、需要說明的是，在hdpe管中，季鏻鹽抗菌聚合物相對于hdpe基底材料是一種低分子量柔性聚合物，能夠增加纏繞管的韌性，但是會降低纏繞管的剛性。此外，本發(fā)明通過在hdpe管中加入長玻璃纖維增強浸漬粒，提高玻璃纖維與hdpe的相容性，增加纏繞管的環(huán)剛度。

49、hdpe在190℃，2.16kg條件下的熔體流動速率為0.23～0.45g/10min。測定方法按照astm?d1238《用擠壓塑料計測量熱塑性塑料熔體流動速率的試驗方法》。

50、更具體地，擠出的溫度為180℃～210℃。

51、本發(fā)明還保護一種hdpe抗菌中空壁纏繞管在排水排污中的應用。

52、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下技術效果：

53、本發(fā)明采取了預接枝策略，將季鏻鹽抗菌劑預先化學鍵合到聚合物鏈上，增強了與聚乙烯基底材料的相容性，提高了抗菌劑的分散度，降低了抗菌劑析出的可能性，還確保了抗菌劑能夠持續(xù)、有效地發(fā)揮其抗菌作用，避免了因抗菌劑的析出而導致的抗菌效果減弱。

54、本發(fā)明通過引入長玻璃纖維浸漬粒，提高了玻璃纖維與聚乙烯基底的相容性，克服了目前中空壁纏繞管環(huán)剛度不足，以及由于引入季鏻鹽抗菌聚合物導致的纏繞管剛性降低。