CN112812674A - 一种具有远红外频谱功效的聚氨酯及其制备方法与应用 - Google Patents

一种具有远红外频谱功效的聚氨酯及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有远红外频谱功效的聚氨酯及其制备方法与应用，涉及聚氨酯技术领域。本发明所述聚氨酯包含如下重量份的成分：水性聚氨脂30～70份、频谱粉体20～60份、交联剂2～5份、流平剂1～3份、分散剂1～3份和防沉剂0.2～1份；所述频谱粉体包含陶瓷粉体、碳系粉体、硅酸盐矿物粉体中的至少一种；所述陶瓷粉体包含氧化铬绿、氧化铝、氧化钛和氧化锆。由本发明所述配方制备的聚氨酯具有优良的远红外性能，并且具有较好的力学性能和表面光泽度。

Description

一种具有远红外频谱功效的聚氨酯及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及聚氨酯技术领域，尤其涉及一种具有远红外频谱功效的聚氨酯及其制备方法与应用。
背景技术
人类在近200年前发现了远红外线，近几十年来一直探索远红外线的工业应用和医学应用。在医学应用领域，科研人员研究远红外线的频谱作用对人体的生物医学效应，逐渐开发出了远红外浴箱、远红外辐照器、远红外健身器、频谱治疗仪等一系列医疗及保健类装置。环顾国内外市场，远红外材料及其制品的销量不断增加，影响不断扩大，不仅在消费者中传播开来，而且不断的显示出新的发展潜力。近年来，随着人们生活水平的逐渐提高，对家庭环境、生活空间的环保、健康要求逐渐增高，而且对身体健康状况越来越受到重视，因此，如果能够开发出具有更多远红外频谱功效的保健产品将会受到人们的重视和青睐，这将具有广阔的市场前景和应用价值。
具有频谱功效的远红外材料一般采用天然矿物质或碳化物、氧化物、硼化物等材料制成，在普通的涂料中，频谱功效粉体主要是直接添加混合并成型，但由于这些频谱填料的粒径较大，最终在形成制品时会影响产品的强度和表面光泽度，而且作为包装材料或制品的合成革树脂基本不具备远红外频谱功效，因此，本发明提供一种具有优异表面光洁度和远红外频谱功效的聚氨酯，弥补市场中相关产品的不足。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种具有远红外频谱功效的聚氨酯及其制备方法与应用，所述聚氨酯具有优良的远红外性能、力学性能以及表面光泽度。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种具有远红外频谱功效的聚氨酯，包含如下重量份的成分：水性聚氨脂30～70份、频谱粉体20～60份、交联剂2～5份、流平剂1～3份、分散剂1～3份和防沉剂0.2～1份；所述频谱粉体包含陶瓷粉体、碳系粉体、硅酸盐矿物粉体中的至少一种；所述陶瓷粉体包含氧化铬绿、氧化铝、氧化钛和氧化锆。
本发明公开的具有远红外频谱功效的聚氨酯，成本较低。在常温下，选择使用包含氧化铬绿、氧化铝、氧化钛和氧化锆的陶瓷粉体，能够在20-50℃下辐射出6～15μm的远红外线，该波长与人体红外吸收谱可完美匹配，可以成为“生命热线”或“生理热线”，对人体有众多好处。在需要加热的场合中，碳系粉体或硅酸盐矿物粉体能够在高温受热时不断辐射出较强的远红外光谱，而且其自身形态稳定，使用寿命长。在合成过程中加入交联剂、流平剂、分散剂和防沉剂等功能性添加剂，能够增强聚氨酯材料的结构密度和加工特性。
优选地，所述频谱粉体包含陶瓷粉体、碳系粉体和硅酸盐矿物粉体。
优选地，所述陶瓷粉体、碳系粉体和硅酸盐矿物粉体的重量比为：陶瓷粉体：碳系粉体：硅酸盐矿物粉体＝15～50:2.5～5:8～45。
优选地，所述水性聚氨酯为单组份水性聚氨酯；所述交联剂包含三元醇、蓖麻油、三羟甲基丙烷、季戊四醇中的至少一种；所述流平剂为丙烯酸类流平剂；所述分散剂为非离子型聚氨酯分散剂；所述防沉剂为无溶剂的改性聚酰胺蜡类防沉剂。
优选地，所述硅酸盐矿物粉体包含托玛琳粉体、泗滨浮石粉体、麦饭石粉体、海鸥石粉体和硅藻土粉体中的至少一种；所述碳系粉体包含碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的至少一种。
同时，本发明还公开了一种所述具有远红外频谱功效的聚氨酯的制备方法，包括如下步骤：
(1)将水性聚氨酯加热至45～55℃，保持温度不变，依次加入频谱粉体、交联剂、流平剂、分散剂和防沉剂，添加物料的同时进行搅拌，搅拌3～5h，得到物质A；
(2)研磨物质A至粒径≤2μm，得到所述具有远红外频谱功效的聚氨酯。
优选地，在上述制备方法中，搅拌速度为600～1500r/min，频谱粉体、交联剂、流平剂、分散剂、防沉剂的加入先后间隔时间不超过5min，得到的材料经过研磨后，得到的聚氨酯材料粘度更适合用于离型纸法聚氨酯生产线工艺加工。本发明公开的具有远红外频谱功效的聚氨酯的制备工艺简单易行，可操作性强。通过限定添加剂及填料的添加顺序，增强了远红外频谱功效的聚氨酯的稳定性和加工特性。
为了弥补合成革市场无远红外频谱功效的空白，本发明还提供了一种由上述具有远红外频谱功效的聚氨酯制备的皮革，其制备方法包括如下步骤：
(1)选用具有皮纹的离型纸作为底层，第一涂层(面层)控制聚氨酯刮涂后的厚度为170～190μm，烤箱隧道温度设定在140～160℃，成膜约70～90μm后进入下一道工序；
(2)第二涂层(加固层)控制聚氨酯刮涂后的厚度为240～260μm，烤箱隧道温度控制设定在160～180℃，成膜约100～120μm后进入下一道工序；
(3)第三涂层(中间层)控制聚氨酯刮涂后的厚度为340～360μm，烤箱隧道温度控制设定在140～160℃，成膜约150～170μm后进入下一道工序；
(4)第四层将PU基布与第三涂层覆合，此时整个机器运行速度为10m/min，烤箱隧道为180～200℃，在出口将成膜皮革与离型纸分离并收卷。
通过多层涂覆加热成膜的工艺方式，制成的皮革不仅具有较高的柔韧性，通过三次具有远红外频谱功效的聚氨酯成膜的方式，获得强度高稳定性好的功能层，最后通过与功能层结合性高的聚氨酯基布(PU基布)覆合，使得合成革产品具有良好的接触特性；而且多层结合强度高，使用寿命长，同时实现了稳定的远红外频谱功效，从而可以广泛用于人们日常相关的合成革产品加工与制作，如皮鞋、手提包、沙发、服装及频谱保健类产品等。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
1、本发明公开的具有远红外频谱功效的聚氨酯，成型工艺简单、频谱效应温度范围宽、后加工能力强，实现聚氨酯树脂在远红外频谱产品上众多潜在应用。
2、采用研磨方法将得到的材料进行处理，可以得到用于涂料、皮革生产的聚氨酯树脂，易于操作，用途方式多样。
3、本发明公开的具有远红外频谱功效的聚氨酯通过多层覆合方式得到强度高、频谱效应稳定性好的合成革产品，不易发生起皮现象，不仅弥补了合成革类产品无远红外频谱效应的空白，而且能够提高该类产品的强度。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例和对比例中所用陶瓷粉体均为Cr2O3、Al2O3、TiO2和ZrO2的重量比为：Cr2O3：Al2O3：TiO2：ZrO2＝4：3：2：1的陶瓷粉体。
实施例1
本发明所述具有远红外频谱功效的聚氨酯，本实施例所述聚氨酯包含如下重量份的成分：水性聚氨酯70份、陶瓷粉体15份、石墨烯2.5份、托玛琳粉体8份、甘油2份、丙烯酸类流平剂1份、非离子型聚氨酯分散剂1份、无溶剂的改性聚酰胺蜡类防沉淀剂0.5份；所述具有远红外频谱功效的聚氨酯的制备方法如下：
(1)将水性聚氨酯放入反应釜内加温至50℃，搅拌速度为800r/min，先后放入频谱粉体、交联剂、流平剂、分散剂和防沉剂，全部加入4小时后，在保持材料温度为50℃时出釜；
(2)将步骤(1)得到的材料放入微纳米级砂磨机，采用0.3mm的氧化锆球在涡轮式的研磨机中进行研磨，直至颗粒被磨至粒径小于2μm，得到所述具有远红外频谱功效的聚氨酯。
实施例2
本发明所述具有远红外频谱功效的聚氨酯，本实施例所述聚氨酯包含如下重量份的成分：水性聚氨酯30份、陶瓷粉体35份、石墨烯5份、泗滨浮石粉体20份、蓖麻油4份、丙烯酸类流平剂2份、非离子型聚氨酯分散剂3份、无溶剂的改性聚酰胺蜡类防沉淀剂1份；所述具有远红外频谱功效的聚氨酯的制备方法如下：
(1)将水性聚氨酯放入反应釜内加温至50℃，搅拌速度为600r/min，先后放入频谱粉体、交联剂、流平剂、分散剂和防沉剂，全部加入4小时后，在保持材料温度为50℃时出釜；
(2)将步骤(1)得到的材料放入微纳米级砂磨机，采用0.3mm的氧化锆球在涡轮式的研磨机中进行研磨，直至颗粒被磨至粒径小于2μm，得到所述具有远红外频谱功效的聚氨酯。
实施例3
本发明所述具有远红外频谱功效的聚氨酯，本实施例所述聚氨酯包含如下重量份的成分：水性聚氨酯50份、陶瓷粉体22份、石墨烯3份、托玛琳粉体20份、三羟甲基丙烷2份、丙烯酸类流平剂1份、非离子型聚氨酯分散剂1.5份、无溶剂的改性聚酰胺蜡类防沉淀剂0.5份；所述具有远红外频谱功效的聚氨酯的制备方法如下：
(1)将水性聚氨酯放入反应釜内加温至50℃，搅拌速度为1500r/min，先后放入频谱粉体、交联剂、流平剂、分散剂和防沉剂，全部加入4小时后，在保持材料温度为50℃时出釜；
(2)将步骤(1)得到的材料放入微纳米级砂磨机，采用0.3mm的氧化锆球在涡轮式的研磨机中进行研磨，直至颗粒被磨至粒径小于2μm，得到所述具有远红外频谱功效的聚氨酯。
实施例4
本发明所述具有远红外频谱功效的聚氨酯，本实施例所述聚氨酯包含如下重量份的成分：水性聚氨酯60份、碳纤维5份、麦饭石粉体30份、季戊四醇2份、丙烯酸类流平剂1份、非离子型聚氨酯分散剂1.5份、无溶剂的改性聚酰胺蜡类防沉淀剂0.5份；所述具有远红外频谱功效的聚氨酯的制备方法如下：
(1)将水性聚氨酯放入反应釜内加温至50℃，搅拌速度为1000r/min，先后放入频谱粉体、交联剂、流平剂、分散剂和防沉剂，全部加入4小时后，在保持材料温度为50℃时出釜；
(2)将步骤(1)得到的材料放入微纳米级砂磨机，采用0.3mm的氧化锆球在涡轮式的研磨机中进行研磨，直至颗粒被磨至粒径小于2μm，得到所述具有远红外频谱功效的聚氨酯。
实施例5
本发明所述具有远红外频谱功效的聚氨酯，本实施例所述聚氨酯包含如下重量份的成分：水性聚氨酯50份、陶瓷粉体45份、蓖麻油2.5份、丙烯酸类流平剂1份、非离子型聚氨酯分散剂1份、无溶剂的改性聚酰胺蜡类防沉淀剂0.5份；所述具有远红外频谱功效的聚氨酯的制备方法如下：
(1)将水性聚氨酯放入反应釜内加温至50℃，搅拌速度为600r/min，先后放入频谱粉体、交联剂、流平剂、分散剂和防沉剂，全部加入4小时后，在保持材料温度为50℃时出釜；
(2)将步骤(1)得到的材料放入微纳米级砂磨机，采用0.3mm的氧化锆球在涡轮式的研磨机中进行研磨，直至颗粒被磨至粒径小于2μm，得到所述具有远红外频谱功效的聚氨酯。
实施例6
本发明所述具有远红外频谱功效的聚氨酯，本实施例所述聚氨酯包含如下重量份的成分：水性聚氨酯55份、泗滨浮石粉体36份、三羟甲基丙烷5份、丙烯酸类流平剂1.5份、非离子型聚氨酯分散剂1.5份、无溶剂的改性聚酰胺蜡类防沉淀剂1份；所述具有远红外频谱功效的聚氨酯的制备方法如下：
(1)将水性聚氨酯放入反应釜内加温至50℃，搅拌速度为1500r/min，先后放入频谱粉体、交联剂、流平剂、分散剂和防沉剂，全部加入4小时后，在保持材料温度为50℃时出釜；
(2)将步骤(1)得到的材料放入微纳米级砂磨机，采用0.3mm的氧化锆球在涡轮式的研磨机中进行研磨，直至颗粒被磨至粒径小于2μm，得到所述具有远红外频谱功效的聚氨酯。
实施例7
本发明所述具有远红外频谱功效的聚氨酯的一种实施例，包含如下重量份的成分：水性聚氨酯60份、石墨烯5份、托玛琳粉体30份、蓖麻油2份、丙烯酸类流平剂1.5份、非离子型聚氨酯分散剂1份、无溶剂的改性聚酰胺蜡类防沉淀剂0.5份；所述具有远红外频谱功效的聚氨酯的制备方法如下：
(1)将水性聚氨酯放入反应釜内加温至50℃，搅拌速度为600r/min，先后放入频谱粉体、交联剂、流平剂、分散剂和防沉剂，全部加入4小时后，在保持材料温度为50℃时出釜；
(2)将步骤(1)得到的材料放入微纳米级砂磨机，采用0.3mm的氧化锆球在涡轮式的研磨机中进行研磨，直至颗粒被磨至粒径小于2μm，得到所述具有远红外频谱功效的聚氨酯。
实施例8～14
本发明所述具有远红外频谱功效的聚氨酯在皮革中的应用的实施例，实施例8～14所述皮革分别由实施例1～7所述聚氨酯制备而成，实施例8～14所述皮革的制备方法包括如下步骤：
(1)选用具有皮纹的离型纸作为底层，第一涂层(面层)控制聚氨酯刮涂后的厚度为180μm，烤箱隧道温度设定在150℃，成膜约80μm后进入下一道工序；
(2)第二涂层(加固层)控制聚氨酯刮涂后的厚度为250μm，烤箱隧道温度控制设定在170℃，成膜约110μm后进入下一道工序；
(3)第三涂层(中间层)控制聚氨酯刮涂后的厚度为350μm，烤箱隧道温度控制设定在150℃，成膜约160μm后进入下一道工序；
(4)第四层将PU基布与第三涂层覆合，此时整个机器运行速度为10m/min，烤箱隧道为190℃，在出口将成膜皮革与离型纸分离并收卷。
性能测试
对实施例8～14和市售聚氨酯合成革(慈溪市汇丰皮塑有限公司)进行按GB/T8949-2008进行力学性能测试和远红外辐射能力测试，测试结果如表1所示。
表1性能测试结果
Figure BDA0002888636960000081
由上述表1可知，实施例8～14的远红外光谱的频谱发射波长与人体辐射的红外线波长(6～15μm)基本重合，对人体有益，而且相比市场上现售的聚氨酯合成革类产品，加工工艺简单，成本低，具有更好的机械性能、更长的使用寿命，更加适用于制作成为人体保健类的服装、家具及包装装饰类产品；同时，通过对比实施例1～3与实施例4～7可以发现，多种频谱粉体通过合理复配，其频谱功效或力学性能明显优于由单一频谱粉体制备的产品。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但并不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种具有远红外频谱功效的聚氨酯，其特征在于，包含如下重量份的成分：水性聚氨脂30～70份、频谱粉体20～60份、交联剂2～5份、流平剂1～3份、分散剂1～3份和防沉剂0.2～1份；所述频谱粉体包含陶瓷粉体、碳系粉体、硅酸盐矿物粉体中的至少一种；所述陶瓷粉体包含氧化铬绿、氧化铝、氧化钛和氧化锆。
2.如权利要求1所述的具有远红外频谱功效的聚氨酯，其特征在于，所述频谱粉体包含陶瓷粉体、碳系粉体和硅酸盐矿物粉体。
3.如权利要求2所述的具有远红外频谱功效的聚氨酯，其特征在于，所述陶瓷粉体、碳系粉体和硅酸盐矿物粉体的重量比为：陶瓷粉体：碳系粉体：硅酸盐矿物粉体＝15～50:2.5～5:8～45。
4.如权利要求1所述的具有远红外频谱功效的聚氨酯，其特征在于，所述水性聚氨酯为单组份水性聚氨酯；所述交联剂包含三元醇、蓖麻油、三羟甲基丙烷、季戊四醇中的至少一种；所述流平剂为丙烯酸类流平剂；所述分散剂为非离子型聚氨酯分散剂；所述防沉剂为无溶剂的改性聚酰胺蜡类防沉剂。
5.如权利要求1所述的具有远红外频谱功效的聚氨酯，其特征在于，所述硅酸盐矿物粉体包含托玛琳粉体、泗滨浮石粉体、麦饭石粉体、海鸥石粉体、硅藻土粉体中的至少一种；所述碳系粉体包含碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的至少一种。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的具有远红外频谱功效的聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将水性聚氨酯加热至45～55℃，保持温度不变，依次加入频谱粉体、交联剂、流平剂、分散剂和防沉剂，添加物料的同时进行搅拌，搅拌3～5h，得到物质A；
(2)研磨物质A至粒径≤2μm，得到所述具有远红外频谱功效的聚氨酯。
7.一种如权利要求1～5任一项所述具有远红外频谱功效的聚氨酯在皮革中的应用，其特征在于，所述皮革的制备方法包括如下步骤：
(1)以离型纸作为底层，涂敷一层具有远红外频谱功效的聚氨酯，控制聚氨酯刮涂后的厚度为170～190μm，烘烤温度为140～160℃，成膜70～90μm后进入下一道工序；
(2)在步骤(1)的基础上再涂敷一层具有远红外频谱功效的聚氨酯，控制聚氨酯刮涂后的厚度为240～260μm，烘烤温度为160～180℃，成膜100～120μm后进入下一道工序；
(3)在步骤(2)的基础上再涂敷一层具有远红外频谱功效的聚氨酯，控制聚氨酯刮涂后的厚度为340～360μm，烘烤温度为140～160℃，成膜150～170μm后进入下一道工序；
(4)在步骤(3)的基础上覆合一层PU基布，以180～200℃烘烤，最后分离离型纸，得到所述皮革。
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