阅读说明：本技术 一种聚丙烯基复合集装袋材料的制备方法 (Preparation method of polypropylene-based composite packaging bag material ) 是由 赵炜焯 于 2019-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种聚丙烯基复合集装袋材料的制备方法,属于包装材料技术领域。本发明以聚丙烯为基材,并添加改性碳纤维,制备一种聚丙烯基复合集装袋材料,聚丙烯是一种半结晶的热塑性塑料,具有较高的耐冲击性,机械性质强韧,抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀,以聚丙烯为基材制备集装袋材料,可以有效提高集装袋材料的综合性能,将碳纤维通过硝酸和过氧化氢改性后,在复合过程中处于熔融状态的聚丙烯在高压下进入改性碳纤维的纹孔内,改善集装袋的物理力学性质,碳纤维具有优良的导电性,加入碳纤维可以有为集装袋提供载流子,碳纤维能在集装袋复合材料中形成导电网络,可以有效提高集装袋的导电性能,从而提高其抗静电能力。(The invention relates to a preparation method of a polypropylene-based composite packaging bag material, belonging to the technical field of packaging materials. The polypropylene is a semi-crystalline thermoplastic plastic, has high impact resistance, high mechanical property and toughness, and resists corrosion of various organic solvents and acid and alkali.)

一种聚丙烯基复合集装袋材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯基复合集装袋材料的制备方法，属于包装材料技术领域。

背景技术

集装袋(FIBCs)一般由薄膜、编织纤维、纺织品及其他柔性材料缝制而成，必要时可以加内衬或内涂层以及辅助设备及装卸装置构成的一种柔性中型散装容器，其结构一般包括进料口、吊带、袋身、卸料口，具有质量小、强度高、容量大的优点，广泛用于谷物、化矿产品等粉状、颗粒状物品的运输包装。随着机械化装卸程度的提高以及仓储条件的改善，集装袋已在全世界得到了广泛使用。我国的集装袋生产主要开始于20世纪80年代，比欧美国家大概要晚20年，但是由于劳动力成本不断上升，欧美国家逐渐停止了集装袋的生产，转为国外采购，随着我国经济的不断发展，再加上我国劳动力成本低廉等因素，目前我国已成为全球最大的集装袋生产国，同时也是全球最大的出口国。

集装袋盛装货物的装载量一般在500kg以上，一旦发生安全事故，就会造成重大人员伤亡或自然环境破坏，因此，对集装袋的安全性进行评估就显得至关重要，安全性能的好坏直接影响装卸运输人员的安全。

集装袋作为一种出口货物常用包装容器，既可以盛装普通货物(非危险货物)，也可以用来盛装危险货物，在其整个使用周期，包括货物灌装、贮存、运输、以及货物卸料过程中都存在着潜在的危险性。结合集装袋自身的特点以及其使用环境分析，集装袋在整个使用周期内存在以下潜在危险。

由于集装袋经常用于盛装粉末及细小微粒状物质，在使用过程中不可避免的磨擦就会产生静电。集装袋在使用过程中，通常有以下3种情况会产生静电危险：一是进行货物灌装的时候，灌装物通常在传输过程中会带上静电，货物被灌装进集装袋中就会产生较高的体积电量，这样在集装袋周围就形成了较高的静电场；二是在进行卸料的时候，因为货物和袋体之间的摩擦而产生静电；三是一些其他的操作，如对集装袋进行清洁或除尘的时候摩擦其外表面，也会产生静电。

一旦如上所说，静电产生并累积，静电放电的条件就形成了，再加上运输过程中的摩擦，使集装袋表面产生火花，从而导致内装物起火或***。静电的危害在包装工业生产中已受到相当的关注，因此对集装袋的防静电性能不容忽视。

集装袋在其盛装货物后的运输、储存过程中因吸收太阳光中的紫外线，极易发生光老化作用，使其强度明显下降，出现袋体破损、吊带断裂的现象，造成泄漏货物或砸伤人员等严重事故，这就要求集装袋要具有一定抗老化性能，因此国外特别是欧洲一些国家对集装袋的抗老化性能要求不断提高，《国际海运危险货物规则》中明确规定:柔性中型散货包装(集装袋)应足以抵抗由于紫外线照射而造成的老化。集装袋是出口运输包装中常见的柔性中型散货包装，在其盛装货物后的运输、储存过程中因吸收太阳光,极易发生光老化作用，使其牢固强度明显下降，出现袋体破损、吊带断裂的现象，造成泄漏货物或砸伤人员等严重事故，这就要求集装袋要具有一定的抗老化性。

综上所述，针对现有集装袋存在的技术问题，制备一种具有抗静电、抗老化的集装袋材料应用于运输领域，对我国的进出口贸易有促进作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对集装袋会产生静电，极易发生光老化作用，使其强度明显下降，出现袋体破损、吊带断裂的的问题，提供了一种聚丙烯基复合集装袋材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）将聚丙烯颗粒、改性碳纤维、纳米二氧化钛粉末、硬脂酸钠、抗氧剂1010置于高速混料机中，常温下以400~500r/min转速搅拌30~40min，得混合料；

（2）将混合料置于双螺杆挤出机中以100~120r/min转速挤出造粒，常温冷却，得混合颗粒；

（3）将混合颗粒置于注塑机中注塑成型，得聚丙烯基复合集装袋材料。

所述的聚丙烯颗粒、改性碳纤维、纳米二氧化钛粉末、硬脂酸钠、抗氧剂1010的重量份为60~80份聚丙烯颗粒、18~24份改性碳纤维、12~16份纳米二氧化钛粉末、3~4份硬脂酸钠、0.6~0.8份抗氧剂1010。

步骤（2）所述的挤出造粒条件为熔体温度200~220℃、熔体压力0.4~0.6MPa。

步骤（3）所述的注塑成型的条件为温度180~200℃、压力0.6~0.8MPa。

步骤（1）所述的改性碳纤维的具体制备步骤为：

（1）将过氧化氢、硝酸加入去离子水中，常温下以180~200r/min转速搅拌10~12min，得氧化改性液；

（2）将碳纤维加入氧化改性液中，在40~50℃的水浴条件下以200~240r/min转速搅拌1~2h，得混合改性液；

（3）将混合改性液置于超声波分散机中，常温下超声分散20~30min，过滤，取滤饼，用去离子水洗涤3~5次，置于60~80℃的烘箱中干燥1~2h，常温冷却，得改性碳纤维。

所述的碳纤维、过氧化氢、硝酸、去离子水的重量份为30~40份碳纤维、12~16份过氧化氢、24~32份质量浓度20%的硝酸、40~60份去离子水。

步骤（3）所述的超声分散的功率为400~500W。

步骤（1）所述的纳米二氧化钛粉末的具体制备步骤为：

（1）将二乙醇胺、无水乙醇加入去离子水中，常温下以180~200r/min转速搅拌10~12min，得混合醇溶液；

（2）将钛酸四丁酯以20~30mL/min的滴加速率缓慢加入混合醇溶液中，在30~40℃的水浴条件下以600~640r/min转速剧烈搅拌40~60min，得溶胶；

（3）将溶胶冷却至室温后调节pH至7.8~8.2，常温静止20~24h，得水凝胶；

（4）将水凝胶只有100~120℃的烘箱中干燥20~24h，得干凝胶；

（5）将干凝胶置于研磨机中，常温下以240~280r/min转速研磨8~12h，得干凝胶粉末；

（6）将干凝胶粉末置于马弗炉中，在600~800℃的条件下煅烧1~2h，随炉冷却至室温，得平均粒径为20~30nm的纳米二氧化钛粉末。

所述的钛酸四丁酯、二乙醇胺、无水乙醇、去离子水的重量份为20~30份钛酸四丁酯、4~6份二乙醇胺、20~30份无水乙醇、40~60份去离子水。

步骤（3）所述的pH调节采用的是质量浓度1%的氨水。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明以聚丙烯为基材，并添加改性碳纤维，制备一种聚丙烯基复合集装袋材料，聚丙烯是一种半结晶的热塑性塑料，具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀，以聚丙烯为基材制备集装袋材料，可以有效提高集装袋材料的综合性能，碳纤维作为一种高性能纤维，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗辐射、导电、传热、减震、降噪等一系列优异性能，将碳纤维通过硝酸和过氧化氢改性后，在复合过程中处于熔融状态的聚丙烯在高压下进入改性碳纤维的纹孔内，从而产生胶钉效应，形成镶嵌结构和网状结构形态，可以有效提高改性碳纤维与聚丙烯之间的结合，从而有效改善集装袋的物理力学性质，在复合过程中，界面之间的化学结合与材料之间的相互嵌入的物理结合，对物理力学性能的改善均起着重要的作用，并且聚丙烯分子被吸引到改性碳纤维表面，两者吸附力来源于基本的化学或物理相互作用，在化学吸附过程中可以形成共价键，分子间产生范德华力，两者的分子之间有密切的接触从而产生吸附相互作用，在界面中形成共价键，从而提高了集装袋材料的力学性能和稳定性，并且，碳纤维具有优良的导电性，加入碳纤维可以有为集装袋提供载流子，通过碳纤维来实现载流子在集装袋复合材料中的迁移，碳纤维能在集装袋复合材料中形成导电网络，从而在材料内形成导电通路，可以有效提高集装袋的导电性能，从而提高其抗静电能力；

（2）本发明通过添加纳米二氧化钛粉末，制备一种聚丙烯基复合集装袋材料，二氧化钛是一种无毒、催化活性高、氧化能力强、稳定性好、价格低廉的N型半导体材料，纳米二氧化钛具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等性能，纳米二氧化钛对紫外光的吸收和散射能力很强，在氧化钛晶体中，钛离子位于相邻的六个氧离子所形成的八面体中心，每个氧原子周围相邻三个钛原子，而且这三个钛原子位于三个不同的八面体中心，由于纳米二氧化钛的表面原子数多，表面能大，导致其表面存在大量悬键，这样电子和空穴可以通过传递跃迁至氧化钛表面，激活态的导带电子和价带空穴也可能在二氧化钛内部或表面重新合并，使光能以热能的形式散发掉，从而达到屏蔽紫外线的效果。

具体实施方式

按重量份数计，分别称量20~30份钛酸四丁酯、4~6份二乙醇胺、20~30份无水乙醇、40~60份去离子水，将二乙醇胺、无水乙醇加入去离子水中，常温下以180~200r/min转速搅拌10~12min，得混合醇溶液，将钛酸四丁酯以20~30mL/min的滴加速率缓慢加入混合醇溶液中，在30~40℃的水浴条件下以600~640r/min转速剧烈搅拌40~60min，得溶胶，将溶胶冷却至室温后滴加质量浓度1%的氨水调节pH至7.8~8.2，常温静止20~24h，得水凝胶，将水凝胶只有100~120℃的烘箱中干燥20~24h，得干凝胶，将干凝胶置于研磨机中，常温下以240~280r/min转速研磨8~12h，得干凝胶粉末，将干凝胶粉末置于马弗炉中，在600~800℃的条件下煅烧1~2h，随炉冷却至室温，得平均粒径为20~30nm的纳米二氧化钛粉末，再按重量份数计，分别称量30~40份碳纤维、12~16份过氧化氢、24~32份质量浓度20%的硝酸、40~60份去离子水，将过氧化氢、硝酸加入去离子水中，常温下以180~200r/min转速搅拌10~12min，得氧化改性液，将碳纤维加入氧化改性液中，在40~50℃的水浴条件下以200~240r/min转速搅拌1~2h，得混合改性液，将混合改性液置于超声波分散机中，常温下以400~500W的功率超声分散20~30min，过滤，取滤饼，用去离子水洗涤3~5次，置于60~80℃的烘箱中干燥1~2h，常温冷却，得改性碳纤维，再按重量份数计，分别称量60~80份聚丙烯颗粒、18~24份改性碳纤维、12~16份纳米二氧化钛粉末、3~4份硬脂酸钠、0.6~0.8份抗氧剂1010，将聚丙烯颗粒、改性碳纤维、纳米二氧化钛粉末、硬脂酸钠、抗氧剂1010置于高速混料机中，常温下以400~500r/min转速搅拌30~40min，得混合料，将混合料置于双螺杆挤出机中，在熔体温度200~220℃、熔体压力0.4~0.6MPa的条件下以100~120r/min转速挤出造粒，常温冷却，得混合颗粒，将混合颗粒置于注塑机中，在温度180~200℃、压力0.6~0.8MPa的条件下注塑成型，得聚丙烯基复合集装袋材料。

实施例1

按重量份数计，分别称量20份钛酸四丁酯、4份二乙醇胺、20份无水乙醇、40份去离子水，将二乙醇胺、无水乙醇加入去离子水中，常温下以180r/min转速搅拌10min，得混合醇溶液，将钛酸四丁酯以20mL/min的滴加速率缓慢加入混合醇溶液中，在30℃的水浴条件下以600r/min转速剧烈搅拌40min，得溶胶，将溶胶冷却至室温后滴加质量浓度1%的氨水调节pH至7.8，常温静止20h，得水凝胶，将水凝胶只有100℃的烘箱中干燥20h，得干凝胶，将干凝胶置于研磨机中，常温下以240r/min转速研磨8h，得干凝胶粉末，将干凝胶粉末置于马弗炉中，在600℃的条件下煅烧1h，随炉冷却至室温，得平均粒径为20nm的纳米二氧化钛粉末，再按重量份数计，分别称量30份碳纤维、12份过氧化氢、24份质量浓度20%的硝酸、40份去离子水，将过氧化氢、硝酸加入去离子水中，常温下以180r/min转速搅拌10min，得氧化改性液，将碳纤维加入氧化改性液中，在40℃的水浴条件下以200r/min转速搅拌1h，得混合改性液，将混合改性液置于超声波分散机中，常温下以400W的功率超声分散20min，过滤，取滤饼，用去离子水洗涤3次，置于60℃的烘箱中干燥1h，常温冷却，得改性碳纤维，再按重量份数计，分别称量60份聚丙烯颗粒、18份改性碳纤维、12份纳米二氧化钛粉末、3份硬脂酸钠、0.6份抗氧剂1010，将聚丙烯颗粒、改性碳纤维、纳米二氧化钛粉末、硬脂酸钠、抗氧剂1010置于高速混料机中，常温下以400r/min转速搅拌30min，得混合料，将混合料置于双螺杆挤出机中，在熔体温度200℃、熔体压力0.4MPa的条件下以100r/min转速挤出造粒，常温冷却，得混合颗粒，将混合颗粒置于注塑机中，在温度180℃、压力0.6MPa的条件下注塑成型，得聚丙烯基复合集装袋材料。

实施例2

按重量份数计，分别称量25份钛酸四丁酯、5份二乙醇胺、25份无水乙醇、50份去离子水，将二乙醇胺、无水乙醇加入去离子水中，常温下以190r/min转速搅拌11min，得混合醇溶液，将钛酸四丁酯以25mL/min的滴加速率缓慢加入混合醇溶液中，在35℃的水浴条件下以620r/min转速剧烈搅拌50min，得溶胶，将溶胶冷却至室温后滴加质量浓度1%的氨水调节pH至8.0，常温静止22h，得水凝胶，将水凝胶只有110℃的烘箱中干燥22h，得干凝胶，将干凝胶置于研磨机中，常温下以260r/min转速研磨10h，得干凝胶粉末，将干凝胶粉末置于马弗炉中，在700℃的条件下煅烧1.5h，随炉冷却至室温，得平均粒径为25nm的纳米二氧化钛粉末，再按重量份数计，分别称量35份碳纤维、14份过氧化氢、28份质量浓度20%的硝酸、50份去离子水，将过氧化氢、硝酸加入去离子水中，常温下以190r/min转速搅拌11min，得氧化改性液，将碳纤维加入氧化改性液中，在45℃的水浴条件下以220r/min转速搅拌1.5h，得混合改性液，将混合改性液置于超声波分散机中，常温下以450W的功率超声分散25min，过滤，取滤饼，用去离子水洗涤4次，置于70℃的烘箱中干燥1.5h，常温冷却，得改性碳纤维，再按重量份数计，分别称量70份聚丙烯颗粒、21份改性碳纤维、14份纳米二氧化钛粉末、3.5份硬脂酸钠、0.7份抗氧剂1010，将聚丙烯颗粒、改性碳纤维、纳米二氧化钛粉末、硬脂酸钠、抗氧剂1010置于高速混料机中，常温下以450r/min转速搅拌35min，得混合料，将混合料置于双螺杆挤出机中，在熔体温度210℃、熔体压力0.5MPa的条件下以110r/min转速挤出造粒，常温冷却，得混合颗粒，将混合颗粒置于注塑机中，在温度190℃、压力0.7MPa的条件下注塑成型，得聚丙烯基复合集装袋材料。

实施例3

按重量份数计，分别称量30份钛酸四丁酯、6份二乙醇胺、30份无水乙醇、60份去离子水，将二乙醇胺、无水乙醇加入去离子水中，常温下以200r/min转速搅拌12min，得混合醇溶液，将钛酸四丁酯以30mL/min的滴加速率缓慢加入混合醇溶液中，在40℃的水浴条件下以6640r/min转速剧烈搅拌60min，得溶胶，将溶胶冷却至室温后滴加质量浓度1%的氨水调节pH至8.2，常温静止24h，得水凝胶，将水凝胶只有120℃的烘箱中干燥24h，得干凝胶，将干凝胶置于研磨机中，常温下以280r/min转速研磨12h，得干凝胶粉末，将干凝胶粉末置于马弗炉中，在800℃的条件下煅烧2h，随炉冷却至室温，得平均粒径为30nm的纳米二氧化钛粉末，再按重量份数计，分别称量40份碳纤维、16份过氧化氢、32份质量浓度20%的硝酸、60份去离子水，将过氧化氢、硝酸加入去离子水中，常温下以200r/min转速搅拌12min，得氧化改性液，将碳纤维加入氧化改性液中，在50℃的水浴条件下以240r/min转速搅拌2h，得混合改性液，将混合改性液置于超声波分散机中，常温下以500W的功率超声分散30min，过滤，取滤饼，用去离子水洗涤5次，置于80℃的烘箱中干燥2h，常温冷却，得改性碳纤维，再按重量份数计，分别称量80份聚丙烯颗粒、24份改性碳纤维、16份纳米二氧化钛粉末、4份硬脂酸钠、0.8份抗氧剂1010，将聚丙烯颗粒、改性碳纤维、纳米二氧化钛粉末、硬脂酸钠、抗氧剂1010置于高速混料机中，常温下以500r/min转速搅拌40min，得混合料，将混合料置于双螺杆挤出机中，在熔体温度220℃、熔体压力0.6MPa的条件下以120r/min转速挤出造粒，常温冷却，得混合颗粒，将混合颗粒置于注塑机中，在温度200℃、压力0.8MPa的条件下注塑成型，得聚丙烯基复合集装袋材料。

将本发明制备的聚丙烯基复合集装袋材料及普通塑编袋进行检测，具体检测结果如下：

对比例：普通塑编袋

性能测试：

采用美国产QUV系列快速耐候实验机，该设备使用40W的UVB-313灯管共8只。依据ASTMG154标准，光照阶段4h(60℃)，冷凝阶段4h(50℃)，持续进行144h；

表面电阻率性能测试：根据GB/T1410—1998进行测试，使用高阻计分别测试各个试样的表面电阻，再根据公式计算表面电阻率。

表1聚丙烯基复合集装袋材料性能表征

由表1可知，本发明制备的聚丙烯基复合集装袋材料，聚丙烯基复合集装袋材料，抗老化性能好，抗静电性能优异。