close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY1810

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 1810
(13)
C1
6
(51) B 29C 41/08,
(12)
D 04H 1/56
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ
(21) Номер заявки: 2063
(22) 18.07.1994
(46) 30.12.1997
(71) Заявитель: Институт
механики
металлополимерных систем Академии наук Беларуси
(BY)
(72) Авторы: Пинчук Л.С., Макаревич А.В., Громыко
Ю.В., Гольдаде В.А., Паркалова К.И., Вертячих
И.М. (BY)
(73) Патентообладатель: Институт
механики
металлополимерных систем Академии наук Беларуси
(BY)
(57)
1. Способ получения волокнистых нетканых материалов, при котором экструдируют полимерное связующее, диспергируют расплав на волокна распыляющим агентом, осаждают волокнистую массу с дисперсным наполнителем на формообразующую подложку, охлаждают и отделяют полученный материал, отличающийся тем, что перед диспергированием расплава полимерного связующего распыляющий агент смешивают с
дисперсным наполнителем, а диспергирование осуществляют полученной смесью, при этом перед смешиванием наполнитель подвергают термостатированию.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют диэлектрический материал, который перед смешиванием с распыляющим агентом поляризуют электрическим полем, при этом на
подложке создают электрический потенциал.
3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве распыляющего агента используют воздушный
аэрозоль кремнийорганической жидкости или жидкого клея.
4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве распыляющего агента используют смесь азота
и паров бактерицидных веществ.
5. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве распыляющего агента используют смесь азота
и паров дезодорирующих веществ.
6. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве распыляющего агента используют смесь азота
и паров ароматизирующих веществ.
(56)
1. Патент США 4797318, МКИ Д04Н 1/58, 1989 (прототип).
Изобретение относится к технологии изготовления фильтрующих материалов из пластмасс путем распыления полимерного расплава.
Известен способ получения нетканого волокнистого материала путем переработки полимерного гранулята методом экструзии, продавливания расплава через фильеру и воздействия на полученные волокна потоком газа. Волокна, увлекаемые потоком, вытягиваются, уменьшаясь в диаметре, разрываются на отрезки различной длины и
осаждаются на формообразующей подложке.
Этот способ непригоден для переработки наполненных полимерных материалов, т.к. продавливание через
фильеру расплавов, содержащих твердые частицы, приводит к засорению отверстий фильеры.
BY 1810 C1
Прототипом изобретения является способ получения нетканого материала путем раздува полимерного
расплава (технология melt-blown) [1]. Он состоит из операций экструзии полимерного связующего, диспергирования сжатым газом нитей расплава, выходящих из фильерной головки экструдера, на волокна, введения частиц твердого наполнителя в поток диспергированных волокон, направления смешанного потока на формообразующую подложку, охлаждения осажденной волокнистой массы и съема отвержденного материала с
подложки.
Недостатки прототипа: большие потери наполнителя, узкий диапазон регулирования адгезии полимерного связующего к наполнителю, необходимость специальных операций и приспособлений для регулирования
пористости и плотности нетканого материала.
Первая группа задач, на решение которых направлено заявляемое изобретение, состоит в регулировании
адгезионного взаимодействия связующего и наполнителя, а также температуры распыляемых волокон расплава независимо от режимов экструзии. Это позволит снизить непроизводительные потери наполнителя и
сохранить исходную прочность полимерного материала, снизив степень его термодеструкции.
Для решения этой группы задач известный способ получения нетканого материала, заключающийся в
экструзии полимерного связующего, через фильерную головку, диспергировании расплава на волокна распыляющим агентом, введении частиц твердого наполнителя в поток диспергированных волокон, направления смешанного потока на формообразующую подложку, охлаждения осажденной волокнистой массы и
съема отвержденного материала с подложки, дополнен новым сочетанием операций. Частицы твердого наполнителя вводят в поток распыляющего агента до его воздействия на расплав полимера. Предварительно
наполнитель подвергают термостатированию при температуре, которую выбирают в зависимости от режимов экструзии, вязкости расплава полимера, его адгезии к наполнителю и температуры распыляющего агента.
Сущность способа состоит в распылении экструдируемого расплава полимера газовым потоком, содержащим взвешенные частицы наполнителя. Схема осуществления способа показана на рисунке. В cмecитель
2 поступают частицы наполнителя 1 и поток распыляющего газа 6. Смеситель размещен в термостате 3, с
помощью которого поддерживается постоянная температура наполнителя. Поток 4 смеси газа и наполнителя
направляют в распылительную головку 8 экструдера 7 и диспергируют поступающий туда расплав полимера.
Поток 9 газовой смеси наполнителя и расплава направляют на движущуюся формообразующую подложку l0,
где он застывает в виде волокнистой массы 11. Таким образом увеличивается время контактирования связующего и наполнителя, а распыление полимерного расплава и твердых частиц происходит в одном потоке,
что уменьшает потери частиц, не вошедших в контакт с расплавом.
Термостатирование частиц наполнителя расширяет пределы регулирования тeмпepaтypы расплава и его
адгезии к наполнителю, независимо от температурных режимов экструзии. Из-за высокой вязкости полимерных расплавов процесс обычно ведут таким образом, чтобы температура расплава на выходе из экструдера была близка к температуре терморазложения полимера. Поэтому сразу же после диспергирования расплава целесообразно резко снизить температуру диспергированных нитей, затормозив их термодеструкцию.
Этого можно достичь, поддерживая температуру частиц наполнителя ниже температуры плавления полимера.
Если адгезия наполнителя к расплаву полимера недостаточно высока, а поднимать температуру последнего на выходе из экструдера нельзя из-за термодеструкции полимера, наполнитель термостатируют при
температуре, близкой к температуре деструкции полимера. Частицы наполнителя, приходя в контакт с нитями расплава, подстуженными потоком газа, подплавляют их в зоне контакта, что увеличивает адгезию частиц к нитям, но фактически не влияет на их термодеструкцию. Поскольку этот процесс coвмeщен с диспергированием расплава, вероятность контактирования расплава и частиц наполнителя значительно выше, чем в
способе-прототипе. В результате непроизводительные потери наполнителя снижаются.
Приведем примеры осуществления способа. Формируют волокнистые нетканые материалы на основе
полиэтилена низкого давления (ПЭНД, ГОСТ 16338-85Е) полипропилена (ПП, ТУ 6-05-1105-78), полиамида 610 (ПА, ГОСТ 10589-87), модифицированные углем активным древесным дробленым (ГОСТ 621774). В качестве генератора волокон используют экструдер с диаметром шнека 24 мм и распылительной головкой, фильера которой снабжена отверстиями диаметром 0,5 мм.
Головку питают oсушенным сжатым воздухом под давлением 0,4 ат. Уголь дисперсностью менее 50 мкм,
термостатированный при фиксированных температурах, подают в струю воздуха с помощью специального
приспособления. Расход угля во всех примерах составлял 4 г/мин. Согласно заявляемому способу уголь подавали в струю воздуха перед ее поступлением в головку. По способу-прототипу распыление полимерных
расплавов осуществляли чистым воздухом, а уголь вводили в воздушно-полимерную смесь отдельным потоком воздуха. Воздушно-полимерный и воздушно-угольный потоки смешивали в промежутке между распылительной головкой и формообразующей бесконечной лентой. Температурные режимы экструзии и аэродинамические режимы формирования воздушно-полимерной и воздушно-угольной смесей были постоянны для
каждого полимерного материала. Они соответствуют наибольшей производительности процесса при удовлетворительных прочности и тонкости фильтрации получаемых материалов.
2
BY 1810 C1
Регистрировали разрушающее напряжение (σ) при испытаниях материалов на растяжение и концентрацию угля (С) в материалах, характеризующую при одинаковых технологических условиях потери угля в
процессе формирования материалов. Результаты испытаний представлены в табл.1.
Из таблицы видно, что заявленный способ существенно превосходит прототип по степени наполнения
волокнистого материала углем. Следовательно, непроизводительные потери угля в заявленном способе существенно ниже, чем в прототипе, при примерно одинаковой прочности материалов. Увеличение температуры угля однозначно обусловливает снижение его потерь. Однако повышение температуры угля имеет смысл
до тех пор, пока не началась интенсивная термоокислительная деструкция полимерных связующих, приводящая к уменьшению прочности наполненных материалов (примеры 3, 6, 9).
Вторая группа задач, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в регулировании
структуры волокнистого нетканого материала, в частности, его пористости и плотности, независимо от температурных режимов экструзии и температурно-динамических режимов распыления расплава.
Для решения этой группы задач заявленный способ выполняется следующим сочетанием операций. Дисперсные диэлектрические наполнители перед введением в поток распыляющего газа обрабатывают в электрическом поле, а на формообразующую подложку подают электрический потенциал или заземляют ее.
Сущность способа состоит в использовании электростатических сил для формирования структуры волокнистого нетканого материала. Для этого (см. рисунок) в смесителе 2 устанавливают электроды 5, на которые
подают электрическое напряжение U. Частицы наполнителя, подаваемые в термостатируемый объем 3 потоком 1, приобретают под действием постоянного электрического поля, коронного или газового разряда поляризационный заряд, преимущественно униполярный. Частично он нейтрализуется при формировании и
транспортировании потока 9. Нескомпенсированные заряды при контактировании частиц с электропроводной подложкой 10 отводятся по заземляющему контуру 12. Силы электрического притяжения частиц к подложке уплотняют волокнистую массу 11, снижая ее пористость. Одновременно уменьшается унос газовым
потоком частиц, не попавших на подложку. Этот эффект можно усилить, подавая на подложку электрический потенциал, знак которого противоположен знаку заряда поляризованных частиц. Если на подложку подают потенциал, униполярный заряду частиц, пористость массы 11 возрастет, а ее плотность уменьшается.
Приведем примеры осуществления способа. Волокнистый материал на основе ПЭНД модифицируют порошком фторопласта 3 дисперсностью менее 50 мкм. На медную сетку 5 в смесителе 2 подают потенциал U,
генерирующий газовый разряд. При одинаковых режимах экструзии и распыления регистрируют плотность
d и пористость f волокнистой массы 11. Результаты измерений приведены в табл.2.
Видно, что изменяя потенциал U, можно в достаточно широких пределах регулировать d и f волокнистого материала. Униполярность потенциалов электрода 5 и подложки 10 приводит к уменьшению d и увеличению f. Разноименное заряжение электрода и подложки дает противоположный результат.
Третья группа задач, на решение которых направлено заявляемое изобретение, состоит в расширении
пределов повышения адгезии связующего к наполнителю и функциональных возможностей материала путем
регулирования физико-химической активности распыляющего агента.
Для ее решения в заявленном способе в качестве распыляющего агента используют газовые смеси и аэрозоли, вступающие в химические реакции с частицами дисперсного наполнителя и/или расплава полимерного
связующего. Распыляющие агенты могут также влиять на физико-химическое взаимодействие наполнителя и
связующего, не вступая с ними в химические реакции а являясь, например, поверхностно-активными веществами (ПАВ).
Приведем примеры осуществления способа.
Пример 19.
Изготавливают адсорбционный фильтрующий материал на основе ПЭНД и твердых дисперсных веществкомплексообразователей, например, краун-эфира. Распыление расплава ПЭНД осуществляют воздушным аэрозолем кремнийорганической жидкости. Это приводит к увеличению адгезии твердых частиц к волокнам ПЭНД и
уменьшению непроизводительных потерь краун-эфира. Фильтрующий материал используют для улавливания из
очищаемых сред ионов тяжелых металлов.
Пример 20.
Такой же фильтрующий материал, как в примере 19, формируют, используя в качестве распылительного агента
воздушный аэрозоль жидкого клея, например, спиртового раствора поливинилбутираля и резольной фенолоформальдегидной смолы. Капли раствора быстро отверждаются в контакте с "горячей" поверхностью волокон
расплава, закрепляя на волокнах частицы комплексообразователя.
Пример 21.
Формируют фильтрующий материал на основе ПП и адсорбционно-активного наполнителя, например, активного древесного угля. Распыление ведут азотом, содержащим пары бактерицидных (антибиотики, синтетические
гетероциклические соединения), дезодорирующих или ароматизирующих (камфара, сложные эфиры уксусной, салициловой, антраниловой кислот) веществ. Фильтрующий материал оказывает пролонгированное бактерицидное,
дезодорирующее или ароматизирующее действие на фильтруемые среды. Это происходит за счет переноса активных веществ из компонентов материала в фильтруемые среды по механизмам диффузии и растворения.
3
BY 1810 C1
Таблица 1
Полимерный материал
ПЭНД
ПП
ПА
№№
приме
ров
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Температура
угля, °С
100
200
400
100
200
350
100
230
340
Характеристики материалов, полученных способами
заявляемый
прототип
С, % мас.
С, % мас.
σ, МПа
σ, МПа
1,5
15,5
1,6
8,7
2,2
18,8
1,8
10,6
1,8
19,0
1,8
12,7
1,4
18,5
1,5
8,8
1,9
19,1
1,6
11,1
1,3
19,2
1,2
13,3
2,8
13,7
3,0
7,8
3,6
15,8
3,2
9,7
2,9
15,9
2,8
11,5
Таблица 2
№№ примеров
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Потенциал U, кВ, на Потенциал U, кВ, на подсетке 5
ложке 10
+1
+ 30
заземлена
-1
+1
0
заземлена
-1
+1
- 30
заземлена
-1
Cоставитель Н.Б. Суханова
Редактор В.Н. Позняк
Корректор С.А. Тикач
Заказ 9548
Тираж 20 экз.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
4
d, г/см3
f, %
0,26
0,35
0,39
0,30
0,30
0,30
0,46
0,37
0,24
57
49
42
52
52
52
31
45
60
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
126 Кб
Теги
by1810, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа