Патент на изобретение №2385177

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФИЛЬТРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА, ФИЛЬТРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ И СРЕДСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области получения полимерных волокнистых фильтрующих материалов. Предложен способ получения фильтрующего материала путем электроформования волокна с диаметром 1-10 мкм из 5-20 мас.% раствора полимера в органическом растворителе, имеющего вязкость 3,5-5,0 Пуаз, при напряжении электроформования 60-140 кВ, в котором в качестве полимера используют хлорированные полиэтилен или полипропилен, имеющие степень хлорирования 64-66% и молекулярный вес (2-15)·10⁵. Полученный материал используют в средствах для защиты органов дыхания, в качестве рабочего слоя, нанесенного на подложку из аппретированной марли. Изобретение позволяет получить фильтрующие материалы, обладающие высокими защитными характеристиками. 3 н.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области получения методом электроформования волокнистых полимерных фильтрующих материалов, используемых для защиты органов дыхания и окружающей среды от токсичных аэрозолей.

Сущность метода электроформования заключается в получении при создании разности электрических потенциалов ультратонких (1-10 мкм) полимерных волокон из раствора волокнообразующего полимера с последующим осаждением волокон на подложку или без нее.

Под действием электрического поля происходит нейтрализация сил поверхностного натяжения раствора, в результате чего он вытекает в виде тонкой нити из дозирующего устройства, являющегося полюсом высокого напряжения, и расщепляется на множество более тонких нитей. В процессе испарения растворителя нити превращаются в сухие волокна, которые осаждаются на противоположно заряженном приемном электроде.

Основа метода, характеристики полученных с его использованием фильтрующих материалов и области их использования подробно описаны в книге Э.А.Дружинина «Производство и свойства фильтрующих материалов Петрянова из ультратонких полимерных волокон», Москва, 2007, с.16-96, 156-164, и книге Ю.Н.Филатова «Электроформование волокнистых материалов СЭФВ-процесс», М.: Нефть и газ, 1997, с.3-7.

Известен способ получения фильтрующего материала 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 (патент RU 2182511, В 01039/16, 2002.05.20).

Недостатком данного способа является то, что фильтрующий материал, полученный на его основе имеет низкую механическую прочность.

Известен способ получения фильтрующего материалов ФПП-15-1,5 по ТУ 6-16-2813-84; ФПП -15-1,0 по ТУ 6-16-2502-81; ФПП-15-0,8 по ТУ 6-16-2090-84; ФПП-15-0,6 по ТУ 6-16-2571-85, основанный на переработке 10-12 мас.% прядильного раствора смолы поливинилхлоридной хлорированной в дихлорэтане методом электроформования с последующим наложением волокон на подложку из марли или полотна клееного. В качестве технологической добавки для регулирования вязкости и удельной электропроводности прядильного раствора, а также скорости волокнообразования используется спирт этиловый. Для регулирования электропроводности в раствор также вводят электролитические добавки. Данный способ позволяет получать фильтрующий материал ФПП с различными защитными характеристиками. Недостатком метода является относительно низкая разрывная нагрузка волокнистого слоя (0,49-1,18 Н, 0,05-0,12 кгс).

Известен волокнистый фильтрующий материал из сополимера стирола с метилметакрилатом и акрилонитрилом, содержащий волокна 6-10 мм в количестве 70-80% и волокна диаметром 1-2 мм в количестве 20-30%, а также способ его получения путем электростатического формования из раствора полимера в органическом растворителе (патент RU 2049525, В01 039/16, опубл. 1995.12.10).

Данный материал имеет недостаточно высокие механические характеристики.

Известен волокнистый фильтрующий материал ФПП-15-1,5 по ТУ 6-16-2813-84, ФПП-15-1,0 по ТУ 6-16-2502-81, ФПП-15-0,8 по ТУ 6-16-2090-84, ФПП-15-0,6 по ТУ 6-16-2571-85 со следующими показателями, представленными в табл.1.

Данный материал имеет недостаточно высокие механические характеристики.

Известно средство защиты органов дыхания по патенту 2182511 (опубл. 2002.05.20), содержащее рабочий слой из полимерных волокон с диаметром 1-10 мкм, защитный слой из марли и фильтродержатель, причем рабочий слой выполнен из волокон сополимера стирола с акрилонитрилом, с поверхностной плотностью 20-80 г/м² и аэродинамическим сопротивлением 3-60 Па при скорости потока воздуха 1 см/с.

Недостатком данного средства защиты органов дыхания является низкая механическая прочность используемого фильтрующего материала.

Предлагаемым изобретением решается задача разработки способа получения фильтрующего материала, позволяющего получать фильтрующий материал с высокими механическими характеристиками при сохранении защитных характеристик, необходимых при использовании этого материала в средствах для защиты органов дыхания.

Поставленная задача решается описываемым способом получения фильтрующего материала путем электроформования волокна с диаметром 1-10 мкм из 5-20 мас.% раствора полимера в органическом растворителе, имеющего вязкость 3,5-5,0 Пуаз при напряжении электроформования 60-140 кВ, причем в качестве полимера используют хлорированные полиэтилен или полипропилен класса высокохлорированные полиолефины, имеющие степень хлорирования 64-66% и молекулярный вес (2-15)·10⁵. Данный выбор основан на следующих основных свойствах полимера, обусловливающих заданные свойства продукта, а именно: способность образовывать однородные стабильные растворы при растворении в ряде органических растворителях, гидрофобность в сочетании с высоким электрическим сопротивлением, высокая химическая стойкость к кислотам и щелочам, высокая термическая стойкость, высокие значения прочности при растяжении и относительного удлинения.

Поставленная задача решается также фильтрующим материалом, полученным описанным выше способом, причем в качестве полимера используют хлорированные полиэтилен или полипропилен, имеющие степень хлорирования 64-66% и молекулярный вес (2-15)·10⁵.

Поставленная задача решается также средством для защиты органов дыхания, содержащим рабочий слой из полимерных волокон, причем в качестве полимера используют хлорированные полиэтилен или полипропилен, имеющие степень хлорирования 64-66% и молекулярный вес (2-15)·10⁵.

Благодаря заявленному способу получен фильтрующий материал с улучшенными механическими свойствами, причем фильтрующий материал обладает необходимыми свойствами для изготовления индивидуальных средств защиты.

Примеры получения фильтрующего материала представлены в табл.2, 3.

Приготавливают 5-20 мас.% прядильный раствор высокохлорированного полиэтилена или полипропилена, имеющего степень хлорирования 64-66% и молекулярный вес (2-15)·10⁵, в органическом растворителе (см. табл.2). Раствор должен быть однородным (без примеси твердых частиц), т.е. полимер полностью растворим в выбранном растворителе. В приготовленном растворе указанной массовой концентрации определяется динамическая вязкость. В качестве технологической добавки для регулирования электропроводности используется раствор тетраэтиламмония в этиловом спирте (см. табл.2). Затем проводят электроформование волокнистого слоя в диапазоне электрического напряжения 60-140 кВ и давлении прядильного раствора 0,6-2,0 кгс/см².

Как показали лабораторные испытания, полученные в соответствии с изобретением фильтрующие материалы имеют волокна со средним диаметром 1-10 мкм, обладают высокими защитными характеристиками, а именно: коэффициентом проницаемости стандартного масляного тумана со средним радиусом частиц 0,15-0,17 мкм при скорости 1 см/с от 0,0002 до 0,12, улучшенными механическими свойствами (разрывная нагрузка от 2,1 до 4,3), сопротивление потоку воздуха 0,5-1,35 мм вод.ст. (4,9-13,23 Па) при скорости потока воздуха 1 см/с, относительном удлинении в пределах 0,4-0,66 (см. табл.3).

Описанный фильтрующий материал был изготовлен на производственной базе ОАО «Сорбент», из которого получена опытная партия средств индивидуальной защиты органов дыхания типа «Лепесток», «У-2К», содержащих рабочий слой из заявленного материала, нанесенного на подложку из аппретированной марли, а также проведены испытания респираторов типа Ф-62, РПГ-67, РУ-60М, которые дали положительный результат.

Таблица 3
Характеристика фильтрующих материалов на основе высокохлорированного полиэтилена и полипропилена
Наименование фильтрующего материала на основе прядильного раствора ( примера табл.1)	Технологические параметры изготовления	Показатели качества материала
Напряжение, кВ	Давление раствора, кгс/см2	Сопротивление потоку воздуха при расчетной скорости 1 см/сек, мм вод.ст. (Па)	Коэффициент проницаемости по масляному туману при расчетной скорости 1 см/сек, %	Поверхностная плотность волокнистого слоя, г/м2	Разрывная нагрузка волокнистого слоя, Н	Относительное удлинение при разрыве волокнист. слоя
1	2	3	4	5	6	7	8
1	80	1,2	0,64 (6,27)	0,03	26,9	3,0	0,49
	100	1,2	0,80 (7,84)	0,076	25,0	3,2	0,50
2	120	1,4	1,0-1,2	0,006	39,3	3,9	0,48
			(9,8-11,76)
	140	2,0	1,35 (13,23)	0,008	35,0	3,5	0,49
3	110	1,7	0,70-0,75	0,014	35,9	3,7	0,43
			(6,86-7,35)
4	120	1,8	0,80 (7,84)	0,0004	47,2	4,3	0,40
5	60	1,0	0,55 (5,39)	0,12	20,5	2,1	0,54
	100	0,8	1,0 (9,8)	0,02	24,8	2,7	0,50
6	120	0,7	0,75 (7,35)	0,04	30,3	3,2	0,56
7	110	0,6	1,05 (10,29)	0,0002	31,3	3,8	0,56
	120	0,6	0,95 (9,31)	0,0008	27,4	3,5	0,55
8	110	0,6	0,78 (7,64)	0,002	18,1	2,5	0,56
9	100	0,6	0,6 (5,88)	0,06	25,3	2,8	0,5
10	100	0,6	0,5 (4,9)	0,6	24,0	2,8	0,49
	120	0,7	0,75 (7,35)	0,04	30,3	3,1	0,58
11	110	0,7	1,5 (14,7)	0,0004	31,6	3,8	0,48
12	110	0,6	1,05 (10,29)	0,0004	31,3	3,8	0,56
	120	0,6	0,95 (9,31)	0,001	27,4	3,0	0,55
13	110	0,6	0,78 (7,64)	0,002	18,1	2,6	0,48
14	110	0,6	0,78 (7,64)	0,002	18,1	2,9	0,58
	110	0,7	0,85 (8,33)	0,002	20,0	2,6	0,63
15	110	0,7	0,85 (8,33)	0,002	20,0	2,4	0,61
16	120	0,7	0,92 (9,02)	0,004	23,2	2,8	0,56
	100	0,6	0,67 (6,57)	0,04	17,9	2,35	0,66
17	120	0,7	0,92 (9,02)	0,003	23,2	2,7	0,66

Формула изобретения

1. Способ получения фильтрующего материала путем электроформования волокна с диаметром 1-10 мкм из 5-20 мас.% раствора полимера в органическом растворителе, имеющего вязкость 3,5-5,0 П при напряжении электроформования 60-140 кВ, отличающийся тем, что в качестве полимера используют хлорированные полиэтилен или полипропилен, имеющие степень хлорирования 64-66% и молекулярный вес (2-15)·10⁵.

2. Фильтрующий материал, состоящий из слоя полидисперсных электрически заряженных ультратонких полимерных волокон, отличающийся тем, что он получен способом, охарактеризованным в п.1.

3. Средство для защиты органов дыхания, содержащее рабочий слой из полимерных волокон с диаметром 1-10 мкм, защитный слой из марли и фильтродержатель, отличающееся тем, что оно содержит рабочий слой из волокон, полученных способом, охарактеризованным в п.1.