СЛОИСТОЕ АБСОРБИРУЮЩЕЕ ИЗДЕЛИЕ

Изобретение относится к средствам борьбы с загрязнениями окружающей среды, а именно к слоистым абсорбирующим изделиям на основе нетканых материалов, предназначенных для сбора с любых поверхностей жидких проливов, включающих различные химические загрязнения, в том числе и радиоактивные.

Известно большое количество изобретений, которые относятся к слоистым изделиям для абсорбции воды и водных растворов. Известные слоистые изделия применяют в виде влагопоглощающих и водонепроницаемых салфеток, перевязочных изделий и гигиенических прокладок.

Например, патенты РФ №2242370 (кл. В32В 5/22, публ. 2004 г.), №2155606 (кл. A61L 15/60, публ. 2000 г.), №2125861 (кл. A61F 13/46, публ. 1999 г.), №2214203 (кл. A61F 13/45, публ. 2003 г.).

Все перечисленные изобретения представляют собой многослойные изделия на основе нетканых материалов и абсорбентов. Однако все известные гигиенические изделия обладают свойствами впитывать влагу, но не обеспечивают транспортировку влаги снизу вверх от поверхности и вверх от слоя к слою. Данные изделия обеспечивают транспортировку жидкости только сверху вниз, а не наоборот.

Аналогично действуют влагопоглощающие коврики: патенты РФ №51845 (кл. A47L 23/22, В08В 17/04, публ. 2006 г.), №2113163 (кл. A47L 23/22, публ. 1971 г.), №12555 (кл. B61N 3/04, публ. 2000 г.), а также заявка JP №2005066085, публ. 2005 г., патент US №3578738 (кл. A47L 23/22, публ. 1971 г.).

Известно абсорбирующее изделие, содержащее, по меньшей мере, один термопластичный компонент, предназначенный для скрепления слоев (патент РФ №2222304, кл. A61F 13/537, A61L 15/42, публ. 2004 г.). Изобретение относится к абсорбирующему изделию, содержащему один проницаемый для жидкости слой с повышенной смачиваемостью, один покрывающий слой и размещенный между ними абсорбирующий слой, а также транспортирующий слой, обеспечивающий перемещение жидкости сверху вниз, который расположен между проницаемым для жидкости слоем и абсорбирующим слоем, при этом слой с повышенной смачиваемостью присоединен к обеспечивающему перемещение жидкости транспортирующему слою в отдельных местах скрепления, образующих некоторый рисунок, и как проницаемый для жидкости слой, так и обеспечивающий перемещение жидкости слой содержат, по меньшей мере, один термопластичный компонент, и места скрепления образуются под действием тепла. Слои выполнены из волокон различного типа, создающих сетчатую структуру.

К недостаткам, препятствующим использованию известного абсорбирующего изделия, относятся незначительная возможность впитывания влаги в направлении снизу вверх и невозможность его адаптации к растворам кислот, щелочей и радиоактивных проливов.

Наиболее близким изобретением по конструктивным признакам является абсорбирующее изделие по патенту РФ №2222304, которое и выбрано в качестве прототипа.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка слоистого абсорбирующего изделия, обеспечивающего сбор с любых поверхностей жидких проливов, в том числе и радиоактивных.

При использовании предлагаемого изделия при совокупности существенных признаков обеспечивается достижение следующего технического результата:

- сбор жидких проливов с поверхностей, то есть впитывание и продвижение жидкости снизу вверх;

- обеспечение впитывания жидкости объемом до 500 мл при площади изделия 250×250 мм;

- сбор проливов в виде растворов кислот, щелочей, солей, даже в больших концентрациях;

- сбор проливов с радиоактивным загрязнением.

Указанный технический результат достигается тем, что абсорбирующее слоистое изделие, включающее один покрывающий слой, не менее двух проницаемых для жидкости транспортирующих слоев, и слой из гранулированного полимерного абсорбента, контактирующий с внутренней поверхностью покрывающего слоя, слои покрывающий и транспортирующие выполнены из волокнистого материала с пористой структурой, отличается тем, что один из транспортирующих слоев является наружным, все транспортирующие слои выполнены складчато-гофрированными, а послойное направление складчатых гофр взаимно перпендикулярно, дополнительно выполнен транспортирующий разделительный слой из волокнистого материала с пористой структурой для отделения слоя гранулированного абсорбента от ближайшего к нему внутреннего гофрированного транспортирующего слоя, при этом гранулированный абсорбент дополнительно размещен между складчатыми гофрами транспортирующих слоев, количество складчатых гофр на транспортирующем слое, ближайшем к разделительному слою, составляет 24-34 складчатых гофр на один погонный метр, а количество складчатых гофр на остальных транспортирующих слоях составляет 60-120 гофр на один погонный метр, а каждая складчатая гофра зафиксирована. Высота складчатых гофр составляет 6-14 мм.

Предпочтительно в качестве волокнистого материала с пористой структурой используют нетканый материал на основе акриловых полимеров с высокой поглощающей способностью.

Наилучший результат обеспечивается, если в качестве абсорбента используют гранулированный акриловый сополимер с повышенной гидрофильной функцией.

При размещении абсорбента между складчатыми гофрами и закреплении его органорастворимым акриловым клеем обеспечивается максимально надежный сбор проливов при использовании робототехники.

Экспериментально определено количество внутренних гофрированных транспортирующих слоев не более 8, а дальнейшее увеличение количества слоев не повышает объем собранной жидкости.

Также экспериментально определено, что количество транспортирующих разделительных слоев - не более 4, а слои гранулированного абсорбента размещены между каждым разделительным слоем. Увеличение количества разделительных слоев также не повышает объем собранной жидкости.

Наружная сторона покрывающего слоя может быть дублирована влагонепроницаемой пленкой, если по технологическому регламенту надо перекрыть покрывающий слой непроницаемым для влаги материалом.

Именно совокупность всех существенных признаков предлагаемого изделия позволяет получить при использовании указанный выше технический результат и решить поставленную задачу.

Сущность изобретения поясняется структурным изображением конструкции слоистого материала, представленным на чертеже.

На фиг.1 схематично представлен объемный вид конструктивных особенностей (в разрезе), где 1 - покрывающий слой, 2 - наружный проницаемый для жидкости слой, 3 - внутренний проницаемый для жидкости слой, количество этих слоев - не более 8, 2 и 3 слои являются складчато-гофрированными транспортирующими, 4 - разделительный транспортирующий слой, таких слоев - не более 4, 5 - гранулированный полимерный абсорбент, который размещен между покрывающим слоем (1) и разделительным транспортирующим слоем (4). Слоев абсорбента (5) столько же, сколько разделительных слоев (4). Абсорбент (5) также размещен между складчатыми гофрами (6) транспортирующих слоев (2 и 3). На наружном транспортирующем слое (2) количество складчатых гофр составляет 24-34 на 1 погонный метр. Каждый внутренний транспортирующий слой (3) содержит 60-120 складчатых гофр на погонный метр. Высота гофр (6) составляет 6-14 мм.

В качестве волокнистого материала с пористой структурой (1, 2, 3) используют нетканый материал на основе акриловых полимеров с высокой поглощающей способностью.

В качестве абсорбента (5) используют гранулированный акриловый сополимер с повышенной гидрофильной функцией. Абсорбент (5) между складчатыми гофрами (6) закреплен акриловым клеем. Наружная сторона покрывающего слоя (1) может быть дублирована влагонепроницаемой пленкой (не показано).

Каждая складчатая гофра (6) зафиксирована для сохранения ее формы (не показано).

При использовании предлагаемого изделия в случаях сбора проливов различных жидкостей, в том числе радиоактивных, данное изделие укладывают на поверхность с проливом или помещают в емкость с агрессивной жидкостью. Жидкость смачивает наружный транспортирующий слой (2) с гофрами (6), затем передается по внутренним слоям (3) с гофрами (6). Часть жидкости поглощается абсорбентом (5), а не связанная жидкость продвигается далее к разделительному слою (4),через слой абсорбента (5) - к покрывающему слою (1).

За счет создания трехмерной гофрировано-складчатой структуры значительно увеличивается количество абсорбента, которое одновременно реагирует с жидкостью в тонком слое и обеспечивается полное реагирование всего абсорбента с жидкостью.

Наличие складчатых гофр (6) обеспечивает интенсивное продвижение жидкости. Причем поглощение жидкости данным изделием обеспечивается как снизу вверх (когда изделие уложено на пролив наружным транспортирующим слоем), так и сверху вниз (когда жидкость стекает на наружный транспортирующий слой).

Материалы, используемые при изготовлении абсорбирующего слоистого изделия:

- нетканый материал на основе акриловых полимеров с высокой поглощающей способностью, например, полученный способом по патенту РФ №1781234 или нетканый материал марки Ф-20, плотностью 20 г/м², или Ф-40 плотностью 65 г/м² (производство «Фибрелла» Suominen Nonwovens Ltd, Финляндия или компания «БалЭнергоМаш», РФ, Саратовская обл., г.Балаково, полотно нетканое гидрооплетеное «СПАНЛЕЙС», плотность 30-100 г/м²);

- сверхгидрофильный акриловый сополимер (суперабсорбент) МАРС-04 ТУ 6-02-53-89;

- клей акриловый органорастворимый Акрилат-85КТ ТУ №6-02-132-90, или латакрил БМ ТУ №6-02-258-96.

Для испытаний использованы:

ГОСТ 2263-79 Натрий едкий технический. Технические условия.

ГОСТ 701-89 Кислота азотная концентрированная. Технические условия.

Слоистое абсорбирующее изделие изготавливали следующим образом.

Пример 1

На нетканом полотне сформировали поперечные складчатые гофры высотой 6 мм в количестве 60 штук на один погонный метр и фиксировали их с использованием сварки ручным импульсным силером ТБК-ИП ЗООН. Между складчатыми гофрами наносили органорастворимый акриловый клей. На клей рассыпали гранулированный полимерный абсорбент из расчета 32 г на 1 м². Из полученного материала вырезали наружный транспортирующий слой и один внутренний транспортирующий слой в виде квадрата со стороной 250 мм или прямоугольника 200х300 мм. Наружный транспортирующий слой содержит 2 г абсорбента [32 г: (16 слоев=1 м²)=2 г], внутренний транспортирующий слой содержит также 2 г абсорбента. Полученный наружный транспортирующий слой разместили на горизонтальной поверхности. Внутренний транспортирующий слой положили сверху на наружный транспортирующий слой таким образом, чтобы направление складчатых гофр на слоях было взаимно перпендикулярным. На нетканом полотне также с использованием сварки зафиксировали поперечные складчатые гофры высотой 6 мм в количестве 24 на один погонный метр. Между гофрами нанесли органорастворимый акриловый клей. На клей рассыпали гранулированный полимерный абсорбент из расчета 8 г на 1 м². Из полученного материала вырезали один внутренний транспортирующий слой в виде квадрата со стороной 250 мм или прямоугольника 200×300 мм. Внутренний транспортирующий слой содержит 0,5 г абсорбента. Полученный внутренний транспортирующий слой положили сверху на предыдущий транспортирующий слой таким образом, чтобы направление гофр на слоях было взаимно перпендикулярным.

На нетканое полотно равномерно рассыпали абсорбент из расчета 8 г на 1 м². Из него вырезали транспортирующий разделительный слой в виде квадрата со стороной 250 мм или прямоугольника 200×300 мм. Разделительный слой содержит 0,5 г абсорбента. Полученный разделительный слой положили сверху на сложенные предыдущие транспортирующие слои со складчатыми гофрами. Из нетканого полотна вырезали покрывающий слой в виде квадрата со стороной 250 мм или прямоугольника 200×300 мм. Полученный слой укладывали сверху на предыдущие таким образом, чтобы покрывающий слой был сверху изделия. Сложенные слои сваривали между собой по периметру ручным импульсным силером ТЕК-ИП 300Н. Общее количество абсорбента в изделии составило 5 г.

Остальные изделия изготавливали аналогичным образом. Характеристика каждого изготовленного слоистого абсорбирующего изделия представлена в Таблице 1.

Полученное слоистое изделие может быть использовано самостоятельно при сборе радиоактивных/токсичных проливов, либо с использованием дистанционно управляемого робототехнического комплекса (РТК) из труднодоступных мест (приямки, колодцы) или как вкладыш в технологическом захвате при сборе проливов с горизонтальных поверхностей.

Например, технологический захват может представлять собой квадратную деревянную рамку с держателем, прикрепленным сверху по оси симметрии рамки. Держатель служит для взятия рамки охватом манипулятора РТК. С нижней стороны рамки прикреплена гибкая неметаллическая сетка для удерживания слоистого изделия внутри дезактивирующего захвата. Слоистое абсорбирующее изделие помещают внутрь рамки на гибкую сетку. Размеры рамки варьируются в зависимости от конкретного объекта радиационного инцидента. Захват со слоистым изделием помещают на пролив дистанционно, а после впитывания захват вместе с изделием извлекают.

Изготовленные абсорбирующие изделия (также как в примере 1) были испытаны по следующим параметрам:

- поглощающая способность изделий в течение 5 и 15 минут типичных жидких технологических отходов;

- дезактивирующая способность изделий.

Поглощающую способность определяли следующим образом. Жидкость объемом 200 мл, 300 мл и так далее до 1 л заливали в кювету размером 350×400 мм. В каждый объем жидкости помещали абсорбирующее изделие размером 300×200 мм. Наблюдение проводили в течение 30 мин. Изделие извлекали и фиксировали наличие обратного окапывания жидкости в кювете. Отношение объема поглощенной жидкости к исходному объему жидкости принималось за поглощающую способность.

Дезактивирующую способность предлагаемого изделия определяли по ГОСТ Р 50773-95.

Дезактивацию проводили на листе-основании из нержавеющей стали размером 500×500 мм. На него наливали 200 г загрязняющего раствора, содержащего изотопы Се-144, а на другой лист наливали раствор с изотопом CS-137.

Измеряли исходящую активность (А исх), затем на жидкость помещали абсорбирующее изделие, через 15 минут его удаляли и замеряли остаточную активность (А ост). Коэффициент дезактивации Кд рассчитывали по формуле:

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Анализ результатов испытаний подтверждает достижение указанного технического результата (примеры №№1-3). Все количественные признаки выявлены экспериментальным путем. Если количество гофр наружного слоя меньше 60, то поглощающая способность резко снизилась (как предполагают авторы) из-за ухудшения транспортирования жидкости к верхним слоям в первоначальный момент времени (пример №4).

При количестве гофр наружного слоя больше 120 наблюдалось некоторое снижение поглощающей способности. Предположительно это объясняется тем, что абсорбент на первом слое полностью не прореагировал из-за большой плотности гофр, что также нарушило транспортирование жидкости к верхним слоям (пример №4).

Изготовление внутреннего проницаемого для жидкости слоя с количеством гофр меньше 60 приводит к тому, что поглощающая способность снижается:

возможно из-за нарушения перераспределения жидкости между внутренними слоями (пример №6).

Если внутренний проницаемый для жидкости слой содержит количество гофр больше 120, наблюдается снижение поглощающей способности.

Эксперимент показал, что абсорбент в средних внутренних слоях полностью не прореагировал из-за большой плотности гофр и нарушилось распределение жидкости между слоями (пример №7).

В примере №8 испытывали образец, у которого во внутреннем проницаемом для жидкости слое, ближайшем к разделительному, количество гофр меньше 60. Поглощающая способность снижена. Абсорбент в верхних слоях полностью не прореагировал из-за ухудшения транспортирования и перераспределения жидкости в верхних слоях.

В примере №9 представлен результат испытаний образца, у которого во внутреннем проницаемом для жидкости слое, ближайшем к разделительному, количество гофр больше максимума. Поглощающая способность также снижена.

Испытывали образец, изготовленный с высотой гофр в транспортирующих слоях больше 14 мм. Поглощающая способность снижена. Гофры большей высоты деформируются, и заметно ухудшается транспортировка жидкости от слоя к слою (пример №10).

Эксперимент также показал, что изготовление гофр высотой меньше 6 мм затруднено и нетехнологично в производстве.

Испытание образцов с количеством складчато-гофрированных слоев больше 8 не приводят к улучшению каких-либо технических показателей изделия.

Таким образом, заявитель доказывает, что предлагаемое изделие с трехмерной структурой при использовании обеспечивает достижение технического результата, указанного в описании, является новым и оригинальным, направлено на решение поставленной задачи и явным образом не вытекает из предыдущего уровня техники.