CN102337673A

CN102337673A - 一种消防服用阻燃相变隔热层织物的制备方法

Info

Publication number: CN102337673A
Application number: CN2010102338160A
Authority: CN
Inventors: 朱方龙; 李克兢
Original assignee: Zhongyuan University of Technology
Current assignee: Zhongyuan University of Technology
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: CN102337673B

Abstract

一种消防服用阻燃相变隔热层织物的制备方法，将50～90％的芳纶1313纤维、5～20％的碳纤维及0～30％的阻燃粘胶纤维组合而成的非织造纤维毡浸入制得的阻燃相变燃微胶囊工作液中，经二浸二轧工艺获得阻燃且调温的消防服用相变隔热层织物。所制备的相变整理液含5～10％的粘合剂、5～10％的交联型阻燃剂、1～5％的增稠剂、1～5％的织物柔软剂。相变整理后的隔热层织物明显提高了消防服装的热防护性，所制备的纤维毡织物除应用于消灭火作业外，还可广泛应用于冶金、石油、钢铁化工、以及部队作战服等不同行业和领域的个体防护装备。

Description

一种消防服用阻燃相变隔热层织物的制备方法

技术领域

本发明涉及一种相变织物制造方法，特别是涉及一种阻燃、调温、且可提高消防服热防护性能的隔热层织物材料制造方法。

背景技术

具有耐火和热防护功能的消防服和作战服一般具有多层结构，从外到内依次为阻燃耐火材料层、防水透汽层、隔热层和舒适层等，其中隔热层的选择必须满足防护与舒适的矛盾需求，厚重的非织造耐火纤维毡组成的隔热层材料能提供对消防员的个体热保护，免受高温和辐射热伤害，然而这种材料做成的防护服自身重量大，透气性能差，从而影响到着装人体的舒适性和作业效率。不仅如此，使用隔热层阻隔了热量从火源向衣服内层的传递，但也阻隔了消防员作业时大量代谢产热向外散失途径，造成人体热应激。因此，迫切需要研制重量轻、能有效隔热防护并双向调温的新型消防服隔热层材料，为消防员在消防作业中节省体力，提高服装的穿着舒适性，减少或防止消防员中暑现象的发生。

相变材料(Phase Change Material-PCM)作为一种智能调温材料在纺织品及服装上的应用越来越受人们重视。所谓智能调温织物或服装是将相变蓄热技术与纤维和纺织品制造技术相结合开发出的一种高技术产品，具有自动吸收、储存、分配和放出热量的功能，有智能调温的效果，能够防止头、身体、手和足部位的剧烈温度变化，创造舒适的温度环境。美国专利US 5366801公开了一种相变微胶囊、交联剂、粘合剂分散液的混合方法制得的涂层溶液，并根据一般涂层工艺将其涂层到柔性基布上制成具有蓄热调温功能的相变织物。中国专利CN 1936169A公开了一种木棉相变织物的制造方法，利用相变材料PEG具有较好的热活性和低温相变性能及可与木棉纤维发生物理化学的结合，实现木棉织物良好调温性能。中国专利CN 01817825.1公开了一种相变调温纤维的制造方法，将相变材料采用微胶囊包裹，然后共混或胶链于聚合物中进行纺丝、拉伸成相变纤维，经纺纱、织造可制得蓄热调温织物。

然而上述这些方法所制作的相变调温织物都不适合用于作火灾安全消防服装。公安部GA 10-2002消防员灭火防服标准中要求组成消防服各层织物都需要具有一定的阻燃性。相变微胶囊囊芯(如石蜡)都属于易燃材料，需要对相变材料进行阻燃处理或者选择本质型阻燃相变材料，进行微胶囊包裹，不仅可以有效增大热传导面积，减少相变材料与外界环境的反应，控制材料相变时的体积变化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有相变调温织物的阻燃性能不好的技术问题，提供一种消防服阻燃相变隔热层材料的制备方法，选用具有阻燃功能的相变微胶囊，通过与具有阻燃性能的粘合剂、增稠剂、交联型阻燃剂进行混合，制得整理液，通过后整理工艺附含于非织造隔热层材料上，制备阻燃且调温的相变隔热层织物。

为解决技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明的消防服用阻燃相变隔热层织物的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)阻燃纤维毡基材成分及其重量份数如下：

芳纶1313：50～90重量份

碳纤维：5～20重量份

阻燃粘胶纤维：0～30重量份；

(2)阻燃相变微胶囊整理剂工作液配制：

卤代石蜡相变微胶囊乳液：85～90重量份

粘合剂：5～10重量份

交联型阻燃剂：5～10重量份

增稠剂：1～5重量份

织物柔软剂：1～5重量份；

将按上述重量份的增稠剂加入盛有水的反应釜中，在搅拌状态下加入质量百分比浓度为35～45％的卤代石蜡相变微胶囊乳液，搅拌均匀后加入粘合剂、交联型阻燃剂及织物柔软剂，搅拌均匀后制备成阻燃相变微胶囊整理剂工作液；

(3)制造工艺：

将阻燃纤维毡基材在步骤(2)得到的整理剂工作液中经二浸二轧工艺将整理液粘附在织物上，织物与整理剂工作液的浴比为：1∶30～1∶10。

所述二浸二轧的工艺为25～30℃，轧余率为65～70％，在75～85℃的条件下预烘85～95分钟，135～145℃条件下焙烘3～8分钟。

所述的卤代石蜡相变微胶囊乳液的质量百分比浓度为35～45％，微胶囊囊芯为溴代石蜡、氯代石蜡一种或其混合物。

所述粘合剂选用甲醚化三聚氰胺树脂或三聚氰胺甲醛树脂。

所述的交联型阻燃剂为3.5水硼酸锌。

所述的增稠剂为聚丙烯酸类增稠剂。所述的聚丙烯酸类增稠剂为丙烯酸酯/C10-30烷基丙烯酸酯交联聚合物、丙烯酸酯/十六烷基乙氧基(20)衣康酸酯共聚物、丙烯酸酯/十六烷基乙氧基(20)甲基丙烯酸酯共聚物、丙烯酸酯/十四烷基乙氧基(25)丙烯酸酯共聚物、丙烯酸酯/十八烷基乙氧基(20)衣康酸酯共聚物、丙烯酯酯/十八烷基乙氧基(20)甲基丙烯酸酯共聚物、丙烯酸酯/十八烷基乙氧基(50)丙烯酸酯共聚物、丙烯酸酯/VA交联聚合物、PAA(聚丙烯酸)、丙烯酸钠/乙烯异癸酸酯交联聚合物、Carbomer(聚丙烯酸)及其钠盐。

所述的织物柔软剂为阳离子型柔软剂。所述的阳离子型柔软剂可以是叔胺盐型、季铵盐型、咪唑啉型或酰胺型。

本发明的构思是这样的：利用相变微胶囊囊芯本身所具有的阻燃特性及在整理液中添加阻燃剂的方法实现相变材料良好的热稳定性；研究发现，所添加的3.5水硼酸锌阻燃剂能与胶囊壁密胺-甲醛树脂(MF)和粘合剂密胺-甲醛树脂(MF)树脂进行交联反应，提高了后整理织物的水洗牢度及手感柔软度；采用二浸二轧后处理工艺，加工灵活方便，可操作性强。通过性能检测表明，整理后的隔热纤维毡明显的提高了消防服的热防护性能，且在湿热或寒冷环境中具有明显的蓄热调温效果。

利用粘合剂将相变材料附含于织物上可赋予其智能调温功能，然而这种方法最大的弊病是制成的耐水洗性差、织物手感发硬，所制成的服装服用性能也比较差。本发明借助于交联型阻燃剂与囊壁MF及粘合剂MF树脂进行的交联发应，提高织物水洗牢度。反应的基本形式如下：

本发明的有益效果是：本发明将相变材料运用于是消防服隔热层材料，将从外界火灾环境传递来的热量吸收储存于纺织品内部，从而有效减少传递到人体皮肤的热量，保护人体不受烧伤。另外，利用相变材料的“液-固”或“固-固”的可逆变化，从环境中吸收热量储存于消防服内部，或放出消防服中储存的热量，在消防服层下形成温度恒定的微气候，改善消防服装的穿着舒适性。

实现了增加多层消防服的整体防护皮肤二级烧伤时间，即增强其热防护性能；而且即使在湿热或寒冷消防作业环境下，附加相变材料层也能延缓衣下微气候层的温度变化，达到为消防员个体提供更加舒适的衣下环境，同时提高了整理后织物耐水洗性能以及阻燃性。

附图说明

图1是本发明的混纺织物与未经相变整理液整理的织物背后温度变化曲线。(测试按ISO 6492标准进行，火焰热流量为5kW/m²)。

图2附含相变整理剂的纤维毡重量损失率与洗涤次数关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细叙述：

实施例1

(1)阻燃纤维毡基材成分如下：

芳纶1313：80Kg

碳纤维：20Kg。

(2)阻燃相变微胶囊整理液配制：

相变微胶囊乳液：85Kg

粘合剂(甲醚化三聚氰胺树脂粘合剂)：10Kg

交联型阻燃剂(3.5水硼酸锌)：5Kg

增稠剂(HIT增稠剂)：2Kg

织物柔软剂(ZK23A季铵盐柔软剂)：3Kg

将按上述Kg的HIT增稠剂加入盛有水的反应釜中，在搅拌状态下加入溴代十八烷相变微胶囊乳液(相变温度28℃，质量百分比浓度为35％)，搅拌20min后加入上述Kg的甲醚化三聚氰胺树脂粘合剂、交联型阻燃剂(3.5水硼酸锌)及织物柔软剂(ZK23A季铵盐柔软剂)，搅拌均匀后制备成阻燃相变微胶囊整理剂工作液。

(3)制造工艺：

将阻燃纤维毡基材在步骤(2)得到的整理液中经二浸二轧工艺将整理液粘附在织物上，其中织物与整理剂工作液的浴比为1∶20，温度为25℃，轧余率为70％，在80℃的条件下预烘90分钟，140℃条件下焙烘5分钟。

所制得纤维毡的阻燃性能系列指标如表1所示。

表1

实施例2

(1)阻燃纤维毡基材成分如下：

芳纶1313：60Kg

碳纤维：10Kg

阻燃粘胶纤维：30Kg；

(2)阻燃相变微胶囊整理液配制：

相变微胶囊乳液：88Kg

粘合剂(甲醚化三聚氰胺树脂粘合剂)：9Kg

交联型阻燃剂(3.5水硼酸锌)：6Kg

增稠剂(HD丙烯酸类增稠剂)：1Kg

织物柔软剂(ZK23A季铵盐柔软剂)：2Kg

将按上述Kg的HD丙烯酸类增稠剂加入盛有水的反应釜中，在搅拌状态下加入氯代十八烷相变微胶囊乳液(相变温度30℃，质量百分比浓度为38％)，搅拌20min后加入上述Kg的甲醚化三聚氰胺树脂粘合剂、交联型阻燃剂(3.5水硼酸锌)及织物柔软剂(ZK23A季铵盐柔软剂)，搅拌均匀后制备成阻燃相变微胶囊整理剂工作液。

(3)制造工艺：

将阻燃纤维毡基材在步骤(2)得到的整理液中经二浸二轧工艺将整理液粘附在织物上，其中织物与整理剂工作液的浴比为1∶30，温度为26℃，轧余率为66％，在75℃的条件下预烘95分钟，135℃条件下焙烘3分钟。

所制得纤维毡的阻燃性能系列指标如表2所示。

表2.

实施例3

(1)阻燃纤维毡基材成分如下：

芳纶1313：90Kg

碳纤维：10Kg；

(2)阻燃相变微胶囊整理液配制：

相变微胶囊乳液：86Kg

粘合剂(甲醚化三聚氰胺树脂粘合剂)：8Kg

交联型阻燃剂(3.5水硼酸锌)：7Kg

增稠剂(HIT丙烯酸类增稠剂：5Kg

织物柔软剂(H-RT阳离子柔软剂)：1Kg

将按上述Kg的HIT丙烯酸类增稠剂加入盛有水的反应釜中，在搅拌状态下加入氯代十八烷相变微胶囊乳液(相变温度30℃，质量百分比浓度为40％)，搅拌20min后加入上述Kg的甲醚化三聚氰胺树脂粘合剂、交联型阻燃剂(3.5水硼酸锌)及织物柔软剂(H-RT阳离子柔软剂)，搅拌均匀后制备成阻燃相变微胶囊整理剂工作液。

(3)制造工艺：

将阻燃纤维毡基材在步骤(2)得到的整理液中经二浸二轧工艺将整理液粘附在织物上，其中织物与整理剂工作液的浴比为1∶10，温度为27℃，轧余率为67％，在85℃的条件下预烘93分钟，145℃条件下焙烘4分钟。

所制得纤维毡的阻燃性能系列指标如表3所示。

表3

实施例4

(1)阻燃纤维毡基材成分如下：

芳纶1313：70Kg

碳纤维：10Kg

阻燃粘胶纤维：25Kg；

(2)阻燃相变微胶囊整理液配制：

相变微胶囊乳液：87Kg

粘合剂(甲醚化三聚氰胺树脂粘合剂)：7Kg

交联型阻燃剂(3.5水硼酸锌)：8Kg

增稠剂(HD丙烯酸类)：1Kg

织物柔软剂(季铵盐类阳离子柔软剂EQ-1)：5Kg

将按上述Kg的HD丙烯酸类加入盛有水的反应釜中，在搅拌状态下加入氯代十八烷相变微胶囊乳液(相变温度30℃，质量百分比浓度42％)，搅拌20min后加入上述Kg的甲醚化三聚氰胺树脂粘合剂、交联型阻燃剂(3.5水硼酸锌)及织物柔软剂(季铵盐类阳离子柔软剂EQ-1)，搅拌均匀后制备成阻燃相变微胶囊整理剂工作液。

(3)制造工艺：

将阻燃纤维毡基材在步骤(2)得到的整理液中经二浸二轧工艺将整理液粘附在织物上，其中织物与整理剂工作液的浴比为1∶15，温度为28℃，轧余率为68％，在78℃的条件下预烘85分钟，132℃条件下焙烘6分钟。

所制得纤维毡的阻燃性能系列指标如表4所示。

表4.

实施例5

(1)阻燃纤维毡基材成分如下：

芳纶1313：85Kg

碳纤维：5Kg

阻燃粘胶纤维：10Kg；

(2)阻燃相变微胶囊整理液配制：

相变微胶囊乳液：89Kg

粘合剂(三聚氰胺甲醛树脂粘合剂)：6Kg

交联型阻燃剂(3.5水硼酸锌)：9Kg

增稠剂(HD丙烯酸类)：3Kg

织物柔软剂(聚酰胺阳离子柔软剂HAS8601)：2Kg

将按上述Kg的HD丙烯酸类加入盛有水的反应釜中，在搅拌状态下加入氯代十八烷相变微胶囊乳液(相变温度30℃，质量百分比浓度44％)，搅拌20min后加入上述Kg的三聚氰胺甲醛树脂粘合剂、交联型阻燃剂(3.5水硼酸锌)及织物柔软剂(聚酰胺阳离子柔软剂HAS8601)，搅拌均匀后制备成阻燃相变微胶囊整理剂工作液。

(3)制造工艺：

将阻燃纤维毡基材在步骤(2)得到的整理液中经二浸二轧工艺将整理液粘附在织物上，其中织物与整理剂工作液的浴比为1∶25，温度为30℃，轧余率为70％，在83℃的条件下预烘87分钟，142℃条件下焙烘8分钟。

所制得纤维毡的阻燃性能系列指标如表5所示。

表5.

实施例6

(1)阻燃纤维毡基材成分如下：

芳纶1313：77％

碳纤维：18％

阻燃粘胶纤维：5％；

(2)阻燃相变微胶囊整理液配制：

相变微胶囊乳液：90Kg

粘合剂(三聚氰胺甲醛树脂粘合剂)：5Kg

交联型阻燃剂(3.5水硼酸锌)：10Kg

增稠剂(HD丙烯酸类)：2Kg

织物柔软剂(聚酰胺阳离子柔软剂HAS8601)：3Kg

将按上述Kg的HD丙烯酸类加入盛有水的反应釜中，在搅拌状态下加入氯代十八烷相变微胶囊乳液(相变温度30℃，质量百分比浓度为45％)，搅拌20min后加入上述Kg的三聚氰胺甲醛树脂粘合剂、交联型阻燃剂(3.5水硼酸锌)及织物柔软剂(聚酰胺阳离子柔软剂HAS8601)，搅拌均匀后制备成阻燃相变微胶囊整理剂工作液。

(3)制造工艺：

将阻燃纤维毡基材在步骤(2)得到的整理液中经二浸二轧工艺将整理液粘附在织物上，其中织物与整理剂工作液的浴比为1∶23，轧余率为65％，在80℃的条件下预烘90分钟，140℃条件下焙烘5分钟。所制得纤维毡的阻燃性能系列指标如表6所示。

表6.

本发明的混纺织物与未经相变整理液整理的织物背后温度变化曲线如图1所示。(测试按ISO 6492标准进行，火焰热流量为5kW/m²)。附含相变整理剂的纤维毡重量损失率与洗涤次数关系图如图2所示。

Claims

1.一种消防服用阻燃相变隔热层织物的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)阻燃纤维毡基材成分及其重量份数如下：

芳纶1313：50～90重量份

碳纤维：5～20重量份

阻燃粘胶纤维：0～30重量份；

(2)阻燃相变微胶囊整理剂工作液配制：

卤代石蜡相变微胶囊乳液：85～90重量份

粘合剂：5～10重量份

交联型阻燃剂：5～10重量份

增稠剂：1～5重量份

织物柔软剂：1～5重量份

将按上述重量份的增稠剂加入盛有水的反应釜中，在搅拌状态下加入卤代石蜡相变微胶囊乳液，搅拌20min后加入上述重量份的粘合剂、交联型阻燃剂及织物柔软剂，搅拌均匀后制备成阻燃相变微胶囊整理剂工作液；

(3)制造工艺：

2.根据权利要求1所述的消防服用阻燃相变隔热层织物的制备方法，其特征在于：所述二浸二轧的工艺为25～30℃，轧余率为65～70％，在75～85℃的条件下预烘85～95分钟，135～145℃条件下焙烘3～8分钟。

3.根据权利要求1或2所述的消防服用阻燃相变隔热层织物的制备方法，其特征在于：所述的卤代石蜡相变微胶囊乳液的质量百分比浓度为35～45％，微胶囊囊芯为溴代石蜡、氯代石蜡一种或其混合物。

4.根据权利要求3所述的消防服用阻燃相变隔热层织物的制备方法，其特征在于：所述粘合剂选用甲醚化三聚氰胺树脂或三聚氰胺甲醛树脂。

5.根据权利要求1或4所述的消防服用阻燃相变隔热层织物的制备方法，其特征在于：所述的交联型阻燃剂为3.5水硼酸锌。

6.根据权利要求5所述的消防服用阻燃相变隔热层织物的制备方法，其特征在于：所述的增稠剂为聚丙烯酸类增稠剂。

7.根据权利要求6所述的消防服用阻燃相变隔热层织物的制备方法，其特征在于：所述的织物柔软剂为阳离子型柔软剂。