CN219988692U - 一种多层材料结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种多层材料结构，所述多层材料结构包括：柔性支撑层，所述柔性支撑层具有空隙，水蒸气可透过所述柔性支撑层；在柔性支撑层两侧对向设置有第一多孔层和第二多孔层；所述第一多孔层和第二多孔层为非致密结构，具有分级孔结构，所述分级孔结构包括纳米孔结构和微米孔结构；所述第一多孔层和第二多孔层具有红外发射率和太阳光反射率，所述红外发射率≥95%，太阳光反射率≥95%，该材料具有高红外辐射率和高太阳光反射率，两者结合为材料提供了良好的辐射制冷性能，制备得到的防护服具有显著的被动降温效果，极大的改善了穿戴防护服后人体热环境舒适性。

Description

一种多层材料结构

技术领域

本申请涉及防护服技术领域，具体涉及一种多层材料结构。

背景技术

防护服种类包括消防防护服、工业用防护服、医用防护服、军用防护服和特殊人群使用防护服。其中，医用防护服指的是用于保护医护人员，隔绝细菌、病毒等有害物质的防护性服装，在疫情防护、医疗救护等领域起着不可或缺的重要作用。常见的医用防护服主要采用高密织物、层压织物等材料制备而成。为确保防护服的防护能力，现有防护服在一定程度上牺牲了穿着舒适性。在夏季户外高温环境下，医护人员穿着不透气的防护服会十分闷热（在35℃的户外，医护人员的体感温度将达到64℃）。在新冠疫情防护中，据不完全统计，各地出现了近百例医护人员中暑晕倒或确诊热射病的情况。如何实现高效被动降温，已成为医用防护服发展中必须解决的新问题。

中国专利CN108778012A公开了一种可用于人体冷却和加热的红外透明的多孔聚合物纺织物，可调节人体温度；中国专利CN106142755A公开了一种多层织物，通过设计材料的红外辐射率来达到制冷的效果。但是现有技术中相关材料仅是作为普通衣服应用，当这类材料应用于医用防护服时，对病毒防护能力则具有较高的要求，现有医用防护服尚未涉及到利用辐射制冷技术实现被动降温技术。

发明内容

本申请提供一种多层材料结构，具备高的太阳光的反射率和高红外发射率，可实现高效辐射制冷能力，并且通过材料结构的优化设计，可实现良好的病毒过滤率，可有效应用于医用防护服领域，达到病毒隔离和人体降温的双重效果。

为解决上述技术问题，本申请一种多层材料结构，包括：

柔性支撑层，所述柔性支撑层具有空隙，水蒸气可透过所述柔性支撑层；

在柔性支撑层两侧对向设置结合有第一多孔层和第二多孔层；

所述第一多孔层和第二多孔层为非致密结构，具有分级孔结构，所述分级孔结构包括纳米孔结构和微米孔结构，所述纳米孔结构的孔径范围为10~1000nm，所述微米孔结构的孔径范围为1~10μm，所述分级孔随机排布在第一多孔层、第二多孔层中；

所述第一多孔层和第二多孔层具有红外发射率和太阳光反射率，所述红外发射率≥95%，太阳光反射率≥95%。

作为一种优选方案，所述柔性支撑层是无纺的、机织的、针织的、钩编的、毡制的或编织中的一种。

作为一种优选方案，所述柔性支撑层选自化纤网布层、无纺布层、弹力布层、牛津布层、革层、棉层、经编布层、尼丝纺层、雪纺层中的一种。

优选的，所述柔性支撑层可通过化学处理以变为亲水性的。

优选的，所述柔性支撑层为化纤网布。

作为一种优选方案，所述第一多孔层、第二多孔层选自PVDF-HFP多孔层、PDMS多孔层、PEO多孔层、PC多孔层、PP多孔层、PET多孔层、PS多孔层、PVC多孔层、PMMA多孔层、PVA多孔层中的一种。

优选的，所述第一多孔层、第二多孔层为PVDF-HFP多孔层。

作为一种优选方案，所述第一多孔层的厚度为100~800μm。

作为一种优选方案，所述第二多孔层的厚度为100~800μm

所述多层材料为三明治结构，柔性支撑层的一侧结合有第一多孔层，另一侧结合有第二多孔层，共同形成了高强度的多孔夹层材料。

一种医用防护服，由上述多层材料通过剪裁直接制得。

本申请的优点：

1、该材料具有高红外辐射率和高太阳光反射率，两者结合为材料提供了良好的辐射制冷性能，制备得到的防护服具有显著的被动降温效果，极大的改善了穿戴防护服后人体热环境舒适性。

2、该材料由于外表面具有分级多孔结构，具有良好的病毒过滤率和抗血液渗透性，可以有效隔绝病毒，因此可以直接作为医用防护服材料使用，无需与普通防护服材料进行复合，从而降低制备难度。

附图说明

图1为本申请实施例中提供的多层材料的结构示意图；

图2为本申请实施例中提供的多层材料的辐射制冷功率；

图3为本申请实施例中提供的多层材料的太阳光谱段反射率；

图4为本申请实施例中提供的多层材料制备的防护服的降温效果；

图5为采用本申请实施例中提供的多层材料制备的防护服的检测报告。

图中：1-第一多孔层；2-第二多孔层；3-柔性支撑层。

实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

在本申请的一个具体实施例中，如图1所示，本申请提供一种多层材料结构，包括柔性支撑层3，水蒸气可透过所述柔性支撑层3；

在柔性支撑层3两侧对向设置结合有第一多孔层1和第二多孔层2；

所述第一多孔层1和第二多孔层2为非致密结构，具有分级孔结构，所述分级孔结构包括纳米孔结构和微米孔结构，所述纳米孔结构的孔径范围为10~1000nm，所述微米孔结构的孔径范围为1~10 μm，所述分级孔随机排布在第一多孔层、第二多孔层中；

所述第一多孔层1和第二多孔层2具有红外发射率和太阳光反射率，所述红外发射率≥95%，所述太阳光反射率≥95%。

在本申请中，支撑层3由可透过水蒸气的材质组成，作为多层材料的支撑的同时，可有效起到透气的效果，保证人员穿着的舒适性；

第一多孔层1和第二多孔层2为具有分级孔材质的材料，所述分级孔结构包括纳米孔结构和微米孔结构，由于其具有10~1000nm的孔径，可有效的过滤细菌、病毒等颗粒，起到病毒防护的效果；所述微米孔结构的孔径范围为1~10 μm，在保证透气性的同时，可起到防尘防水、隔离血液等效果；第一多孔层1和第二多孔层2内的分级孔结构为随机的排布，保证了纳米孔结构在层内的均匀分布，从而达到均匀的病毒防护效果；因此本申请提供的多层材料过滤率可达95%以上，抗合成血液穿透性≥6级。

本申请中对过滤率以及抗合成血液的穿透性的测试方法是严格按照国标GB19082-2009《医用一次性防护服技术要求》的测试方法，所述多层材料通过控制材料配比，在多孔层内部形成分级孔，可使过滤效率可达≥95%，以满足医用防护服对于过滤效率的国标要求，对于抗合成血液穿透性，国标要求是≥2级，同样是由于分级孔的阻碍作用，抗合成血液无法穿透，因此这里本申请制备的多层材料的穿透性≥6级，可以保证在实际工况应用中的防护效果。

第一多孔层1和第二多孔层2采用的材料在红外大气波段（8μm～14μm）具有较高的红外发射率，可达到95%以上；在太阳光谱段（400~2000nm）具有很低的吸收率和很高的反射率，反射率可达到95%以上，结合材料自身所具有的的多孔结构，可有效将热量辐射到太空中，从而实现高效制冷。

本申请中提供了一种“三明治”类型夹层材料，第一多孔层1和第二多孔层2对向设置在柔性支撑层3的两侧，不需要任何粘结层，依靠柔性支撑层3两侧多孔层分子间结合力，在两侧多孔层溶剂挥发后三层即可实现结合，其优点在于通过在多孔层中间添加柔性支撑层3材料，相较于多孔层纯高分子膜材料，提高了材料的力学性能，并增加了材料本身柔软性以及过滤能力及抗渗透能力，更便于材料在防护服生产过程中的操作。

而相较于普通防护服材料，本申请得到的材料在具备辐射制冷改善人体热舒适功能的同时，材料本身满足作为医用防护服的相关指标，且具有更佳的透气性。这里，第一多孔层1和第二多孔层2的材料包括但不限于多孔结构、介质微球、亚波长结构或多层膜结构。

在本申请的一个实施例中，所述柔性支撑层3是无纺的、机织的、针织的、钩编的、毡制的或编织中的一种，柔性支撑层3可采用多种手段制备而得，有利于后续产业化推广。

在本申请的一个实施例中，所述柔性支撑层选自化纤网布层、无纺布层、弹力布层、牛津布层、革层、棉层、经编布层、尼丝纺层、雪纺层中的一种，对于柔性支撑层3的选择，考虑到实际穿着因素，选择柔软而又有透气性的材料，有利于穿着的舒适度。

在本申请的一个实施例中，所述柔性支撑层3可通过化学处理以变为亲水性的。亲水性的材料作为织物时具有更高的舒适度，化学处理的手段可以是多样的，例如可以通过热处理氧化、强氧化剂液相处理、电化学处理、等离子体处理、微波处理等方法对于支撑层3进行处理，使其表面带上亲水基团，使得柔性支撑层3具有亲水性。

在本申请的一个实施例中，所述柔性支撑层3为化纤网布。化纤网布为现有技术中常见的一种材质，成本低廉，有利于后期产业化推广。

在本申请的一个实施例中，所述第一多孔层1、第二多孔层2选自PVDF-HFP多孔层、PDMS多孔层、PEO多孔层、PC多孔层、PP多孔层、PET多孔层、PS多孔层、PVC多孔层、PMMA多孔层、PVA多孔层中的一种。上述材料本征具有较高的红外发射率以及太阳光反射率，适合作为辐射制冷防护服材料。

在本申请的一个实施例中，所述第一多孔层1、第二多孔层2为PVDF-HFP多孔层。采用PVDF-HFP制备得到的材料光学参数更好，而且具有更高的耐气候性，性质相对更稳定。

在本申请的一个实施例中，所述第一多孔层1的厚度为400μm。

在本申请的一个实施例中，所述第二多孔层2的厚度为400μm。

多孔层的厚度对于材料的性质具有显著影响，多孔层太薄，光学特性较差；多孔层太厚，做出来的材料穿戴性变差。本申请中选择的厚度同时兼顾了光学特性和穿戴特性。

一种医疗防护服，由上述多层材料直接制得。制备得到的多层材料，可直接制备成医疗防护服，通过常规缝纫、裁剪的方法即可，对于方法以及设备没有特殊要求。

实施例

以下结合具体实施例以及对比例对本申请加以进一步解释，但是需要阐述的是，实施例不视为对本申请的限制。

实施例

一种多层材料的制备，包括如下步骤：

S1：将10g PVDF-HFP 溶解于70g丙酮中，加10g去离子水，加热搅拌至溶液澄清，即得PVDF-HFP前驱体溶液；

S2：将涤纶网布平铺，并在正交两个方向进行拉伸，使涤纶网布处于绷紧状态；

S3：将PVDF-HFP前驱体溶液刮涂到基板上，丙酮及去离子水挥发后即得400μm厚度的第一多孔层；

S4：将步骤S2中绷紧的涤纶网布平铺放置到步骤S3所得到的第一多孔层之上，得到复合前驱层；

S5：将PVDF-HFP前驱体溶液再次刮涂到复合前驱层中支撑层表面，溶剂挥发后形成400μm厚的第二多孔层，即得到多层材料产品。

将步骤S5得到的多层材料进行裁剪，即得到可应用的医用防护服。

和实施例1相比，对比例1没有步骤S5，S4完成后即得到单层涂覆的材料，即涤纶网布+第一多孔层，将单层涂覆材料剪裁后制作成为医用防护服，其他步骤与具体实施例1均相同。

和实施例1相比，对比例2的步骤S5为：

S5：将PVDF-HFP前驱体溶液再次刮涂到复合前驱层中第一多孔层表面，溶剂挥发后形成400μm厚的第二多孔层，即得到多层材料产品，此时第一多孔层和第二多孔层位于支撑层的同一侧，将双层涂覆材料剪裁后制作成为医用防护服，其他步骤与具体实施例1均相同。

通过测试发现，如图2所示，实施例1制得的多层材料在光照条件下，在35~50℃的环境温度下，辐射制冷功率在53~243W/㎡之间，在夜间环境温度15~55℃条件下，辐射制冷功率在114~273W/㎡之间。

如图3所示，实施例1制得的多层材料制得的辐射制冷材料在太阳光波段具有95%以上的平均反射率，相对于普通一次性医用防护服材料69%左右的平均反射率，具有较大提高。同时，经红外测试仪多次测试取平均值后，该材料在8μm-14μm波段具有95.8%的平均红外辐射发射率，提供了良好的辐射制冷性能。

对比例1和对比例2提供的材料性能相较于具体实施例1，性能较差。对比例1提供的材料，辐射制冷功率为33~210W/㎡，太阳光平均反射率为90%，平均红外辐射发射率为92.1%；这是因为相较于实施例1，材料仅包括1层多孔层，导致材料本身多孔层厚度降低，从而影响材料最终的光学特性参数；对比例2提供的材料，经测试得到光学特性参数与实施例1相同，但断裂强度明显降低，且经拉伸后，多孔层易从材料表面脱落；这是由于支撑层未处于多孔层内部，仅附着于支撑层表面所致。

在无风，环境温度为17℃的正午阳光照射下进行温度对比实验发现，如图4所示，实施例1制得的多孔材料相比较于普通的防护服材料可以实现材料内表面24℃的降温效果，极大的改善了穿戴防护服后人体热环境舒适性。

在相关医用防护服指标检测中，如图5的检测报告所示，实施例1制得的材料，所有检测项结果均合格，且与普通防护服材料相比，该材料由于外表面具有多孔结构，在保证良好透气性的同时，具有98.3%的过滤效率（国标要求≥70%），同时对于血液具备良好的抗渗透性，可达6级及以上（国标要求≥2级），可以有效隔绝病毒，可以直接作为医用防护服材料使用，无需与普通防护服材料进行复合，从而降低制备难度，提升该方案在产业化方面的可实施性。

Claims (6)

1.一种多层材料结构，其特征在于，所述多层材料结构包括：

柔性支撑层，所述柔性支撑层具有空隙，水蒸气可透过所述柔性支撑层；

在柔性支撑层两侧对向设置有第一多孔层和第二多孔层；

所述第一多孔层和第二多孔层为非致密结构，具有分级孔结构，所述分级孔结构包括纳米孔结构和微米孔结构，所述纳米孔结构的孔径范围为10~1000 nm，所述微米孔结构的孔径范围为1~10μm，所述分级孔随机排布在第一多孔层、第二多孔层中；

所述第一多孔层和第二多孔层具有红外发射率和太阳光反射率，所述红外发射率≥95%，太阳光反射率≥95%。

2.根据权利要求1所述的多层材料结构，其特征在于：所述柔性支撑层选自化纤网布层、无纺布层、弹力布层、牛津布层、革层、棉层、经编布层、尼丝纺层、雪纺层中的一种。

3.根据权利要求2所述的多层材料结构，其特征在于：所述柔性支撑层可通过化学处理变为亲水性柔性支撑层。

4.根据权利要求1所述的多层材料结构，其特征在于：所述第一多孔层、第二多孔层选自PVDF-HFP多孔层、PDMS多孔层、PEO多孔层、PC多孔层、PP多孔层、PET多孔层、PS多孔层、PVC多孔层、PMMA多孔层、PVA多孔层中的一种。

5.根据权利要求4所述的多层材料结构，其特征在于：所述第一多孔层、第二多孔层为PVDF-HFP多孔层。

6.根据权利要求1所述的多层材料结构，其特征在于：所述第一多孔层的厚度为100~800μm，所述第二多孔层的厚度为100~800μm。