一种适用于UHMWPE纤维生产过程中使用的白油溶剂及其制备方法与流程

本发明属于超高分子量聚乙烯纤维领域，尤其涉及适用于uhmwpe纤维生产过程中使用的白油溶剂及其制备方法。

背景技术：

目前，湿法纺丝一直是国内最常用的制备超高分子量聚乙烯纤维方法，湿法纺丝是将uhmwpe粉料溶于溶剂中制成极稀溶液，再通过高长径比的喷丝孔喷出细流，进入凝固浴形成纤维的化学纤维纺丝方法。这其中需要用的大量的溶剂，目前最多使用的溶剂就是工业白油，但目前各种型号的工业白油，均存在一些缺点，第一是所需加工温度过高，一般需要260-290℃，因为白油在溶解溶胀uhmwpe粉料的时候溶剂比较难渗透进大分子内部，导致溶解不够充分，所以需要高温强剪切作用提高其相容性，但是加工温度过高一方面加大的能耗，另一方面使原料包含uhmwpe粉料、白油、小料助剂以及一些有机颜料等产生高温降解作用，很大程度上降低了成品纤维的强度。第二是白油在循环使用几次后会出现明显的黄化。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适用于uhmwpe纤维生产过程中使用的白油溶剂及其制备方法，该白油溶剂支链程度低，添加复配型抗氧剂、成核剂制成和工业合成烷烃聚合物，可增加对聚乙烯溶解性，并耐黄化。

本发明具体技术方案如下：

一种适用于uhmwpe纤维生产过程中使用的白油溶剂，包括：c12-c31的长链烷烃、抗氧剂、硬脂酸锌和工业合成烷烃聚合物；

优选的，c12-c31的长链烷烃、抗氧剂、硬脂酸锌和工业合成烷烃聚合物的质量比为：70-90：0.1-2：0.1-1：7-29.8。

进一步的，所述c12-c31的长链烷烃分子量在100～300之间，其中正构烷烃占该c12-c31的长链烷烃的质量比85％以上，所述c12-c31的长链烷烃组分按质量百分比计为：c12-c15烷烃占比为13％-15％，c16-c20烷烃占比为25％-28％，c21-c25烷烃占比为30％-35％，c26-c31烷烃占比为22％-32％；

所述c12-c31的长链烷烃可按现有技术经石油提炼出来得到。

所述c12-c31的饱和链烷烃在40℃条件下运动粘度为51.4-80.2mm²/s，闪点大于220℃，倾点小于-26℃。

所述抗氧剂选自复配型抗氧剂，所述复配型抗氧包括主抗氧剂和辅抗氧剂；所述主抗氧剂和辅抗氧剂质量比为1-3:1；

优选的，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，所述辅抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂；

更有选的，所述复配型抗氧剂为b225型抗氧剂。

所述结核剂选自硬脂酸类，优选为硬脂酸镁或硬脂酸锌；更优选为硬脂酸锌。

成核剂增加塑化性能，降低uhmwpe在双螺杆挤出机中的粘度，使前纺加工更加低温化。

所述工业合成烷烃聚合物，其用红外光谱测定支化度不高于4.1，所述工业合成烷烃聚合物溶解度参数在15-17(cal/cm^3)^1/2之间，在40℃条件下运动粘度大于17mm²/s，闪点大于165℃，倾点大于-65℃。聚乙烯的溶解度参数约为16.1-16.5(j/cm^3)^1/2，因此加入工业合成长链烷烃有助于提高溶剂与uhmwpe的相容性。所述工业合成烷烃聚合物来自原油中的瓦斯气或天然气所分离出来的乙烯、丙烯，再经聚合、催化加氢等化学反应炼制成的长链烷烃，按照现有技术可制备得到。

进一步的，所述工业合成烷烃聚合物，为由聚α-烯烃合成的润滑基础油。

本发明提供的一种适用于uhmwpe纤维生产过程中使用的白油溶剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将配方量的c12-c31的长链烷烃置于溶剂釜中并开启搅拌；

2)将配方量抗氧剂和成核剂加入到乳化釜，加入20-30％配方量的工业合成烷烃聚合物，升温搅拌反应；

3)步骤2)处理后的混合油过筛后，与剩余配方量的工业合成烷烃聚合物一起加入到步骤1)处理后的溶剂釜中，搅拌，即得适用于uhmwpe纤维生产过程中使用的白油溶剂。

步骤1)中，所述溶剂釜使用前，溶剂釜升温至80℃，并保温0.5-1h；

步骤1)中所述搅拌是指以60-80r/min搅拌20-30min。

步骤2)中所述升温搅拌反应是指升温至60-65℃，保温15-30min后，开启主搅拌电机以60-80r/min，以及辅助高频搅拌电机以1000-1400r/min运转，搅拌时间20-30min。先升温粘度小，再搅拌，降低搅拌能耗，缩短搅拌时间，混合更均匀。

由于加入抗氧剂和成核剂需要过筛，滤去助剂中大颗粒杂质，如果一起加入到溶剂中，过滤量大，因此，本发明步骤2)先与部分工业合成烷烃聚合物混合，再过筛加入到c12-c31的长链烷烃中，既能保证减少过筛量，生产效率高，过筛成本低，又能保证充分均匀乳化。

步骤3)中所述过筛是指过500目筛网；

步骤3)中所述搅拌是指，开启辅助高频搅拌电机以1000r/min运转1.5-2h。

现有技术中，白油中长链烷烃存在的支链较多，支化度较高，在经过几次循环高温剪切和炼化工序后，易使其中键能较低的支链断裂，形成小分子链，再经多次循环高温作用更易碳化，从而使溶剂变黄，溶剂变黄也进一步使制成的纤维偏黄，影响纤维色系。

本发明中，添加复配型抗氧剂，减少因高温产生的降解作用；结合成核剂增加塑化性能，降低uhmwpe在双螺杆挤出机中的粘度，使前纺加工更加低温化。此外c12-c31的长链烷烃支化度小，进一步减弱了因支链引发的降解作用。本发明根据非极性溶剂相似相容原理，加入的工业合成烷烃聚合物溶解度参数在15-17(j/cm^3)^1/2之间，且聚乙烯的溶解度参数约为16.1-16.5(j/cm^3)^1/2，因此该本发明工业合成烷烃聚合物也有助于提高溶剂与uhmwpe的相容性。

与现有技术相比，本发明提供的白油溶剂能更好的与uhmwpe粉料相容，溶剂更能渗透进大分子内部，无需后续的高温强剪切工艺条件，从而降低了生产加工温度，此外，目前湿法使用的工业化溶剂，一般为白油，在经7次循环使用的过程中，易出现降解、碳化、黄化等问题，虽经过白土脱附，依然会表现出肉眼可见的溶液发黄现象，该发黄溶剂经plv-300全自动罗维朋比色计在常温下测定均偏黄偏红，偏黄达到4.0以上，偏红0.5以上。该溶剂通过复配的形式，经过实际生产使用，循环使用7次，经plv-300全自动罗维朋比色计在常温下测定，偏黄在1.6以内，偏红0.1以内。

附图说明

图1为白油循环使用示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

实施例1

一种适用于uhmwpe纤维生产过程中使用的白油溶剂的，其制备方法为：

步骤一：将溶剂釜升温至80℃，并保温0.5h；

步骤二：由电子计量罐定量称取经石油提炼出来的且不同碳数占比范围不同的c12-c15烷烃：96kg，c16-c20烷烃：160kg，c21-c25烷烃：192kg，c26-c31烷烃：192kg白油加入步骤一所述的溶剂釜中并开启搅拌，主搅拌电机以75r/min，此时无需开启辅助高频搅拌电机，搅拌25min，在40℃条件下运动粘度为51.4-80.2mm²/s，闪点大于220℃，倾点小于-26℃。分子量在100～300之间，其中正构烷烃占该c12-c31的长链烷烃的质量比85％以上；

步骤三：称取b225型抗氧剂4kg以及硬脂酸锌1.6kg加入到小型乳化釜，乳化釜中提前打入由聚α-烯烃合成的润滑基础油50kg并升温至65℃，保温20min，开启主搅拌电机以70r/min，以及辅助高频搅拌电机以1200r/min运转。

所述聚α-烯烃合成的润滑基础油，按照现有技术可得，解度参数为16.6(j/cm^3)^1/2；其在40℃条件下运动粘度大于17mm²/s，闪点大于165℃，倾点大于-65℃。

步骤四：待上述步骤二以及步骤三电机运行25min后，先将小型乳化釜中的混合油通过500目的筛网再和104.4kg由聚α-烯烃合成的润滑基础油一并打入步骤一所述的溶剂釜内，开启辅助高频搅拌电机以1000r/min运转2h后，即得适用于uhmwpe纤维生产过程中使用的白油溶剂。

对比例1

一种白油溶剂，为工业级68号白油

将实施例1和对比例1白油溶剂按照相同的工艺方法用于超高分子量聚乙烯纤维的纺丝，将两种溶剂按相同比例与同种uhmwpe原料混合，通过行业类所熟知的配料、溶胀、喂料、经螺杆高温剪切作用、熔体过滤器过滤、由喷丝板喷出再经冷却水槽的骤冷形成冻胶原丝。

取上述两种不同白油溶剂制备出的冻胶原丝各6组，每组质量在1-2kg，利用相同的第二溶剂也就是萃取剂d30碳氢清洗剂在相同的实验环境下进行萃取实验，均将各组冻胶丝在还未处理前称得质量为m1，再分别经过不同时间同一温度下由碳氢清洗剂d30洗涤萃取并由80℃烘箱烘1h后称得质量为m2，最后均在同一温度且长达30min的高频(59hz)超声环境下由碳氢清洗剂d30萃取，再通过80℃烘箱烘1h后所得的残余物为干丝(m0)。通过不同的萃取时间可以得到相应的残油率得到如下表1、表2所示。

表1实施例1白油溶剂萃取结果

表2对比例1白油溶剂萃取结果

由上述两组实验数据可知，各组不同时间段的本发明制备的白油残油率都要比工业级68号白油大，说明本专利制备的白油与uhmwpe相容性更好，更难萃取。

此外，本发明还记录了本次实验的前纺工艺参数，经对比发现相同工艺条件下，采用本发明制备的白油溶剂所得到的挤出机螺杆电流反馈值，以及螺杆压力反馈值都要比68号工业级白油小，这也说明了采用本发明制备的白油与uhmwpe相容性更好，解缠结更充分，在螺杆中剪切作用下降，电流反馈值偏小，混合溶体塑化性更好，螺杆反馈压力更小。

在其他条件不变的情况下，本专利制备的白油所需的塑化温度也要比68号工业级白油低。

另外，本发明将实施例和对比例1白油溶剂在相同条件下使用，对比理论1在经7次循环使用的过程中，易出现降解、碳化、黄化等问题，虽经过白土脱附，依然会表现出肉眼可见的溶液发黄现象，该发黄溶剂经plv-300全自动罗维朋比色计在常温下测定均偏黄偏红，偏黄达到4.0以上，偏红0.5以上。而实施例1白油溶剂循环使用7次，经plv-300全自动罗维朋比色计在常温下测定，偏黄在1.6以内，偏红0.1以内。