Спосіб виготовлення фільтрівного матеріалу

Изобретение относится к технологии получения тонковолокнистых фильтрующих материалов, используемых для прецизионной очистки жидких и газовых сред в различных отраслях промышленности. Известен способ получения ФМ на основе ультратонких синтетических волокон путем смешения гранул волокнообразующего и матричного полимеров, их гомогенизации на дисковом экструдере, формования композиционной пленки из расплава смеси полимеров и экстракции из нее матричного полимера [1] (Цебренко М.В., Резанова Н.М., Сизевич Т.И. Химические волокна, №1, 1992г.). При атом фильтрующий материал состоит из ультратонких волокон диаметром 0,1 - 10,0мкм строго ориентированных в направлении экструзии. Описанный способ позволяет получать ФМ с упорядоченной однородной структурой, Однако прочность такого ФМ в поперечном направлении значительно ниже, чем в продольном, что может приводить к расклиниванию и размыванию слоя в процессе фильтрации жидких сред. Задачей настоящего изобретения является создание такого способа получения фильтрующего материала на основе ультратонких синтетических волокон, в котором осуществлялось бы скрепление ультратонких волокон в поперечном направлении, за счет образования блок-сополимера, благодаря чему соотношение прочности в поперечном и продольном направлении составило бы 0,6 - 0,8 при этом повышалась бы прецизионность ФМ. Поставленная задача решена тем, что в способе получения фильтрующего материала на основе ультратонких синтетических волокон путем смешения волокнообразующего и матричного полимеров, формования композиционной пленки из расплава смеси полимеров и экстракции из нее матричного полимера, согласно изобретению, в смесь термопластичных волокнообразующего и матричного полимеров дополнительно вводят в количестве 0,5 - 5,0% от массы матричного полимера на стадии смешения, второй волокнообразующий полимер, образующий с матричным полимером в процессе формования композиционной пленки блок-сополимер. Введение второго волокнообразующего полимера, способного взаимодействовать с матричным полимером, в расплав в количестве 0,5 - 5,0мас.% от массы матричного полимера при формовании композиционной пленки из расплава смеси термопластичных полимеров позволяет, в отличие от прототипа, получать блок-сополимеры второго волокнообразующего и матричного полимеров, нерастворимые в растворителе, используемом для экстракции матричного полимера, обладающие клеящей способностью (в силу набухания) по отношению к ультратонким волокнам основного волокнообразующего полимера, благодаря чему повышается прочность ФМ в поперечном направлении, а также плотность его структуры. Последнее приводит к получению более прецизионного фильтрующего материала. Сущность технического решения заключается в том, что при экструзии расплава смеси термопластичных полимеров через плоскощелевую головку (формование композиционной пленки) оба волокнообразующих полимера образуют в матрице непрерывные жидкие цилиндры (струи) диаметром 0,5 - 5,0мкм. При столь высокой степени диспергирования образуется протяженный межфазный слой, что создает условия для химического взаимодействия между макромолекулами матричного и второго волокнообразующего полимеров. Так как количество добавки мало, а матричный компонент преобладает в смеси, то значительная доля второго волокнообразующего компонента будет связана в виде блок-сополимера с матричным полимером. Этот блок-сополимер располагается по всей поверхности струй второго волокнообразующего компонента, обладает способностью к набуханию, но не растворяется в обычных для матричного полимера растворителях. В процессе охлаждения расплава смеси, выходящего из плоскощелевой головки, жидкие струи обоих волокнообразующих полимеров затвердевают и превращаются в ультратонкие волокна. В процессе экстракции матричный полимер, не участвующий в образовании блок-сополимера, вымывается из композиционной пленки, а блок-соплимер (на поверхности микроволокон второго волокнообразующего компонента) набухает и склеивает (локально) волокна основного волокнообразующего компонента, увеличивая прочность фильтрующего слоя в поперечном направлении. Выполненные структурные исследования подтвердили, что на границе раздела фаз второго волокнообразующего и матричного полимеров происходит образование блок-сополимеров, обладающих высокой клеящей способностью по отношению к ультратонким волокнам основного волокнообразующего полимера и локально склеивающего их. Кроме того, блок-сополимеры имеют разветвленную структуру, следовательно, увеличивается площадь его контакта с микроволокнами основного волокнообразующего полимера. Таким образом, при переработке через плоскощелевую головку указанных смесей полимеров (формование композиционной пленки), получается фильтрующий материал с плотной однородной структурой в продольном и поперечном направлении, обеспечивающий тонкость фильтрации 0,6мкм. Второй волокнообразующий компонент добавляют в количестве 0,5 - 5,0мас.% от массы матричного полимера. При введении в композицию его менее 0,5мас.% эффект склеивания ультратонких волокон в слое и упрочнения ФМ выражен очень незначительно, не удается получить фильтрующий материал с нужными характеристиками. Увеличение содержания второго волокнообразующего полимера выше 5,0мас.% приводит к увеличению задерживающей способности и прочности ФМ, однако, при этом резко падает его удельная производительность. Второй волокнообразующий компонент должен обладать способностью вступать в химическое взаимодействие с матричным полимером с образованием блок-сополимера. Из литературы неизвестно применение второго волокнообразующего полимера с целью образования блок-сополимера с матрицей при формовании композиционной пленки для получения ФМ. Таким образом, применение второго волокнообразующего полимера дает возможность получить фильтрующий материал с новыми характеристиками: тонкость фильтрации 0,3 0,5мкм; соотношение величин прочности в поперечном и продольном направлении - 0,6 - 0,8. Описанная специфическая структура фильтрующего материала при использовании способа прототипа не реализуется. Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. В смесь термопластичных волокнообразующего и матричного полимеров, на стадии смешения гранул, вводят дополнительно второй волокнообразующий полимер, который в процессе смешения полимеров и формования композиционной пленки образует с матричным полимером блок-сополимер. Последний, обладая клеящей способностью к ультратонким волокнам из основного волокнообразующего полимера, скрепляет их в поперечном направлении. Процесс экстрагирования матричного полимера проводят соответствующим растворителем, инертным по отношению к волокнообразующим компонентам. Пример 1. В шаровой мельнице готовят смесь гранул предварительно высушенных волокнообразующих полимеров: полипропилена (ПП), поликапроамида (ПКА) и матричного сополиамида (СПА). Используемые полимеры имеют следующие характеристики. Полипропилен: характеристическая вязкость в декалине при 135°C - 1,2; содержание атактической фракции - 5%; температура плавления - 169°C; бесцветные гранулы. Поликапроамид: характеристическая вязкость в концентрированной серной кислоте - 2,4; температура плавления - 214°C. Сополиамид: сополимер капролактама (50%) и гексаметиленадипината (50%); температура плавления 179°C; содержание низкомолекулярных веществ, экстрагируемых водой - 2 - 3%; гранулы кремового цвета. Смешение полимеров проводят в дисковом экструдере при температуре по зонам 190 - 230°C. Полученные гранулы смеси полимеров сушат под вакуумом при температуре 90 ± 5°C до постоянной массы. Композиционную пленку формуют методом экструзии расплава смеси через плоскощелевую головку при температуре по зонам экструдера 180 - 240°C. Формование осуществляют в ванну с водой с температурой 0 ± 5°C. Матричных полимер (СПА) экстрагируют 70%-ным водным раствором этилового спирта при температуре 76 ± 2°. Эффективность фильтрации полученного фильтрующего материала из ультратонких полипропиленовых волокон оценивают по воде с помощью анализатора микрочастиц, Соотношение компонента в смеси и свойства ФМ приведены в таблице. Пример 2. Для получения фильтрующего материала используют следующие термопластичные полимеры: полиоксиметилен (ПОМ) - основной волокнообразующий полимер, ПКА - второй волокнообразующий и СПА матрица. ПКА и СПА охарактеризованы в примере 1. Полиоксиметилен - сополимер формальдегида с 1,3 диоксоланом (2%), температура плавления 171°C, характеристическая вязкость в диметилформамиде - 0,56 средневязкостная молекулярная масса - 49000, период индукции 40, гранулы белого цвета. Гомогенизацию компонентов смеси, формование композиционной пленки, экстракцию матричного полимера осуществляют в условиях примера 1. Свойства ФМ из ПОМ микроволокон приведены в таблице. Пример 3. Готовят смесь исходных полимеров, как в примере 1. В качестве основного волокнообразующего полимера используют ПП, а в качестве матричного - СПА, свойства которых приведены в примере 1. Второй волокнообразующий полимер полиэтилентерефталат (ПЭТФ) со следующими показателями: характеристическая вязкость в трикрезоле - 0,30 ± 0,01, температура плавления 261 ± 2°C, светло-серые гранулы. Гомогенизацию гранул смеси и формование композиционной пленки проводят на экструзионном оборудовании, описанном в примере 1, температура по зонам экструдера 260 - 275°C. Экстракцию матричного полимера и оценку свойств ФМ также осуществляют, как в примере 1. Свойства фильтрующего материала приведены в таблице. Данные таблицы свидетельствуют, что введение второго волокнообразующего полимера, способного образовывать блок-сополимер с матричным компонентом, дает возможность улучшить свойства ФМ, а именно повысить тонкость фильтрации, эффективность, а также прочность материала в поперечном направлении. Оптимальное количество второго волокнообразующего полимера - 1мас.% от массы матричного полимера, так как при этом максимальная производительность при высокой эффективности очистки.