Спосіб отримання розчину НВМПЕ

Винахід відноситься до отримання розчинів надвисокомолекулярного полімерів (СВМПЕ), що застосовуються в гель-формуванні волокнисто-плівкових матеріалів. Технічним результатом винаходу є одночасне підвищення якості розчину СВМПЕ, збільшення концентрації розчину і скорочення часу технологічного процесу. Технічний результат досягається тим, що спосіб отримання розчину СВМПЕ здійснюють шляхом суспендування полімеру в розчиннику, створення нейтрального середовища, розчинення СВМПЕ при швидкості перемішування 100-200 об / хв протягом 6-15 хв, причому попередньо перед стадією суспендування готують розчинник, в якості якого використовують суміш рідкого парафіну з довжиною ланцюга C12 -C18 і твердого парафіну з довжиною ланцюга C24 -C40 при їх співвідношенні 10-90 / 90-10% мас. % Відповідно. 2 табл.

Винахід відноситься до області отримання розчинів надвисокомолекулярного полімерів, що застосовуються в гель-формуванні волокнисто-плівкових матеріалів. Розвиток технології отримання розчинів надвисокомолекулярного полімерів почалося в 70-і роки в зв'язку з розробкою науково-дослідним центром голландської фірми Dutch State Mines (DSM) основ процесу гельтехнологіі. Найбільш вживаним полімером є надвисокомолекулярний поліетилен (СВМПЕ) з молекулярною масою (мол.м.) понад 10 6. Як розчинники для СВМПЕ в основному застосовують ксилол, декалін, а також деякі нафтові фракції.

В рівні техніки відомі способи отримання прядильного розчину СВПМЕ для формування високоміцного високомодульного волокна, де в якості розчинника використовують фракцію гасу з tКИП 160 - 300 o C, яка піддається гидрированию в присутності Ni / W - каталізатора (см.JP 63-15838 (Гоа доро коге К. К.), 22.01.88, C 08 L 23/04, JP 63-15837 (Гоа доро коге К.К.) 22.01.8, C 08 L 23/04. Гасова фракція містить 65% парафіну, 25 % нафталіну і 10% ароматичних з'єднань. В процесі гідрування і фракційної перегонки збирають фракцію з tКИП 185 - 226 o C, що містить 68% нафтенових Углєв одородов, 21% изопарафинов і 11% інших складових, виключаючи толуол, ксилол, нафталін і дифеніл або 68% нафтенових вуглеводнів, 21% изопарафинов, 2% н-парафінів, 5% тетраліна і 4% ароматичних з'єднань. У цих розчинниках розчиняють СВМПЕ за 3 ч при 140 o C і перемішуванні, отримуючи 10% -ний гомогенний розчин, з якого формують волокно методом екструзії. Гель-волокна витягують в 30 разів, отримуючи волокна з міцністю 2,4 ГПа і початковим модулем 81,6 ГПа.

Недоліками способу є складність апаратурного оформлення і тривалість розчинення СВМПЕ в зазначених розчинниках. Крім того, температура розчинення СВМПЕ в зазначених розчинниках близька до температури їх кипіння, що негативно позначається на процесі розчинення, а саме потрібно вловлювати летючий розчинник і постійно додавати його в розчин полімеру, щоб зберегти постійної концентрацію розчину.

Найбільш близьким технічним рішенням до заявляється є спосіб безперервного приготування гомогенних розчинів високомолекулярних полімерів (см.EP 0183285 (STAM / CARBON B.V.), 04.06.86, кл. D 01 D 1/09).

За даним способу в рідкому парафіні при кімнатній температурі (25 o C) суспендується високомолекулярний поліетилен сорти H Fax 1900 (He c e) з мовляв. м. 2 10 6 с концентрацією 3 - 8мас. % Після суспендування полімеру проводиться деаерація і створюється нейтральне середовище струмом азоту. При безперервному перемішуванні суспензія подається в екструдер. Розчинення здійснюється при 120 - 200 o C при 35 - 300 об / хв за час 3 - 30 хв. Готовий прозорий розчин полімеру характеризується постійною однорідною структурою, вільної від твердих часток.

Отриманий розчин надходить на формування, охолоджується у воді, екстрагується діхлоретаном з подальшою одноступінчатої витяжкою при 120 o C з кратністю витяжки 67. Виходять волокна з міцністю 2,0 - 2,2 ГПа і модулем пружності 60 - 70 ГПа.

Недоліком цього способу є те, що розчинення закінчується і екструзія здійснюється при температурі 180-200 o C, що може привести до деструкції полімеру і, як наслідок цього, до зниження його молекулярної маси і підвищенню полідисперсності; це негативно відіб'ється на формуванні кристалічних молекулярних і надмолекулярних структур волокна або плівки, знизить ступінь витяжки і відповідно міцність виробу. СВМПЕ з мовляв. м. 2 10 6 характеризується досить високою полидисперсностью, що вимагає контролю якості одержуваного розчину, здійснити який при використанні екструдера представляється скрутним.

Технічним результатом винаходу є одночасне підвищення якості розчину СВМПЕ і збільшення концентрації розчину, скорочення часу технічного процесу.

Технічний результат досягається тим, що спосіб отримання розчину СВМПЕ здійснюється шляхом суспендування полімеру в розчиннику з концентрацією 3-8мас. %. створення середовища, розчинення СВМПЕ при швидкості перемішування 100-200 об / хв протягом 6-15 хв, причому попередньо перед стадією суспендування готують розчинник, в якості якого використовують суміш рідкого парафіну з довжиною ланцюга C12 - C18 і твердого парафіну з довжиною ланцюга C24 - C40 при їх співвідношенні 10-90 o C 90-10мас. % Відповідно.

Істотною відмінністю винаходу є те, що в якості розчинника використовують суміш рідкого парафіну з довжиною ланцюга C12 - C18 і твердого парафіну з довжиною ланцюга C24 - C40 при їх співвідношенні 10-90 o C 90-10мас. % Відповідно.

Використання в якості розчинника суміші зазначених парафінів в заявляється співвідношенні дозволяє отримувати розчини СВМПЕ при нижчій температурі розчину (150 o C) в порівнянні з прототипом (200 o C) (відображено в табл.1, в прикладах 1-13), що дозволяє знизити деструкцію полімеру, зберегти його структуру і молекулярну масу, і отже, підвищити однорідність розчину, що характеризується стабільністю значень в'язкості (що підтверджується статистичними значеннями в'язкості розчинів концентрацією 5 і 10 мас.% в табл. 2), тобто підвищити якість розчину і його концентрацію до 10 мас.%. а це в свою чергу підвищує витяжки формується з цього розчину гель-нитки і міцності готового волокна. Крім того, за рахунок зниження кінцевої температури розчину скорочується час технічного процесу.

Приклади 14 і 15 табл. 1 говорять про неможливість підвищення ступеня витяжки волокон, отриманих з розчину СВМПЕ в одному рідкому або твердому парафіні в порівнянні з прототипом, що підтверджує більш низьку якість розчину полімеру.

Приклад 16 таблиці 1 підтверджує неможливість отримання розчину СВМПЕ з концентрацією вище 8мас. %. при використанні в якості розчинника одного рідкого парафіну зважаючи на утворення нерозчинних частинок (Геліка).

Здійснення способу отримання розчину СВМПЕ шляхом розчинення полімеру в суміші зазначених парафінів в заявляється співвідношенні дає досягається технічний результат.

Приклад 1. Спосіб отримання розчину СВМПЕ здійснюється наступним чином.

Розчинник для СВМПЕ готують з парафіну (ТУ 38.101856 - 84) з довжиною ланцюга C12 - C18. який є рідким при кімнатній температурі (25 o C), парафіну (ТУ 6-09-3637-87) з довжиною ланцюга C24 - C40. який є твердим при кімнатній температурі, змішуючи їх при співвідношенні 50. 50мас. % Відповідно в обігрівається апараті з трилопатевої мішалкою при 150 об / хв і температурі 140 o C протягом 3 хв (див. Васильцов Е.А. та ін. Апарати для перемішування рідких середовищ. Довідковий посібник. - Л. Машинобудування, 1979, с . 272).

В отриманий розчинник при 140 o C і безперервному перемішуванні завантажується СВМПЕ (ТУ 6-05-1896-80) з мовляв. м. 2 10 6 с концентрацією 5мас. % І відбувається процес суспендування протягом 1 хв. Після завантаження полімеру проводиться деаерація і створюється нейтральне середовище струмом азоту. Розчинення здійснюється при збільшенні температури до 150 o C за час 9 хв при постійному перемішуванні. Готовий прозорий розчин СВМПЕ має в'язкість 45,3 Па с і характеризується однорідною структурою, вільної від твердих часток і Геліка.

З отриманого розчину з зазначеними характеристиками надалі за способом гель-формувань з подальшою екстракцією і витяжкою можуть бути отримані волокна з показниками по міцності (2,7 ГПа) і модулю пружності (100 ГПа) більш високого ступеня орієнтації (102 проти 67 по прототипу) .

Приклад 2. Спосіб отримання розчину СВМПЕ здійснюється наступним чином. Розчинник для СВМПЕ готують з парафіну (ТУ 38. 101856-84) з довжиною ланцюга C12 - C18. який є рідким при кімнатній температурі (25 o C), і парафіну (ТУ 6-09-3637-87) з довжиною ланцюга C24 - C40. який є твердим при кімнатній температурі, змішуючи їх при співвідношенні 50. 50мас. % Відповідно в обігрівається апараті з трилопатевої мішалкою при 150 об / хв і температурі 80 o C протягом 3 хв. В отриманому розчиннику при 80 o C і безперервному перемішуванні суспендується СВМПЕ (ТУ 6-05-1896-80) з мовляв. м. 2 10 6 с концентрацією 5мас. % Протягом 3 хв. Після суспендування полімеру проводиться деаерація і створюється нейтральне середовище струмом азоту. При безперервному перемішуванні суспензія подається в одношнековий екструдер (див. Завгородній В.К. та ін. Устаткування підприємств по переробці пластмас. Л. Хімія, 1972, с. 464).

Розчинення здійснюється при збільшенні температури від 120 до 150 o C при 150 об / хв за час 10 хв. Готовий прозорий розчин СВМПЕ має в'язкість 45,25 Па с і характеризується однорідною структурою, вільної від твердих часток і Геліка.

З отриманого розчину з зазначеними характеристиками надалі за способом гель-формувань з подальшою екстракцією і витяжкою можуть бути отримані волокна з показниками по міцності (2,7 ГПа) і модулю пружності (100 ГПа) вищими ніж в прототипі (2,2 і 70 ГПа відповідно) за рахунок більш високого ступеня орієнтації (102 проти 67 по прототипу).

Визначення в'язкості розчинів СВМПЕ проводилося на вискозиметре "полімер РПЕ-1М" відповідно до технічним описом та інструкцією по експлуатації 5І2.842.021 ТО.

Визначення міцності волокон здійснювалося по ГОСТ 5079-77 Міжнародний стандарт. Текстильні матеріали. Волокна хімічні. Визначення розривного навантаження і подовження окремих волокон. ІСО 5079-77 (Е). Гр. МО9.

Істотність відмінностей винаходу підтверджується експериментальними даними, наведеними в таблицях 1 і 2.

Спосіб отримання розчину НВМПЕ, що включає суспендування полімеру в розчиннику з концентрацією 3 - 8 мас.%, Створення нейтрального середовища, розчинення НВМПЕ при швидкості перемішування 100 - 200 об / хв протягом 6 - 15, який відрізняється тим, що попередньо перед стадією суспендування готують розчинник, в якості якого використовують суміш рідкого парафіну з довжиною ланцюга C12 - C18 і твердого парафіну з довжиною ланцюга C24 - C40 при їх співвідношенні 10 - 90 o C 90 - 10 мас.% відповідно.