БУМАГОПОДОБНЫЙ НАНОКОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОЛОКОН ДЛЯ УСТАНОВОК ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА ИСПАРИТЕЛЬНОГО ТИПА

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.