一种疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料的制备方法
阅读说明：本技术 一种疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料的制备方法 (Preparation method of hydrophobic flame-retardant high-barrier biochemical protection composite fabric ) 是由 刘其霞 顾玉培 季涛 葛建龙 单浩如 胡世棋 冯康义 于 2021-06-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料的制备方法,具体为在聚合物阻隔膜双侧粘合高强尼龙织物和轻薄型尼龙织物,得到复合样品；然后将复合样品室温固化,得到多层复合面料；再采用溶剂型疏水阻燃涂料,在多层复合面料双侧进行表面涂层整理；最后将表面涂层整理后的多层复合面料进行烘干,得到疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料。本发明的高阻隔防护复合面料以聚合物薄膜作为阻隔材料,在保障阻隔性能和力学性能的同时,可大大降低复合面料的面密度,应用于隔绝式化学防护装备,能够提供稳定的化学防护能力,避免橡胶基防护面料存在的面密度大,生产工艺复杂等问题。(The invention discloses a preparation method of a hydrophobic flame-retardant high-barrier biochemical protection composite fabric, which is characterized in that high-strength nylon fabrics and light and thin nylon fabrics are bonded on both sides of a polymer barrier film to obtain a composite sample; then curing the composite sample at room temperature to obtain a multilayer composite fabric; then adopting solvent type hydrophobic flame retardant coating to perform surface coating finishing on both sides of the multilayer composite fabric; and finally, drying the multilayer composite fabric with the finished surface coating to obtain the hydrophobic flame-retardant high-barrier biochemical protection composite fabric. The high-barrier protective composite fabric provided by the invention takes the polymer film as the barrier material, can greatly reduce the surface density of the composite fabric while keeping the barrier property and the mechanical property, is applied to the isolated chemical protective equipment, can provide stable chemical protective capability, and avoids the problems of large surface density, complex production process and the like of the rubber-based protective fabric.)
技术领域
本发明涉及生化防护材料的
技术领域
，尤其涉及一种轻质高阻隔防护复合面料的制备方法。背景技术
随着工业的迅速发展以及现代战争多样性的变化，化学品泄漏事故频繁发生，并造成了一定的人员伤亡。例如，2004年重庆某化工总厂发生爆炸和氯气泄漏事故，造成9人死亡，3人受伤，近15万人疏散；2017年印度发生危险化学品泄漏事件，造成至少487人受伤等。因此，为危险化学品污染环境中的人员提供可靠、有效的防护具有重要意义。
根据其防护机理，可将生化防护材料分为四类：隔绝式生化防护材料、透气式生化防护材料、半透气式生化防护材料以及选择性透气式生化防护材料。其中，隔绝式生化防护材料是通过表面涂覆、或层压复合的方式，将不透气的橡胶、聚合物涂层或聚合物薄膜与织物进行复合而获得的化学防护复合面料。由于材料具有良好的气密性和化学稳定性，因此能够在危险程度较高的化学品泄漏或未知化学品污染的环境中为在场人员提供有效的防护。
目前国内使用的隔绝式生化防护面料普遍存在防护时间短，防护谱系窄，材料较为厚重等问题。对于橡胶基隔绝式防护材料，多采用丁基橡胶、氟橡胶等，通过橡胶双面涂覆织物的方式制得。橡胶材料广泛应用于气密型（重型）生化防护装备，其分子链排列整齐紧密，分子链之间空隙少，具有高气密性和良好的耐腐蚀性。虽然橡胶材料凭借其诸多优点在生化防护领域广受青睐，但是在应用和生产过程仍存在一些问题。一方面，单一的橡胶材料存在性能缺陷。例如，丁基橡胶硫化速度慢，且与其他橡胶相容性差，不耐苯类有机溶剂；氟橡胶不耐低温，易受到酮类溶剂的腐蚀等。另一方面，橡胶类材料的加工需要经过硫化工艺，诸如丁基橡胶等本身硫化速度慢的橡胶需要在高温条件下硫化，这使得橡胶的生产工艺变得较为繁琐。此外，面料厚重也是橡胶基生化防护服的一个缺点，在实际穿着过程中会降低行动灵活性，从而增加穿着、使用、携带和运输的负担。
发明内容
本发明为进一步改善目前隔绝式生化防护复合面料延长防护时间和降低材料面密度之间的矛盾问题，并兼顾材料的阻燃疏水性能。国内生产的隔绝式化学防护面料多采用橡胶复合面料和聚合物涂层面料，材料厚重，所生产的装备不能长时间穿着。本发明采用具有高阻隔性能的聚合物薄膜作为主要防护材料，通过合理的结构设计与热压复合工艺，将其与纺织面料进行热压复合，赋予材料优良的防护性能和力学性能，同时达到降低复合面料面密度的效果。
本发明的技术方案如下：
一种疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在聚合物阻隔膜双侧粘合高强尼龙织物和轻薄型尼龙织物，得到复合样品；
步骤2，将复合样品室温固化，得到多层复合面料；
步骤3，采用溶剂型疏水阻燃涂料，在多层复合面料双侧进行表面涂层整理；
步骤4，将表面涂层整理后的多层复合面料进行烘干，得到疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料。
进一步的，所述的疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料的制备方法，步骤1中所述聚合物阻隔膜为EVOH、PVDC或PA中的任意一种。
进一步的，所述的疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料的制备方法，步骤1中所述高强尼龙织物为纱线细度为70-250D，经向强力大于800N，纬向强力大于500N的尼龙织物。进一步优选地，所述高强尼龙织物为纱线细度为100D的尼龙66机织物。
进一步的，所述的疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料的制备方法，步骤1中所述轻薄型尼龙织物为纱线细度为15-40D的尼龙织物，进一步优先地，所述轻薄型尼龙织物为纱线细度为30D的尼龙6或尼龙66机织物。
进一步的，所述的疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料的制备方法，步骤1中粘合采用的粘合剂为厚度为6-10丝的TPU热熔胶膜，进一步优选地，粘合采用的粘合剂为厚度为8丝的TPU热熔胶膜。
进一步的，所述的疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料的制备方法，步骤1中在聚合物阻隔膜双侧粘合高强尼龙织物和轻薄型尼龙织物采用热压的方式，热压温度为110-150℃，热压时间为10-60 s。
进一步的，所述的疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料的制备方法，步骤2中室温固化的时间为8-24 h。
进一步的，所述的疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料的制备方法，步骤3中溶剂型疏水阻燃涂料为疏水阻燃聚氨酯涂料，更进一步可以为阻燃聚氨酯复合涂料。
进一步的，所述的疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料的制备方法，步骤4中烘干过程包括两个阶段，第一阶段烘干温度50 ℃-80 ℃，烘干时间20-40 min，第二阶段烘干温度90 ℃-160 ℃，烘干时间2-6 min。
本发明提供的制备方法得到的复合面料具有“功能层/承力层/粘合层/阻隔层/粘合层/保护层/功能层”的7层结构，以热塑性聚氨酯胶膜作为胶粘剂，通过热压复合的方式，将聚合物阻隔薄膜与高强尼龙织物、轻薄型尼龙织物进行复合，并在复合后的面料双侧进行疏水阻燃涂层整理，获得疏水阻燃型高阻隔防护复合面料。其中，阻隔层为聚合物阻隔薄膜，粘合层为热塑性聚氨酯胶膜，承力层为高强尼龙织物，保护层为轻薄型尼龙织物，功能层为疏水阻燃涂层。该疏水阻燃防护复合面料能够避免液态的有害化学品在材料表面积聚而造成面料被破坏，同时，其阻隔层的聚合物薄膜可有效阻隔气态有害化学品的渗透，具有良好的化学防护能力。
本发明制备方法得到的阻燃疏水型高阻隔防护复合面料具有较好的力学性能与阻隔性能，同时材料表面具有疏水阻燃效果。承力层的尼龙织物机械强度高，韧性和耐摩擦性都很好，还具有耐腐蚀、耐碱的优点，且相对密度小，能够为复合面料提供较高的力学性能。阻隔层的聚合物阻隔薄膜，具有结晶度高、耐化学品的特点，能够为复合面料提供良好的阻隔性能。保护层的轻薄型尼龙织物面密度低，粘合在阻隔膜内侧，既能防止阻隔膜被尖锐物品划破、划伤，又不会给复合面料带来太大的重量负荷。粘合层的聚氨酯热熔胶膜含有强极性的异氰酸酯基和氨酯基，对多种材料有优良的粘接力，且容易浸润，工艺性好，使用期长，具有耐冲击、耐疲劳、耐化学品等优点，能够很好地将各层材料粘合起来。功能层为疏水阻燃聚氨酯复合涂层。各层材料在一个整体中协同作用，形成优良的防护能力。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1. 结构优化，材料面密度低。
现有常规的橡胶基防护复合面料面密度大，且单一橡胶材料防护性能有限。本发明通过结构优化设计，采用单一聚合物阻隔层与织物复合的结构，相比较于橡胶基复合面料，聚合物阻隔膜材料可在保障防护性能的同时，降低阻隔材料的重量，解决了防护性能与材料面密度之间的矛盾问题。
2. 选用非溶剂型热熔胶膜做为胶粘剂，操作简便，且环保。
3. 以高阻隔聚合物薄膜作为阻隔材料，生产工艺简单。
橡胶基防护复合面料的生产需经过硫化工艺，生产过程复杂，且单一的橡胶材料防护性能有限，采用聚合物吹塑成膜后与织物进行热压粘合，生产效率较高。
对本发明制备方法制备的到的复合面料进行性能测试，具体如下：
根据《GB/T 3923.1-2013纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法）》对复合面料进行拉伸断裂强力测试，本发明制备得到的复合面料经向拉伸强力大于1200 N，纬向拉伸强力大于1000 N。
根据《GB/T 3917.2-1997 纺织品 织物撕破性能 第2部分：裤形试样（单缝）撕破强力的测定》对复合面料进行撕破强力测试，本发明制备得到的复合面料经向撕破强力大于50N，纬向撕破强力大于45N。
根据《GB/T 2791-1995胶粘剂 T剥离强度试验方法 挠性材料对挠性材料》对复合面料的“承力层/阻隔层”界面进行剥离强度测试，本发明制备得到的经纬向剥离强力均大于14 N。
根据《GB/T 1037-1988 塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法 杯式法》对复合面料进行透湿性能测试，本发明制备得到的复合面料水蒸气透过量在2-6 g/（m²·24h）范围内。
根据《GB/T 1038 塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法-压差法》对复合面料进行透气性能测试，本发明制备得到的复合面料的氧气透过量在10-20 cm³/（m2·24h·0.1MPa）范围内。
根据《GB/T 30447-2013纳米薄膜接触角测量方法》，对本发明制备得到的复合面料外侧表面的水滴静态接触角进行测试，静态接触角大于100°。
根据《GB/T 5456-2009 纺织品 燃烧性能垂直方向试样火焰蔓延性能的测定》对复合面料进行阻燃性能测试，本发明制备得到的复合面料阴燃、续燃时间在0-3 s范围内，损毁长度在30-100 mm范围内。
本发明中采用单聚合物阻隔层，能够降低复合面料加工的复杂程度，减少胶粘剂的用量，从而降低复合面料的面密度；采用防护性能优异的高阻隔聚合物作为阻隔材料，材料重量小，复合工艺简单；采用非溶剂型热熔胶膜作为胶粘剂，复合过程操作方便，环保。
具体实施方式
：
实施例1
一种疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在PVDC阻隔膜（19.76 g/m2）的一侧粘合100D尼龙66机织布，另一侧粘合30D轻薄型尼龙机织布，采用厚度为8丝的聚氨酯热熔胶膜进行粘合，具体为在平板热压机上，以聚氨酯热熔胶膜为胶粘剂，在PVDC阻隔膜一侧热压粘合100D尼龙66机织布，另一侧热压粘合30D轻薄型尼龙机织布，热压温度为125 ℃，热压时间为30 s，得到复合样品；
步骤2，将复合样品置于室温环境中至完全固化，得到多层复合面料；
步骤3，采用疏水阻燃聚氨酯涂料在多层复合面料双侧进行阻燃疏水涂层整理，双面阻燃涂料用量为200 g/m2；
步骤4，对整理后的面料进行烘干，第一阶段烘干：60 ℃，30 min，第二阶段烘干：90 ℃，2 min，得到疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料。
制得复合面料的水蒸气透过量为4.3814 g/（m²·24h），氧气透过量为12.35 cm³/（m2·24h·0.1MPa）。复合面料经向拉伸强力为1250 N，纬向拉伸强力为1509 N；经向撕破强力为56 N，纬向撕破强力为59 N；经向剥离强力为16 N，纬向剥离强力为18 N。
材料表面左侧接触角为108.8°，右侧接触角为108.3°；续燃时间为2.5 s，阴燃时间为2.3 s，损毁长度为82 mm。
实施例2
一种疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在PVDC阻隔膜（19.76 g/m2）的一侧粘合100D尼龙66机织布，另一侧粘合30D轻薄型尼龙机织布，采用厚度为8丝的聚氨酯热熔胶膜进行粘合，具体为在平板热压机上，以聚氨酯热熔胶膜为胶粘剂，在PVDC阻隔膜一侧热压粘合100D尼龙66机织布，另一侧热压粘合30D轻薄型尼龙机织布，热压温度为135 ℃，热压时间为30 s，得到复合样品；
步骤2，将复合样品置于室温环境中至完全固化，得到多层复合面料；
步骤3，采用疏水阻燃聚氨酯涂料在多层复合面料双侧进行阻燃疏水涂层整理，双面阻燃涂料用量为226 g/m2；
步骤4，对整理后的面料进行烘干，第一阶段烘干：60 ℃，30 min，第二阶段烘干：90 ℃，2 min，得到疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料。
制得复合面料的水蒸气透过量为2.4250 g/（m²·24h），氧气透过量为18.23 cm³/（m²·24h·0.1MPa）。复合面料经向拉伸强力为1584 N，纬向拉伸强力为1250 N；经向撕破强力为54 N，纬向撕破强力为49 N；经向剥离强力为16 N，纬向剥离强力为29 N。
材料表面左侧接触角为114.5°，右侧接触角为115.8°；续燃时间为1.1 s，阴燃时间为0 s，损毁长度为44 mm。
实施例3
一种疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在PVDC阻隔膜（19.76 g/m2）的一侧粘合100D尼龙66机织布，另一侧粘合30D轻薄型尼龙机织布，采用厚度为8丝的聚氨酯热熔胶膜进行粘合，具体为在平板热压机上，以聚氨酯热熔胶膜为胶粘剂，在PVDC阻隔膜一侧热压粘合100D尼龙66机织布，另一侧热压粘合30D轻薄型尼龙机织布，热压温度为110 ℃，热压时间为60 s，得到复合样品；
步骤2，将复合样品置于室温环境中至完全固化，得到多层复合面料；
步骤3，采用疏水阻燃聚氨酯涂料在多层复合面料双侧进行阻燃疏水涂层整理，双面阻燃涂料用量为220 g/m2；
步骤4，对整理后的面料进行烘干，第一阶段烘干：50 ℃，40 min，第二阶段烘干：90 ℃，6 min，得到疏水阻燃高阻隔生化防护复合面料。
制得复合面料的水蒸气透过量为4.5750 g/（m2·24h），氧气透过量为19.94 cm³/（m²·24h·0.1MPa）。复合面料经向拉伸强力为1226 N，纬向拉伸强力为1078 N；经向撕破强力为77 N，纬向撕破强力为79 N；经向剥离强力为14 N，纬向剥离强力为15 N。
材料表面左侧接触角为116.8°，右侧接触角为116.8°；续燃时间为1.7 s，阴燃时间为1.4 s，损毁长度为70 mm。
另外，本发明在制备过程中还采用了EVOH和PA作为聚合物阻隔膜，最终测得复合面料的经向拉伸强力大于1200 N，纬向拉伸强力大于1000 N;经向撕破强力大于50 N，纬向撕破强力大45 N，经向剥离强力和纬向剥离强力均大于14 N，左、右静态接触角大于100°，复合面料阴燃、续燃时间在0-3 s范围内，损毁长度在30-100 mm范围内。
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