RU2477165C1 - Фильтрующий материал, способ его получения и применение - Google Patents

Фильтрующий материал, способ его получения и применение Download PDF

Info

Publication number
RU2477165C1
RU2477165C1 RU2012109488/05A RU2012109488A RU2477165C1 RU 2477165 C1 RU2477165 C1 RU 2477165C1 RU 2012109488/05 A RU2012109488/05 A RU 2012109488/05A RU 2012109488 A RU2012109488 A RU 2012109488A RU 2477165 C1 RU2477165 C1 RU 2477165C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polyamide
analytical
nanofibers
filter material
layer
Prior art date
Application number
RU2012109488/05A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Николаевич Филатов
Иван Юрьевич Филатов
Иван Александрович Капустин
Original Assignee
Юрий Николаевич Филатов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Николаевич Филатов filed Critical Юрий Николаевич Филатов
Priority to RU2012109488/05A priority Critical patent/RU2477165C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2477165C1 publication Critical patent/RU2477165C1/ru

Links

Landscapes

  • Filtering Materials (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области получения фильтрующих материалов, используемых в качестве фильтрующих аналитических лент и аналитических фильтров для контроля радиоактивных аэрозолей. Фильтрующий материал содержит слой, выполненный из полиамидных нановолокон, который размещен на нетканой полипропиленовой подложке. Диаметр нановолокон от 50 до 500 нм. Масса единицы площади слоя полиамидных волокон от 0,08 г/м2 до 3,2 г/м2 при толщине нановолокнистого слоя 0,5-30 мкм. Пористость слоя не более 90%, при среднем размере пор 1,25-1,2 мкм. Материал получен методом электроформования по электрокапиллярной технологии или со свободной поверхности. Между заряженным формующим и осадительным электродами напряженность поля составляет 3-6 кВ/см. Формующий раствор содержит полиамид в органических растворителях, при концентрации полиамида в растворе 10-20 мас.%. Полученный материал используют в качестве фильтрующих аналитических лент и аналитических фильтров в радиометрических и спектрометрических приборах контроля радиоактивных аэрозолей. Изобретение обеспечивает возможность эффективного задержания радиоактивных аэрозольных частиц, содержащихся в воздухе для их последующего анализа. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

Description

Изобретение относится к области получения фильтрующих материалов из нановолокон, предпочтительно используемых в качестве аналитических средств в приборах контроля радиоактивных аэрозолей.
Известен нетканый материал из полиамидных нановолокон с диаметром 80-190 нм, полученный по технологии Nanospider, из растворов полиамида 46 и 6 с концентрацией 12-27 мас.% в 95% муравьиной кислоте, при вязкости раствора от 600 мПа·с до 1000 мПа·с, при относительной влажности воздуха в зоне формования 27-45%. Нановолокна получают при использовании заряженного вращающегося цилиндрического электрода с 4 струнами. Расстояние между формующим и осадительным электродами составляет 10 см, приложенное напряжение 60 кВ. Полученный нетканый материал рекомендован для фильтрации в топливных элементах, в электрических источниках тока, а также в защитных одеждах и покрытиях (WO 2011/006967 A1, 20.01.2011).
Недостатком данного способа получения материала является низкая эффективность фильтрации, особенно высокодисперсных радиоактивных аэрозолей, вследствие неравномерности нановолокнистого покрытия.
Известен трехслойный материал, выполненный в виде ленты, содержащей рабочий слой из подпрессованных перхлорвиниловых волокон диаметром 0,1-0,5 мкм, связующий из смеси волокон диаметром 0,1-0,5 мкм и 7-12 мкм и подложку из проклеенных перхлорвиниловых волокон диаметром 7-12 мкм. Материал характеризуется высокой точностью анализа энергии при выполнении спектроскопии альфа-активных частиц за счет высокой эффективности фильтрации частиц с диаметром 0,15-0,20 мкм и используется в качестве аналитических лент в непрерывно действующих приборах для отбора проб аэрозолей, в т.ч. радиоактивных (RU 2284846, 10.10.2006).
Недостатком данного материала является сложность технологии его изготовления, связанная также с большим количеством выбросов органических растворителей при изготовлении подложки из проклеенных перхлорвиниловых волокон.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является материал, содержащий подложку, выполненную из термоскрепленных полипропиленовых микроволокон, и рабочий слой, состоящий из нановолокон диаметром 100-300 нм, полученных методом электроформования из раствора на основе бутилацетата, содержащего смесь хлорированного поливинилхлорида и бутадиен-нитрильного каучука при их массовом отношении (3-10):1, соответственно, с концентрацией раствора 10-15 мас.%. Изобретение позволяет получить высокоэффективный фильтрующий материал с сопротивлением рабочего слоя потоку воздуха от 10 до 50 Па при линейной скорости потока воздуха 1 см/с для аналитических изделий, которые можно использовать для раздельного измерения содержания альфа-активных изотопов методом спектрометрии уловленного осадка, а также общей радиоактивности осадка (RU 2414950, 27.03.2011).
Недостатком данного материала и аналитических средств на его основе является низкая теплостойкость менее 50°С, что связано с использованием бутадиен-нитрильного каучука в смеси исходных полимеров, тогда как рабочие температуры приборов контроля радиоактивных аэрозолей достигают 70°С.
Задачей настоящего изобретения является повышение теплостойкости нановолокнистого материала при сохранении высокой эффективности в отношении фильтрации высокодисперсных радиоактивных аэрозолей.
Поставленная задача решается фильтрующим материалом, выполненным из полиамидных нановолокон, полученных методом электроформования, и размещенным на нетканой подложке из полипропиленовых микроволокон, при этом фильтрующий материал обладает следующими характеристиками: диаметр нановолокон 50-500 нм, масса единицы площади нановолокнистого слоя 0,08-3,2 г/м2, толщина нановолокнистого слоя 0,5-30 мкм.
Предпочтительно фильтрующий материал имеет волокнисто-пористую структуру, в которой пористость не превышает 90%, а размер пор составляет 0,25-1,2 мкм, аэродинамическое сопротивление потоку воздуха составляет 8-60 Па при линейной скорости потока 1 см/с.
Поставленная задача решается также заявленным способом получения, охарактеризованного выше фильтрующего материала, согласно которому электроформование полиамидных нановолокон осуществляют в электрическом поле с напряженностью от 3 до 6 кВ/см из раствора полиамида в органических растворителях, выбранных из ряда: муравьиная кислота, уксусная кислота, пропионовая кислота, этиловый спирт, изопропиловый спирт, бутиловый спирт, бензиловый спирт или их смесях, при концентрации полимера в растворе 10-20 мас.%, при вязкости раствора 0,3-1 Па·с, и удельной электропроводности 50-1000 мкСм/см, при температуре в зоне формования 20-30°С и относительной влажности 15-50%.
Предпочтительно, электроформование нановолокнистого слоя фильтрующего материала осуществляют с использованием устройства, снабженного формующим электродом, выполненным в виде гребенки, состоящей из дозирующих капилляров, и осадительным электродом с размещенной на нем нетканой подложки из полипропиленовых микроволокон, на которую под действием электростатических сил укладываются образующиеся в межэлектродном пространстве полиамидные нановолокна.
Также предпочтительно, электроформование нановолокнистого слоя фильтрующего материала осуществляют с использованием устройства, снабженного формующим электродом, выполненным в виде струнного коллектора, смачивающегося формовочным раствором, и осадительным электродом, между которыми размещена нетканая подложка из полипропиленовых микроволокон, на которую под действием электростатических сил укладываются образующиеся в межэлектродном пространстве полиамидные нановолокна.
Поставленная задача решается также применением фильтрующего материала, охарактеризованного выше и полученного в соответствии с описываемым способом, в качестве фильтрующих аналитических лент и аналитических фильтров в радиометрических и спектрометрических приборах контроля радиоактивных аэрозолей.
Устройство для получения фильтрующего материала по электрокапиллярной технологии электроформования (далее ЭК-ЭФВ) описано, например, в монографии «Филатов Ю.Н. Электроформование волокнистых материалов (ЭФВ-процесс) / Под ред. В.Н.Кириченко. - М.: Нефть и газ, 1997. - 298 с.». Устройство для получения фильтрующего материала по технологии электроформования со свободной поверхности NanospiderТМ (далее NS-ЭФВ) описано, например, в RU 2365686, 2009 или в US 7615427, 2010.
Ниже приведены примеры получения материалов и характеристики полученных материалов.
Пример 1.
Приготавливают 10% раствор полиамида-6 в смеси муравьиной и уксусной кислот в объемном отношении 33:67 с вязкостью 0,3 Па·с, удельной электропроводностью 200 мкСм/см, для получения нановолокнистого материала со средним диаметром волокон 200 нм, минимальным размером пор 0,47 мкм, максимальным - 0,79 мкм при стандартном геометрическом отклонении 1,29 (квадратный корень из отношения максимального размера пор к минимальному), и массой единицы площади слоя 0,2 г/м2 при толщине слоя нановолокон 1,8 мкм с пористостью 87%.
Этот раствор наносят на поверхность вращающегося заряженного струнного электрода-коллектора, по технологии NanospiderТМ при напряженности поля между электродами 5 кВ/см, и при температуре в зоне формования 23°С и относительной влажности воздуха 30%. Образующиеся в поле высокого напряжения полиамидные нановолокона укладываются на нетканую подложку из полипропиленовых микроволокон типа спанбонд, движущуюся в межэлектродном пространстве на расстоянии 2 см от осадительного электрода.
Пример 2.
Приготавливают 18% раствор полиамида-6/66 в смеси этилового спирта, бутилового спирта и пропионовой кислоты в объемном отношении 70:10:20 с вязкостью 0,5 Па·с, удельной электропроводностью 50 мкСм/см, для получения нановолокнистого материала со средним диаметром волокон 150 нм минимальным размером пор 0,36 мкм, максимальным - 0,66 мкм при стандартном геометрическом отклонении 1,37 и массой единицы площади слоя 0,7 г/м2 при толщине слоя нановолокон 6,4 мкм с пористостью 86%.
Этот раствор подается в многокапиллярный прядильный элемент и дозируется с расходом 2,5-10-5 см3/с из расчета на один капилляр при напряженности поля между электродами 3 кВ/см, при температуре в зоне формования 28°С и относительной влажности воздуха 40%. Образующиеся в поле высокого напряжения полиамидные нановолокона укладываются на нетканую подложку из полипропиленовых микроволокон типа спанбонд, движущуюся по поверхности осадительного электрода.
Примеры при других заявленных параметрах способа сведены в таблицу 1. Характеристики полученных материалов, предварительно термостатированных при температуре 110°С в течение 24 часов, сведены в таблицу 2.
Таблица 1.
Технология электроформования Концентрация полиамида (марка), % мас. Соотношение растворителей Вязкость, Па·с Удельная электропровод
ность, мкСм/см
Напряженность поля, кВ/см
Уксусная кислота/Муравьиная кислота 67/33
1 NS-ЭФВ 10 (ПА-6) 0,3 200 5,0
Этиловый спирт/Бутиловый спирт/Пропионовая кислота 70/10/20
2 ЭК-ЭФВ 18 (ПА-6/66) 0,5 50 3,0
Уксусная кислота/Муравьиная кислота 80/20
3 NS-ЭФВ 11 (ПА-6) 0,5 180 6,0
Уксусная кислота/Муравьиная кислота 70/30
4 NS-ЭФВ 12 (ПА-6) 0,7 210 5,5
Этиловый спирт/Бензиловый спирт/Пропионовая кислота 70/5/25
5 ЭК-ЭФВ 20 (ПА-6/66) 1,0 600 4,0
Этиловый спирт/Изопропиловый спирт/Пропионовая кислота 60/10/30
6 ЭК-ЭФВ 18 (ПА-6/66) 0,45 1000 3,5
Таблица 2.
Распределение пор по размерам минимальная-максимальная, мкм (стандартное геометрическое
отклонение)
Средний диаметр волокон (диапазон), нм Пористость, % Толщина слоя нановоло-кон, мкм Сопротивление при 1 см/с, Па Масса единицы площади слоя нановолокон, г/м2 Эффективность фильтрации частиц с диаметром 0,3 мкм при линейной скорости фильтрации 50 см/с, %
0,47-0,79 (1,29)
200 (150-250) 87 1,8 8,0 0,2 85,4
1
0,36-0,66 (1,37)
2 150 (100-200) 86 6,4 44,0 0,7 99,999
0,59-0,9 (1,23)
3 250 (180-340) 88 17,3 60,0 1,9 99,997
0,83-1,2 (1,18)
4 350 (250-500) 90 30,0 56,5 3,2 99,96
0,38-0,61 (1,27)
5 150 (110-220) 86 2,7 19,0 0,3 99,2
0,25-0,51 (1,35)
6 110 (50-160) 85 0,5 7,5 0,08 88,0
Из полученных фильтрующих материалов были изготовлены фильтрующие аналитические ленты и испытаны в приборе контроля радиоактивных аэрозолей типа УДА-1АБ. В ходе испытаний были получены α-спектры ДПР (дочерних продуктов распада) радона - RaA (238Po) и RaC' (214Ро), анализ которых показал, что ширина пиков RaA и RaC' на их полувысоте составляет от 100 до 200 кэВ, при методическом требовании не более 250 кэВ.
Исследование свойств фильтрующих материалов после термостатирования при температуре 110°С в течение 24 часов показывает, что такие фильтрующие материалы можно эксплуатировать при температуре до 110°С. Проведенные испытания фильтрующих аналитических лент в приборах УДА-1АБ на Смоленской АЭС показали положительные результаты.

Claims (7)

1. Фильтрующий материал, содержащий слой из полимерных нановолокон, полученных электроформованием, размещенный на нетканой подложке из полипропиленовых микроволокон, отличающийся тем, что нановолокна выполнены из полиамида и имеют диаметр, равный 50-500 нм, при этом масса единицы площади нановолокнистого слоя составляет 0,08-3,2 г/м2, толщина нановолокнистого слоя составляет 0,5-30 мкм.
2. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что он имеет волокнисто-пористую структуру, в которой пористость не превышает 90%, а размер пор составляет 0,25-1,2 мкм.
3. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что его аэродинамическое сопротивление потоку воздуха составляет 8-60 Па при линейной скорости потока 1 см/с.
4. Способ получения фильтрующего материала по любому из пп.1-3, заключающийся в том, что электроформование полиамидных нановолокон осуществляют в электрическом поле с напряженностью от 3 до 6 кВ/см из раствора полиамида в органических растворителях, выбранных из ряда: муравьиная кислота, уксусная кислота, пропионовая кислота, этиловый спирт, изопропиловый спирт, бутиловый спирт, бензиловый спирт или их смесях, при концентрации полимера в растворе 10-20 мас.%, при вязкости раствора 0,3-1 Па·с и удельной электропроводности 50-1000 мкСм/см, при температуре в зоне формования 20-30°С и относительной влажности 15-50%.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что электроформование нановолокнистого слоя осуществляют с использованием устройства, снабженного формующим электродом, выполненным в виде гребенки, состоящей из дозирующих капилляров, и осадительным электродом с размещенной на нем нетканой подложкой из полипропиленовых микроволокон, на которую под действием электростатических сил укладываются образующиеся в межэлектродном пространстве полиамидные нановолокна.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что электроформование нановолокнистого слоя осуществляют с использованием устройства, снабженного формующим электродом, выполненным в виде струнного коллектора, смачивающегося формовочным раствором, и осадительным электродом, между которыми размещена нетканая подложка из полипропиленовых микроволокон, на которую под действием электростатических сил укладываются образующиеся в межэлектродном пространстве полиамидные нановолокна.
7. Применение фильтрующего материала, охарактеризованного по любому из пп.1-3 или полученного в соответствии с любым из пп.4-6, в качестве фильтрующих аналитических лент и аналитических фильтров в радиометрических и спектрометрических приборах контроля радиоактивных аэрозолей.
RU2012109488/05A 2012-03-14 2012-03-14 Фильтрующий материал, способ его получения и применение RU2477165C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012109488/05A RU2477165C1 (ru) 2012-03-14 2012-03-14 Фильтрующий материал, способ его получения и применение

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012109488/05A RU2477165C1 (ru) 2012-03-14 2012-03-14 Фильтрующий материал, способ его получения и применение

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2477165C1 true RU2477165C1 (ru) 2013-03-10

Family

ID=49124172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012109488/05A RU2477165C1 (ru) 2012-03-14 2012-03-14 Фильтрующий материал, способ его получения и применение

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2477165C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2675924C1 (ru) * 2018-03-27 2018-12-25 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Фильтрующий пакет, способ получения мембраны для него и способ изготовления противоаэрозольного фильтра противогаза

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2280491C2 (ru) * 2000-09-05 2006-07-27 Дональдсон Компани, Инк. Фильтрующий материал, способ фильтрации и фильтровальная перегородка
US7083460B2 (en) * 2004-08-25 2006-08-01 Hon Hai Precision Ind. Co., Ltd. Cable end connector having a latching device and an unlatching actuator
RU2281146C2 (ru) * 2000-09-05 2006-08-10 Дональдсон Компани, Инк. Фильтрующий элемент и способ фильтрования
RU2365686C2 (ru) * 2003-09-08 2009-08-27 Техницка Универзита В Либерци Способ изготовления нановолокон из полимерного раствора и устройство для его осуществления
US7618702B2 (en) * 2006-01-17 2009-11-17 Cornell Research Foundation, Inc. Cellulosic/polyamide composite
WO2011006967A1 (en) * 2009-07-15 2011-01-20 Dsm Ip Assets B.V. Electrospinning of polyamide nanofibers
RU2414950C1 (ru) * 2009-07-09 2011-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" Фильтрующий материал
US8029588B2 (en) * 2000-09-05 2011-10-04 Donaldson Company, Inc. Fine fiber media layer

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2280491C2 (ru) * 2000-09-05 2006-07-27 Дональдсон Компани, Инк. Фильтрующий материал, способ фильтрации и фильтровальная перегородка
RU2281146C2 (ru) * 2000-09-05 2006-08-10 Дональдсон Компани, Инк. Фильтрующий элемент и способ фильтрования
US8029588B2 (en) * 2000-09-05 2011-10-04 Donaldson Company, Inc. Fine fiber media layer
US8118901B2 (en) * 2000-09-05 2012-02-21 Donaldson Company, Inc. Fine fiber media layer
RU2365686C2 (ru) * 2003-09-08 2009-08-27 Техницка Универзита В Либерци Способ изготовления нановолокон из полимерного раствора и устройство для его осуществления
US7083460B2 (en) * 2004-08-25 2006-08-01 Hon Hai Precision Ind. Co., Ltd. Cable end connector having a latching device and an unlatching actuator
US7618702B2 (en) * 2006-01-17 2009-11-17 Cornell Research Foundation, Inc. Cellulosic/polyamide composite
RU2414950C1 (ru) * 2009-07-09 2011-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" Фильтрующий материал
WO2011006967A1 (en) * 2009-07-15 2011-01-20 Dsm Ip Assets B.V. Electrospinning of polyamide nanofibers
WO2011015439A1 (en) * 2009-07-15 2011-02-10 Dsm Ip Assets B.V. Nanofibre membrane layer for water and air filtration

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2675924C1 (ru) * 2018-03-27 2018-12-25 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Фильтрующий пакет, способ получения мембраны для него и способ изготовления противоаэрозольного фильтра противогаза

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Balgis et al. Synthesis and evaluation of straight and bead-free nanofibers for improved aerosol filtration
CN101905101B (zh) 一种熔喷聚丙烯驻极体过滤材料的制备方法
JP4614669B2 (ja) 濾過材及びフィルタ
Li et al. Needleless electro-spun nanofibers used for filtration of small particles.
CN106110762B (zh) 一种高效过滤空气颗粒物的材料及制备方法
WO2009140385A1 (en) Particle filter system incorporating electret nanofibers
EP2557206B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Polyamid-Nanofaser-Produkts mittels Elektrospinnen, Polyamid-Nanofaser-Produkt, ein Filtermedium mit Polyamid-Nanofaser-Produkt sowie ein Filterelement mit einem solchen Filtermedium
CN107164839B (zh) 具有超高灵敏度和选择性的甲醛敏感材料CdGa2O4及其制备方法
CN109289327B (zh) 一种具备抗菌的高效空气过滤膜及其制备方法
CN105803678A (zh) 一种可以过滤杂质的纳米纤维膜及其制备方法和应用
CN204570099U (zh) 一种易拆装抗干扰静电纺丝设备
CN108201735B (zh) 过滤装置及其制备方法
CN103882623A (zh) 一种普鲁士蓝/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜及其制备方法
WO2020164396A1 (zh) 纳米纤维过滤器及其制造方法
CN104458826A (zh) 一种新型氨气传感器及其制备工艺
EP4194596A1 (en) Nano/micro composite fibrous filter for sampling aerosol particles and production method thereof
RU2477165C1 (ru) Фильтрующий материал, способ его получения и применение
CN101605931A (zh) 获得含纳米纤维的产品的方法和含纳米纤维的产品
RU2477644C1 (ru) Фильтрующий материал, способ его получения и применение
CN103706182A (zh) 一种球线组合型复合纤维空气过滤材料及其制备方法
KR20190123010A (ko) 미세먼지 차단용 필터 제조 방법
RU2524936C1 (ru) Фильтрующий термостойкий нановолокнистый материал и способ его получения
JP5410307B2 (ja) 無機系繊維不織布及びその製造方法
CN106350946B (zh) 一种功能性pu-rc复合纳米纤维膜的制备方法及其应用
CN105064131B (zh) 一种分子印迹纳米纤维复合纸及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140315

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20150227

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20160513