автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.03, диссертация на тему:Структурные и функциональные свойства фильтровальных видов бумаги и картона

Санкт-Петербургская лесотехническая академия

На правах рукописи Канарский Альберт Владимирович

СТРУКТУРНЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ФИЛЬТРОВАЛЬНЫХ ВДОВ БУМАГИ И КАРТОНА

05.21.03 - Технология и оборудование химической переработки .древесины ; химия древесины

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада

Санкт-Петербург - 1994

- 2 -

Работа выполнена в Волкском научно-исследовательском институте целлюлозно-бумажной промышленности.

Официальные оппоненты : Чижов Г. И.

доктор технических наук, профессор

Бушмелев В. А.

доктор технических наук, профессор Начинкин 0. И.

доктор технических наук, профессор

Ведущая организация : Всероссийский научно-исследовательский институт целлюлозно-бумажной промышленности.

Защита диссертации состоится "29 "марта_199 4г.

в 11 час на заседании специализированного совета Д 063.50.С при Санкт-Петербургской лесотехнической академии (194018, г.Санкт-Петербург, Институтский пр., 5).

С научным докладом можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургской лесотехнической академии.

Научный доклад разослан ^_199_^'г.

Ученый секретарь специализированного советаti доктор технических наук, профессор —Н.Н.Калинин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В процессе фильтрования, используемого для повышения чистоты жидкостей, воздуха и газов, црименяют фильтровальные вида бумаги и картона. Целлюлозно-бумажная промышленность изготавливает 80 тыс.г. фильтровальных видов бумаги и картона, что составляет 50 % общей их потребности. Однако растущая потребность фильтровальных видов бумаги и картона обусловлена прежде всего неоправданно высокими удельными нормами расхода этих материалов при фильтровании из-за их низких эксплуатационных свойств, в част^-яости, срока службы. Следует отметить, что ассортимент изготавливаемых фильтровальных видов бумаги и картона также не удовлетворяет потребности.

Предприятия не производят фильтровальные виды бумаги и картона для предварительной очистки жидкостей, воздуха и газов перед мембранами. Применение существующих фильтровальных видов бумаги' и картона не по назначению приводит не только к снижению эффективности процессов фильтрования, но также и к неоправданному увеличению расхода этих материалов. Необходимо решение проблемы замены асбеста в составе фильтровальных видов бумаги и картона на биологически безопасные компоненты.

Совершенствование технологии фильтровальных видов бумаги и картона, направленное на снижение их гидравлического сопротивления, повышение задерживающей способности, пыле- и грязеемкости и /еханической прочности, позволит увеличить срок службы этих фильтровальных материалов и, соответственно, сократить материалоемкость цюцесса фильтрования жидкости, воздуха и газов. Придание фильтровальным видам бумаги и картона адсорбционных свойств, биологический инертности, термо- и хемостойкости позволит также расширить )бласть их применения в биотехнологических, электронных, химичес-сих, машиностроительных и других производствах^

Актуальность я значимость развития исследований, направленных 1а создание фильтровальных видов бумаги и картона с улучшенными жсплуатациоиными свойствами, обусловили их включение в ряд спе-даально принятых ГКНТ и Президиумом АН программ и распоряжений, |ежотраслевых и отраслевых программ. В частности, проведенная ра-юта является составной частью программ : "Создать и освоить [роцессы для очистки сточных еод, концентрирования и регенерации гродуктов в химической и других отраслях промышленности", выпол-

ненной по координационным планам МНТК "Мембраны" ; "Экологически безопасные процессы химии и химической технологии"; "Химия и технология чистой воды"; межотраслевой программы по совершенствован! очистки горючесмазочных материалов, заправляемых в воздушные суд;

Цель и задачи работы. Основной целью является создание научных основ совершенствования структурных и функциональных сво! фильтровальных видов бумаги и картона и разработка технологии, обеспечивающей улучшение эксплуатационных характеристик фильтров; ных видов бумаги и картона для очистки технологических, рабочих I медико-биологических жидкостей и воздуха.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи

- исследовать существо явлений, происходящих при фильтровании, и определить их взаимосвязь со структурными и функциональными свой вами бумаги и картона ;

- развить и экспериментально обосновать представления о влиянии поверхностных свойств компонентов на структурные и функциональны свойства бумаги и картона ;

- разработать общие принципы выбора компонентов и способов их обработки, направленных на совершенствование структурных и функциональных свойств бумаги и картона ;

- выявить условия и разработать технологические способы изготов! ния бумаги и картона, направленные на увеличение их эффективной пористости и улучшение функциональных свойств ;

- разработать и освоить в производственных условиях технологию фильтровальных видов бумаги и картона с улучшенными эксплуатацис ными свойствами для очистки технологических, рабочих и медиков логических жидкостей и воздуха.

Методы исследований. Научные гипотезы диссертационной рабо: базируются на фундаментальных воззрениях физической и коллоидно) химии ; на достижениях в области технологии волокон, сорбент< и связующих, а также бумаги и картона. Для обоснования выдвину: научных положений использованы инструментальные методы исследов; газовая и жидкостная хроматография, термогравиметрический, ртут1 -порометрический, спектроскопический, электронно-микроскопическ: электроосмос. Предложенные способы изготовления фильтровальных I териалов проверялись на опытном и промышленном оборудовании прз цриятий отрасли. Экспериментальные, опытные и промышленные обра фильтровальных материалов испытаны в производственных условиях.

Научная новизна. Полутали дальнейшее развитие и экспериментальное обоснование представления о взаимосвязи структурных и функциональных свойств фильтровальных видов бумаги и картона, учитывавшие физико-химическое взаимодействие фильтруемой среда с поверхностью пор и возникающие при этом поверхностные явления. Установлен характер изменения эффективного объема пор бумаги и картона в зависимости от поверхностных свойств компонентов, физико-химических свойств фильтруемой среды и условий фильтрования. Еыявлены характеристики структуры бумаги и картона, комплексно отражающие эффективность использования объема пор в бумаге и картоне цри фильтровании. Уточнены представления о влиянии структурных свойств бумаги и картона на взаимодействие вязкостных и инерционных сил при фильтровании жидкостей, содержащих дисперсную фазу. Показано влияние дискретного и непрерывного изменения эффективной пористости бумаги и картона на процессы разделения фильтрованием дисперсной фазы и дисперсионной среды. Установлены закономерности изменения адсорбционных свойств бумаги и картона от их эффективной пористости и поверхностных свойств компонентов. Получили дальнейшее развитие представления о роли смачиваемости и адгезии на механизм удерживания дисперсной фазы поверхностью пор бумаги и картона в период фильтрования. В результате изучения процесса разделения фильтрованием дисперсной фазы и дисперсионной среды выявлены условия, при которых совместное влияние ситового эффекта, гидродинамических сил, эффекта касания и электрических сил взаимодействия повышает задерживавдую способность и улучшает гидравлические характеристики бумаги и картона. На основе комплексной оценки влияния технологических факторов на эффективную пористость и функциональные свойства бумаги и картона продемонстрирована и обоснована возможность прогнозирования их эксплуатационных характеристик.

Отличаются новизной и выносятся автором на защиту следующие основные результаты диссертационной работы :

1. Представления о характере влияния физико-химических свойств фильтруемой среда и условий фильтрования на эффективность использования пористости бумаги и картона при фильтровании .

2. Представление о характере взаимосвязи структурных и функциональных свойств фильтровальных видов бумаги и картона.

3. Обоснование принципов выбора компонентов и способов их обработки, обеспечивающих увеличение эффективной пористости и улучшение функциональных свойств бумаги и картона.

4. Обоснование способов формирования структуры бумаги и картона, обеспечивающих максимальное использование их пористости и улучшение функциональных свойств.

Реализация работы в промышленности. Полученные результаты исследований использованы автором при разработке технологии фильтровальных видов бумаги и картона для очистки технологических, рабочих и медико-биологических жидких и газообразных сред и являются научной основой совершенствования технологии материалов этого назначения. Новизна технических решений, принятых по результатам исследований, подтверждена 29 авторскими свидетельствами на изобретения. В соответствии с разработанной технологией впервые в промышленных условиях Косинской бумажной фабрики, Красногородско1 ЭЦБЗ, Волжского НИИ ЦБП организовано производство 25 новых фильтровальных видов бумаги и картона. В частности, бумага и картон : для предварительного фильтрования жидкостей перед мембранами ; для стерильной фильтрации жидкостей ; для очистки рабочих жидкостей машин и механизмов ; для очистки воздуха ; бумага для хромато-графических исследований ; бумага для лабораторного анализа крови и других клинических исследований. Фильтровальные материалы используются на предприятиях народного хозяйства, имея социальное и экономическое значение для развития государства. Экономический эффект от применения новых видов продукций на 1989 г. составил I млн.700 тыс.руб. Фильтровальные материалы экспонировались на межотраслевых выставках : "Композиция-87", "НТИ.1-87", "Изобретения и НПГ, отраслевой выставке "Композиционные материалы" (1988г.), выставке "Зцравоохранение-90", на выставке ВДНХ СССР "Изобретатели отрасли - народному хозяйству" (1992 г.), международной выставке "Наука и техника на службе мира и прогресса" (1988 г. Индия), на международных технических ярмарках в г.Пловдиве (НРБ), в Чехословакии и ГДР, 1988 г.

Агообапия работы. Материалы диссертации докладывались на международных, всесоюзных и отраслевых научно-технических и практических конференциях и семинарах (21 доклад), а также на предприятиях отраслей, изготовлянцих и потреблявдих фильтровальные виды бумаги и картона.

Публикация работы. По материалам диссертации опубликовано 114 работ, в том числе 29 авторских свидетельств, 4 обзора по тенденциям развития производства фильтровальных материалов и монография "Фильтровальные виды бумаги и картона(для промышленных технологических процессов)" объемом 19,19 уч.-изд.листа. Кроме того, на новые виды материалов разработано 16 технических условий, зарегистрированных в установленном порядке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Научные предпосылки совершенствования функциональных свойств фильтровальных видов бумаги и картона

В опубликованных монографии и обзорах дан анализ исследований, направленных на создание технологии фильтровальных видов бумаги и картона. Значительный вклад в теорию и практику цроиз-водства фильтровальных видов бумаги и картона внесли отечественные и зарубежные ученые. В работах С.А.Пузырева, В.Ф.Неволина, М.Р.Кагана, Д.Ф.Иртеговой, Н.Н.Щекиной уделено основное внимание выбору волокнистых полуфабрикатов и способов их обработки, технологическим параметрам формования, прессования и сушки фильтровальных видов бумаги и картона. Научные и прикладные аспекты технологии фильтровальных видов бумаги и картона также рассмотрены ДЛ.Фляте, Э.Л.Акимом, Г.И.Чиковым, Г.А.Пазухиной, О.И.Начинкияым, В^В.Хованским, П.С.Осиповым; Е.А.Мозыревой, Н.В.Платицыной, Е.Н.Быковским, Н.П.Залесскои, В.К.Афанасьевым, С.А.Гладких, Н.М.Чуркиной, А.К.Бараповой, И.А.Глуховой, А.В.Рябковым X.Г.Кожановой и др. Поиску рациональных областей применения фильтровальных-видов бумаги и картона посвящены работы В.И.Зуева, Л.С.РеМмана, А.А.фкевича, Г.С.Бродского, Б.И.Мягкова, О.В.Проволовичэ, Г.В.Борисовой, Ю.И.Дытнерского, В.П.Дубяги, А.В.Тарасова и других авторов.

Необходимо отметить, что в ранее выполненных работах создание фильтровальных видов бумаги и картона о заданными свойствами связыбзлйзЬ с их гидравлическим совершенством, т.е. о их струхтурныюа свойствами. В соответстази с данными научными

взглядами разработка высокоэффективных фильтровальных видов бумаги и картона приводит к необходимости увеличения их гадрг лического сопротивления и, как следствие, снижению срока их эксплуатации. Применение фильтровальных видов бумаги и карт в фильтрационной технике становится экономически нецелесообрг ны,м.

Научной предпосылкой решения проблемы создания фильтрова; них видов бумаги и картона с оптимальными функциональными св< вами и повышения эффективности их применения является направ; ное регулирование не только структурных свойств бумаги и кар' на, но и поверхностных явлений, возникающих при физико-химич' ком взаимодействии фильтруемой среда с поверхностью пор.

2. Взаимосвязь структурных и функциональных свойств бумаги и картона

Структурные свойства бумаги и картона принято характера вать плотностью, Л5щей пористостью, общим объемом пор и их р пределонием по размерам, удельной поверхностью пор, максима! ныы и средним .диаметром пор. Следует обратить внимание на м ность структуры бумаги и картона, объем пор в которых может представлен как мккномпонснтными порами, так и внутрикомпоне ними порами. Вышеприведенные структурные характеристики 6yi.it картона прежде всего характеризуют их как пористые тела и н< ракаюг объективно ту часть объема пор бумаги и картона, коте определяет процесс фильтрования жидкостей и газов. Метода 01 деления структурных характеристик многообразны, однако при 1 применении не учитывается влияние на структурные свойства с ко-химических явлений, происходящих при фильтровании. Но эт> причине ранее опубликованные результаты исследований, отраж щие влияние структуры бумаги и картона на их функциональные свойства, противоречивы и могут использоваться лишь при реи конкретных задач по созданию фильтровальных видов бумаги и тона и не позволяют сделать общих выводов о путях снижения равлического сопротивления бумаги и картона, увеличения гря - и пылеакнумулирувдей и задерживающей способности.

Необходимо также отметить, что в ранее опубликованных работах исследователями не рассматривалось влияние структурных свойств бумаги и картона на их адсорбционные свойства, которые, по мнению автора, являются значительным резервом в улучшении эксплуатационных свойств фильтровальных видов бумаги и картона.

2.1. Влияние структурных свойств бумаги и картона на их гидравлические- и ресурсные характеристики.

Исследование процесса фильтрования жидкостей как чистых, так и загрязненных механическими и коллоидными частицами через бумагу и картон с различной пористостью показало следующее. График зависимости скорости фильтрования жидкости от общего объема пор межкомпонентного пространства бумаги и картона в координатах Уо£щ — II/ и график зависимости гидравлического сопротивления бумаги и картона от общей удельной поверхности межкомпонентного пространства в координатах ~ Чф.п. являются прямолинейными и пересекают оси абсцисс. Следовательно,процесс фильтрования прекращается раньше, чем объем пор межкомпонентного пространства в бумаге и картоне достигает величины равной нулю. Существует недоступная .для прохождения жидкости часть объема пор в бумаге и картоне. Экстраполирование прямой линии до оси абсцисс позволяет разделить общий объем пор и их удельную поверхность в бумаге и картоне на эффективный объем пор ( Удф) и эффективную удельную поверхность ( «5Эф), доступные течению жидкости, и неэффективный объем пор ( 1/неэф) и неэффективную удельную поверхность (<?неэф)• Всесторонние исследования показали, что недоступный течению жидкости объем пор зависит от протяженности пор, т.е. в общем случае от толщины материалов, физико-химических свойств фильтруемой среды и разности давлений при фильтровании.

Фильтрование чистых жидкостей, не содержащих .дисперсную фазу в ввде механических и коллоидных частиц, дает возможность наиболее полно использовать общий объем пор межкомпонентного пространства в бумаге и картоне. При фильтровании .дисперсий и вязких жидкостей эффективность использования общего объема пор в бумаге и картоне снижается. Фильтрование, сопровождаемое закупориванием пор, приводит к снижению эффективности использования общего объема пор в бумаге и картоне, а фильтрование с образо-

ваниеа осадка на поверхности бумаги и картона позволяет эффективнее использовать общий объем пор в этих материалах. Увеличение разности давлений при фильтровании также повышает эффективность использования общего объема пор в бумаге и картоне. О'приведенных выше общих закономерностях можно судить по результатам, представленным на рис.1 и табл.1.

Таблица I

Влияние дисперсности отфильтровываемых частиц на неэффективный объем пор в картоне

Толщина картона, .та 1,0 3,0

Неэффективный объем пор, см3/г, цри фильтровании :

дистиллированной зоды 0,30 0,51

дисперсии частиц латекса диаметром, зжл,

0,5 0,35 0,60

1,0 0,50 0,63

дисперсии частиц оксида титана диаметров, шш,

2-3 0,42 0,60

5-8 0,40 0,58

Статистическая обработка результатов экспериментов показала, что независимо от общего объеыа пор н их поверхности, физико-химических свойств фильтруемой среды в условий фильтрования существует тесная корреляционная связь между показателями, отражающий гидравлическое сопротивление бумаги и картона ( VI и Я ер. п.) и эффективным объемом пор ( и их эффективной удельной поверхностью (<?дф) в этих фильтровальных материалах (рис. 2, 3). коэффициент корреляции равен 0,921.

Рассмотренная методическая возможность определения эффективного объема пор и их эффективной удельной поверхности позволяет рассчитать эффективный диаметр пор (, зависимость которого от скорости фильтрования представлена на рис.4. Использование эффективного диаыетра пор в качестве геометрическо-

го параметра, определяпцего свойства пористой перегородки, а так-ге безразмерных параметрических критериев, определенных с учетом эффективной пористости материала (Пдф). подтверждает известную гипотезу Козеаи-Карыапа о наличии однозначной связи ыеяду кратера! ия Эйлера и Рейнольде а, учитывапцаыи взаимодействие вязкостных и

w.

400 г

ZOO

H2

W,

¡rP/HMH1

8000 6003

2C00

0.3

Y

J i

Ж' т

рм7к»н.*м 2QÍ

; ¡05

Рис.1. Зависимость скорости Фильтрования жидкости от общего объема пор,вязкости жидкости и разности давления при Фильтровании:

1 - вола,при д Р=2ЭО кПа;

2 - вола,при д Р=10О кПа;

3 - глицерин,при ДР=250 кПа.

04 1

0 0,75 150 2.25 3.00

Уз?

0.75 1.50

'Г

Рис.2. Зависимость скорости фильтрования жидкости /а/ и гидравлического сопротивления /о/ от затеективного об'ызма пор в бумаге и картоне.

- 12 -

инерционных сил, действукцих в реально:,; пористо:,; теле при течении через него жидкости, содержащей загрязнения. Критерий подобия следует представлять в следующем виде :

Su =

АР Ш

'*Р

wf ■ f™ i-Пхр / 2 /

где \Ц„- средняя скорость фильтрования жидкости через

бумагу и картон, м/с ; плотность жидкости, кг/у3 ;

Jl>1 - динамическая вязкость жидкости, Пэ-с ;

dxp~ эффективный диаметр пор, икм

П-яр- эффективная пористость, определенная по известному значению эффективного и общего объема пор з

бумаге и картоне - j

При фильтровании топлив, масел, глицерина, содержащих загрязнения, через образцу фильтровальных видов бумаги и картона однозначная связь между критериями Эйлера и Рейнольдса, определенш по формулам /I/ и /2/, подтверждается высоким коэффициентом корреляции равным 0,915 (рис.5). . . • Следовательно, npe.i лагаемые структурные характеристики У эф.» Зэф-' "эф. и Пэф объективно отражают взаимосвязь структурных и гидравлических свойств бумаги и картона. Следует отметить, что эффективная пористость (Пэф) и эффективный объем пор в бумаге и картоне, определенные рассмотренным выше способом, характеризу. и эффективную грязеемкость этих материалов. При этом заполнени эффективного объема пор бумаги и картона, т.е. эффективная гря зеемкость этих материалов зависит от распределения частиц дисперсной фазы по размерам. Как видно из результатов, представле ных на рис. 6,эффективность использования объема пор в бумаге картоне выше при отфильтровывании монодисперсных частиц полис! рольного латекса диаметром 2,0 мкм по сравнению с результата;.' полученными при отфильтровывании полидисперсных частиц оксида

V/

дм'/мкИ'М1 ОДОО

6000

4000

1.0

2,0 3.0

4,0 Зэф.М' (■

10

2.0

30 40

Рис.3. Зависимость скорости Фильтрования жшгкости /а/ * гидравлического сопротивления /б/ от эййективной поверхности пор в бумаге и картоне

ди'/иии-м1

Еи-ю4 2.0

<.5 1.0

"VI-

0 8 16 24 32

С1э ч мкм

Рис.4. Зависимость скорости Фильтрования- жидкости от эсЬ— активного диаметта пор в бумаге и картоне

0 40 ^

Не -ю-'

Рио.5. Взаимосвязь критериев Рекнольдса и ^йлзра пси хиль-тровант*и жидкости червя ¿умагу 4 я картон.

- 14 -

титана с размером от 1,0 до 3,0 мкм.

Результаты исследования влияния фракционного состава отфильтровываемых частиц на эффективность использования пор в бумаге и картоне позволяют сделать вывод о целесообразности создания материалов с регулируемой эффективной пористостью по толщине, т.е. создания фильтровальных видов бумаги и картона, которые будут не только задерживать отфильтровываемые частицы, но и фракционировать их.

2.2. Влияние структурных характеристик бумаги и картона на их задерживающую способность

Исследования, направленные на определение задерживающей способности бумаги и картона в зависимости от их структурных свойств, позволили расширить существующие представления о механизме разделения дисперсной фазы и дисперсионной среда фильтрованием. Эффективность отфильтровывания частиц возрастает со снижением эффективной пористости, эффективного объема пор и диаметра пор и взаимосвязана с размерами частиц. Задерживающая способность бумаги и картона определяется соотношением диаметра частиц (¿2^) к эффективному .диаметру пор (£2^). С увеличением отношения а,г/Жцр задерживающая способность бумаги и картона возрастает (рис. 7а, поз. I). В период фильтрования в результате закупоривания пор происходит снижение эффективного объема и диаметра пор. При сохранении свойств дисперсной фазы(концентрации и размеров частиц) отношение увеличивается и, соответственно, возрастает задерживающая способность бумаги и картона. Вероятностный подход к оценке задерживающей способности бумаги и картона показал, что при отношении а^/а^, = 0,3 существенное влияние на процесс отфильтровывания частиц оказывают гидродинамические силы ( ^ = 0,40). С увеличением отношения и^/ищ влияние гидродинамических сил на задергивающую способность снижается. Отфильтровывание частиц обеспечивается за счет эффекта касания

0,20) и преимущественно за счет ситового эффекта, вероятность проявления которого достигает ^ = 1,00 при (¿г % ¿¿эср . Следует отметить, что с увеличением отношения &г./с1 д^. снижается скорость фильтрования жидкости, т.е. увеличивается гидравлическое сопротивление бумаги и картона (рис. 76). Скорость фильтрования жидкости при отфильтровываняи частиц за счет эффектов касания и ситового эффекта значительно ¡¡иже того случая, когда на процесс отфильтровывания частиц оказывают влияние гидродина-

СМ»/г 3,00

2Д5

1.50

0.15

0 0.25 0.50

0.75 1.00

(Ач/ <Д э».

Зн,%

00 75 50 25

Л

О,£5 3,50

0,75 1.00 сК/ с! эф

"ис.б. Зависимость эффективного объема пор в бумаге и картоне от распределения частш дисперсной 'Тазы по размерам:

1 - дапол^спорсные частицы по-листирольноголатекса разменом

2 мкм; 2 - полидисперсные частицы оксида титана размером

от 1 до 3 мкм.

V/. И3/' А Мг

згао

0.75 1.00

Рлс.7. Зависимость задерживающей способности /а/ и скорости фильтлзованпя /б/ от соотношения- размера частиц дисперсной (Тазы /<Хг/ я эффективного диаметра пов в бумаге к картоне:

1 /-ж*-*- /-материал,ко обладающий адгезионными свойствами;

2 /-о—о—/— материал,обладающий адгезионными свойствами.

мические силы.

Проведенные исследования показали, что отфильтровывание частиц бумагой и картоном может быть обеспечено не только совме! ным действием ситового эффекта, эффекта касания частиц о стенки пор и эффекта действия гидродинамических сил. Интерпретация результатов, представленных на рис.8, позволяет сделать вывод о влиянии на задерживающую способность адгезии. Влияние адгезии подтверждается постоянной величиной задерживающей способности бумаги и картона в течение определенного периода фильтрования Г3, ¿4» Г5) • Затем адгезия частиц поверхностью пор постепенно уменьшается, при этом наблюдается снижение задерживающей способности бумаги и картона. При полном исчезновении ад гезионного явления процесс отфильтровывания частиц проходит тол ко под воздействием ситового эффекта, эффекта касания и гидродинамических сил.

Влияние адгезии на процесс фильтрования усиливается со сни нием эффективного объема и размера пор. Следует отметить, что достижение 100 % эффективности удержания частиц возможно при бо высоких скоростях фильтрования жидкости через бумагу и картон, на поверхности нор которых проявляются адгезионные явления (рис

Экспериментально установлено, что адсорбционные свойства бумаги и картона по отношению к растворенным веществам (красите лям, бензолу, толуолу и т.д.) определяются не только адсорбцион ными свойствами компонентов, из которых они изготовлены, но так же и структурными характеристиками бумаги и картона. Например, продолжительность адсорбционного удержания красителя метилена голубого фильтровальным картоном из 50 % целлюлозы и 50 % актиь ного угля с эффективным объемом пор 0,2 см3/г в два раза выше, чем у картона того же состава, но с эффективным объемом пор 0,31 см3/г (рис.9).

Таким образом, предлагаемые структурные характеристики бумаги и картона объективно отражают не только их гидравлические свойства и ресурс работы, но и задерживающую способность по отношению к дисперсной фазе.

- 1.7 -

Рис.8.Зависимость задешптеающей способности бумаги и картона по отношению к частипам монодисперсного латекса диаметром 0.5 мкм от эМвкттано-го объема пор: /-0,21 смЗ/г;2-0,3О смЗ/г: 3-0, 5смЗ/г; 4-0, ЭОсмЗ/т-; 5- 1,0 смЯ/г.

| 60

г 30

\ 1 1 3

к й

<5

30 7, мкм

Рис.>?. Зависимость задегшиваю-цей способности Фильтровального картона красителгг метилеттового голубого от эффективного объема пор:1-0,23 смЗ/г; 2- 0,25 смЗ/г

3- 0,31 смЯ/г. г

3.0

"Ч1

!

/ г

2.« 25

30

>5

>х»:

Тис.!".Распределение объема пор по Рис.И.Вл'яятпте внешне® удельной их шдиусам в картоне,изготовлен- поверхности стекловолокон на эф-ном яз пеллвлозн э-1: 1 - исходной, (Активный объем пор в картоне,со-«\гтт =1,6м2/г;2-мерсеризованной,пре- держащем 801 целлюлозы: 1- мерсе-ст^ритйльно размолотой, л,^ -1,5 ризованной, 5 =0,6 м2/г; 2-таз-

молотой, о ¿л3,0 м2/г.

уд.

«27г:3-йракпионированной/д^ ' _

стекловолокон, Ул.-

уд« *

- 18 -

3. Влияние вида компонентов и способов их обработки да эксплуатационные свойства йильтровальных видов бумаги д картона

Обоснование выбора компонентов для изготовления фильтровалы видов бумаги и картона является основным содержанием опубликованных ранее работ. В этих работах показано, что на эксплуатационные свойства бумаги и картона влияют размерные характеристики компонентов. Однако проведенные автором всесторонние исследс вания показали, что выбирать компоненты, ориентируясь только на их размеры недостаточно. Статистические метода обработки резульк тов эксперимента, полученных при испытании образцов бумаги и картона из целлюлозы лиственных и хвойных пород .древесины и хлодковс целлюлозы, обработанных традиционно используемыми способами -- размолом, мерсеризацией и фракционированием, показали, что среднеарифметическая длина волокон целлюлозы оказывает незначительное влияние на структурные свойства и гидравлическое сопротивление бумаги и картона, коэффициент корреляции в данном случае составляет 0,64. Влияние среднеарифметической длины волокон целлк лозы на герметичность низкое - коэффициент корреляции равен 0,30. Незначительное влияние на структурные и фильтрующие свойства бумаги и картона оказывает ширина волокон целлюлозы - коэффициент корреляции составляет 0,36.

Более тесная взаимосвязь структурных и фильтрующих свойств бумаги и картона существует не с размерными характеристиками целлюлозы, а о её степенью помола - коэффициент корреляции равен 0,72 и внешней удельной поверхностью - коэффициент корреляции равен 0,76. Необходимо отметить достаточно высокое влияние на гидравлические характеристики бумаги и картона сил межволоконной связи - коэффициент корреляции составляет 0,85 , в то же время влияние сил межволоконной связи на герметичность значительно ниже - коэффициент корреляции равен 0,56 .

Однако использование в качестве критерия оценки свойств целлюлозы её степени домола и удельной поверхности также является не достаточным .для объяснения влияния ввда и цроцеосов обработки целлюлозы на структурные и фильтрующие свойства бумаги и картона. В частности, мерсеризацией предварительно размолотой целлюлозы или её фракционированием получена целлюлоза, удельная поверхность которой незначительно отличается от удельной поверхности целлюлозы исходной. Однако изготовленные из неё образцы картона имели

герметичность значительно выше, чем образцы картона, изготовленные из исходной целлюлозы. В образцах картона установлено существенное различие в распределении объема пор по их размерам. Об этом можно судить и по максимальному диаметру пор (табл.2.).

Объяснить установленные закономерности можно, если При этом учесть геометрические характеристики целлюлозы. Для фракционированной и мерсеризованной целлюлозы характерна более высокая однородность по форме. Как видно из порограмм, представленных на рис. 10, изготовление картона из фракционированной и мерсеризованной целлюлозы способствует уменьшению размера пор и увеличению плотности их распределения.

Наиболее совершенными по гидравлическим характеристикам и задерживающей способности являются фильтровальные вида бумаги и картона из стеклянных, базальтовых, искусственных и синтетических волокон, имеющих цилиндрическую форму, а также с добавлением адсорбентов. Статистические методы исследований показали, что структурные и фильтрующие свойства бумаги и картона из этих волокон также находятся в тесной взаимосвязи с их внешней удельной поверхностью. Коэффициент корреляции равен 0,95 . Влияние сил межволокониой связи на структурные и фильтрующие свойства бумаги и картона из стеклянных, базальтовых, синтетических и искусственных волокон практически отсутствует. Коэффициент корреляции равен 0,25. Изменения в структурных и фильтрущих свойствах бумаги и картона из целлюлозы при добавлении в них стеклянных, базальтовых, синтетических и искусственных волокон зависит как от их внешней удельной поверхности, так и внешней удельной поверхности целлюлозы. Однако, как показали эксперименты, при любых соотношениях рассматриваемых компонентов и их внешней удельной поверхности, введение в состав бумаги и картона из целлюлозы стеклянных, базальтовых, синтетических и искусственных волокон увеличивает плотность распределения пор по размерам (рис.11). Формированию структуры бумаги и картона с более однородными по размеру порами способствует и введение в состав бумаги и картона измельченных адсорбентов (рис. 12, 13).

Экспериментально установлено влияние внешней удельной поверхности компонентов и их формы на задерживающую способность бумаги и картона по отношению к механическим и коллоидным частицам, а также растворенным веществам. При равном содержании в бумаге и картоне асбеста и активного угля и постоянной эффективной пористости с увеличением внешней удельной поверхности этих компонентов наблюдается увеличение задерживающей способности картана и

э

в

5

Рис.12. Распрепеление объема пор го их радиусам в картоне,изготовленно! из целлюлозы Э-1 и адсорбентов:

1- 100 % целлюлозы, =1,62 м2/:

2- 50^ целлюлозы и 50% диатомита

«%.=5,0 м2/г; Л- 50 ¡Г целлюлозы и 50 % оксида а® миния, „у^ =10 м2/г.

30 с. м!;м

Рис.13. Зависимость скорости кяшьтговашщ воды /а,3-4/,сопротивление потоку впзнухя /я,1-4 /.максимального диаметра поп/б, 1_д / и задерживающей способности по отношению к ча-стипам латекса диаметром 0,5 мкм /6,1-4'/ от содеп-^ан^я и тттепепспости сорбента: 1- °6 оксида алю-»«иния диаметром 5-2Г) мкм; 2- 83 % частил оксида алю-мини" диамотпом мянее 5 мкм; 52 # частш диатомита диаметром 5-1п

МКМ; ЛЯ % _ ДИЯМЙТРОМ 1п-

1ПП мда.

И.П*

1500 ■1030 500

V/, дм'/иии.-м2 2000

30 -О СОДЕРЖАНКЕ СОРБЕНТ

мкм

25 «0

13-

и 30 40

ГОЗГЩДНЙЕ СОРБЕНТА

Таблица 2

Влияние способа обработки целлюлозы Э-1 на структурные и фильтрующие свойства картона массой 200 г/м^

Способ обработки

Показатели

Исходная

Фракционирова- Ыерсеризо- Су- Разине, .длины во- ванная хой моло-локон, д. г _ раз- тая

200 150 130 ис- пред- мол 52о,;р ход- вари- 00

ная тельно размолотая до 50°щр

Содержание с^-целлюлозы 89 89 89 89 97 97 89 89

Внешняя удельная поверхность, м2/г 1.6 1.2 1.4 1.8 0,6 1.5 2,0 3,0

Силы межволоконных связей, МПа 8,90 2,60 4,30 8,20 0,26 1,00 1,50 10,0

Эффективный диаметр пор, мкм 12,0 18,0 12,8 10,0 33 13,0 9,0 2,0

Эффективный объем пор, см3/г 1,45 2,00 1,50 1,25 3,75 1,55 1,05 0,15

Максимальный диаметр пор, мкм 50,0 48,6 37,8 43,6 90,0 36,0 34,0 11,8

Герметичность, Па 1700 1750 2250 1950 950 2300 2500 7200

Скорость фильтрования вода, да3/мин-м2 3100 4400 3200 2700 10000 3250 2230 120

времени эффективного удержания частиц латекса и органических веществ (рис.14). Увеличение дисперсности цеолита за счет снижения диаметра частиц с 80 до 40 мкм увеличивает влагоем-кость картона, предназначенного для осушки воздуха на 50

Введение в состав бумаги и картона порошкообразных адсорбентов, в частности, оксида алюминия, оказызает более эффективное влияние на удержание механических и коллоидных частиц по сравнению с введенным в состав картона волокнистого ад-сорбента-асбеота, имеющего ленточную форму волокон (рис.14). Повышение внешней удельной поверхности адсорбентов является предпосылкой к снижению их содержания в составе картона, увеличению его эффективной пористости и приданию картону высокой задерживающей способности.

3>г,т.

дао

50

рО — 0

ы

120 Т(ммн.

100

50

% б то се--

30

60 мии.

Рис.14. Ближние иида и внешней удельной поверхности адсорбентов на задерживающую способность картона массой 1000 г/м2: а/.- удерживание бензола картоном.содержащим 50% активного угля с внешне* удельной поверхностью: 1-5 м2/г, 2- 10 м2/г; б/.-удерживание частиц латекса диаметром п,5 мкм картоном,содержащим 1- оксида алюминия,Л 10 м2/г, 2- асбест АХ0-2, £ =10м2/г, 3-асбест АХО-2,$

Рис.1.5, Влияние вида

волокон на сжимаемость картона при фильтровании. Птешганне врлокна:из стекла мят т М20 диаметпом /мкм/: 1-2,0; 3-0,7; 4-0,4; 5-0,25; изстекла марки Щ диаметром /мкм/:2-3,0; 6-0 Л' У-О 25*

8-2Щхлопково& пеллюлозы со степенью помола 30 ШР и ВСЙстекловс локон диаметром 0,7 мкм; 9-1002 хлопковой^целлюлозы со степенью помола 40 ШР; 10-1СОЙ высокооб-лагороженной хвойной пеллюлозы; 11-Здахлопковой целлюлозы,2СЙ высокооблагорожянно» целлюлозы и 50%диатомита.

200 аР.КПА

- 23 -

Следует отметить, что введение в композицию бумаги и картона стеклянных, базальтовых, синтетических и искусственных волокон, а такие асбеста и сорбентов хотя и улучшает их фильтруыцие свойства, но сникает механическую прочность. Механическая прочность фильтровальных видов бумага и картона увеличивается с увеличением внешней удельной поверхности и длины волокон, снижением их диаметра. Яри этом в бумаге и картоне возрастает число контактов между волокнами, увеличиваются силы взаимодействия между ними, структура материала становится более упорядоченной. Это подтверждается результатами экспериментов, которые получены при испытании образцов картона из волокон вискозы и стекловолокон методом крутильных колебаний на установке УРСМС.

Содержание волокон, % :

- вискозное диаметром 25 мкм 100 80 60 40 20

- стекловолокна М-20 УТВ

.диаметром 0,7 мкм - 20 40 60 80

Модуль сдвига, Ша 39 41 45 47 71

Добротность 15 20 25 25 39

При увеличении содержания в картоне тонких стекловолокон модуль сдвига, который чувствителен к изменению связей мевду волокнами, увеличивается. Следовательно, возрастает число связей между волокнами, и, как следствие, увеличивается механическая прочность материала. Показатель добротности, характеризующий рассеивание упругой энергии в материале за одно полное колебание, также увеличивается. Следовательно, с увеличением содержания в картоне тонких волокон материал становится более однородным по структуре.

При фильтровании бумага и картон подвергаются динамическому воздействию со стороны фильтруемой среды. В этих условиях следует ожидать деформации и, соответственно, изменения фильтрующих свойств материалов. Автором впервые проведены исследования, которые показали взаимосвязь деформационных свойств бумаги и картона при фильтровании с видом компонентов, из которых изготовлены бумага и картон, их удельной поверхностью, размерно-геометрическими характеристиками и способностью образовывать межкомпонентную связь.

Экспериментально установлено, что гидравлическое сопротивление бумаги и картона находится в следующей зависимости с разностью давлений :

R-Я'-л Р* /3/

где R - гидравлическое сопротивление бумаги и картона

яри разности давлений равной единица, ;

разность давлений при фильтровании ; £ - коэффициент, отражающий изменение в структуре бумаги и картона при их сжатии под разностью давлений, который назван коэффициентом сжимаемости.

Анализ результатов эксперимента показывает, что фильтровальный материал из хлопковой целлюлозы сжимается в меньшей степени по сравнению с материалом из высокооблагороженной целлюлозы и стекловолокон. Добавление хлопковой целлюлозы в стекловолоконный материал снижает его деформацию. Снижению деформации при фильтровании способствует введение в фильтровальный картон из хлопковой и высокооблагороженной целлюлозы сорбентов, в частнооти диатомита (рис.15). Возможность снижения деформации фильтровальных материалов за счет введения в их состав высокоразмолотой целлюлозы и сорбентов использована автором в технологии фильтровального картона для очистки вязких биологических жидкостей, фильтрование которых осуществляется при повышенной разности давлений.

Выявленные положительные аспекты процеосов обработки и применения целлюлозы, минеральных и органических искусственных и синтетических волокон, а также адсорбентов использованы автором для улучшения фильтрующих свойств бумаги и картона (A.C. 100275, A.C. III044, A.C. П4568, A.C. II5455, A.C.I59552, A.C. II22340, A.C. 1230638, A.C. 1305230, A.C. 1348430, A.C. I5I656I, A.C. 870553, A.C. I26I689, A.C. I7I9520).

4. Влияние поверхностных овойств компонентов jaa фильтрующие свойства бумаги и картона

Взаимодействие поверхности компонентов с фильтруемой средой, а также динамический характер процесса фильтрования предопределяют необходимость определения взаимосвязи фильтрующих свойств бумаги и картона с поверхностными свойствами компонентов, в частности, с их электрокинетическими свойствами и способностью смачиваться фильтруемой средой.

- 25 -

Модифицирование поверхности стеклянных и базальтовых волокон катиовоактивными веществами, изменяющими \ -потенциал, позволило определив влияние электрического взаимодействия, возникающего на одноименно или противоположно заряженных поверхностях, на процессы отфзльтровываная дисперсной фазы. Наилучшие результаты при модификации поверхности стеклянных и базальтовых волокор получены при _-х обработка меламино-формальдегидной смолой : -потенциал волокон приобретает положительные значения, а его величина достигает +15мВ. Через образцы картона, имеющие одинаковую эффективную пср'ютозть, фильтровали дисперсию частиц монодисперсного шшстирольного латекса диаметром 0,5 мкм, имеющего ^-потенциал - 50 м В. Испытания образцов, содержащих стеклянные и базальтовые волокна с различным ^-потенциалом показали, что задерживающая слоссбпость бумаги и картона по отношению :; частицам латекса и время их эффективного удержания увеличивается о увеличение.! положительного значения -потенциала волокон.(рис.13).

Ззгя?кчость между задерживающей способностью бумаги я картона с ^-потенциалом компонентов аппролсимируитслтрансцендентным выражением вида :

Пи- 64-5,5 {,4) /4/

где Пи - начальный коэффициент проскока, % ; ^ - потенциал компонентов, мВ.

Урявнениэ / 4 / мсжзт использоваться для прогнозирования задерживающей способности бумаги и картона по известным значениям ^-потенциала компонентов при значении У^Ф -

Как было показано выше в реальных условиях кроме '/'-потенциала компонентов на задерживающую способность бумаги и картона влияют их структурные свойства и дисперсность отфильтровываемых частиц. Методом многофакторного планирования эксперимента установлено совместное влияние указанных выше фактов на задерживающую способность бумаги и картона. Установлено, что задерживаидая способность бумаги и картона зависит презде всего от размеров частиц дисперсной фазы, затем структурных свойств бумаги и картона и ^-потенциала компонентов. Рассматриваемая взаимосвязь задерживающей способности материала (У) с диаметром частиц (X, мкм), внешней удельной поверхностью бумаги и картона (Х^. :;2/г) и ^-потенциалом компонентов (Х_, мВ) описывается следупцим уравнением :

3

1л>/Сэк. 2.0

1.0

1,0

20

Уур* сн'

■Рип. 15.Зависимость задерживающей способности Фильтровального картона по отношению к частицам латекса диаметром 0,5 мкм от знака и величиям '/-потенциала базальтовых волокон, мв: 1 -ЛД 5/; 2-/+6/; 3-/+1Л4-/-5/; 5-/-14/; 6-/-20/.

Рис."'7.¡Зависимость времени эфсТхзкт ной фюорбчии частиц латекса карт /им,/ и времени аффективной экспл тащш картона /Та*-/ от эффективно объема поп в кяптонр и марки асбе 1-АХ0-2, </-потенпиал 15мв; 2-ЛХЛМ потенциал 10 мв.

100

85

70

2

\3

60

<20 Т.мин.

Рис.18.Зависимость задерживающей способности фильтровального картона по отношению к частицам латекса диаметром 0,5мкм.от смачиваемости стекловолокон: 1-30,035; 2-В=-0,278.

Рис.19.Зависимость водоотдедяюще способности фильтровального карт от смачиваемости волокон /В/:1-е ловолокно,В=-0,122;2-стекловолок В=-0,210;3-целлюлоза хлопковая,В 0,174; 4-челлюлоза хлопковая,В--

- 27 -

У = -187,9 + 950,06Х][ + 79,16X2 + 1.86Х -1Т92,ЗХ^ -

- 8,7^ - 39,47Х].Х2 -3,7X^3 / 5 /

Уравнение /5/ также может быть использовано для определения ожидаемой задерживающей способности. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что зэдерживэмцзя способность бумаги и картона определяется прежде всего ситовым эффектом, эффектом касания частиц о стенки пор, эффектом действия гидродинамических сил и адгезионными явлениями, обусловленными специфическими близкодействующими силами взаимодействия частиц с поверхностью пор (ван-дер-ваальсовыми, водородными и гидрофобными) . Электрические силы взаимодействия в зависимости от величины и знака ^-потенциала компонентов и частиц усиливают ии ослабляют адгезионные свойства бумаги и картона и, соответственно, снижают или увеличивают их задерживающую способность .

При фильтровании медико-биологических жидкостей через картон, содержащий компоненты с положительными значениями ^-потен-даала (асбест АХО-2, П-3-60, оксид алхшния), наблвдается повышение эффективности их стерилизации, снижение выхода вируса и ¡елка, что также подтверждает положительное влияние электричес-;ого взаимодействия на задерживающую способность бумаги и картона.

На практике период эффективного удержания бумагой и картоном 1тфильтровываемых частиц ( , не должен быть меньше времени ТГ „), за которое происходит снижение скорости фильтрования до

¿ЯСС

юличины, при которой процесс фильтрования становится экономичес-:и нецелесообразным. Поэтому использование компонентов, ^-по-енциал которых позволяет усиливать адгезионное удержание час-иц за счет электрических сил взаимодействия, дает возможность е только увеличить задерживающую способность бумаги и картона, о снизить их гидравлическое сопротивление за счет увеличения ффективного объема пор. Вышесказанное подтверждается результа-ами испытания образцов картона, изготовленных из целлюлозы и збеста марок : АХО-2, имеющего ^-потенциал +15 мВ и АХМ, иеющего ¡Г-потенциал -10 мВ. В картоне регулировали эффективен объем пор, изменяя соотношение целлюлозы и асбеста. Как вид-э из результатов, представленных на рве.17, при равных отношэни-с ^*эф/£экс фильтровальный картон, изготовленный из целлюлозы и ас л зста АХО-2, имеет более высокий эффективный объач пор и,соответ-

ственко, более низкое гидравлическое сопротивление и высокий срок службы по сравнению с картоном, изготовленным из целлюлоз и асбеста АХШ. На практике через бумагу и картон разделяют си темы, в которых дисперсная фаза распределена а .дисперсионной е лярной среде, как правило, воде^и цеполярной, например, тсшше масле. В выполненной работе смачивает/ость компонентов этими персионными жидкостями определялась капиллярным методом на га; нице раздела с воздухом, а также проводилось определение избяг тельной смэчявашости компонентов водой по сравнению с нелоля! ной жидкостью. Фильтрование во дной дисперсии каолина через обрг фильтровального картона, изготовленного из целлюлозы хвойной х сокооблагороженной полностью смачиваемой водой,и триацетата х; коьой целлюлозы, имеющей смачиваемость водой на границе разде; с воздухом равную 0,07 , показали, что увеличение содержания I картоне триацетата целлюлозы приводит к увеличению эффективно: объема пор (тзбл.З).

Скорость фильтрования воды,

да3/мин.м2 1920 2400 2880 2980 33!

Задерживающая способность частиц каолина размером от

3 до 5 1шз, % 41,7 38,4 36,7 33,0 24

Происходящими структурными изменениями можно объяснить с, кение гидравлического сопротивления картона (скорость фильтро: ния жидкости увеличивается) и эффективность удержания частиц дисперсной фазы (задерживающая способность снижается).

При отфильтровывают дисперсной фазы с лиофильными свойс вами снижение смачиваемости компонентов фильтруемой средой вы вает снижение задерживающих свойств бумаги и картона. Вышеска занное подтверждается результатами исследований, представленн ыи на рис.18, полученными при испытании образцов картона, изг товленных из исходных стеклянных волокон марки М-20, смачивае мость которых составила величину 0,035 и стекловолокон, обраб тайных креанеорганической эмульсией, смачиваемость которых со тавила величину - 0,278. Образцы картона имели равный эффекта ннй объем пор 2,0 см3/г, чем обеспечивались одинаковые условг

Таблица 3

Влияние триацетата хлопковой целлюлозы на фильтрующие свойства картона

Содержание триацетата хлопковой целлюлозы, /Г

Эффективный объем пор, см3/г

20 40 60 с; 0,72 1,15 1,28 1,30 1,(

отделения лиофильных частиц латекса структурой картона и цредставля-лась возможность выявления влияния смачиваемости волякон на адгезию частиц картоном.В условиях проведенного эксперимента близкодействующие силы взаимодействия в период фильтрования не вызывали адгезию частиц латекса поверхностью стекловолокон, покрытых кремнеорганической эмульсией. В данном случае задерживающая способность картона обеспечивается удержанием частиц структурой материала. Это позволяет сделать вывод о том, что снижение смачиваемости компонентов фильтруемой средой привело к снижению задерживающей способности картона по отношению к частицам дисперсной фазы с лиофильными свойствами.

Фильтрование через эти образцы картона вирусно-аллантоисной жидкости показало, что выход вируса в случае использования картона, изготовленного из стекловолокон, обработанных кремнеорганической эмульсией,составляет 100 %. Выход вируса при фильтровании вирусно--аллантоисной жидкости через картон из исходных стеклянных волокон составляет 90 %. Это также подтверждает вывод о том, что снижение смачиваемости компонентов фильтруемой средой снижает задерживающую способность бумаги и картона в период фильтрования по отношению к лиофилъной дисперсной фазе. Однако в случае отфильтровнвания дисперсной фазы с лиофобними свойствами снижение смачиваемости компонентов усиливает задерживающую способность бумаги и картона. Фильтрование вирусно-аллантоисной жидкости через образцы картона, изготовленные из исходных стеклянных волокон, позволяет снизить содержание в фильтрате липидов (жиров), имеющих лиофобные свойства, на 20%. Фильтрование вирусно-аллантоисной жидкости через образцы картона, изготовленные из стекловолокон, обработанных кремнеорганической жидкостью, приводит к снижению в фильтрате липидов на 60 %. Усиление задерживающей способности картона по отношению к липидам в данном случае можно объяснить гидрофобным характером взаимодействия липидов с поверхностью гидрофобных компонентов в картоне.

Исследовано влияние смачиваемости компонентов на эффективность отделения эмульсионной (нерастворенной) вода от топлива. Избирательная смачиваемость исходных стекловолокон марки М-20 водой в присутствии авиационного топлива равна - 0,122, а избирательная смачиваемость стекловолокон, обработанных кремнеорганической эмульсией - 0,210. При фильтровании топлива через фильтровальный картон, изготовленный из исходных стекловолокон, эффект водоотделения составляет 98,0 %, а через фильтровальный картон из стекловолокон, обработанных кремнеорганической эмульсией, - 92,0 % (рис.19).

Поверхность исходных стекловолокон покрыта монослоем гидро-ксильных групп, что обеспечивает адгезию и дальнейшую коалес-ценцию (укрупнение) капель воды за счет водородных сил взаимодействия кашш с поверхностью волокон. Крупные капли воды выделяют из топлива сепарацией. Гидрофобизация поверхности стекловолокон кремнеорганической жидкостью снижает число гидроксильных групп на их поверхности, о чем свидетельствует величина смачиваемости. 'Адгезия капель воды на поверхности стекловолокон снижается, коалесценция капель воды становится менее выраженной. Поэтому капли воды проходят вместе с топливом в фильтрат, снижая эффективность водоотделения. Следует отметить, что фильтрование топлива через фильтровальный картон, изготовленный из целлюлозы, позволяет с достаточно высокой эффективностью отделить воду от топлива. Однако эффективное отделение воды от топлива прекращается через 50-60 мин, затем капли вода начинают проходить в фильтрат (рис.19).

Эффективное отделение воды из топлива происходит за счет её адсорбции целлюлозой. После насыщения целлюлозы водой её адсорбция прекращается. На поверхности целлюлозы, смачиваемость которой водой в присутствии топлива равна 0,174 , коалесценция капель вода не происходит. Явление ноалесценции на поверхности целлюлозы возникает после её обработки кремнеорганической эмульсией. В данном случае смачиваемость целлюлозы водой в присутствии топлива становится равной - 0,259 , эффективность водоотделения не изменяется в период фильтрования топлива и составляет 85 % (рис.19). Таким образом, эффективное отделение воды от топлива возможно при направленном регулировании смачиваемости компонентов, от которой зависит явление коалесценции капель воды на поверхности компонентов.

Фильтрование масляного аэрозоля через образцы стекловолокон-ного картона также подтверждает выводы о влиянии смачиваемости компонентов на задерживанию способность фильтровального материала (табл.4). Проскок масляного аэрозоля через картон, изготовленный из стекловолокон, обработанных кремнеорганической эмульсией, и интенсивность его увеличения меньше, чем через картон, изготовленный из исходных стекловолокон. Снидение смачиваемости стекловолокон позволяет увеличить адгезию масляного аэрозоля картоном и, соответственно, эффективность его улавливания. Таким образом, определение смачиваемости компонентов относительно конкретной фильтруемой среда позволило определить влияние данного поверх-

- 31 -

ностного свойства компонентов на задерживающую способность и гидравлическое сопротивление бумаги и картона.

Таблица 4

Влияние смачиваемости стекловолокон на коэффициент проскока масляного аэрозоля через картон

Продолжительность Коэффициент проскока, % фильтрования, час при смачиваемости стекловолокон *

1,00 0,77

0,02 0,000010 0,000008

0,10 0,000020 0,000013

1,00 0,000060 0,000020

2,00 0,000640 0,000450

2,30 0,002300 0,001700

3,00 0,004300 0,001800

4,30 0,320000 0,003200

х смачиваемость машинным маслом на границе с воздухом

Установленное влияние поверхностных свойств компонентов на фильтрующие свойства бумаги и картона использовано при выборе компонентов и способов.их обработки. Для усиления адгезии и адсорбции .дисперсной фазы материалом разработаны экономически эффективные способы увеличения удельной поверхности асбеста (A.C. 132558, A.C. 158508). В композиции фильтровальных материалов для очистки жидкостей от микроорганизмов рекомендовано вводить оксвд алюминия (A.C. 1298280), а также стеклянные и базальтовые волокна, модифицированные меламиноформальдегидной смолой (A.C. II58643). С целью сохранения в лекарственных препаратах биологически активных веществ рекомендовано изготовлять фильтровальные материалы из стекловолокон, на поверхности которых не происходит адсорбции вирусов (A.C. II22340). Для повышения водоотделяющей способности фильтровального картона предложено изготавливать его из алшоборосиликатных волокон (A.C. I4093I0).

5. Совешенствование^эксплуатационных свойств

Фильтровальных видов бумаги й картона при gx изготовлении

Проведенные исследования показали, что регулирование пористости фильтровальных видов бумаги и картона по толщине является значительным резервом в повышении их эксплуатационных свойств. В табл.5 представлены результаты испытаний образцов фильтроваль-

- 32 -

ного картона, в котором пористость по его толщине распределена равномерно (вариант I) и дискретно- (вариант 2-5). Дискретное распределение пористости по толщине достигалось за счет формирования структуры картона из элементарных слоев с различным объемом пор. Регулирование объёма пор в элементарных слоях производилось подбором компонентов и изменением линейного .давления при прессовании. Общий объем пор межволоконного пространства в образцах картона сохранялся постоянным и составлял 1,5 см3/г. Че рез образцы картона фильтровали дисперсию из полидисперсных частиц оксида титана размером от I до 3 мкм. По интенсивности изменения скорости фильтрования во времени можно сказать, что закупоривание пор частицами оксида титана происходит медленнее в картоне, в котором пористость второго слоя по направлению движения фильтруемой жидкости ниже, чем в первом (вариант 2). Данное сочетание пористости элементарных слоев картона позволяет образо вать в нём максимальный эффективный объём пор и, соответственно, улучшить ресурсные характеристики картона. В частности, увеличит объём профильтрованной жидкости. Так как увеличению эффективного объема пор соответствует увеличение и эффективного диаметра пор, то наблюдается снижение задерживающей способности картона при толщине 0,90 мы (рис.20), Фильтрование через картон, пористость в котором во втором слое выше, чем в первом, сопровождается наиболее интенсивным снижением скорости фильтрования (вариант 5), этот картон обладает наибольшей задерживающей способностью частиц (рис.20), что можно объяснить более низким содержанием эффек тивного объема пор в этих образцах картона и меньшим значением их размеров. С увеличением протяженности пор, т.е. толщины карто на, снижается начальная скорость фильтрования и увеличивается интенсивность снижения скорости фильтрования, снижается объем профильтрованной жидкости и увеличивается задерживающая способность. Эти изменения фильтрующих свойств материалов также связаны со снижением содержания эффективного объёма и размеров пор в бумаге и картоне.

Направленное регулирование пористости бумаги и картона позволяет повысить эффективность фильтрования жидкостей, содержащих дисперсную фазу в виде механических и коллоидных частиц и раство ренных веществ. В табл.6 цредставлены результаты испытания однословных (вариант I) и двухслойных (вариант 2) образцов картона массой 1500 г/ы2. Однослойный картон изготовляли из смеси 30 % диатомита, 30 % активного угля марки ОУ-А и 40 % хлопковой целлюлозы со степенью помола 25°ШР.

'С, ни*.

Рис.2П.Зависимость занерживающей способности фильтровального картона по отношению к частшам оксида "титана размером от 1 до 3 мкм от размера пор и характера распределения пористости по толщине картона. Номер позиции соответствует варианту в табл.5:1-фпаг=14,0мкы; 2-С£тегх=13.2мкм;3-»яяг =12,9мкм; 4-¿¿^<¡<=12,1мкм; Ь-алаг =9,3мкм.

Рис.21. Зависимость динамического модуля сдвига /а/ и добротности /б/ от сухости картона и вида цвллюлозы:1-хлопковая,степень помола 25 ПГР; 2-хвойная высокооблагороже'шая,степень помола 14 ШР.

Таб лица 5

Влияние характера распределения пористости по толщине картона на эффективность процесса фильтрования дисперсии частиц оксида титана диаметром от I до 3 мкм 36

Вариант I 2 3 4 5

1арактер распределения порис- у! у VI у

тооти го толщине каотонз тггл ъ-гл

0-Х - толщина Ш Ш Ш Ш.

0-У - пористость ^х

Начальная расчетная скорость фильтрования, м3/м2«с, при толщине картона, мм

0,90 0,029 0,029 0,036 0,034 0,(

2,10 0,007 0,009 0,010 0,008 0,<

4,50 0,005 0,007 0,007 0,004 0,(

Коэффициент интенсивности уменьшения скорости фильтрования,

при толщине картона, мм

0,90 0,190 0,052 0,095 0,159 0,2

2,10 0,215 0,117 0,227 0,243 0,5

4,50 0,235 0,150 0,255 0,255 о,:

Начальная задерживающая способность, %, при толщине картона, мм

0,90 65 60 75 66 9<

2,10 100 100 100 100 Ю(

4,50 100 100 100 100 Ю(

Объем профильтрованной жадности, дм3,

при толщине картона, мм

0,90 1,87 4,95 2,75 1,65 I/,

2,10 1,00 2,08 1,10 0,95 0/

4,50 0,65 1,95 0,90 0,80 0,(

Эффективный объём пор, см3/г при толщине картона, мм

0,90 0,84 1,20 0,95 0,62 о,<

2,10 0,50 0,70 0,52 0,49

4,50 0,40 0,65 0,47 0,45 о,;

* Направление фильтрования по оси ОХ

2 двухслойном материале первый слой по направлению .движения фильтруемой среды изготовляли из смеси диатомита и хлопковой целлюлозы ; второй слой из смеси активного угля ОУ-А и хлопковой целлюлозы. Пористость первого слоя составила 65 второго - 50 %. Эффективный объем пор двухслойного картона при фильтровании воды составил 0,60см3/г, однослойного 0,42 см3/г. При фильтровании питьевой воды, содержащей механические и коллоидные частицы и растворенные органические вещества, через картон с „дискретным! распределением пористости по его толщине наблюдается не только улучшение ресурсных характеристик картона, но и повышение его задерживающей способности по отношению к органическим веществам. В данном случае процесс разделения дисперсной фазы и дисперсионной среды разделен на два этапа. Удерживание механических и коллоидных частиц происходит первым слоем, содержащим диатомит. Это сникает вероятность удержания механических и коллоидных частиц активным углем и сохраняет его адсорбционные свойства по отношению к углеводородам. В результате возрастает время эффективной адсорбции углеводородов .двухслойным картоном, по сравнению с однослойным картоном, в котором адсорбционная емкость активного угля снижена удержанными на его поверхности механическими и коллоидными частицами.

Таблица 6

Влияние характера расцредедения пористости по толщине картона на эффективность процесса фильтрования питьевой воды*

Вариант I 2

Характер распределения пористости У

по толщина картона ; 0-Х - толщина 0-У - пористость

Начальная раснетная скорость фильтрования, М 3/1/50

Коэффициент интенсивности,умекыиения скорости фильтрования, м-1

Объем профильтрованной воды до момента проскока углеводородов,дат

бензола

толуола

ы-ксилола

* Направление фильтрования по оси 0-Х

Ш

0,006 0,220

0,008 0,160

2,0 3,0 4,0

2,5 3,7 5,0

- 35 -

Дискретное распределение пористости по толщине бумаги и картона позволяет такие повысить эффективность улавливания и аэрозолей. Об этом можно судить по нижеследующим результатам испытания образцов стекловолоконного картона массой 300 г/м2, через который фильтровали сжатый воздух, содержащий пыль и масляный туман. Направлнние фильтрования по оси 0-Х

Характер распределения пористости по толщине картона :

0-Х - толщина

0-У - пористость

Коэффициент проскока частиц масляного тумана, %

Относительное увеличение пылеёмкости

Использование в составе фильтровальных видов бумаги и кара на термопластифицирущихся компонентов создает предпосылки к фс мированию их структуры с непрерывным изменением пористости по толщине материала. В табл.7 представлены результаты испытания образцов фильтровального картона толщиной 0,50 мм из 80 % хлопковой целлюлозы и 2С$ полипропилена. Непрерывность снижения пористости образцов картона достигалась регулированием температур и линейного давления при односторонней термопластификации на к: ландрах. Для сравнения из этих же волокон были изготовлены и ис пытаны образцы фильтровального картона с равномерным расцредел! нием пористости и .дискретным'снижением пористости по толщине. Анализ представленных данных показывает, что при непрерывном и: менении пористости в картоне (вариант 3), его ресурсные характ< ристики улучшаются по сравнению с ресурсными характеристиками картона как с равномерным, так и с дискретным распределением п> ристости. Покрытие основного фильтрующего слоя бумаги и картон слоем с непрерывным снижением пористости по толщине позволяет закрепить высокодисперсные компоненты в структуре материалов и исключить их вымываемость, не используя для этих целей связующи: которые, как показали исследования, снижают ресурсные характеристики бумаги и картона.

Таблица 7

Зависимость процесса фильтрования дисперсии частиц оксида титана .диаметром от I до 3 мкм от характера распределения пористости по толщине картона *

Вариант

Характер распределения пористости по толщине картона : 0-Х - толщина 0-У - пористость

Начальная расчетная скорость фильтрования, м3/м2«с

Коэффициент интенсивности уменьшения скорости фильтрования,

Начальная задерживающая способность,

I'

Объем профильтрованной жидкости, дм3

Эффективный объем пор, см3/г я Направление Фильтрования по оси 0-Х

L

X к X

0,035 0,038 0,038

0,090 0,75 0,70

80 68 85

3,2 5,5 5,6

Д.з 1,6 1,7

Исследования в производственных условиях показали, что на механические, структурные и фильтрующие свойства фильтровальных видов бумаги и картона влияет угол наклона сеточного стола при формовании. Вышесказанное подтверждается следующими данными, полученными при испытании фильтровального материала массой 150 г/м2, изготовленного из 15 % хлопковой целлюлозы со степенью помола 25 biP, 85 % ультратонких стекловолокон марки ¡«120 диаметрам 0,65 мкм и .длиной 150 дг. На поверхность материала с .двух сторон методом напыления и валиком наносили поливинилацетатную дисперсию в количестве 10 % от абсолютно сухой массы волокон.

Наименование буммашшш

Скорость буммашинн, м/мин

Концентрация в напорном ящике, %

Разрушающее усилие при растяжении в машинном направлении, Н

Модуль сдвига, МПа

Добротность

Сопротивление потоку воздуха, Па Герметичность в бензине, кПа

ЗКД:,1-725 с наклонным сеточным столом

4,0 0,10

15 72 32 23 2,4

£ойт" с горизонтальны.'«! сеточным столом

4,0 0,14

10 58 21 20 2,2

™СА™А?1ВИСИМ0СТЬ Динамического молул* сдвига /а/ и лобпотности отякловолоконного картона и способа ^рмировЖ стто 1-однослойныи,без прессования,конвективная сушк^Р2-одаомойш1 (

гХ^Аг,^^3^слойный без прессования.контактная сушка. Йстевсии! ШРКЙ М2° ^втом мкм, 5% поливинилацетатной

- 39 -

Приведенные значения показателей, отражающих механические и фильтрующие свойства, показывает, что фильтровальный материал, сформованный на наклонном сеточном столе, имеет более равномерную структуру по сравнению с фильтровальным материалом, изготовленным на плоскссеточном столе. Установлено влияние концентрации массы при отливе и скорости формования на свойства стекловолоконной бумаги. Эксперименты проводили на буммапине "Брудерхауз" Красно-городского ЭЦБЗ. Угол наклона сеточного стола 15°. Наиболее характерные результаты представлены ниже. Фильтровальный материал массой 160 г/м^ изготовляли из 100 % ультратонких стекловолокон марки М20 .диаметром 0,65 мкм. Материал проклеивали поливинилаце-татной дисперсией, которую задавали в массу в количестве 10 % к массе абсолютно-сухих волокон.

Концентрация^,!ассы в напускном устройстве, %

Скорость буммашины, м/мин

Разрушающее усилие при растяжении, H

Сопротивление потоку воздуха, Па Модуль сдвига, МПа Добротность

0,05 0,05 0,14

9,8 3,5 8,0

7,0 10,0 4,5

23 25 20

68 75 45

25 30 18

Анализ этих результатов показывает, что снижение концентрации массы при формовании полотна материала на наклонном сеточном столе также способствует формированию однородной структуры материала. При этом увеличение скорости формования снижает однородность структуры фильтровального стекловолоконного материала.

Следует отметить, что происходящие структурные изменения при обезвоживании полотна _бумаги и картона из стеклянных и базальтовых волокон существенно отличаются от структурных изменений в материалах из целлюлозы. Об этом можно судить по результатам определения модуля сдвига и добротности стекловолоконных и целлюлозных материалов, представленным на рис.21, 22.

В отличие, от целлюлозных материалов полное обезвоживание стекловолоконных материалов не сопровождается уплотнением их структуры и повышением механической прочности. Уплотнение структуры стекловолоконных материалов и повыаение механической прочности происходит при введении связующих на стадии их полимеризации при сухости более 90 %.

Многослойное &р;Ьвание стекловолоконных материалов также приводит к уплотнению структуры и увеличению механической проч-

ности. Прессование стекловолоконных материалов уплотняет структуру стекловолоконных материалов : показатель добротности прессованных стекловолоконных образцов материала выше, чем непрессованных. Однако при этом происходит снижение их механической прочности : показатель модуля сдвига у прессованных образцов ниже, чем у непрессованных. Определение длины волокон в образцах материала после прессования показало, что с увеличением линейного давления при прессовании длина стеклянных и базальтовых волокон уменьшается. Это указывает на то, что при прессовании происходит разрушение стеклянных и базальтовых волокон. Интенсивность разрушения зависит от исходной длины волокон и линейного давления при прессовании. Структура стекловолоконных материалов, высушенных конвективным способом,более рыхлая и механическая прочность ниже, чем у стекловолоконных материалов, высушенных контакт ным способом.

Экспериментально установлено, что эффективным способом напра ленного регулирования задерживающей способности фильтровальных видов бумаги и картона является их обработка модификаторами, придающими фильтровальным Материалам адгезионные и адсорбционные свойства. Усилению задерживающих свойств стекловолоконных материа лов способствует их обработка полимерами, содержащими аминогруппы Использование таких материалов позволяет получать стерильный фильтрат. Обработка стекловолоконных материалов растворами поли-винилпирролидона полностью подавляет задерживающую способность эт материалов, что позволяет сохранить в фильтруемой жидкости белки, а в необходимых случаях вирусы.

Приданию избирательной задерживающей способности фильтровал! видам бумаги и картона, содержащим целлюлозу, способствует пергаментирование. Б результате пергаментирования фильтровальная бумага становится гидрофобной, за счет чего она избирательно за,-держивает из биологических жидкостей белки и жиры и пропускает вирусы. Методом кидкостной эксклюзионной хроматографии установлено, что эффективность отделения от вирусно-аллантоисной жидкости белков и зшров гидрофобной фильтровальной бумагой составила 48,7 $,стекловолоконной бумагой-13 %. Гидрофобная фильтровальная бумага, полученная пергаментированием, успешно испытана в коалео-цирующих фильтрах для очистки топлива от воды, а также в фильтра; для тангенциальной фильтрации жидкостей. На основе проведенных исследований приняты технические решения, позволившие увеличить срок эксплуатации, пыле- и грязеёмкость и задерживающую способ-

ность фильтровальных видов бумаги и картона (A.C. II4I8I0, A.C. II87848, A.C. 1244226, A.C. I26I689, A.C. I6237I3, A.C. 1629364, A.C. 1632039, A.C. I68085I, A.C. 1776428).

6. Практическая реализация результатов работы

Выполненные исследования являются научном основой совершенствования технологии фильтровальных видов бумаги и картона. Используя результаты исследований, разработаны технологии 25 фильтровальных видов бумаги и картона. Ассортимент фильтровальных видов бумаги и картона разработан с учетом тенденций развития ведущих отраслей промышленности : биотехнологии, машиностроения, электронной промышленности, запросов здравоохранения и .др. Предусматривалась возможность их применения в современных технологических процессах и аппаратах для фильтрования жидкостей и газов. Развитие мембранных процессов очистки жидкостей и газов предопределило необходимость предварительной их очистки путем фильтрования через различные фильтровальные материалы. Срок службы мембран увеличивается в 3-5 раз если жидкость предварительно фильтровать через разработанные автором фильтровальные виды бумаги и картона марок ШБШ, Kölln, Ш,1П-1, КЭШ, изготовленные из целлюлозы, стеклянных и полипропиленовых волокон и сорбентов. Картон марки КЖЕ-1 изготовляется двухслойным с увеличивающейся плотностью по ходу движения жидкости. Это позволяет увеличить срок службы фильтровального материала при очистке вязких жидкостей в 3 раза. Картон марок ШК-I, КгШ-3, К5Ш-4 изготовляется из хлопковой целлюлозы и полипропилена. Картон термопластифицирован с одной стороны. Это обеспечивает получение фильтровального материала с непрерывным изменением плотности по толщине. За счет этого также увеличивается срок службы фильтровального материала. Картон применяется .для изготовления фильтровальных патронов,совместим с полиэтиленовым корпусом патрона, что позволяет применять вместо клеев для склеивания сопрягаемых элементов фильтр-элемента термонагрев. 3 состав фильтровального картона марки КЙШ1-1 вводится сорбент - .оксид алюминия. Это позволяет увеличить эффективность очистки жидкостей от частиц размером I мкм и выше. Указанные выше фильтровальные материалы могут использоваться и для финишной очистки различных жидкостей, соответствуют требованиям, предъявляемым к изделиям, контактирующим с лекарственными препаратами, устойчивы к стерилизации. Эффективно используются для очистки инъекционных растворов, технологи-

- 42 -

ческой воды, щелочных концентратов, препаратов крови, микробное биомассы и других медико-биологических жидкостей.

Одним из эффективных способов стерилизации жидкостей в бис технологических процессах является фильтрование. Для этих целе! автором разработаны фильтрующе-сорбирующие материалы, изготовл! мые из целлюлозы и сорбентов : оксида алхшния, диатомита, кaoJ на. Фильтрование биологических жидкостей, вода через картон, с( держащий активный уголь, обеспечивает удаление пирогенов, орга! ческих веществ в растворенном состоянии.

Разработана технология бумаги для лабораторных клинически исследований, обладающей адсорбционными свойствами. Бумага исп< зуется, в частности, для анализа крови на предает идентификацш вируса СПИДа и для хроматографических исследований.

Увеличение срока службы фильтрующих элементов, используем! для очистки рабочих жидкостей машин и механизмов, решается прив нениеы стекловолокониых фильтровальных материалов. Ресурс рабо-фильтроэлементов, изготовленных из стекловолокониых фильтровал: материалов, увеличивается в 3-5 раз по сравнению с фильтроэлеан ми, изготовленными из целлюлозных фильтровальных видов бумаги 1 картона. Применением картона фильтровального водоотделяющего м; КФВО, изготавливаемого из стекловолокон, решена проблема удале] из топлива несвязанной воды, что повысило надежность работы то; ных систем летательных аппаратов.

Разработанные стекловолоконные фильтровальные материалы д, очистки воздуха позволяют решить проблемы очистки воздуха от а золей (пыли, дыма, тумана и влаги). Эти материалы имеют высоку: механическую прочность и термостойкость.

Технологии разработанных фильтровальных видов бумаги и ка; тона освоены на Косинской бумажной фабрике, Красногородском ЭД промышленном производстве Волжского НИИ ЦБП. На этапе освоения новых видов'продукции разработана нормативно-техническая докум тация (технологический регламент и технические условия), разра таны и реализованы технические мероприятия по подготовке произ. ства. Модернизирована картоноделательная машина Волжского НИИ . на которой изготавливаются многослойные фильтровальные вида бу] и картона из стеклянных и базальтовых волоков и сорбирующие ма риалы с введением в их состав сорбентов. Для реализации технол1

- 43 -

ческой схема реконструирован подготовительный отдел, система подачи массы на ЕДУ, напускные устройства наклонных сеточных столов, создана комбинированная контактно-хснвективная сушка. Организованное производство является единственным универсальным производством для изготовления широкого ассортимента фильтровальных видов бумаги и картона.

Решенные автором научно-технические проблемы имеют для народного хозяйства социальное и экономическое значение. Экономический эффект от использования разработок па 1989 год составил I млн. 700 тис.руб.

ОЗЩЕ шводы

1. На основе изучения процессов фильтрования сформулирована I экспериментально обоснована концепция совершенствования струк-гурннх и функциональных свойств бумаги и картона, основные положения которой учитывают влияние на процесс фильтрования как гздро-хинамических факторов, так и физико-химического взаимодействия [¡ильтруеыой среды с поверхностью пор и возникающие при этом по-зерхноствыв явления.

2. Показано, что эффективность использования пористости бу-1аги и картова зависит от межкомпонентного объела пор и их цротяжен-юсти, вязкости фильтруемой среды, размерных характеристик дисперсий фаза, разности давлений при фильтровании и смачиваемости по-трхности компонентов, из которых изготовлены бумага и картон, жльтруемой средой. Для характеристики пористой структуры фильтро-йльеых видов бумаги и картона введены понятия и предложен метод 1пределения эффективной пористости, эффективного объема пор, эффек-■ивноЗ удельной поверхности и эффективного диаметра пор.

3. Установлено, что эффективность использования пористости уыаги и картона зависит от характера её изменения по толщине этериала. Показано влияние дискретного и непрерывного изменения ористостя бумаги и картона по толщине на эффективность использо-ания пористости бумаги и картона и их фильтрующие свойства.

4. Установлено, что адсорбционные свойства фильтровальных ядов бумаги и картона определяются эффективной пористостью бумаги

картона. Придание адсорбционных, свойств бумаге и картону увеличи-ает ях задерхнваюгцую способность и позволяет снизить гидравгзчес-ое сопротивление.

- 44 -

5. Развиты представления о роли смачиваемости и адгезии на механизм удержания дисперсной фазы при фильтровании через бумагу и картон. Выявлены условия, при которых совместное влияние ситов го эффекта, гидродинамических сил, эффекта касания и электрических сил взаимодействия повышает задерживающую способность бумаги и картона.

6. Разработаны общие принципы выбора компонентов и способов их обработки, применение которых позволяет направленно регулировать эффективную пористость и функциональные свойства бумаги и картона, предназначенных для высокоэффективной очистки технологи ческих сред, медико-биологических жидкостей, рабочих жидкостей машин и аппаратов. Для_ улучшения фильтрующих свойств рекомендовано использовать в их составе стеклянные, базальтовые, синтетические и искусственные волокна, фибриды и измельченные адсорбент оксид алкминия, цеолиты, активный уголь.

7. Установлено влияние процессов отлива, прессования, сушки фильтровальных видов бумаги и картона на их эффективную пористос и функциональные свойства. Выявлен комплекс технологических факт ров, определяющих эффективную пористость и функциональные свойст фильтровальных видов бумаги и картона при их изготовлении. Показ на целесообразность многослойного формования фильтровальных виде бумаги и картона с равномерным и дискретным распределением порис тости по их толщине на наклонных сеточных столах с последующей конвективной сушкой. Разработана технология фильтровальных виды бумаги и картона, позволяющая придать им непрерывное рзецределе? пористости по толщине.

8. Выявлена возможность направленного регулирования функцис нальных свойств фильтровальных видов бумаги и картона их обрабо: кой модифицирующими веществами, усиливающими или ослаблящими электрическое взаимодействие дисперсной фазы с поверхностью пор, Разработаны способы модификации фильтровальных видов бумаги и кг тона катионоактивными и анионоактивными веществами, а также пер] ментированием, позволяющим придать этим фильтровальным материал! высокую задерживающую способность по отношению к механическим и коллоидным частицам, микроорганизмам и растворенным веществам.

9. Установлено влияние связующих на эффективную пористость функциональные свойства фильтровальных видов бумаги и картона. ] работанн способы обработки фильтровальных видов бумаги и картош

связующими, позволяющими увеличить их механическую прочность, исключить вымываемость компонентов в фильтрат, снизить сжимаемость при фильтровании, сохранив при этом фильтрующие свойства бумаги и картона.

10. Разработанные научные основы совершенствования структурных и функциональных свойств фильтровальных видов бумаги и картона подтверждены на практике. Предложены технологические и технические решения, направленные на совершенствование технологии фильтровальных видов бумаги и картона и создание оборудования для их производства, новизна которых подтверждена 29 авторскими свидетельствами на изобретения. Изготовляются и успешно используются в народном хозяйстве 25 разработанных фильтровальных видов бумаги и картона. Экономический эффект от практической реализации работы на 1989 год составил I млн.700 тыс.руб.

Научные положения и результаты диссертационной работы обобщены и изложены в 114 работах, в том числе в монографии. Ссылки па 29 авторских свидетельств на изобретения сделаны по тексту доклада. Ниже приводятся наиболее ванные, по мнению автора, публикации :

1. Канарский A.B. Фильтровальные вида бумаги и картона (для промышленных технологических процессов) - Экология, П., 1991 г., 272 с.

2. Применение мембранных фильтров для стерилизации раствора альбумина. Канарский A.B., Гайдснко В.П., Карпун В.А., Горшкова Т.К., Кожанова Х.Г., Иртегова Л.Ф. В кп.: Мембранные метода разделе-.

ния.смесей. Тез. докл. 3-ей Всес. конф. - - Владимир, 1281, с.?.0л -.-О''*

3. Стекловолокнистыэ фильтры для очистки биологических жидкостей. Канарский A.B., Гайденко В.П., Горшкова Т.К., Карпук В.А., Иртегова Л.Ф. В кн: Научные основы технологии промышленного производства ветеринарных биологических препаратов : Тез,докл. П Вссе. конф., - М., 1981, с. 229-231.

4. К вопросу применения волокнистых фильтровальных материалов для очистки биологических сред. Канарский A.B., Платицына II.В., Зляте Д.М., Гайденко В.П., Горшкова Т.К., Карпук В.А. В кн.: Передовой научно-производственный опыт в биологической промышленности. М., БНИИТЭИСХ, 1984, Вып.6, с.17-19.

5. Канарский A.B., Платквдга Н.З. Фляте Д.И. Влияние минеральных волокон и способа их обработки на свойства флльтр-картопа для очистки биологических жидкостей : Химия и технология древесной целлюлозы. Межвуз.сб.науч.тр., Л., ЛТА, IS83, с.66-70.

- 46 -

6. Канарский A.B., Фляте Д.М. Тенденции развития произволе ва фильтровальных видов бумаги и картона. Обзорная информация ВНИПИЭИЛеспром. Целлюлоза, бумага, картон. Выпуск 3, М., 1983, 40 с.

7. Канарский A.B., Гайденко В.П. Применение волокнистого фильтровального материала .для очистки биологических жидкостей :

■ В кн.: Передовой научно-производственный опыт в биологической промышленности : М., ВШИТЗИСХ, 1984, Вып.1, с.10-12.

8. Канарский A.B., Платицына II.В., Фляте Д.М. Совершенство вание технологии фильтровального картона : Химия и технология бумаги ; Межвуз.сб.науч.тр., Л., ЛТА, 1984, с.141-147.

9. Канарский. A.B., Платицына Н.В., Фляте Д.М. Влияние мела ноформальдегидной смолы на задерживакщие свойства фильтровально картона. В кн.: Химия и технология волокнистых полуфабрикатов, Межвуз.сб.науч.тр., Л., 1984, с.41-44.

10. Об оценке асбестосодержащих и безасбестовых фильтровав них пластин. Карелина Л.Э., Изаков З.Г., Остроухова А.Н., Канарский A.B. Виноделие и виноградарство СССР, 1985, №6, с.SS-

11. Канарский A.B., Фляте Д.М. Технология цроизводстза фи; ровального картона для очистки медико-биологических жидкостей, зорная информация. ВНИПИЭИЛеспрома, Цел-за, бумага и kqptohj вь пуск 9, М., 1985, 31 с.

12. Канарский A.B., Платицына Н.В. Влияние процесса лергаг, тирования на свойства фильтровального картона. Химия и технолоз бумаги: Межвуз.сб.науч.тр. - Л., ЛТА, 1986, с.57-63.

13. Канарский A.B. Технология фильтровальных видов бумаги картона для очистки медико-биологических жидкостей. В кн.: Сов] менные направления в развитии технологии производства и повыше) качества электроизоляционных и фильтровальных материалов на це; лозной основе. Матер.Всес.науч.техн.конф., Волжск, 1986, с.114-

14. Разработка технологии фильтруще-сорбирующей бумаги и картона для очистки литьевой вода. Канарский A.B., Иртегова Л.( Мозырева Е.А., Ларионова Г.А. В кн.: Современные направления в развитии технологии производства и повышении качества электрон: ляционных и фильтровальных материалов на целлюлозной основе. Матер.Всес.науч.техн.конф., Волжск, 1986, с.119-120.

15. Канарский A.B., Платшдана Н.В., Сазонова Г.И. Картон < ровальннй водоотделяющий. В кн.: Современные направления в раз: технологии производства и повышении качества электроизоляционк и фильтровальных материалов на целлюлозной основе. Матер.Всес.

- нау9.техн.конф., Волжск, 1986, с.127-128.

- 47 -

16. Канарский A.B., Платицына Н.В., Фляте;Д.М. Для улучшения 1ества фильтровального картона. Бум.пром-стъг-1987,..с.12-13.

17. Канарский A.B., Платицына Н.В.(-,Фляте Д.М.; Влияние спосо-применения меламиноформальдегидноЯ.ямолы. на ^свойства; фильтро^ иьного картона. В кн.: Химия и технология.бумаги. Мехвуэ.сб. ?ч.тр., Л., 1987, с.51-58. :;п.,с,:го ^yriir^cv, sc;:

18. Использование стекловолоконных предфильтров,для(.предва-гельной очистки биологических жидкостейПанферова С.

йшева Н.Г., Горшкова Т.К., Канарский ;А.З. -.Вин,:, Hay чниеос новы снологии промышленного производства ветеринарных.биологических зпаратов. Тез.докл.З-ей Всес.конф.,,М., ;1987*/.с.30^302.-—

19. Канарский A.B., Платицына Н.В. Влияние хризотил-гасбеста. свойства фильтровального картона. Е[.кн.: Химическаягпереработ-древесины и древесных отходов: Межвуз.сб.науч.тр.,.Л.:гЛТАг 37, с.58-63. .г.с-г;':.; ,-v''. i'r 'Г'г:v.',

20. Канарский A.B., Иртегова Л.Ф., 1&жанова Х.Г. Фильтроваль-з виды бумаги и картона для предварительной-очистки-жидкостей. ш.: Применение мембранных процессов в медицине; .пищевой и био-снологии ; Тез.докл. 4-ой Всес.конф..по мембранным методам раз-тения, НИИТЭХИМ, М., 1987, с.61-64. ' ^ - \ ^

21. Канарский A.B., Платицына Н.В., Фляте- Д.М,. Влияние ,вида тлюлозы на свойства картона для предварительной фильтрации жвд-)тей. Лесной журнал : Изв.шсш.учеб.завед.,-Ж 3,-1988, с;35-38.

22. Фильтровальные материалы для очистки воздуха.-Канарский A.B. гегова Л.Ф., Черезова Т.В., Глухова H.A. В кн.гЧистота и микро-мат - 88. Тез.докл. 2-й науч.техн.конф., .М., 1988, с.169-170.

23. Волокнистые материалы в мембранной-технологии.-. . 1арский A.B., Кожанова Х.Г., Платицына Н.В., Кприпман Э.М.-.В кн.: зблемы оовоения мембранных технологий в отраслях агропроыышлен-X) комплекса. Тез.докл.республик науч.техн.конф., Кишинев, 1988, 70-71.

24. Канарский A.B. Влияние окиси алшиния на свойства фильт-зальных видов бумаги и картона. В кн.: Химия и технология бумаги, шуз.сб.науч.тр., Л., ЛТА, 1988, с.36-41.

25. Канарский A.B., Платицына Н.В., Стребкова Л.Н. Влияние зерхностно-активных свойств волокон и частиц фильтруемой жидкости задерживающую способность картона. В кн.: Химия и технология бутя. Меквуз.сб.науч.тр., Л., 1988, с.42-47.

- 48 -

26. Канарский A.B.Платицына H.B. Фильтрунце-сорбирующие териалы для предварительной очистки жидкостей перед мембранами, В кн.: Мембранная технология и её использование в народном хоз* ве. Тез.докл.Всес.научн.-техн.конф., Челябинск, 1989, с.29-30.

27. Канарский А.З. Технология фильтровального картона для кой предварительной очистки медико-биологических жидкостей. Бук пром-сть, М., 1989, & 12, с.25-26.

28. Очистка воздуха от мелкодисперсных аэрозолей. Пирумов Проволович О.В., Иртегова Л.Ф., Черезова Т.В., Канарский A.B., Доброскокин Н.В., Кибардин Р.Н., Тупипун И.Н., Нонезов Р.Г., Кайпоксин А.К. Водоснабжение и санитарная техника ; М., 1989, № 12, с.9-10.

29. Канарский A.B. Влияние .дисперсного состава диатомита i свойства фильтровальных видов бумаги и картона. В кн.: Техноло: бумаги и картона. Межвуз.сб.науч.тр., Л., 1989, с.23-28.

30. Канарский A.B. Влияние вида сорбента на вымываемость j ществ из фильтровального картона. В кн.: Технология бумаги и кг тона. Межвуз.сб.науч.тр., Л., 1989, с.29-31.

31. Фильтровальные материалы для тонкой очистки воздуха. Канарский A.B., Иртегова Л.Ф., Кибардин Р.Н., Черезова Т.В.

В кн.: Экология микроэлектроники - 90. Тез.докл.Всес.науч.-тех! конф., М., 1990, с.132-133.

32. Бумага для тонкой очистки авиационных топлив и гидрож! костей. Канарский A.B., Платицына Н.В., Алешин В.А., Лукина A.I Бум.пром-сть, 1990, J& 10, с.12-13.

33. Разработка технологии фильтровальных материалов для nj варительной очистки жидкостей. Канарский A.B., Платицына Н.В., Велик И.А., РеЩыан Л.С. В кн.: Мембранная технология в решени) экологических проблем. Тез.докл.Всее.науч.-практич .семинаршкол; г.Улан-Удэ, 1990, с.21-22.

34. Картон фильтровальный водоотделяющий. Канарский A.B., Платицына Н.В., Алешин В.А., Лукина А.И., Бумажная пром-сть, Г И 12, с.15-16.

35. Канарский A.B. Влияние вида целлюлозы на свойства фил рующе-сорбирующего картона. В кн.: Химия и технология бумаги и картона. Межвуз.сб.науч.тр., Л., ЛТА, 1990, с.37-44.

36. Совершенствование технологии фильтровального картона ; основе стекловолокна. Канарский A.B., Платицына Н.В., Стребков, Смирнов А.И. В кн.: Химия и технология бумаги и картона. Межву сб.науч.тр., Л., ЛТА, 1990, с.45-49.

- 49 -

37. Канарский A.B. Оценка задерживающей способности фильт-рующе-сорбируюцих видов бумаги И картона. Бум.пром-сть, 1991, № I, с. 15-16.

38. Канарский A.B., Велик И.А., Платицына Н.В. Влияние полипропиленовых волокон на свойства фильтровальных видов бумаги и картона. Бум.пром-сть, 1991, И 5, с.8.

39. Основные тенденции развития производства фильтровальных видов бумаги и картона. Канарский A.B., Иртегова Л.Ф., Кожанова Х.Г., Черезова Т.В., Платицына Н.В. В кн.: Научные основы прогресса производства бумаги. Тез.докл.международ.конф., Ленинград, 1991, с.15-16.

40. Новый фильтровальный материал для чистых производственных помещений. Тупицын И.Н., Проволович О.В., Кайпоксин Л.К., Канарский A.B., Кибардин Р.Н. Электронная пром-сть, 1991, JÊ 4, с.73-75.

41. Фильтровальные вида бумаги и картона для очистки воздуха. Канарский A.B., Иртегова Л.Ф., Черезова Т.В., Глухова И.А., Кибардин Р.Н., Тупицын И.Н., Кайпоксин Л.К., Проволович О.В. Бум.пром-сть, 1991, J6 10, с.20.

42. Канарский A.B. Влияние способа обработки целлюлозы на свойства фильтровального картона. Лесной журнал. Изв.высш.учеб. завед., 1991, № 2, с.97-100.

43. Применение базальтовых волокон в технологии фильтровальных видов бумаги и картона. Канарский A.B., Платицына Н.В., Черезова Т.В., Глухова И.А. В кн.: Применение базальтовых волокон И композитов. Киев, 1991, с. 12-14.

44. Фильтровальные материалы для очистки технологических сред в электронной промышленности. Канарский A.B., Иртегова Л.Ф., Черезова Т.В., Тупицын И.Н., Кайпоксин Л.К. В кн.: Состояние и перспективы развития производства материалов для электротехнической и электронной промышленности. Тез.докл.науч.техн.конф., Киев, 1991, с.32-33.

45. Новые материалы в процессах сорбционной очистки питьевой воды. Канарский A.B., Попова Т.А., Рейфыан Л.С., Юркевич А<;А.

В кн.: Проблемы достижения и практич.опыт в области получения особо чистой воды для различных производств. Сб.матер.науч.техн.конф., Л., 1991, с.56-61.

- 50 -

46. Иртегова Л.Ф., Канарский A.B., Городилов Б.М. Фильтровальный материал для очистки технологических сред. В кн.: мембранные методы разделения смесей. Тез.докл.Всее.науч.техн.конф., Черкассы, 1991, с.70.

47. Канарский A.B., Платицына Н.В., Велик И.А. Волокнистый фильтровальный материал для предфильтрации жидкостей. В кн.: Мембра ные методы разделения смесей. Тез.докл.Всес.науч.техн.конф., Черкассы, 1991, с.69.

48. Преимущества использования минеральных волокон в композиции бумаги и картона. Канарский A.B., Иртегова Л.Ф., Черезова 1 Платицына Н.В., Красовский В.Д. Цел-за, бумага, картон. 1992, № 4, с.14.

49. Новые фильтровальные материалы для чистых производственных помещений. Канарский A.B., Тупицын И.Н., Проволович О.В., Кибардин Р.Н., Иртегова Л.Ф. В кн.: Достижения и перспективы технологии, микроэлектроники в чистых производственных помещениях. Сб.науч.докл.МИЭТ; М., 1992, с.73-79.

50. Волокнистые фильтруыде-сорбирующив материалы. Канарский А. Платицына Н.В., Патрушева B.C., Козырева Е.А., Велик И.А. В кн.: Теория и практика адсорбции ионообменными полимерами. Тез.докл. ыеждународ.семинара ; Йошкар-Ола, МарПИ, 1992, с.10.

51. Канарский A.B. Отраслевая наука и рынок. Целлюлоза, бумаге картон. 1992, й 6-7, с.16.

52. Канарский A.B. Фильтровальные материалы на волокнистой основе. Санкт-Петербургский дом научно-технической пропаганды. -С-Ш, 1992 , 95 с.

53. Новое в создании фильтрующих элементов для чистых помещений. Иртегова Л.Ф., Кайпоксин Л.К., Канарский A.B. и др., Обзорная информация ЦИИШШНЕБТШАШ, М., 1992, 21 с.

54. Канарский A.B., Платицына Я.В. Повышение качества фильтровальных видов бумаги и картона. Целлюлоза, бумага, картон. 1992,

й 2, с.20.

55. Канарский A.B., Велик И.А. Влияние формы волокон на свойства фильтровальных видов бумаги и картона. Химия и технология бумаги : Межвуз.сб.науч.тр., С-Пб, 1993, С.5&-60.

56. Канарский A.B., Платицына Н.В. Взаимосвязь структурных свойств с ресурсными характеристиками фильтровальных ввдов бумаги и картона. Химия и технология бумаги : Межвуз.сб.науч.тр., С.Пб., 1993, с.61-64.