АДСОРБИРУЮЩИЙ НЕТКАННЫЙ МАТЕРИАЛ, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ АДСОРБЦИИ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ЖИДКИХ ФАЗ И/ИЛИ ДЛЯ АДСОРБЦИИ ПАХУЧИХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ГАЗОВЫХ ФАЗ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ С ОДНИМ ФИЛЬЕРНЫМ НЕТКАНЫМ МАТЕРИАЛОМ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК B01J20/28 D04H13/00 

Изобретение относится к адсорбирующему нетканому материалу, в частности, для адсорбции нефтехимических веществ из жидких фаз и/или для адсорбции пахучих веществ из газовых фаз по меньшей мере с одним нетканым материалом. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления адсорбирующего нетканого материала.

Средства для адсорбции нефтехимических веществ в основном известны из уровня техники. При этом, например, оказалось оправданным использовать пористые частицы и после диффундирования нефтехимических веществ в поры этих частиц снова собирать их. Даже если известные из уровня техники пористые частицы характеризуются высокой адсорбционной способностью, к собиранию нагруженных нефтехимическими веществами частиц относились критически. Кроме того, из уровня техники известны текстильные материалы, которые импрегнированы с таким расчетом, чтобы они могли избирательно связывать нефтехимические вещества. Правда, импрегнирование является очень затратным, так что эти нетканые материалы по причине высоких затрат на изготовление непригодны для широкого применения.

Поэтому в основе изобретения лежит техническая проблема, предложить адсорбирующий нетканый материал, который отличается простотой в обращении, простотой изготовления и экономичностью применения. Кроме того, в основе изобретения лежит техническая проблема предложить способ для изготовления такого адсорбирующего нетканого материала.

Для решения указанной технической проблемы изобретение раскрывает адсорбирующий нетканый материал, в частности, для адсорбции нефтехимических веществ из жидких фаз и/или адсорбции пахучих веществ из газовых фаз, содержащий по меньшей мере один нетканый материал, причем по меньшей мере на одну поверхность нетканого материала нанесен полимер, который содержит по меньшей мере одно адсорбирующее вещество в качестве наполнителя и это адсорбирующее вещество имеет микропоры, и/или мезопоры, и/или макропоры.

Под нефтехимическими веществами в рамках настоящего изобретения понимаются нефть или сырая нефть, продукты из сырой нефти или нефтепродукты и органические химические соединения. Целесообразно адсорбировать и/или удалять соответствующим изобретению адсорбирующим нетканым материалом загрязняющие вещества, предпочтительно органические соединения и/или водонерастворимые соединения из жидких фаз, например фильтрационных вод свалок. Согласно одному из вариантов осуществления путем отложения радиоактивных частиц в адсорбирующем веществе возможны адсорбция нежелательных веществ из биогазовых установок и, в порядке рекомендации, проведение деконтаминации загрязненных радиоактивными веществами вод. Принципиально возможно, что катионы могут адсорбироваться соответствующими изобретению адсорбирующими неткаными материалами из растворов солей металлов и предпочтительно растворов солей тяжелых металлов.

Согласно одному из вариантов осуществления соответствующий изобретению адсорбирующий нетканый материал пригоден для адсорбции пахучих веществ из газовой фазы, например паров керосина, и/или паров бензина, и/или полихлорированных бифенолов (PCB) из газовой фазы или газовой атмосферы. Предпочтительно соответствующий изобретению нетканый материал пригоден в качестве фильтра для выделения пахучих веществ и/или вредных веществ из находящегося в кабине летательного аппарата или транспортного средства воздуха.

Нетканый материал в порядке рекомендации является нетканым материалом с неориентированным расположением волокон и включает в себя непрерывные волокна и/или штапельные волокна. В принципе, возможно, что фильерный нетканый материал включает в себя выдуваемые из расплава волокна. Образующие нетканый материал волокна предпочтительно изготовлены из синтетической смолы, например из полиолефина и предпочтительно из полиэтилена и/или полипропилена. Возможно, что волокна образованы из полиамида и/или полиэфира, например полиэтилентерефталата. Предпочтительно используемая для изготовления волокон смола является отходами. Целесообразно, чтобы нетканый материал был выполнен однослойным. В еще одном варианте осуществления нетканый материал выполнен по меньшей мере двухслойным или многослойным.

В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления содержащий наполнитель полимер соединен с волокнами нетканого материла прочно и/или необратимо. Рекомендуется, чтобы содержащий наполнитель полимер был расположен сэндвичеобразно между нетканым материалом и покровным нетканым материалом.

С обеспечением преимуществ содержание наполнителя в полимере составляет от 40 вес.% до 98 вес.% и предпочтительно от 60 до 80 вес.%. Оказалось оправданным включать пористый наполнитель в гидрофобную полимерную матрицу. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления адсорбирующее вещество содержит по меньшей мере два пористых наполнителя, причем один наполнитель имеет в основном мезопоры и/или макропоры, а другой наполнитель имеет в основном микропоры. Возможно, что один наполнитель расположен перед другим из этих наполнителей. Под тем, что адсорбирующее вещество или наполнитель имеет микропоры, в рамках изобретения понимается, что проходное сечение пор меньше чем 2 нм. Под мезопорами в рамках изобретения имеются в виду поры с проходным сечением от 2 до 50 нм. Поры с проходным сечением больше чем 50 нм, в рамках изобретения считаются макропорами. Оказалось оправданным в отношении размера пор обеспечивать соответствие наполнителя цели использования.

Рекомендуется, чтобы полимер был синтетическим каучуком. В качестве синтетического каучука может использоваться, например по меньшей мере один каучук, выбранный из следующей группы: стирол-бутадиеновый каучук (SBR), бутил-акрилнитриловый каучук, бутиловый каучук, бутадиеновый каучук, изопреновый каучук, этилен-пропиленовый сополимерный каучук, этилен-пропилен-диеновый каучук, карбоксилатный каучук, эпоксидный каучук, транс-полипентенамер, галогенизированный бутиловый каучук, каучук из 2-хлор-бутадиена, этилен-винилацетат-сополимер, эпихлоргидрин, химически модифицированный натуральный каучук. Возможно, что в качестве полимера используется натуральный каучук, например натуральный латекс. В одном из предпочтительных вариантов осуществления в качестве синтетического каучука могут использоваться образующиеся в качестве отходов при изготовлении синтетического каучука материалы. Особенно предпочтительным синтетическим каучуком является стирол-бутадиеновый каучук (SBR), который предпочтительно образуется из производственных отходов (не соответствующего техническим требованиям материала) при изготовлении SBR, например, для автомобильных покрышек.

Предпочтительно полимер склеен с нетканым материалом. Оказалось оправданным, чтобы содержащий наполнитель полимер наносился на нетканый материал в виде эмульсии. Другими словами, полимер наносится на нетканый материал в частично растворенной форме. Эмульсия при этом образуется из содержащего наполнитель полимера и жидкости, например воды. Целесообразно, чтобы эмульгированный полимер проникал в поверхностные неровности волокон нетканого материала и после удаления жидкости, таким образом, прочно и предпочтительно необратимо соединялся с волокнами нетканого материала. Возможно, что содержащий наполнитель полимер наносится на нетканый материал в виде порошка или гранулята. Рекомендуется, чтобы система из нетканого материала с нанесенным порошкообразным полимером покрывались покровным нетканым материалом с таким расчетом, чтобы порошок удерживался или фиксировался между нетканым материалом и покровным нетканым материалом.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления содержание остаточной воды в полимере составляет от 2 до 10 вес.%, предпочтительно от 3 до 8 вес.% и особенно предпочтительно от 3 до 5 вес.%.

Предпочтительно адсорбирующее вещество содержит по меньшей мере один компонент из группы: активированный уголь, сажа, цеолит, соединение кремния, нефтехимический кокс. Сажа в рамках изобретения обозначается также как «carbon black (англ.), или технический углерод (рус.)» Возможно, что поверхность сажи при определенных обстоятельствах подвергается искусственному окислению. В качестве сажи можно использовать, например, по меньшей мере один из видов сажи, выбранный из группы: печная сажа, газовая сажа, пламенная сажа. В рамках изобретения под цеолитом имеется в виду синтетический и/или природный цеолит. Предпочтительно в качестве соединения кремния используется силикат и предпочтительно силикат алюминия. Согласно одному из вариантов осуществления возможно, что в качестве соединения кремния используется кремниевая кислота и предпочтительно пирогенная кремниевая кислота. Используемые адсорбирующие вещества целесообразно в отношении их пористости выбирать с таким расчетом, чтобы при предусмотренном применении соответствующего изобретению адсорбирующего нетканого материала происходила оптимальная адсорбция подлежащей адсорбированию текучей среды. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления полимер содержит имеющий в основном мезопоры и макропоры наполнитель, выбранный из группы: соединение кремния, цеолит, сажа, нефтехимический кокс, который особенно предпочтительно располагается впереди имеющего в основном микропоры активированного угля. В рамках изобретения под этим имеется в виду, что в полимере имеется как наполнитель, выбранный из группы: соединение кремния, цеолит, сажа, нефтехимический кокс, так и активированный уголь. Таким путем надежно предотвращаются блокирование пор активированного угля более крупными молекулами или цепями молекул и деактивация активированного угля в отношении его адсорбционной способности.

Рекомендуется, чтобы полимер содержал по меньшей мере одно вспомогательное вещество, причем в качестве вспомогательного вещества может использоваться по меньшей мере один пигмент, предпочтительно белый пигмент. В качестве белого пигмента может быть использован, например, диоксид титана или оксид алюминия. Вспомогательное вещество располагается в полимере с таким расчетом, чтобы, возможно, цветное или черное адсорбирующее вещество в отношении его видимости перекрывалось вспомогательным веществом. Другими словами, внешний вид содержащего вспомогательное вещество полимера определяется добавленным вспомогательным веществом. Таким путем можно избежать того, что содержащие активированный уголь, и/или сажу и/или нефтехимический кокс адсорбирующие нетканые материалы имеют не обеспечивающую преимуществ темную или черную поверхность.

Рекомендуется, чтобы нетканый материал и/или полимер содержал/содержали придающие плавучесть элементы или придающие плавучесть тела, так что согласно предпочтительному варианту осуществления плотность соответствующего изобретению адсорбирующего материала меньше по сравнению с плотностью, к примеру, воды. Таким путем добиваются, чтобы используемый на воде, например, для очистки воды после разлива нефти или в качестве барьера для нефти адсорбирующий нетканый материал не опускался ниже поверхности воды. Таким путем обеспечивается, что адсорбирующий нетканый материал всегда находится в контакте с плавающей на поверхности воды нефтью и вследствие этого плавающая нефть адсорбируется наполнителем полимера. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления придающие плавучесть элементы состоят в основном из пенистого синтетического материала и особенно предпочтительно из полистирола. Целесообразно, чтобы пенистый синтетический материал имел плотность от 0,015 кг/л до 0,05 кг/л, предпочтительно от 0,02 кг/л до 0,04 кг/л и особенно предпочтительно примерно 0,03 кг/л. Предпочтительно полистирол вводится в нетканый материал и/или полимер в форме гранул. В порядке рекомендации придающие плавучесть элементы следует размещать в сэндвичеобразном адсорбирующем нетканом материале, который содержит нетканый материал и покровный нетканый материал между нетканым материалом и покровным нетканым материалом.

Кроме того, изобретение раскрывает способ изготовления адсорбирующего нетканого материала, в котором обеспечивают нетканый материал, наносят по меньшей мере на одну поверхность нетканого материала предпочтительно водную эмульсию, которая содержит полимер и по меньшей мере одно адсорбирующее средство в качестве наполнителя, высушивают покрытый эмульсией нетканый материал таким образом, что полимер связывает или удерживает наполнитель и фиксируется на нетканом материале. Нетканый материал целесообразно получать путем укладывания полотна нитей или полотна филамент фильерного нетканого материала (так называемый «спанбонд») на приемной сеточной ленте. Кроме того, возможно, что нетканый материал изготавливается способом укладки выдуваемых из расплава волокон. Согласно альтернативному варианту осуществления нетканый материал изготавливается по технологии кардочесания. Возможно, что нетканый материал обеспечивают сматыванием нетканого материала с рулона.

Эмульсию получают таким образом, что в порядке рекомендации полимер эмульгируют до полимерной эмульсии в жидкости, предпочтительно воде. Полимерная эмульсия в рамках изобретения имеет приходящуюся на полимер долю предпочтительно 10-30 вес.%, предпочтительно около 25 вес.% и целесообразна доля воды 70-90 вес.%, предпочтительно примерно 75 вес.%. К эмульсии полимера в порядке рекомендации добавляется наполнитель с расчетом на то, чтобы получить эмульсию с долей наполнителя 60-90 вес.%. В эмульсии согласно одному из вариантов осуществления содержание полимера составляет до 25 вес.%. Предпочтительно эмульсия содержит примерно 5-40 вес.% и предпочтительно 10-20 вес.% воды. В принципе, возможно, что в эмульсию добавляют придающие плавучесть элементы, предпочтительно полистирол в виде гранул. Особенно предпочтительным в качестве придающего плавучесть элемента является липофильное вещество, за счет которого дополнительно возрастают адсорбционные возможности адсорбирующего нетканого материала. Другими словами, предпочтительно липофильным придающим плавучесть элементам может, например, адсорбироваться некое органическое соединение.

Согласно оному из предпочтительных вариантов осуществления соответствующего изобретению способа эмульсией покрывают в порядке рекомендации по меньшей мере лишь одну поверхность нетканого материала, по меньшей мере участками и предпочтительно полностью или по существу полностью. Возможно, что эмульсией покрывают обе поверхности нетканого материала по меньшей мере участками и предпочтительно полностью или по существу полностью. Целесообразно устанавливать вязкость эмульсии с таким расчетом, чтобы эмульсия могла перетекать и/или перекачиваться.

После нанесения эмульсии на нетканый материал нетканый материал высушивают, в порядке рекомендации путем нагревания, таким образом, чтобы содержание остаточной воды полимера составляло, например, 2-10 вес.%, предпочтительно 2-8 вес.% и особенно предпочтительно 3-5 вес.%. Оказалось оправданным устанавливать при сушке температуры не более 180°C. Рекомендуется температуры при сушке устанавливать с таким расчетом, чтобы сохранялась или не разрушалась волокнистая структура нетканого материала. Согласно одному из вариантов осуществления покрытый полимером нетканый материал высушивают в атмосфере азота.

В одном из альтернативных вариантов осуществления к эмульсии добавляют растворимую соль с таким расчетом, чтобы полимер, содержащий наполнитель или при определенных обстоятельствах придающие плавучесть элементы, в виде полимерного гранулята или полимерного порошка выпадал из эмульсии в осадок. После отделения жидкости полимерный порошок высушивается и, покрывая нетканый материал по меньшей мере участками и предпочтительно полностью или по существу полностью, наносится на нетканый материал. Возможно, что содержащий наполнитель полимер наносят лишь на одну поверхность нетканого материала. В еще одном варианте осуществления содержащий наполнитель полимер наносят на обе поверхности нетканого материала - то есть на верхнюю сторону и нижнюю сторону.

Согласно предпочтительному варианту осуществления покрытая полимером поверхность или покрытые полимером поверхности нетканого материала покрывается и соответственно покрываются по меньшей мере одним покровным нетканым материалом, который соединяется с нетканым материалом и/или полимером. Нетканый материал и покровный нетканый материал образуют в одинаковой степени основу и покрытие сэндвич-структуры, между которыми заключен содержащий наполнитель полимер. Покровный нетканый материал соединяется при этом предпочтительно необратимо с нетканым материалом и/или полимером. Согласно одному из вариантов осуществления покровный нетканый материал получается или изготавливается путем обертывания или складывания нетканого материала. В рамки изобретения входит и то, что нетканый материал и покровный нетканый материал выполнены одинаково или по существу одинаково. В принципе, возможно, что нетканый материал и покровный нетканый материал выполнены неодинаково или с отличием друг от друга.

В основе изобретения лежит то, что соответствующий изобретению адсорбирующий нетканый материал благодаря особой устойчивости пригоден при использовании для очистки или удаления вредных примесей из воды. Существенным при этом является то, что для обеспечения оптимального выполнения соответствующим изобретению адсорбирующим нетканым материалом функций, к удивлению, достаточно использования отходов производства. Так как соответствующий изобретению нетканый материал отличается особой устойчивостью и экономичностью. Благодаря особой экономичности в изготовлении соответствующий изобретению нетканый материал применим для широкого диапазона направлений применения без опасений о непрогнозируемой динамике расходов при использовании такого адсорбирующего нетканого материала. В этой связи следует указать, в частности, на простое и беспроблемное размещение соответствующего изобретению адсорбирующего материала на большой площади в сочетании с несложным сбором или извлечением загрязненного вредным веществом адсорбирующего нетканого материала.

Кроме того, в основе изобретения лежит то, что соответствующий изобретению адсорбирующий нетканый материал также отлично подходит для очистки газообразных сред, например вдыхаемого воздуха в кабинах летательных аппаратов. В этой связи следует, в частности, указать на большую внутреннюю поверхность (>1000 м²/г) активированного угля, которая обеспечивает надежную адсорбцию бензиновых паров из вдыхаемого воздуха. Путем комбинирования разных наполнителей адсорбция вредных веществ, например, из вдыхаемого воздуха в кабинах транспортных средств или летательных аппаратов может быть оптимизирована в еще большей степени. В этой связи в основе изобретения лежит то, что соответствующий изобретению адсорбирующий нетканый материал может быть полностью или по существу полностью регенерирован. Другими словами, возможна полная, контролируемая десорбция адсорбированных вредных веществ, которые после десорбции могут быть направлены на сжигание. Благодаря регулируемому внешнему виду соответствующего изобретению адсорбирующего нетканого материала такой адсорбирующий нетканый материал пригоден и для таких целей применения, при которых оптический внешний вид имеет особое значение. Так, соответствующий изобретению адсорбирующий нетканый материал подобно складчатому фильтру может размещаться в системе фильтрации воздуха, причем он имеет соответствующую, однородную белую поверхность.

В основе изобретения лежит, кроме того, то, что соответствующий изобретению адсорбирующий нетканый материал может быть без проблем изготовлен соответствующим изобретению способом. Существенным в соответствующем изобретению способе является простота нанесения перекачиваемой насосом или пастообразной, содержащей полимер эмульсии на нетканый материал. Затратное импрегнирование поэтому отпадает. С обеспечением преимуществ соответствующее изобретению нанесение эмульсии и последующим высушиванием гарантирует, что создается внутреннее, долговременное соединение между волокнами нетканого материала и полимером, так что при применении можно не опасаться отслаивания полимера от нетканого материала. Существенным, кроме того, является то, что за счет нетканого материла и при определенных обстоятельствах покровного нетканого материала можно беспроблемно и надежно согласовать механические свойства адсорбирующего нетканого материала с соответствующими областями применения.

Далее изобретение подробно рассматривается с использованием лишь одного отображающего вариант осуществления чертежа. Фигура схематически отображает способ изготовления соответствующего изобретению фильерного нетканого материала.

Согласно отображенному схематическому способу первая подающая нетканый материал установка 1 укладывает фильерный нетканый материал 2 на транспортирующее устройство 3. Устройством 4 для нанесения покрытий содержащая наполнитель и полимер эмульсия 5 равномерно наносится на нетканый материал 2. Система из нетканого материала 2 и эмульсии 5 покрывается второй подающей нетканый материал установкой 6 покровным нетканым материалом с образованием трехслойной системы. Удерживающая содержащую еще много воды эмульсию трехслойная система направляется в последующем в установку 8 для сушки, в которой трехслойная система высушивается до образования трехслойного адсорбирующего нетканого материала 9. Посредством высушивания в установке 8 для сушки содержащийся в эмульсии 5 полимер необратимо соединяется с нетканым материалом 2 и покровным нетканым материалом 7, что показано на увеличенной выноске фигуры.

Адсорбирующий нетканый материал способ его изготовления, в частности для адсорбции нефтехимических веществ из жидких фаз и/или для адсорбции пахучих веществ из газовых фаз, содержащий по меньшей мере один нетканый материал (2), причем по меньшей мере на одной поверхности нетканого материала (2) нанесен полимер, который содержит по меньшей мере одно адсорбирующее вещество в качестве наполнителя, и это адсорбирующее вещество имеет микропоры, и/или мезопоры, и/или макропоры, причем покрытая полимером поверхность нетканого материала (2) покрыта по меньшей мере одним покровным нетканым материалом (7), который соединен с нетканым материалом (2) и/или полимером. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Адсорбирующий нетканый материал, в частности, для адсорбции нефтехимических веществ из жидких фаз и/или для адсорбции пахучих веществ из газовых фаз, содержащий по меньшей мере один нетканый материал (2), причем по меньшей мере на одной поверхности нетканого материала (2) нанесен полимер, который содержит по меньшей мере одно адсорбирующее вещество в качестве наполнителя, и это адсорбирующее вещество имеет микропоры, и/или мезопоры, и/или макропоры, причем покрытая полимером поверхность нетканого материала (2) покрыта по меньшей мере одним покровным нетканым материалом (7), который соединен с нетканым материалом (2) и/или полимером.

2. Адсорбирующий нетканый материал по п. 1, в котором полимер представляет собой синтетический каучук.

3. Адсорбирующий нетканый материал по п. 2, в котором в качестве синтетического каучука используют материалы, являющиеся отходами при изготовлении синтетического каучука.

4. Адсорбирующий нетканый материал по п. 2, в котором синтетический каучук представляет собой стирол-бутадиеновый каучук.

5. Адсорбирующий нетканый материал по п. 1, в котором полимер склеен с нетканым материалом.

6. Адсорбирующий нетканый материал по п. 1, в котором полимер имеет содержание остаточной воды от 2 до 10 вес. %.

7. Адсорбирующий нетканый материал по п. 1, в котором адсорбирующее вещество содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из группы: активированный уголь, сажа (технический углерод), цеолит, соединение кремния, нефтехимический кокс.

8. Адсорбирующий нетканый материал по любому из пп. 1-7, в котором полимер содержит по меньшей мере одно вспомогательное вещество, причем в качестве вспомогательного вещества используют по меньшей мере один пигмент, предпочтительно белый пигмент.

9. Способ изготовления адсорбирующего нетканого материала по любому из пп. 1-8, в котором обеспечивают нетканый материал (2), наносят по меньшей мере на одну поверхность нетканого материала (2) предпочтительно водную эмульсию (5), которая содержит полимер и по меньшей мере одно адсорбирующее средство в качестве наполнителя, высушивают покрытый эмульсией (5) нетканый материал (2) таким образом, что полимер связывает или удерживает наполнитель и фиксируется на нетканом материале (2), причем покрытую полимером поверхность нетканого материала (2) покрывают по меньшей мере одним покровным нетканым материалом (7), который соединяется с нетканым материалом (2) и/или полимером.