一種具有協(xié)同功能的納米防護材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有協(xié)同功能的納米防護材料及其制備方法，屬于防護材料制備技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀，全球生態(tài)環(huán)境復雜多變，且隨著科學技術(shù)進步與自然環(huán)境惡化，細菌、病毒，有毒化學物質(zhì)無時不危害著人類健康。為更好應對火災、自然疫情、生化恐怖襲擊等突發(fā)生事件，未來全球防護材料及防護服必將向著高性能化、功能化、一體化的方向發(fā)展，為穿著者提供更全面的防護。
[0003]納米纖維的用途很廣泛，如將納米纖維植入織物表面，可形成一層穩(wěn)定的氣體薄膜，所得織物多孔且有膜，不僅能使空氣透過，具有可透氣性，還能擋風和過濾微細粒子，對其它物質(zhì)具有阻隔性，可防生化武器及有毒物質(zhì)。同時疏水劑可以降低材料的表面能，增大材料表面的接觸角，從而達到疏水效果，將兩者結(jié)合可很大程度的減小納米纖維膜表面與液體的接觸面積。灰塵、粉塵、油脂等污染物沾附在表面時易隨著水滴一起脫落，因而材料能夠保持清潔。納米纖維膜粗糙的亞微米結(jié)構(gòu)以及疏水劑自修復的協(xié)同作用賦予材料表面自清潔功能。石墨烯獨特的二維層狀結(jié)構(gòu)和大量的含氧官能團能提高聚合物的熱穩(wěn)定性和火安全性。石墨烯與阻燃劑聯(lián)合使用，不僅可強化膨脹炭層，而且能在材料表面形成很好的保護層，賦予材料具有阻燃效果，同時石墨烯也可增強兩者的協(xié)同阻燃效應。納米級Ti02、ZnO等光催化型殺菌劑能與多種有機物發(fā)生反應，從而將細菌及其殘骸和毒素徹底殺滅與含氨基的納米纖維協(xié)同具有降解生化制劑解毒功能。
[0004]中國專利公開號CN 103275395 A，公開日期為2013年9月4日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:一種具有抗靜電功能的石墨烯阻燃劑及其制備方法，該發(fā)明公開了一種具有抗靜電功能的石墨烯阻燃劑制備方法及其應用，其特征在于所述具有抗靜電功能的石墨烯阻燃劑組分為:氧化石墨烯50-100份，阻燃劑100份，分散劑10-20份，工藝助劑0.1-0.2份。該專利的優(yōu)點是該石墨烯阻燃劑可以起到抗靜電及阻燃的復合效果，可廣泛用于制備熱塑性聚合物復合物，加工過程簡單，無粉塵污染，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，尤其適合用于抗靜電的場合。中國專利公開號CN 102963046 A,公開日期為2012年12月03日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:一種納米服裝材料，該發(fā)明公開了納米服裝材料，其特征在于所述納米服裝材料由三層材料組成，分別是納米材料層、普通材料層和連接層，所述普通布料層位于納米服裝材料結(jié)構(gòu)上方:所述納米材料層和普通布料層通過中間的連接層連接。該專利的優(yōu)點是健康保暖且具有防水、防油、防污、防霉功效，但不足之處在于對外界環(huán)境中微小粒子、細菌病毒等有害物質(zhì)不能起到很好的防護作用。
[0005]美國加州大學戴維斯分校的王棟、孫剛等人，利用熔融擠出相分離方法，將熱塑性聚烯烴/CAB (醋酸丁酸纖維素)共混體系體系熔融擠出制備了聚烯烴共聚物納米纖維。用該方法制備的乙烯-乙烯醇共聚物(PVA-ctPE)納米纖維膜表面含大量的活性基團，有較大的長徑比和尺寸效應，該納米纖維膜極易被改性而制備出各種具有特殊功能的納米纖維材料，可以與其它成分組合增加協(xié)同效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有阻燃、解毒和防水阻隔協(xié)同功能的納米防護材料及其制備方法，為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種具有協(xié)同功能的納米防護材料，所述納米防護材料由解毒功能層、非織造布、阻燃功能層、超疏水納米纖維阻隔層組成，其中非織造布為支撐層，非織造布下方噴涂有解毒功能層，非織造布支撐層上方旋涂有阻燃功能層，阻燃功能層上方噴涂有超疏水納米纖維阻隔層。
[0007]所述的解毒功能層由抗菌劑和氨基納米纖維組成。
[0008]所述的阻燃功能層由石墨烯、阻燃劑組成。
[0009]所述的超疏水納米纖維阻隔層由疏水劑和納米纖維組成。
[0010]所述的抗菌劑為納米銀或納米氧化鈦或納米氧化鋅中的一種，所述的氨基納米纖維由氨基硅烷、聚乙烯醇和聚乙烯組成。
[0011]所述的非織造布為水刺無紡布或針刺無紡布或紡粘無紡布或熔噴無紡布或熱合無紡布或縫編無紡布其中一種，其克重為30-130g/m2，孔尺寸范圍在3-100微米。
[0012]所述的阻燃劑為聚磷酸銨或三聚氰胺。
所述的疏水劑為含氟硅烷；所述的納米纖維由聚乙烯醇和聚乙烯組成。
[0013]一種具有協(xié)同功能的納米防護材料制備方法，所述制備方法按照以下步驟進行:
A.解毒功能層的制備
將氨基硅烷與乙烯-乙烯醇共聚物，按質(zhì)量比10-50:90-50均勻混合，經(jīng)雙螺桿擠出機恪融擠出、牽伸、切粒得到氨基娃燒/乙稀-乙稀醇共聚物母粒。
[0014]將氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物母粒與乙酸丁酸纖維素按質(zhì)量比20:80均勻混合后經(jīng)雙螺桿擠出機熔融擠出、牽伸得到氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纖維素共混纖維。
[0015]將氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纖維素共混纖維，經(jīng)丙酮萃取，去除基體乙酸丁酸纖維素，得到氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物納米纖維。
[0016]按照質(zhì)量比為50:50配制成醇和水的混合溶劑，將經(jīng)上述步驟得到的氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物納米纖維與醇和水的混合溶劑按照質(zhì)量比為1-5:100進行混合，經(jīng)乳化機的高速剪切，得到分散均勻的氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物納米纖維懸浮液。
[0017]將抗菌劑與氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物納米纖維懸浮液按照質(zhì)量比0.01-0.05:100混合，經(jīng)超聲波分散均勻，得到抗菌劑/氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物納米纖維懸浮液。
[0018]將經(jīng)上述步驟得到的抗菌劑/氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物納米纖維懸浮液置于高壓噴槍中，均勻地噴涂于無紡布的底層表面，晾干后得到解毒功能層，所述的醇為乙醇或異丙醇或丙三醇或丙醇其中一種。
[0019]B.阻燃功能層的制備
將石墨烯、阻燃劑與分散劑，按質(zhì)量比1-5:5-15:94-80均勻混合，混合后置于細胞粉碎儀或超聲儀中分散均勻，得到石墨烯/阻燃劑懸浮液。
[0020]將制備好的石墨烯/阻燃劑懸浮液，置于旋涂儀中，均勻地旋涂于無紡布表層，自然晾干或在真空干燥箱中干燥后得到阻燃功能層。
[0021]所述分散劑為水或DMS0或DMF或丙三醇或叔丁醇其中兩種的組合。
[0022]C.超疏水納米纖維阻隔層的制備將乙烯-乙烯醇共聚物與乙酸丁酸纖維素按質(zhì)量比20:80均勻混合，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融擠出、牽伸，得到乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纖維素共混纖維。
[0023]將乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纖維素共混纖維，經(jīng)丙酮萃取，去除基體乙酸丁酸纖維素，得到乙烯-乙烯醇共聚物納米纖維。
[0024]按照醇和水的質(zhì)量比為50:50配制成混合溶劑，將上述步驟得到的乙烯-乙烯醇共聚物納米纖維、混合溶劑、疏水劑按照質(zhì)量比為1-5:100:0.5-5進行混合，經(jīng)乳化機，得到分散均勻的疏水劑/乙烯-乙烯醇共聚物納米纖維懸浮液。
[0025]將經(jīng)上述步驟得到疏水劑/乙烯-乙烯醇共聚物納米纖維懸浮液置于高壓噴槍中，均勻地噴涂于石墨烯阻燃層表層，晾干后得到超疏水納米纖維阻隔層；
所述的疏水劑為含氟疏水劑。
[0026]本發(fā)明由于采用納米級Ag、Ti02、Zn0等光催化型抗菌劑作為解毒納米纖維材料其所含抗菌劑能與多種有機物如細菌內(nèi)的有機物及其分泌的毒素等發(fā)生反應，可將細菌及其殘骸和毒素徹底殺滅、消除；氨基硅烷含羥基，將其接枝到PVA-co-PE納米纖維上所得含氨基的納米纖維具有解毒功能，石墨烯與阻燃劑聯(lián)合使用，石墨烯可強化膨脹炭層，能在材料表面形成在很好的保護層，炭層可以有效阻隔熱量以及氧氣的傳輸，從而賦予材料具有阻燃效果，同時石墨烯也可增強兩者的協(xié)同阻燃效應，在阻燃方面顯示出良好的使用性能；含氟超疏水納米纖維賦予紡織物表面超強的疏水、阻隔和自修復性能，使油性或水性成分物質(zhì)均不能直接沾附，可有效阻擋飛沫進入內(nèi)層，不僅能夠有效防油、防水、防污，還具有良好的透濕性。采用上述技術(shù)方案所得復合結(jié)構(gòu)納米防護服材料，在抗菌，殺毒、自凈化，阻燃防油、防水等方面均顯示出良好的使用性能。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明納米防護材料的構(gòu)造示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述:
見附圖一種具有協(xié)同功能的納米防護材料，所述納米防護材料由解毒功能層4、非織造布3、阻燃功能層2、超疏水納米纖維阻隔層1組成，其中非織造布3為支撐層，非織造布3下方噴涂有解毒功能層4,非織造布支撐層3上方旋涂有阻燃功能層2,阻燃功能層2上方噴涂有超疏水納米纖維阻隔層1。
[0029]所述的解毒功能層4由抗菌劑和氨基納米纖維組成。
[0030]所述的阻燃功能層2由石墨烯、阻燃劑組成。
[0031]所述的超疏水納米纖維阻隔層1由疏水劑和納米纖維組成。
[0032]所述的抗菌劑為納米銀或納米氧化鈦或納米氧化鋅中的一種，所述的氨基納米纖維由氨基硅烷、聚乙烯醇和聚乙烯組成。
[0033]所述的非織造布3為水刺無紡布或針刺無紡布或紡粘無紡布或熔噴無紡布或熱合無紡布或縫編無紡布其中一種，其克重為30-130g/m2，孔尺寸范圍在3-100微米。
[0034]所述的阻燃劑為聚磷酸銨或三聚氰胺。
所述的疏水劑為含氟硅烷；所述的納米纖維由聚乙烯醇和聚乙烯組成。
[0035]一種具有協(xié)同功能的納米防護材料制備方法，所述制備方法按照以下步驟進行:
A.解毒功能層4的制備
將氨基硅烷與乙烯-乙烯醇共聚物，按質(zhì)量比10-50:90-50均勻混合，經(jīng)雙螺桿擠出機恪融擠出、牽伸、切粒得到氨基娃燒/乙稀-乙稀醇共聚物母粒。
[0036]將氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物母粒與乙酸丁酸纖維素按質(zhì)量比20:80均勻混合后經(jīng)雙螺桿擠出機熔融擠出、牽伸得到氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纖維素共混纖維。
[0037]將氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纖維素共混纖維，經(jīng)丙酮萃取，去除基體乙酸丁酸纖維素，得到氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物納米纖維。
[0038]按照質(zhì)量比為50:50配制成醇和水的混合溶劑，將經(jīng)上述步驟得到的氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物納米纖維與醇和水的混合溶劑按照質(zhì)量比為1-5:100進行混合，經(jīng)乳化機的高速剪切，得到分散均勻的氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物納米纖維懸浮液。
[0039]將抗菌劑與氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物納米纖維懸浮液按照質(zhì)量比
0.01-0.05:100混合，經(jīng)超聲波分散均勻，得到抗菌劑/氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物納米纖維懸浮液。
[0040]將經(jīng)上述步驟得到的抗菌劑/氨基硅烷/乙烯-乙烯醇共聚物納米纖維懸浮液置于高壓噴槍中，均勻地噴涂于無紡布3的底層表面，晾干后得到解毒功能層，所述的醇為乙醇或異丙醇或丙三醇或丙醇其中一種。
[0041]B.阻燃功能層2的制備
將石墨烯、阻燃劑與分散劑，按質(zhì)量比1-5:5-15:94-80均勻混合，混合后置于細胞粉碎儀或超聲儀中分散均勻，得到石墨烯/阻燃劑懸浮液。
[0042]將制備好的石墨烯/阻燃劑懸浮液，置于旋涂儀中，均勻地旋涂于無紡布表層，自