CN111410776B - 一种纤维乳胶复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维乳胶复合材料及其制备方法和应用，具体涉及乳胶制品技术领域，其包含5~10质量份纤维素溶液、60~70质量份天然胶乳、3~8质量份稀土分散体、1~4质量份硫化剂、2~6质量份硫化活性剂、0.5~6质量份定型剂、2~4质量份促进剂、1~5质量份发泡剂，以及0.8~3质量份防老剂。本发明通过通过采用天然的热活化纤维素对天然乳胶进行改性处理，同时充分利用纤维素多孔、表面积占比大的物理结构，能够有效提高乳胶材料的机械强度及抗撕裂度性能，改善乳胶材料的弹力性能。

Description

一种纤维乳胶复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于乳胶制品技术领域，具体涉及一种纤维乳胶复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
天然乳胶由于具有透气性、吸湿性、柔软触觉以及高弹性等特点，应用范围日益扩大。但现有制备的普通天然乳胶材料的拉伸强度一般为60-75MPa，抗撕裂度一般为65-80KN/m，机械强度及抗撕裂度性能较差，所以提高这些方面性能的研究比较多，如近年来很多研究采用石墨烯对天然乳胶材料的机械强度及抗撕裂度性能进行改性。但有研究指出，石墨烯纳米粒子的锯齿边缘非常锋利和强劲，能够轻易穿刺入人类皮肤以及免疫细胞的细胞膜，对皮肤、眼睛以及呼吸都存在潜在的危害与刺激。
因此，急需一种解决上述问题的纤维乳胶复合材料及其制备方法。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提出一种纤维乳胶复合材料、制备方法及应用，通过采用天然的热活化纤维素对天然乳胶进行改性处理，以及充分利用纤维素多孔、表面积占比大的物理结构，目的在于提高乳胶材料的机械强度及抗撕裂度性能，同时改善乳胶材料的弹力性能；另外，纯天然的纤维素为天然材料，无污染无危害。
为实现上述发明目的，本发明提出了一种纤维乳胶复合材料，其包含5~10质量份纤维素溶液、60~70质量份天然胶乳、3~8质量份稀土分散体、1~4质量份硫化剂、2~6质量份硫化活性剂、0.5~6质量份定型剂、2~4质量份促进剂、1~5质量份发泡剂，以及0.8~3质量份防老剂。
优选地，上述技术方案中所述纤维素溶液包括质量比为30~50:6~8:3~5:1~5的纤维素、氢氧化钠、尿素、氢氧化锌组分；所述纤维素溶液的聚合度为500~1000。
优选地，上述技术方案中所述稀土分散体包括质量比为8~15:0.1~0.5:75~85的稀土粉、分散剂、去离子水组分。
优选地，上述技术方案中所述稀土粉为氧化镧、氧化铈、磷酸铈、氧化钕、氧化钇、氧化镨、碳酸铈粉、氢氧化铈中的一种或几种；所述分散剂为亚甲基二萘磺酸钠、二丁基萘磺酸钠、三乙基己基磷酸、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或几种；所述硫化剂为硫磺、一氯化硫、有机过氧化物中的一种或几种；所述硫化活性剂为氧化锌、氧化镁、氧化钙、氢氧化钙、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甘醇、三甘醇、月桂酸、硬脂酸和油酸中的一种或几种；所述促进剂为促进剂ZDC、促进剂PX、促进剂MZ、促进剂M中的一种或几种；所述防老剂为防老剂2246、防老剂264、防老剂D、防老剂MB、防老剂DBH中的一种或几种；所述发泡剂为油酸钾、油酸铵、油酸三乙醇胺中的一种或几种；所述定型剂为白乳胶、立德粉、钛白粉、纯丙乳液、硅丙乳液、苯丙乳液、醋丙乳液、丙烯酸酯、辛基丙烯酰胺中的一种或几种。
另一方面，本发明提供了如上所述的纤维乳胶复合材料在乳胶制品制备中的应用，所述乳胶制品包括乳胶丝产品、枕头、床垫、坐垫、靠垫、沙发、护腰、鞋垫、汽车座椅、马桶坐垫、鼠标垫、手套、杯套、气球、奶嘴、奶瓶或暖手宝。
另一方面，本发明提供了一种纤维乳胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1）按照质量比将60~70质量份天然胶乳、3~8质量份稀土分散体、1~4质量份硫化剂、2~6质量份硫化活性剂、0.5~6质量份定型剂、2~4质量份促进剂、1~5质量份发泡剂及0.8~3质量份防老剂置于温度为60~80℃、真空度为50~500Pa、压力为0.5~1Mpa的反应釜中共混5~10h；
S2）按照质量比将5~10质量份纤维素溶液加入到反应釜中，在温度为60~80℃、真空度为50~500Pa、压力为1~2Mpa环境条件下共混5~10min,获得纤维乳胶复合材料。
优选地，上述技术方案中制备所述纤维素溶液的方法包括以下步骤：
1）将聚合度DP=500~1000的纤维素置于150~250℃环境加热30~60min，得到热活化纤维素物料；
2）配制6~8wt%氢氧化钠、3~5wt%尿素、1~5wt%氧化锌含量的水溶剂；
3）按照质量比30~50:100（所述热活化纤维素物料：所述水溶剂）将所述热活化纤维素物料分散于所述水溶剂中，置于﹣18~﹣48℃环境冷冻5h~48h，解冻后得到所述纤维素溶液。
优选地，上述技术方案中制备所述稀土分散体的方法包括以下步骤：按照质量比8~15:75~85：0.1~0.5（稀土粉：去离子水：分散剂）准备原料，将稀土粉分散于去离子水中共混，然后加入分散剂在40~80℃环境条件下共混1~20分钟，获得所述稀土分散体；所述稀土粉为氧化镧、氧化铈、磷酸铈、氧化钕、氧化钇、氧化镨、碳酸铈粉、氢氧化铈中的一种或几种；所述分散剂为亚甲基二萘磺酸钠、二丁基萘磺酸钠、三乙基己基磷酸、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或几种。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本发明通过采用天然的热活化纤维素对天然乳胶进行改性处理，同时充分利用纤维素多孔、表面积占比大的物理结构，能够有效提高乳胶材料的机械强度及抗撕裂度性能，改善乳胶材料的弹力性能。另外，纯天然的纤维素为天然材料，无污染无危害。
附图说明
图1 本发明制备纤维乳胶复合材料的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
本发明实施例1提供了一种纤维乳胶复合材料，其包含5质量份纤维素溶液、60质量份天然胶乳（浓缩天然乳胶）、3质量份稀土分散体、1质量份硫化剂（为硫磺、硫化促进剂M、硫化分散剂、油酸和水在20~50°C条件下共混制得，质量比为0.2:0.05:0.05:0.1:1）、2质量份硫化活性剂（氧化镁氧化锌油膏MBZ）、0.5质量份定型剂（氟硅酸钠、氟硅酸镁混合物，质量比1:1）、2质量份促进剂（氧化锌、氧化镁混合物，质量比1:1）、1质量份发泡剂（碳酸钠、稀盐酸，质量比2:1）和0.8质量份防老剂（防老剂2246），制备方法包括以下步骤：
1）制备纤维素溶液备用：称量500g聚合度为500的棉浆纤维素物料，置于150℃环境加热60min，得到热活化棉浆纤维素物料；然后配制6wt%氢氧化钠、3wt%尿素、1wt%氧化锌含量的水溶剂，并按照质量比30:100（热活化棉浆纤维素：水溶剂）将热活化棉浆纤维素物料分散于该水溶剂中，搅拌均匀得到棉浆纤维素混合物；然后将该棉浆纤维素混合物置于-18℃温度条件下冷冻48h至完全冷冻；然后将冷冻后的棉浆纤维素混合物置于常温下溶解，搅拌直至完全溶解，得到纤维素溶液。
2）制备稀土分散体备用：按照质量比，称取8份氧化钇，分散到75份的去离子水中充分搅拌均匀，然后加入0.1份脂肪酸聚乙二醇酯，在40℃环境条件下搅拌共混20分钟，获得稀土分散体。
3）按照质量比将60质量份天然胶乳（为浓缩天然乳胶）、3质量份稀土分散体、1质量份硫化剂、2质量份硫化活性剂、0.5质量份定型剂、2质量份促进剂、1质量份发泡剂和0.8质量份防老剂置于反应釜中，在温度为60℃、真空度为50Pa、压力为0.5Mpa环境条件下搅拌共混10h；
4）按照质量比将5质量份纤维素溶液加入到反应釜中，在温度为60℃、真空度为50Pa、压力为1Mpa环境条件下共混10min，然后停止反应釜工作，打开反应釜即可获得纤维乳胶复合材料。
实施例2
本发明实施例2提供了一种纤维乳胶复合材料，其包含8质量份纤维素溶液、65质量份天然胶乳（浓缩天然乳胶）、5质量份稀土分散体、3质量份硫化剂（为硫磺、硫化促进剂M、硫化分散剂、油酸和水在20~50°C条件下共混制得，质量比为0.2:0.05:0.05:0.1:1）、4质量份硫化活性剂（氧化锌）、3质量份定型剂（氟硅酸钠、氟硅酸镁混合物，质量比1:1）、3质量份促进剂（氧化锌、氧化镁混合物，质量比1:1）、3质量份发泡剂（碳酸钠、稀盐酸，质量比2:1）和1.5质量份防老剂（防老剂D），制备方法包括以下步骤：
1）制备纤维素溶液备用：称量500g聚合度为800的棉浆纤维素物料，置于200℃环境加热50min，得到热活化棉浆纤维素物料；然后配制7wt%氢氧化钠、4wt%尿素、3wt%氧化锌含量的水溶剂（也就是该水溶剂中含有7wt%氢氧化钠、4wt%尿素、3wt%氧化锌），并按照热活化棉浆纤维素物料和水溶剂的质量比为40:100的比例将热活化棉浆纤维素物料分散于该水溶剂中，搅拌均匀得到棉浆纤维素混合物；然后将该棉浆纤维素混合物置于-30℃温度条件下冷冻24h至完全冷冻；然后将冷冻后的棉浆纤维素混合物置于常温下溶解，搅拌直至完全溶解，得到纤维素溶液。
2）制备稀土分散体备用：按质量比，称取10份的氧化镧/氧化铈（质量比为0.5:1）混合物，分散到80份的去离子水中充分搅拌均匀，然后加入0.3份的亚甲基二萘磺酸钠/二丁基萘磺酸钠（质量比为0.5:1）混合物，在60℃环境条件下搅拌共混10分钟，获得稀土分散体。
3）按照质量比将65质量份天然胶乳、5质量份稀土分散体、3质量份硫化剂、4质量份硫化活性剂、3质量份定型剂、3质量份促进剂、3质量份发泡剂和1.5质量份防老剂置于反应釜中，在温度为70℃、真空度为200Pa、压力为0.8Mpa环境条件下搅拌共混7h；
4）按照质量比将8质量份纤维素溶液加入到3)中的反应釜中，在温度为70℃、真空度为200Pa、压力为1.5Mpa环境条件下共混7min，然后停止反应釜工作，打开反应釜即可获得纤维乳胶复合材料。
实施例3
本发明实施例3提供了一种纤维乳胶复合材料，其包含10质量份纤维素溶液、70质量份天然胶乳（浓缩天然乳胶）、8质量份稀土分散体、4质量份硫化剂（为硫磺、硫化促进剂M、硫化分散剂、油酸和水在20~50°C条件下共混制得，质量比为0.2:0.05:0.05:0.1:1）、6质量份硫化活性剂（氧化镁氧化锌油膏MBZ）、6质量份定型剂（氟硅酸钠、氟硅酸镁混合物，质量比1:1）、4质量份促进剂（氧化锌、氧化镁混合物，质量比1:1）、5质量份发泡剂（碳酸钠、稀盐酸，质量比2:1）和3质量份防老剂（防老剂MB），制备方法包括以下步骤：
1）制备纤维素溶液备用：称量500g聚合度为1000的棉浆纤维素物料，置于250℃环境加热30min，得到热活化棉浆纤维素物料；然后配制8wt%氢氧化钠、5wt%尿素、5wt%氧化锌含量的水溶剂，并按照质量比50:100（热活化棉浆纤维素物料：水溶剂）将热活化棉浆纤维素物料分散于该水溶剂中，搅拌均匀得到棉浆纤维素混合物；然后将该棉浆纤维素混合物置于-48℃温度条件下冷冻5h至完全冷冻；然后将冷冻后的棉浆纤维素混合物置于常温下溶解，搅拌直至完全溶解，得到纤维素溶液。
2）制备稀土分散体备用：按照质量比，称取15份的碳酸铈粉/氧化钇（质量比为1:1）混合物，分散到85份的去离子水中充分搅拌均匀，然后加入0.5份的二丁基萘磺酸钠/脂肪酸聚乙二醇酯（质量比为1:1）混合物，在80℃环境条件下搅拌共混1分钟，获得稀土分散体。
3）按照质量比将70质量份天然胶乳、8质量份稀土分散体、4质量份硫化剂、6质量份硫化活性剂、6质量份定型剂、4质量份促进剂、5质量份发泡剂和3质量份防老剂置于反应釜中，在温度为80℃、真空度为500Pa、压力为1Mpa环境条件下搅拌共混5h；
4）按照质量比将10质量份纤维素溶液加入到3)中的反应釜中，在温度为80℃、真空度为500Pa、压力为2Mpa环境条件下共混5min，然后停止反应釜工作，打开反应釜即可获得纤维乳胶复合材料。
实施例4
将实施例1-3制备的纤维乳胶复合材料制成厚度为2mm的乳胶薄膜，测试其机械强度、抗撕裂度性能，结果如表1所示。
表1
实验序号 拉伸强度（Mpa） 抗撕裂度（KN/m）
实施例1样品 89 91
实施例2样品 93 97
实施例3样品 96 98
实验表明，本发明实施例制备的纤维乳胶复合材料能够有效改善乳胶材料的机械强度及抗撕裂度性能。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纤维乳胶复合材料，其特征在于，包含5～10质量份热活化纤维素溶液、60～70质量份天然胶乳、3～8质量份稀土分散体、1～4质量份硫化剂、2～6质量份硫化活性剂、0.5～6质量份定型剂、2～4质量份促进剂、1～5质量份发泡剂以及0.8～3质量份防老剂。
2.根据权利要求1所述的纤维乳胶复合材料，其特征在于，所述热活化纤维素溶液包括质量比为30～50:6～8:3～5:1～5的纤维素、氢氧化钠、尿素、氧化锌组分；所述热活化纤维素溶液的聚合度为500～1000。
3.根据权利要求1所述的纤维乳胶复合材料，其特征在于，所述稀土分散体包括质量比为8～15:0.1～0.5:75～85的稀土粉、分散剂、去离子水组分。
4.根据权利要求3所述的纤维乳胶复合材料，其特征在于，所述稀土粉为氧化镧、氧化铈、磷酸铈、氧化钕、氧化钇、氧化镨、碳酸铈粉、氢氧化铈中的一种或几种；所述分散剂为亚甲基二萘磺酸钠、二丁基萘磺酸钠、三乙基己基磷酸、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的纤维乳胶复合材料，其特征在于，所述硫化剂为硫磺、一氯化硫、有机过氧化物中的一种或几种；所述硫化活性剂为氧化锌、氧化镁、氧化钙、氢氧化钙、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甘醇、三甘醇、月桂酸、硬脂酸和油酸中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的纤维乳胶复合材料，其特征在于，所述促进剂为促进剂ZDC、促进剂PX、促进剂MZ、氧化锌和氧化镁混合物、促进剂M中的一种或几种；所述防老剂为防老剂2246、防老剂264、防老剂D、防老剂MB、防老剂DBH中的一种或几种；所述发泡剂为油酸钾、油酸铵、碳酸钠和稀盐酸混合物、油酸三乙醇胺中的一种或几种；所述定型剂为白乳胶、立德粉、钛白粉、纯丙乳液、硅丙乳液、苯丙乳液、醋丙乳液、丙烯酸酯、氟硅酸钠和氟硅酸镁混合物、辛基丙烯酰胺中的一种或几种。
7.一种权利要求1～6任一项所述的纤维乳胶复合材料在乳胶制品制备中的应用，所述乳胶制品包括乳胶丝产品、枕头、床垫、坐垫、靠垫、沙发、护腰、鞋垫、汽车座椅、马桶坐垫、鼠标垫、手套、杯套、气球、奶嘴、奶瓶或暖手宝。
8.一种权利要求1～6任一项所述的纤维乳胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将60～70质量份天然胶乳、3～8质量份稀土分散体、1～4质量份硫化剂、2～6质量份硫化活性剂、0.5～6质量份定型剂、2～4质量份促进剂、1～5质量份发泡剂及0.8～3质量份防老剂置于温度为60～80℃、真空度为50～500Pa、压力为0.5～1Mpa的反应釜中共混5～10h；
S2、将5～10质量份纤维素溶液加入到步骤S1中的反应釜中，在温度为60～80℃、真空度为50～500Pa、压力为1～2Mpa环境条件下共混5～10min,获得纤维乳胶复合材料。
9.根据权利要求8所述的纤维乳胶复合材料的制备方法，其特征在于，制备所述纤维素溶液的方法包括以下步骤：
1）将聚合度DP=500～1000的纤维素置于150～250℃环境加热30～60min，得到热活化纤维素物料；
2）配制6～8wt%氢氧化钠、3～5wt%尿素、1～5wt%氧化锌含量的水溶剂；
3）按照所述热活化纤维素物料和所述水溶剂的质量比为30～50:100的比例将所述热活化纤维素物料分散于所述水溶剂中，置于﹣18～﹣48℃环境冷冻5h～48h，解冻后得到所述纤维素溶液。
10.根据权利要求8所述的纤维乳胶复合材料的制备方法，其特征在于，制备所述稀土分散体的方法包括以下步骤：
将稀土粉与去离子水共混，然后加入分散剂在40～80℃环境条件下共混1～20分钟，获得所述稀土分散体。
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