Газопроницаемый материал

1 Настоящее изобретение относится к газопроницаемым материалам, в особенности к газопроницаемым материалам, которым может придаваться желаемая форма и жесткость, и к их использованию в промышленности, например в качестве фильтров. Область изобретения Газопроницаемые материалы, способные принимать заданную форму и, в то же время,обладающие жесткостью, находят разнообразное применение в промышленности и в сфере защиты окружающей среды. В первую очередь,они представляют интерес для использования в качестве фильтров. При определенных условиях такие фильтры должны быть способны без потерь противостоять длительному воздействию особенно высоких температур (до 280 С). Вдобавок, желательно, чтобы фильтру могла быть придана нужная форма, после чего его следует сделать жестким и долговечным. Например, часто требуется сделать поверхность фильтра максимально большой и одновременно максимально уменьшить занимаемый им объем. Таким образом, фильтрам часто придают конфигурацию типа гармошки. Обычные материалы фильтров, хотя и обладают долговечностью и термостойкостью с трудом принимают и удерживают нужную форму. Поэтому в прошлом было предложено пропитывать основу фильтра разнообразными полимерами, сообщающими ей формуемость и способность к сохранению формы. Известен Патент США 3,918,943, DE 41 37 627 C2,описывающий фильтры, сделанные из фиберглассовой бумаги, обработанной полиимидным связующим материалом, и пластины, сделанные из стекло- или кварцевых волокон, обработанные фторополимером. Недостаток применявшихся прежде газопроницаемых материалов состоит в сложности равномерного нанесения полимера на ткань,результатом чего является засорение и неравномерная прочность материала. Вдобавок, снижается прочность на разрыв. Краткое описание изобретения Настоящее изобретение включает газопроницаемый материал, сделанный из пористого субстрата и обработанный смесью, содержащей фторополимер и отвердитель покрытия. Более точно, настоящее изобретение описывает газопроницаемый материал, который обрабатывается смесью фторополимера и полиамида для получения формуемого и, в то же время, устойчивого субстрата, из которого получают термостойкий, долговечный материал, подходящий для разнообразного применения в промышленности и в сфере защиты окружающей среды. Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения Использование приведенных ниже терминов в указанном значении является прерогативой настоящего изобретения."конечное использование при высоких температурах" относится к случаям, когда требуется устойчивость к воздействию температур от 200 до 280 С в течение длительного периода времени и устойчивость к температурам от 280 до 365C на период до 10 мин;"конечное использование при умеренных температурах" относится к случаям, когда требуется устойчивость к воздействию температур до 200 С на длительный период времени, и устойчивость к температурам от 200 до 280 С на период до 10 мин."Пористые субстраты", используемые в настоящем изобретении, могут быть плетеными и неплетеными и могут быть сделаны из разнообразных волокон. Для конечного использования при высоких температурах подходящие волокна включают мета-арамиды, пара-арамиды,арамидные сополимеры, полиамидэмиды, полиоксадиазолы, полиимиды, полиэтерэтеркетоны,полиэтеркетонкетоны, полибензимидазолы, политетрафлуороэтилены (ПТФЭ), стекловолокна,керамические волокна и т.п. Наиболее подходящие субстраты включают сделанные из метаарамидов (НОМЕКС), пара-амидов (КЕВЛАР),ПТФЕ (ТЕФЛОН), стекло-ПТФЭ (ТЕФАИР),любой из которых может быть поставлен компанией ДЮПОН, и полиамиды (П-84, поставляемый ЛЕНЦИНГ, Австрия). Для конечного использования при умеренных температурах материал может производится из волокон типа полиамидов, полиакрилонитрилов, полиэфиров, полиэтеримидов, вискозы, хлопка, обработанной целлюлозы и т.п. Предпочтительными волокнами для изготовления субстратов, устойчивых к умеренным температурам, являются полиакрилонитрилы, хлопок или обработанная целлюлоза."Фторополимеры", сами по себе известные в изобразительном искусстве, придают материалу настоящего изобретения защиту от химического воздействия и маслянистость при конечном использовании. Для конечного использования при высоких температурах подходящими фторополимерами являются политетрафтороэтилены (ПТФЭ) и сополимеры тетрафтороэтилена (ТФЭ) с одним или более из следующих: 1. перфорированный винилэтер; 2. перфторированный этилен-пропилен; 3. гексафторопропилен и 4. Винилиденфторид, а также их смеси(см. Патент США 4,252,859). Наиболее предпочтительны такие фторополимеры, как ТЕФЛОН (ПТФЭ), ТЕФЛОН ПФА (сополимер ТФЭ и 1,5% перфторо-пропил-винил-этера) и ТЕФЛОН ФЭП (сополимер ТФЭ и 10-12% перфторированного этилен-пропилена), каждый из которых поставляется компанией ДЮПОН. Для конечного использования при умеренных температурах пригодны разведенные в воде 3 фторополимеры, такие как ОЛЕОФОБОЛ (Ферси), ЗЕПЕЛ (Дюпон) и СКОТЧГАРД (3 М). Наиболее подходящим является ОЛЕОФОБОЛ. Обычно фторополимеры поставляются в виде водного раствора, и вода фторополимера одновременно служит основой состава. Однако,при желании, могут использоваться такие органические жидкости, как алкогольные, кетонные,алифатические гидрокарбоны (N-метилпирролидон) или их смеси. Фторополимеры, как правило, присутствуют в составе для обработки пористого субстрата в объеме от 1 до 30% по весу, оптимально от 5 до 20%."Отвердители покрытия" также известны в изобразительном искусстве и, как следует из названия, придают материалу настоящего изобретения стабильность размеров, т.е. жесткость. Они должны создавать пленку при температуре,приближающейся к температуре плавления фторополимера, использующегося в настоящем изобретении. Возможные материалы для отвердителей покрытия и технология их производства описаны в патенте США 4,087,394. Указанные материалы включают акрилполимеры,нитроцеллюлозу, полиамиды, поливинилхлориды и производные эпоксидных полимеров (полимерные четвертичные гидрооксиды), смешанные с нитрогенными полимерами для применения при умеренных температурах; и полиамидными или полиаминовыми кислыми солями (предшествующему продукту полиамидов и полиамидоимидов) для применения при высоких температурах. В настоящем изобретении в качестве отвердительных пленок использовались полиамидимиды (ПАИ), являющиеся продуктами реакций полиаминовых кислых солей, таких как тримеллитовый ангидрид, и ароматических диаминов, таких как 4,4'-метилендианилин или бис(4-аминофенил) метан. Составы для приготовления ПАИ, тоже, как правило, должны содержать тритиламин, диэтилэтаноламин, фурфурил алкогол, метилпирролидон и воду. Отвердители должны содержаться в составе для обработки пористого субстрата в объеме,как правило, от 1 до 30% по весу, оптимально от 3 до 10%."Слюдочастицы; слюдочастицы, покрытые пигментом металлических чешуек, и подобные составы" имеются в продаже, они описаны в Патенте США 4,123,401. Допустимо их присутствие в составе, содержащем фторополимер и пленкообразующий агент в объеме до 10% по весу, оптимально в объеме от 3 до 6%. Составы для обработки пористых субстратов в соответствии с настоящим изобретением должны содержать фторополимер и пленкообразующий материал и, в принципе, могут содержать другие компоненты, такие как вышеперечисленные слюдосодержащие частицы, равно как и обычные добавки типа антиоксадантов, 000496 4 агентов контроля текучести, поверхностноактивных веществ, антистатиков и т.п. Данные добавки могут использоваться в традиционных количествах, в зависимости от конечного использования материала данного изобретения. Составы могут приготовляться простым смешиванием должного количества соответствующих компонентов. Общий объем твердых веществ в составе определяется субстратом, для которого готовится указанный состав, способом применения,процессом твердения и т.п. Обычно состав приготовляется в виде водного раствора, содержащего от 1 до 80% твердых компонентов. Состав может наноситься любым из известных способов, например распылением, нанесением валиком, погружением и ракельным ножом. Расчет количества состава для обработки субстрата обычно производится исходя из сухого веса в размере 3-30% от веса субстрата, в зависимости от конечного использования. Обработанному субстрату затем придается желаемая форма, т.е. его сворачивают или гофрируют, и полученное изделие высушивают в течение времени и при температуре, достаточных для отверждения фторополимера и отверждающего покрытия состава. Этапы формовки и сушки можно производить в обратном порядке. Все указанные процентные значения, если не оговорено особо, даются в весовом соотношении. Пример. Фильтрация горячего газа Применяемый в качестве пористого субстрата тканый войлок плотностью 500 г/м 2 с арамидным волокном НОМЕКС (поставляемым компанией ДЮПОН) нарезается полосками размером 800500 мм. Используются два вида войлока: качества (А), вытканный на ткацком станке (в дальнейшем - субстрат А); и качества(В), опаленный (обработка на открытом огне со скоростью 40 м/мин) и каландрированный(215 С/10 кг/см) (в дальнейшем субстрат В). Разброс показателей состава в табл. 1 определен в соответствии с алгоритмами Патента США 4,087,394. Таблица 1 Составы[25,5% раствор (7%/14%/4,6%) водная дисперсия]смесь полиаминовой кислоты (приготовленной из триметиллового ангидрида и 4,4'-метилэндианилина),воды, фурфурил алкоголя и эн-метилпирролидона. Образцы пористого субстрата из тканевого войлока обрабатываются составами I, II, III на лабораторной прокладке БЕНЦ с поглощением 150-250% (на основе веса сухого образца), вы 5 сушиваются на раме для растяжки при 200 С в течение 3 мин, после чего прокаливаются в течение 3 мин при 300 С. Половина образцов, обработанных композицией I, не прокаливается,поскольку они не содержат фторополимер, 6 обеспечивающий высокую степень химической зашиты и маслянистости. Нормы внесения приведены в табл. 2, где "овм" обозначает "от веса материала" (в сухом виде). Таблица 2 Нормы внесения Поглощение Субстрат 155% В 192% В 145% В 235% А 244% А 168% А 169% А Полученные на предыдущем этапе субстраты затем гофрируются на обычном оборудовании при температуре 200-250 С с продолжительностью стадий от 30 до 60 с при ручной прессовке. Гофрирование всех подготовленных образцов производится на всем температурном спектре, хотя при низких температурах время гофрирования более продолжительное. Любой из составов I, II или III обеспечивает жесткость тканого войлока с адекватной воздухопроницаемостью. Однако состав I приводит к снижению отрывной прочности тканого войлока относительно прочности необработанного войлока, в то время как применение составов II и III сохраняет или улучшает отрывную прочность. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Газопроницаемый материал, включающий пористый субстрат, обработанный составом, включающим фторополимер и отвердитель поверхности. 2. Газопроницаемый материал по п.1, где отвердителем поверхности является полиамидимид. 3. Газопроницаемый материал по п.1 или 2,где состав для обработки также включает слюдяные чешуйки; слюдяные чешуйки, покрытые пигментом металлической стружки, и их возможные смеси. 4. Газопроницаемый материал по любому из пп.1-3, где фторополимером является политетрафтороэтилен либо сополимер тетрафтороэтилена с одним или более из следующих: 1. Конечный объем войлока 2,5% овм (2, 5 ПАИ) 6,8% овм (2, 3 ПАИ) 10,8% овм (3 ПАИ) 6% овм (6 ПАИ) 23% овм (23 ПАИ) 11,7% овм (3,9 ПАИ) 20% овм (5,4 ПАИ) перфторированный винилэтер; 2. перфторированный этилен-пропилен; 3. гексафторопропилен и 4. Винилиденфторид, а также их смеси. 5. Газопроницаемый материал по любому из пп.1-4, где материал изготовлен из волокон,выбранных из мета-арамида, пара-арамида, арамидного сополимера, полиамидимида, полиоксадиазола, полиимида, полиэтерэтеркетона, полиэтеркетокетона, полибензимидазола, политетрафтороэтилена, стекла, керамики, а также их смеси. 6. Газопроницаемый материал по п.1 или 2,где материал изготовлен из волокон, выбранных из полиамида, полиакрилнитрила, полиэстера,полифениленсульфида, полиэтермида, вискозы,хлопка или обработанной целлюлозы, а также их смеси. 7. Газопроницаемый материал по п.6, где фторополимер растворен в воде. 8. Газопроницаемый материал по любому из перечисленных пунктов, где материалу придана требуемая форма. 9. Газопроницаемый материал по п.8, являющийся фильтром. 10. Метод изготовления газопроницаемого материала по любому из перечисленных пунктов, включающий нанесение состава, содержащего фторополимер и отвердитель покрытия на пористый субстрат, придание субстрату желаемой формы и отверждение композиции. Евразийский патент действует на территории всех Договаривающихся государств,кроме АМ и МD.