养殖海鲜用尼龙铜塑料合金材料的研制

  • 发布:2017/9/30 15:39:10
  • 来源:荣格

课题来源

2014年6月,笔者应邀请给上海市离退休高级专家协会化工冶金分会做“改性塑料的创新”报告,精彩的报告引起专家们极大的兴趣,在报告结束后专家们纷纷进行了提问。其中一位提出他们在与东海野生大黄鱼养殖合作时,采用4-8个足球场大小的铜网放东海中进行养殖。为什么要求采用铜网,是因为海水中的各种水生生物不会附在铜网上生长。如果采用捕鱼渔网的材质——尼龙网,很快就会长满各种水生生物引起网眼堵塞,网外海水与网内海水无法保持流通,导致大黄鱼生长出现各种问题,甚至死亡。虽然尼龙网的成本远低于铜网,却不能长期应用在水下。要解决水生生物的不可生长,成了水下长期应用尼龙网的一个棘手的世界难题。

但是铜这种有色金属价格贵,并且在海水中存在被腐蚀问题,Ф4mm的铜杆编织的铜网的表面,一年大约被腐蚀0.25mm,所以一般铜网使用寿命只有5年左右,到了时间必须更换新的铜网。否则继续使用该网,铜网很容易因为强度达不到要求而损坏,大黄鱼有逃逸的风险。铜网的存在,使得养殖成本增加,大黄鱼等海鲜价格不菲,居高不下。

现在听了笔者的报告,可不可以把铜和塑料结合起来组成养殖海鲜的网,减少有色金属铜的用量,降低成本,提高经济效益,同时降低海鲜的价格。笔者的回答是肯定的,可以试一试,如同在塑料中添加非金属矿粉体碳酸钙一样,添加铜粉。这些都是属于在高分子材料中添加无机物范围内。

研发

◆ 原理

早在1893年,瑞士著名植物学家内格里发现了掺有微量铜的水具有惊人的杀菌作用,这个作用也被称为微量作用、极微作用,只要使用微量的铜就能杀灭水中微生物和藻类水生生物。内格里发现了只要千分之一的铜离子就能杀死青藻的作用。在金属离子当中,特别是银、水银、铜这三者的微量作用最强。这些金属离子及他们的氯化物的2~15×10-6浓度的摩尔液,在摄氏37度的状态下,经过24小时就能杀灭伤寒病菌。也就是说,微量的铜金属离子就有极强的杀菌效果。

铜网可以在大海中养殖海鲜,而不生长各种水生生物的原因,也就是利用上述铜离子的微量作用。在海水中铜网被腐蚀释放铜离子,它与海水中大量存在的氯离子产生协同作用,防止各种水生生物在铜网上生长,从而保证了铜网网眼不被堵塞。

◆ 研发的技术难点

用尼龙与铜粉生产尼龙铜合金,再加工成养殖海鲜用尼龙铜合金网。如何保证在使用期间尼龙铜合金网的强度满足技术指标的前提下,铜离子可以释放以防止各种水生生物在铜网上生长;并且在海水中铜离子释放浓度可以不随着时间变化而变化,理想状态是开始到结束的5年使用期间尼龙铜合金网释放的铜离子浓度基本不变。这些在技术上有一定难度,除了要求铜粉材料在塑料中分散均匀,还必须添加控制释放铜离子均匀的添加剂,才能得到满意的效果。

◆ 塑料基材的选择

塑料基材选用尼龙,其特点是:

1)尼龙机械强度高,有较高的抗拉、抗压强度。比拉伸强度高于金属,比压缩强度与金属不相上下,比ABS高一倍多。

2)耐疲劳性能突出,尼龙制件经多次反复屈折仍能保持原有机械强度。

3)尼龙软化点高,耐热。

4)尼龙表面光滑,摩擦系数小,耐磨。

5)尼龙耐腐蚀,十分耐碱和大多数盐液,还耐弱酸、机油、汽油,耐芳烃类化合物和一般溶剂,对芳香族化合物呈惰性。

6)尼龙无毒,无臭,耐候性好,对生物侵蚀呈惰性,有良好的抗菌、抗霉能力。

7)尼龙有优良的电气性能。电绝缘性好,即使在高湿环境下仍具有较好的电绝缘性。

8)尼龙产品重量轻、易染色、易成型。

9)尼龙应用在本场合的更为有利的特性是:吸取水汽后,机械特性会改变,材料韧性更好,承受冲击能力更强,可以在应用中有效抗击被养殖海鲜的碰撞和冲击以及大自然狂风暴雨海浪的破坏。

◆ 主要原材料

尼龙、铜粉。

◆ 生产工艺简况

当今世界各国生产改性塑料制品,主要有两种加工工艺。第一种是全造料法。即按配方将改性剂、塑料树脂、加工助剂等一起混合挤出造料,成为改性塑料专用料;然后直接送入塑料加工机械加工成需要的塑料制品。第二种是母料法,也就是部分造料法,即按配方将增强改性剂、载体、加工助剂等一起混合挤出造料,成为改性母料;然后按配方规定的比例将母料与树脂混合均匀后送入塑料加工机械加工成需要的塑料制品。

我们采用全造料法生产养殖海鲜用尼龙铜塑料合金料。优点是:用户使用方便,操作简单,简化生产工艺过程,改性效果好,绿色环保,有利于提高生产效率和产品性能指标,降低成本。

工艺路线采用现有的双螺杆挤出机造粒法,优点是:加工方便、生产效果好、管理容易、无三废产生,绿色环保。具体工艺流程如下图:

效果

研制的养殖海鲜用尼龙铜合金材料,实际测试性能为拉伸强度>40MPa,弹性模量>0.4GPa。

这是铜粉混合在尼龙中的显微照片:

由照片可见铜粉在尼龙中分散比较均匀。

这是在大海中放置了6个月后取上来的样品,当场取出来拍照状况:上边是普通尼龙做的样品,下边的是尼龙铜合金制成的样品(见右上图)。

因为水生生物的生长在夏天特别快,所以研制的样品送到海鲜养殖基地经过6-9个月的试验,才能得到实验结果。也就是一年只有一次试验机会,经过3年多的研发,已经取得了阶段性成果:水生生物不在尼龙铜材料上生长。由此申请了2项国家发明专利。

讨论

试验证明:应用铜的微量作用开发尼龙铜合金材料,可以防止海水中水生生物在其上面生长,使用效果与使用铜网不相上下。

与大海中使用的铜网一样,样品上都还有少量水生生物。这就需要进一步加强研究,取得比铜网更好的使用效果。

关键词:

尼龙铜塑料合金材料

[责任编辑:陈雪川]

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