Спосіб виготовлення фільтрувального матеріалу на основі ультратонких синтетичних волокон

Спосіб виготовлення фільтрувального матеріалу на основі ультратонких синтетичних волокон 30907 го- та матеріалоємкості виробництва. Крім того, утворення другим волокноутворюючим полімером блок-співполімеру не дозволяє здійснювати тонку очистку (менше 0,6 мкм). Таким чином, в основу винаходу поставлена задача створити такий спосіб виготовлення фільтрувального матеріалу, який шляхом зміни умов виконання дії змішування: заміни одного волокноутворюючого полімеру, забезпечив би отримання ФМ з тонкістю очистки 0,3 мкм, завдяки чому розширився б асортимент фільтрувальних матеріалів для мікрофільтрапії. Поставлене завдання вирішене тим, що в способі виготовлення фільтрувального матеріалу на основі ультратонких синтетичних волокон шляхом змішування двох волокноутворюючих полімерів, один із яких основний, і матричного, формування композиційної плівки із розплаву суміші полімерів і екстракції з неї матричного полімеру, згідно винаходу, в якості другого волокноутворюючого полімеру вибирають полімер компатибілізатор між основним волокноутворюючим і матричним полімерами при вмісті другого волокноутворюючого полімеру 5¸30 мас. % від маси основного волокноутворюючого полімеру і співвідношенні основного волокноутворюючого і матричного компонентів 30/70 ¸ 60/40 мас. %. Введення до складу суміші основного волокноутворюючого і матричного полімерів другого волокноутворюючого полімеру - компатибілізатора, дозволяє, на відміну від прототипу, використовувати суміші полімерів з вмістом основного волокноутворюючого компоненту до 60 мас.% та створити новий фільтрувальний матеріал з тонкістю очистки 0,3 мкм, завдяки чому розширився б асортимент фільтрувальних матеріалів для мікрофільтрації та спростився б технологічний процес виробництва ФМ. Суть запропонованого винаходу полягає в тому, що при введенні другого волокноутворюючого полімеру - компатибілізатора росте ступінь сумісності основного та матричного полімерів за рахунок реалізації специфічних взаємодій (утворення диполь-дипольних, водневих чи іон-дипольних зв'язків) між макромолекулами другого волокноутворюючого і матричного полімерів. Сумісність компонентів суміші тісно пов'язана з волокноутворенням одного полімеру в масі іншого: з ростом ступеня сумісності волокноутворення покращується. Це проявляється в тому, що при формуванні композиційної плівки в матриці утворюється більше волокон безперервної довжини та зменшується їх діаметр. Ріст ступеню сумісності вихідних компонентів дає можливість значно збільшити вміст основного волокноутвороючого компоненту (від 20 до 60 мас.%) і зменшити кількість матричного полімеру, який екстрагується з композиційної плівки. Відповідно зменшуються витрати розчинника і затрати електроенергії на регенерацію компонентів розчину. У відсутності добавки другого волокноутворюючого компоненту з відповідними властивостями явище специфічного волокноутворення не реалізується. Після екстракції матричного полімеру з композиційної плівки розчинником, інертним по відношенню до обох волокноутворюючих полімерів, одержують фільтрувальний матеріал із ультратонких волокон безперервної довжини строго орієнто ваних в напрямку екструзії. Порівняно з ФМ прототипу одержаний фільтрувальний матеріал має більш щільну структуру, в зв'язку з збільшенням вмісту основного волокноутворюючого полімеру у вихідній суміші. Другий волокноутворюючий компонент додають в кількості 5¸30 мac.% від маси основного волокноутворюючого полімеру. При введенні в суміш його менше 5 мас.% в структурі ФМ переважають плівки, доля мікроволокон безперервної довжини незначна і не вдається одержати якісний фільтрувальний матеріал. Збільшення вмісту другого волокноутворюючого полімеру вище 30 мас.% приводить до накопичення великих еластичних деформацій при течії розплаву суміші, які при релаксації зумовлюють високу неоднорідність структури фільтрувального матеріалу. Другий волокноутворюючий полімер – компатибілізатор повинен мати спорідненість до матричного полімеру і утворювати з його макромолекулами водневі, диполь-дипольні чи іон-дипольні зв'язки. З літератури невідомо використання другого волокноутворюючого полімеру - компатибілізатора для покращення волокноутворення та збільшення вмісту основного волокноутворюючого компоненту в суміші. Таким чином, по способу, що пропонується, отримують фільтрувальний матеріал з щільною однорідною структурою, що забезпечує мікрофільтрацію з тонкістю очистки аж до 0,3 мкм. За рахунок росту вмісту основного волокноутворюючого полімеру, поряд з підвищенням прецизійності ФМ, спрощуються процеси екстракції та регенерації матричного полімеру, тобто спрощується процес виробництва ФМ. Винахід ілюструється слідуючими прикладами. Приклад 1 Для приготування суміші брали слідуючі вихідні полімери: поліпропілен (ПП) - основний волокноутворюючий, сополіамід (СПА) – матричний і співполімер етилену з вінілацетатом (СЕВА) – другий волокноутворюючий компоненти. Для покращення сумісності між ПП і СПА в суміш вводили полімер - компатибілізатор (СЕВА), поскільки можна було передбачити можливість реалізації специфічної взаємодії між макромолекулами СПА і СЕВА по амідних зв'язках (СПА) та карбоксильній групі СЕВА. Поліпропілем мав слідуючі властивості: характеристична в'язкість в декаліні при 135°С 1,2; вміст атактичної фракції – 5%; температура плавлення - 169°С. Використаний СЕВА мав температуру плавлення - 78°С; вміст ацетатних груп 12%. Матричний компонент (СПА) - співполімер капролактаму (50%) і гексаметиленадіпінату (50%); температура плавлення - 169°С; вміст низькомолекулярних сполук, що екстрагуються водою 2¸3%. Вихідний СПА попередньо сушили під вакуумом при температурі 90±5°С до постійної маси, а потім змішували з ПП і СЕВА в розплаві на дисковому екструдері. Одержані гранули суміші полімерів сушили в тих же умовах, що і вихідний СПА, а потім формували композиційну плівку через плоско-щілинну головку. Формування проводили в водяну ванну. Матричний полімер СПА екстрагували етиловим спиртом. Ефективність фільтрації одер 2 30907 жаного ФМ оцінювали по затримці латексних частинок розміром 0,3 мкм. Виконані дослідження з використанням інфрачервоноъ (ІЧ) спектроскопії підтвердили утворення диполь-дипольних зв'язків між макромолекулами СЕВА і СПА. Мікроскопічні дослідження показали, що ФМ являє собою шар утворений ПП і СЕВА мікроволокнами безперервної довжини діаметром 0,2¸0,3 мкм, строго орієнтованих в напрямку екструзії. Фільтрувальний матеріал має щільну однорідну структуру. Ефективність затримки латексів розміром 0,3 мкм фільтрувальними матеріалами, одержаними із суміші ПП/СПА/СЕВА 50/50/15 мас.% склала 91,2%. Приклад 2 Готували суміш із поліпропілену поліоксіметилену (ПОМ) і сополіаміду. Основний волокноутворюючий полімер (ПП) і матричний (СПА) охарактеризовані в прикладі 1. ПОМ - другий волокноутворюючий полімер - компатибілізатор це співполімер триоксану з 1,3-діоксоланом, з характеристичною в'язкістю в диметылформаміді 0,56 та середньов'язкістною молекулярною масою 49000, період індукції 40 хв., температура плавлення 171°С. Попередню підготовку полімерів, змішування та форму вання композиційної плівки із розплаву суміші полімерів, екстракцію матричного полімеру та оцінку властивостей ФМ проводили в тих же умовах і на тому ж обладнанні, що описані в прикладі 1. Одержаний фільтрувальний матеріал мав щільну однорідну структуру утворену ультратонкими ПП і ПОМ волокнами, орієнтованими в напрямку екструзії. Дослідження з використанням ІЧ спектроскопії підтвердили наявність водневих зв'язків між макромолекулами ПОМ і СПА. Ефективність затримки латексів розміром 0,3 мкм ФМ, одержаним із суміші ПП/СПА/ПОМ 50/50/15 мас.%, складала 90,7%. В таблиці наведені співвідношення компонентів суміші та властивості фільтрувального матеріалу. Аналіз одержаних результатів свідчить, що запропонований спосіб дає можливість виготовити фільтрувальний матеріал з новими властивостями (ефективність очистки по латексах розміром 0,3 мкм - 91,2%). 3 таблиці видно, що оптимальне співвідношення основного волокноутворюючого і матричного полімерів 50/50 мас.%, а оптимальний вміст другого волокноутворюючого полімеру – компатибілізатора складає 15 мас.% від маси основного волокноутворюючого компоненту суміші. Таблиця Вплив складу сумішей на властивості фільтрувального матеріалу Вихідна суміш полімерів Співвідношення Вміст другого Ефективність заОсновний воДругий волок№ комМатрич- основного воловолокноутвор. тримки латексів локноутвоноутворюючий позиції розміром ний по- кноутвор. і матполімеру від рюючий поліполімер-ком0,3 мкм, % лімер ричного полімемаси основного, мер патибілізатор рів, мас.% мас.% 1 ПП СПА 50/50 СЕВА 15 91,2 2 ПП СПА 50/50 ПОМ 15 90,7 3 ПП СПА 50/50 СЕВА 5 82,0 4 ПП СПА 50/50 СЕВА 10 89,5 5 ПП СПА 50/50 СЕВА 20 90,1 6 ПП СПА 50/50 СЕВА 25 86,3 7 ПП СПА 50/50 СЕВА 30 80,6 8 ПП СПА 50/50 СЕВА 4 76,2 9 ПП СПА 50/50 СЕВА 31 73,5 10 ПП СПА 30/70 СЕВА 15 89,7 11 ПП СПА 40/60 СЕВА 15 90,4 12 ПП СПА 60/40 СЕВА 15 90,8 13 ПП СПА 30/70 СЕВА 5 80,1 14 ПП СПА 30/70 СЕВА 30 85,3 15 ПП СПА 60/40 СЕВА 5 82,4 16 ПП СПА 60/40 СЕВА 30 85,7 98/по частинках 17 Прототип ПП/СПА/полікапроамід 20/30/0,5 мас.% 0,6 мкм 3 30907 _________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4