CN109137510B - 一种基于超吸水性接枝材料的电焊防护服面料及其制备方法 - Google Patents

一种基于超吸水性接枝材料的电焊防护服面料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于超吸水性接枝材料的电焊防护服面料及其制备方法，该方法包括：1)在阻燃织物的反面局部或全部施加拒水整理剂溶液，在80至120℃下烘干3至6min，在150至170℃焙烘60至120s；2)在阻燃织物的正面喷淋亲水性接枝溶液，所述亲水性接枝溶液包含10至50重量份的乙烯基亲水性单体、1至10重量份的交联剂、0.1至1重量份的阻聚剂、39至88.9重量份的蒸馏水，其中经喷淋的阻燃织物的带液量为1至50％；3)在由步骤2)获得的阻燃织物上，通过氮气保护的电离辐射设备进行辐照接枝形成超吸水性高聚物，烘干、热定型。制得的电焊防护服面料穿着舒适、阻燃性能好、隔热防灼烧性能好。

Description

一种基于超吸水性接枝材料的电焊防护服面料及其制备方法
技术领域
本发明是一种电焊防护面料及其制备方法，属于特种防护功能面料领域。
背景技术
电焊是电弧焊的通用说法，是指利用焊条通过电弧高温融化金属部件之间需要连接的地方而实现的一种焊接方式，是工业生产中应用最广泛的焊接方法。从理论上来说金属在燃烧的过程就是焊接的过程，它是利用电流在瞬间短路时产生的高温融化基材(焊接件)和填充物(焊条)形成熔池，冷却后过渡成焊缝。
电焊时，把焊条作为电路的一个电极，焊接件为另一个电极，并在两极间形成电弧，将金属熔化进行焊接。焊接时，电弧的温度可达3000至6000℃，并有大量的火花喷出，火花四溅时有2000℃以上，一旦溅射到衣服上就会烧出一个个小洞，极易引起可燃物着火燃烧，存在很大的安全隐患。
鉴于电焊火花的危害，焊工在焊接时需要着装防护设备，比如防护头罩、阻燃防护服(连体或分体式)、防护靴等。目前，关于电焊服的面料，国内采用的种类很多，主要有牛二皮、后整理阻燃棉织物、Nomex IIIA面料及Kevlar纤维。但是，牛皮做的电焊服防护效果较好，但是不透气、穿着笨重、舒适性差；后整理阻燃棉织物的耐电焊火花冲击性能差，强力低；Nomex IIIA面料及Kevlar纤维，价格昂贵。因此，亟待开发一种穿着舒适、电焊防护效果好的防护面料。
上述对背景技术的陈述仅是为了方便对本发明技术方案的深入理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种穿着舒适、阻燃性能好、隔热防灼烧性能好的电焊防护服面料及其制备方法。
本发明的一方面涉及一种电焊防护服面料的制备方法，所述方法包括如下步骤：1)在阻燃织物的反面局部施加拒水整理剂溶液，在80至120℃下烘干3至6min，在150至170℃焙烘60至120s；2)在阻燃织物的正面喷淋亲水性接枝溶液，所述亲水性接枝溶液包含10至50重量份并优选20至40重量份的乙烯基亲水性单体、1至10重量份并优选3至8重量份的交联剂、0.1至1重量份并优选0.3至1重量份的阻聚剂、39至88.9重量份并优选50至60重量份的蒸馏水，其中经喷淋的阻燃织物的带液量为1至50％，优选10至40％；3)在由步骤2)获得的阻燃织物上，通过氮气保护的电离辐射设备进行辐照接枝形成超吸水性高聚物，烘干、热定型。由上述制得的电焊防护服面料制成电焊防护服，在使用该电焊防护服之前，需要用液态水对其正面超吸水涂层即含超吸水性高聚物的层进行喷淋或喷雾，使织物吸收饱含非游离液态水、处于潮湿状态。
在上述制备方法中，关于亲水性接枝溶液的各组分，乙烯基亲水性单体可以通过辐照引发聚合而形成接枝高聚物，具有良好的亲水性；交联剂在辐照过程中起到交联的作用，使得接枝高聚物形成网络结构，便于锁住水分；阻聚剂起到抑制乙烯基亲水性单体自聚和副反应；蒸馏水作为溶剂起到稀释作用。亲水性接枝溶液的各组分用量考虑乙烯基亲水性单体的接枝率，既要形成接枝高聚物，又要防止自聚合发生；亲水性单体含量太高则自聚合严重，而亲水性单体含量太低则接枝率太低；交联剂用量太多使得面料发硬，太少则使得交联效果差；阻聚剂用量太多既抑制亲水性单体的自聚合也抑制其接枝共聚，使得接枝率低，太少则无法充分地抑制乙烯基亲水性单体自聚和副反应，而参与接枝共聚的单体减少，同样使得接枝率低。而关于经喷淋的阻燃织物的带液量，带液量的百分比是亲水性接枝溶液重量基于织物重量，超过这个范围：带液量太多会使得接枝共聚物太多，容易形成一层高聚物不利于水汽的挥发，且织物发硬；而带液量太低则造成接枝高聚物太少不能达到高吸水性的目的。
进一步地，阻燃织物为后整理阻燃织物和本质阻燃织物中的一种。其中后整理阻燃织物由棉纤维、大麻纤维、亚麻纤维、苎麻纤维、粘胶纤维、莫代尔纤维、天丝纤维、维纶、或它们的任意混合物纺织而成；而本质阻燃织物为多种国产化阻燃纤维混合搭配组成的织物，所述阻燃纤维选自晴氯纶、阻燃粘胶、阻燃维纶、碳纤维预氧化丝、芳砜纶、聚苯硫醚纤维、聚芳恶二唑纤维、聚酰亚胺纤维、芳纶1313、或芳纶1414，由于纤维之间的阻燃协同效应和综合性能的互补关系，不仅使得面料的阻燃性能优异，并且面料的强力、耐热、耐水洗等性能也非常好。
上述电焊防护服面料的制备方法中，阻燃织物的织物表面要求平整，无凹凸不平处，以免电焊火花即熔融金属不会嵌在织物表面的凹凸不平处，便于电焊火花快速脱离织物，不过分引起织物升温。
进一步地，步骤1)的拒水整理剂溶液中的拒水整理剂可以选自氟系拒水整理剂、无氟拒水整理剂、有机硅拒水整理剂等，拒水整理剂溶液以雾状液滴、点状印花、网状印花或完全涂层的形式施加到阻燃织物的反面，点状拒水整理剂的区域和非拒水整理剂区域之间产生亲水性差异。具体地，对拒水整理剂采用局部施加的方式，是为了使得拒水整理剂区域与非拒水整理剂区域形成亲水性差异，在织物厚度方向，因拒水整理剂的渗入而形成亲水毛细通道；当织物的反面接触到汗水时，汗水会从印有拒水整理剂的区域自动转移到亲水毛细通道，直接向涂层组合物方向转移，将水分传递到织物外侧，通过空气对流加速逸散，形成吸湿快干的效果。此外，拒水整理剂溶液的浓度为10至50g/L，优选20至40g/L，
进一步地，步骤2)中的乙烯基亲水性单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸羟乙酯、2-羟乙基甲基丙烯酸酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等中的一种或多种。
进一步地，步骤2)中的交联剂选自N,N-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯、二丙烯酸-1,4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、三聚氰酸三烯丙酯、三烯丙基异氰脲酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等中的一种或多种。
进一步地，步骤2)中的阻聚剂选自硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、氯化铁、氯化铜、氯化亚铜、硫酸钠、硫化钠、硫氰酸铵、对叔丁基邻苯二酚、对苯醌、1,1-二苯基-2-苦基肼等中的一种或多种。
进一步地，步骤3)中的电离辐射包括高能荷电粒子、裂变中子和高能光子，所述高能荷电粒子包括经加速的电子、质子、氦核和重粒子，所述高能光子包括X射线和γ射线。
进一步地，步骤3)中电离辐射的辐照剂量率为0.1Gy/s至20KGy/s，辐照剂量为1至500KGy，优选50至200KGy，或者离子注量为1×1010至1×1015离子/cm2，优选1×1011至1×1013离子/cm2。
本发明的另一方面涉及根据本发明的制备方法制得的电焊防护服面料。
本发明的方法首先对阻燃织物的反面局部或全部施加拒水整理剂，然后在阻燃织物的正面喷淋亲水性接枝溶液，通过氮气保护的电离辐射设备进行辐射接枝形成超吸水性高聚物，其吸水量是(高聚物+阻燃织物)的20至100倍。由于阻燃织物反面的拒水整理，亲水性接枝溶液不会渗透到阻燃织物反面，因此根据本发明的电焊防护服面料制成的电焊防护服在使用前被喷淋液态水也不会使得水分进入阻燃织物反面而影响穿着舒适性，只会在阻燃织物的表面或纱线间形成超吸水性高聚物层，可以使得接触面料的电焊火花快速熄灭，热量被吸收或快速被移走，从而减少到达皮肤的热量，达到保护皮肤免受灼伤的目的。
阻燃织物表面进行辐射接枝形成超吸水性高聚物后，例如平方米克重为300g的电焊防护服面料的经纬向强度约为1310N×1140N。制成电焊防护服之后，在使用之前，需要用液态水对面料正面喷淋，表面接枝的超吸水性高聚物吸收锁住水分，因此在接触到熔融金属热体后会快速吸收熔融金属的热量，并通过水分的气化而迅速将热量散逸掉。
具体实施方式
实施例1
选用80％重量比棉纤维和20％重量比维纶混纺制成的织物经由普鲁本整理获得阻燃织物，在阻燃织物的反面以点状印花的形式施加含氟拒水拒油剂WG-8900溶液(浓度为20g/L，江苏嘉业氟材料科技有限公司提供)，80℃烘干6min,170℃烘焙70s；在阻燃织物的正面喷淋亲水性接枝溶液：15重量份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、1重量份三聚氰酸三烯丙酯、1重量份硫酸亚铁铵、83重量份蒸馏水，经喷淋的阻燃织物的带液量为5％；在氮气保护下，通过辐照剂量率为5KGy/s的电子束装置，辐照剂量为10KGy，获得经辐照接枝形成的超吸水性共聚物。
由此制得的电焊防护面料，平方米克重为300g，经纬向强度为1200N×1080N，经纬向续燃时间为1.2s×0.8s，经纬向阴燃时间小于1.4s×1.2s，经纬向损毁长度小于45mm×42mm，15滴金属熔融滴落后升温30℃，透湿量大于8100g/m2·24h，达到A级焊接防护服的技术水平。
实施例2
选用普鲁本整理的纯棉织物作为阻燃织物，在阻燃织物的反面以雾状液滴的形式施加含氟拒水拒油剂WG-8900溶液(浓度为30g/L，江苏嘉业氟材料科技有限公司提供)，90℃烘干5min，160℃烘焙80s；在阻燃织物的正面喷淋亲水性接枝溶液：15重量份丙烯酸、10重量份丙烯酰胺、3重量份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.8重量份FeSO4·7H2O、71.2重量份蒸馏水，经喷淋的阻燃织物的带液量为20％；在氮气保护下，通过辐照剂量率为15KGy/s的电子束装置，辐照剂量为100KGy，获得经辐照接枝形成的超吸水性共聚物。
由此制得的电焊防护面料，平方米克重为280g，经纬向强度为1110N×980N，经纬向续燃时间为1.0s×0.8s，经纬向阴燃时间小于1.5s×1.2s，经纬向损毁长度小于48mm×44mm，15滴金属熔融滴落后升温32℃，透湿量大于8300g/m2·24h，达到A级焊接防护服的技术水平。
实施例3
由40％重量比的阻燃粘胶、40％重量比的晴氯纶和20％重量比的阻燃维纶混纺制成的阻燃织物，在阻燃织物的反面以点状印花的形式施加无氟防水拒水整理剂NFC溶液(浓度为40g/L，香港新新河控股有限公司提供)，100℃烘干5min，160℃烘焙90s；在阻燃织物的正面喷淋亲水性接枝溶液：15重量份丙烯酸钠、15重量份乙烯基吡咯烷酮、5重量份二丙烯酸-1,4-丁二醇酯、0.6重量份氯化亚铜CuCl、64.4重量份蒸馏水，经喷淋的阻燃织物的带液量为30％；在氮气保护下，通过辐照剂量率为19Gy/min的60Co-γ射线辐照，辐照剂量为100KGy，获得经辐照接枝形成的超吸水性共聚物。
由此制得的电焊防护面料，平方米克重为300g，经纬向强度为1310N×1140N，经纬向续燃时间为0.5s×0.5s，经纬向阴燃时间小于1.0s×0.8s，经纬向损毁长度小于40mm×35mm，15滴金属熔融滴落后升温30℃，透湿量大于8000g/m2·24h，达到A级焊接防护服的技术水平。
实施例4
由30％重量比的阻燃粘胶、30％重量比的晴氯纶、20％重量份的芳纶1313和20％重量比的阻燃维纶混纺制成的阻燃织物，在阻燃织物的反面以点状印花的形式施加有机硅拒水整理剂WS 60CN溶液(浓度为30g/L，厦门晨斯纳商贸有限公司提供)，110℃烘干4min,160℃烘焙100s；在阻燃织物的正面喷淋亲水性接枝溶液：20重量份甲基丙烯酸、10重量份甲基丙烯酸羟乙酯、7重量份三烯丙基异氰脲酸酯、0.4重量份对叔丁基邻苯二酚、62.6重量份蒸馏水，经喷淋的阻燃织物的带液量为40％；在氮气保护下，用145MeV的Ne(6+)离子辐照，离子注量为1×1012离子/cm2，获得经辐照接枝形成的超吸水性共聚物。
由此制得的电焊防护面料，平方米克重为290g，经纬向强度为1270N×1100N，经纬向续燃时间为0.5s×0.5s，经纬向阴燃时间小于1.2s×0.8s，经纬向损毁长度小于38mm×32mm，15滴金属熔融滴落后升温28℃，透湿量大于8230g/m2·24h，达到A级焊接防护服的技术水平。
实施例5
由60％重量比的阻燃粘胶、25％重量比的阻燃维纶和15％重量比的聚苯硫醚纤维混纺制成的阻燃织物，在阻燃织物的反面以点状印花的形式施加无氟防水拒水整理剂NFC溶液(浓度为30g/L，香港新新河控股有限公司提供)，120℃烘干3min，150℃烘焙120s；在阻燃织物的正面喷淋亲水性接枝溶液：25重量份甲基丙烯酸、20重量份2-羟乙基甲基丙烯酸酯、9重量份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.2重量份1,1-二苯基-2-苦基肼、45.8重量份蒸馏水，经喷淋的阻燃织物的带液量为50％；在氮气保护下，通过辐照剂量率为100Gy/min的60Co-γ射线辐照，辐照剂量为200KGy，获得经辐照接枝形成的超吸水性共聚物。
由此制得的电焊防护面料，平方米克重为280g，经纬向强度为1210N×1120N，经纬向续燃时间为0.6s×0.4s，经纬向阴燃时间小于1.1s×0.7s，经纬向损毁长度小于37mm×32mm，15滴金属熔融滴落后升温29℃，透湿量大于8200g/m2·24h，达到A级焊接防护服的技术水平。
以上示例性实施方式所呈现的描述仅用以说明本发明的技术方案，并不想要成为毫无遗漏的，也不想要把本发明限制为所描述的精确形式。显然，本领域的普通技术人员根据上述教导作出很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员便于理解、实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的保护范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

Claims (11)

1.一种电焊防护服面料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1)在阻燃织物的反面局部或全部施加拒水整理剂溶液，在80至120℃下烘干3至6min，在150至170℃焙烘60至120s；
2)在阻燃织物的正面喷淋亲水性接枝溶液，所述亲水性接枝溶液包含10至50重量份的乙烯基亲水性单体、1至10重量份的交联剂、0.1至1重量份的阻聚剂、39至88.9重量份的蒸馏水，其中经喷淋的阻燃织物的带液量为1至50％；
3)在由步骤2)获得的阻燃织物上，通过氮气保护的电离辐射设备进行辐照接枝形成超吸水性高聚物，烘干、热定型。
2.根据权利要求1所述的电焊防护服面料的制备方法，其特征在于，所述阻燃织物为后整理阻燃织物和本质阻燃织物中的一种。
3.根据权利要求2所述的电焊防护服面料的制备方法，其特征在于，所述后整理阻燃织物由棉纤维、大麻纤维、亚麻纤维、苎麻纤维、粘胶纤维、莫代尔纤维、天丝纤维、维纶、或它们的任意混合物纺织而成。
4.根据权利要求2所述的电焊防护服面料的制备方法，其特征在于，所述本质阻燃织物为多种国产化阻燃纤维混合搭配组成的织物，所述阻燃纤维选自晴氯纶、阻燃粘胶、阻燃维纶、碳纤维预氧化丝、芳砜纶、聚苯硫醚纤维、聚芳恶二唑纤维、聚酰亚胺纤维、芳纶1313、或芳纶1414。
5.根据权利要求1所述的电焊防护服面料的制备方法，其特征在于，步骤1)的拒水整理剂溶液中的拒水整理剂为氟系拒水整理剂、无氟拒水整理剂、或有机硅拒水整理剂，所述拒水整理剂溶液以雾状液滴、点状印花、网状印花或完全涂层的形式施加到阻燃织物的反面，所述拒水整理剂溶液的浓度为10至50g/L。
6.根据权利要求1所述的电焊防护服面料的制备方法，其特征在于，步骤2)中的乙烯基亲水性单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸羟乙酯、2-羟乙基甲基丙烯酸酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的电焊防护服面料的制备方法，其特征在于，步骤2)中的交联剂选自N,N-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯、二丙烯酸-1,4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、三聚氰酸三烯丙酯、三烯丙基异氰脲酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的电焊防护服面料的制备方法，其特征在于，步骤2)中的阻聚剂选自硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、氯化铁、氯化铜、氯化亚铜、硫酸钠、硫化钠、硫氰酸铵、对叔丁基邻苯二酚、对苯醌、1,1-二苯基-2-苦基肼中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的电焊防护服面料的制备方法，其特征在于，步骤3)中的电离辐射包括高能荷电粒子、裂变中子和高能光子，所述高能荷电粒子包括经加速的电子、质子、氦核和重粒子，所述高能光子包括X射线和γ射线。
10.根据权利要求1所述的电焊防护服面料的制备方法，其特征在于，步骤3)中电离辐射的辐照剂量率为0.1Gy/s至20KGy/s，辐照剂量为1至500KGy，或者离子注量为1×1010至1×1015离子/cm2。
11.一种由权利要求1至10中任一项所述的电焊防护服面料的制备方法制得的电焊防护服面料。
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