CN107603234B - 一种量子材料复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新材料领域，具体涉及一种量子材料复合材料、其制备方法、以及其作为具有保健功能的产品的应用。本发明通过利用不同粒径的粒子在具有一定粘度的预交联的硅胶反应液中具有不同沉降速度的原理，提供多种粒径的二氧化硅掺杂改性的量子材料粉末，并将其加入硅胶原料中，制备为量子材料呈梯度分布的复合材料。该复合材料的制备工艺简单、成本低，同时复合材料即具有良好的初期活性，又具有持久的后续性能，适用于制备为手环、手表带等多种保健产品。

Description

一种量子材料复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及新材料领域，具体涉及一种量子材料复合材料、其制备方法、以及其作为具有保健功能的产品的应用。

背景技术

随着经济社会的进步和人民物质生活水平的提高，市场上对于保健产品的需求量逐步增加。量子材料是一类具有特殊理化性质的材料，已被广泛应用于保健品领域(CN106673634A、CN106800409A、CN106698636A)。现有技术一般仅是将量子材料本身直接与硅胶基体材料混合，或者简单地将料子材料以偶联剂等进行表面处理后混合。当量子材料在基体中均匀分布时，产品表面的量子材料含量不足、效果不强，产品内部量子材料难以与水和空气接触、效果无法发挥；当量子材料与基体相容性差，则倾向于在制备过程中沉积于产品底部，导致产品在使用过程中，随着磨损、老化和量子材料本身的失活，逐渐失去保健性能，不能持久。因此，现有技术中需要一种量子材料在基体中呈梯度分布的产品。

现有技术中制备梯度产品的手段有多种，例如直接填充法、喷射积层法、薄膜叠层法等等。但是，保健品领域归属于日用品领域，而非具有较高附加价值的特种工业品，其要求产品的制备工艺简单、生产成本可控。显然前述多种方法因其工艺复杂、成本较高，而并不适用于此类民用保健品的生产。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种量子材料复合材料，其通过量子材料在基体中的梯度分布，使得复合材料同时具有良好的初期活性和持久的后续活性，并且制备工艺简单、成本低。

为解决该技术问题，本发明提供的量子材料复合材料包括以下成分：

量子材料粉末50-80质量份

硅胶基体材料100-120质量份；

所述量子材料粉末为量子材料和二氧化硅掺杂的颗粒，包括D50为50-55μm的量子材料粉末I、D50为20-30μm的量子材料粉末II和D50为8-15μm的量子材料粉末III。

所述硅胶基体材料由乙烯基硅油、含氢硅油、羟基封端的甲基苯基硅油制备而成。

进一步地，所述量子材料选自三氧化二铁、四氧化三铁、电气石、六环石、独居石、闪角石、六棱石、麦饭石、镁石、萤石、石英石、赤铁石、云母、锂云母、蛭石、硅灰石、硅线石、煤矸石、火山岩中的一种或多种。不同的量子材料具有不同的理化性能，实际上产中，可以根据保健产品的具体消费群体或者功能主治等因素，自由调节各类量子材料的种类和配比。

进一步地，所述量子材料粉末的组成比例为：

D50为50-55μm的量子材料粉末I 10-15质量份

D50为20-30μm的量子材料粉末II 20-40质量份

D50为8-15μm的量子材料粉末III 20-25质量份。

其中，D50是指样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径，动过动态光散射法测定。

通过控制量子材料粉末的用量配比，使得大粒径(沉积于复合材料底部)和小粒径(分散于复合材料整体)中的颗粒占有一定比重；而中粒径颗粒占大部分(分散于复合材料中下部)，实现复合材料的活性和持久性的平衡。

所述量子材料粉末由量子材料粉末通过正硅酸乙酯在量子材料粉末表面原位水解制备而得。具体工艺条件包括：

(a)量子材料的研磨：将量子材料以球磨充分粉碎，得到粉碎料；

(b)将粉碎料、聚乙烯醇分散剂加入到水中，待聚乙烯醇充分溶解后，调节体系pH值为5.5-6.4，在指定搅拌速度下搅拌，并滴加正硅酸乙酯；

(c)正硅酸乙酯滴加完毕后，继续以原搅拌速度搅拌处理后，过滤，用水冲洗滤饼，干燥后获得量子材料粉末。

进一步地，所述指定搅拌速度为200-300rmp，以获得量子材料粉末I；所述指定搅拌速度为500-650rmp，以获得量子材料粉末II；所述指定搅拌速度为1000-1500rmp，以获得量子材料粉末III。通过控制搅拌速度，可以获得不同粒径的被PVA稳定的量子材料二次聚集体，并作为正硅酸乙酯水解的附着点，从而获得制定粒径的量子材料粉末。

进一步地，所述量子材料与所述正硅酸乙酯的质量比为1:0.8-0.95，所述正硅酸乙酯的滴加时间为5-15min。通过控制正硅酸乙酯的用量和滴加时间，使得正硅酸乙酯水解得到的二氧化硅与量子材料呈掺杂状，而非二氧化硅包覆的量子材料粉末。如此，量子材料粉末具有暴露于表面的二氧化硅，从而提高了颗粒与硅胶基体的亲和性；同时，二氧化硅不会包裹量子材料、也不会影响量子材料的活性。

所述量子材料复合材料通过以下方法制备，其包括如下步骤：

(1)将所述量子材料粉末I、II、III，以及乙烯基硅油、含氢硅油、羟基封端的甲基苯基硅油和催化剂加入反应釜中，充分搅拌混合后，进行预交联；

(2)将预交联产物浇铸于模具中，抽真空后静置，得到预成型体；

(3)将预成型体进行后交联，并脱模得到量子材料复合材料。

与一般制备梯度材料的方法不同，本发明利用了量子颗粒材料在具有一定粘度的基体成分中静置时具有不同沉降速度的原料，来获得量子材料粉末呈梯度分布的材料。该工艺操作简便、成本较低，不颠覆传统的硅胶复合材料制备工艺路线，具有广泛的适用性。

进一步地，所述乙烯基硅油、含氢硅油、羟基封端的甲基苯基硅油的质量比为1:0.8-1:0.5-0.8。通过控制各物料含量，以获得弹性良好、与皮肤没有过敏反应的硅胶材料。羟基封端的甲基苯基硅油具有端羟基，能够赋予复合材料以适宜的吸水性和亲肤性；其侧链苯基有助于提高硅橡胶的刚性，减少其受外力破裂的风险。

进一步地，所述催化剂选用铂催化剂，其用量为乙烯基硅油、含氢硅油、羟基封端的甲基苯基硅油总用量的2000-5000ppm。

进一步地，所述步骤(1)的预交联是指在50-70℃下反应5-10min，从而获得具有适宜粘度的流动态体系。

进一步地，所述步骤(2)的静置时间控制在10-30min。时间过短，量子颗粒材料无法有效沉降和分层；时间过长，量子材料粉末过分沉降，复合材料的梯度特定不明显。

进一步地，所述步骤(3)的后交联是在150-180℃下反应10-15min。通过后交联，使得最终产品具有稳定的形状尺寸、表面不粘，能够进一步加工为各类保健产品所用。

本发明进一步提供所述量子材料复合材料的用途，包括制作为保健产品的用途。所述保健产品为可以列举：保健手环、保健表带、保健装饰物、保健鞋、量子贴等。

本发明的有益效果如下：

1、利用量子材料粉末自然沉降的工艺，直接制备得到量子材料粉末呈梯度分布的复合材料，工艺简单、成本可控。

2、通过量子材料的梯度分布，使得复合材料即具有良好的初期活性，又具有持久的后续性能。

3、复合材料为传统的硅胶复合材料，适用于加工为多种具体保健产品，材料的应用领域广泛，市场前景好。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例展示了不同粒径的量子材料粉末的制备过程。

准备量子材料，将三氧化二铁、四氧化三铁、电气石、麦饭石、硅灰石和火山岩按照0.5:0.5:2:1.5:0.5:0.1的质量比，投入ZOOKIN JM-1000球磨机中，研磨1h，得到粉碎料。

将100g粉碎料、150g聚乙烯醇投入1L水中，搅拌使聚乙烯醇溶解，随后调节体系pH值为6.0。按此配方配制三份原料液，计为原料液1、2和3。

将原料液1以250rpm的转速搅拌，在5min内滴加正硅酸乙酯80g，低价完成后继续以250rpm的转速搅拌3min，过滤并使用水冲洗滤饼，放置于真空干燥箱中室温干燥，获得量子材料粉末I。将量子材料粉末分散于水中(1g:100mL)，经动态光散射测定其粒径D50为53μm。

将原料液2以500rpm的转速搅拌，其余同原料1的处理，获得量子材料粉末II，D50＝24μm。

将原料液3以1250rpm的转速搅拌，其余同原料1的处理，获得量子材料粉末II，D50＝10μm。

实施例2

本实施例展示了复合材料的制备过程。

将实施例1制备的量子材料粉末I、II和III按照15:40:20的重量比混合均匀，取50g混合的量子材料粉末，备用。

将乙烯基硅油40g、含氢硅油40g和羟基封端的甲基苯基硅油20g加入反应釜中，再加入相对于前述物料2500ppm的铂催化剂，最后加入前述50g混合的量子材料粉末，充分混合后，在60℃下搅拌反应10min。

将预交联获得的流动态物料浇注入长条形状的模具中，抽真空处理后静置15min，转移入保温箱中进行后交联，具体在180℃下热处理15min，冷却、脱模得到条状量子材料复合材料。

实施例3

本实施例展示了复合材料的用途。

将实施例2得到的长条状复合材料表面喷刷文字，随后将其两自由端热熔和或粘合，得到量子材料手环。

将实施例2得到的长条状复合材料剪裁为表带形状并打孔，得到量子材料表带。

实施例4

本实施例展示了实施例3所制得的量子材料手环的性能。

将实施例3的量子材料手环在制备后直接放置于体积为0.5m3的密封箱中，维持箱内呈25℃和65％RH，使用AIC-1000型负离子浓度检测仪检测箱中空气。结果如下：

时间(min)	0	10	60
				负离子浓度(个/cm<sup>3</sup>)	48	128	357

将实施例3的量子材料手环在制备后放置于室温开放环境中，经1个月后，再放置于体积为0.5m³的密封箱中，维持箱内呈25℃和65％RH，使用AIC-1000型负离子浓度检测仪检测箱中空气。结果如下：

时间(min)	0	10	60
				负离子浓度(个/cm<sup>3</sup>)	25	98	281

通过上述实验数据可见，本发明制备的手环具有良好初期活性，并且经历一段时间后，也具有良好的持续活性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种量子材料复合材料的制备方法，其特征在于，所述量子材料复合材料由以下成分组成：

量子材料粉末 50-80质量份

硅胶基体材料 100-120质量份；

所述量子材料粉末为量子材料和二氧化硅掺杂的颗粒，是D50为50-55μm的量子材料粉末I、D50为20-30μm的量子材料粉末II和D50为8-15μm的量子材料粉末III；

所述硅胶基体材料由乙烯基硅油、含氢硅油、羟基封端的甲基苯基硅油制备而成；所述乙烯基硅油、含氢硅油、羟基封端的甲基苯基硅油的质量比为1:0.8-1:0.5-0.8；

所述量子材料为三氧化二铁、四氧化三铁、电气石、麦饭石、硅灰石和火山岩的混合物；

所述量子材料粉末的组成比例为：

D50为50-55μm的量子材料粉末I 10-15质量份

D50为20-30μm的量子材料粉末II 20-40质量份

D50为8-15μm的量子材料粉末III 20-25质量份；

所述量子材料粉末的制备方法为：

（a）量子材料的研磨：将量子材料以球磨充分粉碎，得到粉碎料；

（b）将粉碎料、聚乙烯醇分散剂加入到水中，待聚乙烯醇充分溶解后，调节体系pH值为5.5-6.4，在指定搅拌速度下搅拌，并滴加正硅酸乙酯；

（c）正硅酸乙酯滴加完毕后，继续以原搅拌速度搅拌处理后，过滤，用水冲洗滤饼，干燥后获得量子材料粉末；

所述指定搅拌速度为200-300rmp，以获得量子材料粉末I；

所述指定搅拌速度为500-650rmp，以获得量子材料粉末II；

所述指定搅拌速度为1000-1500rmp，以获得量子材料粉末III；

所述的量子材料复合材料的制备方法由如下步骤组成：

（1）将所述量子材料粉末I、II、III，以及乙烯基硅油、含氢硅油、羟基封端的甲基苯基硅油和催化剂加入反应釜中，充分搅拌混合后，进行预交联；

（2）将预交联产物浇铸于模具中，抽真空后静置，得到预成型体；

（3）将预成型体进行后交联，并脱模得到量子材料复合材料。

2.根据权利要求1所述的量子材料复合材料的制备方法，其特征在于，所述量子材料与所述正硅酸乙酯的质量比为1:0.8-0.95，所述正硅酸乙酯的滴加时间为5-15min。

3.根据权利要求1所述量子材料复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）的静置时间控制在10-30min 。

4.根据权利要求1所述量子材料复合材料的制备方法制备的量子材料复合材料作为保健产品的用途。