RU2524936C1 - Фильтрующий термостойкий нановолокнистый материал и способ его получения - Google Patents
Фильтрующий термостойкий нановолокнистый материал и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2524936C1 RU2524936C1 RU2012156709/05A RU2012156709A RU2524936C1 RU 2524936 C1 RU2524936 C1 RU 2524936C1 RU 2012156709/05 A RU2012156709/05 A RU 2012156709/05A RU 2012156709 A RU2012156709 A RU 2012156709A RU 2524936 C1 RU2524936 C1 RU 2524936C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working layer
- polydiphenylenephthalide
- solution
- protective
- diameter
- Prior art date
Links
Landscapes
- Nonwoven Fabrics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области получения фильтрующих материалов для тонкой очистки воздуха и газовых сред. Фильтрующий термостойкий нановолокнистый материал содержит внутренний рабочий слой и два внешних защитных слоя, размещенных с обеих сторон рабочего слоя. Рабочий слой выполнен методом электроформования из волокон полидифениленфталида с диаметром 200-400 нм, имеет массу единицы площади, равную 0,5-3,5 г/м2. Защитные слои с массой единицы площади 6-8 г/м2 выполнены из нетканого кварцевого материала с диаметром волокон 1-7 мкм. Электроформование нановолокон рабочего слоя осуществляют в электрическом поле с напряженностью 2-6 кВ/см из раствора полидифениленфталида в циклогексаноне, содержащем добавку, выбранную из галогенидов тетраэтиламмония и тетрабутиламмония. Образующиеся нановолокна укладывают на подложку из защитного нетканого кварцевого материала, после чего на рабочий слой накладывают второй защитный слой из того же нетканого материала. Для осуществления заявленного способа могут быть использованы устройства для электрокапиллярной технологии электроформования или устройства для технологии электроформования со свободной поверхности Nanospider™. Изобретение позволяет эффективно очищать газы при температурах до 350°С. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области получения фильтрующих материалов из нановолокон, преимущественно используемых для тонкой очистки воздуха и других газовых сред от дисперсных частиц при повышенных температурах.
Известен сорбционно-фильтрующий материал для бактериальных фильтров на основе нетканого материала из волокон с диаметром 0,1-10 мкм, выполненных путем электроформования из раствора полидифениленфталида в циклогексаноне (RU 2055632, 10.03.1996).
Известный материал, из-за низкого относительного удлинения волокон, обладает недостаточной механической прочностью, что особенно характерно при малых диаметрах волокон.
Известен также фильтрующий материал, который содержит микроволокна из полисульфона диаметром 5-10 мкм и нановолокна из полидифениленфталида диаметром 300-500 нм при массовом отношении волокон из полидифениленфталида к волокнам из полисульфона, равном 1:(5-25). Предложен также способ получения материала методом электроформования волокон из раствора, который включает осаждение на электроде микроволокон с диаметром 5-10 мкм из системы полисульфон-дихлорэтан-электролит, и одновременное осаждение на электроде нановолокон с диаметром 300-500 нм из системы полидифениленфталид-циклогексанон-диметилформамид-электролит (RU 2429048, 20.09.2011).
Однако известный материал обладает термостойкостью не выше 160°C и не может быть использован в высокотемпературных фильтрах.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является фильтрующий нановолокнистый материал, выполненный из волокон полидифениленфталида со средним диаметром волокна 500 нм, материал имеет массу единицы площади, равную 1,6 г/м2. Данный материал получен методом электростатического формования волокон при напряженности поля 2,0·105 В/м. Нановолокна формуют из раствора полидифениленфталида в циклогексаноне, имеющего вязкость 0,5-3,0 Пз, удельную электропроводность 2,5·10-3 См/м (Гуляев А.И. «Технология электроформования волокнистых материалов на основе полисульфона и полидифениленфталида», Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук, Москва, 2009, стр.15-20).
Недостатки известного нановолокнистого материала, полученного электроформованием из раствора полидифениленфталида в циклогексаноне, заключаются в низкой механической прочности слоя нановолокон, что не позволяет использовать его в фильтрах.
Задачей настоящего изобретения является разработка термостойкого композиционного фильтрующего материала, пригодного для сборки фильтров и высокоэффективной очистки газовых сред от аэрозолей при температурах до 350°C в течение длительного времени.
Поставленная задача решается описываемым фильтрующим термостойким нановолокнистым материалом, содержащим внутренний рабочий слой и два внешних защитных слоя, размещенные с обеих сторон рабочего слоя, причем рабочий слой содержит волокна полидифениленфталида с диаметром 200-400 нм, выполнен методом электроформования из раствора полидифениленфталида в циклогексаноне и имеет массу единицы площади, равную 0,5-3,5 г/м2, а защитные слои выполнены из нетканого кварцевого материала.
Защитные слои содержат кварцевые волокна, имеющие диаметр 1-7 мкм, а их масса единицы площади 6-8 г/м2.
Материал характеризуется аэрородинамическим сопротивлением потоку воздуха с линейной скоростью 1 см/с, равному 20-40 Па.
Поставленная задача решается также заявленным способом получения материала, который заключается в следующем. Осуществляют электроформование нановолокон рабочего слоя в электрическом поле с напряженностью 2-6 кВ/см из раствора полидифениленфталида в циклогексаноне, при концентрации полидифениленфталида 11-14 масс.%, при содержании электролитической добавки, выбранной из галогенидов тетраэтиламмония и тетрабутиламмония, в количестве 0,1-0,2 масс.%, при вязкости раствора 0,3-0,9 Па·с и удельной электропроводности раствора 50-100 мкСм/см. Образующиеся при этом нановолокна укладывают на подложку из защитного нетканого кварцевого материала, после чего на сформованный на подложке рабочий слой накладывают второй защитный слой из того же нетканого материала.
Электроформование нановолокнистого рабочего слоя может быть осуществлено с использованием двух известных типов устройств.
В одном случае электроформование осуществляют с использованием устройства, снабженного формующим электродом, выполненным в виде гребенки, состоящей из дозирующих раствор капилляров, и осадительным электродом с размещенной на нем подложкой из нетканого кварцевого материала, на который под действием электростатических сил укладываются образующиеся в межэлектродном пространстве нановолокна из полидифениленфталида.
Альтернативно, электроформование осуществляют с использованием устройства, снабженного формующим электродом, выполненным в виде заряженного струнного коллектора с возможностью его вращения в емкости с формовочным раствором или в виде струны, с перемещающимся по ней дозирующим устройством, и осадительным электродом, при этом между формующим и осадительным электродами размещен нетканый кварцевый материал, на который под действием электростатических сил укладываются образующиеся в межэлектродном пространстве нановолокна из полидифениленфталида.
В объеме совокупности вышеуказанных признаков достигается заявленный технический результат, поскольку полученный материал не теряет эффективности фильтрации при работе в условиях высоких температур вплоть до 350°C.
Ниже приведены конкретные примеры осуществления заявленного способа получения предложенного фильтрующего композиционного термостойкого материала, а также фильтрующие характеристики полученного материала.
Для осуществления заявленного способа использованы известные из уровня техники устройства. В первом примере использовано устройство для электрокапиллярной технологии электроформования (ЭК-ЭФВ), которое описано, например, в монографии «Филатов, Ю. Н. Электроформование волокнистых материалов (ЭФВ-процесс) / Под ред. В.Н. Кириченко. - М.: Нефть и газ, 1997. - 298 с.». Во втором примере использовано устройство для технологии электроформования со свободной поверхности Nanospider™ (NS-ЭФВ), которое описано, например, в RU 2365686, 2009 или в US 7615427, 2010.
Пример 1
Приготавливают 14% раствор полидифениленфталида в циклогексаноне с добавкой тетрабутиламмония йодида 0,1 масс.% с вязкостью 0,9 Па·с и электропроводностью 50 мкСм/см для получения волокон со средним диаметром 400 нм.
Этот раствор продавливают через соответствующие дозаторы, помещенные в поле высокого напряжения при напряженности поля между электродами 2 кВ/см и получают методом электроформования на подложку из кварцевого нетканого материала, размещенную на осадительном электроде, нановолокнистый фильтрующий материал из волокон со средним диаметром 400 нм, массой единицы площади 3,5 г/м2. Затем на слой нановолокон накладывают слой кварцевого нетканого материала.
Полученный материал выдерживает температуру воздуха 350°C в течение 50 часов, при этом эффективность фильтрации по частицам 0,4 мкм в разряженном состоянии составляет 99,5% при линейной скорости фильтрации 50 см/с при стандартном аэроодинамическом сопротивлении 40 Па (при 1 см/с).
Пример 2
Приготавливают 11% раствор полидифениленфталида в циклогексаноне с добавкой тетрабутиламмония йодида 0,2 масс.% с вязкостью 0,3 Па·с и электропроводностью 100 мкСм/см для получения волокон со средним диаметром 200 нм.
Этот раствор наносят на поверхность вращающегося заряженного струнного электрода-коллектора, по технологии Nanospider™ при напряженности поля между электродами 6 кВ/см. Образующиеся в поле высокого напряжения нановолокна со средним диаметром 200 нм укладываются на нетканый кварцевый материал, расположенный в межэлектродном пространстве на расстоянии 2 см от осадительного электрода. При этом массой единицы площади нановолокнистого слоя составляет 0,5 г/м2. Затем на слой нановолокон накладывают слой кварцевого нетканого материала.
Полученный материал выдерживает температуру воздуха 350°C в течение 50 часов, при этом эффективность фильтрации по частицам 0,4 мкм в разряженном состоянии составляет 98,5% при линейной скорости фильтрации 50 см/с при стандартном аэроодинамическом сопротивлении 20 Па (при 1 см/с).
Примеры при других заявленных параметрах сведены в таблицу 1.
| Таблица 1 | ||||
| Параметр | №примера (метод электроформования) | |||
| 1 (ЭФВ-ЭК) | 2 (ЭФВ-NS) | 3 (ЭФВ-ЭК) | 4 (ЭФВ-NS) | |
| Концентрация полидифениленфталида, масс.% | 14 | 11 | 13 | 11 |
| Концентрация тетрабутиламмония йодида, масс.% | од | 0,2 | 0,15 | 0,2 |
| Вязкость раствора, Па·с | 0,9 | 0,3 | 0,7 | 0,3 |
| Удельная электропроводность, мкСм/см | 50 | 100 | 70 | 100 |
| Напряженность поля между электродами, кВ/см | 2 | 6 | 3 | 5 |
| Средний иаметр волокон, мкм | 400 | 200 | 300 | 200 |
| Масса ед. площади рабочего слоя нановолокон, г/м2 | 3,5 | 0,5 | 1,7 | 1,0 |
| Сопротивление потоку воздуха при 1 см/с, Па | 40 | 20 | 35 | 39 |
| Эффективность фильтрации частиц диаметром 0,4 мкм после 50 ч при 350°C, % | 99,93 | 98,5 | 99,8 | 99,97 |
Как видно из приведенных данных, предложенный материал является высокоэффективным средством для очистки газов от аэрозолей при повышенных температурах и не теряет своей эффективности в условиях длительной эксплуатации при температурах до 350°C.
Claims (6)
1. Фильтрующий термостойкий нановолокнистый материал, содержащий внутренний рабочий слои и два внешних защитных слоя, размещенных с обеих сторон рабочего слоя, причем рабочий слой содержит волокна полидифениленфталида с диаметром 200-400 нм, выполнен методом электроформования, и имеет массу единицы площади, равную 0,5-3,5 г/м2, а защитные слои выполнены из нетканого кварцевого материала.
2. Материал по п.1, характеризующийся тем, что защитные слои имеют массу единицы площади 6-8 г/м2 и содержат кварцевые волокна с диаметром 1-7 мкм.
3. Материал по п.1, отличающийся тем, что аэродинамическое сопротивление материала потоку воздуха с линейной скоростью 1 см/с составляет 20-40 Па.
4. Способ получения фильтрующего термостойкого нановолокнистого материала, охарактеризованного в п.1, заключающийся в том, что электроформование нановолокон рабочего слоя осуществляют в электрическом поле с напряженностью 2-6 кВ/см из раствора полидифениленфталида в циклогексаноне при концентрации полидифениленфталида 11-14 масс.%, при содержании электролитической добавки, выбранной из галогенидов тетраэтиламмония и тетрабутиламмония, в количестве 0,1-0,2 масс.%, при вязкости раствора 0,3-0,9 Па·с и удельной электропроводности раствора 50-100 мкСм/см, при этом образующиеся нановолокна укладывают на подложку из защитного нетканого кварцевого материала, после чего на сформованный на подложке рабочий слой накладывают второй защитный слой из того же нетканого материала.
5. Способ по п.4, характеризующийся тем, что электроформование нановолокнистого рабочего слоя осуществляют с использованием устройства, снабженного формующим электродом, выполненным в виде гребенки, состоящей из дозирующих раствор капилляров, и осадительным электродом с размещенной на нем подложкой из нетканого кварцевого материала, на который под действием электростатических сил укладываются образующиеся в межэлектродном пространстве нановолокна из полидифениленфталида.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что электроформование нановолокнистого рабочего слоя осуществляют с использованием устройства, снабженного формующим электродом, выполненным в виде заряженного струнного коллектора с возможностью его вращения в емкости с формовочным раствором или в виде струны с перемещающимся по ней дозирующим устройством, и осадительным электродом, при этом между формующим и осадительным электродами размещен нетканый кварцевый материал, на который под действием электростатических сил укладываются образующиеся в межэлектродном пространстве нановолокна из полидифениленфталида.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012156709/05A RU2524936C1 (ru) | 2012-12-26 | 2012-12-26 | Фильтрующий термостойкий нановолокнистый материал и способ его получения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012156709/05A RU2524936C1 (ru) | 2012-12-26 | 2012-12-26 | Фильтрующий термостойкий нановолокнистый материал и способ его получения |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012156709A RU2012156709A (ru) | 2014-07-10 |
| RU2524936C1 true RU2524936C1 (ru) | 2014-08-10 |
Family
ID=51215459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012156709/05A RU2524936C1 (ru) | 2012-12-26 | 2012-12-26 | Фильтрующий термостойкий нановолокнистый материал и способ его получения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2524936C1 (ru) |
Cited By (4)
| 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 |
| RU2676066C1 (ru) * | 2018-03-27 | 2018-12-25 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Способ получения фильтрующего материала и фильтрующий материал |
| EA033661B1 (ru) * | 2018-03-05 | 2019-11-14 | Obschestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu Inmed | Способ получения фильтрационного материала, формовочный раствор для его осуществления и фильтрационный материал |
| RU2775738C2 (ru) * | 2020-07-15 | 2022-07-07 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОФОРМОВАНИЯ" | Способ скрепления функционального волокнистого материала с нетканой подложкой |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2055632C1 (ru) * | 1991-06-25 | 1996-03-10 | Научно-технический центр "Тонкая очистка" | Сорбционно-фильтрующий материал для бактериальных фильтров и способ его получения |
| US7390452B2 (en) * | 2002-03-08 | 2008-06-24 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Electrospinning of polymer and mesoporous composite fibers |
| US7575707B2 (en) * | 2005-03-29 | 2009-08-18 | University Of Washington | Electrospinning of fine hollow fibers |
| RU2429048C2 (ru) * | 2009-11-06 | 2011-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" | Фильтрующий материал для тонкой очистки газов и способ получения |
| US8066932B2 (en) * | 2003-09-05 | 2011-11-29 | Board of Supervisors of Louisiana State Universtiy and Agricultural and Mechanical College, on behalf of The University of New Orleans | Process of fabricating nanofibers by reactive electrospinning |
| US8257641B1 (en) * | 2011-02-14 | 2012-09-04 | Xerox Corporation | Process of making core-sheath nanofibers by coaxial electrospinning |
-
2012
- 2012-12-26 RU RU2012156709/05A patent/RU2524936C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2055632C1 (ru) * | 1991-06-25 | 1996-03-10 | Научно-технический центр "Тонкая очистка" | Сорбционно-фильтрующий материал для бактериальных фильтров и способ его получения |
| US7390452B2 (en) * | 2002-03-08 | 2008-06-24 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Electrospinning of polymer and mesoporous composite fibers |
| US8066932B2 (en) * | 2003-09-05 | 2011-11-29 | Board of Supervisors of Louisiana State Universtiy and Agricultural and Mechanical College, on behalf of The University of New Orleans | Process of fabricating nanofibers by reactive electrospinning |
| US7575707B2 (en) * | 2005-03-29 | 2009-08-18 | University Of Washington | Electrospinning of fine hollow fibers |
| RU2429048C2 (ru) * | 2009-11-06 | 2011-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" | Фильтрующий материал для тонкой очистки газов и способ получения |
| US8257641B1 (en) * | 2011-02-14 | 2012-09-04 | Xerox Corporation | Process of making core-sheath nanofibers by coaxial electrospinning |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA033661B1 (ru) * | 2018-03-05 | 2019-11-14 | Obschestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu Inmed | Способ получения фильтрационного материала, формовочный раствор для его осуществления и фильтрационный материал |
| 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 |
| RU2676066C1 (ru) * | 2018-03-27 | 2018-12-25 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Способ получения фильтрующего материала и фильтрующий материал |
| RU2775738C2 (ru) * | 2020-07-15 | 2022-07-07 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОФОРМОВАНИЯ" | Способ скрепления функционального волокнистого материала с нетканой подложкой |
| RU2784246C2 (ru) * | 2020-07-25 | 2022-11-23 | Общество с ограниченной ответственностью «ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОФОРМОВАНИЯ» | Состав раствора для получения фильтрующего материала для тонкой очистки масел и топлив |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012156709A (ru) | 2014-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Needleless electro-spun nanofibers used for filtration of small particles. | |
| CN104436865B (zh) | 一种高效低阻复合纤维pm2.5过滤膜及静电纺丝制备方法 | |
| Liu et al. | Preparation of a polyurethane electret nanofiber membrane and its air-filtration performance | |
| CN106999953B (zh) | 用于高效率pm2.5捕获的空气过滤器 | |
| DK157286B (da) | Ansigtsmaske samt fremgangsmaade til fremstilling af et fiberbaneelektreret til brug som filterlag i ansigtsmasken | |
| Zhong et al. | Ultra-fine SiO2 nanofilament-based PMIA: A double network membrane for efficient filtration of PM particles | |
| RU2524936C1 (ru) | Фильтрующий термостойкий нановолокнистый материал и способ его получения | |
| JP2005218909A (ja) | 濾過材及びフィルタ | |
| Nam et al. | Electrospun nanofiber filters for highly efficient PM 2.5 capture | |
| TW201339387A (zh) | 混纖不織布與積層片及過濾器以及混纖不織布之製造方法 | |
| CN108201735B (zh) | 过滤装置及其制备方法 | |
| Kwak et al. | Large-scale centrifugal multispinning production of polymer micro-and nanofibers for mask filter application with a potential of cospinning mixed multicomponent fibers | |
| JP2014151293A (ja) | 集塵機用濾布 | |
| CN109289327B (zh) | 一种具备抗菌的高效空气过滤膜及其制备方法 | |
| CN100509108C (zh) | 一种复合驻极体纤维过滤材料 | |
| CN110743249A (zh) | 带锚点耐反吹纳米纤维复合滤材 | |
| Liu et al. | Large scale poly (vinyl alcohol-co-ethylene)/TiO 2 hybrid nanofibrous filters with efficient fine particle filtration and repetitive-use performance | |
| RU2637952C2 (ru) | Фильтрующий материал и способ его получения | |
| Lin et al. | Preparation of fluffy bimodal conjugated electrospun poly (lactic acid) air filters with low pressure drop | |
| Cheng et al. | Multi-hierarchical nanofibre membranes composited with ordered structure/nano-spiderwebs for air filtration | |
| 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 | |
| WO2013010517A2 (en) | Morphologically optimized nonwoven textiles based on nanofibres | |
| Toptas et al. | Enhancing filtration performance of submicron particle filter media through bimodal structural design | |
| Lackowski et al. | Nonwoven filtration mat production by electrospinning method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20160513 |