СОРБИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2007 года по МПК B01J20/26 B01J20/28 

Изобретение относится к материалам 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.

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 /1/, 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 материала /2/, 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 /3/, 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 непроницаемого для жидкости материала. К подложке прикреплены приспособления для подъема и складирования устройства без контакта с сорбирующим элементом.

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.

Известен сорбирующий материал, описанный в патенте США /4/. 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 более 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 удорожанию сорбента и усложнению технологии его производства.

Известна абсорбирующая подкладка /5/ для продуктов из мяса и птицы, которая содержит верхний и нижний слой полимерной пленки, в каждом из которых выполнены сквозные отверстия заданного размера. Между этими слоями уложен слой абсорбента постоянной толщины. Этот слой образован большим количеством волокон абсорбирующего материала, связанных так, что между ними образуются промежутки, проходящие сквозь весь слой абсорбента. В этом слое между волокнами распределены гранулы суперсорбента, зафиксированные от возможности перемещения названными волокнами. Для удержания слоя абсорбента между верхней и нижней пленками эти пленки соединены одна с другой хотя бы вдоль части кромок. Волокна абсорбирующего материала и частицы суперсорбента обеспечивают поглощение жидкости, прошедшей в этот слой, не допуская обратного прохода жидкости сквозь отверстия в пленке и предотвращая ее взаимодействие с мясом.

Этот материал сложен в изготовлении и скорость впитывания им небольшая.

Известен абсорбирующий волокнисто-пористый материал, описанный в патенте России /6/, который 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 этих структурных элементов происходит дополнительное впитывание и удерживание разлитых нефти или продуктов ее переработки.

В этом материале «жгуты» расположены как вдоль материала, так и поперек его. Скорость впитывания нефтепродуктов увеличивается при увеличении количества поперечно расположенных «жгутов», но их количество в материале небольшое.

Наиболее близким, из числа известных, по технической сущности и достигаемому результату является сорбирующий материал для удаления загрязнений нефтепродуктами /7/, который включает два слоя, один из которых выполнен из предварительно скрепленных иглопрокалыванием полипропиленовых волокон. Оба слоя скреплены между собой иглопрокалыванием. При этом слой из полипропиленовых волокон выполнен более плотным, чем слой из полых силиконизированных полиэфирных волокон. Материал укладывается более плотным слоем из скрепленных иглопрокалыванием полипропиленовых волокон на пятно из нефтепродукта.

Этот материал не способен впитать большое количество нефтепродукта, так как верхний более рыхлый слой не способен удерживать много впитанной жидкости, он служит для плавучести материала. Кроме того, этот материал сложен в изготовлении, так как состоит из разных волокон, причем один слой образован полыми силиконизированными волокнами, производство которых само по себе сложное.

Задача настоящего изобретения - получение простого в изготовлении сорбирующего материала, способного быстро впитать большое количество гидрофобной жидкости (например, масел, нефти и т.п.) и прочно удерживать ее в своем объеме.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый материал состоит из двух слоев, выполненных из волокон полипропилена, обладающих высоким сродством к нефти и продуктам ее переработки. Первый более рыхлый слой состоит из волокон диаметром не более 15 мкм, уложенных перпендикулярно поверхности материала с плотностью укладки 0,02-0,07 г/см³. Второй слой - более плотный, плотность его может достигать 0,25 г/см³, этот слой состоит из волокон диаметром не более 20 мкм, уложенных вдоль поверхности материала. Волокна материала частично термоскреплены друг с другом в местах контактов. Первый (рыхлый) слой материала, по меньшей мере, в два раза тоньше второго более плотного слоя.

Лист расстилается на поверхность разлитых нефтепродуктов таким образом, чтобы первый более рыхлый с перпендикулярно расположенными волокнами слой был снизу. За счет первого слоя происходит быстрое впитывание нефтепродукта, так как капилляры, образованные волокнами этого слоя расположены перпендикулярно поверхности впитываемой жидкости и этот слой действует как фитиль. Второй слой служит для накопления и удержания впитанной жидкости.

Плотность первого слоя находится в интервале от 0,02 г/см³ до 0,07 г/см³, так как при плотности менее 0,02 г/см³ количество волокон участвующих в образовании капилляров мало и поэтому скорость впитывания таким слоем жидкости мала, а при плотности больше 0,07 г/см³ расход сырья на изготовление материала больше, а скорость впитывания материалом гидрофобных жидкостей не увеличивается. Плотность второго слоя не более 0,25 г/см³. При плотности больше 0,25 г/см³ уменьшается объем пор этого слоя и, следовательно, такой материал способен вместить и удержать меньше жидкости. При этом плотность второго слоя больше плотности первого слоя, в противном случае поры второго слоя материала большие и он плохо удерживает впитанную жидкость, она вытекает из материала. Толщина второго слоя, по меньшей мере, в два раза больше толщины первого слоя, это связано с тем, что первый слой как фитиль впитывает жидкость, а второй слой накапливает и удерживает ее в своем объеме. Причем чем больше объем второго слоя, тем больше гидрофобной жидкости впитает и удержит в своем объеме материал. Плотность второго слоя больше, следовательно, суммарный объем его пор меньше и для того, чтобы удержать всю впитываемую первым слоем жидкость, толщина второго слоя должна быть больше. Диаметр волокон первого слоя не больше 15 мкм, а второго не больше 20 мкм, при более грубых волокнах материал медленнее впитывает и хуже удерживает впитанную жидкость.

Предлагаемый материал способен впитывать гидрофобные жидкости в количестве, превышающем в 25-45 раз его собственный вес. Этот материал прост в эксплуатации: легко расстилается на поверхность разлитых гидрофобных жидкостей (первым слоем - слоем с перпендикулярным расположением волокон - на жидкость, которую необходимо впитать), быстро ее впитывает и хорошо удерживает в своем объеме. Материал после пропитки легко собирается и может подвергаться регенерации.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан поперечный разрез сорбирующего материала: 1 - первый более рыхлый слой материала, 2 - второй плотный слой материала.

Получают такой материал путем нанесения потоком нагретого воздуха волокон, полученных из расплава полипропилена, на сетчатый барабан. Полипропилен загружается в бункер генератора волокон, нагревается, плавится, гомогенизируется и направляется в специальную головку, куда также подается нагретый воздух. Полипропилен, на выходе из сопла головки, подхватывается воздушной струей, вытягивается в процессе полета в волокна. Волокна наслаиваются на сетчатый барабан, совершающий вращение и возвратно-поступательное перемещение. Потоком воздуха волокна проталкиваются через отверстия сетки внутрь барабана на расстояние, определяемое давлением распыляющего воздуха. Эти волокна располагаются перпендикулярно поверхности барабана. Затем, после заполнения волокнами отверстий сетки, на поверхность полученного таким образом первого слоя наносится второй слой материала, в котором волокна располагаются вдоль поверхности барабана и плотность их укладки больше, чем в первом слое. После формирования второго слоя толщиной не менее чем в два раза больше толщины первого слоя, материал разрезается по ширине барабана и снимается с его поверхности.

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

Испытания образца, полученного в соответствии с предлагаемым изобретением (плотность первого слоя - 0,05 г/см³, диаметр волокон 10 мкм, плотность второго слоя 0,10 г/см³, диаметр волокон 14 мкм), показали, что он за 32 секунды впитал масло индустриальное И-20А по ГОСТ 20799-75 в количестве, превышающем его собственный вес в 40 раз.

Источники информации

1. Патент США №5256466, кл. В32В 3/06, опубл. 26.10.93.

2. Патент США №4652487, кл. В32В 3/10, опубл. 24.03.87.

3. Патент США №4939017, кл. В32В 1/04, опубл. 03.07.90.

4. Патент США №4070287, кл. Е02В 15/04, опубл. 24.01.78.

5. Патент США №4917936, кл. В32В 3/10, опубл. 17.04.90.

6. Патент России №2126715, кл. В01D 17/022, опубл. 27.2.98.

7. Патент России №2210644, кл. D04Н 1/46, В01D 39/16, опубл. 20.08.2003.

Предложен сорбирующий материал для удаления загрязнений нефтепродуктами, который включает два слоя, выполненных из волокон полипропилена. Первый слой, укладываемый на пятно нефтепродукта, выполнен из волокон диаметром не более 15 мкм, уложенных перпендикулярно поверхности материала с плотностью от 0,02 г/см³ до 0,07 г/см³. Второй слой выполнен из волокон диаметром не более 20 мкм, уложенных вдоль поверхности материала с плотностью, большей плотности первого слоя, но не превышающей 0,25 г/см³. Толщина второго слоя материала, по меньшей мере, в два раза больше толщины первого слоя. Материал способен быстро и в большом количестве впитывать разлитые нефтепродукты и хорошо удерживать их в своем объеме. 1 ил.

Сорбирующий материал для удаления загрязнений нефтепродуктами, который включает два слоя из волокон полипропилена, отличающийся тем, что первый слой, укладываемый на пятно нефтепродукта, выполнен из волокон диаметром не более 15 мкм, уложенных перпендикулярно поверхности материала с плотностью от 0,02 до 0,07 г/см³, а второй слой выполнен из волокон диаметром не более 20 мкм, уложенных вдоль поверхности материала с плотностью, большей плотности первого слоя, но не превышающей 0,25 г/см³, причем толщина второго слоя материала, по меньшей мере, в два раза больше толщины первого слоя.