Состав раствора для получения фильтрующего материала для тонкой очистки масел и топлив Российский патент 2022 года по МПК B01D39/16 

Изобретение относится к области нетканых микро- и нановолокнистых материалов из полимеров, олигомеров, а также их смесей, используемых в качестве термохемостойких фильтрующих материалов для тонкой очистки масел и топлив в авиационной технике и системах обеспечения топливом.

Известен раствор для получения волокон электродинамическим методом формования, содержащий фенолформальдегидную смолу 3-21 мас. %, поливинилбутираль 3-7 мас. %, этиловый спирт или дихлорэтан или их смесь в соотношении 3,6-89: 3,6-89 - остальное. Показана возможность получения ультратонких волокон с диаметром 0,5-2,5 мкм (RU 2065513, 31.08.1993).

Недостатком данного способа получения волокон является отсутствие в составе раствора сшивающего агента, что не позволяет провести процесс отверждения фенолформальдегидной смолы, из которой состоят волокна. Волокна, полученные указанным способом, невозможно эксплуатировать при температуре более 70°С и в среде физически агрессивных жидкостей - маслах и топливах.

Известен также раствор, описанный в способе получения ультратонких полимерных волокон путем электроформования, включающий неволокнообразующую фенолформальдегидную смолу и поливинилбутираль, в качестве органического растворителя используется этиловый спирт, отличающийся тем, что раствор дополнительно содержит модифицирующую добавку хлорида лития или тетрабутиламмоний йодида при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: фенолформальдегидная смола 2,5-4; поливинилбутираль 2,5-4; этиловый спирт 92-95; хлорид лития 0,01-0,1 или тетрабутиламмоний йодид 0,02-0,2. Получаемые волокна имеют диаметр от 0,06 до 0,1 мкм (RU 2527027, 13.12.2012).

Недостатком данного способа также является отсутствие в растворе сшивающего агента и как следствие невозможность применения в фильтрах очистки масел и топлив, а также при температуре более 70°С.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является раствор, описанный в способе получения нетканого волокнисто-пористого материала непрерывным пропусканием электрически заряженного полимерного раствора через насадку, осаждением волокна на заземленную приемную поверхность с последующим удалением с нее образовавшегося материала, отличающийся тем, что в качестве полимерного раствора применяют раствор, содержащий 3-21 мас. % фенолформальдегидной смолы, 3-7 мас. % поливинилбутираля при соотношении мас. от 1:1 до 3:1 и паратолуолсульфокислоту в количестве 3-20 мас. % в расчете на фенолформальдегидную смолу, при этом после осаждения волокна проводят термообработку при постепенном подъеме температуры от 40 до 300°С со скоростью 2-10°С в час (RU 2072189, 10.06.1994).

Недостатком данного способа является хрупкость волокон из фенолформальдегиных смол после их отверждения в резит и низкое относительное удлинение при разрыве волокнистого материала менее 3%. В технологии сборки фильтров для масел или топлив при перемотке, раскрое и гофрировании происходит растрескивание описанного волокнистого материала.

Задачей настоящего изобретения является оптимизация состава раствора для получения электроформованием фильтрующего волокнистого материала, обладающего после термообработки и полного отверждения олигомерных компонентов относительным удлинением при разрыве не менее 6% и стойкостью к физически агрессивным жидкостям - маслам и топливам при температуре до 140°С.

Поставленная задача решается составом раствора для получения электроформованием фильтрующего материала, используемого в фильтрах тонкой очистки масел и топлив при температуре до 140°С в авиационной технике и системах обеспечения топливом, отличающимся тем, что при общей концентрации формовочного раствора 17,0 – 21,5 мас. % он содержит фенолформальдегидную смолу резольного типа и метилолполиамидную смолу при их массовом соотношении 30:70 – 80:20 соответственно, добавку поливинилбутираля в количестве 2,0 – 6,0 % от массы сухого вещества, сшивающие агенты: паратолуолсульфокислоту в количестве 1,0 – 2,2 % от массы сухого вещества и малеиновую кислоту в количестве 0,5 – 3,0 % от массы сухого вещества, а также растворитель этиловый спирт с добавкой разбавителя этилацетата или бутилацетата в количестве 10 - 50 % от массы жидких компонентов.

Поставленная задача решается также применением состава раствора, охарактеризованного ранее, для получения электроформованием фильтрующего материала со средним диаметром волокон0,3 - 5 мкм, используемого в фильтрах тонкой очистки масел и топлив при температуре до 140°С в авиационной технике и системах обеспечения топливом.

Устройство для осуществления электроформования волокон из растворов описано, например, в монографии «Филатов Ю.Н. Электроформование волокнистых материалов (ЭФВ-процесс) / Под ред. В.Н. Кириченко. - М.: Нефть и газ, 1997. - 298 с».

Ниже приведены примеры составов растворов для получения фильтрующих волокнистых материалов и их характеристики.

Пример 1.

Приготавливают 17,2% раствор, содержащий фенолформальдегидную смолу резольного типа и метилолполиамидную смолу при их массовом соотношении 80:20 соответственно с добавкой 6% поливинилбутираля от массы сухого вещества и этиловый спирт с добавкой бутилацетата в количестве 10% от массы жидких компонентов. Также в раствор добавляются сшивающие агенты: паратолуолсульфокислота в количестве 2,2% и малеиновая кислота в количестве 0,5% от массы сухого вещества. Раствор обладает динамической вязкостью 0,35 Па·с и удельной электропроводностью 110 мкСм/см.

Из приготовленного раствора проводят электроформование, обеспечивая его подачу на формующие элементы, находящиеся в поле высокого напряжения. Образующиеся в межэлектродном пространстве волокна под действием электростатического поля укладываются на нетканую подложку из полиэфирных волокон, образуя фильтрующий материал со средним оптическим диаметром волокон 0,7 мкм. Скорость перемещения подложки устанавливается соответствующей нанесению волокон с массой поверхностной плотностью 5,0 г/м². При этом фильтрующий материал обладает аэродинамическим сопротивлением потоку воздуха 27,5 Па при линейной скорости потока 1 см/с, разрывной нагрузкой при удлинении 8% и прочностью на разрыв 0,6 МПа.

Пример 2.

Приготавливают 12,1% раствор, содержащий фенолформальдегидную смолу резольного типа и метилолполиамидную смолу при их массовом соотношении 55:45 соответственно с добавкой 4% поливинилбутираля от массы сухого вещества и этиловый спирт с добавкой бутилацетата в количестве 50% от массы жидких компонентов. Также в раствор добавляются сшивающие агенты: паратолуолсульфокислота в количестве 2,0% и малеиновая кислота в количестве 1,7% от массы сухого вещества. Раствор обладает динамической вязкостью 0,2 Па·с и удельной электропроводностью 130 мкСм/см.

Из приготовленного раствора проводят электроформование, обеспечивая его подачу на формующие элементы, находящиеся в поле высокого напряжения. Образующиеся в межэлектродном пространстве волокна под действием электростатического поля укладываются на нетканую подложку из полиэфирных волокон, образуя фильтрующий материал со средним оптическим диаметром волокон 0,3 мкм. Скорость перемещения подложки устанавливается соответствующей нанесению волокон с поверхностной плотностью 5,0 г/м². При этом фильтрующий материал обладает аэродинамическим сопротивлением потоку воздуха 112,5 Па при линейной скорости потока 1 см/с, разрывной нагрузкой при удлинении 16% и прочностью на разрыв 1,0 МПа.

Примеры при других заявленных параметрах способа и характеристики полученных материалов сведены в таблицу 1.

Данные фильтрующие материалы после сушки от остаточного растворителя и проведения полного отверждения олигомерных компонентов в процессе термообработки могут быть использованы в составе фильтров для авиационных масел и топлив с номинальной тонкостью фильтрации от 1 до 15 мкм, измеренной гранулометрическим методом.

Группа изобретений относится к области нетканых микро- и нановолокнистых материалов из полимеров и олигомеров, а также их смесей, используемых в качестве термохемостойких фильтрующих материалов для тонкой очистки масел и топлив в авиационной технике и системах обеспечения топливом. Предложен состав раствора для получения электроформованием фильтрующего материала, используемого в фильтрах тонкой очистки масел и топлив при температуре до 140°С в авиационной технике и системах обеспечения топливом. Состав раствора при общей концентрации формовочного раствора 17,0–21,5 мас.% содержит фенолформальдегидную смолу резольного типа и метилолполиамидную смолу при их массовом соотношении 30:70–80:20 соответственно. Также содержит добавку поливинилбутираля в количестве 2,0–6,0% от массы сухого вещества, сшивающие агенты: паратолуолсульфокислоту в количестве 1,0–2,2% от массы сухого вещества и малеиновую кислоту в количестве 0,5–3,0% от массы сухого вещества. А также содержит растворитель этиловый спирт с добавкой разбавителя этилацетата или бутилацетата в количестве 10–50% от массы жидких компонентов. Также предложено применение состава раствора для получения электроформованием фильтрующего материала со средним диаметром волокон 0,3–5 мкм, используемого в фильтрах тонкой очистки масел и топлив при температуре до 140°С в авиационной технике и системах обеспечения топливом. Группа изобретений обеспечивает улучшенные показатели прочности на разрыв и относительного удлинения и повышает технологичность фильтрующего материала. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

1. Состав раствора для получения электроформованием фильтрующего материала, используемого в фильтрах тонкой очистки масел и топлив при температуре до 140°С в авиационной технике и системах обеспечения топливом, отличающийся тем, что при общей концентрации формовочного раствора 17,0–21,5 мас.% он содержит фенолформальдегидную смолу резольного типа и метилолполиамидную смолу при их массовом соотношении 30:70–80:20 соответственно, добавку поливинилбутираля в количестве 2,0–6,0% от массы сухого вещества, сшивающие агенты: паратолуолсульфокислоту в количестве 1,0–2,2% от массы сухого вещества и малеиновую кислоту в количестве 0,5–3,0% от массы сухого вещества, а также растворитель этиловый спирт с добавкой разбавителя этилацетата или бутилацетата в количестве 10–50% от массы жидких компонентов.

2. Применение состава раствора по п.1 для получения электроформованием фильтрующего материала со средним диаметром волокон 0,3–5 мкм, используемого в фильтрах тонкой очистки масел и топлив при температуре до 140°С в авиационной технике и системах обеспечения топливом.