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首页 / 专利分类库 / 服装 / 一种透气型生化防护材料

一种透气型生化防护材料

申请号 CN202311359015.2 申请日 2023-10-19 公开(公告)号 CN117445504A 公开(公告)日 2024-01-26
申请人 山西新华防化装备研究院有限公司; 江南大学; 发明人 王辉; 俞科静; 郭佳敏; 王平; 陈坤林; 符雅婷; 崔江舟; 赵炳乾; 王钢; 金世婧;
摘要 本 发明 涉及防护技术领域,具体涉及一种透气型生化防护材料;由 自上而下 的外阻隔防护层材料、双效吸收固定层材料及贴肤层材料通 过热 压复合而成,相邻层间通过 粘合剂 粘合,利用平板 热压 机升温使层间粘合剂融化并粘在织物上,加压后多层材料复合为一体;所述外阻隔防护层材料由双疏涂层及PTFE膜复合而成,所述双效吸收固定层材料由双效 整理 剂与非织造布复合而成,所述贴肤层材料的材质为聚丙烯非织造布;本发明防护材料平衡防护性能与热湿舒适性,采用本发明防护材料可以防护 甲苯 、芥子气等生化毒剂以及化工生产中的高浓度强酸 碱 ,并保证服用透湿气舒适性,较低的面 密度 减少穿着负荷,为生化防护服提供一种质优价廉的解决方案。
权利要求

1.一种透气型生化防护材料,其特征在于,是由自上而下的外阻隔防护层材料、双效吸收固定层材料及贴肤层材料通过热压复合而成,相邻层间通过粘合剂粘合,利用平板热压机升温使层间粘合剂融化并粘在织物上,加压后多层材料复合为一体;所述外阻隔防护层材料由双疏涂层及PTFE膜复合而成,所述双效吸收固定层材料由双效整理剂与非织造布复合而成,所述贴肤层材料的材质为聚丙烯非织造布;所述透气型生化防护材料,透气量达到
2
100mm/s,透汽量大于1920g/m·24h,有效防护芥子气2h,耐受98%浓硫酸、30%氢化钠与“液‑气”甲苯大于1h,拒水等级5级以上,防油等级3级,断裂强度大于1500N。
2.根据权利要求1所述的一种透气型生化防护材料,其特征在于,所述外阻隔防护层材
2
料的基布规格为:PPTA机织布200D60g/m ;所述双效吸收固定层材料的基布材料规格为:
2 2
120g/mPP非织造布;所述贴肤层材料的规格为:30g/mPP非织造布。
3.根据权利要求1所述的一种透气型生化防护材料,其特征在于,所述外阻隔防护层材料的制备方法,具体制备步骤如下:
(1)将芳纶机织布去除表面活性剂及杂质;
(2)然后配置拒油拒水整理剂,配置成20g/L的溶液,充分融合之后浸渍芳纶机织布
5min;所述拒油拒水整理剂包括以下质量份配比的原料:氟烷1 5份、有机硅树脂1 5份、~ ~
二氧化颗粒1 5份;
~
(3)取出芳纶机织布转移至真空干燥箱烘燥;
(4)将层间粘合剂裁剪成网格状覆盖在芳纶机织布一侧,继续覆盖PTFE微孔膜,转移至热压机,热压得到外阻隔防护层材料。
4.根据权利要求3所述的一种透气型生化防护材料,其特征在于,步骤(3)中的干燥温度为120 150℃,干燥时间为2min。
~
5.根据权利要求3所述的一种透气型生化防护材料,其特征在于,步骤(4)热压温度120
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160℃,压2.5kgf/m,热压时间1min。
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6.根据权利要求1所述的一种透气型生化防护材料,其特征在于,所述双效吸收固定层材料的制备方法,具体制备步骤如下:
(1)制备20 30w.t.%PEI溶液200质量份,加入1 5质量份环糊精、1 5质量份片层石墨~ ~ ~
烯,充分分散后备用;
(2)将分散液稀释至浓度为15% 20w.t.%,转移分散液至金属托盘中,浸入PP无纺布,浸~
渍时长5 10min;
~
(3)将浸渍后的PP无纺布转移至烘箱,烘燥得到双效吸收固定层材料。
7.根据权利要求6所述的一种透气型生化防护材料,其特征在于,步骤(3)烘燥温度为
50℃,烘燥时间为16h。
8.根据权利要求1所述的一种透气型生化防护材料,其特征在于,所述透气型生化防护材料的制备方法,具体制备步骤如下:
(1)将三层材料自上而下依次放置;
(2)相邻层材料之间所用的层间粘合剂裁剪成条形使用,固定好多层材料后转移至热压机120 160℃压力2MPa时间1min,得到透气型生化防护材料。
~
9.根据权利要求8所述的一种透气型生化防护材料,其特征在于,所述层间粘合剂为TPU热熔胶膜、PA热熔网、PES热熔网和环氧胶膜中的一种或几种。

说明书全文

一种透气型生化防护材料

技术领域

[0001] 本发明涉及防护技术领域,具体涉及一种透气型生化防护材料。

背景技术

[0002] 化学毒剂在战时作为生化武器使用,但是战后依然有未经处理直接抛弃在环境中的弹体,给人民生产生活带来严重威胁,为避免抢险救援人员暴露于毒气中,必须开发防护装备。在生活中,部分化学毒剂、腐蚀性强酸在工业生产中发挥重要作用,相关从业者及科研人员也需要防护装备,防护对象逐渐呈现出多元化发展。因此,需要研制出能使毒剂与人体隔离开的防护装备,并具有一定热湿交换能,使着装人员的额外负荷减少,保障行动效率与生命安全。
[0003] 比较理想的防护装备应该符合下列条件:①良好的阻隔效果;②透气,不产生过多热负荷;③穿戴容易,活动限制小;④可以多场景利用。早期隔绝式防护服采用氯丁橡胶与纺织品结合的方式可以实现极佳的阻隔效果,但是其对人体的热负荷过高且不便于移动,所以各国开始开发透气型生化防护材料。现阶段的一部分透气防护服采用机送风,加重了防护服的体量与穿着负荷,不方便着装人员行动;部分为空气动力学透气防护服材料,经历氯胺类浸渍服以及活性炭吸附服两大阶段的变更,氯胺类浸渍服防护对象单一,且对织物强度以及皮肤都有损害,已经不在使用。目前多孔炭材料在吸附型防护服中得到广泛应用,但是单一的物理吸附式防护服存在易脱附、二次污染、无差别吸附毒剂和蒸气等问题。葛慧宪等人(CN105054445 A、CN105105376 A)利用活性炭粉制成多层防护面料中的吸2
附层,经多层复合制成了防护服,其面密度大于600g/m ,在高温环境下服装克重高也会对使用人员造成负荷。且由于采用了阻隔膜工艺,故其没有明确指出透气性能。其采用的耐酸碱的测试浓度都比较低,不能应对实际情况下多发的原液泄露。同时其加工过程中使用了具有挥发毒性的有机溶剂,对生产安全提出了更高的要求。朱国权等人(CN 113897792A)所制备的透气防护服以炭珠层为防护核心,具有高空气通量,但其所用粘合剂整理剂等基材不具备生化防护效果,且与化学强酸碱反应,不具备生化防护条件与资质。
[0004] 本发明为改善核生化防护服所面临的的热应激难题,同时为了实现良好的解毒效果以及多余蒸汽的吸收,本发明采用多层材料复合的思路,设计制备一种透气型生化防护材料,在保证较高空气湿气通量的前提下,对毒剂主体吸收解毒,溢出蒸汽吸附固定,同时对于油性物质及化学酸碱排斥阻隔,实现多项防护。

发明内容

[0005] 本发明为解决核生化防护服所面临的的热应激难题,同时为了实现良好的解毒效果以及多余蒸汽的吸收,本发明采用多层材料复合的思路,设计制备一种透气型生化防护材料,在保证较高空气湿气通量的前提下,对毒剂主体吸收解毒,溢出蒸汽吸附固定,同时对于油性物质及化学酸碱排斥阻隔,实现多项防护。本发明通过层级防护,实现多层复合材料多项防护目的,平衡防护性能与热湿舒适性,采用本发明防护材料可以防护甲苯、芥子气等生化毒剂以及化工生产中的高浓度强酸碱,并保证服用透湿气舒适性,较低的面密度减少穿着负荷,为生化防护服提供一种质优价廉的解决方案。
[0006] 为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案为:一种透气型生化防护材料,是由自上而下的外阻隔防护层材料、双效吸收固定层材料及贴肤层材料通过热压复合而成,相邻层间通过粘合剂粘合,利用平板热压机升温使层间粘合剂融化并粘在织物上,加压后多层材料复合为一体;所述外阻隔防护层材料由双疏涂层及PTFE膜复合而成,所述双效吸收固定层材料由双效整理剂与非织造布复合而成,所述贴肤层材料的材质为聚丙烯非织造布;所述各层间的层间粘合剂为条状热熔胶膜;所述透气型生化防护材料,透气量达到2
100mm/s,透水汽量大于1920g/m·24h,有效防护芥子气2h,耐受98%浓硫酸、30%氢化钠与“液‑气”甲苯大于1h,拒水等级5级以上,防油等级3级,断裂强度大于1500N。
[0007] 进一步的,所述外阻隔防护层材料的基布规格为:PPTA机织布200D60g/m2;所述双2
效吸收固定层材料的基布材料规格为:120g/m PP非织造布;所述贴肤层材料的规格为:
2
30g/mPP非织造布。
[0008] 进一步的,所述外阻隔防护层材料的制备方法,具体制备步骤如下:
[0009] (1)将芳纶机织布去除表面活性剂及杂质;
[0010] (2)然后配置拒油拒水整理剂,配置成20g/L的溶液,充分融合之后浸渍芳纶机织布5min;所述拒油拒水整理剂包括以下质量份配比的原料:氟烷1~5份、有机硅树脂1~5份、二氧化颗粒1~5份;
[0011] (3)取出芳纶机织布转移至真空干燥箱烘燥;
[0012] (4)将层间粘合剂裁剪成网格状覆盖在芳纶机织布一侧,继续覆盖PTFE微孔膜,转移至热压机,热压得到外阻隔防护层材料。
[0013] 优选的,步骤(3)中的干燥温度为120~150℃,干燥时间为2min。
[0014] 优选的,步骤(4)热压温度120~160℃,压力2.5kgf/m2,热压时间1min。
[0015] 进一步的,所述双效吸收固定层材料的制备方法,具体制备步骤如下:
[0016] (1)制备20~30w.t.%PEI溶液200质量份,加入1~5质量份环糊精、1~5质量份片层石墨烯,充分分散后备用;
[0017] (2)将分散液稀释至浓度为15%~20w.t.%,转移分散液至金属托盘中,浸入PP无纺布,浸渍时长5~10min;
[0018] (3)将浸渍后的PP无纺布转移至烘箱,烘燥得到双效吸收固定层材料。
[0019] 优选的,步骤(3)烘燥温度为50℃,烘燥时间为16h。
[0020] 进一步的,所述透气型生化防护材料的制备方法,具体制备步骤如下:
[0021] (1)将三层材料自上而下依次放置;
[0022] (2)相邻层材料之间所用的层间粘合剂裁剪成条形使用,固定好多层材料后转移至热压机120~160℃压力2MPa时间1min,得到透气型生化防护材料。
[0023] 进一步的,所述层间粘合剂为TPU热熔胶膜、PA热熔网、PES热熔网和环氧胶膜中的一种或几种。
[0024] 与现有技术相比本发明具有以下有益效果:
[0025] 本发明采用最简化的三明治结构,利用三种功能层构建了防护性能与穿着舒适性良好平衡的防护服面料,极大降低了防护服面料的面密度,提高了热湿交换效率。
[0026] 本发明中所设置的外阻隔层,利用低表面能与高度非极性的聚四氟乙烯微孔膜将液态的毒剂阻隔在外,同时外阻隔层的涂层整理也提供了一种微纳双疏结构,发挥“荷叶”效应增强了这种阻隔效果。
[0027] 本发明中所设置的双效吸收固定层,采用非织造布作为基布,天然具有纤维自由分布性,取向度相对较低,纤维结构相对复杂,可搭载粒子空间大。其浸渍液一方面利用聚乙烯亚胺的亲核活性胺基,以胺基N原子代替生物大分子中的亲核性原子,利用反应性很强的伯胺和仲胺与芥子气端氯原子发生消去反应实现对芥子气的脱卤解毒;一方面运用了高比表面积吸附粒子的中空内腔将溢出的毒剂气体进行物理吸附固定,实现稳定防护。环糊精本身的结构特点赋予它疏水的内腔和亲水的表面,即制备过程中能溶于水但空腔得以保留,用于后续干燥后的气体吸附,且环糊精具有耐碱性的性质,在混配浸渍液中也能稳定存2
在。石墨烯是是一种由原子以sp杂化轨道组成六型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料,可基于空间几何结构及穴位进行气体吸附,达到固定化学毒气的作用。
[0028] 本发明中所用的各层材料间有稳定通路,可以实现高透气量与透湿性,热量湿度交换容易,极大避免了高热作业环境带来的热应激问题。同时,双效吸收固定层的聚乙烯亚胺组分与高吸附粒子的自由羟基具有亲水性,而内层的PP非织造布没有亲水基团,两者之间形成一种动力梯度差,更利于湿气的转移与扩散。
[0029] 本发明中层间粘合剂采用的是新型耐酸碱的环氧胶膜,具有双亲基团,对极性与非极性材料均具有良好的粘结性能,具有粘接强度高、稳定性好等特点,避免了复合材料脱层的问题,在低温高温条件下均能保持柔韧性与弹性,进一步提高了复合材料的应用稳定性,且对弱酸碱具有良好耐受性,可间接提升体系的耐酸碱性能。同时采用网格状胶装形式,扩大透气窗提高透气量。
[0030] 本发明所述的透气性生化防护材料具有重量轻、性能稳定、制备方法简洁、成本2
低、人体安全等优势,透气量达到100mm/s,透水汽量大于1920g/(m·24h),有效防护芥子气2h,耐受98%浓硫酸、30%氢氧化钠与“液‑气”甲苯大于1h,拒水等级5级以上,防油等级3级,断裂强度大于1500N,与同类型产品相比性能得到极大提升,可以应对实际条件下遇到的毒害化学品泄露问题。
附图说明
[0031] 图1为本发明一种透气型生化防护材料的层结构示意图。
[0032] 图中标记如下:
[0033] 1‑外阻隔防护层,2‑双效吸收固定层,3‑贴肤层。

具体实施方式

[0034] 以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0035] 本发明制造透气型生化防护材料的制备方法,按照下述步骤实施。
[0036] 实施例1
[0037] 一种透气型生化防护材料
[0038] (1)制备外阻隔层:彻底清洁芳纶布,称取3g有机硅树脂、3g氟硅烷、3g二氧化钛颗粒配置成20g/L的拒油拒水整理液,将芳纶布浸入其中5min,130℃烘燥2min,使用网格状TPU热熔胶膜和PTFE微孔膜、140℃压1min;
[0039] (2)制备双效吸收固定层:将40w.t.%PEI溶液、3g环糊精和3g石墨烯配置成15%的溶液400g,在95℃下混匀,浸渍PP无纺布,转移至烘箱,50℃烘燥16h;
[0040] (3)制备透气型生化防护材料:将3层防护材料自上至下摆放好,依次为外阻隔层、双效吸收固定层、贴肤层,层间加入PA热熔网,150℃压1min。
[0041] 实施例2
[0042] 一种透气型生化防护材料
[0043] (1)制备外阻隔层:彻底清洁芳纶布,称取5g有机硅树脂、5g氟硅烷、5g二氧化钛颗粒配置成20g/L的拒油拒水整理液,将芳纶布浸入其中5min,140℃烘燥2min,使用网格状TPU热熔胶膜和PTFE微孔膜、140℃压1min;
[0044] (2)制备双效吸收固定层:将20w.t.%PEI溶液、3g环糊精和3g石墨烯配置成15%的溶液400g,在95℃下混匀,浸渍PP无纺布,转移至烘箱,50℃烘燥16h;
[0045] (3)制备透气型生化防护材料:将3层防护材料自上至下摆放好,依次为外阻隔层、双效吸收固定层、贴肤层,层间加入PA热熔网,150℃压1min。
[0046] 实施例3
[0047] 一种透气型生化防护材料
[0048] (1)制备外阻隔层:彻底清洁芳纶布,称取3g有机硅树脂、3g氟硅烷、3g二氧化钛颗粒配置成20g/L的拒油拒水整理液,将芳纶布浸入其中5min,130℃烘燥2min,使用网格状环氧热熔胶膜和PTFE微孔膜、140℃压1min;
[0049] (2)制备双效吸收固定层:将20w.t.%PEI溶液、3g环糊精和3g石墨烯配置成15%的溶液400g,在95℃下混匀,浸渍PP无纺布,转移至烘箱,50℃烘燥16h;
[0050] (3)制备透气型生化防护材料:将3层防护材料自上至下摆放好,依次为外阻隔层、双效吸收固定层、贴肤层,层间加入PA热熔网,150℃压1min。
[0051] 实施例4
[0052] 一种透气型生化防护材料
[0053] (1)制备外阻隔层:彻底清洁芳纶布,称取3g有机硅树脂、3g氟硅烷、3g二氧化钛颗粒配置成20g/L的拒油拒水整理液,将芳纶布浸入其中5min,130℃烘燥2min,使用网格状TPU热熔胶膜和PTFE微孔膜、140℃压1min;
[0054] (2)制备双效吸收固定层:将20w.t.%PEI溶液、1g环糊精和1g石墨烯配置成17%的溶液400g,在95℃下混匀,浸渍PP无纺布,转移至烘箱,50℃烘燥16h;
[0055] (3)制备透气型生化防护材料:将3层防护材料自上至下摆放好,依次为外阻隔层、双效吸收固定层、贴肤层,层间加入PA热熔网,150℃压1min。
[0056] 实施例5
[0057] 一种透气型生化防护材料
[0058] (1)制备外阻隔层:彻底清洁芳纶布,称取3g有机硅树脂、3g氟硅烷、3g二氧化钛颗粒配置成20g/L的拒油拒水整理液,将芳纶布浸入其中5min,130℃烘燥2min,使用网格状PES热熔网膜和PTFE微孔膜、140℃压1min;
[0059] (2)制备双效吸收固定层:将20w.t.%PEI溶液、3g环糊精和3g石墨烯配置成15%的溶液400g,在95℃下混匀,浸渍PP无纺布,转移至烘箱,50℃烘燥16h;
[0060] (3)制备透气型生化防护材料:将3层防护材料自上至下摆放好,依次为外阻隔层、双效吸收固定层、贴肤层,层间加入PES热熔网,150℃压1min。
[0061] 实施例1‑实施例5所制备的一种透气型生化防护材料的测试方法如下:
[0062] (1)面密度测试方法:将试样裁剪成10cm×10cm的试样,利用电子天平称重,换算2
平方米克重即可,单位g/m。
[0063] (2)透气量测试方法:按照GB/T 5453‑1997《纺织品织物透气性的测定》标准,在规定的标准测试环境下,使用YG461E‑Ⅲ型全自动织物透气量仪,测定一定时间内垂直通过多层复合防护织物在给定面积的气流流量,测验得到的读数即为透气量。
[0064] (3)拒水等级评定方法:按照GB/T 4745‑2012标准,使用标准测试装置喷淋织物后,通过试样外观与沾水现象描述及图片的比较,确定织物的沾水等级,并以此评价织物的防水性能。
[0065] (4)拒油等级评定:按照GJB 1750‑1993标准,制作标准测试平台,根据测试液体样态评价拒油等级。
[0066] (5)芥子气防护性能:按照GJB 6629‑2008标准,使用标准测试仪器测试芥子气穿透织物的时间,用以评价防护类织物防护芥子气性能。
[0067] (6)耐甲苯性能:按照GB/T 23462——2009标准,使用标准测试仪器测试甲苯穿透织物的时间,用以评价防护类织物耐甲苯性能。
[0068] (7)耐酸碱性能:按照GB 24540‑2009《防护服装酸碱类化学品防护服》标准,测试酸碱试液穿透织物的时间作为其耐酸碱性的表征。
[0069] 需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0070] 实施例1至实施例5所得多层透气型生化防护材料的各项性能检测结果如表1所示。
[0071] 表1面料基本性能
[0072]
[0073] 表1中面料的基本性能的测试数据为使用标准仪器结合相应国家标准测试所得。
[0074] 实施例1至实施例5所得多层透气型生化防护材料的防护性能检测结果如表2所示。
[0075] 表2面料防护性能
[0076]
[0077] 由表1及表2数据可以看出,实施例1~5制得的透气型生化防护材料,均能满足防护芥子气的时长要求,但其中以实施例3性能最佳,可有效防护甲苯酸碱,并且具有高透气量。
[0078] 本发明的关键点之一为TiO2粒子负载工艺,所使用的浓度必须严格限制,过多的TiO2不会提高疏油疏水效果,相反还会降低粘接牢度、堵塞气体通路,不利于综合性能的提升。本发明的关键点之二为双效吸收固定层的配比浓度与烘燥工艺,在前期探索中,曾使用纯聚乙烯亚胺作为反应核心,但经过12h烘燥后依然表面粘稠,不适于作为功能层,经过工艺改进后,才能正常使用。本发明的关键点之三为加热工的温度和时间。聚乙烯亚胺经长时间高温后会出现变质的情况,层压复合时需严格控制压重与时间,进一步对胶黏剂的选择等需热加工的原料提出限制。