Способ изготовления фильтросорбирующего материала для средства индивидуальной защиты органов дыхания

Способ относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к производству фильтросорбирующего материала, который найдет применение в средствах индивидуальной защиты органов дыхания. Способ осуществляют следующим образом. В небеленую сульфатную целлюлозу со степенью помола 20±2°ШР вводят полипропиленовое волокно в количестве 5-10% от массы небеленой сульфатной целлюлозы. Смесь волокон совместно размалывают до достижения степени помола 28±2°ШР. Приготовленную смесь смешивают с сульфатной мерсеризованной целлюлозой, наполненной смесовым углем, и проклеивают связующим с последующим добавлением сульфата алюминия. Угольно-целлюлозную композицию отливают, подвергают слабой запрессовке и сушке. После чего подвергают термопластификации при температуре 180-200°С и минимальном давлении 0,1-0,2 кгс/см². Техническим результатом является улучшение эксплуатационных свойств фильтросорбирующего материала за счет повышения разрушающего усилия и снижения жесткости при сохранении высоких адсорбционных свойств при низком сопротивлении дыханию человека. 1 табл.

 

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к производству фильтросорбирующего материала, который найдет применение в средствах индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД).

Известны способы получения фильтровальных материалов, согласно которым в композицию добавляют термопластичные волокна, а сухое готовое полотно подвергают горячему каландрированию, что повышает механическую прочность материала (Аким Э.Л. Синтетические полимеры в бумажной промышленности. - Лесная промышленность, 1986, стр.11, 18, 109).

Недостатком данного способа упрочнения материала является уплотнение фильтровального материала и, как следствие, снижение его пористости, вызванное горячим каландрированием, когда расплавленный полимер под действием термического сжатия заполняет часть пор, что снижает воздухопроницаемость материала.

Данный недостаток устраняется в способе, при котором термопрессование фильтровального материала, изготовленного из целлюлозных и термоплавких полипропиленовых волокон, осуществляют между двумя валами, один из которых является обогреваемым, а другой холодным (RU 2072193, кл. D21Н 27/08, оп. 1997).

Однако при этом сохранение пористости сопровождается снижением механической прочности, особенно во влажном состоянии.

Известен способ изготовления фильтровального материала из смеси целлюлозных и синтетических волокон, в том числе термоплавких, который позволяет повысить механическую прочность, снизить сопротивление потоку воздуха и влагоемкость материала (RU 2209864, кл. D21F 11/14, оп. 2003).

Термопрессование выполняют на специальном оборудовании - каландре или прессе - между двумя горячими поверхностями, одну из которых покрывают металлической сеткой. При этом термопрессование происходит в отдельных точках, расстояние между которыми меньше длины синтетических волокон.

Недостатком данного способа, так же как и перечисленных ранее способов, является именно применение горячего прессования (или каландрирования), при котором расплавленный полимер позволяет надежно скрепить волокна между собой и тем самым повысить механическую прочность. Однако под действием термического сжатия всегда происходит снижение пористости и придание жесткости материалу.

Наиболее близким аналогом является способ изготовления фильтросорбирующего материала для средств индивидуальной защиты органов дыхания, включающий приготовление композиции из смеси целлюлозы сульфатной небеленой со степенью помола 28±2°ШР и целлюлозы мерсеризованной, наполненной активированным углем-катализатором марки КТ-1 и углем газовым марки СКТ-6А при их соотношении 3:1, дисперсностью менее 100 мкм, проклеенной полиамидаминэпихлоргидридной смолой, осаждаемой на волокнах сульфатом алюминия (RU 2281798, кл. А62В 23/02, оп. 20.08.2006).

Слабой стороной данного способа является то, что полученный сорбирующий материал является недостаточно прочным и эластичным, что в практическом применении снижает срок эксплуатации готовых изделий - респираторов, защитных капюшонов и других дыхательных устройств.

Техническим результатом изобретения является получение эластичного, хорошо драпируемого фильтросорбирующего материала для СИЗОД с высокими механическими и адсорбционными свойствами при низком сопротивлении дыханию человека.

Данный технический результат достигается тем, что в способе изготовления фильтросорбирующего материала из смеси небеленой сульфатной целлюлозы со степенью помола 28±2°ШР и целлюлозы сульфатной мерсеризованной, наполненной активированным углем-катализатором марки КТ-1 и углем газовым марки СКТ-6А при их соотношении 3:1, дисперсностью менее 100 мкм, проклеенной полиамидаминэпихлоргидридной смолой, осаждаемой на волокнах сульфатом алюминия, согласно изобретению в небеленую сульфатную целлюлозу со степенью помола 20±2°ШР вводят полипропиленовое волокно в количестве 5-10% от массы небеленой сульфатной целлюлозы и совместно размалывают до достижения степени помола 28±2°ШР. Термопластификацию фильтросорбирующего материала осуществляют при минимальном давлении - 0,1-0,2 кгс/см².

Добавление в композицию полипропиленовых волокон на стадии размола небеленой сульфатной целлюлозы очень важно, т.к. этим достигается хорошая фибрилляция полипропиленовых волокон (расщепление на более тонкие волоконца) и равномерное распределение их в угольно-целлюлозной массе. Совместный с целлюлозой размол от степени помола 20±2 до 28±2°ШР является оптимальным для введения полипропиленовых волокон.

При введении полипропиленовых волокон в ролл одновременно с небеленой сульфатной целлюлозой с самого начала размола (от степени помола 15-16°ШР) и совместном размоле до достижения степени помола 28±2°ШР значительно повышается плотность материала и соответственно сопротивление потоку воздуха, что недопустимо для СИЗОД.

Введение полипропиленовых волокон в конце размола не позволяет волокнам равномерно распределиться в угольно-целлюлозной массе. При этом полипропиленовые волокна распределяются пучками, что приводит к налипанию полотна к горячей поверхности при термопластификации и в целом ухудшает качество фильтросорбирующего материала.

Основная цель термопластификации при минимальном давлении (0,1-0,2 кгс/см²) - прогреть без давления сжатия полотно материала до 180-200°С, создавая тем самым условия для скрепления термоплавких волокон. Материалу придается эластичность, гибкость, хорошая драпируемость, что очень важно для изготовления дыхательных устройств различной конфигурации - маски, полумаски, капюшоны и т.д.

Фильтросорбирующий материал изготавливали известным в целлюлозно-бумажной промышленности способом из смеси небеленой сульфатной целлюлозы и мерсеризованной целлюлозы с введением в массу высокодисперсного смесового угля, связующего и сульфата алюминия для полного осаждения связующего.

Способ осуществляют следующим образом.

Сульфатную небеленую целлюлозу обрабатывают в ролле до достижения степени помола 20±2°ШР, добавляют в ролл 5-10% от массы небеленой сульфатной целлюлозы нить полипропиленовую по ТУ 6-06-18-89-87 с длиной резки 5-6 мм и продолжают совместный размол до 28±2°ШР.

Другую часть сульфатной небеленой целлюлозы обрабатывают крепким раствором едкого натра (мерсеризация), промывают холодной водой до нейтральной реакции по фенолфталеину.

Высокодисперсный смесовый активированный уголь (активированный уголь-катализатор марки КТ-1 и уголь газовый марки СКТ-6А при их соотношении 3:1) добавляли в мерсеризованную целлюлозу и тщательно перемешивали.

Затем целлюлозы смешивали и полученную угольно-целлюлозную композицию проклеивали связующим - полиамидаминэпихлоргидридной смолой с последующим добавлением сульфата алюминия.

Из полученной угольно-целлюлозной композиции получают образцы фильтросорбирующего материала, которые после отлива, слабой запрессовки и сушки при температуре 80-95°С подвергают термопластификации на гладком горячем цилиндре с электрообогревом при температуре 180-200°С и минимальном давлении прижима - 0,1-0,2 кгс/см².

Часть образцов после сушки при температуре 80-95°С подвергают термопрессованию в горячем плитном прессе при температуре 190-200°С /Способ по пат. RU 2209864/. Между нижней горячей плитой и образцом располагали металлическую сетку №12.

Для сравнительной характеристики в таблице приведены результаты испытаний образцов фильтросорбирующего материала, изготовленных по предлагаемому способу, а также образцов, подвергнутых термопрессованию в горячем плитном прессе по пат. RU 2209864, и материала-прототипа без использования полипропиленовых волокон по RU 2281798).

Полученные результаты испытаний показывают, что фильтросорбирующий материал, изготовленный по предлагаемому способу, имеет в 1,2 раза больше разрушающее усилие при растяжении, а жесткость в 1,7 раза меньше, чем у материала-прототипа. При этом оба материала по результатам оценки модельных пакетов показали равное время защитного действия по парам аммиака, водорода хлористого и хлора при скорости дыхания 0,035-0,40 л/мин·см².

Это подтверждает, что полипропиленовое волокно при термопластификации материала при минимальном давлении - 0,1-0,2 кгс/см² не влияет на защитные адсорбционные свойства готового фильтросорбирующего материала, а существенно повышает его разрушающее усилие и снижает жесткость.

В случае запрессовки фильтросорбирующего материала по способу пат. RU 2209864 - давлении до 50 кгс/см² полипропиленовое волокно значительно повышает сопротивление потоку воздуха, ухудшает прочностные свойства, а время защитного действия материала по парам аммиака, хлора и хлористого водорода снижается вследствие уплотнения пористой структуры.

Таким образом, фильтросорбирующий материал, изготовленный по предлагаемому способу, в сравнении с прототипом обладает повышенными эксплуатационными свойствами - прочностью и эластичностью при сохранении высоких адсорбционных свойств при низком сопротивлении дыханию человека.

Таблица
№ п/п	Показатели	Фильтросорбирующий материал, изготовленный по способу
		Пат. RU 2209864	Прототип Заявка №2004131329/15 (034051)	предлагаемому (варианты)
1	2	3	4	5	6
1	Технологические параметры
Содержание полипропиленовых волокон, % (сверх 100%)	5	-	2,5	5	7	10	7	15
2	Степень помола угольно-целлюлозной массы, ° ШР
	- при загрузке полипропиленового волокна	20	-	20	20	20	20	15	20
	- при окончании размола	28	28	28	28	28	28	30	28
3	Давление прижима при термопластификации, кгс/см2	50	-	0,1-0,2	0,1-0,2	0,1-0,2	0,1-0,2	0,6	0,1-0,2
4	Характеристика материалов	130	130	130	130	130	132	133	133
Масса материала площадью 1 м2,г
5	Толщина, мм	0,44	0,47	0,48	0,54	0,58	0,60	0,43	0,65
6	Сопротивление потоку воздуха, Па	10,0	3,4-3,9	4,0	3,0	4,0	5,0	14,0	8,0
7	Разрушающее усилие при растяжении в машинном направлении, Н	8,0	8,5	7,0	9,2	9,5	10,2	9,5	15,0
8	Влагопрочность, %	33	30	30	32	32	33	37	40
9	Жесткость, условные единицы	10	14	12	8	8	8	18	12
10	Время защитного действия по парам (ВЗД), мин
- аммиака (с, -0,13-0,18 мг/л скорость дыхания 0,035 л/мин·см2)	19	более 120	более 120	более 120	более 120	более 120	60	60
	- водорода хлористого (с, 0,015-0,020 мг/л
скорость дыхания 0,04 л/мин·см2)	22	68	66	68	68	68	21	20
	- хлора (с, 0,34-0,38 мг/л
скорость дыхания 0,04 л/мин·см2)	16	37	30	37	37	37	15	17
Примечание. В таблице приведены данные по времени защитного действия (ВЗД) модельных пакетов материалов, состоящих из следующих слоев:
- покровный слой - бязь, арт.142 по ГОСТ 29298-92
- фильтрующий материал - ФПП 15-1,5 по ТУ 6-16-28-13-84
- сорбционный слой - 2 слоя фильтросорбирующего материала
- гигиенический слой - марля по ГОСТ 11109-90.

1. Способ изготовления фильтросорбирующего материала из смеси небеленой сульфатной целлюлозы со степенью помола 28±2°ШР и целлюлозы сульфатной мерсеризованной, наполненной активированным углем-катализатором марки КТ-1 и углем газовым марки СКТ-6А при их соотношении 3:1, дисперсностью менее 100 мкм, проклеенной полиамидаминэпихлоргидридной смолой, осаждаемой на волокнах сульфатом алюминия, отличающийся тем, что в небеленую сульфатную целлюлозу со степенью помола 20±2°ШР вводят полипропиленовое волокно в количестве 5-10% от массы небеленой сульфатной целлюлозы и совместно размалывают до достижения степени помола 28±2°ШР.

2. Способ изготовления фильтросорбирующего материала по п.1, отличающийся тем, что термопластификацию материала осуществляют при минимальном давлении 0,1-0,2 кгс/см².