本發(fā)明涉及高性能纖維領(lǐng)域，具體地，涉及一種超高分子量聚乙烯單絲的多段蒸發(fā)式制造方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、超高分子量聚乙烯因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單，組成為單一的c元素和h元素而具有良好的生物相容性，是植入級(jí)醫(yī)療器械的重要醫(yī)學(xué)材料，通常用作構(gòu)建制品或纖維編織線。超高分子量聚乙烯樹脂因分子量高，需要經(jīng)過溶劑溶解紡絲才能形成纖維，但是溶劑的殘留通常會(huì)影響材質(zhì)本身的純凈度。例如十氫萘溶劑因其良好的溶解特性，會(huì)溶解細(xì)胞壁而使得細(xì)胞毒性檢測失效，因此極低的溶劑殘留是保證超高分子分子量聚乙烯纖維能夠在醫(yī)療器械中應(yīng)用的關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、現(xiàn)有超高分子量聚乙烯纖維紡絲技術(shù)通常凝膠紡絲方法，采用一段蒸發(fā)除去溶劑，這種方法難以做到溶劑殘留≤100ppm。本發(fā)明紡絲工藝采用不同于常規(guī)超高分子量聚乙烯纖維的凝膠紡絲法，而是采用干態(tài)凝固法，紡絲成型無冷卻凝膠過程，不形成凝膠態(tài)初生原絲，直接進(jìn)入閃固階段，形成干態(tài)初生原絲，然后通過多段蒸發(fā)達(dá)到溶劑殘留極低的水平，保證產(chǎn)品的潔凈性。
2、具體而言，本發(fā)明涉及以下方面的內(nèi)容。
3、1.一種超高分子量聚乙烯單絲的制造方法，包括以下步驟：
4、1)將超高分子量聚乙烯和溶劑混合，制成紡絲液，
5、2)將所述紡絲液擠出通過設(shè)置有至少一個(gè)(比如30-200個(gè))噴絲孔的噴絲板而形成紡絲細(xì)流，
6、3)使所述紡絲細(xì)流在比所述溶劑的沸點(diǎn)高(優(yōu)選比所述溶劑的沸點(diǎn)高0.1-5℃或0.5-2℃)的第一環(huán)境溫度下進(jìn)行拉伸(初始拉伸)，從所述紡絲細(xì)流中除去一部分所述溶劑直至所述溶劑在所述紡絲細(xì)流中的含量為20000ppm以下(優(yōu)選10000ppm以下或1000ppm以下，但是在100ppm以上或500ppm以上)，獲得干態(tài)原絲，
7、4)在存在拉伸或不存在拉伸的情況下，在比所述第一環(huán)境溫度低(比如低10-150℃，優(yōu)選低50-100℃)的第二環(huán)境溫度下，從所述干態(tài)原絲中基本上完全除去所述溶劑(比如直至所述溶劑在所述干態(tài)原絲中的含量為10ppm以下、1ppm以下)，獲得所述超高分子量聚乙烯單絲(初生單絲)。
8、2.前述或后述任一方面所述的制造方法，其中在步驟1)中，相對(duì)于所述超高分子量聚乙烯100重量份，所述溶劑的用量為至多2000重量份(優(yōu)選1000-1500重量份)。
9、3.前述或后述任一方面所述的制造方法，其中在步驟1)中，所述溶劑選自白油、礦物油、萘、十氫萘、四氫萘、煤油、二甲苯、甲苯、石油餾分、鹵代烴、環(huán)烷烴、環(huán)烯烴中的至少一種，優(yōu)選十氫萘。
10、4.前述或后述任一方面所述的制造方法，其中在步驟1)中，所述超高分子量聚乙烯的黏均分子量為100萬至900萬(優(yōu)選300萬-700萬)。
11、5.前述或后述任一方面所述的制造方法，其中在步驟2)中，擠出溫度為150-220℃(優(yōu)選170-180℃)，擠出速度為2-20m/min(3-5m/min)，和/或，所述噴絲孔的橫截面的圓等效直徑為0.1-3mm(優(yōu)選0.5-1.5mm)，和/或，在設(shè)置多個(gè)時(shí)，所述多個(gè)噴絲孔在所述噴絲板上呈現(xiàn)環(huán)形分布。
12、6.前述或后述任一方面所述的制造方法，其中所述紡絲細(xì)流在離開所述噴絲板之后，立即進(jìn)行所述步驟3)。
13、7.前述或后述任一方面所述的制造方法，其中在步驟3)中，所述初始拉伸使得所述紡絲細(xì)流的截面收縮率為10-106(優(yōu)選100-1000)，和/或，所述初始拉伸的拉伸倍率為1-15(優(yōu)選6-8)，和/或，所述第一環(huán)境溫度為≤250℃(優(yōu)選190-200℃)，和/或，所述第二環(huán)境溫度為30-150℃(優(yōu)選50-120℃)。
14、8.前述或后述任一方面所述的制造方法，其中在步驟3)中，從所述紡絲細(xì)流的一側(cè)、兩側(cè)、或者環(huán)繞方式向所述紡絲細(xì)流提供吹掃風(fēng)，優(yōu)選以連續(xù)或均勻間隔的方式環(huán)繞所述紡絲細(xì)流提供所述吹掃風(fēng)。
15、9.前述或后述任一方面所述的制造方法，其中在步驟3)中，操作條件包括：所述吹掃風(fēng)的溫度為≥140℃(優(yōu)選145-160℃)，所述吹掃風(fēng)的(總體)流量為80-500nm3(優(yōu)選100-300nm3)。
16、10.前述或后述任一方面所述的制造方法，還包括附加步驟：在步驟3)結(jié)束之后在步驟4)開始之前，將所述干態(tài)原絲在一個(gè)或多個(gè)階段(比如1-8或2-5個(gè)階段)中在比所述干態(tài)原絲的熔點(diǎn)低1-120℃(優(yōu)選低30-50℃)的溫度下進(jìn)行冷卻。
17、11.前述或后述任一方面所述的制造方法，其中在所述附加步驟中，存在拉伸或不存在拉伸；如果存在拉伸，拉伸倍率為1-15(優(yōu)選5-12)。
18、12.前述或后述任一方面所述的制造方法，其中在步驟4)中，操作條件包括：所述干態(tài)原絲不收卷，停留時(shí)間為1-120min(優(yōu)選10-20min)，拉伸倍率為1-10(優(yōu)選3-8)。
19、13.前述或后述任一方面所述的制造方法，其中在步驟4)結(jié)束之后，將所述初生單絲在一個(gè)或多個(gè)階段(比如1-8或2-5個(gè)階段)中進(jìn)行拉伸(稱為后拉伸)。
20、14.前述或后述任一方面所述的制造方法，其中所述后拉伸的操作條件包括：拉伸溫度為90-160℃(優(yōu)選130-150℃)，(總體)拉伸倍率為2-200(優(yōu)選10-30)。
21、15.一種超高分子量聚乙烯單絲，由前述或后述任一方面所述的制造方法獲得，其紡絲溶劑含量為20000ppm以下(優(yōu)選10000ppm以下，更優(yōu)選100ppm以下、10ppm以下、1ppm以下或無檢出)。
22、16.前述或后述任一方面所述的超高分子量聚乙烯單絲，其單絲纖度為0.5-5dtex(優(yōu)選0.6-2.5dtex)，纖維強(qiáng)度為≥28cn/dtex(優(yōu)選30-40cn/dtex)。
23、17.一種纖維制品(優(yōu)選醫(yī)療產(chǎn)品比如醫(yī)用縫合線)，包括前述或后述任一方面所述的超高分子量聚乙烯單絲或者由前述或后述任一方面所述的超高分子量聚乙烯單絲制成。
1.一種超高分子量聚乙烯單絲的制造方法，包括以下步驟：
2.權(quán)利要求1所述的制造方法，其中在步驟2)中，擠出溫度為150-220℃(優(yōu)選170-180℃)，擠出速度為2-20m/min(3-5m/min)，和/或，所述噴絲孔的橫截面的圓等效直徑為0.1-3mm(優(yōu)選0.5-1.5mm)，和/或，在設(shè)置多個(gè)時(shí)，所述多個(gè)噴絲孔在所述噴絲板上呈現(xiàn)環(huán)形分布。
3.權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述紡絲細(xì)流在離開所述噴絲板之后，立即進(jìn)行所述步驟3)。
4.權(quán)利要求1所述的制造方法，其中在步驟3)中，所述初始拉伸使得所述紡絲細(xì)流的截面收縮率為10-106(優(yōu)選100-1000)，和/或，所述初始拉伸的拉伸倍率為1-15(優(yōu)選6-8)，和/或，所述第一環(huán)境溫度為≤250℃(優(yōu)選190-200℃)，和/或，所述第二環(huán)境溫度為30-150℃(優(yōu)選50-120℃)。
5.權(quán)利要求1所述的制造方法，其中在步驟3)中，從所述紡絲細(xì)流的一側(cè)、兩側(cè)、或者環(huán)繞方式向所述紡絲細(xì)流提供吹掃風(fēng)，優(yōu)選以連續(xù)或均勻間隔的方式環(huán)繞所述紡絲細(xì)流提供所述吹掃風(fēng)。
6.權(quán)利要求5所述的制造方法，其中所述吹掃風(fēng)的溫度為≥140℃(優(yōu)選145-160℃)，所述吹掃風(fēng)的(總體)流量為80-500nm3(優(yōu)選100-300nm3)。
7.權(quán)利要求1所述的制造方法，還包括附加步驟：在步驟3)結(jié)束之后在步驟4)開始之前，將所述干態(tài)原絲在一個(gè)或多個(gè)階段(比如1-8或2-5個(gè)階段)中在比所述干態(tài)原絲的熔點(diǎn)低1-120℃(優(yōu)選低30-50℃)的溫度下進(jìn)行冷卻。
8.權(quán)利要求7所述的制造方法，其中在所述附加步驟中，存在拉伸或不存在拉伸；如果存在拉伸，拉伸倍率為1-15(優(yōu)選5-12)。
9.權(quán)利要求1所述的制造方法，其中在步驟4)中，操作條件包括：所述干態(tài)原絲不收卷，停留時(shí)間為1-120min(優(yōu)選10-20min)，拉伸倍率為1-10(優(yōu)選3-8)。
10.一種超高分子量聚乙烯單絲，由權(quán)利要求1所述的制造方法獲得，其紡絲溶劑含量為20000ppm以下(優(yōu)選10000ppm以下，更優(yōu)選100ppm以下、10ppm以下、1ppm以下或無檢出)。
11.一種纖維制品(優(yōu)選醫(yī)療產(chǎn)品比如醫(yī)用縫合線)，包括權(quán)利要求10所述的超高分子量聚乙烯單絲或者由權(quán)利要求10所述的超高分子量聚乙烯單絲制成。