一種低溫熱塑性材料及其制備方法與流程

本發明涉及高分子材料領域，特別是涉及一種低溫熱塑性材料及其制備方法。

背景技術：

熱塑性材料具有良好的加工性能，能夠在一定溫度下軟化，形成各種形狀，具有作為模型材料的潛質。低溫熱塑性材料為一種高分子材料，在較低溫度下可軟化并塑成任意形狀，其具有以下特點：低溫下軟化，可塑性強，具有記憶功能，質量輕，具有一定的強度，易于粘接，可多次熱塑型，能夠重復使用。

基于低溫熱塑性材料的上述特性，其可用于制作手工模型，但目前的低溫熱塑性材料具有軟化塑型溫度高、制作模型時熔體粘黏等缺陷，導致制作手工模型時，易燙傷、易粘黏。如何制備一種軟化溫度低、無粘黏的低溫熱塑性材料，是用于制作手工模型的低溫熱塑性材料亟待解決的問題之一。

技術實現要素：

本發明主要解決的技術問題是提供一種低溫熱塑性材料及其制備方法，具有軟化塑型溫度低、無粘黏的特點。

為解決上述技術問題，本發明提供一種低溫熱塑性材料，低溫熱塑性材料按重量份計，包括組分：聚己內酯60-100份、增塑劑0-5份、防粘劑0.5-5份、無機填料0-40份、色母粒0-4份，其中，所述聚己內酯的分子量為20000-60000，熔點為30-45℃。

其中，低溫熱塑性材料按重量份計，包括組分：聚己內酯70-90份、增塑劑0-4份、防粘劑1-4份、無機填料0-30份、色母粒0-3份。

其中，低溫熱塑性材料按重量份計，包括組分：聚己內酯80份、增塑劑3份、防粘劑2份、無機填料20份、色母粒2份。

其中，防粘劑為端基為羥基或羧基的樹枝狀聚合物，平均分子量為6000-10000；色母粒的基材為聚己內酯。

其中，增塑劑包括以下一種或多種：乙酰檸檬酸三丁酯、環氧大豆油、聚乙二醇400、聚乙二醇2000；無機填料包括以下一種或多種：白炭黑、無水透明粉、滑石粉、納米硫酸鋇、納米碳酸鈣。

其中，低溫熱塑性材料的軟化塑型溫度為30-50℃。

為解決上述技術問題，本發明提供一種低溫熱塑性材料制備方法，包括以下步驟：將聚己內酯、增塑劑、防粘劑、無機填料、色母粒按比例進行混合，混合后的物料加入雙螺桿擠出機，進行混煉、擠出，混煉溫度為55-70℃；將雙螺桿擠出機擠出的料條進行冷卻；對冷卻后的料條進行切粒處理，低溫熱塑性材料制備完成；其中，聚己內酯、增塑劑、防粘劑、無機填料、色母粒的比例為：60-100份、0-5份、0.5-5份、0-40份、0-4份，聚己內酯的分子量為20000-60000，熔點為30-45℃。

其中，聚己內酯、增塑劑、防粘劑、無機填料、色母粒的比例為：80份、3份、2份、20份、2份。

其中，防粘劑為端基為羥基或羧基的樹枝狀聚合物，平均分子量為6000-10000；色母粒的基材為聚己內酯；增塑劑包括以下一種或多種：乙酰檸檬酸三丁酯、環氧大豆油、聚乙二醇400、聚乙二醇2000；無機填料包括以下一種或多種：白炭黑、無水透明粉、滑石粉、納米硫酸鋇、納米碳酸鈣。

其中，低溫熱塑性材料的軟化塑型溫度為30-50℃。

本發明的有益效果是：區別于現有技術的情況，本發明的低溫熱塑性材料按重量份計，包括組分：聚己內酯60-100份、增塑劑0-5份、防粘劑0.5-5份、無機填料0-40份、色母粒0-4份，其中，聚己內酯的分子量為20000-60000，熔點為30-45℃。通過上述組分，本發明低溫熱塑性材料具有軟化塑型溫度低、無粘黏的特點，軟化塑型溫度低可防止制作手工模型時被燙傷，無粘黏可防止低溫熱塑性材料粘黏在手或模具上。

具體實施方式

實施例1

將80份聚己內酯、3份乙酰檸檬酸三丁酯、2份防粘劑、20份白炭黑、2份色母粒進行混勻，混勻后的物料加入雙螺桿擠出機，進行混煉、擠出，將擠出的料條進行冰水浴冷卻，最后將冷卻后的料條進行切粒處理，完成低溫熱塑性材料的制備。其中，雙螺桿擠出機各段的溫度具體為：一區，20℃；二區，25℃；三區，35℃；四區，35℃；五區，45℃；六區，50℃；七區，60℃；八區，65℃；機頭溫度，60℃。

對于制備出的低溫熱塑性材料，將其置于39℃的水浴中進行軟化，進而可進行手工塑型，制備模型。

在本實施例中，聚己內酯的分子量為20000-60000，熔點為30-45℃；防粘劑為端基為羥基或羧基的樹枝狀聚合物，平均分子量為6000-10000；色母粒的基材為聚己內酯。

實施例2

將100份聚己內酯、3份乙酰檸檬酸三丁酯、2份防粘劑、4份色母粒進行混勻，混勻后的物料加入雙螺桿擠出機，進行混煉、擠出，將擠出的料條進行冰水浴冷卻，最后將冷卻后的料條進行切粒處理，完成低溫熱塑性材料的制備。其中，雙螺桿擠出機各段的溫度具體為：一區，20℃；二區，25℃；三區，35℃；四區，35℃；五區，45℃；六區，50℃；七區，60℃；八區，65℃；機頭溫度，60℃。

對于制備出的低溫熱塑性材料，將其置于39℃的水浴中進行軟化，進而可進行手工塑型，制備模型。

在本實施例中，聚己內酯的分子量為20000-60000，熔點為30-45℃；防粘劑為端基為羥基或羧基的樹枝狀聚合物，平均分子量為6000-10000；色母粒的基材為聚己內酯。

實施例3

將80份聚己內酯、4份乙酰檸檬酸三丁酯、1.5份防粘劑、20份納米硫酸鋇、3份色母粒進行混勻，混勻后的物料加入雙螺桿擠出機，進行混煉、擠出，將擠出的料條進行冰水浴冷卻，最后將冷卻后的料條進行切粒處理，完成低溫熱塑性材料的制備。其中，雙螺桿擠出機各段的溫度具體為：一區，20℃；二區，25℃；三區，35℃；四區，35℃；五區，45℃；六區，50℃；七區，60℃；八區，65℃；機頭溫度，60℃。

對于制備出的低溫熱塑性材料，將其置于38℃的水浴中進行軟化，進而可進行手工塑型，制備模型。

在本實施例中，聚己內酯的分子量為20000-60000，熔點為30-45℃；防粘劑為端基為羥基或羧基的樹枝狀聚合物，平均分子量為6000-10000；色母粒的基材為聚己內酯。

實施例4

將70份聚己內酯、5份乙酰檸檬酸三丁酯、2份防粘劑、30份滑石粉、3份色母粒進行混勻，混勻后的物料加入雙螺桿擠出機，進行混煉、擠出，將擠出的料條進行冰水浴冷卻，最后將冷卻后的料條進行切粒處理，完成低溫熱塑性材料的制備。其中，雙螺桿擠出機各段的溫度具體為：一區，20℃；二區，25℃；三區，35℃；四區，35℃；五區，45℃；六區，50℃；七區，60℃；八區，65℃；機頭溫度，60℃。

對于制備出的低溫熱塑性材料，將其置于38℃的水浴中進行軟化，進而可進行手工塑型，制備模型。

在本實施例中，聚己內酯的分子量為20000-60000，熔點為30-45℃；防粘劑為端基為羥基或羧基的樹枝狀聚合物，平均分子量為6000-10000；色母粒的基材為聚己內酯。

實施例5

將90份聚己內酯、3份乙酰檸檬酸三丁酯、1.5份防粘劑、10份納米碳酸鈣、4份色母粒進行混勻，混勻后的物料加入雙螺桿擠出機，進行混煉、擠出，將擠出的料條進行冰水浴冷卻，最后將冷卻后的料條進行切粒處理，完成低溫熱塑性材料的制備。其中，雙螺桿擠出機各段的溫度具體為：一區，20℃；二區，25℃；三區，35℃；四區，35℃；五區，45℃；六區，50℃；七區，60℃；八區，65℃；機頭溫度，60℃。

對于制備出的低溫熱塑性材料，將其置于37℃的水浴中進行軟化，進而可進行手工塑型，制備模型。

在本實施例中，聚己內酯的分子量為20000-60000，熔點為30-45℃；防粘劑為端基為羥基或羧基的樹枝狀聚合物，平均分子量為6000-10000；色母粒的基材為聚己內酯。

實施例6

將60份聚己內酯、3份乙酰檸檬酸三丁酯、0.5份環氧大豆油、1份防粘劑、40份滑石粉、4份色母粒進行混勻，混勻后的物料加入雙螺桿擠出機，進行混煉、擠出，將擠出的料條進行冰水浴冷卻，最后將冷卻后的料條進行切粒處理，完成低溫熱塑性材料的制備。其中，雙螺桿擠出機各段的溫度具體為：一區，20℃；二區，25℃；三區，35℃；四區，35℃；五區，45℃；六區，50℃；七區，60℃；八區，65℃；機頭溫度，60℃。

對于制備出的低溫熱塑性材料，將其置于37℃的水浴中進行軟化，進而可進行手工塑型，制備模型。

在本實施例中，聚己內酯的分子量為20000-60000，熔點為30-45℃；防粘劑為端基為羥基或羧基的樹枝狀聚合物，平均分子量為6000-10000；色母粒的基材為聚己內酯。

在其他實施例中，防粘劑由端基為羥基的樹枝狀聚合物和端基為羧基的樹枝狀聚合物組成，二者可按任意比例混合，優選比例為：按質量百分比計，端基為羥基的樹枝狀聚合物占20-40%，端基為羧基的樹枝狀聚合物占10-65%。

下面通過具體實驗來說明本發明低溫熱塑性材料的性能。

以實施例1、實施例2、實施例3、實施例4、實施例5、實施例6所制備的低溫熱塑性材料為實驗組、對比例所制備的低溫熱塑性材料為對照組，進行軟化塑型溫度、熔體粘黏性檢測。其中，對比例所制備的低溫熱塑性材料包括組分：聚己內酯、聚乙二醇400、滑石粉、色母粒，各組分重量份的取值范圍與本發明不同。實驗結果如表1所示，其中，粘黏性包括粘性和脫模性，實施例1、實施例2、實施例3、實施例4、實施例5、實施例6分別以1、2、3、4、5、6表示。

表1 低溫熱塑性材料性能檢測

從表1可以看出，實驗組的材料性能優于對照組的材料性能，實驗組材料在塑型時，可實現無燙傷、不粘手、易脫模。

以實施例1、實施例2、實施例3、實施例4、實施例5、實施例6所制備的低溫熱塑性材料為實驗組、對比例所制備的低溫熱塑性材料為對照組，進行熔體粘黏性檢測。其中，對比例所制備的低溫熱塑性材料包括組分：聚己內酯、聚乙二醇400、滑石粉、色母粒，各組分重量份的取值范圍與本發明不同。檢測方式具體為：將實驗組和對照組的材料進行軟化，軟化后的各材料分別放入冰格模具，即實施例1、實施例2、實施例3、實施例4、實施例5、實施例6、對比例各放入1個冰格模具，冰格模具為10格×10格模具，表面具有一定的粗糙度，塑型后，將材料取出。

檢測結果：對于實驗組，600個方格內均未粘黏低溫熱塑性材料，對于對照組，100個方格內均有低溫熱塑性材料的粘黏。上述結果可以看出，實驗組的材料性能優于對照組的材料性能，表現為制作模型時無粘黏。

以本發明其他實施例制備的低溫熱塑性材料為實驗組、對比例所制備的低溫熱塑性材料為對照組，進行軟化塑型溫度、熔體粘黏性檢測。其中，實驗組低溫熱塑性材料的組分與本發明實施例1相同，但防粘劑由端基為羥基的樹枝狀聚合物和端基為羧基的樹枝狀聚合物組成，二者的重量份分別為40%、60%。其中，對比例所制備的低溫熱塑性材料包括組分：聚己內酯、聚乙二醇400、滑石粉、色母粒，各組分重量份的取值范圍與本發明不同。實驗結果如表2所示，其中，粘黏性包括粘性和脫模性。

表2 低溫熱塑性材料性能檢測

從表2可以看出，實驗組的材料性能優于對照組的材料性能，實驗組材料在塑型時，可實現無燙傷、不粘手、易脫模。

以本發明其他實施例制備的低溫熱塑性材料為實驗組、對比例所制備的低溫熱塑性材料為對照組，進行熔體粘黏性檢測。其中，實驗組低溫熱塑性材料的組分與本發明實施例1相同，但防粘劑由端基為羥基的樹枝狀聚合物和端基為羧基的樹枝狀聚合物組成，二者的重量份分別為40%、60%。其中，對比例所制備的低溫熱塑性材料包括組分：聚己內酯、聚乙二醇400、滑石粉、色母粒，各組分重量份的取值范圍與本發明不同。檢測方式具體為：將實驗組和對照組的材料進行軟化，軟化后的各材料分別放入冰格模具，冰格模具為10格×10格模具，表面具有一定的粗糙度，塑型后，將材料取出。

檢測結果：對于實驗組，100個方格內均未粘黏低溫熱塑性材料，對于對照組，100個方格內均有低溫熱塑性材料的粘黏。上述結果可以看出，實驗組的材料性能優于對照組的材料性能，表現為制作模型時無粘黏。

在本發明中，制備低溫熱塑性材料時，混煉時間為10-15min。

綜上所述，本發明低溫熱塑性材料具有以下優點：軟化溫度較低，為30-50℃，使得手工捏制塑型時不會造成燙傷；塑型不滿意時，可再次加熱軟化重復塑型，方便模型修整；以端基為羥基或羧基的樹枝狀聚合物作為防粘劑，降低熔體強度，改善聚己內酯熔體的黏結性，使塑型時不粘手，易脫模。

本發明低溫熱塑性材料用于手工模型制品，可手工捏制成任意所需的形狀或者將熔體置于模具中獲得模型制品，具體地，用于手工制作具有不規則結構的兒童手工玩具模型、教學模型、醫用模型、航空模型、軍事模型、汽車模型及3D打印模型等。

本發明低溫熱塑性材料中的聚己內酯為一種半結晶型聚合物，具有以下特點：玻璃化轉變溫度為-60℃，熔點低，具有良好的柔韌性和加工性能；在較低溫度的熱水中即可熔融軟化并隨意拉伸塑型；環保無毒，可直接接觸皮膚，無過敏反應；具有較好的形狀記憶功能，可二次軟化，重新塑型，提高容錯率；質量輕、強度高，具有良好的韌性，可精確加工出具有彎曲、折疊等復雜結構的制品。

以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。