СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФИЛЬТРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА, ФИЛЬТРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ И СРЕДСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ
METHOD TO PRODUCE FILTRATION MATERIAL, FILTRATION MATERIAL AND RESPIRATORY SYSTEM PROTECTOR

Изобретение относится к области получения методом электроформования волокнистых полимерных фильтрующих материалов, используемых для защиты органов дыхания и окружающей среды от токсичных аэрозолей.
Сущность метода электроформования заключается в получении при создании разности электрических потенциалов ультратонких (1-10 мкм) полимерных волокон из раствора волокнообразующего полимера с последующим осаждением волокон на подложку или без нее.
Под действием электрического поля происходит нейтрализация сил поверхностного натяжения раствора, в результате чего он вытекает в виде тонкой нити из дозирующего устройства, являющегося полюсом высокого напряжения, и расщепляется на множество более тонких нитей. В процессе испарения растворителя нити превращаются в сухие волокна, которые осаждаются на противоположно заряженном приемном электроде.
Основа метода, характеристики полученных с его использованием фильтрующих материалов и области их использования подробно описаны в книге Э.А.Дружинина «Производство и свойства фильтрующих материалов Петрянова из ультратонких полимерных волокон», Москва, 2007, с.16-96, 156-164, и книге Ю.Н.Филатова «Электроформование волокнистых материалов СЭФВ-процесс», М.: Нефть и газ, 1997, с.3-7.
Известен способ получения фильтрующего материала из сополимера стирола с акрилонитрилом с диаметром волокон 1-10 мкм из прядильного раствора, содержащего дихлорэтан, электролитические добавки и растворители из ряда: ацетон или метилэтилкетон, или этилацетат, или бутилацетат (патент RU 2182511, В 01039/16, 2002.05.20).
Недостатком данного способа является то, что фильтрующий материал, полученный на его основе имеет низкую механическую прочность.
Известен способ получения фильтрующего материалов ФПП-15-1,5 по ТУ 6-16-2813-84; ФПП -15-1,0 по ТУ 6-16-2502-81; ФПП-15-0,8 по ТУ 6-16-2090-84; ФПП-15-0,6 по ТУ 6-16-2571-85, основанный на переработке 10-12 мас.% прядильного раствора смолы поливинилхлоридной хлорированной в дихлорэтане методом электроформования с последующим наложением волокон на подложку из марли или полотна клееного. В качестве технологической добавки для регулирования вязкости и удельной электропроводности прядильного раствора, а также скорости волокнообразования используется спирт этиловый. Для регулирования электропроводности в раствор также вводят электролитические добавки. Данный способ позволяет получать фильтрующий материал ФПП с различными защитными характеристиками. Недостатком метода является относительно низкая разрывная нагрузка волокнистого слоя (0,49-1,18 Н, 0,05-0,12 кгс).
Известен волокнистый фильтрующий материал из сополимера стирола с метилметакрилатом и акрилонитрилом, содержащий волокна 6-10 мм в количестве 70-80% и волокна диаметром 1-2 мм в количестве 20-30%, а также способ его получения путем электростатического формования из раствора полимера в органическом растворителе (патент RU 2049525, В01 039/16, опубл. 1995.12.10).
Данный материал имеет недостаточно высокие механические характеристики.
Известен волокнистый фильтрующий материал ФПП-15-1,5 по ТУ 6-16-2813-84, ФПП-15-1,0 по ТУ 6-16-2502-81, ФПП-15-0,8 по ТУ 6-16-2090-84, ФПП-15-0,6 по ТУ 6-16-2571-85 со следующими показателями, представленными в табл.1.
Данный материал имеет недостаточно высокие механические характеристики.
2
Известно средство защиты органов дыхания по патенту 2182511 (опубл. 2002.05.20), содержащее рабочий слой из полимерных волокон с диаметром 1-10 мкм, защитный слой из марли и фильтродержатель, причем рабочий слой выполнен из волокон сополимера стирола с акрилонитрилом, с поверхностной плотностью 20-80 г/м и аэродинамическим сопротивлением 3-60 Па при скорости потока воздуха 1 см/с.
Недостатком данного средства защиты органов дыхания является низкая механическая прочность используемого фильтрующего материала.
Предлагаемым изобретением решается задача разработки способа получения фильтрующего материала, позволяющего получать фильтрующий материал с высокими механическими характеристиками при сохранении защитных характеристик, необходимых при использовании этого материала в средствах для защиты органов дыхания.
5
Поставленная задача решается описываемым способом получения фильтрующего материала путем электроформования волокна с диаметром 1-10 мкм из 5-20 мас.% раствора полимера в органическом растворителе, имеющего вязкость 3,5-5,0 Пуаз при напряжении электроформования 60-140 кВ, причем в качестве полимера используют хлорированные полиэтилен или полипропилен класса высокохлорированные полиолефины, имеющие степень хлорирования 64-66% и молекулярный вес (2-15)·10. Данный выбор основан на следующих основных свойствах полимера, обусловливающих заданные свойства продукта, а именно: способность образовывать однородные стабильные растворы при растворении в ряде органических растворителях, гидрофобность в сочетании с высоким электрическим сопротивлением, высокая химическая стойкость к кислотам и щелочам, высокая термическая стойкость, высокие значения прочности при растяжении и относительного удлинения.
5
Поставленная задача решается также фильтрующим материалом, полученным описанным выше способом, причем в качестве полимера используют хлорированные полиэтилен или полипропилен, имеющие степень хлорирования 64-66% и молекулярный вес (2-15)·10.
5
Поставленная задача решается также средством для защиты органов дыхания, содержащим рабочий слой из полимерных волокон, причем в качестве полимера используют хлорированные полиэтилен или полипропилен, имеющие степень хлорирования 64-66% и молекулярный вес (2-15)·10.
Благодаря заявленному способу получен фильтрующий материал с улучшенными механическими свойствами, причем фильтрующий материал обладает необходимыми свойствами для изготовления индивидуальных средств защиты.
Примеры получения фильтрующего материала представлены в табл.2, 3.
5
2
Приготавливают 5-20 мас.% прядильный раствор высокохлорированного полиэтилена или полипропилена, имеющего степень хлорирования 64-66% и молекулярный вес (2-15)·10, в органическом растворителе (см. табл.2). Раствор должен быть однородным (без примеси твердых частиц), т.е. полимер полностью растворим в выбранном растворителе. В приготовленном растворе указанной массовой концентрации определяется динамическая вязкость. В качестве технологической добавки для регулирования электропроводности используется раствор тетраэтиламмония в этиловом спирте (см. табл.2). Затем проводят электроформование волокнистого слоя в диапазоне электрического напряжения 60-140 кВ и давлении прядильного раствора 0,6-2,0 кгс/см.
Как показали лабораторные испытания, полученные в соответствии с изобретением фильтрующие материалы имеют волокна со средним диаметром 1-10 мкм, обладают высокими защитными характеристиками, а именно: коэффициентом проницаемости стандартного масляного тумана со средним радиусом частиц 0,15-0,17 мкм при скорости 1 см/с от 0,0002 до 0,12, улучшенными механическими свойствами (разрывная нагрузка от 2,1 до 4,3), сопротивление потоку воздуха 0,5-1,35 мм вод.ст. (4,9-13,23 Па) при скорости потока воздуха 1 см/с, относительном удлинении в пределах 0,4-0,66 (см. табл.3).
Описанный фильтрующий материал был изготовлен на производственной базе ОАО «Сорбент», из которого получена опытная партия средств индивидуальной защиты органов дыхания типа «Лепесток», «У-2К», содержащих рабочий слой из заявленного материала, нанесенного на подложку из аппретированной марли, а также проведены испытания респираторов типа Ф-62, РПГ-67, РУ-60М, которые дали положительный результат.
Таблица 3
Характеристика фильтрующих материалов на основе высокохлорированного полиэтилена и полипропилена
Наименование фильтрующего материала на основе прядильного раствора (№ примера табл.1)
Технологические параметры изготовления
Показатели качества материала
Напряжение, кВ
Давление раствора, кгс/см<sup>2</sup>
Сопротивление потоку воздуха при расчетной скорости 1 см/сек, мм вод.ст. (Па)
Коэффициент проницаемости по масляному туману при расчетной скорости 1 см/сек, %
Поверхностная плотность волокнистого слоя, г/м<sup>2</sup>
Разрывная нагрузка волокнистого слоя, Н
Относительное удлинение при разрыве волокнист. слоя
1
2
3
4
5
6
7
8
№1
80
1,2
0,64 (6,27)
0,03
26,9
3,0
0,49
100
1,2
0,80 (7,84)
0,076
25,0
3,2
0,50
№2
120
1,4
1,0-1,2
0,006
39,3
3,9
0,48
(9,8-11,76)
140
2,0
1,35 (13,23)
0,008
35,0
3,5
0,49
№3
110
1,7
0,70-0,75
0,014
35,9
3,7
0,43
(6,86-7,35)
№4
120
1,8
0,80 (7,84)
0,0004
47,2
4,3
0,40
№5
60
1,0
0,55 (5,39)
0,12
20,5
2,1
0,54
100
0,8
1,0 (9,8)
0,02
24,8
2,7
0,50
№6
120
0,7
0,75 (7,35)
0,04
30,3
3,2
0,56
№7
110
0,6
1,05 (10,29)
0,0002
31,3
3,8
0,56
120
0,6
0,95 (9,31)
0,0008
27,4
3,5
0,55
№8
110
0,6
0,78 (7,64)
0,002
18,1
2,5
0,56
№9
100
0,6
0,6 (5,88)
0,06
25,3
2,8
0,5
№10
100
0,6
0,5 (4,9)
0,6
24,0
2,8
0,49
120
0,7
0,75 (7,35)
0,04
30,3
3,1
0,58
№11
110
0,7
1,5 (14,7)
0,0004
31,6
3,8
0,48
№12
110
0,6
1,05 (10,29)
0,0004
31,3
3,8
0,56
120
0,6
0,95 (9,31)
0,001
27,4
3,0
0,55
№13
110
0,6
0,78 (7,64)
0,002
18,1
2,6
0,48
№14
110
0,6
0,78 (7,64)
0,002
18,1
2,9
0,58
110
0,7
0,85 (8,33)
0,002
20,0
2,6
0,63
№15
110
0,7
0,85 (8,33)
0,002
20,0
2,4
0,61
№16
120
0,7
0,92 (9,02)
0,004
23,2
2,8
0,56
100
0,6
0,67 (6,57)
0,04
17,9
2,35
0,66
№17
120
0,7
0,92 (9,02)
0,003
23,2
2,7
0,66