负离子硅酮弹性体复合材料及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种负离子硅酮弹性体复合材料及其制备方法。
背景技术
现代科学证明，空气负离子能有效提高动植物包括人类的免疫能力，促进健康，当人们通过呼吸将负离子空气送进肺泡时，能刺激神经系统产生良好效应，经血液循环把所带电荷送到全身组织细胞中，能改善心肌功能，增强心肌营养和细胞代谢，提高免疫能力。人吸入一定浓度的负离子能调节神经系统功能，促进血液循环，使人精力充沛，健康长寿。表1列出负离子空气浓度与环境及人类健康之间的关系。
表1
环境 空气负离子浓度 (负离子个数/cm3) 关系程度 森林、瀑布 100,000～500,000 具有自然痊愈能力 高山、海滨 50,000～100,000 杀菌，减少疾病传染 郊外、田野 5,000～50,000 提高免疫能力与抗菌力 都市公园 1,000～2,000 维持健康基本需要 街道绿化区 100～200 诱发生理障碍边缘 都市住宅封闭区 40～50 诱发生理障碍例如头痛 装空调室内 0～25 引发「空调病」症状
除此之外，空气负离子还有抑制细菌生长，净化、清新空气的功能。因此引起国内外专家的研究兴趣，有关的研究层出不穷。现有技术中，中国国家知识产权局发明专利申请公告中公告了《负离子橡胶复合材料及其制备方法》专利申请，专利申请号为200410089146.4，该发明的主要组份为橡胶和由天然蛋白石叶岩制备的负离子添加剂。另外，中国国家知识产权局发明专利申请公告中公告了《纳米硅橡胶制品及其制备方法》专利申请，专利申请号为03139797.2，该发明的主要组份为硅橡胶纳米负离子粉，纳米银粉，和磁性材料。
【发明内容】
根据本发明的第一个方面，提供了一种负离子硅酮弹性体复合材料，其特征在于包含硅酮液体、负离子粉体及偶联剂，其中负离子粉体的重量为硅酮液体重量的0.5％至11％，而偶联剂的重量则为负离子粉体重量的1％至2％。
根据本发明的第二个方面，提供了一种制备负离子硅酮弹性体复合材料的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将负离子粉体加入到高速混合机内，并加以搅拌；(2)加进1％至2％(例如1％)负离子粉体重量的硅烷类偶联剂，对负离子粉体进行偶联处理，时间为20-60分钟；(3)收集经偶联剂处理的负离子粉体；(4)加入硅酮液体的组成物到一容器内，再加入经步骤(1)所得的负离子粉体，然后采用机械混合方式在室温下混合30至60分钟，使容器内各个组份混合均匀；(5)将由步骤(4)所得的混合均匀的含有负离子粉体的硅酮液体注入模具里，再用抽真空方式去除硅酮液体里面夹带的空气；及(6)将由步骤(5)所得含有负离子粉体的硅酮液体连同模具固化及脱模。
根据本发明的第三个方面，提供了由具有热电效应及/或压电效应的天然矿石经过粉碎分选制得的负离子粉体在制备负离子硅酮弹性体复合材料及产品的应用。
本发明所用硅酮液体为双组分的套装材料，例如美国道康宁(DOWCORNING)SYLGARD 160A和B硅酮弹性体，其由两部分液体组分组成，当两组分以1∶1重量比或体积比充分混合时，混合液体会固化为柔性弹性体。
本发明所用负离子粉体采用由具有热电效应及/或压电效应的天然矿石经过粉碎分选制得的负离子粉体，其粒子直径范围为0.02-5μm。该负离子粉体主要由氧化物(包括金属氧化物和氧化硅)和盐类物质(如硅酸盐)组成。某些天然矿石由于在其晶体表面存在微电极(micro-electrodes)，故此呈现热电效应(pyroelectric effect)及/或压电效应(piezoelectric effect)的现象。因此在有温度和压力变化的情况下(即使微小的变化)即能引起晶体成分之间的电势差，这静电高达100万电子伏特，从而使空气发生电离，被击中的电子附着于邻近的水和氧气分子并使它转化为空气负离子，即负氧离子。这些天然矿石表面能产生空气负离子，却不会产生过量的幅射或臭氧，因而适合经粉碎分选，作为本发明所用的负离子粉体。由于来自不同产地的负离子粉体的组成不同，这些负离子粉体表面产生的空气负离子浓度量明显不同。
其中一种适合使用于制备本发明的负离子粉体为上海沪正纳米科技有限公司销售的负离子粉体。另外三种适合使用于制备本发明的负离子粉体从中国河北省灵寿县购得。
本发明所用偶联剂为硅烷类偶联剂，其包含硅、碳、氢、及氧等原子，包括可从江苏晨光偶联剂有限公司或南京裕德恒精细化工有限公司购得的KH-550及KH-570。其中KH-550的化学名称为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，而其分子式为NH2(CH2)3Si(OCH2CH5)3。至于KH-570，其化学名称为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，而其分子式则为
本发明所述负离子硅酮弹性体复合材料的制备方法，基本上包括如下步骤：
(1)将一定量的负离子粉体加入到高速混合机内，如上所言，负离子粉体采用由具有热电效应及或压电效应的天然矿石，经过粉碎分选制得，其粒子直径范围为0.02-5μm。该负离子粉体主要由氧化物(包括金属氧化物和氧化硅)和盐类物质(如硅酸盐)组成。在搅拌状态下，由加料口滴加由1％至2％(例如1％)负离子粉体重量的硅烷类偶联剂(例如KH-550或KH-570)，对负离子粉体进行偶联处理，时间为20-60分钟，然后收集经偶联剂处理的负离子粉体待用；
(2)将一定量的重量比为1比1的硅酮液体组合物(美国道康宁SYLGARD 160A和B硅酮弹性体)加入到一容器内，再加入经步骤(1)所得的负离子粉体，其重量为上述硅酮液体组合物总重量的0.5-11.1％，然后采用机械混合方式在室温下混合30-60分钟，使容器内各个组份混合均匀待用；
(3)将由步骤(2)所得的混合均匀的含有负离子粉体的硅酮液体注入到模具里面，再用抽真空方式(例如在28英寸汞柱，(即约94,820N/m2)，的真空度下抽气)，去除硅酮液体里面夹带的空气待用；
(4)将由步骤(3)所得含有负离子粉体的硅酮液体连模具在如表2所列条件下固化及脱模，从而获得具有一定形状地负离子硅酮弹性体复合材料。
表2
固化温度 固化时间 25℃ 24小时 50℃ 4-6小时 100℃ 1-2小时 150℃ 0.5-1小时
经过离子测试仪测试证实，采用上述步骤所制备的负离子硅酮弹性体复合材料的表面可以持续产生空气负离子。
【具体实施方式】
实施例1-5
实施例1-5所用的第一种从中国河北省灵寿县购得的负离子粉体的化学组成列于表3。
表3
化学元素 氧 铝 硅 磷 钙 钇 锆 镧 铯 含量(wt％) 35.97 2.46 3.37 15.76 1.24 1.35 2.06 10.46 27.33
(1)将100克的负离子粉体加入到高速混合机内，然后在搅拌状态下，由加料口滴加1克的硅烷类偶联剂，对负离子粉体进行偶联处理，时间为30分钟，然后收集经偶联剂处理的负离子粉体待用；
(2)将总重量为200克的重量比为1比1的硅酮液体组合物(美国道康宁[DOW CORNING]SYLGARD 160A和B硅酮弹性体)加入到同一容器内，再加入经步骤(1)所得的负离子粉体，使硅酮液体中负离子粉体含量分别为：0.5wt％(实施例1)；1.0wt％(实施例2)；2.0wt％(实施例3)；4.0wt％(实施例4)；8.0wt％(实施例5)；然后采用机械混合方式在室温下混合30分钟，使容器内各个组份混合均匀待用；
(3)分别将重量为20克的由步骤(2)所得硅酮液体注入到直径为85mm的圆片形模具里面，用抽真空方式，在28英寸汞柱，即约94,820N/m2的真空度下抽气，去除硅酮液体里面夹带的空气待用；
(4)将由步骤(3)所得含有负离子粉体的硅酮液体连模具在25℃条件下固化24小时以后，脱模，从而获得直径为85mm，厚度为2.5-3.0mm的圆片状负离子硅酮弹性体复合材料。表4列出了在温度为23-25℃及相对湿度为60-62％的条件下，用离子测试仪(日本，EB-15)测得的由步骤(4)所得圆片状负离子硅酮弹性体复合材料表面的空气负离子浓度(连续十次测试结果的平均值)。
表4
实施例 1 2 3 4 5 负离子粉体含量(wt％) 0 0.5 1.0 2.0 4.0 8.0 空气负离子浓度 (负离子个数/cm3) 23 719 937 1421 1989 2631
表5列出了在温度为23-25℃及相对湿度为50±5％的条件下，用电子拉伸机(Instron 5567)根据ASTM D638，测得的负离子硅酮弹性体复合材料的拉伸性能与负离子粉体含量的关系。
表5
实施例 2 3 4 负离子粉体含量(wt％) 0 1.0 2.0 4.0 拉伸强度(Mpa) 2.46 2.62 2.51 2.06 伸长率(％) 123.6 136.5 131.3 95.9
表5列出的结果说明，负离子硅酮弹性体复合材料与纯的硅酮弹性体比较，其拉伸性能变化不大。
实施例6-10
实施例6-10所用的第二种从中国河北省灵寿县购得的负离子粉体的化学组成列于表6。
表6
化学元素 氧 铝 硅 硫 钙 钛 铁 锆 铪 钍 含量(wt％) 39.63 1.21 26.69 0.90 2.22 0.60 0.44 19.40 0.57 8.34
除了所用负离子粉体不同外，实施例6-10的实施步骤同实施例1-5的相同。表7列出了在温度为23-25℃及相对湿度为60-62％的条件下，用离子测试仪(日本，EB-15)测得的由步骤(4)所得圆片状负离子硅酮弹性体复合材料表面的空气负离子浓度(连续十次测试结果的平均值)。
表7
实施例 6 7 8 9 10 负离子粉体含量(wt％) 0 0.5 1.0 2.0 4.0 8.0 空气负离子浓度 (负离子个数/cm3) 8 304 565 900 1436 1885
实施例11-15
实施例11-15所用的第三种从中国河北省灵寿县购得的负离子粉体的化学组成列于表8。
表8
化学元素 氧 硅 硫 钙 钛 铁 锆 铪 铯 含量(wt％) 46.09 34.26 1.15 2.22 0.28 0.43 12.95 0.54 2.08
除了所用负离子粉体不同外，实施例11-15的实施步骤同实施例1-5的相同。表9列出了在温度为23-25℃及相对湿度为60-62％的条件下，用离子测试仪(日本，EB-15)测得的由步骤(4)所得圆片状负离子硅酮弹性体复合材料表面的空气负离子浓度(连续十次测试结果的平均值)。
表9
实施例 11 12 13 14 15 负离子粉体含量(wt％) 0 0.5 1.0 2.0 4.0 8.0
实施例 11 12 13 14 15 空气负离子浓度 (负离子个数/cm3) 23 86 201 326 667 1230
本发明的负离子硅酮弹性体复合材料可用作制造保健产品及防伪产品。例如，可把这种复合材料配置于家庭用的水疗设备，以使在水疗过程中同时提供空气负离子，促进用者之健康。若用作制造防伪产品，厂商可把按实施例3，4，9，10或15所得的负离子硅酮弹性体复合材料制成商标标签，以离子测试仪(日本，EB-15)测试，其表面的空气负离子浓度读数均超过1,000，而非由负离子硅酮弹性体复合材料制成的商标标签，其表面的空气负离子浓度读数均远低于100，由此可以此分辨商品之真伪。