超高分子量聚乙烯纤维制备过程中萃取剂的干燥方法技术

本发明专利技术涉及超高分子量聚乙烯纤维制备过程中萃取剂的干燥方法，属于高分子材料制备技术领域。该方法包括：超高分子量聚乙烯粉末和助剂、溶剂经过混合均匀、充分溶解后，挤出凝固成型，然后在萃取过程中除去溶剂，通过干燥工艺除去萃取剂，再经过热牵伸，形成超高分子量聚乙烯纤维最终产品；所述萃取过程中使用二氯甲烷为萃取剂，并且采用逐步升温的方式，将干燥设备按进料的方向分为温度由低到高的两个、三个、四个，或者四个以上的温度区域。本发明专利技术采用二氯甲烷为萃取剂，可使干燥的温度较低，以节省加热干燥气体的能量，降低成本。并且采用逐步升温的方式，使干燥过程较为平缓，以避免水分结冰现象的发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子材料制备
，特别涉及超高分子量聚乙烯纤维生产工艺中的采用二氯甲烷为萃取剂的干燥工艺方法。
技术介绍
超高分子量聚乙烯纤维，又称高强度高模量聚乙烯纤维、高取向度聚乙烯纤维、高性能聚乙烯纤维。超高分子量聚乙烯纤维具有高强度、高模量、高取向度，广泛用于防弹防护用品、绳索、缆绳、鱼网、运动器材的制造。超高分子量聚乙烯纤维是现在比强度最高的商业化高性能纤维。1979年荷兰DSM公司的Smith和Lemstra专利技术了凝胶纺丝法生产超高分子量聚乙烯纤维的工艺，并取得了英国专利GB2042414和GB2051667。1982年美国的AlliedSignal公司(1999年与Honeywell公司合并，称Honeywell公司)也提出了自己的生产超高分子量聚乙烯纤维的专利US4413110。DSM公司于1990年实现了凝胶纺丝法制超高分子量聚乙烯纤维的工业化生产。现在世界上常见的凝胶纺丝法制造超高分子量聚乙烯纤维的主要工艺步骤包括将超高分子量聚乙烯溶于第一溶剂配制成聚乙烯溶液，该溶液由螺杆挤出机挤出，经纺丝箱体喷出后，冷却凝固成凝胶纤维(冻胶丝)，称为初生纤维，再用挥发性的第二溶剂(萃取剂)萃取出第一溶剂，最后进行超倍数热牵伸的牵伸和热定型工艺，最终获得成品纤维。现在世界上生产工艺主要有两大类，一类以DSM和东洋纺为代表的干法纺丝法，另一类以Honeywell为代表的湿法纺丝法。两者的主要区别是采用了不同的溶剂和后续工艺。DSM工艺采用十氢萘溶剂。十氢萘易挥发，可以采用干法纺丝，省去了其后的萃取工段；Honeywell采用石蜡油溶剂，需要后续的萃取工段，用第二溶剂(萃取剂)将第一溶剂萃取出来。一般情况下，作为原料的聚乙烯粉末的特性粘数至少5dL/g，这样制成的纤维强度至少为25cN/dtex，模量至少为700cN/dtex。原料聚乙烯的相对分子量必须大于100万，最好大于400万。Honeywell等公司采用的石蜡油，又称矿物油或者白油。一般为沸点高于200℃的烃类混合物。凝胶纺丝而成的超高分子量聚乙烯初生纤维，内部含有大量溶剂，网络结构较为疏松，聚乙烯高分子链之间的作用力较小，在拉伸时会发生高分子链之间的滑移，因而难以进行产生高分子链取向的有效拉伸，无法生产出高强度高模量的纤维产品。因此在牵伸之前必须通过萃取和干燥处理除去纤维中存在的大量的溶剂。超高分子量聚乙烯纤维生产过程中，使用的萃取剂有溶剂汽油、煤油、苯、甲苯、二甲苯、氟氯烃、石油醚、卤代烃等，还有其它烃类的混合物等。理想的萃取剂，不仅需要有优良的萃取效果，还需要有低毒、安全、价格低廉等特点。二氯甲烷是一种常见的有机溶剂，具有不易燃烧，易挥发，低沸点等特点。二氯甲烷是无色、透明、比水重、易挥发的液体，有类似醚的气味和甜味，不燃烧。二氯甲烷微溶于水，与绝大多数常用的有机溶剂互溶，与其他含氯溶剂、乙醚、乙醇也可以任意比例混溶。纯二氯甲烷无闪点，含等体积的二氯甲烷和汽油、溶剂石脑油或甲苯的溶剂混合物不易燃。与溶剂汽油、煤油、苯、甲苯、二甲苯和石油醚等萃取剂相比，二氯甲烷具有良好的使用安全性。二氯甲烷的低沸点、易挥发的特点，使其容易通过干燥除去，同时也容易造成挥发损耗。另外二氯甲烷会水解产生氯化氢，造成对设备的腐蚀。因此在实际操作中需要密切注意抑制二氯甲烷的挥发和设备的防腐。刘兆峰等人申请的中国专利02160744.3中提到以重均分子量100～300万的超高分子量冻胶纤维的萃取干燥工艺，溶剂为石蜡油的冻胶丝经骤冷后而成冻胶纤维，先在室温下进行2～10倍的预拉伸，然后在张紧状态下用二氯甲烷或者二甲苯进行超声萃取(即对萃取体系施加超声波)，在低于40℃温度下干燥。在二氯甲烷上封一层水。但是该专利中并没有涉及到萃取温度。并且对于水封也没有提出具体数值要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种，采用二氯甲烷为萃取剂，可使干燥的温度较低，以节省加热干燥气体的能量，降低成本。并且采用逐步升温的方式，使干燥过程较为平缓，使纤维的内部结构较为均匀，同时避免水分结冰现象的发生。在进干燥之前通过真空装置抽吸一部分二氯甲烷，降低干燥工段的负荷。本专利技术的特点及效果本专利技术中超高分子量聚乙烯纤维制备的萃取过程中采用二氯甲烷为萃取剂。本专利技术为了防止二氯甲烷在干燥入口附近处过快汽化，造成水分凝结。也为了使整个干燥过程均匀平缓，将干燥设备分成从低到高的不同温度区域，采用分区进气，初始段送入的干燥气体温度较低，而后依次升高。这种方式保证干燥速度在整个干燥过程中不致有太大的变化，从而使干燥过程较为平缓。使纤维的内部结构较为均匀，同时避免水分结冰现象的发生。每区进气有单独的换热器和控制阀门，以控制进气的温度和气量。为进一步提高干燥效果，还可采用多级干燥的方式，使整个干燥过程更加均匀平缓。因为二氯甲烷易挥发，饱和蒸汽压较大，在低于沸点的温度下即可快速挥发。因此干燥的温度可以较低，以节省用于加热干燥气体的能量，降低成本。另外，干燥速度过快，由于萃取剂的低沸点和易挥发性，很快被除去，会导致冻胶丝(初生纤维)的纵向发生急剧收缩，形成的纤维结构不均匀，使纤维的可牵伸性差，不利于其后的热牵伸工艺，造成热牵伸的倍数降低，最终影响成品的纤度和强度。因此干燥的温度不宜过高，速度不宜过快。根据专利技术人的实践，干燥温度以不超过35℃为宜。干燥温度低，干燥过程较为平缓，形成的纤维结构较为均匀，但是如果干燥速度过慢，设备的生产能力相应下降，所以干燥温度不宜过低。根据专利技术人的实践，干燥的适宜温度为10～35℃，特别是15～30℃。干燥气体可以采用空气、氮气、二氧化碳或者其它惰性气体。气体的加热可以采用蒸汽加热、导热油加热、电加热或者其它方式加热。如果干燥气体来源气体的温度高于工艺条件要求的温度时，可采用冷却水降温。本专利技术在萃取设备中添加水，有利于减少二氯甲烷的挥发。水的密度小于二氯甲烷，并且二氯甲烷在水中的溶解度较低，在液体表面会形成一层水封。由于水封的作用，二氯甲烷和空气直接接触的机会大大减少，减少了二氯甲烷的挥发，降低了二氯甲烷的损耗。水封的厚度不宜过薄，否则由于液面的波动，可能造成二氯甲烷直接和空气接触。水封虽然可以减少二氯甲烷的挥发，但是由于水封位于液面上方，纤维离开萃取工段，会在纤维表面附带少量水分。纤维刚进入干燥箱，由于干燥气体的作用，二氯甲烷迅速挥发，带走大量热量，使局部温度过低，造成水分凝结成冰，影响纤维的正常运动。为防止水分凝结，在纤维离开萃取工段后，采用真空装置，吸走附着在纤维表面的部分水分和二氯甲烷。真空装置的采用，不仅可以减少水分凝结的可能性，而且由于吸走了部分二氯甲烷，降低了干燥设备的负荷。附图说明图1为采用本专利技术方法的一种超高分子量聚乙烯纤维的工艺设备及总体制备工艺流程图。冻胶丝成型后没有静置，相分离的过程。图2为采用本专利技术方法的另一种超高分子量聚乙烯纤维的工艺设备及总体制备工艺流程图。冻胶丝成型后有静置，相分离的过程。静置的过程中，纤维中的石蜡油会有部分析出，出现相分离现象。部分溶剂石蜡油析出，降低了纤维的含油率，减少了萃取工段的负荷，但是工艺比图1的工艺复杂。图3为本专利技术的干燥工段气体回收工艺流程图。图4为本专利技术的一个干燥箱的工艺流程示意图。具体实施例方式本专利技术方法，结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高分子量聚乙烯纤维制备过程中的萃取剂的干燥方法，所述超高分子量聚乙烯纤维制备过程主要包括：超高分子量聚乙烯粉末和助剂、溶剂经过混合均匀、充分溶解后，挤出凝固成型，然后在萃取过程中除去溶剂，通过干燥工艺除去萃取剂，再经过热牵伸，形成超高分子量聚乙烯纤维最终产品；其特征在于：所述萃取过程中使用二氯甲烷为萃取剂，并且采用逐步升温的方式，将干燥设备按进料的方向分为温度由低到高的两个、三个、四个，或者四个以上的温度区域。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵国樑，尹晔东，
申请(专利权)人：北京特斯顿新材料技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]