Раствор для формования ультратонких полимерных волокон

 

Использование: формование ультратонких полимерных волокон. Сущность изобретения: для получения волокон электродинамическим методом используют раствор, содержащий фенолформальдегидную смолу 3-21 мас.%, поливинилбутираль 3-7 мас.%, этиловый спирт или дихлорэтан или их смесь в соотношении 3,6-89: 3,6-89 - остальное.

Изобретение относится к растворам для формования ультратонких полимерных волокон электродинамическим (электростатическим) методом диаметром от 0,1 мкм до 5-7 мкм, из которых формируют нетканые волоконно-пористые материалы, применяемые в качестве разделительных перегородок, например, для фильтрации газов и жидкостей, для изготовления диффузионных перегородок, сепараторов химических источников тока и т.п.

Известен электродинамический (электростатический) метод получения ультратонких волокон из растворов волокнообразующих полимеров [1] В отличие от традиционного, фильерного способа формирования сухим методом полимерных волокон, электродинамический (электростатический) способ состоит в том, что движущей силой процесса вытягивания жидкой струйки прядильного раствора в ультратонкое волокно являются электрические силы, возникающие между заряженной струйкой прядильного раствора, электрически соединенного источником высоковольтного напряжения, и заземленной осадительной (приемной) поверхностью.

Электрически заряженный прядильный раствор полимера, с определенной объемной скоростью, вытекающей из дозирующего капилляра в виде струйки, ускоренно вытягивается в сторону заземленной соединительной поверхности, образуя тонкую нить, которая за время пребывания в межэлектродном промежутке, освобождается от растворителя и превращается в твердое непрерывное волокно. Заряженное волокно равномерным слоем осаждается на осадительной приемной заземленной поверхности, образуя однородный слой волокнистого нетканого материала, который в дальнейшем удаляется с этой осадительной поверхности.

Осадительная заземленная поверхность может быть выполнена в виде непрерывной движущейся транспортерной ленты или в виде вращающихся подвижных барабанов, что позволяет получать нетканый волокнисто-пористый материал либо в виду рулона, либо в виде отдельных полотен, размеры которых определяются габаритными размерами ленты или барабанов.

Разновидностями электродинамического способа формования ультратонких полимерных волокон являются его модификации, когда с целью стабилизации процесса электродинамического формования и с целью предотвращения подсыхания прядильного раствора на конце дозирующего капилляра, капилляр обдувается скоростным потоком сухого воздуха или парами растворителя, что не меняет физического существа процесса, когда электрические заряды на струйке прядильного раствора выполняют основную функцию силы вытягивания ее в ультратонкое волокно и равномерного распределения волокон на осадительной приемной поверхности.

В качестве прядильных растворов, которые используют в электрогидродинамическом способе формования ультратонких волокон используют вязкие растворы волокнообразующих полимеров в органическом растворителе. Известен состав прядильного раствора, который состоит только из волокнообразующего полимера и его растворителя, например, 14% -ный мас. раствор ацетата целлюлозы в ацетоне [2] Известен также прядильный раствор, в котором волокнообразующий полимер растворен в более сложном по составу растворителе, например, 14,3% масс. раствор ацетата целлюлозы в составном растворителе из смеси 66% ацетона и 34% моноэтилового эфира этиленгликоля [1] Наиболее близким по технической сущности к изобретению является прядильный состав, состоящий из смеси двух волокнообразующих полимеров в органическом растворителе, а именно, 7 20% масс. раствор акрилонитрила с добавкой 6% метилакрилата в диметилформамиде [3] каждый из которых в отдельности в диметилформамиде образует прядильные растворы, из которых формуют волокна только из акрилонитрила и только из метакрилата.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является расширение сырьевой базы за счет применения полимеров, которые ранее не использовались в технологии получения ультратонких химических волокон.

Техническая задача достигается тем, что прядильный раствор для формования ультратонких полимерных волокон содержит смесь неволокнообразующих полимеров фенолформальдегидную смолу и поливинилбутираль, а в качестве органического растворителя содержит этиловый спирт или дихлорэтан, при следующем соотношении компонентов, мас.

фенолформальдегидная смола 3-21 поливинилбутираль 3-7 органический растворитель (спирт этиловый или дихлорэтан) остальное до 100% В качестве растворителя для указанного состава полимеров возможно применение смеси этилового спирта и дихлорэтана, при следующем соотношении компонентов, масс.

этиловый спирт 5-95 дихлорэтан остальное до 100% Практическую реализацию предложенного изобретения раскрывают приведенные ниже примеры выполнения изобретения в опытно-промышленном масштабе.

Пример 1.

Раствор, содержащий 12% масс. фенолформальдегидной смолы и 88% этилового спирта, был использован на полупромышленной установке, содержащей гребенку из 10 прядильных капилляров, установленных на расстоянии 40 см от поверхности осадительного заземленного электрода в виде вращающегося вокруг своей оси металлического барабана. Через дозирующие капилляры устанавливалась объемная скорость истечения раствора полимера 0,2 см³/мин. При подаче высоковольтного потенциала 60 кВ на гребенку, соединенную электрически с раствором полимера, из капилляров вытягивались заряженные струйки, которые, однако, распадались на отдельные капли раствора и осаждались на поверхности барабана в виде слоя из слабоскрепленного порошка, не образуя слоя из волокон.

Не были получены волокна из растворов фенолформальдегидной смолы, содержащие полимер в концентрации 3 и 21% как в этиловом спирте, так и в дихлорэтане, при различных подачах раствора через капилляр в интервале от 0,05 до 1,5 см³/мин.

Пример 2.

На установке, как и в примере 1, использовался раствор, содержащий 4% поливинилбутираля и 96% этилового спирта. Через прядильные дозирующие капилляры устанавливалась объемная скорость истечения раствора полимера 0,3 см³/мин. При подаче высоковольтного потенциала 60 кВ на прядильную гребенку из капилляров вытягивались струйки заряженного раствора, которые не образовывали сухих волокон и осаждались на поверхности осадительного барабана в виде газонепроницаемой пленки. Из-за подсыхания раствора на кончиках капилляров истечение раствора прекращалось через 5-7 минут после подачи высоковольтного потенциала.

Пример 3.

На установке, как и в примере 1, с целью устранения подсыхания раствора на капиллярах, последние обдувались паровоздушной смесью этилового спирта с объемным расходом 2 м³/мин. Получить сухое волокно поливинилбутираля, несмотря на устранение подсыхания раствора, на концах капилляров, не удалось.

Не были получены волокна из растворов поливинилбутираля, содержащие полимер в концентрации 3 и 7% как в этиловом спирте, так и в дихлорэтане, при различных подачах раствора через капилляр в интервале от 0,5 до 2,0 см³/мин.

Пример 4.

На установке, как и в примерах 1 и 2, использовался прядильный раствор, содержащий 3% масс. феноформальдегидной смолы, 3% поливинилбутираля и 94% этилового спирта. Устанавливалась объемная скорость истечения, раствора полимера 0,3 см³/мин. При подаче высоковольтного потенциала 60 кВ на прядильную гребенку из капилляров вытягивались заряженные струйки раствора, которые в виде сухого волокна диаметром около 0,7 мкм осаждались, равномерным слоем на поверхности осадительного заземленного барабана. За время непрерывной работы установки в течение 40 минут на поверхности барабана был сформирован равномерный слой нетканого материала в виде рыхлого пористого холстика из ультратонких волокон.

При использовании раствора, содержащего меньшее количество одного из полимеров, в этих же условиях наряду с сухими волокнами на поверхность барабана осаждались и капли раствора, что указывает на нарушение стабильности процесса.

Пример 5.

На установке, как и в примерах 1 и 2, использовался прядильный раствор, содержащий 12% фенолформальдегидной смолы, 7% поливинилбутираля и 82% дихлорэтана. При подаче высоковольтного потенциала 80 кВ на прядильную гребенку, из капилляров вытягивались заряженные струйки раствора, которые в виде сухого волокна диаметром около 2,5 мкм осаждались равномерным слоем на поверхности заземленного барабана. За время непрерывной работы установки в течение 40 минут на поверхности барабана был сформирован равномерный слой нетканого материала в виде рыхлого пористого холстика из ультратонких волокон.

При приготовлении раствора, содержащего большее количество поливинилбутираля, получить гомогенные растворы в спирте, дихлорэтане или их смеси не удалось.

Пример 6.

На установке, как и в примерах 1 и 2, использовался прядильный раствор, содержащий 21% фенолформальдегидной смолы, 7% поливинилбутираля и 12% этилового спирта. Одновременно с подачей на гребенку высоковольтного потенциала, при установившейся объемной скорости истечения раствора через капилляры около 0,5 см³/мин, капилляры обдувались потоком сухого воздуха с объемной скоростью около 2 м³/мин. За время непрерывной работы установки в этих условиях был сформирован равномерный слой нетканого материала из ультратонких волокон диаметром от 0,5 до 2,5 мкм в виде рыхлого пористого холстика.

Пример 7.

На установке, как и в примерах 1 и 2, использовался прядильный раствор, содержащий 6% фенолформальдегидной смолы, 6% поливинилбутираля в составном растворителе, состоящем из 40% этилового спирта и 60% дихлорэтана. При подаче высоковольтного потенциала 70 кВ на прядильную гребенку, из капилляров вытягивались заряженные струйки раствора, которые при объемной скорости раствора около 0,3 см³/мин, в виде сухого волокна диаметром около 1,5 мкм осаждались равномерным слоем на поверхности осадительного заземленного барабана. За время непрерывной работы установки в течение 40 минут на поверхности барабана был сформирован равномерный слой нетканого материала в виде рыхлого пористого холстика из ультратонких волокон.

Формула изобретения

Раствор для формования ультратонких полимерных волокон электродинамическим методом, содержащий два полимера и органический растворитель, отличающийся тем, что в качестве полимеров он содержит неволокнообразующие фенолформальдегидную смолу и поливинилбутираль, а в качестве органического растворителя этиловый спирт и/или дихлорэтан при следующем соотношении компонентов, мас.

Фенолформальдегидная смола 3-21 Поливинилбутираль 3-7
Этиловый спирт, или дихлорэтан, или их смесь в соотношении 3,6 89 3,6 89 Остальное