close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 10306

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.02.28
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
D 01D 5/00
D 01F 6/02
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА ИЗ
ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА
(21) Номер заявки: a 20040915
(22) 2004.10.06
(43) 2006.04.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт механики
металлополимерных систем имени
В.А.Белого Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Гракович Петр Николаевич;
Толстопятов Евгений Максимович;
Иванов Леонид Федорович; Рябченко Игорь Леонидович; Калинин
Леонид Александрович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное научное учреждение "Институт
механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси" (BY)
BY 10306 C1 2008.02.28
BY (11) 10306
(13) C1
(19)
(56) Толстопятов Е.М. и др. // Вопросы химии и химической технологии. - 2002. № 3. - С. 128-131.
Иванов Л.Ф. Физика и технология лазерной переработки политетрафторэтилена в волокнисто-пористые материалы: Автореф. дис. … к.т.н. - Гомель,
1998.
Назьмов В.П. и др. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2001. - № 3. С. 10-14.
US 3766031, 1973.
EP 0017349 A1, 1980.
US 5444103 A, 1995.
JP 07118423 A, 1995.
RU 2107556 C1, 1998.
RU 2207351 C2, 2003.
RU 2211228 C2, 2003.
(57)
Способ получения волокнистого материала из политетрафторэтилена, включающий
разложение блока полимера излучением CO2-лазера в вакууме и улавливание выделяющихся волокон, отличающийся тем, что блок политетрафторэтилена предварительно обрабатывают жестким электронным или электромагнитным излучением.
Изобретение относится к области технологий получения волокнистого материала из
политетрафторэтилена (ПТФЭ).
ПТФЭ обладает уникальным комплексом свойств, таких как высокая химическая
стойкость, термостойкость, низкие коэффициент трения и адгезия. Он не подвергается изменениям под воздействием любых растворителей, а при нагревании вплоть до температуры разложения не переходит в вязко-текущее состояние. Это исключает переработку
ПТФЭ в волокнистые и волокнисто-пористые материалы методами, используемыми для
других полимеров, например экструзией и вытяжкой расплава или раствора.
В целом существует небольшое число методов получения волокнисто-пористого материала (ВПМ) из ПТФЭ.
BY 10306 C1 2008.02.28
Известен способ получения волокнисто-пористого материала из ПТФЭ путем скоростной вытяжки (экспандирования) пленки в 1 или 2-х координатах [1]. В результате получаются мембраны с пористостью 50 % и диаметром пор 0,1-1 мкм. Получаемые материалы
(наиболее известный - американский GORTEX) находят широкое применение в ультрафильтрации, для изготовления протезов кровеносных сосудов, спортивной одежды и
т.п. Однако из-за относительно малой пористости материал, получаемый таким способом,
невозможно применять в качестве фильтров в устройствах, где необходимо пропускание
большого потока при малом сопротивлении. Из-за малого размера пор и невысокой общей
пористости такие материалы обладают низкой грязеемкостью.
Известен ряд методов получения пористой или волокнисто-пористой системы из
ПТФЭ, заключающихся в смешении с последующим совмещением (прессованием, прокаткой и т.п.) порошка из этого полимера со вспомогательным материалом с последующим его удалением. Например, в [2, 3] описан способ формования волокон из смеси
ПТФЭ и пластифицированного диметилфталатом полистирола с последующим удалением
полистирола термообработкой волокон при температуре 375 °С (648 К), при которой полистирол полностью деструктирует до газообразных продуктов. Также используются способы, основанные на переработке смесей, включающих частицы ПТФЭ и технологический полимер (поливиниловый спирт, вискоза), с последующей термической и
химической переработкой получаемой системы, в результате которой вспомогательный
полимер разрушается и удаляется, а частицы ПТФЭ спекаются, превращаясь в микроволокна [4]. Также существует способ получения волокна из ПТФЭ, заключающийся в смешении порошка ПТФЭ с каким-либо вязким маслом (машинным, растительным). Смесь
раскатывают на валках в течение 3-5 часов до образования мелких волокон, а затем промывкой водой отделяют масло, а водную часть удаляют с помощью метанола. Оставшийся продукт обжигают в печи в течение 2-3 часов при температуре 320-370 °С (593-643 К) и
получают шерстеобразное волокно [5].
Все эти способы позволяют получать пористую систему значительной толщины с порами в 0,1...1 мкм и общей пористостью 10...40 %. Такие пористые и волокнисто-пористые
системы эффективны в качестве фильтров тонкой очистки, барботеров в электронной и
химической промышленности. Но их основными недостатками являются: сложность и
многоступенчатость технологического процесса, низкое качество получаемого волокна,
обусловленное использованием вспомогательных продуктов (масел), не удаляемых полностью из конечного продукта и ухудшающих свойства получаемой ваты. Образующиеся
волокна имеют весьма небольшие размеры, не превышающие долей миллиметра, что обусловлено малым объемом исходных частиц ПТФЭ (диаметр несколько мкм, максимум
сотни мкм). Это, естественно, приводит к ограничению механической прочности и пористости системы, а также исключает изготовление тонкостенных деталей. Малая пористость
при большой толщине ограничивает грязеемкость фильтра.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому
конечному результату является способ получения ВПМ путем разложения блочного
ПТФЭ под действием СО2-лазера в вакууме [6, прототип]. Блочный ПТФЭ помещают в
вакуум или инертную среду с давлением остаточных или инертных газов 5·105 Па и менее,
обрабатывают излучением СО2-лазера с плотностью мощности 105-108 Вт/м2 и удаляют
образовавшиеся волокна из зоны облучения. Физический принцип этого способа состоит в
избирательном аномально быстром низкотемпературном разложении части полимера до
мономера (ТФЭ) с вытяжкой образующимися газами расплава в струи, застывающие в виде волокон.
Количественный выход ваты, а также размер волокон определяются условиями обработки полимера. В условиях вакуума или инертной газовой среды при давлении менее
5·102 Па и выше выход ваты не превышает 1-3 %, а длина волокна - 0,5 мм. При давлениях
менее 5·102 Па (до минимально достижимых в технологических вакуумных установках 2
BY 10306 C1 2008.02.28
1·10-5 Па) выход ваты составляет 10-15 %, а размер волокон - 1-5 мм. Преимуществом данного метода является одностадийность процесса, отсутствие контакта ПТФЭ с другими
загрязняющими веществами, а также возможность переработки отходов ПТФЭ.
Получаемые в ходе данного процесса волокна перерабатываются в ВПМ типа "Грифтекс" [7], находят широкое применение в качестве фильтров для очистки сжатого воздуха
от капель воды и масла, для очистки трансформаторного масла и дизельного топлива от
воды, в улавливании кислотных аэрозолей в установках для промывки бриллиантов.
Основным недостатком способа-прототипа является низкий выход волокон. Естественно, используемый принцип раздувания расплава ПТФЭ потоком мономера, который
образуется при деполимеризации другой части этого полимера, исключает достижение
100 % выхода. Получаемый ТФЭ является отдельным ценным продуктом и может быть
использован, например, в органическом синтезе.
Основной задачей данного изобретения является увеличение выхода волокна.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получении волокнистого материала из политетрафторэтилена, включающего разложение блока полимера излучением
СО2-лазера в вакууме и улавливание выделяющихся волокон, согласно изобретению блок
политетрафторэтилена предварительно обрабатывают жестким электронным или электромагнитным излучением. Последующее лазерное разложение облученного полимера
происходит с увеличенным в 1,5-2,5 раза выходом волокон, с 10-15 % до 32-36 %.
Способ осуществляется следующим образом. Исходный образец блочного ПТФЭ облучают ионизирующим излучением. Затем образец помещают в герметичную камеру, в
которой известным способом создают вакуум или инертную газовую среду с необходимым давлением остаточных или инертных газов, а затем образец облучают непрерывным
излучением СО2-лазера, которое вводят в камеру через прозрачное для ИК-излучения окно. Требуемое давление в камере поддерживается непрерывной или периодической откачкой камеры. Для полного использования исходного образца, если площадь облучаемой
поверхности больше диаметра луча, сканируют лучом по поверхности или перемещают
образец относительно луча. Образовавшуюся вату удаляют из зоны облучения. Это можно
производить как непрерывно во время процесса облучения, так и периодически, при вакуумированной камере, или при периодической разгерметизации камеры.
Установлено, что разные образцы исходного необлученного ПТФЭ дают разный выход волокон, колеблющийся в диапазоне 10...15 %. На отдельных образцах, с использованием специальных приемов их подготовки, удается довести выход до 20 с небольшим %.
Так, выход волокон зависит от предыстории образца (например от режимов спекания) и
партии полимера, производителя. Использование предварительного облучения во всех
случаях приводит к увеличению выхода волокон до величин, превышающих 30 %, но не
наблюдается однозначной количественной зависимости между выходом и дозой облучения при использовании образцов разных партий. Кроме этого, не существует четкого порога стабилизации выхода волокон при росте дозы предварительного облучения. На основании этого авторы считают возможным заявить в качестве отличительного единственный
признак - "облучение ионизирующим излучением", без указания границ дозы.
Пример осуществления способа.
1. В гамма-установке "РХМ-гамма-20" излучением изотопа 60Со облучали образцы
ПТФЭ размером 10·20·40 мм разными дозами. Затем образцы поочередно помещали в вакуумную камеру установки ВУП-4 и вакуумировали до исходного давления 1·10-3 Па. Образцы облучали непрерывным излучением СО2-лазера ЛГН-703 мощностью 35 Вт с диаметром пятна на мишени 10 мм. Время облучения лазером - 30 с. Камеру снова
откачивали для удаления ТФЭ. После разгерметизации образцы и образовавшиеся волокна взвешивали. Данные приведены в таблице.
2. Контрольный опыт. Полное повторение опыта № 1, но образец ПТФЭ предварительно не облучали ионизирующим излучением.
3
BY 10306 C1 2008.02.28
3. На ускорителе электронов ИЛУ-8 облучили образец ПТФЭ размером 10·20·40 мм
электронами с энергией 8 МэВ дозой 0,1 МГр. Далее проводятся все действия, описанные
в опыте № 1.
№ опыта
Доза, МГр
1
2
3
4 контрольный
0,10
0,20
0,50
0
Потеря массы
блока, г
0,1510
0,1616
0,1642
0,1682
Масса волокон
ПТФЭ, г
0,03624
0,04621
0,05944
0,02068
Выход волокон
ПТФЭ, %
24,0
28,6
36,2
12,3
Предлагаемый способ получения ваты из ПТФЭ является усовершенствованием существующего и создает положительный эффект, обусловленный увеличением выхода готового продукта до 30-35 массовых процентов. При относительно малом выходе готового
продукта при производстве ваты увеличение его в 2-3 раза от прототипа является существенным. Кроме того, экономится дорогостоящий исходный материал.
Источники информации:
1. Патент 3953566 США, МПК В 29D 7/24. Process for producing porous product / Gore
Robert W. (США); W.L. Gore & Associates, Inc. - № 376188; Заявл. 3.07.73; Опубл. 27.04.76;
НКИ 264-288. 4 с.
2. Патент США № 3074901, кл. 260-318, 1963.
3. Патент США № 3147323, кл. 264-211, 1964.
4. Сигал М.Б. Фторволокна. - В кн.: Энциклопедия полимеров.
5. Патент Японии № 12215, Кл. 42Д2, 1961.
6. Е.М. Толстопятов, П.Н. Гракович, Л.Ф. Иванов, И.Л. Рябченко. О механизме образования волокон при лазерной абляции политетрафторэтилена // Вопросы химии и химической технологии. - № 3. - 2002. - С. 128-131.
7. Н. Гракович, Л.Ф. Иванов, И.Л. Рябченко, Е.М. Толстопятов. Лазерная технология
получения волокнисто-пористого политетрафторэтилена "Грифтекс" // Фторполимерные
материалы: фундаментальные, прикладные и производственные аспекты: Тезисы семинара. - Истомино, 9-11 августа 2003. Новосибирск, 2003. - С. 45-46.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
88 Кб
Теги
10306, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа