CN108546324A - 一种非牛顿流体材料及智能防冲撞纺织品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种非牛顿流体材料及智能防冲撞纺织品，该非牛顿流体材料，按照以下步骤制备得到：A、将芳香族聚醚与脂肪族二异氰酸酯在水中进行反应，得到预聚体；所述芳香族聚醚包含芳香族苯环和C15‑20直链烷基；所述脂肪族二异氰酸酯包含C8以上的直链烷基且分子两端为异氰酸酯基团；B、以丁二醇为扩链剂，将所述预聚体进行扩链反应，得到非牛顿流体材料。该智能防冲撞纺织品包括：织物基底和涂覆于织物基底上的防护层，所述防护层包括所述的非牛顿流体材料。本发明巧妙地将上述非牛顿流体材料涂覆在织物基底上，形成智能防冲撞纺织品，使用者在与外界碰撞或受到冲击时，其可以瞬间变硬从而抵消外部的冲击力，起到保护人体的作用。
Description
技术领域
本发明涉及智能纺织品技术领域，尤其涉及一种非牛顿流体材料及智能防冲撞纺织品。
背景技术
儿童由于天性好动，同时自我保护能力较弱，经常发生儿童摔倒，其膝关节、肘关节等与地面相撞击，特别由于其关节骨头比较柔软，关节容易受到伤害。因此，通常采用防护用品如硬质或软质护膝、护腿板、手套等，对儿童身体进行保护。
对于软质防护材料，目前传统技术都是采用海绵类材料作为纺织品的填充材料，以缓冲外界冲击力，但是其在受到外力冲撞时，对外界的冲击力缓冲作用非常小，不能很好地起到保护关节的作用。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种非牛顿流体材料及智能防冲撞纺织品，本申请将非牛顿流体材料应用于纺织品，在发生外界撞击情况下，可以有效缓冲外力，达到保护人体的目的。
本发明提供了一种非牛顿流体材料，按照以下步骤制备得到：
A、将芳香族聚醚与脂肪族二异氰酸酯在水中进行反应，得到预聚体；
所述芳香族聚醚包含芳香族苯环和C15-20直链烷基；所述脂肪族二异氰酸酯包含C8以上的直链烷基且分子两端为异氰酸酯基团；
B、以丁二醇为扩链剂，将所述预聚体进行扩链反应，得到非牛顿流体材料。
优选地，所述步骤A具体为：将50～150g/L芳香族聚醚、20～60g/L脂肪族二异氰酸酯和水混合，在温度为100～150℃的条件下搅拌反应1～2小时，得到预聚体；
所述步骤B具体为：将所述预聚体与20～50g/L扩链剂混合，在温度为90～120℃的条件下搅拌反应2～3小时，得到非牛顿流体材料。
本发明提供一种智能防冲撞纺织品，包括：织物基底和涂覆于所述纺织品基底上的防护层，所述防护层包括上文所述的非牛顿流体材料。
优选地，所述织物基底为儿童服装，所述防护层涂覆在儿童服装的肘部关节处和/或膝盖关节处。
优选地，所述防护层通过印花工艺形成，所述印花工艺的工作液包括：非牛顿流体材料、渗透剂、增稠剂、柔软剂、粘合剂和水。
优选地，所述印花工艺的工作液具体包括：40～80g/L非牛顿流体材料、1～20g/L渗透剂、1～5g/L增稠剂、10～25g/L柔软剂、5～15g/L粘合剂和余量的水。
优选地，所述印花工艺的烘干温度为150～180℃，时间为2～6分钟。
优选地，所述防护层的印花厚度在1cm以上。
与现有技术相比，本发明提供的非牛顿流体材料的主要成分为聚氨酯弹性物质，其在常态下呈现松弛的状态，柔软而具有弹性，当其受到剧烈碰撞或冲击的时候，分子间立刻相互锁定，迅速收紧变硬从而消化外力，形成一层防护层，当外力消失后，该材料会回复到它最初的松弛软弹状态。本发明所述非牛顿流体材料可以在纳米秒内对不同冲击情况作出不同的反应，是一种智能响应防冲撞材料。本发明巧妙地将上述非牛顿流体材料涂覆在织物基底上，形成智能防冲撞纺织品，使用者在与外界碰撞或受到冲击时，其可以瞬间变硬从而抵消外部的冲击力，起到保护人体的作用。
具体实施方式
下面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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种非牛顿流体材料，按照以下步骤制备得到：
A、将芳香族聚醚与脂肪族二异氰酸酯在水中进行反应，得到预聚体；
所述芳香族聚醚包含芳香族苯环和C15-20直链烷基；所述脂肪族二异氰酸酯包含C8以上的直链烷基且分子两端为异氰酸酯基团；
B、以丁二醇为扩链剂，将所述预聚体进行扩链反应，得到非牛顿流体材料。
非牛顿流体是指其剪切力与剪切应变速率不能始终成线性关系的流体，如泥浆、油漆等物质就是典型的非牛顿流体。非牛顿流体的流变性能和流变规律较为复杂，不同类型的非牛顿流体在剪切应变速率变化下会表现出不同的流变特性，如假塑性流体具有剪切变稀特性，胀流型流体具有剪切增稠特性等。
在本发明中，所述非牛顿流体材料在常态下呈现松弛的状态，柔软而具有弹性，当其受到剧烈碰撞或冲击的时候，分子间立刻相互锁定，迅速收紧变硬从而消化外力，形成一层防护层，当外力消失后，该材料会回复到它最初的松弛软弹状态。具体地，本发明所述非牛顿流体材料的流变性能可采用中国纺织科学研究开发的非牛顿体材料测试仪器YG-100，直接得出非牛顿指数，指数偏离1越大，说明其在受到外界冲击下，防护效果越好。本发明实施例该材料的非牛顿指数在10～25之间；非牛顿指数大于10，能满足对人体的最基本防护，非牛顿指数如果过大，则材料偏硬，反而不适于人体防护。
本发明提供的非牛顿流体材料的主要成分为聚氨酯弹性物质，其制备方法主要包括预聚体的制备和扩链反应，具体为：将芳香族聚醚与脂肪族二异氰酸酯在水中进行反应，得到预聚体；所述预聚体与扩链剂丁二醇反应，得到非牛顿流体材料。
本发明实施例将首先将50～150g/L芳香族聚醚与20～60g/L脂肪族二异氰酸酯混合，其余加水配制50L反应液，优选在100℃～150℃下搅拌进行聚合反应，搅拌反应1小时～2小时后，得到预聚体。该步骤的反应式如式1所示：
式1中，用1mol的聚醚HO-R1-OH与2mol的二异氰酸酯OCN-R2-NCO反应，聚醚中R1含有1个芳香族苯环(C6)和15-20个碳原子(C15-20)的直链烷基，其数均分子量为500～700；二异氰酸酯中R2为含有8个碳原子(C8)以上的直链烷基，二异氰酸酯分子两端为异氰酸酯(-NCO)基团。反应得到的预聚体包含R1和R2，并通过-OOC-NH-连接。
本发明实施例将前一步得到的预聚体与二元醇进行扩链反应，反应式如式2所示，其中预聚体残基为R3；扩链剂为小分子二元醇HO-R4-OH，具体为丁二醇，即小分子二元醇中R4为4个碳原子的直链烷基，分子两端为羟基，其主要是能与线型聚合物链上的官能团反应而使分子链扩展，预聚体分子量增大，得到结构为聚酯型聚氨酯的非牛顿流体材料。
上述步骤具体包括：将30L～40L所述预聚体与20～50g/L丁二醇扩链剂混合，优选在温度为90℃～120℃的条件下搅拌进行扩链反应，搅拌反应2小时～3小时后，得到所述的非牛顿流体材料。该材料具有应力响应性，常态下柔软、具有弹性，可应用于智能纺织品进行日常防护。
本发明还提供了一种智能防冲撞纺织品，包括：织物基底和涂覆于所述织物基底上的防护层，所述防护层包括上文所述的非牛顿流体材料。
本发明实施例通过在织物表面涂覆一层所述的非牛顿流体材料，利用非牛顿流体材料的特性，其在受到外界冲撞时，会瞬间变硬，从而可以抵消外力的冲击。本发明对所述织物基底没有特殊限制，在织物结构方面，可以是机织物或针织物，可以是平纹、斜纹、针织等任意织物组织；在织物成分方面，可以是天然纤维、半合成纤维和合成纤维的任意一种或多种；其性能、规格参数采用本领域常用的即可。从应用角度，所述的织物基底可以是儿童服装，也可以是其他日常防护纺织品等。在本发明的实施例中，以儿童服装为织物基底。
本发明所述织物基底上涂覆有防护层，所述防护层包括上文所述的非牛顿流体材料。作为优选，所述防护层通过印花工艺形成，工艺流程为：调制非牛顿体印花浆料-印花-烘干-成品。其中，所述印花工艺的工作液包括：非牛顿流体材料、渗透剂、增稠剂、柔软剂、粘合剂和水。所述的渗透剂一般为非离子型；增稠剂优选聚丙烯酸酯类，如志高化工公司的增稠剂FW7000；柔软剂优选为氨基硅油，如德美化工公司的柔软剂FH；粘合剂可为聚氨酯类粘合剂，如大金化工有限公司的粘合剂TGF300。在本发明的优选实施例中，所述印花工艺的工作液具体包括：40～80g/L非牛顿流体材料、1～20g/L渗透剂、1～5g/L增稠剂、10～25g/L柔软剂、5～15g/L粘合剂和余量的水。
本发明实施例将印花胶浆按照上述浓度配制好，可采用高速搅拌机(每分钟搅拌速度大于1000转)，搅拌20分钟以上，然后印花。所述的印花工艺可以为平网印花，如裁片平网印花，也可以是圆网印花等。平网印花时，具有镂空花纹的筛网(花版)紧压织物，花版上盛色浆，用刮刀往复刮压，使色浆透过花纹到达织物表面。平网印花适应性广，应用灵活，适合小批量多品种的生产。本发明一些实施例采用常规的平网印花，所述印花工艺的车速优选为15～25m/min。所述印花工艺的烘干温度优选为150～180℃，时间为2分钟～6分钟。
烘干后可经过常规后处理，本发明实施例即得到所述的智能防冲撞纺织品。某些具体实施中，所述织物基底为儿童服装，所述防护层涂覆在儿童服装的肘部关节处和/或膝盖关节处；将上文所述的非牛顿流体材料采用印花技术路线，印制在儿童服装肘关节、膝关节等关键位置，在发生外界撞击时，其可以有效缓冲外力，从而达到保护儿童身体的目的。在其他具体实施例中，所述织物基底可为佩戴、缝制、粘贴等使用方式的防护基底。
在本发明的实施例中，所述防护层的印花厚度通常在1cm以上；如服装印花位置为肘部关节、膝盖关节处，印花尺寸根据人体尺寸调节，其中肘部关节处的印花尺寸可为长20cm、宽15cm；膝盖关节处的印花尺寸可为长15cm、宽12cm。
为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本申请提供的非牛顿流体材料及智能防冲撞纺织品进行具体地描述。
以下实施例中，所涉及的织物基底为32S纯棉儿童服装面料；芳香族聚醚包含1芳香族苯环和C15-20直链烷基；脂肪族二异氰酸酯包含C8直链烷基且分子两端为异氰酸酯基团。
实施例1
(1)非牛顿流体材料的制备
将100g/L芳香族聚醚(含C15直链烷基)与30g/L脂肪族二异氰酸酯混合，其余加水配制50L反应液，在温度为100℃的条件下搅拌反应，1小时后，得到粘度在2000-8000Pa·s(90℃)之间的预聚物；
将30L所述预聚物与20g/L丁二醇混合，在温度为100℃的条件下搅拌反应，2小时后，得到非牛顿流体材料(粘度大于3000Pa·s(90℃)，非牛顿指数为15)。
(2)印花工艺
按照以下配方配制非牛顿体印花浆料：渗透剂PET(科莱恩公司)3g/L、增稠剂FW7000(志高化工公司)5g/L、柔软剂FH(德美化工公司)10g/L、粘合剂TGF300(大金化工有限公司)15g/L，前一步制得的非牛顿流体材料50g/L；配制100L印花胶浆工作液，其余为水，采用高速搅拌机(搅拌速度为5000转/min)搅拌20分钟。
将所配制的工作液采用平网印花工艺，对织物基底进行印花，其中筛网目数200目，印花车速为15米/分钟，烘干温度为150℃，时间为2分钟，得到面料成品，其印花厚度为1cm。该面料成品在国标方法洗涤20次之后，没有脱落情况发生。
将本发明所述面料成品与普通填充海绵样品(采用车缝将海海绵填充到织物中去，其厚度3厘米，海绵的密度为70，意味着每立方米的海绵重量为70公斤)进行防冲撞对比测试，测试方法是：将质量为2KG的钢球从50厘米的高空落下砸在上述面料上，通过测试面料底部的透过力来反应该材料的抗冲击性能，若透过力越小，说明该材料缓冲效果越好。测试结果如下表：
表1 各种材料样品的防冲撞测试结果
减振效果：空白样(牛顿力)-测试样(牛顿力)/空白样(牛顿力)*100％
从上表中可以看到，目前本发明的材料减振效果比较好，可以达到比较好的防护效果。
实施例2
(1)非牛顿流体材料的制备
将120g/L芳香族聚醚(含C20直链烷基)与50g/L脂肪族二异氰酸酯混合，其余加水配制50L反应液，在温度为110℃的条件下搅拌反应，1.5小时后，得到粘度在2000-8000Pa·s(90℃)之间的预聚物；
将30L所述预聚物与20g/L丁二醇混合，在温度为120℃的条件下搅拌反应，2.5小时后，得到非牛顿流体材料(粘度大于3000Pa·s(90℃)，非牛顿指数为17)。
(2)印花工艺
按照以下配方配制非牛顿体印花浆料：渗透剂PET(科莱恩公司)10g/L、增稠剂FW7000(志高化工公司)1g/L、柔软剂FH(德美化工公司)12g/L、粘合剂TGF300(大金化工有限公司)10g/L，前一步制得的非牛顿流体材料70g/L；配制120L印花胶浆工作液，其余为水，采用高速搅拌机(搅拌速度为6000转/min)搅拌20分钟。
将所配制的工作液采用平网印花工艺，对织物基底进行印花，其中筛网目数250目，印花车速为25米/分钟，烘干温度为170℃，时间为2.5分钟，得到面料成品，其印花厚度为1.5cm。该面料成品在国标方法洗涤20次之后，没有脱落情况发生。
将本发明所述面料成品与普通填充海绵样品(采用车缝将海海绵填充到织物中去，其厚度3厘米，海绵的密度为60，意味着每立方米的海绵重量为60KG)进行防冲撞对比测试，测试结果如下表：
表2 各种材料样品的防冲撞测试结果
从上表中可以看到，目前本发明的材料减振效果比较好，可以达到比较好的防护效果。
由以上实施例可知，本发明制备的非牛顿流体材料可以在纳米秒内对不同冲击情况作出不同的反应，是一种智能响应防冲撞材料。本发明巧妙地将上述非牛顿流体材料涂覆在织物基底上，形成智能防冲撞纺织品，使用者在与外界碰撞或受到冲击时，其可以瞬间变硬从而抵消外部的冲击力，起到保护人体的作用，尤其适合于儿童防冲撞纺织产品。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围。
Claims (8)
1.一种非牛顿流体材料，按照以下步骤制备得到：
A、将芳香族聚醚与脂肪族二异氰酸酯在水中进行反应，得到预聚体；
所述芳香族聚醚包含芳香族苯环和C15-20直链烷基；所述脂肪族二异氰酸酯包含C8以上的直链烷基且分子两端为异氰酸酯基团；
B、以丁二醇为扩链剂，将所述预聚体进行扩链反应，得到非牛顿流体材料。
2.根据权利要求1所述的非牛顿流体材料，其特征在于，所述步骤A具体为：将50～150g/L芳香族聚醚、20～60g/L脂肪族二异氰酸酯和水混合，在温度为100～150℃的条件下搅拌反应1～2小时，得到预聚体；
所述步骤B具体为：将所述预聚体与20～50g/L扩链剂混合，在温度为90～120℃的条件下搅拌反应2～3小时，得到非牛顿流体材料。
3.一种智能防冲撞纺织品，包括：织物基底和涂覆于所述织物基底上的防护层，所述防护层包括权利要求1或2所述的非牛顿流体材料。
4.根据权利要求3所述的智能防冲撞纺织品，其特征在于，所述织物基底为儿童服装，所述防护层涂覆在儿童服装的肘部关节处和/或膝盖关节处。
5.根据权利要求3或4所述的智能防冲撞纺织品，其特征在于，所述防护层通过印花工艺形成，所述印花工艺的工作液包括：非牛顿流体材料、渗透剂、增稠剂、柔软剂、粘合剂和水。
6.根据权利要求5所述的智能防冲撞纺织品，其特征在于，所述印花工艺的工作液具体包括：40～80g/L非牛顿流体材料、1～20g/L渗透剂、1～5g/L增稠剂、10～25g/L柔软剂、5～15g/L粘合剂和余量的水。
7.根据权利要求5所述的智能防冲撞纺织品，其特征在于，所述印花工艺的烘干温度为150～180℃，时间为2～6分钟。
8.根据权利要求5所述的智能防冲撞纺织品，其特征在于，所述防护层的印花厚度在1cm以上。
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