一種超低溫防護材料的製造方法
2023-09-19 12:03:25
專利名稱：一種超低溫防護材料的製造方法
技術領域：
本發明涉及低溫防護材料技術，具體為一種超低溫防護材料的製造方法。
背景技術：
超低溫防護在許多特殊場合，如在科學實驗中的超低溫環境下取出或存放生物標本、生物實驗操作和測試以及極冷環境下醫療手術和衛生防護等都有應用需求。特別是在超低溫環境下操作精密儀器及工具時，要求防護手套的低溫力學性能良好，手套外層摩擦力要大以方便取放儀器；同時手套內部要能防寒保暖，且貼合手部皮膚，以便靈活操作。目前市場上耐低溫的防護手套的有效使用溫度多為O至_30°C，均採用多層織物縫合填絮的方式，內層以增加手套厚度和填充棉絮來增強保暖性，外層使用耐磨性好的緊密織物，形狀臃腫、笨厚，實驗操作不便，並且不耐液體滲漏和酸鹼試劑腐蝕。目前已有將相變材料製作成微膠囊，並將其添加到織物中形成蓄熱調溫織物的技術，該織物在低溫的環境下通過釋放相變材料中的潛熱，延緩溫度降低速率而實現高效保溫。因此在手套內襯織物中添加相變材料微膠囊，手套的結構輕薄且防寒效果有所提升。中國專利CN102677471A通過浸軋方式將微膠囊整理液整理到織物上形成蓄熱調溫織物，微膠囊在織物中的含量較高，但是連接不牢固，不易直接接觸皮膚。中國專利CN102146631A將織物在氫氣氣氛下放電處理後再浸潰於相變微膠囊處理液中，將相變微膠囊接枝到機織物上而製得相變調溫機織物。這種方法得到的相變微膠囊與織物結合牢固，耐洗性好，調溫效果持久。但是接枝工藝複雜，工藝條件要求特殊，不易實現。將蓄熱調溫織物與橡膠防護表層結合起來可以製作成超低溫實驗條件下使用的防護手套。現有市場上還沒有專門針對實驗操作用的超低溫防護橡膠手套。普通防水保暖橡膠手套在o°c以下橡膠彈性大大降低，迅速結晶失活、變脆，力學性能下降；橡膠薄膜也不能很好地防止熱量損失。中國專利CN201480041U報導了一種橡膠防寒保暖手套，其設計工藝原理是指套和掌心處為單層橡膠，掌背和套筒為雙層橡膠，雙層間留有空隙，通過增加手套厚度來保存更多的靜止空氣，進而達到防寒保暖的效果。然而橡膠的保暖效果遠不如纖維集合體的保暖效果。中國專利CN201700447U、CN201986741U和CN202014613U等文獻報導的工藝原理為在隔水橡膠層內側覆合棉絮層或絨毛層，通過增加手套內靜止空氣的含量來保存熱量。中國專利CN201821975U公開的防寒保暖手套工藝原理為內層襯裡為絨布，外層為橡膠或PVC，其特徵在於該手套外層的內表面的全部或局部噴撒粘結有低熔點樹脂顆粒，內層襯裡和外層由該低熔點樹脂顆粒熱熔粘接，但是棉織物和纖維的保暖性有限，且在超低溫環境下作用不明顯，實驗操作過程中表面橡膠與襯裡針織物易分開，影響實驗操作的精準性。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是，提供一種超低溫防護材料的製造方法。該材料製造方法具有工藝簡 單，產品質量穩定，隔熱保溫效果好，便於工業化生產等特點。該製造方法所得材料製造的手套適於在_40°C至_86°C超低溫實驗環境下生物實驗操作使用，具有力學性能良好、防寒保暖、輕薄靈活、耐液體滲透、耐酸鹼試劑、保型性良好等特點。本發明解決所述製造方法技術問題的技術方案是:設計一種超低溫防護材料的製造方法，該製造方法採用以下工藝:(I).設計並織造主體織物；根據防護材料的保暖要求，設計並織造主體織物，主體織物為機織物、針織物或非織造布；採用粘膠纖維、超細旦丙綸纖維、毛纖維、棉纖維、腈綸、錦綸、滌綸、維綸或氨綸製造；紗線細度=12-40tex，其中針織物的經密=(25-50)/50mm，緯密=(25-50)/50mm ;機織物的經密=(100-600)根/10cm，緯密=(100-600)根/IOcm ;(2).主體織物的單面起絨處理；將主體織物的反面進行單面起絨處理，形成主體織物的起絨面；(3).製作相變儲能調溫微膠囊；所述相變儲能調溫微膠囊粒徑為1-300 μ m ;熱焓值範圍為50-200J/g ；(4).主體織物的相變儲能調溫微膠囊整理；首先，製備相變儲能調溫微膠囊整理液，通過塗層方式將整理液均勻塗覆在主體織物的非起絨面上，形成微膠囊塗層，塗層厚度(0.3mm ;所述整理液的質量百分比組成是:微膠囊10-30%、粘合劑5_20%、水45_65%，增稠劑2-5%和分散劑1_3%，各組分之和為100% ;粘合劑選用聚氨酯類、丙烯酸類或乙二醇二甲基丙烯酸酯；分散劑選用苯乙烯馬來酸酐共聚物、十二烷基硫酸鈉、全氟壬烯氧基苯磺酸鈉或聚乙二醇辛基苯基醚；增稠劑選用任意一種非離子型增稠劑或陰離子型增稠劑；(5).製造矽橡膠薄膜；所述矽橡膠薄膜為高溫硫化矽橡膠薄膜，厚度為0.5-1.5mm ；
(6).製造超低溫防護材料；在所述主體織物的微膠囊塗層上粘合矽橡膠薄膜，即製得所述超低溫防護材料；所述粘合採用的粘接劑為室溫硫化矽橡膠。與現有技術相比，本發明超低溫防護材料製造方法主要是由相變儲能調溫微膠囊整理在主體起絨織物的非起絨面上，並在微膠囊塗層整理後的非起絨面上粘合矽橡膠薄膜而製成。該材料製造方法具有工藝簡單，產品質量穩定，便於工業化生產等特點。該製造方法所得防護材料具有在超低溫實驗環境下力學性能良好，防寒保暖，輕薄靈活，保型性優良等特點。該防護材料所做的超低溫防護手套主要用於低溫生物實驗操作時的手部防護使用。
圖1為本發明超低溫防護材料製造方法一種實施例所得材料的整體結構示意圖。圖2為本發明超低溫防護材料製造方法一種實施例的工藝過程示意圖。圖3為本發明超低溫防護材料製造方法一種實施例所得材料製作的超低溫防護手套示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及其附圖進一步敘述本發明。本發明設計的超低溫防護材料(簡稱防護材料)製造方法(簡稱製造方法，參見圖1-3),該製造方法的工藝設計為:1.設計並織造主體織物；根據防護材料的保暖要求，設計並織造主體織物(簡稱織物)I。主體織物I採用比熱容大、導熱係數小、柔軟吸溼的纖維製造；紗線的密度應當適中，密度過小，會造成織物空隙太大，熱量流失大；密度太大，則會造成織物I起絨後靜止空氣量過少，織物I的彈性降低。本發明主體織物I為機織物、針織物或非織造布；主體織物I可採用粘膠纖維、超細旦丙綸纖維、毛纖維、棉纖維、腈綸、錦綸、滌綸、維綸或氨綸製造；主體織物I的紗線細度=12-40tex，其中針織物的經密=(25-50)/50mm，緯密=(25-50)/50mm ;機織物的經密=(100-600)根/10cm，緯密=(100-600)根/10cm。所述的主體織物I適用於按設計要求外購。2.主體織物的單面起絨處理；將主體織物I的反面進行單面起絨處理，形成起絨面12 ;起絨方法包括常規的拉絨工藝或植絨工藝，拉絨工藝是通過磨毛機或起絨機將主體織物I的反面進行磨毛處理，形成起絨面12的加工方法；植絨工藝是通過植絨機對主體織物I的反面進行植絨整理，形成起絨面12的加工方法。拉絨工藝或植絨工藝方法本身系現有技術。
3.製作相變儲能調溫微膠囊；本發明所述的相變儲能調溫微膠囊(簡稱微膠囊)是利用相變材料為囊芯，耐高溫高壓樹脂為囊壁製作的可以蓄熱調溫微膠囊，微膠囊粒徑為1-300 μ m。實施例微膠囊的製造工藝是:首先，將囊壁樹脂原材料按設計配比倒入反應容器，70 85°C加熱條件下，攪拌至液體澄清，得到穩定的預聚體溶液；其次，在35°C -40°C溫度條件下，利用高速分散器剪切或機械攪拌器攪拌，加入設計質量比的囊芯相變材料和乳化劑形成乳液，攪拌轉速為300-10000rpm ;然後升溫至70 85°C，即形成核殼結構的相變儲能調溫微膠囊。實施例的相變儲能調溫微膠囊是採用正十八烷為囊芯，三聚氰胺-脲素-甲醛樹脂為囊壁。使用NETZSCH DSC200F3差示掃描量熱儀(DSC)測試所得微膠囊10°C /min升溫過程和-10°C /min降溫過程的DSC掃描曲線，得到該微膠囊的吸、放熱溫度和熱焓值。所得相變儲能微膠囊的熱焓值範圍為50J/g-200J/g。所述微膠囊製備方法本身系現有技術。本發明製造方法所述的微膠囊可以採用其他適宜的方法製造，也不排除市場採購或廠家直接訂購。4.主體織物的相變儲能調溫微膠囊整理；將相變儲能調溫微膠囊均勻整理到所述起絨主體織物I的非起絨面11上；首先，製備相變儲能調溫微膠囊整理液(簡稱整理液)，通過塗層方式將整理液均勻塗覆在主體織物I的非起絨面(主體織物I的正面)11上，形成微膠囊塗層2 ;塗覆或塗層厚度< 0.3mm ;所述整理液的質量百分比組成是:微膠囊10-30%、粘合劑5%-20%、水45%-65%，增稠劑2%_5%和分散劑1%_3%，各組分之和為100% ;粘合劑選用聚氨酯類、丙烯酸類或乙二醇二甲基丙烯酸酯；分散劑選用苯乙烯馬來酸酐共聚物、十二烷基硫酸鈉、全氟壬烯氧基苯磺酸鈉或聚乙二醇辛基苯基醚；增稠劑選用任意一種非離子型增稠劑或陰離子型增稠劑；所述塗層方法採用直接塗層、泡沫塗層、轉移塗層、凝固塗層、壓延機塗層或浸軋塗層方法，所述的塗層方法本身為現有技術；主體織物I的另一面(主體織物I的反面)不做塗層處理，只做常規起絨處理，使主體織物I或防護材料的一面獲得起絨面12 ；5.製造矽橡膠薄膜；所述矽橡膠薄膜3為高溫硫化矽橡膠薄膜，厚度為0.5-1.5mm。所述矽橡膠薄膜3適用於按設計要求外購。6.製造超低溫防護材料；在所述主體織物的微膠囊塗層2上粘合矽橡膠薄膜3，即製得所述超低溫防護材料；所述粘合採用的粘接劑為性能優良的室溫硫化矽橡膠，並要求粘合的整體厚度均勻一致。本發明與所述製造方法伴生的另一種製造方法是，(I)- (4)步驟和要求均同於前述的製造方法(I) - (4)步；不同的是(5)製造超低溫防護材料；在所述微膠囊塗層2上直接塗覆高溫硫化矽橡膠，形成矽橡膠薄膜(塗層)3，塗層厚度為0.5-1.5mm,即製得所述超低溫防護材料。。這種伴生製造方法不需要單獨的第5步:製造矽橡膠薄膜，也不需要所述後續的微膠囊塗層2與矽橡膠薄膜3整體厚度均勻一致粘合為一體步驟。簡單說，本發明防護材料先由相變儲能調溫微膠囊整理液塗覆在主體織物I的非起絨面11上形成微膠囊塗層2，然後在微膠囊塗層2上粘合矽橡膠薄膜3或塗覆矽橡膠而製成。換言之，該防護材料以起絨的主體織物I為基材，包括主體織物I的非起絨面11和主體織物I的起絨面12，在主體織物I的非起絨面11上依次製備有相變儲能調溫微膠囊整理層2和矽橡膠薄膜層3 (參見圖1-2)。本發明超低溫防護材料的製造方法具有工藝簡單，成本低廉，產品質量穩定，便於工業化生產等特點。利用本發明超低溫防護材料的製造方法可直接製得超低溫防護材料(簡稱防護材料)。採用本發明製造方法所得的超低溫防護材料可做成超低溫防護手套。實驗表明，該防護材料製作的超低溫防護手套工作溫度可達_40°C至_86°C，脆化溫度為_115°C ;可比未整理微膠囊的超低溫防護材料從25°C降到_40°C所用的時間延長1-20分鐘；主要用於_40°C至-86°C低溫操作生物實驗時的 手部防護，還可用於海域作業、井下作業及極冷地區邊防戰士的槍械維修防寒手套等。實施例中利用DW-HL388中科美菱_86°C超低溫冷凍儲存箱實現低溫生物實驗環境。本發明未述及之處適用於現有技術。以下給出本發明的具體實施例。具體實施例不限制本申請權利要求的保護範圍。實施例1製造一個長X寬為30X30mm的超低溫防護材料。設計該防護材料的主體織物I為緯平組織拉絨針織物。主體織物I的原料為粘膠纖維，紗線細度28tex，織物厚度設計為1mm。在針織橫機上織造緯平組織針織物，設置橫密為40/50mm，縱密為30/50mm。在針織物的反面使用起絨機將纖維末端勾出針織物表面，形成單面起絨的主體織物I。相變儲能調溫微膠囊囊壁材料為聚三聚氰胺-脲-醛樹脂，囊芯材料為正十八烷，設計粒徑50 μ m。首先將3.8g三聚氰胺、6.89g甲醛(比例1:3)、130ml水、0.61g尿素，依次倒入250ml反應容器，70°C加熱條件下，攪拌至溶液澄清，得到穩定的預聚體溶液；在預聚體溶液中加入相變材料正十八烷15g和5%苯乙烯-馬來酸酐共聚物溶液30ml，設置水浴溫度35°C ,XHF-D高速分散器轉速2800rpm條件下，高速剪切攪拌形成乳液，然後升溫至80°C，製得核殼結構的3.614 μ m的微膠囊。DSC測得所制相變調溫微膠囊熱焓值為112.5J/g。將15%相變儲能調溫微膠囊、30%水性聚氨酯塗層劑、5%增稠劑、50%水配製成塗層整理液，通過泡沫塗層的方法在主體織物I的非起絨面11上均勻塗層，塗層厚度設計為0.3mm。然後在微膠囊塗層2整理後的非起絨面11上，通過室溫硫化矽橡膠粘合劑粘合高溫硫化矽橡膠薄膜3，薄膜厚度為0.8mm (矽橡膠薄膜3由光之宏矽橡膠製品有限公司提供成品，下同)，即可製得本發明所述的超低溫防護材料。利用本實施例所得超低溫防護材料製作一件超低溫防護手套。該手套在-40°C低溫生物實驗環境下，從室溫25°C降到-40°C所用的時間為33分鐘，比未整理微膠囊的超低溫防護材料從25°C降到_40°C所用的時間延長了 3分鐘，降溫速率降低了約10%。實施例2製造一個長X寬為30X30mm的超低溫防護材料。設計該防護材料的主體織物I為緯平組織磨毛針織物。主體織物I的原料為細旦丙綸纖維，紗線規格120D/96F (由紹興超特合纖有限公司提供的長絲紗線成品，紗線細度120旦，截面包含96根長絲)，織物厚度設計為1.2mm。在針織橫機上織造緯平組織針織物，設置橫密為40/50mm，縱密為27/50mm。在針織物的反面使用磨毛機磨出緻密絨毛，形成單面起毛針織物I。 相變儲能調溫微膠·囊囊壁材料為聚三聚氰胺-脲-醛樹脂，囊芯材料為正十八烷，設計粒徑100 μ m。首先將3.8g三聚氰胺、6.89g甲醛(比例1:3)、130ml水、0.61g尿素，依次倒入250ml反應容器，70°C加熱條件下，攪拌至溶液澄清，得到穩定的預聚體；在預聚體溶液中加入相變材料正十八烷15g和5%苯乙烯-馬來酸酐共聚物溶液30ml，設置水浴溫度35°C、WH-S型轉速數字顯示電動攪拌機轉速SOOrpm條件下，攪拌形成乳液，然後升溫至80 0C，製得核殼結構的69.24 μ m的微膠囊。DSC測得所制相變調溫微膠囊熱焓值為150J/g°將20%相變儲能調溫微膠囊、30%水性聚氨酯塗層劑、3%增稠劑、47%水配製成塗層整理液，通過泡沫塗層的方法在主體織物I的非起絨面11上均勻塗層，塗層厚度設計為
0.3mm。然後在微膠囊塗層2上通過室溫硫化娃橡膠粘合劑粘合高溫硫化娃橡膠薄膜3,薄膜厚度為1.2mm,即製得本發明所述的耐超低溫防護材料。利用本實施例所得超低溫防護材料製作一件超低溫防護手套。該手套在_86°C低溫生物實驗環境下，從室溫25°C降到-86°C所用的時間為63分鐘，比未整理微膠囊的超低溫防護材料從25°C降到_86°C所用的時間延長了 5分鐘，降溫速率降低了 8.6%。實施例3製造一個長X寬為30X30mm的超低溫防護材料。相變材料與預聚體聚合時，HF-D高速分散器轉速為lOOOrpm，製得粒徑為35.70 μ m的微膠囊。DSC測得所制相變調溫微膠囊熱焓值為128.7J/g。其他步驟同實施例1o利用本實施例所得超低溫防護材料製作一件超低溫防護手套。該手套在-40°C低溫生物實驗環境下，從室溫25°C降到-40°C所用的時間為33.8分鐘，比未整理微膠囊的超低溫防護材料從25°C降到_40°C所用的時間延長了 3.8分鐘，降溫速率降低了 12.7%。實施例4製造一個長X寬為30X30mm的超低溫防護材料。相變材料與預聚體聚合時，WH-S型轉速數字顯示電動攪拌機轉速為500rpm，製得粒徑為119.86 μ m的微膠囊。DSC測得所制相變調溫微膠囊熱焓值為172.5J/g。其他步驟同實施例2。
利用本實施例所得超低溫防護材料製作一件超低溫防護手套。該手套在-40°C低溫生物實驗環境下，從室溫25°C降到-86°C所用的時間為65分鐘，比未整理微膠囊的超低溫防護材料從25°C 降到_86°C所用的時間延長了 7分鐘，降溫速率降低了 12.1%。
權利要求
1.一種超低溫防護材料的製造方法，該製造方法採用以下工藝: (1).設計並織造主體織物；根據防護材料的保暖要求，設計並織造主體織物，主體織物為機織物、針織物或非織造布；採用粘膠纖維、超細旦丙綸纖維、毛纖維、棉纖維、腈綸、錦綸、滌綸、維綸或氨綸製造；紗線細度=12-40tex，其中針織物的經密=(25-50)/50mm，緯密=(25-50)/50mm ;機織物的經密=(100-600)根/10cm，緯密=(100-600)根/IOcm ; (2).主體織物的單面起絨處理；將主體織物的反面進行單面起絨處理，形成主體織物的起絨面； (3).製作相變儲能調溫微膠囊；所述相變儲能調溫微膠囊粒徑為1-300μ m ;熱焓值範圍為 50-200J/g; (4).主體織物的相變儲能調溫微膠囊整理；首先，製備相變儲能調溫微膠囊整理液，通過塗層方式將整理液均勻塗覆在主體織物的非起絨面上，形成微膠囊塗層，塗層厚度(0.3mm ;所述整理液的質量百分比組成是:微膠囊10-30%、粘合劑5_20%、水45_65%，增稠劑2-5%和分散劑1_3%，各組分之和為100% ;粘合劑選用聚氨酯類、丙烯酸類或乙二醇二甲基丙烯酸酯；分散劑選用苯乙烯馬來酸酐共聚物、十二烷基硫酸鈉、全氟壬烯氧基苯磺酸鈉或聚乙二醇辛基苯基醚；增稠劑選用任意一種非離子型增稠劑或陰離子型增稠劑； (5).製造矽橡膠薄膜；所述矽橡膠薄膜為高溫硫化矽橡膠薄膜，厚度為0.5-1.5mm ； (6).製造超低溫防護材料；在所述主體織物的微膠囊塗層上粘合矽橡膠薄膜，即製得所述超低溫防護材料；所述粘合採用的粘接劑為室溫硫化矽橡膠。
2.根據權利要求1所述超低溫防護材料的製造方法，其特徵在於所述相變儲能調溫微膠囊的製造工藝是:首先，將囊壁樹脂原材料按設計配比倒入反應容器，70 85°C加熱條件下，攪拌至液體澄清，得到穩定的預聚體溶液；其次，在35°C _40°C溫度條件下，利用高速分散器剪切或機械攪拌器攪拌，加入設計質量比的囊芯相變材料和乳化劑形成乳液，攪拌轉速為300-1000 0rpm ;然後升溫至70 85°C，即形成核殼結構的相變儲能調溫微膠囊。實施例的相變儲能調溫微膠囊採用正十八烷為囊芯，三聚氰胺-脲素-甲醛樹脂為囊壁。
3.根據權利要求1所述超低溫防護材料的製造方法，其特徵在於所述起絨方法為常規拉絨工藝或植絨工藝。
4.根據權利要求1所述超低溫防護材料的製造方法，其特徵在於所述塗層方法採用直接塗層、泡沫塗層、轉移塗層、凝固塗層、壓延機塗層或浸軋塗層方法。
5.一種超低溫防護材料的製造方法，該製造方法採用以下工藝: (O- (4)步工藝同於所述權利要求1所述的(I)- (4)工藝； (5)製造超低溫防護材料；在所述微膠囊塗層上直接塗覆高溫硫化矽橡膠，形成矽橡膠薄膜塗層，塗層厚度為0.5-1.5mm,即製得所述超低溫防護材料。
6.一種超低溫防護手套，其由權利要求1或5所述超低溫防護材料的製造方法製得的超低溫防護材料製得，工作溫度為_40°C至_86°C，脆化溫度為-115°C。
全文摘要
本發明公開一種超低溫防護材料的製造方法，該製造方法採用以下工藝(1).設計並織造主體織物；(2).主體織物的單面起絨處理；將主體織物的反面進行單面起絨處理，形成主體織物的起絨面；(3).製作相變儲能調溫微膠囊；所述相變儲能調溫微膠囊粒徑為1-300μm；熱焓值範圍為50-200J/g；(4).主體織物的相變儲能調溫微膠囊整理，形成微膠囊塗層，塗層厚度≤0.3mm；(5).製造矽橡膠薄膜；厚度為0.5-1.5mm；(6).製造超低溫防護材料；在所述主體織物的微膠囊塗層上粘合矽橡膠薄膜，即製得所述超低溫防護材料。
文檔編號B32B38/18GK103231564SQ2013101476
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月25日 優先權日2013年4月25日
發明者王瑞, 閻若思, 劉星, 龐方麗, 代二慶 申請人:天津工業大學