CN112812393B - 一种远红外辐射复合橡胶及应用该橡胶的背包 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及新材料的领域，具体公开一种远红外辐射复合橡胶及应用该橡胶的背包，其主要由以下原料制备而得：生胶50‑60份；端羧基液体丁腈橡胶8‑12份；环氧树脂4‑6份；乙二胺改性远红外固体微粉15‑20份；制备工艺为：S1：取具固体微粉浸泡于乙二胺中，在80‑90℃温度下搅拌1.5‑2h，过滤得乙二胺改性远红外固体微粉；S2：将环氧树脂、端羧基液体丁腈橡胶和改性远红外固体微粉混合均匀，得远红外配合剂；S3：将生胶塑炼后，再将生胶与远红外配合剂进行混炼，剪切后得半成品胶料；S4：将半成品胶料在30‑35℃温度下固化7‑8h，得成品胶料。将成品胶料制成远红外橡胶块，可将其贴附于背包背面使用。本申请制得的橡胶具有长效的远红外性能，将其应用于背包后，可起到养生的效果。
Description
技术领域
本申请涉及新材料的技术领域，尤其是涉及一种远红外辐射复合橡胶及应用该橡胶的背包。
背景技术
随着科学的发展，人们对红外线及其应用技术有了极大的发展。尤其是远红外辐射在理疗方面的应用，受到了大量的关注。远红外辐射是指波长在3-1000μm的电磁波，具有极强的穿透能力，尤其是波长为5-25μm的远红外辐射，容易被人体吸收，具有活化细胞，疏通经络的作用，具有医疗价值。
以往的远红外材料一般都是以陶瓷的形式存在的，由于陶瓷具有脆性且韧性极低，由此在很多领域限制了陶瓷远红外材料的使用。因此逐渐出现了具有远红外功能的橡胶，其具体生产方式是将具有远红外性能的微粉与橡胶混炼，从而使橡胶具有远红外性能。
直接将具有远红外性能的固体与橡胶混炼，由于红外固体颗粒的参入并且其与橡胶之间难以达到充分结合，在使用过程中，橡胶内靠近表面部分的红外固体颗粒容易因橡胶老化或破损而剥落失效，使用寿命较短。
发明内容
为了在保证橡胶远红外功能的同时还可提高远红外辐射橡胶的使用寿命，本申请提供一种远红外辐射复合橡胶及应用该橡胶的背包。
第一方面，本申请提供一种远红外辐射复合橡胶，采用如下的技术方案：
主要由以下质量份数的原料制备而得：
生胶50-60份；
端羧基液体丁腈橡胶8-12份；
环氧树脂4-6份；
乙二胺改性远红外固体微粉15-20份；
制备工艺为：
S1：取具有远红外性能的固体微粉浸泡于乙二胺中，在80-90℃温度下搅拌1.5-2h，过滤得乙二胺改性远红外固体微粉；
S2：将环氧树脂、端羧基液体丁腈橡胶和改性远红外固体微粉混合均匀，得远红外配合剂；
S3：将生胶塑炼后，再将生胶与远红外配合剂进行混炼，剪切后得半成品胶料；
S4：将半成品胶料在30-35℃温度下固化7-8h，得成品胶料。
通过采用上述技术方案，通过乙二胺对具有远红外性能的固体微粉进行改性，可提高固体微粉在橡胶中的结合能力。由于乙二胺具有较强的螯合能力，能与固体微粉中的金属原子产生螯合，在固体微粉表面可形成一层乙二胺层，又由于原料中还使用了环氧树脂，在混合后，固体微粉表面的乙二胺可与环氧树脂的环氧基产生开环交联，在固化后使固体微粉充分结合于橡胶内部。而原料中还使用了端羧基液体丁腈橡胶，其端部的羧基可与环氧树脂产生反应并进行括链，从而改变固化后环氧树脂的性质，使环氧树脂良好地结合于生胶中，在固化后与生胶形成一个高结合度的整体，从而可制得具有良好的耐用性，并且具有远红外辐射能力的橡胶材料。
制备工艺中，S1步骤为固体微粉的改性过程，通过浸泡共热，可使乙二胺附着于固体微粉表面，形成乙二胺覆层。在步骤S2中初步混合后，由于乙二胺和环氧树脂之间的反应性强于端羧基液体丁腈橡胶，通过控制各组分的添加量，就可使环氧树脂会优先附着于固体微粉表面，使其在后续与橡胶混合以及固化的过程中起到桥接的作用，使固体微粉均匀且牢固地固定于橡胶内，从而制得远红外复合橡胶。步骤S4中，将制得的半成品胶料在一定温度下放置一段时间，可使环氧树脂与橡胶充分固化并结合。
优选的，原料中所用的生胶具体为氯丁橡胶生胶。
通过采用上述技术方案，由于氯丁橡胶和端羧基液体丁腈橡胶均为极性物质，因此使用氯丁橡胶可提高远红外配合剂与橡胶之间混合的均匀性，使制得的远红外辐射复合橡胶内各组分的结合能力稳定，具有长效的远红外效果。
优选的，所述具有远红外性能的固体微粉由二氧化钛微粉、氧化锆微粉、三氧化二铁微粉和碳化硅微粉混合而成，其用量比依次为1:(1-2):(1-2):(1-1.5)。
通过采用上述技术方案，由于二氧化钛微粉的红外波长小于3.5μm，氧化锆微粉和三氧化二铁微粉的红外波长为6-15μm，而碳化硅微粉的红外波长范围为15-25μm，使用三中红外波长范围的原料进行混合，可使红外辐射的范围覆盖到1-25μm内，在此范围内的远红外辐射更易于被人体吸收，具有更好的效果。
优选的，原料中含有质量份数为1.5-2份的丁基缩水甘油醚；
制备工艺中S2中，将丁基缩水甘油醚环氧树脂、端羧基液体丁腈橡胶和改性远红外固体微粉混合均匀，得远红外配合剂。
通过采用上述技术方案，丁基缩水甘油醚可起到活性稀释剂的作用，使步骤S2的混合过程中环氧树脂不要过度反应，使开环后的环氧树脂保持较短的链长，减少爆聚的可能性，从而提高固体微粉在橡胶内的均匀性与稳定性。
优选的，所述环氧树脂的环氧值为0.5-0.55。
通过采用上述技术方案，使用此环氧值的环氧树脂可更好地与混合于橡胶中，并且更好地与固体微粉进行固定。
优选的，所述端羧基液体丁腈橡胶的分子量为600-700。
通过采用上述技术方案，使用此分子量的端羧基液体丁腈橡胶可与环氧树脂进行更好的配合，在此分子量下的端羧基液体丁腈橡胶与环氧树脂的粒子大小相近，更容易混合均匀稳定。
优选的，所述乙二胺改性远红外固体微粉的粒径为1-1.5μm。
通过采用上述技术方案，使用此粒径范围的固体微粉，可更好地通过进行改性，改性后其表面的乙二胺覆层更加容易与环氧树脂进行开环，从而固体微粉在橡胶内具有更好的稳定性和均匀性。
优选的，工艺步骤S1为，在80-90℃温度下搅拌1.5-2h，再进行超声浸渍处理，超声波的频率为15-18kHz，功率控制为220-250W。
通过采用上述技术方案，在超声处理的过程中，可使固体微粉表面形成微孔，从而是乙二胺更好地附着与固体微粉表面，更好的产生螯合，从而提高改性效果。
第二方面，本申请提供一种应用远红外辐射复合橡胶的背包，采用如下的技术方案：将成品胶料在经过成型和硫化后，制成远红外橡胶块，将这种胶块贴附于背包背面，用于对使用者背部的穴位进行远红外辐射。
通过采用上述技术方案，将胶料支撑胶块应用于背包背面，当人在使用背包时，这些具有远红外功能的胶块就可对人体背部的穴位放射远红外辐射，可起到疏通经络，环节疲劳的作用。并且橡胶的材质柔软而富有任性，用在背包上不会让使用者感觉不适，兼具养生功能和舒适感。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请通过使用乙二胺改性远红外固体微粉，并且通过添加环氧树脂和端羧基液体丁腈橡胶，使远红外固体微粉充分且牢固地分散于橡胶当中，从而制得柔软有韧性，且具有优良远红外辐射功能的复合橡胶。并且还提供了具体的制备工艺。
2.本申请的生胶具体选用氯丁橡胶生胶，固体微粉具体选用二氧化钛微粉、氧化锆微粉、三氧化二铁微粉和碳化硅微粉。可使制得的复合橡胶组分更加均匀，并且其红外波长范围更有利于人体的养生效果。
3.本申请还公布了环氧树脂环氧值、端羧基液体丁腈橡胶分子量以及固体微粉粒径的优选参数范围，可提高制得的橡胶的性能。
4.本申请在固体微粉改性的过程中还使用了超声处理，可使改性过程中乙二胺更加有效牢固地附着于固体微粉表面。
5.本申请还公布了一种远红外辐射复合橡胶的应用，将其制成胶块并对应人体背部穴位贴附于背包的背部，可起到养生的效果，并且由于其为橡胶材质，因此还具有很好的舒适度。
附图说明
图1为应用例的结构示意图一；
图2为应用例的结构示意图二。
图中，1、包身；2、背带；3、横魔术粘；4、连接带；5、竖魔术粘；6、远红外胶块。
具体实施方式
实施例
实施例1：一种远红外辐射复合橡胶，
原料为：生胶50kg、端羧基液体丁腈橡胶8kg、环氧树脂4kg、乙二胺改性远红外固体微粉20kg。选用的生胶为丁苯橡胶生胶；乙二胺改性远红外固体微粉为由二氧化钛微粉、氧化锆微粉、三氧化二铁微粉和碳化硅微粉混合而成的固体微粉，经乙二胺改性而得。各组分用量以及各组分的性状参数如下表1所示。
制备工艺：
S1：取具有远红外性能的固体微粉浸泡于乙二胺中，在85℃温度下搅拌2h，搅拌速度为80r/min，过滤得乙二胺改性远红外固体微粉；
S2：将环氧树脂、端羧基液体丁腈橡胶和改性远红外固体微粉在200r/min的转速下搅拌15min，得远红外配合剂；
S3：将生胶在塑炼机中进行机械塑炼，塑炼温度为80℃，塑炼时间为30min，再将生胶与远红外配合剂进行混炼，混炼温度为100摄氏度，混炼时间为20min，混炼转子速度为50r/min，结束后冷却剪切，得半成品胶料；
S4：将半成品胶料在35℃温度下固化8h，得成品胶料。
实施例2：一种远红外辐射复合橡胶，
与实施例1的区别在于，各组分的添加量及性状参数不同，具体如下表1所示。
实施例3-4：一种远红外辐射复合橡胶，
与实施例1的区别在于，使用的生胶为氯丁橡胶生胶，各组分的用量及性状参数如下表1所示。
制备工艺与实施例1相同。
实施例5-6：一种远红外辐射复合橡胶，与实施例1的区别在于，原料中还添加有丁基缩水甘油醚，各组分的用量及性状参数如下表1所示。
制备工艺S2变为：将环氧树脂、端羧基液体丁腈橡胶、丁基缩水甘油醚和改性远红外固体微粉在200r/min的转速下搅拌15min，得远红外配合剂。
其余制备工艺与实施例1相同。
实施例7-8：一种远红外辐射复合橡胶，与实施例1的区别在于，环氧树脂的环氧值以及端羧基液体丁腈橡胶的分子量不同，具体参数如下表1所示。
制备工艺与实施例1相同。
实施例9：一种远红外辐射复合橡胶，
与实施例1的区别在于，固体微粉的粒径不同，具体参数如下表1所示。
制备工艺与实施例1相同。
实施例10：一种远红外辐射复合橡胶，
与实施例1的区别在于，固体微粉的改性工艺不同。
步骤S1为：取具有远红外性能的固体微粉浸泡于乙二胺中，在85℃温度下搅拌2h，搅拌速度为80r/min，再进行超声浸渍处理30min，超声波的频率为15kHz，功率控制为220W，过滤得乙二胺改性远红外固体微粉。
各组分的添加量及性状参数如下表1所示。
表1：实施例1-10的各项组分用量及各项性状参数
对比例
对比例1：一种远红外辐射复合橡胶，
与实施例1的区别在于，不对红外固体微粉进行改性。其余各组分的用量及参数如下表2所示。
制备工艺为：
S1：将环氧树脂、端羧基液体丁腈橡胶和远红外固体微粉在200r/min的转速下搅拌15min，得远红外配合剂；
S2：将生胶在塑炼机中进行机械塑炼，塑炼温度为80℃，塑炼时间为30min，再将生胶与远红外配合剂进行混炼，混炼温度为100摄氏度，混炼时间为20min，混炼转子速度为50r/min，结束后冷却剪切，得半成品胶料；
S3：将半成品胶料在35℃温度下固化8h，得成品胶料。
对比例2：一种远红外辐射复合橡胶，
与实施例1的区别在于，原料中不含有环氧树脂。其余各组分的用量及参数如下表2所示。
制备工艺S2变更为：将端羧基液体丁腈橡胶和改性远红外固体微粉在200r/min的转速下搅拌15min，得远红外配合剂；
其余工艺步骤相同。
对比例3：一种远红外辐射复合橡胶，
与实施例1的区别在于，原料中不含有端羧基液体丁腈橡胶。其余各组分的用量及参数如下表2所示。
制备工艺S2变更为：将环氧树脂和改性远红外固体微粉在200r/min的转速下搅拌15min，得远红外配合剂；
其余工艺步骤相同。
对比例4：一种远红外辐射复合橡胶，
与实施例1的区别在于，原料中不含有环氧树脂和端羧基液体丁腈橡胶。其余各组分的用量及参数如下表2所示。
工艺步骤为：
S1：取具有远红外性能的固体微粉浸泡于乙二胺中，在85℃温度下搅拌2h，搅拌速度为80r/min，过滤得乙二胺改性远红外固体微粉；
S2：将生胶在塑炼机中进行机械塑炼，塑炼温度为80℃，塑炼时间为30min，再将生胶与乙二胺改性远红外固体微粉进行混炼，混炼温度为100摄氏度，混炼时间为20min，混炼转子速度为50r/min，结束后冷却剪切，得半成品胶料；
S3：将半成品胶料在35℃温度下固化8h，得成品胶料。
表2：对比例1-4的各项组分用量及各项性状参数
应用例
将实施例制得的成品胶料经过压延机挤压成型后，再使用硫化剂对其进行硫化，制成半球状的远红外橡胶块，将这种胶块贴附于背包背面，用于对使用者背部的穴位进行远红外辐射。
参照图1和图2，具体应用到此远红外橡胶块的背包，其包括包身1和背带2，在包身1朝向背带2的一侧沿横向固定有横魔术粘3，横魔术粘3设有两条，分别位于包身1朝向背带2一侧的上下两端。在两条横魔术粘3之间沿竖直方向粘结有四根柔性的连接带4，每根连接带4远离包身1的一侧均沿长度方向固定有竖魔术粘5，在每个竖魔术粘5上均粘接有两个远红外橡胶块。
靠近外侧的竖魔术粘5上的远红外胶块6分别对应人体背部的“肩井”和“腰俞”穴位，而靠近内侧的竖魔术粘5上的远红外胶块6分别对应人体背部的“肾俞”和“脾俞”穴位。当使用者在背起背包后，上述远红外胶块6就可分别对这些部位进行远红外辐射，从而起到疏通经络，环节疲劳的养生作用。
并且四根连接带4的横向位置可通过横魔术粘3进行调节，而每个连接带4上的远红外胶块6的竖向位置又可通过竖魔术粘5进行调节，因此对于不同体型的使用者，在经过调整后均可使远红外胶块6对准相应的穴位。并且如有特殊需要，也可在调节后使远红外胶块6对不同的穴位进行远红外辐射，具有更强的适用性。
性能检测试验
远红外辐射强度耐久性试验：
试验原理：利用反射测量原理，通过对黑体光源进行调制以提高测量信噪比，就可有效测量物体的红外辐射强度。
试验对象：实施例1-10，对比例1-4。
样品制备：将实施例1-10和对比例1-4制得的成品胶料经过压延机挤压成直径为70mm，厚度为0.5mm的圆盘状，再使用硫化剂进行硫化后得试验样品，并依次标号为试验样1-10和对照样1-4。
试验步骤：
1.按照国家标准GJB8700-2015的红外辐射率检测方法，分别测量新制得的各试验样和对照样在10μm的波长下的辐射率，每个试验样和对照样在单个波长下的测量次数为5次，测量结果取平均值，记为E1。
2.将试验样和对照样在80℃的热老化试验箱中放置48h，取出后再对试验样和对照样进行锤击试验，锤击的重量为0.5kg，锤击高度为20cm，锤击次数为30次。结束后再使用与步骤1中相同的方法测量各试验样和对照样在10μm波长下的辐射率，每个试验样和对照样在单个波长下的测量次数为5次，测量结果取平均值，记为E2。
3.计算老化试验前后各试验样和对照样的辐射留存率P，P＝E2÷E1×100％，结果保留三位有效数字。试验结果如下表3所示。
表3：试验样1-10和对照样1-4的试验结果
参照表3中的数据，可进行以下分析。
从表3中实施例1-10和对比例1-4的E1值可看出，实施例1-10和对比例1-4在新制得时的远红外辐射率均较高，均具有较优的远红外辐射能力。
进一步分析，对比表3中实施例1-2和对比例1的P值，可发现实施例1-2的P值远大于对比例1。这可说明实施例1-2的远红外辐射能力的耐久性强于对比例1。从而可说明了通过乙二胺对远红外固体微粉进行改性，在环氧树脂的配合下，可有效提高远红外辐射能力的耐久性。这是因为，乙二胺具有较强的螯合能力，能与固体微粉中的金属原子产生螯合，在固体微粉表面可形成一层乙二胺层，在混合后，固体微粉表面的乙二胺可与环氧树脂的环氧基产生开环交联，在固化后使固体微粉充分结合于橡胶内部。
对比表3中实施例1-2和对比例2的P值，可发现实施例1-2的P值远大于对比例2。这可说明实施例1-2的远红外辐射能力的耐久性强于对比例2。结合之前的分析，可进一步说明，环氧树脂在橡胶中可与改性远红外固体微粉进行配合并交联于其表面，提高橡胶远红外辐射能力的耐久性。
对比表3中实施例1-2和对比例3的P值，可发现实施例1-2的P值远大于对比例3。这可说明实施例1-2的远红外辐射能力的耐久性强于对比例3。这是因为，在实施例1-2中，端羧基液体丁腈橡胶的羧基可与环氧树脂产生反应并进行括链，从而改变固化后环氧树脂的性质，使环氧树脂良好地结合于生胶中，在固化后与生胶形成一个高结合度的整体，从而提高远红外辐射能力的耐久性。
对比表3中实施例1-2和对比例4的P值，可发现实施例1-2的P值远大于对比例4。这可说明实施例1-2的远红外辐射能力的耐久性强于对比例4。结合前面的分析，就可进一步说明，端羧基液体丁腈橡胶和环氧树脂可产生配合作用，在远红外辐射橡胶中起到重要的作用，可有效提高远红外辐射能力的耐久性。
对比表3中实施例1-2和实施例3-4的P值，可发现实施例3-4的P值大于实施例1-2。这可说明实施例3-4的远红外辐射能力的耐久性强于实施例1-2。这是因为实施例3-4使用氯丁橡胶作为生胶，由于氯丁橡胶和端羧基液体丁腈橡胶均为极性物质，因此使用氯丁橡胶可提高远红外配合剂与橡胶之间混合的均匀性，使制得的远红外辐射复合橡胶内各组分的结合能力稳定，具有长效的远红外效果。
对比表3中实施例1-2和实施例5-6的P值，可发现实施例5-6的P值大于实施例1-2。这可说明实施例5-6的远红外辐射能力的耐久性强于实施例1-2。从而说明了实施例5-6中添加的丁基缩水甘油醚可有效提高远红外辐射能力的耐久性。这是因为丁基缩水甘油醚可起到活性稀释剂的作用，使混合过程中环氧树脂不要过度反应，使开环后的环氧树脂保持较短的链长，减少爆聚的可能性，从而提高固体微粉在橡胶内的均匀性与牢固性。
对比表3中实施例1-2和实施例7-9的P值，可发现实施例7-9的P值大于实施例1-2。这可说明实施例7-9的远红外辐射能力的耐久性强于实施例1-2。从而说明了实施例7-9中的环氧树脂环氧值、端羧基液体丁腈橡胶的分子量以及固体微粉的粒径均为更优的性能参数范围。
对比表3中实施例1-2和实施例10的P值，可发现实施例10的P值大于实施例1-2。这可说明实施例10的远红外辐射能力的耐久性强于实施例1-2。从而说明了在固体颗粒改性的过程中采用超声处理，可进一步提高远红外辐射能力的耐久性。这是因为超声处理过程中，可使固体微粉表面形成微孔，从而是乙二胺更好地附着与固体微粉表面，更好的产生螯合，在于环氧树脂固化后，可产生更加稳定的结合。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种远红外辐射复合橡胶，其特征在于：主要由以下质量份数的原料制备而得：
生胶50-60份；
端羧基液体丁腈橡胶8-12份；
环氧树脂4-6份；
乙二胺改性远红外固体微粉15-20份；
制备工艺为：
S1：取具有远红外性能的固体微粉浸泡于乙二胺中，在80-90℃温度下搅拌1.5-2h，过滤得乙二胺改性远红外固体微粉；
S2：将环氧树脂、端羧基液体丁腈橡胶和改性远红外固体微粉混合均匀，得远红外配合剂；
S3：将生胶塑炼后，再将生胶与远红外配合剂进行混炼，剪切后得半成品胶料；
S4：将半成品胶料在30-35℃温度下固化7-8h，得成品胶料。
2.根据权利要求1所述的一种远红外辐射复合橡胶，其特征在于：原料中所用的生胶具体为氯丁橡胶生胶。
3.根据权利要求1所述的一种远红外辐射复合橡胶，其特征在于：所述具有远红外性能的固体微粉由二氧化钛微粉、氧化锆微粉、三氧化二铁微粉和碳化硅微粉混合而成，其用量比依次为1:(1-2):(1-2):(1-1.5)。
4.根据权利要求1所述的一种远红外辐射复合橡胶，其特征在于：原料中含有质量份数为1.5-2份的丁基缩水甘油醚；
制备工艺中S2中，将丁基缩水甘油醚、环氧树脂、端羧基液体丁腈橡胶和改性远红外固体微粉混合均匀，得远红外配合剂。
5.根据权利要求1所述的一种远红外辐射复合橡胶，其特征在于：所述环氧树脂的环氧值为0.5-0.55。
6.根据权利要求5所述的一种远红外辐射复合橡胶，其特征在于：所述端羧基液体丁腈橡胶的分子量为600-700。
7.根据权利要求1所述的一种远红外辐射复合橡胶，其特征在于：所述乙二胺改性远红外固体微粉的粒径为1-1.5μm。
8.根据权利要求1所述的一种远红外辐射复合橡胶，其特征在于：工艺步骤S1为，在80-90℃温度下搅拌1.5-2h，再进行超声浸渍处理，超声波的频率为15-18kHz，功率控制为220-250W。
9.一种应用权利要求1所述的远红外辐射复合橡胶的背包，其特征在于：将成品胶料在经过成型和硫化后，制成远红外橡胶块，将这种胶块贴附于背包背面，用于对使用者背部的穴位进行远红外辐射。
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