辣椒素在鋁塑復合管中的應用研究

王 軍，管子現，秦小梅，彭曉翊，李白千

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

鋁塑管具有優異的力學性能、耐腐蝕性能、衛生性能、以及易安裝性能，成為國內外發展最快的塑料建材之一，并替代鍍鋅鋼管廣泛應用于工業、民用等領域。從用途上分，鋁塑復合管可廣泛使用在冷熱水供應、燃氣輸送、特殊流體輸送以及光纖電纜等保護套管等領域［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，水或燃氣等輸送流體泄漏，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，并且已經在眾多領域廣泛使用［5－12］。因此，本文針對現有鋁塑復合管易被老鼠啃咬的現象，通過添加辣椒素制備防鼠咬母料，進一步制備防鼠咬鋁塑復合管。通過多種測試方法對防鼠咬鋁塑復合管進行使用性能評價。

1 實驗

1.1 實驗原料

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 主要生產設備

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

2 結果與分析

2.1 防鼠咬母料的研制結果及分析

為了保證防鼠咬母料能夠均勻的分散在樹脂中，實驗選用兩步法，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進行充分混合，再加入到螺桿擠出機中擠出造粒，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，實驗將防鼠咬母料以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量分數0.2%、0.5%、1.0%及1.5%。再經過制備標準力學樣條，測試基本力學性能，測試結果見表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。

進一步將防鼠咬母料以上述配方比例制備1418 規格防鼠咬鋁塑管，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。防鼠咬鋁塑復合管與普通鋁塑復合管在佛山市日豐企業有限公司的管材常規性能檢測報告見表3。

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

結果表明，添加辣椒素后，管材的使用性能與普通鋁塑復合管無明顯差異，符合日豐企業標準Q/RF 1 －2015 的要求，可替代常規鋁塑管在日常生活中的應用。

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標準JBT 10696.10 －2011《電線電纜機械和理化性能試驗方法 第10 部分:大鼠啃咬試驗》進行防鼠咬測試。其中每組測試使用管材800mm，五只大鼠。每組測試耗時30 天，當管材鋁層被咬穿作為每組測試終止判斷依據，分別在1、3、5、8、10、15、20、30 天時對管材表面咬痕進行面積測量以及終止判定。測試結果見圖1。

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

從圖中數據可以看出，普通鋁塑管在第8 天時，表面被啃咬面積已經達到近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合管，管材表面被啃咬現象得到改善。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。當辣椒素添加量為1.0%時，管材被啃咬現象趨于穩定。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行測試，隨著實驗時間的增加，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，實驗進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，對鋁塑管進行不間斷啃咬測試。測試結果見圖2。

圖2 非同批鼠對不同辣椒素含量鋁塑管啃咬現象測試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 的數據可以看出，由于實驗擬定大鼠只有五天的“記憶效果”，管材被啃咬現象比三十天“記憶效果”的現象嚴重。總體管材被啃咬失效時間縮短，被啃咬面積增大。當辣椒素添加量為1.5%時，管材表面被啃咬面積達到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定，同時在三十天測試周期結束時，管材沒有被啃咬失效。結果表明，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，鋁塑復合管防鼠咬性能得以改善。

對于本次Fs4 樣管測試結果，被啃咬面積大于圖1 數據顯示的啃咬面積，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行小面積啃咬，由于受到刺激，并未進行垂直向深度啃咬，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有鋁塑復合管進行功能性改善。制備的防鼠咬管材經佛山市日豐企業有限公司測試，性能指標達到日豐企業標準Q/RF 1－2015 的要求。經過大鼠啃咬測試，防鼠咬助劑添加量為質量分數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。

［1］何選明，安瑋，韓朝暉. 鋁塑復合管在燃氣工程中的應用［J］. 煤氣與熱力，2006(05):33 －5.

［2］李學梅. 真正能長期用在95℃熱水的復合管對接焊鋁塑復合管［J］. 塑料制造，2010(Z1):84 －86.

［3］陳曉林，豆利軍，戴質，等. 鼠咬對聚乙烯燃氣管道的破壞及其防治措施［J］. 城市燃氣，2014(12):14 －17.

［4］李濤. 濟源市某居民家中燃氣管道暗包遭鼠咬引起爆炸［J］. 城市燃氣，2011(03):49.

［5］陳渠玲，鄧樹華，朱邦雄，等. 辣椒素防制農村儲糧害鼠研究［J］. 糧食科技與經濟，2008(01):41 －42.

［6］李兆龍，袁雅君. 辣素類化合物的提取方法及其在防污和防鼠咬涂料中的應用［J］. 化工新型材料，1998(07):24 －26.

［7］潘雙勝. 光纜線路防鼠技術的探討［J］. 光纖與電纜及其應用技術，2011(02):15 －17 +39.

［8］阮云芳，熊壯，萬冰，等. 光纜防鼠性能研究［C］.中國通信學會2009年光纜電纜學術年會. 成都，2009:5.

［9］邵志武. 滅鼠化學藥劑進展［J］. 農藥，1982(05):38 －44.

［10］沈含昊，王一粟. 防鼠咬的燃氣膠管［J］. 發明與創新(中學生)，2014(02):27.

［11］覃寧. 防鼠光纜的研究應用［J］. 中國新通信，2012(16):54 －55.

［12］楊紅梅，丁利，張振威，等. 微膠囊技術在防鼠咬電纜中的應用研究進展［J］. 電線電纜，2008(03):36 －38.