RU2607585C1 - Multilayer filtering and sorptive nonwoven material - Google Patents
Multilayer filtering and sorptive nonwoven material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2607585C1 RU2607585C1 RU2015148865A RU2015148865A RU2607585C1 RU 2607585 C1 RU2607585 C1 RU 2607585C1 RU 2015148865 A RU2015148865 A RU 2015148865A RU 2015148865 A RU2015148865 A RU 2015148865A RU 2607585 C1 RU2607585 C1 RU 2607585C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sorption
- layers
- filter
- fibers
- particles
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
- B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
Abstract
Description
Изобретение относится к производству нетканых материалов, а именно к многослойным фильтровально-сорбционным нетканым материалам, полученным из расплавов и растворов полимеров методом аэродинамического формования, состоящих из слоев, образованных ультратонкими волокнами, и слоев волокон, содержащих твердые сорбирующие наполнители, отличающиеся гранулометрическим составом. Такие нетканые материалы обладают комплексом фильтрующих и сорбционно-фильтрующих свойства, предназначены для фильтрации газов и жидкостей от вредных примесей (аэрозолей, эмульсий, суспензий) и могут быть использованы в качестве элементов в фильтрующих средствах защиты органов дыхания, защитной одежды, предотвращающей повреждение кожного покрова, имеют возможность использования для изготовления медицинских изделий например, респираторов.The invention relates to the production of nonwoven materials, namely, multilayer filtering and sorption nonwoven materials obtained from melts and polymer solutions by aerodynamic molding, consisting of layers formed by ultrafine fibers, and fiber layers containing solid sorbent fillers, characterized by particle size distribution. Such non-woven materials have a set of filtering and sorption-filtering properties, are designed to filter gases and liquids from harmful impurities (aerosols, emulsions, suspensions) and can be used as elements in filtering means of respiratory protection, protective clothing to prevent damage to the skin, have the ability to use for the manufacture of medical devices such as respirators.
Известен пористый воздухопроницаемый фильтровальный материал в виде нетканой сетки, образованной из термопластичных полиуретановых эластомерных волокон, содержащих до 60-80% активного сорбента, запутанного в сетке (Заявка ЕР 237181, A41D 13/11, B01D 39/00, B01D 39/16, опубл. 10.05.2011).Known porous breathable filter material in the form of a non-woven mesh formed from thermoplastic polyurethane elastomeric fibers containing up to 60-80% of the active sorbent entangled in the mesh (Application EP 237181, A41D 13/11, B01D 39/00, B01D 39/16, publ. May 10, 2011).
Недостатком такого материала является то, что частицы находятся между волокнами, то есть происходит их чисто механическое закрепление, при этом они не лимитированы по геометрическим размерам, сорбция осуществляется только за счет весового присутствия от 30% до 80%. Волокна сетки не обладают должной площадью поверхности, поэтому процесс сорбции не достаточно эффективный.The disadvantage of this material is that the particles are between the fibers, that is, they are purely mechanically fixed, while they are not limited in geometric dimensions, sorption is carried out only due to the weight presence of from 30% to 80%. Mesh fibers do not have the proper surface area, so the sorption process is not efficient enough.
Известен защищающий многослойный фильтровальный материал, состоящий из несущего слоя, адсорбирующего несущего слоя, аэрозольного слоя и покрывного слоя (Патент US 8366816, B01D 53/02, опубл. 05.02.2013).Known protective multilayer filter material consisting of a carrier layer, an absorbent carrier layer, an aerosol layer and a coating layer (Patent US 8366816, B01D 53/02, publ. 05.02.2013).
Функциональность фильтровального и аэрозольного слоев обеспечивается за счет пористых сеток, состоящих из ультратонких, супертонких волокон, полученных электропрядением и методом мелтблоун. Пористые сетки представляют собой тканый или нетканый материал, содержащий синтетические полипропиленовые, поливинилхлоридные, полиамидные, полиакрилонитрильные, полиуретановые, поливинилспиртовые волокна без наполнителя.The functionality of the filter and aerosol layers is ensured by porous meshes consisting of ultrafine, superthin fibers obtained by electrospinning and the meltblown method. Porous meshes are woven or non-woven materials containing synthetic polypropylene, polyvinyl chloride, polyamide, polyacrylonitrile, polyurethane, polyvinyl alcohol fibers without filler.
Недостатком такого материала является отсутствие активного наполнителя, сорбция осуществляется за счет волокон из полимеров с различной степенью полярности, химической природы, не обеспечивает сорбционную активность, необходимую по аварийно-химическим опасным веществам ингаляционного действия (АХОВИД).The disadvantage of this material is the absence of an active filler, sorption is carried out due to fibers from polymers with different degrees of polarity, chemical nature, does not provide the sorption activity necessary for emergency chemical hazardous substances of inhalation action (AHOVID).
Известен многослойный сорбционно-фильтровальный нетканый материал, состоящий из нескольких слоев нетканого материала, выполненного из содержащего твердые сорбционные частицы волокна, полученного из смеси полиакрилонитрила и полиуретана аэродинамическим формованием раствора полимера (Патент RU 2317132, B01D 39/16, B01J 20/28, опубл. 20.02.2008).A multilayer sorption-filter non-woven material is known, consisting of several layers of non-woven material made of a fiber containing solid sorption particles obtained from a mixture of polyacrylonitrile and polyurethane by aerodynamic molding of a polymer solution (Patent RU 2317132, B01D 39/16,
Недостатком такого материала является неравномерное расположение наполнителя по длине волокон в процессе формования из-за использования фракции наполнителя с широкой дисперсностью от 10 до 150 мкм. Не обеспечивается должная степень защиты по АХОВИД вследствие максимального содержания наполнителя до 50-60% за счет агломерации на поверхности волокон в холсте нетканого материала, отсутствуют барьерные свойства по стандартному масляному туману (СМТ).The disadvantage of this material is the uneven location of the filler along the length of the fibers during molding due to the use of a filler fraction with a wide dispersion of 10 to 150 microns. The proper degree of protection according to AHOVID is not ensured due to the maximum filler content of up to 50-60% due to agglomeration of non-woven material on the surface of the fibers, there are no barrier properties according to standard oil mist (SMT).
Наиболее близким аналогом является многослойный сорбционно-фильтровальный материал, который содержит 2-4 сорбционных слоя нетканого материала из наполненных твердыми частицами волокон на основе полиакрилонитрила или смеси его с полиуретаном, а также содержит покровный и подстилающий армирующие слои из тканого или нетканого материала (Патент RU 2330134, B01D 39/14, D04H 13/00, опубл. 09.11.2006).The closest analogue is a multilayer sorption-filter material, which contains 2-4 sorption layers of a nonwoven material made of fibers filled with solid particles based on polyacrylonitrile or a mixture of it with polyurethane, and also contains cover and underlying reinforcing layers of woven or non-woven material (Patent RU 2330134 , B01D 39/14, D04H 13/00, published 09.11.2006).
Главным недостатком данного многослойного нетканого материала является отсутствие фильтровального слоя, обеспечивающего необходимую противоаэрозольную защиту по масляному туману и хлористому натрию. Другим недостатком этого материала является то, что входящие в его состав угленаполненные слои, полученные введением в волокна из полиакрилонитрила и полиуретана диаметром 20-40 мкм в условиях аэродинамического формования наполнителя с большой дисперсностью в пределах 10-100 мкм, не позволяет регулировать фиксацию его внутри и на поверхности волокон. Присутствие наполнителя, расположенного по-разному в волокнистом холсте при аутогезионном склеивании, вызывает пространственные затруднения при коалесценции поверхностей соединяемых волокон, что нарушает процесс склеивания, увеличивая диапазон изменения пор. При последующем использовании таких нетканых материалов в динамических условиях в качестве сорбционно-фильтрующих перегородок затрудняется достижение эффективной сорбции для различных АХОВИД. Данный многослойный материал комплексно не обеспечивает динамическую сорбционную активность, воздухопроницаемость и одновременно аэрозольную защиту.The main disadvantage of this multilayer non-woven material is the lack of a filter layer that provides the necessary anti-aerosol protection for oil mist and sodium chloride. Another disadvantage of this material is that its carbon-filled layers, obtained by introducing 20-40 microns in diameter into polyacrylonitrile and polyurethane fibers under the conditions of aerodynamic molding of a filler with a high dispersion in the range of 10-100 microns, do not allow adjusting its fixation inside and on the surface of the fibers. The presence of a filler located differently in the fibrous canvas during autogesion bonding causes spatial difficulties in the coalescence of the surfaces of the joined fibers, which disrupts the bonding process, increasing the range of pore changes. With the subsequent use of such non-woven materials under dynamic conditions as sorption-filtering walls, it is difficult to achieve effective sorption for various AHOVID. This multilayer material does not comprehensively provide dynamic sorption activity, air permeability and at the same time aerosol protection.
Технической задачей данного изобретения является создание многослойного фильтровально-сорбционного материала, обладающего за счет наличия специализированных слоев комплексом фильтровальных, сорбционных, защитных свойств, драпируемостью и высокими физико-механическими свойствами, позволяющими использовать его в различных областях техники.The technical task of this invention is the creation of a multilayer filter-sorption material, which, due to the presence of specialized layers, has a complex of filtering, sorption, protective properties, drapability and high physical and mechanical properties that allow it to be used in various fields of technology.
Поставленная задача в настоящем изобретении решается за счет того, что многослойный фильтровально-сорбционный материал состоит из фильтрующей части, сорбционной части и наружного армирующего слоя из тканого или нетканого материала, размещенного с одной или двух сторон, причем фильтрующая часть материала содержит 1-3 слоя нетканого волокнистого материала, полученного аэродинамическим формованием из расплава полимера и содержащего смесь волокон диаметром 0,5-2,0 мкм и 2,0-4,0 мкм при их соотношении 1,2-3,0 соответственно, при этом отношение суммарной толщины фильтрующих слоев к среднему диаметру волокон в фильтрующих слоях составляет 40-700, сорбционная часть представляет собой 2-5 слоев нетканого волокнистого материала, полученного аэродинамическим формованием из смеси растворов полиуретана и полиакрилонитрила, наполненного частицами активного твердого наполнителя с размером в интервале от 10 до 80 мкм.The problem is solved in the present invention due to the fact that the multilayer filter and sorption material consists of a filter part, a sorption part and an outer reinforcing layer of woven or non-woven material placed on one or two sides, and the filter part of the material contains 1-3 layers of non-woven fibrous material obtained by aerodynamic molding from a polymer melt and containing a mixture of fibers with a diameter of 0.5-2.0 microns and 2.0-4.0 microns with a ratio of 1.2-3.0, respectively, while the ratio of the sums The thickness of the filter layers to the average fiber diameter in the filter layers is 40-700, the sorption part is 2-5 layers of non-woven fibrous material obtained by aerodynamic molding from a mixture of solutions of polyurethane and polyacrylonitrile filled with particles of active solid filler with a size in the range from 10 to 80 microns.
Сорбционная часть этого материала содержит два типа слоев волокнистого материала, при этом один из упомянутых типов наполнен частицами активного твердого наполнителя с размером 10-40 мкм, размещенными внутри волокон, а другой тип наполнен частицами активного твердого наполнителя с размером 40-80 мкм, размещенными на поверхности волокон.The sorption part of this material contains two types of layers of fibrous material, one of the mentioned types being filled with active solid filler particles with a size of 10-40 microns placed inside the fibers, and the other type is filled with active solid filler particles with a size of 40-80 microns placed on fiber surface.
Отношение суммарной толщины слоев волокнистого материала, наполненного частицами активного твердого наполнителя с размером 40-80 мкм, к суммарной толщине слоев волокнистого материала, наполненного частицами активного твердого наполнителя с размером 10-40 мкм, составляет 0,15-2,0, при этом волокнистый материал, наполненный частицами с размером 40-80 мкм, получен формованием из раствора с преобладающим содержанием полиуретана в прядильном растворе, а материал, наполненный частицами с размером 10-40 мкм, получен формованием из раствора с преобладающим содержанием полиакрилонитрила в прядильном растворе.The ratio of the total thickness of the layers of fibrous material filled with particles of active solid filler with a size of 40-80 microns to the total thickness of layers of fibrous material filled with particles of active solid filler with a size of 10-40 microns is 0.15-2.0, while the fibrous material filled with particles with a size of 40-80 μm, obtained by molding from a solution with a predominant content of polyurethane in the dope, and material filled with particles with a size of 10-40 microns, obtained by molding from a solution with a predominantly their polyacrylonitrile content in the dope.
Предлагаемый многослойный фильтровально-сорбционный материал позволяет решить поставленную задачу.The proposed multilayer filter and sorption material allows us to solve the problem.
Установлено, что процесс адсорбции складывается из внешней диффузии молекул сорбируемого вещества к поверхности волокон наружных слоев нетканого материала и внешней поверхности частиц сорбента, закрепленных снаружи на поверхности волокна, внутренней диффузии молекул сорбтива (сорбата) по макропорам нетканого материала к сорбирующей поверхности микропор сорбента, находящегося на поверхности и внутри полимерных волокон, собственно сорбции на внутренней поверхности микропор сорбента [А.В. Генис и др. Пластические массы, 2013, №5, с. 20-22].It has been established that the adsorption process consists of the external diffusion of the molecules of the sorbed substance to the surface of the fibers of the outer layers of the nonwoven material and the outer surface of the sorbent particles fixed externally on the fiber surface, the internal diffusion of the sorbent molecules (sorbate) along the macropores of the nonwoven material to the sorbent surface of the sorbent micropores located on the surface and inside of the polymer fibers, the actual sorption on the inner surface of the micropores of the sorbent [A.V. Genis et al. Plastics, 2013, No. 5, p. 20-22].
Помимо традиционных подстилающих и покрывных слоев из тканого и нетканого материала, несущих чисто армирующие функции, расположенных снаружи для предотвращения повреждения структуры остальных внутренних слоев, многослойный фильтровально-сорбционный материал содержит от 1 до 3 фильтрующих слоев нетканых материалов, состоящих из смеси волокон диаметром 0,5-2,0 мкм и 2,0-4,0 мкм соответственно, полученных аэродинамическим формованием из расплава, и сорбционные холсты нетканого материала, сформованного аэродинамическим растворным способом, состоящие из пористых волокон, представляющих собой совокупность расположенных в требуемой последовательности сорбционно-упрочненных и сорбционно-активных слоев нетканого холста, полученных из смеси растворов полиуретана и полиакрилонитрила. Причем при формовании сорбционно-упрочненных слоев материалов в смеси прядильных растворов преобладает по содержанию полиуретан (более 50%), а при формовании сорбционно-активных слоев в указанной смеси доминирует по содержанию полиакрилонитрил (более 50%). Общее число составляющих сорбционно-упрочненных и сорбционно-активных слоев, образующих сорбционную часть, составляет 2-5.In addition to traditional underlay and cover layers of woven and non-woven material, carrying purely reinforcing functions, located outside to prevent damage to the structure of the remaining inner layers, the multilayer filter and sorption material contains from 1 to 3 filter layers of non-woven materials consisting of a mixture of fibers with a diameter of 0.5 -2.0 μm and 2.0-4.0 μm, respectively, obtained by aerodynamic molding from a melt, and sorption canvases of a nonwoven material formed by an aerodynamic solution method, with consisting of porous fibers, which are a combination of sorption-hardened and sorption-active layers of non-woven canvas arranged in the required sequence, obtained from a mixture of solutions of polyurethane and polyacrylonitrile. Moreover, when forming sorption-hardened layers of materials in a mixture of spinning solutions, polyurethane prevails (more than 50%), and when forming sorption-active layers in this mixture, polyacrylonitrile dominates (more than 50%). The total number of constituents of the sorption-hardened and sorption-active layers forming the sorption part is 2-5.
За счет увеличения фильтрующих слоев от 1 до 3 удается повысить длину поровых каналов, снизить скорость движения сорбтива через фильтрующие слои, имеющие за счет наличия ультратонких волокон множественные извилистые поровые каналы, диаметром 25-40 мкм; повысить за счет снижения скорости движения сорбтива и роста площади боковой поверхности волокон в фильтрующей части время контакта сорбтива с поверхностью сорбента, расположенного в сорбционно-упрочненных и сорбционно-активных слоях сорбционной части многослойного холста. За счет роста суммарной поверхности контакта и времени контакта обеспечивается универсальная защита от аэрозолей СМТ (ГОСТ Р 12.4.194-99) и от газовоздушной смеси АХОВИД (ГОСТ Р 22.9.14-2014).By increasing the filter layers from 1 to 3, it is possible to increase the length of the pore channels, reduce the speed of the sorbent through the filter layers, which, due to the presence of ultra-thin fibers, have multiple winding pore channels with a diameter of 25-40 microns; increase due to the decrease in the speed of movement of the sorbent and the increase in the area of the lateral surface of the fibers in the filtering part, the contact time of the sorbent with the surface of the sorbent located in the sorption-hardened and sorption-active layers of the sorption part of the multilayer canvas. Due to the growth of the total contact surface and contact time, universal protection is provided against aerosols SMT (GOST R 12.4.194-99) and from the AHOVID air-gas mixture (GOST R 22.9.14-2014).
Наличие сорбционно-упрочненных промежуточных слоев с находящимися между ними сорбционно-активными слоями, в сорбционной части многослойного фильтровально-сорбционного нетканого материала обеспечивает повышение драпируемости до 12-15%. Это происходит благодаря поверхностному расположению наполнителя в сорбционно-упрочненных слоях и доминированию полимерной фазы внутри волокон, образующих холст. В результате у таких слоев наблюдается увеличение деформации (удлинения) в 1,8-2 раза (8-10% вместо 4%), деформационное упрочнение возрастает на 10-20%, что приводит к росту показателя драпируемости. Наличие сорбционно-активных слоев с содержанием наполнителя внутри полимерных волокон дополнительно приводит к росту содержания его в сорбционной части многослойного материала до не менее 70%, что соответствует современным требованиям, предъявляемым к средствам защиты. Наличие поверхностного расположения наполнителя в сорбционно-упрочненных слоях дополнительно увеличивает стойкость сорбционной части к знакопеременным нагрузкам, а значит срок эксплуатации сорбционно-активных слоев многослойного фильтровально-сорбционного нетканого материала.The presence of sorption-hardened intermediate layers with sorption-active layers located between them in the sorption part of the multilayer filter-sorption nonwoven material provides an increase in drape up to 12-15%. This is due to the surface location of the filler in the sorption-hardened layers and the dominance of the polymer phase inside the fibers forming the canvas. As a result, an increase in strain (elongation) of 1.8-2 times (8-10% instead of 4%) is observed for such layers, strain hardening increases by 10-20%, which leads to an increase in drapeability. The presence of sorption-active layers with a filler content inside the polymer fibers additionally leads to an increase in its content in the sorption part of the multilayer material to at least 70%, which corresponds to modern requirements for protective equipment. The presence of the surface location of the filler in the sorption-hardened layers additionally increases the resistance of the sorption part to alternating loads, and therefore the life of the sorption-active layers of a multilayer filter-sorption nonwoven material.
Для повышения барьерных свойств и улучшения противоаэрозольной защиты предлагается структура многочисленного фильтровально-сорбционного материала, в котором фильтрующая часть включает от 1 до 3 слоев, состоящих из смеси волокон диаметром 0,5-2,0 мкм и 2,0-4,0 мкм, причем отношение их в каждом из слоев находится в пределах от 1,2 до 3.To increase the barrier properties and improve the aerosol protection, a structure of numerous filter-sorption material is proposed, in which the filter part includes from 1 to 3 layers consisting of a mixture of fibers with a diameter of 0.5-2.0 μm and 2.0-4.0 μm, moreover, their ratio in each of the layers is in the range from 1.2 to 3.
При отношении волокон диаметром 0,5-2,0 мкм к волокнам диаметром 2,0-4,0 мкм меньше 1,2 не обеспечиваются защитные свойства по СМТ. Указанное отношение больше 3 ограничено технологическими возможностями высокотемпературного вытягивания низковязкого полипропилена в изотермических условиях из-под фильерного пространства.When the ratio of fibers with a diameter of 0.5-2.0 microns to fibers with a diameter of 2.0-4.0 microns less than 1.2 does not provide protective properties for SMT. The specified ratio of more than 3 is limited by the technological capabilities of high-temperature drawing of low-viscosity polypropylene in isothermal conditions from under the die space.
В зависимости от вида изделия используемые фильтрующие слои отличаются различной проницаемостью, которая в допустимых пределах регулируется за счет изменения толщины каждого слоя вследствие регулирования степени склеивания между волокнами в процессе формования, а также путем варьирования количеством слоев от 1 до 3. Тем самым изменяется длина и площадь боковой поверхности поровых каналов для сорбции СМТ в фильтрующей части многослойного фильтровально-сорбционного нетканого материала. Причем отношение суммарной толщины слоев фильтрующей части к среднему диаметру волокон в фильтрующих слоях находится в пределах от 40 до 700. При отношении меньше 40 фильтрующие слои обладают повышенным диаметром пор свыше 50 мкм, высокой склеенностью между волокнами, что приводит к уменьшению драпируемости меньше допустимой 10% и увеличивает показатель проницаемости СМТ выше допустимого верхнего предела в 20% (ГОСТ Р 12.4194-99), не позволяющего использовать фильтровальную часть многослойных нетканых материалов для таких целей. При отношении более 700 снижается воздухопроницаемость меньше допустимого нижнего предела в 100 дм3/м2с, характерного для СИЗК и СИЗОД, уменьшается драпируемость фильтровальных слоев, имеющих суммарную повышенную толщину.Depending on the type of product, the used filter layers are distinguished by different permeability, which is regulated within acceptable limits by changing the thickness of each layer due to the degree of adhesion between the fibers during molding, and by varying the number of layers from 1 to 3. Thus, the length and area change the side surface of the pore channels for sorption of SMT in the filtering part of the multilayer filter-sorption nonwoven material. Moreover, the ratio of the total thickness of the layers of the filtering part to the average diameter of the fibers in the filtering layers is in the range from 40 to 700. With a ratio of less than 40, the filtering layers have an increased pore diameter of more than 50 μm, high bonding between the fibers, which leads to a decrease in drapeability less than the permissible 10% and increases the CMT permeability index above the permissible upper limit of 20% (GOST R 12.4194-99), which does not allow the use of the filter part of multilayer nonwoven materials for such purposes. With a ratio of more than 700, air permeability decreases below the permissible lower limit of 100 dm 3 / m 2 s, which is typical for SIZK and SIZOD, the drapability of filter layers having a total increased thickness decreases.
В зависимости от вида изделия многослойные материалы применяются для производства СИЗОД либо СИЗК с числом расположенных в разной последовательности сорбционно-упрочненных и сорбционно-активных слоев количеством от 2 до 5, составляющих сорбирующую часть таких материалов.Depending on the type of product, multilayer materials are used for the production of RPE or SIZK with the number of sorption-hardened and sorption-active layers in a different sequence from 2 to 5, comprising the sorbing part of such materials.
В процессе аэродинамического формования и вытягивания крупнодисперсный наполнитель с диапазоном от 40 до 80 мкм при формовании сорбционно-упрочненных слоев выдавливается из середины волокон и остается закрепленным на их поверхности. Мелкодисперсный наполнитель с диапазоном от 10 до 40 мкм остается внутри волокна сорбционно-активного слоя.In the process of aerodynamic molding and drawing, a coarse filler with a range from 40 to 80 μm is pressed from the middle of the fibers during the formation of sorption-hardened layers and remains fixed on their surface. A finely divided filler with a range of 10 to 40 microns remains inside the fiber of the sorption-active layer.
Микроскопический анализ структуры слоев с помощью микроскопа Olympus bx-51, содержащих наполнитель разного размера, позволил подсчитать число частиц наполнителя в волокне длиной 1000 мкм. Установлено, что число частиц n наполнителя размером 10-40 мкм подчиняется закономерности n=5⋅dв, где dв - диаметр волокна. Для крупнодисперсного наполнителя с частицами размером 40-80 мкм указанная закономерность имеет вид: n=0,5⋅dв. Это подтверждает факт нахождения крупнодисперсных частиц на поверхности волокон в композиционном нетканом материале и наименьшего их присутствия внутри волокон, а также действующий механизм заполнения волокон в процессе вытягивания и холстообразования композиционных нетканых материалов.Microscopic analysis of the structure of the layers using an Olympus bx-51 microscope containing filler of different sizes made it possible to calculate the number of filler particles in a fiber 1000 μm long. It was established that the number of particles n of a filler of 10-40 μm in size obeys the laws n = 5⋅d in , where d in is the fiber diameter. For a coarse-grained filler with particles of 40-80 microns in size, this regularity has the form: n = 0.5⋅d c . This confirms the fact of the presence of coarse particles on the surface of the fibers in the composite non-woven material and their smallest presence inside the fibers, as well as the existing mechanism for filling the fibers during the drawing and canvas formation of composite non-woven materials.
За счет практически полного заполнения мелкодисперсными частицами наполнителя внутреннего объема волокон сорбционно-активного слоя возрастает общее содержание наполнителя в сорбционной части многослойного фильтровально-сорбционного материала до 70%. В соответствии с ранее описанным механизмом диффузии сорбтива динамическая сорбционная активность по циклогексану для сорбционно-активных слоев достигает значений 120-150 мг/г, по аммиаку 58-70 мг/г, по диоксиду серы 65-75 мг/г.Due to the almost complete filling with fine particles of the filler of the internal volume of the fibers of the sorption-active layer, the total filler content in the sorption part of the multilayer filter-sorption material increases to 70%. In accordance with the previously described mechanism of diffusion of a sorbent, the dynamic sorption activity for cyclohexane for sorption-active layers reaches 120-150 mg / g, for ammonia 58-70 mg / g, for sulfur dioxide 65-75 mg / g.
В зависимости от видов изделий СИЗОД и СИЗК сорбционно-упрочненные и сорбционно-активные слои числом от 2 до 5 располагаются в разной последовательности. Причем отношение толщины сорбционно-упрочненных слоев, изготовленных формованием прядильных растворов с преобладающим содержанием полиуретана, к толщине сорбционно-активных слоев, полученных формованием прядильных растворов с преобладающим содержанием полиакрилонитрила, находится в интервале от 0,15 до 2,0.Depending on the types of products, RPE and SPE, sorption-hardened and sorption-active layers from 2 to 5 in number are arranged in different sequences. Moreover, the ratio of the thickness of the sorption-hardened layers made by molding spinning solutions with a predominant content of polyurethane to the thickness of sorption-active layers obtained by molding spinning solutions with a predominant content of polyacrylonitrile is in the range from 0.15 to 2.0.
При отношении меньше 0,15 не обеспечиваются в необходимой степени армирующие свойства, драпируемость, износостойкость сорбционной части многослойного нетканого материала, а при отношении более 2,0 не достигается необходимая величина динамической сорбции сорбционной части многослойного фильтровально-сорбционного нетканого материала.When the ratio is less than 0.15, the necessary reinforcing properties, drapability, and wear resistance of the sorption part of the multilayer nonwoven material are not provided, and when the ratio is more than 2.0, the required value of the dynamic sorption of the sorption part of the multilayer filter-sorption nonwoven material is not achieved.
Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами.The invention is illustrated by the following graphic materials.
На Фиг. 1а представлен механизм расположения крупнодисперсного наполнителя с размером частиц от 40 до 80 мкм на поверхности волокна в сорбционно-упрочненных слоях.In FIG. 1a, the arrangement of coarse-grained filler with a particle size of 40 to 80 μm on the fiber surface in sorption-hardened layers is presented.
На Фиг. 1б представлен механизм расположения мелкодисперсного наполнителя с размером частиц от 10 до 40 мкм внутри волокна в сорбционных слоях.In FIG. 1b, the mechanism of the location of a finely divided filler with a particle size of 10 to 40 μm inside the fiber in the sorption layers is presented.
На Фиг. 2 представлен многослойный фильтровально-сорбционный нетканый материал, состоящий из армирующего слоя 1, сорбционных слоев 2 и фильтрующего слоя 3.In FIG. 2 shows a multilayer filter-sorption nonwoven material consisting of a reinforcing
На Фиг. 3 представлен график распределения диаметров частиц наполнителя среднедисперсной (1) и крупнодисперсной (2) фракции активированного угля.In FIG. Figure 3 shows a graph of the distribution of particle diameters of a filler of a medium-sized (1) and coarse-grained (2) activated carbon fraction.
На Фиг. 4 представлен график распределения диаметров частиц наполнителя среднедисперсной и крупнодисперсной фракции ионообменных смол марок КБ-4, ЭДЭ-10П.In FIG. 4 is a graph of the distribution of particle diameters of the filler of the finely dispersed and coarse fractions of ion-exchange resins of the KB-4, EDE-10P grades.
Многослойный фильтровально-сорбционный материал получают на линии, включающей установку по получению нетканых материалов из ультратонких волокон ППРМ (полипропиленовые рулонированные материалы), комплекс по подготовке различных наполнителей с заданным гранулометрическим составом, установку формования растворов (ПУФР), узел получения комбинированных фильтровально-сорбирующих материалов (КФСМ). На установке ППРМ из расплава полипропилена с низким индексом расплава аэродинамическим формованием получают волокнистый холст, служащий для формирования фильтровальной части многослойного нетканого материала, который затем каландрируется с одновременной обрезкой и наматывается в рулон. В комплексе по подготовке наполнителей происходит измельчение исходного наполнителя (активированного угля, катионитов, анионитов) начальной дисперсностью 0,35-2,0 мм до гранулометрического состава требуемой дисперсности, определение распределения наполнителя с помощью анализатора-микросайзера, вибрационное просеивание наполнителя для получения его узкого распределения. Установка ПУФР содержит от 2 до 5 аппаратов для приготовления наполненных прядильных растворов для получения слоев нетканого материала, содержащих различные наполнители (уголь активированный, катионит, анионит и др.) либо одинаковые наполнители, но различного гранулометрического состава. Наличие нескольких аппаратов позволяет реализовать формование различных отдельных слоев многослойного нетканого материала на отдельных линиях формования. Раствор полимера, вытекая из фильеры, подвергается растяжению потоком сжатого воздуха и затем воздействию тонко распыленной осадительной ванны. После отмывки растворителя и осаждения полимера волокно собирается на сетчатой подложке, где формируется структура многослойного волокнистого материала, состоящая из сорбционно-упрочненных и сорбционно-активных слоев с различным расположением. Полученная сорбционная часть перед соединением с фильтровальной частью анализируется на установке типа ДП-3 (ГОСТ 12.4.158-90, ГОСТ 12.4.159-90), определяются динамическая сорбционная активность и время защитного действия по циклогексану, аммиаку и диоксиду серы. Сформированные холсты фильтровальной и сорбционной части поступают в узел КФСМ для совмещения и соединения с покрывным и подстилающими армированными слоями. Узел оснащен инфракрасными нагревателями для соединения фильтрующих и сорбирующих слоев, включает каландр специальной конструкции. На последней стадии установки ПУФР получают многослойный фильтровально-сорбционный материал.A multilayer filtering and sorption material is obtained on a line including an installation for the production of nonwoven materials from ultra-thin PPRM fibers (polypropylene rolled materials), a complex for preparing various fillers with a given particle size distribution, a solution forming unit (PUFR), a unit for producing combined filtering and sorbing materials ( KFSM). At the PPRM installation, a fibrous canvas is obtained from a melt of polypropylene with a low melt index by aerodynamic molding, which serves to form the filter portion of a multilayer nonwoven material, which is then calendered with simultaneous trimming and wound into a roll. In the filler preparation complex, the initial filler (activated carbon, cation exchangers, anion exchangers) is crushed with an initial fineness of 0.35-2.0 mm to the particle size distribution of the required dispersion, the distribution of the filler is determined using a microsizer analyzer, and the vibratory screening of the filler to obtain its narrow distribution . The PUFR installation contains from 2 to 5 apparatuses for preparing filled spinning solutions to obtain layers of non-woven material containing various fillers (activated carbon, cation exchange resin, anion exchange resin, etc.) or identical fillers, but of different particle size distribution. The presence of several devices makes it possible to realize the molding of various individual layers of a multilayer nonwoven material on separate molding lines. The polymer solution, emerging from the die, is subjected to stretching by a stream of compressed air and then to the action of a finely atomized precipitation bath. After washing the solvent and precipitating the polymer, the fiber is collected on a mesh substrate, where a multilayer fibrous material structure is formed, consisting of sorption-hardened and sorption-active layers with a different arrangement. The obtained sorption part, before being connected to the filter part, is analyzed on a DP-3 installation (GOST 12.4.158-90, GOST 12.4.159-90), the dynamic sorption activity and the protective action time for cyclohexane, ammonia and sulfur dioxide are determined. The formed canvases of the filter and sorption parts enter the KFSM unit for combining and connecting with the covering and underlying reinforced layers. The unit is equipped with infrared heaters for connecting filtering and sorbing layers, includes a special design calender. At the last stage of the PUFR installation, a multilayer filter-sorption material is obtained.
Получаемый многослойный фильтровально-сорбционный материал может быть использован в качестве фильтров для защиты органов дыхания (СИЗОД) и защитной одежды кожи человека фильтрующего типа (СИЗК), так как обладает необходимой динамической сорбционной активностью, достаточной прочностью и удлинением, воздухопроницаемостью, аэрозольной защитой.The resulting multilayer filter-sorption material can be used as filters for respiratory protection (RPD) and protective clothing for human skin of the filter type (SPEC), as it has the necessary dynamic sorption activity, sufficient strength and elongation, air permeability, and aerosol protection.
Указанные показатели определялись по известным методикам:These indicators were determined by known methods:
- средний диаметр определялся с помощью микроскопов МБИ-15, МИИ-8 по ГОСТ 8074-82;- the average diameter was determined using microscopes MBI-15, MII-8 according to GOST 8074-82;
- количество частиц наполнителя в волокне длиной 1000 мкм подсчитывалось с помощью микроскопа Olympus bx-51;- the number of filler particles in a fiber 1000 μm long was counted using an Olympus bx-51 microscope;
- толщина слоя измерялась по ГОСТ 12023-66, используя микрометр ГОСТ 4380-86;- the layer thickness was measured according to GOST 12023-66, using a micrometer GOST 4380-86;
- аэрозольная защита оценивалась по величине проницаемости противоаэрозольного фильтра по ГОСТ Р 12.4.192-99 с помощью коэффициента проницаемости Кп, % (ГОСТ 12.4.194-199);- aerosol protection was evaluated by the permeability of the aerosol filter according to GOST R 12.4.192-99 using the permeability coefficient K p ,% (GOST 12.4.194-199);
- физико-механические показатели (прочность, удлинение) композиционного нетканого материала определяли по ГОСТ 15.902.3-79 на разрывной машине «Инстрон-122»;- physical and mechanical properties (strength, elongation) of composite non-woven material was determined according to GOST 15.902.3-79 on an Instron-122 tensile testing machine;
- воздухопроницаемость измеряли по ГОСТ 12088-77 на приборе FF-12 фирмы «Метримпекс» при перепадах давления от 50 до 1000 Па;- air permeability was measured according to GOST 12088-77 on the FF-12 device of the Metrimpex company with pressure drops from 50 to 1000 Pa;
- динамическая сорбционная активность нетканого материала Ad рассчитывалась с помощью методики оценки времени защитного действия по циклогексану, аммиаку, диоксиду серы на установке ДП-3 ГОСТ 12.4.159-90, ГОСТ 12.4.158.90, ГОСТ 20298-74. Время защитного действия определялось по времени до «проскока» - появления циклогексана за фильтровальной перегородкой.- dynamic sorption activity of nonwoven material A d was calculated using the methodology for assessing the time of protective action for cyclohexane, ammonia, sulfur dioxide at the installation DP-3 GOST 12.4.159-90, GOST 12.4.158.90, GOST 20298-74. The time of the protective action was determined by the time before the “breakthrough” - the appearance of cyclohexane behind the filter membrane.
Ad=m/M=(τ0⋅q⋅C)/(μ⋅S),A d = m / M = (τ 0 ⋅q⋅C) / (μ⋅S),
где Ad - динамическая сорбционная активность материала, мг/г;where A d is the dynamic sorption activity of the material, mg / g;
m - масса адсорбата, мг;m is the mass of the adsorbate, mg;
М - масса образца материала, г;M is the mass of the sample material, g;
τ0 - время до «проскока», с;τ 0 - time to the “breakthrough”, s;
q - расход газовоздушной смеси, м3/с;q is the flow rate of the gas-air mixture, m 3 / s;
С - концентрация адсорбтива (циклогексана, аммиака, диоксида серы) в газовоздушной смеси, мг/м3;C is the concentration of the adsorbent (cyclohexane, ammonia, sulfur dioxide) in the gas-air mixture, mg / m 3 ;
μ - поверхностная плотность материала, г/м2;μ is the surface density of the material, g / m 2 ;
S - площадь образца, м2.S is the area of the sample, m 2 .
Динамическая сорбционная активность характеризуется максимальным количеством вещества, поглощенного единицей объема или массы сорбента до момента «проскока».Dynamic sorption activity is characterized by the maximum amount of a substance absorbed by a unit volume or mass of a sorbent until the moment of “breakthrough”.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1.Example 1
Многослойный фильтровально-сорбционный материал состоит из 3 фильтрующих, 5 сорбционных слоев и 2 армирующих слоев. Фильтрующая часть представляет собой 3 фильтрующих слоя из полипропиленовых (ПП) нетканых холстов, полученных аэродинамическим расплавным формованием. Каждый слой включает ультратонкие волокна диаметром 0,5-2,0 мкм и 2,0-4,0 мкм с отношением количественной доли первых ко вторым равным 3, при этом среднее значение диаметра волокна в нетканых холстах фильтрующей части равно 1 мкм. Общая толщина 3 фильтрующих слоев составляет примерно 0,70 мм (700 мкм). При этом отношение суммарной толщины фильтрующих слоев к среднему диаметру волокон в фильтрующих слоях составляет 700/1=700.The multilayer filtering and sorption material consists of 3 filtering, 5 sorption layers and 2 reinforcing layers. The filtering part consists of 3 filter layers of polypropylene (PP) non-woven canvases obtained by aerodynamic melt molding. Each layer includes ultrafine fibers with a diameter of 0.5-2.0 μm and 2.0-4.0 μm with a ratio of the quantitative fraction of the first to the second equal to 3, with the average fiber diameter in the nonwoven webs of the filtering part being 1 μm. The total thickness of the 3 filter layers is approximately 0.70 mm (700 μm). The ratio of the total thickness of the filter layers to the average diameter of the fibers in the filter layers is 700/1 = 700.
Сорбционная часть состоит из 5 слоев, причем 1 и 5 слои являются сорбционно-упрочненными (наполненный активированным углем СКТ-6 нетканый материал с крупнодисперсным наполнителем 40-80 мкм), слои получены растворным аэродинамическим формованием из смеси дисперсных растворов ПАН и полиуретана (ПУ) с преобладающим содержанием ПУ. Эти слои обеспечивают армирующие свойства, износостойкость, выполняют защитные функции в отношении сорбционных слоев, драпируемость сорбционной части. Три однородных сорбционно-активных слоя содержат мелкодисперсный наполнитель 10-40 мкм - активированный уголь СКТ-6 и получены аэродинамическим формованием из смеси дисперсных растворов полимеров ПАН и ПУ с преобладающим содержанием ПАН.The sorption part consists of 5 layers, with 1 and 5 layers being sorption-hardened (SKT-6 filled with activated carbon non-woven material with coarse-grained filler 40-80 μm), the layers were obtained by solution aerodynamic molding from a mixture of dispersed PAN and polyurethane (PU) solutions with the prevailing content of PU. These layers provide reinforcing properties, wear resistance, perform protective functions in relation to the sorption layers, drapability of the sorption part. Three homogeneous sorption-active layers contain a finely dispersed filler of 10-40 microns - activated carbon SKT-6 and are obtained by aerodynamic molding from a mixture of dispersed solutions of PAN and PU polymers with a predominant PAN content.
Сорбционно-упрочненные и сорбционно-активные слои нетканых материалов наполнены активированным углем СКТ-6. За счет распределения его на поверхности первых из указанных слоев и внутри волокон - у вторых, общее содержание угля достигает 70%. Суммарная толщина сорбционной части 6,9 мм, причем отношение суммарной толщины сорбционно-упрочненных слоев к суммарной толщине сорбционно-активных слоев равно (0,45+0,45)/(2+2+2)=0,9/6=0,15.Sorption-hardened and sorption-active layers of nonwoven materials are filled with activated carbon SKT-6. Due to its distribution on the surface of the first of these layers and inside the fibers - in the second, the total coal content reaches 70%. The total thickness of the sorption part is 6.9 mm, and the ratio of the total thickness of the sorption-hardened layers to the total thickness of the sorption-active layers is (0.45 + 0.45) / (2 + 2 + 2) = 0.9 / 6 = 0 ,fifteen.
Основные свойства полученного многослойного фильтровально-сорбционного материала представлены в таблице 1. Динамическая сорбционная активность по циклогексану составляет 220-230 мг/г. Коэффициент проникновения масляного тумана 4,2-5,6%, соответствует II классу защиты FFP2 (ГОСТ Р 12.4.192-99). Готовый фильтровально-сорбционный материал используется для изготовления защитной одежды фильтрующего типа, предохраняющей от нарушения кожного покрова токсичными и сильнодействующими ядовитыми веществами под общим названием АХОВИД.The main properties of the obtained multilayer filter-sorption material are presented in table 1. The dynamic sorption activity for cyclohexane is 220-230 mg / g. Oil mist penetration coefficient of 4.2-5.6%, corresponds to protection class II FFP2 (GOST R 12.4.192-99). The finished filter and sorption material is used for the manufacture of protective clothing of a filter type, which protects against skin damage by toxic and potent toxic substances under the general name AHOVID.
Пример 2Example 2
Многослойный фильтровально-сорбционный материал состоит из 1 фильтрующего, 3 сорбционных слоев и армирующего слоя, расположенного с двух наружных сторон относительно фильтрующего и сорбционных слоев.The multilayer filter and sorption material consists of 1 filter, 3 sorption layers and a reinforcing layer located on two outer sides relative to the filter and sorption layers.
Фильтрующий слой - это ПП нетканый холст, полученный расплавным формованием, состоит из ультратонких волокон диаметром 0,5-2,0 мкм (числовая доля 55%) и 2,0-4,0 мкм (числовая доля 45%), находящихся ближе к верхней границе указанных диапазонов, с отношением первых ко вторым 1,2. При этом среднее значение диаметра волокна в нетканых холстах фильтрующей части равно 3,0 мкм. Общая толщина одного фильтрующего слоя составляет 120 мкм (0,12 мм). Отношение суммарной толщины одного фильтрующего слоя к среднему диаметру волокна в фильтрующих слоях составляет 120/3=40.The filter layer is a PP non-woven canvas obtained by melt molding, consists of ultrafine fibers with a diameter of 0.5-2.0 μm (numerical fraction of 55%) and 2.0-4.0 μm (numerical fraction of 45%), which are closer to the upper boundary of these ranges, with a ratio of the first to the second 1.2. In this case, the average value of the diameter of the fiber in the nonwoven canvases of the filtering part is 3.0 μm. The total thickness of one filter layer is 120 μm (0.12 mm). The ratio of the total thickness of one filter layer to the average fiber diameter in the filter layers is 120/3 = 40.
Три сорбционных слоя получены растворным формованием из смеси ПАН и ПУ. Средний диаметр волокон сорбционной части 18-24 мкм. Сорбционные слои наполнены активированным углем БАУ-А, поверхностно расположенным на волокнах в сорбционно-упрочненных двух слоях, и расположенным внутри волокна в сорбционно-активном слое. Сорбционно-упрочненные слои получены из смеси дисперсных растворов ПАН и ПУ, с преобладающим содержанием ПУ, сорбционно-активные - с преобладающим содержанием ПАН. Диаметр частиц наполнителя в первом случае составляет 40-80 мкм, во втором - 10-40 мкм. Суммарная толщина сорбционной части составляет 5,4 мм, отношение суммарной толщины сорбционно-упрочненных слоев к суммарной толщине сорбционно-активных слое равно 2,0.Three sorption layers were obtained by solution molding from a mixture of PAN and PU. The average fiber diameter of the sorption part is 18-24 microns. The sorption layers are filled with BAU-A activated carbon, superficially located on the fibers in the sorption-hardened two layers, and located inside the fiber in the sorption-active layer. Sorption-hardened layers were obtained from a mixture of dispersed solutions of PAN and PU with a predominant content of PU, sorption-active layers with a predominant content of PAN. The particle diameter of the filler in the first case is 40-80 microns, in the second - 10-40 microns. The total thickness of the sorption part is 5.4 mm, the ratio of the total thickness of the sorption-hardened layers to the total thickness of the sorption-active layer is 2.0.
Свойства полученного многослойного фильтровально-сорбционного материала представлены в таблице 1. Динамическая сорбционная активность по циклогексану составляет 176 мг/г. Коэффициент проникания масляного тумана составляет 15,4%, что соответствует классу защиты FFPI (ГОСТ Р 12.4.192-99).The properties of the obtained multilayer filter-sorption material are presented in table 1. The dynamic sorption activity for cyclohexane is 176 mg / g. The oil mist penetration rate is 15.4%, which corresponds to the protection class FFPI (GOST R 12.4.192-99).
Структура многослойного материала делает его прочнее, изделия обладают воздухопроницаемостью не менее 150 дм3/м2с. Материал является универсальным для защиты от СМТ и АХОВИД при изготовлении респираторов и защитной рабочей одежды для химических и нефтехимических производств.The structure of the multilayer material makes it stronger, the products have a breathability of at least 150 dm 3 / m 2 s. The material is universal for protection against SMT and AHOVID in the manufacture of respirators and protective work clothing for chemical and petrochemical industries.
Пример 3.Example 3
Многослойный фильтровально-сорбционный нетканый материал состоит из 3 фильтрующих, 2 сорбционных слоев и армирующего слоя, расположенного с двух наружных сторон относительно фильтрующих и сорбирующих слоев.The multilayer filtering and sorption nonwoven material consists of 3 filtering, 2 sorption layers and a reinforcing layer located on two outer sides relative to the filtering and sorbing layers.
Фильтрующая часть представляет собой 3 фильтрующих слоя из ПП нетканых холстов, полученных аэродинамическим расплавным формованием. Каждый слой включает ультратонкие волокна диаметром 0,5-2,0 мкм и 2,0-4,0 мкм с отношением числовой доли первых ко вторым 1,2. При этом среднее значение диаметра волокна в нетканых холстах фильтрующей части равно 2,1. Общая толщина трех фильтрующих слоев составляет 0,58 мм. Отношение суммарной толщины фильтрующих слоев к среднему диаметру волокна в фильтрующих слоях составляет 280.The filtering part consists of 3 filter layers of PP non-woven canvases obtained by aerodynamic melt molding. Each layer includes ultrafine fibers with a diameter of 0.5-2.0 microns and 2.0-4.0 microns with a ratio of the numerical fraction of the first to the second 1.2. In this case, the average value of the diameter of the fiber in the nonwoven canvases of the filtering part is 2.1. The total thickness of the three filter layers is 0.58 mm. The ratio of the total thickness of the filter layers to the average fiber diameter in the filter layers is 280.
Сорбционная часть включает 2 слоя, при этом первый слой является сорбционно-упрочненным, представляет собой наполненный нетканый материал, содержащий крупнодисперсный наполнитель (40-80 мкм), который получен растворным аэродинамическим формованием из смеси дисперсных растворов ПАН и ПУ с преобладающим содержанием ПУ. Второй слой представляет собой сорбционно-активный слой с мелкодисперсным наполнителем (10-40 мкм), полученный растворным аэродинамическим формованием из смеси дисперсных растворов полимеров ПАН и ПУ с преобладающим содержанием ПАН.The sorption part includes 2 layers, while the first layer is sorption-hardened, it is a filled non-woven material containing coarse filler (40-80 μm), which is obtained by solution aerodynamic molding from a mixture of dispersed PAN and PU solutions with a predominant PU content. The second layer is a sorption-active layer with a finely divided filler (10-40 μm) obtained by solution aerodynamic molding from a mixture of dispersed solutions of PAN and PU polymers with a predominant PAN content.
Сорбционно-упрочненный и сорбционно-активный слои нетканого материала наполнены активированным углем СКТ-7. Общее содержание угля в сорбционной части достигает 60%. Суммарная толщина сорбирующих слоев составляет 2,6 мм, причем отношение толщины сорбционно-упрочненного слоя к толщине сорбционно-активного слоя составляет 0,3.Sorption-hardened and sorption-active layers of non-woven material are filled with activated carbon SKT-7. The total content of coal in the sorption part reaches 60%. The total thickness of the sorbent layers is 2.6 mm, and the ratio of the thickness of the sorption-hardened layer to the thickness of the sorption-active layer is 0.3.
Основные свойства полученного многослойного фильтровально-сорбционного материала представлены в таблице 1. Динамическая сорбционная активность по циклогексану составляет 180-185 мг/г. Присутствие трех фильтрующих слоев дает возможность получить высокие барьерные свойства по СМТ. Коэффициент проникновения масляного тумана составляет 6,7-8,3%, обеспечивая противоаэрозольную защиту по I классу, соответствуя FFP1 (ГОСТР 12.4.192-99).The main properties of the obtained multilayer filter-sorption material are presented in table 1. The dynamic sorption activity for cyclohexane is 180-185 mg / g. The presence of three filter layers makes it possible to obtain high barrier properties by CMT. The penetration coefficient of oil mist is 6.7-8.3%, providing aerosol protection according to class I, corresponding to FFP1 (GOST 12.4.192-99).
Готовый многослойный фильтровально-сорбционный материал обладает воздухопроницаемостью 150-160 дм3/м2с, используется для изготовления СИЗОД для преимущественной защиты от СМТ и может применяться одновременно в средствах защиты от АХОВИД.The finished multilayer filter and sorption material has an air permeability of 150-160 dm 3 / m 2 s, it is used for the manufacture of RPDs for primary protection against SMT and can be used simultaneously in protection against AHOVID.
Пример 4.Example 4
Многослойный фильтровально-сорбционный материал состоит из 1 фильтрующего, 2 сорбционных слоев и армирующего слоя, расположенного с наружной стороны относительно сорбционных слоев.The multilayer filter and sorption material consists of 1 filter, 2 sorption layers and a reinforcing layer located on the outside relative to the sorption layers.
Фильтрующий слой представляет собой ПП нетканый холст, полученный расплавным формованием, состоит из ультратонких волокон 0,5-2,0 мкм и 2,0-4,0 мкм, находящихся ближе к верхней границе указанных диапазонов, с отношением числовой доли первых ко вторым равным 1,2, при этом среднее значение диаметра волокон в нетканых холстах фильтрующей части составляет 2,96 мкм. Общая толщина одного фильтрующего слоя составляет 0,14 мм. При этом отношение толщины одного фильтрующего слоя к среднему диаметру волокон в фильтрующих слоях составляет 47.The filter layer is a PP non-woven canvas obtained by melt spinning, consists of ultra-thin fibers of 0.5-2.0 μm and 2.0-4.0 μm, which are closer to the upper boundary of these ranges, with a ratio of the numerical fraction of the first to the second equal 1.2, while the average value of the diameter of the fibers in the non-woven canvases of the filter portion is 2.96 microns. The total thickness of one filter layer is 0.14 mm. The ratio of the thickness of one filter layer to the average diameter of the fibers in the filter layers is 47.
Два сорбционных слоя сорбционной части получены растворным формованием из смеси растворов ПАН и ПУ. Сорбционные слои наполнены частицами катеонита (ионообменной смолой) КБ-4 для защиты от паров аммиака. В сорбционном упрочненном слое частицы наполнителя диаметром 40-80 мкм расположены на поверхности волокон, образующих данный слой. Во втором единичном сорбционно-активном слое частицы наполнителя диаметром 10-40 мкм расположены внутри волокон, образующих указанный слой. Суммарная толщина сорбционной части составляет 2,7 мм, причем отношение толщины сорбционного упрочненного слоя к толщине сорбционно-активного слоя равно 0,50.Two sorption layers of the sorption part were obtained by solution molding from a mixture of PAN and PU solutions. Sorption layers are filled with cateonite particles (ion exchange resin) KB-4 to protect against ammonia vapor. In the sorption hardened layer, filler particles with a diameter of 40-80 μm are located on the surface of the fibers forming this layer. In the second unit sorption-active layer, filler particles with a diameter of 10-40 μm are located inside the fibers forming the specified layer. The total thickness of the sorption part is 2.7 mm, and the ratio of the thickness of the sorption hardened layer to the thickness of the sorption-active layer is 0.50.
Свойства полученного многослойного фильтровально-сорбционного материала представлены в таблице 1. Динамическая сорбционная активность по парам аммиака составляет 59 мг/г, коэффициент проникания масляного тумана составляет 16,9%, что соответствует классу защиты FFP1 (ГОСТ Р 12.4.192-99). Готовый многослойный фильтровально-сорбционный материал воздухопроницаемостью 150-170 дм3/м2с используется для изготовления СИЗОД для преимущественной защиты от СМТ и АХОВИД при производстве респираторов и масок.The properties of the obtained multilayer filter-sorption material are presented in Table 1. The dynamic sorption activity for ammonia vapors is 59 mg / g, the oil mist penetration coefficient is 16.9%, which corresponds to protection class FFP1 (GOST R 12.4.192-99). The finished multilayer filter and sorption material with an air permeability of 150-170 dm 3 / m 2 s is used for the manufacture of RPDs for primary protection against SMT and AHOVID in the manufacture of respirators and masks.
Пример 5.Example 5
Многослойный фильтровально-сорбционный материал состоит из 1 фильтрующего, 3 сорбционных и 2 армирующих слоев, расположенных с наружной стороны относительно фильтрующего и сорбционных слоев.The multilayer filter and sorption material consists of 1 filter, 3 sorption and 2 reinforcing layers located on the outside relative to the filter and sorption layers.
Фильтрующий слой представляет собой ПП нетканый холст, полученный расплавным формованием, состоит из ультратонких волокон 0,5-2,0 мкм и 2,0-4,0 мкм, находящихся ближе к верхней границе указанных диапазонов, с отношением числовой доли первых ко вторым равным 1,5, при этом среднее значение диаметра волокон в нетканых холстах фильтрующей части составляет 2,8 мкм. Общая толщина одного фильтрующего слоя составляет 0,13 мм. При этом отношение толщины одного фильтрующего слоя к среднему диаметру волокон в фильтрующих слоях составляет 46.The filter layer is a PP non-woven canvas obtained by melt spinning, consists of ultra-thin fibers of 0.5-2.0 μm and 2.0-4.0 μm, which are closer to the upper boundary of these ranges, with a ratio of the numerical fraction of the first to the second equal 1.5, while the average value of the diameter of the fibers in the non-woven canvases of the filter portion is 2.8 μm. The total thickness of one filter layer is 0.13 mm. The ratio of the thickness of one filter layer to the average diameter of the fibers in the filter layers is 46.
Сорбционная часть включает 3 слоя, при этом один слой является сорбционно-упрочненным и представляет собой наполненный нетканый холст, который получен растворным аэродинамическим формованием из смеси дисперсных растворов ПАН и ПУ, с преобладающим содержанием ПУ, содержащий крупнодисперсный наполнитель ионообменную смолу анионит ЭДЭ-10П с размером частиц 40-80 мкм, расположенный на поверхности волокон. В двух сорбционно-активных слоях частицы наполнителя ионообменной смолы-анионита ЭДЭ-10П с диаметром 10-40 мкм расположены внутри волокон, образующих указанный слой. Указанные сорбционно-активные слои получены растворным аэродинамическим формованием из смеси дисперсных растворов полимеров ПАН и ПУ, с преобладающим содержанием ПАН. Суммарная толщина сорбционной части составляет 4,6 мм, причем отношение толщины сорбционно-упрочненного слоя к толщине сорбционно-активного слоя равно 0,15.The sorption part includes 3 layers, while one layer is sorption-hardened and is a filled non-woven canvas, which is obtained by solution aerodynamic molding from a mixture of dispersed solutions of PAN and PU, with a predominant content of PU, containing a coarse-grained filler anion exchange resin EDE-10P anion exchange resin with a size particles of 40-80 microns located on the surface of the fibers. In two sorption-active layers, the filler particles of the EDE-10P ion-exchange resin-anion exchange resin with a diameter of 10-40 μm are located inside the fibers forming the specified layer. The indicated sorption-active layers were obtained by solution aerodynamic molding from a mixture of dispersed solutions of PAN and PU polymers, with a predominant content of PAN. The total thickness of the sorption part is 4.6 mm, and the ratio of the thickness of the sorption-hardened layer to the thickness of the sorption-active layer is 0.15.
Свойства полученного многослойного фильтровально-сорбционного материала представлены в таблице 1. Динамическая сорбционная активность по диоксиду серы составляет 68 мг/г, коэффициент проникания масляного тумана составляет 11,7%, что соответствует классу защиты FFP1 (ГОСТ Р 12.4.192-99). Готовый многослойный фильтровально-сорбционный материал воздухопроницаемостью 110-130 дм3/м2с, используется для изготовления СИЗОД для преимущественной защиты от СМТ и АХОВИД при производстве респираторов и масок.The properties of the obtained multilayer filter-sorption material are presented in table 1. The dynamic sorption activity for sulfur dioxide is 68 mg / g, the penetration coefficient of oil mist is 11.7%, which corresponds to protection class FFP1 (GOST R 12.4.192-99). The finished multilayer filter and sorption material with air permeability of 110-130 dm 3 / m 2 s is used for the manufacture of RPDs for primary protection against SMT and AHOVID in the manufacture of respirators and masks.
Основные показатели многослойного фильтровально-сорбционного материала представлены в таблице 1.The main indicators of the multilayer filter-sorption material are presented in table 1.
Как видно из таблицы 1, предлагаемый многослойный фильтровально-сорбционный материал обладает высокой динамической сорбционной активностью по циклогексану, аммиаку и диоксиду серы, хорошими прочностными показателями, воздухопроницаемостью. Это позволяет использовать материал для изготовления средств защиты от СМТ и АХОВИД в качестве фильтров для защиты органов дыхания и защитной одежды кожи человека фильтрующего типа.As can be seen from table 1, the proposed multilayer filter and sorption material has a high dynamic sorption activity for cyclohexane, ammonia and sulfur dioxide, good strength characteristics, air permeability. This allows you to use the material for the manufacture of protective equipment against SMT and AHOVID as filters for respiratory protection and protective clothing of human skin of the filter type.
Благодаря применению метода аэродинамического формования расплавов и растворов полимеров, содержащих различные твердые сорбционные частицы для получения нетканых холстов, технология получения многослойного фильтровально-сорбционного материала позволяет варьировать свойствами материала в зависимости от количества слоев, состава слоев и вида наполнителя.Due to the application of the method of aerodynamic molding of melts and polymer solutions containing various solid sorption particles for the production of non-woven canvases, the technology for producing a multilayer filter-sorption material allows varying the material properties depending on the number of layers, layer composition and type of filler.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015148865A RU2607585C1 (en) | 2015-11-16 | 2015-11-16 | Multilayer filtering and sorptive nonwoven material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015148865A RU2607585C1 (en) | 2015-11-16 | 2015-11-16 | Multilayer filtering and sorptive nonwoven material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2607585C1 true RU2607585C1 (en) | 2017-01-10 |
Family
ID=58452669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015148865A RU2607585C1 (en) | 2015-11-16 | 2015-11-16 | Multilayer filtering and sorptive nonwoven material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2607585C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2775738C2 (en) * | 2020-07-15 | 2022-07-07 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОФОРМОВАНИЯ" | Method for attachment of functional fibrous material to non-woven substrate |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2188695C2 (en) * | 2000-11-23 | 2002-09-10 | Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я.Карпова | Sorption-filter medium, gas filter, quantitative sorption-filter paper and filtering half-mask on gas filter base for protection of respiratory organs |
| RU2280491C2 (en) * | 2000-09-05 | 2006-07-27 | Дональдсон Компани, Инк. | Filtering material, method of filtration, and filtering baffle |
| RU2317132C1 (en) * | 2006-11-09 | 2008-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Аккорд" (ООО "Аккорд") | Multilayered sorption-filtering material |
| RU2339134C1 (en) * | 2007-09-19 | 2008-11-20 | Закрытое акционерное общество "Каскад-Телеком" | Grounding device |
| RU2349368C1 (en) * | 2007-09-04 | 2009-03-20 | Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Filtering material for air purification and method for its production |
| RU2357785C1 (en) * | 2008-03-13 | 2009-06-10 | Юрий Николаевич Филатов | Filtering material, method of its production and product on its base |
| RU2411059C2 (en) * | 2009-04-06 | 2011-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет | Sorption filtration material for industrial effluents treatment |
| RU2414960C1 (en) * | 2009-07-09 | 2011-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" | Sorption filtering composite material |
-
2015
- 2015-11-16 RU RU2015148865A patent/RU2607585C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2280491C2 (en) * | 2000-09-05 | 2006-07-27 | Дональдсон Компани, Инк. | Filtering material, method of filtration, and filtering baffle |
| RU2188695C2 (en) * | 2000-11-23 | 2002-09-10 | Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я.Карпова | Sorption-filter medium, gas filter, quantitative sorption-filter paper and filtering half-mask on gas filter base for protection of respiratory organs |
| RU2317132C1 (en) * | 2006-11-09 | 2008-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Аккорд" (ООО "Аккорд") | Multilayered sorption-filtering material |
| RU2349368C1 (en) * | 2007-09-04 | 2009-03-20 | Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Filtering material for air purification and method for its production |
| RU2339134C1 (en) * | 2007-09-19 | 2008-11-20 | Закрытое акционерное общество "Каскад-Телеком" | Grounding device |
| RU2357785C1 (en) * | 2008-03-13 | 2009-06-10 | Юрий Николаевич Филатов | Filtering material, method of its production and product on its base |
| RU2411059C2 (en) * | 2009-04-06 | 2011-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет | Sorption filtration material for industrial effluents treatment |
| RU2414960C1 (en) * | 2009-07-09 | 2011-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" | Sorption filtering composite material |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КУЗНЕЦОВ А.В. и др., Получение композиционных нетканых материалов с минимальным диаметром волокон, Химические волокна, 2015, 1, с.34-39. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2790319C2 (en) * | 2018-02-19 | 2023-02-16 | Тве Гмбх Унд Ко. Кг | Filtering medium |
| RU2775738C2 (en) * | 2020-07-15 | 2022-07-07 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОФОРМОВАНИЯ" | Method for attachment of functional fibrous material to non-woven substrate |
| RU215904U1 (en) * | 2022-09-29 | 2023-01-09 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия радиационной, химической и биологической защиты имени Маршала Советского Союза С.К. Тимошенко (г. Кострома)" Министерства обороны Российской Федерации | Composite sorption-protective material on an elastic matrix for personal respiratory protection |
| RU2810291C1 (en) * | 2023-04-14 | 2023-12-25 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт синтетического волокна с экспериментальным заводом" (АО "ВНИИСВ") | Unit for producing sorption-filtering materials from polymer solutions by aerodynamic moulding with increased sorption activity |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1825899B1 (en) | Adsorbent filter material with integrated particle and/or aerosol filter function and its application | |
| EP3658254B1 (en) | Air-permeable sheet filter material, methods for the production and use thereof | |
| US8366816B2 (en) | Adsorption filter material with integrated particle- and/or aerosolfiltering function and its use | |
| DE60023165T2 (en) | FLASH-SPUN FLAT MATERIAL | |
| EP3297823B1 (en) | Textile protective material of a new type and method for producing same | |
| EP2432562B1 (en) | Protective mask | |
| EP3348393B1 (en) | Composite membrane and method for producing same | |
| AU2007356885B2 (en) | Highly charged, charge stable nanofiber web | |
| EP2064381A2 (en) | Light-weight spunbonded non-woven with particular mechanical properties | |
| WO2006061862A1 (en) | A porous web, particularly for filtration of biological fluids | |
| WO2018174176A1 (en) | Charged filter medium and method for manufacturing charged filter medium | |
| RU2607585C1 (en) | Multilayer filtering and sorptive nonwoven material | |
| DE202006007518U1 (en) | Adsorption filter material with integrated particle and / or aerosol filter function | |
| EP3990685A1 (en) | Core-sheath fibers, nonwoven fibrous web, and respirator including the same | |
| Schreder-Gibson et al. | Use of electrospun nanofiber for aerosol filtration in textile structures | |
| RU2330134C1 (en) | Multilayered sorption-filtering non-woven material | |
| RU2317132C1 (en) | Multilayered sorption-filtering material | |
| DE102007033178A1 (en) | Adsorption filter material for producing protective materials, particularly protective clothing and covering for civilian or military sector, filter material and filters for removing pollutant, has integrated particle and aerosol protection | |
| Green | The Production and Characterization of a Multi-functional Fiber-based Composite for use in Protective Clothing | |
| Amid | Hybrid Particle-Meltblown Nonwovens-Structure Property Relationships | |
| DE202023107187U1 (en) | Protective material and clothing against contamination by polycyclic aromatic hydrocarbons | |
| WO2018178176A1 (en) | Filter medium, filter element and use thereof and filter arrangement | |
| JP2011115612A (en) | Porous web for filtration biological fluid in particular |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181117 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20191015 |