低灰分超高分子量聚乙烯树脂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低灰分超高分子量聚乙烯树脂及其制备方法。低灰分超高分子量聚乙烯树脂中的灰分含量≤80ppm，黏均分子量为500～800万。本申请提供的超高分子量聚乙烯具有组成均一，产品的黏均分子量高达500～800万、灰分低、金属杂质含量少等优点。因而采用其进行纺丝等应用时能够提高出丝的均一性，提高纺丝过程装置的使用寿命，并提高纺丝制品的强度和使用性能。使用性能。

【技术实现步骤摘要】
低灰分超高分子量聚乙烯树脂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及超高分子量聚乙烯树脂的合成，具体而言，涉及一种低灰分超高分子量聚乙烯树脂及其制备方法。

技术介绍

[0002]超高分子量聚乙烯纤维(Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber)，又称高强高模聚乙烯纤维，也称伸直链聚乙烯纤维(ECPE)，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是20世纪90年代初出现的第三代高性能纤维，其原材料是超高分子量线型聚乙烯。超高分子量线型聚乙烯是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，分子形状为线性伸直链结构，取向度接近100％；它具有高强度、高模量、高取向度、耐腐蚀、耐紫外线、不易磨损、纤维制品具有突出的抗冲击和抗切割韧性等特点，广泛应用于特种绳带、渔网、体育器材、各类轻型软质防弹衣、防弹头盔、防暴盾牌、防爆装置和其它防护产品。
[0003]目前UHMWPE纤维用于工业生产的工艺路线主要有两种：高挥发性溶剂干法凝胶纺丝工艺路线和低挥发性溶剂湿法凝胶纺丝工艺路线。
[0004]现有文献(中国专利CN200880110402.X)提供了一种涉及生产具有高抗张强度和改进的蠕变率的凝胶纺丝超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维，此类凝胶纺丝UHMWPE纤维适用于多种应用，如绳索、医疗设备、复合材料制品和防弹制品，该方法注重于超高分子量聚乙烯纤维的凝胶纺丝，而非超高分子量聚乙烯纤维级树脂的生产方法。
[0005]现有文献(中国专利CN201010023179.4)提供了一种高强高模聚乙烯纤维的制备方法，包括将分子量为150万～800万的超高分子量聚乙烯粉料和溶剂按质量比为1～10∶100、抗氧剂混合后在混合釜中加热搅拌，使粉料充分溶解得到超高分子量聚乙烯溶液，自然降温形成冻胶块；将上述冻胶块取出并将其粉碎成粒料，脱去部分溶剂，得到固含量为20wt％～70wt％的超高分子量聚乙烯纺丝原料，然后将所制得的超高分子量聚乙烯纺丝原料输入螺杆熔融挤出纺丝得到的高强高模聚乙烯纤维。该专利主要是利用掺混助剂的方法制备纤维树脂。
[0006]灰分为超高分子量聚乙烯纤维和催化剂中不可燃烧的金属等无机化合物的含量之和。较高的灰分意味着树脂的纯度较低，清洁度差、灰分过高时会使熔体在纺丝过程中断头，经组件过滤时阻力大，导致压力不均，影响出丝均一性，并使过滤器寿命缩短和喷丝板易堵，造成纺丝过程瞬间滴料导致缠丝，进而降低纺丝制品的强度和制品的使用性能。因而在纺丝行业中，对UHMWPE树脂的灰分指标要求很高，希望能控制在100PPm以下。现有文献中均未提超高分子量聚乙烯粉料的制备方法及如何降低基料中灰分。鉴于上述问题的存在，需要提供一种能够降低超高分子量聚乙烯纤维中灰分的方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的主要目的在于提供一种低灰分超高分子量聚乙烯树脂及其制备方法，以解决现有方法制得的低灰分超高分子量聚乙烯树脂存在灰分较高的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种低灰分超高分子量聚乙烯树脂，低灰分超高分子量聚乙烯树脂中的灰分含量≤80ppm，黏均分子量为500～800万。
[0009]进一步地，低灰分超高分子量聚乙烯树脂的粒径为100～350μm，堆积密度为0.40～0.50g/cm3。
[0010]本申请的另一方面还提供了一种本申请提供的低灰分超高分子量聚乙烯树脂的制备方法，低灰分超高分子量聚乙烯树脂的制备方法包括：步骤S1，将乙烯分为两部分，在惰性气氛、主催化剂和助催化剂的存在下，使第一部分乙烯进行第一聚合反应，得到含第一聚合物的第一产物体系，第一聚合反应的温度为50～60℃，压力为0.3～0.6MPa，聚合时间为1～2h，步骤S1中乙烯的加入量占乙烯加入总量的20～50％；步骤S2，将第一产物体系与剩余的乙烯进行第二聚合反应，得到低灰分超高分子量聚乙烯树脂，第二聚合反应的温度为60～85℃，压力为0.6～1.0MPa，聚合时间为0.5～2h。
[0011]进一步地，低灰分超高分子量聚乙烯树脂的制备方法包括：在步骤S1中对第一聚合物的分子量进行监测，当第一聚合物的黏均分子量为200～400万时，得到第一产物体系；在步骤S2中对第二聚合反应的产物体系进行监测，当第二聚合反应的产物体系的黏均分子量为500～800万时，得到低灰分超高分子量聚乙烯树脂。
[0012]进一步地，第二聚合反应过程中还加入了α
‑
烯烃；优选地，α
‑
烯烃选自丙烯、1
‑
丁烯、1
‑
戊烯、1
‑
己烯和1
‑
辛烯组成的组中的一种或多种。
[0013]进一步地，以占第一产物体系的体积百分含量计，α
‑
烯烃的用量不大于2％，更优选为不大于1％。
[0014]进一步地，第一聚合反应的温度为50～55℃，压力为0.3～0.5MPa；第二聚合反应的温度为75～85℃，压力为0.6～1.0MPa。
[0015]进一步地，第一聚合反应过程和第二聚合反应过程中均加入了溶剂。
[0016]进一步地，主催化剂为齐格勒纳塔催化剂，优选为Mg
‑
Ti体系的催化剂；助催化剂为烷基铝，优选为三乙基铝和/或三异丁基铝。
[0017]进一步地，低灰分超高分子量聚乙烯树脂的制备方法包括：将第二聚合反应的产物体系依次进行闪蒸和离心干燥。
[0018]应用本专利技术的技术方案，相比于现有的工艺仅包含一次聚合反应，本申请提供的上述制备方法包含连续的两次聚合反应，且仅在第一聚合反应中加入主催化剂和助催化剂，这能够大大提高催化剂的停留时间，充分发挥催化剂的催化效率，提高单位催化剂的聚合活性，因而整个过程能够减少催化剂和助催化剂的用量，相应地制得超高分子量聚乙烯树脂具有较低的灰分含量。同时通过将第一聚合反应过程和第二聚合反应过程反应温度、压力和聚合时间及各步骤中乙烯的用量限定在上述范围内，并在第二聚合反应过程中加入α
‑
烯烃，能够大大提高聚乙烯的分子量和韧性。综上所述，通过对现有工艺的改进，并结合对乙烯添加用量的调整，不仅获得了超高分子量和高韧性的聚乙烯纤维，还能够大大降低了灰分含量。
具体实施方式
[0019]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。
[0020]正如
技术介绍
所描述的，现有方法制得的低灰分超高分子量聚乙烯树脂存在灰分较高易造成的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种低灰分超高分子量聚乙烯树脂，低灰分超高分子量聚乙烯树脂中的灰分含量≤80ppm，黏均分子量为500～800万。
[0021]本申请提供的超高分子量聚乙烯具有组成均一，产品的黏均分子量高达500～800万、灰分低、金属杂质含量少等优点。因而采用其进行纺丝等应用时能够提高出丝的均一性，提高纺丝过程装置的使用寿命，并提高纺丝制品的强度和使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低灰分超高分子量聚乙烯树脂，其特征在于，所述低灰分超高分子量聚乙烯树脂中的灰分含量≤80ppm，黏均分子量为500～800万。2.根据权利要求1所述的低灰分超高分子量聚乙烯树脂，其特征在于，所述低灰分超高分子量聚乙烯树脂的粒径为100～350μm，堆积密度为0.40～0.50g/cm3。3.一种权利要求1或2所述的低灰分超高分子量聚乙烯树脂的制备方法，其特征在于，所述低灰分超高分子量聚乙烯树脂的制备方法包括：步骤S1，将乙烯分为两部分，在惰性气氛、主催化剂和助催化剂的存在下，使第一部分乙烯进行第一聚合反应，得到含第一聚合物的第一产物体系，所述第一聚合反应的温度为50～60℃，压力为0.3～0.6MPa，聚合时间为1～2h，步骤S1中乙烯的加入量占乙烯加入总量的20～50％；步骤S2，将所述第一产物体系与剩余的乙烯进行第二聚合反应，得到所述低灰分超高分子量聚乙烯树脂，第二聚合反应的温度为60～85℃，压力为0.6～1.0MPa，聚合时间为0.5～2h。4.根据权利要求3所述的低灰分超高分子量聚乙烯树脂的制备方法，其特征在于，所述低灰分超高分子量聚乙烯树脂的制备方法包括：在所述步骤S1中对所述第一聚合物的分子量进行监测，当所述第一聚合物的黏均分子量为200～400万时，得到所述第一产物体系；在所述步骤S2中对所述第二聚合反应的产物体系进行监测，当所述第二聚合反应的产物体系的黏均分子量为500～800万时，得到所述低灰分超高分子量聚乙烯树脂。5.根据权利要求3或4所述的低...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔月，王健，王永年，李振忠，王静江，黄荣福，齐峰，刘冬，王俊荣，吴伟，张欣，张利粉，米海田，郭洪元，于连荣，沈雪培，王立博，王大明，刘川，施洋，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：