КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФОРМОВАННОГО ФИЛЬТРУЮЩЕГО ИЗДЕЛИЯ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ И ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ИЛИ ДЛЯ ИНФИЛЬТРАЦИИ ВОДЫ В ГРУНТ Российский патент 1998 года по МПК B01D39/14 

Изобретение касается фильтра для обработки воды, в частности композиции для получения формованного фильтрующего изделия, предназначенного для получения хозяйственной и питьевой воды или для инфильтрации воды в грунт.

Известна композиция для получения формованного фильтрующего изделия, предназначенного для обезвоживания, содержащая зернистый материал с фильтрующими свойствами, полиольную компоненту, полиизоцианатную компоненту, оловоорганическое соединение с молекулярной массой более 600 в качестве катализатора и наполнитель (EP 0468608 A1, B 01 D 39/14, 1992).

Недостаток известной композиции состоит в том, что изготовленное из нее формованное фильтрующее изделие с трудом извлекается из формы или вообще не извлекается. Кроме того, в формованном изделии значительно увеличивается концентрация связующего сверху вниз. Не достигается прочность формованного изделия по всей длине.

Задачей изобретения является разработка композиции для получения формованного фильтрующего изделия, предназначенного для получения хозяйственной и питьевой воды или для инфильтрации воды в грунт, которая обеспечивает безупречное извлечение из формы полученного из нее фильтрующего изделия при одновременном обеспечении необходимой механической прочности при его использовании.

Эта задача решается с помощью предложенной композиции для получения формованного фильтрующего изделия, предназначенного для получения хозяйственной и питьевой воды или для инфильтрации в грунт, содержащей зернистый материал с фильтрующими свойствами, полиольную компоненту, полиизоцианантную компоненту и оловоорганическое соединение с молекулярной массой более 600 в качестве катализатора, отличающейся тем, что она дополнительно содержит высокодисперсную кремниевую кислоту и/или бентониты и алюмосиликат в виде пасты при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Зернистый материал с фильтрующими свойствами - 80-96
Полиольная компонента - 1-15
Полиизоцианатная компонента - 0,5-15
Катализатор - 0,000005-0,1
Высокодисперсная кремниевая кислота и/или бентониты - 0,005-2,0
Алюмосиликат в виде пасты - 0,01-2,0
Зернистый материал с фильтрующими свойствами и общее количество прочих составных частей используются предпочтительно в соотношении < 20:1, в частности равном или меньшем 16:1.

Композиция согласно изобретению может также содержать еще наполнитель в количестве до 15 вес.%.

В качестве полиольной компоненты применяют, в частности, известный сам по себе простой полигидроксиполиэфир с молекулярной массой от 60 до 10000, предпочтительно от 70 до 6000 с 2-10 гидроксильными группами в молекуле.

Такие простые полигидроксиполиэфиры получают известным способом - алкоксилированием подходящих молекул стартера, например воды, пропиленгликоля, этиленгликоля, глицерина, триметилолпропана.

Подходящими алкоксилирующими средствами являются, в частности, пропиленоксид и возможно также этиленоксид.

В качестве полиизоцианатной компоненты пригодны все многофункциональные ароматические и алифатические изоцианаты. Предпочтительно они содержат максимально четыре изоцианатные группы. Ароматические изоцианаты являются предпочтительными, в частности дифенилметандиизоцианат.

Полиизоцианатная компонента вводится с до 30%-ным избытком изоцианата, считая на полиол, предпочтительно с 10-25%-ным избытком.

Под оловоорганическим соединением понимают соединение с одной или несколькими связями Sn-C.

Конкретными соединениями являются: дибутил- и диоктил- оловодилаурат, диоктил-оловоди-2-этилгексоат, дибутил- и диоктил- оловодистеарат, дибутил- и диоктил-оловодидодецилтиолат, бутил- и октил-оловотрис(тио-гликолевая кислота-2-этилгексоат), дибутил- и диоктил-оловобис(тио-гликолевая кислота-2-этилгексоат), трибутил- и триоктил-олово(тио-гликолевая кислота-2-этилгексоат), а также трибутил- и триоктил-оловотрис-(тиоэтиленгликоль-2-этилгексоат), трибутил- и триоктил-оловобис(тиоэтиленгликоль-2-этиленгексоат), трибутил- и триоктил-олово(тиоэтиленгликоль-2-этилгексоат), общей формулы R_nSn(S-CH₂CH₂OCOC₈H₁₇)_4-n, где R означает алкильную группу с 4-8 атомами углерода, бис( β - метоксикарбонил-этил) олово-бис(тио-этиленгликоль-2-этил-гексоат), -олово-бис(тиогликолевая кислота-2- этилгексоат), -оловодилаурат, оловодидодецилтиолат и бис( β -ацетил- этил) олово-бис (тиоэтиленгликоль-2-этилгексоат), -олово- бис(тиогликолевая кислота-2-этил-гексоат), -оловодилаурат и - оловодидодецилтиолат.

Оловоорганические соединения могут применяться отдельно или в смеси. Их предпочтительное количество составляет от 0,01 до 0,25 вес.% в расчете на полиол.

Под высокодисперсной кремниевой кислотой понимают кремниевую кислоту с более чем 99,8 вес.%-ным содержанием двуокиси кремния, получаемую гидролизом четыреххлористого кремния в пламени гремучего газа. Она существует в продаже под товарным знаком "Aerosil".

Под бентониатами понимают загрязненные глины, которые получаются выветриванием вулканического туфа. В частности, применяют продукт с товарным знаком "Bentone".

Предпочтительной является алюмосиликатная паста на основе касторового масла. Благодаря этому не должна изменяться влажность в полиуретановых компонентах. Концентрация алюмосиликата регулируется в зависимости от ожидаемой влажности и составляет, как правило, 1-12, в частности 2-8 вес.%, считая на полиол.

В качестве наполнителя пригодны все обычно применяемые вещества, в частности каолин, полевой шпат, слюда, кварцевая мука, сульфат бария, окись алюминия, гидрат окиси алюминия и гидроокись алюминия, а также карбонат кальция как в виде известкового шпата, так и в виде известняка.

Размер зерен наполнителя составляет до 0,05 мм.

Композиция по изобретению может также содержать целевые добавки, как, например, стабилизаторы и УФ-абсорберы, в обычных количествах. В зависимости от конкретного применения можно использовать стабилизированный против разложения полиуретан.

В качестве антиоксидантов пригодны, в частности, Irganox 1010, 1076, 3114 и 1425 (продукты фирмы Циба-Гейги, Швейцария), Topanol O (продукт фирмы Ай-Си-АЙ, США) и Goodrite 3114 (продукт фирмы Гудрич, США), в частности, в количестве до 1,5 вес.%.

В качестве УФ-абсорберов используют Tinuvin P 328 и 144 (продукты фирмы Циба-Гейги, Швейцария), Sanduvor VSU и 3035 (продукты фирма Сандос, Швейцария), Chimassorb 81 (продукт фирмы Химоза, Швейцария), в частности в количестве до 1,5 вес.%.

В качестве других стабилизаторов применяют до 1,5 вес.% Tinuvin 765 и 770 (продукты фирмы Циба-Гейги, Швейцария), Sanduvor 3050, 3051 и 3052 (продукты фирмы Сандос, Швейцария) и Chimassorb 119 (продукт фирмы Химоза, Швейцария), а также Mark LA 62, 63, 67 и 68 (продукты фирм Аргус Хемикал Корпорейшн, США).

В качестве зернистого материала с фильтрующими свойствами композиция согласно изобретению содержит кварцевый песок. Он состоит более чем на 85% из кварца и имеет зернистость до 6 мм, в частности до 4 мм. Кварцевый песок содержит до 2 вес. %, в частности до 1 вес.% кварцсодержащей тонкой пыли с диаметром частиц менее 0,2 мм, в частности от 0,06 до 0,1 мм.

Доля пыли регулируется процессом промывки и сушки кварцевого песка.

Соответствующая конкретным условиям степень протекания воды от 0 до 3 м³/мин•м² регулируется различными классами зернистости кварцевого песка с учетом доли тонкой пыли или соотношением кварцевого песка к сумме остальных компонентов.

Геометрическая форма получаемых из предложенной по изобретению композиции фильтрующих изделий является в принципе любой и определяется в зависимости от конкретной цели применения. Фильтры могут быть, в частности, в виде пластин или труб. Предпочтительными являются круглого сечения цилиндрические трубы, удобной для манипулирования длины. Диаметр и толщина зависят от величины и длины изготавливаемой из них скважины.

Фильтрующие изделия получают добавлением к кварцевому песку с полученным из процесса промывки и сушки количеством пыли системы полиуретан-связующее.

Предпочтительно смешивают сначала обе полиуретановые компоненты, катализаторы и остальные компоненты и затем прибавляют к кварцевому песку. Затем массу тщательно перемешивают и помещают в форму. Затем нагревают до температуры свыше 120^oC, в частности до температуры от 125 до 150^oC за максимально 10 мин. Без охлаждения вынимают из формы. Полученные таким образом фильтры могут сразу же после охлаждения до комнатной температуры использоваться по назначению, т.е. они могут без дальнейшей обработки применяться для получения питьевой воды.

Изготовленные из предложенной композиции фильтрующие изделия пригодны для получения хозяйственной и питьевой воды из грунтовых вод или для инфильтрации воды в грунт. На основе свободно регулируемой степени пропускания воды могут быть сооружены скважины, которые исключают соединение различных трубопроводов грунтовых вод тем, что трубопровод для нежелательных вод оснащается водонепроницаемыми трубами, так называемыми сплошными трубами со степенью проницаемости воды равной 0 м³/мин•м². Слои грунта с желательной водой оснащаются водопроницаемыми фильтрами. Однако, также возможно обводнять грунт с помощью фильтров, например, сооружением инфильтрационных скважин.

Подробнее изобретение поясняется примерами.

Пример 1. Изготовление фильтрующей трубы. 53 вес.ч. дифункционального полипропиленгликоля с числом групп OH около 280 мг KOH/г, 8 вес.ч. трифункционального полипропиленгликоля с числом групп OH около 380 мг KOH/г, 29,17 вес. ч. каолина, 8,00 вес.ч. алюмосиликата натрия в касторовом масле (1:1), 0,03 вес. ч. дибутил-оловодилаурат и 1,80 вес.ч. Bentone 34 (перемешивают с 65 вес.ч. дифенилметан-4,4'- диизоцианата при температуре около 20^oC в динамическом смесителе и в заключение в шнековом смесителе с 14-кратным количеством (2310 вес.ч.) колчеданового песка с величиной частиц от 1 до 4,00 мм при доле пыли 0,5 вес.%. Эту массу помещают в трубчатую форму длиной 1 м и отверждают 9 мин при 135^oC. Спустя это время фильтрующая труба легко вынимается из формы практически без охлаждения, не прилипая к стенке формы. После охлаждения фильтрующей трубы до комнатной температуры ее можно сразу же применять с водопропускающей способностью, определенной в соответствии с выбранным классом зернистости частиц. Водопропускающая способность по описанному примеру составляет около 3 м³/мин•м².

Пример 2. Изготовление сплошной трубы. 30,00 вес.ч. дифункционального полипропиленгликоля с числом групп OH около 280 мг KOH/г, 12,00 вес.ч. трифункционального полипропиленгликоля с числом групп OH около 380 мг KOH/г, 49,08 вес. ч. известняковой муки с размером частиц < 0,05 мм, 8,00 вес.ч. алюмосиликата натрия в касторовом масле (в соотношении 1:1), 0,02 вес.ч. дибутилоловодилаурат и 0,90 вес.ч. Aerosil 200 смешивают с 33,4 вес. ч. дифенилметан-4,4'-диизоцианата в динамическом смесителе и затем интенсивно перемешивают в шнековом смесителе при комнатной температуре с восьмикратным количеством (1067,2 вес.ч.) колчеданового песка с размером частиц от 0,5 до 1,6 мм при доле пыли 0,8 вес.%. Эту массу помещают в трубчатую форму и отверждают 9 мин при 130^oC. После этого фильтрующая труба практически без охлаждения вынимается из формы, не прилипая к стенке формы. После охлаждения фильтрующей трубы до комнатной температуры ее можно сразу же применять с водопропускающей способностью, определенной в соответствии с выбранным классом зернистости частиц. Водопропускающая способность по описанному примеру составляет менее 0,1 м³/мин•м².

Сравнительный пример (по прототипу). 56,00 вес.ч. дифункционального пропиленгликоля с числом групп OH около 280 мг KOH/г, 10,00 вес.ч. трифункционального полипропиленгликоля с числом групп OH 380 мг KOH/г, 33,97 вес.ч. каолина и 0,03 вес.ч. дибутилоловодилаурат смешивают аналогично примеру 1 с 68 вес. ч. дифенилметан-4,4'-диизоцианата и затем с кварцевым песком, помещают в трубчатую форму и отверждают 9 мин при 135^oC. После этого фильтрующая труба с большим трудом вынимается из формы, причем частично она остается прилипшей к форме. В отличие от примеров 1 и 2 концентрация клейкого вещества заметно увеличивается сверху вниз. После охлаждения у верхнего канта трубы умеренным усилием рукой выламываются частички колчедана. Кроме того, такая труба в отличие от труб по изобретению очень сильно размягчается уже при однодневном хранении в воде. Спустя 4 дня хранения в воде частички могут выламываться из трубы рукой.

Использование: для получения формованного фильтрующего изделия, предназначенного для получения хозяйственной и питьевой воды или для инфильтрации воды в грунт. Сущность: композиция содержит зернистый материал с фильтрующими свойствами, полиольную компоненту, полиизоцианатную компоненту, оловоорганическое соединение с молекулярной массой выше 600 в качестве катализатора, высокодисперсную кремниевую кислоту и/или бентонит и алюмосиликат в виде пасты при следующем соотношении компонентов,вес. %: зернистый материал с фильтрующими свойствами 80-96; полиольная компонента 1-15; полиизоцианатная компонента 0,5-15, катализатор 0,000005-0,1, высокодисперсная кремниевая кислота и/или бентонит 0,005-2,0, алюмосиликат в виде пасты 0,01-2,0. 2 з.п.ф-лы.

1. Композиция для получения формованного фильтрующего изделия, предназначенного для получения хозяйственной и питьевой воды или для инфильтрации воды в грунт, содержащая зернистый материал с фильтрующими свойствами, полиольную компоненту, полиизоцианатную компоненту и оловоорганическое соединение с молекулярной массой выше 600 в качестве катализатора, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит высокодисперсную кремниевую кислоту и/или бентонит и алюмосиликат в виде пасты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Зернистый материал с фильтрующими свойствами - 80 - 96
Полиольная компонента - 1 - 15
Полиизоцианатная компонента - 0,5 - 1,5
Катализатор - 0,000005 - 0,1
Высокодисперсная кремниевая кислота и/или бентонит - 0,005 - 2,0
Алюмосиликат в виде пасты - 0,01 - 2,0
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что соотношение зернистого материала с фильтрующими свойствами и общего количества остальных составных частей составляет менее 20 : 1. 3. Композиция по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она содержит наполнитель в количестве до 15 мас.%.