Мелтблаун

Мелтблаун (от англ. meltblown — «выдув из расплава») — это технология производства нетканых материалов, при которой расплав полимера под давлением воздуха или газа выдувается через фильеры в виде тончайших волокон, образующих на приемном устройстве полотно. Полученные таким способом материалы характеризуются высокой фильтрующей способностью, малой плотностью и развитой поверхностью, что делает их широко востребованными в производстве фильтров, средств индивидуальной защиты, сорбентов и гигиенических изделий.

История

Технология мелтблаун была разработана в 1950-х годах в США. Первые исследования проводились в компании Exxon (ныне ExxonMobil) с целью создания материалов для фильтрации и изоляции. В 1960-х годах метод был усовершенствован, и в 1970-х годах началось промышленное производство мелтблаун-полотен. В СССР и России технология получила развитие в 1980-х годах, когда были созданы первые отечественные установки, ориентированные на выпуск фильтрующих материалов для промышленности и медицины.

В 2020 году, в период пандемии COVID-19, мелтблаун приобрёл особое значение как ключевой компонент медицинских масок и респираторов. Резкий рост спроса привёл к дефициту сырья и оборудования, что стимулировало модернизацию производства во многих странах, включая Россию, где были запущены новые линии по выпуску мелтблаун-материалов.

Технология производства

Принцип работы

Процесс мелтблаун основан на экструзии расплава термопластичного полимера (чаще всего полипропилена) через фильеру с множеством мелких отверстий. Одновременно с подачей расплава через сопла, расположенные по обеим сторонам фильеры, подаётся горячий воздух под высоким давлением. Воздушные потоки вытягивают полимерные нити в волокна диаметром от 0,5 до 10 микрометров, которые затем осаждаются на вращающийся барабан или конвейерную ленту, образуя хаотично переплетённое полотно.

Оборудование

Основные узлы установки мелтблаун:

• Экструдер — устройство для плавления и подачи полимера.
• Фильерный блок — матрица с отверстиями (диаметр 0,2–0,5 мм), через которые выдавливается расплав.
• Система подачи горячего воздуха — компрессоры и нагреватели, обеспечивающие давление до 0,3–0,6 МПа и температуру до 250–350 °C.
• Приёмное устройство — барабан или лента с вакуумным отсосом для фиксации волокон.
• Система намотки — для сбора готового полотна в рулоны.

Параметры процесса

Ключевые параметры, влияющие на свойства материала:

• Температура расплава (обычно 200–300 °C в зависимости от полимера).
• Давление и скорость воздуха.
• Расстояние от фильеры до приёмного устройства (DCD — die-to-collector distance).
• Скорость вращения приёмного барабана.

Изменяя эти параметры, можно регулировать диаметр волокон, плотность и пористость полотна.

Свойства материалов

Материалы, полученные методом мелтблаун, обладают рядом характерных свойств:

• Малый диаметр волокон — от 0,5 до 10 мкм, что обеспечивает высокую удельную поверхность (до 20–40 м²/г).
• Низкая плотность — обычно от 10 до 100 г/м².
• Высокая пористость — до 80–90 %, что способствует эффективной фильтрации.
• Электростатические свойства — полипропиленовые волокна могут нести электростатический заряд, улучшающий захват частиц.
• Гидрофобность — большинство мелтблаун-материалов отталкивают воду, но могут быть обработаны для придания гидрофильности.

Применение

Фильтрация воздуха и жидкостей

Основная область применения мелтблаун — фильтрующие элементы. Материалы используются:

• В медицинских масках и респираторах (например, в масках класса FFP2 и FFP3) — для задержания бактерий, вирусов и аэрозолей.
• В воздушных фильтрах для систем вентиляции и кондиционирования (HEPA-фильтры).
• В фильтрах для воды и других жидкостей, в том числе в промышленных установках.
• В пылесосах и автомобильных салонных фильтрах.

Медицина и гигиена

• Одноразовые халаты, шапочки, бахилы.
• Подгузники и гигиенические прокладки (в качестве впитывающего слоя).
• Перевязочные материалы и раневые покрытия.

Промышленность

• Сорбенты для сбора нефтепродуктов и химических веществ.
• Тепло- и звукоизоляционные материалы.
• Материалы для аккумуляторов и батарей (сепараторы).
• Абразивные и полировальные изделия.

Специальные применения

• Защитная одежда для работы с радиоактивными и токсичными веществами.
• Материалы для очистки воздуха в чистых помещениях (например, в микроэлектронике).

Виды и модификации

По составу

• Полипропиленовые (PP) — наиболее распространённые, оптимальны по соотношению цена/свойства.
• Полиэфирные (PET) — более прочные, используются для фильтрации высокотемпературных сред.
• Полиамидные (PA) — для специальных задач, например, в медицине.
• Бикомпонентные — волокна из двух полимеров (например, PP/PE) для улучшения адгезии или плавления.

По структуре

• Однослойные — базовый материал.
• Многослойные — комбинация с другими неткаными материалами (спанбонд, целлюлоза) для повышения прочности и функциональности.
• Электретные — обработанные для создания статического заряда, что повышает эффективность фильтрации без увеличения сопротивления дыханию.

По обработке

• Гидрофильные — после обработки поверхностно-активными веществами впитывают влагу.
• Антибактериальные — с добавлением наночастиц серебра или других биоцидов.
• Огнестойкие — с добавлением антипиренов.

Производители и рынок

Крупнейшие мировые производители мелтблаун-материалов: компании Berry Global (США), Freudenberg (Германия), Mitsui Chemicals (Япония), Toray (Япония), Ahlstrom-Munksjö (Финляндия). В России производство мелтблаун осуществляется на предприятиях: «Гекса-Нетканые материалы» (Москва), «Техноткань» (Иваново), «Нетканые материалы» (Тверь), а также на ряде заводов, переориентированных на выпуск масок в 2020 году.

Рынок мелтблаун-материалов активно растёт, особенно в сегменте фильтрации воздуха и средств индивидуальной защиты. По данным аналитиков, в 2023 году объём мирового рынка превысил 2 миллиарда долларов США, с прогнозом роста до 3,5 миллиардов к 2030 году.

Экологические аспекты

Основной недостаток мелтблаун-материалов — их неспособность к биоразложению, что создаёт проблему утилизации. Большинство изделий (маски, фильтры) являются одноразовыми и после использования попадают на свалки. В ответ на это разрабатываются биоразлагаемые варианты на основе полимолочной кислоты (PLA), а также технологии переработки отходов мелтблаун в гранулы для повторного использования.

Критика и ограничения

• Высокое аэродинамическое сопротивление некоторых мелтблаун-материалов может затруднять дыхание при длительном ношении масок.
• Необходимость точного контроля параметров производства для обеспечения стабильного качества.
• Зависимость от нефтехимического сырья (полипропилен производится из нефти или газа).
• Риск выделения микропластика при износе и стирке изделий.

Источники

• «Meltblown Technology Today» — W. C. Smith, 2019.
• «Нетканые материалы: производство и применение» — под ред. В. А. Дубровского, 2015.
• ГОСТ Р 58396-2019 «Материалы нетканые. Метод определения фильтрующей способности».
• Отчёты компании Grand View Research «Meltblown Nonwovens Market Size, Share & Trends Analysis Report», 2023.
• Статья «Meltblown Nonwovens: Production, Properties, and Applications» в журнале «Textile Research Journal», 2021.