Химические защитные покрытия

Химические защитные покрытия

Реферат

 

Изобретение относится к химическим защитным покрытиям. Защитное покрытие включает избирательно проницаемый слой, содержит полиаминополимер, где, по меньшей мере, 10% аминогрупп полиаминополимера являются группами амин-кислота, где кислотные составляющие указанных групп амин-кислота имеют рК_а менее 6,4, имеет скорость прохождения паров воды, по меньшей мере, 2000 г/(м² сутки), проницаемость для бис-2-хлорэтилсульфида 0,02 см/с или менее при относительной влажности 80% и может являться основой для создания защитной спецодежды и аксессуаров. Изобретение позволяет пропускать большое количество воды и способно существенно ограничивать прохождение вредных или опасных химических веществ. 8 с. и 45 з.п. ф-лы, 19 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к химическим защитным покрытиям. Конкретнее, изобретение относится к материалам и изделиям, которые можно использовать для защиты персонала или того, что защищает покрытия от вредных или опасных химических веществ в форме паров, аэрозолей или частиц. Химические защитные покрытия по изобретению подходят, в частности, для таких применений как одежда, палатки, спальные мешки и т.п.

Предпосылки создания изобретения

Химические защитные покрытия предназначаются для предотвращения соприкосновения химических веществ, в опасных количествах существующих во внешней окружающей среде, с пользователем или владельцем, или тем, что защищает указанные материалы.

Химическую защитную спецодежду носят тогда, когда в окружающей среде может присутствовать потенциальная опасность воздействия на индивидуума опасных или вредных химических веществ. Исторически материалы, используемые для защитной спецодежды, стояли перед выбором между защитой или комфортом. Иными словами, материалы с лучшими защитными свойствами были неприемлемо дискомфортными, а материалы, являющиеся удовлетворительными по комфорту, не обеспечивали приемлемой защиты.

Например, один из подходов, известных в технике, состоит в помещении между пользователем и вредной окружающей средой материала, как правило, относящегося к "непроницаемым" материалам. Подходящий материал такого типа будет показывать низкую проницаемость для опасных химических веществ и будет все еще достаточно мягким для использования в одежде или другом изделии для применения в качестве одежды. Примером такого подхода может быть перчатка с использованием бутилкаучука в качестве барьера для опасных химических веществ.

Хотя такие материалы могут обеспечить адекватную защиту от опасных химических веществ за счет существенного ограничения пропускания таких веществ, они также характеризуются предотвращением пропускания паров воды. Материал, который в высокой степени предотвращает пропускание паров воды, называется воздухонепроницаемым.

При использовании в качестве защитной спецодежды для людей воздухонепроницаемые материалы задерживают процесс рассеивания тепла человеческого тела, обычно достигаемого через испарение пота. Без существенного пропускания паров воды или воздухопроницаемости продолжительное применение таких материалов может привести к непереносимому дискомфорту и даже смерти носящего такую одежду. Дискомфорт сначала будет возникать из-за высокой влажности, генерируемой пользователем в таком защитном покрытии, с последующими тепловыми стрессами, вызываемыми у пользователя из-за отсутствия охлаждения путем испарения. Это может привести к тепловому удару и даже смерти. Таким образом, указанные типы материалов часто могут обеспечить удовлетворительную защиту будучи неудовлетворительными по комфорту. Такие проблемные свойства воздухонепроницаемых защитных материалов для покрытий делают их неподходящими для чего-либо иного, кроме кратковременного использования или защиты ограниченной зоны действия.

Напротив, многие материалы для покрытий, пропускающие пары воды в существенной степени, например многие тканые текстильные или нетканые полиолефиновые материалы, не обеспечивают должных уровней защиты от опасных или вредных химических веществ. Иными словами, материалы таких типов могут предоставить удовлетворительный комфорт, но неудовлетворительную защиту.

Прилагается много усилий, направленных на достижение более благоприятного компромисса между защитой и комфортом.

Одно из таких усилий, известных в технике, заключается в применении адсорбционных материалов, размещаемых между пользователем и загрязненной окружающей средой, как описывается в патенте США 4510193, Blucher, Blucher and de Ruiter.

Абсорбционные химические защитные системы работают путем поглощения опасных жидкостей и паров сорбентами, причем таким образом предотвращается соприкосновение с защищаемым объектом. Одной из ограничительных характеристик сорбентов является то, что они обладают ограниченной способностью поглощать химические вещества. Другой ограничительной характеристикой сорбентов является то, что они будут неизбирательно поглощать различные химические вещества, в защите от которых нет необходимости, причем таким образом снижается полезная способность поглощать химические вещества, для защиты от которых сорбенты и предназначены.

Свойства ограниченной способности и неизбирательного поглощения адсорбционных систем ограничивают продолжительность их применения и хранения. Адсорбционные системы на воздухе будут начинать поглощать присутствующие в атмосфере загрязнения в виде паров различных химических веществ, причем таким образом со временем постепенно снижается их полезная поглощающая способность. Это обстоятельство ограничивает продолжительность применения. Такой процесс даже может происходить, когда адсорбционные системы хранятся в запаянной упаковке в течение длительных промежутков времени. Это ограничивает срок хранения таких материалов.

Кроме того, свойства ограниченной способности и неизбирательного поглощения адсорбционных систем требуют включения относительно большого количества сорбционных элементов в химическое защитное покрытие для того, чтобы добиться и поддерживать адекватные уровни защиты. Это может привести к созданию толстых и тяжелых барьерных систем, которые могут иметь высокое сопротивление переносу тепла и влаги и могут вызывать нежелательные физиологические стрессы у пользователя. Таким образом, адсорбционные системы также ограничиваются противоречием между защитой и комфортом.

Кроме того, повышенный объем и масса также являются нежелательными характеристиками для упаковки, хранения, обращения и транспортировки таких материалов.

Более предпочтительный подход к созданию химических защитных материалов, обеспечивающих удовлетворительные комфорт и защиту, опирается на применение избирательно проницаемых материалов. Материалы, являющиеся избирательно проницаемыми, обнаруживают существенно предпочтительную проницаемость для определенных видов химических веществ. Такой подход может позволить создать защитные материалы, облегчающие пропускание нужных химических веществ, причем в то же время ограничивается прохождение нежелательных химических веществ. В частности, для предметов химической защитной спецодежды был бы желателен избирательно проницаемый материал, преимущественно проницаемый для паров воды по сравнению с вредными или опасными парами. Иными словами, проницаемость для паров воды должна быть существенно выше, чем проницаемость для вредных или опасных паров. Это может обеспечить основу для защитных материалов, которые будут комфортабельными и одновременно обладать хорошими защитными свойствами, так как защитная функция избирательно проницаемых материалов не зависит от сорбции химических веществ, они не связываются ограничениями, присущими адсорбционным системам. В отличие от адсорбционных систем, для которых характерны значительная масса и толщина соответствующих материалов для обеспечения адекватной и продолжительной защиты, избирательно проницаемые материалы, свободные от указанных ограничений, могут быть исключительно тонкими и легкими. Это облегчает создание значительно менее объемной и более легкой одежды и аксессуаров.

Независимо от типа используемого защитного материала, он в равной степени используется в различных и часто меняющихся условиях влажности и температуры. Например, пользователь предмета защитной одежды будет выделять тепло и влагу под защитным материалом в зависимости от физиологических стрессов, вызываемых у пользователя. Внешние для защитного материала условия будут изменяться из-за природных мотиваций, таких как погодные условия, или условий, на которые влияет человек, таких, какие можно обнаружить в средстве передвижения или созданной человеком структуре. Таким образом, следует ожидать, что на защитный материал во время его применения будет воздействовать широкий спектр условий, которые следует учитывать при создании и применении любого защитного материала.

Такие условия могут влиять на эксплуатационные характеристики избирательно проницаемых материалов. Избирательно проницаемые материалы, обладающие нужным качеством высокой водопаропроницаемости, как правило, представляют собой гидрофильные полимеры. Как на таковые, на содержание влаги в них будет влиять относительная влажность окружающей их атмосферы. Так как относительная влажность атмосферы, окружающей такой избирательно проницаемый материал, изменяется, содержание влаги в избирательно проницаемом материале также будет изменяться. Вообще отмечается, что такие материалы являются более проницаемыми для паров многих химических веществ при высокой относительной влажности и, наоборот, являются менее проницаемыми для паров многих химических веществ при низкой относительной влажности. Таким образом, когда такие материалы используют в качестве химически защитных материалов, важно рассматривать характеристики таких материалов в широком интервале относительной влажности, которую следует ожидать во время применения. В частности, важно учитывать проникновение вредных или опасных химических веществ в условиях высокой влажности. Высокое сопротивление проницанию паров химических веществ в условиях умеренной относительной влажности может оказаться нехарактерным свойством в условиях повышенной относительной влажности.

Для рассматриваемых случаев применения было бы желательно снизить проницаемость для паров вредных или опасных химических веществ, в частности, при высокой относительной влажности, без нежелательного уменьшения проницаемости для паров воды. Подобным образом, было бы желательным повышение проницаемости для паров воды без нежелательного повышения проницаемости для паров вредных или опасных химических веществ, в частности, при высокой относительной влажности.

Таким образом, наиболее полезные для защитных изделий избирательно проницаемые материалы должны обеспечивать хорошую воздухопроницаемость и одновременно обеспечивать низкую проницаемость для вредных или опасных химических веществ, в частности, в тяжелых условиях высокой относительной влажности. Кроме того, желательно улучшение воздухопроницаемости таких материалов без существенного снижения их защитных характеристик и улучшение их защитных характеристик без существенного снижения их воздухопроницаемости.

Исследовался ряд материалов для общего использования при таких применениях. К ним относятся многие пленочные материалы, получаемые с использованием полимеров на основе целлюлозы, такие, какие описываются в патенте США 5743775, Ulrich Baurmeister, принадлежащем Akzo Nobel NV, а также пористые полиамидные пленочные материалы, описываемые в патенте США 5824405, Lloyd Steven White, принадлежащем W.R. Grace & Co. Также утверждается, что хорошей воздухопроницаемости и хорошего сопротивления опасным химическим веществам можно достичь при некоторых условиях с использованием защитного материала на основе полиалкилениминов, как описывается в патенте США 5391426, Huey S. Wu. Однако характеристики химической проницаемости каждого из указанных материалов являются повышенными при относительно низкой влажности, там где не представлен интервал условий, которые могут встретиться при использовании. Рабочие характеристики таких материалов будут ограничиваться компромиссом между защитой и комфортом, в частности, при повышенной относительной влажности.

Краткое изложение сущности изобретения

Обнаружилось, что рабочие характеристики избирательно проницаемого материала на основе полиамина можно значительно усилить путем включения в полиамин групп амин-кислота. Выяснилось, что скорость прохождения паров воды можно существенно улучшить без сравнимого компромисса с качеством защиты, в частности, при повышенной относительной влажности. Кроме того, обнаружилось, что сопротивление вредным или опасным химическим веществам, в частности, в условиях повышенной относительной влажности можно существенно улучшить без относительного компромисса с влагопроницаемостью. Также обнаружилось, что можно достичь идеала, когда скорость прохождения паров воды и сопротивление вредным или опасным химическим веществам даже в условиях повышенной относительной влажности можно улучшить одновременно, причем получают избирательно проницаемые материалы, способные одновременно обеспечить повышенный комфорт и улучшенную защиту.

Соответственно целью данного изобретения являются легкие и мягкие избирательно проницаемые материалы, обнаруживающие высокую степень воздухопроницаемости в сочетании с защитными свойствами в широком интервале условий.

Целью настоящего изобретения является избирательно проницаемое защитное покрытие, способное пропускать большие количества паров воды, причем в то же время способное адекватно ограничивать пропускание паров вредных или опасных химических веществ даже в условиях сильного увлажнения. Химическое защитное покрытие данного изобретения можно использовать для предметов химической защитной спецодежды, которые комфортабельны из-за своей способности допускать эффективное испарение пота за счет проницаемости для паров воды и подходят для применения в широком диапазоне условий, с которыми можно встретиться в реальных обстоятельствах использования.

В самом широком аспекте мягкое химическое защитное и влагопроницаемое покрытие данного изобретения содержит слой избирательно проницаемого полиаминополимера, где, по меньшей мере, 10% аминогрупп полимера являются группами амин-кислота, где кислотные составные части указанных групп амин-кислота имеют рК_а менее 6,4. Материалы выбирают и доводят экспериментальным путем для получения химического защитного покрытия со скоростью прохождения паров воды свыше 2000 г (м² сутки) и проницаемостью для бис-2-хлорэтилсульфида менее 0,02 см/с при относительной влажности 80%.

В одном из вариантов полиаминополимер с группами амин-кислота является частью избирательно проницаемого слоя композита, где полиаминополимер образует по существу непрерывный слой, располагающийся по существу на поверхности влагопроницаемого субстрата, который может представлять собой субстрат с открытыми порами, субстрат с закрытыми порами или субстрат, не имеющий пустот.

В другом варианте воплощения изобретения полиаминополимер с группами амин-кислота является частью избирательно проницаемого слоя композита с субстратом с открытыми порами, где, по меньшей мере, полиаминополимер располагается в субстрате.

В еще одном варианте воплощения изобретения мягкое химическое защитное покрытие состоит из двух влагопроницаемых политетрафторэтиленовых субстратов с открытыми порами и полалкиленаминосодержащего полиаминополимера с группами амин-кислота, включающего H₂SO₄ и, по меньшей мере 25% аминогрупп полиаминополимера. Такие материалы изготавливают для получения избирательно проницаемого слоя композита, где полиаминополимер образует по существу непрерывный слой, находящийся между двумя субстратами, причем, по меньшей мере, часть полиаминополимера располагается внутри каждого субстрата с открытыми порами, при этом химическое защитное покрытие имеет скорость прохождения паров воды, по меньшей мере, 2000 г/(м² сутки) и проницаемость для бис-2-хлорэтилсульфида 0,002 см/с или менее при относительной влажности 80%.

Изобретение особенно полезно в качестве предметов одежды, таких как брюки, перчатки, обувь и т.п.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет пример инфракрасного спектра листа полиаминополимерного композита с субстратами из вспененного PTFE с открытыми порами.

Фиг.2 представляет пример инфракрасного спектра того же материала, что и на фигуре 1, после включения групп амин-кислота посредством добавления серной кислоты.

Фиг.3 изображает вариант листа полиаминополимера.

Фиг.4 изображает вариант листа композита из полиаминополимера на субстрате, не содержащем пустот.

Фиг.5 изображает вариант листа композита из полиаминополимера на субстрате с закрытыми порами.

Фиг.6 изображает вариант листа композита из полиаминополимера на субстрате с открытыми порами.

Фиг.7 изображает другой вариант листа композита из полиаминополимера на субстрате с открытыми порами.

Фиг.8 изображает вариант листа композита из полиаминополимера и субстрата с открытыми порами, где часть полиаминополимера находится в субстрате с открытыми порами.

Фиг.9 изображает другой вариант листа композита из полиаминополимера и субстрата с открытыми порами, где часть полиаминополимера находится в субстрате с открытыми порами.

Фиг.10 изображает вариант листа композита из полиаминополимера и субстрата с открытыми порами, где по существу весь полиаминополимер находится внутри субстрата с открытыми порами и частично заполняет субстрат с открытыми порами.

Фиг.11 изображает другой вариант листа композита из полиаминополимера и субстрата с открытыми порами, где по существу весь полиаминополимер находится внутри субстрата с открытыми порами и частично заполняет субстрат с открытыми порами.

Фиг.12 изображает вариант листа композита из полиаминополимера и субстрата с открытыми порами, где по существу весь полиаминополимер находится внутри субстрата с открытыми порами и по существу заполняет поры субстрата с открытыми порами.

Фиг.13 изображает вариант листа композита из полиаминополимера и субстрата с открытыми порами, где часть полиаминополимера находится внутри субстрата с открытыми порами и по существу заполняет субстрат с открытыми порами.

Фиг.14 изображает другой вариант листа композита из полиаминополимера и субстрата с открытыми порами, где часть полиаминополимера находится внутри субстрата с открытыми порами и по существу заполняет субстрат с открытыми порами.

Фиг.15 изображает вариант листа композита из полиаминополимера между двумя субстратами с открытыми порами, где по существу весь полиаминополимер находится внутри субстратов с открытыми порами, частично внутри каждого.

Фиг.16 изображает вариант листа композита из полиаминополимера между двумя субстратами с открытыми порами, где поламинополимер частично находится внутри каждого из субстратов.

Фиг.17 изображает вариант листа композита из полиаминополимера между субстратами с открытыми порами и субстратом, не содержащим пустот, где по существу весь полиаминополимер находится с субстратом с открытыми порами.

Фиг.18 изображает вариант листа композита из полиаминополимера между субстратом с открытыми порами и субстратом, не содержащим пустот, где часть полиаминополимера находится в субстрате с открытыми порами.

Фиг.19 изображает вариант многослойного ламината, включающего слои из текстиля.

Подробное описание изобретения

Химическое защитное покрытие данного изобретения включает важную особенность - полиаминополимер, содержащий, по меньшей мере, 10% своих аминогрупп в виде групп амин-кислота, где включенная кислота, где кислотная составляющая указанных групп амин-кислота представляет собой H₂SO₄ и имеет рК_а менее 6,4. Такой аминополимер можно сформовать в избирательно проницаемый лист, подходящий для применения в химических защитных покрытиях.

Варианты воплощения данного изобретения включают, кроме того, один или несколько влагопроницаемых субстратов, которые могут дать основу и защиту для полиаминополимера. Такие варианты включают использование влагопроницаемых субстратов, которые по существу не содержат пустот, а также использование пористых субстратов. Пористые субстраты представляют собой субстрат с закрытыми порами, а также субстраты с открытыми порами, и данное изобретение включает варианты, где можно сделать так, что, по меньшей мере, часть полиаминополимера будет заполнять пустоты таких субстратов с открытыми порами.

Под химическим защитным покрытием подразумевается материал или изделие, которые существенно ограничивают прохождение вредных или опасных химических веществ и предназначаются для размещения между такими опасными химическими веществами и тем, что они должны защищать. Химическое защитное покрытие данного изобретения предназначается, главным образом, для защиты людей, животных и растений. Такой материал или изделие может находиться в виде, например, пленок, оберточных материалов, ламинатов, одеял, палаток, спальных мешков, мешков, обуви, перчаток, одежды и т.п.

Предпочтительное химическое защитное покрытие будет мягким с хэндом 1000. Под мягким подразумевается достаточно податливый для свободного сгибания и неразрушающийся материал. Мягкие материалы будут потенциально подходящими для использования в качестве химической защитной спецодежды. Более предпочтительные мягкие химические защитные покрытия будут иметь хэнд при измерении Handle-O-Meter менее 1000 и после оценки не будут иметь явных повреждений, таких как разрывы или другое значительное разрушение. Наиболее предпочтительные мягкие химические защитные покрытия будут иметь хэнд 250 и менее и после оценки не будут иметь явных повреждений, таких как разрывы или другое значительное разрушение.

Под избирательно проницаемым подразумевается материал, обладающий существенно различной проницаемостью для нужных химических проникающих веществ по сравнению с нежелательными химическими проникающими веществами. Проницаемость для нужных химических проникающих веществ, например паров воды, должна быть высокой по сравнению с проницаемостью для нежелательных химических проникающих веществ, например паров вредных или опасных химических веществ. Полезные избирательно проницаемые материалы должны иметь проницаемость для паров воды, по меньшей мере, в 5-10 раз более высокую, чем проницаемость для паров вредных или опасных химических веществ. Более полезными являются избирательно проницаемые материалы с указанным различием в 50-100 раз или даже с различием в 500-1000 раз.

Под полиаминополимером подразумевается полимер со множеством аминогрупп. Значительная часть аминогрупп в полиаминополимере данного изобретения находится в форме групп амин-кислота.

Под группой амин-кислота подразумевается продукт, получающийся в результате взаимодействия аминогруппы, являющейся основной, и кислотной группы. Группы амин-кислота могут образоваться в результате любого ряда химических или физических процессов, так что такой продукт является продуктом, который может образоваться, когда аминогруппы и кислотные группы приводятся в соединение друг с другом. Такие процессы могут включать, но не ограничиваться перечисленным, добавление свободных кислот к полиаминополимеру (например, свободных кислот к полиаминополимеру (например, введение серной кислоты), или образование продукта или побочного продукта другой реакции (например, реакции аминов и хлоралкилсоединений, приводящей к алкилированию аминов и образованию НСl), или ковалентное присоединение кислотных функциональных групп к полиаминополимеру (например, взаимодействие акриловой кислоты с полиаминополимером через винильную группу).

Под кислотными веществами подразумевается молекула или химическое соединение с одной или несколькими кислотными функциональными группами.

Под субстратом подразумевается подобный листовому материал, объединяемый с поламинополимером любым из многочисленных методов нанесения покрытия и ламинирования с образованием избирательно проницаемого листа композита. Субстрат будет влагопроницаемым.

Под влагопроницаемым подразумевается материал со скоростью проницаемости паров воды, по меньшей мере, 500 г (м² сутки).

Под листом композита подразумевается по существу плоская комбинация двух или нескольких материалов с контактом между поверхностями слоев или пропитыванием, полным или частичным, одним и/или другим друг друга.

Субстрат или субстраты могут обеспечивать защиту и являться основой для полиаминополимера. Субстрат или субстраты могут обеспечивать физическую защиту, например, от истирания, образования трещин и проколов и могут обеспечивать защиту от химических веществ, в частности жидкостей, которые могут повредить или иначе определенным образом воздействовать на рабочие характеристики системы. Субстрат может являться материалом с открытыми порами, материалом с закрытыми порами или материалом, по существу не содержащим пустот.

Под материалом с открытыми порами подразумевается материал с непрерывными взаимосвязанными порами, пустотами, полостями или каналами, проходящими, по меньшей мере, частично через всю его толщину, которые открыты и доступны, по меньшей мере, с одной стороны материала. Такой доступ важен в случае сусбстратов с открытыми порами, где может быть желательным размещение, по меньшей мере, части полиаминополимера, по меньшей мере, частично в порах субстрата.

Субстрат с открытыми порами может представлять собой любой подходящий пористый материал с такими открытыми и доступными порами, пустотами, полостями или каналами, такой как, например, тканые, нетканые или трикотажные материалы или пористая полимерная пленка. Подходящими полимерными пленочными материалами с открытыми порами являются, но не ограничиваются перечисленным, пленки с открытыми порами из полиэтилена, полисульфона, полипропилена, полиамидов, политетрафторэтилена, простых полиэфиримидов, целлюлозных материалов и т.п. Предпочтительно, субстратом с открытыми порами является вспененный политетрафторэтилен (ПТФЭ), состоящий из узлов, взаимосвязанных волокнами, образующими поры, как описывается в пат. США №4187390 или пат. США №3953566.

Субстрат может представлять собой материал с по существу закрытыми порами, такой как пенопласт с закрытыми ячейками или пористая пленка с окклюдированными поверхностями, которые хотя и имеют внутреннюю пористость, не имеют достаточно открытых отверстий или доступа к порам с наружной стороны материала. Предпочтительные влагопроницаемые материалы с закрытыми порами будут состоять из полимеров на основе простых полиэфиров, таких как сложные полиэфиры на основе простых полиэфиров или полиуретаны на основе простых полиэфиров.

Субстрат может представлять собой материал, по существу не содержащий пустот, т.е., как правило, непрерывный монолитный материал, лишенный существенной пористости. Предпочтительными влагопроницаемыми субстратами такого типа будут такие материалы, как листы или пленки из целлюлозных материалов, сложных полиэфиров на основе простых полиэфиров и полиуретанов на основе простых полиэфиров.

Кроме того, на субстрат или субстраты можно нанести покрытия, усиливающие свойства листа композита. Например, на влагопроницаемые субстраты могут быть нанесены покрытия, улучшающие связь между полиаминополимером и субстратом, причем создается более прочный или более долговечный композит. Или, например, на влагопроницаемые субстраты могут быть нанесены покрытия, обеспечивающие дополнительную защиту полиаминополимера от таких веществ как масла или другие возможные загрязнения. В частности, для покрытий субстратов с открытыми порами можно использовать мембраны, как описывается в патенте США 5539072.

Полиаминополимер будет содержать, по меньшей мере, 1,0 миллиэквивалентов амина на грамм, предпочтительно по меньшей мере, 2,5 миллиэквивалентов амина на грамм, и предпочтительнее по меньшей мере 6,5 миллиэквивалентов амина на грамм.

Аминогруппы полиаминополимера могут быть самыми разными в том смысле, что амины являются по существу основными по природе, имеющими вообще рК_b менее 12, и таким образом потенциально реакционноспособными в отношении кислотных веществ. Таким образом, ясно, что азотсодержащие химические группы, такие как амидные и имидные, следует исключить, так как они по существу не являются основными.

Такие основные аминогруппы полиаминополимера изобретения могут представлять собой, например, первичные, вторичные или третичные аминогруппы или их сочетание и могут присоединяться ко многим другим группам, таким как арильные, алкильные, аллильные или алкеновые группы. Аминогруппы полиаминополимера также могут представлять собой иминогруппы, т.е. присоединяться к атому углерода через двойную связь.

Полиаминополимер может содержать аминогруппы многих веществ и сочетаний веществ. Предпочтительно в полиаминополимере будут присутствовать аминогруппы от полиалкиламинов, содержащих повторяющиеся звенья, в которых аминогруппы непосредственно связаны с алкильными группами. Полиалкиламины можно выбрать среди таких материалов как поливиниламин, и предпочтительнее можно выбрать среди полиалкилениминов, таких как полиэтиленимин и полипропиленимин. Полиэтиленимин наиболее предпочтителен и содержит повторяющиеся звенья строения (-NR₁R₂-CH₂CH₂-)_n, зачастую образованные от циклического мономера этиленимина (азиридина). Число повторяющихся звеньев n может быть равно любому положительному целому числу, и каждый из R₁ и R₂ может представлять собой водород или повторяющееся описанное звено, присоединенное через этильную группу.

Кислотная составляющая групп аминкислота будет представлять собой протонодонорную кислотную составляющую и будет иметь рК_а менее 6,4. Хорошо известно, что атмосферный диоксид углерода в сочетании с влагой будет взаимодействовать с ней с образованием угольной кислоты, рК_а которой 6,4. Кроме того, хорошо известно, что угольная кислота, хотя она является относительно слабой кислотой, будет вступать в реакцию с аминами, и что такая реакция склонна к переходным состояниям и переключениям на обратный ход, управляемым температурой и концентрацией СО₂ и влаги в окружающей среде. Также известно, что более сильные кислоты вообще будут вытеснять более слабые кислоты. По указанным причинам желательно, чтобы кислотные составляющие групп амин-кислота данного изобретения обладали константой диссоциации, которая выше, чем у угольной кислоты, таким образом, величина рК_а составляет менее 6,4. Более предпочтительны кислотные составляющие с рК_а 5 или менее, и наиболее предпочтительны кислотные составляющие с рК_а 2,5 или менее.

Для свободных кислот, которые вводят как часть полиаминополимера, например, путем добавления фосфорной кислоты к полиаминополимеру, величины рК_а четко установлены. Например, фосфорная кислота является кислотной составляющей с рК_а 2, 1.

Фосфорная кислота будучи многоосновной кислотой также имеет рК_а 7,2 и 12,7. В случае кислотных составляющих, которые нельзя отделить от полиаминополимера, например кислотных составляющих, ковалентно связанных в пределах полиаминополимера, рК_а кислотной составляющей принимают за величину, которая типична для кислотной группы такой составляющей. Например, если карбоновая кислота ковалентно связана с полиаминополимером, следует иметь в виду, что рК_а такой полученной кислотной составляющей будет константой, типичной для подобных групп карбоновых кислот, и, таким образом, величина рК_а будет составлять от 3, 0 до 5, 0.

Предпочтительно кислотная составляющая групп амин-кислота будет мноосновной кислотной составляющей. Многоосновная кислотная составляющая может включать, например, серную, сернистую, фосфорную, щавелевую, малоновую, малеиновую, лимонную, винную и фумаровую кислоту. Кислотная составляющая также может быть одноосновной. Одноосновная кислотная составляющая может включать, например, хлороводородную, пировиноградную, уксусную и муравьиную кислоту. Кислотная составляющая также может быть полимерной, такой как полиакриловая кислота. Кислотная составляющая также может быть ковалентно связана с полиаминополимером так, как это получается при взаимодействии альдегида глиоксиловой кислоты. Можно использовать один тип кислотной составляющей или можно использовать сочетание двух или большего числа типов кислотной составляющей.

В предпочтительном варианте воплощения изобретения группы амин-кислота создаются путем включения в полиамиполимер серной кислоты.

Количество и характер групп амин-кислота лучше всего можно определить стехиометрически. Иными словами, аминогруппы в полиаминополимере и кислотная составляющая в полиаминополимере идеально идентифицируются на основе знания о составляющих и составе полиаминополимера. Таким образом, полученные типы и количества групп амин-кислота идеально определяются через представление о компонентах и реакциях, используемых для получения полиаминополимера.

С другой стороны, полиаминополимер можно охарактеризовать рядом аналитических методов, в том числе, но не только, методами экстракции, элементного анализа, титрования, хроматографии, масс-спектрометрии, инфракрасной спектроскопии и анализа с индуктивно связанной плазмой (ICP).

Фигура 1 показывает инфракрасный спектр листа полиаминополимерного композита с субстратами из вспененного ПТФЭ с открытыми порами. Фигура 2 показывает тот же материал после включения групп амин-кислота путем добавления серной кислоты и отражает один из вариантов воплощения изобретения.

Во многих случаях возможно экстрагировать кислотную составляющую из полиаминополимера путем приведения в контакт с сильно основным раствором, таким как водный 0,1 нормальный раствор гидроксида натрия. Затем такой раствор с экстрагентом можно проанализировать известными методами и определить тип и количество кислотной составляющей. К таким методам можно отнести, например, ионную хроматографию и химический элементный анализ.

В предпочтительных материалах, по меньшей мере, 25% аминогрупп в полиаминополимере будут являться группами амин-кислота. В качестве аналитических методов определения процентного содержания аминогрупп в полиаминополимере, которые могут являться группами амин-кислота, можно использовать известные титрационные методы. Эквиваленты всех аминогрупп можно определить путем приведения полиаминополимера в контакт с уравновешенным водным раствором при рН 11 и затем оттитровать раствор, содержащий полиаминополимер, до рН 3. Эквиваленты аминогрупп, не являющихся группами амин-кислота, можно определить, уравновешивая материал в чистой воде и затем титруя до рН 3. Требуемые кислотные эквиваленты показывают эквиваленты аминогрупп, которые не будут группами амин-кислота. Различие между эквивалентами всех аминогрупп и эквивалентами аминогрупп, которые не будут группами амин-кислота, можно принять за эквиваленты аминогрупп, которые могут стать группами амин-кислота. Процентное содержание аминогрупп, которые могут стать группами амин-кислота, затем можно определить из отношения эквивалентов амин-кислота и эквивалентов всех аминогрупп. В более предпочтительных материалах, по меньшей мере, 40% аминогрупп полиаминополимера являются группами амин-кислота.

Полиаминополимер предпочтительно будет полимером с поперечными связями. Сшивание - создание нерастворимой полимерной сетки достигается различными способами, известными в технике. Одним из способов является образование поперечных связей через функциональные аминогруппы в поламинополимере. В таком случае подходящие сшивающие агенты можно выбрать среди, наприме