一种防刺涂层芳纶织物的制备方法

摘要

本发明涉及一种防刺涂层芳纶织物的制备方法，其特征是先制备分散剂，将铜粉研磨成纳米级粒子，然后将纳米级铜粒子溶于分散剂制得纳米级铜粒子水分散体；将丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯等单体进行聚合和乳化，制得聚丙烯酸酯乳液；将纳米级铜粒子水分散体与聚丙烯酸酯乳液复合制得纳米级铜粒子/聚丙烯酸酯类复合乳液；将此乳液对芳纶织物进行涂层整理制备防刺涂层芳纶织物。本发明制备的防刺涂层芳纶织物的具有明显的防刺性能，它的其它各项指标与市场采购的涂层芳纶织物的各项指标几乎接近；本发明制备的防刺涂层芳纶织物经过10次水洗后，其各项指标均没有明显下降，说明其稳定性和耐久性均很好。

说明书

技术领域

本发明属于防刺织物技术领域，具体涉及一种防刺涂层芳纶织物的制备方法。

背景技术

随着社会的高速发展，一些国际性的恐怖事件时有发生，此事件促进了个体防护技术的发展。尽管包括中国在内的很多国家对刀具实行了严格的管制，但是一些与刀具相关的暴力事件时有发生，所以防刺服装的研发受到广泛的关注。防刺服装要求既满足防刺要求，又能服用。随着人们对服装防刺性能要求的提高，迫切需要隐蔽性好、舒适度高和价格低廉的防刺服。在防刺服装的材料方面，芳纶纤维以其独特的优势在防刺材料得到广泛的应用，芳纶是一种新型的合成纤维，其化学名称为：苯二甲酰苯二胺。但是，单纯的芳纶纤维的防刺性能还不尽人意，有待进一步提高。

织物防刺的机理为刺刀是低速低能量的剪切刺割，即刺刀刺入衣服时能量迅速降低，由刺入区域的纤维将冲击能向接触点以外的区域进行传播。目前，织物防刺的研究也有较多报道，对织物的防刺功能主要从以下几个方面展开：(1)在纱线纺织成织物的过程中设计不同的经纱层和纬纱层，如：中国专利申请号201620244156.9公布了一种防刺织物及其织造装置，该专利采用主机用于对经纱、纬纱和捆绑纱进行交织，经轴用于缠绕经纱或捆绑纱，并将经纱或捆绑纱传输至主机。(2)在织物层间包裹一些起防刺功能的物质，如：中国专利申请号200610064171.6公布了防刺织物，该专利由多层聚酯和/或聚酰胺织物层彼此相互固定，并且与乳胶、EVA或聚氨酯制成的中间层共同形成的夹层结构，通过热和压力使各部分连接。(3)在织物间嵌入防护模块，如：中国专利申请号201710323336.5公布了一种柔性防刺织物，其在柔性基布上设有多个五间隙紧密排列的防护模块，相邻防护模块通过相互配合的双孔锁紧圈及连接扣连接固定。这些方法对于特定的织物，可以起到一定的防刺功效，但是，这些方法对于芳纶纤维的防刺性能增强存在一些不足，因为芳纶纤维自身强度高，本身就具有一定的防刺性能。因此，要进一步提高芳纶纤维的防刺性能，需要寻求新的技术。

发明内容

本发明的目的是克服以往技术的不足，提供一种防刺涂层芳纶织物的制备方法。本发明将金属铜研磨为纳米级小粒子后混入涂层剂，经过涂层整理的芳纶织物外表覆盖一层涂层剂，该涂层剂由于含有金属铜，所以具有很强的防刺性能。

本发明所述的一种防刺涂层芳纶织物的制备方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：

(1)分散剂的制备：将一定质量的甲基丙烯酸和聚合度为45的烯丙基聚氧乙烯醚单体同时溶解于适量的去离子水中配置为单体溶液，备用，其中，甲基丙烯酸与烯丙基聚氧乙烯醚的摩尔比为1∶0.2～0.4；然后在搅拌条件下，控制温度为79～81℃，将配置好的单体与过硫酸铵引发剂分别滴加到装有一定量去离子水的四口烧瓶中，其中，过硫酸铵的质量占单体总质量的0.1～0.4％，滴加时间控制在2～3h，滴加完毕后，保温3～4h；最后冷却，即制得分散剂；利用凝胶渗透色谱仪测得所述分散剂的重均分子量为8500～25000；

(2)纳米级铜粒子水分散体的制备：将一定质量的铜粉研磨成纳米级别，粒径范围为3～10纳米；将步骤(1)制备的分散剂用水稀释至质量分数为1～2％，将氢氧化铝溶于分散剂溶液，均匀搅拌制备为纳米级铜粒子水分散体，其中，纳米级铜粒子与分散剂溶液的料液比为1∶30～50，此纳米级铜粒子水分散体放置一周，不发生分层或沉淀现象即可；

(3)涂层剂的制备：称取适量十二烷基苯磺酸钠、辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂、丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯和过硫酸铵等，其中，十二烷基苯磺酸钠(g)、辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂(g)、丙烯酸(mol)、丙烯酸丁酯(mol)、苯乙烯(mol)和过硫酸铵(g)的质量比为：0.5～1∶1～2∶0.1～0.2∶0.1～0.2∶0.1～0.2∶0.5～1；将全部的十二烷基苯磺酸钠、辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂和占总量1/3的丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯和过硫酸铵引发剂溶解于适量的去离子水中，均匀搅拌，控制温度为75～85℃，搅拌1～2h；然后，将剩余2/3的丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯和过硫酸铵引发剂溶于适量去离子水后滴加到刚刚搅拌的混合溶液中，滴加时间控制在2～3h，滴加完毕后，保温2～3h，即可；此乳液放置一月，不发生分层或沉淀现象即可制得聚丙烯酸酯乳液；

(4)乳液的制备：将步骤(2)制备的纳米级铜粒子水分散体与步骤(3)制备的乳液混合，其中，步骤(2)制备的纳米级铜粒子水分散体与步骤(3)制备的乳液的体积比为1︰2～4，将混合后的溶液在高速分散匀质机上搅拌1～2h，搅拌温度为50～60℃，即可得到纳米级铜粒子水分散体/聚丙烯酸酯类复合乳液；

(5)防刺涂层芳纶织物的制备：在绷架上将芳纶织物紧绷，用刮刀均匀涂刮步骤(4)制备的乳液于织物上，涂布量干重为40～45g/m²，于90℃烘干2分钟，于140～170℃焙烘3分钟，即可制得防刺涂层芳纶织物。

本发明具有如下显著特点：

(1)本发明制备的复合乳液涂层剂由纳米级铜粒子和聚丙烯酸酯共同组成，纳米级铜粒子被涂层包裹在芳纶表面，起到的防刺效果。纳米级铜粒子具有很强的反刺性能，但单独使用时，其容易滑动，其防刺性能并不能有效发挥出来；纳米级铜粒子固定时，其防刺性能可有效发挥，本发明通过涂层将其固定。

(2)本发明制备的防刺涂层芳纶织物的防刺性能比采购的涂层芳纶织物明显提高；防刺涂层芳纶织物经过10次水洗后，其防刺性能没有被削弱，说明纳米级铜粒子通过涂层与间纤维结合很牢，说明防刺涂层芳纶织物的稳定性和耐久性均很好。

(3)本发明制备的防刺涂层芳纶织物的制备工艺简单，原料廉价，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

以下所述实施例详细说明了本发明。

实施例1

本实施例的一种防刺涂层芳纶织物的制备方法，所述制备方法包含如下步骤：

(1)分散剂的制备：将0.1mol甲基丙烯酸和0.02mol聚合度为45的烯丙基聚氧乙烯醚单体同时溶解于30mL去离子水中配置为单体溶液，备用；然后在搅拌条件下，控制温度为79～81℃，将配置好的单体与过硫酸铵引发剂分别滴加到装有100mL去离子水的四口烧瓶中，其中，过硫酸铵的质量占单体总质量的0.1％，滴加时间控制在2h，滴加完毕后，保温3h；最后冷却，即制得分散剂；利用凝胶渗透色谱仪测得所述分散剂的重均分子量为9500；

(2)纳米级铜粒子水分散体的制备：将5g的铜粉研磨成纳米级别，粒径范围为3～5纳米；将步骤(1)制备的分散剂用水稀释至质量分数为1％，将氢氧化铝溶于分散剂溶液，均匀搅拌制备为纳米级铜粒子水分散体，其中，纳米级铜粒子与分散剂溶液的料液比为1∶30，此纳米级铜粒子水分散体放置一周，不发生分层或沉淀现象即可；

(3)涂层剂的制备：称取0.5g十二烷基苯磺酸钠、1g辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂、0.1mol丙烯酸、0.1mol丙烯酸丁酯、0.1mol苯乙烯和0.5g过硫酸铵；将全部的十二烷基苯磺酸钠、辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂和占总量1/3的丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯和过硫酸铵引发剂溶解于200mL的去离子水中，均匀搅拌，控制温度为75℃，搅拌1h；然后，将剩余2/3的丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯和过硫酸铵引发剂溶于60mL去离子水后滴加到刚刚搅拌的混合溶液中，滴加时间控制在2h，滴加完毕后，保温2h，即可；此乳液放置一月，不发生分层或沉淀现象即可制得聚丙烯酸酯乳液；

(4)乳液的制备：将步骤(2)制备的纳米级铜粒子水分散体与步骤(3)制备的乳液混合，其中，步骤(2)制备的纳米级铜粒子水分散体与步骤(3)制备的乳液的体积比为1︰2，将混合后的溶液在高速分散匀质机上搅拌1h，搅拌温度为50℃，即可得到纳米级铜粒子/聚丙烯酸酯类复合乳液；

(5)防刺涂层芳纶织物的制备：在绷架上将芳纶织物紧绷，用刮刀均匀涂刮步骤(4)制备的乳液于织物上，涂布量干重为40g/m²，于90℃烘干2分钟，于140～150℃焙烘3分钟，即可制得防刺涂层芳纶织物a。

实施例2

本实施例的一种防刺涂层芳纶织物的制备方法，所述制备方法包含如下步骤：

(1)分散剂的制备：将0.1mol甲基丙烯酸和0.03mol聚合度为45的烯丙基聚氧乙烯醚单体同时溶解于30mL去离子水中配置为单体溶液，备用；然后在搅拌条件下，控制温度为79～81℃，将配置好的单体与过硫酸铵引发剂分别滴加到装有100mL去离子水的四口烧瓶中，其中，过硫酸铵的质量占单体总质量的0.1％，滴加时间控制在2h，滴加完毕后，保温3h；最后冷却，即制得分散剂；利用凝胶渗透色谱仪测得所述分散剂的重均分子量为15000；

(2)纳米级铜粒子水分散体的制备：将5g的铜粉研磨成纳米级别，粒径范围为5～10纳米；将步骤(1)制备的分散剂用水稀释至质量分数为1.5％，将氢氧化铝溶于分散剂溶液，均匀搅拌制备为纳米级铜粒子水分散体，其中，纳米级铜粒子与分散剂溶液的料液比为1∶40，此纳米级铜粒子水分散体放置一周，不发生分层或沉淀现象即可；

(3)涂层剂的制备：称取0.6g十二烷基苯磺酸钠、1.2g辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂、0.1mol丙烯酸、0.1mol丙烯酸丁酯、0.1mol苯乙烯和0.6g过硫酸铵；将全部的十二烷基苯磺酸钠、辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂和占总量1/3的丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯和过硫酸铵引发剂溶解于200mL的去离子水中，均匀搅拌，控制温度为75℃，搅拌1h；然后，将剩余2/3的丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯和过硫酸铵引发剂溶于60mL去离子水后滴加到刚刚搅拌的混合溶液中，滴加时间控制在2h，滴加完毕后，保温2h，即可；此乳液放置一月，不发生分层或沉淀现象即可制得聚丙烯酸酯乳液；

(4)乳液的制备：将步骤(2)制备的纳米级铜粒子水分散体与步骤(3)制备的乳液混合，其中，步骤(2)制备的纳米级铜粒子水分散体与步骤(3)制备的乳液的体积比为1︰3，将混合后的溶液在高速分散匀质机上搅拌1h，搅拌温度为50℃，即可得到纳米级铜粒子/聚丙烯酸酯类复合乳液；

(5)防刺涂层芳纶织物的制备：在绷架上将芳纶织物紧绷，用刮刀均匀涂刮步骤(4)制备的乳液于织物上，涂布量干重为40g/m²，于90℃烘干2分钟，于140～150℃焙烘3分钟，即可制得防刺涂层芳纶织物b。

实施例3

本实施例的一种防刺涂层芳纶织物的制备方法，所述制备方法包含如下步骤：

(1)分散剂的制备：将0.1mol甲基丙烯酸和0.04mol聚合度为45的烯丙基聚氧乙烯醚单体同时溶解于30mL去离子水中配置为单体溶液，备用，其中，甲基丙烯酸与烯丙基聚氧乙烯醚的摩尔比为1∶0.2；然后在搅拌条件下，控制温度为79～81℃，将配置好的单体与过硫酸铵引发剂分别滴加到装有100mL去离子水的四口烧瓶中，其中，过硫酸铵的质量占单体总质量的0.3％，滴加时间控制在2h，滴加完毕后，保温3h；最后冷却，即制得分散剂；利用凝胶渗透色谱仪测得所述分散剂的重均分子量为22500；

(2)纳米级铜粒子水分散体的制备：将5g的铜粉研磨成纳米级别，粒径范围为3～5纳米；将步骤(1)制备的分散剂用水稀释至质量分数为1％，将氢氧化铝溶于分散剂溶液，均匀搅拌制备为纳米级铜粒子水分散体，其中，纳米级铜粒子与分散剂溶液的料液比为1∶30，此纳米级铜粒子水分散体放置一周，不发生分层或沉淀现象即可；

(3)涂层剂的制备：称取0.5g十二烷基苯磺酸钠、1g辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂、0.12mol丙烯酸、0.12mol丙烯酸丁酯、0.12mol苯乙烯和0.5g过硫酸铵；将全部的十二烷基苯磺酸钠、辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂和占总量1/3的丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯和过硫酸铵引发剂溶解于200mL的去离子水中，均匀搅拌，控制温度为75℃，搅拌1h；然后，将剩余2/3的丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯和过硫酸铵引发剂溶于60mL去离子水后滴加到刚刚搅拌的混合溶液中，滴加时间控制在2h，滴加完毕后，保温2h，即可；此乳液放置一月，不发生分层或沉淀现象即可制得聚丙烯酸酯乳液；

(4)乳液的制备：将步骤(2)制备的纳米级铜粒子水分散体与步骤(3)制备的乳液混合，其中，步骤(2)制备的纳米级铜粒子水分散体与步骤(3)制备的乳液的体积比为1︰4，将混合后的溶液在高速分散匀质机上搅拌1h，搅拌温度为50℃，即可得到纳米级铜粒子/聚丙烯酸酯类复合乳液；

(5)防刺涂层芳纶织物的制备：在绷架上将芳纶织物紧绷，用刮刀均匀涂刮步骤(4)制备的乳液于织物上，涂布量干重为45g/m²，于90℃烘干2分钟，于150～160℃焙烘3分钟，即可制得防刺涂层芳纶织物c。

实施例4

本实施例的一种防刺涂层芳纶织物的制备方法，所述制备方法包含如下步骤：

(1)分散剂的制备：将0.1mol甲基丙烯酸和0.03mol聚合度为45的烯丙基聚氧乙烯醚单体同时溶解于30mL去离子水中配置为单体溶液，备用；然后在搅拌条件下，控制温度为81℃，将配置好的单体与过硫酸铵引发剂分别滴加到装有100mL去离子水的四口烧瓶中，其中，过硫酸铵的质量占单体总质量的0.4％，滴加时间控制在2h，滴加完毕后，保温3h；最后冷却，即制得分散剂；利用凝胶渗透色谱仪测得所述分散剂的重均分子量为15600；

(2)纳米级铜粒子水分散体的制备：将5g的铜粉研磨成纳米级别，粒径范围为6～10纳米；将步骤(1)制备的分散剂用水稀释至质量分数为1％，将氢氧化铝溶于分散剂溶液，均匀搅拌制备为纳米级铜粒子水分散体，其中，纳米级铜粒子与分散剂溶液的料液比为1∶50，此纳米级铜粒子水分散体放置一周，不发生分层或沉淀现象即可；

(3)涂层剂的制备：称取0.5g十二烷基苯磺酸钠、1g辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂、0.14mol丙烯酸、0.14mol丙烯酸丁酯、0.14mol苯乙烯和0.7g过硫酸铵；将全部的十二烷基苯磺酸钠、辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂和占总量1/3的丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯和过硫酸铵引发剂溶解于200mL的去离子水中，均匀搅拌，控制温度为75℃，搅拌1h；然后，将剩余2/3的丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯和过硫酸铵引发剂溶于60mL去离子水后滴加到刚刚搅拌的混合溶液中，滴加时间控制在2h，滴加完毕后，保温2h，即可；此乳液放置一月，不发生分层或沉淀现象即可制得聚丙烯酸酯乳液；

(4)乳液的制备：将步骤(2)制备的纳米级铜粒子水分散体与步骤(3)制备的乳液混合，其中，步骤(2)制备的纳米级铜粒子水分散体与步骤(3)制备的乳液的体积比为1︰3，将混合后的溶液在高速分散匀质机上搅拌1h，搅拌温度为50℃，即可得到纳米级铜粒子/聚丙烯酸酯类复合乳液；

(5)防刺涂层芳纶织物的制备：在绷架上将芳纶织物紧绷，用刮刀均匀涂刮步骤(4)制备的乳液于织物上，涂布量干重为43g/m²，于90℃烘干2分钟，于150～160℃焙烘3分钟，即可制得防刺涂层芳纶织物d。

性能评价实施例：

(1)防刺涂层芳纶织物性能分析：对实施例1～4制备的防刺涂层芳纶织物进行防刺性能测试。防刺性能测试参考GA68-2008警用防刺服，具体为：选用标准刀具，刀具及配重组成落锤，一共2.4Kg，当落锤从1米高处自由下落，判断刀尖是否穿透织物。采购的涂层芳纶织物来自于浙江申腾涂层织物有限公司，测试结果如表1所示：

表1本发明制备的涂层芳纶织物与采购的涂层芳纶织物的防刺性能结果比较

由表1可见，本发明制备的涂层芳纶织物的防刺性能较好，每次测试均未被刺穿，采购的涂层芳纶织物很容易被刺穿；本发明制备的涂层芳纶织物经过10次水洗后，其防刺性能仍未被削弱，说明其稳定性和耐久性均很好。综合分析认为：本发明制备的防刺涂层芳纶织物是一种合格的防刺织物。

(2)防刺涂层芳纶织物的其它性能分析：对实施例1～4制备的防刺涂层芳纶织物分别进行光泽度、抗扭曲弯绕性和表面抗湿性测试。光泽度按FZ/T 01097-2006《织物光泽测试方法》标准测试；水洗方法按GB/T 8629-2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》5A程序洗10次；抗扭曲弯绕性按FZ/T 01052-1998《涂层织物抗扭曲弯挠性能的测定》标准测试；表面抗湿性按GB/T4745-2012《纺织品防水性能的检测和评价沾水法》标准测试。采购的涂层芳纶织物来自于浙江申腾涂层织物有限公司，测试结果如表2所示：

表2本发明制备的防刺芳纶织物涂层与采购的涂层芳纶织物的性能测试结果

由表2可见，芳纶织物经过本发明制备的涂层剂涂层整理后，本发明制备的涂层芳纶织物的各项指标与采购的涂层芳纶织物几乎接近；其中，其光泽度达到11以上，和采购的涂层芳纶织物几乎接近。本发明制备的涂层芳纶织物经过10次水洗后，其各项指标没有明显下降，特别是手感没有变硬，说明其稳定性和耐久性均很好。综合分析认为：本发明制备的防刺涂层芳纶织物是一种合格的涂层芳纶织物。