Фильтросорбирующий материал
Изобретение относится к производству фильтросорбирующего материала, используемого в средствах индивидуальной защиты органов дыхания для очистки воздуха от паров и аэрозолей опасных веществ. Фильтросорбирующий материал, содержащий наполненные высокодисперсным углем полипропиленовые волокна, волокна целлюлозы сульфатной небеленой и волокна целлюлозы мерсеризированной, получают путем добавления на стадии размола небеленой сульфатной целлюлозы полипропиленовых волокон в количестве 5-10% от общей массы, после чего продолжают совместный помол смеси до степени размола 28±2°ШР, смешивают с волокнами целлюлозы мерсеризированной и углем, отливают бумажное полотно, сушат и обрабатывают пропиточным раствором, содержащим хлорид никеля (II) - 10%, хлорид железа (III) - 10%, хлорид меди (II) - 10% Технический результат заключается в получении эластичного, хорошо драпируемого фильтросорбирующего материала с высокими механическими и адсорбционными свойствами и низким аэродинамическим сопротивлением дыханию. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к отрасли целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к производству фильтросорбирующего материала, используемого в средствах индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) для очистки воздуха от паров и аэрозолей аварийных химических опасных веществ (АХОВ), а именно аммиака, хлора, цианистого водорода, хлорциана, диметиламина, соединений тиоэфиров (сульфидов) и т.д.
Известен фильтровальный материал для защиты органов дыхания преимущественно от токсичных аэрозольных веществ (патент RU 2151628 С1). Композиция для изготовления фильтровального материала содержит смесь микротонких стеклянных волокон различного диаметра, хлопковую целлюлозу и активный уголь в количестве 20-30 мас.%.
Основными недостатками фильтровального материала на основе микротонких стеклянных волокон является значительное сопротивление потоку воздуха (от 63 до 74 Па), что не отвечает современным требованиям к СИЗОД, и недостаточная сорбционная емкость материала при введении сорбента от 20 до 30 мас.%.
Известен также фильтросорбирующий элемент, выполненный в виде лицевой маски и состоящий из сложенных слоев. Фильтросорбирующий элемент содержит слои тканных и нетканых активированных углеродных волокон. Слои отделены один от другого частицами, содержащими термопластический материал, например поливинилхлорид, полиэтилен и активированный уголь, и соединены по крайней мере с одним из соседних слоев. Фильтросорбирующий элемент может иметь слой стекловолокна и в качестве армирующего - сетчатый холст из хлопка (заявка №1476761, Великобритания, МКИ В01D 46/00, 48/10, 46/52).
Используемая в данной лицевой маске в качестве сорбционного слоя адсорбционная ткань из активированных углеродных волокон характеризуется высокими сорбционными свойствами. Однако такая ткань имеет низкую прочность, что затрудняет ее использования при изготовлении многослойных материалов, а значительная стоимость адсорбционной ткани неприемлема при создании СИЗОД широкого применения в условиях катастроф.
Кроме того слабой стороной такой лицевой маски является закрепление сорбента (активированного угля) с помощью полимерных соединений, что приводит к потере сорбционной емкости и резкому снижению физиолого-гигиенических свойств.
Наиболее близким к предложенному материалу по технической сущности и достигаемому результату является фильтросорбирующий материал (прототип) для средств индивидуальной защиты органов дыхания от паров и аэрозолей АХОВ, содержащий волокна целлюлозы, наполненные высокодисперсным активированным углем и проклеенный связующим (патент RU 2281798 С2).
Способ изготовления данного материала включает в себя приготовление композиции из смеси целлюлозы сульфатной небеленой со степенью помола 28±2°ШР и целлюлозы мерсеризованной с введением в массу активированного угля смесового состава, проклейку композиции связующим, отлив материала и сушку его.
Основными недостатками сорбирующего материала - прототипа являются его недостаточная прочность и эластичность, что в практическом применении снижает срок эксплуатации готовых изделий - респираторов, защитных капюшонов и других дыхательных устройств.
Кроме того, несмотря на большой спектр опасных химических веществ, от которого данный материал обеспечивает защиту, при использовании его в СИЗОД остается открытым вопрос обеспечения защиты от серосодержащих соединений, а в частности соединений тиоэфиров (сульфидов).
Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в получении эластичного, хорошо драпируемого фильтросорбирующего материала для СИЗОД с высокими физико-механическими и адсорбционными свойствами при низком аэродинамическом сопротивлении дыханию.
Фильтросорбирующий материал изготавливали известным в целлюлозно-бумажной промышленности способом из сульфатной небеленой целлюлозы с введением в массу высокодисперсного угля и связующего.
Согласно предлагаемому методу получения материала поставленная задача решается введением на стадии размола небеленой сульфатной целлюлозы (степень размола 20±2°ШР) полимерных волокон в количестве 5…10% от общей массы в композицию фильтросорбирующего материала. Далее продолжается размол до 28±2°ШР.
Высокие адсорбционные свойства фильтросорбирующего материала обеспечиваются использованием в качестве поглотителя (до 45 мас.%) механической смеси высокодисперсных угля-катализатора типа КТ и газового угля типа СКТ, распределенной и зафиксированной в объеме материала при отношении объема угля-катализатора типа КТ к объему газового угля типа СКТ как 1,15:3,5, либо как 3:1, а также обработкой бумажного полотна пропиточным раствором, содержащим смесь катализаторов и хемосорбентов, на основе галогенидов металлов переменной валентности - хлоридов никеля (II), железа (III), меди (II).
Отличием предлагаемого изобретения от известных является:
1. Наличием в композиции фильтросорбирующего материала полимерных (полипропиленовых) волокон, добавление которых происходит на стадии размола небеленой сульфатной целлюлозы.
2. Пропиткой фильтросорбирующего материала раствором смеси катализаторов и хемосорбентов на основе галогенидов металлов переменной валентности.
Добавление в композицию полипропиленовых волокон на стадии размола небеленой сульфатной целлюлозы имеет очень важное значение, так как этим достигается хорошая фибриляция полимерных волокон (расщепление на более тонкие волоконца) и равномерное распределение их в угольно-целлюлозной массе. Совместный с целлюлозой размол полимерных волокон от степени помола 20±2 до 28±2°ШР позволил оптимизировать процесс их введения при получении фильтросорбирующего материала.
При введении полимерных 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, аэродинамическое сопротивление потоку воздуха, что недопустимо для СИЗОД.
Введение полимерных волокон в конце размола не позволяет волокнам равномерно распределиться в угольно-целлюлозной массе. При этом волокна распределяются пучками, что приводит к налипанию полотна к горячей поверхности при термопластификации и, в целом, ухудшает качество фильтросорбирующего материала.
Пропитка фильтросорбирующего материала раствором смеси катализаторов и хемосорбентов на основе галогенидов металлов переменной валентности позволяет придать материалу высокие сорбционные свойства по отношению к парам соединений тиоэфиров. Известно, что за счет ненасыщенности атома серы сульфиды способны образовывать с галогенидами металлов переменной валентности комплексные соединения, представляющие собой кристаллические продукты, не растворимые в воде. Данное обстоятельство позволяет рассматривать галогениды металлов переменной валентности в качестве активных хемосорбентов для улавливания паров тиоэфиров.
Пропитка фильтросорбирующего материала, принципиальная схема которой приведена на чертеже, осуществлялась в сушильной части бумагоделательной машины «Фойт» после отлива угольно-целлюлозной композиции, слабой запрессовки и сушки при температуре 80…95°С. Полотно материала (1), проходящее через правильные валики (2), поступает в зону пропитки (3) на пропиточный рефленный вал (4), который вращается полотном материала за счет натяжения, и далее на сушильный цилиндр (5). Объем пропиточного раствора в пропиточной ванне (6) составляет 7 литров, концентрация пропиточного раствора - 30%, в том числе: хлорид никеля (II) - 10%, хлорид железа (III) - 10%, хлорид меди (II) - 10%. В результате пропитки привес катализаторов на фильтросорбирующем материале составляет около 3%.
Далее материал подвергали термопластификации на гладком горячем цилиндре с электрообогревом при температуре 180…200°С и минимальном давлении прижима - 0,1…0,2 кгс/см2. Основная цель термопластификации при минимальном давлении (0,1…0,2 кгс/см2) - прогреть без давления сжатое полотно материала до 180…200°С, создавая тем самым условия для скрепления термоплавких волокон. При этом материалу придается эластичность, гибкость, хорошая драпируемость, что очень важно для изготовления дыхательных устройств различной конфигурации - респираторов, капюшонов и т.д.
Применение при изготовлении фильтросорбирующего материала добавления в композицию полимерных волокон на стадии размола небеленой сульфатной целлюлозы, а также пропитка материала раствором смеси катализаторов и хемосорбентов на основе галогенидов металлов переменной валентности из научно-технической литературы авторам неизвестно.
Оценку свойств заявляемого образца фильтросорбирующего материала осуществляли по утвержденным методикам.
Время защитного действия по парам аммиака, хлора, гидразина, диметиламина и тиоэфиров определяли на модельном пакете материалов следующего состава:
покровный слой;
сорбционный слой;
гигиенический слой.
В качестве сорбционного слоя был испытан образец заявляемого материала.
Результаты испытаний защитных и физико-механических свойств заявляемого материала, а также значения соответствующих свойств материала-прототипа приведены в таблице.
Ввиду того что композиционный состав материала-прототипа может содержать различное соотношение компонентов (см. описание материала-прототипа), для проведения сравнения определяемых характеристик в таблице для материала-прототипа приведен интервал возможных значений.
| Таблица | ||
| Защитные и физико-механические свойства фильтросорбирующих материалов | ||
| Показатели, характеризующие прототип и заявляемый материал | Материал-прототип | Заявляемый фильтросорбирующий материал |
| Масса 1 м, г | 127…131 | 129 |
| Толщина, мм | 0,46…0,49 | 0,49 |
| Разрушающее усилие при растяжении в машинном направлении, Н | 7,7…12,2 | 14,5 |
| Влагопрочность, % | 29…30 | 30 |
| Сопротивление потоку воздуха, Па | 2,9…3,9 | 3,0 |
| Время защитного действия по парам АХОВ, мин, | ||
| исходного материала: | ||
| аммиак | 5…17 | 15 |
| хлор | 49…73 | 70 |
| диметиламин | 15…30 | 25 |
| гидразин | 10…25 | 25 |
| диметилсульфид | Менее 10 | 31 |
| этиленсульфид | Менее 10 | 28 |
| Время защитного действия по парам АХОВ, мин, | ||
| материала после 120 часов эксплутационной носки: | ||
| аммиак | ---- | 14 |
| хлор | ---- | 61 |
| диметилсульфид | ---- | 27 |
| этиленсульфид | ---- | 24 |
| Примечание: | ||
| 1. Воздействующие концентрации АХОВ, мг·л-1, взяты в соответствии с ГО.СТ Р 22.9.09.-05: | ||
| аммиак-0,1; | ||
| хлор - 0,36; | ||
| диметиламин - 0,2; | ||
| гидразин - 0,04. | ||
| 2. Воздействующие концентрации диметилсульфида и этиленсульфида составляли 0,1 мг·л-1. | ||
| 3. «----» - означает отсутствие данных. |
Как следует из приведенных в таблице данных, фильтросорбирующие материалы имеют близкие значения массы 1 м, толщины и сопротивления дыханию. При этом заявляемый материал характеризуется более высокими прочностными свойствами и обеспечивает эффективную защиту от паров АХОВ. При этом по защитным свойствам по парам аммиака, хлора, гидразина, диметиламина заявляемый материал находится на уровне прототипа, а по парам тиоэфиров - значительно превосходит. Кроме того, следует отметить, что заявляемый материал сохраняет свои защитные свойства (при небольшом снижении) и после эксплутационной носки в течение 120 часов, что свидетельствует о высоких физико-механических свойствах и хорошей эластичности.
Главным преимуществом предлагаемого изобретения является получение эластичного, хорошо драпируемого фильтросорбирующего материала для СИЗОД с высокими механическими и адсорбционными свойствами при низком аэродинамическом сопротивлению дыханию. Использование неселективного сорбента, усиленного катализаторами и сорбентами на основе хлоридов никеля (II), железа (III), меди (II), обеспечивает высокие адсорбционные свойства, а введение в угольно-целлюлозную композицию полипропиленовых волокон на стадии размола небеленой сульфатной целлюлозы обеспечивает высокие механические свойства заявляемого фильтросорбирующего материала.
Способ получения фильтросорбирующего материала для очистки воздуха от вредных газов, паров и аэрозолей, включающий размол волокон целлюлозы сульфатной небеленой до степени размола 28±2° ШР, их смешение с волокнами целлюлозы мерсеризованной, высокодисперсным углем-катализатором типа КТ и газовым углем типа СКТ, отлив полученной композиции и сушку полученного бумажного полотна, отличающийся тем, что при достижении степени размола волокон целлюлозы сульфатной небеленой, равной 20±2° ШР, осуществляют введение полипропиленовых волокон в количестве 5-10% от общей массы смешиваемых веществ и продолжают совместный помол до степени размола 28±2° ШР, после сушки полученное бумажное полотно пропитывают раствором, содержащим 10% хлорида никеля (II), 10% хлорида железа (III) и 10% хлорида меди (II), после чего осуществляют термопластификацию.
