本技术涉及防护面料的领域，尤其涉及一种聚氨酯防针刺面料及其制备方法。
背景技术：
1、随着人们防护意识的不断提高，人们对防护面料的要求也越来越高。在需要接触到尖针及其类似尖刺物品较多的行业，由于人们在工作时会接触到尖刺物品，所以在日常工作时人们通常会带手套或者身穿防护服用于防护，但是普通的面料在使用时，尖刺物品依然会刮破或者穿透面料，扎伤人体，对人们的身体造成一些损害。
2、目前市场上存在着各种类型的防针刺面料，这些面料通常通过增强材料的厚度和密度来提升其防针刺性能。然而，这些方法往往会导致面料变得厚重，影响穿着舒适性和活动自如性。现有的防针刺面料多采用在面料中加入金属丝、陶瓷片或其他硬质材料来增强防刺性能，但这些方法可能会降低面料的柔韧性和舒适性，同时防针刺面料疏水性、耐水性和抗菌性能差，不能满足高端市场需求。
技术实现思路
1、本技术目的在于针对当前技术的不足，提供一种聚氨酯防针刺面料及其制备方法，本技术的聚氨酯防针刺面料的制备方法具有制作简单和成本低、同时聚氨酯防针刺面料具有优异的疏水性能、抗菌性能、防针刺、使用寿命长，聚氨酯防针刺面料柔韧性和舒适性高，满足高端市场需求。
2、第一方面，本技术提供一种聚氨酯防针刺面料，采用如下技术方案：
3、一种聚氨酯防针刺面料，包括基布和设置在基布表面上的防针刺聚氨酯涂层，所述防针刺聚氨酯涂层的厚度为120-180微米，所述防针刺聚氨酯涂层由聚氨酯涂料涂覆在基布表面固化制得，所述基布的材料为化学纤维材料、天然纤维材料、矿物纤维材料中的至少一种，通过防针刺聚氨酯涂层，或包括添加玻纤、石英、碳化硅微粒型材料形成的聚氨酯涂层来有效增加摩擦力，进而提升了防针刺面料的防针刺性能，其中，所述聚氨酯涂料，按质量份数计，包括以下制备原料：改性聚氨酯乳液85-90份、改性氧化石墨烯分散液20-25份、改性晶须调配碳纤维8-10份、改性纳米二氧化钛5-7份，通过防针刺聚氨酯涂层，或包括添加玻纤、石英、碳化硅微粒型材料形成的聚氨酯涂层来有效增加摩擦力，进而提升了防针刺面料的防针刺性能。
4、通过采用上述技术方案，基布：作为面料的基础结构，基布提供了必要的物理强度和耐用性。选择如化学纤维材料、天然纤维材料、矿物纤维材料等具有良好柔韧性和耐用性的材料，可以确保面料在日常使用中的持久性。基布还为上层的聚氨酯涂层提供了附着面，其结构对涂层的均匀性和附着强度有直接影响。防针刺聚氨酯涂层：该涂层是本面料的核心部分，通过涂覆在基布表面并固化形成。其厚度控制在120-180微米，以确保足够的防护性能而不过分增加重量或影响柔韧性。涂层不仅提供物理防护，阻止尖刺物品穿透，还因其独特的化学组成而具备疏水和抗菌性能。改性聚氨酯乳液：作为涂层的主要组成部分，改性聚氨酯乳液通过引入疏水性二端羟丁基聚二甲基硅烷，有效提升了面料的耐水性，防止水分渗透。改性过程增强了聚氨酯链与聚丙烯酸酯链之间的相容性，减少了相分离，从而提升了涂层的耐水性和柔韧性。改性纳米二氧化钛：改性纳米二氧化钛的加入提高了其在涂料中的分散性和相容性，这有助于形成更均匀的涂层，避免团聚现象。纳米二氧化钛本身具有抗菌性能，其改性后能更好地与聚氨酯结合，进一步提升面料的抗菌和防针刺性能。改性晶须调配碳纤维：这些纤维在涂料中的分散性和相容性同样得到了提升，它们的加入显著增强了面料的防针刺能力。晶须调配碳纤维由于其本身的高强度和刚度，能够有效地阻挡或减缓尖锐物体的穿透力。改性氧化石墨烯分散液：通过特定的改性剂，氧化石墨烯与聚氨酯之间的相互作用得到增强，这不仅改善了分散浓度，还提高了涂层的稳定性。改性氧化石墨烯的加入，利用其独特的二维结构特性，进一步增强了面料的抗菌和防针刺性能。综上所述，各层材料在本技术中的作用是通过各自的独特性能及相互之间的协同效应，共同构成了一种具有优异疏水性、抗菌性、防针刺性能的高性能面料。这种面料不仅能够提供有效的物理防护，还能够通过其化学性质提供额外的功能性，如抗菌和疏水，满足高端市场的需求。
5、优选的，所述改性纳米二氧化钛的制备方法为：按照质量份数，向带有搅拌装置、温度计的三口烧瓶中加入300份粒径为20纳米的纳米二氧化钛、7份质量浓度为98％浓硫酸、75份二甲苯、15份1,6己二酸，升温132℃，保温至酸值＜0.1mgkoh/g，加入三乙胺中和至ph为7.5，负压蒸馏除去溶剂，得到改性的纳米二氧化钛。
6、通过采用上述技术方案，改性纳米二氧化钛的制备方法涉及多个步骤，旨在提高其在聚氨酯涂料中的分散性和相容性，从而增强面料的抗菌性能和防针刺性能。首先，向带有搅拌装置和温度计的三口烧瓶中加入300份粒径为20纳米的纳米二氧化钛。这种纳米粒子因其小尺寸而具有高比表面积，使其反应性增强。然后，加入7份质量浓度为98％的浓硫酸和75份二甲苯、15份1,6己二酸。浓硫酸的加入有助于在纳米二氧化钛表面引入硫酸根，增加其亲水性，而二甲苯和1,6己二酸则作为溶剂和添加剂，有助于控制反应条件和改善纳米粒子的表面性质。将混合物升温至132℃，并保温至酸值＜0.1mgkoh/g。这一步是通过加热促进化学反应，使纳米二氧化钛表面的修饰更为完全。反应完成后，加入三乙胺中和至ph为7.5，使用碱性物质中和多余的酸，并将ph调节到中性，以适应后续应用需求。然后通过负压蒸馏除去溶剂，得到纯净的改性纳米二氧化钛。改性后的纳米二氧化钛在聚氨酯涂料中的分散性得到显著提升。这是因为其表面经过化学修饰，增加了与聚氨酯的相容性，减少了粒子之间的团聚。纳米二氧化钛本身具有一定的抗菌性能，改性后，这些性能得到了进一步的发挥。在面料中，这提供了额外的健康保护层，减少了细菌的生长。改性纳米二氧化钛的加入，增强了面料的整体强度和耐用性，特别是在抵御尖锐物体穿透方面，提高了面料的防针刺能力。改性纳米二氧化钛与其他成分如改性聚氨酯乳液、改性氧化石墨烯分散液以及改性晶须调配碳纤维共同作用，形成了一个多功能的保护层。这些成分的协同效应不仅提升了面料的物理防护性能，还增强了其化学稳定性和耐久性。综上所述，改性纳米二氧化钛通过特定的化学处理，不仅在聚氨酯涂料中的分散性和相容性得到了改善，还通过其固有的抗菌性能和增强的防针刺能力，与其他成分一起，为面料提供了综合的性能提升。
7、优选的，所述改性晶须调配碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
8、s41、按照质量份数，将100份直径为1-5μm、长径比为10-15的硼酸铝晶须送入到300份质量浓度为95％浓硫酸中处理40-60min，然后采用沸水清洗3次、干燥，得到羟基化硼酸铝晶须；
9、s42、将100份羟基化硼酸铝晶须、50份直径为10-15μm、长径比为10-15的碳纤维和6份硅烷偶联剂加入到12份质量浓度为15％的二疏基丙烷磺酸钠的乙醇溶液，搅拌充分，得到改性晶须调配碳纤维。
10、通过采用上述技术方案，改性晶须调配碳纤维的制备方法涉及两个主要步骤：羟基化硼酸铝晶须的制备和碳纤维的改性调配。这些步骤旨在提高碳纤维和硼酸铝晶须的表面活性，促进它们在聚氨酯涂料中的分散性和相容性，从而增强面料的防针刺性能。羟基化硼酸铝晶须的制备(s41):将100份直径为1-5μm、长径比为10-15的硼酸铝晶须加入到300份质量浓度为95％的浓硫酸中处理40-60分钟。这一步使用强酸处理，目的是在硼酸铝晶须表面引入羟基，增加其表面的活性和亲水性。处理后，采用沸水清洗晶须三次以去除多余的硫酸，然后干燥，得到羟基化硼酸铝晶须。改性晶须调配碳纤维的制备(s42):将100份羟基化硼酸铝晶须、50份直径为10-15μm、长径比为10-15的碳纤维和6份硅烷偶联剂加入到12份质量浓度为15％的二疏基丙烷磺酸钠的乙醇溶液中，充分搅拌。在这一步骤中，硅烷偶联剂作为桥梁，帮助羟基化硼酸铝晶须与碳纤维结合，同时二疏基丙烷磺酸钠的乙醇溶液提供了适宜的反应介质，促进了化学修饰的进行。通过羟基化和硅烷偶联剂的处理，改性晶须调配碳纤维在聚氨酯涂料中的分散性和相容性得到显著提升。这有助于碳纤维和硼酸铝晶须更均匀地分布在涂层中，减少团聚现象，从而形成更加均匀和紧密的防护层。改性晶须调配碳纤维的加入，由于碳纤维本身具有高强度和刚度，以及硼酸铝晶须的硬度和稳定性，显著提高了面料的防针刺能力。这些纤维和晶须在面料中形成的网络结构，能够有效阻挡或减缓尖锐物体的穿透力。改性晶须调配碳纤维与其他成分如改性聚氨酯乳液、改性氧化石墨烯分散液以及改性纳米二氧化钛共同作用，形成了一个多功能的保护层。这些成分的协同效应不仅提升了面料的物理防护性能，还增强了其化学稳定性和耐久性。综上所述，改性晶须调配碳纤维通过特定的化学处理，不仅在聚氨酯涂料中的分散性和相容性得到了改善，还通过其固有的物理性能和增强的防针刺能力，与其他成分一起，为面料提供了综合的性能提升。
11、优选的，所述硅烷偶联剂由异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、γ-氨丙基三乙氧基硅和三(十二烷基苯磺酰基)钛酸异丙酯以质量份数比3:4:3组成。
12、通过采用上述技术方案，异丙基三油酸酰氧基钛酸酯：作为一种钛酸酯偶联剂，它能够与硼酸铝晶须和碳纤维表面的羟基反应，形成稳定的化学键。这有助于提高纤维与聚氨酯之间的粘结力，增强涂层的整体性能。γ-氨丙基三乙氧基硅烷：这种硅烷偶联剂通过其乙氧基与纤维表面的羟基进行反应，同时其氨丙基部分可以与聚氨酯中的异氰酸酯基团反应，从而在纤维和聚合物基质之间形成一个桥梁。三(十二烷基苯磺酰基)钛酸异丙酯：这种钛酸酯偶联剂具有长的烷基链和苯磺酰基，能够提供额外的疏水性，并增强纤维在水性介质中的分散性。异丙基三油酸酰氧基钛酸酯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷共同作用，通过与纤维表面和聚氨酯基质形成化学键，大大增强了界面的粘结力。这有助于提高涂层的机械强度和耐久性。三(十二烷基苯磺酰基)钛酸异丙酯的疏水性长链和苯磺酰基在水性介质中提供了良好的分散性，而γ-氨丙基三乙氧基硅烷则通过化学反应确保了这种分散性在涂层固化后得以保持。这三种偶联剂的协同作用不仅提高了纤维在涂料中的分散性和相容性，还通过增强纤维与聚合物基质之间的相互作用，提升了涂层的疏水性、抗菌性和防针刺性能。综上所述，硅烷偶联剂的合理配比和协同作用对改性晶须调配碳纤维的性能至关重要。它们共同提供了一个多功能的平台，通过化学键的形成和物理作用的增强，显著提升了聚氨酯防针刺面料的整体性能，满足了高端市场的需求。
13、优选的，所述改性氧化石墨烯分散液的制备方法，包括以下步骤：
14、s61、按照质量份数，将10份氧化石墨烯加入到50份质量浓度为5％的n,n-二甲基甲酰胺水溶液中，搅拌均匀，在0-4℃下加入0.3份二氯亚砜，滴加完成后，反应3h后，升温至50℃，应过程中冷凝回流并同时进行尾气吸收，反应6-8h后，缓慢加入适量的去离子水，至体系没有气体产生，进行抽滤、洗涤，得到改性氧化石墨烯；
15、s62、将10份改性氧化石墨烯重新分散在100份水中，在高速搅拌分散40分钟，再剪切乳化均质4小时，得到均匀的分散液，随后加入2-[(2-氨基乙基)氨基]乙磺酸钠，60℃下反应8h，得到改性氧化石墨烯分散液。
16、通过采用上述技术方案，改性氧化石墨烯分散液的制备方法涉及两个主要步骤：首先，通过化学反应对氧化石墨烯进行改性；其次，将改性后的氧化石墨烯重新分散并稳定化，以获得适合聚氨酯涂料使用的分散液。
17、将10份氧化石墨烯加入到50份质量浓度为5％的n,n-二甲基甲酰胺水溶液中，搅拌均匀。这一步骤旨在将氧化石墨烯充分分散在溶剂中，以便后续化学反应的进行。在0-4℃下加入0.3份二氯亚砜，滴加完成后，反应3小时。二氯亚砜作为改性剂，在这一条件下与氧化石墨烯上的羟基和羧基反应，引入新的官能团。升温至50℃，反应过程中冷凝回流并同时进行尾气吸收，反应6-8小时后，缓慢加入适量的去离子水，至体系没有气体产生。这一步通过加热促进化学反应的完成，并通过添加去离子水来中止反应。最后，进行抽滤、洗涤，得到改性氧化石墨烯。这些洗涤步骤确保了未反应的化学物质被去除，留下纯净的改性氧化石墨烯。将10份改性氧化石墨烯重新分散在100份水中，在高速搅拌分散40分钟，再剪切乳化均质4小时，得到均匀的分散液。这些步骤确保了改性氧化石墨烯在水中的均匀分散，形成了稳定的胶体系统。随后加入2-[(2-氨基乙基)氨基]乙磺酸钠，60℃下反应8小时，得到改性氧化石墨烯分散液。这一步通过添加特定的化合物来进一步稳定分散液，防止粒子的聚集和沉降。改性氧化石墨烯通过上述制备过程，其在聚氨酯涂料中的分散性得到显著提升。这确保了氧化石墨烯能够均匀分布在涂层中，从而更有效地增强涂层的性能。改性氧化石墨烯与聚氨酯链段通过化学作用于氧化石墨烯上，形成的聚氨酯涂料可以长期稳定。这种强相互作用有助于提高涂层的机械强度和耐久性。改性氧化石墨烯的引入，利用其独特的二维结构特性，增强了面料的抗菌和防针刺性能。特别是在与其他成分如改性聚氨酯乳液、改性晶须调配碳纤维以及改性纳米二氧化钛共同作用时，形成了一个多功能的保护层，提升了面料的整体性能。综上所述，改性氧化石墨烯分散液的制备不仅提高了其在聚氨酯涂料中的分散性和相容性，还通过其固有的特性和与其他成分的协同作用，为面料提供了综合的性能提升，特别是在抗菌和防针刺能力方面。
18、优选的，所述改性氧化石墨烯与所述2-[(2-氨基乙基)氨基]乙磺酸钠的质量份数比为1:3-4。
19、优选的，所改性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：
20、s81、按照质量份数，将71份二端羟丁基聚二甲基硅烷、114份丙烯酸丁酯、61份苯乙烯、89份聚己内酯、33份异佛尔酮二异氰酸酯、3份甲基丙烯酸羟乙酯、1.8份偶氮二异丁腈和0.5份二月桂酸二丁基锡和10.5份正十六烷混合均匀，得到混合物；
21、s82、将混合物加入到300份质量浓度为5％的乳化剂水溶液中，然后在2000r/min下预乳化得到粗乳液，再在冰水浴中使用细胞粉碎机超声波处理30min得单体细乳液，最后将得到的单体细乳液在氮气气氛中搅拌1h后，转移到三颈烧瓶中，保持温度为70℃在氮气环境下进行细乳液聚合反应6h后，得到改性聚氨酯乳液。
22、通过采用上述技术方案，改性聚氨酯乳液通过细乳液聚合法成功将二端羟丁基聚二甲基硅烷引入聚氨酯链段，获得改性聚氨酯乳液。二端羟丁基聚二甲基硅烷加入提高了聚氨酯链与聚丙烯酸酯链之间的相容性，减小了相分离程度。通过疏水性二端羟丁基聚二甲基硅烷的引入，可抑制水分子从聚氨酯防针刺面料表面渗透到面料内部，提升了防针刺聚氨酯涂层的耐水性和柔韧性。
23、优选的，所乳化剂为1-烯丙氧基-3-4-壬基苯酚)-2-丙醇聚氧乙烯(10)醚硫酸铵。
24、第二方面，本技术提供一种聚氨酯防针刺面料的制备方法，采用如下的技术方案：作为一个总的技术构思，本技术还提供上述一种聚氨酯防针刺面料的制备方法，包括以下步骤：
25、s101、按照质量份数，将改性聚氨酯乳液、改性氧化石墨烯分散液、改性晶须调配碳纤维和改性纳米二氧化钛搅拌均匀，得到聚氨酯涂料；
26、s102、将聚氨酯涂料涂覆在基布表面上，确保聚氨酯涂料能够完全覆盖基布并渗入其纤维间；s103、对涂有聚氨酯涂料的基布进行压制处理，使基布的空隙中完全填满聚氨酯涂料，随后在80-85℃下进行烘干30-40分钟，得到聚氨酯防针刺面料。
27、综上所述，本技术的有益技术效果：
28、1.增强的物理防护性能：通过在基布上涂布一层120-180微米厚的聚氨酯涂层，并结合改性晶须调配碳纤维，该面料能够有效防止尖锐物体的穿透，提供了卓越的防针刺保护。这对于需要高安全防护的工作服装或户外运动装备尤为重要。
29、2.优异的防水和抗菌性能：改性聚氨酯乳液的引入，特别是通过疏水性二端羟丁基聚二甲基硅烷的添加，显著提高了面料的耐水性能，使面料能够抵抗水分渗透，同时保持透气性。此外，改性纳米二氧化钛的加入提升了面料的抗菌性能，减少了细菌滋生的可能，从而增加了面料的卫生安全性。
30、3.改善的耐用性和舒适性：细乳液聚合法使得聚氨酯链与聚丙烯酸酯链之间的相容性提高，减小了相分离程度，不仅提升了涂层的耐水性，还增强了其柔韧性。这些特性的结合确保了面料在长期使用过程中保持其性能，同时提供了良好的舒适性，满足了高端市场对高品质、持久耐用和舒适穿戴的需求。
31、4.环境友好型材料：使用的聚氨酯涂料相较于传统油性聚氨酯更加环保，减少了有害溶剂的使用，符合现代可持续发展的要求。
32、5.简化的生产流程和成本效益：制备方法的设计考虑到了简化生产流程和降低成本的需求，使得这种高性能面料能够以相对经济的方式大规模生产，从而满足广泛的市场需求。
1.一种聚氨酯防针刺面料，其特征在于，包括基布和设置在基布表面上的防针刺聚氨酯涂层，所述防针刺聚氨酯涂层的厚度为120-180微米，所述防针刺聚氨酯涂层由聚氨酯涂料涂覆在基布表面固化制得，所述基布的材料为化学纤维材料、天然纤维材料、矿物纤维材料中的至少一种，通过防针刺聚氨酯涂层，或包括添加玻纤、石英、碳化硅微粒型材料形成的聚氨酯涂层来有效增加摩擦力，进而提升了防针刺面料的防针刺性能。
2.根据权利要求1所述一种聚氨酯防针刺面料，其特征在于，所述聚氨酯涂料，按质量份数计，包括以下制备原料：改性聚氨酯乳液85-90份、改性氧化石墨烯分散液20-25份、改性晶须调配碳纤维8-10份、改性纳米二氧化钛5-7份。
3.根据权利要求2所述一种聚氨酯防针刺面料，其特征在于，所述改性纳米二氧化钛的制备方法为：按照质量份数，向带有搅拌装置、温度计的三口烧瓶中加入300份粒径为20纳米的纳米二氧化钛、7份质量浓度为98%浓硫酸、75份二甲苯和15份1,6己二酸，升温132℃，保温至酸值＜0.1mgkoh/g，加入三乙胺中和至ph为7.5，负压蒸馏除去溶剂，得到改性的纳米二氧化钛。
4.根据权利要求2所述一种聚氨酯防针刺面料，其特征在于，所述改性晶须调配碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述一种聚氨酯防针刺面料，其特征在于，所述硅烷偶联剂由异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、γ-氨丙基三乙氧基硅和三（十二烷基苯磺酰基）钛酸异丙酯以质量份数比3:4:3组成。
6.根据权利要求2所述一种聚氨酯防针刺面料，其特征在于，所述改性氧化石墨烯分散液的制备方法，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述一种聚氨酯防针刺面料，其特征在于，所述改性氧化石墨烯与所述2-[(2-氨基乙基)氨基]乙磺酸钠的质量份数比为1:3-4。
8.根据权利要求2所述一种聚氨酯防针刺面料，其特征在于，所改性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述一种聚氨酯防针刺面料，其特征在于，所乳化剂为1-烯丙氧基-3-4-壬基苯酚)-2-丙醇聚氧乙烯(10)醚硫酸铵。
10.一种权利要求1-9任一所述一种聚氨酯防针刺面料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
