фильтрующий материал, способ получения фильтрующего материала и респиратор

Формула изобретения

1. Волокнистый фильтрующий материал, выполненный из смеси полимерных волокон с диаметром волокна 1-10 мкм, отличающийся тем, что он содержит 50-90 мас.% волокон из сополимера стирола и акрилонитрила и 10-50 мас.% волокон, выполненных из хлорированного поливинилхлорида с добавкой не более 10 мас.% бутадиен-нитрильного каучука от массы хлорированного поливинилхлорида.

2. Способ получения волокнистого фильтрующего материала, охарактеризованного в п.1, включающий электростатическое формование волокнистого материала из раствора полимеров в органическом растворителе при подаче двух различных полимерных растворов на соответствующие прядильные элементы, при этом растворы имеют динамическую вязкость 0,5-35 пуаз, электропроводность 10^-4-10^-7 Ом^-1 см^-1, отличающийся тем, что один из растворов содержит сополимер стирола и акрилонитрила в этилацетате, а второй содержит хлорированный поливинилхлорид с добавкой не более 10 мас.% бутадиен-нитрильного каучука в этилацетате.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что формование материала проводят из растворов, с концентрацией соответствующих полимеров в этилацетате, равной 10-30 мас.%.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что формование материала проводят из растворов, содержащих электролитические добавки, выбранные из ряда бромистых или йодистых солей тетраэтил- или тетрабутиламмония в количестве 0,001-0,01 мас.%.

5. Респиратор, содержащий, по меньшей мере, один рабочий слой тонковолокнистого фильтрующего материала с диаметром 1-10 мкм, аэродинамическим сопротивлением 1-25 Па при скорости потока воздуха 1 см/с, и поверхностной плотностью 10-50 г/м ², обтюратор и средства крепления, отличающийся тем, что он содержит рабочий слой, выполненный из материала, охарактеризованного в п.1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения волокнистых фильтрующих материалов типа ФП (Фильтры Петрянова), используемых для защиты окружающей среды, а также органов дыхания от токсичных аэрозолей.

Известен фильтрующий материал из волокон перхлорвинила с диаметром 1-10 мкм, полученного в электростатическом поле, из прядильного раствора на основе дихлорэтана, содержащего электролитические добавки, выбранные из ряда: йодистый или бромистый тетраэтиламмоний или йодистый или бромистый тетрабутиламмоний, и добавки растворителя из ряда: ацетон, или метилэтилкетон, или этилацетат, или бутилацетат. Фильтрующий материал имеет поверхностную плотность 20-50 г/м ² и аэродинамическое сопротивление 3-50 Па при скорости потока воздуха 1 см/с. Из фильтрующего материала изготавливается респиратор типа «Лепесток» (RU 2182510, 20.05.2002).

Известен материал, получаемый из раствора сополимера стирола с акрилонитрилом, содержащегося в количестве 10-20 мас.% в растворе дихлорэтана, с добавками ацетона, или метилэтилкетона, или этилацетата, или бутилацетата в количестве 5-30 мас.%. Фильтрующий материал содержит волокна диаметром 1-10 мкм, имеет поверхностную плотность 20-80 г/м² и аэродинамическое сопротивление 3-60 Па при скорости потока воздуха 1 см/с. Известно также средство защиты органов дыхания, содержащее рабочий слой из волокон данного материала диаметром 1-10 мкм, защитный слой из марли и фильтрдержатель (RU 2182511, 20.05.2002).

Известен фильтрующий материал, получаемый электроформованием из раствора перхлорвинила и сополимера стирола с метилметакрилатом и акрилонитрилом при их массовом соотношении 10/1-1/1 в дихлорэтане в присутствии солей, выбранных из ряда: йодистый, или бромистый тетраэтиламмоний или йодистый или бромистый тетрабутиламмоний, или хлористое железо, взятых в количестве 0,01-0,2 мас.% (RU 2135263, 27.08.1999).

Известен фильтрующий материал для средств защиты органов дыхания, содержащий наружный и внутренний защитный слои и рабочий слой из волокон перхлорвинила и сополимера стирола с метилметакрилатом и акрилонитрилом, при этом волокна содержат 1-9 мас.% перхлорвинила и 91-99 мас.% сополимера стирола с метилметакрилатом и акрилонитрилом, либо 91-99 мас.% перхлорвинила и 1-9 мас.% сополимера стирола с метилметакрилатом и акрилонитрилом. Способ получения известного материала включает электростатическое формование волокон из 5-25% раствора в дихлорэтане смеси перхлорвинила и сополимера стирола с метилметакрилатом и акрилонитрилом, в присутствии 0,01-0,2% галогенидов тетраэтиламмония, или тетрабутиламмония, или железа от массы полимеров, при этом перхлорвинил берут в количестве 1-9 мас.% или 91-99 мас.% от смеси полимеров, присутствующих в растворе (RU 2170607, 20.07.2001).

Недостатком указанных выше технических решений является высокая токсичность производства и токсичность изделий из-за остаточного присутствия дихлорэтана в материале.

Известен также материал, получаемый электростатическим формованием из раствора сополимера стирола с акрилонитрилом в органическом растворителе, в присутствии электростатических добавок бромистых или йодистых солей тетраэтил- или тетрабутиламмония, причем раствор содержит добавку высокомолекулярного метилметакрилата в количестве 0,001-0,01 мас.%, в качестве растворителя используют смесь этилацетата с бутилацетатом при их массовом отношении в растворе от 1/9 до 9/1 соответственно (RU 2248838, 27.05.2003).

Недостатком этого материала является низкая механическая прочность и наличие остаточного содержания бутилацетата в материале.

Наиболее близким к предложенному материалу является фильтрующий материал для респираторов, содержащий наружный и внутренний защитные слои и расположенный между ними рабочий слой из волокнистого полистирола или перхлорвинила или их смеси с диаметром волокна 1-10 мкм с аэродинамическим сопротивлением 1-25 Па при скорости потока воздуха 1 см/с и с поверхностной плотностью 10-50 г/м (RU 2042394, 27.08.1995).

Наиболее близким к предложенному способу является способ получения фильтрующего материала для респираторов путем электростатического формования волокнистого нетканого материала из раствора полимера в органическом растворителе, в котором в качестве полимеров берут раствор полистирола в дихлорэтане и раствор перхлорвинила в дихлорэтане, формование ведут при подаче указанных двух растворов на соответствующие прядильные элементы, при динамической вязкости растворов 0,5-35 пуаз, электропроводности 10^-4-10^-7 Ом ^-1 см^-1 (RU 2042393, 27.08.1995).

Недостатком вышеуказанного способа является недостаточная стабильность технологического процесса, низкая механическая прочность полученного волокнистого материала и его токсичность из-за повышенного содержания дихлорэтана в материале.

Задачей настоящего изобретения является разработка фильтрующего материала и респиратора на его основе, обладающих повышенной механической прочностью, а также стабильного процесса получения материала без использования токсичных растворителей.

Поставленная задача решается описываемым волокнистым фильтрующим материалом, выполненным из смеси полимерных волокон с диаметром волокна 1-10 мкм, который содержит 50-90% мас. волокон из сополимера стирола и акрилонитрила и 10-50% мас. волокон, выполненных из хлорированного поливинилхлорида с добавкой не более 10% мас. бутадиен-нитрильного каучука.

Поставленная задача решается также описываемым способом получения волокнистого фильтрующего материала, охарактеризованного выше, который включает электростатическое формование волокнистого материала из раствора полимеров в органическом растворителе при подаче двух различных полимерных растворов на соответствующие прядильные элементы, при этом растворы имеют динамическую вязкость 0,5-35 пуаз, электропроводность 10 ^-4-10^-7 Ом^-1 см^-1, при этом один из растворов содержит сополимер стирола и акрилонитрила в этилацетате, а второй содержит хлорированный поливинилхлорид с добавкой не более 10% мас. бутадиен-нитрильного каучука в этилацетате.

Предпочтительно, формование материала проводят из растворов, с концентрацией соответствующих полимеров в этилацетате, равной 10-30% мас.

Предпочтительно, формование проводят из растворов, содержащих электролитические добавки, выбранные из ряда бромистых или йодистых солей тетраэтил- или тетрабутиламмония в количестве 0,001-0,01% мас.

Поставленная задача решается также респиратором, который содержит по меньшей мере, один рабочий слой тонковолокнистого фильтрующего материала с диаметром 1-10 мкм, аэродинамическим сопротивлением 1-25 Па, при скорости потока воздуха 1 см/с и поверхностной плотностью 10-50 г/м², выполненным из смеси волокон, содержащих 50-90% мас. волокон из сополимера стирола и акрилонитрила и 10-50% мас. волокон, выполненных из хлорированного поливинилхлорида с добавкой не более 10% мас. бутадиен-нитрильного каучука от массы хлорированного поливинилхлорида, а также обтюратор и средства крепления.

Достигаемый технический результат можно объяснить тем, что в результате смешения в растворе хлорированного поливинилхлорида и бутадиен-нитрильного каучука образуются более эластичные волокна, которые улучшают механические свойства фильтрующего материала. Кроме того из растворов, содержащих заявленные полимеры, возможно вести стабильный процесс электроформования из нетоксичного растворителя, что позволяет получать фильтрующий материал и респиратор на его основе, не содержащий остаточных примесей дихлорэтана.

Пример 1

Раствор А. Приготавливают 17% прядильный раствор сополимера стирола с акрилонитрилом (САН) в этилацетате с динамической вязкостью 4,8 П; доводят электропроводность раствора до 4·10 ^-6 Ом^-1 см^-1, вводя электролитическую добавку - 0,0035 мас.% тетраэтиламмоний иодида (ТЭАI).

Раствор Б. Приготавливают 15% прядильный раствор хлорированного поливинилхлорида (ПХВ) в этилацетате с добавкой 5% мас. бутадиен-нитрильного каучука (БНК) от массы хлорированного поливинилхлорида, с динамической вязкостью 5,2 П; доводят электропроводность раствора до 5·10 ^-6 Ом^-1 см^-1, вводя электролитическую добавку - 0,004 мас.% ТЭАI.

Затем проводят формование волокнистого материла в электростатическом поле из двух растворов, подаваемых на соответствующие прядильные элементы (А и Б), при разности потенциалов 80 кВ и объемном расходе раствора 5·10^-3 см³/с на один капилляр, при массовом содержании волокон из сополимера стирола и акрилонитрила 80 мас.%, а волокон из хлорированного поливинилхлорида 20 мас.% с добавкой бутадиен-нитрильного каучука 10 мас.% от массы хлорированного поливинилхлорида.

На металлическом заземленном электроде получают волокнистый слой из смеси ультратонких волокон со средним диаметром 2 мкм. Процесс получения стабилен. Не наблюдается высыхание жидкой нити, исходящей из сопла, и вследствие этого процесс электроформования устойчив. Схема устройства для получения фильтрующего материала приведена на фиг.1, где 1 - вращающаяся опора; 2 - осадительный электрод; 3 - колесо тележки; 4 - направляющие; 5 - цепной транспортер с захватами тележек; 6 - редуктор; 7 - передача; 8 - прядильные элементы А и Б.

Из полученного материала изготовлен респиратор «Лепесток» и исследованы его свойства. Конструкция респиратора «Лепесток» приведена на фиг.2, где 1 - рабочий слой фильтрующего материала с каркасным слоем из аппретированной марли; 2 - резиновый шнур; 3 - алюминиевая пластинка (внутри); 4 - фигурная распорка; 5 - обтюратор с точечным швом; 6 - оголовье.

Другие примеры получения материала из разных составов раствора и результаты испытания приведены в таблице 1.

Таблица 1 Составы прядильных растворов
№ примера			Сополимер стирола с акрилонитрилом %	Хлорированный поливинилхлорид, %	Добавка бутадиен-нитрильного каучука, % от ПВХ		Этилацетат, %			Электролитическая добавка, %		Вязкость, П		Электропроводность, Ом-1 см -1
2	А		10	-	-		90			0,01		0,5		1·10-4
	Б		-	30	10		67			0,001		35,0		1·10-7
	А		30	-	-		70			0,005		32,0		5·10-6
3	Б		-	10	5		89,5			0,06		1,0		7·10-6
4	А		22	-	-		78			0,08		12,0		2·10-5
	Б		-	18	1		81,8			0,03		15,0		2·10-6
Таблица 2 Свойства фильтрующих материалов
№ п/п		Содержание полимерных волокон				Диаметр волокна, мкм		Поверхностная плотность, г/м2	Гидродинамическое сопротивление, Па		Коэффициент проскока, %		Разрывная длина, ркм		Относительное удл., %
		80% САН
1		20% ПХВ				8-10		45	3,5		0,8		0,2		58
		(содержащего 10% БНК)
		90% САН
2		10% ПХВ				4-8		35	8,5		0,5		0,2		56
		(содержащего 10% БНК)
		10% САН
3		90% ПХВ				2-4		30	12,0		0,1		0,2		64
		(содержащего 5% БНК)
		50% САН
4		50% ПХВ				1-3		25	15,3		0,01		0,2		60
		(содержащего 1% БНК)

Из данных таблицы 2 видно, что фильтрующие материалы, полученные в соответствии с изобретением, имеют фильтрующие характеристики на уровне прототипа и более высокую механическую прочность (см. относительное удлинение).

Полученные материалы можно использовать для изготовления средств индивидуальной защиты органов дыхания типа «Лепесток», «Алина», У-2К, «Кама» и др., содержащих рабочий слой из заявленного материала, нанесенного на подложку из гигиенического материала, например аппретированной марли.

Респираторы, полученные на основе заявленного материала, не содержат токсичных компонентов, обладают повышенными фильтрующими способностями при малых значениях гидродинамического сопротивления при дыхании. Могут успешно использоваться для защиты от токсичных аэрозолей, в т.ч. радиоактивных, а также для защиты от аэрозолей-носителей вирусных инфекций, например таких, как птичий грипп, атипичная пневмония и др.