一种轻质化气密型防护面料及其制备方法

本发明涉及一种轻质化气密型防护面料及其制备方法，属于防护面料。

背景技术：

1、随着危险化学品事故频繁发生，尤其是在化学品的生产、使用、存储、运输等阶段中以及有毒废弃物的处理和清洁阶段。一旦发生此类事故，相关工作人员需要采取隔离现场、人员疏散、现场控制以及洗消等应急处置，易遭受化学液体、有毒气体、生物制剂等化学灾害，需要穿着化学防护服装，以提供安全可靠的防护，确保他们的生命健康。气密型化学防护服是在此类事故现场最先被使用的、防护所有形态化学品体的、安全等级最高的个体防护装备。在救援活动中，救援人员穿着的气密型化学防护服配有正压自给式空气呼吸器、硬帽、双层防化手套、防化长靴、防化面屏等设备平均质量重达15kg，在实际穿着过程中会降低行动灵活性，影响穿着者在紧急情况的处理效果，而且在重力荷载的作用下体力透支相对较快，这对救援人员的工作效率产生较大影响。因此，在保证防护服强度和防护性能的前提下，轻质化成为气密型化学防护服研究的一个热点。

2、气密型化学防护服是通过涂覆或层压复合的方式，将高阻隔材料与织物进行复合，利用材料的高阻隔性和化学稳定性，通过对外界的气态、液态和气溶胶形式的有害物质实施物理阻断从而达到防护目的。其中高阻隔材料主要是橡胶和树脂两类，最常用的是橡胶材料，如丁基橡胶、氟橡胶、天然橡胶等。虽然橡胶类化学防护服机械强度高，弹性好，但质量较为厚重，人体负荷大，成本高，且生产工艺复杂繁琐，生产制造中会产生有毒有害物质，对环境造成恶劣影响，而且某些有毒物质会渗透并残留在橡胶层中，难以洗消，仅适合在严重污染区域短期使用。

3、而相对轻薄且阻隔性能好的树脂材料，在气密型化学防护服领域发挥着越来越重要的作用。国外的树脂类气密型化学防护服装制造商较多，如美国的杜邦公司、开普勒公司等。这些厂商有有专业于设计和制造当前最先进的轻量级防护服，其中杜邦研制的tychembr气密化学防护服面密度可控制在224g/m2，断裂强力可达400n/cm，采用杜邦专有tyvek材料和防护膜材制造，装备整体防护等级高、谱系宽，有针对240多种化学品的防护数据相佐证，材料质量轻、柔软，在各种工作环境中易于移动。相较而言，国内市场气密型防护面料多采用橡胶涂层或pvc涂覆布的方式实现防护目的，面料面密度在500～900g/m2左右，总体上面料的防护谱系窄、防护等级低。不论在防护能力还是在外观手感上，国内从事防护面料研发及生产的企业在轻质化和绿色化与国外仍存在一定差距。

4、结合我国紧急救援事件的特性，亟待开发一种质量轻、强度高、防护性能优异的气密型防护面料，并对面料的面密度、力学性能和阻隔性能进行了测试与评价，可以用于改善目前气密型防护面料防护性能和材料面密度之间的矛盾问题，克服现有橡胶基和pvc基防护面料质量重、环境污染严重的缺陷，进一步打造高防护水平同绿色环保、轻质柔软相结合的新型气密型防护面料。

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、本发明为进一步改善目前气密型防护面料防护性能和材料面密度之间的矛盾问题，并考虑到环境污染问题，采用多层材料复合工艺，通过结构与材料一体化协同设计，制备出一种质量轻、强度高、防护性能优异的气密型防护面料。具体以连续致密、阻气性能优异的改性聚乙烯醇为功能层，经过浸-轧-烘工艺与承力层的高强锦纶机织物结合，再利用eva热熔胶膜和阻隔层的高聚物薄膜复合，经过高温热压、室温固化，进一步提高材料的整体力学性能和气体阻隔性能，得到复合防护面料。在保证材料整体防护强度的同时，大大降低了面料的面密度，应用于防护面料技术领域，达到了不但轻质，而且强度高、阻隔性能优异的技术效果，可避免橡胶基和pvc基防护面料存在的面密度大、环境污染严重、生产工艺复杂等问题。

2、本发明第一个目的在于提供一种轻质化气密型防护面料的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤1，在聚乙烯醇中引入纳米填料蒙脱土和化学交联剂硼酸，通过加热搅拌混合均匀，制成改性聚乙烯醇溶液；

4、步骤2，采用浸轧工艺，先将高强锦纶织物基材浸渍在步骤1得到的改性聚乙烯醇溶液中，然后通过压辊，一方面将织物表面的涂料压入织物内部，另一方面将多余的涂料轧出，重复浸轧工艺数次，制成改性聚乙烯醇涂布织物；

5、步骤3，将步骤2的改性聚乙烯醇涂布织物置于烘箱中干燥成型，使其表面形成一层均匀牢固的改性聚乙烯醇膜，得到改性聚乙烯醇涂层整理后的锦纶织物；

6、步骤4，采用热压工艺，将改性聚乙烯醇涂层整理后的锦纶织物与阻隔层高聚物阻隔薄膜热压复合，中间粘合层选用eva热熔胶膜，经过高温热压、室温固化，即可制得轻质化气密型防护面料。

7、在本发明一种实施方式中，步骤1中所述的聚乙烯醇溶液的聚乙烯醇质量浓度控制在5～15wt％，优选8～10wt％。

8、在本发明一种实施方式中，步骤1中所述引入的蒙脱土质量为聚乙烯醇质量的2～8wt％，硼酸质量为聚乙烯醇质量的2～8wt％。

9、在本发明一种实施方式中，步骤1中所述的聚乙烯醇改性处理方法，包括先将蒙脱土加入去离子水中充分搅拌24h，转速为500～800rpm，得到均匀分散的蒙脱土分散液；在加热搅拌的条件下，将聚乙烯醇颗粒加入蒙脱土分散液中，充分搅拌后得到充分溶解的聚乙烯醇/蒙脱土溶液，所述加热搅拌的温度为90～95℃，转速为200～500rpm，时间为3h；然后继续在加热搅拌的条件下，加入硼酸溶液，继续搅拌1h，转速为200～500rpm，得到聚乙烯醇/蒙脱土/硼酸溶液，所述硼酸溶液与聚乙烯醇/蒙脱土溶液的体积比为1:9。

10、在本发明一种实施方式中，步骤2中所述高强锦纶机织物的纱线细度为70～75d，织物面密度为90～100g/m2，织物经向断裂强力大于1000n，纬向断裂强力大于500n。

11、在本发明一种实施方式中，步骤2中所述浸渍时间为0.5～1h，浸渍温度控制在90℃，使改性聚乙烯醇涂料充分浸渍于织物中。

12、在本发明一种实施方式中，步骤2中所述浸轧压力设置为0.2±0.05mpa，面料前进的速度为2±0.5m/min。轧余率控制在40～70％。

13、在本发明一种实施方式中，步骤3中所述烘干温度设定为60℃，烘干时间控制在15～30min。

14、在本发明一种实施方式中，步骤4中采用的粘合层eva热熔胶膜厚度为2～10丝，优选5～8丝。

15、在本发明一种实施方式中，步骤4中采用的阻隔层高聚物阻隔薄膜为pvdc、evoh或kpet中的任意一种或几种。

16、在本发明一种实施方式中，步骤4中热压温度控制在90～120℃，优选100～110℃，热压时间为20～120s，优选30～60s。

17、在本发明一种实施方式中，步骤4中室温固化时间控制在4～12h。

18、本发明利用上述方法制得的一种轻质化气密型防护面料。

19、本发明提供的制备方法得到的轻质化气密型防护面料，具有“阻隔层/粘合层/功能承力层”的三层结构，外层阻隔层，中层粘合层，内层功能承力层。其中，阻隔层为高聚物阻隔薄膜pvdc、evoh或kpet中的任意一种或几种，具有结构致密、化学稳定性极佳的特点，能够有效阻隔气态有害化学品的渗透，为复合面料提供良好的阻隔性能；粘合层为eva热熔胶膜，易浸润，使用期长，柔软坚韧，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；功能承力层是浸渍改性聚乙烯醇的高强锦纶机织物，力学性能优异，质轻耐磨，可以在降低复合面料整体面密度的同时起到良好的骨架支撑作用。聚乙烯醇具有致密的线型结构，气体阻隔性极佳，但是在高湿条件下阻隔性能会降低，因此需要经蒙脱土和硼酸协同改性处理，增加其耐水和气体阻隔性能后，用“浸-轧-烘”工艺涂覆于高强锦纶织物两侧，这样不仅能提高织物的结构紧密性，还能提升织物的力学性能，同时利用粘合层中eva侧基的活性基团在干燥成型过程中可与功能层的聚乙烯醇分子链上的羟基交联，进一步提高了复合面料的整体阻隔性能和抗剥离牢度。该轻质化气密型化学防护服面料能够避免气态的有害化学品渗透，将外界有害环境与人体阻隔，达到保护穿戴者生命健康的作用。

20、本发明第二个目的是将上述轻质化气密型防护面料应用到生化防护领域。

21、有益效果：

22、1.高防护水平同轻质、柔软相结合。

23、目前，气密型防护面料大多采用橡胶涂层和pvc涂覆的材料，存在面密度大，不易存储运输，易老化，环境污染大、生产工艺复杂等问题。本发明通过结构与材料一体化协同设计，简化了多层材料的复合结构，相较于橡胶基复合面料质轻柔软，可在保障防护性能的同时，降低材料的整体质量，易于穿着者的移动，在一定程度上化解了材料防护性能与面密度之间的矛盾。

24、本发明通过多层结构设计、综合材料优选和复合工艺优化，本发明将结构与材料一体化协同设计，制备出一种质量轻、强度高、阻隔性能优异的气密型防护面料，在保证防护面料整体力学性能和气体阻隔性能的同时，有效降低了复合面料的面密度，应用于防护面料技术领域，克服了现有橡胶基和pvc基防护面料存在的面密度大、环境污染大、生产工艺复杂等问题，进一步打造高防护水平同绿色环保、轻质柔软相结合的新型气密型防护面料。

25、2.选用聚乙烯醇涂层做为功能层，来源广，成本低廉。

26、聚乙烯醇是一种多羟基聚合物，由于表面大量羟基的存在，结晶度高，气体阻隔性能优异，在低湿环境中，聚乙烯醇具有极好的气体阻隔性，其阻氧性甚至优于evoh和pvdc，而且有粘接性好、可生物降解等优点。目前，我国聚乙烯醇的产量居各国首位，且价格便宜，是替代不可降解pvdc和昂贵evoh的理想高阻隔膜材。

27、3.选用高阻隔聚合物薄膜作为阻隔层材料，生产工艺简单。

28、高阻隔聚合物薄膜的是通过高聚物吹塑成膜形成，相较于橡胶阻隔材料，生产工艺简单，且与承力层织物进行热压粘合，生产工艺短，生产效率较高。