бумагоподобный нанокомпозит на основе минеральных волокон и неорганических связующих

Формула изобретения

Бумагоподобный нанокомпозит на основе минеральных волокон с использованием в качестве связующего сульфата алюминия (Al ₂(SO₄)₃) изготовлен на традиционном бумагоделательном оборудовании методом отлива при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Микротонкое стеклянное волокно	50÷70
Ультратонкое базальтовое волокно	0÷20
Сульфат алюминия Al2(SO4)3	10÷30 (по Al 2O3)

Описание изобретения к патенту

Бумагоподобный нанокомпозит на основе минеральных волокон с использованием в качестве связующего сульфата алюминия (Al₂(SO₄)₃) изготовлен на традиционном бумагоделательном оборудовании методом отлива, при следующем соотношении компонентов, в мас.%:

Микротонкое стеклянное волокно - 50÷70;

Ультратонкое базальтовое волокно - 0÷20;

Сульфат алюминия Al₂ (SO₄)₃ - 10÷30 (по Al₂O ₃).

Бумагоподобные нанокомпозиты на основе минеральных волокон с использованием в качестве связующего Al ₂(SO₄)₃ обладают целым комплексом уникальных свойств, не присущим материалам на основе растительных волокон. Это прежде всего термо-, хемо-, биостойкость, фильтрующие свойства, позволяющие сочетать низкое аэродинамическое сопротивление с высоким улавливающим эффектом частиц субмикронного характера при необходимой технологической прочности. Изобретение относится к бумагоподобным композиционным фильтровальным и сепарационным материалам, которые могут быть использованы для фильтрования газовоздушных сред и жидкостей, сепараторов химических источников тока (ХИТ). Такие материалы обладают гидрофильной капиллярно-пористой структурой, чтобы обеспечить высокую впитываемость, сорбционную емкость, при этом не набухают. Для достижения этого в композиции материала используются минеральные волокна, а именно микротонкие стеклянные волокна средним диаметром 0,20 мкм (МТВ) и ультратонкие базальтовые волокна диаметром 0,6÷1,0 мкм (УТВ). Микротонкие стеклянные и ультратонкие базальтовые волокна обладают большой удельной поверхностью, что важно при формировании тонкой капиллярно-пористой структуры в процессе формования полотна материала. Тонкую капиллярно-пористую структуру обеспечивают волокна, наноразмерность которых 40-100 нм с содержанием их в композиции более 40% (рис.1). Минеральные волокна в отличие от растительных волокон не способны к связеобразованию. В качестве связующего используются соли алюминия, в частности 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 необходимую прочность материала. Такой материал устойчив к действию агрессивных сред, термо-, хемо-, биостойкий благодаря неорганической природе волокна и связующего.

Отлив материала производили по традиционному бумажному способу формования в лабораторных условиях на листоотрывном аппарате ЛОА-2. Промышленная партия материала изготовлена на бумагоделательной машине «Voit».

Производство данных материалов относится к нанотехнологиям по двум аспектам:

1. Нанотехнологической составляющей являются волокна, наноразмерность которых составляет 40-400 нм. Роль нановолокон в композиции является определяющей при формировании свойств композита таких, как прочность, пористость, сорбционная емкость (рис.2).

2. Наноразмерность связующего подтверждается исследованиями методом электронной спектроскопии (рис.3). Благодаря связующему формируется прочность и капиллярно-пористая структура, которая обеспечивает высокие фильтровальные характеристики композита.

В результате проведенных исследований и опытно-промышленной выработки были получены материалы из микротонких стеклянных и ультратонких базальтовых волокон с различным % содержанием их в композиции. В качестве связующего используется Al₂ (SO₄)₃ - в расходах 10÷30% в пересчете на Al₂O₃.

Данные материалы по своим характеристикам могут использоваться как фильтрационные и сепарационные.

В таблице 1 приведены примеры композиций материалов и их свойства.

Таблица 1
№ п/п	Свойства	Композиция
МТВ - 70%	МТВ - 50%	МТВ - 70%	МТВ - 70%
УТВ-20%	УТВ - 20%	УТВ - 10%	УТВ - 0%
Al2 (SO4)3 - 10%	Al2(SO4)3 - 30%	Al2(SO4)3 - 20%	Al2(SO4)3 - 30%
1.	Масса 1 м2, г	100	100	100	100
2.	Толщина, мм	0,5	0,45	0,5	0,4
3.	Влагоемкость, %	500	500	450	400
4.	Прочность на разрыв, МПа	0,4	0,5	0,7	0,9
5.	Коэффициент сопротивления потоку воздуха, Па	50	70	80	90
6.	Коэффициент проницаемости по масляному туману, %	0,2×10-4	0,4×10-4	0,6×10-5	0,2×10-5