CN109777028A - 用于体育领域中的功能护具材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于体育领域中的功能护具材料及其制备方法，属于功能护具材料制备技术领域。所述的功能护具材料，包括以下原料：苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物、纳米镭、电气石、纳米级三氧化二锑、甲克素、纳米银、甲苯二异氰酸酯、丙三醇、竹碳纤维、聚醚改性有机聚硅氧烷、氨基环丙烷、2‑甲基三乙烯二胺、壬基酚聚氧乙烯醚、石墨烯、二氧化硅气凝胶；所述的功能护具材料是经过混合、搅拌、加热、干燥、冷却、成型等步骤制成的。本发明的用于体育领域中的功能护具材料，不仅能够满足力学性能的需求，而且耐磨性、耐热性、化学稳定性、防老化性能好，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于功能护具材料制备技术领域，具体涉及一种用于体育领域中的功能护具材料及其制备方法。
背景技术
中国专利文献“一种用于体育领域中的功能护具材料及其制备方法(专利号：ZL201110431458.9)”公开了一种用于体育领域中的功能护具材料，该发明通过下述技术方案予以实现，原料的组份质量百分比为，护具母粒10-30％、SBS余量；所述的护具母粒，其原料的组份质量百分比为，纳米镭1-3％、电气石5-10％、纳米级三氧化二锑0.5-1.5％、甲克素10-20％、纳米银1.5-3.5％、纳米改性竹炭2.5-4.5％、SBS余量。该功能护具材料虽能够对人体健康起到一定的积极作用，但存在着拉伸强度较低，使用寿命较短的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于体育领域中的功能护具材料及其制备方法，以解决在中国专利文献“一种用于体育领域中的功能护具材料及其制备方法(专利号：ZL201110431458.9)”公开的基础上如何优化组份、用量、方法等，提高功能护具材料的拉伸强度，延长使用寿命的实际技术问题。
为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于体育领域中的功能护具材料，包括以下原料：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、纳米镭、电气石、纳米级三氧化二锑、甲克素、纳米银、甲苯二异氰酸酯、丙三醇、竹碳纤维、聚醚改性有机聚硅氧烷、氨基环丙烷、2-甲基三乙烯二胺、壬基酚聚氧乙烯醚、石墨烯、二氧化硅气凝胶；
所述的壬基酚聚氧乙烯醚、石墨烯、二氧化硅气凝胶的重量比为(5-8)：(1.2-3.5)：(3-6)。
进一步地，所述的壬基酚聚氧乙烯醚、石墨烯、二氧化硅气凝胶的重量比为7：2.6：5。
进一步地，以重量份为单位，包括以下原料：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物123-164份、纳米镭1.2-2.3份、电气石4-7份、纳米级三氧化二锑1-2份、甲克素6-12份、纳米银2-3份、甲苯二异氰酸酯18-32份、丙三醇8-14份、竹碳纤维10-20份、聚醚改性有机聚硅氧烷2-3份、氨基环丙烷0.4-0.8份、2-甲基三乙烯二胺2-5份、壬基酚聚氧乙烯醚5-8份、石墨烯1.2-3.5份、二氧化硅气凝胶3-6份。
进一步地，以重量份为单位，包括以下原料：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物138份、纳米镭1.8份、电气石6份、纳米级三氧化二锑1.6份、甲克素10份、纳米银2.4份、甲苯二异氰酸酯28份、丙三醇12份、竹碳纤维12份、聚醚改性有机聚硅氧烷2.5份、氨基环丙烷0.7份、2-甲基三乙烯二胺4份、壬基酚聚氧乙烯醚7份、石墨烯2.6份、二氧化硅气凝胶5份。
本发明还提供一种用于体育领域中的功能护具材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丙三醇、竹碳纤维、聚醚改性有机聚硅氧烷、氨基环丙烷放置在加热器中进行搅拌加热预混合；然后冷却，制得混合物；
S2：向步骤S1制得的混合物中加入重量份数的甲苯二异氰酸酯，搅拌混合，静置反应发泡，形成聚氨酯泡沫；
S3：将重量份数的壬基酚聚氧乙烯醚、2-甲基三乙烯二胺搅拌混合，然后加入步骤S2制得的聚氨酯泡沫混合均匀，制得聚氨酯混合物；
S4：将重量份数的石墨烯置于去离子水中超声分散后得到均匀分散的石墨烯水溶液，将重量份数的二氧化硅气凝胶倒入石墨烯水溶液中，在86-94℃下机械搅拌至浆状，喷雾干燥将石墨烯分散于二氧化硅气凝胶微孔中，形成石墨烯微孔材料；
S5：向步骤S4制得的石墨烯微孔材料中加入步骤S3制得的聚氨酯混合物、重量份数的纳米镭、电气石、纳米级三氧化二锑、甲克素、纳米银进行混合加热，配成胶料后注入模具成型，制得用于体育领域中的功能护具材料。
进一步地，步骤S1中所述搅拌加热预混合的条件：在130-140℃下进行，搅拌的速率为300-400r/min，时间为30-60min。
进一步地，其特征在于，步骤S1中所述冷却至55-62℃。
进一步地，步骤S3中所述搅拌混合的条件：搅拌速度为800-1000r/min，时间为20-30min。
进一步地，步骤S4中所述去离子水的重量份数为5-8份。
进一步地，步骤S5中所述混合加热的条件：在82-93℃下加热60-120min。
本发明具有以下有益效果：
(1)由实施例1-3和对比例5的数据可见，实施例1-3用于体育领域中的功能护具材料的拉伸强度明显高于对比例5的用于体育领域中的功能护具材料的拉伸强度，说明本发明的技术优于现有技术，具有显著进步；另外由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。
(2)由实施例1和对比例1-4的数据可见，用于体育领域中的功能护具材料中壬基酚聚氧乙烯醚、石墨烯、二氧化硅气凝胶在制备用于体育领域中的功能护具材料中起到了协同作用，协同提高了用于体育领域中的功能护具材料的拉伸强度，这是：
壬基酚聚氧乙烯醚与其他分子缠绕而产生假性交联，增加分子链，使分子链增强增韧，从而提高聚氨酯泡沫材料的拉伸强度，又由于发泡过程中，气泡壁上存在的聚合微粒使气泡在泡沫膨胀后易于开孔，因而改善用于体育领域中的功能护具材料的拉伸强度性能；石墨烯具有优异的力学性能，利用石墨烯的增强特性，将石墨烯分散于微孔材料二氧化硅气凝胶的微孔内，然后在一定的条件下形成石墨烯微孔材料，接着再与聚氨酯混合物交联，实现了石墨烯对聚氨酯混合物的缠绕，从而增加分子链，使分子链增强增韧，形成聚氨酯微孔弹性材料，消除了聚氨酯泡沫团聚的问题，使得用于体育领域中的功能护具材料具有稳定的结构，提高了拉伸强度性能，从而延长了功能护具材料的使用寿命。
(3)本发明的用于体育领域中的功能护具材料，不仅能够满足力学性能的需求，而且耐磨性、耐热性、化学稳定性、防老化性能好，使用寿命长。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的内容，现通过以下实施例加以说明，以下实施例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
以下实施例中，所述的用于体育领域中的功能护具材料，以重量份为单位，包括以下原料：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物123-164份、纳米镭1.2-2.3份、电气石4-7份、纳米级三氧化二锑1-2份、甲克素6-12份、纳米银2-3份、甲苯二异氰酸酯18-32份、丙三醇8-14份、竹碳纤维10-20份、聚醚改性有机聚硅氧烷(产品型号：BD-3086)2-3份、氨基环丙烷0.4-0.8份、2-甲基三乙烯二胺2-5份、壬基酚聚氧乙烯醚5-8份、石墨烯1.2-3.5份、二氧化硅气凝胶3-6份；
所述的用于体育领域中的功能护具材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丙三醇、竹碳纤维、聚醚改性有机聚硅氧烷(产品型号：BD-3086)、氨基环丙烷放置在加热器中，在130-140℃下进行搅拌加热预混合，搅拌的速率为300-400r/min，时间为30-60min；然后冷却至55-62℃，制得混合物；
S2：向步骤S1制得的混合物中加入重量份数的甲苯二异氰酸酯，搅拌混合，静置反应发泡，形成聚氨酯泡沫；
S3：将重量份数的壬基酚聚氧乙烯醚、2-甲基三乙烯二胺搅拌混合，搅拌速度为800-1000r/min，时间为20-30min，然后加入步骤S2制得的聚氨酯泡沫混合均匀，制得聚氨酯混合物；
S4：将重量份数的石墨烯置于5-8份去离子水中超声分散后得到均匀分散的石墨烯水溶液，将重量份数的二氧化硅气凝胶倒入石墨烯水溶液中，在86-94℃下机械搅拌至浆状，喷雾干燥将石墨烯分散于二氧化硅气凝胶微孔中，形成石墨烯微孔材料；
S5：向步骤S4制得的石墨烯微孔材料中加入步骤S3制得的聚氨酯混合物、重量份数的纳米镭、电气石、纳米级三氧化二锑、甲克素、纳米银，在82-93℃下混合加热60-120min，配成胶料后注入模具成型，制得用于体育领域中的功能护具材料。
下面对本发明进行更具体的描述。
实施例1
一种用于体育领域中的功能护具材料，以重量份为单位，包括以下原料：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物138份、纳米镭1.8份、电气石6份、纳米级三氧化二锑1.6份、甲克素10份、纳米银2.4份、甲苯二异氰酸酯28份、丙三醇12份、竹碳纤维12份、聚醚改性有机聚硅氧烷(产品型号：BD-3086)2.5份、氨基环丙烷0.7份、2-甲基三乙烯二胺4份、壬基酚聚氧乙烯醚7份、石墨烯2.6份、二氧化硅气凝胶5份；
所述的用于体育领域中的功能护具材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丙三醇、竹碳纤维、聚醚改性有机聚硅氧烷(产品型号：BD-3086)、氨基环丙烷放置在加热器中，在136℃下进行搅拌加热预混合，搅拌的速率为400r/min，时间为50min；然后冷却至58℃，制得混合物；
S2：向步骤S1制得的混合物中加入重量份数的甲苯二异氰酸酯，搅拌混合，静置反应发泡，形成聚氨酯泡沫；
S3：将重量份数的壬基酚聚氧乙烯醚、2-甲基三乙烯二胺搅拌混合，搅拌速度为1000r/min，时间为20min，然后加入步骤S2制得的聚氨酯泡沫混合均匀，制得聚氨酯混合物；
S4：将重量份数的石墨烯置于7份去离子水中超声分散后得到均匀分散的石墨烯水溶液，将重量份数的二氧化硅气凝胶倒入石墨烯水溶液中，在92℃下机械搅拌至浆状，喷雾干燥将石墨烯分散于二氧化硅气凝胶微孔中，形成石墨烯微孔材料；
S5：向步骤S4制得的石墨烯微孔材料中加入步骤S3制得的聚氨酯混合物、重量份数的纳米镭、电气石、纳米级三氧化二锑、甲克素、纳米银，在90℃下混合加热100min，配成胶料后注入模具成型，制得用于体育领域中的功能护具材料。
实施例2
一种用于体育领域中的功能护具材料，以重量份为单位，包括以下原料：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物128份、纳米镭1.4份、电气石4份、纳米级三氧化二锑1份、甲克素6份、纳米银2份、甲苯二异氰酸酯20份、丙三醇8份、竹碳纤维10份、聚醚改性有机聚硅氧烷(产品型号：BD-3086)2份、氨基环丙烷0.5份、2-甲基三乙烯二胺2份、壬基酚聚氧乙烯醚6份、石墨烯1.4份、二氧化硅气凝胶3份；
所述的用于体育领域中的功能护具材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丙三醇、竹碳纤维、聚醚改性有机聚硅氧烷(产品型号：BD-3086)、氨基环丙烷放置在加热器中，在130℃下进行搅拌加热预混合，搅拌的速率为300r/min，时间为60min；然后冷却至56℃，制得混合物；
S2：向步骤S1制得的混合物中加入重量份数的甲苯二异氰酸酯，搅拌混合，静置反应发泡，形成聚氨酯泡沫；
S3：将重量份数的壬基酚聚氧乙烯醚、2-甲基三乙烯二胺搅拌混合，搅拌速度为800r/min，时间为30min，然后加入步骤S2制得的聚氨酯泡沫混合均匀，制得聚氨酯混合物；
S4：将重量份数的石墨烯置于5份去离子水中超声分散后得到均匀分散的石墨烯水溶液，将重量份数的二氧化硅气凝胶倒入石墨烯水溶液中，在88℃下机械搅拌至浆状，喷雾干燥将石墨烯分散于二氧化硅气凝胶微孔中，形成石墨烯微孔材料；
S5：向步骤S4制得的石墨烯微孔材料中加入步骤S3制得的聚氨酯混合物、重量份数的纳米镭、电气石、纳米级三氧化二锑、甲克素、纳米银，在82℃下混合加热120min，配成胶料后注入模具成型，制得用于体育领域中的功能护具材料。
实施例3
一种用于体育领域中的功能护具材料，以重量份为单位，包括以下原料：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物160份、纳米镭2份、电气石7份、纳米级三氧化二锑2份、甲克素11份、纳米银3份、甲苯二异氰酸酯30份、丙三醇13份、竹碳纤维18份、聚醚改性有机聚硅氧烷(产品型号：BD-3086)3份、氨基环丙烷0.7份、2-甲基三乙烯二胺5份、壬基酚聚氧乙烯醚8份、石墨烯3.2份、二氧化硅气凝胶6份；
所述的用于体育领域中的功能护具材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丙三醇、竹碳纤维、聚醚改性有机聚硅氧烷(产品型号：BD-3086)、氨基环丙烷放置在加热器中，在138℃下进行搅拌加热预混合，搅拌的速率为350r/min，时间为48min；然后冷却至60℃，制得混合物；
S2：向步骤S1制得的混合物中加入重量份数的甲苯二异氰酸酯，搅拌混合，静置反应发泡，形成聚氨酯泡沫；
S3：将重量份数的壬基酚聚氧乙烯醚、2-甲基三乙烯二胺搅拌混合，搅拌速度为900r/min，时间为26min，然后加入步骤S2制得的聚氨酯泡沫混合均匀，制得聚氨酯混合物；
S4：将重量份数的石墨烯置于8份去离子水中超声分散后得到均匀分散的石墨烯水溶液，将重量份数的二氧化硅气凝胶倒入石墨烯水溶液中，在93℃下机械搅拌至浆状，喷雾干燥将石墨烯分散于二氧化硅气凝胶微孔中，形成石墨烯微孔材料；
S5：向步骤S4制得的石墨烯微孔材料中加入步骤S3制得的聚氨酯混合物、重量份数的纳米镭、电气石、纳米级三氧化二锑、甲克素、纳米银，在86℃下混合加热110min，配成胶料后注入模具成型，制得用于体育领域中的功能护具材料。
对比例1
制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于制备用于体育领域中的功能护具材料的原料中缺少壬基酚聚氧乙烯醚、石墨烯、二氧化硅气凝胶。
对比例2
制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于制备用于体育领域中的功能护具材料的原料中缺少壬基酚聚氧乙烯醚。
对比例3
制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于制备用于体育领域中的功能护具材料的原料中缺少石墨烯。
对比例4
制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于制备用于体育领域中的功能护具材料的原料中缺少二氧化硅气凝胶。
对比例5
按照中国专利文献“一种用于体育领域中的功能护具材料及其制备方法(专利号：ZL201110431458.9)”中实施例1-3的方法制备用于体育领域中的功能护具材料。
按照实施例1-3和对比例1-5所述的方法制备用于体育领域中的功能护具材料，并检测各组材料的拉伸强度性能，拉伸强度按照标准ISO 37-2011进行测试，结果见下表所示。
| 实验组别 | 拉伸强度(MPa) |
| 实施例1 | 15.64 |
| 实施例2 | 14.23 |
| 实施例3 | 15.17 |
| 对比例1 | 7.42 |
| 对比例2 | 13.49 |
| 对比例3 | 13.06 |
| 对比例4 | 13.85 |
| 对比例5 | 5.43-6.27 |
由上表可知：(1)由实施例1-3和对比例5的数据可见，实施例1-3用于体育领域中的功能护具材料的拉伸强度明显高于对比例5的用于体育领域中的功能护具材料的拉伸强度，说明本发明的技术优于现有技术，具有显著进步；另外由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。
(2)由实施例1和对比例1-4的数据可见，用于体育领域中的功能护具材料中壬基酚聚氧乙烯醚、石墨烯、二氧化硅气凝胶在制备用于体育领域中的功能护具材料中起到了协同作用，协同提高了用于体育领域中的功能护具材料的拉伸强度，这是：
壬基酚聚氧乙烯醚与其他分子缠绕而产生假性交联，增加分子链，使分子链增强增韧，从而提高聚氨酯泡沫材料的拉伸强度，又由于发泡过程中，气泡壁上存在的聚合微粒使气泡在泡沫膨胀后易于开孔，因而改善用于体育领域中的功能护具材料的拉伸强度性能；石墨烯具有优异的力学性能，利用石墨烯的增强特性，将石墨烯分散于微孔材料二氧化硅气凝胶的微孔内，然后在一定的条件下形成石墨烯微孔材料，接着再与聚氨酯混合物交联，实现了石墨烯对聚氨酯混合物的缠绕，从而增加分子链，使分子链增强增韧，形成聚氨酯微孔弹性材料，消除了聚氨酯泡沫团聚的问题，使得用于体育领域中的功能护具材料具有稳定的结构，提高了拉伸强度性能，从而延长了功能护具材料的使用寿命。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种用于体育领域中的功能护具材料，其特征在于，包括以下原料：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、纳米镭、电气石、纳米级三氧化二锑、甲克素、纳米银、甲苯二异氰酸酯、丙三醇、竹碳纤维、聚醚改性有机聚硅氧烷、氨基环丙烷、2-甲基三乙烯二胺、壬基酚聚氧乙烯醚、石墨烯、二氧化硅气凝胶；
所述的壬基酚聚氧乙烯醚、石墨烯、二氧化硅气凝胶的重量比为(5-8)：(1.2-3.5)：(3-6)。
2.根据权利要求1所述的用于体育领域中的功能护具材料，其特征在于，所述的壬基酚聚氧乙烯醚、石墨烯、二氧化硅气凝胶的重量比为7：2.6：5。
3.根据权利要求1所述的用于体育领域中的功能护具材料，其特征在于，以重量份为单位，包括以下原料：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物123-164份、纳米镭1.2-2.3份、电气石4-7份、纳米级三氧化二锑1-2份、甲克素6-12份、纳米银2-3份、甲苯二异氰酸酯18-32份、丙三醇8-14份、竹碳纤维10-20份、聚醚改性有机聚硅氧烷2-3份、氨基环丙烷0.4-0.8份、2-甲基三乙烯二胺2-5份、壬基酚聚氧乙烯醚5-8份、石墨烯1.2-3.5份、二氧化硅气凝胶3-6份。
4.根据权利要求3所述的用于体育领域中的功能护具材料，其特征在于，以重量份为单位，包括以下原料：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物138份、纳米镭1.8份、电气石6份、纳米级三氧化二锑1.6份、甲克素10份、纳米银2.4份、甲苯二异氰酸酯28份、丙三醇12份、竹碳纤维12份、聚醚改性有机聚硅氧烷2.5份、氨基环丙烷0.7份、2-甲基三乙烯二胺4份、壬基酚聚氧乙烯醚7份、石墨烯2.6份、二氧化硅气凝胶5份。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的用于体育领域中的功能护具材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按重量份数将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丙三醇、竹碳纤维、聚醚改性有机聚硅氧烷、氨基环丙烷放置在加热器中进行搅拌加热预混合；然后冷却，制得混合物；
S2：向步骤S1制得的混合物中加入重量份数的甲苯二异氰酸酯，搅拌混合，静置反应发泡，形成聚氨酯泡沫；
S3：将重量份数的壬基酚聚氧乙烯醚、2-甲基三乙烯二胺搅拌混合，然后加入步骤S2制得的聚氨酯泡沫混合均匀，制得聚氨酯混合物；
S4：将重量份数的石墨烯置于去离子水中超声分散后得到均匀分散的石墨烯水溶液，将重量份数的二氧化硅气凝胶倒入石墨烯水溶液中，在86-94℃下机械搅拌至浆状，喷雾干燥将石墨烯分散于二氧化硅气凝胶微孔中，形成石墨烯微孔材料；
S5：向步骤S4制得的石墨烯微孔材料中加入步骤S3制得的聚氨酯混合物、重量份数的纳米镭、电气石、纳米级三氧化二锑、甲克素、纳米银进行混合加热，配成胶料后注入模具成型，制得用于体育领域中的功能护具材料。
6.根据权利要求5所述的用于体育领域中的功能护具材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述搅拌加热预混合的条件：在130-140℃下进行，搅拌的速率为300-400r/min，时间为30-60min。
7.根据权利要求5所述的用于体育领域中的功能护具材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述冷却至55-62℃。
8.根据权利要求5所述的用于体育领域中的功能护具材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述搅拌混合的条件：搅拌速度为800-1000r/min，时间为20-30min。
9.根据权利要求5所述的用于体育领域中的功能护具材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述去离子水的重量份数为5-8份。
10.根据权利要求5所述的用于体育领域中的功能护具材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述混合加热的条件：在82-93℃下加热60-120min。
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