Технология электроформования волокнистых материалов на основе полисульфона и полидифениленфталида

На правах рукописиГУЛЯЕВ АРТЕМ ИГОРЕВИЧТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОФОРМОВАНИЯВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕПОЛИСУЛЬФОНА И ПОЛИДИФЕНИЛЕНФТАЛИДА05.17.06 – Технология и переработка полимеров икомпозитовАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква 2009www.mitht.ru/e-libraryРабота выполнена в Московской государственной академии тонкой химическойтехнологии имени М. В. Ломоносова на кафедре «Химия и технология переработкиэластомеров»Научный руководитель:доктор химических наук Филатов Юрий НиколаевичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессор Симонов-Емельянов Игорь Дмитриевичдоктор химических наук Кузнецов Александр АлексеевичВедущая организация – ГОУ ВПО Московский государственный текстильныйуниверситет им.

А. Н. КосыгинаЗащита состоится ___ декабря 2009г. в ___ часов на заседанииДиссертационного Совета Д 212.120.07 при ФГОУ ВПО Московскойгосударственной академии тонкой химической технологии имени М.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 Московской государственнойакадемии тонкой химической технологии имени М.В. Ломоносова по адресу: Москва,проспект Вернадского, д.86.Автореферат размещен на официальном сайте МИТХТ им.

М.В. Ломоносова:http://www.mitht.ruАвтореферат разослан «___» ноября 2009г.Ученый секретарь_________________ Шевелев В.В.Диссертационного советаД 212.120.07, доктор физикоматематических наук, профессор2www.mitht.ru/e-libraryОбщая характеристика работыпроблемы.ПерспективнымиобластямипримененияАктуальностьволокнистыхфильтрующихматериаловявляютсяочисткатеплостойкихвентиляционных выбросов на АЭС, фильтрация горячих газов на предприятияхцветной и черной металлургии, бактериальная фильтрация.

Потребность атомнойпромышленности в высокоэффективных фильтрах, снаряженных теплостойкимфильтрующим материалом, связана с тем, что при возникновении аварийныхситуаций возможен выброс горячего воздуха, загрязненного радиоактивнымивысокодисперсными аэрозолями. В связи с этим Госатомнадзор разработалтребования НП-036-05, по которым аэрозольный фильтр должен выдерживатьтемпературу до 150 °С и иметь эффективность фильтрации по частицам наиболеепроникающего диаметра не ниже 99,95% (фильтр высокой эффективности класса H13 по ГОСТ Р 51251-99).настоящеевремяотечественнойпромышленностьюВыпускаемыеваэрозольные фильтры, снаряжающиеся фильтрующим материалом, выполненнымиз перхлорвинила, не удовлетворяют требованию по теплостойкости фильтрующегоматериала и эффективности фильтрации.

Последнему требованию неудовлетворяют и теплостойкие микроволокнистые фильтрующие материалы.Среди известных промышленных методов получения полимерных волокон иволокнистых структур на их основе электроформование (ЭФВ-процесс) нетканыхволокнистых материалов ФП (фильтры Петрянова®) является одной из наиболеединамично развивающихся технологий благодаря сочетанию относительнойпростоты аппаратурного оформления и возможности получать микро- и нановолокнапрактически из любых растворимых полимеров.Эффективностьфильтрацииволокнистымиматериаламизависитпреимущественно от удельной площади поверхности фильтрующего материала,которая определяется диаметром волокон и плотностью упаковки волокнистогослоя.

Высокоэффективную очистку газов от аэрозолей с помощью волокнистыхфильтрующих материалов проводят при скоростях фильтрации порядка несколькихсм/с, и в этом случае, согласно теории фильтрации, суммарный коэффициентзахвата при снижении диаметра волокон существенно возрастает.Теплостойкость волокнистых материалов определяется главным образомстойкостью исходных полимеров, из которых они получены. При уменьшениидиаметра волокон теплостойкость волокнистого материала снижается. Такимобразом, при разработке высокоэффективного теплостойкого фильтрующегоматериала необходимо решить задачу оптимизации его фильтрующих свойств итеплостойкости. Научно-исследовательской работы по разработке составоврастворов и отработке ЭФВ-процесса для получения нановолокнистых материаловиз термостойких полимеров, а также исследования физико-механических ифильтрующих свойств полученных нановолокнистых материалов при 150 оС ранеене проводилось.3www.mitht.ru/e-libraryВ связи с этим создание нового поколения высокоэффективных фильтрующихматериалов с использованием нановолокон, выполненных из термостойкихполимеров, является актуальной задачей как с научной, так и с практической точекзрения.Цель диссертационной работы.

Целью представленной работы являетсяразработкатехнологииполучениявысокоэффективногокомпозиционноготеплостойкого волокнистого фильтрующего материала методом электроформованияиз растворов полисульфона и полидифениленфталида.Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:1. Исследовать реологические свойства растворов полисульфона иполидифениленфталида и разработать составы растворов для полученияполисульфоновых и полидифениленфталидных нановолокон.2.

Исследовать влияние параметров процесса электроформования надинамические характеристики струи на стадии её формирования и на структуру исвойства полученных теплостойких волокнистых материалов.3. Провести оптимизацию параметров процесса для получения однородныхбездефектных волокон диаметром 500 нм из растворов полисульфона иполидифениленфталида.4. Исследоватьфизико-механическиеифильтрующиесвойствакомпозиционного теплостойкого фильтрующего нетканого материала на основеполисульфоновых и полидифениленфталидных волокон.Научная новизна.1. Установлены диапазоны концентрации и вязкости растворов полисульфона иполидифениленфталида, в пределах которых методом электроформования могутбыть получены бездефектные нановолокна.2. Впервые для растворов полисульфона и полидифениленфталидаопределены значения кратности вытяжки струи на основных стадиях процессаэлектроформования и установлено, что для растворов жесткоцепных полимеров ввысококипящих растворителях диаметр струи уменьшается в 40–50 раз на стадииформирования струи и в 4-6 раз на стадии её дрейфа.

Таким образом,определяющий вклад в величину диаметра волокон вносит вытяжка струи на стадииеё формирования.3. Методом измерения динамических характеристик струи установлено, что дляполучения нановолокон из растворов полисульфона и полидифениленфталидапродольный градиент скорости струи должен составлять не менее 104 с-1 нарасстоянии, не превышающем 1 мм от конца капилляра по продольной координате.4.

На основании современных методов математической статистики проведенаоптимизация основных параметров процесса электроформования и определены ихдиапазоны, обеспечивающие устойчивое протекание процесса электроформованияи получение нановолокон полидифениленфталида и полисульфона.4www.mitht.ru/e-libraryПрактическая значимость.Разработаны составы растворов полисульфона и полидифениленфталида иопределены оптимальные параметры процесса, которые обеспечивают полученияволокон требуемого диаметра и нетканого материала с заданной микроструктуройметодом электроформования.На основании исследования физико-механических и фильтрующих свойствматериала из нановолокон полидифениленфталида установлена целесообразностьприменения полидифениленфталидных нановолокон для создания теплостойкоговысокоэффективного фильтрующего материала.На основании оптимизации физико-механических и фильтрующих свойствтеплостойких волокнистых материалов предложена двухкомпонентная структураволокнистого материала, обеспечивающая увеличение физико-механическихпоказателей и сохранение на требуемом уровне фильтрующих характеристик.Решена научно-техническая задача создания фильтрующего материала,сочетающего теплостойкость до 150 оС и эффективность фильтрации по частицамнаиболее проникающего диаметра не ниже 99,95%.

По разработанномутехнологическому регламенту в НИФХИ им. Л. Я. Карпова на пилотной установкевыпущена опытная партия композиционного материала в количестве 100 кв. метров.Акт о выпуске опытной партии материала ФПАД/ФПСФ-5/15-6,0 прилагается вдиссертации.В ЗАО «Прогресс-экология» передана опытная партия разработанногоматериала для снаряжения им аэрозольных фильтров и последующего ихиспытания на Калининской АЭС. Выпущенные фильтры отвечают правиламустройства и эксплуатации систем вентиляции, важных для безопасности атомныхстанций НП-036-05. Акт о выпуске опытных образцов термостойких аэрозольныхфильтров по ОСТ 95 4-80 прилагается в диссертации.По результатам работы подана заявка на патент РФ.Апробация работы.