Фильтровальный материал для тонкой очистки воздуха

 

Изобретение относится к области бумагоподобных композиционных материалов на основе минеральных волокон и может быть использовано в процессе тонкой очистки технологических воздушных сред в медицине, в микробиологии, в производстве радиоэлектронных, полупроводниковых и сверхточных приборов. Фильтровальный материал в своем составе содержит микротонкое стекловолокно и в качестве связующего полигидроксокомплекс алюминия. В целях улучшения фильтрующих характеристик материала, заключающегося в снижении сопротивления потоку воздуха и коэффициента проницаемости, фильтровальный материал выполнен двухслойным. При этом один из слоев, помимо микротонкого стекловолокна и полигидроксокомплекса алюминия, содержит поливиниловый спирт при следующем соотношении компонентов, масс.%: микротонкое стекловолокно - 93,75 - 99,9, полигидроксокомплекс алюминия (в пересчете на оксид) - 0,05 - 5,0, поливиниловый спирт - 0,05 - 1,25, а другой содержит базальтовое волокно - 93,75 - 99,9, полигидроксисокомлекс алюминия (в пересчете на оксид) - 0,05 - 5,0, поливиниловый спирт - 0,05 - 1,25. 2 табл.

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к области бумагоподобных композиционных материалов, и может быть использовано, например, в медицине, в микробиологии, в производстве радиоэлектронных, полупроводниковых и сверхточных приборов для очистки технологических воздушных сред.

Известен фильтровальный материал для тонкой очистки воздуха на основе минеральных волокон и целлюлозы с добавлением связующих, в качестве которых применяют органические соединения [1] Материал обладает высокими фильтрующими характеристиками и является достаточно прочным. Однако в связи с низкой термостойкостью применение его ограничено. В случае прохождения через фильтровальный материал высокотемпературных воздушных потоков происходит выгорание целлюлозы и органических связующих.

Известен выбранный в качестве прототипа фильтровальный материал для тонкой очистки воздуха, не содержащий компонентов органического происхождения. Материал не подвержен выгоранию. Основой его является микротонкое стекловолокно. В процессе изготовления материала связывание стеклянных волокон проводят путем осаждения на них гидроксида алюминия из сульфата при pH, равном 4. Строго говоря, в качестве связующего материал содержит полигидроксокомплекс алюминия, образующийся при гидролизе сульфата, а не гидроксид алюминия. Недостатком фильтровального материала являются его неудовлетворительные фильтрующие характеристики.

Задачей изобретения является улучшение фильтрующих характеристик материала, заключающееся в снижении сопротивления потоку воздуха и коэффициента проницаемости.

Снижение сопротивления потоку воздуха и коэффициента проницаемости достигается тем, что фильтровальный материал для тонкой очистки воздуха, имеющий в своем составе микротонкое стекловолокно и полигидроксокомплекс алюминия, согласно изобретению, выполнен двухслойным, при этом один из слоев, помимо микротонкого стекловолокна и полигидроксокомплекса алюминия, содержит поливиниловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.

микротонкое стекловолокно 93,75 99,9 полигидроксокомплекс алюминия (в пересчете на оксид) 0,05 5,0 поливиниловый спирт 0,05 1,25, а другой содержит базальтовое волокно, полигидроксокомплекс алюминия и поливиниловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.

базальтовое волокно 93,75 99,9 полигидроксокомплекс алюминия (в пересчете на оксид) 0,05 5,0 поливиниловый спирт 0,05 1,25.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволяет установить соответствие его критерию "новизна".

Введение в фильтровальный материал слоя, содержащего базальтовое волокно, полигидроксокомплекс алюминия и поливиниловый спирт увеличивает по сравнению с прототипом общую пористость материала, что в свою очередь снижает его сопротивление потоку воздуха. При этом высокая адсорбционная способность базальтовых волокон обеспечивает и уменьшение коэффициента проницаемости материала. Однако использование совокупности всех отличительных признаков предлагаемого изобретения позволяет достичь более значительного улучшения фильтрующих характеристик материала, чем следовало бы ожидать от свойств используемых в слоях материала компонентов. Такой эффект можно объяснить тем, что состав слоев после их соединения, характеризуемого частичным проникновением более коротких базальтовых волокон в мелкопористый слой между стекловолокнами, видимо, позволяет в структуре готового материала получить достаточно плавное изменение значений усредненного диаметра пор в приграничной зоне "крупнопористый слой мелкопористый слой". Постепенное изменение размера пор по толщине фильтровального материала способствует дополнительному снижению его сопротивления потоку воздуха. В процессе очистки загрязненный поток воздуха сначала проходит через крупнопористый слой с базальтовым волокном, а затем через мелкопористый, основой которого является стекловолокно. При этом в первом слое задерживаются крупные частицы загрязнений, а во втором осаждаются частицы малых размеров. Исключение преждевременного забивания мелких пор крупными частицами увеличивает срок службы фильтра.

Крайне важно соблюдать в составе слоев установленные соотношения волокнистой основы и связующего. Интервал допустимых значений концентрации полигидроксокомплекса алюминия выбран из соображений достижения наименьшего коэффициента проницаемости при достаточной прочности материала. Превышение предела концентраций полигидроксокомлпекса алюминия в пересчете на оксид 5 масс. из-за высокой способности его адсорбироваться на волокне основы приводит к нежелательному снижению адсорбционного удержания волокном частиц загрязнения, а следовательно, и к увеличению коэффициента проницаемости. Выбор нижнего предела 0,05% объясняется соображениями сохранения достаточной прочности отливаемых слоев и фильтровального материала в целом.

Введение в состав слоев поливинилового спирта в количестве 0,05 1,25 мас. способствует упрочнению материала и благотворно влияет на процесс образования мелких пор, обеспечивает низкий коэффициент проницаемости. Излишнее количество поливинилового спирта отрицательно влияет на образование пор и, уменьшая удельную поверхность волокон, приводит к увеличению коэффициента проницаемости. При концентрации поливинилового спирта менее 0,05 мас. резко уменьшается прочность материала.

Предлагаемый фильтровальный материал изготавливают следующим образом.

Отдельно для каждого из слоев готовят композицию. В зависимости от того, какой слой готовится, рассчитанное количество стекловолокна или базальтового волокна в присутствии поливинилового спирта распускают в воде при помощи быстроходной мешалки до получения однородной консистенции волокнистой суспензии. Затем суспензию разбавляют водой до концентрации волокна 0,1% и вводят рассчетное количество полигидроксокомплекса алюминия, осажденного из сульфата алюминия. После установления с помощью NaOH pH, равного 4, волокнистую суспензию перемешивают еще 10 минут. Отливку слоев производят на листоотливном аппарате ЛА-М69, во влажном состоянии их соединяют в лист простым наложением друг на друга. Лист прессуют ручным прессом между двумя сетками и сукнами, затем высушивают на горке при температуре 130^oC.

В результате лабораторного исследования установлены оптимальные соотношения компонентов слоев фильтровального материала, при которых обеспечиваются наилучшие фильтрующие характеристики.

В таблицах 1 и 2 представлены составы и характеристики заявляемого фильтровального материала с содержанием компонентов как в заявляемых пределах, так и за их границами, а также прототипа и фильтровального материала, известного по а. с. СССР N 1623713.

Примеры изготовления конкретных образцов.

Пример 1 (образец N 1).

Готовили композиции для слоя 1 и для слоя 2. Для приготовления первой композиции 8 г микротонкого стекловолокна с диаметром 0,25 мкм в присутствии 0,08 г поливинилового спирта распускали в 3 л воды на быстроходной мешалке в течение 10 минут, затем в волокнистую массу последовательно добавляли еще 2 л воды. В тщательно размещенную волокнистую массу вводили полигидроксокомплекс алюминия, осажденный из сульфата, в пересчете на оксид в количестве 0,34 г и проводили перемешивание в течение 10 минут при pH 4. Вторую композицию готовили по той же схеме, но вместо стекловолокна брали 8 г базальтового волокна.

Производили отливку слоев на листоотливном аппарате ЛА-М69 с последующим их соединением в лист путем простого наложения друг на друга. Затем лист прессовали и высушивали при температуре 130^oC на горке.

Сопротивление потоку воздуха готового образца примерно в 7,4 раза ниже, чем у материала-прототипа, а коэффициент проницаемости в 100 раз.

Пример 2 (образец N 4).

Содержание поливинилового спирта и полигидроксокомплекса алюминия в составе слоев выше верхних пределов заявляемых интервалов их содержания. Порядок приготовления композиций был точно такой же, как в примере 1. Для приготовления композиций брали 8 г стекловолокна с диаметром 0,25 мкм или базальтового волокна, 0,173 г поливинилового спирта, 0,522 г полигидроксокомплекса алюминия, осажденного из сульфата алюминия, в пересчете на оксид.

Изготовление слоев производили на листоотливном аппарате ЛА-М69 и соединяли их в лист. Затем лист прессовали и высушивали при 130^oC.

Готовый образец имеет неудовлетворительный коэффициент проницаемости - 0,0004% Пример 3 (образец N 5).

Содержание компонентов в слоях фильтровального материала не соответствует заявляемому интервалу содержание поливинилового спирта и полигидроксокомплекса алюминия меньше нижнего предела этого интервала.

Для приготовления композиций брали 8 г минерального волокна (микротонкого стекловолокна или базальтового волокна), 0,002 г поливинилового спирта, 0,002 г полигидроксокомплекса алюминия, осажденного из сульфата алюминия, в пересчете на оксид.

Сформировать слои, обладающие достаточной прочностью, не удается не происходит связывания волокнистой основы.

Таким образом, изготовление и исследование предлагаемого термостойкого фильтровального материала при условии соблюдения заявляемого соотношения компонентов в слоях показали, что по сравнению с известным он обладает более высокими фильтрующими характеристиками. Сопротивление потоку воздуха у полученных образцов примерно в 7 раз ниже, чем у материала прототипа, коэффициент проницаемости приблизительно в 50 100 раз.

Формула изобретения

Фильтровальный материал для тонкой очистки воздуха, содержащий микротонкое стекловолокно и выполненный двухслойным, отличающийся тем, что один слой содержит следующие компоненты, мас.

Микротонкое стекловолокно 93,75 99,90 Полигидроксокомплекс алюминия в пересчете на оксид Al 0,05 5,00 Поливиниловый спирт 0,05 1,25
а второй слой содержит следующие компоненты, мас.

Базальтовое волокно 93,75 99,90
Полигидроксокомплекс алюминия в пересчете на оксид Al 0,05 5,00
Поливиниловый спирт 0,05 1,25а

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2