一种基于石墨烯散热的电焊防护服面料及其制备方法与流程

1.本发明属于功能面料技术领域，具体地，涉及一种基于石墨烯散热的电焊防护服面料及其制备方法。


背景技术：

2.电焊作业员工，特别是在狭窄空间进行仰姿焊接作业的员工面临着熔融金属对身体的侵害，需要穿着特制的防护服进行作业。现有电焊防护服面料以阻燃纯棉织物为主，也有采用皮革或芳纶织物的高级电焊防护服。为了阻隔电焊操作产生的熔融金属洒落在织物上造成对人体的烫伤，防护服面料需要满足一定的指标，如gb 8965.2-2009(防护服装，阻燃防护，第2部分：焊接服)规定：焊接防护面料的经纬向强度应大于450n、15滴熔融金属滴落后的升温不超过40℃、透湿量大于6000g/m2·
24h；a级防护服的续燃时间和阴燃时间均小于2s、损毁长度小于50mm；b级防护服的续燃时间和阴燃时间均小于4s、损毁长度小于100mm。
3.因此电焊防护服的研究需要兼具阻燃性、周向导热性、透湿性以及轻量化的面料。
4.石墨烯是从石墨中剥离出来的单层石墨片，具有二维蜂窝状结构，碳原子以sp2杂化轨道的形式相结合，具有独特的二维碳原子结构，拥有良好的导电、导热、防紫外线性能，也可以作为阻燃剂来改善聚合物的阻燃性能。氧化石墨烯(go)是石墨烯重要的衍生物，它的表面有大量的羧基、羟基、环氧基等含氧的官能团，这些官能团赋予了氧化石墨烯许多特性如良好的分散性、亲水性以及与一些聚合物的兼容性等，这可以赋予材料更多的化学反应性能。现有技术中会采用石墨烯或者氧化石墨烯来提升防护面料的散热以及阻燃性能，多是采用浸轧处理方式，此种方式虽然能够取得一定的成效，但是存在两个问题：1、结合方式不够牢固，随着穿着或水洗次数的增多，石墨烯易于脱落；2、单纯的石墨烯对于阻燃性能的提升比较有局限性，难以满足高要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种基于石墨烯散热的电焊防护服面料及其制备方法。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种基于石墨烯散热的电焊防护服面料，由阻燃纤维、亲肤纤维和增强纤维混纺制成，且三种纤维的质量之比为3:2:1；
8.其中，亲肤纤维为棉纤维、麻纤维和竹纤维中的一种。
9.增强纤维为涤纶纤维、锦纶纤维和腈纶纤维中的一种。
10.进一步地，阻燃纤维通过如下步骤制备：
11.s1、在n2保护下，将3-羟基苯基磷酰丙酸、三乙胺(缚酸剂)和二氯甲烷加入到三口烧瓶中，再加入乙二胺和dic(n,n-二异丙基碳二亚胺)，并在室温以及n2保护下搅拌反应3h，反应结束后，减压蒸馏除去溶剂二氯甲烷，然后往产物内加入去离子水，并用碳酸钾将
混合液的ph值调至8.0，接着，将混合物用乙酸乙酯萃取，取有机层并用饱和nacl溶液洗涤，无水硫酸镁干燥，减压旋蒸除去大部分溶剂后，用硅胶柱色谱分离(使用正己烷/乙酸乙酯作为洗脱剂)，得到阻燃助剂；3-羟基苯基磷酰丙酸、乙二胺、三乙胺、dic、二氯甲烷和去离子水的用量之比为1.0mmol:1.1mmol:3.0mmol:1.05mmol:20ml:20ml；
12.在三乙胺作用下，3-羟基苯基磷酰丙酸上的-cooh与乙二胺上的-nh2发生化学反应，通过控制二者的摩尔比接近1:1(乙二胺略过量)，使乙二胺只有一端的-nh2参与到反应中，获得阻燃助剂；
[0013][0014]
s2、将氧化石墨烯加入到装有dmf(n,n-二甲基甲酰胺)的三口烧瓶中，室温超声10min后将阻燃助剂加入到体系中，混合均匀，然后再加入edc-hcl(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐)，并将混合液转移至60℃水浴中继续搅拌反应6h，反应结束后，离心分离、并依次用dmf和去离子水洗涤3-4次，最后将产物在50℃真空干燥箱干燥12h，得到改性石墨烯；氧化石墨烯、n，n-二甲基甲酰胺、阻燃助剂、edc-hcl的用量之比为0.1g:60ml:0.18g:10mg；
[0015]
氧化石墨烯表面的-cooh与阻燃助剂分子上的-nh2发生反应，从而接枝于氧化石墨烯表面，形成改性石墨烯；
[0016]
s3、将pbt(聚对苯二甲酸丁二醇酯)切片在鼓风干燥箱内100℃下烘干2h，再在110℃真空转鼓烘箱中干燥24h，然后将其与改性石墨烯通过熔融纺丝机进行共混纺丝，得到阻燃纤维；pbt与改性石墨烯的用量之比为50g:2-3g；
[0017]
聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)具有刚性的苯环结构及柔性脂肪醇结构，其纤维具有较好的弹性、手感柔软温和，具有羊毛特性；通过将其与改性石墨烯进行复合，一方面，石墨烯本身是一种高热导率材料，散热性好，能够赋予纤维良好的散热性能；另一方面，石墨烯经过改性后，在表面引入了阻燃助剂分子，该阻燃助剂分子是一种含有磷酸酯基团以及含氮基团的物质，属于p-n协效阻燃成分，能够赋予纤维良好的阻燃性能；更进一步地，石墨烯表面接枝的阻燃助剂分子，含有苯环以及-oh，苯环与pbt具有良好的相容性，-oh能够参与到pbt的熔融共混聚合过程中，进而促进石墨烯在pbt中的均匀分散，从而使纤维具备均匀、高效的散热和阻燃性能，且具备羊毛手感和弹性；将阻燃纤维与亲肤纤维、增强纤维进行混纺织成的面料，具备亲肤、弹力好、力学强度高、散热性好和阻燃性好的特点，适用于电焊防护服的制作，对工作人员起到全面的保护效果。
[0018]
本发明的有益效果：
[0019]
本发明的面料采用阻燃纤维、亲肤纤维和增强纤维混纺制成，其中的阻燃纤维是以pbt和改性石墨烯制得，pbt具有刚性的苯环结构及柔性脂肪醇结构，其纤维具有较好的弹性、手感柔软温和，具有羊毛特性；通过将其与改性石墨烯进行复合，一方面，石墨烯本身是一种高热导率材料，散热性好，能够赋予纤维良好的散热性能；另一方面，石墨烯经过改性后，在表面引入了阻燃助剂分子，该阻燃助剂分子是一种含有磷酸酯基团以及含氮基团
的物质，属于p-n协效阻燃成分，能够赋予纤维良好的阻燃性能；更进一步地，石墨烯表面接枝的阻燃助剂分子，含有苯环以及-oh，苯环与pbt具有良好的相容性，-oh能够参与到pbt的熔融共混聚合过程中，进而促进石墨烯在pbt中的均匀分散，从而使纤维具备均匀、高效的散热和阻燃性能，且具备羊毛手感和弹性；将阻燃纤维与亲肤纤维、增强纤维进行混纺织成的面料，具备亲肤、透湿性好、弹力好、力学强度高、散热性好和阻燃性好的特点，适用于电焊防护服的制作，对工作人员起到全面的保护效果；
[0020]
另外，本发明中石墨烯的加入是通过熔融共混的方式，不会随着穿着时间以及水洗次数增多而降低各项性能。
具体实施方式
[0021]
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022]
实施例1
[0023]
阻燃纤维通过如下步骤制备：
[0024]
s1、在n2保护下，将10mmol的3-羟基苯基磷酰丙酸、30mmol三乙胺(缚酸剂)和200ml二氯甲烷加入到三口烧瓶中，再加入1.1mmol乙二胺和1.05mmol的dic(n,n-二异丙基碳二亚胺)，并在室温以及n2保护下搅拌反应3h，反应结束后，减压蒸馏除去溶剂二氯甲烷，然后往产物内加入200ml去离子水，并用碳酸钾将混合液的ph值调至8.0，接着，将混合物用乙酸乙酯萃取，取有机层并用饱和nacl溶液洗涤，无水硫酸镁干燥，减压旋蒸除去大部分溶剂后，用硅胶柱色谱分离(使用正己烷/乙酸乙酯作为洗脱剂)，得到阻燃助剂；
[0025]
s2、将1g氧化石墨烯加入到装有600ml的dmf(n,n-二甲基甲酰胺)的三口烧瓶中，室温超声10min后将1.8g阻燃助剂加入到体系中，混合均匀，然后再加入0.1g的edc-hcl(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐)，并将混合液转移至60℃水浴中继续搅拌反应6h，反应结束后，离心分离、并依次用dmf和去离子水洗涤3次，最后将产物在50℃真空干燥箱干燥12h，得到改性石墨烯；
[0026]
s3、将50g的pbt(聚对苯二甲酸丁二醇酯)切片在鼓风干燥箱内100℃下烘干2h，再在110℃真空转鼓烘箱中干燥24h，然后将其与2g改性石墨烯通过熔融纺丝机进行共混纺丝，得到阻燃纤维。
[0027]
实施例2
[0028]
阻燃纤维通过如下步骤制备：
[0029]
s1、在n2保护下，将10mmol的3-羟基苯基磷酰丙酸、30mmol三乙胺(缚酸剂)和200ml二氯甲烷加入到三口烧瓶中，再加入1.1mmol乙二胺和1.05mmol的dic(n,n-二异丙基碳二亚胺)，并在室温以及n2保护下搅拌反应3h，反应结束后，减压蒸馏除去溶剂二氯甲烷，然后往产物内加入200ml去离子水，并用碳酸钾将混合液的ph值调至8.0，接着，将混合物用乙酸乙酯萃取，取有机层并用饱和nacl溶液洗涤，无水硫酸镁干燥，减压旋蒸除去大部分溶剂后，用硅胶柱色谱分离(使用正己烷/乙酸乙酯作为洗脱剂)，得到阻燃助剂；
[0030]
s2、将1g氧化石墨烯加入到装有600ml的dmf(n,n-二甲基甲酰胺)的三口烧瓶中，
室温超声10min后将1.8g阻燃助剂加入到体系中，混合均匀，然后再加入0.1g的edc-hcl(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐)，并将混合液转移至60℃水浴中继续搅拌反应6h，反应结束后，离心分离、并依次用dmf和去离子水洗涤4次，最后将产物在50℃真空干燥箱干燥12h，得到改性石墨烯；
[0031]
s3、将50g的pbt(聚对苯二甲酸丁二醇酯)切片在鼓风干燥箱内100℃下烘干2h，再在110℃真空转鼓烘箱中干燥24h，然后将其与3g改性石墨烯通过熔融纺丝机进行共混纺丝，得到阻燃纤维。
[0032]
实施例3
[0033]
一种基于石墨烯散热的电焊防护服面料，由实施例1制得的阻燃纤维、棉纤维和涤纶纤维混纺制成，且三种纤维的质量之比为3:2:1。
[0034]
实施例4
[0035]
一种基于石墨烯散热的电焊防护服面料，由实施例2制得的阻燃纤维、麻纤维和锦纶纤维混纺制成，且三种纤维的质量之比为3:2:1。
[0036]
对实施例3-4获得的面料，裁减成测试样品，进行如下性能测试：
[0037]
按照gb 8965.2-2009测试面料的经纬向强度、透湿量、15滴熔融金属滴落后的升温；燃烧时的续燃时间和阴燃时间、损毁长度；
[0038]
测得的结果如下表所示：
[0039][0040][0041]
由上表数据可知，本发明获得的防护服面料各项性能都满足使用要求，且在阻燃性能以及散热性能上表现突出。
[0042]
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0043]
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。