БУМАГОПОДОБНЫЙ НАНОКОМПОЗИТ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОЛОКОН И НЕОРГАНИЧЕСКИХ СВЯЗУЮЩИХ
PAPER-LIKE NANOCOMPOSITE BASED ON MINERAL FIBERS AND INORGANIC BINDERS

2
4
3
Бумагоподобный нанокомпозит на основе минеральных волокон с использованием в качестве связующего сульфата алюминия (Al(SO)) изготовлен на традиционном бумагоделательном оборудовании методом отлива, при следующем соотношении компонентов, в мас.%:
Микротонкое стеклянное волокно - 50÷70;
Ультратонкое базальтовое волокно - 0÷20;
2
4
3
2
3
Сульфат алюминия Al(SO) - 10÷30 (по AlO).
2
4
3
2
4
3
Бумагоподобные нанокомпозиты на основе минеральных волокон с использованием в качестве связующего Al(SO) обладают целым комплексом уникальных свойств, не присущим материалам на основе растительных волокон. Это прежде всего термо-, хемо-, биостойкость, фильтрующие свойства, позволяющие сочетать низкое аэродинамическое сопротивление с высоким улавливающим эффектом частиц субмикронного характера при необходимой технологической прочности. Изобретение относится к бумагоподобным композиционным фильтровальным и сепарационным материалам, которые могут быть использованы для фильтрования газовоздушных сред и жидкостей, сепараторов химических источников тока (ХИТ). Такие материалы обладают гидрофильной капиллярно-пористой структурой, чтобы обеспечить высокую впитываемость, сорбционную емкость, при этом не набухают. Для достижения этого в композиции материала используются минеральные волокна, а именно микротонкие стеклянные волокна средним диаметром 0,20 мкм (МТВ) и ультратонкие базальтовые волокна диаметром 0,6÷1,0 мкм (УТВ). Микротонкие стеклянные и ультратонкие базальтовые волокна обладают большой удельной поверхностью, что важно при формировании тонкой капиллярно-пористой структуры в процессе формования полотна материала. Тонкую капиллярно-пористую структуру обеспечивают волокна, наноразмерность которых 40-100 нм с содержанием их в композиции более 40% (рис.1). Минеральные волокна в отличие от растительных волокон не способны к связеобразованию. В качестве связующего используются соли алюминия, в частности сульфат алюминия Al(SO). При гидролизе солей алюминия образуются полигидроксокомплексы алюминия, способные вступать в реакцию с функциональными группами, расположенными на поверхности волокна. Образование координационной связи, в частности водородной, обеспечивает необходимую прочность материала. Такой материал устойчив к действию агрессивных сред, термо-, хемо-, биостойкий благодаря неорганической природе волокна и связующего.
Отлив материала производили по традиционному бумажному способу формования в лабораторных условиях на листоотрывном аппарате ЛОА-2. Промышленная партия материала изготовлена на бумагоделательной машине «Voit».
Производство данных материалов относится к нанотехнологиям по двум аспектам:
1. Нанотехнологической составляющей являются волокна, наноразмерность которых составляет 40-400 нм. Роль нановолокон в композиции является определяющей при формировании свойств композита таких, как прочность, пористость, сорбционная емкость (рис.2).
2. Наноразмерность связующего подтверждается исследованиями методом электронной спектроскопии (рис.3). Благодаря связующему формируется прочность и капиллярно-пористая структура, которая обеспечивает высокие фильтровальные характеристики композита.
2
4
3
2
3
В результате проведенных исследований и опытно-промышленной выработки были получены материалы из микротонких стеклянных и ультратонких базальтовых волокон с различным % содержанием их в композиции. В качестве связующего используется Al(SO) - в расходах 10÷30% в пересчете на AlO.
Данные материалы по своим характеристикам могут использоваться как фильтрационные и сепарационные.
В таблице 1 приведены примеры композиций материалов и их свойства.
Таблица 1
№ п/п
Свойства
Композиция
МТВ - 70%
МТВ - 50%
МТВ - 70%
МТВ - 70%
УТВ-20%
УТВ - 20%
УТВ - 10%
УТВ - 0%
Al<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub> - 10%
Al<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub> - 30%
Al<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub> - 20%
Al<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub> - 30%
1.
Масса 1 м<sup>2</sup>, г
100
100
100
100
2.
Толщина, мм
0,5
0,45
0,5
0,4
3.
Влагоемкость, %
500
500
450
400
4.
Прочность на разрыв, МПа
0,4
0,5
0,7
0,9
5.
Коэффициент сопротивления потоку воздуха, Па
50
70
80
90
6.
Коэффициент проницаемости по масляному туману, %
0,2×10<sup>-4</sup>
0,4×10<sup>-4</sup>
0,6×10<sup>-5</sup>
0,2×10<sup>-5</sup>