Способ изготовления фильтрующих материалов

(12) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ 54 спосов изготовления фильтрующих МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель Институт механики металлополимерных систем АНБ (В)1. Способ изготовления фильтрующих материалов, при котором экструдируют полимер,распыляют расплав сжатым воздухом, осаждают волокнистую массу с модификатором на формообразующую подложку, охлаждают и отделяют полученный материал, отличающийся тем, что перед распылением расплава полимера воздух смешивают с парами модификатора и этой смесью осуществляют распыление, при этом пары получают путем сублимации модификатора, в качестве которого используют З-оксихинолин или о-аминобензойную кислоту.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь воздуха и паров модификатора насыщают аэрозолем вазелинового масла.(73) Патентообладатель Институт механики металлополимерных систем АНБ (ВТ)Изобретение относится к технологии изготовления полимерных фильтрующих материалов методом экструзии волокон с последующей их вытяжкой.Известен способ получения нетканого волокнистого материала 1 путем экструэии полимерного гранулята и воздействия на расплав потоком газа (способ шеН-Ыошп). Волокна расплава, увлекаемые потоком, вы тягиваются, уменьшаясь в диаметре, разрываются на отрезки различной длины и осаждаются на формообразующую подложку.Этот способ предусматривает модифицированне получаемого материала только такими компонентами, которые можно перерабатывать экструзией совместно с полимером.рошкообразными компонентами за пределами эксгрудера осуществляют путем смешивания газовых потоков, несущих частицы полимерного расплава и наполнителя 2. Смешивание производят вблизи выхода газо-полимерного потока из распылительной головки экструдера.Аналогичным методом формируют фильтрующие материалы, содержащие абсорбционные волокна 3. В качестве последних используют полиэфирные, полиамидные, целлюлозные и дрволокна. Отрезки волокон длиной 5-6 мм в количестве 1-40 К, мас. направляют воздушным потоком на вышедший из распылительной головки экструдера поток газо-полимерной смеси.Недостатками способов 23 являются большой расход модифицирующих дисперсных компонентов и трудность их адгезионного закрепления на поверхности волокон полимерного расплава.Прототипом изобретения служит способ пот пучения нетканого материала путем раздува полимерного расплава 4. Он состоит из операций экструзии полимерного связующего, диспергирования сжатым воздухом нитей расплава, выходящих из фильерной головки экструдера, введения частиц твердого наполнителя в поток диспергированных нитей расплава, направления смешанного потока на формообразующую подложку, охлаждения осажденной волокнистой массы и съема отвержденного материала с подложки.Недостатки прототипа большие непроизводительные потери наполнителя, трудность подбора полимерного связующего, сочетающего функции волокнистой основы материала и адгезива для частиц наполнителя, значительный расход наполнителя.Задачи, на решение которых направлено заявляемое изобретение, состоят в снижении непроизводительных потерь компонентов фильтрующего материала, повышения надежности закрепления модификаторов на поверхности волокнистой основы материала,упрощении процессов регенерации фильтров.Поставленные задачи достигаются тем,что известный способ получения фильтрующего матернала, при котором экструдируют полимер, распыляют расплав сжатым воздухом, осаждают волокнистую массу с модификатором на формообразующую подложку, охлаждают и отделяют полученный материал, дополнен новыми операциями. Перед распылением расплава полимера воздух смешивают с парами модификатора и этой смесью осуществляют распыление. При этом пары получают путем сублимации модификатора, в качестве которого используют 8 оксихинолин или о-аминобензойную кислоту.В качестве варианта способа заявляется насыщение смеси воздуха и паров модификатора аэрозолем вазелинового масла, являющемся растворителем полиолефинов, из которых выполнены волокна.Сущность способа состоит в формировании на полимерных волокнах, составляющих основу фильтрующего материала,слоя десублимировавшегося модификатора,адсорбционно-активного по отношению к загрязнителям фильтруемых сред. Схема технологического процесса показана на фиг.1. Поток 1 газа, предназначенного для распыления нолимерного расплава, поступает в емкость 2, в которой с помощью нагревателя З осуществляют сублимацию твердою вещества - модификатора 4. Поток 5 газа, насыщенного паром модификатора, направляют в распылительную головку 6 экструдера 7. Газовый поток волокон полимерного расплава направляется на движущуюся формообразующую подложку 9, где оседает в виде волокнистой массы 10. В процессе распыления, транспортирования газовым потоком и осаждения волокон расплава на подложке происходит десублгшация модификатора, образующего покрытие на поверхности волокон.Чтобы увели/шить адгезию модификатора к волокнам (фигд), в емкость 2 подают поток 11 аэрозоля растворителя полимерного материала. На распыление идет поток 5 смеси газа,паров модифьшатора и аэрозоля растворителя. Взаимодействуя с расплавом пошшера, растворитель образует в поверхностном слое волокон холодный раствор. Последний при охлаждении распадается на фазы, создавая на поверхности волокон систему пор. В процессе десублтшашш(фиг.2) модификатор конденсируется на стенках пор 1, обеспечивая механическое закрепление сорбционно-актгшною слоя 2 на волокнах 3.Когда в процессе эксплуатации фильтрующего материала адсорбционно-активный слой вырабатывает свой ресурс, его остатки удаляют путем сублимации. Затем на поверхность волокон осаждают новый слой адсорбЦионно-активного вещества, конденсируя его из паровой фазы по механизму десублимации.Приведем примеры осуществления способа.формировали материалы на основе полиэтилена низкого давления (ПЭНД, ГОСТ 1633877), полипропилена (ПП, ТУ 6-05-1105-78),полшамида 610 (ПА, ГОСТ 10589-87) по схеме,приведегшой на фиг.1. Использовали экструдер с диаметром шнека 24 мм, снабженный распылительной головкой. Распыление полшиерных расплавов осуществляли сжатым воздухом под давлением 0,4 атм при 100 С. В качестве модификаторов воздуха применяли насыщенные пары веществ, образующих коьшлексше соединения с ионами тяжелых металлов. Характеристики таких веществ приведены в табл.1. В одном из примеров распыление расплава осуществляли газом, содержащим пары модификатора и аэрозоль вазелинового масла (ГОСТ 3164-78),являющегося растворителемтластификатором полиолефинов.При получении материалов способом-прототипом модификаторы в виде порошка дисперсностыо менее 50 мкм вводили в поток воздушно-полимерной смеси вблизи распылительной головки с расходом З г/мин.Температурные режимы эксгрузии и аэродинамические режимы формирования воздушнополимерного потока для каждого полимерного материала были постоянными. Они соответствовали наибольшей производительности процесса ПРИ УДОБЛСТВОРИТЛЬНЫХ ПОКЗЗЭТЕЛЯХ прочности и эффективности фильтрующих материалов.Содержание (С) модификаторов в волокнистом полимерном материале регистрировали весовым методом, подвергая образцы сублимации. Сорбционную емкость (В) фильтрующих материалов по отношению к ионам кобальта,молибдена и ртути, содержащимся в сточной воде, определяли потенциометрически. Результаты измереъшй приведены в табл.2.Торговое НЗЗЕЗЕИЕ СКОС назва Антранъшо О-АминобензойнаяИз таблицы видно, что при получении материалов заявленным способом расход модификаторов на порядок меньше по сравнению со способом-прототгшом. В то же время эффективность фильтрующих материалов при улавливании катионов из сточных вод примерно одинакова в обоих случаях. Это можно объяснить следующим образом. Сорбция катионов сравниваемыми материалами происходит по механизму комплексообразования. При получении фильтрующих материалов заявленным способом слой десублимированного адсорбционно-активною модификатора покрывает практически всю поверхность полимерных волокон. Площадь касания фильтруемой среды и адсорбента в этом случае максимальна. Благодаря этому имеется возможность снизить толщину адсорбционного слоя до микронных размеров, не уменьшая эффективность фильтрующего материала.Фильтрующий материал на основе ПП получают по схеме фиг.1, пропуская поток воздуха, направляемого в распылительную головку 6, через емкость 2 с насыщенным паром АК и аэрозолем вазелинового масла. Технологические режимы такие же, как в примере 3.Сравнительные испытания материалов проводили в две стадии. На первой стадии фильтрование сточной воды через образец длилось в течение 1 ч, затем образец высушивали струей воздуха при Т 10 ОС. Цикл фильтрация-сушка повторяли многократно,регистрируя сорбционную емкость материала по отношению к ртути. Результаты испытаний приведены в табл.З.Видно, что материал по примеру 7, в ком тором адсорбционное покрытие закреплено в порах поверхностного слоя полимерных волокон, как показано на фиг.2, более надежен в эксплуатации. Быстрое снижение сорбционной емкости материала по примеру 3 происходит потому, что слой АК на гладкойповерхности волокон более подвержен эрозии струей горячего воздуха, чем слой, внедренный в поры микронных размеров.После пяти циклов испытания образцы выдерживали в насыщенном паре АК в течение 1 мин и проводили вторую стадию испытаний, Материалы по примерамкоторая была аналогична первой. Ее результаты в пределах ошибки 15 совпадают с данными, приведенными в табл.3. Это свидетельствует, что фильтрующие материалы, полученные предложенным способом, легко регенерируются.Государственное патентное ведомство Республики Беларусь.