辣椒素在鋁塑復(fù)合管中的應(yīng)用研究

王 軍，管子現(xiàn)，秦小梅，彭曉翊，李白千

(1 佛山市日豐企業(yè)有限公司，廣東佛山528000;2 佛山市日豐企業(yè)科技有限公司，廣東佛山528137)

鋁塑管具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐腐蝕性能、衛(wèi)生性能、以及易安裝性能，成為國內(nèi)外發(fā)展最快的塑料建材之一，并替代鍍鋅鋼管廣泛應(yīng)用于工業(yè)、民用等領(lǐng)域。從用途上分，鋁塑復(fù)合管可廣泛使用在冷熱水供應(yīng)、燃?xì)廨斔?、特殊流體輸送以及光纖電纜等保護(hù)套管等領(lǐng)域［1－2］。然而在使用過程中，不論明裝或暗埋的管材，都不可避免老鼠等嚙齒類動物啃咬［3－4］。一旦管材被咬破，水或燃?xì)獾容斔土黧w泄漏，均會造成較大損失甚至危害人們生命安全。辣椒素是一種具有強(qiáng)烈刺激性化合物，對于鼠害的防御具有一定的效果，并且已經(jīng)在眾多領(lǐng)域廣泛使用［5－12］。因此，本文針對現(xiàn)有鋁塑復(fù)合管易被老鼠啃咬的現(xiàn)象，通過添加辣椒素制備防鼠咬母料，進(jìn)一步制備防鼠咬鋁塑復(fù)合管。通過多種測試方法對防鼠咬鋁塑復(fù)合管進(jìn)行使用性能評價。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

辣椒素:正－壬酸香草酰胺，青島旭昕化工有限公司;高密度聚乙烯(6100M)，燕山石化。

1.2 主要生產(chǎn)設(shè)備

高速混合機(jī):SRL-Z500/1000，張家港市震雄塑料機(jī)械廠;擠出機(jī):SJ55/33，浙江雙林機(jī)械股份有限公司。

2 結(jié)果與分析

2.1 防鼠咬母料的研制結(jié)果及分析

為了保證防鼠咬母料能夠均勻的分散在樹脂中，實(shí)驗(yàn)選用兩步法，先制備高濃度防鼠咬母料，再以不同組份制備不同辣椒素含量的管材原料。將防鼠咬助劑與載體樹脂及其他助劑按表1 的配方稱取，然后加入到高速混合機(jī)進(jìn)行充分混合，再加入到螺桿擠出機(jī)中擠出造粒，制備防鼠咬母料。

表1 防鼠咬母料組份配比Table 1 The composition of the anti-rodent masterbatch

為了避免辣椒素含量對高密度聚乙烯(HDPE)性能造成不利影響，實(shí)驗(yàn)將防鼠咬母料以2/98、5/95、10/90 與15/85 的比例加入到HDPE 中，擠出造粒，分別記為Fs1、Fs2、Fs3 和Fs4，其中辣椒素含量分別為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%、0.5%、1.0%及1.5%。再經(jīng)過制備標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)樣條，測試基本力學(xué)性能，測試結(jié)果見表2。

表2 防鼠咬材料的性能測試Table 2 The performance test of anti-rodent masterbatch

結(jié)果顯示，辣椒素的加入，對HDPE 原材料基本性能沒有不利影響。這是由于，防鼠咬母料載體與管材用高密度聚乙烯性能相同，并且最高辣椒素添加量為1.5%，因此對聚乙烯原材料性能影響不大。

進(jìn)一步將防鼠咬母料以上述配方比例制備1418 規(guī)格防鼠咬鋁塑管，由于防鼠咬鋁塑管外層為老鼠主要啃咬對象，因此防鼠咬母料僅用于外塑管中。防鼠咬鋁塑復(fù)合管與普通鋁塑復(fù)合管在佛山市日豐企業(yè)有限公司的管材常規(guī)性能檢測報(bào)告見表3。

表3 防鼠咬鋁塑管常規(guī)性能測試Table 3 The common performance test of anti-rodent PAP composite pipe

結(jié)果表明，添加辣椒素后，管材的使用性能與普通鋁塑復(fù)合管無明顯差異，符合日豐企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/RF 1 －2015 的要求，可替代常規(guī)鋁塑管在日常生活中的應(yīng)用。

2.2 防鼠咬鋁塑管的使用效果及分析

2.2.1 同批鼠不同辣椒素添加量的影響

將已制備不同辣椒素含量的防鼠咬鋁塑管參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JBT 10696.10 －2011《電線電纜機(jī)械和理化性能試驗(yàn)方法 第10 部分:大鼠啃咬試驗(yàn)》進(jìn)行防鼠咬測試。其中每組測試使用管材800mm，五只大鼠。每組測試耗時30 天，當(dāng)管材鋁層被咬穿作為每組測試終止判斷依據(jù)，分別在1、3、5、8、10、15、20、30 天時對管材表面咬痕進(jìn)行面積測量以及終止判定。測試結(jié)果見圖1。

圖1 同批鼠對不同辣椒素含量鋁塑管啃咬現(xiàn)象測試Fig.1 The bitting performance test of PAP composite pipe with different content of capsaicin for the same group of rodents

從圖中數(shù)據(jù)可以看出，普通鋁塑管在第8 天時，表面被啃咬面積已經(jīng)達(dá)到近70%，并在第10 天時管材被咬穿失效。說明普通鋁塑管容易被大鼠啃咬并失效。而添加有辣椒素的鋁塑復(fù)合管，管材表面被啃咬現(xiàn)象得到改善。并且隨著辣椒素含量的增加，管材表面被啃咬面積逐漸降低，同時管材被啃咬而造成的失效時間也逐漸增大。當(dāng)辣椒素添加量為1.0%時，管材被啃咬現(xiàn)象趨于穩(wěn)定。說明該含量的辣椒素能夠有效提高管材防鼠咬性能。

但由于選用30 天長時間對同一批大鼠進(jìn)行測試，隨著實(shí)驗(yàn)時間的增加，觀察到大鼠對管材表面啃咬趨勢逐漸降低，在測試曲線上體現(xiàn)出水平延伸趨勢。原因分析有兩種:(1)在測試后期階段，大鼠對管材啃咬不再是平行面上的啃咬，而是垂直向管材內(nèi)部啃咬;(2)測試大鼠在多次啃咬階段受到辣椒素的刺激后，對防鼠咬鋁塑管具有了一定記憶，以至于測試后期對管材啃咬頻率降低。

2.2.2 非同批鼠不同辣椒素含量的影響

在實(shí)際建筑用鋁塑管中，絕大部分的管材安置于戶外等開闊的場地，對其啃咬的老鼠不具有同一性，并且每只個鼠對防鼠咬管材對其自身刺激產(chǎn)生的記憶不同。為了避免過多記憶以及個鼠因素對管材長期防鼠咬測試造成干擾，實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步選用同一批管材，測試條件更改為每五天更換一批大鼠，對鋁塑管進(jìn)行不間斷啃咬測試。測試結(jié)果見圖2。

圖2 非同批鼠對不同辣椒素含量鋁塑管啃咬現(xiàn)象測試Fig.2 The bitting performance test of PAP composite pipe with different content of capsaicin for the changed group of rodents

對比圖1 的數(shù)據(jù)可以看出，由于實(shí)驗(yàn)擬定大鼠只有五天的“記憶效果”，管材被啃咬現(xiàn)象比三十天“記憶效果”的現(xiàn)象嚴(yán)重?？傮w管材被啃咬失效時間縮短，被啃咬面積增大。當(dāng)辣椒素添加量為1.5%時，管材表面被啃咬面積達(dá)到50%左右。而在此添加量下，防鼠咬鋁塑管在第十五天測試后，表面被啃咬面積趨于穩(wěn)定，同時在三十天測試周期結(jié)束時，管材沒有被啃咬失效。結(jié)果表明，對于具有未特定、流動性較高的鼠群，辣椒素添加量在1.5%時，鋁塑復(fù)合管防鼠咬性能得以改善。

對于本次Fs4 樣管測試結(jié)果，被啃咬面積大于圖1 數(shù)據(jù)顯示的啃咬面積，原因在于:由于辣椒素對大鼠刺激較大，在測試過程中，大鼠僅對樣管表面進(jìn)行小面積啃咬，由于受到刺激，并未進(jìn)行垂直向深度啃咬，因此管材長期防鼠咬壽命得以增加。

3 結(jié)論

本文研究的防鼠咬母料對鋁塑管用高密度聚乙烯的使用性能無明顯影響，能夠作為鋁塑管填充料對現(xiàn)有鋁塑復(fù)合管進(jìn)行功能性改善。制備的防鼠咬管材經(jīng)佛山市日豐企業(yè)有限公司測試，性能指標(biāo)達(dá)到日豐企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/RF 1－2015 的要求。經(jīng)過大鼠啃咬測試，防鼠咬助劑添加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%時，管材防鼠咬性能得到顯著改善。若防鼠咬管材能夠大范圍推廣使用，對鋁塑管防鼠咬性能能夠有效的改善。

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