一種增強(qiáng)型PET 扁絲的制備方法

王仁龍 整理

一、概述

目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)、銷售、使用的塑料編織袋，都是以聚丙烯樹脂（PP）為原料制造扁絲，然后編織成編織袋包裝物品。

由于聚丙烯編織袋容易與包裝物分離、質(zhì)量輕、成本低，已廣泛用于化工、礦產(chǎn)粉體、建材及糧食等大綜產(chǎn)品的包裝。

但是，由于PP 耐候性差、易氧化，導(dǎo)致其氧化降解，在存放過(guò)程中編織袋的機(jī)械強(qiáng)度，尤其抗沖擊強(qiáng)度大幅降低，影響包裝效果。

PET 的力學(xué)性能、耐高低溫性能、耐候性能等均比PP 要好，但是，PET 存在玻璃化溫度較高，分子剛性較大，拉伸強(qiáng)力大，結(jié)晶速度慢等問(wèn)題，以至于生產(chǎn)PET 扁絲時(shí)斷絲情況嚴(yán)重，無(wú)法正常連續(xù)生產(chǎn)，且存在拉出的扁絲強(qiáng)度不夠等問(wèn)題。即關(guān)于利用PET 生產(chǎn)扁絲低的技術(shù)中面臨著原料配方和加工工藝的改進(jìn)問(wèn)題。

為了改善PET 的韌性，現(xiàn)有技術(shù)一般在熔融擠出時(shí)共混加入一定量聚烯烴類增韌劑，同時(shí)添加一定量相容劑，但聚烯烴增韌劑加入后會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品強(qiáng)度下降。

為了提高產(chǎn)品強(qiáng)度，現(xiàn)有技術(shù)一般在熔融擠出時(shí)共混加入一定量的碳酸鈣、滑石粉、鈦白粉、蒙脫土、二氧化硅等無(wú)機(jī)類填充劑，如中國(guó)專利201410059274.8，21610661881.0，201210456737.5，201310262145.4 等。

可以看出，現(xiàn)有技術(shù)僅僅通過(guò)添加增韌劑、無(wú)機(jī)填充劑等方式來(lái)解決PET 扁絲生產(chǎn)中存在的韌性差和強(qiáng)度低的問(wèn)題，但通過(guò)添加助劑的方式存在加入量受限、混合不均勻等問(wèn)題，對(duì)強(qiáng)度的提升存在局限性。

本文介紹了一種增強(qiáng)型PET 扁絲的制備方法，從而克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。

二、技術(shù)方案

一種增強(qiáng)型PET 扁絲的制備方法，在改性PET 的制備過(guò)程中的酯化反應(yīng)完成后、縮聚反應(yīng)之前，添加相對(duì)于聚酯PET 質(zhì)量百分比0.8-1.8‰的微米級(jí)硫酸鋇粒，同時(shí)相對(duì)于聚酯PET 質(zhì)量百分比1-2‰的液體納米助劑。

液體納米助劑結(jié)構(gòu)通式：

其中0≤n≤6，1≤m≤3；

X 為甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、環(huán)氧基中的一種。

由于在 PET 聚合過(guò)程添加液體納米助劑[CH2=CH（CH2）n]mSiX（4-m），使共聚酯內(nèi)部產(chǎn)生分散均勻的微小晶點(diǎn)，同時(shí)使大分子鏈的柔性提高。

本助劑的結(jié)構(gòu)式中的直鏈烯烴基團(tuán)具有柔韌性及應(yīng)力轉(zhuǎn)移的功能，可產(chǎn)生自潤(rùn)滑作用，導(dǎo)致粘度大幅度下降，改善加工工藝，增加制品的延伸率和撕裂強(qiáng)度，提高沖擊性能，解決了PET 材料因脆性較大無(wú)法應(yīng)用于扁絲領(lǐng)域的問(wèn)題，使其韌性提高可滿足扁絲加工的要求。

本技術(shù)中聚合過(guò)程加入硫酸鋇相比螺桿中共混添加的方式均勻性提高，同時(shí)助劑中的甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、環(huán)氧基等基團(tuán)在體系中水解形成硅醇基團(tuán)，然后與硫酸鋇之間通過(guò)共價(jià)鍵進(jìn)行結(jié)合，形成晶核，并進(jìn)一步通過(guò)助劑中共價(jià)雙鍵與大分子鏈間的共價(jià)結(jié)合，加快了結(jié)晶速率，形成眾多微小的晶點(diǎn)，有利于強(qiáng)度的提升，改善了因單純直鏈烯烴的加入導(dǎo)致扁絲強(qiáng)度下降的問(wèn)題。

所述的硫酸鋇粒徑0.5 微米-1.5 微米。

助劑添加完成后攪拌5 min 后再開始抽真空進(jìn)入縮聚過(guò)程。

制備方法按照如下步驟進(jìn)行：

S1，精對(duì)苯二甲酸PTA、乙二醇EG 在催化劑的催化下經(jīng)酯化反應(yīng)、添加相對(duì)于聚酯PET 質(zhì)量百分比0.8-1.8‰的微米級(jí)硫酸鋇粒，同時(shí)相對(duì)于聚酯PET 質(zhì)量百分比1-2‰的液體納米助劑，縮聚反應(yīng)達(dá)到一定時(shí)間后出料，經(jīng)切粒、干燥，制得PET 共聚酯切片；

S2，PET 共聚酯切片干燥后經(jīng)螺桿擠出機(jī)熔融擠出得到熔體，螺桿溫度250-290℃，熔體經(jīng)50-60℃急冷輥冷卻得到鑄片；

S3，鑄片分切后得到 PET 胚絲，胚絲經(jīng)80-90℃預(yù)熱，進(jìn)行單向一級(jí)或二級(jí)拉伸，拉伸溫度95-105℃，拉伸比4.5-7，然后在160-180℃下熱定型，定型后收卷得到PET 扁絲樣品。

步驟S1 中，酯化溫度255℃～265℃，壓力0.2-0.3 MPa；縮聚溫度280℃～283℃，壓力≤60 Pa。

步驟S1 中，所用的催化劑為STiC-01 鈦系催化劑，添加量為≤10 μ g/g，酯化前或酯化后添加均可。

步驟S2 中，所得PET 共聚酯切片的特性粘度0.640-0.750 dL/g。

步驟S4 中，得到PET 扁絲樣品具體為：PET扁絲寬度≤2.5 mm，厚度≤50 μ m，單絲拉伸強(qiáng)度≥450 Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率≥15%。

三、有益效果

1. 通過(guò)本技術(shù)改性的 PET 可大幅度提高PET 扁絲的物理強(qiáng)度，且擠出過(guò)程無(wú)需再添加增韌劑等助劑，制得的 PET 扁絲拉伸強(qiáng)度≥450 Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率≥15%，可應(yīng)用于對(duì)強(qiáng)度、耐候性、溫度等使用條件要求高的編織物的生產(chǎn)，尤其適用于生產(chǎn)高性能的編織袋和集裝袋領(lǐng)域及耐高溫地毯領(lǐng)域。

2. 同時(shí)本技術(shù)使用環(huán)境友好型鈦系催化劑，制得的制品安全環(huán)保。

四、具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

本技術(shù)所述一種增強(qiáng)型PET 扁絲的制備方法，首先進(jìn)行改性PET 的制備，然后進(jìn)行PET扁絲的制備，主要包括以下步驟：

改性PET 的制備：

將60 kg 精對(duì)苯二甲酸、32 kg 乙二醇投入150L 聚合反應(yīng)釜，并加入5 μ g/g（質(zhì)量百分比，相對(duì)于聚酯PET，下同）的STiC-01 鈦系催化劑，升溫進(jìn)行酯化反應(yīng)，酯化溫度255℃～265℃，壓力0.2-0.3 MPa；

酯化結(jié)束后分別加入 2‰的液體納米助劑[CH2=CH（CH2）6]3SiOCH2CH3、1.8‰的微米硫酸鋇，攪拌5 min 后繼續(xù)升溫進(jìn)行縮聚反應(yīng)，縮聚溫度280℃～283℃，壓力≤60 Pa；

達(dá)到一定時(shí)間后出料，經(jīng)切粒、干燥，制得改性PET 聚酯切片，特性粘度0.750 dL/g。

PET 扁絲的制備：

將上述制備的改性PET 聚酯經(jīng)155℃真空烘箱干燥后經(jīng)螺桿擠出機(jī)熔融擠出得到熔體，螺桿溫度 250-288℃，熔體經(jīng)急冷輥（急冷輥溫度55-60℃）冷卻得到鑄片，鑄片經(jīng)切刀分切后制得PET 胚絲，胚絲經(jīng)導(dǎo)輥牽引進(jìn)入縱向拉伸機(jī)，經(jīng)90℃預(yù)熱后，進(jìn)行單向二級(jí)拉伸，拉伸溫度105℃，總拉伸倍率為7 倍，然后在180℃下熱定型，最后收卷得到PET 扁絲成品，厚度40-50 μ m，寬度2.0-2.5 mm；

所得PET 扁絲單絲拉伸強(qiáng)度900-1000 Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率15-20%。

實(shí)施例2

改性PET 聚酯制備及PET 扁絲的制備工藝與實(shí)施例1 相同。

所不同的是，總拉伸倍率為6 倍，熱定型溫度165℃，收卷得到PET 扁絲成品，厚度40-50 μ m，寬度1.8-2.0 mm，所得PET 扁絲單絲拉伸強(qiáng)度800-900 Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率15-25%。

實(shí)施例3

改性PET 聚酯制備及PET 扁絲的制備工藝與實(shí)施例1 相同。

所不同的是，拉伸倍率為5 倍，單向一級(jí)拉伸，收卷得到PET 的扁絲成品，厚度40-50 μ m，寬度1.6-1.8 mm，所得PET 扁絲單絲拉伸強(qiáng)度600-700 Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率25-35%。

實(shí)施例4

改性PET 聚酯制備及PET 扁絲的制備工藝與實(shí)施例1 相同。

所不同的是酯化結(jié)束后加入1.5‰的液體納米助劑[CH2=CH（CH2）3]2Si（OCH3）2、1.2‰的微米硫酸鋇，共聚酯特性粘度0.700 dL/g，胚絲拉伸前預(yù)熱溫度85℃，拉伸溫度100℃，總拉伸倍率為6 倍，然后在170℃下熱定型，最后收卷得到PET 扁絲成品，厚度40-50 μ m，寬度1.4-1.6 mm，所得PET 扁絲單絲拉伸強(qiáng)度600-700 Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率20-30%。

實(shí)施例5

改性PET 聚酯制備及PET 扁絲的制備工藝與實(shí)施例1 相同。

所不同的是酯化結(jié)束后加入1‰的液體納米助劑[CH2=CH（CH2）3]2Si（OCH2CH2OCH3）2、0.9‰的微米硫酸鋇，共聚酯特性粘度0.640 dL/g。

PET 扁絲制備路線為：

熔體經(jīng)55℃急冷輥冷卻得到鑄片，胚絲拉伸前預(yù)熱溫度80℃，拉伸溫度95℃，一級(jí)拉伸，拉伸倍率為5 倍，然后在160℃下熱定型，最后收卷得到PET 扁絲成品，厚度40-50 μ m，寬度1.2-1.4 mm，所得PET 扁絲單絲拉伸強(qiáng)度500-600 Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率20-30%。

實(shí)施例6

改性PET 聚酯制備及PET 扁絲的制備工藝與實(shí)施例3 相同。

所不同的是一級(jí)拉伸倍率為4.5 倍，然后在160℃下熱定型，最后收卷得到PET 扁絲成品，厚度40-50 μ m，寬度1-1.2 mm，所得PET 扁絲單絲拉伸強(qiáng)度460-500 Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率20-30%。

實(shí)施例7

改性PET 聚酯制備及PET 扁絲的制備工藝與實(shí)施例1 相同。

所不同的是酯化結(jié)束后加入1‰的液體納米助劑CH2=CHCH2Si（OCH2CH2）3、0.8‰的微米硫酸鋇，共聚酯特性粘度0.640 dL/g。

PET 扁絲制備路線為：

熔體經(jīng)55℃急冷輥冷卻得到鑄片，胚絲拉伸前預(yù)熱溫度85℃，拉伸溫度95℃，一級(jí)拉伸，拉伸倍率為5 倍，然后在160℃下熱定型，最后收卷得到PET 扁絲成品，厚度40-50 μ m，寬度2.0-2.2 mm，所得PET 扁絲單絲拉伸強(qiáng)度450-500 Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率20-30%。

本技術(shù)專利信息：

申請(qǐng)?zhí)枺篊N201910967618.8

申請(qǐng)日：20191012

公開（公告）號(hào)：CN112111805A

公開（公告）日：20201222

IPC 分類號(hào)：D01F6/92；D01F1/10；C08G63/85；C08G63/183；C08K3/30