CN115028995A - 一种可持续发射远红外复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种可持续发射远红外复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可持续发射远红外复合材料及其制备方法，包括如下步骤：（1）按重量份计，将电气石50‑70份，麦饭石20‑30份，二氧化硅5‑10份，氧化钇3‑5份，碳酸铈2‑5份混合，采用高温固相反应法制备复合改性陶瓷粉；（2）按重量份计，将聚合物树脂A 60‑100份，聚合物树脂B0‑20份，复合改性陶瓷粉5‑15份，抗氧剂1‑2份，润滑剂0.5‑1份，增容剂2‑4份混合均匀；（3）将混合后的原料加入到双螺杆挤出机中挤出，再经切粒干燥，最终得到可持续发射远红外复合材料。本发明复合材料无需另外施加高温便可持续发射远红外；同时该复合材料具有较高的远红外发射率和优异的力学性能。

Description

一种可持续发射远红外复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种可持续发射远红外复合材料及其制备方法。
背景技术
红外线的波长范围很宽，人们将不同波长范围的电磁波称为近红外线、中红外线及远红外线，而远红外线的波长范围为6000-15000纳米，由于其与人体内细胞分子的振动频率接近，“生命光波”渗入体内之后，便会引起人体细胞的原子和分子的共振，透过共鸣吸收，分子之间摩擦生热形成热反应，促使皮下深层温度上升，并使微血管扩张，加速血液循环，有利于清除血管囤积物及体内有害物质，将妨害新陈代谢的障碍清除，重新使组织复活，促进酵素生成，达到活化组织细胞、防止老化、强化免疫系统的目的。
利用远红外线可以促进血液循环得特性，将远红外材料与高分子材料复合制成眼睛框可以促进眼周血液循环与新陈代谢，从而增强眼睛的自我恢复与调节能力。在目前市场上制作眼睛框的塑料材料中，虽然其本身能够辐射出远红外光，但是其远红外光的波长与人体吸收的远红外光的波长不一致，因此其基本无保护作用。同时，电气石、远红外陶瓷粉以及碳纤维等远红外辐射材料均属于无机材料，与高分子材料之间存在界面不相容的问题，影响远红外复合材料的远红外发射性能和最终的力学性能。因此，亟需开发一种可持续发射远红外复合材料，该材料远红外发射性能优异，且所发射的波长与人体吸收的远红外光的波长一致，同时具有优异的力学性能。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种可持续发射远红外复合材料及其制备方法，本发明通过复合改性陶瓷粉制备以及与聚合物树脂混合后能够实现该复合材料具有优异红外发射性能，且所发射的波长与人体吸收的远红外光的波长一致，同时具有优异的力学性能。
本发明提供了一种可持续发射远红外复合材料，通过多组分复配、稀土掺杂改性获得了复合改性陶瓷粉，随后与聚合物树脂进行多组分共混制备了可持续发射远红外复合材料。
本发明的具体技术方案如下：
一种可持续发射远红外复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）复合改性陶瓷粉制备：按重量份计，将电气石50-70份，麦饭石20-30份，二氧化硅5-10份，氧化钇3-5份，碳酸铈2-5份混合，采用高温固相反应法制备复合改性陶瓷粉；
（2）原料混合：按重量份计，将聚合物树脂A 60-100份，聚合物树脂B0-20份，复合改性陶瓷粉5-15份，抗氧剂1-2份，润滑剂0.5-1份，增容剂2-4份混合均匀；所述聚合物树脂A为尼龙；聚合物树脂B为聚烯烃；
（3）复合材料制备：将混合后的原料加入到双螺杆挤出机中挤出，再经切粒干燥，最终得到可持续发射远红外复合材料。
优选地，步骤（2）聚合物树脂A 60-80份，聚合物树脂B10-20份。
优选地，步骤（2）所述聚合物树脂A为尼龙12、尼龙6中的一种或两种；聚合物树脂B为聚乙烯、聚丙烯中的一种或两种。
优选地，步骤（2）所述抗氧剂为β-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、硫代二丙酸双月桂酯和亚磷酸三(2 ,4-二叔丁基苯基)酯中的一种或多种。
优选地，步骤（2）所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、白油中的一种或两种。
优选地，步骤（2）所述增容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯中的一种或两种。
优选地，步骤（2）混合速度为35～50r/min，混合时间35～50min。
优选地，步骤（1）所述复合改性陶瓷粉的制备：将原料充分研磨，使其混合均匀，然后将其煅烧，煅烧温度为1200-1400℃，气体氛围为体积含量为10-20%的H2与80-90%的N2混合气体，煅烧时间为4-8h，待煅烧结束冷却后，将其研磨成粉末即可。
优选地，步骤（3）所述挤出条件为：挤出机温度范围在220～300℃，挤出速度控制在80-120r/min，主喂料速度控制在8-10r/min。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明通过多组分复配和稀土掺杂改性采用高温固相反应法制备了复合改性陶瓷粉，随后与聚合物树脂进行多组分共混制备的复合材料，无需另外施加高温便可持续发射远红外；基于高温固相反应法的稀土掺杂多组分复配改性技术使得复合材料具有较高的远红外发射率和光谱密度比，在8-14μm波长范围内最大远红外发射率为0.92；在波长9-10μm范围内，光谱密度比为78.5%，且所发射的波长与人体吸收的远红外光的波长匹配，根据匹配吸收理论，该可持续发射远红外复合材料发射出的远红外线能够易于被眼周皮肤吸收，促进眼周血液循环与新陈代谢，从而增强眼睛的自我恢复与调节能力。自然条件下放置30天，远红外发射率无变化。
（2）本发明复合材料具有优异的力学性能，尤其是聚合物树脂进行多组分共混制备的复合材料具有优异的冲击强度，拉伸强度最大为68MPa，冲击强度最大为28kJ/m2。聚合物复配改性弥补了复合改性陶瓷粉引入而导致的复合材料冲击强度的恶化。
附图说明
图1为实施例1、3、4添加不同质量分数复合改性陶瓷粉的可持续发射远红外复合材料的远红外性能图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
实施例1
（1）复合改性陶瓷粉制备：
采用高温固相反应法合成复合改性陶瓷粉，具体如下：电气石70份，麦饭石30份，二氧化硅10份，氧化钇5份，碳酸铈5份。所有原料按照质量比称取。而后将其置于玛瑙研钵中，加入10份乙醇，充分研磨60min 以上，使其混合均匀。然后将其置于坩埚在管式炉中煅烧，煅烧温度为1400℃。气体氛围为体积含量为20%的H2与80%的N2混合气体，煅烧时间为8h。待煅烧结束冷却至室温后，将其研磨成粉末即可得到最终样品。
（2）可持续发射远红外复合材料制备：
尼龙6为80份，聚丙烯为20份，复合改性陶瓷粉15份，β-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯2份，乙撑双硬脂酰胺1份，马来酸酐接枝聚丙烯4份。在高混机中均匀混合。混合速度为50r/min，混合时间50min。将混合后的原料加入到双螺杆挤出机的料筒中。挤出机温度为300℃，挤出速度控制在120r/min，主喂料速度控制在10r/min。采用常规切粒工艺进行切粒干燥，最终得到可持续发射远红外复合材料。
实施例2
（1）复合改性陶瓷粉制备：
采用高温固相反应法合成复合改性陶瓷粉，具体如下：电气石50份，麦饭石20份，二氧化硅5份，氧化钇3份，碳酸铈2份。所有原料按照质量比称取。而后将其置于玛瑙研钵中，加入10份乙醇，充分研磨30min 以上，使其混合均匀。然后将其置于坩埚在管式炉中煅烧，煅烧温度为1200℃。气体氛围为体积含量为10%的H2与90%的N2混合气体，煅烧时间为4h。待煅烧结束冷却至室温后，将其研磨成粉末即可得到最终样品。
（2）可持续发射远红外复合材料制备：
尼龙12为60份，聚乙烯为10份，复合改性陶瓷粉5份，硫代二丙酸双月桂酯1份，白油0.5份，马来酸酐接枝聚乙烯2份。在高混机中均匀混合。混合速度为35r/min，混合时间35min。将混合后的原料加入到双螺杆挤出机的料筒中。挤出机温度为220℃，挤出速度控制在80r/min，主喂料速度控制在8r/min。采用常规切粒工艺进行切粒干燥，最终得到可持续发射远红外复合材料。
实施例3
（1）复合改性陶瓷粉制备：
采用高温固相反应法合成复合改性陶瓷粉，具体如下：电气石70份，麦饭石30份，二氧化硅10份，氧化钇5份，碳酸铈5份。所有原料按照质量比称取。而后将其置于玛瑙研钵中，加入5份乙醇，充分研磨60min 以上，使其混合均匀。然后将其置于坩埚在管式炉中煅烧，煅烧温度为1400℃。气体氛围为体积含量为20%的H2与80%的N2混合气体，煅烧时间为8h。待煅烧结束冷却至室温后，将其研磨成粉末即可得到最终样品。
（2）可持续发射远红外复合材料制备：
尼龙6为80份，聚丙烯为20份，复合改性陶瓷粉10份，β-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯2份，乙撑双硬脂酰胺1份，马来酸酐接枝聚丙烯4份。在高混机中均匀混合。混合速度为50r/min，混合时间50min。将混合后的原料加入到双螺杆挤出机的料筒中。挤出机温度为300℃，挤出速度控制在120r/min，主喂料速度控制在10r/min。采用常规切粒工艺进行切粒干燥，最终得到可持续发射远红外复合材料。
实施例4
（1）复合改性陶瓷粉制备：
采用高温固相反应法合成复合改性陶瓷粉，具体如下：电气石70份，麦饭石30份，二氧化硅10份，氧化钇5份，碳酸铈5份。所有原料按照质量比称取。而后将其置于玛瑙研钵中，加入5份乙醇，充分研磨60min 以上，使其混合均匀。然后将其置于坩埚在管式炉中煅烧，煅烧温度为1400℃。气体氛围为体积含量为20%的H2与80%的N2混合气体，煅烧时间为8h。待煅烧结束冷却至室温后，将其研磨成粉末即可得到最终样品。
（2）可持续发射远红外复合材料制备：
尼龙6为80份，聚丙烯为20份，复合改性陶瓷粉5份，β-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯2份，乙撑双硬脂酰胺1份，马来酸酐接枝聚丙烯4份。在高混机中均匀混合。混合速度为50r/min，混合时间50min。将混合后的原料加入到双螺杆挤出机的料筒中。挤出机温度为300℃，挤出速度控制在120r/min，主喂料速度控制在10r/min。采用常规切粒工艺进行切粒干燥，最终得到可持续发射远红外复合材料。
实施例5
（1）复合改性陶瓷粉制备：
采用高温固相反应法合成复合改性陶瓷粉，具体如下：电气石60份，麦饭石25份，二氧化硅7.5份，氧化钇4份，碳酸铈3.5份。所有原料按照质量比称取。而后将其置于玛瑙研钵中，加入5份乙醇，充分研磨45min以上，使其混合均匀。然后将其置于坩埚在管式炉中煅烧，煅烧温度为1300℃。气体氛围为体积含量为20%的H2与80%的N2混合气体，煅烧时间为6h。待煅烧结束冷却至室温后，将其研磨成粉末即可得到最终样品。
（2）可持续发射远红外复合材料制备：
尼龙6为70份，聚丙烯为15份，复合改性陶瓷粉10份，亚磷酸三(2 ,4-二叔丁基苯基)酯1.5份，乙撑双硬脂酰胺0.75份，马来酸酐接枝聚丙烯3份。在高混机中均匀混合。混合速度为50r/min，混合时间50min。将混合后的原料加入到双螺杆挤出机的料筒中。挤出机温度为300℃，挤出速度控制在120r/min，主喂料速度控制在10r/min。采用常规切粒工艺进行切粒干燥，最终得到可持续发射远红外复合材料。
对比例1
尼龙6为80份，聚丙烯为20份，在高混机中均匀混合。混合速度为50r/min，混合时间50min。将混合后的原料加入到双螺杆挤出机的料筒中。挤出机温度为300℃，挤出速度控制在120r/min，主喂料速度控制在10r/min。采用常规切粒工艺进行切粒干燥，最终得到对比样品1。
对比例2
尼龙6为80份，聚丙烯为20份，电气石15份，β-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯2份，乙撑双硬脂酰胺1份，马来酸酐接枝聚丙烯4份。在高混机中均匀混合。混合速度为50r/min，混合时间50min。将混合后的原料加入到双螺杆挤出机的料筒中。挤出机温度为300℃，挤出速度控制在120r/min，主喂料速度控制在10r/min。采用常规切粒工艺进行切粒干燥，最终得到对比样品2。
对比例3
（1）复合改性陶瓷粉制备：
采用高温固相反应法合成复合改性陶瓷粉，具体如下：电气石70份，麦饭石30份，二氧化硅10份，氧化钇5份，碳酸铈5份。所有原料按照质量比称取。而后将其置于玛瑙研钵中，加入10份乙醇，充分研磨60min 以上，使其混合均匀。然后将其置于坩埚在管式炉中煅烧，煅烧温度为1400℃。气体氛围为体积含量为20%的H2与80%的N2混合气体，煅烧时间为8h。待煅烧结束冷却至室温后，将其研磨成粉末即可得到最终样品。
（2）可持续发射远红外复合材料制备：
尼龙6为100份，复合改性陶瓷粉15份，β-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯2份，乙撑双硬脂酰胺1份，马来酸酐接枝聚丙烯4份。在高混机中均匀混合。混合速度为50r/min，混合时间50min。将混合后的原料加入到双螺杆挤出机的料筒中。挤出机温度为300℃，挤出速度控制在120r/min，主喂料速度控制在10r/min。采用常规切粒工艺进行切粒干燥，最终得到对比样品3。
性能测试：
拉伸强度测试按照GB/T1040-2018标准执行；缺口冲击强度测试按照GB/T1843-2008标准执行；远红外发射率测试按照GB/T30127-2013标准执行，远红外发射率为试样的远红外发射强度与标准黑体板的远红外发射强度的比值；光谱密度比是根据远红外发射率测试结果计算得到，即远红外发射率曲线在9-10μm区域内的面积与在8-14μm区域内的面积的比值。测试结果如下表1，实施例1-5复合材料的光谱密度比达到67.9%以上，远红外发射率较高；同时具有优异的力学性能。对比例1和2复合材料的光谱密度比偏低；对比例3相比实施例1未添加聚丙烯，导致复合材料的缺口冲击强度较弱。
表1可持续发射远红外复合材料性能测试结果
Figure 777020DEST_PATH_IMAGE001
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可持续发射远红外复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按重量份计，将电气石50-70份，麦饭石20-30份，二氧化硅5-10份，氧化钇3-5份，碳酸铈2-5份混合，采用高温固相反应法制备复合改性陶瓷粉；
（2）按重量份计，将聚合物树脂A 60-100份，聚合物树脂B0-20份，复合改性陶瓷粉5-15份，抗氧剂1-2份，润滑剂0.5-1份，增容剂2-4份混合均匀；所述聚合物树脂A为尼龙；聚合物树脂B为聚烯烃；
（3）将混合后的原料加入到双螺杆挤出机中挤出，再经切粒干燥，最终得到可持续发射远红外复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）聚合物树脂A 60-80份，聚合物树脂B10-20份。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述聚合物树脂A为尼龙12、尼龙6中的一种或两种；聚合物树脂B为聚乙烯、聚丙烯中的一种或两种。
4.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述抗氧剂为β-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、硫代二丙酸双月桂酯和亚磷酸三(2 ,4-二叔丁基苯基)酯中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、白油中的一种或两种。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述增容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯中的一种或两种。
7.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）混合速度为35～50r/min，混合时间35～50min。
8.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述复合改性陶瓷粉的制备：将原料充分研磨，使其混合均匀，然后将其煅烧，煅烧温度为1200-1400℃，气体氛围为体积含量为10-20%的H2与80-90%的N2混合气体，煅烧时间为4-8h，待煅烧结束冷却后，将其研磨成粉末即可。
9.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述挤出条件为：挤出机温度范围在220～300℃，挤出速度控制在80-120r/min，主喂料速度控制在8-10r/min。
10.权利要求1~9任意一项所述方法制得的可持续发射远红外复合材料。
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