CN102321931A - 一种超高分子量聚乙烯冻胶废丝回收利用再纺丝的方法 - Google Patents

一种超高分子量聚乙烯冻胶废丝回收利用再纺丝的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种超高分子量聚乙烯冻胶废丝回收利用再纺丝的方法。它是将冻胶废丝切断成长度为1～10mm的短丝，放入容器中，加入抗氧化剂和溶剂，配制成浓度为0.5%～1.5%的悬浮液，在氮气保护作用下，以2～3℃/min的速率升温至160～180℃，并以10～100r/min的速度搅拌，获得溶解料；将溶解料和由超高分子量聚乙烯纤维颗粒制备而成的浓度为10%～25%溶胀料混合成浓度为5%～20%的混合料，再由常规的超高分子量聚乙烯纤维生产工艺制备成超高分子量聚乙烯纤维。本发明工艺路线简洁、易实现，使超高分子量聚乙烯纤维冻胶废丝得以充分利用，有效地降低了超高分子量聚乙烯纤维的生产成本。

Description

一种超高分子量聚乙烯冻胶废丝回收利用再纺丝的方法
技术领域
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯纤维的制造方法。具体地讲，本发明涉及的是一种利用回收的超高分子量聚乙烯冻胶废丝制备超高分子量聚乙烯纤维的方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯具有密度小，耐紫外线，耐腐蚀等稳定的化学性能及突出的抗冲击、抗切割韧性等优异性能，是目前国际上公认的三大高性能纤维材料之一，是制作软质防弹服、防刺衣、轻质防弹头盔、雷达罩、运钞车防弹装甲、直升机防弹装甲、舰艇及远洋船舶缆绳、轻质高压容器、航天航空结构件、深海抗风浪网箱、渔网、赛艇、帆船、雪橇等的理想材料。
目前，超高分子量聚乙烯纤维的生产主要采用的是冻胶纺工艺技术，在生产过程中，每次停车开车都会产生大量的冻胶废丝。现对冻胶废丝的处理，通常以低价卖给炼油企业进行裂解再利用，冻胶废丝的价值未能得到充分利用，造成了超高分子量聚乙烯原料资源的浪费，增加了超高分子量聚乙烯纤维的生产成本。
发明内容
为克服现有技术的不足之处，本发明提供一种超高分子量聚乙烯冻胶废丝回收利用再纺丝的方法，使聚乙烯冻胶废丝得以充分利用，降低超高分子量聚乙烯纤维的生产成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种超高分子量聚乙烯冻胶废丝回收利用再纺丝的方法，将超高分子量聚乙烯冻胶废丝切断成长度为1～10mm的短丝，放入容器中，加入抗氧化剂和溶剂，配制成浓度为0.5%～1.5%的悬浮液，在氮气保护作用下，以2～3℃/min的速率升温至160～180℃，同时以10～100r/min的速度搅拌，获得均匀的透明溶解料；将溶解料和由超高分子量聚乙烯纤维颗粒制备而成的浓度为10%～25%溶胀料混合成浓度为5%～20%的混合料，混合料由常规的超高分子量聚乙烯纤维生产工艺制备成超高分子量聚乙烯纤维。
所述的超高分子量聚乙烯冻胶废丝直径为0.1～10mm，含固量8～30%，分子量
Figure 19652DEST_PATH_IMAGE001
>1x106 g/mol。
所述的溶胀料为分子量>2x106 g/mol的超高分子量聚乙烯颗粒，加入抗氧化剂和溶剂，在100～120℃下以10～100r/min的速度搅拌1～2h制得。
所述的溶剂选自白油、十氢化萘、矿物油中的一种或者几种，溶剂的粘度在40℃下为40～100Cst；制备溶解料所加入的溶剂为溶解料总质量的98.5～99.5%；制备溶胀料所加入的溶剂为溶胀料总质量的75～90%。
所述的抗氧化剂为2,6-二叔丁基对甲基苯酚或N-苯基-ß-萘胺；制备溶解料所加入的抗氧化剂为超高分子量聚乙烯质量的0.1%～1%；制备溶胀料所加入的抗氧化剂为超高分子量聚乙烯质量的0.1%～1%。
本发明的有益效果在于：其工艺路线简洁、易实现，使超高分子量聚乙烯纤维冻胶废丝得以充分利用，有效地降低了超高分子量聚乙烯纤维的生产成本，减少了废料对环境的污染。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
将直径为1mm的、含固量为23%、平均分子量
Figure 266273DEST_PATH_IMAGE001
为2x106 g/mol左右的超高分子量聚乙烯冻胶废丝切断成长度为1mm的短丝，置于密闭容器中，加入冻胶废中超高分子量聚乙烯质量0.5%的作为抗氧化的2,6-二叔丁基对甲基苯酚，并加入作为溶剂的白油（其粘度在40℃下为60Cst），配成浓度为0.5%的悬浮液，在氮气保护作用下，以2℃/min的速率升温至160℃，同时以10r/min的速度搅拌，获得均匀的透明溶解料；将溶解料和由超高分子量聚乙烯颗粒制备而成的浓度为25%溶胀料，以质量比为1：10的比例进行混合，得到浓度为10%的混合料。所述的溶胀料由分子量
Figure 133473DEST_PATH_IMAGE001
为4.5x106 g/mol左右的超高分子量聚乙烯颗粒，加入超高分子量聚乙烯颗粒质量0.5%的作为抗氧化剂的2,6-二叔丁基对甲基苯酚和作为溶剂的白油，在100～120℃下以10～100r/min的速度搅拌1h制得。混合料喂入双螺杆挤出机。双螺杆挤出机直径为95mm, L/D=(68), 温度控制在240℃，转速120r/min。挤出物经过滤、计量后从喷头喷出，经过水浴处理后萃取、干燥和热牵伸，拉伸倍数为120倍，制得纤度800dtex超高分子量聚乙烯纤维。
实施例2：
除了超高分子量聚乙烯冻胶废丝直径为0.1mm，切断成长度为10mm，抗氧化剂为N-苯基-ß-萘胺，并且在溶解料、溶胀料的制备中抗氧化剂的用量均为超高分子量聚乙烯纤维质量的0.8%，与实施例1不同外，其它与实施例1相同。
实施例3：
除了超高分子量聚乙烯冻胶废丝直径为2mm，溶剂为十氢化萘，与实施例1不同外，其它与实施例1相同。
实施例4：
除了超高分子量聚乙烯冻胶废丝切断成长度为10mm的短丝，溶剂为矿物油和白油混合物（其粘度在40℃下为60Cst），与实施例1不同外，其它与实施例1相同。
实施例5：
将直径为1mm的、含固量为15%、平均分子量
Figure 168425DEST_PATH_IMAGE001
为2x106 g/mol左右的超高分子量聚乙烯冻胶废丝切断成长度为10mm的短丝，置于密闭容器中，加入冻胶废丝中超高分子量聚乙烯质量0.5%的作为抗氧化剂的2,6-二叔丁基对甲基苯酚，并加入作为溶剂的白油溶剂（其粘度在40℃下为40Cst），配成浓度为1%的悬浮液，在氮气保护作用下，以3℃/min的速率升温至170℃，同时以30r/min的速度搅拌，获得均匀的透明溶解料；将溶解料和由超高分子量聚乙烯颗粒制备而成的浓度为25%溶胀料，以质量比为5：3的比例进行混合，得到浓度为10%的混合料。所述的溶胀料由分子量
Figure 470093DEST_PATH_IMAGE001
为4.5x106 g/mol左右的超高分子量聚乙烯颗粒，加入超高分子量聚乙烯颗粒质量0.5%的作为抗氧化剂2,6-二叔丁基对甲基苯酚和作为溶剂的白油，在120℃下以120r/min的速度搅拌2h制得。混合料喂入双螺杆挤出机。双螺杆挤出机直径为95mm, L/D=(68), 温度控制在300℃，转速160r/min。挤出物经过滤、计量后从喷头喷出，经过水浴处理后萃取、干燥和热牵伸，拉伸倍数为120倍，制得纤度800dtex超高分子量聚乙烯纤维。
实施例6：
除了溶解料浓度为1.5%，溶解料和溶胀料的混合比为5：3，混合料的浓度为10.3%，与实施例5不同外，其它与实施例5相同。
实施例7：
除了溶解温度为180℃及所用的溶剂为石蜡油（其粘度在40℃下为50Cst），与实施例5不同外，其它与实施例5相同。
实施例8：
除了溶解搅拌速率为100r/min及所用的溶剂为矿物油（其粘度在40℃下为70Cst），与实施例5不同外，其它与实施例5相同。
实施例9：
除了溶胀搅拌速率为100r/min，溶解料与溶胀料的混合比例为1:4，混合料浓度为20.2%，与实施例5不同外，其它与实施例5相同。
实施例10：
除了溶胀温度为120℃及所用的抗氧化剂为N-苯基-ß-萘胺，与实施例5不同外，其它与实施例5相同。
实施例11：
除了溶胀料浓度为20%，溶解料与溶胀料的混合比例为1:5，混合料浓度为16.8%，与实施例5不同外，其它与实施例5相同。
实施例12：
除了溶胀料浓度为20%，溶解料与溶胀料的混合比例为1:3，混合料浓度为8.13%，与实施例5不同外，其它与实施例5相同。
实施例13：
除了溶解料与溶胀料混合比例为2:1，混合料浓度为9%，与实施例5不同外，其它与实施例5相同。
实施例14：
除了溶解料与溶胀料混合比例为3:1，混合料浓度为7%，与实施例5不同外，其它与实施例5相同。
实施例15：
除了溶解料与溶胀料混合比例为5:1，混合料浓度为5%，与实施例5不同外，其它与实施例5相同。
比较例1：
超高分子量聚乙烯粉末（颗粒度80～100目，平均分子量
Figure 768351DEST_PATH_IMAGE001
为4.5x106 g/mol），加入超高分子量聚乙烯质量0.5%的作为抗氧化剂的2,6-二叔丁基对甲基苯酚和作为溶剂的白油，配成10%的悬浮液，在氮气保护作用下，以3℃/min的速率升温至110℃，同时以30r/min的速度搅拌，保温1h，获得均匀的浓度为10%溶胀悬浮液，然后经过侧喂料装置喂入双螺杆挤出机。双螺杆挤出机直径为95mm, L/D=(68), 温度控制在300℃，转速160r/min。挤出物经过滤、计量后从喷头喷出，经过水浴处理后萃取、干燥和热牵伸，拉伸倍数为120倍，得到纤度800dtex超高分子量聚乙烯纤维。
比较例2：
超高分子量聚乙烯粉末（颗粒度80～100目，平均分子量为4.5x106 g/mol），加入超高分子量聚乙烯质量0.5%的作为抗氧化剂的2,6-二叔丁基对甲基苯酚，并加入作为溶剂的白油，配成浓度为1%的悬浮液，在氮气保护作用下，以2℃/min的速率升温至170℃，搅拌速度60r/min，获得均匀的透明溶液；然后和浓度为25%在110℃下以60r/min的速度搅拌2h获得的溶胀料以5：3的比例混合均匀得到浓度为10%的混合料，喂入双螺杆挤出机。双螺杆挤出机直径为95mm, L/D=(68), 温度控制在300℃，转速160r/min。挤出物经过滤、计量后从喷头喷出，经过水浴处理后萃取、干燥和热牵伸，拉伸倍数为120倍，制得纤度800dtex超高分子量聚乙烯纤维。
表1：实施例与比较例纤维性能比较表
Figure 462954DEST_PATH_IMAGE002
通过表1，可以得出：本发明所述的一种超高分子量聚乙烯冻胶废丝回收利用再纺丝的方法，冻胶废丝的加入，不仅保证了制得的超高分子量聚乙烯纤维的最终性能指标，而且使冻胶废丝得以充分利用，降低了超高分子量聚乙烯纤维的生产成本。

Claims (5)

1.一种超高分子量聚乙烯冻胶废丝回收利用再纺丝的方法，其特征在于：将超高分子量聚乙烯冻胶废丝切断成长度为1～10mm的短丝，放入容器中，加入抗氧化剂和溶剂，配制成浓度为0.5%～1.5%的悬浮液，在氮气保护作用下，以2～3℃/min的速率升温至160～180℃，同时以10～100r/min的速度搅拌，获得均匀的透明溶解料；将溶解料和由超高分子量聚乙烯纤维颗粒制备而成的浓度为10%～25%溶胀料混合成浓度为5%～20%的混合料；混合料由常规的超高分子量聚乙烯纤维生产工艺制备成超高分子量聚乙烯纤维。
2.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯冻胶废丝回收利用再纺丝的方法，其特征在于：所述的超高分子量聚乙烯冻胶废丝直径为0.1～10mm，含固量8～30%，其中超高分子量聚乙烯分子量
Figure 2011102607284100001DEST_PATH_IMAGE001
>1x106 g/mol。
3.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯冻胶废丝回收利用再纺丝的方法，其特征在于：所述的溶胀料为分子量>2x106 g/mol的超高分子量聚乙烯颗粒，加入抗氧化剂和溶剂，在100～120℃下以10～100r/min的速度搅拌1～2h制得。
4.根据权利要求1或3所述的一种超高分子量聚乙烯冻胶废丝回收利用再纺丝的方法，其特征在于：所述的溶剂选自白油、十氢化萘、矿物油中的一种或者几种，溶剂的粘度在40℃下为40～100Cst；制备溶解料所加入的溶剂为溶解料总质量的98.5～99.5%；制备溶胀料所加入的溶剂为溶胀料总质量的75～90%。
5.根据权利要求1或3所述的一种超高分子量聚乙烯冻胶废丝回收利用再纺丝的方法，其特征在于：所述的抗氧化剂为2,6-二叔丁基对甲基苯酚或N-苯基-ß-萘胺；制备溶解料所加入的抗氧化剂为超高分子量聚乙烯质量的0.1%～1%；制备溶胀料所加入的抗氧化剂为超高分子量聚乙烯质量的0.1%～1%。
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