[发明专利]一种纤维用超高分子量聚乙烯树脂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯树脂及其制备方法，利用本发明制造的超高分子量聚乙烯树脂可用于纤维行业。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维是20世纪90年代初出现的第三代高性能纤维。它的相对分子质量在100万以上，分子形状为线性伸直链结构，取向度接近100%，具有良好的机械性能和优异的综合性能，应用潜力巨大。超高分子量聚乙烯纤维具有军、民两用的特点，广泛应用于防弹制品、防爆装置、高强度缆绳和体育器材等方面。

目前，超高分子量聚乙烯树脂的制备方法主要是采用Ziegler低压淤浆法，即以β-TiCl₃/Al（C₂H₅）₂Cl或TiCl₄/Al（C₂H₅）₂Cl为主催化剂，三乙基铝为助催化剂，60-120℃饱和烃为分散介质，乙烯于一定温度和压力条件下聚合，制得不同分子量的产品。

CN1033703提供了一种可调节分子量的超高分子量聚乙烯的制备方法。该专利采用Mgcl2和Zncl2复合载体载钛催化剂，在65-85℃下制备得到了分子量在60-610万之间可调、粒径分布良好的超高分子量聚乙烯树脂，该发明通过调节Zn/Ti摩尔比来调控产物分子量。该技术所用催化剂是一种复合载体催化剂，聚合所得树脂非针对纤维用途，树脂颗粒不具有多孔和“沟回”状结构。

CN99809336提供一种用含有特性粘数［η］为5dl/g以上，且其重均分子量和数均分子量的比（Mw／Mn）在4以下聚乙烯类高分子量聚合物（A）99～50重量份、和特性粘数至少为A的1.2倍的超高分子量聚合物（B）1～50重量份的混合物的5～80％溶剂溶液，对纤维进行纺丝及拉伸的方法，可以高效生产具有纤维特性粘数［η］为5dl/g以上，强度在20g/d以上，弹性模量在500g/d以上。该专利采用的是两种不同特性黏数的乙烯聚合物，用其共混物制备纤维的过程中难以得到均匀的、性能稳定的纤维，其力学性能也低于超高分子量聚乙烯纤维。

EP277750提供的超高纤维制备过程中采用的超高分子量聚乙烯树脂特性粘数［η］为5-30dl/g,粒径在1-300μm之间。JP2007297763提出一种高强度聚乙烯纤维生产方法，采用的高分子量聚乙烯树脂的特性黏数大于8dl/g。CN101421444提供了一种难以用以往凝胶纺丝方法得到的高强度聚乙烯纤维的纺丝方法，该发明采用的高分子量聚乙烯树脂的特性黏数大于8dl/g，在纺丝聚合物原液配置时添加了树脂不溶解的己醇非溶剂，采用十氢萘与不良溶剂以及己醇非溶剂混合物作为溶剂对聚合物进行溶胀溶解，并经纺丝得到了高强度的纤维。目前纤维纺丝生产多采用特性黏数较低，即分子量较低的超高分子量聚乙烯树脂，这样会明显降低最终纤维制品的力学性能。

目前超高分子量聚乙烯纤维的生产主要采用凝胶纺丝工艺，该工艺需要在熔体纺丝和拉伸之前采用特定溶剂溶解，以完全或部分使超高分子量聚乙烯分子链解缠结，形成均匀溶液。所以超高分子量聚乙烯颗粒在溶剂中的溶解性至关重要，它很大程度决定了纤维的生产效率和产品性能。

虽然近年来对超高分子量聚乙烯纤维纺丝技术的研究和报道十分活跃，但是主要集中在纺丝工艺的改进，利用超高分子量聚乙烯中加入特定的助剂，或者与其他聚合物共混使用等手段来改善超高分子量聚乙烯的加工性能和纤维制品的性能。未见直接从催化剂研制入手，设计出适合纤维纺丝用的超高分子量聚乙烯树脂。本发明就是在催化剂制备过程中运用独特的超声波强化技术，所得催化剂可以用于超高分子量聚乙烯的聚合，聚合所得树脂具有独特的性能结构，有利纤维产品的生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维用超高分子量聚乙烯树脂及其制备方法，解决了目前超高分子量聚乙烯纤维纺丝过程中树脂难溶解，纤维性能不稳定，强度低等缺陷。

本发明涉及的纤维用超高分子量聚乙烯树脂，该树脂粘均分子量为200～700万，体积平均粒径介于100～350μm之间，粒径分布度1.0~2.1，拉伸断裂应力30~60MPa，树脂堆密度为0.10～0.50g/cm³。