МНОГОСЛОЙНЫЙ ФИЛЬТРОВАЛЬНО-СОРБЦИОННЫЙ НЕТКАНЫЙ МАТЕРИАЛ
MULTILAYER FILTERING AND SORPTIVE NONWOVEN MATERIAL

Изобретение относится к производству нетканых материалов, а именно к многослойным фильтровально-сорбционным нетканым материалам, полученным из расплавов и растворов полимеров методом аэродинамического формования, состоящих из слоев, образованных ультратонкими волокнами, и слоев волокон, содержащих твердые сорбирующие наполнители, отличающиеся гранулометрическим составом. Такие нетканые материалы обладают комплексом фильтрующих и сорбционно-фильтрующих свойства, предназначены для фильтрации газов и жидкостей от вредных примесей (аэрозолей, эмульсий, суспензий) и могут быть использованы в качестве элементов в фильтрующих средствах защиты органов дыхания, защитной одежды, предотвращающей повреждение кожного покрова, имеют возможность использования для изготовления медицинских изделий например, респираторов.
Известен пористый воздухопроницаемый фильтровальный материал в виде нетканой сетки, образованной из термопластичных полиуретановых эластомерных волокон, содержащих до 60-80% активного сорбента, запутанного в сетке (Заявка ЕР 237181, A41D 13/11, B01D 39/00, B01D 39/16, опубл. 10.05.2011).
Недостатком такого материала является то, что частицы находятся между волокнами, то есть происходит их чисто механическое закрепление, при этом они не лимитированы по геометрическим размерам, сорбция осуществляется только за счет весового присутствия от 30% до 80%. Волокна сетки не обладают должной площадью поверхности, поэтому процесс сорбции не достаточно эффективный.
Известен защищающий многослойный фильтровальный материал, состоящий из несущего слоя, адсорбирующего несущего слоя, аэрозольного слоя и покрывного слоя (Патент US 8366816, B01D 53/02, опубл. 05.02.2013).
Функциональность фильтровального и аэрозольного слоев обеспечивается за счет пористых сеток, состоящих из ультратонких, супертонких волокон, полученных электропрядением и методом мелтблоун. Пористые сетки представляют собой тканый или нетканый материал, содержащий синтетические полипропиленовые, поливинилхлоридные, полиамидные, полиакрилонитрильные, полиуретановые, поливинилспиртовые волокна без наполнителя.
Недостатком такого материала является отсутствие активного наполнителя, сорбция осуществляется за счет волокон из полимеров с различной степенью полярности, химической природы, не обеспечивает сорбционную активность, необходимую по аварийно-химическим опасным веществам ингаляционного действия (АХОВИД).
Известен многослойный сорбционно-фильтровальный нетканый материал, состоящий из нескольких слоев нетканого материала, выполненного из содержащего твердые сорбционные частицы волокна, полученного из смеси полиакрилонитрила и полиуретана аэродинамическим формованием раствора полимера (Патент RU 2317132, B01D 39/16, B01J 20/28, опубл. 20.02.2008).
Недостатком такого материала является неравномерное расположение наполнителя по длине волокон в процессе формования из-за использования фракции наполнителя с широкой дисперсностью от 10 до 150 мкм. Не обеспечивается должная степень защиты по АХОВИД вследствие максимального содержания наполнителя до 50-60% за счет агломерации на поверхности волокон в холсте нетканого материала, отсутствуют барьерные свойства по стандартному масляному туману (СМТ).
Наиболее близким аналогом является многослойный сорбционно-фильтровальный материал, который содержит 2-4 сорбционных слоя нетканого материала из наполненных твердыми частицами волокон на основе полиакрилонитрила или смеси его с полиуретаном, а также содержит покровный и подстилающий армирующие слои из тканого или нетканого материала (Патент RU 2330134, B01D 39/14, D04H 13/00, опубл. 09.11.2006).
Главным недостатком данного многослойного нетканого материала является отсутствие фильтровального слоя, обеспечивающего необходимую противоаэрозольную защиту по масляному туману и хлористому натрию. Другим недостатком этого материала является то, что входящие в его состав угленаполненные слои, полученные введением в волокна из полиакрилонитрила и полиуретана диаметром 20-40 мкм в условиях аэродинамического формования наполнителя с большой дисперсностью в пределах 10-100 мкм, не позволяет регулировать фиксацию его внутри и на поверхности волокон. Присутствие наполнителя, расположенного по-разному в волокнистом холсте при аутогезионном склеивании, вызывает пространственные затруднения при коалесценции поверхностей соединяемых волокон, что нарушает процесс склеивания, увеличивая диапазон изменения пор. При последующем использовании таких нетканых материалов в динамических условиях в качестве сорбционно-фильтрующих перегородок затрудняется достижение эффективной сорбции для различных АХОВИД. Данный многослойный материал комплексно не обеспечивает динамическую сорбционную активность, воздухопроницаемость и одновременно аэрозольную защиту.
Технической задачей данного изобретения является создание многослойного фильтровально-сорбционного материала, обладающего за счет наличия специализированных слоев комплексом фильтровальных, сорбционных, защитных свойств, драпируемостью и высокими физико-механическими свойствами, позволяющими использовать его в различных областях техники.
Поставленная задача в настоящем изобретении решается за счет того, что многослойный фильтровально-сорбционный материал состоит из фильтрующей части, сорбционной части и наружного армирующего слоя из тканого или нетканого материала, размещенного с одной или двух сторон, причем фильтрующая часть материала содержит 1-3 слоя нетканого волокнистого материала, полученного аэродинамическим формованием из расплава полимера и содержащего смесь волокон диаметром 0,5-2,0 мкм и 2,0-4,0 мкм при их соотношении 1,2-3,0 соответственно, при этом отношение суммарной толщины фильтрующих слоев к среднему диаметру волокон в фильтрующих слоях составляет 40-700, сорбционная часть представляет собой 2-5 слоев нетканого волокнистого материала, полученного аэродинамическим формованием из смеси растворов полиуретана и полиакрилонитрила, наполненного частицами активного твердого наполнителя с размером в интервале от 10 до 80 мкм.
Сорбционная часть этого материала содержит два типа слоев волокнистого материала, при этом один из упомянутых типов наполнен частицами активного твердого наполнителя с размером 10-40 мкм, размещенными внутри волокон, а другой тип наполнен частицами активного твердого наполнителя с размером 40-80 мкм, размещенными на поверхности волокон.
Отношение суммарной толщины слоев волокнистого материала, наполненного частицами активного твердого наполнителя с размером 40-80 мкм, к суммарной толщине слоев волокнистого материала, наполненного частицами активного твердого наполнителя с размером 10-40 мкм, составляет 0,15-2,0, при этом волокнистый материал, наполненный частицами с размером 40-80 мкм, получен формованием из раствора с преобладающим содержанием полиуретана в прядильном растворе, а материал, наполненный частицами с размером 10-40 мкм, получен формованием из раствора с преобладающим содержанием полиакрилонитрила в прядильном растворе.
Предлагаемый многослойный фильтровально-сорбционный материал позволяет решить поставленную задачу.
Установлено, что процесс адсорбции складывается из внешней диффузии молекул сорбируемого вещества к поверхности волокон наружных слоев нетканого материала и внешней поверхности частиц сорбента, закрепленных снаружи на поверхности волокна, внутренней диффузии молекул сорбтива (сорбата) по макропорам нетканого материала к сорбирующей поверхности микропор сорбента, находящегося на поверхности и внутри полимерных волокон, собственно сорбции на внутренней поверхности микропор сорбента [А.В. Генис и др. Пластические массы, 2013, №5, с. 20-22].
Помимо традиционных подстилающих и покрывных слоев из тканого и нетканого материала, несущих чисто армирующие функции, расположенных снаружи для предотвращения повреждения структуры остальных внутренних слоев, многослойный фильтровально-сорбционный материал содержит от 1 до 3 фильтрующих слоев нетканых материалов, состоящих из смеси волокон диаметром 0,5-2,0 мкм и 2,0-4,0 мкм соответственно, полученных аэродинамическим формованием из расплава, и сорбционные холсты нетканого материала, сформованного аэродинамическим растворным способом, состоящие из пористых волокон, представляющих собой совокупность расположенных в требуемой последовательности сорбционно-упрочненных и сорбционно-активных слоев нетканого холста, полученных из смеси растворов полиуретана и полиакрилонитрила. Причем при формовании сорбционно-упрочненных слоев материалов в смеси прядильных растворов преобладает по содержанию полиуретан (более 50%), а при формовании сорбционно-активных слоев в указанной смеси доминирует по содержанию полиакрилонитрил (более 50%). Общее число составляющих сорбционно-упрочненных и сорбционно-активных слоев, образующих сорбционную часть, составляет 2-5.
За счет увеличения фильтрующих слоев от 1 до 3 удается повысить длину поровых каналов, снизить скорость движения сорбтива через фильтрующие слои, имеющие за счет наличия ультратонких волокон множественные извилистые поровые каналы, диаметром 25-40 мкм; повысить за счет снижения скорости движения сорбтива и роста площади боковой поверхности волокон в фильтрующей части время контакта сорбтива с поверхностью сорбента, расположенного в сорбционно-упрочненных и сорбционно-активных слоях сорбционной части многослойного холста. За счет роста суммарной поверхности контакта и времени контакта обеспечивается универсальная защита от аэрозолей СМТ (ГОСТ Р 12.4.194-99) и от газовоздушной смеси АХОВИД (ГОСТ Р 22.9.14-2014).
Наличие сорбционно-упрочненных промежуточных слоев с находящимися между ними сорбционно-активными слоями, в сорбционной части многослойного фильтровально-сорбционного нетканого материала обеспечивает повышение драпируемости до 12-15%. Это происходит благодаря поверхностному расположению наполнителя в сорбционно-упрочненных слоях и доминированию полимерной фазы внутри волокон, образующих холст. В результате у таких слоев наблюдается увеличение деформации (удлинения) в 1,8-2 раза (8-10% вместо 4%), деформационное упрочнение возрастает на 10-20%, что приводит к росту показателя драпируемости. Наличие сорбционно-активных слоев с содержанием наполнителя внутри полимерных волокон дополнительно приводит к росту содержания его в сорбционной части многослойного материала до не менее 70%, что соответствует современным требованиям, предъявляемым к средствам защиты. Наличие поверхностного расположения наполнителя в сорбционно-упрочненных слоях дополнительно увеличивает стойкость сорбционной части к знакопеременным нагрузкам, а значит срок эксплуатации сорбционно-активных слоев многослойного фильтровально-сорбционного нетканого материала.
Для повышения барьерных свойств и улучшения противоаэрозольной защиты предлагается структура многочисленного фильтровально-сорбционного материала, в котором фильтрующая часть включает от 1 до 3 слоев, состоящих из смеси волокон диаметром 0,5-2,0 мкм и 2,0-4,0 мкм, причем отношение их в каждом из слоев находится в пределах от 1,2 до 3.
При отношении волокон диаметром 0,5-2,0 мкм к волокнам диаметром 2,0-4,0 мкм меньше 1,2 не обеспечиваются защитные свойства по СМТ. Указанное отношение больше 3 ограничено технологическими возможностями высокотемпературного вытягивания низковязкого полипропилена в изотермических условиях из-под фильерного пространства.
3
2
В зависимости от вида изделия используемые фильтрующие слои отличаются различной проницаемостью, которая в допустимых пределах регулируется за счет изменения толщины каждого слоя вследствие регулирования степени склеивания между волокнами в процессе формования, а также путем варьирования количеством слоев от 1 до 3. Тем самым изменяется длина и площадь боковой поверхности поровых каналов для сорбции СМТ в фильтрующей части многослойного фильтровально-сорбционного нетканого материала. Причем отношение суммарной толщины слоев фильтрующей части к среднему диаметру волокон в фильтрующих слоях находится в пределах от 40 до 700. При отношении меньше 40 фильтрующие слои обладают повышенным диаметром пор свыше 50 мкм, высокой склеенностью между волокнами, что приводит к уменьшению драпируемости меньше допустимой 10% и увеличивает показатель проницаемости СМТ выше допустимого верхнего предела в 20% (ГОСТ Р 12.4194-99), не позволяющего использовать фильтровальную часть многослойных нетканых материалов для таких целей. При отношении более 700 снижается воздухопроницаемость меньше допустимого нижнего предела в 100 дм/мс, характерного для СИЗК и СИЗОД, уменьшается драпируемость фильтровальных слоев, имеющих суммарную повышенную толщину.
В зависимости от вида изделия многослойные материалы применяются для производства СИЗОД либо СИЗК с числом расположенных в разной последовательности сорбционно-упрочненных и сорбционно-активных слоев количеством от 2 до 5, составляющих сорбирующую часть таких материалов.
В процессе аэродинамического формования и вытягивания крупнодисперсный наполнитель с диапазоном от 40 до 80 мкм при формовании сорбционно-упрочненных слоев выдавливается из середины волокон и остается закрепленным на их поверхности. Мелкодисперсный наполнитель с диапазоном от 10 до 40 мкм остается внутри волокна сорбционно-активного слоя.
в
в
в
Микроскопический анализ структуры слоев с помощью микроскопа Olympus bx-51, содержащих наполнитель разного размера, позволил подсчитать число частиц наполнителя в волокне длиной 1000 мкм. Установлено, что число частиц n наполнителя размером 10-40 мкм подчиняется закономерности n=5⋅d, где d - диаметр волокна. Для крупнодисперсного наполнителя с частицами размером 40-80 мкм указанная закономерность имеет вид: n=0,5⋅d. Это подтверждает факт нахождения крупнодисперсных частиц на поверхности волокон в композиционном нетканом материале и наименьшего их присутствия внутри волокон, а также действующий механизм заполнения волокон в процессе вытягивания и холстообразования композиционных нетканых материалов.
За счет практически полного заполнения мелкодисперсными частицами наполнителя внутреннего объема волокон сорбционно-активного слоя возрастает общее содержание наполнителя в сорбционной части многослойного фильтровально-сорбционного материала до 70%. В соответствии с ранее описанным механизмом диффузии сорбтива динамическая сорбционная активность по циклогексану для сорбционно-активных слоев достигает значений 120-150 мг/г, по аммиаку 58-70 мг/г, по диоксиду серы 65-75 мг/г.
В зависимости от видов изделий СИЗОД и СИЗК сорбционно-упрочненные и сорбционно-активные слои числом от 2 до 5 располагаются в разной последовательности. Причем отношение толщины сорбционно-упрочненных слоев, изготовленных формованием прядильных растворов с преобладающим содержанием полиуретана, к толщине сорбционно-активных слоев, полученных формованием прядильных растворов с преобладающим содержанием полиакрилонитрила, находится в интервале от 0,15 до 2,0.
При отношении меньше 0,15 не обеспечиваются в необходимой степени армирующие свойства, драпируемость, износостойкость сорбционной части многослойного нетканого материала, а при отношении более 2,0 не достигается необходимая величина динамической сорбции сорбционной части многослойного фильтровально-сорбционного нетканого материала.
Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами.
На Фиг. 1а представлен механизм расположения крупнодисперсного наполнителя с размером частиц от 40 до 80 мкм на поверхности волокна в сорбционно-упрочненных слоях.
На Фиг. 1б представлен механизм расположения мелкодисперсного наполнителя с размером частиц от 10 до 40 мкм внутри волокна в сорбционных слоях.
На Фиг. 2 представлен многослойный фильтровально-сорбционный нетканый материал, состоящий из армирующего слоя 1, сорбционных слоев 2 и фильтрующего слоя 3.
На Фиг. 3 представлен график распределения диаметров частиц наполнителя среднедисперсной (1) и крупнодисперсной (2) фракции активированного угля.
На Фиг. 4 представлен график распределения диаметров частиц наполнителя среднедисперсной и крупнодисперсной фракции ионообменных смол марок КБ-4, ЭДЭ-10П.
Многослойный фильтровально-сорбционный материал получают на линии, включающей установку по получению нетканых материалов из ультратонких волокон ППРМ (полипропиленовые рулонированные материалы), комплекс по подготовке различных наполнителей с заданным гранулометрическим составом, установку формования растворов (ПУФР), узел получения комбинированных фильтровально-сорбирующих материалов (КФСМ). На установке ППРМ из расплава полипропилена с низким индексом расплава аэродинамическим формованием получают волокнистый холст, служащий для формирования фильтровальной части многослойного нетканого материала, который затем каландрируется с одновременной обрезкой и наматывается в рулон. В комплексе по подготовке наполнителей происходит измельчение исходного наполнителя (активированного угля, катионитов, анионитов) начальной дисперсностью 0,35-2,0 мм до гранулометрического состава требуемой дисперсности, определение распределения наполнителя с помощью анализатора-микросайзера, вибрационное просеивание наполнителя для получения его узкого распределения. Установка ПУФР содержит от 2 до 5 аппаратов для приготовления наполненных прядильных растворов для получения слоев нетканого материала, содержащих различные наполнители (уголь активированный, катионит, анионит и др.) либо одинаковые наполнители, но различного гранулометрического состава. Наличие нескольких аппаратов позволяет реализовать формование различных отдельных слоев многослойного нетканого материала на отдельных линиях формования. Раствор полимера, вытекая из фильеры, подвергается растяжению потоком сжатого воздуха и затем воздействию тонко распыленной осадительной ванны. После отмывки растворителя и осаждения полимера волокно собирается на сетчатой подложке, где формируется структура многослойного волокнистого материала, состоящая из сорбционно-упрочненных и сорбционно-активных слоев с различным расположением. Полученная сорбционная часть перед соединением с фильтровальной частью анализируется на установке типа ДП-3 (ГОСТ 12.4.158-90, ГОСТ 12.4.159-90), определяются динамическая сорбционная активность и время защитного действия по циклогексану, аммиаку и диоксиду серы. Сформированные холсты фильтровальной и сорбционной части поступают в узел КФСМ для совмещения и соединения с покрывным и подстилающими армированными слоями. Узел оснащен инфракрасными нагревателями для соединения фильтрующих и сорбирующих слоев, включает каландр специальной конструкции. На последней стадии установки ПУФР получают многослойный фильтровально-сорбционный материал.
Получаемый многослойный фильтровально-сорбционный материал может быть использован в качестве фильтров для защиты органов дыхания (СИЗОД) и защитной одежды кожи человека фильтрующего типа (СИЗК), так как обладает необходимой динамической сорбционной активностью, достаточной прочностью и удлинением, воздухопроницаемостью, аэрозольной защитой.
Указанные показатели определялись по известным методикам:
- средний диаметр определялся с помощью микроскопов МБИ-15, МИИ-8 по ГОСТ 8074-82;
- количество частиц наполнителя в волокне длиной 1000 мкм подсчитывалось с помощью микроскопа Olympus bx-51;
- толщина слоя измерялась по ГОСТ 12023-66, используя микрометр ГОСТ 4380-86;
п
- аэрозольная защита оценивалась по величине проницаемости противоаэрозольного фильтра по ГОСТ Р 12.4.192-99 с помощью коэффициента проницаемости К, % (ГОСТ 12.4.194-199);
- физико-механические показатели (прочность, удлинение) композиционного нетканого материала определяли по ГОСТ 15.902.3-79 на разрывной машине «Инстрон-122»;
- воздухопроницаемость измеряли по ГОСТ 12088-77 на приборе FF-12 фирмы «Метримпекс» при перепадах давления от 50 до 1000 Па;
d
- динамическая сорбционная активность нетканого материала A рассчитывалась с помощью методики оценки времени защитного действия по циклогексану, аммиаку, диоксиду серы на установке ДП-3 ГОСТ 12.4.159-90, ГОСТ 12.4.158.90, ГОСТ 20298-74. Время защитного действия определялось по времени до «проскока» - появления циклогексана за фильтровальной перегородкой.
d
0
A=m/M=(τ⋅q⋅C)/(μ⋅S),
d
где A - динамическая сорбционная активность материала, мг/г;
m - масса адсорбата, мг;
М - масса образца материала, г;
0
τ - время до «проскока», с;
3
q - расход газовоздушной смеси, м/с;
3
С - концентрация адсорбтива (циклогексана, аммиака, диоксида серы) в газовоздушной смеси, мг/м;
2
μ - поверхностная плотность материала, г/м;
2
S - площадь образца, м.
Динамическая сорбционная активность характеризуется максимальным количеством вещества, поглощенного единицей объема или массы сорбента до момента «проскока».
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Многослойный фильтровально-сорбционный материал состоит из 3 фильтрующих, 5 сорбционных слоев и 2 армирующих слоев. Фильтрующая часть представляет собой 3 фильтрующих слоя из полипропиленовых (ПП) нетканых холстов, полученных аэродинамическим расплавным формованием. Каждый слой включает ультратонкие волокна диаметром 0,5-2,0 мкм и 2,0-4,0 мкм с отношением количественной доли первых ко вторым равным 3, при этом среднее значение диаметра волокна в нетканых холстах фильтрующей части равно 1 мкм. Общая толщина 3 фильтрующих слоев составляет примерно 0,70 мм (700 мкм). При этом отношение суммарной толщины фильтрующих слоев к среднему диаметру волокон в фильтрующих слоях составляет 700/1=700.
Сорбционная часть состоит из 5 слоев, причем 1 и 5 слои являются сорбционно-упрочненными (наполненный активированным углем СКТ-6 нетканый материал с крупнодисперсным наполнителем 40-80 мкм), слои получены растворным аэродинамическим формованием из смеси дисперсных растворов ПАН и полиуретана (ПУ) с преобладающим содержанием ПУ. Эти слои обеспечивают армирующие свойства, износостойкость, выполняют защитные функции в отношении сорбционных слоев, драпируемость сорбционной части. Три однородных сорбционно-активных слоя содержат мелкодисперсный наполнитель 10-40 мкм - активированный уголь СКТ-6 и получены аэродинамическим формованием из смеси дисперсных растворов полимеров ПАН и ПУ с преобладающим содержанием ПАН.
Сорбционно-упрочненные и сорбционно-активные слои нетканых материалов наполнены активированным углем СКТ-6. За счет распределения его на поверхности первых из указанных слоев и внутри волокон - у вторых, общее содержание угля достигает 70%. Суммарная толщина сорбционной части 6,9 мм, причем отношение суммарной толщины сорбционно-упрочненных слоев к суммарной толщине сорбционно-активных слоев равно (0,45+0,45)/(2+2+2)=0,9/6=0,15.
Основные свойства полученного многослойного фильтровально-сорбционного материала представлены в таблице 1. Динамическая сорбционная активность по циклогексану составляет 220-230 мг/г. Коэффициент проникновения масляного тумана 4,2-5,6%, соответствует II классу защиты FFP2 (ГОСТ Р 12.4.192-99). Готовый фильтровально-сорбционный материал используется для изготовления защитной одежды фильтрующего типа, предохраняющей от нарушения кожного покрова токсичными и сильнодействующими ядовитыми веществами под общим названием АХОВИД.
Пример 2
Многослойный фильтровально-сорбционный материал состоит из 1 фильтрующего, 3 сорбционных слоев и армирующего слоя, расположенного с двух наружных сторон относительно фильтрующего и сорбционных слоев.
Фильтрующий слой - это ПП нетканый холст, полученный расплавным формованием, состоит из ультратонких волокон диаметром 0,5-2,0 мкм (числовая доля 55%) и 2,0-4,0 мкм (числовая доля 45%), находящихся ближе к верхней границе указанных диапазонов, с отношением первых ко вторым 1,2. При этом среднее значение диаметра волокна в нетканых холстах фильтрующей части равно 3,0 мкм. Общая толщина одного фильтрующего слоя составляет 120 мкм (0,12 мм). Отношение суммарной толщины одного фильтрующего слоя к среднему диаметру волокна в фильтрующих слоях составляет 120/3=40.
Три сорбционных слоя получены растворным формованием из смеси ПАН и ПУ. Средний диаметр волокон сорбционной части 18-24 мкм. Сорбционные слои наполнены активированным углем БАУ-А, поверхностно расположенным на волокнах в сорбционно-упрочненных двух слоях, и расположенным внутри волокна в сорбционно-активном слое. Сорбционно-упрочненные слои получены из смеси дисперсных растворов ПАН и ПУ, с преобладающим содержанием ПУ, сорбционно-активные - с преобладающим содержанием ПАН. Диаметр частиц наполнителя в первом случае составляет 40-80 мкм, во втором - 10-40 мкм. Суммарная толщина сорбционной части составляет 5,4 мм, отношение суммарной толщины сорбционно-упрочненных слоев к суммарной толщине сорбционно-активных слое равно 2,0.
Свойства полученного многослойного фильтровально-сорбционного материала представлены в таблице 1. Динамическая сорбционная активность по циклогексану составляет 176 мг/г. Коэффициент проникания масляного тумана составляет 15,4%, что соответствует классу защиты FFPI (ГОСТ Р 12.4.192-99).
3
2
Структура многослойного материала делает его прочнее, изделия обладают воздухопроницаемостью не менее 150 дм/мс. Материал является универсальным для защиты от СМТ и АХОВИД при изготовлении респираторов и защитной рабочей одежды для химических и нефтехимических производств.
Пример 3.
Многослойный фильтровально-сорбционный нетканый материал состоит из 3 фильтрующих, 2 сорбционных слоев и армирующего слоя, расположенного с двух наружных сторон относительно фильтрующих и сорбирующих слоев.
Фильтрующая часть представляет собой 3 фильтрующих слоя из ПП нетканых холстов, полученных аэродинамическим расплавным формованием. Каждый слой включает ультратонкие волокна диаметром 0,5-2,0 мкм и 2,0-4,0 мкм с отношением числовой доли первых ко вторым 1,2. При этом среднее значение диаметра волокна в нетканых холстах фильтрующей части равно 2,1. Общая толщина трех фильтрующих слоев составляет 0,58 мм. Отношение суммарной толщины фильтрующих слоев к среднему диаметру волокна в фильтрующих слоях составляет 280.
Сорбционная часть включает 2 слоя, при этом первый слой является сорбционно-упрочненным, представляет собой наполненный нетканый материал, содержащий крупнодисперсный наполнитель (40-80 мкм), который получен растворным аэродинамическим формованием из смеси дисперсных растворов ПАН и ПУ с преобладающим содержанием ПУ. Второй слой представляет собой сорбционно-активный слой с мелкодисперсным наполнителем (10-40 мкм), полученный растворным аэродинамическим формованием из смеси дисперсных растворов полимеров ПАН и ПУ с преобладающим содержанием ПАН.
Сорбционно-упрочненный и сорбционно-активный слои нетканого материала наполнены активированным углем СКТ-7. Общее содержание угля в сорбционной части достигает 60%. Суммарная толщина сорбирующих слоев составляет 2,6 мм, причем отношение толщины сорбционно-упрочненного слоя к толщине сорбционно-активного слоя составляет 0,3.
Основные свойства полученного многослойного фильтровально-сорбционного материала представлены в таблице 1. Динамическая сорбционная активность по циклогексану составляет 180-185 мг/г. Присутствие трех фильтрующих слоев дает возможность получить высокие барьерные свойства по СМТ. Коэффициент проникновения масляного тумана составляет 6,7-8,3%, обеспечивая противоаэрозольную защиту по I классу, соответствуя FFP1 (ГОСТР 12.4.192-99).
3
2
Готовый многослойный фильтровально-сорбционный материал обладает воздухопроницаемостью 150-160 дм/мс, используется для изготовления СИЗОД для преимущественной защиты от СМТ и может применяться одновременно в средствах защиты от АХОВИД.
Пример 4.
Многослойный фильтровально-сорбционный материал состоит из 1 фильтрующего, 2 сорбционных слоев и армирующего слоя, расположенного с наружной стороны относительно сорбционных слоев.
Фильтрующий слой представляет собой ПП нетканый холст, полученный расплавным формованием, состоит из ультратонких волокон 0,5-2,0 мкм и 2,0-4,0 мкм, находящихся ближе к верхней границе указанных диапазонов, с отношением числовой доли первых ко вторым равным 1,2, при этом среднее значение диаметра волокон в нетканых холстах фильтрующей части составляет 2,96 мкм. Общая толщина одного фильтрующего слоя составляет 0,14 мм. При этом отношение толщины одного фильтрующего слоя к среднему диаметру волокон в фильтрующих слоях составляет 47.
Два сорбционных слоя сорбционной части получены растворным формованием из смеси растворов ПАН и ПУ. Сорбционные слои наполнены частицами катеонита (ионообменной смолой) КБ-4 для защиты от паров аммиака. В сорбционном упрочненном слое частицы наполнителя диаметром 40-80 мкм расположены на поверхности волокон, образующих данный слой. Во втором единичном сорбционно-активном слое частицы наполнителя диаметром 10-40 мкм расположены внутри волокон, образующих указанный слой. Суммарная толщина сорбционной части составляет 2,7 мм, причем отношение толщины сорбционного упрочненного слоя к толщине сорбционно-активного слоя равно 0,50.
3
2
Свойства полученного многослойного фильтровально-сорбционного материала представлены в таблице 1. Динамическая сорбционная активность по парам аммиака составляет 59 мг/г, коэффициент проникания масляного тумана составляет 16,9%, что соответствует классу защиты FFP1 (ГОСТ Р 12.4.192-99). Готовый многослойный фильтровально-сорбционный материал воздухопроницаемостью 150-170 дм/мс используется для изготовления СИЗОД для преимущественной защиты от СМТ и АХОВИД при производстве респираторов и масок.
Пример 5.
Многослойный фильтровально-сорбционный материал состоит из 1 фильтрующего, 3 сорбционных и 2 армирующих слоев, расположенных с наружной стороны относительно фильтрующего и сорбционных слоев.
Фильтрующий слой представляет собой ПП нетканый холст, полученный расплавным формованием, состоит из ультратонких волокон 0,5-2,0 мкм и 2,0-4,0 мкм, находящихся ближе к верхней границе указанных диапазонов, с отношением числовой доли первых ко вторым равным 1,5, при этом среднее значение диаметра волокон в нетканых холстах фильтрующей части составляет 2,8 мкм. Общая толщина одного фильтрующего слоя составляет 0,13 мм. При этом отношение толщины одного фильтрующего слоя к среднему диаметру волокон в фильтрующих слоях составляет 46.
Сорбционная часть включает 3 слоя, при этом один слой является сорбционно-упрочненным и представляет собой наполненный нетканый холст, который получен растворным аэродинамическим формованием из смеси дисперсных растворов ПАН и ПУ, с преобладающим содержанием ПУ, содержащий крупнодисперсный наполнитель ионообменную смолу анионит ЭДЭ-10П с размером частиц 40-80 мкм, расположенный на поверхности волокон. В двух сорбционно-активных слоях частицы наполнителя ионообменной смолы-анионита ЭДЭ-10П с диаметром 10-40 мкм расположены внутри волокон, образующих указанный слой. Указанные сорбционно-активные слои получены растворным аэродинамическим формованием из смеси дисперсных растворов полимеров ПАН и ПУ, с преобладающим содержанием ПАН. Суммарная толщина сорбционной части составляет 4,6 мм, причем отношение толщины сорбционно-упрочненного слоя к толщине сорбционно-активного слоя равно 0,15.
3
2
Свойства полученного многослойного фильтровально-сорбционного материала представлены в таблице 1. Динамическая сорбционная активность по диоксиду серы составляет 68 мг/г, коэффициент проникания масляного тумана составляет 11,7%, что соответствует классу защиты FFP1 (ГОСТ Р 12.4.192-99). Готовый многослойный фильтровально-сорбционный материал воздухопроницаемостью 110-130 дм/мс, используется для изготовления СИЗОД для преимущественной защиты от СМТ и АХОВИД при производстве респираторов и масок.
Основные показатели многослойного фильтровально-сорбционного материала представлены в таблице 1.
Как видно из таблицы 1, предлагаемый многослойный фильтровально-сорбционный материал обладает высокой динамической сорбционной активностью по циклогексану, аммиаку и диоксиду серы, хорошими прочностными показателями, воздухопроницаемостью. Это позволяет использовать материал для изготовления средств защиты от СМТ и АХОВИД в качестве фильтров для защиты органов дыхания и защитной одежды кожи человека фильтрующего типа.
Благодаря применению метода аэродинамического формования расплавов и растворов полимеров, содержащих различные твердые сорбционные частицы для получения нетканых холстов, технология получения многослойного фильтровально-сорбционного материала позволяет варьировать свойствами материала в зависимости от количества слоев, состава слоев и вида наполнителя.