CN110041706A

CN110041706A - 太赫兹硅胶材料

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Publication number: CN110041706A
Application number: CN201910351035.2A
Authority: CN
Inventors: 张慧
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-04-28
Filing date: 2019-04-28
Publication date: 2019-07-23

Abstract

本发明公开了一种太赫兹硅胶材料，由按重量份数计的以下组分制成：硅胶主料80~100份、太赫兹矿物粉4~9份、磁性石墨烯2~5份、中空多孔碳纳米微球8~12份、负离子粉2~5份、纳米银1~4份、羟基硅油4~6份、白炭黑8~23份、高乙烯基硅油2~5份、EVA树脂13~19份、球形氧化铝10~24份、KH‑550硅烷偶联剂0.5~1.2份、二甲基二甲氧基硅烷1~3份、颜料0~2份、硫化剂0.2~0.5份、促进剂0.1~1.5份，还公开了其制备方法。本发明提供的太赫兹硅胶材料手感冰凉、亲肤爽滑，抑菌防霉，具有良好的机械性能和导热性，能够稳定发射太赫兹波与负离子、磁性石墨烯磁场共同发挥保健功效。

Description

太赫兹硅胶材料

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种太赫兹硅胶材料。

背景技术

目前市场上已有太赫兹陶瓷球、陶粒、陶瓷粉等产品，这些产品能够发射太赫兹波，具有促进人体血液循环，消除疲劳，增进健康的保健功效，根据应用领域还具有杀菌消毒和节能减排的功效。中国专利文献CN106630971公开了一种太赫兹活性陶粒及其制备方法，太赫兹活性陶粒由天然矿物、动植物材料、添加剂和MC活性水为原料组成，将上述原料用MC活性水调浆，经太赫兹波处理，再经高温煅烧成上述陶粒，实测这种活性陶粒能稳定发射波长4~16 μm，频率为0.5~10.0 THz的太赫兹波，法向发射率达85%以上。其存在所用组分种类繁多，昂贵难求，煅烧温度在1100 ℃以上，对设备要求高，能耗大的缺点，此外，陶粒无法直接使用，只能作为各种活性水的生产原料，导致其实际功效大大减弱。中国专利文献CN109330304公开了一种太赫兹硅胶材料及脖枕，包括太赫兹粉和硅胶材料，制备简单，利用太赫兹粉的辐射作用促进血液循环，缓解颈部疲劳。虽然成分种类较少，制备方法简单，能够直接使用，但是其直接将太赫兹粉加入硅胶主料，对硅胶的力学性能和柔然性有较大影响，耐磨性和舒适度下降，且时间久易变色，不适宜作为贴身材料直接使用。

此外，现有太赫兹产品多是利用其热效应，在产品设计时更侧重保温效果，不适用于夏季或高温环境中，研发既能保证太赫兹辐射的保健效果，又能在炎热高温环境中有很好的使用体验的材料具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有太赫兹产品的不足，本发明提供了一种太赫兹硅胶材料，该材料能够稳定长期辐射太赫兹波，机械性能好，柔然性好，手感冰凉爽滑，可直接接触皮肤，长期使用不变色，且制备方法简单、成本低、可批量生产。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种太赫兹硅胶材料，由按重量份数计的以下组分制成：硅胶主料80~100份、太赫兹矿物粉4~9份、磁性石墨烯2~5份、中空多孔碳纳米微球8~12份、负离子粉2~5份、纳米银1~4份、羟基硅油4~6份、白炭黑8~23份、高乙烯基硅油2~5份、EVA树脂13~19份、球形氧化铝10~24份、KH-550硅烷偶联剂0.5~1.2份、二甲基二甲氧基硅烷1~3份、颜料0~2份、硫化剂0.2~0.5份、促进剂0.1~1.5份。

进一步地，所述太赫兹矿物粉为能够放射太赫兹波的麦饭石、正长石、砭石、贵阳石、水铝英石、木鱼石、电气石、锗矿石中的一种或几种。

进一步地，所述磁性石墨烯的制备方法为将氧化石墨加入到乙二醇中超声剥离，得到氧化石墨烯分散液，然后加入六水合氯化铁，搅拌溶解后继续搅拌2 h，再加入醋酸钠、聚乙二醇，搅拌0.5 h，200 ℃反应16 h，减压过滤，分别用二次蒸馏水和乙醇洗涤，50 ℃真空干燥即得。

进一步地，所述中空多孔碳纳米微球的制备方法为以纳米碳酸钙为模板，在其表面进行多巴胺自组装，常温条件下聚合得到聚多巴胺包覆的纳米碳酸钙，然后高温煅烧，得到中空多孔碳纳米微球。

进一步地，所述KH-550硅烷偶联剂的质量分数为2.5%。

一种太赫兹硅胶材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称量：按重量份数配比称量所用到的组分；

步骤二、预处理：将KH-550硅烷偶联剂用稀释剂稀释后，加入太赫兹矿物粉、磁性石墨烯、中空多孔碳纳米微球，在磁力振荡机中振荡1 h，过滤，自然干燥，得偶联材料；

步骤三、共混改性：将硅胶主料加入35~40 ℃密炼机中，密炼3~5 min后升温至70℃，加入EVA树脂，继续密炼20~25min后出料；

步骤四、混炼：将步骤三所得共混改性的混炼料加入开炼机中，混炼2~3 min，缓慢添加羟基硅油，继续混炼2~3 min；缓慢加入偶联材料、负离子粉、纳米银、球形氧化铝、二甲基二甲氧基硅烷、颜料，20~30 min添加完毕；薄通三次，混炼均匀后加入硫化剂及促进剂，继续混炼成块下片，得到混炼胶；

步骤五、硫化：将步骤四的混炼胶放置到平板硫化机上，启动平板硫化机，155~165 ℃保温10min，进行一段硫化，硫化完成后冷却至室温，将硫化后的胶片放入烘箱中，175~185℃处理20~40 min，进行二段硫化，得太赫兹硅胶材料，进一步制作得产品；

步骤六、表面处理：将步骤五制得的产品置于紫外臭氧清洗机空腔内，预热完成后照射20 min，待显示完成后取出即可。

进一步地，步骤四中混炼温度为90~140 ℃。

进一步地，步骤五中硫化压力5~9 MPa。

本发明所用太赫兹矿物粉的制备方法为：将能够放射太赫兹波的麦饭石、正长石、砭石、贵阳石、水铝英石、木鱼石、电气石、锗矿石矿物原料粉碎成粒径为50 nm以下的颗粒。

本发明所用中空多孔碳纳米微球，以纳米碳酸钙为模板，聚多巴胺为前体，碳酸钙高温分解产生的二氧化碳气体刺破碳前体聚多巴胺壳层，具有高效扩孔功能，从而制得中空多孔碳纳米微球，其具有质轻、稳定性好的特点，由于其中空结构，各孔通透，使气体流通更快，加速热量传导，因此还具有较高的导热系数。

磁场具有多方面的生物效应，包括可降低血液黏度，改善微循环，抗氧化，促进细胞分化等，通过石墨烯负载磁性氧化铁，使得磁性氧化铁分布更加均匀，不易聚集，从而使得磁场分布均匀，能够与太赫兹矿物粉放射的太赫兹波协同从而增强保健效果。

本发明首先用KH-550硅烷偶联剂对太赫兹粉、磁性石墨烯、中空多孔碳纳米微球进行预处理，能够使其与混炼胶之间形成界面过渡层，使得这三者在混炼胶中均匀分散，KH-550硅烷偶联剂明显改善了此三者与混炼胶的相容性和化学反应性，赋予其与基体良好的界面粘接性，通过对KH-550硅烷偶联剂质量分数浓度的优化，使得偶联厚度合适，导热系数最高。

本发明首先通过密炼，使得硅胶主料与EVA树脂均匀混合，一定配比的EVA对硅胶起到增强和增黏的作用，大大提高硅胶的撕裂强度和防水性，同时保证硅胶仍具有良好的柔然性，由于硅胶与EVA有一定的相容性，首先将这二者混合密炼，能够促进后续其余各组分在混炼胶中的均匀分布，混炼过程中羟基硅油作为结构控制剂，能够提高硅胶材料的光滑性、缝性能及防水性，二甲基二甲氧基硅烷能够促进各组分在混炼胶中分散均匀，同时羟基硅油、球形氧化铝、白炭黑能够和硅胶分子间形成三维网络交联结构起到补强作用，使得硅胶材料具有更高的拉断伸长率和撕裂强度；加入的高乙烯基硅油能够提高改善硅胶材料的耐候、耐老化、抗紫外线性能，延长硅胶材料的使用寿命。

本发明通过使用紫外臭氧清洗机对制得的太赫兹硅胶材料进行表面处理，通过紫外光与臭氧的协同氧化作用能够除去硅胶材料表面的脏污物质，还能进一步促进太赫兹硅胶材料表面分子的紧密有序排列，使得硅胶材料具有亲肤爽滑的手感。

本发明提供的太赫兹硅胶材料质轻，能够长期稳定放射6~28 μm的太赫兹波，太赫兹波的法向发射率大于90%，抗压强度大于9 MPa，扯断强度大于20 MPa，耐磨性好，抑菌防霉，亲肤爽滑。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

（1）本发明提供的太赫兹硅胶材料，通过将磁性石墨烯和中空多孔碳纳米微球与天然矿物制得的太赫兹粉混合，通过一系列的筛选和优化，采用质量分数为2.5%的KH550硅烷偶联剂对太赫兹粉、磁性石墨烯、中空多孔碳纳米微球进行预处理，既能提高三者与混炼胶的相容性，又不会造成太赫兹波减弱，从而大大提高了硅胶材料的保健功效；

（2）本发明所用的石墨烯、中空多孔碳纳米微球还能与白炭黑、纳米银、球形氧化铝形成导热链和导热网，贯穿整个材料体系，这不仅使得太赫兹硅胶材料具有冰凉的手感，还使得太赫兹波的能量能够迅速传导至直接接触的皮肤或组织；

（3）本发明提供的太赫兹硅胶材料柔然性好，亲肤爽滑，所添加的负离子粉能够释放负离子，具有净化空气的功效，还能与所添加的纳米银协同发挥杀菌抑菌的作用，与磁场、太赫兹波协同发挥促进血液循环，缓解疲劳，增强免疫力的保健功效，可应用于直接接触皮肤的各种服饰制品中；

（4）本发明提供的硅胶材料制备方法，使用普通橡胶生产设备即可生产，具有工艺简单、能耗低、重现性好的特点，能够实现产业化生产。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合具体实施例进行详细描述。

实施例1

一种太赫兹硅胶材料，由按重量份数计的以下组分制成：硅胶主料80份、太赫兹矿物粉4份、磁性石墨烯2份、中空多孔碳纳米微球8份、负离子粉2份、纳米银1份、羟基硅油4份、白炭黑8份、高乙烯基硅油2份、EVA树脂13份、球形氧化铝10份、KH-550硅烷偶联剂0.5份、二甲基二甲氧基硅烷1份、颜料0份、硫化剂0.2份、促进剂0.1份。

进一步地，所述太赫兹矿物粉为能够放射太赫兹波的麦饭石、正长石、砭石重量份数配比1:1:2。

进一步地，所述KH-550硅烷偶联剂的质量分数为2.5%。

一种太赫兹硅胶材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称量：按重量份数配比称量所用到的组分；

步骤二、预处理：将KH-550硅烷偶联剂用稀释剂稀释后，加入太赫兹粉、磁性石墨烯、中空多孔碳纳米微球，在磁力振荡机中振荡1 h，过滤，自然干燥，得偶联材料；

步骤五、硫化：将步骤四的混炼胶放置到平板硫化机上，启动平板硫化机，155~165 ℃保温10min，进行一段硫化，硫化完成后冷却至室温，将硫化后的胶片放入烘箱中，175~185℃处理20~40 min，进行二段硫化，将硫化完全的混炼胶添加到压延机，通过调整压延机调整太赫兹硅胶材料的厚度及宽度；

步骤六、表面处理：将步骤五制得的太赫兹硅胶卷材平铺置于紫外臭氧清洗机空腔内，预热完成后照射20 min，待显示完成后取出即可。

进一步地，步骤四中混炼温度为90~140 ℃。

进一步地，步骤五中硫化压力5~9 MPa。

实施例2

一种太赫兹硅胶材料，由按重量份数计的以下组分制成：硅胶主料90份、太赫兹矿物粉7份、磁性石墨烯4份、中空多孔碳纳米微球10份、负离子粉4份、纳米银3份、羟基硅油5份、白炭黑17份、高乙烯基硅油3份、EVA树脂16份、球形氧化铝18份、KH-550硅烷偶联剂0.9份、二甲基二甲氧基硅烷2份、颜料1份、硫化剂0.3份、促进剂0.6份。

进一步地，所述太赫兹矿物粉为能够放射太赫兹波水铝英石、锗矿石重量份数配比1:1。

进一步地，所述KH-550硅烷偶联剂的质量分数为2.5%。

一种太赫兹硅胶材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称量：按重量份数配比称量所用到的组分；

步骤五、硫化：将步骤四的混炼胶放置到平板硫化机上，启动平板硫化机，155~165 ℃保温10min，进行一段硫化，硫化完成后冷却至室温，将硫化后的胶片放入烘箱中，175~185℃处理20~40 min，进行二段硫化，得太赫兹硅胶材料，模压成型得到产品；

进一步地，步骤四中混炼温度为90~140 ℃。

进一步地，步骤五中硫化压力5~9 MPa。

实施例3

一种太赫兹硅胶材料，由按重量份数计的以下组分制成：硅胶主料100份、太赫兹矿物粉9份、磁性石墨烯5份、中空多孔碳纳米微球12份、负离子粉5份、纳米银4份、羟基硅油6份、白炭黑23份、高乙烯基硅油5份、EVA树脂19份、球形氧化铝24份、KH-550硅烷偶联剂1.2份、二甲基二甲氧基硅烷3份、颜料2份、硫化剂0.5份、促进剂1.5份。

进一步地，所述太赫兹矿物粉为能够放射太赫兹波的麦饭石、正长石、砭石、贵阳石、水铝英石、木鱼石、电气石、锗矿石重量份数配比1:1:1:1:1:1:1:1。

进一步地，所述KH-550硅烷偶联剂的质量分数为2.5%。

一种太赫兹硅胶材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称量：按重量份数配比称量所用到的组分；

步骤五、硫化：将步骤四的混炼胶放置到平板硫化机上，启动平板硫化机，155~165 ℃保温10min，进行一段硫化，硫化完成后冷却至室温，将硫化后的胶片放入烘箱中，175~185℃处理20~40 min，进行二段硫化，得太赫兹硅胶材料，注射成型得到产品；

进一步地，步骤四中混炼温度为90~140 ℃。

进一步地，步骤五中硫化压力5~9 MPa。

对比例1

除不含磁性石墨烯外，其余操作同实施例2。

对比例2

除用石墨烯替代磁性石墨烯外，其余操作同实施例2。

对比例3

除不含中空多孔碳纳米微球外，其余操作同实施例2。

对比例4

除用碳纳米微球替代中空多孔碳纳米微球外，其余操作同实施例2。

对比例5

除不含KH-550硅烷偶联剂外，其余操作同实施例2。

对比例6

除用KH-570硅烷偶联剂替代KH-550硅烷偶联剂外，其余操作同实施例2。

对比例7

除所用KH-550硅烷偶联剂质量分数为1%外，其余操作同实施例2。

对比例8

除所用KH-550硅烷偶联剂质量分数为5%外，其余操作同实施例2。

对比例9

除不含二甲基二甲氧基硅烷外，其余操作同实施例2。

对比例10

除不含球形氧化铝外，其余操作同实施例2。

对比例11

除不含羟基硅油外，其余操作同实施例2。

对比例12

除不含步骤六，即未进行表面处理外，其余操作同实施例2。

性能测试

分别对实施例1~3及对比例1~12所得硅胶材料进行以下性能测试，结果如下表1所示：

表1 实施例1~3及对比例1~12所得复合材料性能测试结果

从表1可知，本发明实施例制得的太赫兹硅胶材料抗压强度大于8 MPa，扯断强度大于20 MPa，断裂伸长率大于72%，具有良好的机械和力学性能，同时导热系数大于7 W/m•K，使得硅胶材料具有凉爽的手感；可以稳定放射6~28 μm的太赫兹波，法向发射率大于90%，杀菌率大于96%，爽滑度好，穿着体验好。将样品放置于每日阳光直射时间大于4小时、空气自然流通的室内，一年后再次检测手感软糯爽滑，太赫兹波无减弱；对比例1不含磁性石墨烯，硅胶材料的抗压强度、扯断强度及断裂伸长率均有所下降，导热系数也有所下降，表明本发明所用磁性石墨烯在提高硅胶材料机械性能方面与其余组分存在协同作用，同时磁性石墨烯在硅胶材料导热网络的形成中发挥功效，太赫兹波长范围较实施例变宽，法向发射率下降，对比例2用石墨烯替代磁性石墨烯太赫兹波长范围小于对比例1，法向发射率下降幅度也小于对比例1，这可能是由于磁性石墨烯中石墨烯及磁性氧化铁所产生的磁场能够对太赫兹粉发射的太赫兹波起到正面作用；对比例3不含中空多孔碳纳米微球，硅胶材料的性质变化与对比例1相似，表明本发明所用中空多孔碳纳米微球在提高硅胶材料机械性能方面与其余组分存在协同作用，同时中空多孔碳纳米微球在硅胶材料导热网络的形成中发挥功效，对比例4用碳纳米微球替代中空多孔碳纳米微球太赫兹波长范围小于对比例3，法向发射率下降幅度也小于对比例3，这可能是由于中空多孔碳纳米微球能够对太赫兹粉发射的太赫兹波起到正面作用，而碳纳米微球不具有该作用；对比例5不含KH-550硅烷偶联剂，太赫兹粉、磁性石墨烯、多孔碳纳米微球在硅胶材料中各自分散，硅胶材料的机械性能及导热系数与实施例接近，但是由于这三者各自分散，不能起到对太赫兹波的正面作用，使得太赫兹波长范围较实施例变宽，法向发射率下降，对比例6~8是对硅烷偶联剂种类及质量分数浓度的筛选验证试验，表明硅烷偶联剂的种类及浓度对硅胶材料的导热系数及发射太赫兹波的波长范围和法向发射率密切相关；对比例9不含二甲基二甲氧基硅烷，混炼过程中各物料分散的均匀性不及实施例，使得制得的硅胶材料机械性能下降，导热系数降低，偶联材料在混炼胶中的分布不均匀也使得太赫兹波长范围变宽，法向发射率下降；对比例10不含球形氧化铝，对导热网络的形成造成重大影响，导热系数明显降低；对比例11不含羟基硅油，硅胶材料的机械性能及光滑性较实施例明显降低；对比例12不含步骤六，即未进行表面处理，硅胶材料表面残留有脏污物质，分子排列松散无序，造成硅胶材料的爽滑度不及实施例。

综上，本发明提供的太赫兹硅胶材料，质轻，具有良好的机械性能和导热性，能够长期稳定放射6~28 μm的太赫兹波，太赫兹波的法向发射率大于90%，与负离子及磁性石墨烯磁场的生物效应协同共同发挥促进血液循环、缓解疲劳、增强免疫力的保健功效，制备方法简单，成本低，防水耐腐，抑菌防霉，柔然性好，手感冰凉爽滑，可应用于直接接触皮肤的各种服饰制品中，特别适用于夏季服饰制品。

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，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种太赫兹硅胶材料，其特征在于，由按重量份数计的以下组分制成：硅胶主料80~100份、太赫兹矿物粉4~9份、磁性石墨烯2~5份、中空多孔碳纳米微球8~12份、负离子粉2~5份、纳米银1~4份、羟基硅油4~6份、白炭黑8~23份、高乙烯基硅油2~5份、EVA树脂13~19份、球形氧化铝10~24份、KH-550硅烷偶联剂0.5~1.2份、二甲基二甲氧基硅烷1~3份、颜料0~2份、硫化剂0.2~0.5份、促进剂0.1~1.5份。

2.根据权利要求1所述的太赫兹硅胶材料，其特征在于，所述太赫兹矿物粉为能够放射太赫兹波的麦饭石、正长石、砭石、贵阳石、水铝英石、木鱼石、电气石、锗矿石中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的太赫兹硅胶材料，其特征在于，所述磁性石墨烯的制备方法为将氧化石墨加入到乙二醇中超声剥离，得到氧化石墨烯分散液，然后加入六水合氯化铁，搅拌溶解后继续搅拌2 h，再加入醋酸钠、聚乙二醇，搅拌0.5 h，200 ℃反应16 h，减压过滤，分别用二次蒸馏水和乙醇洗涤，50 ℃真空干燥即得。

4.根据权利要求1所述的太赫兹硅胶材料，其特征在于，所述中空多孔碳纳米微球的制备方法为以纳米碳酸钙为模板，在其表面进行多巴胺自组装，常温条件下聚合得到聚多巴胺包覆的纳米碳酸钙，然后高温煅烧，得到中空多孔碳纳米微球。

5.根据权利要求1所述的太赫兹硅胶材料，其特征在于，所述KH-550硅烷偶联剂的质量分数为2.5%。

6.一种根据权利要求1~5任一项所述的太赫兹硅胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、称量：按重量份数配比称量所用到的组分；

7.根据权利要求6所述的太赫兹硅胶材料的制备方法，其特征在于，步骤四中混炼温度为90~140 ℃。

8.根据权利要求6所述的太赫兹硅胶材料的制备方法，其特征在于，步骤五中硫化压力5~9 MPa。