CN109266020B - 一种彩色塑料蜡笔材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种彩色塑料蜡笔材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种彩色塑料蜡笔材料及其制备方法和应用，其原料包括石蜡、硬脂酸、颜料、填料、聚丙烯、聚苯乙烯、第一热塑性弹性体、与第一热塑性弹性体不同的第二热塑性弹性体，以及颜料分散剂；第一热塑性弹性体为热塑性聚氨酯弹性体橡胶；制备方法：按配方称取各原料，混合，熔融，混匀，冷却，即制成；以及由上述蜡笔材料制成的彩色塑料蜡笔；本发明的蜡笔材料及其制成的蜡笔能够实现高抗折断、耐高温性能优异，且上色性好，书写流畅。

Description

一种彩色塑料蜡笔材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于文具用品领域，具体涉及一种彩色塑料蜡笔材料及其制备方法和应用。
背景技术
蜡笔作为一种绘画工具目前已被广泛使用，可有数十种颜色，蜡笔没有渗透性，是靠附着力固定在画面上，不适宜用过于光滑的纸、板，亦不能通过色彩的反复叠加求得复合色。它是儿童学习色彩画的理想工具，一些画家也用它进行写生和色彩记录。而目前普通蜡笔材料是由石蜡和色粉混合而成的，由于受到石蜡蜡笔的软化点较低，导致普通蜡笔的质地较软，伴有粘手感，使用时容易折断，并且伴有很多碎屑，绘画时不流畅，着色较差，且制备蜡笔材料时，须经过很多制备工序，该过程相当的复杂而且制作成本很高。
基于上述问题，本领域的技术人员提出了一种掺杂有聚乙烯的蜡笔材料，其实现了蜡笔材料强度的提升，例如中国发明专利CN101993636A，其公开了一种蜡笔及其制作方法，其原料包括石蜡、乙烯聚合物、硬脂酸和色料，且所述石蜡、乙烯聚合物、硬脂酸和色料的重量之和占所述原料总重量的90％～100％，以石蜡、乙烯聚合物、硬脂酸和色料总重量百分比计，石蜡占70～80％，乙烯聚合物占1～10％，硬脂酸占1～10％，色料1～10％；蜡笔的制作方法，按下述步骤进行：①、制造合成蜡：在80～110℃温度条件下，将石蜡、乙烯聚合物和硬脂酸三者组成的混合物熔化，再将熔化的混合物搅拌均匀制得混合蜡浆，然后冷却，制得合成蜡；②、制造色浆：将粉状色料与填料在矿物油中混合均匀并研磨，制得色浆；③、制造蜡笔：将步骤①制得的合成蜡和步骤②制得的色浆按照设定比例混合，并在80～110℃温度条件下将所述合成蜡和色浆的混合物完全熔化并搅拌均匀制成蜡笔浆，将蜡笔浆浇入模具，然后冷却成型，制得蜡笔。此专利虽然在一定程度上实现了蜡笔材料的抗折断性以及上色性，但是仍稍显不足，难以满足日渐高标准的要求，同时在耐高温性能方面还有待进一步提高，而且其制备方法较为繁琐，不利于大规模工业化的生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中一种或多种不足，提供了一种改进的彩色塑料蜡笔材料，其制成的蜡笔能够实现高抗折断、耐高温性能优异，且上色性好，书写流畅。
本发明还提供了一种彩色塑料蜡笔材料的制备方法。
本发明还提供了一种彩色塑料蜡笔。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：
一种彩色塑料蜡笔材料，其原料包括石蜡、硬脂酸、颜料、填料，所述原料还包括聚丙烯、聚苯乙烯、第一热塑性弹性体、与所述第一热塑性弹性体不同的第二热塑性弹性体，以及颜料分散剂；其中所述第一热塑性弹性体为热塑性聚氨酯弹性体橡胶，所述聚丙烯、所述聚苯乙烯、所述热塑性聚氨酯弹性体橡胶和所述第二热塑性弹性体的投料质量比为0.4-10︰0.2-5︰0.2-5︰1。
根据本发明的一些优选方面，所述聚丙烯、所述聚苯乙烯、所述热塑性聚氨酯弹性体橡胶和所述第二热塑性弹性体的投料质量比为0.4-7︰0.2-3︰0.2-3︰1。更优选地，所述聚丙烯、所述聚苯乙烯、所述热塑性聚氨酯弹性体橡胶和所述第二热塑性弹性体的投料质量比为0.4-7︰0.2-1︰0.2-1︰1。
根据本发明，所述石蜡为选自半精炼石蜡、全精炼石蜡、微晶石蜡、液体石蜡和聚乙烯蜡中的一种或多种的组合，均可通过商购获得。
根据本发明，所述的硬脂酸优选为工业一级品，含量为95-100％，可通过商购获得。
根据本发明的一些优选方面，所述石蜡、所述硬脂酸与所述聚丙烯、所述聚苯乙烯、所述热塑性聚氨酯弹性体橡胶和所述第二热塑性弹性体四者的总投料量之比为1.6-6︰0.2-2︰1。
根据本发明的一些优选方面，所述第二热塑性弹性体为美国杜邦TPE 7246热塑性弹性体。
根据本发明的一些优选方面，所述聚丙烯的平均分子量为80000-100000。
根据本发明的一些优选方面，所述聚苯乙烯的平均分子量为20000-40000。
根据本发明的一些优选方面，所述热塑性聚氨酯弹性体橡胶以ASTM D1238标准在190℃条件下按照测试载荷为2.16Kg时测定的熔融指数为5～10g/10min。
根据本发明的一些优选方面，第二热塑性弹性体以ASTM D1238标准在190℃条件下按照测试载荷为2.16Kg时测定的熔融指数为5～10g/10min。
根据本发明的一些优选方面，以质量份数计，所述原料中，所述石蜡30-60份、所述硬脂酸5-10份、所述聚丙烯2-10份、所述聚苯乙烯1-5份、所述热塑性聚氨酯弹性体橡胶1-5份、所述第二热塑性弹性体1-5份、所述填料20-40份、所述颜料3-10份和所述颜料分散剂1-5份。
根据本发明的一些优选方面，所述原料还包括0.5-2份的助剂，所述助剂为选自润滑剂、增稠剂和香料中的一种或多种的组合。
根据本发明的一些优选且具体的方面，所述润滑剂包括脂肪酸酰胺、油酸的一种或多种的组合。
根据本发明的一些优选且具体的方面，所述增稠剂包括有机膨润土、甲基纤维素、淀粉的一种或多种的组合。
根据本发明的一些优选且具体的方面，所述香料包括樟脑香、花香、柑橘香、木香的一种或多种的组合。
根据本发明的一些具体方面，所述颜料为选自炭黑、耐晒黄、永固黄、氧化铁黄、联苯胺黄G、酒石黄、永固橙、氧化铁红、永固红、立索红、棕土、黄土、永固紫、群青、钻蓝、酞青蓝、酞青绿、二氧化钛和锦白中的一种或多种组合。
根据本发明的一些优选方面，所述填料为选自滑石粉、轻钙、重钙、硅酸铝、氢氧化铝、和高岭土中的一种或多种组合。
根据本发明的一些优选方面，所述颜料分散剂为选自乙撑双硬脂酸酰胺、武汉超支化HyperC100、德国瓦克AK-1000和科莱恩PE520中的一种或多种的组合。本发明中选用特定上述几种颜料分散剂，在本发明中能够使得颜料在树脂成分以及石蜡的结合体系中分散的更均匀，相比于现有技术中其它常规的分散剂分散效果更好。
根据本发明，所述彩色塑料蜡笔材料由所述的各原料相混合熔融、混匀而制成。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的彩色塑料蜡笔材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：按配方称取各原料，混合，在温度100-150℃条件下熔融，混匀，冷却，即制成。
本发明提供的又一技术方案：一种彩色塑料蜡笔，所述彩色塑料蜡笔由上述所述的彩色塑料蜡笔材料制备而得。
具体地，在实际操作中，彩色塑料蜡笔的制作可以在制成彩色塑料蜡笔材料之后直接进行，具体实施方式可如下：按配方称取各原料，混合，在温度100-150℃条件下熔融，混匀，制成彩色塑料蜡笔材料，然后将制备所得的彩色塑料蜡笔材料保温在温度100-110℃下，再将其浇入模具中，冷却成型，即制得本发明所述的彩色塑料蜡笔。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明的彩色塑料蜡笔材料通过聚丙烯、聚苯乙烯、热塑性聚氨酯弹性体橡胶以及除热塑性聚氨酯弹性体橡胶之外的其它热塑性弹性体复配，使得与硬脂酸、石蜡相结合后，整体材料在抗折断性、耐高温性取得了较明显的进步，而且在上述树脂原料成分的添加不仅没有影响到蜡笔材料的书写性能以及上色性，反而还有助于蜡笔产品的描绘性能，使其书写时非常流畅、着色性能优异；同时本发明使用特定的颜料分散剂，使得颜料在与其它的原料包括树脂成分结合时无需单独研磨即可达到较理想的分散状态，并且制备时还可直接使所有原料混合在一起共同制备蜡笔材料，避免了现有技术中色浆需要单独研磨分散好后才能与其余成分混合制造蜡笔的繁琐步骤，精简了制备工艺，降低了生产制造成本，有利于大规模工业化的生产。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
下述实施例中未作特殊说明，所有原料均来自于商购或通过本领域的常规方法制备而得。下述实施例中，聚丙烯购自SABIC，其平均分子量为90000；聚苯乙烯购自三星道达尔，其平均分子量为30000；热塑性聚氨酯弹性体橡胶购自科思创，熔融指数为(ASTMD1238，190℃，2.16Kg)8.6g/10min；第二热塑性弹性体为购自美国杜邦TPE7246热塑性弹性体(以下简称TPE)，熔融指数为(ASTM D1238，190℃，2.16Kg)8.5g/10min；其它原料均为商购的工业品。
实施例1
本实施例提供一种彩色塑料蜡笔材料，按质量份计，原料包括：半精炼石蜡30份，硬脂酸8份，聚丙烯5份，聚苯乙烯2份，TPE 2份，热塑性聚氨酯弹性体橡胶1份，滑石粉20份，轻钙20份，永固黄5份，塑料颜料分散武汉超支化HyperC100 5份，润滑剂1份，香料1份。
彩色塑料蜡笔的制备方法如下：将上述各原料加入反应釜中加热至120℃，搅拌熔解5小时制得所述彩色塑料蜡笔材料；保温在110℃温度条件下将彩色塑料蜡笔材料浇入模具中，然后冷却成型，制得所述彩色塑料蜡笔。
实施例2
本实施例提供一种彩色塑料蜡笔材料，按质量份计，将全精炼石蜡30份，微晶石蜡15份，硬脂酸7份，聚丙烯5份，聚苯乙烯5份，TPE 5份，热塑性聚氨酯弹性体橡胶5份，高岭土20份，酞青蓝3份，乙撑双硬脂酸酰胺2份，德国瓦克AK-1000 1份，增稠剂1份，香料1份。
彩色塑料蜡笔的制备方法如下：将上述各原料加入反应釜中加热至150℃，搅拌熔解6小时制得所述彩色塑料蜡笔材料；使用注塑机在120℃温度条件下，注塑制得所述彩色塑料蜡笔。
实施例3
本实施例提供一种彩色塑料蜡笔材料，按质量份计，将全精炼石蜡25份，微晶石蜡5份，液体石蜡5份，硬脂酸5份，聚丙烯10份，聚苯乙烯3份，TPE 2份，热塑性聚氨酯弹性体橡胶5份，硅酸铝20份，轻钙10份，炭黑1份，二氧化钛4份，颜料分散剂科莱恩PE520 3份，润滑剂1份，增稠剂1份。
彩色塑料蜡笔的制备方法如下：将上述各原料加入反应釜中加热至100℃，搅拌熔解4小时制得所述彩色塑料蜡笔材料；使用注塑机在120℃温度条件下，注塑制得所述彩色塑料蜡笔。
实施例4
本实施例提供一种彩色塑料蜡笔材料，按质量份计，将半精炼石蜡30份，聚乙烯蜡10份，硬脂酸10份，聚丙烯5份，聚苯乙烯1份，TPE 1份，热塑性聚氨酯弹性体橡胶3份，滑石粉20份，氢氧化铝10份，永固橙5份，酞青绿3份，塑料颜料分散武汉超支化HyperC100 1份，润滑剂0.5份，香料0.5份。
彩色塑料蜡笔的制备方法如下：将上述各原料加入反应釜中加热至110℃，搅拌熔解5小时制得所述彩色塑料蜡笔材料；使用注塑机在120℃温度条件下，注塑制得所述彩色塑料蜡笔。
实施例5
本实施例提供一种彩色塑料蜡笔材料，按质量份计，将微晶石蜡20份，液体石蜡5份，聚乙烯蜡10份，硬脂酸8份，聚丙烯10份，聚苯乙烯5份，TPE 5份，热塑性聚氨酯弹性体橡胶5份，滑石粉15份，轻钙20份，立索红1份、棕土1份，塑料颜料分散科莱恩PE520 3份，增稠剂1份，香料1份。
彩色塑料蜡笔的制备方法如下：将上述各原料加入反应釜中加热至110℃，搅拌熔解7小时制得所述彩色塑料蜡笔材料；使用注塑机在120℃温度条件下，注塑制得所述彩色塑料蜡笔。
实施例6
本实施例提供一种彩色塑料蜡笔材料，按质量份计，将半精炼石蜡30份，全精炼10份，硬脂酸8份，聚丙烯2份，聚苯乙烯3份，TPE 5份，热塑性聚氨酯弹性体橡胶5份，滑石粉10份，轻钙20份，永固紫2份、群青2份、钻蓝1份，塑料颜料分散武汉超支化HyperC100 5份，润滑剂1份，香料1份。
彩色塑料蜡笔的制备方法如下：将上述各原料加入反应釜中加热至120℃，搅拌熔解5小时制得所述彩色塑料蜡笔材料；使用注塑机在120℃温度条件下，注塑制得所述彩色塑料蜡笔。
实施例7
本实施例提供一种彩色塑料蜡笔材料，按质量份计，将半精炼石蜡30份，全精炼10份，硬脂酸8份，聚丙烯3份，聚苯乙烯2份，TPE 2份，热塑性聚氨酯弹性体橡胶3份，滑石粉10份，轻钙20份，永固紫2份，群青2份，钻蓝1份，塑料颜料分散科莱恩PE520 5份，润滑剂1份，香料1份。
彩色塑料蜡笔的制备方法如下：将上述各原料加入反应釜中加热至120℃，搅拌熔解5小时制得所述彩色塑料蜡笔材料；使用注塑机在120℃温度条件下，注塑制得所述彩色塑料蜡笔。
实施例8
本实施例提供一种彩色塑料蜡笔材料，按质量份计，将半精炼石蜡30份，全精炼10份，硬脂酸8份，聚丙烯7份，聚苯乙烯1份，TPE 1份，热塑性聚氨酯弹性体橡胶1份，滑石粉10份，硅酸铝20份，氧化铁黄1份，联苯胺黄G 3份，酒石黄1份，乙撑双硬脂酸酰胺5份，润滑剂1份，香料1份。
彩色塑料蜡笔的制备方法如下：将上述各原料加入反应釜中加热至120℃，搅拌熔解5小时制得所述彩色塑料蜡笔材料；使用注塑机在120℃温度条件下，注塑制得所述彩色塑料蜡笔。
对比例1
其基本同实施例1，其区别在于不加聚丙烯，适应性调整聚苯乙烯的含量。
对比例2
其基本同实施例3，其区别在于不加聚苯乙烯，适应性调整聚丙烯的含量。
对比例3
其基本同实施例4，其区别在于不加TPE，适应性调整聚丙烯的含量。
对比例4
其基本同实施例7，其区别在于不加热塑性聚氨酯弹性体橡胶，适应性调整聚丙烯的含量。
性能测试
将上述实施例1-8以及对比例1-4所制备的彩色塑料蜡笔进行如下性能测试，测得结果如下表1所示。
抗折断性：按照国家QB/T2119-2011测定的；
耐高温性：使用精密烘箱，测试在何温度条件下，蜡笔影响使用；
着色性能：按照国家QB/T2119-2011测定的；
书写性能：按照国家QB/T2119-2011测定的。
表1
Figure BDA0001774471550000071
Figure BDA0001774471550000081
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种彩色塑料蜡笔材料，其原料包括石蜡、硬脂酸、颜料、填料，其特征在于，所述原料还包括聚丙烯、聚苯乙烯、第一热塑性弹性体、与所述第一热塑性弹性体不同的第二热塑性弹性体，以及颜料分散剂；其中所述第一热塑性弹性体为热塑性聚氨酯弹性体橡胶，所述聚丙烯、所述聚苯乙烯、所述热塑性聚氨酯弹性体橡胶和所述第二热塑性弹性体的投料质量比为0.4-10︰0.2-5︰0.2-5︰1，所述第二热塑性弹性体为美国杜邦TPE7246热塑性弹性体；
所述聚丙烯的平均分子量为80000-100000，所述聚苯乙烯的平均分子量为20000-40000，所述热塑性聚氨酯弹性体橡胶以ASTM D1238标准在190℃条件下按照测试载荷为2.16Kg时测定的熔融指数为5~10g/10min；
所述颜料分散剂为选自乙撑双硬脂酸酰胺、武汉超支化HyperC100、德国瓦克AK-1000和科莱恩PE520中的一种或多种的组合；
以质量份数计，所述原料中，所述石蜡30-60份、所述硬脂酸5-10份、所述聚丙烯2-10份、所述聚苯乙烯1-5份、所述热塑性聚氨酯弹性体橡胶1-5份、所述第二热塑性弹性体1-5份、所述填料20-40份、所述颜料3-10份和所述颜料分散剂1-5份；
所述石蜡、所述硬脂酸与所述聚丙烯、所述聚苯乙烯、所述热塑性聚氨酯弹性体橡胶和所述第二热塑性弹性体四者的总投料量之比为1.6-6︰0.2-2︰1；
所述彩色塑料蜡笔材料的制备方法包括如下步骤：按配方称取各原料，混合，在温度100-150℃条件下熔融，混匀，冷却，即制成。
2.根据权利要求1所述的彩色塑料蜡笔材料，其特征在于，所述原料还包括0.5-2份的助剂，所述助剂为选自润滑剂、增稠剂和香料中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的彩色塑料蜡笔材料，其特征在于，所述颜料为选自炭黑、耐晒黄、永固黄、氧化铁黄、联苯胺黄G、酒石黄、永固橙、氧化铁红、永固红、立索红、棕土、黄土、永固紫、群青、钻蓝、酞青蓝、酞青绿、二氧化钛和锦白中的一种或多种组合；和/或，所述填料为选自滑石粉、轻钙、重钙、硅酸铝、氢氧化铝、和高岭土中的一种或多种组合。
4.一种彩色塑料蜡笔，其特征在于，所述彩色塑料蜡笔由权利要求1-3中任一项权利要求所述的彩色塑料蜡笔材料制备而得。
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