CN116871149A - 亲水硅胶皮革、制作方法及硅氮烷在硅胶皮革中的应用 - Google Patents
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Abstract
一种亲水硅胶皮革、制作方法及硅氮烷在硅胶皮革中的应用，其中，亲水硅胶皮革包括硅橡胶层（1）和亲水层（2），在所述硅橡胶层（1）和亲水层（2）之间设有硅氮烷涂层（3）。本发明具有可提高酸化的针状二氧化硅粒子涂层与硅橡胶表面的结合力的优点。
Description
技术领域
本发明涉及硅橡胶制品领域，尤其是一种亲水硅胶皮革、制作方法及硅氮烷在硅胶皮革中的应用。
背景技术
硅橡胶是以硅氧键（—Si—O—）为骨架组成的一类聚有机硅氧烷。其硅氧键的键能约为451 kJ•mol-1，比常见的碳-碳键键能（约345 kJ•mol-1）更高，因此，硅橡胶材料的化学稳定性比一般的有机材料更好，具有无毒、不致癌、不致畸的优点。因此，使其在生物医用领域有广泛应用。硅橡胶皮革作为一种新型的硅橡胶产品，广泛应用于医院手术台，手术服，检查床等领域。但是，由于硅橡胶表面呈现疏水性，有利于蛋白和细胞等物质的黏附，继而造成严重的“生物污染”，并导致生物医用材料的失效。
为了解决上述问题，人们在硅橡胶的表面涂上酸化的针状二氧化硅粒子涂层，使得硅橡胶在涂布针状二氧化硅粒子涂层之后具有小于 5°的静态水接触角，可以使硅橡胶的表面具有亲水性，不利于蛋白和细胞等物质的黏附，有利于清洁，不会造成所谓的“生物污染”。直接将上述的酸化的针状二氧化硅粒子涂层涂覆在硅橡胶的表面，虽然，可以使硅橡胶的表面具有很好的亲水性，可是，酸化的针状二氧化硅粒子涂层与硅橡胶之间的粘合性不是很好，使用一段时间后，硅橡胶的表面容易出现掉皮的现象，缩短了亲水硅橡胶皮革的使用寿命。
发明内容
为了解决上述问题，本发明向社会提供一种提高酸化的针状二氧化硅粒子涂层与硅橡胶表面的结合力的亲水硅胶皮革。
本发明还提供一种上述亲水硅胶皮革的制作方法。
本发明还提供硅氮烷在硅胶皮革中的应用。
本发明的技术方案是：提供一种亲水硅胶皮革，包括硅橡胶层和亲水层，在所述硅橡胶层和亲水层之间设有硅氮烷涂层。
作为对本发明的改进，所述硅氮烷涂层为有机硅氮烷涂层或无机硅氮烷涂层。
作为对本发明的改进，所述硅氮烷涂层为德国默克公司商品名为Durazane®1030的聚硅氮烷，或者为德国默克公司商品名为Durazane® 1800的聚硅氮烷。
作为对本发明的改进，所述亲水层为酸化针状或球状二氧化硅粒子涂层，针状或球状二氧化硅粒子的平均粒径为5-20纳米。
作为对本发明的改进，硅橡胶层的远离硅氮烷涂层3的一面设有基材层。
作为对本发明的改进，所述基材层为布基、金属箔或塑料膜。
作为对本发明的改进，所述塑料膜是聚酯膜、聚碳酸酯膜、聚乙烯膜或聚丙烯膜。
作为对本发明的改进，所述硅橡胶层的厚度在10微米-1000微米之间选择，所述亲水层的厚度在0.2微米-2微米之间选择，所述硅氮烷涂层的厚度在0.2微米-2微米之间选择。
本发明还提供一种亲水硅胶皮革的制作方法，包括如下步骤，在所述硅橡胶层的表面上涂布硅氮烷涂层，放入烘箱，在110℃-120℃条件下烘烤3-7分钟，取出冷却至室温；再在硅氮烷涂层上涂布亲水层2，放入烘箱，在80℃-100℃条件下烘干2-5分钟，即可。
作为对本发明的改进，所述硅氮烷涂层采用德国默克公司商品名为Durazane®1030的聚硅氮烷或德国默克公司商品名为Durazane® 1800的聚硅氮烷，涂布干燥后的厚度在0.2微米-2微米之间选择。
作为对本发明的改进，所述亲水层的原料是用下述方法制得，在质量百分比2％的针状或球状二氧化硅水溶液中，加入磷酸或盐酸调节pH值在2-4之间即可，所述针状或球状二氧化硅的平均粒径为5-20纳米。
作为对本发明的改进，所述硅橡胶层采用的是邵氏硬度为50或者邵氏硬度为60的硅橡胶。
本发明还提供一种硅氮烷在亲水硅胶皮革中作为结合剂的应用。
本发明由于采用了在所述硅橡胶层和亲水层之间设有硅氮烷涂层，利用硅氮烷的高反应活性，实现亲水层与硅橡胶表面的连结，从而保证了亲水表面的持久性和抗磨性。
附图说明
图1是本发明一种实施例的方框结构示意图。
图2是实施例1的初始接触角照片。
图3是实施例2的初始接触角照片。
图4是实施例3的初始接触角照片。
图5是实施例4的初始接触角照片。
图6是对比例的初始接触角照片。
图7是耐水性测试后实施例1的静态水接触角照片。
图8是耐水性测试后实施例2的静态水接触角照片。
图9是耐水性测试后实施例3的静态水接触角照片。
图10是耐水性测试后实施例4的静态水接触角照片。
图11是耐水性测试后对比例的静态水接触角照片。
图12是耐磨性测试后实施例1的静态水接触角照片。
图13是耐磨性测试后实施例2的静态水接触角照片。
图14是耐磨性测试后实施例3的静态水接触角照片。
图15是耐磨性测试后实施例4的静态水接触角照片。
图16是耐磨性测试后对比例的静态水接触角照片。
具体实施方式
请参见图1，图1揭示的是一种亲水硅胶皮革，包括硅橡胶层1和亲水层2，在所述硅橡胶层1和亲水层2之间设有硅氮烷涂层3，所述亲水层2为酸化针状或球状二氧化硅粒子涂层，针状或球状二氧化硅粒子的平均粒径为5-20纳米。
由于硅氮烷是只含有Si、N、H三种元素 ，以[R1R2Si–NR3]n为重复结构单元的无机聚合物。因其含有大量活泼的Si—H、Si—N 键，因此，具有很高的活性，极易与羟基等活性基团发生反应。
其中，R1-R3可以是氢原子或有机取代基，如所有取代基均为氢原子，该聚合物称为全氢聚硅氮烷(PHPS)或无机聚硅氮烷。如烃类取代基与硅原子连接，则该聚合物称为有机聚硅氮烷(OPSZ)。
由于硅氮烷活泼的化学性质保证了硅氮烷涂层既能牢固地附着于硅橡胶的表面，同时也能与纳米二氧化硅表面的部分羟基发生反应。使其可牢固地与硅橡胶和酸化针状或球状二氧化硅粒子涂层连接，可使亲水涂层具有持久的耐水性和抗磨性。
优选的，所述亲水层2的原料是用下述方法制得的，在质量百分比为1-3％的针状或球状二氧化硅水性分散体中，加入磷酸或盐酸调节pH值在2-4之间即可，所述针状或球状二氧化硅的平均粒径为5-20纳米。
优选的，所述硅氮烷涂层3可以采用包括溶剂为二甲苯或乙酸乙酯，溶质为六甲基环三硅氮烷或八甲基环四硅氧烷的溶液，其中，溶质占溶液总量的质量百分比为大于等于5%-小于等于20%。
优选的，可以采用溶质占溶液总量的质量百分比为大于等于7%-小于等于18%；还可以采用溶质占溶液总量的质量百分比为大于等于9%-小于等于16%；以及还可以采用溶质占溶液总量的质量百分比为大于等于11%-小于等于14%，其中以溶质占溶液总量的质量百分比为大于等于11%-小于等于14%的结合力最优，其次为溶质占溶液总量的质量百分比为大于等于9%-小于等于16%。再如溶质可采用6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%或19%。例如，所述硅氮烷涂层3可以选用德国默克公司商品名为Durazane® 1030的聚硅氮烷，或者为德国默克公司商品名为Durazane® 1800的聚硅氮烷。
优选的，硅橡胶层1的远离硅氮烷涂层3的一面设有基材层4。
优选的，所述基材层4为布基、金属箔或塑料膜。
优选的，所述塑料膜是聚酯膜、聚碳酸酯膜、聚乙烯膜或聚丙烯膜。
优选的，所述硅橡胶层1的厚度在10微米-1000微米之间选择，所述亲水层2的厚度在0.2微米-2微米之间选择，所述硅氮烷涂层3的厚度在0.2微米-2微米之间选择。
本发明还提供一种亲水硅胶皮革的制作方法，包括如下步骤，在所述硅橡胶层1的表面上涂布硅氮烷涂层3，放入烘箱，在110℃-120℃条件下烘烤3-7分钟，取出冷却至室温；再在硅氮烷涂层3上涂布亲水层2，放入烘箱，在80℃-100℃条件下烘干2-5分钟，即可。
优选的，所述硅氮烷涂层3采用德国默克公司商品名为Durazane® 1030的聚硅氮烷或德国默克公司商品名为Durazane® 1800的聚硅氮烷，涂布干燥后的厚度在0.2微米-2微米之间选择。
优选的，所述亲水层2的原料可以用下述方法制得，在质量百分比1-3％的针状或球状二氧化硅水分散剂中，加入磷酸或盐酸调节pH值在2-4之间即可，所述针状或球状二氧化硅的平均粒径为5-20纳米。
优选的，所述硅橡胶层1采用的是邵氏硬度为50或者邵氏硬度为60的硅橡胶。
本发明还提供一种硅氮烷在亲水硅胶皮革中作为结合剂的应用。
本行业中，针状二氧化硅粒子涂层与硅橡胶表面的结合力的指标是耐水性能和耐磨性能测试来表示的，耐水性能和耐磨性能测试的静态水接触角越小，表示其结合力越好，亲水层不易脱落。
实例一：在硅胶皮革表面涂上底涂层，放入烘箱，120℃烘干5分钟，取出后再涂亲水层，100℃烘干三分钟。橡胶层为邵氏硬度为60的硅橡胶；硅氮烷层为德国默克公司商品名为Durazane® 1030的聚硅氮烷，涂布干燥后厚度为1微米；亲水涂层为质量分数1％的针状二氧化硅水分散体，粒径为5-20纳米，加入磷酸或盐酸调节pH值在2-4之间。涂布干燥后厚度约为0.5微米。
实例二：在实例一的基础上，橡胶层换为邵氏硬度为50的硅橡胶；其他条件不变。
实例三：在实例一的基础上，硅氮烷层更换为德国默克公司商品名为Durazane®1800，亲水涂层为质量分数2％的针状二氧化硅水分散体，粒径为5-20纳米，加入磷酸或盐酸调节pH值在2-4之间。涂布干燥后厚度约为0.5微米，其他条件不变。
实例四：在实例一的基础上，亲水涂层为质量分数3％的球状二氧化硅水分散体，粒径为5-20纳米，加入磷酸或盐酸调节pH值在2-4之间。涂布干燥后厚度约为0.3微米，其它条件不变。
对比例：在硅胶皮革表面直接涂亲水层，100℃烘干三分钟。橡胶层为邵氏硬度为60的硅橡胶；亲水涂层为得自质量分数2％的针状二氧化硅水分散体，粒径为5-20纳米，加入磷酸或盐酸调节pH值在2-4之间。涂布干燥后厚度约为0.5微米。
测定各个样品的初始接触角：
见附图2-6。从图2-6可以看出，实施例1-4的初始静态水接触角，与对比例的初始静态水接触角基本相同，都是小于5度。
耐水性测试：把样品放入一个充满加热的饱和空气和水蒸气的混合物的密封室中,室内温度维持在38℃在100%相对湿度下，48小时后，取出样品烘干，测静态水接触角：
见附图7-11。从图7-11可以看出，实施例1-4经耐水测试后，静态水接触角基本没有变化，而对比例的静态水接触角却为35度，表明，本发明的耐水性能很好。
耐磨性测试：羊毛毡施加1000g的力,在样品表面以0次/分钟的速度,以30mm左右的行程,在样本表面来回磨擦,测试20000次(10000个循环)后观察水接触角的变化。
见附图12-16。从图12-16可以看出，实施例1-4经耐磨测试后，实施例1-4的静态水接触角虽然都有增大，静态水接触角在20度与33度之间变化，但是与对比例的静态水接触角的52度相比，还是要小得多，说明本发明的耐磨性能良好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种亲水硅胶皮革，包括硅橡胶层（1）和亲水层（2），其特征在于：在所述硅橡胶层（1）和亲水层（2）之间设有硅氮烷涂层（3）。
2.根据权利要求1所述的亲水硅胶皮革，其特征在于：所述硅氮烷涂层（3）为有机硅氮烷涂层或无机硅氮烷涂层。
3.根据权利要求1或2所述的亲水硅胶皮革，其特征在于：所述硅氮烷涂层（3）包括溶剂为二甲苯或乙酸乙酯和溶质为六甲基环三硅氮烷或八甲基环四硅氧烷的溶液，其中，溶质占溶液总量的质量百分比为大于等于5%-小于等于20%。
4.根据权利要求1或2所述的亲水硅胶皮革，其特征在于：所述亲水层（2）为酸化针状或球状二氧化硅粒子涂层，针状或球状二氧化硅粒子的平均粒径为5-20纳米。
5.根据权利要求1或2所述的亲水硅胶皮革，其特征在于：在所述硅橡胶层（1）的远离硅氮烷涂层（3）的一面上设有基材层（4）。
6.根据权利要求1或2所述的亲水硅胶皮革，其特征在于：所述硅橡胶层（1）的厚度在10微米-1000微米之间选择，所述亲水层（2）的厚度在0.2微米-2微米之间选择，所述硅氮烷涂层（3）的厚度在0.2微米-2微米之间选择。
7.一种亲水硅胶皮革的制作方法，其特征在于：包括如下步骤，在所述硅橡胶层（1）的表面上涂布硅氮烷涂层（3），放入烘箱，在110℃-120℃条件下烘烤3-7分钟，取出冷却至室温；再在硅氮烷涂层（3）上涂布亲水层（2），放入烘箱，在80℃-100℃条件下烘干2-5分钟，即可。
8.根据权利要求9所述的亲水硅胶皮革的制作方法，其特征在于：所述硅氮烷涂层（3）包括溶剂为二甲苯或乙酸乙酯和溶质为六甲基环三硅氮烷或八甲基环四硅氧烷的溶液，其中，溶质占溶液总量的质量百分比为大于等于5%-小于等于20%。
9.根据权利要求9或10所述的亲水硅胶皮革的制作方法，其特征在于：所述亲水层（2）的原料是用下述方法制得的，在质量百分比为1-3％的针状或球状二氧化硅水性分散体中，加入磷酸或盐酸调节pH值在2-4之间即可，所述针状或球状二氧化硅的平均粒径为5-20纳米。
10.一种硅氮烷在亲水硅胶皮革中作为结合剂的应用。
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