一种剪切增稠液材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种剪切增稠液材料的方法，包括下述步骤：制备A液：向聚乙二醇溶液中加入异氰酸酯溶液和催化剂，在回流条件下预反应30-50分钟，再加入醋酸纤维素溶液，混匀后50-70℃反应1-3小时，减压蒸馏除去溶剂得A液；制备B液：将硅酸乙酯加入到四丙基氢氧化铵饱和液体中，搅拌并于50-70℃反应1-3小时，得B液；将上述A液和B液混合，在温度为140～160℃，压力为0.5～0.6MPa，反应18～24小时，然后减压蒸馏除去水分即得剪切增稠液材料。本发明提供的剪切增稠液材料，可以织物变得无比强韧，可以抵御尖钉、刺刀和子弹的袭击，同时又不改变织物的重量、舒适度和弹性。
【专利说明】一种剪切增稠液材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种防弹材料，具体涉及一种剪切增稠液材料，本发明还进一步地涉及该剪切增稠液材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]众所周知，传统的防刺防弹衣根本无法保护军人的许多关键部位，如手臂、颈部、腿部和肘部，因为这些部位需要经常活动和弯曲。如今的防刺防弹衣，通常叫做防刺防弹背心，不但厚重，而且硬邦邦的，不便用来制造需要弯曲折叠的裤子和袖子，因此只能护住躯干部分。传统防刺防弹衣是用很多层常规的凯芙拉纤维制成，非常厚重，会对士兵的行动产生干扰，使他们更易疲劳。
【发明内容】
[0003]为此，本发明所要解决的是现有的用于制作防刺防弹衣材料僵硬问题，为此本发明提供了一种剪切增稠液材料，其可以织物变得无比强韧，可以抵御尖钉、刺刀和子弹的袭击，同时又不改变织物的重量、舒适度和弹性。
[0004]本发明进一步提供了上述剪切增稠液材料的制备方法。
[0005]本发明采取的方案为:一种剪切增稠液材料的方法，包括下述步骤:
[0006]步骤1:制备A液
[0007]向聚乙二醇溶液中加入异氰酸酯溶液和催化剂，在回流条件下预反应30-50分钟，再加入醋酸纤维素溶液，混匀后50-70°C反应1-3小时，减压蒸馏除去溶剂得A液；
[0008]步骤2:制备B液
[0009]将硅酸乙酯加入到四丙基氢氧化铵饱和液体中，搅拌并于50_70°C反应1-3小时，得B液；
[0010]步骤三:制备剪切增稠液材料
[0011]将上述A液和B液混合，在温度为140?160°C，压力为0.5?0.6Mpa，反应18?24小时，然后减压蒸馏除去水分即得剪切增稠液材料。
[0012]所述步骤I中聚乙二醇溶液的浓度为20_40wt%，异氰酸酯溶液的浓度为10-20wt%,醋酸纤维素溶液浓度为10-20wt%。
[0013]所述步骤I中异氰酸酯为甲苯2，4_异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或其中几种的混合物。
[0014]所述步骤I中醋酸纤维素为二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素中的一种或其中几种的混合物。
[0015]所述步骤I中聚乙二醇，醋酸纤维素和异氰酸酯的质量比为:
[0016]聚乙二醇:二醋酸纤维素:甲苯2，4_异氰酸酯=(600 - 800): (50 - 70):(180 - 200)
[0017]所述步骤I中的所述催化剂为二月桂酸二丁基锡和/或环烷酸铈。[0018]所述步骤I中的所述催化剂的用量为所述异氰酸酯的0.05-0.2wt%。
[0019]所述步骤I中的溶剂为丙酮、丁酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯等溶剂中的一种或其中几种的混合物。
[0020]所述步骤I中的所述聚乙二醇为PEG400、PEG600。
[0021 ] 所述步骤2中的所述四丙基氢氧化铵的浓度为20wt%?28wt%。
[0022]所述步骤3中A液和B液的质量比为(35 - 45): (65 - 55)。
[0023]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
[0024]1、本发明先利用交联剂异氰酸酯和聚乙二醇的端羟基反应，把聚乙二醇的端羟基改造成异氰酸根，然后它可以和醋酸纤维素上的侧羟基反应而接枝在二醋酸纤维素主链上，形成梳状或交联状结构。
[0025]2、本发明的“剪切增稠液体”其实是一种处在固液混合状态的纳米粒子溶剂，“剪切增稠液体”渗入织物中，通常状态下是以液态形式存在。但是，织物一旦受到冲击、压紧，“剪切增稠液体”就变成坚硬的固体，使织物更强韧，难以被穿透。
[0026]因此，利用本发明的“剪切增稠液体”制造的新型防弹衣，平时柔软舒适，一旦遭到刀等利物砍、刺，或高速子弹、弹片冲击，就在受到冲击的瞬间变得坚韧无比，而且能将冲击力沿织物迅速分散开来，大大降低单位面积的压强。当冲击力消失之后，“剪切增稠液体”又恢复液体状态，织物也重新变软。
[0027]3、本发明的“剪切增稠液体”的用途非常广泛，可以用于制造防护服、汽车装甲、头盔和手套，不但能够为军人和警察提供保护，也能为任何危险行业，如矿工、建筑工人等提供更舒适的工作服。这种新型材料还可以被制成防爆毯，覆盖在可疑包裹或未爆炸的军火上，甚至可以用在伞兵靴上，这种靴子在碰撞时可以变硬，从而保护伞兵的脚踝。
[0028]4、本发明的“剪切增稠液体”用作新型液体防弹衣时需要的材料更少，这意味着防弹衣会更薄、更轻，因此可以用它包裹更大范围的身体，而且士兵的灵活性不会受到太大干扰。此外，利用“剪切增稠液体”处理的新型防弹衣，柔软坚韧，可以制造连袖子带裤腿的全套衣服，保护军人的任何部位，无论人的身体如何弯曲防弹衣的防护性能都不会受损，这才是真正的防弹衣。
[0029]5、如果将本发明的“剪切增稠液体”与凯芙拉纤维结合后，它会对滚珠的运动产生干扰，即当剪切增稠液体受到外压时，分子会紧紧结合在一起，分散了物体表面受到的冲击力。除了增强防护衣的保护效果外，这种新型材料或许还能为警方和救护人员提供保护。
【具体实施方式】
[0030]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
[0031]实施例1
[0032]首先将聚乙二醇PEG600和二醋酸纤维素分别配制成30wt%和15wt%的丙酮溶液，向30wt%的聚乙二醇丙酮溶液中加入甲苯2，4-异氰酸酯和少量的催化剂二月桂酸二丁基锡，混合液在回流条件下预反应40分钟，再加入15wt%的二醋酸纤维素丙酮溶液，混匀后60°C反应2小时，减压蒸馏除去溶剂得A液。其中聚乙二醇:二醋酸纤维素:甲苯2，4_异氰酸酯的质量比为700:56:190，催化剂二月桂酸二丁基锡用量是甲苯2，4_异氰酸酯的 0.lwt%0
[0033]将硅酸乙酯加入25wt%的四丙基氢氧化铵饱和溶液中，60°C下搅拌反应I小时，得B液。其中硅酸乙酯为硅源，四丙基氢氧化铵为模板剂和碱源。
[0034]将上述A液和B液混合，移入高压反应釜，150度，反应20小时，然后减压蒸馏除去水分即得剪切增稠液材料。其中A液和B液的质量比为35:65。
[0035]实施例2
[0036]步骤1:制备A液
[0037]向浓度为40界七％聚乙二醇PEG600溶液中加入浓度为10wt%六亚甲基二异氰酸酯溶液和催化剂环烷酸铈，在回流条件下预反应30分钟，再加入浓度为20wt%三醋酸纤维素溶液，混匀后70°C反应I小时，减压蒸馏除去溶剂得A液；
[0038]其中聚乙二醇，三醋酸纤维素和六亚甲基二异氰酸酯的质量比为=800:50:180 ；所述催化剂环烷酸铈的用量为所述六亚甲基二异氰酸酯的0.2wt%。上述溶液的溶剂为丁酮。
[0039]步骤2:制备B液
[0040]将硅酸乙酯加入到浓度为28wt%四丙基氢氧化铵饱和水溶液中，搅拌并于50°C反应3小时，得B液；
[0041]步骤三:制备剪切增稠液材料
[0042]将上述A液和B液混合，在温度为160°C，压力为0.5Mpa，反应24小时，然后减压蒸馏除去水分即得剪切增稠液材料，其中水分含量不大于0.5wt%。其中A液和B液的质量比为45:55。
[0043]实施例3
[0044]步骤1:制备A液
[0045]向浓度为30wt%聚乙二醇PEG400溶液中加入浓度为20wt%异佛尔酮二异氰酸酯溶液和催化剂二月桂酸二丁基锡，在回流条件下预反应40分钟，再加入浓度为10被％醋酸丁酸纤维素溶液，混匀后60°C反应3小时，减压蒸馏除去溶剂得A液；
[0046]其中聚乙二醇，醋酸丁酸纤维素和异佛尔酮二异氰酸酯的质量比为=700:60:200 ；所述催化剂二月桂酸二丁基锡的用量为所述异佛尔酮二异氰酸酯的0.lwt%。上述溶液的溶剂为醋酸乙酯。
[0047]步骤2:制备B液
[0048]将硅酸乙酯加入到浓度为24wt%四丙基氢氧化铵饱和水溶液中，搅拌并于60V反应I小时，得B液；
[0049]步骤三:制备剪切增稠液材料
[0050]将上述A液和B液混合，在温度为140°C，压力为0.6Mpa，反应18小时，然后减压蒸馏除去水分即得剪切增稠液材料，其中水分含量不大于0.5wt%。其中A液和B液的质量比为40:60。
[0051]实施例4
[0052]步骤1:制备A液
[0053]向浓度为25wt%聚乙二醇PEG600溶液中加入浓度为12wt%异佛尔酮二异氰酸酯溶液和催化剂环烷酸铈，在回流条件下预反应35分钟，再加入浓度为13wt%醋酸丙酸纤维素溶液，混匀后55°C反应2.5小时，减压蒸馏除去溶剂得A液；
[0054]其中聚乙二醇，醋酸丙酸纤维素和异佛尔酮二异氰酸酯的质量比=600:70:190 ；所述催化剂环烷酸铈的用量为所述异佛尔酮二异氰酸酯的0.05-0.2wt%。上述溶液的溶剂为醋酸丁酯。
[0055]步骤2:制备B液
[0056]将硅酸乙酯加入到浓度为26wt%四丙基氢氧化铵饱和水溶液中，搅拌并于60V反应1.5小时，得B液；
[0057]步骤三:制备剪切增稠液材料
[0058]将上述A液和B液混合，在温度为155°C，压力为0.5?0.6Mpa，反应22小时，然后减压蒸馏除去水分即得剪切增稠液材料，其中水分含量不大于0.5wt%。其中A液和B液的质量比为38:62。
[0059]实施例5
[0060]步骤1:制备A液
[0061]向浓度为35被％聚乙二醇PEG400溶液中加入浓度为18wt%甲苯2，4_异氰酸酯溶液和催化剂二月桂酸二丁基锡，在回流条件下预反应45分钟，再加入浓度为18wt%三醋酸纤维素溶液，混匀后63°C反应2小时，减压蒸馏除去溶剂得A液；
[0062]其中聚乙二醇，三醋酸纤维素和甲苯2，4_异氰酸酯的质量比为=650:55:185 ;所述催化剂的用量为所述异氰酸酯的0.15wt%。上述溶液的溶剂为丙酮。
[0063]步骤2:制备B液
[0064]将硅酸乙酯加入到浓度为23wt%四丙基氢氧化铵饱和水溶液中，搅拌并于52°C反应3小时，得B液；
[0065]步骤三:制备剪切增稠液材料
[0066]将上述A液和B液混合，在温度为158°C，压力为0.5?0.6Mpa，反应21小时，然后减压蒸馏除去水分即得剪切增稠液材料，其中水分含量不大于0.5wt%。其中A液和B液的质量比为39:61。
[0067]实施例6
[0068]步骤1:制备A液
[0069]向浓度为20wt%聚乙二醇为PEG400溶液中加入浓度为15wt%甲苯2，4_异氰酸酯溶液和催化剂二月桂酸二丁基锡，在回流条件下预反应50分钟，再加入浓度为16wt% 二醋酸纤维素溶液，混匀后50-51°C反应2小时，减压蒸馏除去溶剂得A液；
[0070]其中聚乙二醇，二醋酸纤维素和甲苯2，4_异氰酸酯的质量比为=600:70:190 ;所述催化剂二月桂酸二丁基锡的用量为所述甲苯2，4_异氰酸酯的0.05wt%o上述溶液的溶剂为丙酮。
[0071]步骤2:制备B液
[0072]将硅酸乙酯加入到浓度为20wt%四丙基氢氧化铵饱和水溶液中，搅拌并于65-70°C反应2小时，得B液；
[0073]步骤三:制备剪切增稠液材料
[0074]将上述A液和B液混合，在温度为150°C，压力为0.5?0.6Mpa，反应20小时，然后减压蒸馏除去水分即得剪切增稠液材料，其中水分含量不大于0.5wt%。其中A液和B液的质量比为42:58。
[0075]实施例1-6制备的剪切增稠液材料应用于聚乙烯防弹织物中，按照GA141-2010
《警用防弹衣》的标准要求，校准测试基面后冲击实验，16层布折叠，其强度对比实验数据:
[0076]
【权利要求】
1.一种剪切增稠液材料的方法，其特征在于:包括下述步骤: 步骤1:制备A液 向聚乙二醇溶液中加入异氰酸酯溶液和催化剂，在回流条件下预反应30-50分钟，再加入醋酸纤维素溶液，混匀后50-70°C反应1-3小时，减压蒸馏除去溶剂得A液； 步骤2:制备B液 将硅酸乙酯加入到四丙基氢氧化铵饱和液体中，搅拌并于50-70°C反应1-3小时，得B液； 步骤三:制备剪切增稠液材料 将上述A液和B液混合，在温度为140-160°C，压力为0.5-0.6Mpa，反应18~24小时，然后减压蒸馏除去水分即得剪切增稠液材料。
2.根据权利要求1所述的剪切增稠液材料的方法，其特征在于: 所述步骤I中聚乙二醇溶液的浓度为20-40wt%，异氰酸酯溶液的浓度为10-20wt%，醋酸纤维素溶液浓度 为10-20wt%。
3.根据权利要求1或2任一所述的剪切增稠液材料的方法，其特征在于: 所述步骤I中异氰酸酯为甲苯2，4_异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或其中几种的混合物。
4.根据权利要求1- 3任一所述的剪切增稠液材料的方法，其特征在于: 所述步骤I中醋酸纤维素为二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素中的一种或其中几种的混合物。
5.根据权利要求1- 4任一所述的剪切增稠液材料的方法，其特征在于: 所述步骤I中聚乙二醇，醋酸纤维素和异氰酸酯的质量比为: 聚乙二醇:二醋酸纤维素:甲苯2，4 -异氰酸酯=(600 -800): (50 -70): (180 -200)。
6.根据权利要求1- 5任一所述的剪切增稠液材料的方法，其特征在于: 所述步骤I中的所述催化剂为二月桂酸二丁基锡和/或环烷酸铈。
7.根据权利要求1- 6任一所述的剪切增稠液材料的方法，其特征在于: 所述步骤I中的所述催化剂的用量为所述异氰酸酯的0.05-0.2wt%。
8.根据权利要求1- 7任一所述的剪切增稠液材料的方法，其特征在于: 所述步骤I中的溶剂为丙酮、丁酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯等溶剂中的一种或其中几种的混合物。
9.根据权利要求1- 8任一所述的剪切增稠液材料的方法，其特征在于: 所述步骤I中的所述聚乙二醇为PEG400、PEG600。
10.根据权利要求1- 9任一所述的剪切增稠液材料的方法，其特征在于: 所述步骤2中的所述四丙基氢氧化铵的浓度为20wt% - 28wt%。
11.根据权利要求ι-?ο任一所述的剪切增稠液材料的方法，其特征在于: 所述步骤3中A液和B液的质量比为(35-45): (65-55)。
【文档编号】D06M11/79GK103469595SQ201310311702
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年7月23日 优先权日:2013年7月23日
【发明者】秦如新 申请人:秦如新