Пропиточная композиция для нетканого материала и способ ее получения

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к получению нетканых материалов, обладающих сорбционной способностью, и может быть использовано при производстве фильтров различной модификации для очистки жидких сред. Пропиточная композиция содержит смесь латексов на основе сополимеров жесткоцепной и гибкоцепной природы, взятых в соотношении (95:5)-(50:5) соответственно, твердый наполнитель и воду. Соотношение компонентов составляет 1:2,5-3,0:1. Композицию получают перемешиванием и вибровоздействием в резонансном режиме с частотой 50-150 Гц и временем вибровоздействия 5-15 мин. Повышаются агрегативная устойчивость композиции и физико-механические свойства материала без введения дополнительных компонентов. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к текстильной промышленности, конкретно к способам получения наполненных нетканых материалов клеевым способом, которые могут применятся в качестве фильтрующих материалов для очистки жидких сред от диспергированных и растворенных примесей.

Известно, что наполнители (сыпучие ингредиенты) вводятся в полимерные композиционные материалы путем пропитки предварительно подготовленной композицией, содержащей помимо наполнителя водные дисперсии полимеров (латексы) [Технология переработки латексов./ Под ред. Д.П.Трофимовича, В.А.Берестнева. М.: Изд. Научтехлитиздат, 2003, с.73]. Смешение ингредиентов осуществляется в емкостях с механическими мешалками различного типа. Недостатком указанного способа является невысокая степень дисперсности наполнителя, недостаточная агрегативная устойчивость композиции и неравномерное распределение наполнителя в материале. Для устранения этих недостатков в композиции дополнительно вводят ПАВ (в количестве 2% и более к массе полимера).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является пропиточная композиция для нетканых материалов, состоящая из дисперсии наполнителя и латекса в воде, взятых в отношении (0.8-1.2):(0.8-1.2):(2,0-3,0) по массе [В.В.Егоров, Е.Б.Малюкова, А.А.Рахнянская. Способ получения сорбционного фильтрующего материала. Росс. Патент №2094091, 1995 г., БИ №30, 1997]. Недостатком этой композиции является невысокая агрегативная устойчивость композиции (время до начала осаждения наполнителя - 3-5 мин) и неравномерное распределение наполнителя в материале.

По способу приготовления пропиточной композиции наиболее близким является способ получения дисперсных материалов (типа лакокрасочных) [Р.Ф.Ганиев, В.Н.Фомин, Д.А.Жебынев, В.Т.Антонов, Т.П.Суворова, В.Г.Новиков. Авт. свид. СССР №1830719, 1989] путем воздействия на исходные компоненты в камере завихрения до возбуждения кавитационных процессов при скорости 16-52 м/с. Недостатком известного способа является высокая полидисперсность композиции и небольшая стабильность.

Цель настоящего изобретения заключается в повышении агрегативной устойчивости пропиточной композиции, степени дисперсности наполнителя, равномерности распределения его в материале, повышении физико-механических свойств материала без введения дополнительных компонентов (ПАВ, структурирующих агентов). Поставленная цель достигается использованием композиции на основе смесей латексов жесткоцепных и гибкоцепных полимеров, взятых в соотношении 95:5-50:50. Пропиточная композиция, содержащая смесь латексов, наполнитель и воду, после предварительного механического смешения обрабатывается вибровоздействием в резонансном режиме при частоте 50-150 Гц и времени воздействия 5-15 мин.

В качестве наполнителя используют активированный уголь, цеолит (клиноптилолит, шеелит). Нетканая основа состоит из лавсана, капрона; из смеси лавсан/вискоза, лавсан/полипропилен, лен/нитрон, вискоза/полипропилен. Нетканая основа получена по известной методике иглопробивным методом [Г.Л.Барабанов, Е.Н.Бершев, Г.П.Смирнов, Ю.Я.Тюменев. Физико-механические способы производства нетканых материалов и валяльно-войлочных изделий. М.: Легпромбытиздат, 1994, с.118-119], (30-50 проколов/кв.см). В качестве полимерных связующих используют:

а) смеси полиакриловых латексов с соотношением мономеров бутилакрилат БА:метилметакрилат ММА:метакриловая кислота МАК=(70-82):(13-30):(5-10) и с соотношением БА:ММА:МАК=(50-60):(30-40):(5-10), взятых в соотношении (5:95)-(50:50) соответственно;

б) смеси бутадиенстирольного латекса на основе сополимера бутадиена и стирола мономерного состава (20-40):(60-80) с полиакриловыми латексами с мономерным соотношением БА:ММА:МАК=(70-82):(13-30):(5-10), взятых в соотношении (5:95)-(50:50) соответственно. Указанное изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

К смеси 50%-ных латексов АК-238 (БА:ММА:МАК=80:13:7) и латекса АК-234 (БА:ММА:МАК=55:38:7), взятых в соотношении 20:80 по объему, добавляют воду и порошок цеолита (клиноптилолита) (Dcp.=1.5 мкм) в соотношении 1:2,5:1. Полученную дисперсию подвергают виброобработке на вибростенде ВЭДС-400 при частоте 50 Гц в течение 5 мин. Свойства композиции приведены в таблице 1. Далее полученной композицией пропитывают нетканую основу (смесь лавсан/вискоза=70:30, с односторонним иглопрокалыванием - 40 проколов/кв.м) в отношении 3,5:1 по массе. Отжимают, сушат и подвергают термообработке при 120°С в течение 3 мин. Свойства готового материала приведены в таблице 2.

Пример 2.

К смеси 50%-ных латексов СКС-65 (бутадиен:стирол=35:65) и АК-238 (БА:ММА:МАК=80:13:7), взятых в соотношении 80:20, добавляют воду и порошок клиноптилолита (Dcp.=1.5 мкм) в соотношении 1:3:1. Полученную дисперсию подвергают виброобработке на вибростенде ВЭДС-400 при частоте 150 Гц в течение 10 мин. Свойства композиции приведены в таблице 1. Полученной композицией пропитывают нетканую основу (смесь лавсан/полипропилен=80:20, с односторонним иглопрокалыванием - 40 проколов/кв.см) в отношении 5:1 по массе. Далее подвергают обработке по примеру 1. Свойства материала приведены в таблице 2.

Пример 3.

Способ по примеру 1. Берут латексы АК-238/АК-234 в соотношении 50:50, цеолит - шеелит, в качестве основы - лавсан/полипропилен (90:10%). Композицию подвергают виброобработке при частоте 100 Гц в течение 15 мин, далее пропитывают основу в отношении 14:1. Свойства композиции и нетканого материала приведены в таблице 1 и 2.

Пример 4.

Способ по примеру 2. Латексы берут в соотношении 90:10. Основа - лавсан. Далее композицию обрабатывают и используют как в примере 3. Свойства композиции и нетканого материала приведены в таблице 1 и 2.

Пример 5.

Способ по примеру 2. Латексы берут в соотношении 70:30. Основа - капрон. Соотношение композиция:основа=1:1. Частота виброобработки - 100 Гц, время виброобработки - 5 мин. Свойства композиции и готового материала приведены в таблицах 1 и 2.

Пример 6.

Способ по примеру 1. Латексы берут в соотношении 10:90. Далее композицию обрабатывают и используют как в примере 3. Основа - вискоза/полипропилен (70:30). Частота виброобработки - 50 Гц, время виброобработки - 10 мин. Свойства композиции и готового материала приведены в таблицах 1 и 2.

Примечание

* Фильтрующую способность определяли путем однократного пропускания взвеси каолина (с размером частиц 1-25 мкм) в воде с последующей сушкой и взвешиванием; рассчитывали по массе осадка, отнесенной к массе фильтра, в %.

** Сорбционную способность определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии [Основы аналитической химии./ Под. ред. Ю.А.Золотова; кн.2. Методы химического анализа. М.: Высшая школа, 1996, с.246-250].

Повышение интенсивности перемешивания с помощью механической и магнитной мешалки (>600-800 об/мин, что соответствует частоте ˜10-12 Гц) приводит к потере агрегативной устойчивости латексов и невозможности получения композиции. Изменение частоты вибровоздействия ниже 50 Гц и выше 150 Гц не позволяет достичь резонансного режима и, соответственно, получения стабильной композиции. Снижение времени вибровоздействия менее 5 мин ведет к недостаточной агрегативной стабильности композиции и наличию в ней крупных агрегатов наполнителя. Увеличение времени вибровоздействия более 15 мин приводит к снижению агрегативной устойчивости композиции.

Из данных, приведенных в табл.1 и 2, видно, что степень дисперсности наполнителя в композициях №1-6 превышает аналогичный показатель по прототипу в 3-4 раза, а время до начала осаждения (агрегативная устойчивость) соответственно - в 8-10 раз. Физико-механические свойства нетканых материалов, полученных с применением композиций №1-6, в сравнении с материалом, полученным по прототипу, превышены в 2-3 раза при одновременном снижении жесткости на 20-50% и сохранении высокого уровня фильтрующей и сорбционной способности. Следует отметить при этом, что такие показатели достигаются без введения в композиции дополнительно ПАВ и структурирующих агентов.

Таблица 1. Свойства композиций
№ прим.	Частота виброобработки, Гц	Время виброобработки, мин	Средний диаметр частиц, мкм	Полимер	Время до начала осаждения наполнителя, мин.
1	50	5	1,2	АК-238/АК-234=20/80	25
2	150	10	1,5	СКС-65/АК-238=80/20	30
3	100	15	1,8	АК-238/АК-234=50/50	20
4	100	15	1,7	СКС-65/АК-238=90/10	25
5	100	5	1,5	СКС-65/АК-238=70/30	17
6	50	10	1,8	АК-238/АК-234=10/90	20
по прототипу	механическое перемешивание при 200 об/мин, 20 мин	5-8 (наличие агрегатов)	АК-238 (100%)	3-5
БНК (100%)	8-10

Таблице 2. Свойства нетканого материала
№ примера	Привес связующего, %	Физико-механич. свойства материала	Жесткость, Н	Фильтрующая способность, %*	Сорбционная способность (концентрация растворов, мг/л
		Rуд., Н*м/г			Е, %	Cd	Fe	Al
исходная	после фильтрации	исходная	после фильтрации	исходная	после фильтрации
1	100	20,6	140	0,21	92	0,015	0,012	3,0	1,8	1,0	0,6
2	250	25,3	125	0,23	95	0,015	-0,01	3,0	1,6	1,0	0,45
3	400	23,0	90	0,25	98	0,015	0,011	3,0	1,65	1,0	0,48
4	450	30,3	85	0,31	97	0,015	-0,01	3,0	1,2	1,0	0,3
5	75	18,5	150	0,2	98	0,015	0,013	3,0	1,85	1,0	0,6
6	200	20,8	110	0,31	99	0,015	0,012	3,0	1,6	1,0	0,45
по прототипу	415	8,5	90	0,4	90			3,0	1,4	1,0	0,6

1. Пропиточная композиция для нетканого материала, содержащая полимерную дисперсию-латекс, твердый наполнитель и воду, отличающаяся тем, что в качестве полимерной дисперсии она содержит смесь латексов на основе сополимеров жесткоцепной и гибкоцепной природы, взятых в соотношении 95:5-50:50 соответственно, а соотношение компонентов составляет 1:2,5-3,0:1.

2. Способ получения пропиточной композиции для нетканого материала, заключающийся в перемешивании компонентов с последующим вибровоздействием, отличающийся тем, что вибровоздействие осуществляют в резонансном режиме при следующих параметрах: частота 50-150 Гц, время вибровоздействия 5-15 мин.