Пористые материалы на основе трехфазных смесей полимеров (1091748), страница 3
Текст из файла (страница 3)
11. Распределение частиц ПВБ в матрице ПП в тройных смесяхПВБ/ПП/ПС с содержанием матрицы ПП 50%. а) ПВБ/ПП/ПС 48/50/2; б)ПВБ/ПП/ПС 45/50/5.Рис. 12. Распределение фазы ПВБ в матрице ПП в тройных смесяхПВБ/ПП/ПС с содержанием матрицы ПП 40%. а) ПВБ/ПП/ПС 55/40/5; б)ПВБ/ПП/ПС 50/40/10; в) ПВБ/ПП/ПС 30/40/30.7060С ПВб, %Фаза ПВБ непрерывна5040Фаза ПВБ дискретна3020051015202530Содержание ПС, мас.
%Рис. 13. Зависимость концентрации образования непрерывной фазы ПВБот содержания ПС.ПВБ образует непрерывную фазу в матрице ПП при его содержании,превышающем 60% (рис. 12,13). Причем переход основной внутренней фазыПВБ в непрерывную происходит уже при добавлении 2% ПС к бинарной смесиПВБ/ПП 60/40. Однако степень дисперсности непрерывной фазы ПВБ в таких16www.mitht.ru/e-libraryсмесях невелика. Дальнейшее увеличение содержания ПС приводит кувеличению степени дисперсности непрерывной фазы ПВБ.
Наиболее тонкаядисперсия фазы ПВБ реализуется при соотношенииПВБ/ПП/ПС 30/40/30.Смеси с меньшим содержанием ПВБ при неизменном содержании матрицы40% в работе не рассматривались.Данные исследований подтверждают прогноз типа фазовой морфологии наосновании коэффициентов растекания. В выбранной системе ПВБ/ПП/ПСвнутренние фазы ПВБ и ПС образуют независимые дисперсии (капсулированиеотсутствует). Бинарные системы ПВБ/ПП характеризуются большим размеромчастиц ПВБ: переход ПВБ в непрерывную фазу реализуется при очень высокомего содержании. Введение третьего полимера ПС позволяет повысить степеньдисперсности фазы ПВБ и снизить концентрацию перехода ее в непрерывнуюфазу.Глава 4.
Получение пленочных и волокнистых пористых материалови изучение их характеристик3.1 Пористые пленкиДлякачественногоподтвержденияприсутствияилиотсутствиянепрерывности фазы ПВБ в матрице ПП были исследованы пленки на основетройной смеси ПВБ/ПП/ПС с различными соотношениями компонентовметодом газопропускания.Газопропускание измеряли на приборе, схема которого представлена нарис. 14.Рис.
14. Ячейка для определения газопропускания в рабочем положении. 1- ячейка 200 см3; 2 -образец плёнки; 3 - крышка; 4 - подложка (пористаякерамика); 5 - резиновое кольцо; 6 -манометр; 7 - вентиль.Величину газопропускания рассчитывали по формуле:17www.mitht.ru/e-libraryG=VS ⋅ t ⋅ ΔP(4)где V – объём ячейки (200см3); S – площадь рабочей поверхностимембраны (3см2); t – время спада давления на 1 атм, мин; Р – разница давлений,равная 1 атм.Величина G > 0 свидетельствует о формировании сообщающихся пор.Полученные данные представлены в таблице 5 и на рис.15.Таблица 5Данные анализа морфологии пористых пленок методом газопропускания№ смеси1234567891011121314Состав смесиПВБПП40603860356050504850455040502550604058404540504040403040ПС0250251025025102030G, см3/(см2*мин*атм.)000000000116174261010Данные по газопропусканию, изучению морфологии и предположения оструктуре материала хорошо коррелируют друг с другом.
В смесях ПВБ/ПП/ПСс содержанием матрицы ПП 50 и 60% газопропускание отсутствует (G=0), чтоговорит об отсутствии сквозных пор. Для системы с 40% содержанием матрицыПП величина газопропускания отлична от нуля, что свидетельствует о наличиесквозных пор.Из рис.15 видно, что максимальная величина газопропускания приходитсяна область составов близкой к ПВБ/ПП/ПС 55/40/5. При добавлении уже 2%ПС к бинарной смеси ПВБ/ПП фаза ПВБ начинает переходить в непрерывную.При увеличении концентрации ПС до 5% ПВБ окончательно переходит внепрерывную фазу, где размер каналов максимален, поэтому величина18www.mitht.ru/e-libraryгазопропускания в этой области максимальная. Дальнейшее увеличениеконцентрации ПС приводит к уменьшению степени дисперсности ПВБ вматрице ПП, что приводит к уменьшению коэффициента газопропускания.
Придостижении количества ПС в смеси 15% величина газопропускания выходит напостоянный уровень.Рис. 15. Зависимость коэффициента газопропускания G для пористыхпленок на основе смеси ПВБ/ПП/ПС от содержания компонента–добавки ПС всистемах с концентрацией матрицы ПП 40%.Таким образом можно изготовить пористые пленки с заданным размеровпор путем дозирования третьего полимера, которые могут использоваться, вчастности, в качестве фильтров для предварительной очистки жидкостей.3.2 Пористые волокнаПротивогазоаэрозольные (газопылезащитные) респираторы предназначеныдля защиты органов дыхания в условиях одновременного загрязненияатмосферы вредными веществами в виде паров (газов) и аэрозолей.
В этомслучае возникает необходимость использования в респираторах одновременнодвухслоевматериалов:перспективныхпротивоаэрозольногоформованныхреспираторахигазозащитного.необходимещеВиформообразующий слой. Многослойный пакет материалов будет иметьвысокоеаэродинамическоетехнологическиесопротивление,проблемыкромеизготовлениятого,существуютформованныхпротивогазоаэрозольных респираторов, связанные со скреплением слоев вединый пакет по кромке изделия.19www.mitht.ru/e-libraryУказанные трудности могут быть преодолены, если формообразующийслой будет обладать способностью поглощать пары и газа вредных веществ, т.е.выполнять одновременно две функции: служить каркасом полумаски игазозащитным слоем. Для изготовления такого слоя должны использоватьсяматериалы из полимерных волокон, пригодные для формования, нанесения наних сорбентов той или иной природы, а также обеспечивающие возможностьих надежного скрепления с противоаэрозольным и гигиеническим слоямиспособами,используемымивтехнологиипроизводствареспираторов.Разработка формообразующего материала с приемлемыми сорбционнымихарактеристиками и способностью скрепляться с другими слоями методамиультразвуковойилитермосваркипозволитизготавливатьпротивогазоаэрозольные респираторы по той же технологии, по которойизготавливаются противоаэрозольные изделия, т.е.
не будет требоватьсясамостоятельныхтехнологическихлинийипринципиальноновогооборудования.Волокна должны иметь поверхность, на которой возможно устойчивоезакрепление сорбентов различной природы. Наличие пор внутри волокна, содной стороны увеличивает их поверхность, с другой – позволяет компонентамсорбционных пропиток внедряться в объем пор и удерживаться с большейпрочностью, чем на гладком волокне.На основании проведенных исследований был выбран состав ПВБ/ПП/ПС30/40/30.б)а)Рис. 16. Микрофотографии смеси ПВБ/ПП/ПС 30/40/30 с раствореннойфазой ПВБ: а) увеличение х10000; б) увеличение х15000.20www.mitht.ru/e-libraryДаннаякомпозицияобладаетхорошимиволокнообразующимисвойствами.Волокна получали методом вытяжки из расплава с вальцов и при помощилабораторного двухшнекового экструдера.
Поры формировали селективнымрастворением фазы ПВБ. Затем отбирали средние волокна (10-100 мкм).Рис. 17. Волокна на основе смеси ПВБ/ПП/ПС 30/40/30 с нераствореннойфазой ПВБРис. 18. Пористое волокно на основе смеси ПВБ/ПП/ПС 30/40/30Для предварительной оценки эффективности использования пористыхволокон с сорбционными пропитками в системах газопоглощения применялсянаиболее простой способ нанесения сорбента на полимерное волокно – методнанесения из раствора. В качестве сорбента выбран гидрокарбонат натрия.Исследовалась степень удержания сорбента на поверхности пористого инепористого волокна. Для этого образцы подвергали нескольким цикламмеханического воздействия прокатным роликом, в результате чего частьсорбента осыпалась.
После каждого цикла измеряли содержание сорбента наволокнах.Результаты оценки представлены в таблице 6.21www.mitht.ru/e-libraryТаблица 6Содержание гидрокарбоната натрия на полимерных волокнах послемеханического воздействияКоличество цикловмеханическоговоздействия012345Содержание гидрокарбоната натрия на волокнах,% от массы волоконНа исходных волокнахНа пористых волокнах2672803397257311581057855Данные таблицы 6 показывают, что после сушки и до механическоговоздействия содержание сорбента впористых и исходных волокнах былопримерно одинаковым. Основная масса пропитки была сосредоточена впространствах между волокнами пучка и легко удалялась после первогомеханического воздействия.
После 3 циклов механического воздействия наволокнах оставался сорбент, достаточно эффективно закрепившийся на ихповерхности. Наличие пор в волокне существенно усиливает этот процесс.Устойчивое содержание сорбента на пористых волокнах (55-58%) примерно в 6раз больше, чем на исходных (8-11%).Таблица 7Сорбционные свойства полимерных волокон с нанесенным гидрокаробнатомнатрия по диоксиду серыОбъемнаяскорость потока,мл/(мин·см2)Концентрациядиоксида серы,мг/л3050751001502002500,0650,0650,0650,0650,0650,0650,065Время выхода Спр, минИсходныеПористыеволокна сволокна спропиткойпропиткой32>12015>120<1>120<11016714<122www.mitht.ru/e-libraryСорбционнаяспособностьпропитанныхволоконпроверяласьнадинамических трубках, через которые пропускался паровоздушный поток сконцентрацией диоксида серы 0,065±0,005 мг/л (6-7 ПДК).
Скоростьпоступления вещества в динамическую трубку регулировалась скоростьюпаровоздушного потока. Фиксировалось время появления на выходе издинамическойтрубкиконцентрациидиоксидасеры(проскоковойконцентрации) Спр= 0,01 мг/л (ПДК).
Результаты испытаний представлены втаблице 7.На основании результатов эксперимента расчетным путем показано, чтореспиратор из исследуемых волокон способен обеспечивать защиту отдиоксида серы при концентрациях 6-7 ПДК не менее 1 часа.Проведенные исследования показывают, что материалы из пористыхполимерных волокон, эффективно удерживающие сорбционные пропиткиразличных составов, могут использоваться при изготовлении легких газо- игазопылезащитных респираторов, а так же промышленных фильтров дляочистки выбрасываемого в атмосферу воздуха от вредных примесей.Выводы1.Сиспользованиемметодапрогнозированияфазовойморфологииразработан и исследован пористый материал с регулируемым размером пор наоснове тройной полимерной смеси ПВБ/ПП/ПС.
Показано, что наличиеразвитой системы пор в волокнах из разработанного материала позволяетсущественно увеличить устойчивое содержание наносимого сорбента иповысить поглощающие свойства материала на основе пористых волокон.2.Изготовлена установка и разработана новая методика для измерениявеличин межфазного натяжения полимеров в расплаве, необходимых дляпрогнозированиятипафазовойморфологииивыбораполимерныхкомпонентов.3.Осуществлен количественный анализ морфологии и межфазных свойствбинарных и тройных систем на основе гидрофобных полимеров ПП, ПС игидрофильного компонента ПВБ.23www.mitht.ru/e-library4.Установлено,чтодозированиемтретьегополимера(ПС)можнорегулировать степень дисперсности гидрофильного компонента, причем,добавление третьего компонента снижает концентрацию перехода фазы ПВБ внепрерывную в 1,5 - 2 раза.5.Получены пористые пленки и пористые волокна с регулируемымразмером пор с использованием метода селективной экстракции ПВБ.По теме диссертации опубликованы следующие работы1.Матвиенко А.Н., Мирошников Ю.П.
Изготовление и испытанияустановки для измерения межфазных натяжений полимеров при повышенныхтемпературах. Тезисы докладов, Первая научно-техническая конференциямолодых ученых «Наукоемкие химические технологии», Москва, МИТХТ им.М.В. Ломоносова, 2005г., №2.2.Матвиенко А.Н., Мирошников Ю.П., Измерение межфазного натяжения врасплавах смесей полимеров, «Вестник МИТХТ», Москва, МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2006г., №5.3.Матвиенко А.Н., Мирошников Ю.П. Пористые материалы на основетройных смесей полимеров. Тезисы докладов, XII Международная научнотехническая конференция, Волгоград, 2008г.4.Матвиенко А.Н., Мирошников Ю.П., Оптимизация фазовой морфологиидля пористых материалов на основе многокомпонентных смесей полимеров,,«Вестник МИТХТ», Москва, МИТХТ им.
М.В. Ломоносова, т.3, №5, 2008г.24www.mitht.ru/e-library.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
