混合溶剂油中125~155℃馏分作为制备高强度聚乙烯纤维萃取剂的应用及其提取方法

摘要

混合溶剂油中125~155℃馏分作为制备高强度聚乙烯纤维萃取剂的应用及其提取方法。通过连续侧线出料精馏从120~200℃混合溶剂中提取125~155℃馏分，作为高强度聚乙烯纤维制备的萃取剂，同时得到120#和200#超纯溶剂油，高强度聚乙烯纤维制备的萃取剂中含2.2.5‑三甲基己烷、正辛烷、乙基环己烷、四甲基戊烷、3.3‑二乙基戊烷及壬烷量为95.3%，收率为51.3%。本发明应用于高强度聚乙烯纤维湿法纺丝工艺，石蜡油含量下降为1‰，萃取时间长缩短为5分钟，并丝现象下降为0.3~0.4‰，高强度聚乙烯纤维的强度由31N/tex提高到33N/tex，是聚乙烯纤维湿法纺丝工艺的有效萃取剂。

说明书

技术领域

本发明涉及一种旧物质的新用途，即混合溶剂油中125～155℃馏分作为制备高强度聚乙烯纤维萃取剂的应用；本发明还涉及这种混合溶剂油中125～155℃馏分的提取方法。换言之，本发明具体涉及一种侧线出料精馏法从混合溶剂油中提取制备高强度聚乙烯纤维萃取剂的方法及工艺，以及这种125～155℃馏分作为制备高强度聚乙烯纤维萃取剂的应用。

技术背景

通常将平均分子量超过170万的聚乙烯称之为高超高分子量聚乙烯，又称为高强度聚乙烯材料(简称：UHMW-PE纤维)，由于高强度聚乙烯纤维具有众多的优异特性，在海上油田的系泊绳、高性能轻质复合材料等方面均显示巨大的优势，在航空航天、海域防御装备等领域发挥着举足轻重的作用。

世界年需求高强度聚乙烯纤维量约5万吨，其中美国占70％。但全世界产量不足9000吨，未来10年内每年超高分子量聚乙烯纤维的市场年需求量将10万吨以上。由于该纤维的耐冲击性能好，比能量吸收大，在军事上可以制成防护衣料、头盔、防弹材料，如直升飞机、坦克和舰船的装甲防护板、雷达的防护外壳罩、导弹罩、防弹衣、防刺衣及盾牌等；该纤维制成的绳索、缆绳、船帆和渔具适用于海洋工程，该纤维制成的绳索，在自重下的断裂长度是钢绳的8倍，是芳纶的2倍，解决了以往使用钢缆遇到的锈蚀和尼龙、聚酯缆绳遇到的腐蚀、水解、紫外降解等引起缆绳强度降低和断裂等问题；该纤维增强复合材料用于牙托材料、医用移植物及整形缝合等方面，它的生物相容性和耐久性都较好，并具有高的稳定性，不会引起过敏；该纤维及其复合材料可用作耐压容器、传送带、过滤材料、汽车缓冲板等；用作墙体、隔板结构等，用它作为增强水泥复合材料可以改善水泥的韧度，提高其抗冲击性能。UHMW-PE纤维的生产采用凝胶纺丝(又称冻胶纺丝)方法进行，现有的生产工艺可以分为两大类。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，两者的区别主要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，省去了其后的萃取工段；Honeywell采用石蜡油溶剂，后续需进行萃取，采用萃取剂将石蜡油萃取出来，Honeywell等公司采用的石蜡油，一般为沸点高于350℃的烃类混合物。目前，中国生产厂家大多数采用石蜡油为溶剂的湿法纺丝工艺，采用的萃取剂有氟氯烃、溶剂汽油、甲苯、二甲苯、二氯甲烷及二氯乙烷等，氟氯烃低毒、不燃、萃取效率高，但是其使用受到保护臭氧层等国际公约的限制，于是一般采用溶剂汽油、甲苯、二甲苯、二氯甲烷及二氯乙烷等，石蜡油含量为3‰左右，导致萃取萃取时间长达7分钟、并丝现象达0.9～1.1‰。因此，寻找高效、低毒、安全的萃取剂是UHMWPE纤维生产工艺开发的重要内容。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种新的高强度聚乙烯纤维萃取剂：混合溶剂油中125～155℃馏分作为制备高强度聚乙烯纤维萃取剂的应用。本发明还提供这种混合溶剂油中125～155℃馏分的提取方法，具体为一种侧线出料精馏法从混合溶剂油中提取制备高强度聚乙烯纤维萃取剂的方法及工艺。

完成本申请发明任务的技术方案是：混合溶剂油中125～155℃馏分作为制备高强度聚乙烯纤维萃取剂的应用。

所述的混合溶剂油中125～155℃馏分中的组分为：2.2.5-三甲基己烷、正辛烷、乙基环己烷、四甲基戊烷、3.3-二乙基戊烷及壬烷。

所述的混合溶剂油中125～155℃馏分中，2.2.5-三甲基己烷、正辛烷、乙基环己烷、四甲基戊烷、3.3-二乙基戊烷及壬烷的含量为95.3％。

完成本申请第二个发明任务的技术方案是，一种侧线出料精馏法提取制备高强度聚乙烯纤维萃取剂的方法，其特征在于，步骤如下：

(1).将原料120～200℃混合溶剂，打入侧线精馏塔T101釜中；

(2).当液位达到T101釜的1/3时，打开塔顶和侧线冷凝器的冷却水，开始加热；

(3).当侧线出料精馏塔塔顶、塔底温度稳定，控制塔顶回流比为3：1左右，开始出料；顶温为107.1～108.5℃，侧线出料口温度为136.8～138.2℃、塔底温度为154.1～156.5℃；

(4).分离后，塔顶得到120#溶剂油；塔底得到200#超纯溶剂油；侧线出料得到125～155℃馏分，即制备高强度聚乙烯纤维萃取剂。

优化方案中增加以下步骤：

(5).结束时，先关闭蒸汽加热，然后关闭冷却水。

所述120#溶剂油中有效成分正庚烷、甲基环己烷、二甲基己烷、三甲基戊烷及甲基庚烷有效成分含量达到58.6％、收率达到90.3％；塔底200#超纯溶剂油中有效成分四甲基戊烷、二乙基戊烷、壬烷、正丙基环己烷及正十烷的含量达到99.5％、收率达到61.5％；侧线出料高强度聚乙烯纤维制备的萃取剂中含2.2.5-三甲基己烷、正辛烷、乙基环己烷、四甲基戊烷、3.3-二乙基戊烷及壬烷量为95.3％，收率为51.3％。

本发明通过连续侧线出料精馏从120～200℃混合溶剂中提取125～155℃馏分，即高强度聚乙烯纤维制备的萃取剂，同时得到120#和200#超纯溶剂油。通过连续侧线出料精馏有效提高了高强度聚乙烯纤维萃取剂和200#溶剂油的纯度。

本发明的优点：通过连续侧线出料精馏有效提高了高强度聚乙烯纤维萃取剂和200#溶剂油的纯度，高强度聚乙烯纤维萃取剂应用于湿法纺丝工艺，是聚乙烯纤维湿法纺丝工艺的有效萃取剂。石蜡油含量由3‰左右下降为1‰左右，萃取时间长由7分钟缩短为5分钟，并丝现象由0.9～1.1‰下降为0.3～0.4‰，强度聚乙烯纤维的强度由31N/tex提高到32N/tex。是聚乙烯纤维湿法纺丝工艺的有效萃取剂。

本发明的艺流程见图1所示。采用表1所示条件和表2原料，可得到表3所示结果，通过连续侧线出料精馏，控制侧线精馏塔塔顶、侧线、塔底温度及回流比，可显著提高高强度聚乙烯纤维萃取剂和200#溶剂油的纯度，同时得到120#溶剂油。侧线出料高强度聚乙烯纤维制备的萃取剂中含2.2.5-三甲基己烷、正辛烷、乙基环己烷、四甲基戊烷、3.3-二乙基戊烷及壬烷量为95.3％，收率为51.3％；塔底200#超纯溶剂油中有效成分四甲基戊烷、二乙基戊烷、壬烷、正丙基环己烷及正十烷的含量达到99.5％、收率达到61.5％；塔顶120#溶剂油中有效成分正庚烷、甲基环己烷、二甲基己烷、三甲基戊烷及甲基庚烷有效成分含量达到58.6％、收率达到90.3％。高强度聚乙烯纤维萃取剂应用于高强度聚乙烯纤维湿法纺丝生产工艺，石蜡油含量由3‰左右下降为1‰左右，萃取萃取时间长由7分钟缩短为5分钟，并丝现象由0.9～1.1‰下降为0.3～0.4‰，强度聚乙烯纤维的强度由31N/tex提高到32N/tex。

表1侧线出料精馏分离条件

表2所用原料组成及含量

表3制备萃取剂、200#溶剂及120#溶剂油结果

附图说明

图1为本发明连续侧线出料制备高强度聚乙烯纤维萃取剂的方法和工艺。1为侧线出料精馏塔，2为冷凝器，3为回流罐，4为再沸器。

具体实施方式:

实施例，采用图1所示工艺提取制备高强度聚乙烯纤维萃取剂、超纯200#溶剂油和120#溶剂油。具体步骤如下：

(1).将原料打入侧线精馏塔T101釜中；

(2).当液位达到1/3时，打开塔顶和侧线冷凝器的冷却水，开始加热；

(3).当侧线出料精馏塔塔顶、底温度稳定，控制塔顶回流比为3：1左右，开始出料，顶温为107.1～108.5℃，侧线出料口温度为136.8～138.2℃、底温为154.1～156.5℃；

(4).分离后，塔顶120#溶剂油中有效成分正庚烷、甲基环己烷、二甲基己烷、三甲基戊烷及甲基庚烷有效成分含量达到58.6％、收率达到90.3％；塔底200#超纯溶剂油中有效成分四甲基戊烷、二乙基戊烷、壬烷、正丙基环己烷及正十烷的含量达到99.5％、收率达到61.5％；侧线出料高强度聚乙烯纤维制备的萃取剂中含2.2.5-三甲基己烷、正辛烷、乙基环己烷、四甲基戊烷、3.3-二乙基戊烷及壬烷量为95.3％，收率为51.3％；(5).结束时，先关闭蒸汽加热，然后关闭冷却水。