REINFORCED FILTER PAPER-BASED MATERIALS
Authors: Галеева Л.Р. , Галиханов М.Ф. , Гильфанова С.В. 
Published: July 2024

Проблема повышения механической прочности фильтровальной бумаги не менее актуальна, чем достижение высоких фильтрующих характеристик. Для решения этой задачи в работе представлен метод воздействия униполярного коронного разряда на фильтровальные материалы. В качестве объектов исследования использовали фильтровальную бумагу и фильтры обеззоленные, предназначенные для проведения качественных лабораторных анализов и отличающиеся между собой степенью зольности. Оба вида материала обладают естественной зольностью (до 1 %), однако фильтровальная бумага имеет более высокое содержание наполнителя в своем составе по сравнению с обеззоленными фильтрами, что может оказывать влияние на оптические и прочностные характеристики. Результаты исследований показали, что с увеличением влажности образцов сопротивление продавливанию возрастает на 60 % для фильтровальной бумаги и на 12 % для обеззоленных фильтров. Это происходит за счет набухания волокон, которое приводит к повышению их гибкости и пластичности. Выяснено, что если фильтрующие материалы находятся в сухом состоянии, то их обработка в униполярном коронном разряде способствует увеличению сопротивления продавливанию на 10 % для фильтровальной бумаги и на 12 % для обеззоленных фильтров. Электретирование способствует появлению новых активных групп за счет инжекции носителей заряда из области коронного разряда в объем материала, которые концентрируются на поверхности структурных элементов. Это способствует образованию прочных водородных связей между гидроксильными группами, расположенными на поверхности волокон, их взаимному сближению и уменьшению межволоконного пространства. Кроме образования дополнительных водородных связей между волокнами бумаги при электретировании также осуществляется реализация сил электростатических связей между волокнами. При увлажнении разницы в значениях P0 для исходных и электретированных образцов не наблюдается, т.к. в воде практически сразу происходит релаксация электретного состояния бумаги. Установлено, что под действием униполярного коронного разряда прочность целлюлозных волокон уменьшается из-за протекания деструктивных процессов. Это ведет к уменьшению значений сопротивления раздиранию фильтровальных материалов. Обоснован вывод о том, что под действием униполярного коронного разряда прочность целлюлозных волокон уменьшается, но за счет роста межволоконного взаимодействия прочность бумажного листа в целом возрастает.

The problem of enhancing the mechanical strength of filter paper is equally relevant as achieving high filtering characteristics. In order to solve this problem, the authors present the method of exposing filter materials to unipolar corona discharge. Filter paper and ashless filters designed for high-quality laboratory analyzes and differ in the degree of ash. Both material types have natural ash content (up to 1 %), however, filter paper has a higher filler content in its composition as compared to ashless filters, which can affect optical and strength characteristics. Studies have shown that with increasing sample moisture, the burst resistance increases by 60 % for filter paper and by 12 % for ashless filters. This is due to the swelling of the fibers, which leads to an increase in their flexibility and ductility. It was revealed that if the filter materials are in a dry state, then processing them in a unipolar corona discharge increases the bursting resistance by 10 % for filter paper and by 12 % for ashless filters. Electreting promotes the appearance of new active groups due to the injection of charge carriers from the corona discharge area into the material bulk, which are concentrated on the structural elements surface. This contributes to the formation of strong hydrogen bonds between the hydroxyl groups located on the fibers surface, their mutual rapprochement and reduction of the interfiber space. In addition to the formation of additional hydrogen bonds between the fibers of the paper during electretization, the implementation of the electrostatic bonds forces between the fibers. When moistened, there is no difference in the values of P0 for the initial and electret samples, since in the water the electret state of the paper relaxes almost immediately. It has been found out that under the influence of a unipolar corona discharge, the cellulose fibers strength decreases due to the occurrence of destructive processes. This leads to a decrease in the values of filter materials tearing resistance. It is concluded that under the influence of a unipolar corona discharge, the strength of cellulose fibers decreases, but due to the increase in interfiber interaction, the strength of the paper sheet as a whole increase.