СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1997 года по МПК C08J9/24 C08L1/02 

Изобретение относится к получению пористых материалов, применяемых в качестве фильтров для очистки жидких или газообразных сред, а также может быть использовано для капсулирования репеллентов, ядохимикатов, душистых веществ, в качестве тары, стелек для обуви или прокладок под крышки при консервировании, предотвращающих развитие плесени или грибковых заболеваний.

Известны различные способы получения пористых материалов из полимеров путем введения газовой фазы в полимерную среду, например в сырые резиновые смеси, растворы полимеров, в расплавы полимеров. Например, газом (N₂, CO₂) при высоком давлении (в автоклаве) насыщают резиновые смеси, расплавы полимеров или насыщают термопластичные полимеры (в виде гранул) низкокипящими жидкостями (изопентаном, метиленхлоридом). Насыщенные таким образом гранулы засыпают в форму и нагревают насыщенным водяным паром до температуры, превышающей температуру стеклования полимера, и при этом проводят вспенивание гранул под давлением пара, образовавшегося из низкокипящей жидкости (1).

Однако эти способы имеют следующие недостатки:
использование сложного технологического оборудования;
токсичность, пожароопасность из-за использования летучих веществ, например растворителей;
полученные материалы невозможно использовать для очистки пищевых продуктов из-за наличия в них химических веществ, запрещенных для контакта с пищевыми продуктами;
полученные материалы без специальной обработки не обладают антисептическими свойствами.

Известен способ получения пористых полимерных материалов из полиэтилена высокой плотности (ПЭВД) с индексом расплава 0,5 г/10 мин путем смешивания его (600 г) с двууглекислым калием (300 г) этиленгликолием, четыреххлористым углеродом в течение 1 ч при комнатной температуре, таблетирования (формования) при давлении 150 кгс/ см² и обработкой током высокой частоты (2). Этим способом получают материал с размером пор 2-5000 мк и газопроницаемостью 20-3000 см²/атм•с.

Однако способ имеет достаточно сложную технологию.

Известен способ получения пористых изделий из полиэтилена путем смешивания полиэтилена высокой плотности, облученного ионизирующим излучением и необлученного, последующего уплотнения, спекания и охлаждения (3).

Известно получение пористых материалов на основе целлюлозы. Так, в частности, известен способ получения пористой пленки и волокон путем растворения эфира целлюлозы в органическом растворителе и формования в осадительной ванне, содержащей осадитель или смесь осадителя с растворителем полимера. Пленка имеет поры с радиусом 0,22 мкм при максимальном размере пор 0,6 мкм (4).

Известен способ получения пористого гранулированного целлюлозного сорбента (5).

Однако известные способы не позволяют получить целлюлозный материал широкого спектра применения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ получения пористых материалов (6).

Технологический процесс изготовления фильтрованного картона состоит в следующем:
предварительном роспуске (рубке) целлюлозы марок (сульфитная ТУ-13-7308001-592) и приготовлении водной суспензии с концентрацией 2-3 мас. целлюлозы на 100 мас. суспензии;
предварительном роспуске (рубке) целлюлозы хлопковой (ГОСТ 595) и приготовлении водной суспензии с концентрацией 2-3 мас. целлюлозы на 100 мас. суспензии;
предварительном роспуске (рубке) асбеста (асбест хризотиловый нормальной прочности марок П-3-50 или П-30-60 или П-3-70 ГОСТ 12871 или асбест обезжелезенный марки АХО-2 ТУ-21-83-3) и приготовлении водной суспензии с концентрацией 2-3 мас. асбеста на 100 мас. суспензии.

В зависимости от вида фильтрованного картона (однослойный или 2-х слойный) на картоноделательной машине К-14А производится отлив картонного полотна. На первой стадии происходит обезвоживание полона самотеком, затем вакуумированием при -3 (-)1,0 кгс/см² с последующим прессованием при давлении 0,5-5 кгс/см² и сушкой при 140-170^oC. Перед сушкой одна из поверхностей покрывается латексом ВХВД-65(сополимер винилхлорида с винилиденхлоридом, ТУ-6-01-1170-87) с концентрацией 2,7-3,3 мас. латекса на 100 мас. сухого фильтрованного картона.

Независимо от вида картона общее количество асбеста в картоне составляет 20 мас. на 100 мас. сухого картона.

В процессе сушки образуется пористая структура, дальнейшая термообработка материала под давлением приводит к уменьшению пористости и размеру пор.

Недостаток этого способа состоит в том, что при контакте с водной средой целлюлозные волокна набухают и фильтр теряет свою форму и прочность. При этом не исключается вымывание в фильтрах волокон асбеста, обладающих концерогенными свойствами. Покрытие одной стороны фильтрованного картона в процессе его сушки латексом не устраняет контакта рабочих, обслуживающих технологический процесс, с асбестовым волокном в процессе проведения подготовительных операций.

Из-за набухания пористого материала и потери им формы невозможна его регенерация ни противотоком, ни смывом, что и определяет его одноразовое использование.

Технической задачей изобретения является уменьшение токсичности и упрощение технологии устранением из состава материала при его производстве асбестового волокна.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе получения пористого материала путем формования его из смеси 2-3%-ной водной суспензии целлюлозы с наполнителем, последующего обезвоживания его вакуумированием при остаточном давлении 0,5-0,3 кгс/см² и сушкой при нагревании, в качестве наполнителя используют минеральный наполнитель с размером частиц 0,04-0,5 мм, выбранный из группы, включающей цеолит, шунгит, апатит в количестве 10-70 мас. на 100 мас. смеси, а сушку осуществляют при 80-90^oC и давлении 0,2-5,0 кгс/см ² в течение 10-20 мин.

Одну из сторон получаемого материала возможно покрывать латексом на основе сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом, например ВХВД- 65 марки В (по ТУ 6-01-1170-87) с концентрацией не менее 44 мас. и в количестве 2,7-3,3 мас. от массы покрываемого материала.

В качестве целлюлозы при получении водной суспензии используют различные марки хвойной и хлопковой целлюлозы (целлюлоза марки ЦА, мерсирированная, целлюлоза вискозная, сульфатная, ацетатная, хлопковая по ГОСТ-595), которую предварительно измельчают, осуществляя роспуск или размол целлюлозы по общепринятой технологии.

Используемые минеральные наполнители являются известными природными минералами:
цеолит представляет собой водный алюмосиликат, в котором "цеолитовая" вода может удаляться при нагревании и вновь поглощаться во влажной среде, кроме того, цеолит является природным сорбентом, обладающим ионообменными свойствами (катионит), препятствует развитию плесени и грибковых заболеваний;
шунгит природный минерал-сорбент, представляющий собой элементарный углерод, отличающийся от антрацита и графита малым содержанием летучих компонентов, а от графита отсутствием кристаллической структуры;
апатиты основные безводные фосфаты (иониты).

Преимущества изобретения заключается в следующем
в составе пористого материала отсутствуют ингредиенты, обладающие концерогенными свойствами;
подготовленная к формованию водная суспензия обладает хорошей гомогенностью, не расслаивается во времени и при обезвоживании частицы минерала не вымываются;
из подготовленной суспензии можно производить отливку пористого материала в виде пленок, пластин или полых цилиндров, гофрированных изделий;
полученный материал может быть подвергнут механической обработке, склейке;
поскольку применяемые в изобретении природные минералы обладают сорбционными и ионообменными свойствами получаемые по изобретению пористые материалы способны производить очистку фильтрата не только от твердых частиц, но и от солей тяжелых металлов, вредных химических соединений, при этом ионообменные свойства можно восстанавливать регенерацией;
весовые характеристики материала, получаемого по изобретению, остаются в пределах весовых характеристик материала, получаемого по прототипу;
параметры технологического оборудования, необходимого для получения материала по заявленному способу, аналогичны параметрам оборудования, на котором получают материал по прототипу, дополнительных устройств не требуется.

Воспроизводимость заявленного способа иллюстрируется примерами (см.таблицу).

Берут водную суспензию целлюлозы и смешивают с минеральными наполнителями (цеолитом или шунгитом или апатитом) с размером частиц 0,04-0,5 мм в разных соотношениях. Из полученной смеси отливают, например, диски диаметром 80 мм и толщиной 2-3 мм, производят обезвоживание вакуумированием, затем сушат под давлением 0,2-5 кгс/см² при 80-90^oC в течение 10-20 мин.

Пористость полученного образца определяют по методике (ГОСТ 18898-73), прочность на разрыв на испытательной машине типа "Zwick"
Результаты опытов представлены в таблице.

Свойства образца по прототипу: пористость 60-65% прочность на разрыв 0,7 кгс/см² (в сухом состоянии), после 2 ч выдержки в воде определить прочность не представляется возможным.

Как видно из таблицы свойства образца, изготовленного по заявленному способу, остаются в тех же пределах, что и образцов, изготовленных по прототипу.

Использование: производство фильтров для очистки жидкостей и газов, для капсулирования ядохимикатов, душистых веществ, стелек для обуви, тары и т.д. Сущность изобретения: пористый материал получают из водной суспензии целлюлозы. В качестве наполнителя используют минеральный наполнитель /природный минерал/ с размером частиц 0,04-0,5 мм, такой как цеолит, шунгит, апатит. Сушку отформованного материала осуществляют при 80-90^oC и давлении 0,2-5,0 кгс/см² в течение 10-20 мин. Одну из сторон материала /перед сушкой/ возможно покрыть латексом винилхлорида с винилиденхлоридом, например ВХВД-65, в количестве 0,27-0,33 мас.%. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения пористого материала путем формования его из смеси 2
3%-ной водной суспензии целлюлозы с наполнителем, последующего обезвоживания его вакуумированием при остаточном давлении 0,5 0,3 кгс/см² и сушкой при нагревании, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют минеральный наполнитель с размером частиц 0,04 0,5 мм, выбранный из группы, включающей цеолит, шунгит, апатит, взятый в количестве 10 70 мас. на 100 мас. смеси, а сушку осуществляют при 80 90^oС и давлении на 0,2 5,0 кгс/см² в течение 10 20 мин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед сушкой одну из сторон отформованного материала покрывают латексом винилхлорида с винилиденхлоридом с концентрацией не менее 44 мас. взятым в количестве 0,27 0,33 мас. от массы покрываемого материала.