本发明及防毒材料领域，尤其涉及一种防有毒气体的复合环保材料及其制造方法。
背景技术：
防毒材料，用于防止毒气、粉尘、细菌、有毒有害气体或蒸汽等有毒物质伤害的个人防护器材。防毒材料广泛应用于石油、化工、矿山、冶金、军事、消防、抢险救灾、卫生防疫和科技环保、机械制造等领域，以及在雾霾、光化学烟雾较严重的城市也能起到比较重要的个人呼吸系统保护作用。
现有技术中的防毒材料（如防毒面罩、防雾霾口罩等）一般采用两种形式进行防毒：一种是完全隔绝外界空气，通过内供氧机构供氧（可为便携式氧气容器或化学生氧物，如过氧化钠）；一种是通过严格控制孔径、增加过滤层。两种方式各有优劣，第一种成本高、消耗大、不方便，最主要的是不能一长久使用（氧气容器或化学生氧物总有消耗完的时候，且一般时间不长）；第二种会导致呼吸困难、水雾集富、细菌内滋生及入肺空气干燥等问题。
技术实现要素：
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种透气透湿性好、防毒能力强、可长久使用、防细菌滋生、环境友好的防有毒气体的复合环保材料及其制造方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种防有毒气体的复合环保材料，包括外、中、内三层，其中，外层为采用聚氨基甲酸酯、羧基聚合而成；中层采用碳纤维编织；内层采用静电聚氧化乙烯改性纺丝制成。
一种防有毒气体的复合环保材料的制造方法，包括以下步骤：
1）原材料准备
①准备水性聚氨基甲酸酯乳液、羧基溶液（所有有机酸均含有羧基，该羧基溶液即为羧酸溶液，本发明仅利用其中的羧基）;
②准备聚丙烯腈树脂，该聚丙烯腈树脂采用氨气、丙烷和丙烯腈为原料聚合而成；
③准备氧化乙烯溶液、pva溶液；
2）聚氨基甲酸酯与羧基的制备
①采用羧基溶液对水性聚氨基甲酸酯乳液进行改性处理；
②对改性溶液进行成膜处理，即获得所需外层材料；
3）碳纤维的制备
①将聚丙烯腈树脂溶入聚氧化乙烯与纯净水的混合剂中，该混合剂内聚氧化乙烯与纯净水的体积比为2.5-3：7，获得纺丝原液；
②将步骤①获得的纺丝原液通过孔径0.05mm-0.08mm的喷孔加压喷入凝固浴中，压力范围为1.5bar-2bar，喷头与凝固浴液面距离为10mm-15mm，获得聚丙烯腈原丝；
③将步骤②获得的聚丙烯腈原丝按标准方法进行预氧化，获得预氧化纤维；
④将步骤③获得的预氧化纤维进行炭化处理，所述炭化处理分为前炭化处理和后炭化处理，前炭化处理温度750℃-800℃，处理时间5min-10min，后炭化处理温度1500℃-1600℃，处理时间5min-8min获得炭化纤维；
⑤将步骤④获得的炭化纤维置进行石墨化处理，即将之放置于2400℃-2500℃环境下，保温8s-12s；
⑥收丝，获得所需碳纤维；
⑦将步骤⑥获得的碳纤维编织成双层布，即获得所需中层材料；
4）静电聚氧化乙烯纺丝的制备
①将氧化乙烯溶液与pva溶液按溶质质量7:3的比例混合，获得混合溶液；
②采用接收距42cm-45cm，纺丝电压62kv-65kv、溶液温度50℃-60℃的工艺参数，在温度15℃-30℃，相对湿度40%-70%的环境里将步骤①获得的混合溶液通过毛细管及泰勒锥喷口喷射至旋转接收屏上，至喷射厚度2μm-10μm即获得所需静电聚氧化乙烯纺丝制成的内层材料；
5）最终成型
①将所获得的外层材料、中层材料及内层材料攀织成复合织物；
②在60℃-70℃的干燥环境下静置15min-20min，即获得所需防有毒气体的复合环保材料。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：特制的外层材料，由于采用了聚氨基甲酸酯及亲水基团羧基，使最终成膜透气的同时也透湿，保证呼吸到的空气中保有适量水份，该材料在纤维间形成的粘连结构增强了纤维膜的力学性能，同时增强了过滤性能，却又不影响透气性，该膜拉伸强度达到15mpa、伸长率达到30%，有利于材料的实际应用，改性后的纤维膜最大孔径为1.5μm，其耐水渗透压力达到55kpa，具有对无机固体的排斥性，透湿率达10kg/m·m·24h；特殊制备的碳纤维、饱合度相较于常规碳纤维更高、纤维更粗、疏松度更高，重要的是吸水性相对较差，不会主动吸附过多游离水分子，保证了水的透过率，同时还由于粗纤维和疏松的存在，通过主动吸附少数通过了外层材料的小固体颗粒（大部分被挡在外面）和大部分微生物（如细菌或部分真菌）；内层材料的静电聚氧化乙烯纺丝，相较于市面常用的棉质材料或现有技术不常用的其它静电纺丝材料具有几个特殊特性：抗裂、透湿、耐磨、保温、质地柔软，进一步提高了本发明的使用寿命、舒适度和容错率。三层材料复合作用，具备无机固体不亲和、透气透湿性好、主动吸附有害颗粒、过滤能力强、舒适度好、耐用耐磨等多个优异特性。
具体实施方式
实施例1
一种防有毒气体的复合环保材料，包括外、中、内三层，其中，外层为采用聚氨基甲酸酯、羧基聚合而成；中层采用碳纤维编织；内层采用静电聚氧化乙烯改性纺丝制成。
上述防有毒气体的复合环保材料的制造方法，包括以下步骤：
1）原材料准备
①准备水性聚氨基甲酸酯乳液、醋酸溶液（醋酸含羧基）;
②准备聚丙烯腈树脂，该聚丙烯腈树脂采用氨气、丙烷和丙烯腈为原料聚合而成；
③准备氧化乙烯溶液、pva溶液；
2）聚氨基甲酸酯与羧基的制备
①采用羧基溶液对水性聚氨基甲酸酯乳液进行改性处理；
②对改性溶液进行成膜处理，即获得所需外层材料；
3）碳纤维的制备
①将聚丙烯腈树脂溶入聚氧化乙烯与纯净水的混合剂中，该混合剂内聚氧化乙烯与纯净水的体积比为2.5：7，获得纺丝原液；
②将步骤①获得的纺丝原液通过孔径0.08mm的喷孔加压喷入凝固浴中，压力范围为1.5bar，喷头与凝固浴液面距离为15mm，获得聚丙烯腈原丝；
③将步骤②获得的聚丙烯腈原丝按标准方法进行预氧化，获得预氧化纤维；
④将步骤③获得的预氧化纤维进行炭化处理，所述炭化处理分为前炭化处理和后炭化处理，前炭化处理温度750℃，处理时间10min，后炭化处理温度1500℃，处理时间8min获得炭化纤维；
⑤将步骤④获得的炭化纤维置进行石墨化处理，即将之放置于2400℃环境下，保温8s；
⑥收丝，获得所需碳纤维；
⑦将步骤⑥获得的碳纤维编织成双层布，即获得所需中层材料；
4）静电聚氧化乙烯纺丝的制备
①将氧化乙烯溶液与pva溶液按溶质质量7:3的比例混合，获得混合溶液；
②采用接收距45cm，纺丝电压62kv、溶液温度60℃的工艺参数，在温度15℃，相对湿度70%的环境里将步骤①获得的混合溶液通过毛细管及泰勒锥喷口喷射至旋转接收屏上，至喷射厚度2μm即获得所需静电聚氧化乙烯纺丝制成的内层材料；
5）最终成型
①将所获得的外层材料、中层材料及内层材料攀织成复合织物；
②在70℃的干燥环境下静置15min，即获得所需防有毒气体的复合环保材料。
实施例2
结构及大部分方法同实施例1，差异之处在于制造方法中：
1）原材料准备
①准备水性聚氨基甲酸酯乳液、氨基酸溶液（氨基酸含羧基）;
3）碳纤维的制备
①聚氧化乙烯与纯净水的体积比为3：7；
②将步骤①获得的纺丝原液通过孔径0.05mm的喷孔加压喷入凝固浴中，压力范围为2bar，喷头与凝固浴液面距离为10mm，获得聚丙烯腈原丝；
③将步骤②获得的聚丙烯腈原丝按标准方法进行预氧化，获得预氧化纤维；
④将步骤③获得的预氧化纤维进行炭化处理，所述炭化处理分为前炭化处理和后炭化处理，前炭化处理温度800℃，处理时间5min，后炭化处理温度1600℃，处理时间5min获得炭化纤维；
⑤将步骤④获得的炭化纤维置进行石墨化处理，即将之放置于2500℃环境下，保温2s；
4）静电聚氧化乙烯纺丝的制备
②采用接收距42cm，纺丝电压65kv、溶液温度50℃的工艺参数，在温度30℃，相对湿度40%的环境里将步骤①获得的混合溶液通过毛细管及泰勒锥喷口喷射至旋转接收屏上，至喷射厚度10μm即获得所需静电聚氧化乙烯纺丝制成的内层材料；
5）最终成型
①将所获得的外层材料、中层材料及内层材料攀织成复合织物；
②在60℃的干燥环境下静置20min，即获得所需防有毒气体的复合环保材料。
本发明的透气率约500mm/s，总透湿率约为8kg/m·m·24h，具有防无机固体颗粒、吸附有害颗粒、过滤能力强、舒适度好、耐用耐磨等多个优异特性。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。