CN112679894A - 一种无硼无毒的玩具超轻粘土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种无硼无毒的玩具超轻粘土及其制备方法，属于儿童玩具技术领域，由以下质量百分比的原料制备而成：聚乙烯醇8‑12％，壳聚糖6‑10％，柠檬醛1‑10％，改性碳酸钙0.5‑6％，可膨胀微球5‑15％，甘油3‑10％，余量为水。本发明提出了一种新型的不使用硼的、无毒环保的超轻粘土配方，而且解决了目前无硼粘土性能不佳的问题，具有安全无硼、环保安全，且粘土不粘手、细腻、塑形能力强、拉伸性能好、干燥速度慢、手感好的特点。

Description

一种无硼无毒的玩具超轻粘土及其制备方法

技术领域

本发明涉及儿童玩具技术领域，具体涉及一种无硼无毒的玩具超轻粘土及其制备方法。

背景技术

超轻粘土是纸黏土里的一种，简称超轻土，常常被做成儿童益智玩具，也用于中小学美术教学，是美劳教育中的重要素材，具有重要的教育价值。

目前市场上的超轻粘土，尤绝大多数都是采用硼砂、硼酸作为交联剂进行制备的。含有硼元素的轻质粘土强度高、手感细腻、具有较好的塑性能力，并且干燥后不易开裂脱落，由于以上特性，超轻粘土很适合作为提高儿童动手能力和激发创造力的玩具。但是硼砂和硼酸毒性较高，人体若摄入过多的硼会引发多脏器的蓄积性中毒，世界各国多禁用为食品添加物，欧盟玩具安全标准对硼的迁移量有明确的标准，为1200mg/Kg。国内的超轻粘土含硼量远远超过欧盟玩具安全标准，不适合儿童使用，且一直在环保方面存在争议。

目前市场上也有少量的无硼超轻粘土，采用其他的交联剂代替硼。由于这些交联剂的交联强度都明显比硼差，因此这些无硼超轻粘土的性能都较差，主要表现为粘土拉伸性能差，表面粗糙，粘土容易塌陷，变干速度快。

为了生产出性能较好的无毒无害超轻粘土，我们有必要开发一款新的无硼超轻粘土配方，同时又能够达到超轻粘土的性能要求，这将具有重大商业价值和社会意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种无硼无毒的玩具超轻粘土及其制备方法，该新型的不使用硼的、无毒环保的超轻粘土配方，而且解决了目前无硼粘土性能不佳的问题，具有安全无硼、环保安全，且粘土不粘手、细腻、塑形能力强、拉伸性能好、干燥速度慢、手感好的特点。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种无硼无毒的玩具超轻粘土，由以下质量百分比的原料制备而成：聚乙烯醇8-12％，壳聚糖6-10％，柠檬醛1-10％，改性碳酸钙0.5-6％，可膨胀微球5-15％，甘油3-10％，余量为水。

作为本发明的进一步改进，还包括0.1％-3％的食品级防腐剂。

作为本发明的进一步改进，所述食品级防腐剂为尼泊金丁酯。

作为本发明的进一步改进，所述聚乙烯醇的分子量在80000-150000之间。

作为本发明的进一步改进，所述改性碳酸钙的粒径在1500-30000目之间。

作为本发明的进一步改进，所述改性碳酸钙的改性步骤为：按碳酸钙和硬脂酸的重量比为(35-45)：1称取后混合，与去离子水配置成固含量为5-15％的混合浆料，将浆料加热至80-100℃，搅拌速率为2000-3000r/min的条件下处理50-70min,然后进行烘干，烘干温度为90-110℃，烘干后采用球磨机进行研磨至所需粒径。

作为本发明的进一步改进，所述碳酸钙的粒径为1500-30000目之间。

作为本发明的进一步改进，所述可膨胀微球为热塑性空心聚合物微球，由热塑性聚合物外壳包封挥发性膨胀剂内芯得到，平均直径在10-50μm之间；所述的外壳由聚合性单体混合物聚合而成，所述聚合性单体选自丙烯腈、丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体、丙烯酸类单体中的至少一种；所述内芯为低沸点的烃类，选自正戊烷、异戊烷、新戊烷、丁烷、异丁烷、己烷、异己烷、新己烷、庚烷、异庚烷、辛烷、异辛烷和石油醚中的任意一种或几种。

作为本发明的进一步改进，所述甘油为医用甘油。

本发明进一步保护一种上述的无硼无毒的玩具超轻粘土的制备方法，包括以下步骤：

S1.将经过杀菌的水、聚乙烯醇、壳聚糖分别加入反应釜中，加热到80-90℃，边加热边搅拌，直至得到完全溶解形成胶状物质，冷却至室温；

S2.将冷却后的上述胶状物质以及改性碳酸钙、可膨胀微球、甘油加入到捏合机中，搅拌10-15min，待物料充分混合均匀，将柠檬醛均匀滴加进捏合机，再搅拌5-10min得到无硼无毒的玩具超轻粘土。

反应机理：本发明采用了柠檬醛作为代替硼的交联剂，同时在配方中增加壳聚糖作为增稠剂；壳聚糖的氨基与柠檬醛的醛基发生交联反应形成稳定结构。链状的壳聚糖结构中又具有丰富的羟基，与聚乙烯醇分子上的羟基之间产生氢键，互相吸引。而氢键作为较弱分子间力，容易被破坏也容易产生，因此数量众多的氢键既具有一定强度，又可以起到润滑高分子结构的作用。由此，经过柠檬醛交联的壳聚糖与聚乙烯醇溶液形成具有一定交联强度的水凝胶体系，代替采用硼交联聚乙烯醇的体系。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明中的无硼无毒的玩具超轻粘土配方中均采用无毒环保材料，不含对人体有害成分，健康环保，不会在儿童使用期间造成危害。

2、本发明中的无硼无毒的玩具超轻粘土与现有的无硼粘土相比，具有不粘手、细腻、塑形能力强、拉伸性能好、干燥速度慢、手感好的特点。

3、本发明提供的制备方法工艺操作简单，生产成本低，产品性能稳定。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种无硼无毒的玩具超轻粘土，按照质量百分比计，包括：聚乙烯醇10％，壳聚糖8％，柠檬醛4％，改性碳酸钙2％，可膨胀微球4％，医用甘油7％，水64.7％，尼泊金丁酯0.3％。

其中，聚乙烯醇分子量为150000，改性碳酸钙的粒径为3000目。其改性步骤为：称取粒径为1um的碳酸钙与硬脂酸重量比为40：1的混合粉料，与去离子水配置成固含量为10％的混合浆料，将浆料加热至90℃，搅拌速率为2500r/min的条件下处理60min,然后进行烘干，烘干温度为100℃，烘干后采用球磨机进行研磨至粒径为3000目。可膨胀微球从快思瑞科技(上海)有限公司采购，型号为DE1501。

上述粘土的制备步骤：

S1.按上述比例的经过杀菌的水、聚乙烯醇、壳聚糖分别加入反应釜中，加热到85℃。边加热边搅拌，直至得到完全溶解形成胶状物质。待冷却至室温后进行使用。

S2.将冷却后的上述胶状物质，及改性碳酸钙，可膨胀微球，医用甘油，尼泊金丁酯加入到捏合机中，搅拌10min，待物料充分混合均匀。将柠檬醛均匀滴加进捏合机，再搅拌5min，得到无硼无毒的玩具超轻粘土。

实施例2：

一种无硼无毒的玩具超轻粘土，按照质量百分比计，包括：聚乙烯醇8％，壳聚糖10％，柠檬醛6％，改性碳酸钙4％，可膨胀微球6％，医用甘油7％，水58.5％，尼泊金丁酯0.5％。

其中，聚乙烯醇分子量为150000，改性碳酸钙的粒径为3000目。其改性步骤为：称取粒径为3um的纳米碳酸钙与硬脂酸重量比为40：1的混合粉料，与去离子水配置成固含量为10％的混合浆料，将浆料加热至90℃，搅拌速率为2500r/min的条件下处理60min,然后进行烘干，烘干温度为100℃，烘干后采用球磨机进行研磨至粒径为3000目。可膨胀微球从快思瑞科技(上海)有限公司采购，型号为DE1501。

上述粘土的制备步骤：

S1.按上述比例的经过杀菌的水、聚乙烯醇、壳聚糖分别加入反应釜中，加热到85℃。边加热边搅拌，直至得到完全溶解形成胶状物质。待冷却至室温后进行使用。

S2.将冷却后的上述胶状物质，及改性碳酸钙，可膨胀微球，医用甘油，尼泊金丁酯加入到捏合机中，搅拌10min，待物料充分混合均匀。将柠檬醛均匀滴加进捏合机，再搅拌5min，得到无硼无毒的玩具超轻粘土。

实施例3：

一种无硼无毒的玩具超轻粘土，按照质量百分比计，包括：聚乙烯醇12％，壳聚糖6％，柠檬醛8％，改性碳酸钙3％，可膨胀微球7％，医用甘油5％，水58.3％，尼泊金丁酯0.7％。

其中，聚乙烯醇分子量为150000，碳酸钙的粒径为3000目。其改性步骤为：称取粒径为0.5um的纳米碳酸钙与硬脂酸重量比为40：1的混合粉料，与去离子水配置成固含量为10％的混合浆料，将浆料加热至90℃，搅拌速率为2500r/min的条件下处理60min,然后进行烘干，烘干温度为100℃，烘干后采用球磨机进行研磨至3000目。可膨胀微球从快思瑞科技(上海)有限公司采购，型号为DE1501。

上述粘土的制备步骤：

S1.按上述比例的经过杀菌的水、聚乙烯醇、壳聚糖分别加入反应釜中，加热到85℃。边加热边搅拌，直至得到完全溶解形成胶状物质。待冷却至室温后进行使用。

S2.将冷却后的上述胶状物质，及改性碳酸钙，可膨胀微球，医用甘油，尼泊金丁酯加入到捏合机中，搅拌10min，待物料充分混合均匀。将柠檬醛均匀滴加进捏合机，再搅拌5min，得到无硼无毒的玩具超轻粘土。

取一定量的粘土，测出其质量，再通过排水法测出体积。通过密度＝质量/体积获得粘土的密度为0.2-0.25g/cm³。

将粘土制成直径1cm，长2cm的圆柱形样块，缓慢匀速拉伸粘土两端，测得断裂拉伸率超过1000％。

与现有技术相比，本发明中的无硼无毒的玩具超轻粘土配方中均采用无毒环保材料，不含对人体有害成分，健康环保，不会在儿童使用期间造成危害。本发明中的无硼无毒的玩具超轻粘土与现有的无硼粘土相比，具有不粘手、细腻、塑形能力强、拉伸性能好、干燥速度慢、手感好的特点。本发明提供的制备方法工艺操作简单，生产成本低，产品性能稳定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无硼无毒的玩具超轻粘土，其特征在于，由以下质量百分比的原料制备而成：聚乙烯醇8-12％，壳聚糖6-10％，柠檬醛1-10％，改性碳酸钙0.5-6％，可膨胀微球5-15％，甘油3-10％，余量为水。

2.根据权利要求1所述无硼无毒的玩具超轻粘土，其特征在于，还包括0.1％-3％的食品级防腐剂。

3.根据权利要求2所述无硼无毒的玩具超轻粘土，其特征在于，所述食品级防腐剂为尼泊金酯。

4.根据权利要求1所述无硼无毒的玩具超轻粘土，其特征在于，所述聚乙烯醇的分子量在80000-150000之间。

5.根据权利要求1所述无硼无毒的玩具超轻粘土，其特征在于，所述改性碳酸钙的粒径在1500-30000目之间。

6.根据权利要求5所述无硼无毒的玩具超轻粘土，其特征在于，所述改性碳酸钙的改性步骤为：按碳酸钙和硬脂酸的重量比为(35-45)：1称取后混合，与去离子水配置成固含量为5-15％的混合浆料，将浆料加热至80-100℃，搅拌速率为2000-3000r/min的条件下处理50-70min,然后进行烘干，烘干温度为90-110℃，烘干后采用球磨机进行研磨至所需粒径。

7.根据权利要求6所述无硼无毒的玩具超轻粘土，其特征在于，所述碳酸钙的粒径为0.5um-10um。

8.根据权利要求1所述无硼无毒的玩具超轻粘土，其特征在于，所述可膨胀微球为热塑性空心聚合物微球，由热塑性聚合物外壳包封挥发性膨胀剂内芯得到，平均直径在10-50μm之间；所述的外壳由聚合性单体混合物聚合而成，所述聚合性单体选自丙烯腈、丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体、丙烯酸类单体中的至少一种；所述内芯为低沸点的烃类，选自正戊烷、异戊烷、新戊烷、丁烷、异丁烷、己烷、异己烷、新己烷、庚烷、异庚烷、辛烷、异辛烷和石油醚中的任意一种或几种。

9.根据权利要求1所述无硼无毒的玩具超轻粘土，其特征在于，所述甘油为医用甘油。

10.一种如权利要求1-9任一项权利要求所述的无硼无毒的玩具超轻粘土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将经过杀菌的水、聚乙烯醇、壳聚糖分别加入反应釜中，加热到80-90℃，边加热边搅拌，直至得到完全溶解形成胶状物质，冷却至室温；

S2.将冷却后的上述胶状物质以及改性碳酸钙、可膨胀微球、甘油加入到捏合机中，搅拌10-15min，待物料充分混合均匀，将柠檬醛均匀滴加进捏合机，再搅拌5-10min得到无硼无毒的玩具超轻粘土。