CN114657783A - 隧道施工适用的降温衣用凝胶-棉复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种本发明的目的是提供隧道施工适用的降温衣用凝胶‑棉复合材料,由以下重量份的组分组成:棉5~40份,亲水性聚合物5~25份,水溶性单体8~40份,引发剂0.01~2份,交联剂0.2~3份,液态硅酸钠10~20份;上述亲水性聚合物为聚乙烯醇和聚乙二醇中的一种;上述的水溶性单体为丙烯酸钠、丙烯酸和丙烯酰胺中的一种;上述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化二苯酰和二苯甲酮中的一种;上述交联剂为N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺、二(乙二醇基)二乙烯基醚、二(乙基二醇)二丙烯酸酯、碳酸氢钠中的一种。该复合材料具备较好的舒适度、较轻的质量、在隧道中工人穿上后能够快速吸收工人汗液的效果,且凝胶分散均匀。
Description
技术领域
本发明属于降温材料技术领域,具体涉及隧道施工适用的降温衣用凝胶-棉复合材料及制备方法。
背景技术
修建深埋长大隧道时都不同程度地出现了地热危害,其中大部分深埋长隧道都修建在比较坚硬的岩石中,如灰岩、泥质灰岩、砂岩、砂岩夹页岩、花岗岩、片麻岩、混合岩、石英岩、板岩等。由于地热梯度的存在,对于各类坚硬、致密岩石,由于热导率较低,传热性能差,在岩体中易于聚集热能,因此随着隧道工程埋深的增加,地温一般也逐渐增加。各地热隧道在施工过程中都遇到了不同程度的危害,地温超过38℃后,人员、机械设备在洞内基本无法工作,此时采用相应的降温措施才确保隧道的正常施工。深埋隧道内高温产生的原因复杂多样:一方面是自然因素,即工程地质、水文地质等造成的地热因素;另一方面是人为因素,即施工带来的各种热害因素。隧道内主要热源为:①围岩散热,②隧道内热水散热,③机械设备放热,④火药爆炸散热,⑤施工人员放热,⑥水泥水化热,⑦掌子面作业范围散热,⑧衬砌台车作业范围散热。
在此种高温高湿环境下施工作业不仅将降低劳动生产率,而且严重威胁施工人员的生命安全,因此非常有必要研制隧道施工适用的降温衣用凝胶-棉复合材料。现采用的降温衣用凝胶-棉复合材料,降温衣用凝胶分散不均匀,溶液渗出,且对环境造成污染。
发明内容
本发明的目的是提供隧道施工适用的降温衣用凝胶-棉复合材料及制备方法,复合材料具备较好的舒适度、较轻的质量、在隧道中工人穿上后能够快速吸收工人汗液的效果,且凝胶分散均匀。
本发明采用以下技术方案:隧道施工适用的降温衣用凝胶-棉复合材料,由以下重量份的组分组成:棉5~40份,亲水性聚合物5~25份,水溶性单体8~40 份,引发剂0.01~2份,交联剂0.2~3份,液态硅酸钠10~20份;
上述亲水性聚合物为聚乙烯醇和聚乙二醇中的一种;
上述的水溶性单体为丙烯酸钠、丙烯酸和丙烯酰胺中的一种;
上述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化二苯酰和二苯甲酮中的一种;
上述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、二(乙二醇基)二乙烯基醚、二 (乙基二醇)二丙烯酸酯、碳酸氢钠中的一种。
进一步地,由以下重量份的组分组成:棉38份,亲水性聚合物20份,水溶性单体35份,引发剂0.5份,交联剂1.5份、液态硅酸钠15份。
进一步地,该棉为棉布、棉纱、棉花中的一种或两种。
本发明公开了上述的隧道施工适用的降温衣用凝胶-棉复合材料的制备方法该制备方法如下:称取上述各组分;
步骤一、取一半份数的亲水性聚合物加入水溶解,得到亲水性聚合物水溶液;
步骤二、将棉浸泡在所述步骤一中的亲水性聚合物水溶液中,充分浸泡,得到浸泡后的棉;
步骤三、将所述步骤二中浸泡后的棉取出,在-20℃~-170℃下冷冻,然后解冻,得到解冻后的棉;
步骤四、将水溶性单体加入水溶解后,加入交联剂和剩余份数的亲水性聚合物,搅拌得到第一混合溶液;
步骤五、将所述步骤三中解冻后的棉浸泡在所述步骤四中的第一混合溶液中,充分浸泡后取出,得到已含有第一混合物的棉;
步骤六、将引发剂加入水溶解后,加入液态硅酸钠,搅拌得到第二混合溶液;
步骤七、将所述步骤五中的含有混合物的棉浸泡在所述步骤六中的第二混合溶液中,充分浸泡后取出,得到已含有第二混合物的棉;
步骤八、将所述步骤七中的已含有第二混合物的棉在室温下用紫外光引发聚合或在50~80℃下热引发条件下聚合,得到分散有聚合物的棉;
步骤九、将所述步骤八中的分散有聚合物的棉干燥,得到降温衣用凝胶-棉复合材料。
进一步地,在步骤九中,干燥为自然干燥、加热干燥或冷冻干燥。
本发明的有益效果是:1.制备的凝胶-棉复合材料具备较好的舒适度、较轻的质量、在隧道中工人穿上后能够快速吸收工人汗液的效果,且在温度较高的条件下单位时间内蒸发的水分少;将该凝胶-棉复合材料裁剪成合适的尺寸装入衣料中,得到凝胶-棉复合材料降温衣,可以减缓因高温带来的不适,并减小隧道高温施工条件下工人中暑及其他不适症状出现概率,测试发现其降温持续时间长,对皮肤无刺激、安全,适合大规模的批量生产。2.将棉先用亲水性聚合物浸泡,冷冻、解冻后,再用含有水溶性单体、亲水性聚合物、引发剂、交联剂的混合水溶液浸泡后,在进一步引入引发剂和液态硅酸钠,引发聚合后得到凝胶-棉复合材料,将凝胶和棉、棉纱或棉花通过物理和化学作用结合在一起,形成三维网状结构,使得凝胶均匀地分布在棉布、棉纱或棉花上,且凝胶分散均匀,不容易渗出。3.凝胶-棉复合材料采用棉布、棉纱或棉花作为基料,与凝胶形成凝胶-棉复合材料,原料来源广泛,价格低廉。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明隧道施工适用的降温衣用凝胶-棉复合材料,由以下重量份的组分组成:棉5~40份,亲水性聚合物5~25份,水溶性单体8~40份,引发剂0.01~2份,交联剂0.2~3份,液态硅酸钠10~20份;所述棉为棉布、棉纱、棉花中的一种或两种。其组合原则以成本为基准,不同工种作业人员可根据自身情况及作业环境选取不同棉种类的降温衣。而采用液态硅酸钠,其成本低。
上述亲水性聚合物为聚乙烯醇和聚乙二醇中的一种或两种;
上述的水溶性单体为丙烯酸钠、丙烯酸和丙烯酰胺中的一种或多种;在分散在棉上时,增加凝胶的吸水保水性。
上述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化二苯酰和二苯甲酮中的一种或两种;
上述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、二(乙二醇基)二乙烯基醚、二 (乙基二醇)二丙烯酸酯、碳酸氢钠中的一种或两种。
优选地,由以下重量份的组分组成:棉38份,亲水性聚合物20份,水溶性单体35份,引发剂0.5份,交联剂1.5份、液态硅酸钠15份。
本发明还公开了上述的隧道施工适用的降温衣用凝胶-棉复合材料及制备方法的制备方法,该制备方法如下:称取上述各组分;
步骤一、取一半份数的亲水性聚合物加入水溶解,得到亲水性聚合物水溶液;干燥为自然干燥、加热干燥或冷冻干燥。
步骤二、将棉浸泡在所述步骤一中的亲水性聚合物水溶液中1~5小时,充分浸泡,得到浸泡后的棉。浸泡1~5小时,就能达到充分浸泡的效果。
步骤三、将所述步骤二中浸泡后的棉取出,在-20℃~-170℃下冷冻1~14 小时,然后解冻,一般在室温解冻,室温指的25℃得到解冻后的棉。冷冻是为了在棉内形成有型的孔径通道,在解冻后,基本维持低温下的孔径通道,作为吸附水储存通道。所给出的冷冻时间,均是以冷冻温度为基准,在低温状态下,则冷冻的时间短,在相对高温下,冷冻的时间长,冷冻时间并不是一个绝对不变的数值,一般在10小时左右。
步骤四、将水溶性单体加入水溶解后,加入交联剂和剩余份数的亲水性聚合物,搅拌得到第一混合溶液。
步骤五、将所述步骤三中解冻后的棉浸泡在所述步骤四中的第一混合溶液中,浸泡5~40分钟后取出,得到已含有第一混合物的棉。所给出的浸泡时间,并不是固定值,一般浸泡20分钟左右,就能达到充分浸泡吸附的效果。各实施例中,均也是以20分钟左右为准。
步骤六、将引发剂加入水溶解后,加入液态硅酸钠,搅拌得到第二混合溶液。
步骤七、将所述步骤五中的含有混合物的棉浸泡在所述步骤六中的第二混合溶液中,浸泡5~40分钟后取出,得到已含有第二混合物的棉。
步骤八、将所述步骤七中的已含有第二混合物的棉在室温下用紫外光引发聚合或在50~80℃下热引发条件下聚合,得到分散有聚合物的棉。聚合物为高韧性 P(AA-co-AM)/WG凝胶的聚合物结构。50~80℃,是引发剂的起作用的温度,各实施例中,在该温度范围进行选择,并不严格要求,各实施例中,选择的温度为 70℃左右。
采用本发明中的制备方法,在体系内,多晶硅网络可以通过纠缠和分子间氢键(羧基-水分子-硅酸)与聚合物网络连接。最终形成无机/有机双网络互穿网络凝胶体系,增强了高韧性P(AA-co-AM)/WG凝胶体系的强度、弹性以及保水性。
步骤九、将所述步骤八中的分散有聚合物的棉干燥,得到降温衣用凝胶-棉复合材料。
具体实施例如下:
将各实施例制备的凝胶-棉复合材料做成衣服样子,施工人员隔着薄的衣服,将该棉套在身上,因为采用棉质作为基础材料,所以其较轻,且舒适度好。而制备而成的凝胶的具有吸收汗液,并将汗液保持在棉质内的效果。
Claims (5)
1.隧道施工适用的降温衣用凝胶-棉复合材料,其特征在于,由以下重量份的组分组成:棉5~40份,亲水性聚合物5~25份,水溶性单体8~40份,引发剂0.01~2份,交联剂0.2~3份,液态硅酸钠10~20份;
所述亲水性聚合物为聚乙烯醇和聚乙二醇中的一种;
所述的水溶性单体为丙烯酸钠、丙烯酸和丙烯酰胺中的一种;
所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化二苯酰和二苯甲酮中的一种;
所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、二(乙二醇基)二乙烯基醚、二(乙基二醇)二丙烯酸酯、碳酸氢钠中的一种。
2.如权利要求1所述的隧道施工适用的降温衣用凝胶-棉复合材料,其特征在于,由以下重量份的组分组成:棉38份,亲水性聚合物20份,水溶性单体35份,引发剂0.5份,交联剂1.5份、液态硅酸钠15份。
3.如权利要求1或2所述的隧道施工适用的降温衣用凝胶-棉复合材料,其特征在于,所述棉为棉布、棉纱、棉花中的一种或两种。
4.如权利要求1~3中任一项所述的隧道施工适用的降温衣用凝胶-棉复合材料的制备方法,其特征在于,该制备方法如下:称取上述各组分;
步骤一、取一半份数的亲水性聚合物加入水溶解,得到亲水性聚合物水溶液;
步骤二、将棉浸泡在所述步骤一中的亲水性聚合物水溶液中,充分浸泡,得到浸泡后的棉;
步骤三、将所述步骤二中浸泡后的棉取出,在-20℃~-170℃下冷冻,然后解冻,得到解冻后的棉;
步骤四、将水溶性单体加入水溶解后,加入交联剂和剩余份数的亲水性聚合物,搅拌得到第一混合溶液;
步骤五、将所述步骤三中解冻后的棉浸泡在所述步骤四中的第一混合溶液中,充分浸泡后取出,得到已含有第一混合物的棉;
步骤六、将引发剂加入水溶解后,加入液态硅酸钠,搅拌得到第二混合溶液;
步骤七、将所述步骤五中的含有混合物的棉浸泡在所述步骤六中的第二混合溶液中,充分浸泡后取出,得到已含有第二混合物的棉;
步骤八、将所述步骤七中的已含有第二混合物的棉在室温下用紫外光引发聚合或在50~80℃下热引发条件下聚合,得到分散有聚合物的棉;
步骤九、将所述步骤八中的分散有聚合物的棉干燥,得到降温衣用凝胶-棉复合材料。
5.如权利要求4所述的一种隧道施工适用的降温衣用凝胶-棉复合材料的制备方法,其特征在于,在所述步骤九中,干燥为自然干燥、加热干燥或冷冻干燥。
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