CN115472370A - 一种柔性永磁材料、制备方法及其在磁性生物效应产品中的应用 - Google Patents

一种柔性永磁材料、制备方法及其在磁性生物效应产品中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性永磁材料、制备方法及其在磁性生物效应产品中的应用，涉及医疗设备技术领域。本发明柔性永磁材料的原料包括以下重量份的组分：各向异性钕铁硼粉末0‑70份、各向异性钐铁氮粉末0‑40份及粘结剂3‑20份。本发明制备的柔性永磁材料相比传统用于医疗保健领域的磁性体更加轻便，易于加工和组装，无论分立使用还是组装拼接，所制成的磁性生物效应产品，具有更好的人体亲和性，对生物组织具有高效修复和调节的效果。

Description

一种柔性永磁材料、制备方法及其在磁性生物效应产品中的 应用
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种柔性永磁材料、制备方法及其在磁性生物效应产品中的应用。
背景技术
众多临床试验已证实磁场对生物体具有显著的修复和调节效果(现代生物医学进展Progress in Modern Biomedicine 2008 Vol.8 Num.12 P2285以及现代生物医学进展Progress in Modern Biomedicine 2012 Vol.12 Num.6 P1187)。目前，未发现中等强度(300Gs-5000Gs)磁场对人体有任何副作用。作为一种非接触式、非药物的物理效应治疗方法，磁场的生物效应分别在癌症治疗、糖尿病治疗、软组织疼痛治疗和精神治疗等方面展示了突出的疗效，近年来开始受到医护人员和患者的关注和认可。
一方面，当前研究已发现，一定强度的静态磁场(稳态磁场)连续作用于生物体时，短时间内就对某些疾病引起的口腔疼痛减轻；除了对疼痛的改善作用之外，磁场同时对血流、骨骼都有显著的正向生物效应。另一方面，提供静态磁场治疗的生物效应产品，通常需要一定的使用时间才能起效，这就意味着，必须将磁性材料制备加工成各类能够长时间与人体接触的产品才是有效的生物效应提供方案。
静磁场生物效应产品很早就被开发成了包括可穿戴式设备在内的各种日常用品，还有床垫、鞋垫、内衣等磁疗产品或至少包括磁疗效应在内的多种功能复合的理疗产品。但是，这些产品中用于提供磁性能量的部件，均是以烧结成金属或陶瓷的硬质永磁材料为核心部件的，这就造成了这些硬质磁性材料会在使用中严重影响人体的舒适感。而且，通常来说，硬质的烧结磁体，在加工制造过程中，是单个小尺寸的固定形状的，当被用于可穿戴设备或作为某些功能嵌入体加以使用的时候，这些嵌入体和周边非磁区域会形成明显的感受差异，进一步影响使用体验。如果采用较厚的防咯层，则既不美观也影响磁效应发挥，而如果没有防咯层又会让产品的使用者极不舒适。一些现有技术采用将硬质磁体外部包裹塑胶层的方式(如CN200820051775)，但该方式对上述问题也没有显著改善，对于从根本上提供轻便、美观、舒适的磁性生物效应部件，都存在相当大的差距。
另外，从所使用的磁体材质来说，近年来出现了以粘结工艺制备的所谓“柔性磁体”，有望作为生物医疗领域的磁性材料进行应用。目前，主要的柔性磁体的制备过程中所使用的粘结剂，都是以橡胶为主，工艺流程上则多以压延为主的制造方法。现有各向异性柔性粘结磁体的方法，均需是以橡胶为代表的热塑性粘结剂，因此制备工艺中要经过复杂的助剂配置——惰性混粉——配方包覆——物料低温混合——溶剂挥发——螺杆混炼或带温捏炼——带温压延——挤出等流程，同时，在压延或挤出过程中的取向技术需要非常复杂和高强度的外场提供方案。
公开号为CN1173028的磁各向异性树脂结合型磁体的制造方法的专利中，介绍了先将各向异性磁粉和热固性树脂混合成坯料，然后将坯料中的热固性树脂加热至熔融状态，在定向磁场作用下，坯料边定向边被压缩成规定形状刚性各向异性粘结磁体。这种方法中虽然使用了不同于橡胶的热固性树脂，但是在制造过程中，这种技术需要经历树脂熔融和树脂固化两个温度段的控温工艺，因为整体制造流程的设备条件的复杂度，限制了大幅面磁体的一次性制备能力，只适合小型磁体部件的生产。最关键的，这种磁体材质虽然不是金属，但其质地仍然是硬质的，而非柔性的，不适于在生物医疗领域的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性永磁材料、制备方法及其在磁性生物效应产品中的应用，以解决上述现有技术存在的问题，在保证磁性材料质地柔软、轻便、可弯折的同时，使其具有生物医疗级别的磁场强度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种柔性永磁材料，原料包括以下重量份的组分：
各向异性钕铁硼粉末0-70份、各向异性钐铁氮粉末0-40份及粘结剂3-20份；
所述各向异性钕铁硼粉末和各向异性钐铁氮粉末不同时为0。
进一步地，所述粘结剂为热固性硅胶。
进一步地，所述热固性硅胶为双组份的食品级硅胶(AB型硅胶)。
进一步地，所述柔性永磁材料的原料中还包括添加剂。例如黏土粉、硬脂酸锌、分散剂、润滑剂等。二维层状结构的材料有助于磁粉的分散和颗粒间滑动，起到固体润滑剂的作用。
其中，润滑剂可以为二硫化钼、导电碳粉或石墨烯等；二硫化钼添加量最大为磁粉总质量的5％，导电碳粉或石墨烯添加量最大为磁粉总质量的1％。
本发明还提供上述柔性永磁材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述原料按照重量份配比混合后，进行脱泡处理除去混合物内部气体；
(2)将步骤(1)得到的混合物在15-35℃的条件下进行浇流处理，得到杂化磁体坯浆；所述浇流处理的时间为5-10min。
硅胶的高流动性和固化可控的特点，使得原料在制备过程中，可以直接通过常规脱泡和搅拌过程，一步法实现物料混合均匀，极大简化了混合过程。然后在混合物为粘稠液态状态下，再经过双辊或三辊研磨机进行浇流处理，当粘稠的胶液混合物经过辊压后，即完成硅胶的预固化捏炼。
(3)将所述杂化磁体坯浆浇入模具，在所述模具上下表面施加磁场的同时进行加热，之后撤去磁场，出模，即得所述柔性永磁材料。
以上为一整套柔性生物磁场材料的制备过程，根据实际场景中的需要，整个制备过程可以简化为以下步骤：物料混合——预固化捏炼——无压力浇模——保温取向——出模。出模后所得的材料可以直接接触人体，而不产生化学刺激，通过降低与人体的接触距离，进一步提高作用与人体的表磁能量，可用于床垫，鞋垫，内衣，帽子或身体不同穴位的静磁场生物效应治疗的领域，是一种可以提供较强磁性能，并具有柔性特征的亲和人体的产品。
进一步地，所述磁场强度不超过5000高斯。
进一步地，步骤(3)加热后体系温度为80-150℃，优选110-120℃；加热时间为1-8h。
进一步地，所述模具由不导磁材料制成。如铜或铝合金。
本发明进一步提供上述柔性永磁材料在磁性生物效应产品中的应用。
本发明制备的柔性永磁材料相比传统用于医疗保健领域的磁性体更加轻便，易于加工和组装，无论分立使用还是组装拼接，所制成的磁性生物效应产品，具有更好的人体亲和性，对生物组织具有高效修复和调节的效果。
本发明各向异性柔性永磁材料的制备不需要压延成型技术，采用铸模成型即可。
本发明公开了以下技术效果：
本发明从产生静磁场核心的材料体系入手，采用硅胶作为具有柔性亲肤特性的强磁材料粘结剂，通过铸模工艺，可以实现在大幅面条件下，可以不依赖强场对模内物料同时进行取向，从而获得各向异性的柔性磁体。因此所制得的磁体在保证一定的表磁强度前提下，可以用铸模的方式被塑造成各种需要的形状，尺寸大小可调，材质柔软，可弯折，相比传统用于医疗保健领域的磁性体更加轻便，相对于目前的各类粘结磁体又易于加工和组装，无论分立使用还是组装拼接，所制成的磁性生物效应产品，具有更好的人体亲和性，适合使用者长时间接触佩戴或进行辅助治疗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中长方体柔性硅胶基杂化磁体的结构示意图；
图2为实施例1中柔性硅胶基杂化磁体拼接整体床垫的结构示意图；
图3为实施例2中穴位贴片的结构示意图；
图4为实施例2中组合式经颅磁刺激头带的结构示意图：A为正面立体图，B为人体正面面部佩戴图，C为头顶视图；
图5为实施例1中长方体柔性硅胶基杂化磁体的实物图；
其中，1-长方体柔性硅胶基杂化磁体，2-整体床垫，3-穴位贴片，4-组合式经颅磁刺激头带，5-微小曲面的柔性硅胶基杂化磁体，6-连接区末端。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中所述的“份”如无特别说明，均按重量份计。
实施例1
一种产生高磁通量的硅胶基柔性永磁材料的制备：
(1)称取12.5重量份的硅胶(食品级AB型)、65重量份的各向异性钕铁硼磁粉、16重量份的各向异性钐铁氮磁粉、0.5重量份的石墨烯、3重量份的钛白粉分散剂、3重量份的二硫化钼。
(2)将所有物料在机械搅拌器中混合均匀，转移至真空重力脱泡机上处理5min，去除内部气体。
(3)继续将该所得物料转移至三辊研磨机上，反复浇流处理8min，整个过程保持处理温度不高于40℃，防止硅胶出现固化倾向，得到杂化磁体坯浆。
(4)将上述杂化磁体坯浆注入铝合金模具，模具形状为扁长方体，平面尺寸可以在15*15平方毫米至100*100平方毫米对模具进行设置。厚度可以根据需要从10mm至60mm范围对模具进行设置。模具留有气孔。将杂化磁体坯浆灌入模具后，以上盖轻轻压住，无需加压。在模具厚度方向加4200高斯磁场，使内部的杂化磁体坯浆发生取向。同时，在保持此取向磁场强度的情况下，对模具加温至120℃，保温2小时。时间结束后，降温撤去磁场，得到一块柔性硅胶基杂化磁体，测得表磁为1300高斯。
根据实际应用中的幅面尺寸大小，反复制备出多块上述硅胶基杂化磁体，因该材料是在厚度方向NS极取向，因此可以通过交替排布的方式，使得该材料紧密拼接成任何尺寸的幅面环境。
基于硅胶基杂化磁体的大幅面整体床垫的制造：
例如，床垫大小如果为2000*2000平方毫米，对于100*100平方毫米的长方体柔性硅胶基杂化磁体1(如图1)，则在xy方向上各平铺20块即可。因为是NS极面上下交替排布，所以安装排布时不会产生排斥的现象，而是会互相保持一定的吸附力，便于后期组装成为一个整体床垫2(如图2)。在该硅胶床垫组装完成后，其具有的NS极性是垂直于整个床体表面，基本成为纵横方向的正弦驻波形式的磁场，由于材质柔软，适于直接接触人体皮肤，表层可以不再覆盖任何保护层，或仅用布艺、棉麻、竹制等材质进行简单修饰，因此对人体接触距离极小，显著高于当前任何硬质材质制备的磁性床垫。
实施例2
一种产生高磁通量的硅胶基柔性永磁材料的制备：
(1)称取14重量份的硅胶(食品级AB型)、64重量份的各向异性钕铁硼磁粉、15重量份的各向异性钐铁氮磁粉、1重量份的石墨烯、3.5重量份的钛白粉分散剂、2.5重量份的二硫化钼。
(2)将所有物料在机械搅拌器中混合均匀，转移至真空重力脱泡机上处理4min，去除内部气体。
(3)继续将该所得物料转移至三辊研磨机上，反复浇流处理5min，整个过程保持处理温度不高于40℃，防止硅胶出现固化倾向，得到杂化磁体坯浆。
(4)将上述杂化磁体坯浆浇入铝合金模具，模具尺寸可以根据需要分别设置为厚度较薄的特殊形状，模具留有气孔。将杂化磁体坯浆灌入模具后，以上盖轻轻压住，无需加压。在模具厚度方向加3600高斯磁场，使内部的杂化磁体坯浆发生取向。同时，在保持此取向磁场强度的情况下，对模具加温至110℃，保温30min。时间结束后，降温撤去磁场，得到一块柔性硅胶基杂化磁体，测得表磁为1025高斯。
将制备的硅胶基杂化磁体作为人体穴位贴敷片、衣物嵌入体，乃至直接作为可穿戴物本身材质：例如基于直径20mm、厚度3mm的模具，制备得到穴位贴片3(如图3)；再如设置模具为鞋垫形状，经上述磁场保温取向技术，冷却出模后，该鞋垫即具有垂直于人体脚掌方向的磁力线分布，适于作为足部穴位或全脚掌的磁刺激方案。
基于硅胶基杂化磁体的柔性可穿戴产品组合式经颅磁刺激头带(如图4)的制造：
该头带以无磁的连接区4作为主体，在主体上嵌入NS极为微小曲面的柔性硅胶基杂化磁体5，在人体头部的分布大致如图4所示，连接区末端6可以用磁扣或者粘扣方式进行对接。该头带具有轻便，磁性强，磁刺激取点自由等优势，可以直接贴敷于人体头面部位，可以短时间佩戴，也可以在睡眠期间长时间佩戴，有助于改善脑神经细胞放电失常导致的失眠和其它精神情绪问题。
实施例3
一种产生高磁通量的硅胶基柔性永磁材料的制备：
(1)称取25重量份的硅胶(食品级AB型)、50重量份的各向异性钕铁硼磁粉、22重量份的各向异性钐铁氮磁粉，以及3重量份的硬脂酸锌。
(2)将所有物料在机械搅拌器中混合均匀，转移至真空重力脱泡机上处理5min，去除内部气体。
(3)将上述杂化磁体坯浆注入铝合金模具，模具形状为扁长方体，平面尺寸可以从在15*15平方毫米至100*100平方毫米对模具进行设置。厚度可以根据需要从10mm至60mm范围对模具进行设置。模具留有气孔。将杂化磁体坯浆灌入模具后，以上盖轻轻压住，无需加压。在模具厚度方向加4250高斯磁场，使内部的杂化磁体坯浆发生取向。同时，在保持此取向磁场强度的情况下，对模具加温至120℃，保温1小时。时间结束后，降温撤去磁场，得到一块柔性硅胶基杂化磁体，测得表磁为835高斯。
可将制备的硅胶基杂化磁体按照实施例1的方式制造整体床垫。
在胶料比例较大的情况下，本实施例省略了浇流处理辊压步骤，最终产品表磁略低。
实施例4
一种产生高磁通量的硅胶基柔性永磁材料的制备：
(1)称取15重量份的硅胶(食品级AB型)、85重量份的各向异性钕铁硼磁粉。
(2)将所有物料在机械搅拌器中混合均匀，转移至真空重力脱泡机上处理5min，去除内部气体。
(3)继续将该所得物料转移至三辊研磨机上，反复浇流处理10min，整个过程保持处理温度不高于40℃，防止硅胶出现固化倾向，得到杂化磁体坯浆。
(4)将上述杂化磁体坯浆注入铝合金模具，模具形状为扁长方体，平面尺寸可以从在15*15平方毫米至100*100平方毫米对模具进行设置。厚度可以根据需要从10mm至60mm范围对模具进行设置。模具留有气孔。将杂化磁体坯浆灌入模具后，以上盖轻轻压住，无需加压。在模具厚度方向加4200高斯磁场，使内部的杂化磁体坯浆发生取向。同时，在保持此取向磁场强度的情况下，对模具加温至120℃，保温1小时。时间结束后，降温撤去磁场，得到一块柔性硅胶基杂化磁体，测得表磁为1200高斯。
可将制备的硅胶基杂化磁体按照实施例1的方式制造整体床垫。
实施例5
一种产生高磁通量的硅胶基柔性永磁材料的制备：
(1)称取25重量份的硅胶(食品级AB型)、75重量份的各向异性钐铁氮粉末。
(2)将所有物料在机械搅拌器中混合均匀，转移至真空重力脱泡机上处理5min，去除内部气体。
(3)继续将该所得物料转移至三辊研磨机上，反复浇流处理8min，整个过程保持处理温度不高于40℃，防止硅胶出现固化倾向，得到杂化磁体坯浆。
(4)将上述杂化磁体坯浆注入铝合金模具，模具形状为扁长方体，平面尺寸可以从在15*15平方毫米至100*100平方毫米对模具进行设置。厚度可以根据需要从10mm至60mm范围对模具进行设置。模具留有气孔。将杂化磁体坯浆灌入模具后，以上盖轻轻压住，无需加压。在模具厚度方向加4200高斯磁场，使内部的杂化磁体坯浆发生取向。同时，在保持此取向磁场强度的情况下，对模具加温至110℃，保温1小时。时间结束后，降温撤去磁场，得到一块柔性硅胶基杂化磁体，测得表磁为980高斯。
可将制备的硅胶基杂化磁体按照实施例1的方式制造整体床垫。
对比例1
与实施例1不同之处仅在于不施加取向磁场。
制备得到的硅胶基杂化磁体的表磁强度为266高斯。
对比例2
与实施例1不同之处仅在于，步骤(4)中将加温至65℃，保温4小时15分钟。
时间结束后，降温撤去磁场，检视物料外观，未能得到完整硅胶基杂化磁体，部分硅胶未固化，因此在材料内磁场作用下材料开裂变形，是由于固化温度过低所导致。
图5为本发明制备的长方体柔性硅胶基杂化磁体(实施例1)的实物图，可以看出其具有良好的柔性。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种柔性永磁材料，其特征在于，原料包括以下重量份的组分：
各向异性钕铁硼粉末0-70份、各向异性钐铁氮粉末0-40份及粘结剂3-20份；
所述各向异性钕铁硼粉末和各向异性钐铁氮粉末不同时为0。
2.根据权利要求1所述的柔性永磁材料，其特征在于，所述粘结剂为热固性硅胶。
3.根据权利要求2所述的柔性永磁材料，其特征在于，所述热固性硅胶为双组份食品级硅胶。
4.根据权利要求1所述的柔性永磁材料，其特征在于，所述柔性永磁材料中还包括添加剂。
5.如权利要求1-4任一项所述柔性永磁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将所述原料按照重量份配比混合后，进行脱泡处理除去混合物内部气体；
(2)将步骤(1)得到的混合物在15-35℃的条件下进行浇流处理，得到杂化磁体坯浆；
(3)将所述杂化磁体坯浆浇入模具，在所述模具上下表面施加磁场的同时进行加热，之后撤去磁场，出模，即得所述柔性永磁材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述磁场强度不超过5000高斯。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，经步骤(3)加热后的体系温度为80-150℃，加热时间为1-8h。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述模具由不导磁材料制成。
9.如权利要求1-4任一项所述的柔性永磁材料在磁性生物效应产品中的应用。
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