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Gebiet der Technik
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Die Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Klassenspiel- und Modelliermaterialien und insbesondere auf eine Materialzusammensetzung und ein Verfahren zu deren Herstellung.
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Bisheriger Stand der Technik
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Klassenspiel- und Modelliermaterialien sind z.B. Playdoh, Knetmasse, superleichter Ton usw. Seit über 30 Jahren werden solche Erfindungen für Spielzeug verwendet. Playdoh hat jedoch einen schlechten Geruch und enthält Konservierungsmittel, die auf der Hand verweilen können, da es klebrig ist, inzwischen ist es nicht einfach, die Form zu halten. Knetmasse ist „schmelzflüssig“ und somit nicht einfach zu formen. Superleichter Ton wird nach dem Trocknen geschrumpft, da dessen Wassergehalt über 40% liegt.
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Technische Aufgabe und Lösung der Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nicht klebrige, niedrig wasserhaltige und gut dehnbare Materialzusammensetzung bereitzustellen, die einfach zu formen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Materialzusammensetzung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind gegenstand weiterer Patentansprüche.
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Die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung umfasst:
- i) Hydroxyl-terminiertes Polymer, das durch eine Borverbindung vernetzt ist; und
- ii) Thermoplast mit einem Schmelzpunkt unter 100° C.
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In einer der Ausführungsformen ist der Thermoplast Polycaprolacton (CAS-Nummer:24980-41-4).
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In einer der Ausführungsformen beträgt das Gewichtsverhältnis von Thermoplast zur Materialzusammensetzung 1-60%.
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In einer der Ausführungsformen beträgt das Gewichtsverhältnis von Thermoplast zur Materialzusammensetzung 5-60%.
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In einer der Ausführungsformen umfasst die Materialzusammensetzung außerdem 1-10 % Gewichtsprozent Dichte reduzierenden Filter.
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In einer der Ausführungsformen ist die Materialzusammensetzung wasserlöslich, und das Gewichtsverhältnis von Bor zur Materialzusammensetzung beträgt weniger als 0,1%.
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In einer der Ausführungsformen, wobei die Materialzusammensetzung öllöslich ist und das Gewichtsverhältnis von Bor zu der Materialzusammensetzung 0,6-0,8% beträgt.
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Die oben genannte Materialzusammensetzung kann hergestellt werden durch
- - Zuführen der Komponente i) Hydroxyl-terminiertes Polymer, das durch eine Borverbindung vernetzt ist, und der Komponente ii) Thermoplast mit einem Schmelzpunkt unter 100°C;
- - Mischen der Komponente i) und Komponente ii), um die Mischung zu erhalten.
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In einer der Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner: Hinzufügen eines Dichte reduzierenden Filters in die Mischung und Mischen bei der Raumtemperatur.
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Die Materialzusammensetzung der Erfindung besteht aus einem Hydroxyl-terminiertes Polymer, das durch eine Borverbindung vernetzt ist, das das Material dehnbar und nicht klebrig machen kann. Thermoplast wird zur weiteren Erhöhung der Dehnbarkeit verwendet, das auch den Wassergehalt der Materialzusammensetzung reduzieren kann und somit die Formgebung der Materialzusammensetzung erleichtert.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Herstellung der Materialzusammensetzung in einer Ausführungsform;
- 2 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Herstellung der Materialzusammensetzung in einer weiteren Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Zu einem besseren Verständnis wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Nachfolgend stellen die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Die Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen umgesetzt werden und beschränkt sich nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen. Vielmehr ist das Ziel der Bereitstellung dieser Ausführungsformen, die Erfindung gründlich und vollständig zu verstehen.
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Sofern nicht anders definiert, haben alle hier verwendete technischen und wissenschaftlichen Begriffe die dieselbe Bedeutung, wie sie üblicherweise von den Fachmann verstanden wird. Die hier in der Beschreibung verwendeten Begriffe dienen nur zur Beschreibung spezifischer Ausführungsformen und nicht zur Einschränkung der Erfindung. Der hier verwendete Begriff „und/oder“ gibt alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Objekte an.
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Eine Materialzusammensetzung gemäß der Erfindung umfasst i) Hydroxyl-terminiertes Polymer, das durch eine Borverbindung vernetzt ist; und ii) Thermoplasten mit einem Schmelzpunkt unter 100°C.
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Hydroxyl-terminiertes Polymer reagierte mit Bor bei hoher Temperatur, um eine vernetzte Verbindung (also ein Hydroxyl-terminiertes Polymer handelt, das durch eine Borverbindung vernetzt ist) zu bilden. Das Hydroxyl-terminierte Polymer, das durch eine Borverbindung vernetzt ist, befindet sich in einem flexiblen Material zum Kneten (wie z.B. Knetmasse, superleichter Ton usw.), derartige Material direkt als Komponente der Materialzusammensetzung der Erfindung dienen kann. Ein durch eine Borverbindung vernetztes Hydroxyl-terminiertes Polymer kann die Materialzusammensetzung dehnbar und nicht klebrig machen.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei einem Hydroxyl-terminiertes Polymer um mindestens eines von Polyvinylalkohol (PVA) und Hydroxyl-terminiertes Silikonöl. Dabei wird PVA für die Herstellung der wasserlöslichen Materialzusammensetzung verwendet; Hydroxyl-terminiertes Silikonöl wird für die Herstellung der öllöslichen Materialzusammensetzung verwendet.
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Um die Dehnbarkeit der Materialzusammensetzung zu erhöhen und deren Formgebung zu erleichtern, wird Thermoplast dahin eingefügt, so dass die Materialzusammensetzung dazu neigt, zusammenzubleiben und nach dem Formen ihre Form über lange Zeit zu halten. Es ist zu verstehen, dass es sich bei den Thermoplasten um Kunststoffe mit niedrigem Schmelzpunkt handelt. In diesem Zusammenhang handelt es sich vorzugsweise um niedrigschmelzende Kunststoffe mit einem Schmelzpunkt unterhalb 100°C, damit die Formgebung der Materialzusammensetzung erleichtert. Es ist denkbar, dass alle Kunststoffe mit niedrigem Schmelzpunkt in dieser Erfindung eingewendet werden können.
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Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Thermoplast um Polycaprolacton (CAS-Nummer:24980-41-4, Schmelzpunkt 40-60°C).
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt das Gewichtsverhältnis von Thermoplast zur Materialzusammensetzung 1-60%. Besonders bevorzugt beträgt das Gewichtsverhältnis von Thermoplast zur Materialzusammensetzung 5-60%. Der Zusatz von Thermoplast verbessert das Dehnungsverhalten der Materialzusammensetzung. Dank der Verbesserung des Dehnungsverhaltens neigt die Materialzusammensetzung dazu, leichter zusammenzubleiben und kann ihre Form nach der Formgebung über lange Zeit halten.
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Um zu verhindern, dass die Materialzusammensetzung „schmilzt“ und nach einiger Zeit zu ihrer ursprünglichen Viskosität zurückkehrt, wird ein die Dichte reduzierender Filter hinzugefügt. Allerdings führt ein hoher Gehalt an Dichte reduzierendem Filter zu einer Materialzusammensetzung, die instabil, hart-dehnbar und schwer zu formen ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Materialzusammensetzung weiterhin 1-10% Gewichtsprozent Dichte reduzierenden Filter.
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Aus Gesundheits- und Sicherheitsgründen darf das Verhältnis von Bor nicht zu hoch sein. Enthält die Materialzusammensetzung jedoch kein Thermoplastik, wird viel Bor benötigt. Durch den Zusatz von Thermoplast weist die Materialzusammensetzung weniger Bor auf. Ist die Materialzusammensetzung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wasserlöslich, beträgt das Gewichtsverhältnis von Bor zur Materialzusammensetzung weniger als 0,1%, z.B. 0,07-0,09%; Ist die Materialzusammensetzung öllöslich, beträgt das Gewichtsverhältnis von Bor zur Materialzusammensetzung 0,6-0,8% und das lösliche Bor weniger als 1200 ppm.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Herstellung der Materialzusammensetzung in einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren zur Herstellung der Materialzusammensetzung umfasst:
- 1) Hinzufügen des Hydroxyl-terminierten Polymers in den Mischer und Halten die Temperatur bei 60°C;
- 2) Hinzufügen der Borsäure in den Mischer;
- 3) Mischen und Erhitzen auf 130°C für 2 Stunden;
- 4) Abkühlen auf 60°C;
- 5) Hinzufügen des Thermoplastes in den Mischer;
- 6) Mischen und Abkühlen.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren weiterhin otional zwischen den Schritt 5) und 6): Zugabe des Dichte reduzierenden Filters in den Mischer.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Herstellung der Materialzusammensetzung in einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das Verfahren zur Herstellung der Materialzusammensetzung umfasst:
- 1) Lösen von PVA im Wasser bei der Temperatur 60°C und Abkühlen auf die Raumtemperatur;
- 2) Mischen von PVA-Lösung mit Bor zur Bildung von PVA-Gel;
- 3) Hinzufügen des Dichte reduzierenden Filters und Thermoplastiks;
- 4) Mischen und Abkühlen.
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Nachfolgend wird die Erfindung im Zusammenhang mit konkreten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Die Materialzusammensetzung umfasst zwei Formen, die im Folgenden als thermoplastischer Modellierton 1 (öllöslich/niemals trocken) und thermoplastischer Modellierton 2 (wasserlöslich/lufttrocken) bezeichnet werden.
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Zunächst vergleichen wir superleichten Ton und thermoplastischen Modellierton 2 (wasserlöslich) der Erfindung wie folgt:
- A) Zutat des superleichten Tons (in Gew. -%)
- 1) Dichte reduzierender Filter 2-4%;
- 2) PVA 7-10%;
- 3) Wasser 40-50%;
- 4) Bor 0,5-0,9% (SVHC);
- 5) Andere;
wobei die „Anderen“ in A) Glyzerin und Maismehl sein können. In einigen Ausführungsbeispiele können es 1-20 Gew.-% Glycerin und 1-20 Gew.-% Maismehl sein. - B) Zutat des thermoplastischen Modelliertons 2 (wasserlöslich) (in Gew. -%)
- 1) Dichte reduzierender Filter 4-6%;
- 2) PVA 7-10%;
- 3) Wasser 20-30%;
- 4) Thermoplast 40-50%;
- 5) Bor 0,07-0,09% (weniger als 0,1% zur Erfüllung der SVHC-Verordnung);
- 6) Andere;
wobei die „Anderen“ in B) Glyzerin und Maismehl sein können. In einigen Ausführungsbeispielen können es 1-20 Gew.-% Glycerin und 1-20 Gew.-% Maismehl sein.
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Der thermoplastische Modellierton 2 (wasserlöslich) weist die folgenden Vorteile auf:
- 1) Trocknungsrate: Die Trocknungsrate wird schneller (die Trocknungszeit wird halbiert), da der Wassergehalt im thermoplastischen Modellierton 2 (um 50%) reduziert wird. Das Abtrocknen des superleichten Tons in der Luft dauert zwei Tage, während dauert das Abtrocknen des thermoplastischen Modelliertons 2 (wasserlöslich) nur einen Tag.
- 2) Der Schrumpfungsanteil wird aufgrund des geringen Wassergehalts von 40% auf 20% reduziert. Nach dem Abtrocknen wird der superleichte Ton um 40% geschrumpft, während der thermoplastische Modellierton 2 (wasserlöslich) nach dem Abtrocknen um weniger als 20% geschrumpft.
- 3) Der Borgehalt wird von 0,5% auf weniger als 0,1% reduziert. Bor ist ein SVHC und in der EU verboten und soll unter 0,1% liegen.
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Bor spielt eine wichtige Rolle bei der Formulierung zur Stabilisierung des gesamten Systems. Für den thermoplastischen Modellierton 2 (wasserlöslich) reichen 0,1% Bor zur Stabilisierung aus.
- 4) Bildung der niedrigen Dichte für den thermoplastischen Modellierton 2 (wasserlöslich). Zu hoher Prozentanteil des Dichte reduzierenden Filters erhöht die Härte des Endprodukts. Thermoplast kann die Härte verringern, so dass das Endprodukt aus dem thermoplastischen Modellierton 2 (wasserlöslich) eine geringere Dichte als normaler Superkaolin aufweist.
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Dann vergleichen wir den Hüpfenden Kitt (Silly Putty), den Kitt niedriger Dichte und den thermoplastischen Modellierton 1 (öllöslich) der Erfindung wie folgt:
- C) Zutaten des Hüpfenden Kitts (in Gew. -%)
- 1) Silikonöl 80-95%;
- 2) Borgehalt 1,5-5% (lösliches Bor liegt über 1200ppm und ist in der Spielzeugverordnung EN71 Teil 3 gescheitert);
- 3) Andere;
wobei die "Anderen" in C Glyzerin und Maismehl sein können. In einigen Ausführungsbeispielen können es 1-20 Gew.-% Glycerin und 1-20 Gew.-% Maismehl sein. - D) Zutaten des Kittes mit niedriger Dichte (in Gew. -%)
- 1) Dichte reduzierender Filter 2-6%;
- 2) Silikonöl 60-90%;
- 3) Glyzerin 2-5%;
- 4) Bor 1,2-4% (lösliches Bor überschreitet 1200 ppm und erfüllt nicht die Spielzeugverordnung EN71 Teil 3);
- 5) Andere;
wobei die "Anderen" in D) Maismehl sein können. In einigen Ausführungsbeispielen kann es 1-20 Gew.-% Maismehl sein. - E) Zutaten des thermoplastischen Modelliertons 1 (öllöslich) (in Gew. -%)
- 1) Dichte reduzierender Filter, weniger als 4%;
- 2) Silikonöl 40-60%;
- 3) Thermoplast 40-50%;
- 4) Bor 0,6-0,8% (lösliches Bor unterschreitet 1200ppm und erfüllt die Spielzeugverordnung EN71 Teil 3);
- 5) Andere;
wobei die "Anderen" in E) Glycerin und Maismehl sein können. In einigen Ausführungsbeispielen können es 1-20 Gew.-% Glycerin und 1-20 Gew.-% Maismehl sein.
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Der thermoplastische Modellierton 1 (öllöslich) weist die folgenden Vorteile auf,
- 1) Schmelzen: Knetmasse wird innerhalb von 1-3 Min. geschmolzen. Der Thermoplastische Modellierton 1 (öllöslich) schmilzt nicht in mehreren Wochen.
- 2) Der Thermoplastische Modellierton 1 (öllöslich) ist einfach zu formen. Der Kitt mit niedriger Dichte ist nicht zum Formen geeignet. Die Härte ist zu hoch, wenn der Gehaltanteil des Dicht reduzierenden Filters zu hoch ist. Abschließend ist es für Kinder schwierig zu spielen, da das Endprodukt zu hart ist. Die Härte von Kitt mit niedriger Dichte kann durch Zugabe von Glyzerin oder durch Verringerung des Gehaltanteils des Dicht reduzierenden Filters verringert werden. Allerdings wird der Kitt mit niedriger Dichte durch die Zugabe von Glyzerin klebrig und durch Verringerung des Dicht reduzierenden Filters geschmolzen.
- 3) Der Borgehalt wird von 1,2-5% auf weniger als 0,9% reduziert. Lediglich erfüllt der thermoplastische Modellierton 1 (öllöslich) die Spielzeugverordnung EN71 Teil 3.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich einige Ausführungsformen der Erfindung dar, die konkret und ausführlich beschrieben werden. Sie sollten aber nicht als eine Einschränkung für Schutzumfang der Erfindung betrachtet. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung die andere Variante und Verbesserung, die auch zu den Schutzumfang der Erfindung gehören, ableiten kann, ohne Idee der Erfindung zu verlassen. Daher wird der Schutzumfang der Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche definiert.
