CN102702805B - 一种电热远红外保健材料、其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电热远红外保健材料、其制备方法及其应用。将白炭黑、纳米活性硅酸钙、纳米沉淀硫酸钡、纳米电气石粉按比例加入导电碳墨中，手工搅拌混合，再置于油墨搅拌机中混合30分钟，然后在三辊研磨机上研磨两遍，最后在20~25℃条件下存放不少于24小时制成发热涂层。用丝网印刷方式将所述发热涂层印刷涂敷在柔性或刚性基体材料上，置于电热恒温烘箱内，以80℃20分钟加120℃30分钟加150℃30分钟的条件进行烘干固化，制作电极并封装处理，在外表发热涂层表面包覆纳米负离子布或纳米电气石布，制成电热远红外保健材料。本发明可广泛用于工业、农业、民用、医疗等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种电热远红外保健材料、其制备方法及其应用，属于功能性电热材料技术领域。
背景技术
目前，远红外发热（电热）材料有多种方法获得，产品形式也有许多，如远红外涂层发热管（块）、远红外陶瓷发热管、远红外电热膜等。其应用主要在加热、取暖、干燥，固化等方面。远红外发热（电热）材料的一种产品形式是电热膜（或电热板），是将特定的导电碳墨采用丝网印刷工艺把设计的电路印刷涂敷在高分子薄膜（多为PET膜）或树脂版（酚醛或环氧绝缘树脂板）上，经一系列工序制得。这样的电热膜或电热板（都属面状发热体）通电时（可以按设计的电压供电）具有远红外线辐射、发热作用，除了作为采暖、保温产品的发热元件，近年来它的另一种应用就是在以这种发热体作为远红外辐射源的远红外保健、理疗、治疗产品领域，如绑缚在人体相应位置的远红外理疗仪、治疗仪（电热膜应用范畴）、频谱保健治疗屋（电热板应用范畴）和用它主要作为远红外发热源的休闲健康用品产业，如干式桑拿房、能量屋、光波SPA室及类似产品上（电热板的应用范畴）。
向导电碳墨中融入纳米材料以形成新的功能是目前行业内的研究方向，但现有的一些文献所公开的添加了纳米材料的远红外发热产品，大多数只停留在理论及探索阶段，而且所公开的功能较单一，效果并不如人意。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具备多重保健、理疗、治疗效果的电热远红外保健材料、其制备方法及其应用。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种电热远红外保健材料，包括基体及其发热涂层，所述发热涂层的组分按重量份比为：导电碳墨100份；白炭黑0.3~0.5份；纳米活性硅酸钙0.4~1.0份；纳米沉淀硫酸钡0.8~1.5份；纳米电气石粉1.5~3.0份。
本发明提供上述电热远红外保健材料的制备方法，将发热涂层涂覆于基体上，所述发热涂层的制备方法为：将权利要求1所述组分白炭黑、纳米活性硅酸钙、纳米沉淀硫酸钡、纳米电气石粉加入到导电碳墨中，手工搅拌混合，再置于油墨搅拌机中混合30分钟，然后在三辊研磨机上研磨两遍，最后在20~25℃条件下存放不少于24小时。
其进一步的技术方案为：所述白炭黑为气相白炭黑或沉淀白炭黑。所述白炭黑的平均粒径为7~80nm；所述纳米活性硅酸钙的平均粒径为20~50nm；所述纳米沉淀硫酸钡的平均粒径为20~100nm；所述纳米电气石粉的平均粒径为20~50nm。制备的所述电热远红外保健材料的发热涂层的工艺性能指标达到：细度≤5微米；粘度2500~3000厘泊；固含量 60%±5%。
以及，其进一步的技术方案为：以所述发热涂层为主要原料，用丝网印刷方式将所述发热涂层印刷涂敷在柔性或刚性基体材料上，然后置于电热恒温烘箱内，以80℃20分钟加120℃30分钟加150℃30分钟的条件进行烘干固化，制作电极并封装处理，制得成品。在所述制作电极并封装处理的工艺步骤之后，在发热涂层表面包覆纳米负离子布或纳米电气石布，制得成品。
本发明提供上述方法制得的电热远红外保健材料的应用，应用于以下领域：一、医疗器械用品产业：用于制造远红外治疗仪、频谱保健治疗屋；二、健康保健用品产业：用于制造干式桑拿房、光波SPA室、足浴桶、能量屋；三、野外作业、户外运动用品产业：用于制造蓬、棚、仓、包、袋、箱；四、农、林、牧领域：用于制造农作物果树苗木育种生长的保温大棚；经济作物蔬菜、水果鲜花的保温储存、保鲜空间场所。
本发明的有益技术效果是：
一、添加气相白炭黑或沉淀白炭黑、纳米活性硅酸钙、纳米沉淀硫酸钡后的导电碳墨制成的电热材料的远红外辐射波长有向近红外波长前移的迹象（波长2.5~3.0μm处红外图谱有提示）。此波长的存在和辐射，能使远红外线对人体表皮的穿透程度有所提高，还有助于人体的ATP（三磷酸腺苷）的生成，有利于人体细胞的代谢活动，恢复病态的心肌组织。
二、添加的纳米电气石粉，带有恒久的热电性，在受热等情形下，产生微电流，用它改良得到的导电碳墨制成的电热材料在与人体体表直接接触时，能与人体传递生物微电流（0.06mA），刺激肌肉和神经，改善局部血液循环，同样有助于肌肉细胞的代谢活动。
三、改良型导电碳墨制成的电热材料用于干式桑拿房、能量屋、保暖棚（仓）产品作为辐射发热源时，在加热、保温的同时，能释放大量负离子，改善这一类产品相对封闭的空间内的空气质量状况，让使用者不再有憋闷的感觉，而是神清气爽，呼吸轻松自如。
四、加入的气相白炭黑或沉淀白炭黑、纳米活性硅酸钙、纳米沉淀硫酸钡、纳米电气石粉都具有发射远红外线特性，以纳米材料改良的导电碳墨比未加纳米材料的导电碳墨的远红外线发射能力更高，这意味着达到同样的照射效果，由改良型导电碳墨制成的电热材料会更节电或更节省时间。
五、加入本发明所涉的纳米材料改良的导电碳墨制成的电热材料，因电气石粉结构晶体固有微电流的存在，能够有效降低电磁辐射的影响；因电气石粉还可以永久产生、释放负离子，既能杀菌灭毒、消除空气中的杂味，又增加了空气中的富氧成分，从而在多个方面改善了使用者所在的环境小气候。
附图说明
图1是本发明电热远红外保健材料的发热涂层的加工工艺流程图。
图2是市售导电碳墨制成的发热材料与采用本发明方法制成的电热远红外保健材料的远红外图谱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
一、概述：
如图1所示，本发明电热远红外保健材料的制备方法如下：
选用市售的导电碳墨，由它制成的电热材料通电时会发热并辐射4.5~15μm的远红外线。组合采用纳米材料对导电碳墨进行改良，添加气相白炭黑（沉淀白炭黑）、纳米活性硅酸钙、纳米沉淀硫酸钡、纳米电气石粉，作为导电碳墨的远红外增强材料；并作为导电碳墨粘度、强度、流平性、塑形性的调节材料；且使制得的电热远红外保健材料能够在通电发热、辐射的同时，具备有助于保健、理疗、治疗效果的特定功能。
首先将气相白炭黑（沉淀白炭黑）、纳米活性硅酸钙、纳米沉淀硫酸钡、纳米电气石粉组合按比例加入到选用的导电碳墨中，手工搅拌初步预混合，再置于市售的油墨搅拌机中充分混合30分钟，然后在三辊研磨机上研磨两遍，最后将此碳墨置于容器内于20~25℃条件下静置24小时以上，制成发热涂层，进行发热涂层产品的工艺性能指标测试。
上述气相白炭黑（沉淀白炭黑）、纳米活性硅酸钙、纳米沉淀硫酸钡、纳米电气石粉的加入量分别为导电碳墨的0.3~0.5%、0.4~1.0%、0.8~1.5%、1.5~3.0%（重量分数）。
所用纳米材料均为市售，其中气相白炭黑（沉淀白炭黑）的平均粒径为7~80nm；纳米活性硅酸钙的平均粒径为20~50nm；纳米沉淀硫酸钡的平均粒径为20~100nm；纳米电气石粉的平均粒径为20~50nm。
改良后的导电碳墨（发热涂层）工艺性能指标达到：细度≤5微米；粘度2500~3000厘泊；固含量60%±5%。
配置好的添加了纳米材料的导电碳墨，应在20~25℃条件下存放不少于24小时才能用于生产。
用上述方法制备的发热涂层经一系列工序制作成具有多重功能的电热远红外保健材料。用丝网印刷方式将上述发热涂层印刷涂敷在柔性（薄膜、织物等）或刚性（树脂板等）基体材料上，置于电热恒温烘箱内，以80℃20分钟、120℃30分钟、150℃30分钟的条件进行烘干固化，制作电极并封装处理制成成品。为强化功能性，在制作电极并封装处理后的产品外表碳墨层表面包覆纳米负离子布或纳米电气石布，保障在通电发热、辐射远红外线的同时，能充分释放负离子，传递生物电。
根据基体材料的不同，电热远红外保健材料的呈现方式可以是电热膜、电热布和电热板等面状发热体，可用于电暖（保温）产品、保健理疗或远红外治疗产品的发热源、远红外线辐射源、负离子释放源、与人体生物电流相匹配的微电流的提供者。
具体应用方面；
（1）、医疗器械用品产业。
I.系列绑缚式远红外治疗仪产品。与人体关节、穴位、表皮、肌肉直接接触的（电热膜、电热布）绑缚式远红外线治疗仪产品，采用本方法制得的电热远红外保健器件产品不仅具有普通的同类产品所有的远红外发热、辐射产生的温热、渗透、活化、加快血液循环等作用，还因为添加于导电碳墨中的纳米电气石粉及发热体外表碳墨层面包敷的纳米负离子织物或纳米电气石织物携带的微电流作用于患部肌肉和神经，能改善局部血液循环，缓解疼痛，促进肌肉细胞的新陈代谢加快炎症的治愈。
II.频谱保健治疗屋产品。
（2）、健康保健用品产业。
干式桑拿房、光波SPA室、足浴桶等休闲保健产品。
（3）、野外作业、户外运动用品产业。
各种蓬（棚）、仓、包、袋、箱等保暖产品。
（4）、农、林、牧领域。
农作物果树苗木育种生长的保温大棚；经济作物如蔬菜、水果鲜花的保温储存、保鲜等空间场所等。
上述第（2）、（3）、（4）项产业应用中提到的各种产品及（1）II所述产品采用本方法制得的功能性电热材料（电热膜、电热布、电热板），除具备一般同类产品具有的远红外发热、辐射能力起到采暖、保温的效果和能量疗法的治疗作用外，还因为添加于导电碳墨中的纳米电气石粉和包敷在发热体外表的纳米负离子织物或纳米电气石织物在受热时能恒久释放负离子，使这些各种形式的产品使用者处于产品的相对密闭的小空间内时有大量丰富的源源不断的负离子产生与存在，有助于其中的使用者呼吸顺畅，吸入充足的氧气，使人精神振作、反应灵敏。医学证明，长期处在负离子丰富的环境中，有利于促进人体新陈代谢，改善心肺功能，增强抗病能力，提高睡眠质量；负离子还具备明显的镇痛作用，能缓解人的紧张情绪；大量负离子的存在，对消除密闭空间内的杂味、净化空气有明显的效果；对其中的水果、鲜花有延长保鲜期的效果。
二、具体实施例：
1）制作发热涂层。
实施例1：气相白炭黑，粒径7~80nm；纳米活性硅酸钙，粒径20~50nm；纳米沉淀硫酸钡，粒径20~100nm；纳米电气石粉，粒径20~50nm。添加量分别为导电碳墨重量的0.3%、0.7%、1.5%、3.0%。将上述称量好的纳米材料分别添加到EA-ST208B型油墨搅拌机配备的5L塑胶罐中（容器内事先已置入称量的市售导电碳墨1000g）。先用手工进行搅拌使之初步混合，再将该塑胶罐置于油墨搅拌机的固定座上，以100rpm的转速搅拌30分钟，进行充分混合，取出的混合碳墨再经三辊研磨机研磨两遍后置入专门容器于22℃放置48小时后备用。
实施例2：气相白炭黑，粒径7~80nm；纳米活性硅酸钙，粒径20~50nm；纳米沉淀硫酸钡，粒径20~100nm；纳米电气石粉，粒径20~50nm。添加量分别为导电碳墨重量的0.4%、1.0%、0.8%、1.5%。将上述称量好的纳米材料分别添加到EA-ST208B型油墨搅拌机配备的5L塑胶罐中（容器内事先已置入称量的市售导电碳墨1500g）。先用手工进行搅拌使之初步混合，再将该塑胶罐置于油墨搅拌机的固定座上，以100rpm的转速搅拌30分钟，进行充分混合，取出的混合碳墨再经三辊研磨机研磨两遍后置入专门容器于20℃放置36小时后备用。
实施例3：沉淀白炭黑，粒径7~80nm；纳米活性硅酸钙，粒径20~50nm；纳米沉淀硫酸钡，粒径20~100nm；纳米电气石粉，粒径20~50nm。添加量分别为导电碳墨重量的0.5%、0.4%、1.2%、2.5%。将上述称量好的纳米材料分别添加到EA-ST208B型油墨搅拌机配备的5L塑胶罐中（容器内事先已置入称量的市售导电碳墨2000g）。先用手工进行搅拌使之初步混合，再将该塑胶罐置于油墨搅拌机的固定座上，以100rpm的转速搅拌30分钟，进行充分混合，取出的混合碳墨再经三辊研磨机研磨两遍后置入专门容器于25℃放置28小时后备用。
上述实施例1~3制备的发热涂层的工艺性指标均需满足制订的要求。
本发明所采用的导电碳墨和纳米材料（气相白炭黑、沉淀白炭黑、纳米活性硅酸钙、纳米沉淀硫酸钡、纳米电气石粉）均为市售商品，主要供应厂家有：
导电碳墨生产商：泰兴浩海电子材料有限公司、深圳富佳乐电子材料有限公司；
纳米材料供应商：山东宏祥锌业有限公司（纳米白炭黑）；广州诺克斯化工原料公司（纳米活性硅酸钙）；宁波云升新材料公司（纳米沉淀硫酸钡）；石家庄点石恒诚纳米材料有限公司（纳米电气石粉）；
实施本发明所采用的设备：均为通用设备（由市场购得）。
2）制作电热远红外保健材料。
将实施例1制备的发热涂层和市售的导电碳墨分别用丝网印刷的方法印制在符合测试使用要求的高分子薄膜（PET或PI膜）基体上，印刷碳墨后的薄膜置于电热恒温烘箱内，以80℃20分钟，然后120℃30分钟，然后150℃30分钟的条件进行烘干固化。经裁切、测试，遴选出的导电膜再制作电极并做专门封装处理制成电热远红外保健材料成品，进行相关项目测试得到两组远红外图谱见图2。
图2中，试样1为本发明添加了气相白炭黑、纳米活性硅酸钙、纳米沉淀硫酸钡和纳米电气石粉的导电碳墨制成的发热材料的远红外图谱；试样2为未添加本发明所公开的纳米材料的市售的导电碳墨制成的发热材料的远红外图谱。
从图2可知，本发明的电热远红外保健材料（试样1），其远红外辐射波长在2.5~25μm，峰值范围在7.5~10μm（人体辐射的波长是9.2μm，被涵盖在内），较普通碳墨制品制成的发热材料（试样2）的远红外辐射波长（4.5~25μm）有向近红外波长前移的迹象，有助于远红外线对皮肤的穿透深入，有利于增强人体组织细胞的活性，有助于增强远红外线治疗效果。电热辐射转换效率68%（国家标准这一项目的达标指标为50%）。远红外线法向全发射率87%（国家标准这一项目的达标指标为83%）。电热转换效率达99%。
将上述步骤所制得的电热远红外保健材料，在外表面包覆纳米负离子布或纳米电气石布，做成加强型电热远红外保健材料。本发明制成的产品是高效节能的，符合当今社会倡导的低碳经济，低碳生活的大趋势；本发明制作的产品，在保持远红外线辐射、发热的同时，能够发挥添加的纳米材料所赋予的功能特性：携带微电流、释放负离子、消除电磁波、净化空气（去除杂味、杀菌消毒），起到了改进、增加或优化制成品的特定功效的作用。本发明的产品可广泛用于工业、农业、民用、医疗等许多领域。
三、应用例：
1、将发热涂层用丝网印刷方法印刷在满足相应要求的高分子薄膜或织物材料上，经一系列工序制成电热远红外保健材料，在发热涂层外表面包覆纳米负离子布或纳米电气石布，做成加强型电热远红外保健材料用作绑缚式腰带、护肘、护膝、护颈、护肩等远红外治疗仪产品的发热芯片，这样制造的远红外治疗仪因通电使用时发热体能辐射出与人体生命波长接近的远红外线作用于患处，引起温热效应。发热体中电气石粉携带并释放的生物电（0.06mA，与人体生物电流值0.06mA吻合）可以刺激患处肌肉和神经，多重作用的结果是使人体血液循环加快（包括局部血液循环的改善），物质代谢（包括肌肉细胞的新陈代谢）旺盛，增强了细胞吞噬功能，缓解疼痛，消除肿胀，最终使炎症消失。
2、将发热涂层用丝网印刷在特定高分子膜上，按相应程序要求制成发热膜，再背衬树脂板或铝合金板，也可直接将发热涂层丝网印刷在树脂板上，经一定工序制成刚性板状发热体，在发热涂层外表面包覆纳米负离子布或纳米电气石布，做成加强型电热远红外保健材料作为干式桑拿房或能量屋产品的远红外辐射、发热源用。在这一类用作保健或治疗效果的仓、房、空间内，人们在接受远红外线（人命光波）的照射、吸收补充能量的同时，能够明显感受到来自发热体释放的大量负离子的提神醒脑，呼吸顺畅，轻松愉悦感，一扫其他同类产品使用中的憋闷感，这一点对使用这类产品的老年人尤其是体弱患者尤为有利。
3、将发热涂层丝网印刷在特定高分子膜或织物材料上，并经烘干固化，覆以背衬材料制成的柔性或半柔性电热远红外保健材料，再在其发热涂层外表面包覆纳米负离子布或纳米电气石布，做成加强型电热远红外保健材料作为大型蓬、仓的发热源和负离子释放源，可以在发挥采暖、保暖作用的同时还能去除杂味，让居中的人和物有一个良好的空气环境，还能起到延长种子、花、果的保鲜期限的作用。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种电热远红外保健材料的制备方法，其中所述红外保健材料包括基体及其发热涂层，所述发热涂层的组分按重量份比为：
导电碳墨 100份；
白炭黑 0.3~0.5份；
纳米活性硅酸钙 0.4~1.0份；
纳米沉淀硫酸钡 0.8~1.5份；
纳米电气石粉 1.5~3.0份；
所述白炭黑为气相白炭黑或沉淀白炭黑；
所述白炭黑的平均粒径为7～80nm；所述纳米活性硅酸钙的平均粒径为20～50nm；所述纳米沉淀硫酸钡的平均粒径为20～100nm；所述纳米电气石粉的平均粒径为20～50nm；
制备的所述电热远红外保健材料的发热涂层的工艺性能指标达到：细度≤5微米；粘度2500～3000厘泊；固含量60%±5%；
所述发热涂层的制备方法为，将所述组分白炭黑、纳米活性硅酸钙、纳米沉淀硫酸钡、纳米电气石粉加入到导电碳墨中，手工搅拌混合，再置于油墨搅拌机中混合30分钟，然后在三辊研磨机上研磨两遍，最后在20~25℃条件下存放不少于24小时；
以所述发热涂层为主要原料，用丝网印刷方式将所述发热涂层印刷涂敷在柔性或刚性基体材料上，然后置于电热恒温烘箱内，以80℃20分钟加120℃30分钟加150℃30分钟的条件进行烘干固化，制作电极并封装处理，之后在发热涂层表面包覆纳米负离子布或纳米电气石布，制得成品。
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