способ получения фильтрующего материала, фильтрующий материал и средство для защиты органов дыхания

Формула изобретения

1. Способ получения фильтрующего материала путем электроформования волокна с диаметром 1-10 мкм из 5-20 мас.% раствора полимера в органическом растворителе, имеющего вязкость 3,5-5,0 П при напряжении электроформования 60-140 кВ, отличающийся тем, что в качестве полимера используют хлорированные полиэтилен или полипропилен, имеющие степень хлорирования 64-66% и молекулярный вес (2-15)·10 ⁵.

2. Фильтрующий материал, состоящий из слоя полидисперсных электрически заряженных ультратонких полимерных волокон, отличающийся тем, что он получен способом, охарактеризованным в п.1.

3. Средство для защиты органов дыхания, содержащее рабочий слой из полимерных волокон с диаметром 1-10 мкм, защитный слой из марли и фильтродержатель, отличающееся тем, что оно содержит рабочий слой из волокон, полученных способом, охарактеризованным в п.1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения методом электроформования волокнистых полимерных фильтрующих материалов, используемых для защиты органов дыхания и окружающей среды от токсичных аэрозолей.

Сущность метода электроформования заключается в получении при создании разности электрических потенциалов ультратонких (1-10 мкм) полимерных волокон из раствора волокнообразующего полимера с последующим осаждением волокон на подложку или без нее.

Под действием электрического поля происходит нейтрализация сил поверхностного натяжения раствора, в результате чего он вытекает в виде тонкой нити из дозирующего устройства, являющегося полюсом высокого напряжения, и расщепляется на множество более тонких нитей. В процессе испарения растворителя нити превращаются в сухие волокна, которые осаждаются на противоположно заряженном приемном электроде.

Основа метода, характеристики полученных с его использованием фильтрующих материалов и области их использования подробно описаны в книге Э.А.Дружинина «Производство и свойства фильтрующих материалов Петрянова из ультратонких полимерных волокон», Москва, 2007, с.16-96, 156-164, и книге Ю.Н.Филатова «Электроформование волокнистых материалов СЭФВ-процесс», М.: Нефть и газ, 1997, с.3-7.

Известен способ получения фильтрующего материала из сополимера стирола с акрилонитрилом с диаметром волокон 1-10 мкм из прядильного раствора, содержащего дихлорэтан, электролитические добавки и растворители из ряда: ацетон или метилэтилкетон, или этилацетат, или бутилацетат (патент RU 2182511, В 01039/16, 2002.05.20).

Недостатком данного способа является то, что фильтрующий материал, полученный на его основе имеет низкую механическую прочность.

Известен способ получения фильтрующего материалов ФПП-15-1,5 по ТУ 6-16-2813-84; ФПП -15-1,0 по ТУ 6-16-2502-81; ФПП-15-0,8 по ТУ 6-16-2090-84; ФПП-15-0,6 по ТУ 6-16-2571-85, основанный на переработке 10-12 мас.% прядильного раствора смолы поливинилхлоридной хлорированной в дихлорэтане методом электроформования с последующим наложением волокон на подложку из марли или полотна клееного. В качестве технологической добавки для регулирования вязкости и удельной электропроводности прядильного раствора, а также скорости волокнообразования используется спирт этиловый. Для регулирования электропроводности в раствор также вводят электролитические добавки. Данный способ позволяет получать фильтрующий материал ФПП с различными защитными характеристиками. Недостатком метода является относительно низкая разрывная нагрузка волокнистого слоя (0,49-1,18 Н, 0,05-0,12 кгс).

Известен волокнистый фильтрующий материал из сополимера стирола с метилметакрилатом и акрилонитрилом, содержащий волокна 6-10 мм в количестве 70-80% и волокна диаметром 1-2 мм в количестве 20-30%, а также способ его получения путем электростатического формования из раствора полимера в органическом растворителе (патент RU 2049525, В01 039/16, опубл. 1995.12.10).

Данный материал имеет недостаточно высокие механические характеристики.

Известен волокнистый фильтрующий материал ФПП-15-1,5 по ТУ 6-16-2813-84, ФПП-15-1,0 по ТУ 6-16-2502-81, ФПП-15-0,8 по ТУ 6-16-2090-84, ФПП-15-0,6 по ТУ 6-16-2571-85 со следующими показателями, представленными в табл.1.

Данный материал имеет недостаточно высокие механические характеристики.

Известно средство защиты органов дыхания по патенту 2182511 (опубл. 2002.05.20), содержащее рабочий слой из полимерных волокон с диаметром 1-10 мкм, защитный слой из марли и фильтродержатель, причем рабочий слой выполнен из волокон сополимера стирола с акрилонитрилом, с поверхностной плотностью 20-80 г/м² и аэродинамическим сопротивлением 3-60 Па при скорости потока воздуха 1 см/с.

Недостатком данного средства защиты органов дыхания является низкая механическая прочность используемого фильтрующего материала.

Предлагаемым изобретением решается задача разработки способа получения фильтрующего материала, позволяющего получать фильтрующий материал с высокими механическими характеристиками при сохранении защитных характеристик, необходимых при использовании этого материала в средствах для защиты органов дыхания.

Поставленная задача решается описываемым способом получения фильтрующего материала путем электроформования волокна с диаметром 1-10 мкм из 5-20 мас.% раствора полимера в органическом растворителе, имеющего вязкость 3,5-5,0 Пуаз при напряжении электроформования 60-140 кВ, причем в качестве полимера используют хлорированные полиэтилен или полипропилен класса высокохлорированные полиолефины, имеющие степень хлорирования 64-66% и молекулярный вес (2-15)·10 ⁵. Данный выбор основан на следующих основных свойствах полимера, обусловливающих заданные свойства продукта, а именно: способность образовывать однородные стабильные растворы при растворении в ряде органических растворителях, гидрофобность в сочетании с высоким электрическим сопротивлением, высокая химическая стойкость к кислотам и щелочам, высокая термическая стойкость, высокие значения прочности при растяжении и относительного удлинения.

Поставленная задача решается также фильтрующим материалом, полученным описанным выше способом, причем в качестве полимера используют хлорированные полиэтилен или полипропилен, имеющие степень хлорирования 64-66% и молекулярный вес (2-15)·10 ⁵.

Поставленная задача решается также средством для защиты органов дыхания, содержащим рабочий слой из полимерных волокон, причем в качестве полимера используют хлорированные полиэтилен или полипропилен, имеющие степень хлорирования 64-66% и молекулярный вес (2-15)·10⁵.

Благодаря заявленному способу получен фильтрующий материал с улучшенными механическими свойствами, причем фильтрующий материал обладает необходимыми свойствами для изготовления индивидуальных средств защиты.

Примеры получения фильтрующего материала представлены в табл.2, 3.

Приготавливают 5-20 мас.% прядильный раствор высокохлорированного полиэтилена или полипропилена, имеющего степень хлорирования 64-66% и молекулярный вес (2-15)·10⁵, в органическом растворителе (см. табл.2). Раствор должен быть однородным (без примеси твердых частиц), т.е. полимер полностью растворим в выбранном растворителе. В приготовленном растворе указанной массовой концентрации определяется динамическая вязкость. В качестве технологической добавки для регулирования электропроводности используется раствор тетраэтиламмония в этиловом спирте (см. табл.2). Затем проводят электроформование волокнистого слоя в диапазоне электрического напряжения 60-140 кВ и давлении прядильного раствора 0,6-2,0 кгс/см² .

Как показали лабораторные испытания, полученные в соответствии с изобретением фильтрующие материалы имеют волокна со средним диаметром 1-10 мкм, обладают высокими защитными характеристиками, а именно: коэффициентом проницаемости стандартного масляного тумана со средним радиусом частиц 0,15-0,17 мкм при скорости 1 см/с от 0,0002 до 0,12, улучшенными механическими свойствами (разрывная нагрузка от 2,1 до 4,3), сопротивление потоку воздуха 0,5-1,35 мм вод.ст. (4,9-13,23 Па) при скорости потока воздуха 1 см/с, относительном удлинении в пределах 0,4-0,66 (см. табл.3).

Описанный фильтрующий материал был изготовлен на производственной базе ОАО «Сорбент», из которого получена опытная партия средств индивидуальной защиты органов дыхания типа «Лепесток», «У-2К», содержащих рабочий слой из заявленного материала, нанесенного на подложку из аппретированной марли, а также проведены испытания респираторов типа Ф-62, РПГ-67, РУ-60М, которые дали положительный результат.

Таблица 3
Характеристика фильтрующих материалов на основе высокохлорированного полиэтилена и полипропилена
Наименование фильтрующего материала на основе прядильного раствора ( № примера табл.1)	Технологические параметры изготовления	Показатели качества материала
Напряжение, кВ	Давление раствора, кгс/см2	Сопротивление потоку воздуха при расчетной скорости 1 см/сек, мм вод.ст. (Па)	Коэффициент проницаемости по масляному туману при расчетной скорости 1 см/сек, %	Поверхностная плотность волокнистого слоя, г/м2	Разрывная нагрузка волокнистого слоя, Н	Относительное удлинение при разрыве волокнист. слоя
1	2	3	4	5	6	7	8
№ 1	80	1,2	0,64 (6,27)	0,03	26,9	3,0	0,49
	100	1,2	0,80 (7,84)	0,076	25,0	3,2	0,50
№ 2	120	1,4	1,0-1,2	0,006	39,3	3,9	0,48
			(9,8-11,76)
	140	2,0	1,35 (13,23)	0,008	35,0	3,5	0,49
№ 3	110	1,7	0,70-0,75	0,014	35,9	3,7	0,43
			(6,86-7,35)
№ 4	120	1,8	0,80 (7,84)	0,0004	47,2	4,3	0,40
№ 5	60	1,0	0,55 (5,39)	0,12	20,5	2,1	0,54
	100	0,8	1,0 (9,8)	0,02	24,8	2,7	0,50
№ 6	120	0,7	0,75 (7,35)	0,04	30,3	3,2	0,56
№ 7	110	0,6	1,05 (10,29)	0,0002	31,3	3,8	0,56
	120	0,6	0,95 (9,31)	0,0008	27,4	3,5	0,55
№ 8	110	0,6	0,78 (7,64)	0,002	18,1	2,5	0,56
№ 9	100	0,6	0,6 (5,88)	0,06	25,3	2,8	0,5
№ 10	100	0,6	0,5 (4,9)	0,6	24,0	2,8	0,49
	120	0,7	0,75 (7,35)	0,04	30,3	3,1	0,58
№ 11	110	0,7	1,5 (14,7)	0,0004	31,6	3,8	0,48
№ 12	110	0,6	1,05 (10,29)	0,0004	31,3	3,8	0,56
	120	0,6	0,95 (9,31)	0,001	27,4	3,0	0,55
№ 13	110	0,6	0,78 (7,64)	0,002	18,1	2,6	0,48
№ 14	110	0,6	0,78 (7,64)	0,002	18,1	2,9	0,58
	110	0,7	0,85 (8,33)	0,002	20,0	2,6	0,63
№ 15	110	0,7	0,85 (8,33)	0,002	20,0	2,4	0,61
№ 16	120	0,7	0,92 (9,02)	0,004	23,2	2,8	0,56
	100	0,6	0,67 (6,57)	0,04	17,9	2,35	0,66
№ 17	120	0,7	0,92 (9,02)	0,003	23,2	2,7	0,66