Введение к работе
Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки новых материалов, обладающих комплексом высоких функциональных свойств.
Возрастающие масштабы загрязнения окружающей среды требуют * создания новых и совершенствования известных способов очистки воды от нежелательных примесей. Нетканые материалц фильтровального назначения применяют для очистки газообразных и жидких сред путем механического улавливания нерастворимых и твердофазных частиц. Создание нетканых материалов, обладающих наряду с высокими фильтрующими характеристиками способностью к сорбции растворимых примесей, является актуальной задачей. Это обусловливает необходимость разработки технологии сорбционно-активных нетканых материалов.
Автор защищает:
применение водных растворов гелеобразующих полимеров в составе пропиточных композиций для получения нетканых материалов (НМ) методом импрегнирования волокнистых холстов;
способ приготовления наполненных пропиточных композиций на основе дисперсий или растворов полимеров и твердых наполнителей-сорбентов с использованием волновой технологии;
составы композиций из дисперсий или водных растворов полимеров и сорбентов для получения клееных НМ, обладающих способностью отфильтровывать твердофазные примеси в сочетании со способностью к сорбции (в зависимости от природы полимера-связующего и сорбента) различных примесей из водных сред: органические растворители, поверхностно-активные вещества (ПАВ), нефтепродукты, ионы тяжелых металлов, микроорганизмы;
технологию НМ путем импрегнирования волокнистых холстов » композициями на основе безэмульгаторных полиакриловых латексов или водных растворов гелеобразующих полимеров без введения дополнительных агентов; 1
технологию НМ с использованием виброобработанных наполненных композиций, содержащих гелеобразующие полимеры.
Цель работы: разработка технологии нетканых материалов, сочетающих высокие фильтрующие и сорбционные свойства по отношению к твердофазным и растворимым примесям в водных средах.
Задачи исследований. Исходя из поставленной цели, в работе решались следующие задачи:
анализ современного состояния научных исследований в области фильтровальных и сорбционно-активных материалов для очистки водных сред от нежелательных примесей;
оценка существующих технологий получения фильтровальных материалов и обоснование выбора компонентов в пропиточных jrv композициях для производства нетканых материалов, обладающие) *\
фильтровальными свойствами в сочетании с сорбционной активностью;
поиск и разработка составов пропиточных композиций с минимальным количеством компонентов, обеспечивающих необходимые технологические и эксплуатационные свойства нетканых материалов;
исследование и выбор условий составления агрегативно устойчивых пропиточных композиций на основе разных дисперсий и растворов полимеров и наполнителей-сорбентов;
разработка технологии нетканых материалов с использованием пропиточных композиций, содержащих различные полимерные связующие и наполнители-сорбенты, а также исследование их технологических и функциональных свойств;
исследование и выбор оптимальных составов композиций для получения нетканых материалов, обладающих высокими фильтровальными свойствами в сочетании с сорбционной активностью по отношению к различным примесям в водных средах.
Методика проведения исследований. Степень дисперсности и распределение частиц дисперсной фазы по размерам в латексных композициях и в композициях на основе гелеобразующих полимеров оценивали с помощью светового микроскопа и метода лазерной автокорреляционной спектроскопии.
Волновую обработку пропиточных композиций проводили с использованием вибростенда ЭДВК-250.
При изучении влияния волнового воздействия на свойства полимеров и пропиточных композиций использовали методы световой и электронной микроскопии и седиментационного анализа.
Физико-механические и эксплуатационные свойства нетканых материалов оценивали стандартными методами.
Для оптимизации составов связующих и условий их приготовления использовали методы математического планирования и анализа эксперимента.
При изучении сорбционных свойств материалов использовали методы ИК-спектроскопии, атомно-эмиссионной спектрометрии, сталагмометрический метод, методику определения избирательной сорбции микроорганизмов.
Научная новизна работы:
показана возможность использования водных растворов гелеобразующих полимеров в качестве связующих при пропитке волокнистых холстов в процессе получения нетканых материалов;
установлено, что использование механоактивации в процессе приготовления наполненной пропиточной композиции путем волновой обработки ее позволяет не только повысить степень дисперсности наполнителя и агрегативную устойчивость композиции, но и получать прочные нетканые материалы с равномерным распределением наполнителя по объему материала;
предложено использование безэмульгаторных латексов и водорастворимых гелеобразующих полимеров в сочетании с волновой
обработкой пропиточных композиций для разработки , новой технологии наполненных НМ с повышенными технологическими и эксплуатационными свойствами;
установлено, что ненаполненные НМ, импрегнированные композициями, содержащими как безэмульгаторные полиакриловые латексы, так и водные растворы полимеров, обладают помимо способности отфильтровывать твердофазные примеси способностью сорбировать из водных сред различные вещества в зависимости от природы полимера-связующего;
показано, что применение в составе наполненной пропиточной композиции в качестве полимера связующего водного раствора полимера вместо латекса позволяет существенно изменить соотношение полимер : сорбент в конечном НМ в сторону сорбента (от 2:1 до 1: 10, соответственно), что дает возможность управлять эффективностью сорбции тех или иных веществ из водных сред; научно обоснованы принципы выбора нетканого сорбционно-активного материала для очистки водных сред от конкретных примесей; показана перспективность разработанных наполненных НМ, при эксплуатации которых в водной среде отсутствует выделение каких-либо веществ (наполнитель, ПАВ, и др.), для применения их при очистке пищевых сред и в составе медицинских перевязочных средств.
Практическая значимость работы
разработана технология наполненных ИМ с использованием новых пропиточных композиций на основе водорастворимых гелеобразующих полимеров и безэмульгаторных латексов с использованием традиционного промышленного оборудования; применение разработанных пропиточных композиций позволяет получать НМ, при изготовлении и эксплуатации которых не выделяются ПАВ, что позволяет в технологическом процессе получения НМ исключить стадию очистки сточных вод от ПАВ; при получении НМ на основе композиций, содержащих водшые растворы полимеров, расход полимера связующего снижается в Ю-ЯОО раз по сравнению с технологией получения НМ на основе латексных связующих;
разработана новая технология наполненных НМ с использованием волновой обработки пропиточной композиции, обладающих наряду с фильтрующей способностью также сорбционной активностью в отношении растворимых примесей в водных средах; разработанные НМ позволяют: расширить ассортимент НМ; проводить «тонкую» доочистку сточных вод различных производств за счет повышения степени очистки от механических примесей и сорбции растворенных примесей (органических растворителей, фенола, нефтепродуктов, ПАВ, ионов металлов). Такие НМ были испытаны с положительным результатом при очистке сточных вод лакокрасочных * производств от о-ксилола (заключение ООО «Спектр-лакокраска»);
- нетканые материалы на основе полиакриловой кислоты (ПАК) и активированного угля были рекомендованы к использованию в составе медицинских перевязочных средств для сорбции микроорганизмов и прошли испытания с положительным результатом в Институте хирургии им. А.В. Вишневского РАМН.
Апробация работы
Результаты работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2005), Иваново, ИГТА, 2005 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-2005», Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2005 г.; V Международной конференции «Современные подходы к разработке и клиническому применению перевязочных средств, шовных материалов и полимерных имплантатов», Москва, ИХ им. А.В. Вишневского РАМН, 2005 г.; I Международной научно-практической конференции «Нанотехнологии в индустрии текстиля», Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2006 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-2006», Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2006 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-2007», Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2007 г.; Научной сессии «Экологические проблемы производства и потребления поверхностно-активных веществ», Москва, МНЭПУ, 2007 г.; 24-ом симпозиуме по реологии, Карачарово, 2008 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 3 патента и 3 научных статьи.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена в 6 главах, с выводами на ' страницах печатного текста и содержит рисунков, таблицы, список использованных литературных источников из наименований и приложений на стр.
