Композиционный материал

Изобретение относится к композиционному многослойному материалу и может быть использовано в технологии при заполнении фильтров для очистки воды от загрязнений при подготовке питьевой воды, очистке парового конденсата в котельных и на предприятиях ТЭЦ, очистке сточных вод различного состава. Композиционный материал включает нетканый слой, содержащий ионообменное волокно, и трикотажную основу, дополнительно содержит нетканый слой из стекловолокна. В качестве ионообменного волокна использовано модифицированное полиакрилонитрильное волокно, содержащее карбоксильные, гидразидные и аминогруппы в количестве 1,1-1,2, 2,0-2,2 и 2,9-3,1 ммоль/г соответственно. Трикотажная основа выработана из пряжи, состоящей из модифицированного волокна на основе привитого сополимера поликапроамида с фосфорборсодержащим метакрилатом. Соотношение слоев по массе составляет 1:(1,6-1,8):(1,3-1,5) соответственно. Обеспечивается улучшение сорбционных и фильтрующих свойств и повышение агрессивостойкости материала. 1 табл.

 

Изобретение относится к композиционному многослойному материалу и может быть использовано в технологии при заполнении фильтров для очистки воды от загрязнений при подготовке питьевой воды, очистке парового конденсата в котельных и на предприятиях ТЭЦ, очистке сточных вод различного состава.

Известен композиционный материал, состоящий из верхнего слоя, пряжа которого изготовлена из модифицированного катионообменного поликапроамидного волокна, и нижнего слоя, выработанного из смешанной пряжи, состоящей из модифицированного анионообменного поликапроамидного волокна и модифицированного гидрофильного поликапроамидного волокна, верхний слой в котором, получен на основе привитого сополимера поликапроамида с полиглицидилметакрилатом фосфорилированного 1-оксиэтилендифосфоновой кислотой при соотношении анионообменного и гидрофильного волокна в нижнем слое 1:(0,1-0,2) по массе при соотношении объемного заполнения слоев 1:(0,6-0,8) (Пат. РФ №2163944, МПК D04B 1/00, 2001).

Данный материал используют в качестве волокнистого сорбента. Недостатками материала является низкая фильтрующая способность мелких взвешенных твердых частиц, неустойчивость в нижнем диапазоне значений рН при комплексном содержании загрязнителей.

Известен композиционный материал, включающий нетканый слой, содержащий анионообменное модифицированное волокно на основе привитого сополимера поликапроамида с полидиэтиламиноэтилметакрилатом, и трикотажную основу, выработанную из смешанной пряжи, состоящей из модифицированного волокна на основе привитого сополимера поликапроамида с полиглицидилметакрилатом, фосфорилированного 1-оксиэтилидендифосфоновой кислотой, и волокна лавсан при содержании волокна в смеси 20-30% по массе, причем соотношение объемного заполнения основы и нетканого слоя составляет (0,7-0,8):1 (Пат. РФ №2206649, МПК D04H 13/00, 2003).

Полученный материал используется для очистки воздуха от токсичных газов. Но обладает недостаточной сорбционной емкостью, невысокой фильтрующей способностью в средах с мелкодисперсными частицами.

В качестве прототипа выбран композиционный материал, включающий нетканый слой, содержащий ионообменное волокно и трикотажную основу, выработанную из пряжи, состоящей из модифицированного волокна, причем ионообменным волокном является модифицированное волокно на основе привитого сополимера поликапроамида с фосфорборсодержащим метакрилатом при содержании фосфора 1,4-1,8% к массе слоя, а модифицированное волокно трикотажной основы выработано на основе привитого сополимера поликапроамида с полидиэтиламиноэтилметакрилатом при соотношении масс трикотажной основы и нетканого слоя 1:(1,3-1,6) (Пат. РФ №2307034 С1, МПК В32В 5/26, D06M 14/16, D04B 1/00, D04H 1/48, 2006).

Материал используется в качестве волокнистого сорбента и для изготовления изделий технического и специального назначения. Материал обладает ограниченной применимостью в условиях очистки сильнозагрязненных агрессивных вод и плохо задерживает из водной фазы мелкодисперсные частицы.

Предлагаемое изобретение решает задачу получения высокоэффективных композиционных фильтровальных материалов, обладающих стойкостью к агрессивным средам и способностью очистки воды от мелкодисперсных частиц.

Техническим результатом изобретения является улучшение сорбционных и фильтрующих свойств и повышение агрессивостойкости.

Поставленный технический результат достигается тем, что в композиционном материале, включающем нетканый слой, содержащий ионообменное волокно, и трикотажную основу, дополнительно содержится нетканый слой из стекловолокна, в качестве ионообменного волокна содержится модифицированное полиакрилонитрильное волокно, содержащее карбоксильные, гидразидные и аминогруппы в количестве 1,1-1,2, 2,0-2,2 и 2,9-3,1 ммоль/г соответственно, трикотажная основа выработана из пряжи, состоящей из модифицированного волокна на основе привитого сополимера поликапроамида с фосфорборсодержащим метакрилатом, а соотношение слоев по массе составляет 1:(1,6-1,8):(1,3-1,5) соответственно.

Полученный технический результат обусловлен тем, что использование в составе композиционного материала нетканого слоя из стекловолокна в контакте с полиакрилонитрильными волокнами обеспечивает увеличение сквозной микропористости материала и очистку воды от тонкодисперсных частиц, повышение агрессивостойкости материала. Наличие карбоксильных, гидразидных и аминогрупп в модифицированном полиакрилонитрильном волокне приводит к организации надмолекулярных образований и к повышению сорбции и очистке воды от солей металлов переменной валентности, таких как Cu, Ni, Co, Fe, Cr.

Содержание карбоксильных, гидразидных и аминогрупп в составе модифицированного полиакрилонитрильного волокна в количестве 1,1-1,2, 2,0-2,2 и 2,9-3,1 ммоль/г соответственно обусловлено технологией модификации (гидразинолиза) этого волокна, возможностями полимераналогичных превращений и является оптимальным, обеспечивая высокую сорбционную емкость материала.

Соотношение слоев по массе 1:(1,8-2,0):(1,6-1,8) является оптимальным, так как обеспечивает необходимый размер сквозной пористости и возможность удержания тонкодисперсных частиц, а также высокий сорбционный эффект при наличии в составе воды таких агрессивных компонентов, как серная и соляная кислота, едкий натр, едкое кали.

Общая технология получения композиционного материала заключается в следующем.

Ионообменное волокно для нетканого слоя получают следующим образом. В герметично закрываемую емкость на две трети наливают 10 л дистиллированной воды при температуре 18-22°С, насыпают 600 г гидроксида натрия, 350 г сульфата гидразина, 300 г хлорида гидразина и наливают 100 мл гидразингидрата, перемешивают до полного растворения компонентов и нагревают до кипения. Далее в кипящий раствор (102°С) опускают 1,3 кг полиакрилонитрильного волокна и ведут гидразинолиз 1,5 часа при кипении и циркуляции раствора. Промытое до нейтральной реакции модифицированное полиакрилонитрильное волокно высушивают.

Полотна для нетканых слоев из стекловолокна и модифицированного полиакрилонитрильного волокна вырабатывают на чесально-вязальном агрегате АЧВШ, в состав которого входит чесальная машина, преобразователь прочеса, вязально-прошивная машина, работающая по безниточной технологии. Поверхностная плотность получаемого нетканого полотна из стекловолокна составляет 230 г/м² при толщине полотна 1,6 мм. Поверхностная плотность нетканого полотна из модифицированного полиакрилонитрильного волокна составляет 420-460 г/м² при толщине 2,5-2,9 мм.

Полотно для трикотажной основы из пряжи, состоящей из модифицированного волокна на основе привитого сополимера поликапроамида с фосфорборсодержащим метакрилатом (Пат. РФ №2266919, МПК C08F 283/04, D06M 14/16, 2005), линейной плотности 31,5×2 текс вырабатывают на кругловязальной машине «Мультиколор» 18 класса комбинированным переплетением на базе ластика. Поверхностная плотность трикотажного полотна составляет 370-410 г/м² при толщине 1,9-2,1 мм.

Полотна соединяют между собой прошивным, вязально-прошивным или другим известным способом при плотности шва 2-10 на 10 см.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Полотно для нетканого слоя из стекловолокна вырабатывают следующим образом: 500 г стекловолокна прочесывают на чесальной машине. На преобразователе прочеса получают волокнистый холст, который скрепляют на вязально-прошивной машине. Плотность прошива полотна по длине - 15 петель/50 мм, число волокон в петле - 75. Поверхностная плотность нетканого полотна составляет 230 г/м² при толщине 1,6 мм.

Полотно для нетканого слоя из модифицированного полиакрилонитрильного волокна, содержащего карбоксильные, гидразидные и аминогруппы в количестве 1,1, 2,2 и 2,9 ммоль/г соответственно, вырабатывают аналогично. Поверхностная плотность полотна составляет 420 г/м² при толщине 2,5 мм.

Полотно для трикотажной основы из пряжи, состоящей из модифицированного волокна на основе привитого сополимера поликапроамида с фосфорборсодержащим метакрилатом, линейной плотности 31,5×2 текс вырабатывают на кругловязальной машине «Мультиколор» 18 класса комбинированным переплетением на базе ластика. Поверхностная плотность трикотажного полотна составляет 410 г/м² при толщине 2,1 мм, плотность вдоль петельного ряда - 72, вдоль петельного столбика - 65.

Соотношение слоев по массе составляет 1:1,8:1,8. Свойства материала приведены в таблице.

Пример 2

Полотно для нетканого слоя из стекловолокна получают аналогично примеру 1. Поверхностная плотность нетканого полотна составляет 230 г/м² при толщине 1,6 мм.

Полотно для нетканого слоя из модифицированного полиакрилонитрильного волокна получают аналогично примеру 1. Содержание карбоксильных, гидразидных и аминогрупп составляет 1,2, 2,1 и 3,1 ммоль/г соответственно. Поверхностная плотность полотна равна 460 г/м² при толщине 2,9 мм.

Полотно для трикотажной основы вырабатывают аналогично примеру 1. Поверхностная плотность трикотажного полотна составляет 370 г/м² при толщине 1,9 мм, плотность вдоль петельного ряда - 68, вдоль петельного столбика - 60.

Соотношение слоев по массе составляет 1:2,0:1,6. Свойства материала приведены в таблице.

Пример 3

Полотно для нетканого слоя из стекловолокна получают аналогично примеру 1. Поверхностная плотность нетканого полотна составляет 230 г/м² при толщине 1,6 мм.

Полотно для нетканого слоя из модифицированного полиакрилонитрильного волокна получают аналогично примеру 1. Содержание карбоксильных, гидразидных и аминогрупп составляет 1,1, 2,0 и 3,0 ммоль/г соответственно. Поверхностная плотность полотна равна 420 г/м² при толщине 2,5 мм.

Полотно для трикотажной основы вырабатывают аналогично примеру 1. Поверхностная плотность трикотажного полотна составляет 370 г/м² при толщине 1,9 мм, плотность вдоль петельного ряда - 68, вдоль петельного столбика - 60.

Соотношение слоев по массе составляет 1:1,8:1,6. Свойства материала приведены в таблице.

Пример 4.

Полотно для нетканого слоя из стекловолокна получают аналогично примеру 1. Поверхностная плотность нетканого полотна составляет 230 г/м² при толщине 1,6 мм.

Полотно для нетканого слоя из модифицированного полиакрилонитрильного волокна получают аналогично примеру 1. Содержание карбоксильных, гидразидных и аминогрупп составляет 1,2, 2,2 и 3,0 ммоль/г соответственно. Поверхностная плотность полотна равна 460 г/м² при толщине 2,9 мм.

Полотно для трикотажной основы вырабатывают аналогично примеру 1. Поверхностная плотность трикотажного полотна составляет 410 г/м² при толщине 2,1 мм, плотность вдоль петельного ряда - 72, вдоль петельного столбика - 65.

Соотношение слоев по массе составляет 1:2,0:1,8. Свойства материала приведены в таблице.

Таблица
Свойства композиционного материала
Показатели	Прототип	Материал по примерам
1	2	3	4
Сорбционная емкость, мг/г:
соли меди	77,4	80,3	85,7	80,1	86,0
соли никеля	32,1	89,6	93,2	88,3	95,6
соли кобальта	188,3	190,0	194,4	190,1	197,2
соли железа	-	76,3	79,8	74,2	81,9
соли хрома	-	106,2	110,1	101,9	115,2
Работоспособность в диапазоне значений рН	5-9	0-14	0-14	0-14	0-14
Фильтрующая способность для частиц диаметром менее 0,001 мм (пропускание частиц)	есть	Нет	нет	нет	нет
Примечание: 1. Гарантированная ошибка не более 5% при доверительной вероятности 95%.
2. Концентрация солей металлов в растворе не более 5%.

Как видно из данных таблицы, предлагаемый материал агрессивостоек, не допускает проскока дисперсных частиц малого диаметра и обладает лучшими ионообменными характеристиками по сравнению с прототипом.

Композиционный материал, включающий нетканый слой, содержащий ионообменное волокно, трикотажную основу, отличающийся тем, что материал дополнительно содержит нетканый слой из стекловолокна, в качестве ионообменного волокна он содержит модифицированное полиакрилонитрильное волокно, содержащее карбоксильные, гидразидные и аминогруппы в количестве 1,1-1,2, 2,0-2,2 и 2,9-3,1 ммоль/г соответственно, трикотажная основа выработана из пряжи, состоящей из модифицированного волокна на основе привитого сополимера поликапроамида с фосфорборсодержащим метакрилатом, а соотношение слоев по массе составляет 1:(1,8-2,0):(1,6-1,8) соответственно.