一種編織袋用聚乙烯塑料編織絲材料及其制備工藝

王仁龍 整理

一、概述

編織袋，又稱蛇皮袋，是塑料袋的一種，其加工原料一般是聚乙烯、聚丙烯等化學(xué)塑料原料，常用于蔬菜與糧食等農(nóng)產(chǎn)品包裝、建筑材料包裝、肥料包裝、飼料包裝、戶外用品等領(lǐng)域。

編織袋通常采用塑料編織絲經(jīng)編織工序加工而成，塑料編織絲是由塑料受熱熔融后擠出成膜，將膜切成窄條，再經(jīng)熱拉伸和定型處理制成扁絲。現(xiàn)有編織袋常用于重量較大貨物的包裝，由于抗拉性能低，在貨物挪動(dòng)過程中常常因編織袋撕裂而導(dǎo)致貨物散落滿地，甚至損壞貨物。并且容易老化，可重復(fù)使用次數(shù)少，使用壽命短，廢棄后還會(huì)造成環(huán)境污染。

本文介紹了一種編織袋用聚乙烯塑料編織絲材料及其制備工藝，采用化學(xué)接枝法制備改性聚乙烯，再添加無機(jī)納米填料、增塑劑、相容劑和抗靜電劑制備塑料編織絲，提高聚乙烯塑料編織絲的抗拉性能和抗老化性能，從而改善編織袋的應(yīng)用效果。

二、技術(shù)方案

一種編織袋用聚乙烯塑料編織絲材料，由以下重量份數(shù)的原料制成：接枝改性聚乙烯100-150份、無機(jī)納米填料10-25份、增塑劑5-15份、相容劑1-10份、抗靜電劑0.1-5份。

所述接枝改性聚乙烯是由100-120份線性低密度聚乙烯、10-25份烯丙基三甲氧基硅烷和5-15份二甲基丙烯酸鋅在引發(fā)劑作用下反應(yīng)制成。

所述引發(fā)劑為有機(jī)過氧化物引發(fā)劑。

想要實(shí)質(zhì)性改進(jìn)聚乙烯塑料編織絲的應(yīng)用性能，得從聚乙烯的分子結(jié)構(gòu)上入手，本技術(shù)采用化學(xué)接枝法，在聚乙烯大分子鏈上接枝功能性支鏈，具體采用烯丙基三甲氧基硅烷作為單體，二甲基丙烯酸鋅作為交聯(lián)劑。

所述無機(jī)納米填料為納米碳酸鈣、納米二氧化硅、納米滑石粉中的一種或幾種。通過無機(jī)納米填料的添加來減少接枝改性聚乙烯的用量，在降低制備成本的同時(shí)保證聚乙烯塑料編織絲的強(qiáng)度。

所述增塑劑為檸檬酸三丁酯、環(huán)氧大豆油、偏苯三甲酸三辛酯中的一種或幾種。相對于鄰苯二甲酸酯類增塑劑來說，檸檬酸三丁酯、環(huán)氧大豆油、偏苯三甲酸三辛酯屬于目前應(yīng)用較為廣泛的環(huán)保增塑劑。

所述相容劑為馬來酸酐接枝聚乙烯。使用相容劑來提高接枝改性聚乙烯與無機(jī)納米填料的相容性，促進(jìn)無機(jī)納米填料與接枝改性聚乙烯的均勻分散。

所述抗靜電劑為乙氧基化烷基胺。通過內(nèi)加抗靜電劑以減少靜電積累。

本技術(shù)的制備工藝，包括以下工序：

（1）向混合機(jī)中加入接枝改性聚乙烯、無機(jī)納米填料、增塑劑、相容劑和抗靜電劑，高速混合，得到混合料；

（2）將混合料加入混煉型雙螺桿擠出機(jī)中，熔融塑化，擠出成薄膜；

（3）將薄膜切割成胚絲，再將胚絲放入烘箱中經(jīng)拉伸形成扁絲，對扁絲進(jìn)行熱定型，冷卻后收卷；

（4）將扁絲作為經(jīng)線和緯線放入編織機(jī)中，經(jīng)編織制成編織袋。

所述混煉型雙螺桿擠出機(jī)的螺桿長徑比為（30-50）:1，螺桿轉(zhuǎn)速為100-400 r/min，螺桿溫度為150-180℃。

所述拉伸溫度為90-120℃，拉伸倍率為2-5倍。

所述熱定型溫度為100-130℃，熱定型時(shí)間為10-60 min。

編織密度按照編織袋的應(yīng)用領(lǐng)域和承重大小進(jìn)行合理選擇。

本技術(shù)的一種增塑劑的制備方法，采用該增塑劑來替代檸檬酸三丁酯、環(huán)氧大豆油、偏苯三甲酸三辛酯作為上述技術(shù)方案中的增塑劑，取得更好的增塑效果。

所述增塑劑為L-谷氨酸二（間三氟甲基苯乙醇）酯，結(jié)構(gòu)式如下所示；

反應(yīng)方程式如下所示：

合成方法：將L-谷氨酸加入溶劑DMF中，攪拌溶解，再加入間三氟甲基苯乙醇和催化量的濃硫酸，L-谷氨酸與間三氟甲基苯乙醇的摩爾比為1:2，加完后升溫至80-85℃保溫反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束，加水沉淀，過濾，水洗，烘干，粉碎，得到L-谷氨酸二（間三氟甲基苯乙醇）酯。

產(chǎn)物結(jié)構(gòu)表征：1H NMR（DMSO-d6，400MHz），δ:8.72（s，2H），7.46-7.42（m，6H），7.21（m，2H），4.38（t，4H），3.34（t，1H），2.93（t，4H），2.35-2.29（m，4H）；ESI-MS:m/z＝492.43[M+1]+.

三、有益效果

本技術(shù)以聚乙烯作為底物，采用化學(xué)接枝法制備改性聚乙烯，并通過添加無機(jī)納米填料、增塑劑、相容劑和抗靜電劑制備塑料編織絲，制得的聚乙烯塑料編織絲具有優(yōu)良的抗拉性能和抗老化性能，解決了現(xiàn)有聚乙烯塑料編織絲存在的抗拉性能和抗老化性能差的問題；將制備的塑料編織絲加工成編織袋，能夠有效延長編織袋的使用壽命，同時(shí)保證編織袋的應(yīng)用效果，避免被包裝貨物在挪動(dòng)過程中出現(xiàn)編織袋撕裂的問題

四、具體實(shí)施方式

線性低密度聚乙烯為中石化DNDA-7144；馬來酸酐接枝聚乙烯為普瑞曼SP0540；納米碳酸鈣購自衢州五星納米材料有限公司，平均粒徑30 nm；納米二氧化硅購自上海盈承新材料有限公司，平均粒徑30 nm；納米滑石粉購自廣東納奧新材料科技有限公司，平均粒徑30nm。

L-谷氨酸二（間三氟甲基苯乙醇）酯的合成：將14.7 g L-谷氨酸加入250 mL溶劑DMF中，攪拌溶解，再加入30.8 g間三氟甲基苯乙醇和1 g濃硫酸，加完后升溫至80-85℃保溫反應(yīng)2 h，反應(yīng)結(jié)束，加水沉淀，過濾，水洗，烘干，粉碎，得到L-谷氨酸二（間三氟甲基苯乙醇）酯。

實(shí)施例1

1. 接枝改性聚乙烯的合成：

將25份烯丙基三甲氧基硅烷溶于溶劑DMF中得到溶液I，將2份過氧化苯甲酰溶于二甲苯中得到溶液II，將120份線性低密度聚乙烯和10份二甲基丙烯酸鋅分散于水中得到溶液III，向溶液III中加入溶液I和溶液II，氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至95℃保溫反應(yīng)，待溶液黏度在10 min內(nèi)保持不變時(shí)停止反應(yīng)，冷卻，洗滌，過濾，真空干燥，得到接枝改性聚乙烯。

2. 編織袋的加工：

（1）向混合機(jī)中加入120份接枝改性聚乙烯、15份納米碳酸鈣、5份偏苯三甲酸三辛酯、2份馬來酸酐接枝聚乙烯和0.8份乙氧基化烷基胺，在1000 r/min下高速混合10 min，得到混合料。

（2）將混合料加入混煉型雙螺桿擠出機(jī)中，螺桿長徑比為45:1，螺桿轉(zhuǎn)速為200 r/min，螺桿溫度為170-175℃，熔融塑化，擠出成薄膜。

（3）將薄膜切割成胚絲，再將胚絲放入烘箱中經(jīng)拉伸形成扁絲，拉伸溫度為100℃，拉伸倍率為2.5倍，對扁絲進(jìn)行熱定型，熱定型溫度為120℃，熱定型時(shí)間為35 min，冷卻后收卷。

（4）將扁絲作為經(jīng)線和緯線放入編織機(jī)中，經(jīng)編織制成編織袋，經(jīng)密度為40根/100 mm，緯密度為40根/100 mm。

實(shí)施例2

1. 接枝改性聚乙烯的合成：

將15份烯丙基三甲氧基硅烷溶于溶劑DMF中得到溶液I，將2份過氧化苯甲酰溶于二甲苯中得到溶液II，將100份線性低密度聚乙烯和5份二甲基丙烯酸鋅分散于水中得到溶液III，向溶液III中加入溶液I和溶液II，氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至95℃保溫反應(yīng)，待溶液黏度在10 min內(nèi)保持不變時(shí)停止反應(yīng)，冷卻，洗滌，過濾，真空干燥，得到接枝改性聚乙烯。

2. 編織袋的加工：

（1）向混合機(jī)中加入150份接枝改性聚乙烯、15份納米二氧化硅、8份檸檬酸三丁酯、3份馬來酸酐接枝聚乙烯和1份乙氧基化烷基胺，在1000 r/min下高速混合10 min，得到混合料。

（2）將混合料加入混煉型雙螺桿擠出機(jī)中，螺桿長徑比為38:1，螺桿轉(zhuǎn)速為250 r/min，螺桿溫度為170-175℃，熔融塑化，擠出成薄膜。

（3）將薄膜切割成胚絲，再將胚絲放入烘箱中經(jīng)拉伸形成扁絲，拉伸溫度為110℃，拉伸倍率為3倍，對扁絲進(jìn)行熱定型，熱定型溫度為120℃，熱定型時(shí)間為40 min，冷卻后收卷。

（4）將扁絲作為經(jīng)線和緯線放入編織機(jī)中，經(jīng)編織制成編織袋，經(jīng)密度為40根/100 mm，緯密度為40根/100 mm。

實(shí)施例3

1. 接枝改性聚乙烯的合成：

將20份烯丙基三甲氧基硅烷溶于溶劑DMF中得到溶液I，將2份過氧化苯甲酰溶于二甲苯中得到溶液II，將110份線性低密度聚乙烯和8份二甲基丙烯酸鋅分散于水中得到溶液III，向溶液III中加入溶液I和溶液II，氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至95℃保溫反應(yīng)，待溶液黏度在10 min內(nèi)保持不變時(shí)停止反應(yīng)，冷卻，洗滌，過濾，真空干燥，得到接枝改性聚乙烯。

2. 編織袋的加工：

（1）向混合機(jī)中加入100份接枝改性聚乙烯、10份納米滑石粉、5份環(huán)氧大豆油、2份馬來酸酐接枝聚乙烯和0.5份乙氧基化烷基胺，在1000 r/min下高速混合10 min，得到混合料。

（2）將混合料加入混煉型雙螺桿擠出機(jī)中，螺桿長徑比為50:1，螺桿轉(zhuǎn)速為300 r/min，螺桿溫度為170-175℃，熔融塑化，擠出成薄膜。

（3）將薄膜切割成胚絲，再將胚絲放入烘箱中經(jīng)拉伸形成扁絲，拉伸溫度為100℃，拉伸倍率為3倍，對扁絲進(jìn)行熱定型，熱定型溫度為130℃，熱定型時(shí)間為60 min，冷卻后收卷。

（4）將扁絲作為經(jīng)線和緯線放入編織機(jī)中，經(jīng)編織制成編織袋，經(jīng)密度為40根/100 mm，緯密度為40根/100 mm。

實(shí)施例4

將實(shí)施例3中的環(huán)氧大豆油替換為L-谷氨酸二（間三氟甲基苯乙醇）酯作為增塑劑，其余步驟和條件不變，得到實(shí)施例4。

1. 接枝改性聚乙烯的合成：

將20份烯丙基三甲氧基硅烷溶于溶劑DMF中得到溶液I，將2份過氧化苯甲酰溶于二甲苯中得到溶液II，將110份線性低密度聚乙烯和8份二甲基丙烯酸鋅分散于水中得到溶液III，向溶液III中加入溶液I和溶液II，氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至95℃保溫反應(yīng)，待溶液黏度在10 min內(nèi)保持不變時(shí)停止反應(yīng)，冷卻，洗滌，過濾，真空干燥，得到接枝改性聚乙烯。

2. 編織袋的加工：

（1）向混合機(jī)中加入100份接枝改性聚乙烯、10份納米滑石粉、5份L-谷氨酸二（間三氟甲基苯乙醇）酯、2份馬來酸酐接枝聚乙烯和0.5份乙氧基化烷基胺，在1000 r/min下高速混合10 min，得到混合料。

（2）將混合料加入混煉型雙螺桿擠出機(jī)中，螺桿長徑比為50:1，螺桿轉(zhuǎn)速為300 r/min，螺桿溫度為170-175℃，熔融塑化，擠出成薄膜。

（3）將薄膜切割成胚絲，再將胚絲放入烘箱中經(jīng)拉伸形成扁絲，拉伸溫度為100℃，拉伸倍率為3倍，對扁絲進(jìn)行熱定型，熱定型溫度為130℃，熱定型時(shí)間為60 min，冷卻后收卷。

（4）將扁絲作為經(jīng)線和緯線放入編織機(jī)中，經(jīng)編織制成編織袋，經(jīng)密度為40根/100 mm，緯密度為40根/100 mm。

對比例1

將實(shí)施例3中的二甲基丙烯酸鋅替換為二甲基丙烯酸乙二醇酯作為交聯(lián)劑，其余步驟和條件不變，得到對比例1。

1. 接枝改性聚乙烯的合成：

將20份烯丙基三甲氧基硅烷溶于溶劑DMF中得到溶液I，將2份過氧化苯甲酰溶于二甲苯中得到溶液II，將110份線性低密度聚乙烯和8份二甲基丙烯酸乙二醇酯分散于水中得到溶液III，向溶液III中加入溶液I和溶液II，氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至95℃保溫反應(yīng)，待溶液黏度在10 min內(nèi)保持不變時(shí)停止反應(yīng)，冷卻，洗滌，過濾，真空干燥，得到接枝改性聚乙烯。

2. 編織袋的加工：

（1）向混合機(jī)中加入100份接枝改性聚乙烯、10份納米滑石粉、5份環(huán)氧大豆油、2份馬來酸酐接枝聚乙烯和0.5份乙氧基化烷基胺，在1000 r/min下高速混合10 min，得到混合料。

（2）將混合料加入混煉型雙螺桿擠出機(jī)中，螺桿長徑比為50:1，螺桿轉(zhuǎn)速為300 r/min，螺桿溫度為170-175℃，熔融塑化，擠出成薄膜。

（3）將薄膜切割成胚絲，再將胚絲放入烘箱中經(jīng)拉伸形成扁絲，拉伸溫度為100℃，拉伸倍率為3倍，對扁絲進(jìn)行熱定型，熱定型溫度為130℃，熱定型時(shí)間為60 min，冷卻后收卷。

（4）將扁絲作為經(jīng)線和緯線放入編織機(jī)中，經(jīng)編織制成編織袋，經(jīng)密度為40根/100 mm，緯密度為40根/100 mm。

對比例2

將實(shí)施例3中的二甲基丙烯酸鋅替換為N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺作為交聯(lián)劑，其余步驟和條件不變，得到對比例2。

1. 接枝改性聚乙烯的合成：

將20份烯丙基三甲氧基硅烷溶于溶劑DMF中得到溶液I，將2份過氧化苯甲酰溶于二甲苯中得到溶液II，將110份線性低密度聚乙烯和8份N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺分散于水中得到溶液III，向溶液III中加入溶液I和溶液II，氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至95℃保溫反應(yīng)，待溶液黏度在10 min內(nèi)保持不變時(shí)停止反應(yīng)，冷卻，洗滌，過濾，真空干燥，得到接枝改性聚乙烯。

2. 編織袋的加工：

（1）向混合機(jī)中加入100份接枝改性聚乙烯、10份納米滑石粉、5份環(huán)氧大豆油、2份馬來酸酐接枝聚乙烯和0.5份乙氧基化烷基胺，在1000 r/min下高速混合10 min，得到混合料。

（2）將混合料加入混煉型雙螺桿擠出機(jī)中，螺桿長徑比為50:1，螺桿轉(zhuǎn)速為300 r/min，螺桿溫度為170-175℃，熔融塑化，擠出成薄膜。

（3）將薄膜切割成胚絲，再將胚絲放入烘箱中經(jīng)拉伸形成扁絲，拉伸溫度為100℃，拉伸倍率為3倍，對扁絲進(jìn)行熱定型，熱定型溫度為130℃，熱定型時(shí)間為60 min，冷卻后收卷。

（4）將扁絲作為經(jīng)線和緯線放入編織機(jī)中，經(jīng)編織制成編織袋，經(jīng)密度為40根/100 mm，緯密度為40根/100 mm。

對比例3

將實(shí)施例3中的烯丙基三甲氧基硅烷替換為馬來酸酐作為單體，其余步驟和條件不變，得到對比例3。

1. 接枝改性聚乙烯的合成：

將20份馬來酸酐溶于溶劑DMF中得到溶液I，將2份過氧化苯甲酰溶于二甲苯中得到溶液II，將110份線性低密度聚乙烯和8份二甲基丙烯酸鋅分散于水中得到溶液III，向溶液III中加入溶液I和溶液II，氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至95℃保溫反應(yīng)，待溶液黏度在10 min內(nèi)保持不變時(shí)停止反應(yīng)，冷卻，洗滌，過濾，真空干燥，得到接枝改性聚乙烯。

2. 編織袋的加工：

（1）向混合機(jī)中加入100份接枝改性聚乙烯、10份納米滑石粉、5份環(huán)氧大豆油、2份馬來酸酐接枝聚乙烯和0.5份乙氧基化烷基胺，在1000 r/min下高速混合10 min，得到混合料。

（2）將混合料加入混煉型雙螺桿擠出機(jī)中，螺桿長徑比為50:1，螺桿轉(zhuǎn)速為300 r/min，螺桿溫度為170-175℃，熔融塑化，擠出成薄膜。

（3）將薄膜切割成胚絲，再將胚絲放入烘箱中經(jīng)拉伸形成扁絲，拉伸溫度為100℃，拉伸倍率為3倍，對扁絲進(jìn)行熱定型，熱定型溫度為130℃，熱定型時(shí)間為60 min，冷卻后收卷。

（4）將扁絲作為經(jīng)線和緯線放入編織機(jī)中，經(jīng)編織制成編織袋，經(jīng)密度為40根/100 mm，緯密度為40根/100 mm。

對比例4

將實(shí)施例3中的烯丙基三甲氧基硅烷替換為丙烯酸作為單體，其余步驟和條件不變，得到對比例4。

1. 接枝改性聚乙烯的合成：

將20份丙烯酸溶于溶劑DMF中得到溶液I，將2份過氧化苯甲酰溶于二甲苯中得到溶液II，將110份線性低密度聚乙烯和8份二甲基丙烯酸鋅分散于水中得到溶液III，向溶液III中加入溶液I和溶液II，氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至95℃保溫反應(yīng)，待溶液黏度在10 min內(nèi)保持不變時(shí)停止反應(yīng)，冷卻，洗滌，過濾，真空干燥，得到接枝改性聚乙烯。

2. 編織袋的加工：

（1）向混合機(jī)中加入100份接枝改性聚乙烯、10份納米滑石粉、5份環(huán)氧大豆油、2份馬來酸酐接枝聚乙烯和0.5份乙氧基化烷基胺，在1000 r/min下高速混合10 min，得到混合料。

（2）將混合料加入混煉型雙螺桿擠出機(jī)中，螺桿長徑比為50:1，螺桿轉(zhuǎn)速為300 r/min，螺桿溫度為170-175℃，熔融塑化，擠出成薄膜。

（3）將薄膜切割成胚絲，再將胚絲放入烘箱中經(jīng)拉伸形成扁絲，拉伸溫度為100℃，拉伸倍率為3倍，對扁絲進(jìn)行熱定型，熱定型溫度為130℃，熱定型時(shí)間為60 min，冷卻后收卷。

（4）將扁絲作為經(jīng)線和緯線放入編織機(jī)中，經(jīng)編織制成編織袋，經(jīng)密度為40根/100 mm，緯密度為40根/100 mm。

對上述實(shí)施例和對比例制備的編織袋進(jìn)行抗拉性能和抗老化性能測試。

表1 編織袋的抗拉性能和抗老化性能測試結(jié)果

依照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8946-2013測試編織袋的初始拉伸負(fù)荷；依照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16422.3-2014測試抗紫外線性能，采用II型熒光紫外燈，試驗(yàn)周期為60℃輻照暴露8 h與50℃無輻照冷凝暴露4 h相交替，輻照度0.63W/m2，試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為144 h，測試?yán)匣蟮睦熵?fù)荷。

測試結(jié)果見表1。

由表1可以看出，實(shí)施例1-3相對于對比例1-4來說，通過采用烯丙基三甲氧基硅烷作為單體和二甲基丙烯酸鋅作為交聯(lián)劑制備接枝改性聚乙烯，使得最終所制編織袋具有更優(yōu)的抗拉性能和抗老化性能；實(shí)施例4相對于實(shí)施例1-3來說，通過采用L-谷氨酸二（間三氟甲基苯乙醇）酯作為增塑劑，能夠進(jìn)一步提高最終所制編織袋的抗拉性能。