Разработка технологии получения нетканых материалов на основе смесей фторполимеров методом электроформования

На правах рукописиКОЗЛОВ ВАСИЛИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧРАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВНА ОСНОВЕСМЕСЕЙ ФТОРПОЛИМЕРОВ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОФОРМОВАНИЯ05.17.06 – Технология и переработка полимеров и композитовАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква 2011Работа выполнена в Московском государственном университете тонкиххимических технологий имени М.В. Ломоносова на кафедре «Химия итехнология переработки эластомеров»Научный руководитель:доктор химических наук, профессор Филатов Юрий НиколаевичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессор Арутюнов Игорь Ашотовичдоктор химических наук, профессор Кузнецов Александр АлексеевичВедущая организация:ГОУ ВПО Московский государственный текстильный университет им.А.Н.

Косыгина, кафедра Технологии нетканых материаловЗащита состоится 19 декабря 2011г. в 1300 часов на заседанииДиссертационногоСоветаД212.120.07приМосковскомгосударственном университете тонких химических технологий имениМ.В. Ломоносова по адресу: Москва, ул. Малая Пироговская, д.1.Отзывы на автореферат, заверенные печатью, направлять по адресу:119571, Москва, проспект Вернадского, д.86, МИТХТ им. М.В.Ломоносова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТим. М.В. Ломоносова по адресу: Москва, проспект Вернадского, д.86.Автореферат разослан «__» ноября 2011г.Ученый секретарьДиссертационного совета Д212.120.07, доктор физикоматематических наук, профессорШевелев В.В.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальностьпроблемы.Загрязнениепроизводственныхпомещений и окружающей среды токсичными веществами, в том числерадиоактивными, на предприятиях промышленного и энергетическогокомплекса происходит путем переноса газо-аэрозольных продуктов,образующихсякакприобычныхусловияхэксплуатациипроизводственного оборудования, так и при возникновении аварийныхситуаций.Мониторингаэрозолейосуществляетсяпутемпринудительной прокачки воздуха через рабочий слой аналитическихфильтров и лент.

Основными потребителями аналитических лентявляются производства, в которых образуются экологически опасныеаэрозольные продукты. Это – предприятия ядерного топливного цикла(переработка отработанного топлива, захоронение отходов), АЭС иисследовательские реакторы, тепловые станции, подразделенияРосгидромета,электроннаяпромышленность,предприятиястройиндустрии.Отбор проб обычно проводится в режиме высоких скоростейфильтрации. Осуществление мониторинга радиоактивных аэрозолей впроизводственных и технологических помещениях на предприятияхатомной промышленности и энергетики позволяет своевременнообнаружить аварийные выбросы и принять меры по их ликвидации.

Нароссийских и украинских АЭС в качестве аналитических лентприменяются ленты марок «Fluoropore FSLW» (США) и «LFS-2»(Эстония). Несмотря на их повсеместное использование, они обладаютрядом недостатков. «Fluoropore FSLW» по своим эксплуатационнымпараметрам удовлетворяет требованиям по чувствительности ктехногенным аэрозолям. К недостаткам данной ленты относитсяневысокая пылеемкость, высокое гидродинамическое сопротивление,которое по мере отбора проб интенсивно возрастает, что ограничиваетиспользование в системах, которыми оборудованы большинствопредприятий российской атомной промышленности, а также высокаяцена. Лента «LFS-2» при конкурентоспособной стоимости не обладаетдостаточной теплостойкостью в условиях аварийных ситуаций и ееэффективность фильтрации ниже по сравнению с «Fluoropore FSLW».Нетканые материалы с диаметром волокон 100 – 500 нм,обладающие высокой тепло-, хемо- и радиационной стойкостью, смогутуспешно конкурировать с мембранными аналогами за счетзначительного снижения гидродинамического сопротивления и малойтолщины лобового слоя.Свойства нетканых волокнистых материалов определяются главнымобразом свойствами исходных полимеров, из которых они получены.Среди представленных на российском рынке отечественных полимеровперспективными для получения нетканых волокнистых материалов сповышенными эксплуатационными характеристиками являются фторполимеры.

Благодаря уникальной совокупности свойств, они уже давнозарекомендовали себя в качестве полимерной основы дляответственных изделий, работающих в самых экстремальных условиях.Свойства фторполимеров обусловлены их химическим строением, оно3же обуславливает трудности при переработке фторполимеровстандартными способами, поэтому особую значимость приобретаетметод электроформования, в силу простоты аппаратурного оформленияи возможности получать микро- и нановолокна практически из любыхфторсодержащих полимеров, способных растворяться в жидкостяхразличных химических классов.Волокнистые материалы из индивидуальных фторопластов,полученные методом электроформования, нашли применение впроизводстве изделий медицинского назначения, а также для очисткижидкостей с высокой химической активностью.

Известно, что смесифторполимеров расширяют возможности создания полимерныхкомпозиционных материалов с широким спектром эксплуатационныхсвойств. В то же время анализ научно-технической и патентнойлитературы выявил, что сведения по применению смесейфторполимеров для изготовления фильтрующих аналитическихматериалов отсутствуют.Разработка и создание нетканых волокнистых материалов,полученных из отечественных фторполимеров, для аналитических ленти аэрозольных фильтров, обладающих высокой тепло-, хемо- ирадиационной стойкостью и требуемой эффективностью фильтрации,способных выступить в качестве замены импортных лент, представляетактуальную проблему как с научной, так и с практической точек зрения.Цель диссертационной работы. Целью данной работы являетсяразработка технологии получения методом электроформованияотечественныхвысокоэффективныхконкурентоспособныхфильтрующих аналитических нетканых материалов, способныхработать в условиях повышенных температур и агрессивных сред,полностью адаптированных к эксплуатации в приборах и установках,используемых в настоящее время для анализа аэрозолей напредприятиях атомной отрасли.Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:1.

Обосновать целесообразность смеси фторполимеров (пластика иэластомера), обеспечивающей требуемые технологические свойстваформовочных растворов и эксплуатационные свойства нетканыхволокнистых материалов.2. Определить соотношения компонентов формовочных растворов –полимеров и растворителей, обеспечивающих стабильность процессаволокнообразования на стадиях формирования струи и дрейфасформированного волокна к приемному электроду.3.

Обосновать технологические параметры процесса электроформования нетканых материалов на основе смесей фторполимеров,обеспечивающие беспрепятственный переход к производству аналитических лент в промышленном масштабе.4. Определить показатели структуры нетканого волокнистогоматериала, обеспечивающие сочетание высокой эффективности инизкого гидродинамического сопротивления аналитической ленты.4Научная новизна.1.

Впервые при создании нетканого фильтрующего аналитическогоматериала предложена и обоснована рецептура формовочногораствора на основе смеси фторопласта Ф-42 и фторэластомера СКФ26, применение которой обеспечивает создание аналитических лентнового поколения с повышенным уровнем эксплуатационных свойств.2. ПоказановлияниемолекулярноймассыСКФ-26натехнологические свойства формовочных растворов, определен ирекомендованинтервал молекулярных массфторэластомера,обусловливающийвысокуюпроизводительностьпроцессаэлектроформования наряду с получением требуемого комплексаэксплуатационных свойств волокнистого материала.3. Обоснован принцип подбора растворителей для смеси изучаемыхфторполимеров, учитывающий не только термодинамическое, но итехнологическое качество растворителей и охватывающий влияниерастворителя на свойства формовочных растворов и эксплуатационныехарактеристики нетканого волокнистого материала.4.

Впервые установлено, что применение смесей Ф-42/СКФ-26 вшироком диапазоне соотношений и бинарной системы растворителей,представленной легко- и труднолетучими жидкостями этилацетат – N,N’-диметилформамид (циклогексанон), в рецептуре формовочногораствора обеспечивает проведение процесса электроформования безобдувания капиллярного элемента парогазовой смесью.Практическая значимость.Созданы инновационные конкурентоспособные отечественныеаналитические материалы для атомной промышленности, обладающиекомплексом свойств, превосходящим известные зарубежные аналоги.Разработана технология получения волокнистого материала наоснове предложенной смеси фторполимеров методом электроформования, которая способствует повышению производительностипроцесса, противопожарной безопасности труда и обеспечиваетбеспрепятственный переход от лабораторных условий получениянетканых материалов к промышленным масштабам.Разработан технологический регламент, согласно которому во ФГУП«НИФХИ им.

Л.Я. Карпова» ГНЦ РФ на установке ленточного типаПБАВ.452481.001 ПМ выпущена опытная партия композиционногоматериала в количестве 100 погонных метров. Акт о выпуске опытнойпартии материала прилагается в диссертации.Апробация работы. Основные результаты диссертационной работыбыли представлены на следующих конференциях: всероссийскойконференции «Физико-химические аспекты технологии наноматериалов,их свойства и применение», Всероссийская школа-семинар студентов,аспирантов и молодых учёных ФИЗХИМИЯ-2010 по тематическомунаправлению национальной нанотехнологической сети «Композитныенаноматериалы» (г.