Исследование влияния вида связующего на свойства фильтровальных стекловолокнистых бумаг для очистки воздуха

УДК

62-784.43

DOI:

10.37482/0536-1036-2022-2-178-192

Аннотация

На данный момент существует большое количество материалов для фильтрования воздуха. Однако есть необходимость разработки новых более эффективных и экономически выгодных материалов. Многочисленные исследования показали, что в целях получения высокоэффективного фильтровального материала для тонкой очистки воздуха от частиц размером 0,1…0,5 мкм в композицию необходимо вводить ультра- и микротонкие стеклянные волокна. Стеклянные волокна характеризуются целым комплексом уникальных свойств: термо-, хемо- и биостойкостью, высокими удельной поверхностью, фильтрующей способностью и прочностью, устойчивостью к действию агрессивных сред. При этом стеклянные волокна в отличие от волокон растительного происхождения не обладают способностью к фибриллированию, набуханию и связеобразованию. Таким образом, для получения прочного фильтровального материала требуется связующее, которое обеспечило бы необходимую технологическую прочность с сохранением заданных фильтрующих характеристик. Проведено исследование композиционного материала на основе минерального волокна, в качестве связующих использованы полиядерные комплексы алюминия, термомеханическая масса, поливинилацетат и полиэтилен. Основными показателями выбраны предел прочности при растяжении, капиллярная впитываемость, сопротивление потоку воздуха и коэффициент проницаемости. Новизна работы заключается в применении как связующих в композиционном материале на основе стеклянных волокон термомеханической массы и полиэтилена. Добавление связующего на основе термомеханической массы в композицию целесообразно в количестве 5…30 % от массы волокна, для полиэтилена этот диапазон составляет 2…10 %. Композиционный материал, в который в качестве связующего добавлен полиэтилен, обладает достаточной технологической прочностью, низкими коэффициентом проницаемости и сопротивлением потоку воздуха. Применение полиэтилена как связующего в предназначенных для очистки воздуха композиционных фильтровальных материалах на основе стеклянных волокон является перспективным.

---

Данная статья опубликована в режиме открытого доступа и распространяется на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная (CC BY 4.0) • Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов

Сведения об авторах

Н.А. Криницин¹, аспирант; ResearcherID: AAX-7163-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2185-2734
В.К. Дубовый¹, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: W-1235-2017, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2903-3872
К.В. Полякова², химик группы производственного контроля; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2332-6260
И.Н. Ковернинский³, д-р техн. наук, проф.; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7413-6790
¹Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна, ул. Ивана Черных, д. 4, Санкт-Петербург, Россия, 198095; e-mail: krinnikita@yandex.ru, dubovy2004@mail.ru
²Фармацевтическая компания АО «Фармасинтез-Норд», ул. Дорога в Каменку, д. 74, Санкт-Петербург, Росссия, 194356
³ИП «Ковернинский И.Н.», ул. Дубнинская, д. 40 а, корп. 1, кв. 11, Москва, Россия, 127591; e-mail: kovern@list.ru

Ключевые слова

стекловолокно, фильтровальные материалы, очистка воздуха, капиллярная впитываемость, прочность при растяжении, сопротивление потоку воздуха, коэффициент проницаемости, полиэтилен, термомеханическая масса, поливинилацетат, связующий материал

Для цитирования

Криницин Н.А., Дубовый В.К., Полякова К.В., Ковернинский И.Н. Исследование влияния вида связующего на свойства фильтровальных стекловолокнистых бумаг для очистки воздуха // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 2. С. 178–192. DOI: 10.37482/0536-1036-2022-2-178-192

Литература

1. Гурьев А.В., Дубовый В.К., Комаров В.И., Казаков Я.В. Лабораторный практикум по технологии бумаги и картона. СП б.: Политехн. ун-т, 2006. 229 с. Gur’yev A.V., Dubovyy V.K., Komarov V.I., Kazakov Ya.V. Laboratory workshop on paper and cardboard technology. Saint Petersburg, SPbPU Publ., 2006. 229 p.

2. Загрязнение атмосферного воздуха: воздействие на здоровье // Всемирная организация здравоохранения. Режим доступа: https://www.who.int/airpollution/ambient/health-impacts/ru/ (дата обращения: 29.01.21). Atmospheric Air Pollution: Health Effects. World Health Organization.

3. Значение чистого воздуха для человека // Вент-очистка. Режим доступа: https://xn----8sbemqmsj2age1d.xn--p1ai/news/znachenie-chistogo-vozdukha-dlya-cheloveka/ (дата обращения: 29.01.21). The Importance of Clean Air for Humans. Vent-ochistka.

4. Классификация воздушных фильтров для вентиляционных устройств: фильтры класса G, фильтры класса F, НЕРА, ULPA // Brizex. Режим доступа: https://xn--90aifdm6al.xn--p1ai/blog/klassifikacia-filtrov-dla-vent-ustrojstv-g-f-h-u (дата обращения: 18.02.21). Classification of Air Filters for Ventilation Devices: Class G Filters, Class F Filters, HEPA, ULPA. Brizex.

5.Конструктивные типы воздушных фильтров // Классификация воздушных фильтров. Режим доступа: https://teplo-spb.ru/stati/kak-vybrat/klassifikatsiyavozdushnykh-filtrov.html#5 (дата обращения: 18.02.21) Design Types of Air Filters. Classification of Air Filters.

6. Лаптев В.Н. Производство древесной массы / СП бГТУ РП. СП б., 2009. 48 с. Laptev V.N. Production of Wood Pulp. Saint Petersburg, SPbSTUPP Publ., 2009. 48 p.

7. Оболенская А.В. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Экология, 1991. 320 с. Obolenskaya A.V. Laboratory Work on the Chemistry of Wood and Cellulose. Moscow, Ekologiya Publ., 1991. 320 p.

8. Пестова Н.Ф. Производство древесной массы. Сыктывкар, 2013. 101 с. Pestova N.F. Production of Wood Pulp. Syktyvkar, 2013. 101 p.

9. Свиридов Е.Б., Дубовый В.К. Книга о полимерах: свойства и применение, история и сегодняшний день материалов на основе высокомолекулярных соединений. 2-е изд., испр. и доп. Архангельск: СА ФУ, 2016. 392 c. Sviridov E.B., Dubovy V.K. The Book about Polymers: Properties and Application, History and Present Day of Materials Based on High-Molecular Compounds. Arkhangelsk, NArFU Publ., 2016. 392 p.

10. Свиридов Е.Б., Щербак Н.В., Дубовой Е.В. Энергосберегающая экологически безопасная технология охлаждения воздуха аппаратами испарительного типа. СП б.: Политех. ун-т, 2017. 286 c. Sviridov E.B., Shcherbak N.V., Dubovoy E.V. Energy Saving Environmentally Safe Technology of Air Cooling by Evaporative Type Devices. Saint Petersburg, SPbPU Publ., 2017. 286 p.

11. Смирнова Е.Г., Лоцманова Е.М., Журавлева Н.М., Резник А.С., Вураско А.В., Дрикер Б.Н., Минакова А.Н., Симонова Е.И., Сиваков В.П., Первова И.Г., Маслакова Т.И., Казаков Я.В., Севастьянова Ю.В., Коптяев В.В., Дернова Е.В., Канарский А.В., Дулькин Д.А., Щербак Н.В., Дубовый В.К. Материалы из нетрадиционных видов волокон: технологии получения, свойства, перспективы применения: моногр. Екатеринбург: УГЛТУ , 2020. 252 с. Smirnova E.G., Lotsmanova E.M., Zhuravleva N.M., Reznik A.S., Vurasko A.V., Driker B.N., Minakova A.N., Simonova E.I., Sivakov V.P., Pervova I.G., Maslakova T.I., Kazakov Ya.V., Sevast’yanova Yu.V., Koptyayev V.V., Dernova E.V., Kanarskiy A.V., Dul’kin D.A., Shcherbak N.V., Dubovyy V.K. Materials from Non-Traditional Types of Fibers: Production Technologies, Properties and Application Prospects. Yekaterinburg, USFEU Publ., 2020. 252 p.

12. Смолин А.С., Криницин Н.А., Суслов Г.А. Исследование прочности сорбционных композиционных материалов на основе микротонких стеклянных волокон // Химические волокна. 2018. № 5. С. 18. Smolin A.S., Krinitsin N.A., Suslov G.A. The Study of the Strength of Sorption Composite Materials Based on Microfine Glass Fibers. Khimicheskiye volokna [Fibre Chemistry], 2018, no. 5, p. 18.

13. Смолин А.С., Щербак Н.В., Дубовой Е.В., Лоренгель М.А. Оценка эффективности очистки воздуха минеральноволокнистыми сепараторными бумагами // Изв. вузов. Лесн. журн. 2017. № 6. С. 126–134. Smolin A.S., Shcherbak N.V., Lorengel M.A., Dubovoy E.V. Estimating Efficiency of Air Cleaning by Mineral Fiber Separator Papers. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2017, no. 6, pp. 126–134. DOI: https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2017.6.126

14. Стекловолокно: способ получения, свойства, применение // Нelpiks.org. Режим доступа: https://helpiks.org/8-90835.html (дата обращения: 29.11.20). Glass Fiber: Method of production, Properties and Application. Нelpiks.org.

15. Технологии производства базальтовых волокон // Basalt fiber & composite materials technology development. Режим доcтупа: http://basaltm.com/tehnologii/technology-of-production-basalt-fiber.html (дата обращения: 06.11.20). Basalt Fiber Production Technologies. Basalt Fiber & Composite Materials: Technology Development.

16. Типы стеклянных волокон // Sammas. Режим доступа: http://sammas.ru/tekhnologii-i-terminologiya/tipy-steklyannykh-volokon.html (дата обращения: 29.10.20). Types of Glass Fibers. Sammas.

17. Характеристика стекловолокна // АО «Новгородский завод стекловолкна». Режим доступа: http://nzsv.ru/products/m20mtv0-25/ (дата обращения: 10.03.21). Characteristics of Glass Fiber. AO “Novgorod Glass fiber Plant”.

18. Чижов Г.И. Соединения алюминия в производстве бумаги: дис. … д-ра техн. наук. Л., 1975. 320 c. Chizhov G.I. Aluminum Compounds in Paper Production: Dr. Eng. Sci. Diss. Leningrad, 1975. 320 p.

19. Щербак Н.В., Елукова Н.А. Влияние условий проведения испытания на прочность фильтровальной бумаги из стекловолокна // Проблемы механики целлюлозно-бумажных материалов: материалы VI Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. памяти проф. В.И. Комарова. Архангельск: Сафу, 2021. С. 389–392. Shcherbak N.V., Elukova N.A. Influence of Testing Conditions on the Strength of Glass Fiber Filter Paper. The Issues in Mechanics of Pulp-and-Paper Materials:Proceedings of the 6th International Conference in Memory of Professor Valery Komarov. Arkhangelsk, NArFU Publ., 2021, pp. 389–392.

20. Щербак Н.В., Дубовой Е.В., Лоренгель М.А., Смолин А.С. Моделирование композиции сепараторной бумаги из минерального и растительного сырья для повышения прочности и впитывающей способности // Изв. вузов. Лесн. журн. 2018. № 1. С. 120–129. Shcherbak N.V., Dubovoy E.V., Lorengel M.A., Smolin A.S. Simulation of Separator Paper Composition from Mineral and Vegetable Raw Material for Hardening and Absorbency. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2018, no. 1, pp. 120–129. DOI: https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2018.1.120

21. Binetruy C., Michaud V. Emerging, Hybrid & Smart Composites. Functional Composite Materials, 2021, vol. 2, art. 16. DOI: https://doi.org/10.1186/s42252-021-00028-y

22. Moelter W., Fissan H. Structure of a High Efficiency Glass Fiver Filter Medium. Aerosol Science and Technology, 1997, vol. 27, iss. 3, pp. 447–461. DOI: https://doi.org/10.1080/02786829708965484

23. Sathishkumar T.P., Satheeshkumar S., Naveen J. Glass Fiber-Reinforced Polymer Composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2014, vol. 33, iss. 13, pp. 1258–1275. DOI: https://doi.org/10.1177/0731684414530790

24. Thomas A.W. Solutions of Basic Salts of Aluminum. Paper Trade Journal, 1935, vol. 100, no. 6, pp. 36–39.

25. Zheng X.-M., Wang H.-Y. Effect of Fiber Diameter on the Structure and Properties of Glass Fiber Paper. China National Pulp and Paper Research Institute. 2016, vol. 35, pp. 16–21. DOI: https://doi.org/10.11980/j.issn.0254-508X.2016.05.004