Ориентированный коллагеновый ретикулярный поропласт и способ его получения

Изобретение относится к технологии получения коллагеновых ретикулярных поропластов и может быть использовано для производства теплоизоляционных, звукопоглощающих, шумоизолирующих и фильтрующих материалов, а также различного рода сорбентов и катализаторов. В качестве исходной используют систему, состоящую из воды и растворенного в ней коллагена, способного в условиях существования кристаллов воды образовывать под действием физических или химических факторов макроскопическую гелеобразную фазу. Охлаждают исходную систему до температуры ее перехода в твердое агрегатное состояние так, чтобы формирующиеся при этом кристаллы были ориентированы перпендикулярно поверхности охлаждения, выдерживают отвержденную систему в течение времени, необходимого для образования полимерной гелеобразной макрофазы, и удаляют воду. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое решение относится к технологии получения ориентированных коллагеновых ретикулярных поропластов, которые могут применяться для производства теплоизоляцонных, звукопоглощающих, шумоизолирующих и фильтрующих материалов, а также различного типа сорбентов и катализаторов.

Коллагеновые ретикулярные поропласты представляют особый класс пористых полимерных материалов, газоструктурные элементы которых лишены граней, а полимерная фаза сосредоточена главным образом в ребрах их геометрически сложной структуры, см. например, А.А.Берлин, Ф.А.Шутов. "Химия и технология газанаполненных высокополимеров, "Издательство "Наука", 1980 г., стр.177.

Известны два основных способа получения ретикулярных поропластов.

Первый основан на разрушении граней газоструктурных элементов обычного поропласта, при котором более плотные ребра сохраняют свою целостность.

Так известен способ, согласно которому ретикулярный поропласт получают в результате гидролитической обработки пенопласта водным раствором щелочи. В определенных условиях гидролитическому разрушению подвергаются относительно тонкие грани, а не ребра газоструктурных элементов. Источник, в котором описан данный способ: H.C.Green. Encyclop. Polym. Sci. Techn. т.12, стр.102-106 (1970). Известно проведение ретикуляции с помощью высокотемпературной (огневой) обработки, при которой грани поропласта расплавляются и как структурный элемент исчезают. Источник: Plastic Engineering Handbook. N.Y. Remolds Publ.Corp., 1960, стр.42. Недостатком описанных способов является достаточно жесткое воздействие на поропласт, в результате которого возможно разрушение других элементов структуры. Вторая группа методов предусматривает образование ретикулярной структуры непосредственно в процессе получения поропласта.

Известен ряд способов, согласно которым ретикулярные поропласты получают путем введения в состав реакционной смеси инертного органического растворителя, веществ, подавляющих пенообразование, а также химической модификацией реагирующих компонентов.

Все вышеперечисленные способы известны автору из его практической работы, и он считает их общеизвестными для специалистов в данной области техники. Однако, к сожалению, в ходе составления данной заявки им не был выявлен какой-либо конкретный печатный источник, где бы эти сведения излагались в явной форме, и который мог бы послужить ближайшим аналогом.

Однако и эти методы характеризуются рядом недостатков, к которым можно отнести сложность технологического процесса, а также использование дорогостоящих и в ряде случаев токсичных химических реагентов.

Несмотря на разнообразие применяемых методов ретикулярные поропласты имеют близкое строение и поэтому характеризуются общими недостатками, находящими отражение в их физико-механических, а также газо- и гидродинамических характеристиках.

Радикального изменения свойств ретикулярных поропластов можно достичь путем ориентации их структуры. Возникающая при этом анизотропия существенным образом сказывается на всем комплексе свойств поропластов, приводя, в частности, к их значительному упрочнению и увеличению проницаемости структуры в направлении ориентации.

Коллагеновые ретикулярные поропласты с ориентированной структурой и методы их получения неизвестны.

Целью настоящего изобретения является создание коллагеновых ретикулярных поропластов, имеющих ориентированную структуру, и разработка способа их получения. Поставленная цель достигается тем, что:

- в качестве исходной используется система, состоящая как минимум из двух компонентов, один из которых представляет собой воду - кристаллизующуюся при понижении температуры жидкость, а второй - растворенный в ней коллаген, способный в условиях существования кристаллов воды образовывать под действием физических или химических факторов макроскопическую гелеобразную фазу;

- процесс формирования ориентированного ретикулярного поропласта осуществляют путем охлаждения исходной системы до температуры ее перехода в твердое агрегатное состояние так, чтобы формирующиеся при этом кристаллы были ориентированы преимущественно в одном направлении, выдерживания отвержденной системы в течение времени, необходимого для образования полимерной гелеобразной макрофазы, и удаления воды.

В результате получают ориентированный ретикулярный поропласт, газоструктурные элементы которого повторяют форму и ориентацию кристаллов жидкости.

Ориентированная кристаллизация воды, являющейся, по существу, растворителем или дисперсионной средой, возможна при условии, что теплообмен системы с окружающей средой происходит преимущественно в одном направлении. При этом образующиеся кристаллы воды всегда ориентируются перпендикулярно поверхности охлаждения.

Пример осуществления изобретения

Водный раствор коллагена с концентраций 3% заливают в плоскую кювету размером 400×400×5 мм, дно которой выполнено из алюминиевого листа толщиной 0,5 мм, а стенки - из тефлона толщиной 10 мм. Кювету помещают на охлажденную до -20°С полку плиточного скороморозильного аппарата на 20 минут, в течение которых происходит отверждение раствора с образованием кристаллов воды, ориентированных в основном перпендикулярно поверхности охлаждения (дна кюветы). Систему выдерживают в течение 20 часов при температуре -12°С, размораживают при комнатной температуре, обезвоживают прессованием и высушивают. В результате получают листовой ретикулярный поропласт, имеющий поры (газоструктурные элементы), ориентированные преимущественно перпендикулярно его плоскости. Структура полученного поропласта показана на чертеже.

1. Способ получения ориентированного коллагенового ретикулярного поропласта, включающий приготовление системы, состоящей из воды и растворенного в ней коллагена, охлаждение полученной системы до температуры, необходимой для образования такого ее агрегатного состояния, чтобы кристаллы были ориентированы перпендикулярно поверхности охлаждения, выдерживание отвержденной системы в течение времени, обеспечивающего формирование гелеобразной фазы и удаление воды.

2. Ориентированный коллагеновый ретикулярный поропласт, полученный способом по 1.