RU2126715C1

RU2126715C1 - Fibrous-porous sorbing material

Info

Publication number: RU2126715C1
Application number: RU95121558A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Чернорубашкин; Александр Васильевич Сиканевич; Вера Филипповна Гайдук; Николай Васильевич Комарницкий; Владимир Иванович Балыкин
Priority date: 1995-06-26
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 1999-02-27

Abstract

FIELD: production of nonwoven fibrous-porous polymer materials used as sorbents. SUBSTANCE: sorbent contains in its structure up to 60% of fibers twisted in bundles and balls due to which additional capillary absorption and keeping of various liquid (for instance, oils, petroleum products) take place. In this case, bundles may be located both along and across the material. The latter is produced with the help of air jet twisted in spiral. The material is capable of absorbing the liquid in the amount exceeding material weight by 40-50 times. EFFECT: higher absorption. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области производства нетканых волокнисто-пористых полимерных материалов, используемых в качестве сорбентов. The invention relates to the production of non-woven fibrous-porous polymeric materials used as sorbents.

Известны различные материалы, используемые в качестве сорбентов: дискретные материалы (порошки, гранулы), волокнисто-пористые материалы, различные комбинированные материалы и т.п. Various materials are known that are used as sorbents: discrete materials (powders, granules), fibrous-porous materials, various combined materials, etc.

Так, например, известен порошкообразный сорбент "Рауфлекс (РЖ 47. Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение, 1990, N 3, реферат N 3. 47. 264, с.31) который рекомендуется для обезвреживания и сбора пролитых на землю иди воду нефтепродуктов, масел или иных органических веществ. Порошок высыпается на загрязняющее пятно и связывает вещество в желеобразную массу, которая может быть собрана и удалена. При хранении эта масса не разлагается и не оказывает вредного воздействия на окружающую среду. При сжигании образуется минимальное количество вредных окислов. So, for example, the powdered sorbent Rauflex is known (РЖ 47. Chemical, oil refining and polymer engineering, 1990, N 3, abstract N 3. 47. 264, p.31) which is recommended for the neutralization and collection of oil products spilled on the ground, oils or other organic substances. The powder spills onto a contaminating stain and binds the substance into a jelly-like mass, which can be collected and removed. When stored, this mass does not decompose and does not have any harmful effect on the environment. When burned, it produces a minimum amount harmful oxides.

Волокнисто-пористые и комбинированные сорбенты являются более перспективными, т. к. они легко и быстро размещаются на местах разливов и легко собираются после пропитывания. Fibrous-porous and combined sorbents are more promising, since they are easily and quickly located at the spill sites and are easily collected after soaking.

Известен, например, пакет для сбора разлитых в производственных условиях жидкостей (US, 5256466, B 32 B 3/06, 1993), например машинного и смазочного масла, состоящий из нескольких примыкающих друг к другу слоев полимерного материала. Пакет сложен из перегнутого несколько раз одного листа указанного материала, имеет в поперечном сечении форму прямоугольника с соотношением ширины к высоте от 10:1 до 1:1 и способен за два часа поглотить минерального масла в 7 раз больше своего веса. Known, for example, a bag for collecting spilled under industrial conditions liquids (US, 5256466, B 32 B 3/06, 1993), for example machine and lubricating oil, consisting of several adjacent to each other layers of polymer material. The package is composed of one sheet of this material bent several times, has a cross-section in the form of a rectangle with a ratio of width to height from 10: 1 to 1: 1 and is capable of absorbing mineral oil 7 times its weight in two hours.

Известен складчатый эластичный лист из нетканого волокнистого (US, 4652487, B 32 B 3/06 B, 1987) материала, изготовленный с помощью растягивающейся и сжимающейся поверхности формования. Поверхность формования вначале растягивают и формуют на ней отделяющийся слой нетканых волокон. Затем упомянутую поверхность сжимают, создавая в слое волокон складки, и отделяют полученный складчатый лист от поверхности формования, находящейся в сжатом состоянии. Known folded elastic sheet of non-woven fibrous (US, 4652487, B 32 B 3/06 B, 1987) material made using a stretching and contracting molding surface. The molding surface is first stretched and a separable layer of nonwoven fibers is formed on it. Then, said surface is compressed, creating folds in the fiber layer, and the resulting folded sheet is separated from the molded surface in a compressed state.

Известно сорбирующее устройство с защитными карманами (US, 4939017, B 32 B 1/04, 1990), которое содержит проницаемый для жидкости сорбирующий элемент, имеющий наружный облицовочный слой, выполненный из термопласта. Внутренний слой этого элемента выполнен из смеси термопластичных и целлюлозных волокон. Наружный слой соединяют ультразвуковой сваркой с термопластичными волокнами внутреннего слоя, обеспечивая соединение слоев и проход жидкости сквозь эти слои. Сорбирующий элемент снабжен подложкой, выполненной из не проницаемого для жидкости материала. К подложке прикреплены приспособления для подъема и складирования устройства без контакта с сорбируюшим элементом. A sorption device with protective pockets is known (US, 4939017, B 32 B 1/04, 1990), which comprises a liquid-permeable sorbing element having an outer facing layer made of thermoplastic. The inner layer of this element is made of a mixture of thermoplastic and cellulose fibers. The outer layer is connected by ultrasonic welding with thermoplastic fibers of the inner layer, providing a connection of the layers and the passage of fluid through these layers. The sorbent element is provided with a substrate made of a liquid impermeable material. Attached to the substrate are devices for lifting and storing the device without contact with the sorbing element.

В Финляндии разработан волокнисто-пористый нетканый материал (Oil, Grease, Petroleum, Solvent. ..Porol. Catensa (UK) Ltd, 1993), изготовленный из полимерных волокон, который используется для поддержания чистоты в гаражах, цехах, кухнях, промышленных предприятиях и т.д. Этот материал за 20 с может поглотить жидкости по весу в 20 раз больше, чем его собственный вес. Finland has developed a fibrous-porous non-woven material (Oil, Grease, Petroleum, Solvent. ..Porol. Catensa (UK) Ltd, 1993) made of polymer fibers, which is used to maintain cleanliness in garages, workshops, kitchens, industrial enterprises and etc. This material can absorb up to 20 times more liquid by weight in 20 s than its own weight.

Все вышеуказанные сорбирующие элементы состоят из хаотически расположенных волокон, различными способами связанных в холст, имеющий поры, проходы для сбора и накопления впитываемой жидкости. Но все эти материалы не обладают достаточно высокой скоростью впитывания и хорошими удерживающими свойствами и, кроме того, сложны в изготовлении. All of the aforementioned sorbent elements consist of randomly arranged fibers, connected in various ways to a canvas having pores, passages for collecting and accumulating absorbed liquid. But all these materials do not have a sufficiently high absorption rate and good retention properties and, in addition, are difficult to manufacture.

Наиболее близким из числа известных по технической сущности и достигаемому результату является сорбирующий материал, описанный в патенте US, 4070287, E 02 B 15/04, 1978. Этот сорбент состоит из смеси полимерных (диаметром менее 40 мкм) и целлюлозных волокон, сформованных с помощью связующего в холст или помещенных в сетчатый чехол. Размер ячеек чехла подбирается таким образом, чтобы он хорошо пропускал впитываемую жидкость и в то же время предотвращал высыпание волокон сорбента. В качестве полимерных волокон используются преимущественно полиэтиленовые волокна, но могут использоваться полипропиленовые, полистирольные и др., а также смеси из этих волокон. Для придания целлюлозным волокнам гидрофобных свойств они могут быть обработаны водоотталкивающими веществами, что весьма важно при сорбции масел из их водных смесей. Целлюлозные волокна служат для быстрейшего впитывания и лучшего удержания сорбируемой жидкости (они болеее тонкие и короткие). Длинные полимерные волокна служат для упрочнения сформированного холста, предотвращения высыпания целлюлозных волокон и уменьшения плотности сорбента. Для снижения плотности сорбента возможно также использование вспененных полимерных волокон. The closest known among the technical essence and the achieved result is the sorbent material described in US patent 4070287, E 02 B 15/04, 1978. This sorbent consists of a mixture of polymer (with a diameter of less than 40 microns) and cellulose fibers formed using binder in canvas or placed in a mesh cover. The cell size of the cover is selected so that it passes the absorbed liquid well and at the same time prevents the sorbent fibers from spilling out. Polymeric fibers are mainly used as polymeric fibers, but polypropylene, polystyrene, etc., as well as mixtures of these fibers can be used. To impart hydrophobic properties to cellulose fibers, they can be treated with water-repellent substances, which is very important for the sorption of oils from their aqueous mixtures. Cellulose fibers are used for faster absorption and better retention of the adsorbed liquid (they are thinner and shorter). Long polymer fibers are used to harden the formed canvas, prevent the spillage of cellulose fibers and reduce the density of the sorbent. To reduce the density of the sorbent, it is also possible to use foamed polymer fibers.

Наличие связующего в этом материале ограничивает области его использования, усложняет технологию его производства и увеличивает стоимость. Использование сетчатого чехла также ведет к удоражанию сорбента и усложнению технологии его производства. The presence of a binder in this material limits the scope of its use, complicates the technology of its production and increases the cost. The use of a mesh cover also leads to a rise in the cost of the sorbent and the complexity of its production technology.

Задача настоящего изобретения - получение легкого, гидрофобного волокнисто-пористого полимерного сорбирующего материала, способного быстро впитывать большое количество жидкости (например, масел, нефтепродуктов и т.п.) и прочно удерживать ее в своем объеме. Причем технология изготовления материала должна быть максимально простой. The objective of the present invention is to obtain a light, hydrophobic fibrous-porous polymer sorbent material capable of quickly absorbing a large amount of liquid (for example, oils, oil products, etc.) and holding it firmly in its volume. Moreover, the manufacturing technology of the material should be as simple as possible.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый материал состоит из хаотически расположенных волокон термопластичного полимера диаметром от 5 до 20 мкм, часть из которых сформирована в жгуты и клубочки, образующие капилляры, за счет которых происходит быстрое дополнительное впитывание и удерживание жидкости. Количество волокон, участвующих в образовании структурных элементов (жгутов и клубочков), может доходить до 60%, остальные 40% волокон составляют основу материала. Жгуты образованы несколькими скрученными вместе волокнами, клубочки - одним или несколькими волокнами, закрученными в клубок. This object is achieved in that the proposed material consists of randomly arranged fibers of a thermoplastic polymer with a diameter of 5 to 20 μm, some of which are formed into bundles and glomeruli forming capillaries, due to which there is a quick additional absorption and retention of liquid. The number of fibers involved in the formation of structural elements (bundles and glomeruli) can reach 60%, the remaining 40% of the fibers form the basis of the material. The bundles are formed by several fibers twisted together, the glomeruli by one or more fibers twisted into a ball.

Сформированные из полимерных волокон жгуты и клубочки распределены хаотично по всему объему материала, причем жгуты направлены как вдоль, так и поперек него. The bundles and glomeruli formed from polymer fibers are randomly distributed throughout the volume of the material, and the bundles are directed both along and across it.

Плотность такого материала находится в пределах 0,01 - 0,20 г/см³.The density of such a material is in the range of 0.01-0.20 g / cm ³ .

Предлагаемый материал способен впитывать жидкость в количестве, в 40-50 раз превышающем их собственный вес. Он прост в эксплуатации: легко расстилается на поверхность разлитых нефтепродуктов, быстро их впитывает и хорошо удерживает в своем объеме, а затем легко собирается. Материал, насыщенный впитанной жидкостью, остается плавать на поверхности воды. The proposed material is able to absorb liquid in an amount 40-50 times higher than their own weight. It is easy to operate: it easily spreads onto the surface of spilled oil products, quickly absorbs them and holds it well in its volume, and then it is easily collected. Material saturated with absorbed liquid remains floating on the surface of the water.

Получают такой материал распылением расплава термопластичного полимера потоком нагретого воздуха на волокна. Such a material is obtained by spraying a thermoplastic polymer melt with a stream of heated air onto the fibers.

Термопластичное полимерное сырье загружается в бункер генератора волокон, нагревается, плавится, гомогенизируется и направляется в распылительное устройство, куда также подается нагретый воздух, струе которого сообщается закрученное по спирали направление. Полимер на выходе из сопла распылительного устройства подхватывается воздушной струей, вытягивается в процессе полета, образуя при этом так называемый факел распыления. Волокна в факеле распыления, находясь в вязкотекучем состоянии, наслаиваются на установленную под углом 90^o оси факела подложку (например, барабан, совершающий вращение и возвратно-поступательное перемещение), на которой происходит формирование волокнисто-пористого абсорбирующего материала. Для получения в структуре материала жгутов и клубочков расстояние между соплом распылительного устройства и поверхностью подложки устанавливается довольно большим (300-650 мм), при этом волокна вытягиваются до диаметра 20-5 мкм. На этом расстоянии скорость воздушного потока снижается настолько, что происходит сворачивание нескольких волокон в жгуты, а за счет остаточного крутящего момента скручивание отдельных волокон в клубочки. Причем, чем больше расстояние до подложки, тем тоньше волокна и большее их количество участвует в образовании жгутов и клубочков. Плотность формируемого материала находится в пределах 0,01-0,20 г/см³.Thermoplastic polymer raw materials are loaded into the hopper of the fiber generator, heated, melted, homogenized and sent to a spray device, where heated air is also supplied, the stream of which is swirling in a spiral direction. The polymer at the exit of the nozzle of the spraying device is picked up by an air stream, stretched during the flight, forming a so-called spray torch. The fibers in the spray plume, being in a viscous flowing state, are layered on a substrate installed at an angle of 90 ^{° to the} axis of the plume (for example, a drum that rotates and reciprocates), on which a fibrous-porous absorbent material is formed. To obtain bundles and glomeruli in the structure of the material, the distance between the nozzle of the spraying device and the surface of the substrate is set quite large (300-650 mm), while the fibers are stretched to a diameter of 20-5 microns. At this distance, the airflow rate decreases so much that several fibers are folded into bundles, and due to the residual torque, the individual fibers are twisted into glomeruli. Moreover, the greater the distance to the substrate, the thinner the fibers and their greater number is involved in the formation of bundles and glomeruli. The density of the formed material is in the range of 0.01-0.20 g / cm ³ .

Технология получения предлагаемого абсорбирующего волокнисто-пористого материала проста и одностадийна. The technology for producing the proposed absorbent fibrous-porous material is simple and one-stage.

Испытания материала показали, что лучшими сорбционными свойствами обладают материалы содержащие до 60% жгутов и клубочков (см. таблицу). Tests of the material showed that materials containing up to 60% of bundles and glomeruli possess the best sorption properties (see table).

Как видно из таблицы, впитывающая способность материала резко увеличивается с момента, когда материал содержит более 30% волокон, скрученных в жгуты и клубочки. Материал, содержащий более 60% волокон, скрученных в жгуты и клубочки, теряет свою прочность за счет уменьшения количества волокон, формирующих его основу, поэтому увеличивать количество жгутов и клубочков более 60% - нецелесообразно. Для сравнения в таблице приведена впитывающая способность образца материала "POROIL" финского производства. As can be seen from the table, the absorption capacity of the material increases sharply from the moment when the material contains more than 30% of the fibers twisted into bundles and glomeruli. A material containing more than 60% of the fibers twisted into bundles and glomeruli loses its strength due to a decrease in the number of fibers forming its base, therefore, it is not practical to increase the number of bundles and glomeruli more than 60%. For comparison, the table shows the absorbency of a sample of Finnish-made POROIL material.

Claims

Sorbent fibrous-porous material for collecting technological spills of crude oil or products of its processing, characterized in that it consists of randomly arranged fibers of a thermoplastic polymer with a diameter of 5 - 20 microns, a density of 0.01 - 0.20 g / cm ³ and contains the structure of up to 60% of capillaries formed by fibers twisted into bundles and glomeruli, due to which additional absorption and retention of liquids occurs.