Сорбционно-фильтрующий материал для бактериальных фильтров и способ его получения

Сорбционно-фильтрующий материал для бактериальных фильтров и способ его получения

Реферат

 

Материал на основе полимерных волокон, выполненных из политрифторстирона или полисульфона, или поли-2, 6-диметилфенилен оксида, или поли-2,6-дифенилфениленоксида, или полидифениленфталида, или полиоксидифениленфтамида, имеющих угол разориентации макромолекул в волокне не более 30 градусов, диаметр волокна 0,1 - 10 мкм и общую пористость 80 - 90%. Способ проводят путем электростатического формования из раствора полимера в органическом растворителе. 9 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к процессам фильтрационной очистки воздуха от микроорганизмов.

Известен сорбционно-фильтрующий материал для бактериальных фильтров, выполненный из борсиликатного волокна (Проспект фирмы Domnick hunter filters, 1989).

Материал выдерживает стерилизацию при температуре до 150^оС, однако его недостатком является то, что он вызывает силикоз, и поэтому не рекомендуется для использования в медицине, пищевой промышленности и пр.

Известен также сорбционно-фильтрующий материал для бактериальных фильтров, выполненный из пористого материала, например из нержавеющей стали (Проспект фирмы Pall, 1989).

Недостатком известного материала является его высокое гидродинамическое сопротивление.

Известен сорбционно-фильтрующий материал для бактериальных фильтров из пористого тетрафторэтилена (проспект фирмы Millipor, 1989).

Недостатком данного материала является также его высокое гидродинамическое сопротивление, а способ получения тетрафторэтилена в виде ультратонких волокон не известен.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является материал для фильтров бактериальной очистки воздуха из волокнистых полиакрилонитрила, полиаримата или перхлорвинила (Волокнистые фильтрующие материалы ФА, под ред. Петрянова И.В. М. 1968, с.62-63).

Недостатком вышеуказанных материалов является их невысокая термогидролитическая устойчивость и то, что они не выдерживают стерилизации острым паром при температурах выше 100^оС.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения фильтрующего материала, включающий электростатическое формование из раствора хлорированного поливинилхлорида в этилацетате или тетрагидрофуране (Wiesner, d. Erthner "Chemicke vlakna" XX,X,79, р.б. Wiesner, d. Erthner "Chemicke vlakna" XXX, 80, p.I/-прототип).

Недостатком известного способа получения является то, что получаемый материал не обладает гидpолитической устойчивостью и поэтому не поддается стерилизации острым паром.

Целью изобретения является разработка способа получения фильтрующего материала для бактериальных фильтров, обладающего высокой задерживающей способностью, низким гидродинамическим сопротивлением и высокой термогидроли- тической устойчивостью, т. е. выдерживающего стерилизацию острым паром при 120-150^оС.

Целью изобретения является также улучшение фильтрующей способности и термогидролитической устойчивости сорбционно-фильтрующего материала.

Это достигается сорбционно-фильтрующим материалом для бактериальных фильтров на основе нетканого материала из полимерных волокон, в котором полимерные волокна выполнены из политрифторстирола, или полисульфона, или полифениленоксида, или полидифениленфталида с диаметром волокон 0,1-10,0 мкм с общей пористостью 80-98% с углом разориентации макромолекул в волокне не более 30^о.

Поставленная цель достигается также способом получения сорбционно-фильтрующего материала для бактериальных фильтров, включающим электростатическое формование волокнистого нетканого материала из растворов полимера в органическом растворителе, в котором в качестве полимеров используют соединения из группы: политрифторстирол, полисульфон, полифениленоксид, полидифениленфталид, в качестве органических растворителей соединения из группы: дихлорэтан, циклогексанон, трихлорэтилен или метилэтилкетон, и формование осуществляют при динамической вязкости раствора 0,1-30 Пуаз, электропроводности раствора 10^-4 10^-7 Ом^-1, при объемной скорости раствора 10^-5 10^-1 см³/с в расчете на 1 капилляр.

При этом для формования используют раствор политрифторстирола в дихлорэтане, циклогексаноне или метилэтилкетоне при содержании полимера 3-25 мас.

Кроме того, для формования используют раствор полисульфона в дихлорэтане метилэтилкетоне или циклогексаноне при содержании полимера 5-28 мас.

Также для формования используют раствор полифениленоксида в трихлорэтилене при содержании полимера 4-24 мас.

Для формования используют также полидифениленфталид в циклогексаноне или дихлорэтане при содержании полимера 5-30 мас.

После формования материал подвергают вакуумированию до удаления растворителя.

После формования материал также подвергают термообработке при 100-450^оС в течение 5-60 мин.

После формования материал подвергают прессованию при давлении 10-200 кгс/см² в течение 1-20 мин.

После формования материал подвергают последовательной термообработке, прессованию и вакуумированию.

Предлагаемый сорбционно-фильтрующий материал обладает высокой фильтрующей способностью, а также высокой термогидролитической устойчивостью, позволяющей использовать его для фильтрации воздуха, содержащего микроорганизмы с последующей стерилизацией фильтров острым паром при температуре 120-150^оС.

При создании технологии получения сорбционно-фильтрующего материала была установлена следующая закономерность.

Ультратонкие волокна с размером порядка 1 мкм более интенсивно реагируют на воздействие агрессивных сpед, чем пленки и толстые волокна из тех же полимеров, что связано с лучшей доступностью микромолекул агрессивной среде. Водяной пар при избыточном давлении более 2 кгс/см² и температуре более 120^оС является одной из наиболее агрессивных сред. Молекулы воды оказывают одновременно пластифицирующее и гидролизующее воздействие на полимер. Поэтому, чтобы затруднить диффузию молекул воды, микромолекулы в волокне должны быть в ориентированном состоянии, что позволяет достигнуть для таких некристаллизующихся полимеров как политрифторстирол, полифениленоксид, полисульфат и полидифениленфталид только сухое формование в электростатическом поле при высоких сдвиговых деформациях. Предлагаемая технология получения сорбционно-фильтрующего материала позволяет получить угол разориентации макромолекул в волокне не более 30^о, что одновременно с предлагаемым диаметром волокна и видом полимеров и растворителей позволяет придать материалу требуемые свойства.

П р и м е р 1. Приготавливают прядильный раствор на основе политрифторстирола в дихлорэтане с концентрацией полимера 7,3 мас. с вязкостью раствора 2,6 Пуаз, электропроводностью 5 10^-6 Ом^-1 см^-1. Затем проводят формование полимерного материала в электростатическом поле при разности потенциалов 25 кВ и объемном расходе прядильного раствора 210^-3 см³/с с одного капилляра. Получают на металлическом заземленном электроде равномерный волокнистый слой из ультратонких волокон со средним размером волокна 1 мкм. В полученном материале угол разориентации макромолекул в волокне составляет 26^о.

П р и м е р 2. Материал, полученный по примеру 1, дополнительно прессуют при давлении 30 кг/см² и температуре 120^оС для придания ему механической прочности и уменьшении толщины.

П р и м е р 3. Материал, полученный по примеру 1 и 2 наматывают на каркас бактериального фильтр-элемента и проводят многократную обработку острым паром в автоклаве при 120^оС, 100 ч (50 циклов по 2 ч). При этом все фильтрующие и механические характеристики остаются на первоначальном уровне, а именно: коффициент проскока частиц масляного тумана с диаметром 0,3 мкм при скорости фильтрации 1 см/с составляет 0,001% аэродинамическое сопротивление 63 Па, разрывная длина материала 0,4 км при относительном удлинении 30% Готовый в сборке бактериальный фильтр герметично устанавливается в дыхательной системе емкостей для хранения соков в линиях асептического хранения пищевых продуктов. Вся линия, состоящая из емкостей трубопроводов, вентилей и фильтров, обрабатывается острым паром в потоке при температуре 120^оС в течение 2 ч для обесиложивания оборудования. После чего в емкость заливают стерильный сок и обеспечивают его хранение в стерильных условиях благодаря дыханию емкости через высокоэффективный фильтр.

После разгрузки емкости вся линия, включая фильтр, подвергается повторной стерилизации острым паром при температуре 120^оС и готовка к повторному использованию. Цикл повторяется многократно.

Примеры на получение других материалов и их характеристики при испытаниях представлены в таблице.

При использовании предлагаемого технического решения могут быть получены следующие преимущества: высокоэффективность бактериальных фильтров при низком гидродинамическом сопротивлении; многократная стерилизация острым паром в протоке или автоклавированием при температурах 120-150^оС; экологическая чистота; возможность решения создания чистых технологий, в которых обязательным процессом является бактериальная очистка воздуха от микроорганизмов (чистые животных и растения); применение бактериальных фильтров в ингаляционной технике и хирургический приборах.

Формула изобретения

1. Сорбционно-фильтрующий материал для бактериальных фильтров на основе нетканого материала из полимерных волокон, отличающийся тем, что, с целью снижения термоусадки при сохранении физико-механических характеристик и фильтрующей способности при температуре до 150^oС на высоком уровне, полимерные волокна выполнены из политрифторстирола или полисульфона на основе бис-фенола А и 4,4-дихлорфенилсульфона, или поли-2,6-диметилфениленоксида, или поли-2,6-дифенилфениленоксида, или полидифениленфталида, или полиоксидифениленфталида, и имеет угол разориентации макромолекул к волокне не более 30 градусов, диаметр волокна 0,1 - 10 мкм и общую пористость 80 - 98%.

2. Способ получения сорбционно-фильтрующего материала для бактериальных фильтров, включающий электростатическое формование волокнистого нетканого материала из раствора полимера в органическом растворителе, отличающийся тем, что, с целью снижения термоусадки при сохранении физико-механических характеристик и фильтрующей способности при температуре до 150^oС на высоком уровне, за счет обеспечения возможности ориентации микромолекул в волокне, в качестве полимеров используют соединения, выбранные из группы: политрифторстирол, или полисульфон на основе бисфенола А и 4,4-дихлордифенилоксида, или поли-2,6-диметилфениленоксид, или поли-2,6-дифенифениленоксид, или полидифениленфталид, или полиоксидифениленфталид, в качестве органических растворителей используют соединения из группы дихлорэтан, циклогексанон, трихлорэтилен, метилэтилкетон и формование осуществляют при динамической вязкости раствора 0,1 - 30 Пуаз, электропроводности раствора 10^-4 - 10^-7 Ом^-1см^-1 при объемной скорости раствора 10^-5 - 10^-1 см³/с в расчете на один капилляр.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для формования используют раствор политрифторстирола в дихлорэтане, циклогексаноне или метилэтилкетоне при содержании полимера 3 - 25 мас.%.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что для формования используют раствор полисульфона на основе бисфенола А и 4,4-дихлордифенилоксида в дихлорэтане или циклогексаноне при содержании полимера 5 - 28 мас.%.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что для формования используют раствор поли-2,6-диметилфениленоксида или поли-2,6-дифенилфениленоксида в трихлорэтане при содержании 4 - 24 мас.%.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что для формования используют раствор полидифениленфталида или полиоксидифениленфталида в циклогексаноне или дихлорэтане при содержании полимера 5 - 30 мас.%.

7. Способ по пп.2 - 6, отличающийся тем, что после формования материал подвергают вакуумированию до удаления растворителя.

8. Способ по пп.2 - 6, отличающийся тем, что после формования материал подвергают термообработке при 110 - 450^oС в течение 5 - 60 мин.

9. Способ по пп.2 - 6, отличающийся тем, что после формования материал подвергают прессованию при давлении 10 - 200 кгс/см² в течение 1 - 20 мин.

10. Способ по пп.2 - 6, отличающийся тем, что после формования материал подвергают термообработке, прессованию и вакуумированию.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6