塑料大棚膜生产工艺设计

XX大学

毕业论文塑料大棚膜生产工艺设计院系名称：

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二〇一年月日

摘要

我国是世界上农用塑料薄膜使用量最多的国家。塑料薄膜在农田的应用所取得的保温保湿保墒增产的效果,已得到农业生产公认。虽然我国农地膜的产量及覆盖面积均居世界之首。

但我国目前农膜的发展水平与世界先进水平相比，仍有很大的差距，这些差距主要表现在产品品种少、大型生产设备与国外有很大差距、各种耐候、耐高温、高性能薄膜的研究落后等等。农用聚乙烯薄膜具有保温性、防雾无滴、耐热性、透光性、耐候性、彩色专用等特性。在国外的研究进展主要有生物降解地膜、光降解地膜、光/生物双降解地膜、植物纤维基地膜和液态喷洒式可降解地膜；国内的研究进展主要有环保型麻地膜、可控光生物降解地膜、多功能可降解液态地膜和生物降解淀粉薄膜。今后我国农业产业的布局必定向区域化、特色化发展，产业中心将继续向优势产区发展，设施结构趋大型化，环境调控趋智能化。

本文主要研究在我国农膜应用相当多，科技不断发展而现实生活对农膜功能要求越来越完备情况下，发展多功能农膜的可行性，调整农用塑料薄膜产品结构的方向和策略。

关键词：塑料大棚膜；线性低密度聚乙烯；防雾剂

Abstract

Our counctry is the world's agricultural use of plastic film in most countries. Plastic film made in the field of application of insulation soil moisture retention, increase production effect has been recognized, agricultural production. Although the agricultural film output of China and the coverage area of ranking first in the world.

But China's current agricultural development level compared with the world advanced level, there is still a large gap, the gap is mainly reflected in the less product variety, large production equipment and overseas has the very big disparity, all weather, high temperature resistant, high performance film research behind. Agricultural PE film with insulation, anti fog no drip, heat resistance, weather resistance, transparency, color special characteristics. Research progress in foreign countries are biodegradable mulch film, light degradable mulching film, light / biodegradable plastic, plant fiber base film and liquid spraying type of biodegradable plastic film; and domestic research progress are environmental friendly bast fiber mulching film, light controlled biological degradable mulching film, multifunctional degradable liquid mulch film and biodegradable starch film. The future of China's agricultural industry layout will be oriented regionalization, specialization development, industrial centers will continue to develop to the advantage of producing areas, facilities structure tending to large-scale, environmental regulation and intelligent.

This paper mainly studies the application of considerable film of our country, the

development of science and technology and in real life on film and function more complete case, the feasibility of the development of multifunctional plastic sheeting, direction and strategy of agricultural plastic film product structure adjustment.

Key words：linear low density polyethylene; plastic greenhouse film; antifogging agent

目录

前言 (1)

1 文献综述 (3)

1.1 塑料棚膜对原料要求 (3)

1.2 功能母料的选择 (3)

1.3 塑料棚膜的分类 (4)

1.4 LLDPE 聚乙烯生产工艺 (4)

1.4.1 LLDPE 的工艺种类 (4)

1.4.2工艺流程 (6)

1.4.3 工艺技术对于LLDPE质量的影响 (10)

1.5 LLDPE结构与性能 (11)

1.5.1 LLDPE结构 (11)

1.5.2 LLDPE性能 (12)

1.6 物理力学性能 (13)

2 聚乙烯塑料棚膜生产工艺 (15)

2.1 棚膜的生产工艺 (15)

2.1.1 挤出法生产薄膜 (15)

2.1.2挤出流延和挤出拉伸 (16)

2.1.3 挤出薄膜优点 (18)

2.1.4吹塑法生产薄膜 (18)

2.2 薄膜控制精度不断提高 (20)

2.3在线测量技术 (22)

3 设计 (23)

3.1 工艺设计目的 (23)

3.2采用的生产工艺流程 (23)

3.2.1工艺配方 (23)

3.2.2树脂的选用 (24)

3.2.3EV A的作用 (24)

3.2.4防雾剂的防雾作用 (24)

3.2.5 LLDPE生产工艺流程 (25)

3.2.6 防雾薄膜生产工艺流程 (26)

3.2.7 使用设备 (27)

3.2.8 工艺条件控制 (27)

3.2.9 注意事项 (27)

3.3 雾滴性能检验 (28)

3.4 性能测试 (28)

4 结论 (28)

致谢 (30)

参考文献 (31)

塑料大棚膜生产工艺设计

前言

塑料棚膜，在欧洲和北美具有相对成熟的市场，农业已大部份实施保护地栽培，如荷兰海牙, 其耕地的50%为温室；在这些地区，具有多种功能、有效使用寿命长的三层共挤棚膜，已在市场占有很大的比例。日本和东欧属于适度增长的国家；发展中的国家，除中国外，虽然塑料棚膜使用量不大，但是使用棚膜的增长速度很快；东南亚一些人口高度密集的地区，如印度、越南、菲律宾等国，为满足日益增长的食物需求，棚膜使用量剧增。值得注意的是，花齐产业，正逐渐从西方国家向发展中国家及气候条件适宜种植花卉国家转移，如北非、东非及印度、菲律宾、马来西亚、印尼等这些地区，塑料棚膜市场份额，趋于快速增长。

我国从60 年代起，就开始制造和使用PVC农膜（管棚膜)，塑料农膜应用，为农业生产带来了丰产丰收的效益；70 年代起PVC农膜已大面积使用，并开始研制和生产LDPE管棚膜和大棚膜；80 年代，LDPE逐步取代PVC，成为制造农膜的主要材料，为解决农膜在农田应用中，呈现的滴水和耐候性差的缺陷，一些企业开始研制称之为第二代农膜的多功能农膜，农膜的宽度逐步增宽，分为管棚膜和大棚膜；90 年代棚膜得到快速增长，其增长率在10~15%，LDPE功能性棚膜生产，进入了加速及提高质量的阶段，EV A也大量用于三层共挤棚膜的生产。这一阶段，相继研制成功并投入工业化生产的功能性棚膜，有耐老化（长寿）、防雾、无滴、漫反射、高保温、光转换等新型棚膜。棚膜使用材料已包括PVC、LDPE、LLDPE、EV A、MLLDPE (茂金属聚乙烯）、双峰LLDPE等。

经过多年的发展，特别是近十年的发展，塑料棚膜已从农膜中脱颖而出，成

为一个大类农膜品种，其应用面已从粮食作物为主，转变为以蔬菜、瓜果、花卉等经济作物为主；农作物的生产，已在一定程度上转变了“靠天吃饭”，“按季节种菜”的传统种植习惯；都市农业的发展，又进一步促进了棚膜生产的发展，并在全国形成一批农膜生产骨干企业，建立了符合中国农业环镜销售方法和网络。

控制性功能塑料大棚膜是21 世纪发展的热点,这是人工环境温室发展的需要，是现代农业发展的需要。按照塑料大棚膜的结构，可以划分为两类塑料大棚膜，即单层塑料大棚膜、多层共挤塑料大棚膜。按照塑料大棚膜的原材料，可以划分为两类，即聚氯乙烯（PVC）塑料大棚膜、聚烯烃（包括LDPE、HDPE、LLDPE、MLLDPE、EV A等）塑料大棚膜。本文重点介绍并研究的是目前常用的聚烯烃塑料大棚膜。

1 文献综述

1.1 塑料棚膜对原料要求

塑料大棚膜的原辅料选择，主要介绍原材料的选择及功能母料的选择。

表1 中国农用塑料应用技术学会推荐棚膜树脂牌号

品种牌号生产厂商

LDPE 2F0. 4A 北京燕山石化公司

LD-10 南韩大林产业株式会社

FB 3003 卡塔尔石油化工公司

D 2022 泰国石油化学公司

FE 8000 法国

V22E 464 英国BP公司

EV A EV A 5-0.3 北京有机化工厂

EV A 5-2 北京有机化工厂

EV A 14-0.7 北京有机化工厂

EV A 14-2 北京有机化工厂

LLDPE DFDA 7042 齐鲁石化公司

LL2045 AC 美国陶氏化学公司

DF0118F 加拿大努发公司

1996 年、1997 年中国农用塑料应用技-术学会组织专家开展了国内外常用棚膜树脂的耐候性应用效果评估工作。从五个方面，即树脂力学性能、分子结构及特性、耐候性能、农田应用效果、加工性进行全观测和综合分析。通过29 种聚烯烃类树脂农田应用试验推荐可作为功能棚膜的基础树脂牌号有14 种，见表1所示。实际上这14 种牌号的树脂远不能满足我国棚膜的需求，因此选用新的牌号或替代牌号要注意树脂的性能及农田应用效果，以免造成经济损失。

1.2 功能母料的选择

目前，我国功能母料有光稳定（防老化）母料、防雾滴母料、防老化防雾滴

母料以及保温(远红外阻隔)母料等。其中，常用的是防老化防雾滴母料。在选择功能母料时,要了解功能性助剂，即光稳定剂、防雾滴剂等的性能,相互之间的作用(协同效应），以确保功能塑料大棚膜的产品质量。同时,还要了解功能母料制造塑料大棚膜的农田应用效果。

1.3 塑料棚膜的分类

农膜又叫薄膜塑料，包括地膜（也叫农用地膜），主要成分是聚乙烯，用于覆盖农田，以起到提高地温，保质土壤湿度，促进种子发芽和幼苗快速增长的作用；还有抑制杂草生长的作用。

农膜最初用于粮食作物的育秧、育苗，以后随着设施保护地种植作物品种的不断扩大，保护地设施的跨度及高度不断扩大，随着科学技术的进步，对农作薄膜的要求越来越高，各种新型薄膜不断出现。在经济发达国家,农用塑料薄膜的用量占所有农用高聚物制品总量的50%以上。常用的农用高聚物主要有聚氯乙烯和聚乙烯。聚丙烯、不饱和聚酯树等。农膜的宽度随着增宽，农膜品种也进行重新分类：

大棚膜或温室膜-—指膜的宽度大于3 米的农膜

主要品种有普适大棚膜、三层共挤普通大棚膜多功能大棚膜、三层共挤长寿无滴农膜、三层共挤长寿保温无滴农膜、三层共挤耐候光转换无滴农膜等。

1.4 LLDPE 聚乙烯生产工艺

1.4.1 LLDPE 的工艺种类

聚乙烯的生产方法主要有4 种：高压法、气相法、溶液法和淤浆法。但目前，世界上生产LLDPE树脂通常采用气相法和溶液法工艺。

在溶液法工艺中，美国Dow Chemical的冷却低压法和加拿大NOV A Chemicals Corporation的中压法占绝对优势。这两种工艺均可切换生产LLDPE和HDPE。Dow公司的低压溶剂法工艺已用于世界上许多工厂，但这些工厂均属Dow的自有工厂。在此工艺中，乙烯、辛烯-1和C8～C9异构链烷烃溶剂与改性的Ziegler催化剂溶液一起送入两台串联的搅拌反应器。反应在395 磅每平方英寸和160 ℃的条件下进行。第二台反应器溶液中，聚合物的含量为10%。总停留时间为30 分钟。反应器的流出物在35磅每平方英寸的绝压下闪蒸，除去溶液中的乙烯。继之，用加热或闪蒸步骤除去溶剂，聚合物则进行挤压造粒。

加拿大NOV A公司的中压SclairTM溶液法工艺系由DuPont Canada开发，在1994 年中期，NOV A Chemicals购买了SclairTM技术及其世界技术转让业务，并采用新一代的非茂金属催化剂，开发出了SclairⅡTM技术。

在气相法工艺中，Univation的低压气相流化床工艺，亦即UnipolTM工艺是生产LLDPE的最普通工业化工艺。在此工艺中，乙烯和共聚单体(丁烯-1或己烯-1)在流化床反应器中聚合，生成颗粒状聚合物。其特点是将一种载体型钛或钛-铬催化剂粉末连续送入流化床反应器，并连续地由反应器取出聚合物产品颗粒。在流化床中，增长的聚合物颗粒被循环的乙烯/共聚单体物流流态化。循环物流通过外部冷却器冷却，除去反应热。反应器压力约为300 磅每平方英寸，反应温度约为88 ℃。UnipolTM工艺也可用于生产聚丙烯，采用Shell的超高活性催化剂(SHAC)。

此外，BP的低压气相流化床工艺与UnipolTM工艺非常相似。仅冷凝液送入流化床的方式稍有不同。BP的方法是先将冷凝液与循环物流分离，然后用置于流化床内的喷咀雾化，将其送入流态化床层。UnipolTM则不进行分离，冷凝液随循

环物流一起送入流化床反应器。

1.4.2工艺流程

生产LLDPE的工艺流程有多种，现主要介绍气相法和溶液法中两种主要的工艺流程。

(1) 美国联碳公司(UCC)的Unipol气相法工艺

该工艺与BP气相法工艺大同小异，但UCC产品范围较广，品种较多，采用4 种不同的催化剂生产全密度范围分子量分布由窄到宽、熔体指数由0.091g·min-1~12.5g·min-1的各种树脂。在各种工艺中，UCC气相法产品范围最广。BP工艺采用一种催化剂生产全密度聚乙烯，熔体指数由0.035 g·min-1~3 g·min-1，分子量分布窄，当生产宽分子量分布的牌号时，要在挤压造粒时加助剂，但牌号较少。

Unipol PE工艺的装置一般由4 部分组成：单体净化、聚合反应、树脂脱气和树脂造粒。

工艺流程如图表2 所示。

单体净化凡进入聚合反应器的单体(包括乙烯和共聚单体)都必须脱除氧、一氧化碳、二氧化碳、水、硫化物、甲醇、炔烃等对催化剂有毒的杂质。常用脱氧及氧化物的催化剂床和分子筛来脱出杂质。

聚合反应聚合反应在流化床反应器中进行，该反应器下部为圆筒形，上部由一倒锥体和一半球组成。反应器底部有一气体分布板，板上是由粉状树脂形成的流化床层。

催化剂和助催化剂直接从分布板通入反应床层，鼓风机送入循环气使床层保持流化状态，并使反应单体与催化剂均匀混合，同时带走反应热。反应热在循环气冷却器中移出系统。

通过床层的气体质量速度应为3~6 倍的Gmf(流化所需最低气流速度)。

分子量调节剂--氢气也和单体一起从反应器底部通入系统。树脂的性能通过催化剂、助催化剂、共聚单体和氢气的加入量来调节。反应停留时间约3小时左右。

树脂脱气树脂从反应器出来经过特殊的卸料系统脱除未反应的单体；回收了单体的树脂循环到反应器，进入脱气仓，在此仓内进一步脱去树脂中吸附的烃类，从脱气仓下部通入一股吹扫气，与树脂逆流接触，将烃类吹出带走，同时也通入小股脱活剂，将聚合物上残余的活性中心杀死。

造粒脱气后的树脂经过振动筛等设备除去大块，在进入造粒系统前，先与固、液态添加剂混合。Unipol的造粒系统是由混炼器、熔融泵和造粒机紧密组合成三位一体，与其它工艺的相同系统相比，大约可节省能耗1/3。

用循环软水带走粒状切片，经过干燥分离水，送入料斗，再用空气送到掺混、储运和包装工序。

(2) 加拿大杜邦中压溶液法(Sclairtech)工艺流程。

该工艺是溶液法中生产能力最大、发展最快的一种。1960 年杜邦公司在加拿大沙尼亚建立第一套11 kt·a-1的装置，至1990 年后，采用该工艺的生产能力已达到720 kt·a-1～780 kt·a-1，其中最大的反应器生产能力为300 kt·a-1。

杜邦中压溶液法(Sclairtech)工艺流程如图表3所示。

聚合乙烯升压后与净化过的循环共聚单体及溶剂(环己烷)一起进入冷却吸收器，在降温的同时充分混合溶解，用进料泵加压达到反应压力10.79~16.67

Mpa(110~170 kgf·cm-2)，经温度控制系统达到反应温度(100~300 ℃)，用加入的齐格勒型催化剂的量来控制乙烯转化率达95%左右，用氢来调节熔体指数。用共聚单体量调节聚乙烯密度。采用2 个(或更多)反应器，在不同温度和不同氢加入点条件下操作调节产品分子量分布。

在反应器出口加入脱活剂以终止反应，然后使反应物流升温到300 ℃，通过Al2O3吸附剂吸附脱除催化剂残渣；如采用改进后的新催化剂体系(ACS)则可免去脱催化剂的设施。然后，反应物料进入中压闪蒸器脱除反应乙烯、共聚单体和大部分溶剂。

后处理熔体脱除单体、溶剂等易挥发物后与固体添加剂混合，进入挤压机和切料机，粒料被循环水带出，脱水后再用热水配成浆液，进一步洗出树脂中的溶剂，然后树脂进入汽提机，经蒸汽逆流汽提后，残留溶剂量小于500 mg·L-1，再进一步干燥，并用热空气送到掺混料仓和包装工序。

溶剂回收从中压和低压闪蒸器顶部脱出的乙烯、共聚单体和环己烷分别经一、二段冷凝器进入低沸塔，低沸塔顶物料再依次经过乙烯塔和共聚单体塔回收乙烯和共聚单体，低沸塔底物料送到高沸塔和树脂汽提塔处理，从高沸塔顶回收环己烷，从树脂汽提塔底排出油脂状低聚合物。补充的共聚单体键入共聚单体塔，从该塔侧线还排出异构物2-丁烯。

1.4.3 工艺技术对于LLDPE质量的影响

新技术工艺的发展不仅提高了产品的性能，而且降低了制造成本，促进了聚合物之间的竞争和相互替代。催化剂系统、共催化剂、共聚单体、反应器、聚合介质等方面的改变，影响着聚合物的分子结构，影响树脂的结晶度、支链度、共聚单体分布，以及密度、相对分子质量、相对分子质量分布(MWD)等。这些结构因素又决定着聚合物的最终性能，包括力学强度、光学性能、纯度、流变行为(可加工性)、稳定性(对热、紫外线等)、热性能和电性能。

如用低压工艺生产双峰的宽MWD和LLDPE共聚物和三元共聚物，可以得到加工及性能类似于传统高压LDPE的树脂。

LDPE有较多的支链结构，其中长支链占优势，而LLDPE只有短支链，它们的数目决定聚合物的结晶度和密度。改进加工性能将有利于LLDPE向LDPE的应用领域扩展，进入那些先前由于性能(如透明度、熔体强度等)差别而未能进入的领域。

近几年来，在一些LLDPE生产的新技术中，除了双峰工艺外，最突出的是茂金属、非茂金属单中心催化剂的工艺技术的发展，使得易加工、高性能的LLDPE 大量涌现。应用这些新技术开发的LLDPE树脂，被人们称为第二代LLDPE树脂。

从上述情况可知，生产技术工艺先进与否，对产品质量、成本具有决定性影响。目前，我国LLDPE生产技术基本是引进国外上世纪90 年代初期以前的工艺，加之消化吸收不够，生产出的产品档次和质量都不高，品种也少，产品杂质较多，质量不均匀，加工性能也较差。因此，国内许多加工企业宁可花高价进口国外料，而不愿用国内同类产品。

1.5 LLDPE结构与性能

1.5.1 LLDPE结构

线性低密度聚乙烯在结构上不同于一般的低密度聚乙烯，因为不存在长支链。LLDPE的线性度取决于LLDPE和LDPE的不同生产加工过程。LLDPE通常在更低温度和压力下，由乙烯和高级的a-烯烃如丁烯、己烯或辛烯共聚合而生成。共聚过程生成的LLDPE聚合物具有比一般LDPE更窄的分子量分布，同时具有线性结构使其有着不同的流变特性。LLDPE的熔融流动特性适应新工艺的要求，特别是用薄膜挤出工艺，可产出高质的 LLDPE产品。LLDPE应用于聚乙烯所有的传

统市常增强了抗伸、抗穿透、抗冲击和抗撕裂的性能使LLDPE适于作薄膜。它的优异的抗环境应力开裂性，抗低温冲击性和抗翘曲性使 LLDPE对管材、板材挤塑和所有模塑应用都有吸引力。 LLDPE最新的应用是作为地膜用于废渣填埋和废液池的衬层。LLDPE的生产起始于过渡金属催化剂，特别是齐格勒（Ziegler）或飞利浦（Phillips）类型。基于环烯烃金属衍生物催化剂的新工艺是LLDPE生产的另一个选择方案。实际的聚合反应可以在溶液和气相反应器中进行。通常，辛烯与乙烯在溶液相反应器中共聚，丁烯。己烯与乙烯在气相反应器中聚合。在气相反应器中生成的LLDPE树脂是颗粒形式，且可以粉料或进一步加工成粒料出售。以己烯和辛烯为基础的新一代超LLDPE已由莫比尔、联合碳化物。Novacor和道塑料等公司推出。这些材料具有很大的韧性极限，在自动取出袋的应用中有新的潜力。很低密度PE树脂（密度低于0.910g·cc-1）也在近年出现。 VLDPES具有的柔性且软度是LLDPE达不到的。树脂的特性一般体现在熔融指数和密度。熔融指数可反映出树脂的平均分子量且主要受反应温度控制。平均分子量与分子量分布（MWD）无关。催化剂选择影响MWD。密度由共聚用单体在聚乙烯链中的浓度决定。共聚用单体浓度控制短支链数目（其长度取决于共聚用单体类型）从而控制树脂密度。共聚用单体浓度越高，树脂密度越低。在结构上，LLDPE在支链的数目和类型上与LDPE不同，高压LDPE有长支链，而线性LDPE只具有短支链。在结构上，LLDPE只在短支链数目上与HDPE不同。HDPE的短支链数目较少，因此，是有更高密度的材料。

1.5.2 LLDPE性能

(1) 热封性

LLDPE薄膜热封性良好，只要达到最低的起封温度就具有良好的热封强度，封口抗污染能力强。

(2) 熔融性能

熔融性能决定于相对分子质量、相对分子质量分布、长支链等因素。同样熔体流动速率胡LLDPE及LDPE与剪切速率的关系：LLDPE胡行为与相对分子质量分布窄的HDPE相似，比LDPE的熔融粘度高，所以挤出成型时挤出的载荷增大，发热量也增大。

LLDPE的熔融张力比LDPE低，且熔融应力的松弛时间短。可以观察到从“T”型机头挤出的融膜缩颈大，中空成型时型坯的垂伸度大。由于熔融应力松弛时间短，注射成型品内残留应力小，因此收缩率小，翘曲也小。

(3) 热性能

聚乙烯的熔点与结晶的完全程度、晶粒大小成比例，因此LLDPE胡熔点比LDPE高10~15 摄氏度，此处即使同样的LLDPE，共聚物单体的碳数越多，其熔点越高。此规律同样适于维卡软化点。薄膜的热封性能与完全熔着的热封温度相应，LLDPE热封温度比LDPE高10~15 摄氏度，而且LLDPE比LDPE熔点范围更窄，所以薄膜的热封性能良好。

LLDPE的耐寒性，就催化温度与熔体流动速率的关系来看，LLDPE脆化温度比LDPE，HDPE都低，这表明可耐更低的温度。

1.6 物理力学性能

LLDPE的拉伸性能与LDPE性比，拉伸数量、拉伸屈服强度大，特别是拉伸断裂强度和断裂伸长率大，一般可从应力-应变曲线面积求出断裂时所需要的能量，