防护材料与防护结构与防护方法技术

本发明专利技术提供防护材料，包括：聚合物，其由单体聚合而成，且单体包括丙烯酰胺单体，其结构为：

Protective materials and protective structures and methods of protection

The present invention provides a protective material comprising: a polymer formed by polymerization of monomers; and a monomer comprising an acrylamide monomer:

【技术实现步骤摘要】
防护材料与防护结构与防护方法
本专利技术涉及防护材料，更特别涉及含有防护材料的防护结构与其应用。
技术介绍
剪切增稠(shearthickening)现象常见于一般的悬浮流体中，过去的研究主要在强调如何避免剪切增稠现象的发生，以免突发性的剪切增稠现象破坏生产设备，近年来随着胶体科学技术的发展，剪切增稠现象被更彻底的了解且应用在防护用途的研究中。具有剪切增稠现象的材料可运用于防护用途，例如在遭遇高速冲击时，快速吸收能量变硬，提供防护效果，能量卸除后，短时间内恢复原有可塑状态。综上所述，开发剪切增稠速度更快或防护效果更佳的剪切增稠配方与护具是重要的课题。
技术实现思路
本专利技术一实施例提供防护材料，包括：聚合物，其由单体聚合而成，且单体包括丙烯酰胺单体，其结构为：其中R各自独立，为H或C1-3烷基；其中R’为C2-5烷撑基；以及多个氧化硅粒子，且该氧化硅粒子与该聚合物的重量比约介于1.5:1至4:1之间。本专利技术一实施例提供防护结构，包括：防护材料；以及基材，含浸于防护材料中或位于防护材料下，其中防护材料包括：聚合物，其由单体聚合而成，且单体包括丙烯酰胺单体，其结构为：其中R各自独立，为H或C1-3烷基；其中R’为C2-5烷撑基；以及多个氧化硅粒子，且氧化硅粒子与该聚合物的重量比约介于1.5:1至4:1之间。本专利技术一实施例提供防护方法，包括：将防护结构置于物体上，使施加至物体的力量消散于防护结构中，其中防护结构包括：防护材料；以及基材，含浸于防护材料中或位于防护材料下，其中防护材料包括：聚合物，其由单体聚合而成，且单体包括丙烯酰胺单体，其结构为：其中R各自独立，为H或C1-3烷基；其中R’为C2-5烷撑基；以及多个氧化硅粒子，且氧化硅粒子与该聚合物的重量比约介于1.5:1至4:1之间。【具体实施方式】本专利技术一实施方式提供防护材料，包括：聚合物，系由单体聚合而成，且单体包括丙烯酰胺单体，其结构为：其中R各自独立，为H或C1-3烷基；其中R’为C2-5烷撑基；以及多个氧化硅粒子。在一实施方式中，氧化硅粒子与聚合物的重量比约介于1.5:1至4:1之间。若氧化硅粒子的比例过高，则形成团块状不流动的固体。若氧化硅粒子的比例过低，则无法产生剪切增稠效果的液体。在一实施方式中，聚合物的重均分子量(Mw)约介于1000至50000之间，或约介于5000至20000之间。若聚合物的重均分子量过低，则欲达到防护效果，需要厚度更厚的材料组成。上述聚合物的重均分子量的测量方法如下：取0.5g的固化样品，放入5mL四氢呋喃(Tetrahydrofuran)中搅拌溶解后，先用0.45μm滤膜过滤，再用0.22μm滤膜过滤。之后以液态色谱分析仪(WATERSHIGHPERFORMANCEGPCSYSTEM)测量滤液中的聚合物的重均分子量。在另一实施方式中，聚合物的单体除了丙烯酰胺单体外，还包含丙烯酸酯的单体或低聚物，比如聚氨酯二丙烯酸酯(urethanediacrylate)低聚物、丙烯酸异辛酯、丙烯酸羟乙酯、或其他丙烯酸酯的单体或低聚物。丙烯酰胺单体与该丙烯酸酯的单体或低聚物的重量比约大于或等于2.5。若上述比例过低，则无法产生剪切增稠效果的液体。在一实施方式中，氧化硅粒子的形状为球状或不规则形。另一方面，若将氧化硅粒子置换为其他常见无机填充剂如粘土、氧化铝、或氢氧化铝，则复合材料亦不具有防护功能。在一实施方式中，氧化硅粒子的尺寸约介于50nm至1mm。上述防护材料可搭配基材以形成防护结构。举例来说，可先将基材含浸于单体、起始剂、与氧化硅粒子组成的剪切增稠流体(STF)中，再加热使STF中的单体固化形成剪切增稠胶体(STG)。如此一来，基材将含浸于STG的防护材料中。在另一实施方式中，可直接固化STF以形成STG后，再将其置于基材上。上述基材可为纤维、泡棉、涂层、或金属箔。在一实施方式中，防护结构的厚度约介于1mm至5mm之间，比现有的防护结构的厚度(7mm至14mm之间)薄。上述防护结构可置于物体上，使施加至物体的力量消散于防护结构中。当上述物体为人体，且施加至物体的力量来自于击发的子弹时，此防护结构即俗称的防弹衣。除此之外，防护结构亦可用于运动护垫、电池外壳、鞋垫、或其他防护用具中。防护结构可视需求应用于各种物体，并不以上述应用为限。为了让本专利技术的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举多个实施例作详细说明如下。实施例实施例1将10.0g二氧化硅(Megasil550silica，购自SibelcoAsiaPteLtd.-BaoLinBranch，粒径范围2～3μm)与6.0gN,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA，CAS#：2680-03-7，购自合记化学)于室温下搅拌3小时，即得到剪切增稠流体配方胶水(varnish)。此剪切增稠流体于25℃的初始粘度为122251cps，于剪切率3.11s-1下具有最大黏度345711cps。将上述胶水加热至55℃后，添加1phr(以DMAA为基准)的热起始剂AIBN，再加热胶水至90℃后反应1小时，以聚合DMAA。将反应后的产物倒入直径7.56mm的铝盘上，冷却后形成固态试片。依据BSEN1621-1标准进行冲击试验，并以富士Prescale中压感压纸(Model:MS，单片式，麦思科技有限公司)评估冲击后残留的压力值。此固态防护材组成及冲击试验结果如表1所示。实施例2将12.0g二氧化硅(Megasil550silica，购自SibelcoAsiaPteLtd.-BaoLinBranch，粒径范围2～3μm)与6.0gDMAA于室温下搅拌3小时，即得到剪切增稠流体配方胶水(varnish)。此剪切增稠流体于25℃的初始粘度为33534cps，于剪切率3.11s-1下具有最大黏度386624cps。将上述胶水加热至55℃后，添加1phr(以DMAA为基准)的热起始剂AIBN，再加热胶水至90℃后反应1小时，以聚合DMAA。将反应后的产物倒入直径7.56mm的铝盘上，冷却后形成固态试片。依据BSEN1621-1标准进行冲击试验，并以富士Prescale中压感压纸(Model:MS，单片式，麦思科技有限公司)评估冲击后残留的压力值。此固态防护材组成及冲击试验结果如表1所示。实施例3将13.5g二氧化硅(Megasil550silica，购自SibelcoAsiaPteLtd.-BaoLinBranch，粒径范围2～3μm)与6.0gDMAA于室温下搅拌3小时，即得到剪切增稠流体配方胶水(varnish)。此剪切增稠流体于25℃的初始粘度为169641cps，于剪切率3.11s-1下具有最大黏度429582cps。将上述胶水加热至55℃后，添加1phr(以DMAA为基准)的热起始剂AIBN，再加热胶水至90℃后反应1小时，以聚合DMAA。将反应后的产物倒入直径7.56mm的铝盘上，冷却后形成固态试片。依据BSEN1621-1标准进行冲击试验，并以富士Prescale中压感压纸(Model:MS，单片式，麦思科技有限公司)评估冲击后残留的压力值。此固态防护材组成及冲击试验结果如表1所示。实施例4将24.0g二氧化硅(Megasil550silica，购自Sibe本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防护材料，包括：聚合物，其由单体聚合而成，且该单体包括丙烯酰胺单体，其结构为：

【技术特征摘要】
2015.12.17 TW 1041424301.一种防护材料，包括：聚合物，其由单体聚合而成，且该单体包括丙烯酰胺单体，其结构为：其中R各自独立，为H或C1-3烷基；其中R’为C2-5烷撑基；以及多个氧化硅粒子，且该氧化硅粒子与该聚合物的重量比为1.5:1至4:1。2.如权利要求1所述的防护材料，其中该聚合物的重均分子量为1000至50000。3.如权利要求1所述的防护材料，其中该单体还包含丙烯酸酯的单体或低聚物，且该丙烯酰胺单体与该丙烯酸酯的单体或低聚物的重量比大于或等于2.5。4.如权利要求1所述的防护材料，其中该氧化硅粒子的形状为球状或不规则形。5.如权利要求1所述的防护材料，其中该氧化硅粒子的尺寸为50nm至1mm。6.一种防护结构，包括：防护材料；以及基材，含浸于该防护材料中或位于该防护材料下，其中该防护材料包括：聚合物，其由单体聚合而成，且该单体包括丙烯酰胺单体，其结构为：其中R各自独立，为H或C1-3烷基；其中R’为C2-5烷撑基；以及多个氧化硅粒子，且该氧化硅粒子与该聚合物的重量比为1.5:1至4:1。7.如权利要求6所述的防护结构，其中该基材包括纤维、泡棉、涂层、或金属箔。8.如权利要求6所述的防护结构，其厚度为1mm至5mm。9.如权利要求6所述的防护结构，其中该聚合物的重均分子量为1000至50000。10.如权利要求6所述的防护结构，其中该单体还包含丙烯酸酯的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志刚，赖韦豪，陈世明，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71