СОРБИРУЮЩИЙ ВОЛОКНИСТО-ПОРИСТЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1999 года по МПК B01J20/22 C02F1/28 B32B3/10 

Изобретение относится к области производства нетканых волокнисто-пористых полимерных материалов, используемых в качестве сорбентов.

Известны различные материалы, используемые в качестве сорбентов: дискретные материалы (порошки, гранулы), волокнисто-пористые материалы, различные комбинированные материалы и т.п.

Так, например, известен порошкообразный сорбент "Рауфлекс (РЖ 47. Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение, 1990, N 3, реферат N 3. 47. 264, с.31) который рекомендуется для обезвреживания и сбора пролитых на землю иди воду нефтепродуктов, масел или иных органических веществ. Порошок высыпается на загрязняющее пятно и связывает вещество в желеобразную массу, которая может быть собрана и удалена. При хранении эта масса не разлагается и не оказывает вредного воздействия на окружающую среду. При сжигании образуется минимальное количество вредных окислов.

Волокнисто-пористые и комбинированные сорбенты являются более перспективными, т. к. они легко и быстро размещаются на местах разливов и легко собираются после пропитывания.

Известен, например, пакет для сбора разлитых в производственных условиях жидкостей (US, 5256466, B 32 B 3/06, 1993), например машинного и смазочного масла, состоящий из нескольких примыкающих друг к другу слоев полимерного материала. Пакет сложен из перегнутого несколько раз одного листа указанного материала, имеет в поперечном сечении форму прямоугольника с соотношением ширины к высоте от 10:1 до 1:1 и способен за два часа поглотить минерального масла в 7 раз больше своего веса.

Известен складчатый эластичный лист из нетканого волокнистого (US, 4652487, B 32 B 3/06 B, 1987) материала, изготовленный с помощью растягивающейся и сжимающейся поверхности формования. Поверхность формования вначале растягивают и формуют на ней отделяющийся слой нетканых волокон. Затем упомянутую поверхность сжимают, создавая в слое волокон складки, и отделяют полученный складчатый лист от поверхности формования, находящейся в сжатом состоянии.

Известно сорбирующее устройство с защитными карманами (US, 4939017, B 32 B 1/04, 1990), которое содержит проницаемый для жидкости сорбирующий элемент, имеющий наружный облицовочный слой, выполненный из термопласта. Внутренний слой этого элемента выполнен из смеси термопластичных и целлюлозных волокон. Наружный слой соединяют ультразвуковой сваркой с термопластичными волокнами внутреннего слоя, обеспечивая соединение слоев и проход жидкости сквозь эти слои. Сорбирующий элемент снабжен подложкой, выполненной из не проницаемого для жидкости материала. К подложке прикреплены приспособления для подъема и складирования устройства без контакта с сорбируюшим элементом.

В Финляндии разработан волокнисто-пористый нетканый материал (Oil, Grease, Petroleum, Solvent. ..Porol. Catensa (UK) Ltd, 1993), изготовленный из полимерных волокон, который используется для поддержания чистоты в гаражах, цехах, кухнях, промышленных предприятиях и т.д. Этот материал за 20 с может поглотить жидкости по весу в 20 раз больше, чем его собственный вес.

Все вышеуказанные сорбирующие элементы состоят из хаотически расположенных волокон, различными способами связанных в холст, имеющий поры, проходы для сбора и накопления впитываемой жидкости. Но все эти материалы не обладают достаточно высокой скоростью впитывания и хорошими удерживающими свойствами и, кроме того, сложны в изготовлении.

Наиболее близким из числа известных по технической сущности и достигаемому результату является сорбирующий материал, описанный в патенте US, 4070287, E 02 B 15/04, 1978. Этот сорбент состоит из смеси полимерных (диаметром менее 40 мкм) и целлюлозных волокон, сформованных с помощью связующего в холст или помещенных в сетчатый чехол. Размер ячеек чехла подбирается таким образом, чтобы он хорошо пропускал впитываемую жидкость и в то же время предотвращал высыпание волокон сорбента. В качестве полимерных волокон используются преимущественно полиэтиленовые волокна, но могут использоваться полипропиленовые, полистирольные и др., а также смеси из этих волокон. Для придания целлюлозным волокнам гидрофобных свойств они могут быть обработаны водоотталкивающими веществами, что весьма важно при сорбции масел из их водных смесей. Целлюлозные волокна служат для быстрейшего впитывания и лучшего удержания сорбируемой жидкости (они болеее тонкие и короткие). Длинные полимерные волокна служат для упрочнения сформированного холста, предотвращения высыпания целлюлозных волокон и уменьшения плотности сорбента. Для снижения плотности сорбента возможно также использование вспененных полимерных волокон.

Наличие связующего в этом материале ограничивает области его использования, усложняет технологию его производства и увеличивает стоимость. Использование сетчатого чехла также ведет к удоражанию сорбента и усложнению технологии его производства.

Задача настоящего изобретения - получение легкого, гидрофобного волокнисто-пористого полимерного сорбирующего материала, способного быстро впитывать большое количество жидкости (например, масел, нефтепродуктов и т.п.) и прочно удерживать ее в своем объеме. Причем технология изготовления материала должна быть максимально простой.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый материал состоит из хаотически расположенных волокон термопластичного полимера диаметром от 5 до 20 мкм, часть из которых сформирована в жгуты и клубочки, образующие капилляры, за счет которых происходит быстрое дополнительное впитывание и удерживание жидкости. Количество волокон, участвующих в образовании структурных элементов (жгутов и клубочков), может доходить до 60%, остальные 40% волокон составляют основу материала. Жгуты образованы несколькими скрученными вместе волокнами, клубочки - одним или несколькими волокнами, закрученными в клубок.

Сформированные из полимерных волокон жгуты и клубочки распределены хаотично по всему объему материала, причем жгуты направлены как вдоль, так и поперек него.

Плотность такого материала находится в пределах 0,01 - 0,20 г/см³.

Предлагаемый материал способен впитывать жидкость в количестве, в 40-50 раз превышающем их собственный вес. Он прост в эксплуатации: легко расстилается на поверхность разлитых нефтепродуктов, быстро их впитывает и хорошо удерживает в своем объеме, а затем легко собирается. Материал, насыщенный впитанной жидкостью, остается плавать на поверхности воды.

Получают такой материал распылением расплава термопластичного полимера потоком нагретого воздуха на волокна.

Термопластичное полимерное сырье загружается в бункер генератора волокон, нагревается, плавится, гомогенизируется и направляется в распылительное устройство, куда также подается нагретый воздух, струе которого сообщается закрученное по спирали направление. Полимер на выходе из сопла распылительного устройства подхватывается воздушной струей, вытягивается в процессе полета, образуя при этом так называемый факел распыления. Волокна в факеле распыления, находясь в вязкотекучем состоянии, наслаиваются на установленную под углом 90^o оси факела подложку (например, барабан, совершающий вращение и возвратно-поступательное перемещение), на которой происходит формирование волокнисто-пористого абсорбирующего материала. Для получения в структуре материала жгутов и клубочков расстояние между соплом распылительного устройства и поверхностью подложки устанавливается довольно большим (300-650 мм), при этом волокна вытягиваются до диаметра 20-5 мкм. На этом расстоянии скорость воздушного потока снижается настолько, что происходит сворачивание нескольких волокон в жгуты, а за счет остаточного крутящего момента скручивание отдельных волокон в клубочки. Причем, чем больше расстояние до подложки, тем тоньше волокна и большее их количество участвует в образовании жгутов и клубочков. Плотность формируемого материала находится в пределах 0,01-0,20 г/см³.

Технология получения предлагаемого абсорбирующего волокнисто-пористого материала проста и одностадийна.

Испытания материала показали, что лучшими сорбционными свойствами обладают материалы содержащие до 60% жгутов и клубочков (см. таблицу).

Как видно из таблицы, впитывающая способность материала резко увеличивается с момента, когда материал содержит более 30% волокон, скрученных в жгуты и клубочки. Материал, содержащий более 60% волокон, скрученных в жгуты и клубочки, теряет свою прочность за счет уменьшения количества волокон, формирующих его основу, поэтому увеличивать количество жгутов и клубочков более 60% - нецелесообразно. Для сравнения в таблице приведена впитывающая способность образца материала "POROIL" финского производства.

Изобретение относится к области производства нетканых волокнисто-пористых полимерных материалов, используемых в качестве сорбентов. Предлагаемый сорбент содержит в своей структуре до 60% волокон скрученных в жгуты и клубочки, за счет которых происходит дополнительное капиллярное всасывание и удерживание различных жидкостей (например, масел, нефтепродуктов и т.п.) Причем жгуты могут располагаться как вдоль материала, так и поперек него. Получают материал с помощью закрученной по спирали струи воздуха. Технический результат-материал способен удерживать в своем объеме в 40-50 раз больше жидкости, чем его собственный вес. 1 табл.

Сорбирующий волокнисто-пористый материал для сбора технологических разливов сырой нефти или продуктов ее переработки, отличающийся тем, что он состоит из хаотически расположенных волокон термопластичного полимера диаметром 5 - 20 мкм, плотностью 0,01 - 0,20 г/см³ и содержит в своей структуре до 60% капилляров, образованных волокнами, скрученными в жгуты и клубочки, за счет которых происходит дополнительное впитывание и удерживание жидкостей.