一种低温热塑性材料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子材料领域，特别是涉及一种低温热塑性材料及其制备方法。

背景技术：

热塑性材料具有良好的加工性能，能够在一定温度下软化，形成各种形状，具有作为模型材料的潜质。低温热塑性材料为一种高分子材料，在较低温度下可软化并塑成任意形状，其具有以下特点：低温下软化，可塑性强，具有记忆功能，质量轻，具有一定的强度，易于粘接，可多次热塑型，能够重复使用。

基于低温热塑性材料的上述特性，其可用于制作手工模型，但目前的低温热塑性材料具有软化塑型温度高、制作模型时熔体粘黏等缺陷，导致制作手工模型时，易烫伤、易粘黏。如何制备一种软化温度低、无粘黏的低温热塑性材料，是用于制作手工模型的低温热塑性材料亟待解决的问题之一。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种低温热塑性材料及其制备方法，具有软化塑型温度低、无粘黏的特点。

为解决上述技术问题，本发明提供一种低温热塑性材料，低温热塑性材料按重量份计，包括组分：聚己内酯60-100份、增塑剂0-5份、防粘剂0.5-5份、无机填料0-40份、色母粒0-4份，其中，所述聚己内酯的分子量为20000-60000，熔点为30-45℃。

其中，低温热塑性材料按重量份计，包括组分：聚己内酯70-90份、增塑剂0-4份、防粘剂1-4份、无机填料0-30份、色母粒0-3份。

其中，低温热塑性材料按重量份计，包括组分：聚己内酯80份、增塑剂3份、防粘剂2份、无机填料20份、色母粒2份。

其中，防粘剂为端基为羟基或羧基的树枝状聚合物，平均分子量为6000-10000；色母粒的基材为聚己内酯。

其中，增塑剂包括以下一种或多种：乙酰柠檬酸三丁酯、环氧大豆油、聚乙二醇400、聚乙二醇2000；无机填料包括以下一种或多种：白炭黑、无水透明粉、滑石粉、纳米硫酸钡、纳米碳酸钙。

其中，低温热塑性材料的软化塑型温度为30-50℃。

为解决上述技术问题，本发明提供一种低温热塑性材料制备方法，包括以下步骤：将聚己内酯、增塑剂、防粘剂、无机填料、色母粒按比例进行混合，混合后的物料加入双螺杆挤出机，进行混炼、挤出，混炼温度为55-70℃；将双螺杆挤出机挤出的料条进行冷却；对冷却后的料条进行切粒处理，低温热塑性材料制备完成；其中，聚己内酯、增塑剂、防粘剂、无机填料、色母粒的比例为：60-100份、0-5份、0.5-5份、0-40份、0-4份，聚己内酯的分子量为20000-60000，熔点为30-45℃。

其中，聚己内酯、增塑剂、防粘剂、无机填料、色母粒的比例为：80份、3份、2份、20份、2份。

其中，防粘剂为端基为羟基或羧基的树枝状聚合物，平均分子量为6000-10000；色母粒的基材为聚己内酯；增塑剂包括以下一种或多种：乙酰柠檬酸三丁酯、环氧大豆油、聚乙二醇400、聚乙二醇2000；无机填料包括以下一种或多种：白炭黑、无水透明粉、滑石粉、纳米硫酸钡、纳米碳酸钙。

其中，低温热塑性材料的软化塑型温度为30-50℃。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的低温热塑性材料按重量份计，包括组分：聚己内酯60-100份、增塑剂0-5份、防粘剂0.5-5份、无机填料0-40份、色母粒0-4份，其中，聚己内酯的分子量为20000-60000，熔点为30-45℃。通过上述组分，本发明低温热塑性材料具有软化塑型温度低、无粘黏的特点，软化塑型温度低可防止制作手工模型时被烫伤，无粘黏可防止低温热塑性材料粘黏在手或模具上。

具体实施方式

实施例1

将80份聚己内酯、3份乙酰柠檬酸三丁酯、2份防粘剂、20份白炭黑、2份色母粒进行混匀，混匀后的物料加入双螺杆挤出机，进行混炼、挤出，将挤出的料条进行冰水浴冷却，最后将冷却后的料条进行切粒处理，完成低温热塑性材料的制备。其中，双螺杆挤出机各段的温度具体为：一区，20℃；二区，25℃；三区，35℃；四区，35℃；五区，45℃；六区，50℃；七区，60℃；八区，65℃；机头温度，60℃。

对于制备出的低温热塑性材料，将其置于39℃的水浴中进行软化，进而可进行手工塑型，制备模型。

在本实施例中，聚己内酯的分子量为20000-60000，熔点为30-45℃；防粘剂为端基为羟基或羧基的树枝状聚合物，平均分子量为6000-10000；色母粒的基材为聚己内酯。

实施例2

将100份聚己内酯、3份乙酰柠檬酸三丁酯、2份防粘剂、4份色母粒进行混匀，混匀后的物料加入双螺杆挤出机，进行混炼、挤出，将挤出的料条进行冰水浴冷却，最后将冷却后的料条进行切粒处理，完成低温热塑性材料的制备。其中，双螺杆挤出机各段的温度具体为：一区，20℃；二区，25℃；三区，35℃；四区，35℃；五区，45℃；六区，50℃；七区，60℃；八区，65℃；机头温度，60℃。

对于制备出的低温热塑性材料，将其置于39℃的水浴中进行软化，进而可进行手工塑型，制备模型。

在本实施例中，聚己内酯的分子量为20000-60000，熔点为30-45℃；防粘剂为端基为羟基或羧基的树枝状聚合物，平均分子量为6000-10000；色母粒的基材为聚己内酯。

实施例3

将80份聚己内酯、4份乙酰柠檬酸三丁酯、1.5份防粘剂、20份纳米硫酸钡、3份色母粒进行混匀，混匀后的物料加入双螺杆挤出机，进行混炼、挤出，将挤出的料条进行冰水浴冷却，最后将冷却后的料条进行切粒处理，完成低温热塑性材料的制备。其中，双螺杆挤出机各段的温度具体为：一区，20℃；二区，25℃；三区，35℃；四区，35℃；五区，45℃；六区，50℃；七区，60℃；八区，65℃；机头温度，60℃。

对于制备出的低温热塑性材料，将其置于38℃的水浴中进行软化，进而可进行手工塑型，制备模型。

在本实施例中，聚己内酯的分子量为20000-60000，熔点为30-45℃；防粘剂为端基为羟基或羧基的树枝状聚合物，平均分子量为6000-10000；色母粒的基材为聚己内酯。

实施例4

将70份聚己内酯、5份乙酰柠檬酸三丁酯、2份防粘剂、30份滑石粉、3份色母粒进行混匀，混匀后的物料加入双螺杆挤出机，进行混炼、挤出，将挤出的料条进行冰水浴冷却，最后将冷却后的料条进行切粒处理，完成低温热塑性材料的制备。其中，双螺杆挤出机各段的温度具体为：一区，20℃；二区，25℃；三区，35℃；四区，35℃；五区，45℃；六区，50℃；七区，60℃；八区，65℃；机头温度，60℃。

对于制备出的低温热塑性材料，将其置于38℃的水浴中进行软化，进而可进行手工塑型，制备模型。

在本实施例中，聚己内酯的分子量为20000-60000，熔点为30-45℃；防粘剂为端基为羟基或羧基的树枝状聚合物，平均分子量为6000-10000；色母粒的基材为聚己内酯。

实施例5

将90份聚己内酯、3份乙酰柠檬酸三丁酯、1.5份防粘剂、10份纳米碳酸钙、4份色母粒进行混匀，混匀后的物料加入双螺杆挤出机，进行混炼、挤出，将挤出的料条进行冰水浴冷却，最后将冷却后的料条进行切粒处理，完成低温热塑性材料的制备。其中，双螺杆挤出机各段的温度具体为：一区，20℃；二区，25℃；三区，35℃；四区，35℃；五区，45℃；六区，50℃；七区，60℃；八区，65℃；机头温度，60℃。

对于制备出的低温热塑性材料，将其置于37℃的水浴中进行软化，进而可进行手工塑型，制备模型。

在本实施例中，聚己内酯的分子量为20000-60000，熔点为30-45℃；防粘剂为端基为羟基或羧基的树枝状聚合物，平均分子量为6000-10000；色母粒的基材为聚己内酯。

实施例6

将60份聚己内酯、3份乙酰柠檬酸三丁酯、0.5份环氧大豆油、1份防粘剂、40份滑石粉、4份色母粒进行混匀，混匀后的物料加入双螺杆挤出机，进行混炼、挤出，将挤出的料条进行冰水浴冷却，最后将冷却后的料条进行切粒处理，完成低温热塑性材料的制备。其中，双螺杆挤出机各段的温度具体为：一区，20℃；二区，25℃；三区，35℃；四区，35℃；五区，45℃；六区，50℃；七区，60℃；八区，65℃；机头温度，60℃。

对于制备出的低温热塑性材料，将其置于37℃的水浴中进行软化，进而可进行手工塑型，制备模型。

在本实施例中，聚己内酯的分子量为20000-60000，熔点为30-45℃；防粘剂为端基为羟基或羧基的树枝状聚合物，平均分子量为6000-10000；色母粒的基材为聚己内酯。

在其他实施例中，防粘剂由端基为羟基的树枝状聚合物和端基为羧基的树枝状聚合物组成，二者可按任意比例混合，优选比例为：按质量百分比计，端基为羟基的树枝状聚合物占20-40%，端基为羧基的树枝状聚合物占10-65%。

下面通过具体实验来说明本发明低温热塑性材料的性能。

以实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6所制备的低温热塑性材料为实验组、对比例所制备的低温热塑性材料为对照组，进行软化塑型温度、熔体粘黏性检测。其中，对比例所制备的低温热塑性材料包括组分：聚己内酯、聚乙二醇400、滑石粉、色母粒，各组分重量份的取值范围与本发明不同。实验结果如表1所示，其中，粘黏性包括粘性和脱模性，实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6分别以1、2、3、4、5、6表示。

表1 低温热塑性材料性能检测

从表1可以看出，实验组的材料性能优于对照组的材料性能，实验组材料在塑型时，可实现无烫伤、不粘手、易脱模。

以实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6所制备的低温热塑性材料为实验组、对比例所制备的低温热塑性材料为对照组，进行熔体粘黏性检测。其中，对比例所制备的低温热塑性材料包括组分：聚己内酯、聚乙二醇400、滑石粉、色母粒，各组分重量份的取值范围与本发明不同。检测方式具体为：将实验组和对照组的材料进行软化，软化后的各材料分别放入冰格模具，即实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、对比例各放入1个冰格模具，冰格模具为10格×10格模具，表面具有一定的粗糙度，塑型后，将材料取出。

检测结果：对于实验组，600个方格内均未粘黏低温热塑性材料，对于对照组，100个方格内均有低温热塑性材料的粘黏。上述结果可以看出，实验组的材料性能优于对照组的材料性能，表现为制作模型时无粘黏。

以本发明其他实施例制备的低温热塑性材料为实验组、对比例所制备的低温热塑性材料为对照组，进行软化塑型温度、熔体粘黏性检测。其中，实验组低温热塑性材料的组分与本发明实施例1相同，但防粘剂由端基为羟基的树枝状聚合物和端基为羧基的树枝状聚合物组成，二者的重量份分别为40%、60%。其中，对比例所制备的低温热塑性材料包括组分：聚己内酯、聚乙二醇400、滑石粉、色母粒，各组分重量份的取值范围与本发明不同。实验结果如表2所示，其中，粘黏性包括粘性和脱模性。

表2 低温热塑性材料性能检测

从表2可以看出，实验组的材料性能优于对照组的材料性能，实验组材料在塑型时，可实现无烫伤、不粘手、易脱模。

以本发明其他实施例制备的低温热塑性材料为实验组、对比例所制备的低温热塑性材料为对照组，进行熔体粘黏性检测。其中，实验组低温热塑性材料的组分与本发明实施例1相同，但防粘剂由端基为羟基的树枝状聚合物和端基为羧基的树枝状聚合物组成，二者的重量份分别为40%、60%。其中，对比例所制备的低温热塑性材料包括组分：聚己内酯、聚乙二醇400、滑石粉、色母粒，各组分重量份的取值范围与本发明不同。检测方式具体为：将实验组和对照组的材料进行软化，软化后的各材料分别放入冰格模具，冰格模具为10格×10格模具，表面具有一定的粗糙度，塑型后，将材料取出。

检测结果：对于实验组，100个方格内均未粘黏低温热塑性材料，对于对照组，100个方格内均有低温热塑性材料的粘黏。上述结果可以看出，实验组的材料性能优于对照组的材料性能，表现为制作模型时无粘黏。

在本发明中，制备低温热塑性材料时，混炼时间为10-15min。

综上所述，本发明低温热塑性材料具有以下优点：软化温度较低，为30-50℃，使得手工捏制塑型时不会造成烫伤；塑型不满意时，可再次加热软化重复塑型，方便模型修整；以端基为羟基或羧基的树枝状聚合物作为防粘剂，降低熔体强度，改善聚己内酯熔体的黏结性，使塑型时不粘手，易脱模。

本发明低温热塑性材料用于手工模型制品，可手工捏制成任意所需的形状或者将熔体置于模具中获得模型制品，具体地，用于手工制作具有不规则结构的儿童手工玩具模型、教学模型、医用模型、航空模型、军事模型、汽车模型及3D打印模型等。

本发明低温热塑性材料中的聚己内酯为一种半结晶型聚合物，具有以下特点：玻璃化转变温度为-60℃，熔点低，具有良好的柔韧性和加工性能；在较低温度的热水中即可熔融软化并随意拉伸塑型；环保无毒，可直接接触皮肤，无过敏反应；具有较好的形状记忆功能，可二次软化，重新塑型，提高容错率；质量轻、强度高，具有良好的韧性，可精确加工出具有弯曲、折叠等复杂结构的制品。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。