close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

составы тонкого волокна, способы их получения, способ изготовления тонковолокнистого материала

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
RU
(19)
(11)
2 300 543
(13)
C2
(51) МПК
C08L 101/00
C08L 77/10
D01F 6/60
D01F 1/10
D01F 11/04
B01D 24/00
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2003107850/04, 09.08.2001
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
09.08.2001
(30) Конвенционный приоритет:
31.05.2001 (пп.1-31) US 09/871,583
(73) Патентообладатель(и):
ДОНАЛЬДСОН КОМПАНИ, ИНК. (US)
(43) Дата публикации за вки: 20.09.2004
R U
(72) Автор(ы):
ЧАНГ Ху Й. (US),
ХОЛЛ Джон Р. Б. (US),
ГОГИНС Марк А. (US),
КРОФУТ Дуглас Г. (US),
УИК Томас М. (US)
(45) Опубликовано: 10.06.2007 Бюл. № 16
2 3 0 0 5 4 3
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: US 2384947 A, 18.07.1941. SU 1120043
A, 07.06.1982. JP 06057531 A, 01.03.1994. US
4469606 A, 04.09.1984. SU 825699 A,
30.04.1981. SU 737413 A, 16.12.1977.
(85) Дата перевода за вки PCT на национальную фазу:
20.03.2003
2 3 0 0 5 4 3
R U
(87) Публикаци PCT:
WO 02/20668 (14.03.2002)
C 2
C 2
(86) За вка PCT:
US 01/24948 (09.08.2001)
Адрес дл переписки:
119034, Москва, Пречистенский пер., 14, стр.
1, 4-ый этаж, "Гоулингз Интернэшнл, Инк.",
пат.пов. В.А.Клюкину, рег. № 0005
(54) СОСТАВЫ ТОНКОГО ВОЛОКНА, СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ТОНКОВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА
(57) Реферат:
Изобретение относитс к технологии получени полимерных материалов, в частности к получению
микро- и нановолокон с повышенной прочностью и
стойкостью, которые могут найти применение в
различных област х техники, включа их
использование в различных фильтрах. Состав
такого тонкого волокна с диаметром от 0,001 до 2
мк содержит полимер присоединени или
конденсации и смолистую добавку ароматической
природы с мол. весом от 500 до 3000. Добавка
может располагатьс на поверхности волокна.
Способ включает воздействие электрического пол на раствор полимера, формирующее ускоренные
пр ди
раствора.
Последующее
испарение
растворител обеспечивает образование тонкого
волокна. Его собирают на подложке и подвергают
термической обработке при температуре, не
превышающей точки плавлени полимера. Из
указанного волокна формируют тонковолоконный
материал. Изобретение обеспечивает получение
тонких волокон и изделий из них, обладающих
высокой стойкостью и прочностью. 10 н. и 21 з.п.
ф-лы, 21 ил., 5 табл.
Страница: 1
RU
C 2
C 2
2 3 0 0 5 4 3
2 3 0 0 5 4 3
R U
R U
Страница: 2
RUSSIAN FEDERATION
(19)
RU
(11)
2 300 543
(13)
C2
(51) Int. Cl.
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
C08L 101/00
C08L 77/10
D01F 6/60
D01F 1/10
D01F 11/04
B01D 24/00
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2003107850/04, 09.08.2001
(24) Effective date for property rights: 09.08.2001
(30) Priority:
31.05.2001 (cl.1-31) US 09/871,583
(43) Application published: 20.09.2004
R U
(72) Inventor(s):
ChANG Khu J. (US),
KhOLL Dzhon R. B. (US),
GOGINS Mark A. (US),
KROFUT Duglas G. (US),
UIK Tomas M. (US)
(73) Proprietor(s):
DONAL'DSON KOMPANI, INK. (US)
(45) Date of publication: 10.06.2007 Bull. 16
2 3 0 0 5 4 3
(85) Commencement of national phase: 20.03.2003
(86) PCT application:
US 01/24948 (09.08.2001)
(87) PCT publication:
WO 02/20668 (14.03.2002)
(54) FINE FIBER COMPOSITIONS, METHODS FOR PREPARATION THEREOF, AND A METHOD OF
R U
2 3 0 0 5 4 3
MANUFACTURING FINE-FIBER MATERIAL
(57) Abstract:
FIELD: polymer materials.
SUBSTANCE: invention relates to manufacture of
polymer materials and, in particular, micro- and
nanofibers
showing
elevated
strength
and
durability, which can be employed in a variety of
technical fields, including their use in various
filters.
Composition
of
fine
fiber
having
diameters between 0,001 and 2 µm contains
addition or condensation polymer and aromaticnature resinous additive with molecular weight
500 to 3000, which additive may be disposed on
the
surface
of
fiber.
Preparation
method
comprises exposure of polymer solution to
electric
field
to
form
accelerated
solution
strands.
Subsequent
vaporization
of
solvent
provides formation of fine fiber. Fibers are
collected on a substrate and subjected to heat
treatment at temperature not superior to melting
point of polymer. From thus obtained fiber, finefiber material is manufactured.
EFFECT: manufacture of
high-strength fibers.
31 cl, 21 dwg, 5 tbl, 18 ex
Страница: 3
EN
high-durability
and
C 2
C 2
Mail address:
119034, Moskva, Prechistenskij per., 14, str.
1, 4-yj ehtazh, "Goulingz Internehshnl,
Ink.", pat.pov. V.A.Kljukinu, reg. № 0005
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Насто ща за вка зарегистрирована как международна патентна за вка РСТ от имени
компании Donaldson, Американской национальной корпорации США от 9 августа 2001 года,
с обозначением всех стран кроме США и с приоритетом по за вке в США 60/230138,
зарегистрированной 5 сент бр 2000 года и за вке в США №09/871,582
зарегистрированной 31 ма 2001 года.
Область изобретени Изобретение относитс к полимерным материалам, которые имеют повышенную
стойкость к нагреванию, влажности, действию химических веществ и механическому
напр жению. Такие материалы могут использоватьс при формировании тонких волокон,
например, при создании микроволоконных и нановолоконных материалов с повышенной
стойкостью и прочностью. Поскольку размер волокна очень мал, вопрос сохранени прочности материала приобретает первостепенную важность. Такие тонкие волокна
полезны в различных област х применени . В одной из областей применени с
использованием этой технологии тонкие волокна могут быть использованы дл создани фильтров. Изобретение относитс к полимерам, полимерным композитам, волокну,
фильтрам, конструкци м фильтров и способам фильтрации. Применени этого
изобретени , в частности, относ тс к фильтрации частиц из потоков воздуха и жидкости
(например, водных и других жидкостей). Описанна технологи относитс к структурам,
содержащим один или несколько слоев тонких волокон в фильтрующих средах. Состав и
размеры волокон выбираютс дл получени нужного сочетани свойств и срока службы.
Предпосылки создани изобретени Изобретение относитс к полимерным композитам с улучшенными свойствами, которые
могут использоватьс в различных област х применени , включа формирование волокон,
микроволокон, нановолокон, волоконных сеток, волоконных матов, проницаемых структур,
таких как мембраны, покрыти или пленки. Полимерные материалы согласно изобретению
вл ютс композитами, обладающими физическими свойствами, позвол ющими
полимерному материалу, в различных физических видах и формах, противосто ть
разрушительному воздействию влаги, нагревани , потока воздуха, химических веществ и
механического напр жени или удара. Изобретение также в целом применимо к области
фильтрующей среды дл фильтрации потоков газообразных и жидких материалов.
Фильтрующа среда включает, по меньшей мере, слой сетки из микро- или нановолокон в
комбинации с материалом подложки в механически прочной фильтрующей среде. Эти слои
вместе обеспечивают отличную фильтрацию, высокую степень захвата частиц,
эффективность при минимальных ограничени х потока газа или жидкости, протекающего
через фильтрующую среду. Подложка может быть помещена впереди по потоку, позади по
потоку или в среднем слое. Специалисты различных отраслей промышленности в
последнее врем обратили серьезное внимание на применение фильтрующей среды дл фильтрации, т.е. удалени нежелательных частиц из потока газа или жидкости.
При стандартном процессе фильтрации твердые частицы удал ютс из потоков воздуха
или других газообразных материалов или из потока жидкости, такой как гидравлическа жидкость, смазочное масло, горючее, вода или другие жидкости. Такие процессы
фильтрации требуют механической прочности, химической и физической стойкости
материалов микроволокон и подложки. Фильтрующа среда может подвергатьс воздействию широкого диапазона температурных условий, влажности, механических
вибраций и ударов и воздействию как реагирующих, так и не реагирующих, абразивных и
не абразивных твердых частиц, поступающих вместе с потоком. Кроме того, часто
требуетс , чтобы фильтрующа среда была способна к самоочистке путем воздействи на
фильтрующую среду обратного импульса давлени (кратковременного изменени направлени потока на обратное дл удалени с поверхности налета из твердых частиц)
или другого механизма очистки, способного удал ть занесенные твердые частицы с
поверхности фильтрующей среды. Така обратна очистка может дать существенное
улучшение среды, т.е. уменьшение перепада давлени после импульсной очистки.
Эффективность захвата частиц после импульсной очистки обычно не улучшаетс , однако
Страница: 4
DE
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
эта операци снижает перепад давлени , сохран энергию дл операции фильтрации.
Такие фильтры могут замен тьс дл обслуживани и очищатьс в водных или других
чист щих составах. Такие фильтрующие среды часто производ тс путем пр дени тонкого
волокна и последующего формировани задерживающей сетки из микроволокна на
пористой подложке. В процессе пр дени волокно может образовывать физические св зи
между волокнами, св зыва волоконный мат в единый слой. Такой материал затем может
быть заключен в нужную оболочку фильтра, например, в кассеты, плоские диски, коробки,
панели, рукава и мешки. В таких структурах среда может быть, в основном, сложена,
свернута или размещена другим способом на опорных структурах.
В производстве нетканой фильтрующей среды из тонких волокон использовались
различные материалы, включа стекловолокно, металл, керамику и широкий диапазон
полимерных композитов. Дл производства микро- и нановолокон малого диаметра
использовались различные технологии. В одном способе используетс пропускание
материала через тонкие капилл ры или отверсти либо в расплавленном виде, либо в
растворе, который затем почти полностью испар етс . Волокна могут также
формироватьс с использованием стандартного «пр дильного органа» дл производства
синтетического волокна, например нейлона. Также известен способ электростатического
пр дени . Така технологи включает использование тонкого шприца, форсунки,
капилл рного или подвижного эмиттера. Эти приборы подают жидкие растворы полимеров,
которые затем прит гиваютс к зоне сборки электростатическим полем высокого
напр жени . По мере того, как материалы выт гиваютс из эмиттера и ускор ютс в
электростатической зоне, волокно становитс очень тонким и может быть сформировано в
структуру волокна путем выпаривани раствора.
По мере повышени требований к фильтрующим средам возникает потребность в
улучшенных материалах, способных противосто ть воздействи м высокой температуры от
100 до 250 и до 300°F (150°C), высокой влажности от 10 до 90 и до 100% относительной
влажности (RH), больших расходов газов и жидкостей и способных фильтровать микронные
и субмикронные твердые частицы (в диапазоне от 0.01 до свыше 10 микрон) и удал ть из
протекающего потока как абразивные, так и не абразивные, реагирующие и не
реагирующие твердые частицы.
Соответственно, возникает потребность в полимерных материалах, микро- и
нановолоконных материалах и фильтрующих структурах, имеющих улучшенные
характеристики при фильтрации потоков с повышенными температурами, повышенной
влажностью, высокими расходами и обеспечивающих фильтрацию упом нутых микронных
и субмикронных твердых частиц.
Краткое описание изобретени Изобретение обеспечивает усовершенствованный полимерный материал. Этот полимер
имеет повышенную физическую и химическую стойкость. Тонкое полимерное волокно
(микроволокно и нановолокно) может быть оформлено в нужный формат издели .
Нановолокно - волокно с диаметром меньше 200 нанометров или 0,2 микрона.
Микроволокно - волокно с диаметром больше 0,2 микрона, но не более 10 микрон. Это
тонкое волокно может быть изготовлено в форме улучшенной многослойной среды дл микрофильтрации. Слои тонких волокон согласно изобретению имеют произвольное
распределение тонких волокон, которые могут быть соединены так, чтобы образовать
заграждающую сетку. Характеристики фильтрации большей частью зависит от результата
действи преграды из тонких волокон дл прохождени твердых частиц. Структурные
свойства жесткости, прочности, возможности сложени обеспечиваютс подложкой, с
которой сцепл ютс тонкие волокна. Важной особенностью задерживающих сеток из тонких
волокон вл етс то, что тонкие волокна в форме микроволокон или нановолокон
обеспечивают относительно малые промежутки между волокнами. Эти промежутки между
волокнами обычно наход тс в диапазоне от примерно 0,01 до 25 микрон, а часто от 0,1
до 10 микрон. При выборе соответствующей подложки фильтрующие структуры,
содержащие слой тонких волокон и слой целлюлозы, могут быть тонкими. Волокно
Страница: 5
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
добавл ет меньше микрона к общей толщине фильтрующей среды, состо щей из тонкого
волокна и подложки. В работе фильтры могут задерживать поступающие твердые частицы,
не дава им проходить через слой из тонких волокон, и могут воспринимать значительную
поверхностную нагрузку со стороны задерживаемых частиц. Частицы, содержащие пыль
или другие примеси, быстро образуют пылевую корку на поверхности тонких волокон, и
она поддерживает высокую начальную и общую эффективность при удалении твердых
частиц. Даже при сравнительно малых размерах загр зн ющих примесей, содержащих
частицы размером от 0,01 до 1 микрона, фильтрующа среда имеет возможность
накапливать очень большое количество пыли. Описанные здесь полимерные материалы,
обладают значительно большей стойкостью к нежелательным воздействи м тепла, влаги;
они способны работать при высоких расходах, при обратной импульсной очистке,
противосто т истиранию при действии субмикронных твердых частиц, выдерживают
действие очистки фильтров и другие необходимые услови . Улучшенные характеристики
микроволокна и нановолокна получаютс благодар повышенному качеству полимерных
материалов, из которых вырабатываютс это микроволокно и нановолокно. Кроме того,
фильтрующа среда согласно изобретению, использующа улучшенные полимерные
материалы согласно изобретению, обеспечивает множество преимуществ, включа большую эффективность, меньшее ограничение расхода, большую прочность и более
длительный срок службы (от действи механического напр жении или воздействи неблагопри тной среды) в присутствии абразивных примесей, кроме того, она имеет
гладкую наружную поверхность, свободную от болтающихс волокон или фибрилл.
Законченна структура фильтрующих материалов обеспечивает в целом более тонкую
среду, дающую большую поверхность на единицу объема, меньшую скорость через среду,
повышенную эффективность и меньшие ограничени расхода. Предпочтительный вариант
изобретени включает смесь полимеров, состо щую из первого полимера и второго
полимера, отличающуюс типом полимера, молекул рным весом или физическими
свойствами. Эта композици испытываетс или обрабатываетс при повышенной
температуре. Смесь полимеров может быть подвержена реакции и сформирована в
химически единый состав или она может быть физически объединена в композит с
помощью процесса обжига. Обжиг предполагает физические изменени , такие как
кристаллизаци , сн тие напр жени или изменение ориентации напр жений.
Предпочтительные материалы с помощью химической реакции превращаютс в единый
полимерный композит с тем, чтобы дифференциальный сканирующий калориметрический
анализ (ДСК) определ л его как единый полимерный материал. Такой материал в
комбинации с предпочтительными добавками может создавать поверхностное покрытие из
добавок на микроволокне, которое обеспечивает олеофобность (защиту от воздействи масел), гидрофобность (защиту от влаги) или повышенную стойкость при совместном
воздействии высокой температуры, высокой влажности и т желых условий эксплуатации.
Тонкое волокно из этого класса материалов может иметь диаметр от 2 микрон до менее
чем 0,01 микрона. Такие микроволокна могут иметь гладкую поверхность, содержащую
отдельный слой из материала добавки или внешнее покрытие из материала добавки,
который частично растворен на поверхности полимера, или вплавлен в нее, или то и
другое. Предпочтительные материалы дл использовани в смешанных полимерных
системах включают нейлон 6; нейлон 66; нейлон 6-10; сополимеры нейлона (6-66-610) и
другие линейные, главным образом алифатические, композиты нейлона.
Предпочтительна нейлонова сополимерна смола (SVP-651) анализировалась на
молекул рный вес с помощью титровани конечной группы (Дж.Е.Уолз и Г.Б.Тейлор,
Определение молекул рного веса нейлона, «Химический анализ», т. 19, номер 7, стр.448450 (1947)). Величина среднего молекул рного веса (Wn) находилась между 21.500 и
24.800. Состав оценивалс с помощью фазовой диаграммы температуры плавлени трехкомпонентного нейлона, содержащего нейлон 6 около 45%, нейлон 66 около 20% и
нейлон 610 около 25%. (Стр. 286, Справочник по нейлоновьм пластикам, ред. Мелвина
Кохана, издатель Хансер, Нью-Йорк (1995 г.))
Страница: 6
RU 2 300 543 C2
Опубликованные физические свойства смолы SVP-651:
Способ ASTM
Единицы
Стандартна величина
Удельный вес
Свойство
D-792
-
1,08
Поглощение воды
D-570
%
2,5
D-240
по Шору
D65
ДСК
°C (°F)
154 (309)
D-638
МПа (кг/дюйм 2)
50 (7,3)
(погружение
5
в воду на 24 часа)
Твердость
Точка плавлени Прочность на разрыв
@ Текучесть
10
Удлинение при
разрыве
D-638
%
350
Модуль изгиба
D-790
МПа (кг/дюйм 2)
180 (26)
D-257
Ом?см
10 12
Объемное удельное сопротивление
15
20
25
30
35
40
45
50
В таких полимерных системах может использоватьс поливиниловый спирт, имеющий
степень гидролиза от 87 до 99,9%. Предпочтительно в нем образованы поперечные св зи.
Наиболее предпочтительно, чтобы они были сшиты и содержали значительные количества
олеофобных и гидрофобных добавок.
Другой предпочтительный вариант изобретени включает единичный полимерный
материал, объединенный с композитом из добавок дл продлени срока службы волокна
или улучшени эксплуатационных характеристик. Предпочтительные полимеры,
примен емые в этом варианте изобретени , включают полимеры нейлона, полимеры
поливинилиденхлорида, полимеры поливинилиденфторида, полимеры поливинилового
спирта и, в особенности, перечисленные материалы в комбинации с сильными
олеофобными и гидрофобными добавками, что может в результате дать микроволокно или
нановолокно с добавками, сформировавшими покрытие на поверхности тонкого волокна.
Применимы в этом изобретении также смеси подобных полимеров, такие как смеси
подобных нейлонов, подобных полимеров поливинилхлорида, смесей полимеров
поливинилиденхлорида. Кроме того, в этом изобретении также рассматриваютс полимерные смеси или сплавы различных полимеров. В этом отношении, дл формировани микроволоконных материалов по насто щему изобретению пригодны смеси
совместимых полимеров. Могут быть использованы составы из примесей, таких как
фтористые поверхностно-активные вещества, неионные поверхностно-активные вещества,
смолы с низким молекул рньм весом, например третична бутилфенолова смола,
имеюща молекул рный вес менее 3000. Эта смола характеризуетс олигомерной св зью
между фенольными драми при отсутствие метиленовых мостовых групп. Положени гидроксила и третичной бутиловой группы могут устанавливатьс произвольно по кольцу.
Св зи между фенольными драми всегда наход тс после гидроксильной группы, а не
располагаютс произвольно. Подобным же образом полимерный материал может быть
объединен со спирторастворимой нелинейной полимеризованной смолой, полученной из
бисфенола А. Такой материал подобен третичной бутилфеноловой смоле, описанной
выше, в том, что он сформирован с использованием олигомерных св зей, которые
непосредственно соедин ют ароматические кольца друг с другом при отсутствии какихлибо мостовых групп, таких как алкиленовые или метиленовые группы.
Наиболее предпочтительный материал согласно изобретению содержит
нановолоконный материал, имеющий размер от примерно 2 микрон до 0,01 микрона.
Наиболее предпочтительный размер волокна лежит в диапазоне между 0,05 и 0,5 микрона.
Такие волокна с предпочтительным размером обеспечивают превосходное действие
фильтра, легкость очистки обратным импульсом и другие преимущества. Самые
предпочтительные системы полимеров согласно изобретению имеют такую характеристику
сцеплени , что при контакте с целлюлозной подложкой прочно сцепл ютс с ней, так что
они могут противосто ть расслаивающему действию очистки обратным импульсом и
другим механическим напр жени м. В таком режиме полимерный материал должен
Страница: 7
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
оставатьс соединенным с подложкой при воздействии входного импульса очистки, что в
основном соответствует стандартным услови м фильтрации, за исключением действи импульсной очистки в обратном направлении сквозь фильтрующую среду. Такое сцепление
может возникнуть при действии растворител в процессе формировани волокна, когда
волокно контактирует с подложкой, или в процессе последующей обработки волокна на
подложке нагреванием или давлением. Однако было найдено, что характеристики
полимера играют важную роль в осуществлении сцеплени , так же как и специфические
химические реакции, например, при реакции с водородном, причем контакт между
полимером и подложкой происходит при температуре выше или ниже Tg, и состав
полимера включает добавки. Полимеры, пластифицированные растворителем или паром,
могут обеспечивать надежное сцепление.
Важным аспектом изобретени вл етс выгода, получаема при использовании
микроволоконных и нановолоконных материалов в конструкции фильтра. В такой
конструкции материалы из тонких волокон согласно изобретению формируютс на
подложке фильтра и сцепл ютс с ней. Могут использоватьс подложки из природных и
синтетических волокон, например, св занные при пр дении ткани, нетканые полотна из
синтетического волокна и нетканые материалы, изготовленные из смеси целлюлозных,
синтетических и стекл нных волокон, нетканые и тканые стекл нные полотна, пластиковый
экран, как штампованный, так и перфорированный, а также мембраны из органических
полимеров. Затем листообразна подложка или целлюлозна неткана сетка может быть
встроена в фильтрующую среду, котора помещаетс на пути потока воздуха или жидкости
дл удалени из этого потока взвешенных в нем или увлекаемых им твердых частиц.
Форма и структура материала фильтра выбираютс проектировщиком. Важным
параметром элементов фильтра после формировани вл етс способность противосто ть
воздействию тепла, влажности или того и другого. Одной из особенностей фильтрующей
среды согласно изобретению вл етс ее способность сохран тьс при погружении в
теплую воду в течение значительного времени. Проверка на погружение может дать
полезную информацию относительно способности тонкого волокна сохран ть
работоспособность в услови х влажности при высокой температуре и при очистке
элемента фильтра в водных растворах, которые могут содержать значительное количество
сильнодействующих чист щих поверхностно-активных веществ и щелочных материалов.
Нановолоконные материалы согласно изобретению могут сохран ть работоспособность
при погружении в гор чую воду, сохран , по меньшей мере, 50% тонких волокон,
сформированных на поверхности подложки. Сохранение, по меньшей мере, 50% тонких
волокон может обеспечить достаточную эффективность волокна без потери фильтрующей
способности или повышени обратного давлени . Наиболее предпочтительным вл етс сохранение, по меньшей мере, 75% волокон.
Фильтрующа среда из тонких волокон включает двухслойную или многослойную
структуру, в которой фильтр состоит из одного или нескольких слоев тонких волокон,
соединенных с одной или несколькими синтетическими, целлюлозными, или смешанными
сетками, или разделенных ими. Другой предпочтительный вариант представл ет собой
структуру, включающую тонкое волокно в виде св зующего состава или в смеси с другими
волокнами.
Мы полагаем, что важными характеристиками нановолоконных и микроволоконных
слоев в фильтрующей среде вл ютс стойкость к воздействию температуры, влажности и
действию растворителей, особенно если микроволокно контактирует с влагой или
растворителем при повышенных температурах. Кроме того, вторым важным свойством
материалов согласно изобретению вл етс сцепление материала со структурой подложки.
Сцепление сло микроволокна вл етс важной характеристикой фильтрующего
материала, поскольку необходимо, чтобы такой материал мог быть изготовлен без
отслоени сло микроволокна от подложки и чтобы слой микроволокна вместе с подложкой
мог быть обработан и превращен в фильтрующую среду в виде сложенных, свернутых в
рулон материалов и в другие формы, без заметного расслоени . Мы обнаружили, что
Страница: 8
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
стади нагревани в процессе производства, когда температура повышаетс до
температуры плавлени одного полимерного материала или чуть ниже ее, обычно ниже
самой низкой температуры плавлени , значительно улучшает сцепление волокон друг с
другом и с подложкой. При температуре плавлени или выше ее тонкое волокно может
потер ть свою волоконную структуру. Важно также управл ть скоростью нагревани . Если
волокно подвергаетс воздействию температуры кристаллизации в течение длительного
времени, то также возможна потер волоконной структуры. Тщательна теплова обработка также улучшает свойства полимера, что происходит благодар формированию
внешних слоев из добавок, по мере того, как материалы добавок перемещаютс к
поверхности и вывод т на поверхность волокна гидрофобные или олеофобные группы.
Критерием характеристики материала вл етс его способность сохран тьс неизменным при различных рабочих температурах, т.е. температурах 140°F (60°C), 160°F
(71°C), 270°F (132°С), 300°F (150°C) в течение 1 часа или 3 часов, в зависимости от
конечного применени , сохран в то же врем 30%, 50%, 80% или 90% эффективности
фильтра. Другим критерием дл характеристик вл етс способность материала
сохран тьс неизменным при различных рабочих температурах, т.е. температурах 140°F
(60°С), 160°F (71°C), 270°F (132°C), 300°F (150°C) в течение 1 часа или 3 часов, в
зависимости от конечного применени , в то же врем , сохран , в зависимости от
конечного применени , 30, 50, 80 или 90% действующих тонких волокон в слое фильтра.
Стойкость при таких температурах важна при низкой влажности, высокой влажности и в
насыщенном влагой воздухе. Считаетс , что микроволокно и материал фильтра согласно
изобретению влагоустойчивы, если они способны сохран тьс при погружении в воду при
температуре выше 140°F (71°C), в то же врем сохран эффективность в течение более
5 минут. Подобным же образом, стойкость к растворител м в микроволоконном материале
и фильтрующей среде согласно изобретению получаетс благодар материалу, который
способен сохран тьс при контакте с растворителем, таким как этанол, углеводород,
гидравлическа жидкость или ароматический растворитель в течение 5 минут при 70°F
(21°C), в то же врем сохран 50% эффективности.
Нановолоконные материалы согласно изобретению могут использоватьс в различных
устройствах фильтров, включа фильтры с импульсной очисткой или другим типом очистки
дл пылесборников, газовых турбин и систем впуска воздуха двигателей; систем впуска
газовых турбин, систем впуска воздуха двигателей с т желыми услови ми работы, систем
впуска воздуха двигателей легковых машин; Z-фильтров; воздуха дл кабин автомобилей;
воздуха дл кабин внедорожных автомобилей, воздуха дисководов, удалени тонера
фотокопировальных аппаратов; в фильтрах систем отоплени , вентил ции и
кондиционировани воздуха, как в коммерческих, так и в жилых помещени х.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 показано стандартное электростатическое устройство с движущимс эмиттером дл производства тонких волокон согласно изобретению.
На фигуре 2 показано устройство, используемое дл нанесени тонкого волокна на
подложку фильтра, использу технологию формировани тонкого волокна, показанную на
фигуре 1.
Фигура 3 - изображение стандартной внутренней структуры опорного материала и
отдельное изображение тонковолоконного материала согласно изобретению в сравнении с
небольшими, т.е. двух- и 5-микронными твердыми частицами.
Фигуры 4-11 - аналитические спектры электронной спектроскопии дл химического
анализа (ЭСХА), относ щиес к примеру 13.
На фигуре 12 показана стойкость микроволоконного материала 0,23 и 0,45 микрон
согласно изобретению из примера 5.
Фигуры 13-16 иллюстрируют повышенную стойкость к температуре и влажности
материалов из примеров 5 и 6 в сравнении с немодифицированным растворимым в
растворителе полиамидом, сополимером нейлона.
Фигуры 17-20 демонстрируют, что смесь двух сополимеров, гомополимера нейлона и
Страница: 9
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
сополимера нейлона, нагрета и смешанна с добавками, образует однокомпонентный
материал в виде одной фазы, св занной поперечными св з ми или другим химическим
способом, а не два отдельных полимера.
Подробное описание изобретени Тонкие волокна, образующие слой согласно изобретению, содержащие микро- и
нановолокно, представл ют собой волокно диаметром от примерно 0,001-2 микрон,
предпочтительно от 0,05-0,5 микрон. Толщина типового фильтрующего сло из тонких
волокон лежит в диапазоне от 1-100 диаметров волокна с основным весом пор дка 0,01240 микрограмм/с -2.
Потоки воздуха и газа часто несут в себе твердые частицы. Необходимо удалить из
потока некоторые или все твердые частицы. Например, воздушные потоки дл вентил ции
кабин автомобилей, воздух в дисководах компьютеров, воздух в системах отоплени ,
вентил ции и кондиционировани воздуха, комнатна вентил ци и применени ,
использующие рукавные фильтры, заградительные ткани, тканые материалы; воздух к
двигател м автомобилей или силовому генераторному оборудованию; потоки газа,
направл емые к газовым турбинам и потоки воздуха к различным камерам сгорани часто
включают в себ твердые частицы. В случае воздушного фильтра дл салона автомобил желательно удалить твердые частицы, чтобы обеспечить комфортные услови дл пассажиров и/или эстетику салона. В случае потоков воздуха и газа во впускных
коллекторах двигателей, газовых турбин и камер сгорани , желательно удалить твердые
частицы, потому что они могут повредить внутренние рабочие органы различных рабочих
механизмов. В других случа х промышленные газы производственных процессов или
выхлопные газы двигателей могут содержать в себе материал в виде твердых частиц.
Прежде чем такие газы могут или должны быть выброшены в атмосферу через различные
последующие устройства, желательно удалить большую часть твердых частиц из этих
потоков.
Общее понимание некоторых основных принципов и проблем конструкции
воздушных фильтров может быть достигнуто при рассмотрении следующих типов
фильтрующей среды: среды с поверхностной загрузкой и глубинной среды. Каждый из этих
типов среды хорошо изучен и широко используетс . Принципы их действи описаны,
например, в патентах США №№5082476; 5238474 и 5364456. Полные описани этих трех
патентов включены сюда в виде ссылок.
«Срок службы» фильтра обычно определ етс выбранным предельным перепадом
давлени на фильтре. Повышение перепада давлени на фильтре определ ет срок
службы на уровне, определенном дл этого применени или этой конструкции. Поскольку
это повышение перепада давлени вл етс результатом нагрузки, дл систем с
одинаковой эффективностью больший срок службы обычно непосредственно св зан с
более высокой пропускной способностью. Эффективность определ етс , как способность
среды захватывать твердые частицы и не пропускать их. Следует понимать, что, как
правило, чем больше эффективность фильтрующей среды при удалении твердых частиц из
потока газа, тем быстрее фильтрующа среда достигнет перепада давлени ,
определенного как предельный срок службы (счита , что другие переменные величины не
измен ютс ). В этом описании термин «неизменно дл целей фильтрации» означает
поддержание достаточной эффективности удалени твердых частиц из текущего потока,
необходимой дл выбранной области применени .
Бумажные фильтрующие элементы широко примен ютс в средах с поверхностной
загрузкой. В целом, бумажные элементы содержат плотные маты из целлюлозных,
синтетических или других волокон, ориентированных поперек потока газа, несущего
твердые частицы. Бумага в основном изготовлена так, чтобы пропускать поток газа и
иметь достаточно мелкий размер пор и соответствующую пористость, чтобы
преп тствовать прохождению через нее частиц больше определенного размера. По мере
того как газы или жидкости проход т через фильтровальную бумагу, передн по потоку
сторона фильтровальной бумаги осуществл ет диффузию и задерживает частицы
Страница: 10
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
выбранного размера из потока газа (жидкости), оставл их на поверхности. Частицы
собираютс в виде пылевого брикета на передней по потоку стороне фильтрующей бумаги.
В должное врем пылевой брикет начнет действовать как фильтр, повыша эффективность
очистки. Это иногда называетс «выдерживанием», т.е. происходит увеличение по
отношению к начальной величине.
Проста конструкци фильтра, подобна описанной выше, св зана, по меньшей мере, с
двум проблемами. Перва заключаетс в том, что сравнительно простое повреждение,
т.е. разрыв бумаги, приводит к выходу из стро всей системы. Втора - в том, материал
твердых частиц быстро наращивает на передней по потоку стороне фильтра тонкий
пылевой брикет или слой, увеличива перепад давлени . Дл повышени «срока службы»
поверхностно загруженных фильтрующих сред, например бумажных фильтров,
примен лись различные способы. Один способ состоит в создании среды в виде
складчатой или гофрированной конструкции с тем, чтобы площадь поверхности среды,
противосто ща потоку газа, увеличивалась по сравнению с плоской, не сложенной
складками конструкции. Хот это увеличивает срок службы фильтра, этот способ имеет
существенные ограничени . По этой причине среда с поверхностной нагрузкой нашла
применение, в первую очередь, в тех област х применени , в которых используютс сравнительно небольшие скорости через фильтрующую среду, в основном не более 20-30
футов в минуту, и обычно пор дка 10 футов в минуту или менее. Термин «скорость» в
этом контексте означает среднюю скорость материала через среду (т.е. объем потока
через всю поверхность среды).
В общем, по мере того как скорость потока через гофрированную бумажную среду
возрастает, срок службы фильтра уменьшаетс на коэффициент, пропорциональный
квадрату скорости. Таким образом, когда используетс фильтрующа система с
поверхностной нагрузкой из гофрированной бумаги в качестве фильтра твердых частиц в
устройстве, через которое протекают значительные потоки воздуха, дл фильтрующей
среды требуетс сравнительно больша площадь поверхности. Например, стандартный
цилиндрический элемент фильтра из гофрированной бумаги дизельного грузовика будет
иметь диаметр 9-15 дюймов и длину около 12-24 дюймов со складками глубиной 1-2 дюйма.
Таким образом, площадь фильтрующей поверхности среды (одна сторона) обычно равна
от 30-300 квадратных футов.
Во многих област х применени , особенно в тех, где используютс сравнительно
высокие расходы, примен етс фильтрующа среда другого типа, иногда называема «глубинной» средой. Типична глубинна среда содержит сравнительно толстый слой из
сплетенного волоконного материала. Глубинна среда в целом определ етс величиной ее
пористости, плотности или процентом содержани твердой фракции. Например, среда с
твердой фазой в 2-3% будет представл ть собой мат из волокон, расположенных так, что
примерно 2-3% всего объема содержит волоконные материалы (твердую фракцию), а
остальное пространство заполнено воздухом или газом.
Другим полезным параметром дл определени глубинной среды вл етс диаметр
волокна. Если процент твердой фракции поддерживаетс посто нным, а диаметр (размер)
волокна уменьшаетс , размер пор, т.е. пространство между волокнами, уменьшаетс , т.е.
фильтр становитс более эффективным и будет лучше улавливать мелкие частицы.
Обычный стандартный фильтр с глубинной средой представл ет собой глубокую среду со
сравнительно посто нной (или равномерной) плотностью, т.е. система, в которой тверда фаза глубинной среды остаетс практически посто нной по всей ее толщине. Под
«практически посто нной» в этом контексте имеетс в виду, что по всей толщине среды
имеютс лишь относительно незначительные отклонени плотности, если они вообще
имеютс . Такие отклонени , например, могут произойти из-за легкого сжати наружной
поверхности кожухом, в котором размещаетс среда фильтра.
Были разработаны устройства с глубинной средой с переменной плотностью; некоторые
такие устройства описаны, например, в патентах США 4082476; 5238474 и 5364456. В
целом, устройство с глубинной средой может быть спроектировано так, чтобы обеспечить
Страница: 11
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
«загрузку» материала твердых частиц полностью по всему его объему или на всю глубину.
Таким образом, такие устройства могут быть выполнены с таким расчетом, что до
окончани полного срока службы они позвол ют загружать большее количество твердых
частиц по сравнению с поверхностно загруженными системами. Однако, в основном,
главным параметром дл таких устройств вл етс эффективность, поскольку дл значительной загрузки желательно иметь среду с низким содержанием твердой фазы.
Системы с переменной плотностью, в частности описанные в вышеупом нутых патентах,
были разработаны дл обеспечени достаточной эффективности и более длительного
срока службы. В некоторых примерах в таких устройствах среда с поверхностной
загрузкой используетс в качестве «барьерного» фильтра.
Полимерные материалы изготавливаютс в виде нетканых и тканых полотен, волокон и
микроволокон. Полимерный материал обеспечивает физические свойства, требуемые дл стабильности издели . Эти материалы не должны значительно измен тьс по размеру,
допускать уменьшение молекул рного веса, становитьс менее гибкими, или
раскалыватьс при напр жении, или ухудшать физические свойства под действием
солнечного света, влаги, высокой температуры или других вредных воздействий
окружающей среды. Изобретение относитс к улучшенному полимерному материалу,
который может сохран ть физические свойства при воздействии падающего
электромагнитного излучени , например окружающего света, тепла, влаги и других
физических факторов.
Полимерные материалы, которые могут быть использованы в полимерных композитах
согласно изобретению, включают как полимерные материалы присоединени , так и
конденсационные полимерные материалы, такие как полиолефин, полиацеталь, полиамид,
полиэфир, целлюлозный простой эфир и сложный эфир, полиалкиленсульфид,
полиариленоксид, полисульфон, модифицированные полимеры полисульфона и их смеси.
Предпочтительные материалы, которые вход т в эти родовые классы, включают
полиэтилен, полипропилен, поли(винилхлорид), полиметилметакрилат (и другие акриловые
смолы), полистирол и их сополимеры (включа сополимеры блока типа АВА),
поли(винилиденфторид), поли(винилиденхлорид), поливиниловый спирт в разных степен х
гидролиза (от 87% до 99,5%) в сшитые и не сшитые. Предпочтительные полимеры
присоединени , как правило, бывают стекловидными (Tg выше комнатной температуры).
Это справедливо дл поливинилхлорида и полиметилметакрилата, композитов или сплавов
полимера полистирола или низкомолекул рных кристаллических материалов
поливинилиденфторида и поливинилового спирта. Одним классом полиамидных
конденсационных полимеров вл ютс нейлоновые материалы. Термин «нейлон» родовое название дл всех синтетических полиамидов с длинной цепью. Обычно
номенклатура нейлона включает р д чисел, как например в нейлоне 6,6, которые
означают, что исходными материалами вл ютс C6 диамин и С6 двухосновна кислота
(при этом перва цифра показывает С6 диамин, а втора цифра показывает компаунд С6
дикарбоновой кислоты). Другой нейлон может быть получен поликонденсацией эпсилон
капролактама в присутствии небольшого количества воды. Эта реакци образует нейлон-6
(полученный из циклического лактама, также известного как эпсилонаминокапронова кислота), который вл етс линейньм полиамидом. Кроме того, рассматриваютс также
сополимеры нейлона. Сополимеры могут быть получены путем объединени различных
соединений диамина, различных соединений двухосновной кислоты и различных составов
циклического лактама в реагирующей смеси, а затем формировани нейлона с
произвольно расположенными мономерньми материалами в полиамидную структуру.
Например, материал нейлон 6,6-6,10-нейлон, полученный из гексаметилендиамина и смеси
С6 и С10 двухосновных кислот. Нейлон 6-6, 6-6,10-нейлон, полученный путем
сополимеризации эпсилонаминокалроновой кислоты, гексаметилендиамина и смеси
материала С6 и С10 двухосновной кислоты.
Блок-сополимеры также применимы дл реализации насто щего изобретени . С такими
сополимерами важное значение имеет выбор растворител - агента набухани . Выбранный
Страница: 12
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
растворитель должен быть таким, чтобы в нем раствор лись оба блока. Одним примером
вл етс полимер АВА (стирол-ЕР-стирол) или АВ (стирол-ЕР) в растворителе типа
метиленхлорида. Если один компонент не раствор етс в этом растворителе, он образует
гель. Примерами таких блок-сополимеров вл ютс тип Кратон® из стирол-b-бутадиена и
стирол-b-гидрогенизированного бутадиена (этиленпропилена), тип Пебакс® из екапролактама-b-окиси этилена, Симпатекс® полиэфир-b-окись этилена и полиуретаны
окиси этилена и изоцианатов. Полимеры присоединени , такие как поливинилиденфторид,
синдиотактический полистирол, сополимер винилиденфторида и гексафторопропилена,
поливиниловый спирт, поливинилацетат, аморфные аддитивные полимеры, такие как
поли(акрилонитрил) и его сополимеры с акриловой кислотой и метакрилатами, полистирол,
поли(винилхлорид) и его различные сополимеры, поли(метилметакрилат) и его различные
сополимеры могут быть сравнительно легко спр дены в растворе, потому что они
растворимы при низких давлени х и температурах. Однако дл высококристаллического
полимера, такого как полиэтилен и полипропилен, требуетс раствор с высокой
температурой и высоким давлением, если они должны быть спр дены в растворе. Поэтому
пр дение полиэтилена и полипропилена в растворе очень затруднительно.
Электростатическое пр дение в растворе вл етс одним из способов производства
нановолокон и микроволокон.
Мы обнаружили также значительные преимущества при формировании полимерных
составов, содержащих два и несколько полимерных материалов в виде смеси полимеров, в
формате сплава или в сшитых химических составах. Мы убеждены, что создание таких
полимерных композитов улучшает их физические свойства путем изменени свойств
полимера, например повышени гибкости или подвижности полимерной цепи, увеличени полного молекул рного веса и повышени прочности путем образовани сеток из
полимерных материалов.
В одном варианте этой концепции два родственных полимерных материала могут быть
смешаны дл получени выгодных свойств. Например, высокомолекул рный
поливинилхлорид может быть смешан с низкомолекул рным поливинилхлоридом.
Подобным же образом высокомолекул рный нейлоновый материал может быть смешан с
низкомолекул рным нейлоновым материалом. Кроме того, могут быть смешаны различные
категории общего полимерного вида. Например, материал высокомолекул рного стирола
может быть смешан с высокопрочным низкомолекул рным полистиролом. Материал
нейлон-6 может быть смешан с сополимером нейлона, таким как сополимер нейлон-6; 6,6;
6,10. Кроме того, поливиниловый спирт, имеющий низкую степень гидролиза, например
87% гидролизный поливиниловый спирт, может быть смешан с полностью или
сверхгидролизованным поливиниловым спиртом, имеющим степень гидролиза между 98 и
99,9% и выше. Все эти материалы в смеси могут быть сшиты с использованием
соответствующих механизмов образовани поперечных св зей. Нейлоны могут быть сшиты
с использованием агентов поперечной св зи, которые вступают в реакцию с атомом азота
с образованием амидной св зи. Материалы поливинилового спирта могут быть сшиты с
использованием гидроксильных реактивных материалов, таких как моноальдегиды,
например формальдегид, мочевины, меламин-формальдегидна смола и ее аналоги,
борна кислота и другие неорганические соединени , диальдегиды, двухосновные кислоты,
уретаны, эпоксиды и другие известные агенты дл образовани поперечных св зей.
Технологи образовани поперечных св зей (сшивание полимеров) хорошо известное и
пон тное вление, в котором создающие поперечные св зи реагенты реагируют и образуют
ковалентные св зи между полимерными цеп ми, чтобы существенно повысить
молекул рный вес, химическую стойкость, общую прочность и стойкость к механическому
разрушению.
Мы обнаружили, что добавки могут значительно улучшить свойства полимерных
материалов, имеющих форму тонких волокон. Стойкость к воздействию тепла, влаги,
удара, механического напр жени и других вредных воздействий окружающей среды может
быть значительно повышена благодар присутствию добавок. Мы обнаружили, что при
Страница: 13
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
обработке микроволоконных материалов согласно изобретению добавки улучшают
олеофобные и гидрофобные свойства и могут содействовать повышению химической
стойкости этих материалов. Мы убеждены, что тонкие волокна согласно изобретению
улучшаютс благодар присутствию этих олеофобных и гидрофобных добавок, поскольку
эти добавки образуют слой защитного покрыти , размытую поверхность или проникают в
поверхность на некоторую глубину, улучша основные свойства полимерного материала.
Мы убеждены, что важной характеристикой этих материалов вл етс присутствие сильной
гидрофобной группы, котора может предпочтительно иметь также и олеофобный
характер. Сильные гидрофобные группы включают фторуглеродные группы, гидрофобные
углеводородные поверхностно активные вещества или блоки и в основном углеводородные
олигомерные композиты. Эти материалы производ тс в виде композитов, которые
содержат часть молекул, в основном совместимых с полимерным материалом, создава стандартную физическую св зь или соединение с полимером, в то врем как сильно
гидрофобна или олеофобна группа, получивша с в результате св зи добавки с
полимером, формирует защитный поверхностный слой, который остаетс на поверхности
или сплавл етс или смешиваетс с поверхностными сло ми полимера. Дл 0,2микронного волокна с уровнем добавок 10% рассчитанна толщина поверхности равна
примерно 50 Е, если добавки переместились к поверхности. Предполагаетс , что
перемещение происходит благодар несовместимости олеофобных или гидрофобных
групп с основной массой материала. Толщина в 50 Е оказываетс достаточной дл защитного покрыти . Дл волокна диаметром 0,05 микрона толщина в 50 Е соответствует
20% массы. Дл толщины волокна 2 микрона толщина 50 Е соответствует 2% массы.
Предпочтительно добавки используютс в количестве от примерно 2-25% по весу.
Олигомерные добавки, которые могут использоватьс в комбинации с полимерными
материалами согласно изобретению, включают олигомеры, имеющие молекул рный вес
примерно от 500 до 5000, предпочтительно примерно от 500 до 3000, включа фтористые
соединени , неионные поверхностно активные вещества и смолы или низкомолекул рные
олигомеры.
Фторорганические смачивающие реагенты, примен ющиес в этом изобретении,
представл ют собой органические молекулы, выраженные формулой
в которой Rf - фторзамещенный алифатический радикал, a G - группа, котора содержит, по меньшей мере, одну гидрофильную группу, такую как катионна , анионна ,
неионна или амфионна группы. Предпочтительными вл ютс неионные материалы. Rf
- фторированный одновалентный алифатический органический радикал, содержащий, по
меньшей мере, два атома углерода. Предпочтительно, чтобы это был насыщенный
перфторалифатический одновалентный органический радикал. Однако в качестве
заместителей на скелетной цепи могут присутствовать атомы водорода или хлора.
Поскольку радикалы, содержащие большое количество атомов углерода, могут
действовать адекватно, предпочтительны соединени , содержащие не более 20 атомов
углерода, поскольку большие радикалы обычно дают менее эффективное использование
фтора, чем это возможно с более короткими скелетными цеп ми. Предпочтительно, Rf
содержит от 2-8 атомов углерода.
Катионные группы, которые могут использоватьс во фторорганических агентах,
примен емых в насто щем изобретении, могут включать аминную или четвертичную
аммониевую катионную группу, котора может быть бескислородной (например, -NH2) или
кислородсодержащей (например, окислы амина). Такие аминные и четвертичные
аммониевые катионные гидрофильные группы могут иметь формулы, такие
как -NH2, -(NH3)Х, -(NH(R 2)2)X, -(NH(R 2)3)X или -N(R 2)2)?О, где Х- анионный противоион,
такой как галогенид, гидрат окиси, сульфат, бисульфат или карбоксилат, R 2- Н или С1-18
алкилова группа, и кажда группа R 2 может быть такой же, как другие группы R 2 или
отличатьс от них. Предпочтительно R 2 это Н или С1-16 алкилова группа, а Х -
Страница: 14
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
галогенид, гидроокись или бисульфат.
Анионные группы, которые могут использоватьс во фторорганических смачивающих
реагентах, примен емых в насто щем изобретении, включают группы, которые при
ионизации могут становитьс радикалами анионов. Анионные группы могут иметь такие
формулы, как -СООМ,-SO3М, -OSO3М, -РО3НМ, -ОРО3М2 или -ОРО3НМ, где М есть Н, а
ион металла (NR 14) + или SR 14) +, где каждый R 1 - независимый Н или замещенный или
незамещенный C1-С6 алкил. Предпочтительно, М-Na + или К +. Предпочтительные анионные
группы фторорганических смачивающих реагентов, используемых в насто щем
изобретении, имеют формулу -СООМ или -SO3М. В группу анионных фторорганических
смачивающих реагентов включены анионные полимерные материалы, обычно получаемые
из этиленоненасыщенных карбоксильных мономеров одно- и двухосновных кислот,
имеющих парные фторуглеродные группы, присоединенные к ним. Такие материалы
включают поверхностно активные вещества, поставл емые Корпорацией 3М, известные как
FC-430 и РС-431.
Амфотерные группы, которые могут использоватьс во фторорганическом смачивающем
реагенте, примен емом в насто щем изобретении, включают группы, которые содержат, по
меньшей мере, одну катионную группу из определенных выше, и по меньшей мере, одну
анионную группу из определенных выше.
Неионные группы, которые могут использоватьс во фторорганических смачивающих
реагентах, примен емых в насто щем изобретении, включают группы, вл ющиес гидрофильными, но которые при обычном рН нормального агрономического применени не
ионизируютс . Неионные группы могут иметь такие формулы, как -O(СН2СН2)хОН,
где х>1, -SO2NH2, -SO2NHCH2CH2OH, -SO2N(CH2CH2H)2, -ONH2, -CONHCH2CH2OH или
CON(CH2CH2OH)2. Примеры таких материалов включают материалы следующей структуры:
где n равно от 2-8, a m лежит в диапазоне 0-20.
Другие фторорганические смачивающие реагенты включают катионные соединени фтора, описанные, например, в патентах США 2764602, 2764603, 3147064 и 4069158. Такие
амфотерные фторорганические смачивающие реагенты включают амфотерные
соединени фтора, описанные, например, в патентах США 2764602; 4042522; 4069158;
4069244; 4090967; 4161590 и 4161602. Такие анионные фторорганические смачивающие
реагенты включают анионные соединени фтора, описанные, например, в патентах США
2803656; 3255131; 3450755 и 4090967.
Примерами таких материалов вл ютс неионные поверхностно-активные вещества
duPont Zonyl FSN и duPont Zonyl FSO. Другой вариант добавок, которые могут быть
использованы в полимерах согласно изобретению, включают низкомолекул рные
соединени , фтороуглеводород акрилат, в частности материал 3M *s
где Х есть -F или -CF3, а n равно 1-7.
Кроме того, в качестве добавок дл материалов, в насто щем изобретении также могут
быть использованы неионные углеводородные поверхностно-активные вещества, включа этоксилаты низших спиртов, этоксилаты жирной кислоты, нонилфенол и т.п. Примеры таких
материалов включают Triton Х-100 и Triton N-101.
Полезными материалами дл использовани в качестве добавки в композитах согласно
изобретению вл ютс третичные бутилфеноловые олигомеры. Такие материалы обычно
могут быть сравнительно низкомолекул рными ароматическими фенольными смолами.
Такие смолы вл ютс фенольными полимерами, получаемыми с помощью
ферментативного окислительного сочетани . Отсутствие метиленовых мостов дает
уникальную химическую и физическую стойкость. Эти фенольные смолы могут быть сшиты
с различными аминами и эпоксигруппами, и они совместимы с различными полимерными
материалами. Эти материалы, в целом, представл ютс следующими структурными
формулами, которые характеризуютс фенольньми материалами в повтор ющемс Страница: 15
RU 2 300 543 C2
формате, в отсутствие метиленовых мостовых групп содержащими фенольные и
ароматические группы.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
где n равно 2-20. Примеры этих фенольных материалов включают Enzo-BPA, EnzoВРА/фенол, Enzo-TBP, Enzo-COP и другие родственные фенольные смолы, поставл емые
фирмой Энзимол Интернейшенл Инк., (Enzimol International Inc.) Колумбус, штат Огайо.
Следует отметить, что дл различных применений используютс различные
нановолоконные фильтрующие среды. Прочные нановолокна и микроволокна, описанные в
насто щем изобретении, могут быть добавлены к любой из этих сред. Волокна, описанные
в насто щем изобретении, могут также быть использованы дл замены нановолоконных
компонентов в этих существующих средах, обеспечива значительное улучшение рабочих
характеристик (повышенна эффективность и/или сниженный перепад давлени )
благодар их малому диаметру, в то же врем обеспечива увеличенный срок службы.
Полимерные нановолокна и микроволокна известны в технике, но их использование
было очень ограниченным из-за их хрупкости при механических напр жени х и их
восприимчивости к разрушительному действию химических веществ из-за очень высокого
отношени площади поверхности к объему. Волокна, описанные в насто щем изобретении,
устран ют эти ограничени , поэтому они могут примен тьс в различных област х
фильтрации, текстильной промышленности, в мембранах и других област х применени .
Конструкци фильтрующей среды по насто щему изобретению включает первый слой
проницаемой грубой волоконной среды или подложку, имеющую первую поверхность.
Первый слой тонковолоконной среды крепитс к первому слою проницаемой грубой
Страница: 16
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
волоконной среды. Предпочтительно, чтобы первый слой грубого проницаемого
волоконного материала содержал бы волокна, имеющие средний диаметр, по меньшей
мере, 10 микрон, обычно и предпочтительно примерно от 12 (или 14) до 30 микрон.
Предпочтительно также, чтобы первый слой проницаемого грубого волоконного материала
содержал среду, имеющую основной вес не более чем 200 г/м 2, предпочтительно примерно
от 0,50-150 г/м 2, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 8 г/м 2. Предпочтительно,
чтобы первый слой проницаемой грубой волоконной среды имел толщину, по меньшей
мере, 0,0005 дюйма (12 микрон), и обычно, и предпочтительно примерно 0,001-0,030
дюйма (25-800 микрон).
В предпочтительных конструкци х первый слой проницаемого грубого волоконного
материала содержит материал, который, при оценке его отдельно от остальной
конструкции с помощью теста Фрейзера на проницаемость, показывал бы проницаемость,
по меньшей мере, 1 м/мин, наиболее предпочтительно примерно 2-900 м/мин. Здесь, когда
даетс указание на эффективности, если не определено иначе, означает ссылку на
эффективность, измеренную по стандарту ASTM-1215-89, с круглыми частицами
монодисперсного полистирола размером 0,78 µм, при 20 футов/мин (6,1 метра/мин), как
сказано в этом описании.
Предпочтительно слой тонковолоконного материала, прикрепленный к первой
поверхности сло проницаемой грубой волоконной среды, представл ет собой слой нано- и
микроволоконной среды, в которой волокна имеют средние диаметры не более 2 микрон, в
основном и предпочтительно не более 1 микрона, а обычно и предпочтительно имеют
диаметр волокон менее 0,5 микрона и в диапазоне от 0,05 до 0,5 микрона. Также,
предпочтительно, чтобы первый слой тонковолоконного материала, прикрепленный к
первой поверхности первого сло проницаемого грубого волоконного материала, имел бы
общую толщину не более 30 микрон, более предпочтительно не более 20 микрон, наиболее
предпочтительно - не более 10 микрон, и обычно и предпочтительно, его толщина
находитс в пределах 1-8 (а более предпочтительно 5) средних диаметров тонкого
волокна этого сло .
Некоторые предпочтительные конструкции по насто щему изобретению включают
фильтрующую среду, описанную в описании конструкции фильтра. Некоторые
предпочтительные устройства дл данного использовани содержат среду, расположенную
в цилиндрической гофрированной конфигурации, причем складки проход т, в целом,
продольно, т.е. в том же направлении, что и продольна ось цилиндрического корпуса. В
такой конструкции среда может быть размещена в концевых крышках, как в обычных
фильтрах. Такие конструкции дл обычных стандартных целей могут при желании включать
прокладки, расположенные впереди и сзади по потоку.
В некоторых област х применени среда по насто щему изобретению может
использоватьс вместе с другими средами, например со стандартной средой, дл улучшени общих рабочих характеристик фильтрации или повышени срока службы.
Например, среда по насто щему изобретению может быть наложена на стандартную среду
и использована в сложенных р дами структурах или может быть встроена (как единое
целое) в структуру среды, включающую один или несколько участков стандартной среды.
Она может быть использована впереди по потоку такой среды дл обеспечени высокой
нагрузки и/или позади по потоку от стандартной среды в качестве высокоэффективного
барьерного фильтра.
Некоторые конструкции по насто щему изобретению могут быть также использованы в
системах дл фильтрации жидкости, т.е. там, где твердые частицы, которые должны быть
отфильтрованы, перенос тс в потоке жидкости. Некоторые конструкции по насто щему
изобретению могут также использоватьс в сборниках тумана, например в устройствах дл фильтрации мелких капель влаги из воздуха. По насто щему изобретению разработаны
также способы фильтрации. В этих способах, в основном, дл фильтрации используют
вышеописанную среду со всеми ее преимуществами. Как будет видно из приведенных
далее описаний и примеров, среда по насто щему изобретению может быть
Страница: 17
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
сконструирована с расчетом обеспечени преимущества в виде сравнительно длительного
срока службы в высокоэффективных системах.
Различные конструкции фильтров описаны в патентах, в которых представлены
различные варианты конструкции фильтра и структур, используемых с фильтрующими
материалами. Энгель и другие, патент США №4720292, описывают радиальную
герметичную конструкцию дл сборки фильтра, имеющего в целом цилиндрическую
конструкцию фильтрующего элемента, причем элемент фильтра герметизирован с
помощью сравнительно м гкой, подобной резине концевой крышки, имеющей
цилиндрическую, обращенную внутрь поверхность. Калбау и др., патент США №5082476,
описывают конструкцию фильтра, в котором используетс глубинна среда, содержаща пористую подложку со складчатыми компонентами, объединенную с микроволоконными
материалами согласно изобретению. Стифельман и др., патент США №5104537,
описывают конструкцию фильтра, пригодную дл фильтрации жидкой среды. Жидкость
вводитс в корпус фильтра, протекает через наружную часть фильтра во внутренний
кольцевой сердечник и затем возвращаетс дл активного использовани в этой
конструкции. Такие фильтры очень эффективны при фильтрации гидравлических
жидкостей. Энгель и др., патент США №5613992, раскрывают конструкцию фильтра дл воздушного коллектора обычного дизельного двигател . В этой конструкции поступающий
воздух может содержать влагу из внешней среды. Воздух проходит через фильтр, в то
врем как влага может стекать на дно корпуса и выводитьс из него. Гиллингем и др.,
патент США №5820646, описывают конструкцию Z-фильтра, который использует особым
образом гофрированную фильтрующую среду, включающую вставные проходы, которые
требуют прохождени потока, по меньшей мере, через один слой фильтрующей среды в Zобразном тракте, чтобы получить нужную характеристику фильтрации. Фильтрующа среда, сформированна в складчатый Z-образный формат, может содержать
тонковолоконную среду согласно изобретению. Глен и др., патент США №5853442,
описывают конструкцию корпуса в виде рукава, содержащего фильтрующие элементы,
которые могут содержать тонковолоконную среду согласно изобретению. Берхоель и др.,
патент США №5954849, показывают конструкцию пылесборника, который может
использоватьс при фильтрации обычного воздуха, содержащего много пыли, причем
после обработки рабочий элемент выпускает пыль в окружающий воздух. Наконец,
Гиллингем, патент на дизайн США №425189, описывает блочный фильтр, использующий Zобразную конструкцию фильтра.
Подробное описание некоторых чертежей
Микроволокно или нановолокно этого элемента может быть получено с помощью
процесса электростатического пр дени . Соответствующее устройство дл получени волокна показано на фигуре 1. Это устройство включает резервуар 80, в котором
содержитс раствор полимера, из которого формируетс тонкое волокно, насос 81 и
излучающий прибор или эмиттер 40 вращающегос типа, к которому перекачиваетс раствор полимера. Эмиттер 40 в целом состоит из вращающейс муфты 41, вращающегос узла 42, содержащего множество смещенных относительно друг друга отверстий 44, и ось
43, соедин ющей направленный вперед узел и вращающуюс муфту. Вращающа с муфта
41 предусмотрена дл подачи раствора полимера к направленному вперед узлу 42 через
полую ось 43. Отверсти 44 разнесены по периферии направленного вперед узла 42.
Иногда вращающийс узел 42 может быть погружен в резервуар с полимером (раствор
полимера поступает из резервуара 80 с помощью насоса 81). Вращающийс узел 42 затем
захватывает раствор полимера из резервуара и, по мере того, как он вращаетс в
электростатическом поле, капелька раствора ускор етс этим полем в направлении
сборника 70, как будет описано ниже.
В устройстве имеетс плоска сетка 60, направленна в сторону эмиттера 40, но
удаленна от него, на которой расположен сборник (т.е. подложка или комбинированна подложка). Воздух может прокачиватьс через эту сетку. Сборник 70 пропускаетс вокруг
роликов 71 и 72, которые расположены р дом с противосто щими кра ми сетки 60.
Страница: 18
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Электростатический потенциал высокого напр жени поддерживаетс между эмиттером 40
и сеткой 60 посредством соответствующего источника электростатического напр жени 61
и проводов 62 и 63, которые присоединены к сетке 60 и эмиттеру 40 соответственно.
При работе раствор полимера перекачиваетс из резервуара 80 к вращающейс муфте
41 или к резервуару. Направленный вперед узел 42 вращаетс , при этом жидкость
вытекает из отверстий 44 или захватываетс из резервуара и перемещаетс от внешнего
кра эмиттера в направлении сборника 70, расположенного на сетке 60.
Разность электростатических потенциалов между сеткой 60 и эмиттером 40 наводит
зар д на материале, который заставл ет жидкость вытекать из эмиттера в виде тонких
волокон, которые прит гиваютс к сетке 60, куда они поступают и собираютс на
подложке 12 или слое выхода 14. В случае полимера в растворе растворитель испар етс из волокон во врем их полета к сетке 60; поэтому волокна попадают на подложку 12 или
слой выхода 14. Тонкие волокна соедин ютс с волокнами подложки, первоначально
прикрепленными к сетке 60. Напр женность электростатического пол выбираетс так,
чтобы гарантировать, что полимерный материал при движении от эмиттера к сборнику 70
получит достаточное ускорение, позвол ющее превратить его в очень тонкую
микроволоконную или нановолоконную структуру. Ускорение или замедление движени сборника дает возможность регулировать количество осаждаемых волокон на
формирующуюс среду, управл , таким образом, толщиной каждого сло . Вращающийс узел 42 может принимать различные положени . Он может быть помещен в плоскость
вращени так, что эта плоскость будет перпендикул рна поверхности сборника 70 или
расположена под каким-то произвольным углом. Вращающеес средство может быть
расположено параллельно к ней или слегка смещено от параллельной ориентации.
На фигуре 2 представлена обща блок-схема процесса и устройства дл формировани сло тонких волокон на листовой подложке или среде. На фигуре 2 листова подложка
развернута у блока 20. Листова подложка 20а затем направл етс к склеивающей
установке 21, в которой множество листов подложки могут соедин тьс в одну дл обеспечени непрерывной работы. Листова подложка непрерывной длины направл етс к
установке получени тонкого волокна 22, содержащей пр дильную машину,
представленную на фигуре 1, в котором пр дильна машина формирует тонкое волокно и
укладывает это волокно в фильтрующий слой на листообразную подложку. После того как
слой тонкого волокна сформирован на листообразной подложке в зоне формировани 22,
слой тонкого волокна и подложка направл ютс к установке термообработки 23 дл соответствующей обработки. Листова подложка и слой тонкого волокна затем
провер ютс в устройстве контрол эффективности 24 и при необходимости обвод тс на
направл ющем ролике 25. Листова подложка и слой волокна затем направл ютс к
соответствующему намоточному станку, который наматывает их на соответствующий
барабан дл дальнейшей обработки на стади х 26 и 27.
На фигуре 3 представлено изображение, полученное на сканирующем электронном
микрографе, которое показывает взаимное положение обычных частиц пыли, имеющих
диаметр около 2 микрон и около 5 микрон, соответствующих размерам пор в стандартной
целлюлозной среде и типовых структурах тонкого волокна. На фигуре 3а двухмикронна частица 31 и п тимикронна частица 32 показаны в целлюлозной среде 33, в которой
размеры пор несколько превышают диаметр типовых частиц; в противоположность этому,
на фигуре 3b двухмикронна частица 31 оказываетс примерно равной или чуть большей,
чем типовые отверсти между волокнами в волоконной сетке 35, а п тимикронна частица
32 оказываетс больше, чем любое отверстие в сетке из тонких волокон 35.
Предшествующее общее описание различных аспектов полимерных и тонковолоконных
материалов по насто щему изобретению, включа как микроволокна и нановолокна, так и
конструкцию используемых фильтрующих сред из тонковолоконных материалов по
изобретению, обеспечивает понимание общих технологических принципов действи этого
изобретени .
Последующие конкретные образцы материалов вл ютс примерами материалов,
Страница: 19
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
которые могут быть использованы при формировании тонковолоконных материалов по
насто щему изобретению, и они демонстрируют наиболее оптимальный вариант. Эти
примерные материалы были получены со следующими характеристиками, име в виду
приведенные услови процесса. Электрически спр денные волокна малого диаметра
(менее 10 микрон) получаютс при использовании электростатического пол , действующего
в качестве силы прит жени и раст гивающего струю полимера в очень тонкую нить. В
процессе электропр дени может быть использован расплавленный полимер, однако
волокна меньше 1 микрона лучше всего получаютс из полимера в растворе. По мере того,
как масса полимера выт гиваетс в нити малого диаметра, раствор испар етс , что
содействует уменьшению размера волокна. Выбор растворител важен по нескольким
причинам. Если растворитель высыхает слишком быстро, волокна станов тс плоскими и
их диаметр увеличиваетс . Если растворитель сохнет слишком медленно, он будет заново
раствор ть образующиес волокна. Поэтому необходимо тщательно согласовать скорости
высыхани и формировани волокон. При больших объемах производства большое
количество выпускаемого воздуха помогает предотвратить образование огнеопасной
атмосферы и уменьшить риск воспламенени . Помогают в этом и негорючие растворители.
В производственной обстановке обрабатывающее оборудование врем от времени требует
чистки. Безопасные, слаботоксичные растворители свод т к минимуму воздействие
вредных химических веществ на оператора. Электростатическое пр дение может
выполн тьс при расходе через эмиттер 1,5 мм/мин, рассто нии-мишени 8 дюймов,
напр жении на эмиттере 88 кВ, скорости вращении эмиттера 200 об/мин и относительной
влажности 45%.
Выбор системы полимера важен дл данного применени . Дл применени с
импульсной очисткой чрезвычайно тонкий слой микроволокна может помочь свести к
минимуму перепад давлени и обеспечить наружную поверхность дл захвата и удалени частиц. Предпочтительным вл етс тонкий слой волокон диаметром менее 2 микрон,
наиболее предпочтительно диаметром менее 0,3 микрона. Важно обеспечить хорошее
сцепление между микроволокном или нановолокном и подложкой, на которую эти
микроволокна или нановолокна осаждаютс . Когда фильтры изготавливаютс из сочетани подложки и тонкого сло микро- и нановолокон, така структура создает превосходную
фильтрующую среду с использованием самоочистки. Очистка поверхности обратным
импульсом снова восстанавливает фильтрующую среду. Поскольку к поверхности
прикладываетс большое усилие, тонкое волокно со слабым сцеплением с подложкой
может расслоитьс при поступлении к микроволокну обратного импульса, проход щего
внутри фильтра через подложку. Поэтому хорошее взаимное сцепление между
микроволокнами, а также сцепление между волокнами подложки и электрически
спр денными волокнами важно дл надежной работы фильтра.
Издели , которые отвечают вышеприведенным требовани м, могут быть получены при
использовании волокон, изготовленных из различных материалов. Малые волокна с
хорошими свойствами сцеплени могут быть изготовлены из таких полимеров, как
поливинилиденхлорид, поливиниловый спирт и полимеры и сополимеры, содержащие
различные нейлоны, например нейлон 6; нейлон 4,6; нейлон 6,6; нейлон 6,10 и их
сополимеры. Превосходные волокна могут быть изготовлены из ПВДФ, но дл того, чтобы
изготавливать волокна достаточно малого диаметра, требуютс хлорированные
растворители. Нейлон 6, нейлон 66 и нейлон 6,10 могут быть спр дены
электростатически. Однако растворители, такие как муравьина кислота, m-крезол,
трифтороэтанол, гексафтороизопропанол, либо неудобны в обращении либо очень дороги.
Предпочтительные растворители включают воду, этанол, изопропиловый спирт, ацетон и
N-метил пирролидон благодар их слабой токсичности. Полимеры, совместимые с такими
системами растворителей, оценивались всесторонне. Мы обнаружили, что волокна,
изготовленные из ПВХ, ПВДХ, полистирола, полиакрилонитрила, ПММА, ПВДФ, требуют
дополнительных средств сцеплени , чтобы достичь необходимых структурных свойств. Мы
обнаружили также, что когда полимеры растворены в воде, этаноле, изопропиловом
Страница: 20
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
спирте, ацетоне, метаноле и их смес х, и из них получены прочные волокна; эти волокна
обладают отличным сцеплением с подложкой, таким образом создава превосходную
фильтрующую среду дл области применени с самоочисткой. Самоочистка с помощью
обратного импульса воздуха или вихр полезны в случа х, когда фильтрующа среда
используетс в услови х с очень высокой концентрацией пыли. В таких област х
применени успешно использовались волокна из спирторастворимых полиамидов и
поливиниловых спиртов. Примеры спирторастворимых полиамидов включают Macromelt
6238, 6239 и 6900, Elvamide 8061 и 8063 фирмы Дюпон и SVP 637 и 651 компании
«Shakespeare Monofilament Company". Друга группа спирторастворимого полиамида
содержит нейлон типа 8, модифицированный алкоксиалкилом нейлон 66 (см. стр.447,
Справочника по нейлоновым пластикам, ред. Мелвин Кохан, издатель Хансер, Нью-Йорк,
1995 г.). Примеры поливинилового спирта включают ПВА-217, 224 от Курари, Япони и
Винол 540 компании «Air Products and Chemical Company».
Мы убедились, что фильтры могут подвергатьс воздействию экстремальных условий
окружающей среды. Фильтры в пустыне в Саудовской Аравии могут работать при
температуре в 150°F (65°C) или выше. Фильтры, установленные в Индонезии или на
побережье залива Галф Коуст в США, могут выдерживать воздействие относительной
влажности свыше 90% и температуры свыше 100°F(38°C). Они могут также выдерживать
действие дожд . Мы убедились, что фильтры, используемые под капотом транспортных
средств, таких как автомобили, грузовики, автобусы, трактора и строительные машины,
могут работать при высокой температуре (93°С), высокой относительной влажности и
выдерживать воздействие химических веществ окружающей среды. Мы разработали
способы проверки дл оценки стойкости микроволоконных систем в суровых услови х - при
погружении образцов фильтрующей среды в гор чую воду (60°С) в течение 5 минут или
при воздействии высокой влажности, высокой температуры и потока воздуха.
Экспериментальна часть
Следующие материалы были получены с использованием следующих условий процесса
электропр дени .
Описываемые ниже материалы были спр дены с использованием системы
вращающегос эмиттера или системы капилл рного шприца. Оказалось, что обе эти
системы производ т по существу одни и те же волоконные материалы. Расход через
эмиттер был равен 1,5 мм/мин, рассто ние до мишени 8 дюймов, напр жение на эмиттере
88 кВ, относительна влажность 45%, скорость вращени эмиттера 35 об/мин.
Пример 1
Вли ние размера волокна
Образцы тонких волокон были изготовлены из сополимера нейлона 6, 66, 610. Смола
сополимера нейлона (SVP-651) анализировалась на молекул рный вес с помощью
титровани конечной группы (Дж.Е.Уолз и Г.Б.Тейлор, «Определение молекул рного веса
нейлона». Химический анализ, т.19, номер 7, стр.448-450 (1947)). Величина среднего
молекул рного веса находилась между 21.500 и 24.800. Композит оценивалс с помощью
фазовой диаграммы температуры плавлени трехкомпонентного нейлона, состо щего из
нейлона 6 - около 45%, нейлона 66 - около 20% и нейлона 610 - около 25% (Стр.286
Справочника по нейлоновым пластикам, ред. Мелвина Кохана, изд. Хансера, Нью-Йорк
(1995 г.). За вленные физические свойства смолы SVP-651 приведены ниже.
Свойство
ASTM Метод Единицы Стандартна величина
Удельный вес
D-792
-
1,08
Поглощение воды
D-570
%
2,5
D-240
D по Шору
65
ДСК
°C (°F)
154 (309)
D-638
МПа
50
(погружение на 24 ч)
Твердость
50
Точка плавлени Прочность на разрыв
@Текучесть
Удлинение при разрыве
D-638
%
350
Модуль изгиба
D-790
МПа
180
Страница: 21
RU 2 300 543 C2
Объемное удельное
сопротивление
5
10
15
D-257
Ом?см
дл производства волокон диаметром от 0,23 до 0,45 микрона.
Образцы были замочены в воде комнатной температуры, высушены с помощью
воздушной сушки, и их эффективность была измерена. Большее волокно требует больше
времени дл разрушени , и его степень распада меньше, что можно увидеть на графике
фигуры 12. Хот мы не желаем ограничиватьс какой-либо одной теорией, но
предполагаем, что меньшие волокна, имеющие большее отношение поверхность/объем,
более восприимчивы к разрушению под воздействием окружающей среды. Однако
большие волокна не создают достаточно эффективную фильтрующую среду.
Пример 2;
Сшивание волокон нейлона с фенольной смолой и эпоксидной смолой
Чтобы повысить химическую стойкость волокон был проведен опыт по химическому
сшиванию волокон нейлона. Описанный выше сополиамид (нейлон 6, 66, 610) был смешан
с фенольной смолой, определенной как Georgia Pacific 5137, и спр ден в волокно.
Отношение нейлон: фенольна смола и температура плавлени этой смеси показаны ниже:
t плавлени (°С)
Состав
20
25
30
35
40
45
50
10 12
Полиамид: Фенольный = 100:0
65,5
Полиамид: Фенольный = 80:20
43,3
Полиамид: Фенольный = 65:35
34,4
Полиамид: Фенольный = 50:50
18,3
Мы смогли получить сравниваемые волокна из этих смесей. Смесь 50:50 не смогла быть
сшита с помощью нагревани , так как волоконна структура была нарушена. Нагревание
смеси 65:35 ниже 90°С в течение 12 часов повысило химическую стойкость полученных
волокон к растворению в спирте. Могут быть использованы смеси полиамида с эпоксидной
смолой, такой как Epon 828 от Shell и Epi-Res 510.
Пример 3
Поверхностна модификаци с помощью фтористой водоотталкивающей добавки
(Scotchgard®)
Спиртовые смеси Scotchgard® PC-430 и FC-431, поставл емые компанией 3М, были
добавлены к полиамиду перед пр дением. Добавленное количество твердой фазы
составл ло 10%. Добавление Scotchgard не преп тствовало формированию волокна.
Испытани на стенде ТНС (стенд дл испытаний воздействием температуры и влажности
показали, что покрытие высокомолекул рной водоотталкивающей добавкой Scotchgard не
улучшает водоотталкивающие свойства. Образцы с добавлением Scotchgard нагревались
до 300°F (150°C) в течение 10 минут, как предлагалось производителем.
Пример 4
Модификаци с помощью сшивающих агентов
Полимерна пленка была отлита из полиамидов с титанатовыми сшивающими агентами,
поставл емыми компанией Kenrich Petrochemicals, Inc. Они включают изопропил
триизостеарол титанат (KR ITS), неопентил (диаллил) окситри (диоктил) фосфат титанат
(LICA12), неопентил (диаллил) окси, три (N-этилен диамино) этил цирконат (NZ44).
Отлитые пленки были погружены в кип щую воду. Контрольный образец без сшивающего
агента потер л свою прочность мгновенно, в то врем как образцы с добавлением
сшивающего агента сохран ли свою форму до 10 минут. Эти образцы с добавлением
сшивающих агентов были спр дены в волокна (толщиной 0,2 микрона).
Пример 5
Модификаци с помощью низкомолекул рного полимера р-трет-бугилфенола
Олигомеры пара-терт-бутилфенола с молекул рным весом в диапазоне от 400 до 1100
были закуплены на фирме Enzymol International, Колумбус, штат Огайо. Эти
низкомолекул рные полимеры растворимы в нижних спиртах, таких как этанол,
изопропиловый спирт и бутанол. Эти полимеры были добавлены к описанному выше
Страница: 22
RU 2 300 543 C2
5
10
15
сополиамиду и успешно электроспр дены в волокна 0,2 микрона. Некоторые полимеры и
добавки затрудн ли процесс электропр дени . В отличие от обычной фенольной смолы,
описанной в примере 2, мы обнаружили, что эта группа полимеров не преп тствует
процессу формировани волокон. Мы обнаружили, что эта группа добавок защищает
тонкие волокна от влажной среды, что видно на графике. Фигуры с 13-16 показывают, что
олигомеры обеспечивают очень хорошую защиту при 140°F (60°C), влажности 100%, но
характеристика ухудшаетс при 160°F (71°C). Мы добавл ли эти примеси в пропорци х
между 5% и 15% от используемого полимера и обнаружили, что они одинаково эффективно
защищают волокна от воздействи высокой влажности при температуре 140°F (60°C). Мы
обнаружили также, что характеристика улучшаетс и в случае, когда волокна
подвергаютс воздействию температуры в 150°С в течение короткого времени.
На таблице 1 показано действие температуры и выдержки при добавлении 10% примеси
к полиамидным волокнам.
Таблица 1
Остаточна эффективность (%) после вымачивани При температуре 140°F (60°С)
Врем нагрева
1 минута
3 минуты
10 минут
98,9
98,8
98,5
98,8
98,9
98,8
130 °С
95,4
98,7
99,8
96,7
98,6
99,6
110 °С
82,8
90,5
91,7
86,2
90,9
85,7
Температура
150 °С
20
25
30
Это оказалс удивительный результат. Мы увидели поразительное улучшение
водоотталкивающих свойств с этой группой добавок. Чтобы пон ть, как действует эта
группа добавок, мы проанализировали мат из тонких волокон с помощью техники
поверхностного анализа, называемой ESC А. Образцы с 10% добавкой, показанные в
Таблице 1, анализировались с помощью ESC А в университете Миннесоты. Результаты
приведены в Таблице 2.
Таблица 2
Поверхностна композици (полимер: аддитивное отношение)
Врем нагрева
1 минута
35
40
45
50
3 минуты
10 минут
Температура
150 °С
40:60
40:60
50:50
130 °С
60:40
56:44
62:82
110 °С
63:37
64:36
59:41
Без нагрева
77:23
Первоначально, казалось, не имело смысла определить поверхностную концентрацию
добавки, более чем вдвое превышающей объемную концентрацию. Однако мы полагаем,
что это можно объ снить молекул рным весом добавок. Молекул рный вес добавки
приблизительно в 600 раз меньше, чем вес начального полимера, формирующего волокно.
Поскольку они меньше по размеру, они могут двигатьс по испар ющимс молекулам
растворител . Таким образом, мы получаем более высокую поверхностную концентрацию
добавок. Дальнейша обработка увеличивает поверхностную концентрацию защитной
добавки. Однако при выдержке 10 минут при 150°С не увеличивает концентрацию. Это
может быть признаком того, что смешивание двух компонентов молекул сополиамида и
олигомера образует цепной полимер, имеющий врем дл движени . Этот анализ научил
нас тому, что надлежащий выбор последующей обработки, врем и температура могут
улучшить рабочие характеристики, тогда как слишком долга экспозици может иметь
отрицательное эффект.
Далее мы исследовали поверхность микроволокна с этими добавками, использу Страница: 23
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
методику вторичной ионной масс-спектроскопии (SIMS). Эта методика включает
бомбардировку предмета электронами при наблюдении того, что исходит от поверхности.
Образцы без добавок показывают, что при бомбардировке электронами выдел ютс азотные группы. Это признак того, что полиамидные группы разрушаютс . Это также
указывает на присутствие небольшого количества загр знителей типа натри и
кремнийорганического материала (кремни ). Образцы с добавкой без термической
обработки (концентраци добавки 23% на поверхности) показывают доминирующие
фрагменты t-бутила и небольшие, но однозначные пики, наблюдаемые дл полиамидов.
Точно так же наблюдались высокие массовые пики с массовой разницей 148 атомных
единиц массы, соответствующие t-бутилфенолу. Дл образца, обрабатываемого в течение
10 минут при 150°С (50% поверхности с аддитивной концентрацией, определенной
электронной спектроскопии дл химического анализа), было найдено присутствие
фрагментов и следов t-бутила в пиках дл полиамида. Этот анализ не обнаружил пики,
св занные со всем t-бутилфенолом и его полимерами. Анализ также обнаружил пик,
св занный с фрагментами С2Н3О.
Масс-спектрометрический анализ показал, что голые волокна полиамида выдел ют
фрагменты азота из экспонируемой полимерной цепи и загр знители на при
бомбардировке поверхности ионами. Добавка без термической обработки не охватывала
всю поверхность. Олигомеры t-бутила свободно распределены на поверхности. Когда пучок
ионов падает на поверхность, целые молекулы могут отрыватьс нар ду с неустойчивым
фрагментом t-бутила. Добавка с термической обработкой обеспечивает полный охват
поверхности. Кроме того, молекулы плотно примыкают друг к другу, так что отрываютс только неустойчивые фрагменты типа t-бутила и возможно СН=СН-ОН, а целые молекулы
фенола t-бутила не отрываютс . Электронна спектроскопи дл химического анализа и
масс-спектрометри вторичных ионов выполн лись на различных глубинах от поверхности.
Электронна спектроскопи дл химического анализа проникает на большую глубину от
поверхности до 100Е, в то врем как масс-спектрометри вторичных ионов просматривает
глубину только на 10Е. Результаты обоих анализов совпадают.
Пример 6: Развитие поверхности, покрытой сополимером
Первоначально был развит нейлон типа 8, чтобы подготовить растворимую и
сшиваемую смолу дл покрыти и клейкого нанесени . Этот тип полимера был получен
реакцией полиамида 66 с формальдегидом и спиртом в присутствии кислоты (См. Cairns,
T.L.; Foster, H.D.; Larcher, A.W.; Schneider, A.K.; Schreiber, R.S. J., журнал "Chem.
Soc". 1949, 71, 651). Этот тип полимера может быть получен электростатическим
пр дением и может быть сшит. Однако формирование волокна из этого полимера проходит
хуже, чем дл сополиамидов, и сшивание может быть затруднено.
Дл того чтобы приготовить нейлон типа 8, реактор высокого давлени емкостью 10галлонов был загружен следующими компонентами:
Нейлон 66 (duPont Zytel 101) 10 фунтов
40
45
50
Метанол
15.1 фунтов
Вода
2.0 фунта
Формальдегид
12.0 фунтов
Затем реактор был продут азотом и нагрет, по меньшей мере, до 135°С под давлением.
Когда желаема температура была достигнута, было добавлено небольшое количество
кислоты в качестве катализатора. Кислотные катализаторы включают трифторуксусную
кислоту, муравьиную кислоту, толуолсульфокислоту, малеиновую кислоту, малеиновый
ангидрид, фталевую кислоту, фталевый ангидрид, фосфорную кислоту, лимонную кислоту
и их смеси. В качестве катализатора может быть также использован полимер Nation®.
После добавлени катализатора реакци продолжалась 30 минут. На этом этапе
получаетс в зкий однородный раствор полимера. После определенного времени реакции
содержимое сосуда высокого давлени перемещаетс в ванну, содержащую метанол, воду
и основание, например гидроокись аммони или едкий натр, чтобы прервать реакцию.
После того как раствор в достаточной степени охлажден, он осаждаетс в
Страница: 24
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
деионизированной воде. При этом формируютс легкие мелкокристаллические гранулы
полимера. Гранулы полимера затем центрифугируютс и сушатс в вакууме. Этот полимер
растворим в метаноле, этиловом спирте, бутиловом спирте и их смес х с водой в разных
пропорци х. Он также растворим в смес х различных спиртов.
Полученный таким образом модифицированный алкоксиалкилом полиамид типа 8
раствор етс в смеси этилового спирта с водой. Раствор полимера электрически пр детс способом, описанным в патенте США №4650516 (Баррис). Со временем в зкость раствора
полимера возрастает. Хорошо известно, что в зкость полимера сильно вли ет на
определение размера волокна. Поэтому, трудно управл ть этим процессом в
промышленном масштабе при непрерывном производстве. Более того, при одинаковых
услови х полиамиды типа 8 не формируют микроволокно столь же эффективно, как
сополиамиды. Однако если раствор приготовлен с добавлением кислотного катализатора,
такого как толуолсульфокислота, малеиновый ангидрид, трифторметан сульфокислота,
лимонна кислота, аскорбинова кислота и им подобные, и волоконный мат после
фомировани волокон подвергаетс тщательной термообработке, полученное волокно
имеет очень хорошую стойкость к химическим веществам (Фигура 13). На этапе сшивани должна соблюдатьс осторожность, чтобы при этом не разрушилась волоконна структура.
Мы получили удивительный результат, когда полиамид типа 8 (полимер В) смешали со
спирторастворимыми сополиамидами. При замене 30% по весу модифицированного
алкоксиалкилом полиамида 66 спирторастворимым сополиамидом, например SVP 637 или
651 (полимер A), Elvamide 8061, обнаружилс синергический эффект. Формирование
волокон из смеси происходит более эффективно, чем из каждого компонента в
отдельности. Погружение в этанол и измерение эффективности фильтрации показывает
остаточную эффективность фильтрации больше 98%, при этом испытание на стенде ТНС
показывает результаты, сравнимые с одним полиамидом типа 8. Смесь такого типа
показывает, что можно эффективно формировать волокна при отличной характеристике
фильтрации сополиамида одновременно с отличной стойкостью к химическим веществам
сшитого полиамида типа 8. Тест на погружение в спирт дает большое основание
предполагать, что в сшитом сополиамиде использовалс сополиамид, неспособный к
сшиванию, обеспечива эффективность фильтрации 98%. ДСК (смотри фигуры 17-20)
смеси полимера А и В становитс неотличимой от ДСК отдельного полимера А после того
как они нагреты до 250°С (полностью сшитые) с той же температурой плавлени . Это дает
возможность предположить, что смесь полимера А и полимера В вл етс полностью
объединенным полимером, полученным путем сшивани полимера В с полимером А. Это
совершенно новый класс полиамида.
Подобным же образом смешанный плавлением полиэтилен терефталат с поли(бутилен
терефталатом) может иметь аналогичные свойства. Во врем плавлени при
температурах, выше температуры плавлени любого из компонентов, происходит обмен
эфирной группы и образуетс сополимер ПЭТ (полиэтилентерефталата) и ПБТ
(полибутилентерефталата). К тому же, в наших опытах температура сшивани была ниже,
чем у любого из отдельных компонентов. Не следует ожидать, что такой обмен группы
может происходить при этой низкой температуре. Поэтому мы убеждены, что открыли
новое семейство полиамида, получаемое путем смешивани в растворе полиамида типа А
и типа В и сшивани при температуре ниже, чем точка плавлени любого из компонентов.
Когда мы добавили 10% по весу олигомера t-бутилфенола (добавка 7) и подвергли
термообработке при температуре, необходимой дл сшивани , мы обнаружили даже
лучшие результаты. Мы предположили, что гидроксильна функциональна группа
олигомеров t-бутилфенола будет участвовать в реакции с функциональной группой
нейлонов типа 8. Мы обнаружили, что эта система компонентов обеспечивает хорошее
формирование волокон, повышенную стойкость к высокой температуре и высокой
влажности, а также гидрофобность поверхности слоев тонкого волокна. Мы приготовили
образцы из смеси полимера А и полимера В (образец 6А) и другой образец из смеси
полимера А, полимера В и добавки 7 (образец 6В). Затем мы сформировали волокно с
Страница: 25
RU 2 300 543 C2
помощью процесса электропр дени , выдержали волоконный мат при 300°F (150°C) в
течение 10 минут и подвергли анализу поверхностный состав с помощью поверхностного
анализа - электронна спектроскопи дл химического анализа (см. табл.3)
Таблица 3
электронна спектроскопи дл химического анализа образцов 6А и 6В
5
Состав (%)
Образец 6А
Образец 6В
Полимер А
30
30
Полимер В
70
70
Добавка 7
0
10
Состав поверхности без нагрева с нагревом без нагрева с нагревом
10
Полимер А&В(%)
Добавка 7
15
20
25
30
35
40
45
100
100
68,9
43,0
0
0
31,1
57,0
Электронна спектроскопи дл химического анализа обеспечивает информацию о
составе поверхности, за исключением концентрации водорода. Она обеспечивает
информацию об углероде, азоте и кислороде. Поскольку добавка 7 не содержит азота, мы
можем оценить отношение азотсодержащих полиамидов и добавки, не содержащей азота,
путем сравнени концентрации азота. Дополнительную качественную информацию можно
получить, рассматрива спектр энергии св зи при 535 и 527 эВ. Св зь С=O имеет энергию
св зи у примерно 531 эВ, а св зь С-0 имеет энергию св зи у 533 эВ. Сравнением высот
этих двух пиков можно оценить относительную концентрацию полиамида с преобладанием
С=O и добавки исключительно с С-O группами. Полимер В содержит св зи С-O благодар модификации, и после сшивани концентраци С-O уменьшитс . Электронна спектроскопи дл химического анализа подтверждает, что така реакци действительно
происходила, показыва относительное уменьшение св зей С-O. (Фиг.4 дл не
обработанной термически смеси волокна полимера А и полимера В, Фиг.5 дл термообработанной смеси волокна полимера А и полимера В). Когда на поверхности
присутствуют молекулы добавки 7, можно ожидать большего количества св зей С-O. Это
как раз тот случай, который можно видеть на фигурах 6 и 7. (Фиг.6 дл только что
спр денной смеси волокон полимера А, полимера В и добавки 7. Фиг.7 дл термообработанной смеси волокон полимера А, полимера В и добавки 7). Фигура 6
показывает, что концентраци св зей С-O дл примера 7 возрастает. Этот вывод
согласуетс с поверхностной концентрацией на основании XPS сложного спектра с фиг. от
8 до 11.
Очевидно, что молекулы олигомера t-бутила перемещаютс к поверхности тонких
волокон и образуют гидрофобное покрытие толщиной около 50 Е. Нейлон типа 8 содержит
функциональные группы, такие как -СН2OH и СН2ОСН3, которые, как ожидаетс , должны
реагировать с группой -ОН t-бутилфенола. Таким образом, мы ожидали увидеть меньше
молекул олигомера на поверхности волокон. Мы обнаружили, что наша гипотеза оказалась
неверной и что поверхность сополимера имеет тонкое покрытие.
Образцы 6А, 6В и копи образца, описанного в разделе 5, были подвергнуты тестам на
стенде ТНС при температуре 160°F (71°C) и относительной влажности 100%. В
предыдущем разделе образцы подвергались воздействию температуры 140°F (60°C) и
относительной влажности 100%. В этих услови х t-бутилфенол защищает трехзвенный
полимер сополиамида от разрушени . Однако если температура поднимаетс до 160°F
(71°C) при относительной влажности 100%, то олигомер t-бутилфенола плохо защищает
нижележащие волокна трехзвенного полимера сополиамида. Мы сравнили образцы при
160°F (71°C) и относительной влажности 100% (см. табл.4)
Таблица 4
Остаточна эффективность тонкого волокна после воздействи температуры 160°F (71°С) и относительной влажности 100%
50
Образец
После 1 часа
После 2 часов
После 3 часов
Образец 6А
82,6
82,6
85,9
Образец 6В
82,4
88,4
91,6
Образец 5
10,1
Страница: 26
RU 2 300 543 C2
5
10
15
Таблица показывает, что образец 6В помогает в защите от воздействи высокой
температуры и высокой влажности.
Более поразительной оказалась разница, когда мы воздействовали на волоконный мат
капл ми воды. Когда мы налили немного деионизированной воды на поверхность образца
6А, капли воды сразу же растеклись по волоконному мату и намочили также бумажную
подложку. С другой стороны, когда мы налили немного воды на поверхность образца 6В,
вода образовала шарик и не растеклась по поверхности мата. Мы изменили поверхность
образца 6В, чтобы сделать его водоотталкивающим, добавив олигомеры p-t-бутилфенола.
Продукт этого типа может быть использован в качестве средства удалени вод ного
тумана, поскольку капли воды не будут проходить через поверхностный слой из тонких
волокон образца 6В.
Образцы 6А, 6В и копи образца из раздела 5 были помещены в термостат, в котором
была установлена температура 310°F (154°C). Таблица 5 показывает, что образцы 6А и
6В не изменились, в то врем как образец из раздела 5 был сильно поврежден.
Таблица 5
Остаточна эффективность тонкого волокна после выдержки при 154°С
Образец
После 6 часов
После 77 часов
Образец 6А
100%
100%
Образец 6В
100%
100%
Образец 5
34%
33%
20
25
30
35
40
45
50
В то врем как добавление олигомера только к полимеру А повышает стойкость сло тонкого волокна при высокой температуре, добавление добавки 7 не оказывает вли ни на
действие высокой температуры.
Мы доказали, что смесь трехзвенного полимера сополиамида, модифицированного
алкоксиалкилом нейлона 66 и олигомеров t-бутилфенола, обеспечивает лучшие продукты с
повышенной продуктивностью в промышленности при работе тонких волокон в т желых
услови х, чем люба из смесей трехзвенного полимера сополиамида и олигомера tбутилфенола или трехзвенного полимера сополиамида и модифицированного
алкоксиалкилом нейлона 66. В свою очередь эти две смеси компонентов вл ютс более
совершенными по сравнению с системой из одного компонента.
Пример 7
Смесь совместимых полимеров полиамидов и бисфенола А
Новое семейство полимеров может быть подготовлено путем окислительной св зи
фенольного кольца (Пекора, А; Сайрус, В., патент США 4900671 (1990 г.) и Пекора, А;
Сайрус, В; Джонсон, М. Патент США 5153298 (1992 г.)). Особый интерес представл ет
полимер, изготовленный из бисфенола А, поставл емого корпорацией Энзимол (Enzymol).
Окисление бисфенола А в присутствии катализатора пероксидазы соевого масла может
начинатьс с любой стороны из двух -ОН групп в бисфеноле А. В отличие от
поликарбоната на основе бисфенола А, который имеет линейную структуру, этот тип
полимера бисфенола А образует очень разветвленные полимеры. Благодар разветвленной природе этого полимера он может снизить в зкость смеси полимеров.
Мы обнаружили, что этот тип полимера бисфенола А может быть смешан в растворе с
полиамидами. Приведенный Хансеном параметр растворимости дл нейлона равен 18,6.
(стр.317, Справочник параметров растворимости и других параметров сцеплени , ред.
А.Бартон, издание CRC Press, Бока Ратон, Флорида, 1985 г.). Если вычисл ть параметр
растворимости (стр. 61, Справочник параметров растворимости), то расчетный параметр
растворимости равен 28,0. Из-за разницы в значени х параметра растворимости не
следует ожидать, что эти компоненты будут смешиватьс друг с другом. Однако мы
обнаружили, что в растворе этилового спирта была приготовлена смесь 50:50 смолы
бисфенола А с молекул рным весом 3.000 и сополиамида. Обща концентраци в
растворе равн лась 10%. Один сополиамид давал бы диаметр волокна 0,2 микрона. Смесь
давала слой волокон около 1 микрона. Бисфенол А с молекул рным весом 7.000
неустойчив в смеси с сополиамидом и стремитс выпадать в осадок.
Страница: 27
RU 2 300 543 C2
5
10
ДСК смеси 50:50 обеспечивает недостаточную температуру плавлени . Сополиамид
имеет температуру плавлени около 150°С, а смола из бисфенола А - стекловидный
полимер с Tg около 100. Смесь плохо плавитс . Когда волоконный мат нагреваетс до
100°С, он исчезает. Эта смесь дает отличную фильтрующую среду, если максимальна рабоча температура вл етс невысокой, но требуетс низкий перепад давлени . Эта
полимерна система не сшиваетс приемлемым способом.
Полимер 8
Двойна роль полимера бисфенола А в качестве растворител и твердого тела в смеси
Удивительна роль смеси с полимером бисфенола А состоит в том, что в растворе
полимер бисфенола А ведет себ как растворитель, а в твердом виде полимер действует
как тверда фаза. Мы нашли, что двойна роль полимера бисфенола А действительно
уникальна.
Был создан следующий состав, г:
Модифицированный алкоксилом полиамид 66: полимер В 80
15
Смола бисфенола А (мол. вес 3.000):
полимер С 108
Этиловый спирт типа 190
20
25
30
827
Ацетон
218
Деионизированна вода
167
Катализатор
9,3
В зкость этой смеси, измеренна вискозиметром Брукфильда, равн лась 32,6
сантипуаз. Обща концентраци полимера была 19,2%. В зкость полимера В при 19,2%
равна более 200 сантипуаз. В зкость одного 12% полимера В в подобном растворе равна
примерно 60 сантипуазам. Это вл етс рким примером того, что смола бисфенола А
действует как растворитель, потому что в зкость общего раствора ниже ожидаемой.
Полученный диаметр волокна был равен 0,157 микрона. Если при формировании волокна
участвовал бы один полимер В, ожидаемый размер волокна был бы менее 0,1 микрона.
Иначе говор , полимер С участвует в формировании волокна. Мы не знаем какого-либо
другого случа сохранени такой поразительной эффективности и неизменности размера
волокна. Это показывает, что полимер С участвует в сшивании как твердый полимер.
Другой раствор полимера был приготовлен следующим образом, г:
Модифицированный
алкоксиалкилом полиамид 66:
Полимер В 225
Смола бисфенола А (мол. Вес 3000): Полимер С 135
Этиловый спирт типа 190
35
40
45
50
778
Ацетон
205
Деионизированна вода
157
Катализатор
11,6
В зкость этой смеси равн лась 90,2 сантипуазам. Это очень низкое значение в зкости
дл 24% твердой фазы. Кроме того, это вл етс свидетельством действи полимера С в
качестве растворител в этом растворе. Однако когда они пр дутс в волокно в
электростатическом поле, диаметр волокна равен 0,438 микрона. 15% раствор одного
полимера В дал бы волокно диаметром около 0,2 микрона. В конечном состо нии полимер
С способствует увеличению размера волокна. Кроме того, этот пример показывает, что
этот тип полимера с разветвленной цепью действует в растворе как растворитель, а в
конечном состо нии - как тверда фаза. После погружени в раствор этилового спирта
сохран етс 77,9% эффективности фильтрации, а размер волокна осталс неизменным.
Пример 9
Получение сшитых смесей полиамидов/полимера бисфенола А
Были приготовлены три различных образца путем сочетани смол, спиртов и воды,
смешива их в течение 2 часов при температуре 60°С. Раствор охлаждалс до комнатной
температуры, и к нему добавл лс катализатор, и эта смесь перемешивалась еще 15
минут. После этого измер лась в зкость раствора и из него пр лись волокна.
Следующа таблица показывает эти образцы:
Страница: 28
RU 2 300 543 C2
Состав (г)
5
10
15
20
Образец 9А Образец 9В Образец 9С
Полимер В
12,6
14,7
Полимер А
3,6
5,4
3,6
6,3
Полимер С
7,2
10,8
12,6
Этанол 190
89,3
82,7
79,5
Изопропанол
23,5
21,8
21,0
Деионизированна вода
18,0
16,7
15,9
Катализатор
0,45
0,58
0,79
В зкость (сантипуазы)
22,5
73,5
134,2
Размер волокна (микрон)
0,14
0,258
0,496
Мы вы снили, что эта смесь эффективно создает волокна, вырабатыва примерно на
50% больше массы волокон по сравнению с составом из полимера А. Кроме того,
полученные полимерные микроволокна позвол ют изготовить химически стойкое волокно.
После погружени в спирт фильтр, изготовленный из этих волокон, сохран ет более 90%
эффективности фильтрации и неизменный диаметр волокна, хот полимер, способный
сшиватьс , составл ет всего 44% твердой фазы. Этот трехполимерный композит,
состо щий из сополиамида, модифицированного алкоксиалкилом нейлона 66 и бисфенола
А, создает химически стойкий материал, отлично формирующий волокно.
Пример 10
Модифицированный алкоксиалкилом сополимер нейлона 66 и нейлона 46
В 40-литровом реакторе высокого давлени были выполнены следующие реакции, и
полученные полимеры были проанализированы. После того, как была достигнута нужна температура реакции, были добавлены катализаторы и реакци длилась 15 минут. После
этого раствор полимера был охлажден, осажден, полимер был промыт и высушен.
Содержимое реактора (фунты) Цикл 10А Цикл 10В Цикл 10С Цикл 10D Цикл 10D
25
Нейлон 4,6 (duPont Zytel 101)
10
5
5
5
5
Нейлон 6,6 (DSM Stanyl 300)
0
5
5
5
5
8
Формальдегид
30
8
10
8
10
Деионизированна вода
0,2
0,2
2
0,2
2
Метиловый спирт
22
20
20
20
20
Температура реакции (°С)
140
140
140
150
150
Tg (°С)
56,7
38,8
37,7
38,5
31,8
Tm (°С)
241,1
162,3
184,9
Алкокси (вес.%)
11,9
11,7
7,1
11,1
8,4
Метилол (вес.%)
0,14
0,13
0,14
0,26
0,24
189,5
Уровень замещени 35
40
ДСК полимера, выполненна с нейлоном 46 и нейлоном 66, показывает широкий
разброс температуры плавлени одиночного компонента, котора ниже, чем температура
плавлени модифицированного нейлона 46 (241°С) или модифицированного нейлона 66
(210°С). Это вл етс свидетельством того, что во врем реакции оба компонента
произвольно распределены вдоль цепи полимера. Таким образом, мы убеждены, что
добились получени произвольного сополимера нейлона 46 и нейлона 66 с модификацией
алкоксиалкилом. Эти полимеры растворимы в спиртах и смес х спирта с водой.
Свойство
Стандарт ASTM Нейлон 6,6 Нейлон 4,6
265 °С
295 °С
Прочность на раст жение
D-638
13.700
8.500
Удлинение при разрыве
D-638
15-18
60
Предел текучести при раст жении
D-638
8000-12000
Прочность на изгиб
D-790
17.800
11.500
Модуль изгиба Ч10 3 фунтов на квадратный дюйм
D-638
230-550
250
D-256A
0,55-1,0
17
D-648
158
194
Tm
45
Твердость на удар фут-фунт/дюйм выемки
50
Прогиб под изгибающей нагрузкой 264 фунт/кв. дюйм
Оба эти полимера вл ютс полностью кристаллическими и не раствор ютс в
обыкновенных спиртах. Источник: «Современна энциклопеди пластиков», 1998 г.
Пример 11:
Страница: 29
RU 2 300 543 C2
5
Получение сополимера сополиамидов и алкоксилалкила модифицированного
сополимера нейлона 46/66 и формирование электроспр денных волокон
Образцы 10В и 10D были преобразованы в волокна, использу вышеописанный способ.
Модифицированный алкоксилалкилом нейлон 46/66 (полимер D) был успешно спр ден в
электрическом поле. Смешивание полимера D с полимером А обеспечивает
дополнительную выгоду в смысле более эффективного формировани волокна и
возможность получени больших волокон без ухудшени способности полимера D к
сшиванию, как можно видеть из следующей таблицы:
Полимер 10В
Один
10
с/30%
Полимер 10D
Один
Полимер А
Размер волокна, µм
0.183 0.464
Массовое отношение волокна 1 1
с/30%
Полимер А
0.19 0.3
3
1
2
90
92
90
Эффективность фильтрации
Удерживающа способность (%) 87
15
20
25
Массовое отношение волокна рассчитано по формуле (полна длина волокна,
умноженна на площадь поперечного сечени ). Удерживающа способность или
эффективность фильтрации измер етс , пропитыва образец фильтра в этиловом спирте.
Размер волокна после пропитки спиртом не изменилс .
Пример 12
Спр денный в электрическом поле сшитый поливинилацетат
Порошки поливинилацетата (ПВА) были закуплены на фирме Aldrich Chemicals. Они
раствор лись либо в воде, либо в смеси 50/50 метанола и воды. Они были смешаны с
агентом сшивани и катализатором сульфоновой кислоты толуола прежде, чем
подвергнутьс процессу электропр дени . Конечный волоконный мат был сшит в печи при
температуре 150°С в течение 10 минут перед передачей на стенд ТНС.
30
35
40
45
50
Пример 13
В качестве подложки использовалась обычна целлюлозна среда. Эта подложка имела
вес 67 фунтов на 3000 квадратных футов, проницаемость по Фрейзеру 16 футов в минуту
Страница: 30
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
при 0,5 дюйма вод ного столба, толщиной 0,012 дюймов и эффективности сло тонкого
волокна 41,6%. Слой тонкого волокна примера 1 был добавлен к поверхности, использу процесс, описанный выше дл номинального волокна диаметром 0,2 микрона. Полученный
композит имеет эффективность сло тонкого волокна 63,7%. После выдержки при 140°F
(60°C) на воздухе при относительной влажности 100% в течение 1 часа один образец
подложки был охлажден и высушен, после чего эффективность сло тонкого волокна
составила 36.5%. После выдержки при 140°F (60°C) на воздухе при относительной
влажности 100% в течение 1 часа образец композита был охлажден и высушен, после чего
эффективность сло тонкого волокна составила 39,7%. Использу описанные выше
математические формулы, было найдено, что остаточна эффективность сло тонкого
волокна после 1 часа выдержки составила 13%, при этом число эффективных тонких
волокон составило 11%.
Пример 14
В качестве подложки использовалась обычна целлюлозна среда. Эта подложка имела
основной вес 67 фунтов на 3000 кв. футов, проницаемость по Фрейзеру 16 футов в минуту
при 0,5 дюйма вод ного столба, толщину 0,012 дюймов при эффективности сло тонкого
волокна 41,6%. Слой тонкого волокна примера 5 был добавлен к поверхности, использу процесс, описанный выше дл номинального волокна диаметром 0,2 микрона. Полученный
композит имел эффективность сло тонкого волокна 96,0%. После выдержки при 160°F
(71°C) на воздухе при относительной влажности 100% в течение 3 часов один образец
подложки был охлажден и высушен, после чего эффективность сло тонкого волокна
составила 35,3%. После выдержки при 160°F (71°C) на воздухе при относительной
влажности 100% в течение 3 часов образец композита был охлажден и высушен, после
чего эффективность сло тонкого волокна составила 68,0%. Использу описанные выше
математические формулы, было найдено, что эффективность сло тонкого волокна после 3
часов выдержки составила 58%, при этом число эффективных тонких волокон составило
29%.
Пример 15
В качестве подложки использовалась обычна целлюлозна среда дл фильтрации
воздуха. Эта подложка имела основной вес 67 фунтов на 3000 квадратных футов,
проницаемость по Фрейзеру 16 футов в минуту при 0,5 дюйма вод ного столба, толщину
0,012 дюйма при эффективности сло тонкого волокна 41,6%. Слой тонкого состо л из
смеси полимера А и полимера В, причем, как описано в примере 6, полимер был добавлен
к поверхности, использу процесс, описанный выше дл номинального волокна диаметром
0,2 микрона. Полученный композит имел эффективность сло тонкого волокна 92,9%.
После выдержки при 160°F (71°C) на воздухе при относительной влажности 100% в течение
3 часов один образец подложки был охлажден и высушен, после чего эффективность сло тонкого волокна составила 35,3%. После выдержки при 160°F (71°C) на воздухе при
относительной влажности 100% в течение 3 часов образец композита был охлажден и
высушен, после чего эффективность сло тонкого волокна составила 86,0%. Использу описанные выше математические формулы, было найдено, что эффективность сло тонкого волокна после 3 часов выдержки составила 96%, при этом число эффективных
тонких волокон составило 89%.
Пример 16
В качестве подложки использовалась обычна целлюлозна среда дл фильтрации
воздуха. Эта подложка имела основной вес 67 фунтов на 3000 квадратных футов,
проницаемость по Фрейзеру 16 футов в минуту при 0,5 дюйма вод ного столба, толщину
0,012 дюймов при эффективности сло тонкого волокна 41,6%. Слой тонкого волокна
полимера А, полимера В, олигомера фенола тетрабутила, как описано в примере 6, был
добавлен к поверхности, использу процесс, описанный выше дл номинального волокна
диаметром 0,2 микрона. Полученный композит имел эффективность сло тонкого волокна
90,4%. После выдержки при 160°F (71°C) на воздухе при относительной влажности 100% в
Страница: 31
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
течение 3 часов один образец подложки был охлажден и высушен, после чего
эффективность сло тонкого волокна составила 35,3%. После выдержки при 160°F (71°С)
на воздухе при относительной влажности 100% в течение 3 часов образец композита был
охлажден и высушен, после чего эффективность сло тонкого волокна составила 87,3%.
Использу описанные выше математические формулы, было найдено, что эффективность
сло тонкого волокна после 3 часов выдержки была 97%, при этом число эффективных
тонких волокон составило 92%.
Пример 17
В качестве подложки использовалась обычна целлюлозна среда дл фильтрации
воздуха. Эта подложка имела основной вес 67 фунтов на 3000 квадратных футов,
проницаемость по Фрейзеру 16 футов в минуту при 0,5 дюйма вод ного столба, толщину
0,012 дюйма при эффективности сло тонкого волокна 41,6%. Слой тонкого волокна в виде
сшитого ПВА с полиакриловой кислотой примера 12 был добавлен к поверхности,
использу процесс, описанный выше дл номинального волокна диаметром 0,2 микрона.
Полученный композит имел эффективность сло тонкого волокна 92,9%. После выдержки
при 160°F (71°С) на воздухе при относительной влажности 100% в течение 2 часов один
образец подложки был охлажден и высушен, после чего эффективность сло тонкого
волокна составила 35,3%. После выдержки при 160°F (71°C) на воздухе при относительной
влажности 100% в течение 2 часов образец композита был охлажден и высушен, после
чего эффективность сло тонкого волокна составила 83,1%. Использу описанные выше
математические формулы, было найдено, что эффективность сло тонкого волокна после 2
часов выдержки составил 89%, при этом число эффективных тонких волокон составило
76%.
Пример 18
Были изготовлены следующие фильтрующие среды, использу способы, описанные в примерах 1-17
Примеры фильтрующих сред
25
Подложка
30
35
40
Проницаемость
Основной вес
Толщина Эффективность Эффективность
подложки (Фрейзер) подложки
подложки тонкой подложки композита (LEFS)
(фунт/30000 кв. фут) (дюймы) (LEFS)
Одиночное тонкое волокно на одной
подложке (поток проходит через
среду в любом направлени??)
(+/-10%)
(+/-10%)
(+/-25%)
(+/-5%)
(+/-5%)
Целлюлозна фильтрующа среда
дл очистки воздуха
58
67
0,012
11%
50%
Целлюлозна фильтрующа среда
дл очистки воздуха
16
67
0,012
43%
58%
Целлюлозна фильтрующа среда
дл очистки воздуха
58
67
0,012
11%
65%
Целлюлозна фильтрующа среда
дл очистки воздуха
16
67
0,012
43%
70%
Целлюлозна фильтрующа среда
дл очистки воздуха
22
52
0,010
17%
70%
Целлюлозна фильтрующа среда
дл очистки воздуха
16
67
0,012
43%
71%
Смесь целлюлозы и синтетики с
водостойкой смолой
14
70
0,012
30%
70%
Огнеупорна целлюлозна фильтрующа среда дл очистки
воздуха
17
77
0,012
31%
58%
Примеры фильтрующих сред (продолжение)
45
50
Подложка
Проницаемость
подложки (Фрейзер)
Основной вес
Толщина Эффективность
подложки
подложки тонкой подложки
(фунт/30000 кв. (дюймы)
(LEFS)
фут)
Огнеупорна целлюлозна фильтрующа среда дл очистки воздуха
17
77
0,012
Огнеупорна синтетическа фильтрующа среда дл очистки воздуха
27
83
0,012
Нетканый материал (полиэфир)
1200
15
0,007
5%
55%
Синтетическа /целлюлозна фильтрующа среда дл очистки воздуха
260
76
0,015
6%
17%
Страница: 32
31%
Эффективность
Композита (LEFS)
72%
55%
RU 2 300 543 C2
5
Фильтрующа среда из синтетического
материала и стекловолокна дл очистки
воздуха
31
70
0,012
55%
77%
Фильтрующа среда из синтетического
материала и стекловолокна дл очистки
воздуха
31
70
0,012
50%
90%
Синтетика (Полиэфир-лутрадор)
300
25
0,008
3%
65%
Синтетика (Полиэфир-лутрадор)
0,016
90%
Используема фильтрующа среда была плоской, гофрированной, складчатой, гофрированной и складчатой, в виде плоских листов,
складчатых плоских панелей, складчатых круглых фильтров и зетовых фильтров.
10
15
20
25
30
35
40
45
50
МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ
Тест пропиткой гор чей водой
Использование величины эффективности фильтрации в качестве меры числа тонких
волокон, функционально удерживаемых в структуре, имеет р д преимуществ по сравнению
с другими возможными способами типа оценки по растровой электронной микроскопии.
- мера фильтрации оценивает несколько квадратных дюймов среды, выдающей лучшую
среднюю величину по сравнению с очень небольшой областью, видимой через
сканирующий электронный микроскоп в виде микрофотографий (обычно меньше чем
0,0001 квадратного дюйма)
- измерение фильтрации позвол ет определить число волокон, остающихс функциональными в структуре. Те волокна, которые остаютс , но слиплись вместе или
иным образом изменены в структуре, включены только по их измеренной эффективности и
функциональным возможност м.
Тем не менее, в волокнистых структурах, в которых трудно измерить эффективность
фильтрации, могут использоватьс другие способы дл измерени процента оставшихс волокон и оценки по критерию задержани пор дка 50%.
Описание:
Насто щий тест вл етс ускоренным индикатором влагостойкости фильтрующей
среды. В этом тесте используетс стенд проверки эффективности сло тонкого волокна
(испытательный стенд LEFS) дл измерени изменени рабочих характеристик
фильтрующей среды при погружении в воду. Температура воды вл етс критическим
параметром и выбрана на основе истории срока службы исследуемой среды с целью
свести к минимуму врем испытаний и обеспечени возможности испытани сред
различного типа. Типичные температуры воды составл ют 70°F, 140°F или 160°F (21°C,
60°C или 71°С).
Процедура:
Образец диаметром 4 дюйма вырезаетс из фильтрующей среды. Эффективность
захвата частиц загр знител контрольным образцом рассчитываетс , использу латексные
сферы размером 0,8 µм в виде испытательной загр зн ющей примеси в эффективности
LEFS (дл описани испытани эффективности сло тонкого волокна, см. стандарт ASTM F
1215-89), при этом стенд работает со скоростью 20 футов в минуту. Образец затем
погружаетс в дистиллированную воду (как правило, при температуре 140°F (60°C)) в
течение 5 минут. Затем образец помещаетс на стойку сушилки и высушиваетс при
комнатной температуре (как правило, в течение ночи). После того, как образец высушен,
он неоднократно провер етс на эффективность на испытательном стенде LEFS,
использу те же самые услови дл первоначальных расчетов.
Эти же стадии испытани повтор ютс дл подложки тонкого волокна без самого тонкого
волокна.
Из вышеупом нутой информации можно вычислить составл ющую эффективности
только дл тонкого волокна и результирующую потерю эффективности из-за вредного
воздействи воды. После определени потери из-за тонкого волокна, можно вычислить
величину остаточной эффективности.
Вычислени :
Эффективность сло тонкого волокна:
Еi = Начальна эффективность композита;
Страница: 33
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
Es = Начальна эффективность подложки;
Fe = Слой тонкого волокна
Fe = l-ЕХР (Ln(l-Ei)-Ln(l-Ex))
Остаточна эффективность сло тонкого волокна:
Fi = Начальна эффективность сло тонкого волокна;
Fx = Эффективность пропитанного сло тонкого волокна; Fr = Сохраненное тонкое
волокно
Процент тонких волокон, сохран ющих эффективные функциональные возможности,
также может быть рассчитан по формуле:
Критерий прохождени /не прохождени испытаний: >50% сохранение эффективности
В большинстве промышленных применений фильтров с импульсной очисткой фильтр
будет удовлетворительно работать при сохранении, по меньшей мере, 50% эффективности
тонкого волокна.
Стенд ТНС (Вли ние температуры и влажности)
Описание: цель этого стенда состоит в том, чтобы оценить устойчивость среды из
тонкого волокна воздействию повышенной температуры и высокой влажности при услови х
динамического потока. Испытание предназначено дл моделировани т желых
эксплуатационных режимов при промышленном применении фильтров на входе газовых
турбин или на входе воздушного коллектора двигателей внутреннего сгорани .
Испытательные образцы высушиваютс , и эффективность сло тонкого волокна
провер етс через определенные промежутки времени. Эта система используетс ,
главным образом, дл моделировани гор чих и влажных условий работы, но может также
использоватьс дл моделировани гор чих/холодных сухих рабочих режимов.
Температура -31 до 390°F
Влажность
от 0 до 100% относительной
влажности (максимальна температура дл 100% относительной влажности - 160°F (71°C) и максимальна непрерывна продолжительность при этом условии составл ет 16 часов
30
35
40
45
50
Расход
от 1 до 35 футов в минуту
Процедура: образец диаметром 4 дюйма вырезаетс из фильтрующей среды.
Эффективность захвата частиц загр знител контрольным образцом рассчитываетс ,
использу латексные сферы размером 0,8 µм в виде испытательной загр зн ющей
примеси на испытательном стенде, работающем со скоростью 20 футов в минуту.
Образец затем вставл етс в патрон среды ТНС.
Врем испытаний может исчисл тьс минутами и дн ми в зависимости от условий
испытани .
Затем образец помещаетс на стойку сушилки и высушиваетс при комнатной
температуре (как правило, в течение ночи). После того, как образец высушен, он
неоднократно провер етс на эффективность на испытательном стенде LEFS, использу те же самые услови дл первоначальных расчетов.
Эти же стадии испытани повтор ютс дл подложки тонкого волокна без самого тонкого
волокна.
Из вышеупом нутой информации можно вычислить составл ющую эффективности
только дл тонкого волокна и результирующую потерю эффективности из-за вредного
воздействи воды. После определени потери из-за тонкого волокна можно вычислить
величину остаточной эффективности.
Тест пропиткой этиловым спиртом
Описание: в этом тесте используетс испытательный стенд LEFS дл измерени характеристик фильтрующей среды после ее погружени в этиловый спирт при комнатной
температуре.
Процедура:
Из фильтрующей среды вырезаетс образец диаметром 4 дюйма. Эффективность
Страница: 34
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
захвата частиц загр знител контрольным образцом рассчитываетс , использу латексные
сферы размером 0,8 µм в виде испытательной загр зн ющей примеси на испытательном
стенде работающим со скоростью 20 футов в минуту. Затем образец погружаетс в спирт в
течение 1 минуты.
Затем образец помещаетс на стойку сушилки и высушиваетс при комнатной
температуре (как правило, в течение ночи). После сушки образец неоднократно
провер етс на эффективность на испытательном стенде LEFS, использу те же самые
услови дл первоначальных расчетов. Предыдущие стадии испытани повтор ютс дл подложки тонкого волокна без самого тонкого волокна.
Из вышеупом нутой информации можно вычислить составл ющую эффективности
только дл тонкого волокна и результирующую потерю эффективности из-за вредного
воздействи спирта. После определени потери из-за тонкого волокна можно вычислить
величину остаточной эффективности.
Критерий прохождени /не прохождени испытаний: >50% сохранение эффективности
Приведенные выше описание, примеры и данные обеспечивают полное объ снение
изобретени . Однако могут быть сделаны различные изменени и варианты по отношению
к раскрытому изобретению. Изобретение охвачено пунктами формулы изобретени ,
приведенного на следующих страницах.
Формула изобретени 1. Состав тонкого волокна с диаметром от 0,001 до 2 мкм, включающий полимер
присоединени и приблизительно от 2 до 25 вес.% добавки, причем добавкой вл етс смолистый материал, имеющий молекул рный вес приблизительно от 500 до 3000 и
ароматическую природу, в котором указанна добавка смешиваетс в полимере.
2. Состав по п.1, отличающийс тем, что добавка представл ет собой олигомер,
содержащий третичный бутилфенол.
3. Состав тонкого волокна с диаметром от 0,001 до 2 мкм, включающий полимер
конденсации и смолистую добавку, представл ющую собой олигомер, имеющий
молекул рный вес приблизительно от 500 до 3000 и ароматическую природу, в котором
добавка смешиваетс в полимере конденсации.
4. Состав по п.3, отличающийс тем, что полимер конденсации представл ет собой
нейлоновый сополимер, который объединен со вторым нейлоновым полимером,
отличающийс от нейлонового сополимера по составу мономера или по молекул рному
весу.
5. Состав по п.4, отличающийс тем, что полимеры обрабатываютс с возможностью
сформировать единственный полимерный состав, как он измерен дифференциальным
сканирующим калориметром, показывающим однофазный материал.
6. Состав по п.1, отличающийс тем, что диаметр волокна составл ет от 0,1 до 0,5 мкм.
7. Состав по п.3, отличающийс тем, что волокно представл ет собой продукт реакции
реагента альдегида и смеси нейлона 4,6 и нейлона 6,6.
8. Состав по п.1, отличающийс тем, что добавка формируетс как гидрофобное
покрытие на поверхности тонкого волокна.
9. Состав тонкого волокна, имеющего диаметр от 0,001 до 2 мкм, включающий полимер
конденсации и олигомерный аддитивный состав, имеющий молекул рный вес
приблизительно от 500 до 3000.
10. Состав по п.9, отличающийс тем, что тонкое волокно имеет гидрофобный состав и
гидрофобное и олеофобное покрытие сформированное на волокне.
11. Состав по п.8, отличающийс тем, что волокно, имеет диаметр приблизительно от
0,1 до 0,5 мкм.
12. Состав по п.11, отличающийс тем, что тонкое волокно представл ет собой продукт
реакции реагента альдегида и смеси нейлона 6 и нейлона 6,6 в присутствии спирта С1-24 и
воды.
13. Состав тонкого волокна, с диаметром от 0,001 до 2 мкм, содержащий полимерный
Страница: 35
CL
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
продукт реакции нейлона 6 и нейлонового сополимера, включающего циклический лактам,
мономер диамина С6-10 и двухкислотный мономер С6-10, и смолистую добавку,
представл ющую собой олигомер, имеющий молекул рный вес приблизительно от 500 до
3000 и ароматическую природу, в котором добавка смешиваетс в полимере конденсации.
14. Состав по п.8, отличающийс тем, что дл формировани фильтрующей среды
тонкое волокно имеет размер приблизительно от 0,01 до 0,5 мкм и после выдержки на
воздухе при 60°С и относительной влажности 100% в течение от 1 до 16 ч, по меньшей
мере, 50% волокна остаетс в основном неизменным.
15. Состав по п.8, отличающийс тем, что тонкое волокно формирует слой, который
может быть подвергнут действию спиртового растворител при температуре 21°С, в
результате чего после 5 мин остаетс , по меньшей мере, 50% волокна.
16. Состав по п.14 отличающийс тем, что фильтрующа среда также включает тканую
или нетканую подложку.
17. Состав по п.16, отличающийс тем, что подложка представл ет собой
электростатически спр денную полимерную нетканую ткань.
18. Состав по п.8, отличающийс тем, что тонкое волокно представл ет собой
микроволокно, имеющее диаметр приблизительно от 0,1 до 0,5 мкм.
19. Состав по п.14, отличающийс тем, что фильтрующа среда включает подложку и
слой тонкого волокна.
20. Способ изготовлени состава тонкого волокна, включающего волокна, имеющие
диаметр приблизительно от 0,01 до 0,5 мкм, и поверхностное покрытие, имеющее толщину
менее чем приблизительно 100 А, причем способ включает формирование раствора,
содержащего низший спирт, воду или их смесь и приблизительно от 3 до приблизительно
30% полимера конденсации, отличающегос от сополимера, сформированного из
циклического лактама и мономера диамина С6-10 или двухкислотного мономера С6-10, и
приблизительно от 2 до 25 вес.% добавки на основе полимера, причем указанной добавкой
вл етс смолистый материал, имеющий молекул рный вес приблизительно от 500 до
приблизительно 3000 и ароматическую природу, в котором добавка смешиваетс в
полимере, при этом раствор полимера подвергаетс действию электрического пол с
потенциалом более чем 10?10 3 В, в результате чего в растворе формируютс ускоренные
пр ди раствора, которые при испарении растворител образуют тонкое волокно, собира тонкое волокно на подложке и подверга тонкое волокно и подложку термической
обработке, при этом термическа обработка повышает температуру тонкого волокна до
температуры, не превышающей точки плавлени полимера.
21. Способ изготовлени состава тонкого волокна, включающего волокна, имеющие
диаметр приблизительно от 0,01 до 0,5 мкм, и поверхностное покрытие, имеющее толщину
менее чем приблизительно 100 А, причем способ включает формирование раствора,
содержащего низший спирт, воду или их смеси и приблизительно от 3 до приблизительно
30 вес.% полимера присоединени и приблизительно от 2 до 25 вес.% добавки, на основе
полимера, указанной добавкой вл етс смолистый материал, имеющий молекул рный вес
приблизительно от 500 до приблизительно 3000 и ароматическую природу, в котором
добавка смешиваетс в полимере, при этом раствор полимера подвергаетс действию
электрического пол с потенциалом более чем 10?10 3 В, в результате чего в растворе
формируютс ускоренные пр ди раствора, которые при испарении растворител образуют
тонкое волокно, собира тонкое волокно на подложке и подверга тонкое волокно и
подложку термической обработке, при этом термическа обработка повышает температуру
тонкого волокна до температуры, не превышающей точки плавлени полимера.
22. Способ изготовлени состава тонкого волокна, выполненного из волокна, имеющего
диаметр приблизительно от 0,01 до 0,5 мкм, и поверхностное покрытие, имеющее толщину
менее чем приблизительно 100 А, причем способ включает формирование раствора,
содержащего низший спирт, воду или их смеси и приблизительно от 3 до приблизительно
30 вес.% полимерного состава, содержащего смесь нейлонового гомополимера и
нейлонового сополимера, включающего структурные единицы производные от
Страница: 36
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
циклического лактама, мономера диамина С6-10 и двухкислотного мономера С6-10 и
приблизительно от 2 до 25 вес.% добавки, на основе полимера, причем указанной
добавкой вл етс смолистый материал, имеющий молекул рный вес приблизительно от
500 до приблизительно 3000 и ароматическую природу, в котором добавка смешиваетс в
полимере, при этом раствор полимера подвергаетс действию электрического пол с
потенциалом более чем 10?10 3 В, в результате чего в растворе формируютс ускоренные
пр ди раствора, которые при испарении растворител образуют тонкое волокно, собира тонкое волокно на подложке и подверга тонкое волокно и подложку термической
обработке, при этом термическа обработка повышает температуру тонкого волокна до
температуры, не превышающей точки плавлени полимера.
23. Способ изготовлени тонко волоконного материала, выполненного из волокна,
имеющего диаметр приблизительно от 0,01 до 2 мкм, и сформированного из линейного
полимера, добавки и катализатора включающий формирование раствора, содержащего
низший спирт, воду или их смеси и приблизительно от 3 до 30 вес.% полимерного
состава, при этом полимерный раствор подвергаетс воздействию электрического пол потенциалом более порогового потенциала в вольтах, при котором в растворе
формируютс ускоренные пр ди раствора, которые высушивают до тонкого волокна,
собира тонкое волокно на подложке и подверга тонкое волокно термической обработке,
при этом термическа обработка повышает температуру тонкого волокна до температуре,
не превышающей точки плавлени полимера, формирующего волокно.
24. Состав тонкого волокна, представл ющий собой полимер присоединени и добавку
или сшивающий агент, при этом добавкой вл етс смолистый материал, имеющий
молекул рную массу приблизительно от 500 до 3000 и ароматическую природу, при этом
добавка смешиваетс с полимером, волокно, имеющее диаметр от 0,01 до 5 мкм, при этом
волокна после выдержки на воздухе при температуре 140° по Фаренгейту и относительной
влажности 100% в течение 1-16 ч, остаютс в основном неизменными, по меньшей мере,
на 50%.
25. Состав тонкого волокна по п.24, отличающийс тем, что тонкое волокно
представл ет собой продукт реакции смолы полимера присоединени и сшивающего
агента, при этом волокно имеет размер приблизительно от 0,01 до 0,5 мкм, в котором
после выдержки на воздухе при температуре 60°С и относительной влажности 100% в
течение от 1 до 16 ч, по меньшей мере, 50% тонкого волокна остаетс в основном
неизменным.
26. Состав тонкого волокна по п.24, отличающийс тем, что тонкое волокно
представл ет собой смесь двух смол полимеров присоединени и имеет диаметр от 0,01
до 0,2 мкм.
27. Состав тонкого волокна по п.24, отличающийс тем, что тонкое волокно
представл ет собой сшитый поливиниловый спирт, при этом волокно имеет диаметр
приблизительно от 0,01 до 2 мкм.
28. Состав тонкого волокна, содержащий полимер конденсации и добавку или
сшивающий агент, при этом добавкой вл етс смолистый материал, имеющий
молекул рную массу приблизительно от 500 до 3000 и ароматическую природу, при этом
добавка смешиваетс с полимером, волокно, имеющее диаметр от 0,01 до 5 мкм, при этом
волокна после выдержки на воздухе при температуре 60°С и относительной влажности
100% в течение 1-16 ч, остаютс в основном неизменными, по меньшей мере, на 50%.
29. Состав тонкого волокна по п.28, отличающийс тем, что тонкое волокно
представл ет собой продукт реакции смолы полимера конденсации и сшивающего агента,
при этом волокно имеет размер приблизительно от 0,01 до 0,5 мкм, в котором после
выдержки на воздухе при температуре 60°С и относительной влажности 100% в течение от
1 до 16 ч, по меньшей мере, 50% тонкого волокна остаетс в основном неизменным.
30. Состав тонкого волокна по п.28, в котором тонкое волокно представл ет собой
смесь двух смол полимеров конденсации и имеет диаметр от 0,01 до 0,2 мкм.
31. Состав тонкого волокна по п.28, в котором тонкое волокно представл ет собой
Страница: 37
RU 2 300 543 C2
сшитый поливиниловый спирт, при этом волокно имеет диаметр приблизительно от 0,01 до
2 мкм.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Страница: 38
RU 2 300 543 C2
Страница: 39
DR
RU 2 300 543 C2
Страница: 40
RU 2 300 543 C2
Страница: 41
RU 2 300 543 C2
Страница: 42
RU 2 300 543 C2
Страница: 43
RU 2 300 543 C2
Страница: 44
RU 2 300 543 C2
Страница: 45
RU 2 300 543 C2
Страница: 46
RU 2 300 543 C2
Страница: 47
?рик и не растеклась по поверхности мата. Мы изменили поверхность
образца 6В, чтобы сделать его водоотталкивающим, добавив олигомеры p-t-бутилфенола.
Продукт этого типа может быть использован в качестве средства удалени вод ного
тумана, поскольку капли воды не будут проходить через поверхностный слой из тонких
волокон образца 6В.
Образцы 6А, 6В и копи образца из раздела 5 были помещены в термостат, в котором
была установлена температура 310°F (154°C). Таблица 5 показывает, что образцы 6А и
6В не изменились, в то врем как образец из раздела 5 был сильно поврежден.
Таблица 5
Остаточна эффективность тонкого волокна после выдержки при 154°С
Образец
После 6 часов
После 77 часов
Образец 6А
100%
100%
Образец 6В
100%
100%
Образец 5
34%
33%
20
25
30
35
40
45
50
В то врем как добавление олигомера только к полимеру А повышает стойкость сло тонкого волокна при высокой температуре, добавление добавки 7 не оказывает вли ни на
действие высокой температуры.
Мы доказали, что смесь трехзвенного полимера сополиамида, модифицированного
алкоксиалкилом нейлона 66 и олигомеров t-бутилфенола, обеспечивает лучшие продукты с
повышенной продуктивностью в промышленности при работе тонких волокон в т желых
услови х, чем люба из смесей трехзвенного полимера сополиамида и олигомера tбутилфенола или трехзвенного полимера сополиамида и модифицированного
алкоксиалкилом нейлона 66. В свою очередь эти две смеси компонентов вл ютс более
совершенными по сравнению с системой из одного компонента.
Пример 7
Смесь совместимых полимеров полиамидов и бисфенола А
Новое семейство полимеров может быть подготовлено путем окислительной св зи
фенольного кольца (Пекора, А; Сайрус, В., патент США 4900671 (1990 г.) и Пекора, А;
Сайрус, В; Джонсон, М. Патент США 5153298 (1992 г.)). Особый интерес представл ет
полимер, изготовленный из бисфенола А, поставл емого корпорацией Энзимол (Enzymol).
Окисление бисфенола А в присутствии катализатора пероксидазы соевого масла может
начинатьс с любой стороны из двух -ОН групп в бисфеноле А. В отличие от
поликарбоната на основе бисфенола А, который имеет линейную структуру, этот тип
полимера бисфенола А образует очень разветвленные полимеры. Благодар разветвленной природе этого полимера он может снизить в зкость смеси полимеров.
Мы обнаружили, что этот тип полимера бисфенола А может быть смешан в растворе с
полиамидами. Приведенный Хансеном параметр растворимости дл нейлона равен 18,6.
(стр.317, Справочник параметров растворимости и других параметров сцеплени , ред.
А.Бартон, издание CRC Press, Бока Ратон, Флорида, 1985 г.). Если вычисл ть параметр
растворимости (стр. 61, Справочник параметров растворимости), то расчетный параметр
растворимости равен 28,0. Из-за разницы в значени х параметра растворимости не
следует ожидать, что эти компоненты будут смешиватьс друг с другом. Однако мы
обнаружили, что в растворе этилового спирта была приготовлена смесь 50:50 смолы
бисфенола А с молекул рным весом 3.000 и сополиамида. Обща концентраци в
растворе равн лась 10%. Один сополиамид давал бы диаметр волокна 0,2 микрона. Смесь
давала слой волокон около 1 микрона. Бисфенол А с молекул рным весом 7.000
неустойчив в смеси с сополиамидом и стремитс выпадать в осадок.
Страница: 27
RU 2 300 543 C2
5
10
ДСК смеси 50:50 обеспечивает недостаточную температуру плавлени . Сополиамид
имеет температуру плавлени около 150°С, а смола из бисфенола А - стекловидный
полимер с Tg около 100. Смесь плохо плавитс . Когда волоконный мат нагреваетс до
100°С, он исчезает. Эта смесь дает отличную фильтрующую среду, если максимальна рабоча температура вл етс невысокой, но требуетс низкий перепад давлени . Эта
полимерна система не сшиваетс приемлемым способом.
Полимер 8
Двойна роль полимера бисфенола А в качестве растворител и твердого тела в смеси
Удивительна роль смеси с полимером бисфенола А состоит в том, что в растворе
полимер бисфенола А ведет себ как растворитель, а в твердом виде полимер действует
как тверда фаза. Мы нашли, что двойна роль полимера бисфенола А действительно
уникальна.
Был создан следующий состав, г:
Модифицированный алкоксилом полиамид 66: полимер В 80
15
Смола бисфенола А (мол. вес 3.000):
полимер С 108
Этиловый спирт типа 190
20
25
30
827
Ацетон
218
Деионизированна вода
167
Катализатор
9,3
В зкость этой смеси, измеренна вискозиметром Брукфильда, равн лась 32,6
сантипуаз. Обща концентраци полимера была 19,2%. В зкость полимера В при 19,2%
равна более 200 сантипуаз. В зкость одного 12% полимера В в подобном растворе равна
примерно 60 сантипуазам. Это вл етс рким примером того, что смола бисфенола А
действует как растворитель, потому что в зкость общего раствора ниже ожидаемой.
Полученный диаметр волокна был равен 0,157 микрона. Если при формировании волокна
участвовал бы один полимер В, ожидаемый размер волокна был бы менее 0,1 микрона.
Иначе говор , полимер С участвует в формировании волокна. Мы не знаем какого-либо
другого случа сохранени такой поразительной эффективности и неизменности размера
волокна. Это показывает, что полимер С участвует в сшивании как твердый полимер.
Другой раствор полимера был приготовлен следующим образом, г:
Модифицированный
алкоксиалкилом полиамид 66:
Полимер В 225
Смола бисфенола А (мол. Вес 3000): Полимер С 135
Этиловый спирт типа 190
35
40
45
50
778
Ацетон
205
Деионизированна вода
157
Катализатор
11,6
В зкость этой смеси равн лась 90,2 сантипуазам. Это очень низкое значение в зкости
дл 24% твердой фазы. Кроме того, это вл етс свидетельством действи полимера С в
качестве растворител в этом растворе. Однако когда они пр дутс в волокно в
электростатическом поле, диаметр волокна равен 0,438 микрона. 15% раствор одного
полимера В дал бы волокно диаметром около 0,2 микрона. В конечном состо нии полимер
С способствует увеличению размера волокна. Кроме того, этот пример показывает, что
этот тип полимера с разветвленной цепью действует в растворе как растворитель, а в
конечном состо нии - как тверда фаза. После погружени в раствор этилового спирта
сохран етс 77,9% эффективности фильтрации, а размер волокна осталс неизменным.
Пример 9
Получение сшитых смесей полиамидов/полимера бисфенола А
Были приготовлены три различных образца путем сочетани смол, спиртов и воды,
смешива их в течение 2 часов при температуре 60°С. Раствор охлаждалс до комнатной
температуры, и к нему добавл лс катализатор, и эта смесь перемешивалась еще 15
минут. После этого измер лась в зкость раствора и из него пр лись волокна.
Следующа таблица показывает эти образцы:
Страница: 28
RU 2 300 543 C2
Состав (г)
5
10
15
20
Образец 9А Образец 9В Образец 9С
Полимер В
12,6
14,7
Полимер А
3,6
5,4
3,6
6,3
Полимер С
7,2
10,8
12,6
Этанол 190
89,3
82,7
79,5
Изопропанол
23,5
21,8
21,0
Деионизированна вода
18,0
16,7
15,9
Катализатор
0,45
0,58
0,79
В зкость (сантипуазы)
22,5
73,5
134,2
Размер волокна (микрон)
0,14
0,258
0,496
Мы вы снили, что эта смесь эффективно создает волокна, вырабатыва примерно на
50% больше массы волокон по сравнению с составом из полимера А. Кроме того,
полученные полимерные микроволокна позвол ют изготовить химически стойкое волокно.
После погружени в спирт фильтр, изготовленный из этих волокон, сохран ет более 90%
эффективности фильтрации и неизменный диаметр волокна, хот полимер, способный
сшиватьс , составл ет всего 44% твердой фазы. Этот трехполимерный композит,
состо щий из сополиамида, модифицированного алкоксиалкилом нейлона 66 и бисфенола
А, создает химически стойкий материал, отлично формирующий волокно.
Пример 10
Модифицированный алкоксиалкилом сополимер нейлона 66 и нейлона 46
В 40-литровом реакторе высокого давлени были выполнены следующие реакции, и
полученные полимеры были проанализированы. После того, как была достигнута нужна температура реакции, были добавлены катализаторы и реакци длилась 15 минут. После
этого раствор полимера был охлажден, осажден, полимер был промыт и высушен.
Содержимое реактора (фунты) Цикл 10А Цикл 10В Цикл 10С Цикл 10D Цикл 10D
25
Нейлон 4,6 (duPont Zytel 101)
10
5
5
5
5
Нейлон 6,6 (DSM Stanyl 300)
0
5
5
5
5
8
Формальдегид
30
8
10
8
10
Деионизированна вода
0,2
0,2
2
0,2
2
Метиловый спирт
22
20
20
20
20
Температура реакции (°С)
140
140
140
150
150
Tg (°С)
56,7
38,8
37,7
38,5
31,8
Tm (°С)
241,1
162,3
184,9
Алкокси (вес.%)
11,9
11,7
7,1
11,1
8,4
Метилол (вес.%)
0,14
0,13
0,14
0,26
0,24
189,5
Уровень замещени 35
40
ДСК полимера, выполненна с нейлоном 46 и нейлоном 66, показывает широкий
разброс температуры плавлени одиночного компонента, котора ниже, чем температура
плавлени модифицированного нейлона 46 (241°С) или модифицированного нейлона 66
(210°С). Это вл етс свидетельством того, что во врем реакции оба компонента
произвольно распределены вдоль цепи полимера. Таким образом, мы убеждены, что
добились получени произвольного сополимера нейлона 46 и нейлона 66 с модификацией
алкоксиалкилом. Эти полимеры растворимы в спиртах и смес х спирта с водой.
Свойство
Стандарт ASTM Нейлон 6,6 Нейлон 4,6
265 °С
295 °С
Прочность на раст жение
D-638
13.700
8.500
Удлинение при разрыве
D-638
15-18
60
Предел текучести при раст жении
D-638
8000-12000
Прочность на изгиб
D-790
17.800
11.500
Модуль изгиба Ч10 3 фунтов на квадратный дюйм
D-638
230-550
250
D-256A
0,55-1,0
17
D-648
158
194
Tm
45
Твердость на удар фут-фунт/дюйм выемки
50
Прогиб под изгибающей нагрузкой 264 фунт/кв. дюйм
Оба эти полимера вл ютс полностью кристаллическими и не раствор ютс в
обыкновенных спиртах. Источник: «Современна энциклопеди пластиков», 1998 г.
Пример 11:
Страница: 29
RU 2 300 543 C2
5
Получение сополимера сополиамидов и алкоксилалкила модифицированного
сополимера нейлона 46/66 и формирование электроспр денных волокон
Образцы 10В и 10D были преобразованы в волокна, использу вышеописанный способ.
Модифицированный алкоксилалкилом нейлон 46/66 (полимер D) был успешно спр ден в
электрическом поле. Смешивание полимера D с полимером А обеспечивает
дополнительную выгоду в смысле более эффективного формировани волокна и
возможность получени больших волокон без ухудшени способности полимера D к
сшиванию, как можно видеть из следующей таблицы:
Полимер 10В
Один
10
с/30%
Полимер 10D
Один
Полимер А
Размер волокна, µм
0.183 0.464
Массовое отношение волокна 1 1
с/30%
Полимер А
0.19 0.3
3
1
2
90
92
90
Эффективность фильтрации
Удерживающа способность (%) 87
15
20
25
Массовое отношение волокна рассчитано по формуле (полна длина волокна,
умноженна на площадь поперечного сечени ). Удерживающа способность или
эффективность фильтрации измер етс , пропитыва образец фильтра в этиловом спирте.
Размер волокна после пропитки спиртом не изменилс .
Пример 12
Спр денный в электрическом поле сшитый поливинилацетат
Порошки поливинилацетата (ПВА) были закуплены на фирме Aldrich Chemicals. Они
раствор лись либо в воде, либо в смеси 50/50 метанола и воды. Они были смешаны с
агентом сшивани и катализатором сульфоновой кислоты толуола прежде, чем
подвергнутьс процессу электропр дени . Конечный волоконный мат был сшит в печи при
температуре 150°С в течение 10 минут перед передачей на стенд ТНС.
30
35
40
45
50
Пример 13
В качестве подложки использовалась обычна целлюлозна среда. Эта подложка имела
вес 67 фунтов на 3000 квадратных футов, проницаемость по Фрейзеру 16 футов в минуту
Страница: 30
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
при 0,5 дюйма вод ного столба, толщиной 0,012 дюймов и эффективности сло тонкого
волокна 41,6%. Слой тонкого волокна примера 1 был добавлен к поверхности, использу процесс, описанный выше дл номинального волокна диаметром 0,2 микрона. Полученный
композит имеет эффективность сло тонкого волокна 63,7%. После выдержки при 140°F
(60°C) на воздухе при относительной влажности 100% в течение 1 часа один образец
подложки был охлажден и высушен, после чего эффективность сло тонкого волокна
составила 36.5%. После выдержки при 140°F (60°C) на воздухе при относительной
влажности 100% в течение 1 часа образец композита был охлажден и высушен, после чего
эффективность сло тонкого волокна составила 39,7%. Использу описанные выше
математические формулы, было найдено, что остаточна эффективность сло тонкого
волокна после 1 часа выдержки составила 13%, при этом число эффективных тонких
волокон составило 11%.
Пример 14
В качестве подложки использовалась обычна целлюлозна среда. Эта подложка имела
основной вес 67 фунтов на 3000 кв. футов, проницаемость по Фрейзеру 16 футов в минуту
при 0,5 дюйма вод ного столба, толщину 0,012 дюймов при эффективности сло тонкого
волокна 41,6%. Слой тонкого волокна примера 5 был добавлен к поверхности, использу процесс, описанный выше дл номинального волокна диаметром 0,2 микрона. Полученный
композит имел эффективность сло тонкого волокна 96,0%. После выдержки при 160°F
(71°C) на воздухе при относительной влажности 100% в течение 3 часов один образец
подложки был охлажден и высушен, после чего эффективность сло тонкого волокна
составила 35,3%. После выдержки при 160°F (71°C) на воздухе при относительной
влажности 100% в течение 3 часов образец композита был охлажден и высушен, после
чего эффективность сло тонкого волокна составила 68,0%. Использу описанные выше
математические формулы, было найдено, что эффективность сло тонкого волокна после 3
часов выдержки составила 58%, при этом число эффективных тонких волокон составило
29%.
Пример 15
В качестве подложки использовалась обычна целлюлозна среда дл фильтрации
воздуха. Эта подложка имела основной вес 67 фунтов на 3000 квадратных футов,
проницаемость по Фрейзеру 16 футов в минуту при 0,5 дюйма вод ного столба, толщину
0,012 дюйма при эффективности сло тонкого волокна 41,6%. Слой тонкого состо л из
смеси полимера А и полимера В, причем, как описано в примере 6, полимер был добавлен
к поверхности, использу процесс, описанный выше дл номинального волокна диаметром
0,2 микрона. Полученный композит имел эффективность сло тонкого волокна 92,9%.
После выдержки при 160°F (71°C) на воздухе при относительной влажности 100% в течение
3 часов один образец подложки был охлажден и высушен, после чего эффективность сло тонкого волокна составила 35,3%. После выдержки при 160°F (71°C) на воздухе при
относительной влажности 100% в течение 3 часов образец композита был охлажден и
высушен, после чего эффективность сло тонкого волокна составила 86,0%. Использу описанные выше математические формулы, было найдено, что эффективность сло тонкого волокна после 3 часов выдержки составила 96%, при этом число эффективных
тонких волокон составило 89%.
Пример 16
В качестве подложки использовалась обычна целлюлозна среда дл фильтрации
воздуха. Эта подложка имела основной вес 67 фунтов на 3000 квадратных футов,
проницаемость по Фрейзеру 16 футов в минуту при 0,5 дюйма вод ного столба, толщину
0,012 дюймов при эффективности сло тонкого волокна 41,6%. Слой тонкого волокна
полимера А, полимера В, олигомера фенола тетрабутила, как описано в примере 6, был
добавлен к поверхности, использу процесс, описанный выше дл номинального волокна
диаметром 0,2 микрона. Полученный композит имел эффективность сло тонкого волокна
90,4%. После выдержки при 160°F (71°C) на воздухе при относительной влажности 100% в
Страница: 31
RU 2 300 543 C2
5
10
15
20
течение 3 часов один образец подложки был охлажден и высушен, после чего
эффективность сло тонкого волокна составила 35,3%. После выдержки при 160°F (71°С)
на воздухе при относительной влажности 100% в течение 3 часов образец композита был
охлажден и высушен, после чего эффективность сло тонкого волокна составила 87,3%.
Использу описанные выше математические формулы, было найдено, что эффективность
сло тонкого волокна после 3 часов выдержки была 97%, при этом число эффективных
тонких волокон составило 92%.
Пример 17
В качестве подложки использовалась обычна целлюлозна среда дл фильтрации
воздуха. Эта подложка имела основной вес 67 фунтов на 3000 квадратных футов,
проницаемость по Фрейзеру 16 футов в минуту при 0,5 дюйма вод ного столба, толщину
0,012 дюйма при эффективности сло тонкого волокна 41,6%. Слой тонкого волокна в виде
сшитого ПВА с полиакриловой кислотой примера 12 был добавлен к поверхности,
использу процесс, описанный выше дл номинального волокна диаметром 0,2 микрона.
Полученный композит имел эффективность сло тонкого волокна 92,9%. После выдержки
при 160°F (71°С) на воздухе при относительной влажности 100% в течение 2 часов один
образец подложки был охлажден и высушен, после чего эффективность сло тонкого
волокна составила 35,3%. После выдержки при 160°F (71°C) на воздухе при относительной
влажности 100% в течение 2 часов образец композита был охлажден и высушен, после
чего эффективность сло тонкого волокна составила 83,1%. Использу описанные выше
математические формулы, было найдено, что эффективность сло тонкого волокна после 2
часов выдержки составил 89%, при этом число эффективных тонких волокон составило
76%.
Пример 18
Были изготовлены следующие фильтрующие среды, использу способы, описанные в примерах 1-17
Примеры фильтрующих сред
25
Подложка
30
35
40
Проницаемость
Основной вес
Толщина Эффективность Эффективность
подложки (Фрейзер) подложки
подложки тонкой подложки композита (LEFS)
(фунт/30000 кв. фут) (дюймы) (LEFS)
Одиночное тонкое волокно на одной
подложке (поток проходит через
среду в любом направлени?
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
1 046 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа