Бумагоподобный нанокомпозиционный материал на основе минеральных волокон для установок охлаждения воздуха испарительного типа

Бумагоподобный нанокомпозиционный материал на основе минеральных волокон для установок охлаждения воздуха испарительного типа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области бумагоподобных композиционных материалов и может быть использовано в качестве капиллярно-пористых элементов установок охлаждения воздуха испарительного типа.

Известен капиллярно-пористый материал, который содержит стеклянные волокна диаметром 0,2 мкм и неорганическое связующее (патент RU 2478747 С2, 16.05.2011). В данном изобретении используются минеральные волокна различных диаметров и природы, которые обеспечивают капиллярно-пористую структуру, а прочность регулируется количеством связующего.

Наиболее близким аналогом является бумагоподобный материал из стеклянных волокон диаметром 0,25 мкм с использованием в качестве связующего солей алюминия и поливинилацетатной эмульсии (ПВАЭ) с добавкой поливинилспиртовых волокон (ПВС) (патент RU 2425919 С1, 15.04.2010).

Целью изобретения является получение бумагоподобного нанокомпозита, обладающего гидрофильной капиллярно-пористой структурой, чтобы обеспечить высокую впитываемость, влагоемкость, неизменность материала в размерах (набухание, коробление), устойчивость к действию плесени, грибков, микроорганизмов в водной среде, быть не токсичным и обладать технологической прочностью для переработки его в изделия.

Для достижения поставленной цели был проведен комплекс научно-исследовательских работ с выработкой опытной партии материала. Отлив материала производили по традиционному бумажному способу формования на листоотливном аппарате ЛОА-2. Опытная партия материала изготовлена на бумагоделательной машине «Voit» и внедрена в производство энергосберегающих, экологически безопасных установок охлаждения воздуха испарительного типа.

В качестве минеральных волокон используются стеклянные волокна и/или базальтовые волокна со средним диаметром 0,4 мкм. Данные волокна гидрофильны, при этом не набухают, обладают большой удельной поверхностью, что важно при формировании тонкой капиллярно-пористой структуры в процессе формования полотна материала. Минеральные волокна в отличие от волокон растительного происхождения не обладают способностью к связеобразованию. Для обеспечения связеобразования в композицию материала добавляли дозированное количество раствора алюмината натрия (NaAlO₂), рН среды которого 12. Образование полиядерных комплексов обеспечивали дозированным добавлением раствора сульфата алюминия (Al₂(SO₄)₃) с рН среды 3.

В результате реакции гидролиза образуются полиядерные комплексы, способные вступить в реакцию с функциональными группами, расположенными на поверхности волокна с образованием координационной связи, в частности водородной. Образовавшиеся полиядерные комплексы обеспечивают прочность, а также синергируют тонкую капиллярно-пористую структуру материала, сформированную стеклянными и/или базальтовыми волокнами со средним диаметром 0,4 мкм. Активное регулирование рН среды, которое достигается путем изменения соотношения количества NaAlO₂ (в пересчете на Al₂O₃) и Al₂(SO₄)₃ (в пересчете на Al₂O₃), дает возможность получить полиядерные комплексы с различной реакционной способностью и размерностью. Реакционная способность обеспечивает прочностные характеристики, размерность, тонкую капиллярно-пористую структуру.

В результате проведенной опытной выработки с использованием в качестве минерального волокна стеклянных волокон со средним диаметром 0,4 мкм был получен материал со свойствами, представленными в таблице 1, отличающийся от известных компонентным составом и более высокими характеристиками по высоте и времени подъема воды, влагоемкости и прочности, при следующем соотношении компонентов, масс. %

Стеклянное волокно диаметром 0,4 мкм - 50-90;

NaAlO₂ - 5-25 по Al₂O₃;

Al₂(SO₄)₃ - 5-25 по Al₂O₃.

В таблице 1 приведены примеры композиций материалов и их свойств.

В результате проведенных научно-исследовательских работ установлено, что характеристики материала с использованием в качестве минерального волокна базальтовых волокон или смеси стеклянного и базальтового волокна также удовлетворяют требованиям, предъявляемым к капиллярно-пористым материалам, используемым для установок охлаждения воздуха испарительного типа.

Материал благодаря своей неорганической природе компонентов характеризуется термо-, хемо-, биостойкостью, отсутствием токсичности и выделений в воздух веществ, вредно воздействующих на человека, устойчивостью свойств от действия плесени, грибков и микроорганизмов в водной среде.

Представленные материалы обладают лучшими характеристиками по сравнению с аналогами и могут применяться в установках охлаждения воздуха испарительного типа в качестве капиллярно-пористых элементов.

Наличие в композиции связующего, обладающего наноразмерностью, что подтверждается исследованием методом электронной микроскопии (Рис. 1), и существенное влияние наноразмерного связующего на свойства материала дает право утверждать, что данный бумагоподобный материал на основе минеральных волокон и технология его получения относятся к нанотехнологиям.

Бумагоподобный нанокомпозиционный материал на основе минеральных волокон для установок охлаждения воздуха испарительного типа с использованием связующего, изготовленный на бумагоделательном оборудовании методом отлива, отличающийся тем, что в качестве минеральных волокон используют стеклянные и/или базальтовые волокна со средним диаметром 0,4 мкм, а в качестве связующего используют NaAlO₂ и Al₂(SO₄)₃, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

стеклянное и/или базальтовое волокно диаметром 0,4 мкм - 50-90;

алюминат натрия NaAlO₂ - 5-25 (по Al₂O₃);

сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃ - 5-25 (по Al₂O₃).