СОРБЦИОННЫЙ ТЕКСТИЛЬНЫЙ НЕТКАНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2010 года по МПК B01J20/28 B01D39/16 

Настоящее изобретение относится к сорбционному текстильному нетканому материалу, имеющему воздухопроницаемый носитель частиц адсорбента, дублированный по меньшей мере с одной стороны воздухопроницаемым слоем материала с клеевым слоем.

Текстильные изделия и изготавливаемые из них гибкие плоские фильтры находят самое широкое применение. Текстильные плоские фильтры используются, в частности, в авиастроении, автомобилестроении, медицинском оборудовании или установках кондиционирования воздуха для задерживания ядовитых или вредных паров и газов.

В качестве примера еще одной области применения текстильных плоских фильтров можно назвать защитные экипировки для радиационной, биологической и химической защиты, прежде всего спецодежду для радиационной, биологической и химической защиты, обычно с частицами адсорбента для поглощения химических ядов.

Несмотря на большое разнообразие известных сорбционных текстильных нетканых материалов, все они имеют в основном одинаковую структуру. Текстильное трикотажное и/или вязаное полотно снабжают располагаемыми в его объеме, соответственно на его поверхности закрепляемыми с помощью клея частицами адсорбента, во избежание потери которых полотно со стороны их размещения дополнительно кашируют или дублируют слоем материала с клеевым слоем.

Во избежание недопустимого ограничения воздухопроницаемости подобных текстильных фильтров наносимым на них клеем обычно поверхность носителя лишь частично покрывают клеем, например описанным в DE 4034798 реактивным сшиваемым клеем на полиуретановой основе, который в качестве термоплавкого клея перед нанесением на носитель расплавляют и после нанесения частиц адсорбента на носитель подвергают охлаждению, в процессе которого клей сшивается под действием содержащейся в воздухе влаги и/или влаги носителя.

Из DE 8208751 известен текстильный плоский фильтр, в котором смесь из частиц порошкового адсорбента и полимерного связующего печатанием наносят на носитель, например на хлопчатобумажную ткань, в виде определенного рисунка, который может занимать до 90% поверхности носителя.

Использование клея для фиксации частиц адсорбента на верхней (лицевой) стороне текстильного носителя связано с несколькими недостатками. Во-первых, клей, которым частицы адсорбента прикрепляются к носителю, закупоривает поры на значительной части свободной поверхности частиц адсорбента, которая поэтому становится более не доступна для адсорбции вредных газов или паров. По этой причине доступная для адсорбции вредных газов или паров площадь поверхности частиц адсорбента может сокращаться более чем на 25%. Во-вторых, клеи ухудшают упругие свойства текстильного носителя, а при образовании складок на ткани частицы адсорбента могут в местах перегиба ткани открепляться от удерживающего их клея, а тем самым и от носителя, в результате чего такие частицы также не могут в последующем участвовать в адсорбции вредных газов или паров. Помимо этого глубина, на которой происходит активная адсорбция при подобном нанесении частиц адсорбента, обычно незначительна, поскольку при этом не удается создать действительно объемную фильтрующую матрицу.

Подобную объемную фильтрующую матрицу можно получить за счет использования носителя из вспененного материала с частицами адсорбента в его структуре. Для получения такой объемной фильтрующей матрицы согласно, например, DE 4410920 вспененный материал пропитывают содержащей частицы адсорбента пастой, связующее которой высыхает и при повышенной температуре сшивается, при этом сначала только подвергают сушке пасту, после чего сжимают вспененный материал и соединяют его с носителем, причем в процессе сжатия вспененного материала и его соединения с текстильным носителем пасту нагревают по меньшей мере до температуры ее сшивания с выдержкой при этой температуре в течение достаточного для фиксации вспененного материала с помощью пасты времени.

Однако подобным способам также присущ тот недостаток, что использованием клея обусловлено уменьшение свободной поверхности частиц адсорбента, покрытая клеем часть поверхности частиц которого не участвует в активной адсорбции вредных газов или паров.

Еще один недостаток, присущий известным способам изготовления сорбционных текстильных нетканых материалов, заключается в необходимости выполнения обычно множества рабочих операций. При выполнении таких операций текстильный нетканый материал необходимо также периодически перемещать и переворачивать, из-за чего некоторые нанесенные на текстильный носитель частицы адсорбента могут открепляться от удерживающего их клея и поэтому не могут в последующем участвовать в адсорбции вредных газов или паров. По этой причине текстильный фильтр может обладать неравномерной по всей своей поверхности активностью, из-за чего его эффективность значительно снижается.

Исходя из описанного выше уровня техники, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать сорбционный текстильный нетканый материал указанного в начале описания типа, при изготовлении которого не возникало бы никаких проблем и который наряду с высокой эффективностью фильтрации обладал бы также высокой воздухопроницаемостью.

Указанная задача в отношении заявленного в п.1 формулы изобретения сорбционного текстильного нетканого материала, имеющего воздухопроницаемый носитель частиц адсорбента, дублированный по меньшей мере с одной стороны воздухопроницаемым слоем материала с клеевым слоем, решается благодаря тому, что носитель представляет собой волокнистый нетканый материал, в объеме которого находятся в незакрепленном состоянии частицы адсорбента и который по меньшей мере с одной стороны дублирован воздухопроницаемым нетканым материалом.

Предлагаемый в изобретении сорбционный текстильный нетканый материал обладает целым рядом преимуществ перед известными текстильными неткаными материалами.

Благодаря отказу от использования клея для прикрепления частиц адсорбента к носителю, они целиком остаются активными. Тем самым удается повысить эффективность фильтрации, соответственно уменьшить количество сравнительно дорогих частиц адсорбента, необходимых для обеспечения такой же эффективности фильтрации, что и в известных текстильных нетканых материалах.

В качестве носителя частиц адсорбента используют волокнистый нетканый материал, волокна которого, предпочтительно синтетические, без предварительного прядения образуют в результате их объединения и спутывания сравнительно рыхлое нетканое полотно. В объем такого нетканого полотна вводят, например, путем посыпания частицы адсорбента, которые без какого-либо клея удерживаются только волокнами волокнистого нетканого материала. После этого подобное нетканое полотно предпочтительно дублировать со стороны введения в него частиц адсорбента воздухопроницаемым нетканым материалом, которое даже при изменении положения волокнистого нетканого материала исключает возможность высыпания из него частиц адсорбента и которое, кроме того, придает волокнистому нетканому материалу достаточную прочность.

В качестве волокон наряду с полиамидными или полиэфирными волокнами можно использовать и другие синтетические и/или целлюлозные волокна либо смеси волокон разного типа.

В одном из предпочтительных вариантов выполнения предлагаемого в изобретении сорбционного текстильного нетканого материала в качестве волокнистого нетканого материала используют ворсовый волокнистый нетканый материал. В подобный ворсовый волокнистый нетканый материал заработана система нитей таким образом, что отдельные ее нити расположены через определенные интервалы перпендикулярно плоскости ворсового волокнистого нетканого материала. Благодаря этому ворсовый волокнистый нетканый материал можно по меньшей мере со стороны введения в него частиц адсорбента снабжать замкнутыми или разрезанными узелками или петлями, которые, во-первых, механически усиливают и упрочняют волокнистый нетканый материал и, во-вторых, образуют со стороны введения в него частиц адсорбента поверхность, через которую частицы адсорбента могут легко проникать в волокнистый нетканый материал, а при наличии замкнутых петель - практически не могут выпадать из него.

Таким путем получают объемный текстильный и предпочтительно полностью синтетический носитель с удельной массой (массой, отнесенной к единице площади) от 90 до 120 г/м², который тем не менее обладает высокой воздухопроницаемостью.

Для дублирования носителя нетканым материалом используют пригодный для этой цели клей, прежде всего средней вязкости, который не оказывает отрицательного влияния на гибкость предлагаемого в изобретении сорбционного текстильного нетканого материала. Подобный клей с целью свести к минимуму влияние клеевого слоя на воздухопроницаемость сорбционного текстильного нетканого материала предпочтительно наносить точками. В принципе, однако, клей можно наносить и в виде рисунка из узких параллельных или пересекающихся полосок (в виде решетки).

В качестве нетканого материала, которым кашируют или дублируют ворсистый нетканый материал, также предпочтительно использовать синтетический нетканый материал, прежде всего из смеси полиамидных и полиэфирных волокон. Однако в отличие от объемного носителя подобное нетканое полотно имеет удельную массу от 20 до 40 г/м².

Назначение предлагаемого в изобретении сорбционного текстильного нетканого материала определяется в основном размерами и материалом частиц адсорбента. Размеры частиц адсорбента могут варьироваться от нескольких микрометров до значений в миллиметровом диапазоне, причем при выполнении замкнутых петель они способны также удерживать и более крупные частицы размером, например от 0,3 до 1 мм, которые тем самым также можно без каких-либо проблем использовать в предлагаемом в изобретении сорбционном текстильном нетканом материале.

В качестве адсорбентов могут использоваться ксерогели кремниевой кислоты, оксиды и гидроксиды металлов, прежде всего оксид и гидроксид алюминия, молекулярные сита, ионообменики и прежде всего активированный уголь. Предпочтительно при этом использовать активированный уголь, прежде всего активированный уголь в виде сферических гранул, изготовление которого описано, например, в DE 19930732 и свойства которого можно регулировать при его изготовлении. Наиболее предпочтительно использовать активированный уголь в виде сферических гранул, которые имеют множество микропор и обладают повышенной степенью твердости.

В еще одном варианте выполнения предлагаемого в изобретении сорбционного текстильного нетканого материала между ворсовым волокнистым нетканым материалом и наносимым на него дублированием нетканым материалом можно предусматривать решетчатую структуру, например канву. Подобная решетчатая структура позволяет существенно повысить сопротивление текстильного нетканого материала поперечному изгибу. Значительно повысить сопротивление текстильного нетканого материала поперечному изгибу можно прежде всего при использовании химического волокна, например полиэфирной комплексной нити, в качестве материала решетчатой структуры.

Подобная решетчатая структура служит исключительно для повышения сопротивления текстильного нетканого материала поперечному изгибу и не предназначена для удержания сферических гранул активированного угля. Поэтому предпочтительно использовать решетчатую структуру с размером ячеек, превышающим размер (диаметр) сферических гранул активированного угля. С учетом этого предпочтительно использовать решетчатую структуру с размером ячеек от 3 до 8 мм.

Наряду с собственно описанным выше сорбционным текстильным нетканым материалом объектом настоящего изобретения является также способ изготовления подобного текстильного нетканого материала, прежде всего обладающего одним или несколькими рассмотренными выше отличительными признаками, заключающийся в том, что на первой стадии в волокнистый нетканый материал вводят частицы адсорбента, например, путем простого посыпания ими волокнистого нетканого материала, и затем на следующей - второй - стадии волокнистый нетканый материал с удерживаемыми его волокнами в незакрепленном состоянии частицами адсорбента со стороны их введения в него дублируют нетканым материалом.

Предлагаемый в изобретении способ изготовления сорбционного текстильного нетканого материала исходно состоит только из двух стадий, выполняемых непосредственно одна за другой и исключающих тем самым необходимость перемещения или переворачивания носителя с частицами адсорбента. В результате исключается опасность потери частиц адсорбента. Более того, частицы адсорбента удерживаются в незакрепленном состоянии исключительно волокнами волокнистого нетканого материала.

Предлагаемое в изобретении решение позволяет на 25% уменьшить количество используемых частиц адсорбента по сравнению с количеством обычно используемых, но приклеиваемых частиц адсорбента и благодаря этому уменьшить вес предлагаемого в изобретении текстильного нетканого материала и удешевить его изготовление, сохранив его адсорбционную способность на том же уровне, что и у известных текстильных нетканых материалов.

Если для повышения сопротивления текстильного нетканого материала поперечному изгибу в нем предусматривают решетчатую структуру, то на первой стадии предлагаемого в изобретении способа в волокнистый нетканый материал вводят частицы адсорбента, на второй стадии волокнистый нетканый материал покрывают решетчатой структурой и затем на следующей - третьей - стадии волокнистый нетканый материал с удерживаемыми его волокнами в незакрепленном состоянии частицами адсорбента со стороны их введения в него дублируют вместе с решетчатой структурой нетканым материалом.

Изобретение относится к сорбционно-фильтрующим материалам. Предложен текстильный нетканый материал, имеющий воздухопроницаемый носитель частиц адсорбента, дублированный по меньшей мере с одной стороны воздухопроницаемым слоем материала с клеевым слоем, и представляющий собой волокнистый нетканый материал, который имеет удельную массу от 90 до 120 г/м², удельная масса нетканого материала, которым дублирован волокнистый нетканый материал, составляет от 20 до 40 г/м², а размеры адсорбента составляют от 0,3 до 1,0 мм. Изобретение позволяет расширить арсенал высокоэффективных сорбционно-фильтрующих материалов. 3 н. и 10 з.п. ф-лы.

1. Сорбционный текстильный нетканый материал, имеющий носитель частиц адсорбента в виде воздухопроницаемого волокнистого нетканого материала, в объеме которого частицы адсорбента находятся в незакрепленном состоянии, и который по меньшей мере с одной стороны дублирован воздухопроницаемым нетканым материалом, отличающийся тем, что волокнистый нетканый материал имеет удельную массу от 90 до 120 г/м², удельная масса нетканого материала, которым дублирован волокнистый нетканый материал, составляет от 20 до 40 г/м², а размеры частиц адсорбента составляют от 0,3 до 1,0 мм.

2. Текстильный нетканый материал по п.1, отличающийся тем, что волокнистый нетканый материал представляет собой ворсовый волокнистый нетканый материал.

3. Текстильный нетканый материал по п.2, отличающийся тем, что применен ворсовый волокнистый нетканый материал с односторонней волокнистой ворсовой поверхностью.

4. Текстильный нетканый материал по п.2, отличающийся тем, что ворс выполнен в виде замкнутых или разрезанных петель.

5. Текстильный нетканый материал по п.1, отличающийся тем, что клеевой слой нанесен точками на нетканый материал, которым дублирован волокнистый нетканый материал.

6. Текстильный нетканый материал по п.1, отличающийся тем, что нетканый материал, которым дублирован волокнистый нетканый материал, выполнен из смеси полиамидных и полиэфирных волокон.

7. Текстильный нетканый материал по п.1, отличающийся тем, что частицы адсорбента представляют собой сферические гранулы активированного угля.

8. Текстильный нетканый материал по п.2, отличающийся тем, что между ворсовым волокнистым нетканым материалом и нетканым материалом, которым дублирован волокнистый нетканый материал, предусмотрена решетчатая структура.

9. Текстильный нетканый материал по п.8, отличающийся тем, что решетчатая структура выполнена из химического волокна.

10. Текстильный нетканый материал по пп.7 и 8, отличающийся тем, что размер ячеек решетчатой структуры превышает размеры сферических гранул активированного угля.

11. Текстильный нетканый материал по п.10, отличающийся тем, что размер ячеек решетчатой структуры составляет от 3 до 8 мм.

12. Способ изготовления текстильного нетканого материала, охарактеризованного в одном из пп.1-11, при осуществлении которого на первой стадии в волокнистый нетканый материал вводят частицы адсорбента и затем на следующей - второй - стадии волокнистый нетканый материал с удерживаемыми его волокнами в незакрепленном состоянии частицами адсорбента со стороны их введения в него дублируют нетканым материалом.

13. Способ изготовления текстильного нетканого материала, охарактеризованного в одном из пп.1-11, при осуществлении которого на первой стадии в волокнистый нетканый материал вводят частицы адсорбента, на второй стадии волокнистый нетканый материал покрывают решетчатой структурой и затем на следующей - третьей - стадии волокнистый нетканый материал с удерживаемыми его волокнами в незакрепленном состоянии частицами адсорбента со стороны их введения в него дублируют вместе с решетчатой структурой нетканым материалом.