Технологічний процес (проект ) виробництва ультратонких синтетичних волокон, складом ПП/ПВС, з нанодобавкою Ag/SiO2

ЗМІСТ

1. ВСТУП………………………………………………………………………………..3

2. ХАРАКТЕРИСТИКА СИРОВИНИ І МАРІАЛІВ …………………….………..…5

3. ОПИС І ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ ОДЕРЖАННЯ  ФІЛЬТРІВ……………………………………………………………………………….9

4. РОЗРАХУНОК ПИТОМИХ НОРМ СИРОВИНИ………………………………12

5.  ВИСНОВКИ ……………………………………………………………………….15

6. ЛІТЕРАТУРА ………………………………………………………………….…...16

 

1. ВСТУП

На сьогоднішній час актуальною задачею є проведення теоретичних  і експериментальних досліджень, які дають можливість акцентувати  принципово нові шляхи отримання  матеріалів з заданими властивостями, створення і використання в промисловості нових безвідходних, енергоємких і екологічно чистих технологій.

В останнє десятиліття зростає  інтерес до сумішей полімерів. Це обумовлено тим, що змішування двох чи більше полімерів  - ефективний метод модифікації полімерів, який дає можливість отримувати вироби з покращеними властивостями, які значно відрізняються від властивостей компонентів суміші. [ 1]

Використання сумішей полімерів  відкриває суттєво новий шлях  отримання волокон малого діаметру (від декількох мікрометрів до десятих частин мікрометру) – ультратонких синтетичних волокон та мікроволокон . При цьому на відміну від звичайно прийнятих способів формування хімічних волокон комплексна нитка із десятків і сотень тисяч мікроволокон утворюється в результаті продавлювання розплаву суміші через один отвір. Після екстрагування із затверднувшого екструдату одного з компонентів суміші (матричний полімер),інший компонент залишається у вигляді пучка (комплексної нитки) найтонших волокон , строго орієнтованих вздовж осі екструзії. Це явище було виявлено в 1954 році хіміками фірми Du Pont запатентовано в 1968 р. Експерементальні дані свідчать про те, що при течії розплаву суміші полімерів через формуючий отвір акти волокноутворення реалізуються не як звичайно, після виходу розплаву з фільєри, а ще у вхідну зону.

В зв’язку з розвитком атомної  енергетики, радіоелектроніки, промислової  мікробіології і хіміко – фармацевтичних підприємств, виникла необхідність створення фільтрів, здатних  забезпечити тонку очистку великих об’ємів газів і повітря від твердих частинок всіх розмірів, включаючи субмікронні. Київським національним університетом легкої промисловості в результаті досліджень була розроблена технологія отримання нетканих матеріалів у вигляді одного шару  ультратонких синтетичних волокон при екструзії розплаву суміші двох полімерів в умовах , за яких реалізується явище «специфічного» волокноутворення.  

В практиці цінність «специфічного» волокноутворення полягає в тому, що воно дає можливість простим способом отримувати пучок чи комплексну нитку з десятків і сотень тисяч мікроволокон - при формуванні через фільєру з одним циліндричним отвором, і нетканий матеріал у вигляді полотна в випадку формування через плоскощільну  фільєру. Таким способом можуть бути отримані фільтруючі матеріали практично з будь-якого полімеру, здатного переходити у в’язкотекучий стан без розкладу. Для надання волокну бактерицидних властивостей додається нанодобавка Ag/SiO2.

При одержанні ультратонких волокон  шляхом переробки розплавів сумішей полімерів відпадає необхідність в фільєрах малого діаметру, стає можливою переробка полімерів великої молекулярної маси і обмеженої термостійкості. В виробах з неекстрагованою матрицею виявляється ефект армування через високу орієнтацію мікроволокон в напрямку осі. Такі мікроволокна характеризуються приємним грифом, високою м’якістю без проведення спеціальних способів текстурування і надання звивистості. Текстильні матеріали на їх основі дуже м’які і об’ємні. Завдяки специфічним властивостям ці волокна використовуються в Японії у виробництві штучної замші і можуть бути використані для мікрофільтрації рідких та газових середовищ.

Технологія виготовлення фільтрів для питної води відома вже давно.Чернігівський завод випускає цілий спектр фільтрів для фільтрації води, проте вони не мають бактерицидних і обеззаражуючих властивостей, тому в даному курсовому проекті пропонується застосування нанодобавки Ag/SiO2, яка задовольняє такі потреби.

Фільтруючі матеріали на основі ультратонких синтетичних волокон використовуються всюди, де потрібне прецизійна чистка технологічного середовища.

 

МЕТА : спроектувати і розрахувати експериментальний цех виробництва 100 000 фільтрів на основі поліпропіленових мікроволокон наповнених нанодобавкою Ag/SiO2.

 

2.  ХАРАКТЕРИСТИКА СИРОВИНИ

2.1 поліпропілен (ПП)                                                      Табл.1.

     Характеристика  поліпропілену

Полімер	Хімічна будова	Стандарт	Виробник
ПП	[-CH2-CH(CH3)-]n	ТУ У24.1-32359181- 001:2005	Лисичанський хім.завод

 

. Табл.2

Реологічні властивості розплаву поліпропілену   

Полімер	Тпл.,	В’язкість, Па с, при Па	Розбухання екструдату	Режим течії         «n»
ПП	169	270	1,6	2,0

 

Вибір поліпропілену, як волокноутворюючого компоненту суміші пояснюється наступним. Поліпропілен є багатотоннажним  промисловим полімером, який дуже широко використовується у багатьох галузях , в тому числі і для одержання  волокон. За об’ємами виробництва поліпропіленові волокна займають друге місце після поліефірних. Це пов’язано з дешевизною полімеру і волокон, простотою екологічно чистої технології формування волокон ( відсутністю шкідливих викидів у воду, повітря, літосферу). ПП волокна мають багато цінних властивостей (високі міцність, початковий модуль, стійкість до стирання, висока хімічна стійкість, фізіологічна нешкідливість, від’ємний заряд) та інше.

Поліпропілен хемостійкий, термопластичний матеріал. Характеристика та реологічні властивості розплаву ПП наведені в табл. 1. та табл. 2. В органічних розчинниках ПП при кімнатній температурі набухає в незначній мірі. Вище 100^о  С він розчиняється в ароматичних вуглеводнях, таких як бензол, толуол.

Внаслідок наявності третинних вуглецевих атомів ПП більш чутливий до дії кисню, особливо при підвищених температурах. Цим і пояснюється значно більша схильність ПП до старіння порівняно з поліетиленом. Старіння поліпропілену протікає з більшою швидкістю і супроводжується різким погіршенням механічних властивостей. Тому поліпропілен використовується тільки в стабілізованому вигляді. Стійкість до розтріскування в 20% розчині емульгатора ОП-7 при 50^о  С для поліпропілену з показником текучості 0,5-2,0 г/10хв, що знаходився в напружених умовах більше 2000 годин.

Поліпропілен одержують  полімеризацією пропілену в присутності метало комплексних каталізаторів Циглера – Натта (наприклад суміш TiCI4 iAlR3).

 

2.2 нанодобавка Ag/SiO₂

Табл.3

                                  Характеристика нанодобавки Ag/SiO₂   

Хімічна формула	Sпит. основного     оксиду,М2/Г	Вмість модифікатора на поверхні основного оксиду мкг/м2	Sпит. комбінованої нанодобавки, /г
Ag/SiO2	320	32,5	292

 

 Використання бінарних добавок, зокрема Ag/SiO₂, обумовлено не лише бактерицидною активністю окремих компонентів, а й синергізмом властивостей. Також не останнім фактором вибору бінарної добавки з сріблом саме в наностані є висока токсичність срібла у вигляді колоїдів та йонів (клас небезпеки 2 за санітарно-токсикологічною ознакою шкідливості, що на рівні з миш’яком та ціанідом). Характеристика нанодобавки Ag/SiO₂  наведена в табл.3.

Для одержання комбінованої добавки Ag/SiO₂ брали пірогенний кремнезем марки Біосил з величиною питомої поверхні 320 м²/г виробництва Калуського експериментального заводу (ТУ У 24.6–05540209–003–2003). Методика одержання комбінованої добавки базувалось на відновленні глюкозою іонів Ag⁺ з нанесеного на поверхню частинок кремнезему нітрату срібла. З метою запобігання агрегуванню модифікованого сріблом кремнезему нанесення нітрату срібла здійснювали із його водно-спиртового розчину. Висушування відділеного від розчину модифікованого кремнезему проводили спочатку на повітрі за кімнатної температури впродовж 40 год при перемішуванні, потім – у сушильній шафі за температури 55º С впродовж 3 год. Термообробку здійснювали в муфельній печі за температури 550º С протягом 30 хв. Такий температурний режим було вибрано після аналізу термограм розкладу висушеного модифікованого нітратом срібла кремнезему. [ 2]

 

2.3 СПА

Матричний полімер СПА (співполімер 50% капролактаму і 50 % гексаметиленадипінату) відповідає таким важливим вимогам, як : нетоксичність, здатність  перероблятися при тих же технологічних умовах, що і волокно утворюючий полімер (ПП). СПА має необхідні реологічні властивості для протікання процесу специфічного волокноутворення. Головним чинником при виборі СПА є його розчинність в нетоксичному доступному розчиннику – етиловому спирті. Останнє є необхідною властивістю матричного полімеру, який використовується в процесі специфічного волокноутворення. Характеристика та реологічні властивості розплаву СПА наведені в табл. 4.  і табл. 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Табл.4.

Характеристика СПА

Полімер	Хімічна будова	Стандарт	Виробник
СПА	[-NHRCO-NHR’CO-]n	ОСТ 6-05-438-88 марка ПА-6/66-3	Уральське ВО «Пластик»

 

Табл.5.

Реологічні властивості  розплаву  СПА 

Полімер	Тпл.,	В’язкість, Па с, при Па	Розбухання екструдату	Режим течії         «n»
СПА	166	720	1,5	1,2

 

*   – напруга зсуву

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ОПИС І ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ

                                       ОДЕРЖАННЯ  ФІЛЬТРІВ

В даному розділі описані властивості і області застосування фільтрів з фільтруюючим матеріалом на основі ультратонких синтетичних волокон.

Основні стадії технологічного процесу  наведені нижче :

- змішування полімерів;

- отримання композиційної плівки з розплаву суміші полімерів;

- гофрування композиційної плівки ;

- складання фільтруючого патронного елементу;

Рис.1. Технологічна схема отримання фільтрів на основі ультратонких синтетичних волокон.

1 – змішувач типу «хмільна бочка»; 2 – проміжний бункер, 3 – вакуум-барабанна сушарка; 4 – дозатор Ag/SiO2; 5 – дисковий екструдер; 6,10 – ванна для охолодження; 7- рубильний станок; 8 - черв’ячного екструдер 4П = 45х25;                9- плоскощільова головка ; 11 – приймально – витяжний пристрій; 12 – намоточний пристрій; 13 – гофрувальний станок; 14 – стенд зборки фільтруючих елементів;       15 – екстрактор; 16 – стенд для випробовування фільтруючих елементів;                   17 – стіл для упаковки та маркерування.

Гранули волокноутворюючого і матричного компонентів в певному співідношенні (нап. 30/70 ) змішуюються в змішувачі типу «хмільна бочка» 1.Суміш полімерів пневмотранспортером направляється в бункер 2 ,потім  висушуються в барабанній вакуумній сушарці 3 до одержання летких  0,05 % (масс.), через дозатор 4 подається нанодобавка.За допомогою дискового екструдера 5 досягається потрібна степінь диспергування полімеру дисперсної фази матриці. Витікаючі струмені розплаву суміші охолоджуються в водяній ванні 6, тверднуть і подрібнюються за допомогою рубильного пристрою  7.

Висушені гранули суміші переробляють в плівку за допомогою черв’ячного екструдера 8 і плоскощільової головки 9. Плівка охолоджується водою в ванні 10 і приймається через тягнучі валки 11 на барабан 12. Композиційна плівка з суміші двох полімерів  поступає наділянку зборки 14 патронного фільтруючого елементу. При отриманні фільтру з розвиненою поверхнею проводиться гофрування на гофрувальному станку 13. Зборка фільтру являє собою операцію закріплення композиційної плівки на перфорованому каркасі і герметизацію торців. Зібраний фільтруючий елемент вміщують в екстрактор 15 для розчинення матричного полімеру і отримання фільтруючого шару з мікроволокон. При застосуванні в якості матричного полімеру СПА, то  в якості розчинника  застосовують етанол. Готові фільтри перевіряють на герметичність , оцінюють їх ефективність і продуктивність на стенді випробувань 16, упаковують кожен елемент окремо і комплектують партії для відправки споживачу. Параметри процесу наведені в табл.6.