ХИМИЧЕСКИЙ ПОГЛОТИТЕЛЬ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА Российский патент 2017 года по МПК B01J20/04 B01J20/26 A62B23/00 

Изобретение относится к составам поглотителей, применяемых в средствах защиты органов дыхания человека, и может быть использовано в производстве химического поглотителя диоксида углерода СО₂.

Известен химический поглотитель диоксида углерода в виде листового материала, предназначенный для использования в системах жизнеобеспечения человека (заявка WO 2009/139664, МПК B01J 20/04, 2009 г.), состоящий из гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, волокнистого материала и воды, в котором водная дисперсия гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов располагается между слоями волокнистого материала. В качестве волокнистого материала используют тканый или нетканый щелочестойкий материал с низкой поверхностной плотностью (стеклобумага, термостойкие негорючие материалы типа Nomex, Kevlar, Русар, Арселон и др.). Химический поглотитель имеет существенный недостаток, заключающийся в отсутствии прочного скрепления волокнистого материала и гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов. Активные частицы свободно размещены между слоями волокнистого материала, из-за чего при эксплуатации или под воздействием различных механических нагрузок на химический поглотитель (например, транспортировка) наблюдается его пыление, крошение, что приводит к снижению эксплуатационных характеристик химического поглотителя. Кроме того, наличие большого количества мелкодисперсной фракции может вызывать химические ожоги верхних дыхательных путей человека.

Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик химического поглотителя.

Задача решается тем, что химический поглотитель диоксида углерода в виде листового материала, состоящий из гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, воды и волокнистого материала, в качестве которого используют тканый или нетканый щелочестойкий материал с низкой поверхностной плотностью, содержит волокна гидрофобных полимеров при следующем соотношении компонентов (% масс.):

гидроксиды щелочных и/или щелочноземельных металлов 64÷86,5 волокна гидрофобных полимеров 0,2÷5 волокнистый материал 1,3÷6 вода 12÷25

В качестве гидрофобных волокон могут быть использованы полиолефиновые волокна (полиэтиленовые, полипропиленовые и др.), фторопластовые волокна и др. с длиной 2-100 мм и толщиной 10-1000 мкм.

Гидроксиды щелочных и/или щелочноземельных металлов являются активными частицами, поглощающими СO₂.

Волокнистый тканый или нетканый щелочестойкий материал с низкой поверхностной плотностью является формообразующим и армирующим компонентом, препятствующим выносу тонкодисперсного порошка гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов из структуры химического поглотителя.

Вода, входящая в состав химического поглотителя, участвует в процессе хемосорбции СО₂, который осуществляется на поверхности химического поглотителя через поверхностную пленку щелочного раствора.

Волокна гидрофобных полимеров, будучи гибкими, прочными и эластичными, играют роль структурирующей и упрочняющей добавки, создавая армирующую сетку, удерживающую активные частицы, что препятствует разрушению материала и уносу активных частиц потоком газа. Введение волокнистого материала непосредственно в структуру поглотителя позволяет существенно снизить процесс механического разрушения химического поглотителя при эксплуатации.

Ввиду своей гидрофобности полимерные волокна не смачиваются щелочным раствором, в результате чего создаются каналы вблизи волокна (рисунок 1). Как видно по микрофотографии, в химическом поглотителе имеются дополнительные каналы вблизи волокна диаметром около 10 мкм, за счет чего улучшается диффузия газа в толщу химического поглотителя, что приводит к увеличению его сорбционной емкости.

При уменьшении количества волокон гидрофобных полимеров не наблюдается увеличение механической прочности химического поглотителя. При увеличении количества волокон из гидрофобных полимеров наблюдается их комкование, а при дальнейшем формовании листа химического поглотителя наблюдается большой разброс по толщине.

Использование волокон из гидрофобных полимеров длиной менее 2 мм не приводит к удержанию активных частиц в структуре материала, более 100 мм - приводит к получению материала неоднородной структуры, наличию уплотнений и полостей в объеме химического поглотителя, что негативно сказывается на его эксплуатационных характеристиках.

Использование волокон из гидрофобных полимеров толщиной менее 10 мкм не приводит к улучшению эксплуатационных характеристик химического поглотителя ввиду того, что толщина волокон из гидрофобных полимеров становится меньше размера активных частиц, более 1000 мкм - приводит к образованию каналов вблизи волокна большего диаметра, что приводит к частичному беспрепятственному прохождению содержащей СО₂ газовоздушной смеси (ГВС) через поглотитель без ее очистки.

Химический поглотитель получают следующим образом. Готовят дисперсию, состоящую из гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, воды и волокон гидрофобных полимеров путем механического смешения исходных компонентов. Полученную дисперсию заключают между слоями волокнистого тканого или нетканого щелочестойкого материала и формуют листовой материал, который сушат до остаточного содержания воды 12-25% по массе.

Пример 1

Полипропиленовые волокна длиной 2 мм, толщиной 10 мкм, массой 10 г (2% по массе в составе химического поглотителя) смешивают с водой объемом 310 мл и перемешивают для равномерного распределения волокон в смеси. В приготовленную смесь при постоянном перемешивании добавляют гидроксид калия ГОСТ 24363-80 массой 25 г (5% по массе) и гидроксид кальция ТУ 2611-094-00187895-2000 массой 350 г (70% по массе). Полученную дисперсию помещают в проницаемую оболочку в виде рукава размерами 200×1250 мм из Айрлайд-материала ТУ 8390-001-13429727-2011 массой 25 г (5% по массе) и формуют листовой материал, после чего сушат его до остаточного содержания воды 18%.

Пример 2

Фторопластовые волокна длиной 100 мм, толщиной 30 мкм, массой 1,2 г (0,2% по массе) смешивают с водой объемом 400 мл и перемешивают для равномерного распределения волокон в смеси. В приготовленную смесь при постоянном перемешивании добавляют гидроксид лития ГОСТ 8595-83 массой 519 г (86,5% по массе). Полученную дисперсию помещают в проницаемую оболочку в виде рукава размерами 200×1250 мм из полипропиленового нетканого материала спанбонд ТУ 8390-002-71242729-2005 массой 7,5 г (1,3% по массе) и формуют листовой материал, после чего листовой материал сушат до остаточного содержания воды 12%.

Пример 3

Полиэтиленовые волокна длиной 20 мм, толщиной 1000 мкм, массой 25 г (5% по массе) смешивают с водой объемом 400 мл и перемешивают для равномерного распределения волокон в смеси. В приготовленную смесь при постоянном перемешивании добавляют гидроксид кальция массой 320 г (64% по массе). Полученную дисперсию помещают в проницаемую оболочку в виде рукава размерами 200×1250 мм из материала спанбонд массой 30 г (6% по массе) и формуют листовой материал, после чего листовой материал сушат до остаточного содержания воды 25%.

Сорбционную емкость химических поглотителей исследовали в динамической трубке при следующих условиях:

объемный расход ГВС 7,0±0,3 дм³/мин объемная доля СO₂ в ГВС 4±0,1 % температура ГВС 23±1°С влажность ГВС 85±5 %

Находили время защитного действия до достижения объемной доли СO₂ в ГВС на выходе из динамической трубки 1%.

Оценивали массовую долю мелкодисперсной фракции, образующейся при механических нагрузках, имитирующих транспортирование химического поглотителя.

Для проведения сравнительных исследований был изготовлен образец химического поглотителя диоксида углерода по примеру 1 заявки WO 2009/139664.

Результаты исследований представлены в таблице 1.

Как видно по данным таблицы 1, предлагаемый химический поглотитель имеет большие сорбционную емкость на единицу массы и время защитного действия, чем по заявке WO 2009/139664, а также характеризуется практически полным отсутствием мелкодисперсной фракции после воздействия механических нагрузок.

Изобретение относится к составам поглотителей диоксида углерода, применяемых в средствах защиты органов дыхания. Поглотитель диоксида углерода выполнен в виде листового материала. Поглотитель состоит из гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, воды тканого или нетканого щелочестойкого материала с низкой поверхностной плотностью и волокон гидрофобных полимеров, имеющих длину 2-100 мм и толщину 10-1000 мкм. Поглотитель содержит компоненты при следующем соотношении (% мас.): гидроксиды щелочных и/или щелочноземельных металлов - 64÷86,5, волокна гидрофобных полимеров - 0,2÷5, волокнистый материал - 1,3÷6, вода - 12÷25. Изобретение обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик химического поглотителя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 3 пр.

1. Химический поглотитель диоксида углерода для средств защиты органов дыхания человека, состоящий из гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, воды и волокнистого материала, в качестве которого используют тканый или нетканый щелочестойкий материал с низкой поверхностной плотностью, отличающийся тем, что химический поглотитель диоксида углерода дополнительно содержит волокна гидрофобных полимеров с длиной 2-100 мм и толщиной 10-1000 мкм при следующем соотношении компонентов (% мас.):

гидроксиды щелочных и/или щелочноземельных металлов 64÷86,5 волокна из гидрофобных полимеров 0,2÷5 волокнистый материал 1,3÷6 вода 12÷25

2. Химический поглотитель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве волокон гидрофобных полимеров используют полиолефиновые волокна (полиэтиленовые, полипропиленовые), фторопластовые волокна.