Застосування наповнених дисперсій водорозчинних полімерів для функціоналізації волокнистих матеріалів

Abstract

Мета дослідження – визначення впливу типу та концентрації полімерної сполучної речовини та кількості введеного адсорбенту на реологічні характеристики наповнених полімерних дисперсій і фізико-механічні властивості комбінованих волокнистих матеріалів для технологій водоочищення. Як основа для отримання волокнистих сорбційних матеріалів в роботі був використаний голкопробивний нетканий матеріал з поверхневою щільністю 227 г/м2 (ПУ/ПА-6,6), отриманий з еластичних волокнистих відходів текстильної промисловості. Для підвищення сорбційної здатності матеріалів вводили порошок глини монтморилонітового типу в кількості до 5-10% від маси. Як водорозчинні полімери для просочення волокнистої основи було обрано полівініловий спирт і крохмаль. Досліджували влив концентрації полімерних розчинів на реологічні характеристики наповнених полімерних дисперсій. Реологічні властивості наповнених полімерних композицій визначалися за допомогою ротаційного віскозиметра NDJ-9S (КНР). Механічні характеристики нетканих матеріалів визначали на розривній машині типу РМ-30, відповідно стандарту ДСТУ ISO 9073-3:2003. Встановлено, що концентрація полімерного сполучного та кількість мінерального сорбенту впливають на поверхневу щільність волокнистих матеріалів, просочених дисперсіями крохмалю і ПВС. Введення глини до 10% від маси сполучного призводить до значного зростання поверхневої щільності волокнистих матеріалів, хоча одночасно спостерігається зниження їх міцності. Нанесення наповненої дисперсії ПВС призводить до зниження розривного навантаження майже вдвічі із збільшенням кількості введеної глини. Розривне навантаження знижується майже на чверть із збільшенням кількості введеної глини в розчини крохмалю вищої концентрації. Нанесення 3% дисперсії ПВС або 2-3% дисперсії крохмалю з введенням 5% глини забезпечує отримання достатньо еластичних волокнистих матеріалів з хорошими показниками міцності. А враховуючи раніше отримані результати про те, що обробка волокнистої основи 3%-вими дисперсіями ПВС і крохмалю, наповненими глинистими мінералами, сприяє підвищенню сорбційної здатності отриманих матеріалів, ці волокнисті композити для технологій водоочищення можуть бути рекомендовані. Визначили раціональні умови отримання наповнених полімерних дисперсій з необхідними реологічними властивостями для просочення нетканих матеріалів на основі волокнистих відходів і отримання волокнистих композитів з сорбційними властивостями з відповідними фізико-механічними властивостями. Сорбційні матеріали, отримані на основі волокнистих відходів ПУ/ПА-6,6, просочені наповненими дисперсіями водорозчинних полімерів, можуть бути в подальшому використані для очищення стічних вод підприємств легкої і хімічної промисловості від іонів важких металів, що може мати важливе значення для захисту довкілля і здоров'я людей.

Determination of the influence of the type and concentration of the polymer binder and the amount of introduced adsorbent on the rheological characteristics of filled polymer dispersions and the physical and mechanical properties of combined fibrous materials for water purification technologies. As a basis for obtaining fibrous sorption materials in the work, a needle-punched non-woven material with a surface density of 227 g/m2 (PU/PA-6.6) obtained from elastic fibrous waste of the textile industry was used. To increase the sorption capacity of materials, montmorillonite-type clay powder was introduced in an amount of up to 5 and 10%by mass. Polyvinyl alcohol and starch were chosen as water-soluble polymers for impregnating the fibrous base. The influence of the concentration of polymer solutions on the rheological characteristics of filled polymer dispersions was studied. The rheological properties of the filled polymer compositions were determined using a rotary viscometer NDJ-9S (China). The mechanical characteristics of nonwoven materials were determined on a PM-30 type breaking machine, in accordance with the standard DSTU ISO 9073-3:2003. It was established that the concentration of the polymer binder and the amount of mineral sorbent affect the surface density of fibrous materials impregnated with dispersions of starch and PVA. The introduction of clay up to 10% of the mass of the binder leads to a significant increase in the surface density of fibrous materials. At the same time, there is a decrease in their strength. Applying the filled dispersion of PVA leads to a decrease in the breaking load almost by half with an increase in the amount of added clay. The breaking load decreases by almost a quarter with an increase in the amount of added clay in starch solutions of higher concentration. The application of 3% PVA dispersion or 2-3% starch dispersion with the added of 5% clay minerals provides sufficiently elastic fibrous materials with good strength properties. And taking into account the previously obtained results that the treatment of the fibrous base by 3% dispersions of PVA and starch filled with clay minerals helps to increase the sorption capacity of the obtained materials, these fibrous composites for water treatment technologies can be recommended. Rational conditions for obtaining filled polymer dispersions with the necessary rheological properties for impregnation of non-woven materials based on fibrous waste to obtain fibrous composites with sorption properties with appropriate physical and mechanical properties were determined. Sorption materials obtained on the basis of fibrous waste PU/PA-6,6, impregnated with filled dispersions of water-soluble polymers, can be used in the future for the purification of wastewater of chemical industry enterprises from heavy metals ions, which can be important for the protection of the environment and people's health.