一种高抗冲击聚合物的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高抗冲击聚合物的制备方法，其特征在于，包括：将一定量的纳米电气石粉与纳米纤维素胶体、盐酸混合，形成电气石胶体；将一定量的硅烷偶联剂与羟基硅油、催化剂混合，形成硅基分散液；将一定量的电气石胶体、硅基分散液、增塑剂混合，形成预混高聚物；将预混高聚物放入发泡模具中密封，采用超临界流体微发泡技术制成高抗冲击聚合物。与现有同类产品相比，本发明专利技术采用新材料，所制备的产品具有抗冲击强度高、保健性能好等特点，适用于制作人体防护材料。

Preparation of a High Impact Resistant Polymer

【技术实现步骤摘要】
一种高抗冲击聚合物的制备方法
本专利技术涉及一种高抗冲击聚合物的制备方法，特别适用于制作人体防护材料，属于新材料领域。
技术介绍
人体在运动中难免会受到碰撞、摩擦等伤害，特别是如骑行、轮滑、冰雪竞赛等运动，须佩戴专用护具装备以增强保护。目前市场上的插片式护具主要有头盔、护膝护肘、护腰、护踝等，大多采用EVA、XPE、合成橡胶等发泡材料制成，虽然能够在一定程度上缓解对人体的伤害，但也存在硬质、抗冲击强度差、适体性差等问题。近年来，国际上出现了剪切增稠高聚物，该产品在受到外力作用时会产生抗冲击强度，且外力速度越快、所产生的抗冲击强度越高，是开发人体护具的理想材料。剪切增稠高聚物主要由分散介质和分散相组成，其中常用的分散介质主要有聚乙二醇等；常用的分散相主要有二氧化硅颗粒、聚氯乙烯颗粒、聚甲基两稀酸甲酯颗粒、碳纳米纤维、二氧化钛颗粒等，其中二氧化硅最为常用。公开号为CN102926211A、CN104327795A的专利技术专利，公开了采用纳米二氧化硅、纳米蒙脱土等无机粒子为分散相制备剪切增稠高聚物的方法。电气石粉是把电气石原矿去杂后经机械粉碎得到的粉体，含有对人体有益的B、F、Sr、Li等元素，具有较高的负离子产生量和远红外发射率，且能够防电磁辐射，是一种理想的保健材料。公开号为CN101982205A的专利技术专利公开了一种电气石保健品的制作方法及其应用，具体为将电气石粉碎后融入硅胶中制成片材，再将片材固定在织物垫内，并通过电发热装置对整个片材进行加热，从而促使片材中的电气石颗粒释放能量，形成保健功效。电气石粉与二氧化硅均属于无机材料，以电气石粉为分散相开发人体护具材料，在对人体起到防护作用的同时，还兼具保健、防电磁辐射等功能性，具有较好的应用空间。但电气石为一种复杂的硅酸盐，化学式为Na(Mg,Fe,Mn,Li,Al)3Al6[Si6O18][BO3]3(OH,F)4，而二氧化硅化学式为SiO2，两者的化学成分不同，且电气石粉的硬度高、密度大，因而现有的以二氧化硅为分散相的剪切增稠高聚物制备方法，并不适用于电气石粉，急需开发新的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高抗冲击聚合物的制备方法，以纳米电气石粉代替纳米二氧化硅，解决现有制备方法无法适用于纳米电气石粉的问题，开发一种兼具保健功能的高抗冲击聚合物。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种高抗冲击聚合物的制备方法，其特征在于，包括：将纳米电气石粉、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土粉以及纳米云母粉中的至少一种与纳米纤维素胶体和盐酸混合，形成电气石胶体；将硅烷偶联剂与羟基硅油和催化剂混合，形成硅基分散液；将电气石胶体、硅基分散液和增塑剂混合，形成预混高聚物，将预混高聚物采用超临界流体微发泡技术制成高抗冲击聚合物。优选地，所述的纳米电气石粉、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土粉和纳米云母粉的规格为12500-20000目。优选地，所述的纳米纤维素胶体中，纳米纤维素的长度为80～150nm，直径为3～8nm；纳米纤维素的质量比为1.8wt％-2.2wt％。优选地，所述的盐酸浓度为10％-30％。优选地，所述的电气石胶体的制备方法为：将质量比为40wt％-45wt％的纳米电气石粉，质量比为47wt％-55wt％的纳米纤维素胶体，质量比为5wt％-8wt％的盐酸混合后，在室温下采用高速分散机，以12000～16000rpm转速分散20～30min，形成电气石胶体。优选地，所述的催化剂为锡质量比为18wt％-19wt％的聚氨酯有机锡催化剂。优选地，所述的硅基分散液的制备方法为：将质量比为10wt％-20wt％的硅烷偶联剂，质量比为75wt％-88wt％的羟基硅油，质量比为2wt％-5wt％的催化剂混合后，在室温-60℃下采用高速分散机，以12000～16000rpm转速分散10～20min，形成硅基分散液。优选地，所述的预混高聚物的制备方法为：将质量比分别为28wt％-40wt％的电气石胶体、55wt％-70wt％的硅基分散液、2wt％-5wt％的增塑剂混合，在室温-60℃下采用高速分散机，以12000～16000rpm转速分散20～30min，形成预混高聚物。优选地，所述的超临界流体微发泡技术包括：将预混高聚物放入发泡模具中并密封模具，在发泡模具中充入超临界流体，模具升温至100-110℃，升温速率为10-20℃/min；加压2-3MPa，加压速率为0.2-0.5MPa/min；达到预定温度和压力后静置10-30min，再迅速将温度降低到室温，降温速率为20-30℃/min，同时瞬间释放模具内的压力，预混高聚物迅速膨胀，待其充满模具空间后，即刻打开模具使其继续膨胀，直至体积稳定，形成高抗冲击聚合物。更优选地，所述的发泡模具与预混高聚物的体积比为2:1-10:1。更优选地，所述的超临界流体为超临界CO2。优选地，所述的高抗冲击聚合物的密度为30-80kg/m3，落球冲击强度为15-20kN，红外发射率为88％-92％。优选地，所述的纳米纤维素胶体的制备方法包括：采用农作物秸秆为原料，经碱性溶剂体系处理，再进行机械粉碎得到秸秆纤维粉末；将秸秆纤维粉末置于TEMPO氧化体系中进行处理，得到秸秆纤维粉末悬浮液，然后再进行离心处理、分散处理得到纳米纤维素胶体。所述的农作物秸秆为植物性农作物废弃物，优选为水稻秸秆、小麦秸秆等等。更优选地，所述的碱性溶剂体系为含有NaOH和Na2SO3的水溶液，NaOH浓度为15～25g/L、Na2SO3浓度为10～20g/L，处理时间为1～3h、温度为100～120℃，浴比为1:10～1:20。更优选地，所述第一步中的机械粉碎为将经碱性溶剂体系处理后得到的秸秆纤维采用粉碎机粉碎，过40-60目筛，得到秸秆纤维粉末。更优选地，所述的TEMPO氧化体系的配比为TEMPO浓度为0.01～0.02g/L，NaClO浓度为100～200g/L，NaBr浓度为0.1～0.2g/L，处理方法为：将秸秆纤维粉末置于TEMPO氧化体系中，浴比为1:30～1:50，在2～6℃条件下以500～1000rpm转速搅拌4～10h，得到秸秆纤维粉末悬浮液。更优选地，所述的离心处理为：将秸秆纤维粉末悬浮液置于高速离心机中，以5000～8000rpm转速离心5～10min，去除上层清液并加蒸馏水，重复进行上述步骤直至悬浮液pH值至中性，得到秸秆纤维沉淀物。更优选地，所述的分散处理为：将秸秆纤维沉淀物在2～6℃温度下采用高速分散机，以12000～16000rpm转速分散5～10min，得到纳米纤维素胶体。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术利用纳米电气石粉与纳米纤维素胶体混合物作为分散相、硅烷偶联剂与羧基硅油为分散介质，开发了一种具有剪切增稠效应的预混高聚物，并利用超临界流体微发泡技术制成高抗冲击聚合物。纳米电气石粉具有较好的保健功能，其与纳米纤维素胶体混合，并加入盐酸作为助剂，可以提高纳米电气石粉的均匀分散性及其与分散介质的结合牢固性；以硅烷偶联剂与羟基硅油混合作为分散介质，可提高产品的抗冲击性和耐高低温性。本专利技术采用具有保健功能的纳米电气石粉代替纳米二氧化硅，并以硅烷偶联剂与羟基硅油混合作为分散介质，与现有同类产品相比，本专利技术采用新材料，所制备的产品具有抗冲击强度高、保健性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高抗冲击聚合物的制备方法，其特征在于，包括：将纳米电气石粉、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土粉以及纳米云母粉中的至少一种与纳米纤维素胶体和盐酸混合，形成电气石胶体；将硅烷偶联剂与羟基硅油和催化剂混合，形成硅基分散液；将电气石胶体、硅基分散液和增塑剂混合，形成预混高聚物，将预混高聚物采用超临界流体微发泡技术制成高抗冲击聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种高抗冲击聚合物的制备方法，其特征在于，包括：将纳米电气石粉、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土粉以及纳米云母粉中的至少一种与纳米纤维素胶体和盐酸混合，形成电气石胶体；将硅烷偶联剂与羟基硅油和催化剂混合，形成硅基分散液；将电气石胶体、硅基分散液和增塑剂混合，形成预混高聚物，将预混高聚物采用超临界流体微发泡技术制成高抗冲击聚合物。2.如权利要求1所述的高抗冲击聚合物的制备方法，其特征在于，所述的纳米电气石粉、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土粉和纳米云母粉的规格为12500-20000目。3.如权利要求1所述的高抗冲击聚合物的制备方法，其特征在于，所述的纳米纤维素胶体中，纳米纤维素的长度为80～150nm，直径为3～8nm；纳米纤维素的质量比为1.8wt％-2.2wt％。4.如权利要求1所述的高抗冲击聚合物的制备方法，其特征在于，所述的电气石胶体的制备方法为：将质量比为40wt％-45wt％的纳米电气石粉，质量比为47wt％-55wt％的纳米纤维素胶体，质量比为5wt％-8wt％的盐酸混合后，在室温下采用高速分散机，以12000～16000rpm转速分散20～30min，形成电气石胶体。5.如权利要求1所述的高抗冲击聚合物的制备方法，其特征在于，所述的硅基分散液的制备方法为：将质量比为10wt％-20wt％的硅烷偶联剂，质量比为75wt％-88wt％的羟基硅油，质量比为2wt％-5wt％的催化剂混合后，在室温-60℃下采用高速分散机，以12000～16000rpm转速分散10～20min，形成硅基分散液。6.如权利要求1所述的高抗冲击聚合物的制备方法，其特征在于，所述的预混高聚物的制备方法为：将质量比分别为28wt％-40wt％的电气石胶体、55wt％-70wt％的硅基分散液、2wt％-5wt％的增塑剂混合，在室温-60℃下采用高速分散机，以12000～16000rpm转速分散20～30min，形成预混高聚物。7.如权利要求1所述的高抗冲击聚合物的制备方法，其特征在于，所述的超临界流体微发泡技术包括：将预混高聚物放入发泡模具中并密封模具，在发泡模具中充入超临界流体，模具升温至...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽芳，蔡正波，赖瑞，
申请(专利权)人：福洹体育用品苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32