一种高强度抗撕裂防水透气面料及其制备方法与流程

1.本发明涉及新材料技术领域，具体为一种高强度抗撕裂防水透气面料及其制备方法。


背景技术：

2.防水透气面料就是集防水、透湿性能于一体的功能性面料。该面料主要运用于功能性服装，不仅能够及时排除人体的汗液和汗气，满足严寒风雪、大风天气等恶劣环境中人们活动时的穿着需要，也适用于人们日常生活对雨衣等的要求，具有非常广阔的发展前景，而现有的户外衣物面料通常具备一定的防水效果，但是其材质较为轻薄，导致其结构强度较低，耐撕裂性较差，因此，本申请提出一种高强度抗撕裂防水透气面料以解决现有防水透气面料强度不足的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种高强度抗撕裂防水透气面料及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
4.一种高强度抗撕裂防水透气面料，其特征在于，主要包括以下重量份数的原料组分：30～60份一号改性棉纱线，30～60份二号改性棉纱线，2～5份柠檬酸和1～8份γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷；
5.所述一号改性棉纱线是由棉纱线经改性壳聚糖处理后所得；
6.所述二号改性棉纱线是由棉纱线经改性纳米二氧化硅处理后制得。
7.作为优化，所述一号改性棉纱线与二号改性棉纱线所用的棉纱线相同；所述棉纱线为捻系数为300～400。
8.作为优化，所述改性纳米二氧化硅是以纳米二氧化硅，环氧树脂e44，乙醇胺和异氰酸酯作为原料制得；所述异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯或异氰酸酯n3390中任意一种。
9.作为优化，所述改性壳聚糖是以壳聚糖和月桂酸为原料制得。
10.作为优化，所述高强度抗撕裂防水透气面料主要包括以下重量份数的原料组分：45份一号改性棉纱线，45份二号改性棉纱线，4份柠檬酸和6份γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷。
11.一种高强度抗撕裂防水透气面料的制备方法，主要包括以下制备步骤：
12.(1)将壳聚糖与月硅酸混合于乙醇溶液中，搅拌混合后，真空反应，过滤，干燥，得改性壳聚糖；
13.(2)步骤(1)所得改性壳聚糖与水混合，得一号处理液，将棉纱线与一号处理液混合，二浸二轧后，干燥，得一号改性棉纱线；
14.(3)将纳米二氧化硅与有机溶剂混合，并加入异氰酸酯，搅拌混合后，得纳米二氧化硅分散液，将纳米二氧化硅分散液与环氧树脂溶液混合，于保护气体氛围下搅拌反应后，抽滤，得预改性纳米二氧化硅，将预改性纳米二氧化硅用有机溶剂洗涤后，得改性纳米二氧化硅坯料，将改性纳米二氧化硅坯料与有机溶剂混合，并滴加有机胺，搅拌反应后，抽滤，洗
涤，干燥，得改性纳米二氧化硅；
15.(4)将步骤(3)所得改性纳米二氧化硅与乙醇溶液混合，得二号处理液，将棉纱线与二号处理液混合，二浸二轧后，干燥，得二号改性棉纱线；
16.(5)将步骤(2)所得一号改性棉纱线与步骤(4)所得二号改性棉纱线混合织造，得高强度抗撕裂防水透气面料坯料，将高强度抗撕裂防水透气面料坯料与水混合，并加入柠檬酸，搅拌混合后，调节ph至碱性，静置陈化，过滤，冷冻干燥，得预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料；将预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料与γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷混合，并加入乙醇溶液，搅拌反应后，过滤，干燥，得高强度抗撕裂防水透气面料。
17.作为优化，所述高强度抗撕裂防水透气面料的制备方法主要包括以下制备步骤：
18.(1)将壳聚糖与月硅酸按质量比1:1混合于壳聚糖质量10～15倍的质量分数为50％的乙醇水溶液中，于温度为40℃的条件下搅拌混合2～4h后，得壳聚糖混合液，将壳聚糖混合液于压力为0.06mpa，温度为95℃的条件下真空反应50～80min后，过滤，得改性壳聚糖坯料，将改性壳聚糖坯料于温度为65℃的条件下干燥1～2h，得改性壳聚糖；
19.(2)步骤(1)所得改性壳聚糖与水按质量比1:10～3:10混合，得一号处理液，将棉纱线与一号处理液按质量比1:15～1:20混合，二浸二轧后，控制轧余率为20～35％，得一号改性棉纱线坯料，将一号改性棉纱线坯料先于温度为80～100℃的条件下干燥3～5min后，再于温度为150～180℃的条件下焙烘12～15min，得一号改性棉纱线；
20.(3)将纳米二氧化硅与二甲苯按质量比1:12～1:20混合于烧杯中，并向烧杯中加入纳米二氧化硅质量1～2倍的异氰酸酯n3390，搅拌混合后，得纳米二氧化硅分散液，将纳米二氧化硅分散液与环氧树脂溶液按体积比1:1～2:1混合于三口烧瓶中，控制环氧树脂溶液的滴入速率为10～60滴/min，并向三口烧瓶中以20～60ml/min的速率通入氮气除去三口烧瓶内的空气，待滴加完毕后，于温度为100～200℃的条件下搅拌反应10～24h后，抽滤，得预改性纳米二氧化硅，将预改性纳米二氧化硅用二甲苯洗涤5～6次后，得改性纳米二氧化硅坯料，将改性纳米二氧化硅坯料与二甲苯按质量比1:8～1:15混合于烧瓶中，并向烧瓶中以10～50滴/min的速率滴加改性纳米二氧化硅坯料质量2～5倍的乙醇胺，于温度为30～60℃的条件下搅拌反应2～6h后，抽滤，得滤饼，将滤饼用二甲苯洗涤3～6次后，于温度为80℃的条件下干燥30～60min，得改性纳米二氧化硅；
21.(4)将步骤(3)所得改性纳米二氧化硅与质量分数为30％的乙醇溶液按质量比1:10～1:15混合，得二号处理液，将棉纱线与二号处理液按质量部1:20～1:25混合，二浸二轧后，控制轧余率为30～55％，得二号改性棉纱线坯料，将二号改性棉纱线坯料于温度为85℃的条件下干燥10～20min后，再于温度为150～200℃的条件下焙烘5～8min，得二号改性棉纱线；
22.(5)将步骤(2)所得一号改性棉纱线与步骤(4)所得二号改性棉纱线按质量比1:1混合织造，得克重为200～280g/m2的高强度抗撕裂防水透气面料坯料，将高强度抗撕裂防水透气面料坯料与水按质量比1:20～1:30混合，并加入高强度抗撕裂防水透气面料坯料质量0.05～0.06倍的柠檬酸，搅拌混合后，调节ph至13，并于室温条件下静置陈化50～60min后，过滤，得滤渣，将滤渣冷冻干燥，得预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料；将预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料与γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷按质量比15:1～18:1混合，并加入预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料质量10～15倍的质量分数为80％的乙醇溶液，搅
拌反应2～3h后，过滤，并于温度为80～120℃的条件下干燥2～3h，得高强度抗撕裂防水透气面料。
23.作为优化，步骤(3)所述环氧树脂溶液的制备方法为将环氧树脂e
‑
44与二甲苯按质量比1:8～1:15混合，搅拌溶解，得环氧树脂溶液。
24.作为优化，步骤(5)所述织造方法为机织或针织中任意一种。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
26.本发明在制备高强度抗撕裂防水透气面料使用两种不同的改性棉纱线进行织造。
27.首先，一号改性棉纱线是由改性壳聚糖对棉纱线进行改性后制得，壳聚糖在经过改性后，壳聚糖分子链上接枝有月桂酸，并且分子链形成梳状结构，在柠檬酸的作用下与棉纱线形成氢键连接后，在棉纱线表面形成一层梳状疏水层，进而提高棉纱线的疏水能力；
28.其次，二号改性棉纱线中棉纱线经改性纳米二氧化硅处理后，改性纳米二氧化硅中含有长链段分子链，且长链段分子链末端带有羟基，在对棉纱线经过处理后，长链段分子链末端带有的羟基可与纳米二氧化硅表面自带的羟基与棉纱线形成氢键连接，从而使改性纳米二氧化硅缠绕吸附于棉纱线表面，进而棉纱线表面产生纳米凸起，提高棉纱线的防水性能，且由于长链段分子链的缠绕，可使得棉纱线的力学性能得到增强；
29.当一号改性棉纱线与二号改性棉纱线共同编织后，一号改性棉纱线上的壳聚糖可与二号改性棉纱线中纳米二氧化硅上的羟基形成氢键，从而在经过处理后形成气凝胶，气凝胶可作为固定点，将一号改性棉纱线与二号改性棉纱线的交织点进行固定，从而进一步提高产品的强度，并且，由于气凝胶在后续处理中还吸附γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷，因此可在保证产品透气性的同时提高产品的防水性，再者，改性壳聚糖中的梳形分子嵌合于纳米二氧化硅形成的凹凸结构中，使棉纱线间发生位移时形成更好的阻隔效果，进而保证纤维的平均受力，提高产品的强度。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在以下实施例中制作的高强度抗撕裂防水透气面料的各指标测试方法如下：
32.防水性：使用oca20型接触角测试仪，水滴的大小为8μl，测量各实施例所得高强度抗撕裂防水透气面料与对比例产品表面的静态接触角，测量5次取平均值。
33.断裂强度；按标准gb/t3923测量各实施例所得环保阻燃高强纤维复合板与对比例产品的拉伸断裂强力。
34.实施例1
35.一种高强度抗撕裂防水透气面料，按重量份数计，主要包括：45份一号改性棉纱线，45份二号改性棉纱线，4份柠檬酸和6份γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷。
36.一种高强度抗撕裂防水透气面料的制备方法，所述高强度抗撕裂防水透气面料的制备方法主要包括以下制备步骤：
37.(1)将壳聚糖与月硅酸按质量比1:1混合于壳聚糖质量10倍的质量分数为50％的乙醇水溶液中，于温度为40℃的条件下搅拌混合3h后，得壳聚糖混合液，将壳聚糖混合液于压力为0.06mpa，温度为95℃的条件下真空反应60min后，过滤，得改性壳聚糖坯料，将改性壳聚糖坯料于温度为65℃的条件下干燥2h，得改性壳聚糖；
38.(2)步骤(1)所得改性壳聚糖与水按质量比3:10混合，得一号处理液，将棉纱线与一号处理液按质量比1:15混合，二浸二轧后，控制轧余率为35％，得一号改性棉纱线坯料，将一号改性棉纱线坯料先于温度为90℃的条件下干燥4min后，再于温度为180℃的条件下焙烘13min，得一号改性棉纱线；
39.(3)将纳米二氧化硅与二甲苯按质量比1:15混合于烧杯中，并向烧杯中加入纳米二氧化硅质量1.5倍的异氰酸酯n3390，搅拌混合后，得纳米二氧化硅分散液，将纳米二氧化硅分散液与环氧树脂溶液按体积比1:1混合于三口烧瓶中，控制环氧树脂溶液的滴入速率为40滴/min，并向三口烧瓶中以50ml/min的速率通入氮气除去三口烧瓶内的空气，待滴加完毕后，于温度为125℃的条件下搅拌反应20h后，抽滤，得预改性纳米二氧化硅，将预改性纳米二氧化硅用二甲苯洗涤6次后，得改性纳米二氧化硅坯料，将改性纳米二氧化硅坯料与二甲苯按质量比1:10混合于烧瓶中，并向烧瓶中以50滴/min的速率滴加改性纳米二氧化硅坯料质量3倍的乙醇胺，于温度为50℃的条件下搅拌反应4h后，抽滤，得滤饼，将滤饼用二甲苯洗涤4次后，于温度为80℃的条件下干燥40min，得改性纳米二氧化硅；
40.(4)将步骤(3)所得改性纳米二氧化硅与质量分数为30％的乙醇溶液按质量比1:12混合，得二号处理液，将棉纱线与二号处理液按质量部1:20混合，二浸二轧后，控制轧余率为55％，得二号改性棉纱线坯料，将二号改性棉纱线坯料于温度为85℃的条件下干燥12min后，再于温度为180℃的条件下焙烘6min，得二号改性棉纱线；
41.(5)将步骤(2)所得一号改性棉纱线与步骤(4)所得二号改性棉纱线按质量比1:1混合织造，得克重为205g/m2的高强度抗撕裂防水透气面料坯料，将高强度抗撕裂防水透气面料坯料与水按质量比1:20混合，并加入高强度抗撕裂防水透气面料坯料质量0.05倍的柠檬酸，搅拌混合30min后，调节ph至13，并于室温条件下静置陈化50min，过滤，得滤渣，将滤渣冷冻干燥，得预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料；将预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料与γ
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氨丙基三乙氧基硅烷按质量比15:1混合，并加入预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料质量12倍的质量分数为80％的乙醇溶液，搅拌反应2.5h后，过滤，并于温度为100℃的条件下干燥2.5h，得高强度抗撕裂防水透气面料。
42.作为优化，步骤(3)所述环氧树脂溶液的制备方法为将环氧树脂e
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44与二甲苯按质量比1:10混合，搅拌溶解，得环氧树脂溶液。
43.作为优化，步骤(5)所述织造方法为机织。
44.实施例2
45.一种高强度抗撕裂防水透气面料，按重量份数计，主要包括：45份棉纱线，45份二号改性棉纱线，4份柠檬酸和6份γ
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氨丙基三乙氧基硅烷。
46.一种高强度抗撕裂防水透气面料的制备方法，所述高强度抗撕裂防水透气面料的制备方法主要包括以下制备步骤：
47.(1)将纳米二氧化硅与二甲苯按质量比1:15混合于烧杯中，并向烧杯中加入纳米二氧化硅质量1.5倍的异氰酸酯n3390，搅拌混合后，得纳米二氧化硅分散液，将纳米二氧化
硅分散液与环氧树脂溶液按体积比1:1混合于三口烧瓶中，控制环氧树脂溶液的滴入速率为40滴/min，并向三口烧瓶中以50ml/min的速率通入氮气除去三口烧瓶内的空气，待滴加完毕后，于温度为125℃的条件下搅拌反应20h后，抽滤，得预改性纳米二氧化硅，将预改性纳米二氧化硅用二甲苯洗涤6次后，得改性纳米二氧化硅坯料，将改性纳米二氧化硅坯料与二甲苯按质量比1:10混合于烧瓶中，并向烧瓶中以50滴/min的速率滴加改性纳米二氧化硅坯料质量3倍的乙醇胺，于温度为50℃的条件下搅拌反应4h后，抽滤，得滤饼，将滤饼用二甲苯洗涤4次后，于温度为80℃的条件下干燥40min，得改性纳米二氧化硅；
48.(2)将步骤(1)所得改性纳米二氧化硅与质量分数为30％的乙醇溶液按质量比1:12混合，得二号处理液，将棉纱线与二号处理液按质量部1:20混合，二浸二轧后，控制轧余率为55％，得二号改性棉纱线坯料，将二号改性棉纱线坯料于温度为85℃的条件下干燥12min后，再于温度为180℃的条件下焙烘6min，得二号改性棉纱线；
49.(3)将棉纱线与步骤(2)所得二号改性棉纱线按质量比1:1混合织造，得克重为205g/m2的高强度抗撕裂防水透气面料坯料，将高强度抗撕裂防水透气面料坯料与水按质量比1:20混合，并加入高强度抗撕裂防水透气面料坯料质量0.05倍的柠檬酸，搅拌混合30min后，调节ph至13，并于室温条件下静置陈化50min，过滤，得滤渣，将滤渣冷冻干燥，得预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料；将预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料与γ
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氨丙基三乙氧基硅烷按质量比15:1混合，并加入预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料质量12倍的质量分数为80％的乙醇溶液，搅拌反应2.5h后，过滤，并于温度为100℃的条件下干燥2.5h，得高强度抗撕裂防水透气面料。
50.作为优化，步骤(1)所述环氧树脂溶液的制备方法为将环氧树脂e
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44与二甲苯按质量比1:10混合，搅拌溶解，得环氧树脂溶液。
51.作为优化，步骤(3)所述织造方法为机织。
52.实施例3
53.一种高强度抗撕裂防水透气面料，按重量份数计，主要包括：45份棉纱线，45份棉纱线，4份柠檬酸和6份γ
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氨丙基三乙氧基硅烷。
54.一种高强度抗撕裂防水透气面料的制备方法，所述高强度抗撕裂防水透气面料的制备方法主要包括以下制备步骤：
55.(1)将壳聚糖与月硅酸按质量比1:1混合于壳聚糖质量10倍的质量分数为50％的乙醇水溶液中，于温度为40℃的条件下搅拌混合3h后，得壳聚糖混合液，将壳聚糖混合液于压力为0.06mpa，温度为95℃的条件下真空反应60min后，过滤，得改性壳聚糖坯料，将改性壳聚糖坯料于温度为65℃的条件下干燥2h，得改性壳聚糖；
56.(2)步骤(1)所得改性壳聚糖与水按质量比3:10混合，得一号处理液，将棉纱线与一号处理液按质量比1:15混合，二浸二轧后，控制轧余率为35％，得一号改性棉纱线坯料，将一号改性棉纱线坯料先于温度为90℃的条件下干燥4min后，再于温度为180℃的条件下焙烘13min，得一号改性棉纱线；
57.(3)将步骤(2)所得一号改性棉纱线与性棉纱线按质量比1:1混合织造，得克重为205g/m2的高强度抗撕裂防水透气面料坯料，将高强度抗撕裂防水透气面料坯料与水按质量比1:20混合，并加入高强度抗撕裂防水透气面料坯料质量0.05倍的柠檬酸，搅拌混合30min后，调节ph至13，并于室温条件下静置陈化50min，过滤，得滤渣，将滤渣冷冻干燥，得
预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料；将预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料与γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷按质量比15:1混合，并加入预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料质量12倍的质量分数为80％的乙醇溶液，搅拌反应2.5h后，过滤，并于温度为100℃的条件下干燥2.5h，得高强度抗撕裂防水透气面料。
58.作为优化，步骤(3)所述织造方法为机织。
59.对比例
60.一种高强度抗撕裂防水透气面料，按重量份数计，主要包括：90棉纱线，4份柠檬酸和6份γ
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氨丙基三乙氧基硅烷。
61.一种高强度抗撕裂防水透气面料的制备方法，所述高强度抗撕裂防水透气面料的制备方法主要包括以下制备步骤：
62.(1)将棉纱线织造，得克重为205g/m2的高强度抗撕裂防水透气面料坯料，将高强度抗撕裂防水透气面料坯料与水按质量比1:20混合，并加入高强度抗撕裂防水透气面料坯料质量0.05倍的柠檬酸，搅拌混合30min后，调节ph至13，并于室温条件下静置陈化50min，过滤，得滤渣，将滤渣冷冻干燥，得预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料；将预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料与γ
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氨丙基三乙氧基硅烷按质量比15:1混合，并加入预处理高强度抗撕裂防水透气面料坯料质量12倍的质量分数为80％的乙醇溶液，搅拌反应2.5h后，过滤，并于温度为100℃的条件下干燥2.5h，得高强度抗撕裂防水透气面料。
63.作为优化，步骤(1)所述织造方法为机织。
64.效果例
65.下表1给出了采用本发明实施例1至3与对比例的高强度抗撕裂防水透气面料的性能分析结果。
66.表1
[0067][0068][0069]
从表1中实施例1与对比例1的实验数据比较可发现，在制备高强度抗撕裂防水透气面料时使用两种不同改性棉纱线进行交织，可有效提高产品的疏水透气性，并且提高产品的强度；从实施例1与实施例2和实施例3的实验数据比较可发现，在制备产品时，棉纱线不经过改性壳聚糖或是改性纳米二氧化硅的改性时，棉纱线间无法形成气凝胶连接，也不存在纤维移动时的物理阻隔力，从而影响产品的力学性能。
[0070]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在
不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。