辣椒素在铝塑复合管中的应用研究

王 军，管子现，秦小梅，彭晓翊，李白千

(1 佛山市日丰企业有限公司，广东佛山528000;2 佛山市日丰企业科技有限公司，广东佛山528137)

铝塑管具有优异的力学性能、耐腐蚀性能、卫生性能、以及易安装性能，成为国内外发展最快的塑料建材之一，并替代镀锌钢管广泛应用于工业、民用等领域。从用途上分，铝塑复合管可广泛使用在冷热水供应、燃气输送、特殊流体输送以及光纤电缆等保护套管等领域［1－2］。然而在使用过程中，不论明装或暗埋的管材，都不可避免老鼠等啮齿类动物啃咬［3－4］。一旦管材被咬破，水或燃气等输送流体泄漏，均会造成较大损失甚至危害人们生命安全。辣椒素是一种具有强烈刺激性化合物，对于鼠害的防御具有一定的效果，并且已经在众多领域广泛使用［5－12］。因此，本文针对现有铝塑复合管易被老鼠啃咬的现象，通过添加辣椒素制备防鼠咬母料，进一步制备防鼠咬铝塑复合管。通过多种测试方法对防鼠咬铝塑复合管进行使用性能评价。

1 实验

1.1 实验原料

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

1.2 主要生产设备

高速混合机:SRL-Z500/1000，张家港市震雄塑料机械厂;挤出机:SJ55/33，浙江双林机械股份有限公司。

2 结果与分析

2.1 防鼠咬母料的研制结果及分析

为了保证防鼠咬母料能够均匀的分散在树脂中，实验选用两步法，先制备高浓度防鼠咬母料，再以不同组份制备不同辣椒素含量的管材原料。将防鼠咬助剂与载体树脂及其他助剂按表1 的配方称取，然后加入到高速混合机进行充分混合，再加入到螺杆挤出机中挤出造粒，制备防鼠咬母料。

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

为了避免辣椒素含量对高密度聚乙烯(HDPE)性能造成不利影响，实验将防鼠咬母料以2/98、5/95、10/90 与15/85 的比例加入到HDPE 中，挤出造粒，分别记为Fs1、Fs2、Fs3 和Fs4，其中辣椒素含量分别为质量分数0.2%、0.5%、1.0%及1.5%。再经过制备标准力学样条，测试基本力学性能，测试结果见表2。

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

结果显示，辣椒素的加入，对HDPE 原材料基本性能没有不利影响。这是由于，防鼠咬母料载体与管材用高密度聚乙烯性能相同，并且最高辣椒素添加量为1.5%，因此对聚乙烯原材料性能影响不大。

进一步将防鼠咬母料以上述配方比例制备1418 规格防鼠咬铝塑管，由于防鼠咬铝塑管外层为老鼠主要啃咬对象，因此防鼠咬母料仅用于外塑管中。防鼠咬铝塑复合管与普通铝塑复合管在佛山市日丰企业有限公司的管材常规性能检测报告见表3。

表3 防鼠咬铝塑管常规性能测试Table 3 The common performance test of anti-rodent PAP composite pipe

结果表明，添加辣椒素后，管材的使用性能与普通铝塑复合管无明显差异，符合日丰企业标准Q/RF 1 －2015 的要求，可替代常规铝塑管在日常生活中的应用。

2.2 防鼠咬铝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响

将已制备不同辣椒素含量的防鼠咬铝塑管参考行业标准JBT 10696.10 －2011《电线电缆机械和理化性能试验方法 第10 部分:大鼠啃咬试验》进行防鼠咬测试。其中每组测试使用管材800mm，五只大鼠。每组测试耗时30 天，当管材铝层被咬穿作为每组测试终止判断依据，分别在1、3、5、8、10、15、20、30 天时对管材表面咬痕进行面积测量以及终止判定。测试结果见图1。

图1 同批鼠对不同辣椒素含量铝塑管啃咬现象测试Fig.1 The bitting performance test of PAP composite pipe with different content of capsaicin for the same group of rodents

从图中数据可以看出，普通铝塑管在第8 天时，表面被啃咬面积已经达到近70%，并在第10 天时管材被咬穿失效。说明普通铝塑管容易被大鼠啃咬并失效。而添加有辣椒素的铝塑复合管，管材表面被啃咬现象得到改善。并且随着辣椒素含量的增加，管材表面被啃咬面积逐渐降低，同时管材被啃咬而造成的失效时间也逐渐增大。当辣椒素添加量为1.0%时，管材被啃咬现象趋于稳定。说明该含量的辣椒素能够有效提高管材防鼠咬性能。

但由于选用30 天长时间对同一批大鼠进行测试，随着实验时间的增加，观察到大鼠对管材表面啃咬趋势逐渐降低，在测试曲线上体现出水平延伸趋势。原因分析有两种:(1)在测试后期阶段，大鼠对管材啃咬不再是平行面上的啃咬，而是垂直向管材内部啃咬;(2)测试大鼠在多次啃咬阶段受到辣椒素的刺激后，对防鼠咬铝塑管具有了一定记忆，以至于测试后期对管材啃咬频率降低。

2.2.2 非同批鼠不同辣椒素含量的影响

在实际建筑用铝塑管中，绝大部分的管材安置于户外等开阔的场地，对其啃咬的老鼠不具有同一性，并且每只个鼠对防鼠咬管材对其自身刺激产生的记忆不同。为了避免过多记忆以及个鼠因素对管材长期防鼠咬测试造成干扰，实验进一步选用同一批管材，测试条件更改为每五天更换一批大鼠，对铝塑管进行不间断啃咬测试。测试结果见图2。

图2 非同批鼠对不同辣椒素含量铝塑管啃咬现象测试Fig.2 The bitting performance test of PAP composite pipe with different content of capsaicin for the changed group of rodents

对比图1 的数据可以看出，由于实验拟定大鼠只有五天的“记忆效果”，管材被啃咬现象比三十天“记忆效果”的现象严重。总体管材被啃咬失效时间缩短，被啃咬面积增大。当辣椒素添加量为1.5%时，管材表面被啃咬面积达到50%左右。而在此添加量下，防鼠咬铝塑管在第十五天测试后，表面被啃咬面积趋于稳定，同时在三十天测试周期结束时，管材没有被啃咬失效。结果表明，对于具有未特定、流动性较高的鼠群，辣椒素添加量在1.5%时，铝塑复合管防鼠咬性能得以改善。

对于本次Fs4 样管测试结果，被啃咬面积大于图1 数据显示的啃咬面积，原因在于:由于辣椒素对大鼠刺激较大，在测试过程中，大鼠仅对样管表面进行小面积啃咬，由于受到刺激，并未进行垂直向深度啃咬，因此管材长期防鼠咬寿命得以增加。

3 结论

本文研究的防鼠咬母料对铝塑管用高密度聚乙烯的使用性能无明显影响，能够作为铝塑管填充料对现有铝塑复合管进行功能性改善。制备的防鼠咬管材经佛山市日丰企业有限公司测试，性能指标达到日丰企业标准Q/RF 1－2015 的要求。经过大鼠啃咬测试，防鼠咬助剂添加量为质量分数1.5%时，管材防鼠咬性能得到显著改善。若防鼠咬管材能够大范围推广使用，对铝塑管防鼠咬性能能够有效的改善。

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