多層復合抗菌阻燃面料的制備及性能

漆春一 ,朱國權(quán)

(1.廣東職業(yè)技術(shù)學院,廣東 佛山 528000;2.中紡協(xié)東莞檢驗技術(shù)服務(wù)有限公司,廣東 東莞 532900)

在消防、應(yīng)急救援等領(lǐng)域,從業(yè)人員常處于各種潛在的高溫、高濕環(huán)境,具有防水、阻燃及抗菌等功能的紡織品在保護工作人員安全方面有著重要意義。從功能性角度考量,設(shè)計多層復合抗菌阻燃面料結(jié)構(gòu),篩選及配制炭珠層及防水阻燃層的材料,并對織制試樣進行測試分析。

1 多層復合抗菌阻燃面料的設(shè)計思路

多層復合抗菌阻燃面料由6 層結(jié)構(gòu)組成,如圖1所示。自上而下依次為外層、基布層、第一黏接層、炭珠層、第二黏接層、透氣底層。

圖1 多層復合抗菌阻燃面料結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 面層(外層+基布層)

面層采用基布層涂覆外層的防水阻燃材料織制。一方面有效防止消防救援中大量的水進入服裝材料的內(nèi)部使消防員身體浸濕,另一方面具有良好的阻燃性。

1.2 炭珠層

炭珠層具有良好的抗菌、防霉、防毒和吸汗作用,透過透氣底層的汗液可以被炭珠層吸收,保證透氣底層環(huán)境的舒適性,提升了由其制得防護服的舒適性。

1.3 膠黏層

膠黏層主要作用是連接透氣底層與炭珠層、炭珠層與面層。所選用的膠黏層一是具備良好的黏接強度;二要有適當?shù)娜埸c,不能因制備過程中溫度過高而影響透氣底層的透氣性以及炭珠層的抗菌、防霉性。

1.4 透氣底層

透氣底層直接接觸身體的內(nèi)部,要求具備較好的力學性能,厚度適中,具有較強的吸濕排汗性,同時易于與其他材料粘接。

2 多層復合抗菌阻燃材料的篩選

根據(jù)多層復合抗菌阻燃面料的設(shè)計思路及功能要求,篩選分層材料。

2.1 外層材料

外層材料的主要功能為防水阻燃,并且能很好地涂覆于基布上。防水性是指織物抵抗被水潤濕和滲透的性能[1];阻燃性是指物質(zhì)或材料經(jīng)處理后具有的明顯推遲火焰蔓延的性質(zhì)。因此,將具備防水性和阻燃性的材料涂覆于基布上形成涂層織物為最佳選擇。涂層織物屬于工程復合類材料,以涂覆方式使基布與涂層材料結(jié)合,以此形成的涂層織物兼具紡織品與涂層材料的優(yōu)點,使織物具備良好的機械性能和防水阻燃性能。

按照外層材料的性能要求,選擇滌綸針織面料作為基布。選擇無鹵阻燃劑、聚丙烯酸酯、納米二氧化鈦、環(huán)氧樹脂、甲基三甲氧基硅烷、熱膨脹微球、石墨烯、MF預聚體、消泡劑、填料和增黏劑為原料,以一定的比例配制防水阻燃材料。通過無鹵阻燃劑、環(huán)氧樹脂、MF預聚體、熱膨脹微球和增黏劑的復配反應(yīng)提高PPA 復合材料的力學性能和成膜性能;聚丙烯酸酯以其獨特的黏合性增加防水阻燃材料成膜的光澤度、防水性和彈性;聚丙烯酸酯與環(huán)氧樹脂接枝,再與MF預聚體共聚,得到具有高模量和優(yōu)良防腐蝕性的環(huán)氧樹脂,同時得到具備丙烯酸酯光澤度的防水阻燃材料;再則,甲基三甲氧基硅烷表面的Si—OH 鍵,可與聚丙烯酸酯中的羧基發(fā)生化學反應(yīng),通過化學交聯(lián),更好地將無鹵阻燃劑封閉在膠體內(nèi)部,并且降低其遷移表面所產(chǎn)生的“返霜”缺陷,以此提高防水阻燃材料的阻燃性能;除此之外,MF預聚體的表面可與納米二氧化鈦進行改性接枝,提高MF預聚體對太陽光的反射率,從而提高防水阻燃材料的低溫輻射能力和高溫反射力,使防水阻燃材料具有更好的綜合性能。

2.2 炭珠層材料

以油酸鈉、竹炭粉、酚醛樹脂、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基苯磺酸鈉和納米銀為原料,按照一定比例配制得到復合炭珠。該復合炭珠的比表面積高,具有良好的抗菌性、防霉性、防毒性和吸汗性。同時,納米銀成分提升復合炭珠的抗菌、防臭效果;表面活性劑(十二烷基苯磺酸鈉)將竹炭粉和酚醛樹脂結(jié)合,油酸鈉促進納米銀在竹炭粉和酚醛樹脂中的均勻分布,十六烷基三甲基溴化銨進一步提升復合炭珠的結(jié)構(gòu)和化學穩(wěn)定性,使得配制的復合炭珠球形度好。

2.3 膠黏層材料

膠黏層選擇聚氨酯樹脂膠黏劑,該膠黏劑具有很強的粘接性能,可將復合面料的各層進行緊密粘合,避免脫膠問題,提升復合材料的實用性和穩(wěn)定性。

2.4 透氣底層材料

透氣底層采用吸濕性和透氣性較好的Coolmax滌綸纖維。

3 防水阻燃層與炭珠層的配制

防水阻燃層與炭珠層的配制分別見表1和表2。

4 測試項目及方法

4.1 剝離強度

按FZ/T 01085—2009《熱熔粘合襯剝離強力試驗方法》[2]進行測量。使用萬能拉伸試驗機測試材料的剝離強度,剝離強度=剝離力/試樣寬度。

4.2 阻燃等級

阻燃等級采用UL94《材料燃燒性能試驗方法》[3]。根據(jù)材料點燃后的燃燒速度、燃燒時間、抗滴能力以及滴珠是否燃燒判定材料的阻燃等級。

4.3 防水性能

防水性能按照GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第1部分:吸濕法》[4]進行測定。

4.4 透氣性能

透氣性能按照GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣性的測定》[5],采用數(shù)字式透氣量儀進行測試。

4.5 比表面積及微孔孔容

采用BET 方程計算比表面積,T-plot法計算微孔比表面積和孔容,BJH 法計算中孔比表面積和孔容。

4.6 抗菌性

抗菌性參照GB/T 21510—2008《納米無機材料抗菌性能檢測方法》[6]測試。

5 測試與分析

5.1 試樣炭珠層性能測試

對4種炭珠層的抗菌性、比表面積及微孔孔容進行測試,測試結(jié)果見表3。

表3 抗菌性、比表面積及微孔孔容

通過表3可以發(fā)現(xiàn),配制炭珠層D1、D2、D3的抗菌性、比表面積及微孔孔容均大于D4所購買的炭珠。抑菌率值越大,抗菌性越好;比表面積和微孔孔容作為衡量材料吸附性能的主要指標,比表面積值越大,微孔孔容值越高,材料的吸附能力越強。主要原因在于納米銀本身具有較好的抗菌性和除臭性,十二烷基苯磺酸鈉作為表面活性劑,促進納米銀在竹炭粉和酚醛樹脂中的均勻分布,從而提高其比表面積和微孔孔容。

5.2 試樣綜合性能測試

對5種復合面料的透氣量、透濕量、剝離強度及阻燃等級進行測試,測試結(jié)果見表4。

表4 試樣綜合性能測試

由表4 可以看出,試樣A1BCD1EF、A2BCD2EF及A3BCD3EF 透氣量離散系數(shù)為0.002 667,試樣A1BCD1EF、A2BCD2EF、A3BCD3EF、A4BCD1EF、A5BCD2EF離散系數(shù)為0.007 292;試樣A1BCD1EF、A2BCD2EF 及 A3BCD3EF 透濕量離散系數(shù)為0.005 487,試樣 A1BCD1EF、A2BCD2EF、A3BCD3EF、A4BCD1EF、A5BCD2EF 離散系數(shù)為0.010 478;A1BCD1EF、A2BCD2EF及A3BCD3EF剝離強度離散系數(shù)為0.033 905,試樣A1BCD1EF、A2BCD2EF、A3BCD3EF、A4BCD1EF、A5BCD2EF 離散系數(shù)為0.166 161;前3組試樣的離散系數(shù)均小于整體的離散系數(shù)。

A1BCD1EF、A2BCD2EF 及A3BCD3EF 的阻燃等級均為0.8 mm V-0,表明試樣進行2次10 s的燃燒測試后,火焰在10 s內(nèi)熄滅;而A4BCD1EF 為最低阻燃等級,A5BCD2EF火焰在60 s內(nèi)熄滅。這是因為前3組試樣多層復合結(jié)構(gòu)一致,僅在防水阻燃層配制時溫度及時間處理不同,而后面2 組試樣,防水阻燃層A4未添加MF預聚體,A5未添加增黏劑,說明MF預聚體及增黏劑有助于提高試樣的防水阻燃性能。

6 結(jié)束語

介紹了多層復合抗菌阻燃面料的結(jié)構(gòu)設(shè)計思路,確定外層、基布層、第一黏接層、炭珠層、第二黏接層、透氣底層為面料的結(jié)構(gòu),以功能為定位篩選防水阻燃層和炭珠層的材料配制,并對炭珠層的抑菌率、比表面積和微孔孔容及復合面料透氣量、透濕量、剝離強度和阻燃等級進行測試分析,結(jié)果顯示:設(shè)計炭珠層比普通購買的炭珠的抗菌性及吸附性好,設(shè)計的防水阻燃層加入MF預聚體及增黏劑比未加入時的防水阻燃性能優(yōu)異。