CN103360657A

CN103360657A - 具有释放负离子功能的复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103360657A
Application number: CN2012100934534A
Authority: CN
Inventors: 王化; 吴钊峰; 田兴友; 郑康
Original assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Current assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date: 2012-03-31
Filing date: 2012-03-31
Publication date: 2013-10-23

Abstract

本发明公开了一种具有释放负离子功能的复合材料及其制备方法。材料由重量比为5～20∶2～10∶70～93的托玛琳粉、助剂和高分子基体组成，其中，托玛琳粉的粒径为500nm～3μm，助剂为聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃二醇、十六烷基硫酸钠、十六烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或两种以上混合物，高分子基体为聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯类等中的一种或两种以上混合物；方法为先将托玛琳粉、助剂和水置于球磨机中球磨或乳化机中搅拌剪切后干燥，再将其加入到高分子的反应单体中进行原位合成，或将其与高分子基体混合后熔融共混，制得目标产物。它能自行释放出大量的负离子。

Description

具有释放负离子功能的复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料及制备方法，尤其是一种具有释放负离子功能的复合材料及其制备方法。

背景技术

随着工农业、电子信息产业的不断发展，地球环境受到了日益严重的污染，尤为在城市中，空气污染已经达到了惊人的地步。人们向往远离城市的树林、田野、山村、海滨，以追求呼吸清新、富含负氧离子的新鲜空气。负氧离子，简称负离子，是空气分子在高压或强射线作用下电离产生的自由电子被氧气捕获所生成，其被喻为“空气中的维生素”，对人体健康非常有利，具有以下功能：负离子能消除空气中的悬浮微粒、尘瞒、细菌等；负离子能消除苯、甲醛、酮、氨等刺激性气体以及日常生活中剩菜剩饭的酸臭味、香烟等对人体有害的异味；负离子可以有效调节神经系统，改善大脑皮质功能，使脑力活动效率提高；可降低压力，减缓心律；促进血液循环，提高人体抵抗力；有效促进新陈代谢，增强身体组织发育。近期，人们为了获得负氧离子，作了一些尝试和努力，如在2010年10月13日公布的中国发明专利申请文件CN 101857693 A中披露的“一种负离子母料的制备方法”。该申请文件中提及的制备方法为先将负离子助剂和表面处理剂加热并高速搅拌至表面处理剂熔化，再将其冷却并搅拌至室温后球磨粉碎，得到改性负离子助剂，接着，先将改性负离子助剂与有机载体、抗氧剂和润滑剂混合均匀，再将其历经挤出、冷却、切粒和干燥的处理，获得最终产物；其中，负离子助剂为本领域常用的负离子助剂，主要成分为TiO₂，并含有Zn、Ce、Si、Ba、Nb、Th元素。但是，这种负离子母料的制备方法存在着欠缺之处，首先，工艺繁琐，需多次的搅拌、混合，费时、费力，使生产成本难以降低，其次，得到的最终产物仅为无负离子释放量检测结果的颗粒状母料，在将其与高分子基体之一的聚丙烯混合、注塑、挤出制成试件之后，其负离子的释放量也过低，最高仅有1359个/s·cm²。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的欠缺之处，提供一种负离子粉与高分子基体结合牢固的具有释放负离子功能的复合材料。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述具有释放负离子功能的复合材料的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：具有释放负离子功能的复合材料包括高分子基体，特别是，

所述复合材料还含有托玛琳(Na(Mg，Fe，Mn，Li，Al)₃Al₆[Si₆O₁₈](BO)₃₃(OH，F)₄)粉和助剂，所述托玛琳粉、助剂和高分子基体的重量比为5～20∶2～10∶70～93；

所述托玛琳粉的粒径为500nm～3μm；

所述助剂为聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃二醇、十六烷基硫酸钠、十六烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或两种以上的混合物；

所述高分子基体为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯类、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺中的一种或两种以上的混合物。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述具有释放负离子功能的复合材料的制备方法包括原位合成法或熔融共混法，特别是完成步骤如下：

步骤1，先将托玛琳粉、助剂和水置于球磨机中球磨或乳化机中搅拌剪切至少2h，其中，助剂和水的重量比为2～10∶3～30，得到混合浆料，再将混合浆料置于130～170℃下干燥至少8h，得到粉状中间产物；

步骤2，将粉状中间产物加入到高分子的反应单体中进行原位合成，或将粉状中间产物与高分子基体相混合后置于转矩流变仪中熔融共混至少30min，制得具有释放负离子功能的复合材料。

作为具有释放负离子功能的复合材料的制备方法的进一步改进，所述的球磨的时间为2～4h；所述的球磨时的转速为200～450r/min；所述的乳化机搅拌剪切时的搅拌转速为5000～8000r/min；所述的混合浆料干燥的时间为8～10h。

相对于现有技术的有益效果是，其一，对制得的目标产物分别使用扫描电镜、负离子检测仪和万能力学性能试验机进行表征，由其结果可知，目标产物中的托玛琳粉的粒径为500nm～3μm，其被均匀地分散于高分子基体中；目标产物的负离子释放量高达3325～4325个/cm³；目标产物较高分子基体样品的拉伸强度提高了25％，断裂伸长率提高了30％。其二，制备方法科学、有效，制得的目标产物既具有释放负离子的功能；又使自身的力学性能相对于高分子基体得到了极大的提升，这完全得益于对原料的科学筛选和制备工艺的精心选择，从而使纳微米尺寸的托玛琳粉体与高分子基体之间不仅产生了牢固的结合，更由纳微米尺寸的托玛琳粉体起到了增强增韧高分子基体的效果；还有着无需外加压力，可在低温、低湿环境中长期使用的优点，利于其在多领域中进行广泛的实际应用。

作为有益效果的进一步体现，一是球磨的时间优选为2～4h，球磨时的转速优选为200～450r/min，利于得到所需粒径的粉状中间产物。二是乳化机搅拌剪切时的搅拌转速优选为5000～8000r/min，易于得到所需粒径的粉状中间产物。三是混合浆料干燥的时间优选为8～10h，便于得到干燥的粉状中间产物。

具体实施方式

首先从市场购得或用常规方法制得：

托玛琳粉；作为助剂的聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃二醇、十六烷基硫酸钠、十六烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚和十六烷基三甲基溴化铵；作为高分子基体的聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯类、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚酰胺。

接着，

实施例1

制备的具体步骤为：

步骤1，先将托玛琳粉、助剂和水置于球磨机中球磨(或乳化机中搅拌剪切)2h；其中，托玛琳粉、助剂和水的重量比为5∶10∶3，助剂为聚乙二醇，球磨时的转速为200r/min(乳化机搅拌剪切时的搅拌转速为5000r/min)，得到混合浆料。再将混合浆料置于130℃下干燥10h，得到粉状中间产物。

步骤2，将粉状中间产物加入到高分子的反应单体中进行原位合成，或将粉状中间产物与高分子基体相混合后置于转矩流变仪中熔融共混30min；其中，粉状中间产物中的助剂和高分子基体的重量比为10∶70，高分子基体为聚酰胺，制得具有释放负离子功能的复合材料。

实施例2

制备的具体步骤为：

步骤1，先将托玛琳粉、助剂和水置于球磨机中球磨(或乳化机中搅拌剪切)2.5h；其中，托玛琳粉、助剂和水的重量比为9∶8∶10，助剂为聚乙二醇，球磨时的转速为270r/min(乳化机搅拌剪切时的搅拌转速为5800r/min)，得到混合浆料。再将混合浆料置于140℃下干燥9.5h，得到粉状中间产物。

步骤2，将粉状中间产物加入到高分子的反应单体中进行原位合成，或将粉状中间产物与高分子基体相混合后置于转矩流变仪中熔融共混31min；其中，粉状中间产物中的助剂和高分子基体的重量比为8∶75，高分子基体为聚酰胺，制得具有释放负离子功能的复合材料。

实施例3

制备的具体步骤为：

步骤1，先将托玛琳粉、助剂和水置于球磨机中球磨(或乳化机中搅拌剪切)3h；其中，托玛琳粉、助剂和水的重量比为13∶6∶16，助剂为聚乙二醇，球磨时的转速为330r/min(乳化机搅拌剪切时的搅拌转速为6500r/min)，得到混合浆料。再将混合浆料置于150℃下干燥9h，得到粉状中间产物。

步骤2，将粉状中间产物加入到高分子的反应单体中进行原位合成，或将粉状中间产物与高分子基体相混合后置于转矩流变仪中熔融共混32min；其中，粉状中间产物中的助剂和高分子基体的重量比为6∶82，高分子基体为聚酰胺，制得具有释放负离子功能的复合材料。

实施例4

制备的具体步骤为：

步骤1，先将托玛琳粉、助剂和水置于球磨机中球磨(或乳化机中搅拌剪切)3.5h；其中，托玛琳粉、助剂和水的重量比为17∶4∶23，助剂为聚乙二醇，球磨时的转速为390r/min(乳化机搅拌剪切时的搅拌转速为7300r/min)，得到混合浆料。再将混合浆料置于160℃下干燥8.5h，得到粉状中间产物。

步骤2，将粉状中间产物加入到高分子的反应单体中进行原位合成，或将粉状中间产物与高分子基体相混合后置于转矩流变仪中熔融共混33min；其中，粉状中间产物中的助剂和高分子基体的重量比为4∶88，高分子基体为聚酰胺，制得具有释放负离子功能的复合材料。

实施例5

制备的具体步骤为：

步骤1，先将托玛琳粉、助剂和水置于球磨机中球磨(或乳化机中搅拌剪切)4h；其中，托玛琳粉、助剂和水的重量比为20∶2∶30，助剂为聚乙二醇，球磨时的转速为450r/min(乳化机搅拌剪切时的搅拌转速为8000r/min)，得到混合浆料。再将混合浆料置于170℃下干燥8h，得到粉状中间产物。

步骤2，将粉状中间产物加入到高分子的反应单体中进行原位合成，或将粉状中间产物与高分子基体相混合后置于转矩流变仪中熔融共混34min；其中，粉状中间产物中的助剂和高分子基体的重量比为2∶93，高分子基体为聚酰胺，制得具有释放负离子功能的复合材料。

再分别选用作为助剂的聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃二醇、十六烷基硫酸钠、十六烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或两种以上的混合物；作为高分子基体的聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯类、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺中的一种或两种以上的混合物，重复上述实施例1～5，同样制得了如相对于现有技术的有益效果部分中所述功能和性能的具有释放负离子功能的复合材料。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的具有释放负离子功能的复合材料及其制备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种具有释放负离子功能的复合材料，包括高分子基体，其特征在于：

所述复合材料还含有托玛琳粉和助剂，所述托玛琳粉、助剂和高分子基体的重量比为5～20∶2～10∶70～93；

所述托玛琳粉的粒径为500nm～3μm；

2.一种权利要求1所述具有释放负离子功能的复合材料的制备方法，包括原位合成法或熔融共混法，其特征在于完成步骤如下：

3.根据权利要求2所述的具有释放负离子功能的复合材料的制备方法，其特征是球磨的时间为2～4h。

4.根据权利要求3所述的具有释放负离子功能的复合材料的制备方法，其特征是球磨时的转速为200～450r/min。

5.根据权利要求2所述的具有释放负离子功能的复合材料的制备方法，其特征是乳化机搅拌剪切时的搅拌转速为5000～8000r/min。

6.根据权利要求2所述的具有释放负离子功能的复合材料的制备方法，其特征是混合浆料干燥的时间为8～10h。