CN114535566B - 用于自锁托槽的塑基粘结剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及粘结剂领域，具体涉及用于自锁托槽的塑基粘结剂及其制备方法。其中塑基粘结剂按照质量分数包括如下组分：高密度聚乙烯：3.5～7%；蜡：3.2～4.5%；乙烯‑醋酸乙烯共聚物：1.6～3%；油酸：2.2～4%；分散剂：0.6～1.5%；可溶性聚四氟乙烯：1～2.5%；余量中至少包括均聚甲醛，均聚甲醛占塑基粘结剂的质量分数不少于80%。上述塑基粘结剂可以在保持力学性能良好的同时，具备较为出色的流动性，有助于提高塑基粘结剂的加工性能。

Description

用于自锁托槽的塑基粘结剂及其制备方法

技术领域

本申请涉及粘结剂领域，更具体地说，它涉及用于自锁托槽的塑基粘结剂及其制备方法。

背景技术

塑基粘结剂是一种用于金属粉末注塑成型的粘结剂，由于其在脱脂过程中，主要产生气体废料，处理工艺较为简单，因此在目前工业中有着广泛的运用。

自锁托槽是牙齿正畸过程中的一个小部件，通过合金注塑成型得到，由于其厚度较小，因此采用塑基粘结剂进行粘结。但是在加工的过程中，塑基粘结剂的流动性较差，用于蜡基粘结剂的搅拌设备在搅拌塑基粘结剂时很难实现搅拌均匀，加工时过差的流动性也会导致加工效率低、产品容易开裂等现象。

发明内容

为了提高塑基粘结剂的流动性，进而提高塑基粘结剂的加工性能，本申请提供用于自锁托槽的塑基粘结剂及其制备方法。

首先，用于自锁托槽的塑基粘结剂，按照质量分数包括如下组分：

高密度聚乙烯：3.5～7％；

蜡：3.2～4.5％；

乙烯-醋酸乙烯共聚物：1.6～3％；

油酸：2.2～4％；

分散剂：0.6～1.5％；

可溶性聚四氟乙烯：1～2.5％；

余量中至少包括均聚甲醛，均聚甲醛占塑基粘结剂的质量分数不少于80％。

在上述技术方案中，在体系中加入了可溶性聚四氟乙烯，可溶性聚四氟乙烯本身在体系中相容性较好，且具有较好的润滑性能，添加后可以提高塑基粘结剂在熔融状态下的流动性，且对于整体粘结性能和脱除性能没有明显的降低效果。同时，在脱脂的过程中，可溶性聚四氟乙烯也可以快速溶出，没有明显的溶胀变形效应。

在体系中，分散剂可以起到辅助润滑的效果，使得该塑基粘结剂具有更好的流动性。高密度聚乙烯可以使体系形成较为稳定的状态，减少脱脂阶段的形变。

综上所述，上述塑基粘结剂在具有良好的流动性的同时，粘结性、脱脂性能均较好。

可选的，还包括质量分数为0.4～1.0％的丙三醇。

丙三醇在体系中可以被脱除，对于整体粘结性能有一定的提升效果，且丙三醇的掺入对于高温脱脂的过程保持体系的稳定性具有明显的提高效果。

可选的，所述蜡为聚乙烯蜡，所述聚乙烯蜡的熔点为90～100℃。

熔点在90～100℃的聚乙烯蜡，脱脂更加容易，在脱脂过程中造成的体系溶胀、形变较小，强度也较高。

可选的，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中，醋酸乙烯的含量为50～60％。

醋酸乙烯含量为50～60％的乙烯-醋酸乙烯共聚物具有较好的粘性，同时流动性也较好，可以兼顾两个维度的要求，若醋酸乙烯含量继续升高，不会明显提高粘度，但是在流动性方面有一定的损失。

可选的，还包括质量分数为0.3～0.5％的聚苯乙烯微球，聚苯乙烯微球的粒径为1～20μm。

在上述技术方案中，加入聚苯乙烯微球可以在保证塑基粘结剂流动性的同时，使其塑基粘结剂的粘结强度较佳，与基材粉末之间具有良好的相容性和黏附性能。

可选的，聚苯乙烯微球的粒径为5～10μm。

5～10μm的聚苯乙烯微球在体系中分散性能较好，不容易团聚结块，且可以提供一定的填充、支撑效果，减少粘结剂定型后体系产生的裂纹、凹陷、缺口等。

可选的，还包括质量分数为0.5～1％的硅油。

硅油一方面在体系中可以起到增粘的作用，加入硅油后，塑基粘结剂的粘结性能较强，且不容易产生裂纹，同时，硅油也可以被脱出，对塑基粘结剂的健康环保没有明显影响。另外，添加硅油后，整体的流动性和润滑性也较好。

可选的，高密度聚乙烯和均聚甲醛的质量比为1∶(14～20)。

在上述比例范围内，高密度聚乙烯可以起到良好的支撑、定型作用，且对于减少产品在注塑、脱脂过程中的开裂、变形等现象的发生，且具有较好的流动性能。

可选的，高密度聚乙烯和可溶性聚四氟乙烯的质量比为1∶(0.24～0.3)。

上述掺量配比范围内，PFA的用量对于整体强度没有负面影响，且可以起到更好的提高流动性的效果。

另外，本申请还提供上述用于自锁托槽的塑基粘结剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、将蜡加热至熔融，并加入部分均聚甲醛、高密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物，在熔融态下混合均匀后得到第一混合组分；在该步骤中，加入的均聚甲醛、高密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物的量分别为各自的30～70％；

S2、将第一混合组分控制温度不高于200℃，并保持体系熔融状态，继续加入可溶性聚四氟乙烯、油酸，并混合均匀，得到第二混合组分；

S3、第二混合组分控制于熔融态，继续加入分散剂和剩余全部原料，并继续混合，混合完成后得到塑基粘结剂。

通过上述制备方法制备得到的塑基粘结剂，具有良好的流动性和机械性能，在使用过程中加工性能良好，有助于提高制备得到的自锁托槽的完整性、成品率以及机械性能。

综上所述，本申请包括如下至少一种有益效果：

1、在本申请中，通过加入可溶性聚四氟乙烯，可以在对机械性能没有明显影响的同时，提高了塑基粘结剂熔融状态的流动性，进而使塑基粘结剂具有更好的加工性能。

2、在本申请部分情况中，通过添加丙三醇，进一步调节了用于自锁托槽的塑基粘结剂的粘结强度和流动性能，更好地兼顾加工性能和机械性能。

3、在本申请部分情况中，在塑基粘结剂中增加了聚苯乙烯微球，使得塑基粘结剂具有更好的流动性，并对填充材料具有更强的粘结性能。

具体实施方式

以下结合和实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例1～22及对比例1～3中，均为用于自锁托槽的塑基粘结剂，其具体组分如表1所示。

表1、实施例1～22及对比例1～3中的物料配比

上述塑基粘结剂的制备方法包括如下步骤：

S1、将密炼机预热至190℃，预制转速10rpm，加入蜡，初步熔融后再加入一半的均聚甲醛、高密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物，随后开启搅拌桨，压下压锤，搅拌20min，得到第一混合组分；其中，蜡的初步熔融以就可以形成较多的流动态为标准，允许其中含有少量的固体；

S2、控制温度的波动范围在190～200℃，加入可溶性聚四氟乙烯和油酸，调整转速至20rpm，再搅拌20min，得到第二混合组分；

S3、向第二混合组分中加入剩余的原料，并保持温度在190～200℃范围内波动，将转速提高至40rpm，继续搅拌1h，随后将上述熔融态组分冷却至室温，真空密封保存。

在上述实施例和对比例中，蜡为聚乙烯蜡，熔点为93±3℃。聚苯乙烯微球的粒径为10μm。乙烯-醋酸乙烯中，醋酸乙烯单体的含量为50％。

进一步地，在实施例10的基础上，进一步设置实施例如下。

实施例23，用于自锁托槽的塑基粘结剂，与实施例10的区别在于，聚乙烯蜡的熔点为98±2℃。

实施例24，用于自锁托槽的塑基粘结剂，与实施例10的区别在于，聚乙烯蜡的熔点为105±2℃。

实施例25，用于自锁托槽的塑基粘结剂，与实施例10的区别在于，蜡等质量地选取石蜡。

实施例26，用于自锁托槽的塑基粘结剂，与实施例10的区别在于，蜡等质量地选取微晶蜡。

实施例27，与实施例13的区别在于，聚苯乙烯微球的粒径为1μm。

实施例28，与实施例13的区别在于，聚苯乙烯微球的粒径为5μm。

实施例29，与实施例13的区别在于，聚苯乙烯微球的粒径为20μm。

实施例30，与实施例10的区别在于，乙烯-醋酸乙烯共聚物中，醋酸乙烯单体的含量为60％。

实施例31，与实施例10的区别在于，乙烯-醋酸乙烯共聚物中，醋酸乙烯单体的含量为40％。

实施例32，与实施例10的区别在于，乙烯-醋酸乙烯共聚物中，醋酸乙烯单体的含量为70％。

针对上述实施例和对比例，注塑得到自锁托槽的步骤如下：

步骤1、将不锈钢金属粉末和塑基粘结剂按照60∶40的质量比，在密炼机中加热至190℃，以17rpm的速度搅拌密炼50min，随后降温至180℃，以25rpm的速率继续搅拌密炼45h，完成后挤出造粒，得到喂料；

步骤2、将上述喂料进行注射成型，注射温度192℃，模温85℃，注射压力75MPa，得到注射胚体；

步骤3、在硝酸催化下，对注射胚体进行脱脂处理，脱脂温度为120℃，脱脂时间为6h，随后再升温至135℃，继续脱脂4h，得到自锁托槽。

需要注意的是，在后续实验中，实验方法中所需的样品均采用上述方法制备，通过更换不同形状的模具可以得到适用于不同实验的样本，并进行检测。

对以上塑基粘结剂及自锁托槽材料进行如下实验，以验证有效性。

1、塑基粘结剂拉伸性能测定，参照GB/T1040-2006标准，测定粘结剂的拉伸性能，拉伸速率为20mm/min。

2、塑基粘结剂流变性能测定，通过旋转流变仪对粘结剂的流变性能进行测定，测试温度为190℃，测定上述塑基粘结剂在200Hz频率转速下的复数粘度。

3、塑基粘结剂缺口冲击性能测定，参照GB/T1451-2005，测定塑基粘结剂的缺口冲击性能。

4、自锁托槽材料的拉伸性能测定：参照GB/T228.1-2010，测定上述自锁托槽制备方法制备得到的实验样本的拉伸强度和断裂伸长率，测定时拉伸速率为0.5mm/min。

首先，对实施例1～10及对比例1～3进行上述实验，得到结果如表2所示。

表2、实施例1～10及对比例1～3的实验结果

通过上述实验数据可知，本申请中的塑基粘结剂在添加可溶性聚四氟乙烯后，自身的力学性能和与金属共同使用成型后的力学性能没有明显的变化，但是可以有效改善塑基粘结剂的流动性能，其粘度明显降低，这就意味着上述塑基粘结剂的加工性能有明显的改善。通过金属样本力学性能也可以看出，经过常规的脱脂步骤，上述塑基粘结剂对金属样本的影响也较少，且在实际工业运用中，由于塑基粘结剂的流动性提高，实施例中的塑基粘结剂在运用于实际生产中的成品率非常高，在微观结构下，塑基粘结剂可以较好地包覆不锈钢粉末，形成均匀的体系，因此制备得到的金属样本和自锁托槽鲜有因脱脂或流动性差引起的界面表面塌陷、裂纹或其他瑕疵现象，在提高成品率方面有明显的优势。但是，如对比例3中，当塑基粘结剂中的可溶性聚四氟乙烯粉末掺杂过多时，由于聚四氟乙烯自身粘性较差，且具有一定的自聚合现象，因此会引起整体强度的下降，当产量突破某一临界值时(依照目前实验所得为塑基粘结剂总质量的2.5)，可溶性聚四氟乙烯就会对整体的性能产生一定程度的破坏，进而导致塑基粘结剂的力学性能和制备得到的金属样本的力学性能有明显的下降。

实施例1～10中进一步调整了均聚甲醛、高密度聚乙烯和可溶性聚四氟乙烯的用量配比，发现在高密度聚乙烯和均聚甲醛的质量比为1∶(14～20)、高密度聚乙烯和可溶性聚四氟乙烯的质量比为1∶(0.24～0.3)的范围内，塑基粘结剂可以更好地兼顾力学性能和流动性。实验结果证明，实施例10具有较好的性质，因此后续的实施例均在实施例10的基础上进行。

进一步地，对实施例11～22进行上述实验，结果如表3所示。

表3、实施例11～22的实验结果

在实施例11～12中，塑基粘结剂中加入了丙三醇，此处不使用乙二醇的原因是，在熔融状态下，塑基粘结剂体系温度接近于乙二醇的沸点，因此会导致乙二醇挥发，无法良好地起到辅助效果。丙三醇一方面具有多个羟基基团，可以起到偶联增粘的效果，提高塑基粘结剂对金属的粘结效果，使得成型后的自锁托槽(或用于实验的样本)具有更好的力学性能。而对于塑基粘结剂自身，由于在熔融状态下，丙三醇的的加入可以作为偶联中心，因此反而减少了内部分子链的缠绕，而丙三醇的较弱的偶联能力又不不会让体系整体变得非常粘稠，反而有助于分子链与分子链之间发生相互位移，进而实现提高流动度的效果。

在实施例13～14中，添加了聚苯乙烯微球，聚苯乙烯微球具有较好的弹性、热定型性能，同时可以提高可溶性聚四氟乙烯的分散性和相容性，进而使体系具有更好的流动性，对于脱脂后的金属材料的力学性能也有一定的提高。

实施例15～16则添加了硅油，可以看到硅油在体系中对流动性有明显的影响，且在添加量较少时，对强度的影响较小，因此无明显的影响。硅油在体系中不发生反应，且具有良好的润滑效果，其在受热后粘度降低，形成的硅油分子链可以提高分子间相互移动的趋势，形成具有良好流动性的体系。同时，硅油在低温下的高粘性也可以提高体系的强度，使制备得到的金属材料在脱脂后依旧具有较好的力学性能。

实施例17～22对上述助剂进行了组合，证明上述助剂在组合使用后，有益效果可以产生叠加，进一步提高了该塑基粘结剂的性能。

进一步地，对实施例23～32进行上述实验，结果如表4所示。

表4、实施例23～32的实验结果

实施例23～24中，对用于制备的聚乙烯蜡的熔点进行了调整，采用熔点更高的聚乙烯蜡对强度没有明显影响，但是分子量增大后对流动性有一定的损失。将聚乙烯蜡替换为微晶蜡或石蜡，其流动性均不如聚乙烯蜡，且替换为微晶蜡后，对强度也有一定的影响。

实施例27～29对聚苯乙烯微球的粒径进行了调整，当聚苯乙烯微球粒径较小时，整体具有较好的填充效果，但是在体系中对流动性有一定的负面影响，可能原因在于小体积的聚苯乙烯微球在体系中会导致其润滑效果减弱，而粘性的增强则容易引起流动性的减弱。粒径过大的聚苯乙烯微球则较难在体系中分散均匀，进而对机械性能有明显的影响。

实施例30～32乙烯-醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯单体含量进行了调整，该调整可以通过在制备过程中控制单体的比例实现。醋酸乙烯单体的含量在50～60％为宜，过高的醋酸乙烯单体含量会导致体系流动性减弱，而过低的醋酸乙烯单体含量不利于制备得到的自锁托槽保持稳定的强度，也有一定的变脆。

注：本申请中部分物料的来源参数如表5所示。

表5、物料信息表

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.用于自锁托槽的塑基粘结剂，其特征在于，按照质量分数包括如下组分：

高密度聚乙烯：3.5～7%；

蜡：3.2～4.5%；

乙烯-醋酸乙烯共聚物：1.6～3%；

油酸：2.2～4%；

分散剂：0.6～1.5%；

可溶性聚四氟乙烯：1～2.5%；

余量中至少包括均聚甲醛，均聚甲醛占塑基粘结剂的质量分数不少于80%；

所述的用于自锁托槽的塑基粘结剂还包括质量分数为0.4～1.0%的丙三醇及0.3～0.5%的聚苯乙烯微球，所述聚苯乙烯微球的粒径为1～20μm。

2.根据权利要求1所述的用于自锁托槽的塑基粘结剂，其特征在于，所述蜡为聚乙烯蜡，所述聚乙烯蜡的熔点为90～100℃。

3.根据权利要求1所述的用于自锁托槽的塑基粘结剂，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中，醋酸乙烯的含量为50～60%。

4.根据权利要求1所述的用于自锁托槽的塑基粘结剂，其特征在于，聚苯乙烯微球的粒径为5～10μm。

5.根据权利要求1所述的用于自锁托槽的塑基粘结剂，其特征在于，还包括质量分数为0.5～1%的硅油。

6.根据权利要求1所述的用于自锁托槽的塑基粘结剂，其特征在于，高密度聚乙烯和均聚甲醛的质量比为1∶（14～20）。

7.根据权利要求6所述的用于自锁托槽的塑基粘结剂，其特征在于，高密度聚乙烯和可溶性聚四氟乙烯的质量比为1∶（0.24～0.3）。

8.如权利要求1～7中任意一项所述的用于自锁托槽的塑基粘结剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将蜡加热至熔融，并加入部分均聚甲醛、高密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物，在熔融态下混合均匀后得到第一混合组分；在该步骤中，加入的均聚甲醛、高密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物的量分别为各自的30～70%；

S2、将第一混合组分控制温度不高于200℃，并保持体系熔融状态，继续加入可溶性聚四氟乙烯、油酸，并混合均匀，得到第二混合组分；

S3、第二混合组分控制于熔融态，继续加入分散剂和剩余全部原料，并继续混合，混合完成后得到塑基粘结剂。