RU2086575C1

RU2086575C1 - Method for preparing porous material

Info

Publication number: RU2086575C1
Application number: RU95118457A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Айвазов; В.Н. Барсук; А.В. Гуцев; Н.М. Конышев; В.Ф. Корчаков; С.С. Нещерет; А.Г. Носова; С.Ф. Подчайнов; О.Ф. Татаренко; А.Л. Фицнер; Г.А. Хаменок; А.И. Чиж; Л.Ф. Южанинов
Original assignee: Татаренко Олег Федорович; Носова Антонина Георгиевна; Конышев Николай Михайлович; Айвазов Юрий Васильевич; Чиж Александр Ильич
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 1995-10-30
Publication date: 1997-08-10

Abstract

FIELD: manufacture of filters for cleaning liquids, and gases, for encapsulation of toxic chemicals, fragrant substances, footwear soles or containers. SUBSTANCE: porous material is prepared from aqueous cellulose suspension. The filler is mineral filler (natural mineral) with particle size of 0.04-0.5 mm such as zeolite, shuntite or apatite. The molded material is dried at 80-90 C and pressure of 0.2-5.0 kgf/sq.cm for 10-20 min. One of the sides of material can, prior drying operation, be coated with vinyl chloride-vinylidene chloride latex in amount of 0.27-0.33 wt.-%. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к получению пористых материалов, применяемых в качестве фильтров для очистки жидких или газообразных сред, а также может быть использовано для капсулирования репеллентов, ядохимикатов, душистых веществ, в качестве тары, стелек для обуви или прокладок под крышки при консервировании, предотвращающих развитие плесени или грибковых заболеваний. The invention relates to the production of porous materials used as filters for cleaning liquid or gaseous media, and can also be used for encapsulating repellents, pesticides, aromatic substances, as containers, insoles for shoes or underlay covers for canning, preventing the development of mold or fungal diseases.

Известны различные способы получения пористых материалов из полимеров путем введения газовой фазы в полимерную среду, например в сырые резиновые смеси, растворы полимеров, в расплавы полимеров. Например, газом (N₂, CO₂) при высоком давлении (в автоклаве) насыщают резиновые смеси, расплавы полимеров или насыщают термопластичные полимеры (в виде гранул) низкокипящими жидкостями (изопентаном, метиленхлоридом). Насыщенные таким образом гранулы засыпают в форму и нагревают насыщенным водяным паром до температуры, превышающей температуру стеклования полимера, и при этом проводят вспенивание гранул под давлением пара, образовавшегося из низкокипящей жидкости (1).Various methods are known for producing porous materials from polymers by introducing a gas phase into a polymeric medium, for example, into raw rubber compounds, polymer solutions, into polymer melts. For example, rubber mixtures, polymer melts are saturated with gas (N ₂ , CO ₂ ) at high pressure (in an autoclave), or thermoplastic polymers (in the form of granules) are saturated with low-boiling liquids (isopentane, methylene chloride). Thus saturated granules are poured into a mold and heated with saturated water vapor to a temperature exceeding the glass transition temperature of the polymer, and at the same time, the granules are foamed under the pressure of steam formed from a low boiling liquid (1).

Однако эти способы имеют следующие недостатки:
использование сложного технологического оборудования;
токсичность, пожароопасность из-за использования летучих веществ, например растворителей;
полученные материалы невозможно использовать для очистки пищевых продуктов из-за наличия в них химических веществ, запрещенных для контакта с пищевыми продуктами;
полученные материалы без специальной обработки не обладают антисептическими свойствами.However, these methods have the following disadvantages:
the use of sophisticated technological equipment;
toxicity, fire hazard due to the use of volatile substances, such as solvents;
the resulting materials cannot be used for cleaning food products due to the presence of chemicals prohibited in contact with food products;
the resulting materials without special treatment do not have antiseptic properties.

Известен способ получения пористых полимерных материалов из полиэтилена высокой плотности (ПЭВД) с индексом расплава 0,5 г/10 мин путем смешивания его (600 г) с двууглекислым калием (300 г) этиленгликолием, четыреххлористым углеродом в течение 1 ч при комнатной температуре, таблетирования (формования) при давлении 150 кгс/ см² и обработкой током высокой частоты (2). Этим способом получают материал с размером пор 2-5000 мк и газопроницаемостью 20-3000 см²/атм•с.A known method of producing porous polymeric materials from high density polyethylene (LDPE) with a melt index of 0.5 g / 10 min by mixing it (600 g) with potassium bicarbonate (300 g) ethylene glycol, carbon tetrachloride for 1 h at room temperature, tableting (molding) at a pressure of 150 kgf / cm ² and processing by high-frequency current (2). In this way, a material is obtained with a pore size of 2-5000 microns and a gas permeability of 20-3000 cm ² / atm • s.

Однако способ имеет достаточно сложную технологию. However, the method has a rather complicated technology.

Известен способ получения пористых изделий из полиэтилена путем смешивания полиэтилена высокой плотности, облученного ионизирующим излучением и необлученного, последующего уплотнения, спекания и охлаждения (3). A known method of producing porous products from polyethylene by mixing high density polyethylene irradiated with ionizing radiation and non-irradiated, subsequent compaction, sintering and cooling (3).

Известно получение пористых материалов на основе целлюлозы. Так, в частности, известен способ получения пористой пленки и волокон путем растворения эфира целлюлозы в органическом растворителе и формования в осадительной ванне, содержащей осадитель или смесь осадителя с растворителем полимера. Пленка имеет поры с радиусом 0,22 мкм при максимальном размере пор 0,6 мкм (4). It is known to obtain porous materials based on cellulose. Thus, in particular, there is a known method for producing a porous film and fibers by dissolving cellulose ether in an organic solvent and molding in a precipitation bath containing a precipitant or a mixture of a precipitant with a polymer solvent. The film has pores with a radius of 0.22 μm with a maximum pore size of 0.6 μm (4).

Известен способ получения пористого гранулированного целлюлозного сорбента (5). A known method of obtaining a porous granular cellulose sorbent (5).

Однако известные способы не позволяют получить целлюлозный материал широкого спектра применения. However, the known methods do not allow to obtain cellulosic material with a wide range of applications.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ получения пористых материалов (6). The closest in technical essence and the achieved result to the invention is a method for producing porous materials (6).

Технологический процесс изготовления фильтрованного картона состоит в следующем:
предварительном роспуске (рубке) целлюлозы марок (сульфитная ТУ-13-7308001-592) и приготовлении водной суспензии с концентрацией 2-3 мас. целлюлозы на 100 мас. суспензии;
предварительном роспуске (рубке) целлюлозы хлопковой (ГОСТ 595) и приготовлении водной суспензии с концентрацией 2-3 мас. целлюлозы на 100 мас. суспензии;
предварительном роспуске (рубке) асбеста (асбест хризотиловый нормальной прочности марок П-3-50 или П-30-60 или П-3-70 ГОСТ 12871 или асбест обезжелезенный марки АХО-2 ТУ-21-83-3) и приготовлении водной суспензии с концентрацией 2-3 мас. асбеста на 100 мас. суспензии.The technological process of manufacturing filtered cardboard is as follows:
preliminary dissolution (cutting) of cellulose grades (sulfite TU-13-7308001-592) and the preparation of an aqueous suspension with a concentration of 2-3 wt. cellulose per 100 wt. suspensions;
preliminary dissolution (cutting) of cotton cellulose (GOST 595) and preparation of an aqueous suspension with a concentration of 2-3 wt. cellulose per 100 wt. suspensions;
preliminary dissolution (cutting) of asbestos (chrysotile asbestos of normal strength grades P-3-50 or P-30-60 or P-3-70 GOST 12871 or deferred asbestos grade AXO-2 TU-21-83-3) and the preparation of an aqueous suspension with a concentration of 2-3 wt. asbestos per 100 wt. suspensions.

В зависимости от вида фильтрованного картона (однослойный или 2-х слойный) на картоноделательной машине К-14А производится отлив картонного полотна. На первой стадии происходит обезвоживание полона самотеком, затем вакуумированием при -3 (-)1,0 кгс/см² с последующим прессованием при давлении 0,5-5 кгс/см² и сушкой при 140-170^oC. Перед сушкой одна из поверхностей покрывается латексом ВХВД-65(сополимер винилхлорида с винилиденхлоридом, ТУ-6-01-1170-87) с концентрацией 2,7-3,3 мас. латекса на 100 мас. сухого фильтрованного картона.Depending on the type of filtered cardboard (single-layer or 2-layer), cardboard sheet is cast on a K-14A cardboard machine. In the first stage, dehydration is complete by gravity, then evacuation at -3 (-) 1.0 kgf / cm ² , followed by pressing at a pressure of 0.5-5 kgf / cm ² and drying at 140-170 ^o C. Before drying, one of surfaces coated with latex VHVD-65 (a copolymer of vinyl chloride with vinylidene chloride, TU-6-01-1170-87) with a concentration of 2.7-3.3 wt. latex per 100 wt. dry filtered cardboard.

Независимо от вида картона общее количество асбеста в картоне составляет 20 мас. на 100 мас. сухого картона. Regardless of the type of cardboard, the total amount of asbestos in the cardboard is 20 wt. per 100 wt. dry cardboard.

В процессе сушки образуется пористая структура, дальнейшая термообработка материала под давлением приводит к уменьшению пористости и размеру пор. During the drying process, a porous structure is formed; further heat treatment of the material under pressure leads to a decrease in porosity and pore size.

Недостаток этого способа состоит в том, что при контакте с водной средой целлюлозные волокна набухают и фильтр теряет свою форму и прочность. При этом не исключается вымывание в фильтрах волокон асбеста, обладающих концерогенными свойствами. Покрытие одной стороны фильтрованного картона в процессе его сушки латексом не устраняет контакта рабочих, обслуживающих технологический процесс, с асбестовым волокном в процессе проведения подготовительных операций. The disadvantage of this method is that when in contact with the aqueous medium, the cellulose fibers swell and the filter loses its shape and strength. At the same time, the washing out of asbestos fibers with concertogenic properties in the filters is not ruled out. Coating one side of the filtered cardboard during latex drying does not eliminate the contact of workers serving the process with asbestos fiber during preparatory operations.

Из-за набухания пористого материала и потери им формы невозможна его регенерация ни противотоком, ни смывом, что и определяет его одноразовое использование. Due to the swelling of the porous material and the loss of its shape, it is impossible to regenerate it either by countercurrent or by flushing, which determines its one-time use.

Технической задачей изобретения является уменьшение токсичности и упрощение технологии устранением из состава материала при его производстве асбестового волокна. An object of the invention is to reduce toxicity and simplify technology by eliminating asbestos fiber from the composition of the material in its production.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе получения пористого материала путем формования его из смеси 2-3%-ной водной суспензии целлюлозы с наполнителем, последующего обезвоживания его вакуумированием при остаточном давлении 0,5-0,3 кгс/см² и сушкой при нагревании, в качестве наполнителя используют минеральный наполнитель с размером частиц 0,04-0,5 мм, выбранный из группы, включающей цеолит, шунгит, апатит в количестве 10-70 мас. на 100 мас. смеси, а сушку осуществляют при 80-90^oC и давлении 0,2-5,0 кгс/см ² в течение 10-20 мин.The stated technical problem is solved in that in the method for producing a porous material by molding it from a mixture of a 2-3% aqueous suspension of cellulose with a filler, subsequent dewatering it by vacuum at a residual pressure of 0.5-0.3 kgf / cm ² and drying at heating, as a filler use a mineral filler with a particle size of 0.04-0.5 mm, selected from the group including zeolite, shungite, apatite in an amount of 10-70 wt. per 100 wt. mixtures, and drying is carried out at 80-90 ^o C and a pressure of 0.2-5.0 kgf / cm ² for 10-20 minutes

Одну из сторон получаемого материала возможно покрывать латексом на основе сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом, например ВХВД- 65 марки В (по ТУ 6-01-1170-87) с концентрацией не менее 44 мас. и в количестве 2,7-3,3 мас. от массы покрываемого материала. One of the sides of the obtained material can be coated with latex based on a copolymer of vinyl chloride with vinylidene chloride, for example VHVD-65 grade B (according to TU 6-01-1170-87) with a concentration of at least 44 wt. and in an amount of 2.7-3.3 wt. by weight of the material to be coated.

В качестве целлюлозы при получении водной суспензии используют различные марки хвойной и хлопковой целлюлозы (целлюлоза марки ЦА, мерсирированная, целлюлоза вискозная, сульфатная, ацетатная, хлопковая по ГОСТ-595), которую предварительно измельчают, осуществляя роспуск или размол целлюлозы по общепринятой технологии. Various types of softwood and cotton pulp are used as cellulose in the preparation of an aqueous suspension (cellulose of CA grade, mercerized, viscose, sulfate, acetate, cotton cellulose according to GOST-595), which is pre-crushed by dissolving or grinding the pulp according to generally accepted technology.

Используемые минеральные наполнители являются известными природными минералами:
цеолит представляет собой водный алюмосиликат, в котором "цеолитовая" вода может удаляться при нагревании и вновь поглощаться во влажной среде, кроме того, цеолит является природным сорбентом, обладающим ионообменными свойствами (катионит), препятствует развитию плесени и грибковых заболеваний;
шунгит природный минерал-сорбент, представляющий собой элементарный углерод, отличающийся от антрацита и графита малым содержанием летучих компонентов, а от графита отсутствием кристаллической структуры;
апатиты основные безводные фосфаты (иониты).Used mineral fillers are known natural minerals:
zeolite is an aqueous aluminosilicate in which "zeolite" water can be removed by heating and reabsorbed in a humid environment, in addition, zeolite is a natural sorbent with ion-exchange properties (cation exchange resin), prevents the development of mold and fungal diseases;
shungite is a natural mineral sorbent, which is elemental carbon, which differs from anthracite and graphite in a low content of volatile components, and from graphite in the absence of a crystalline structure;
apatites are the main anhydrous phosphates (ion exchangers).

Преимущества изобретения заключается в следующем
в составе пористого материала отсутствуют ингредиенты, обладающие концерогенными свойствами;
подготовленная к формованию водная суспензия обладает хорошей гомогенностью, не расслаивается во времени и при обезвоживании частицы минерала не вымываются;
из подготовленной суспензии можно производить отливку пористого материала в виде пленок, пластин или полых цилиндров, гофрированных изделий;
полученный материал может быть подвергнут механической обработке, склейке;
поскольку применяемые в изобретении природные минералы обладают сорбционными и ионообменными свойствами получаемые по изобретению пористые материалы способны производить очистку фильтрата не только от твердых частиц, но и от солей тяжелых металлов, вредных химических соединений, при этом ионообменные свойства можно восстанавливать регенерацией;
весовые характеристики материала, получаемого по изобретению, остаются в пределах весовых характеристик материала, получаемого по прототипу;
параметры технологического оборудования, необходимого для получения материала по заявленному способу, аналогичны параметрам оборудования, на котором получают материал по прототипу, дополнительных устройств не требуется.The advantages of the invention are as follows
in the composition of the porous material there are no ingredients with concertogenic properties;
the aqueous suspension prepared for molding has good homogeneity, does not stratify in time, and when dehydrated, the mineral particles are not washed out;
from the prepared suspension, it is possible to cast porous material in the form of films, plates or hollow cylinders, corrugated products;
the resulting material can be machined, glued;
since the natural minerals used in the invention have sorption and ion-exchange properties, the porous materials obtained according to the invention are able to purify the filtrate not only from solid particles, but also from salts of heavy metals, harmful chemical compounds, while ion-exchange properties can be restored by regeneration;
the weight characteristics of the material obtained according to the invention remain within the weight characteristics of the material obtained according to the prototype;
the parameters of the technological equipment necessary to obtain the material according to the claimed method are similar to the parameters of the equipment on which the material is obtained according to the prototype, additional devices are not required.

Воспроизводимость заявленного способа иллюстрируется примерами (см.таблицу). The reproducibility of the claimed method is illustrated by examples (see table).

Берут водную суспензию целлюлозы и смешивают с минеральными наполнителями (цеолитом или шунгитом или апатитом) с размером частиц 0,04-0,5 мм в разных соотношениях. Из полученной смеси отливают, например, диски диаметром 80 мм и толщиной 2-3 мм, производят обезвоживание вакуумированием, затем сушат под давлением 0,2-5 кгс/см² при 80-90^oC в течение 10-20 мин.An aqueous suspension of cellulose is taken and mixed with mineral fillers (zeolite or shungite or apatite) with a particle size of 0.04-0.5 mm in different ratios. For example, discs with a diameter of 80 mm and a thickness of 2-3 mm are cast from the resulting mixture, dehydration is carried out by vacuum, then they are dried under a pressure of 0.2-5 kgf / cm ² at 80-90 ^o C for 10-20 minutes.

Пористость полученного образца определяют по методике (ГОСТ 18898-73), прочность на разрыв на испытательной машине типа "Zwick"
Результаты опытов представлены в таблице.The porosity of the obtained sample is determined by the method (GOST 18898-73), tensile strength on a testing machine of the type "Zwick"
The results of the experiments are presented in the table.

Свойства образца по прототипу: пористость 60-65% прочность на разрыв 0,7 кгс/см² (в сухом состоянии), после 2 ч выдержки в воде определить прочность не представляется возможным.The properties of the sample according to the prototype: porosity 60-65% tensile strength of 0.7 kgf / cm ² (in dry condition), after 2 hours of exposure in water, it is not possible to determine the strength.

Как видно из таблицы свойства образца, изготовленного по заявленному способу, остаются в тех же пределах, что и образцов, изготовленных по прототипу. As can be seen from the table, the properties of the sample made by the claimed method, remain in the same range as the samples made by the prototype.

Claims

1. A method of obtaining a porous material by molding it from a mixture of 2
3% aqueous suspension of cellulose with a filler, subsequent dehydration by evacuation at a residual pressure of 0.5 0.3 kgf / cm ² and drying by heating, characterized in that a mineral filler with a particle size of 0.04 0 is used as filler 5 mm, selected from the group comprising zeolite, shungite, apatite, taken in an amount of 10 70 wt. per 100 wt. mixtures, and drying is carried out at 80 90 ^o C and a pressure of 0.2 5.0 kgf / cm ² for 10 20 minutes

2. The method according to claim 1, characterized in that before drying one of the sides of the molded material is coated with vinyl chloride latex with vinylidene chloride with a concentration of at least 44 wt. taken in the amount of 0.27 0.33 wt. by weight of the material to be coated.