Фильтрующий материал, способ его получения и изделие на его основе
Изобретение относится к волокнистым фильтрующим материалам. Предложен фильтрующий волокнистый материал, полученный методом электростатического формования из раствора смеси полимеров - сополимера стирола с акрилонитрилом и полиуретана, при их массовом соотношении (50-95):(50-5) соответственно, с диаметром 1-10 мкм, при этом материал характеризуется массой единицы площади 20-70 г/м2 и аэродинамическим сопротивлением 3-30 Па при скорости потока воздуха 1 см/с. Предложен также способ получения материала и средство индивидуальной защиты органов дыхания из него. Изобретение обеспечивает получение эффективного фильтрующего материала с повышенными физико-механическими показателями. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.
Изобретение относится к области получения волокнистых фильтрующих материалов ФП (Фильтры Петрянова®), используемых для защиты окружающей среды, а также органов дыхания от токсичных аэрозолей.
Известен фильтрующий материал, полученный методом электроформования 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 и имеющий поверхностную плотность 20-80 г/м2, аэродинамическое сопротивление 3-60 Па при скорости потока воздуха 1 см/с (RU 2182511, 20.05.2002).
Известен также материал, получаемый электростатическим формованием из раствора сополимера стирола с акрилонитрилом в смеси этилацетата с бутилацетатом при их массовом отношении в растворе от 1/9 до 9/1 соответственно, причем раствор содержит добавку высокомолекулярного полиметилметакрилата в количестве 0,001-0,01 мас.% (RU 2248838, 27.03.2005).
Недостатком этих технических решений являются низкие физико-механические показатели, которые существенно ухудшают технологичность сборки респираторов.
Известен также фильтрующий материал, полученный методом электроформования, содержащий 50-90% мас. волокон из сополимера стирола и акрилонитрила и 10-50% мас. волокон, выполненных из хлорированного поливинилхлорида с добавкой не более 10% мас. бутадиен-нитрильного каучука от массы хлорированного поливинилхлорида, при диаметре волокон 1-10 мкм. (RU 2283164, 10.09.2006).
Недостатком этого технического решения является сложность технологического процесса в связи с использованием двух прядильных растворов и невозможность применения его в электроцентробежном методе формования волокнистого материала. Кроме того, в настоящее время на рынке отсутствует хлорированный поливинилхлорид, удовлетворяющий санитарным нормам на респираторный фильтрующий материал.
Наиболее близким к предложенному материалу является двухслойный фильтрующий материал, полученный методом электроформования, состоящий из волокон диаметром 1,5-3 мкм и 3-5 мкм, выполненных из раствора сополимера стирола с акрилонитрилом или тройного сополимера стирола с акрилонитрилом и метилметакрилатом в этилацетате, бутилацетате или их смеси, причем раствор содержит добавку высокомолекулярного полиметилметакрилата в количестве 0,001-0,01 мас.%. (RU 2267347, 10.01.2006).
Недостатками прототипа являются низкие физико-механические показатели фильтующего материала, которые существенно ухудшают технологичность сборки респираторов. Кроме того, двухслойная структура материала не позволяет воспроизвести его электроаэродинамическим и электроцентробежным методами.
Задачей настоящего изобретения является повышение физико-механических показателей фильтрующего материала и изделий на его основе, улучшение процесса электроформования волокон за счет повышения прядомости раствора, позволяющей получать фильтрующий материал электрокапиллярным, электроаэродинамическим и электроцентробежным методами.
Поставленная задача решается описываемым фильтрующим волокнистым материалом, полученным методом электростатического формования из раствора смеси полимеров: сополимера стирола с акрилонитрилом и полиуретана, при их массовом соотношении (50-95):(50-5) соответственно, с диаметром 1-10 мкм, при этом материал характеризуется массой единицы площади 20-70 г/м2 и аэродинамическим сопротивлением 3-30 Па при скорости потока воздуха 1 см/с.
Поставленная задача решается также описываемым способом получения фильтрующего волокнистого материала путем электростатического формования волокон из раствора смеси полимеров, содержащей сополимер стирола с акрилонитрилом и полиуретана в органическом растворителе с динамической вязкостью 1-30 пуаз и удельной электропроводностью 10-4-10-7 Ом-1·см-1, при следующем содержании компонентов, мас.%:
| сополимер стирола с акрилонитрилом | 10-28 |
| полиуретан | 0,5-14 |
| электролитические добавки, | |
| выбранные из иодидов или бромидов | |
| тетраалкиламмония | 0,01-0,5 |
| органические растворители, | |
| выбранные из ряда: | |
| дихлорэтан, этилацетат, | |
| бутилацетат, этанол | остальное |
Предпочтительно используют полиуретан, обладающий следующими характеристиками:
| плотность, г/см3 | 1,2 |
| вязкость в 10% растворе толуола, МПа·с | 400-800 |
| температура размягчения, °С | 50 |
| скорость кристаллизации, мин | 30 |
Формование ведут электрокапиллярным, электроаэродинамическим или электроцентробежным методами в электростатическом поле с разностью потенциалов от 10 до 140 кВ.
Поставленная задача решается также описываемым индивидуальным средством защиты органов дыхания, содержащем волокнистый фильтрующий материал, подложку и защитный слой, которое содержит материал, охарактеризованный выше, полученный способом, описанным выше.
Достигаемый технический результат можно объяснить тем, что в результате смешения в растворе сополимера стирола с акрилонитрилом и полиуретана образуются более эластичные волокна, которые улучшают физико-механические показатели фильтрующего материала. Кроме того, растворы, содержащие заявленные полимеры, обладают лучшей прядомостью, что позволяет вести процесс электроформования электрокапиллярным, электроаэродинамическим или электроцентробежным методами.
Ниже приведены конкретные примеры получения заявленного материала и изделия на его основе.
Пример 1
Приготавливают 25% прядильный раствор сополимера стирола с акрилонитрилом (САН) с добавкой полиуретана (ПУ) при их соотношении 90/10 в этилацетате (ЭА) с добавкой 5% этанола с динамической вязкостью (η) 4,9 пуаз; доводят удельную электропроводность раствора (λ) до 5·10-6 Ом-1·см-1, вводя 0,2% тетрабутиламмония йодида (ТБАI).
Затем проводят формование волокнистого материла электрокапиллярным методом при разности потенциалов 70 кВ и объемном расходе раствора 3·10-3 см3/с на один капилляр.
На металлическом заземленном электроде получают волокнистый слой из смеси ультратонких волокон с диаметром 5-7 мкм, массой единицы площади 45 г/м2 и аэродинамическим сопротивлением 6 Па.
Пример 2
Приготавливают 15% прядильный раствор сополимера стирола с акрилонитрилом с добавкой полиуретана при их соотношении 80/20 в дихлорэтане (ДХЭ) с добавкой 3% этанола с динамической вязкостью 2,5 пуаз; доводят удельную электропроводность раствора до
1,5·10-6 Ом-1·см-1, вводя 0,02% ТБАI.
Затем проводят формование волокнистого материла электроаэродинамическим методом при разности потенциалов 120 кВ и объемном расходе раствора 1,2·10-2 см3/с на одну форсунку.
На металлическом заземленном электроде получают волокнистый слой из смеси ультратонких волокон с диаметром 2-5 мкм, массой единицы площади 35 г/м2 и аэродинамическим сопротивлением 11 Па.
Пример 3
Приготавливают 20% прядильный раствор сополимера стирола с акрилонитрилом с добавкой полиуретана при их соотношении 85/15 в дихлорэтане с добавкой 3% этанола с динамической вязкостью 5,8 пуаз; доводят удельную электропроводность раствора до 3,5·10-6 Ом-1·см-1, вводя 0,03% ТБАI.
Затем проводят формование волокнистого материла электроцентробежным методом при разности потенциалов 80 кВ и объемном расходе раствора 5 см3/с на одну распылительную тарелку.
На металлическом заземленном электроде получают волокнистый слой из смеси ультратонких волокон с диаметром 3-5 мкм, массой единицы площади 50 г/м2 и аэродинамическим сопротивлением 14 Па.
Из полученных материалов изготавливается средство индивидуальной защиты органов дыхания на полуавтомате КГ-1 следующим образом.
Пример 4
Фильтрующий материал на подложке из медицинской марли (1) нарезается в виде заготовок круглой формы. На фильтрующий материал накладывается защитный каркасный круг из аппретированной марли (1). Дополнительно вставляются резинка в оплетке (2) с алюминиевой пластинкой (3), фигурная распорка (4) и оголовье (6). Собранный полуфабрикат заправляется в полуавтомат КГ-1, в котором происходит термосшивание поливинилацетатным бисером по контуру респиратора - обтюратору (5) (см. чертеж).
Данные по составам прядильных растворов, эксплуатационным свойствам фильтрующих материалов и изделий из них сведены в табл.1, 2.
| Таблица 1 | |||||||||
| № | Состав раствора, мас.% | Характеристики раствора | |||||||
| САН | ПУ | ДХЭ | ЭА | БА | Этанол | ТБАI | η, пуаз | λ, Ом-1 см-1 | |
| 1. Электрокапиллярный метод 70 кВ | |||||||||
| 1.1. | 22,5 | 2,5 | - | 69,6 | - | 5 | 0,20 | 4,9 | 5·10-6 |
| 1.2. | 27 | 1,5 | - | 66,4 | - | 5 | 0,10 | 12,2 | 2·10-6 |
| 1.3. | 12 | 10 | - | 65,7 | 7 | 5 | 0,40 | 15,1 | 3·10-5 |
| 2. Электроаэродинамический метод 120 кВ | |||||||||
| 2.1. | 14 | 2 | 80,99 | - | - | 3 | 0,01 | 3,1 | 6·10-7 |
| 2.2. | 12 | 3 | 81,98 | - | - | 3 | 0,02 | 2,7 | 1,5·10-6 |
| 2.3. | 10 | 4 | 82,97 | - | - | 3 | 0,03 | 5,5 | 1,5·10-6 |
| 3. Электроцентробежный метод 80 кВ | |||||||||
| 3.1. | 14 | 2 | 80,99 | - | - | 3 | 0,01 | 3,1 | 6·10-7 |
| 3.2. | 17 | 3 | 76,97 | - | - | 3 | 0,03 | 5,8 | 3,5·10-6 |
| 3.3. | 10 | 4 | 82,97 | - | - | 3 | 0,03 | 5,5 | 1,5·10-6 |
| Таблица 2 | |||||||||
| Характеристика материала | № материала по табл.1 | ||||||||
| 1.1 | 1.2 | 1.3 | 2.1 | 2.2 | 2.3 | 3.1 | 3.2 | 3.3 | |
| Диаметр волокон, мкм | 5-7 | 7-9 | 1-2 | 2-5 | 2-5 | 2-4 | 2-5 | 2-5 | 2-4 |
| Масса ед. площади, г/м2 | 45 | 65 | 25 | 40 | 35 | 30 | 40 | 50 | 30 |
| Аэродинамическое сопротивление при 1 см/с, Па | 6 | 8 | 28 | 16 | 11 | 13 | 16 | 14 | 12 |
| Коэффициент проскока, % | 0,02 | 0,01 | 0,05 | 0,03 | 0,04 | 0,5 | 0,03 | 0,02 | 0,4 |
| Относительное удлинение при разрыве | 0,5 | 0,4 | 0,9 | 0,4 | 0,5 | 0,7 | 0,4 | 0,5 | 0,6 |
Таким образом, как видно из приведенных примеров, фильтрующий материал, полученный заявленным способом, обладает повышенным относительным удлинением при разрыве за счет введения в волокна эластической добавки по сравнению с материалом, изготовленным из сополимера стирола с акрилонитрилом без добавки. При этом фильтрующие свойства сохраняются на высоком уровне, что позволяет изготавливать высокоэффективные средства индивидуальной защиты органов дыхания.
1. Фильтрующий волокнистый материал, полученный методом электростатического формования из раствора смеси полимеров, включающей сополимер стирола с акрилонитрилом, отличающийся тем, что волокна выполнены из смеси сополимера стирола с акрилонитрилом и полиуретана, при их массовом соотношении (50-95):(50-5) соответственно, с диаметром 1-10 мкм, при этом материал характеризуется массой единицы площади 20-70 г/м2 и аэродинамическим сопротивлением 3-30 Па при скорости потока воздуха 1 см/с.
2. Способ получения фильтрующего волокнистого материала путем электростатического формования волокон из раствора смеси полимеров, содержащей полимер стирола с акрилонитрилом в органическом растворителе с динамической вязкостью 1-20 П и удельной электропроводностью 10-4-10-7 Ом-1·см-1, отличающийся тем, что формование осуществляют из раствора, дополнительно содержащего полиуретан при следующем содержании компонентов, мас.%:
| сополимер стирола с акрилонитрилом | 10-28 |
| полиуретан | 0,5-14 |
| электролитические добавки, выбранные | |
| из иодидов или бромидов тетраалкиламмония | 0,01-0,5 |
| органические растворители, выбранные из ряда: | |
| дихлорэтан, этилацетат, бутилацетат, этанол | остальное |
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют полиуретан, обладающий следующими характеристиками:
| плотность, г/см3 | 1,2 |
| вязкость в 10% р-ре толуола, МПа·с | 400-800 |
| температура размягчения, °С | 50 |
| скорость кристаллизации, мин | 30 |
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что формование ведут электрокапиллярным, электроаэродинамическим или электроцентробежным методом в электростатическом поле с разностью потенциалов от 10 до 140 кВ.
5. Индивидуальное средство защиты органов дыхания, содержащее волокнистый фильтрующий материал, подложку и защитный слой, отличающееся тем, что оно содержит материал, охарактеризованный в п.1, полученный способом, охарактеризованным в п.2.
