課題來(lái)源

2014年6月，筆者應(yīng)邀請(qǐng)給上海市離退休高級(jí)專家協(xié)會(huì)化工冶金分會(huì)做“改性塑料的創(chuàng)新”報(bào)告，精彩的報(bào)告引起專家們極大的興趣，在報(bào)告結(jié)束后專家們紛紛進(jìn)行了提問(wèn)。其中一位提出他們?cè)谂c東海野生大黃魚養(yǎng)殖合作時(shí)，采用4-8個(gè)足球場(chǎng)大小的銅網(wǎng)放東海中進(jìn)行養(yǎng)殖。為什么要求采用銅網(wǎng)，是因?yàn)楹Ｋ�中的各種水生生物不會(huì)附在銅網(wǎng)上生長(zhǎng)。如果采用捕魚漁網(wǎng)的材質(zhì)——尼龍網(wǎng)，很快就會(huì)長(zhǎng)滿各種水生生物引起網(wǎng)眼堵塞，網(wǎng)外海水與網(wǎng)內(nèi)海水無(wú)法保持流通，導(dǎo)致大黃魚生長(zhǎng)出現(xiàn)各種問(wèn)題，甚至死亡。雖然尼龍網(wǎng)的成本遠(yuǎn)低于銅網(wǎng)，卻不能長(zhǎng)期應(yīng)用在水下。要解決水生生物的不可生長(zhǎng)，成了水下長(zhǎng)期應(yīng)用尼龍網(wǎng)的一個(gè)棘手的世界難題。

但是銅這種有色金屬價(jià)格貴，并且在海水中存在被腐蝕問(wèn)題，Ф4mm的銅桿編織的銅網(wǎng)的表面，一年大約被腐蝕0.25mm，所以一般銅網(wǎng)使用壽命只有5年左右，到了時(shí)間必須更換新的銅網(wǎng)。否則繼續(xù)使用該網(wǎng)，銅網(wǎng)很容易因?yàn)閺?qiáng)度達(dá)不到要求而損壞，大黃魚有逃逸的風(fēng)險(xiǎn)。銅網(wǎng)的存在，使得養(yǎng)殖成本增加，大黃魚等海鮮價(jià)格不菲，居高不下。

現(xiàn)在聽(tīng)了筆者的報(bào)告，可不可以把銅和塑料結(jié)合起來(lái)組成養(yǎng)殖海鮮的網(wǎng)，減少有色金屬銅的用量，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)降低海鮮的價(jià)格。筆者的回答是肯定的，可以試一試，如同在塑料中添加非金屬礦粉體碳酸鈣一樣，添加銅粉。這些都是屬于在高分子材料中添加無(wú)機(jī)物范圍內(nèi)。

研發(fā)

◆ 原理

早在1893年，瑞士著名植物學(xué)家內(nèi)格里發(fā)現(xiàn)了摻有微量銅的水具有驚人的殺菌作用，這個(gè)作用也被稱為微量作用、極微作用，只要使用微量的銅就能殺滅水中微生物和藻類水生生物。內(nèi)格里發(fā)現(xiàn)了只要千分之一的銅離子就能殺死青藻的作用。在金屬離子當(dāng)中，特別是銀、水銀、銅這三者的微量作用最強(qiáng)。這些金屬離子及他們的氯化物的2～15×10-6濃度的摩爾液，在攝氏37度的狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)24小時(shí)就能殺滅傷寒病菌。也就是說(shuō)，微量的銅金屬離子就有極強(qiáng)的殺菌效果。

銅網(wǎng)可以在大海中養(yǎng)殖海鮮，而不生長(zhǎng)各種水生生物的原因，也就是利用上述銅離子的微量作用。在海水中銅網(wǎng)被腐蝕釋放銅離子，它與海水中大量存在的氯離子產(chǎn)生協(xié)同作用，防止各種水生生物在銅網(wǎng)上生長(zhǎng)，從而保證了銅網(wǎng)網(wǎng)眼不被堵塞。

◆ 研發(fā)的技術(shù)難點(diǎn)

用尼龍與銅粉生產(chǎn)尼龍銅合金，再加工成養(yǎng)殖海鮮用尼龍銅合金網(wǎng)。如何保證在使用期間尼龍銅合金網(wǎng)的強(qiáng)度滿足技術(shù)指標(biāo)的前提下，銅離子可以釋放以防止各種水生生物在銅網(wǎng)上生長(zhǎng);并且在海水中銅離子釋放濃度可以不隨著時(shí)間變化而變化，理想狀態(tài)是開(kāi)始到結(jié)束的5年使用期間尼龍銅合金網(wǎng)釋放的銅離子濃度基本不變。這些在技術(shù)上有一定難度，除了要求銅粉材料在塑料中分散均勻，還必須添加控制釋放銅離子均勻的添加劑，才能得到滿意的效果。

◆ 塑料基材的選擇

塑料基材選用尼龍，其特點(diǎn)是：

1)尼龍機(jī)械強(qiáng)度高，有較高的抗拉、抗壓強(qiáng)度。比拉伸強(qiáng)度高于金屬，比壓縮強(qiáng)度與金屬不相上下，比ABS高一倍多。

2)耐疲勞性能突出，尼龍制件經(jīng)多次反復(fù)屈折仍能保持原有機(jī)械強(qiáng)度。

3)尼龍軟化點(diǎn)高，耐熱。

4)尼龍表面光滑，摩擦系數(shù)小，耐磨。

5)尼龍耐腐蝕，十分耐堿和大多數(shù)鹽液，還耐弱酸、機(jī)油、汽油，耐芳烴類化合物和一般溶劑，對(duì)芳香族化合物呈惰性。

6)尼龍無(wú)毒，無(wú)臭，耐候性好,對(duì)生物侵蝕呈惰性，有良好的抗菌、抗霉能力。

7)尼龍有優(yōu)良的電氣性能。電絕緣性好,即使在高濕環(huán)境下仍具有較好的電絕緣性。

8)尼龍產(chǎn)品重量輕、易染色、易成型。

9)尼龍應(yīng)用在本場(chǎng)合的更為有利的特性是：吸取水汽后，機(jī)械特性會(huì)改變，材料韌性更好，承受沖擊能力更強(qiáng)，可以在應(yīng)用中有效抗擊被養(yǎng)殖海鮮的碰撞和沖擊以及大自然狂風(fēng)暴雨海浪的破壞。

◆ 主要原材料

尼龍、銅粉。

◆ 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)況

當(dāng)今世界各國(guó)生產(chǎn)改性塑料制品，主要有兩種加工工藝。第一種是全造料法。即按配方將改性劑、塑料樹(shù)脂、加工助劑等一起混合擠出造料，成為改性塑料專用料;然后直接送入塑料加工機(jī)械加工成需要的塑料制品。第二種是母料法，也就是部分造料法，即按配方將增強(qiáng)改性劑、載體、加工助劑等一起混合擠出造料，成為改性母料;然后按配方規(guī)定的比例將母料與樹(shù)脂混合均勻后送入塑料加工機(jī)械加工成需要的塑料制品。

我們采用全造料法生產(chǎn)養(yǎng)殖海鮮用尼龍銅塑料合金料。優(yōu)點(diǎn)是：用戶使用方便，操作簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝過(guò)程，改性效果好，綠色環(huán)保，有利于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品性能指標(biāo)，降低成本。

工藝路線采用現(xiàn)有的雙螺桿擠出機(jī)造粒法，優(yōu)點(diǎn)是：加工方便、生產(chǎn)效果好、管理容易、無(wú)三廢產(chǎn)生，綠色環(huán)保。具體工藝流程如下：

效果

研制的養(yǎng)殖海鮮用尼龍銅合金材料，實(shí)際測(cè)試性能為拉伸強(qiáng)度>40MPa，彈性模量>0.4GPa。

這是銅粉混合在尼龍中的顯微照片：

由照片可見(jiàn)銅粉在尼龍中分散比較均勻。

這是在大海中放置了6個(gè)月后取上來(lái)的樣品，當(dāng)場(chǎng)取出來(lái)拍照狀況：上邊是普通尼龍做的樣品，下邊的是尼龍銅合金制成的樣品

因?yàn)樗�生生物的生長(zhǎng)在夏天特別快，所以研制的樣品送到海鮮養(yǎng)殖基地經(jīng)過(guò)6-9個(gè)月的試驗(yàn)，才能得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。也就是一年只有一次試驗(yàn)機(jī)會(huì)，經(jīng)過(guò)3年多的研發(fā)，已經(jīng)取得了階段性成果：水生生物不在尼龍銅材料上生長(zhǎng)。由此申請(qǐng)了2項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利。

討論

試驗(yàn)證明：應(yīng)用銅的微量作用開(kāi)發(fā)尼龍銅合金材料，可以防止海水中水生生物在其上面生長(zhǎng)，使用效果與使用銅網(wǎng)不相上下。

與大海中使用的銅網(wǎng)一樣，樣品上都還有少量水生生物。這就需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究，取得比銅網(wǎng)更好的使用效果。

(關(guān)鍵字：尼龍銅塑料合金材料)