БУМАГОПОДОБНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОЛОКОН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ В КАЧЕСТВЕ СВЯЗУЮЩЕГО СОЛЕЙ АЛЮМИНИЯ И ПОЛИВИНИЛАЦЕТАТНОЙ ЭМУЛЬСИИ (ПВАЭ) Российский патент 2011 года по МПК D21H13/36 D21H13/40 D21F11/14 F24F3/14 F25B39/02 B01D39/20 

Изобретение относится к бумагоподобному композиционному материалу, который может быть использован для изготовления капиллярно-пористых деталей систем косвенно-испарительного охлаждения воздуха.

Известен материал для изготовления капиллярно-пористых деталей систем косвенно-испарительного охлаждения воздуха, представляющий собой спеченный порошок полимера, гидрофилизированный ПАВ, который содержит ионогенное и неионогенное фторсодержащие соединения типа «Флактонит» (RU 2381420 C1, кл. F24F 3/14, оп. 10.02.2010).

Наиболее близким аналогом является бумагоподобный материал, выполненный из штапельных стеклянных волокон (RU 2376532 C1, кл. F24F 3/14, опубл. 20.12.2009).

Задачей изобретения является получение бумагоподобного материала, обладающего гидрофильной капиллярно-пористой структурой, чтобы обеспечить высокую впитываемость, влагоемкость, биостойкость, технологическую прочность, быть нетоксичным, при этом не набухать.

Для достижения этого предложен бумагоподобный композиционный материал на основе минерального волокна, с использованием в качестве связующего соли алюминия и поливинилацетатной эмульсии (ПВАЭ), и добавки, изготовленный на бумагоделательном оборудовании методом отлива при следующем соотношении компонентов, в мас.%:

Соль алюминия 10-30 ПВАЭ 5-15 Волокно 40-80 Добавка 5-15

В качестве минерального волокна используют микротонкие стеклянные волокна диаметром 0,25 мкм. Микротонкие стеклянные волокна гидрофильны, при этом не набухают, обладают большой удельной поверхностью, что важно при формировании тонкой капиллярно-пористой структуры в процессе формования полотна материала. Тонкая капиллярно-пористая структура обеспечивает высокую впитываемость. Минеральные волокна не способны к связеобразованию. В качестве связующего используют соли алюминия, в частности хлорид алюминия (AlCl₃) или сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃. При гидролизе солей алюминия образуются полигидроксокомплексы алюминия, способные вступать в реакцию с функциональными группами, расположенными на поверхности волокна. Образование координационной связи, в частности водородной, обеспечивает прочность материала. При этом связующее неорганического происхождения обеспечивает биостойкость материала так же, как минеральные волокна. Такой материал устойчив к действию агрессивных сред, термо-, хемо-, биостойкий. В случае применение материала при обычных условиях в качестве связующего в композиции используют поливинилацетатную эмульсию (ПВАЭ).

Для повышения прочности в качестве добавки используют поливинилспиртовое волокно (ПВС). Отлив материала производят по традиционному бумажному способу формования в лабораторных условиях на листоотрывном аппарате ЛОА-2. Партия материала изготовлена на бумагоделательной машине «Voit» и с использованием традиционного бумагоделательного оборудования будет внедрена в производство энергосберегающих, экологически безопасных установок охлаждения воздуха косвенно-испарительного типа. В результате проведенных исследований и опытно-промышленной выработки был получен материал из микротонких стеклянных волокон.

Бумагоподобный композиционный материал имеет следующие характеристики:

масса материала площадью 1 м², г - 100±10;

толщина, мм - 0,45±0,10;

максимальная высота подъема воды при вертикальном положении пластины при 20°С, мм, не менее - 200;

время подъема воды при вертикальном положении листа на высоту 180 мм при 20°С, мин, не более - 30;

влагоемкость (по массе) %, не менее - 100;

неизменность материала в размерах (набухание, коробление) и устойчивость свойств под действием плесени, грибков, микроорганизмов в водной среде -неизменный и устойчив;

разрушающее усилие в машинном направлении, Н, не менее - 4;

токсичность и выделение в воздух веществ, вредно действующих на организм человека - не токсичен.

В таблице 1 приведены примеры композиций материалов и их свойства.

Таблица 1 Примеры композиций материалов и их свойства № п/п Свойства Композиция Микротонкие стекловолокна диаметром 0,25 мкм - 80%
Al₂(SO₄)₃ - 10%
ПВАЭ - 5%
ПВС - 5% Микротонкие стекловолокна диаметром 0,25 мкм - 70%
Al₂(SO₄)₃ - 10%
ПВАЭ - 5%
ПВС - 15% Микротонкие стекловолокна диаметром 0,25 мкм - 60%
Al₂(SO₄)₃ - 20%
ПВАЭ - 15%
ПВС - 5% 1 Масса 1 м², г 100 100 100 2 Толщина, мм 0,5 0,45 0,4 3 Максимальная высота подъема воды при вертикальном положении пластины при 20°С, мм 300 350 250 4 Время подъема воды при вертикальном положении листа на высоту 180 мм при 20°С, мин 15 10 10 5 Влагоемкость, % 500 400 400 6 Разрушающее усилие в машинном направлении, Н 6 10 8

Данные композиционные материалы используются в качестве капиллярно-пористых деталей для агрегатов по охлаждению воздуха косвенно-испарительного типа. Исходя из данных таблицы, бумагоподобные композиционные материалы на основе минеральных волокон с использованием в качестве связующего солей алюминия, поливинилацетатной эмульсии и поливинилспиртовых волокон обладают лучшими характеристиками по сравнению с аналогами, которые получены спеканием порошкообразных термопластов и применяются в агрегатах охлаждения воздуха.

Бумагоподобный композиционный материал может быть использован для изготовления капиллярно-пористых деталей систем косвенно-испарительного охлаждения воздуха. Бумагоподобный композиционный материал содержит минеральное волокно, в качестве связующего - соль алюминия и поливинилацетатную эмульсию и добавку. Данный материал изготавливают на традиционном бумагоделательном оборудовании методом отлива при заданном соотношении вышеуказанных компонентов. Техническим результатом является получение бумагоподобного материала, обладающего повышенными прочностью, впитываемостью, термостойкостью и тепло-, шумо-, изоляционными свойствами, отсутствием токсичности и выделений в воздух веществ, вредно воздействующих на организм человека, устойчивостью свойств от действия плесени, грибков и микроорганизмов в водной среде.

Бумагоподобный композиционный материал на основе минеральных волокон с использованием в качестве связующего соли алюминия и поливинилацетатной эмульсии (ПВАЭ), и добавки, изготовленный на бумагоделательном оборудовании методом отлива, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Соль алюминия 10-30 ПВАЭ 5-15 Волокно 40-80 Добавка 5-15