Фильтросорбирующий материал для средств индивидуальной защиты органов дыхания
Владельцы патента RU 2281798:
ОАО "Волжский научно-исследовательский институт целлюлозно-бумажной промышленности" (RU)
ГУП "Казанский химический научно-исследовательский институт" (RU)
Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к производству материала, используемого в средствах индивидуальной защиты органов дыхания от сильнодействующих и ядовитых веществ. Композиционный состав материала включает в себя дешевую волокнистую целлюлозную основу, наполненную высокодисперсным активированным углем смесового состава с проклейкой композиции связующим. Сочетание компонентов в определенном соотношении обеспечивает более эффективную защиту дыхательных путей в агрессивной воздушной среде. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к производству фильтросорбирующего материала, используемого в средствах индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) от сильнодействующих и ядовитых веществ (СДЯВ), а именно паров и аэрозолей аммиака, хлора, акролеина, декана, диметиламина и т.д. в условиях катастроф и аварийных ситуациях.
Известен фильтровальный материал для защиты органов дыхания преимущественно от токсичных аэрозольных веществ /патент RU 2151628 С1/. Композиция для изготовления фильтровального материала содержит смесь микротонких стеклянных волокон различного диаметра, хлопковую целлюлозу и активный уголь в количестве 20-30 мас.%.
Основными недостатками фильтровального материала на основе микротонких стеклянных волокон является значительное сопротивление потоку воздуха (от 63 до 74 Па), что не отвечает современным требованиям к СИЗОД, и недостаточная сорбционная емкость материала при введении сорбента от 20 до 30 мас.%.
Известен фильтрующий элемент, выполненный в виде лицевой маски и состоящий из сложенных слоев. Фильтрующий элемент содержит слои из тканых или нетканых активированных углеродных волокон. Слои отделены один от другого частицами, содержащими термопластический материал, например, поливинилхлорид, полиэтилен и активированный уголь, и соединены (например, при нагревании) по крайней мере с одним из соседних слоев. Фильтрующий элемент может иметь слой стекловолокна и в качестве армирующего - сетчатый холст из хлопка /заявка №1476761, Великобритания, МКИ В 01 D 46/00, 46/10, 46/52/.
Используемая в данной лицевой маске в качестве сорбционного слоя адсорбционная ткань из активированных углеродных волокон характеризуется высокими сорбционными свойствами. Однако такая ткань имеет низкую прочность, что затрудняет использование ее при изготовлении многослойных фильтрующих материалов, а значительная стоимость адсорбционной ткани неприемлема при создании СИЗОД широкого применения в условиях катастроф.
Кроме того слабой стороной такой лицевой маски является закрепление сорбента - активированного угля с помощью полимерных соединений, что приводит к потере сорбционной емкости и резкому снижению физиолого-гигиенических свойств.
Известен еще материал волокнистый угленаполненный по ТУ 2282-173-00209556 /прототип/.
Изготовленный из синтетического волокна - сополимера акрилонитрила с метилакрилатом, наполненного высокодисперсным активированным углем, материал обладает малыми возможностями по поглощению и связыванию вредных веществ. При этом высокая себестоимость угленаполненного синтетического материала не отвечает требованиям экономичности, позволяющей его широкое использование.
Задачей предлагаемого изобретения является:
1. Создание сорбирующего материала, который может использоваться в качестве сорбционного слоя при изготовлении высокоэффективных химзащитных СИЗОД, доступных к использованию большим числом людей в условиях катастрофы.
2. Использование в композиционном составе компонентов, обеспечивающих эффективную защиту дыхательных путей, придающих материалу необходимую прочность и эластичность, и присутствие которых в составе сорбирующего материала допустимо по санитарно-гигиеническим требованиям.
Поставленная задача решается тем, что композиционный состав сорбирующего материала включает в себя дешевую волокнистую основу, наполненную высокодисперсным активированным углем смесового состава с проклейкой композиции связующим при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Целлюлоза сульфатная небеленая | 14-18,5 |
| Целлюлоза сульфатная мерсеризованная | 45-35 |
| Активированный уголь | 35-45 |
| Связующее | 0,5-1,0 |
| Сульфат алюминия | 1-5 |
Сорбирующий материал изготавливали известным в целлюлозно-бумажной промышленности способом из сульфатной небеленой целлюлозы с введением в массу высокодисперсного угля и связующего.
Сульфатную небеленую целлюлозу обрабатывали в ролле до достижения степени помола 28±2°ШР, добавляли активированный уголь смесового состава и тщательно перемешивали.
Другую часть сульфатной небеленой целлюлозы обрабатывали крепким раствором едкого натра (мерсеризация) с концентрацией NaOH 160-180 г/дм3 и выдерживали при гидромодуле 1:6 в течение 1,5 часов. Мерсеризованную целлюлозу промывали холодной водой до нейтральной реакции по фенолфталеину и добавляли в угольно-целлюлозную массу.
Для придания материалу влагопрочности композицию проклеивали полиамидаминэпихлоргидридной смолой с последующим добавлением в массу сульфата алюминия для полного осаждения связующего.
В качестве сорбента для обеспечения защиты дыхательных путей от целой гаммы паров и аэрозолей сильнодействующих и ядовитых веществ использовали смесовый состав активированного угля: уголь-катализатор марки КТ-1 и уголь газового типа марки СКТ-6А при соотношении 3:1 с дисперсностью менее 100 мкм.
Получали образцы сорбирующего материала на листоотливном аппарате ЛОА-2 в режиме минимального вакуума, слабой запрессовки и сушки при температуре 80-95°С. Масса 1 м2 материала 130±10 г.
Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется примерами 1-6.
| Пример 1 | Пример 2 | ||
| Целлюлоза сульфатная небеленая (27°ШР) | 24 | Целлюлоза сульфатная небеленая (27°ШР) | 22 |
| Целлюлоза сульфатная мерсеризованная | 40 | Целлюлоза сульфатная мерсеризованная | 43,5 |
| Уголь активированный | 30 | Уголь активированный | 33 |
| Смола полиамидаминэпихлоргидридная | 1,0 | Смола полиамидаминэпихлоргидридная | 0,5 |
| Сульфат алюминия | 5,0 | Сульфат алюминия | 1,0 |
| Пример 3 | Пример 4 | ||
| Целлюлоза сульфатная небеленая (27°ШР) | 18,5 | Целлюлоза сульфатная небеленая (27°ШР) | 16,8 |
| Целлюлоза сульфатная мерсеризованная | 45 | Целлюлоза сульфатная мерсеризованная | 40 |
| Уголь активированный | 35 | Уголь активированный | 40 |
| Смола полиамидаминэпихлоргидридная | 0,5 | Смола полиамидаминэпихлоргидридная | 0,7 |
| Сульфат алюминия | 1,0 | Сульфат алюминия | 2,5 |
| Пример 5 | Пример 6 | ||
| Целлюлоза сульфатная небеленая (27°ШР) | 14 | Целлюлоза сульфатная небеленая (27°ШР) | 12 |
| Целлюлоза сульфатная мерсеризованная | 35 | Целлюлоза сульфатная мерсеризованная | 32 |
| Уголь активированный | 45 | Уголь активированный | 50 |
| Смола полиамидаминэпихлоргидридная | 1,0 | Смола полиамидаминэпихлоргидридная | 1,0 |
| Сульфат алюминия | 5,0 | Сульфат алюминия | 5,0 |
Отличием предлагаемого изобретения от прототипа является:
1. Замена синтетических волокон дешевыми доступными природными волокнами.
2. Введение в композицию от 35 до 45% активированного угля смесового состава со значительной долей угля-катализатора существенно повышает хемосорбционные свойства респираторов, противогазов, защитных капюшонов и других СИЗОД.
Оптимальное сочетание целлюлозных волокон со степенью помола 28±2°ШР и мерсеризованных волокон позволяет создать волокнистую основу, которая удерживает в структуре материала высокодисперсный уголь.
Мерсеризованные целлюлозные волокна, имеющие округлую форму, обеспечивают необходимую пористость, низкое сопротивление потоку воздуха и соответственно свободное прохождение вдыхаемого воздуха.
Однако с увеличением доли мерсеризованной целлюлозы в структуре материала идет ослабление межволоконных связей. Это компенсируется введением размолотых до степени помола 28±2°ШР немерсеризованных волокон сульфатной небеленой целлюлозы. Оптимальным является расход последних от 14 до 18,5 мас.% (примеры 3-5). При введении сульфатной небеленой целлюлозы менее 14 мас.% (пример 6) положительный эффект упрочнения структуры не наблюдается. При расходе свыше 18,5 мас.% (примеры 1 и 2) возрастает сопротивление потоку воздуха, что недопустимо для индивидуальных средств защиты дыхательных путей.
Главным преимуществом предлагаемого изобретения является эффективность защиты дыхательных путей в агрессивной воздушной среде от паров и аэрозолей хлора, аммиака, акролеина, декана, диметиламина и т.д. Использование неселективного угольного сорбента, усиленного катализатором обеспечивает высокие адсорбционные свойства заявляемого фильтросорбирующего материала.
Введение 35-45 мас.% активированного угля (примеры 3-5) в композицию материала является оптимальным, т.к. при уменьшении массовой доли угля (примеры 1, 2) происходит снижение адсорбционных свойств, а увеличение нецелесообразно, т.к. эффект высокой химзащиты уже достигнут (пример 6).
Связующее в виде полиамидаминэпихлоргидридной смолы в количестве 0,5-1,0% хорошо совмещается с другими составными частями композиции и является оптимальным.
Также оптимальным является расход сульфата алюминия 1-5% от массы абсолютно сухого вещества. Данный компонент способствует максимально полному осаждению смолы и удержанию высокодисперсионного активированного угля на поверхности целлюлозных волокон.
Оценку свойств полученных образцов фильтросорбирующего материала, а также материала волокнистого угленаполненного по ТУ 2282-173-00209556 - прототипа осуществляли принятыми стандартными методами.
Защитные свойства материалов от воздействия паров и аэрозолей опасных и ядовитых веществ определялись по утвержденным методикам.
Время защитного действия по парам уксусной кислоты определяли индикаторным методом по изменению окраски индикаторной ткани, покрывающей образец материала, под воздействием паров кислоты, прошедших сквозь испытуемый образец.
Время удерживания паров аммиака, хлора, акролеина, декана, диметиламина, хлористого водорода и гидразина определяли на модельном пакете материалов следующего состава:
- покровный слой,
- сорбционный слой,
- бязь.
В качестве сорбционного слоя испытаны материал-прототип и образцы заявляемого материала по примерам 1-6 /см. таблицу/.
| Таблица | ||||||||
| № п/п | Показатели, характеризующие прототип и примеры заявляемого материала | Материалы, используемые в качестве сорбционного слоя в средствах индивидуальной защиты органов дыхания | ||||||
| Материал волокнистый угленаполненный по ТУ 2281-173-00209556 (Прототип) | Заявляемый фильтросорбирующий материал по примерам | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1 | Масса 1 м2, г | 127 | 130 | 130 | 130 | 131 | 127 | 129 |
| 2 | Толщина, мм | 0,45 | 0,49 | 0,49 | 0,47 | 0,48 | 0,49 | 0,45 |
| 3 | Разрушающее усилие при растяжении в машинном направлении, Н | 7,3 | 12,2 | 10,8 | 9,8 | 8,5 | 8,3 | 7,7 |
| 4 | Влагопрочность, % | 70 | 29 | 29 | 28 | 28 | 30 | 30 |
| 5 | Сопротивление потоку воздуха. Па | 2,9 | 3,9 | 3,9 | 3,4 | 3,4 | 2,9 | 2,9 |
| Продолжение таблицы | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 6 | Время защитного действия от паров СДЯВ, мин | |||||||
| - аммиак | 1 | 5 | 8 | 10 | 12 | 15 | 17 | |
| - хлор | 60 | 49 | 50 | 60 | 70 | 71 | 73 | |
| - акролеин | 1 | 10 | 15 | 20 | 23 | 25 | 25 | |
| - декан | 150 | 150 | 200 | 300 | более 300 | более 300 | более 300 | |
| - диметиламин | 3 | 15 | 24 | 25 | 30 | 30 | 30 | |
| - водород хлористый | 2,0 | 6-10 | 6-10 | 10-15 | 10-15 | 15-20 | 15-20 | |
| - гидразин | 1-2 | 10 | 10 | 20 | 20 | 20 | 25 | |
| - уксусная кислота | 47 | 40 | 45 | 65 | 70 | 80 | 95 | |
| Примечание. Действующие концентрации СДЯВ (с, мг/дм3) взяты в соответствии с ГОСТ Р 22.9.05-95: аммиак - 0,1 хлор - 0,36 акролеин - 0,16 декан - 0,05 диметиламин - 0,2 водород хлористый - 0,01 гидразин - 0,04 уксусная кислота - 500 |
Представленные в таблице результаты испытаний показывают, что прототип и заявляемый фильтросорбирующий материал имеют близкие значения массы 1 м2, толщины и сопротивления потоку воздуха. При этом заявляемый материал характеризуется более высокими прочностными свойствами и обеспечивает эффективную защиту дыхательных путей. В результате этого возрастает длительность непрерывной работы в респираторе и других СИЗОД.
Влагопрочность материала-прототипа - 70% объясняется гидрофобными свойствами волокнистой основы данного материала, т.е. синтетических полимерных волокон. В практическом применении для сорбирующих материалов фильтрующего типа, используемых в качестве сорбционного слоя, требование по влагопрочности составляет 25-30%, что достигнуто в заявляемом материале эффективной проклейкой массы.
Таким образом, заявляемый сорбирующий материал имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом.
1. Замена дорогостоящих синтетических волокон природными целлюлозными делает использование респиратора, противогаза и других СИЗОД экономически выгодным, повышает сопротивление разрыву при растяжении материала, а также полностью соответствует физиолого-гигиеническим требованиям.
2. Введение в состав сорбирующего материала высокодисперсного активированного угля смесового состава с использованием катализаторов обеспечивает более эффективную защиту дыхательных путей от сильнодействующих и ядовитых паров и аэрозолей: декана - в 2 раза; аммиака, хлористого водорода и гидразина - в 5-10 раз; акролеина - в 20 раз.
1. Фильтросорбирующий материал для средств индивидуальной защиты органов дыхания, содержащий волокна целлюлозы, наполненные высокодисперсным активированным углем и проклеенные связующим, отличающийся тем, что в качестве волокон целлюлозы он содержит смесь целлюлозы сульфатной небеленой со степенью помола (28±2)° ШР и целлюлозы сульфатной мерсеризованной, в качестве связующего содержит смолу полиамидаминэпихлоргидридную и дополнительно сульфат алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Целлюлоза сульфатная небеленая | 14-18,5 |
| Целлюлоза сульфатная мерсеризованная | 35-45 |
| Активированный уголь | 35-45 |
| Смола полиамидаминэпихлоргидридная | 0,5-1,0 |
| Сульфат алюминия | 1-5 |
2. Фильтросорбирующий материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит в качестве активированного угля уголь-катализатор марки КТ-1 и уголь газовый марки СКТ-6А при их соотношении 3:1, дисперсностью угля менее 100 мкм.
