化学防护服面料用涂层织物的研究

2021-01-07陈卫平李瓯雪

化工设计通讯 2021年8期

陈卫平，李瓯雪，王哲

（1.浙江省消防救援总队，浙江杭州 310000；2.杭州市消防救援支队，浙江杭州 310000）

化学防护服是保障消防员安全所必需的，因此面料用涂层织物是非常重要的，要能够防止有害物质及具备耐腐蚀的性能，为了充分保障消防员在救援时的安全，关于化学防护服的研究是广泛的，样式也越来越多样化。涂层织物是在化学防护服的外表层面料织物表面涂敷一种材料，这种材料是高分子物质，由多种化学成分组成，可以是粉末、黏稠度高的流体及乳液，利用涂层技术将其和基布进行组合形成的最终产品具有广泛的性能，与单独的基布或者高分子物质所起到的性能极大提升，充分发挥了两种材料的使用价值。

1 化学防护服的概述

1）化学防护服是有效保护人体不受有害物质伤害的服装。主要包括4层。①外表层，可以抵抗化学物质的沾染；②阻隔层，与外表层紧密贴合，阻隔有毒物质的透入；③针织物层，主要作用是阻隔材料的骨架支撑；④阻隔层，避免外层阻隔层破坏，保护作业人员不受伤害。化学防护服可以阻隔有毒物质的透入主要在于阻隔层，需要针对不同环境选择特定的防护服，很难有一种化学防护服适合所有环境，如果所选择的化学防护服不能很好地阻隔有毒物质，不仅会毁坏防护服，重要的是危及人体。

2）现有的化学防护服类型按照防护材料可以分为隔绝型、吸附型及选择性透过膜防护型三种类型。隔绝型可以避免化学物质渗透到人体，在生产时在涂层织物上涂覆或者层压热塑性树脂，如橡胶；吸附型在涂层织物中加入具有微孔的物质，如活性炭，可以吸附有毒性气体或者液体；选择性透过膜在涂层织物中的应用可以使化学防护服起到阻止分子量大的有毒物质穿透，同时可以有效排出人体汗液，但是存在的缺点是阻止小分子有毒物质进入的效果比较差。

2 化学防护服面料用涂层织物材料

化学防护服面料用涂层织物的制备是在基布上涂覆防化聚合物形成薄膜，使原有织物具备更多的功能。涂层剂是一种具有成膜的高分子物质，种类丰富，不同种类的涂层剂具备的性能不同，按照阻隔材料可以分为聚氯乙烯类、有机硅、聚氨酯等。

2.1 涂层剂种类

（1）聚氯乙烯类的涂层剂是来源于氯乙烯，综合性能较好，当增塑剂较多时，不惧磨损，柔软性和手感度均较好，这类涂层剂原料容易获取，阻燃性也比较好，采用这类涂层剂所制成的化学防护服面料用涂层织物具备高的屏蔽性，可以防止酸碱性物质的腐蚀，同时也很容易被染成其他颜色。因为成本较低，原料易获取使其成为很多涂层织物的首选，但是需要注意的是聚氯乙烯类涂层剂不耐低温，在低温环境下会龟裂，在涂层织物制备的过程中容易掺入重金属，在遇到火源燃烧时会释放出有毒气体，污染环境，并且时间越长，涂层织物中的增塑剂会迁移。

（2）有机硅类的涂层剂是一种含有硅分子的高分子结构材料，这类涂层剂具有高的韧性、弹性、可塑性与稳定性。其分子结构具有独特性，在透气、耐热、透湿方面较好，同时这类物质的平滑性比较好，因此所制成的涂层织物不管在低温下还是在高温下都具备很好的柔韧性和抗撕裂性。另外，这类涂层剂的黏合性比较差，所以在制备涂层织物中为了提高黏合性，采用了交联基团的方法，由于价格较高，强度较低，因此一般不会单独使用有机硅类涂层剂，而是将其与其他涂层剂一起使用进行化学防护服面料用涂层织物的制备。

（3）聚丙烯酸酯类的涂层剂，由硬、软组分共同组成，经过不断发展，此类涂层剂防水透气、防燃等功能极大提高，同时低温节能，不会污染环境，目前在涂层织物制备中聚丙烯酸酯类涂层剂的价格较低，各方面性能较佳，因此被广泛使用，但是存在的缺点是弹性差，容易发生褶皱，手感不够舒适，从而阻碍了该类涂层剂的发展。

（4）橡胶类的涂层剂包括天然类和合成类，是目前比较常用的。天然橡胶涂层剂是早期使用的，断裂性和弹性较高，由于其中含有蛋白质，容易降解，因此天然类橡胶涂层剂在化学防护服面料用途层织物中的应用越来越少。合成橡胶涂层剂应用最多的是丁基橡胶，其物理性能良好，耐化学物品种类较少，但是耐高低温性能好，通常采用多种橡胶并用。

2.2 基布种类

基布是涂层织物的骨架，织物成分对化学防护护面料用涂层织物抗撕破、稳定及拉伸强度等性能起着决定性作用。基布的种类可以是棉、聚酯、尼龙及聚乙烯等，不同的织物都存在着各自的缺点和优点。为了提高消防员化学防护服面料用涂层织物的质量，所采用的基布密度要比较大，表面应较光洁，目前在化学防护服面料用涂层织物中基布可以是不同的织物混合制成。

3 化学防护服面料用涂层织物的涂层方法

化学防护服面料用涂层织物的涂层方法也称为涂层整理，是在面料织物外涂抹高分子物质，改变了织物的外观，让化学防护服面料织物具有更高的性能，避免有毒物质渗透面料织物内部，从而也提高了织物的用途和价值，因此涂层整理是化学防护服面料用涂层织物生产加工重要的技术，涂层方法种类较多。

3.1 直接涂层

利用物理方法将涂层剂直接均匀涂敷于织物表面。直接涂层方法包括干湿两种，干法涂层比较简单，所选择的涂层剂种类也比较多，在涂织物制备种广泛应用，就是将涂层剂和一些溶剂，如水、有机溶剂及辅助物质混匀制成一种涂层浆，直接用涂布器涂在织物上，通过加热蒸发去掉挥发的物质，然后涂层剂利用自身的交联作用在织物表面形成一层薄膜。湿法涂层选择的大多是涂层剂，在涂敷织物上后还要进行水溶处理，这种方法比较复杂，所需要的设备也比较大，但是最终制成的涂层织物的透气性和弹性相对较好。目前干法涂层技术在不断地改良，与湿法涂层水平是几乎相当，所以在化学防护服面料用涂层织物制备中干法涂层较佳。

3.2 转移涂层

该种方法是以片状物质，如钢带为载体，在上面涂上涂层剂并形成薄膜，然后再涂上黏结剂，使其和织物进行叠合，再进行烘干和固化后将载体去掉，从而将薄膜和织物结合在一起。利用转移涂层生产出的涂层织物的性能与天然的人造革非常接近，甚至更好，因此该涂层方法的发展是非常快的，与直接涂层比较，转移涂层方法可以生产出针织涂层织物，但是由于需要用到载体，所需设备也比较大，因此转移涂层价格上相对来说也比较高。

3.3 热熔涂层

这种工艺符合环保经济的要求，在生产中所需成本也较低，主要是将固态，并且热塑性比较高的物质放入到热熔装置中加热成熔体至涂层装置，最后涂在基布表面，在冷却后涂层织物制备完成。

3.4 泡沫涂层

是以空气为稀释剂，将涂层剂、发泡剂、泡沫稳定剂及少量的水放置发泡设备中使其成为泡沫状态后均匀地涂抹到织物表层，利用轮轧让织物表层上的发泡层破裂，从而将涂层剂和织物结合在一起。泡沫涂层方法发展于美国，不会造成环境污染，与直接涂层相比，泡沫涂层制备的涂层织物的手感更佳，在制备过程中也可以添加不同的制剂，从而让涂层织物具备更多的性能。

4 消防员化学防护服面料用涂层物质性能测试

根据GB24539—2009要求，化学防护服主要是用于保护人体不受化学物质的伤害，可覆盖人体的绝大部分，最基本的应该包括手部、腿部及机体躯干，为了充分起到保护作用，可以与其他的防护装备一起使用。化学防护服的种类很多，但是其所用材料不能危害人体健康，并且要具备舒适性、透气性，与其他防护装备要具备兼容性和配套性。

消防员化学防护服面料用涂层织物的性能基本要求是要有效防止化学物质透入及要具备基本的力学性能。渗透是化学物质在化学防护层面料用涂层织物中溶解或穿透的一个过程，化学防护服面料用涂层织物是高分子材料，由于高分子聚合物运动单元的多重性和蠕变性使材料具备一定的渗透性，因此要对化学防护服面料同涂层织物的渗透性进行测试。在化学防护服面料用涂层织物渗透性的测试中，所用的化学物质包括丙酮、二氯甲烷、甲醇、甲苯等，不同类型的化学防护服所选用的化学物质种类和数量是不同的，主要是以渗透时间、穿透压力来表示化学防护服面料用涂层织物的防渗透性能。拒液性能的测试常用的化学物质是30%的硫酸、10%的氢氧化钠、正丁醇及二甲苯，用拒液指数和穿透指数来表示化学防护服面料用涂层织物的拒液性能。另外，化学防护服面料用涂层织物物理防护性能的测试包括耐磨损、耐屈挠破坏性能、撕破及断裂强力、抗刺穿、耐高温、低温性能。

5 消防员化学防护服面料用涂层织物存在的问题及发展趋势

消防员化学防护服面料用涂层织物现存的问题主要有：防护性能还不足以适应多变的环境，不能抵御所有的危险物品；舒适感比较差；特定的使用范围不够确定，存在一定的局限性。

针对化学防护服面料用涂层织物现存的问题，在未来研究中其发展更趋向于安全、多性能、舒适。事故现场环境是复杂的，防护服具备的性能越多越好，因为保护消防员的安全是第一要素，因此对面料用涂层织物的要求就非常严格。现有的化学防护服在保证防护性能时忽视了舒适感，大多数的防护服重量是比较大的，自身完成不了穿脱过程，并且通常会与其他仪器配合使用，因此为了解决化学防护服的舒适问题，面料用涂层织物要选择新的渗透材料，最好是根据人体三维尺寸进行设计，尽可能地保证工作人员在穿着时的舒适，穿脱也应该比较方便。