CN101137777A - 带有挥发性纺丝溶剂回收和循环的超高分子量聚（α-烯烃）的溶液纺丝 - Google Patents

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Abstract

一种带有溶剂回收和循环的由在挥发性纺丝溶剂中的溶液纺高分子量聚(α－烯烃)长丝，特别是超过分子量聚乙烯长丝的方法。

Description

带有挥发性纺丝溶剂回收和循环的超高分子量聚（α-烯烃）的溶液纺丝
背景技术
1.技术领域
本发明涉及带有溶剂回收和循环的由挥发性溶剂中的溶液纺高分子量聚(α-烯烃)(UHMW PO)长丝的方法。更具体地说，本发明涉及带有溶剂回收和循环的由挥发性溶剂中的溶液纺高分子量聚乙烯均聚物或共聚物长丝的方法。
2.相关技术描述
高强度、高模量聚乙烯和聚丙烯长丝一向由超高分子量聚合物通过溶液纺丝和牵伸来制备。此类长丝已证明对，特别是，防弹保护、防刺穿和防切割用途的复合物、绳索和网状物极其有用。有关高强度聚乙烯长丝的溶液纺丝首次由P.Smith，P.J.Lemstra，B.Kalb和A.J.Pennings发表在Poly.Bull.，1,731(1979)中。单丝由2wt％在130℃、十氢化萘中的溶液纺丝，骤冷至凝胶状态，随后在热空气炉内、100～140℃下蒸发出十氢化萘的同时进行牵伸。
在自从其首次发表以来的几十年里，已研发出2种主要的溶液纺丝方法，二者的区别部分地在于，纺丝溶剂在纺丝温度下呈挥发性或非挥发性。在一种溶液纺丝方法中，在高温下、一种在纺丝温度基本上不挥发的诸如重矿物油之类的第一溶剂中制备超高分子量聚乙烯(UHMWPE)溶液。该聚合物溶液经纺丝和骤冷转变为凝胶状态，其间纺丝溶剂基本上不挥发。该非挥发性纺丝溶剂通过用正常沸点小于100℃的第二溶剂如三氯三氟乙烷进行萃取而被从凝胶纤维中去除。包含第二溶剂的凝胶长丝经干燥而制成干凝胶长丝。长丝的牵伸发生在含第一溶剂的凝胶状态、在含第二溶剂的凝胶状态以及在干凝胶长丝状态。该基本方法的各种变换方案描述在，例如，USP4,413,110；4,455,273；4,536,536；4,551,296；4,584,347；4,663,101；5,736,244；5,972,498；和6,448,359 B1。
在该方法中，非挥发性纺丝溶剂和低沸点第二溶剂都进行回收和循环，例如，通过顺序的槽洗或逆流流动。离开萃取装置的是混合的溶剂物流和凝胶长丝。离开萃取装置的凝胶长丝由被第二溶剂溶胀的UHMWPE组成。
含有低沸点第二溶剂的凝胶长丝被送入到一个或多个干燥室内，在其中，第二溶剂蒸发到空气或惰性气体物流中。离开干燥室后，含有第二溶剂的气体物流被送入到溶剂回收装置，例如，化学吸附，或冷凝装置或者，在非回收的方法中，进行催化氧化或烧掉。
离开萃取装置的其它物流由混合溶剂组成，即，非挥发性纺丝溶剂和低沸点萃取溶剂，被送入到一段蒸馏釜(one-stage still)中，在此低沸点第二溶剂的大部分蒸发出去。从蒸馏釜出来的塔顶产物，主要由纯的第二溶剂构成，被冷凝并循环返回到萃取装置中。底部产物借助传统措施分离为低沸点第二溶剂和非挥发性纺丝溶剂。低沸点溶剂随后循环返回到萃取装置中。非挥发性纺丝溶剂循环返回到其中形成UHMW PE溶液的装置中。
USP5,741,451描述一种牵伸UHMW PE长丝，例如，按这种方法制备的那些长丝，的方法。US2004/0040176A1描述一种适合同时地牵伸和干燥含溶剂的“低取向聚乙烯”长丝的炉子和方法，清楚地描述的是含萃取溶剂的凝胶长丝。该申请的段落[0013]提到“气体净化设施”，未做进一步描述。
第二种主要的UHMW PE溶液纺丝方法紧接着上面提到的Smith，Lemstra.Kalb和Pennings的公开内容而发表。在该方法中，UHMW PE的溶液在一种在纺丝温度下挥发的溶剂，其典型是十氢化萘，中制成。该UHMW PE溶液在高温纺丝，冷却而形成凝胶长丝，并在冷却期间和正当长丝进行牵伸的同时，纺丝溶剂蒸发。该基本方法的变换方案描述在，例如，GB2,042,414,USP4,411,854；4,422,993；4,430,383；4,436,689；5,443,904；5,547,626；6,605,348B1和JP-A-60/5264。然而，有关该方法的专利或出版物中没有任何一篇讨论了纺丝溶剂的回收或循环。
一篇题为“Organische
Figure A20058004894700051
in Luft und Stickstoff-Enstsorrgen orderWertstoffe Zurückgewinnen?”(译为“Organic Vapors in Air and Nitrogen-Disposal or Recovery of Potentially Valuable Recyclables?”)，作者H．Forster，
Figure A20058004894700052
Erdgas Kohle，114(No.4)，211-214，1995，的文章一般地讨论了溶剂蒸气的处置或回收，没有具体针对长丝纺丝方法。选择的方法按照气体物流中溶剂的浓度来区分。指出通过燃烧来处置的方法适用于溶剂含量小于60g/m3的情况。通过冷凝或膜浓缩，随后冷凝的回收方法，据称，适用于溶剂含量介于100～1500g/m3的范围。指出，吸附既适用于低(<20g/m3)也适用于高(>30g/m3)溶剂含量。
可以看出，由挥发性纺丝溶剂纺UHMW PO丝的方法避免对萃取溶剂以及由于使用它而带来的对几种分离步骤的需要。然而，目前需要一种采用挥发性纺丝溶剂的UHMW PO的溶液纺丝方法，它能依靠简单而经济的措施回收并循环纺丝溶剂。
发明概述
本发明是一种带有相应溶剂回收和循环的、由在纺丝温度下具有挥发性的溶剂中的溶液纺高分子量聚(α-烯烃)(UHMW PO)，优选地UHMWPE丝的方法。该方法包括以下步骤：
a)形成UHMW PO，优选地聚乙烯均聚物或共聚物，在溶剂中的溶液，所述UHMW PO在135℃、十氢化萘中的特性粘度介于5dl/g～35dl/g，所述溶剂的大气压压力下的沸点介于125℃～250℃；
b)将溶液通过纺丝板在115℃与该溶剂在大气压压力下的沸点之间的温度纺丝从而形成溶液长丝；
c)将溶液长丝冷却至低于胶凝温度从而形成凝胶长丝；
d)从凝胶长丝，并任选地从溶液长丝中蒸发溶剂到一个或多个气体物流中从而形成干燥长丝，该蒸发持续进行到干燥长丝中的溶剂浓度小于5％，按UHMW PO和溶剂的重量计；
e)牵伸溶液长丝、凝胶长丝和干燥长丝至少之一直至达到至少10∶1的合计牵伸比，其中至少2∶1的合计牵伸是干燥长丝的；
f)从一个或多个气体物流中分离出溶剂的至少90％；
g)将溶剂循环到溶液形成装置中；以及
h)循环各气体物流；
其中溶剂的至少95％进行循环。
附图简述
图1显示本发明溶液纺丝方法的一种实施方案的示意流程图，其中挥发性纺丝溶剂被回收并循环。
图2显示本发明溶液纺丝方法的第二种实施方案的示意流程图，其中挥发性纺丝溶剂被回收并循环。
图3显示本发明溶液纺丝方法的第三种实施方案的示意流程图，其中挥发性纺丝溶剂被回收并循环。
发明详述
本发明是一种带有相应溶剂回收和循环的、由在纺丝温度下具有挥发性的溶剂中的溶液纺UHMW PO，优选地UHMW PE丝的方法。
适合本发明目的的UHMW PO是在135℃、十氢化萘中的特性粘度介于5dl/g～35dl/g的聚(a-烯烃)。优选的是，该聚(α-烯烃)选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯-1、聚4-甲基戊烯-1及其共聚物。最优选的是，UHMWPO是UHMW PE。
适合本发明目的的UHMW PE是在135℃、十氢化萘中的特性粘度介于5dl/g～35dl/g的聚乙烯。优选的是，该UHMW PE的特性粘度介于9～28dl/g，最优选12～20dl/g。
优选的是，UHMW PE是基本线型的聚乙烯，它可包含少量不超过5个改性单元/100个主链碳原子的支化链或共聚用单体，并且还可包含不大于约25wt％的一种或多种聚合物添加剂如链烯-1-聚合物，特别是低密度聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯-1、聚-4-甲基戊烯-1、含单烯作为主要(primary)单体的共聚物、氧化聚烯烃、接枝聚烯烃共聚物和聚甲醛，或者低分子量添加剂如抗氧化剂、润滑剂、紫外光屏蔽剂、着色剂之类通常加入其中的添加剂。然而，更优选的是，UHMW PE具有少于5个甲基/1000个碳原子，进一步优选少于2个甲基/1000个碳原子，最优选少于0.5个甲基/1000个碳原子。
与由在非挥发性溶剂中的溶液纺UHMW PO丝的方法相比，使用挥发性纺丝溶剂避免对萃取溶剂和其使用所必须的几种分离步骤的需要。挥发性纺丝溶剂可轻易地被从纺出的UHMW PO长丝上干燥。然而，存在着许多必须认识和应对的限制。
在可能用于UHMW PO的挥发性纺丝溶剂当中，许多最适合的，例如，十氢化萘和1，2-二氯苯，为可燃材料。然而，可燃纺丝溶剂造成起火和爆炸的危险。有关在采用挥发性和可燃性溶剂的纺丝方法中首先应采取的预防措施当中的防范建议是在纺丝和长丝干燥中采用惰性气体环境。其次，鉴于要防止空气渗入到惰性气体中有困难，故防止惰性气体中的溶剂浓度超过空气中的爆炸下限是谨慎之举。十氢化萘在100℃、空气中的爆炸下限是0.7体积％。最终，为预防对环境的有害影响，由长丝干燥出来的纺丝溶剂不应排放到大气中。
这些限制的综合效果是，使用挥发性纺丝溶剂的UHMW PO纺丝方法可涉及包含低浓度溶剂的惰性气体物流。在那个气体物流中的溶剂应在排放到大气中之前被烧掉，或者必须从低浓度气体物流中回收该溶剂。Foster的上述文章指出，烧掉应是溶剂浓度小于60g/m3的情况选择的方法。应当注意，许多溶剂如十氢化萘，在100℃的空气中的燃烧下限是32g/m3。
Foster还指出吸附作为从低浓度气体物流中回收溶剂的措施。活性炭床吸附能够从低浓度气体物流中去除溶剂，但却要求随后的水蒸气汽提、冷凝、滗析和干燥以能重复使用该溶剂。该方法在挥发性纺丝溶剂的应用中的简单和经济的优点大多在以吸附作为从低浓度气体物流中回收大量溶剂的主要措施时将不复存在，但却可能是可行的。碳床吸附在作为溶剂负荷极小并且可能预计到长吸附器周期时间的情况下作为辅助回收方法则较为可行。
本发明方法提供一种采用挥发性纺丝溶剂的UHMW PO，尤其是UHMW PE的溶液纺丝方法，它借助简单、经济的措施来回收和循环该纺丝溶剂。
本发明方法包括以下步骤：
a)形成UHMW PO在溶剂中的溶液，所述UHMW PO在135℃、十氢化萘中的特性粘度介于5dl/g～35dl/g，所述溶剂的大气压压力下的沸点介于125℃～250℃；
b)将溶液通过纺丝板在115℃与该溶剂在大气压压力下的沸点之间的温度纺丝从而形成溶液长丝；
c)将溶液长丝冷却至低于胶凝温度从而形成凝胶长丝；
d)从凝胶长丝，并任选地从溶液长丝中蒸发溶剂到一个或多个气体物流中从而形成干燥长丝，该蒸发持续进行到干燥长丝中的溶剂浓度小于5％，按UHMW PO和溶剂的重量计；
e)牵伸该溶液长丝、凝胶长丝和干燥长丝至少之一直至达到至少10∶1的合计牵伸比，其中至少2∶1的合计牵伸是干燥长丝的；
f)从一个或多个气体物流中分离出溶剂的至少90％；
g)将溶剂循环到溶液形成装置中；以及
h)循环各气体物流；
其中溶剂的至少95％被回收。
用于本发明目的的挥发性溶剂的大气压沸点介于125℃～约250℃。优选的是，挥发性纺丝溶剂的大气压沸点介于130℃～230℃，更优选150℃～230℃。大气压沸点是这样的温度，在该温度下溶剂的蒸气压是1大气压(101kPa)。优选的纺丝溶剂是沸点介于约189℃～191℃的十氢化萘(顺-或反-十氢化萘或其混合物)，和沸点为约180℃的1，2-二氯苯。最优选十氢化萘。
优选的是，挥发性纺丝溶剂是无水的，在20℃含有小于0.008wt％水，更优选在20℃，小于0.004wt％水，最优选在20℃，小于0.002wt％水。
就本发明的目的，长丝是狭长物体，其长度尺寸比宽度和厚度的横向尺寸大得多。因此，这里所使用的“长丝”包括一个或多个长丝、带、条之类，沿连续或不连续长度上具有规则或不规则断面，并且可包括薄膜。纱线是连续或不连续长丝的集合。
UHMW PE在纺丝溶剂中的溶液可通过任何合适的方法形成。形成UHMW PE在纺丝溶剂中的溶液的方法描述在，例如，USP4,344,908；4,413,110；4,668,717和4,784,820中，在此将与本文不抵触的部分全部收作参考。
本发明方法的第一实施方案示意地表示在图1中。在混合容器100中喂入UHMW PE粉末10和挥发性纺丝溶剂80。纺丝溶剂物流80由新鲜溶剂20和循环溶剂70组成。混合容器100优选带有夹套或从内部加热。混合容器100中的温度优选介于约20℃～约100℃。在混合容器100内期间，UHMW PE粉末分散在纺丝溶剂中并优选地吸收约1wt％～约15wt％的纺丝溶剂。
UHMW PE/纺丝溶剂分散体90被喂入到挤出机200中，在其中，UHMW PE溶解在纺丝溶剂中从而形成溶液25。优选的是，挤出机是双螺杆挤出机。UHMW PE溶液25喂入到齿轮泵(未画出)中并由此送至包含多孔纺丝板的纺丝组件300。UHMW PE溶液以优选约110℃～约160℃的温度泵送通过纺丝板从而形成一个或多个溶液长丝30。要知道，该方法可用于形成一个或多个长丝，根据需要，但为方便计，以下将称之为形成多个长丝或一纱线。溶液长丝借助一个或多个惰性气体物流66(画出的是1个气体物流)在纺丝甬道310内冷却至低于溶液胶凝温度的温度。由胶凝长丝组成的凝胶纱线31被送过具有一个或多个温度区的炉子350。纱线在炉内通过以递增的速度从辊筒325上方和下方穿过，同时与一个或多个高温循环气体物流63、64接触，而被干燥、牵伸和部分取向。优选的是，气体物流包括至少50体积％，最优选至少90体积％惰性气体如氮气和二氧化碳或其混合物。优选的是，气体物流的体积流量足以防止气体物流中蒸发的溶剂浓缩到超过该溶剂在100℃空气中的燃烧下限，按照ASTM E681-94测定。优选的是，炉内惰性气体压力维持在比大气压压力高出约25～250Pa以防止空气和氧气渗入到炉内。
凝胶纱线的干燥速率依赖于炉温、纱线在炉内的停留时间(与炉子长度以及纱线穿过炉子的速度有关)，以及溶剂从凝胶纱线到气体物流的传质推动力。进入炉子的循环气体物流中的溶剂浓度越低，干燥纱线中的溶剂浓度将越低和/或纱线的容量越高。然而，降低气体物流中的溶剂浓度的进一步好处将随着溶剂浓度的降低而趋于缩减。优选的是，进入炉内的气体物流中的溶剂浓度最高0.4体积％，更优选最高0.2体积％，进一步优选最高0.1体积％，最优选最高0.05体积％。
含有不超过5wt％溶剂，以溶剂和UHMW PE为基准计，的干燥、部分取向的纱线50被收集在卷绕机上成为卷绕丝饼360。该干燥、部分取向的纱线被喂入到另一个类似的炉内，在其中继续进行牵伸(未画出)。替代地，纱线可连续地被从将它基本上干燥的第一炉送至将干燥的纱线进一步牵伸的第二炉中。纱线的牵伸持续进行到溶液长丝、凝胶长丝和干燥长丝的合计牵伸比达到至少10∶1，其中至少2∶1的合计牵伸是干燥长丝的。优选的是，纱线的牵伸持续进行到凝胶长丝和干燥长丝的合计牵伸达到20∶1，其中至少2∶1的合计牵伸是干燥长丝的。最优选的是，纱线的牵伸持续进行到凝胶长丝和干燥长丝的合计牵伸达到30∶1，其中至少3∶1的合计牵伸是干燥长丝的。
含有在纺丝甬道310中从长丝移出的纺丝溶剂的气体物流51(一个或多个)，和含有在炉内移出的纺丝溶剂的气体物流53、55，在管线57内合并而送入到冷凝器370中。冷凝器可以是盘管式或板框式或者其它合适的式样的。优选的是，冷凝器是壳管式的。优选的是，气体物流中至少90％的纺丝溶剂在冷凝器内借助流过冷凝器90、91的冷却剂被分离出来。温度介于约-20℃～约0℃的乙二醇在水中的冷冻溶液优选作为冷却剂。
两相液/气物流60离开冷凝器370被送入到“气液分离”罐375中，在此，借助重力和撞击在编织金属丝网夹带分离器377如
Figure A20058004894700111
(由Koch-Otto York，Parsippany，NJ，制造)而使相分离。替代地，该气液分离罐375可用旋风分离器或离心机替代或协助。
冷凝的纺丝溶剂70进入泵385并与新鲜溶剂20合并，然后循环至混合容器100。
离开气液分离罐375的气体物流被送入到一个或多个压缩机380中，并且可经过物流63、64直接循环返回到炉子350，以及经过物流61到纺丝甬道310中，正如图1所示。任选地，离开气液分离罐375的气体物流可送过由吸附剂床(未画出)组成的第二溶剂分离装置。如果使用吸附剂，则它优选包含活性炭并吸附留在气体物流中的溶剂的至少10％，优选至少20％，然后再让气体物流循环到炉子和纺丝甬道中。为弥补损失，加入新鲜气体62。循环返回到炉子350的气体物流首先被送过一个或多个加热器330、340。循环返回到纺丝甬道310的一个或多个气体物流任选地在热交换器500中接受加热或冷却。
优选的是，加入到混合容器100中的纺丝溶剂总量的至少95％被回收和循环在物流70中。更优选的是，纺丝溶剂的至少97％被回收。最优选的是，纺丝溶剂的至少99％被回收。
本发明第二实施方案，基本上类似于第一实施方案，表示在图2中。在该实施方案中，压缩机382位于紧靠冷凝器372前面，而不是在气液分离罐375后面。该方法，与第一实施方案相比，以较高马力要求、操作费用和压缩机基本投资为代价换取较高冷凝效率、较低循环气体溶剂含量，以及因此较高的干燥效率。
在图3所示的另一种实施方案中，溶液长丝按照与上面第一和第二实施方案相同的方式制备。然而，从纺丝组件300中的多孔纺丝板出来的溶液长丝30被送过水骤冷浴400而不是进入纺丝甬道。骤冷浴400中的温度借助冷冻水130、140维持在约1℃～约20℃。从纺丝板面到水面之间的距离优选地小于15cm，更优选小于5cm，最优选小于2.5cm。纺丝组件300和纺丝操作周围的区域优选地位于由惰性气流65、95吹扫的罩子内。
如此形成的凝胶纱线33被送入炉子350中并如上面所述进行干燥和牵伸。该干燥、部分取向的纱线50，包含不超过5wt％溶剂，以溶剂和UHMW PE为基准计，可作为卷绕丝饼360被收集在卷绕机上以备随后接受进一步牵伸，或者它可连续地穿过第二、类似的炉子(未画出)，以便进行附加牵伸。如同在第一和第二实施方案中一样，纱线的牵伸持续进行到溶液长丝、凝胶长丝和干燥长丝的合计牵伸比达到至少10∶1，其中至少2∶1的合计牵伸是干燥长丝的。优选的是，纱线的牵伸持续进行到凝胶长丝和干燥长丝的合计牵伸达到至少20∶1，其中至少2∶1的合计牵伸是干燥长丝的。最优选的是，纱线的牵伸持续进行到凝胶长丝和干燥长丝的合计牵伸达到至少30∶1，其中至少3∶1的合计牵伸是干燥长丝的。
离开纺丝罩500的气体物流52和离开炉子350的气体物流58、59包含来自骤冷浴的长丝所带的纺丝溶剂和水。优选的是，气体物流的体积流量足以预防气体物流的蒸发溶剂浓度超过，按照ASTME681-94测定，溶剂在100℃、空气中的燃烧下限。优选的是，每一气体物流的非溶剂部分包括至少50体积％，最优选至少90体积％惰性气体如氮气和二氧化碳或其混合物。
气体物流52、58和59合并为物流54，进入冷凝器373中。纺丝溶剂与水在冷凝器373中基本上全部从气体物流中分离。优选的是，合并的气体物流中纺丝溶剂的至少90％在冷凝器内借助流经冷凝器90、91的冷却剂被分离出来。
离开冷凝器373的液/气物流56被送过“气液分离”罐376，在其中借助重力分离并撞击在编织金属丝网夹带分离器378如
Figure A20058004894700121
，(由Koch-Otto York，Parsippany，NJ，制造)而使气相和液相分离。替代地，气液分离罐376可换成或辅以旋风分离器或离心机。
离开气液分离罐376的气体物流68进入一个或多个压缩机380并可直接循环返回到炉子350和纺丝罩500中。任选地，离开气液分离罐的气体物流可进入第二溶剂分离装置如吸附剂床700、701，正如在图3中所示，优选地，床内装有活性炭，从而吸附气体物流中残留溶剂的至少10％，优选至少20％，随后再循环到炉子和纺丝罩500中。为补充损失，加入新鲜气体62。循环返回到炉子的气体物流首先被送过一个或多个加热器330、340。
基本上不混溶的溶剂和水相在气液分离罐内借助重力沉降和滗析实现分离。图3画出将溶剂滗析出来的滗析操作。如果溶剂是1，2-二氯苯，则要知道，溶剂和水相的垂直位置将会颠倒过来。离开气液分离罐376的水物流110优选接受冷冻，并循环返回到骤冷罐400(循环未画出)。
离开气液分离罐376的滗析出的溶剂物流115包含少量溶解水，然而，它却可能干扰纺丝操作，如果不进一步干燥而循环的话。滗析的溶剂115通过汽提塔600在由真空泵381产生的减压下干燥。再沸器383产生溶剂蒸气物流130，它将水从溶剂中赶出。从汽提塔出来的塔顶蒸气120可接受冷凝并返回到气液分离罐(未画出)。
离开汽提塔底部的干燥的纺丝溶剂74与新鲜溶剂20合并，然后循环返回到混合容器100中。
优选的是，加入到混合容器中的全部纺丝溶剂的至少95％被回收并循环在物流74中。更优选的是，纺丝溶剂的至少97％被回收。最优选的是，纺丝溶剂的至少99％被回收。
实施例
实施例1
本实施例图示于图1中。在135℃、十氢化萘中的特性粘度24dl/g的UHMW PE粉末10被加入到混合容器100中，加入速率272磅/小时(123kg/h)，连同2450磅/小时(1112kg/h)的十氢化萘80。混合容器中的温度借助外部水蒸气夹套和内部加热维持在80℃。UHMW PE被分散在十氢化萘中并吸收约5wt％十氢化萘。
分散体90连续喂入到双螺杆挤出机200(型号ZSK119，由CoperionWerner&Pfleiderer制造，Ramsey，NJ)中。UHMW PE/十氢化萘溶液在挤出机内形成。从挤出机排出的溶液物流分裂为3个物流(画出了1个物流)，每个此种物流25进入到在包含多孔纺丝板的纺丝组件300上的齿轮泵(未画出)中。UHMW PE溶液以130℃的温度被泵压过纺丝板从而形成溶液长丝30。溶液长丝在纺丝甬道310内借助惰性气体物流66(画出了1个气体物流)冷却至约40℃的温度，从而形成凝胶长丝。进入纺丝甬道的惰性气体物流包括99+体积％氮气和约0.06体积％十氢化萘。惰性气体的体积流率足以将出口气体物流52中的十氢化萘浓度维持在低于0.7体积％(十氢化萘在100℃空气中的燃烧下限，按照ASTME681-94测定)。出口气体物流中的十氢化萘浓度由在线分析仪器监测。溶液长丝在穿过纺丝甬道的过程中被牵伸约10∶1。
由凝胶长丝组成的凝胶纱线31被送过具有2个温度区和50m长丝路径长度的炉子350中。长丝通过从辊筒325上面和下面以递增的速度穿过，在此期间长丝分别在110℃和130℃与加热氮气物流63、64相接触而在炉子中被干燥、牵伸和部分地取向。惰性气体的体积流率足以将出口气体物流53、55中的十氢化萘浓度维持在低于0.7体积％。纱线在炉内的总牵伸比为约4∶1。含有约1wt％十氢化萘的部分取向纱线在卷绕机上卷绕成丝饼360。该干燥、部分取向的纱线随后从那个卷绕丝饼退绕从而喂入到第二炉(未画出)并在140～155℃的温度牵伸约3∶1。
从纺丝甬道310和炉子350出来的气体物流51、53、55合并(气体物流57)并喂入到冷凝器370中。该合并的气体物流57包括约2697磅/小时(1224 kg/h)的十氢化萘和约77,700磅/小时(35300kg/h)的氮气，处于约115℃和1大气压压力。
冷凝器370为具有1个管程的壳管式设计。碳钢壳体的直径是28英寸(71.1cm)，具有流通面积26％、间距6英寸(15cm)的挡板。管束由712根不锈钢管组成、型号316，每根外径0.75英寸(1.905cm)、管壁0.049英寸(0.124cm)、8英尺长(244cm)，排列间距0.9375英寸(2.3821cm)。
气体物流57进入冷凝器370的管侧。骤冷至0℃的乙二醇/水物流90在冷凝器的壳侧以约259000磅/小时(118000kg/h)的速度流动。
以约10℃的温度离开冷凝器的气液物流60进入直径6英尺(183cm)的气液分离罐375，在其中依靠重力和通过撞击到编织金属丝网夹带分离器377，
Figure A20058004894700141
709型(由Koch-Otto York，Parsippany，NJ，制造)使气相与液相分离。离开气液分离罐的分离的气相以14psia(96.5kPa绝压)的进口压力进入到压缩机380中并进行循环。循环气体物流61包括约249磅/小时(113kg/h)的十氢化萘和约77700磅/小时(35300kg/h)的氮气。十氢化萘在循环气体物流中的浓度为约0.06体积％。弥补损失的额外氮气在物流62处加入。
离开气液分离罐375的分离的液相70包括约2448磅/小时(1111kg/h)的十氢化萘和约0.4磅/小时(0.18kg/h)的溶解的氮气。在进入冷凝器的气体物流57中的十氢化萘的约90.8wt％被从气体物流中分离。冷凝的十氢化萘70被送入泵385中并由此与新鲜溶剂20混合，然后返回到混合容器100。
在物流70中循环的溶剂是最初喂入到混合容器100中的溶剂的99+％。
实施例2
实施例2的方法基本上类似于实施例1，不同的是，图1中画出的气液分离罐375被换成离心机。离心机起到与实施例1中的气液分离罐同样的液/气分离作用。
实施例3
本实施例图示于图2中。在135℃、十氢化萘中的特性粘度24dl/g的UHMW PE粉末10被加入到混合容器100中，加入速率289磅/小时(131kg/h)，连同2600磅/小时(1112kg/h)的十氢化萘80。实施例3的方法基本上类似于实施例1，不同的是，压缩机382位于紧靠冷凝器372前面，而不是在气液分离罐后面。压缩机接收合并的气体物流41，将它压缩并将它以30psia(207kPa绝压)送给冷凝器372。气体物流41包括约2697磅/小时(1224kg/h)的十氢化萘和约77700磅/小时(35,300kg/h)的氮气，处于约115℃和1大气压压力。
冷凝器372为具有1个管程的壳管式设计。碳钢壳体的直径是24英寸(61cm)，具有流通面积25％、间距6英寸(15cm)的挡板。管束由506根不锈钢管组成、型号316，每根外径0.75英寸(1.905cm)、管壁0.049英寸(0.124cm)、10英尺长(254cm)，排列间距0.9375英寸(2.3821cm)。
压缩气体物流进入冷凝器的管侧。骤冷至0℃的乙二醇/水物流90在冷凝器的壳侧以约259000磅/小时(118000kg/h)的速度流动。
以约10℃的温度离开冷凝器的气液物流42进入直径6英尺(183cm)的气液分离罐375，在其中依靠重力和通过撞击到编织金属丝网夹带分离器377，
Figure A20058004894700151
-709型(由Koch-Otto York，Parsippany，NJ，制造)使气相与液相分离。离开气液分离罐43的分离的气相进行循环。弥补损失的额外氮气在物流62处加入。
循环的气体物流43包括约98磅/小时(44.5kg/h)的十氢化萘和约77700磅/小时(35300kg/h)的氮气。在进入冷凝器的气体物流中十氢化萘的约96wt％被从气体物流中分离。循环气体物流中的十氢化萘浓度为约0.03体积％。由于循环气体中较低的十氢化萘含量，相比于实施例1，炉子的干燥效率有所改进。纱线卷绕丝饼360的十氢化萘含量为约0.5wt％。
离开气液分离罐375的分离的液相72包括约2579磅/小时(1180kg/h)的十氢化萘和约1.0磅/小时的溶解的氮气。在进入冷凝器的气体物流41中的十氢化萘的约96wt％被从气体物流中分离。冷凝的十氢化萘72被送入泵385中并由此与新鲜溶剂20混合，然后返回到混合容器100。
在物流72中循环的溶剂是最初喂入到混合容器100中的溶剂的99+％。
实施例4
本实施例图示于图3中。在135℃、十氢化萘中的特性粘度24dl/g的UHMW PE粉末10被加入到混合容器100中，加入速率297磅/小时(135kg/h)，连同2675磅/小时(1214kg/h)的十氢化萘80。按照基本上如上面实施例1所述制备溶液长丝。然而，在从多孔纺丝板出来的溶液长丝30被送过水骤冷浴400，而不是纺丝甬道。溶液长丝在从纺丝板到骤冷浴之间被牵伸约10∶1。骤冷浴中的温度，通过冷冻水130、140的循环维持在约10℃。从纺丝板面到水面之间的距离为约2.5cm。纺丝组件300和纺丝操作周围的区域位于由惰性气流65、95吹扫的罩子500内。如此成形的凝胶纱线33穿过炉子350并如同以上在实施例1中所述进行干燥和牵伸。凝胶纱线33将从骤冷浴夹带的水送到炉内。
从纺丝罩和炉子出来的气体物流52、58、59合并为54并喂入到冷凝器373中。该合并的气体物流54包括约2697磅/小时(1224.4kg/h)的十氢化萘、约300磅/小时的水和约77700磅/小时(35300kg/h)的氮气，处于约115℃和1大气压压力。
冷凝器373为具有1个管程的壳管式设计。碳钢壳体的直径是28英寸(71.1cm)，具有流通面积26％、间距6英寸(15cm)的挡板。管束由712根不锈钢管组成、型号316，每根外径0.75英寸(1.905cm)、管壁0.049英寸(0.124cm)、8英尺长(244cm)，排列间距0.9375英寸(2.3821cm)。
气体物流54进入冷凝器的管侧。骤冷至0℃的乙二醇/水物流90在冷凝器的壳侧以约259000磅/小时(118000kg/h)的速度流动。
以约10℃的温度离开冷凝器的气液物流56进入直径6英尺(183cm)的气液分离罐376中，在其中依靠重力和通过撞击到编织金属丝网夹带分离器377，
Figure A20058004894700171
，709型(由Koch-Otto York，Parsippany，NJ，制造)使气相与液相分离。
离开气液分离罐376的分离的气相68包括约50磅/小时(22.7kg/h)的十氢化萘、174磅/小时(79kg/h)的水蒸气和约77,700磅/小时(35,300kg/h)的氮气。在进入冷凝器的气体物流54中的溶剂的约98wt％被从气体物流中分离。分离的气体物流68以14psia(96.5kPa绝压)的进口压力进入到压缩机380并由此进入至少2个碳床吸附器700、701之一。碳床吸附器呈并联。当一个吸附器在线时，至少一个其它吸附器正在进行吸附的溶剂的解吸和吸附剂的再活化(溶剂解吸、回收和吸附剂再活化未画出)。离开吸附器69的气体物流包含约25磅/小时的十氢化萘、174磅/小时(79kg/h)的水蒸气和约77700磅/小时(35300kg/h)的氮气。冷凝后留在气体物流中的溶剂的约1半由吸附移出。循环气体物流69中的十氢化萘浓度为约0.0065体积％。弥补损失的额外氮气在物流62处加入。
基本上不混溶的十氢化萘和水相在气液分离罐内借助重力沉降和滗析实现分离。离开气液分离罐110、115的分离的液相总共包括约2647磅/小时(1202kg/h)的十氢化萘、126磅/小时(57kg/h)的水和约0.8磅/小时(0.36 kg/h)的溶解的氮气。进入冷凝器的气体物流56中的十氢化萘的约98wt％被从气体物流中分离。离开分离罐376的水物流110优选地被冷冻并循环返回到骤冷罐400(循环未画出)。离开气液分离罐的滗析的十氢化萘115包含少量溶解和悬浮的水。滗析的溶剂115通过汽提塔600在由真空泵381产生的减压下被干燥。再沸器383产生十氢化萘蒸气物流130，后者从溶剂中赶出水分。从汽提塔出来的塔顶蒸气120基本上由水和约10磅/小时(4.5kg/h)的十氢化萘组成。塔顶蒸气120经冷凝，然后循环到气液分离罐(冷凝和循环未画出)。离开汽提塔底部的干燥纺丝溶剂74与新鲜溶剂20合并，并循环到混合容器100中。
在物流74中循环的十氢化萘是最初喂入到混合容器中的十氢化萘的99+％。
至此，已就本发明做了比较详细的描述，可以看出，不必严格地拘泥于这些细节，相反，本领域技术人员自然会想到各种改变和修改方案，所有这些全都落在所附权利要求定义的本发明范围之内。

Claims (14)

1.一种包括以下步骤的方法：
a)形成UHMW PO在溶剂中的溶液，所述UHMW PO在135℃、十氢化萘中的特性粘度介于5dl/g～35dl/g，所述溶剂的大气压压力下的沸点介于125℃～250℃；
b)将溶液通过纺丝板在115℃与该溶剂在大气压压力下的沸点之间的温度纺丝从而形成溶液长丝；
c)将溶液长丝冷却至低于胶凝温度从而形成凝胶长丝；
d)从凝胶长丝，并任选地从溶液长丝中蒸发溶剂到一个或多个气体物流中从而形成干燥长丝，该蒸发持续进行到干燥长丝中的溶剂浓度小于5％，按UHMW PO和溶剂的重量计；
e)牵伸溶液长丝、凝胶长丝和干燥长丝至少之一直至达到至少10∶1的合计牵伸比，其中至少2∶1的合计牵伸是干燥长丝的；
f)从一个或多个气体物流中分离出溶剂的至少90％；
g)将溶剂循环到溶液形成装置中；以及
h)循环各气体物流；
其中溶剂的至少95％进行循环。
2.权利要求1的方法，其中聚(α-烯烃)是UHMW PE。
3.权利要求1的方法，其中溶剂通过冷凝从气体物流中分离。
4.权利要求3的方法，其中溶剂借助在冷凝后的吸附进一步从气体物流中分离，所述吸附分离出冷凝后留在气体物流中的溶剂的至少10％。
5.权利要求4的方法，其中所述吸附分离出冷凝后留在气体物流中的溶剂的至少20％。
6.权利要求2的方法，其中气体物流包括至少50体积％选自氮气、二氧化碳及其混合物的惰性气体。
7.权利要求2的方法，其中气体物流包括至少90体积％选自氮气、二氧化碳及其混合物的惰性气体。
8.权利要求2的方法，其中气体物流的体积流量足以防止气体物流中蒸发的溶剂浓度超过相应溶剂在100℃、空气中的燃烧下限，按照ASTM E681-94测定。
9.权利要求2的方法，其中溶剂选自顺-十氢化萘、反-十氢化萘，以及顺-与反-十氢化萘的混合物、十氢化萘和1，2-二氯苯。
10.权利要求2的方法，其中用于形成UHMW PE溶液的溶剂在20℃包含小于0.008wt％的水。
11.权利要求2的方法，其中循环气体物流中的溶剂浓度最高是0.4体积％。
12.权利要求2的方法，其中循环气体物流中的溶剂浓度最高是0.2体积％。
13.权利要求2的方法，其中循环气体物流中的溶剂浓度最高是0.1体积％。
14.权利要求2的方法，其中循环气体物流中的溶剂浓度最高是0.05体积％。
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