无硫雕塑材料及其制造方法.pdf

本发明涉及无硫雕塑材料及其制造方法，特别涉及下述不含硫的新型雕塑材料及其制造方法，所述雕塑材料能够替代含有作为雕塑填充组合物成分的硫的常规雕塑材料，特别是工业雕塑材料。在使用根据本发明的雕塑材料的情况下，由于不同于常规雕塑材料，所述雕塑材料不含硫，因而可以避免因硫引起的环境污染和刺激性气味的产生，此外，使用比重低于硫的材料有利于模塑。

1.  一种无硫雕塑材料，所述雕塑材料含有包含微晶蜡、凡士林和硬脂酸锌的雕塑材料组合物和包含淀粉的雕塑填充组合物，其中，相对于所述无硫雕塑材料的总重量，所述微晶蜡的含量为10重量％～25重量％，所述凡士林的含量为3重量％～20重量％，所述硬脂酸锌的含量为5重量％～25重量％，所述淀粉的含量为30重量％～70重量％。

2.  如权利要求1所述的无硫雕塑材料，所述雕塑材料还包含石蜡，相对于所述无硫雕塑材料的总重量，所述石蜡的含量为5重量％～15重量％。

3.  如权利要求1或2所述的无硫雕塑材料，其中，所述淀粉是含有辛烯基琥珀酸钠的改性淀粉。

4.  一种制造如权利要求1所述的无硫雕塑材料的方法，所述方法包括：
(I)将微晶蜡、凡士林和硬脂酸锌放入加热炉中，并热处理所述微晶蜡、凡士林和硬脂酸锌；
(II)将经热处理的所述微晶蜡、凡士林和硬脂酸锌与淀粉放入容器中，并捏合所述微晶蜡、凡士林、硬脂酸锌和淀粉；和
(III)将经捏合的所述微晶蜡、凡士林、硬脂酸锌和淀粉放入真空挤出机中，并将所述微晶蜡、凡士林、硬脂酸锌和淀粉挤压为所需的目标形状。

5.  如权利要求4所述的方法，所述方法还包括在(II)的捏合中加入石蜡。

无硫雕塑材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及无硫雕塑材料及其制造方法，更具体而言，涉及下述不含硫的新型雕塑材料及其制造方法，所述雕塑材料能够替代含有作为雕塑填充组合物成分的硫的常规雕塑材料，特别是工业雕塑材料。
背景技术
通常，在艺术教育、展览、电影动画等领域中使用的雕塑材料包括例如石膏柱、肥皂、橡胶和树脂柱。石膏柱的问题在于当雕刻为所需形状时它会产生大量粉末。由此生成的石膏粉使环境变脏，还对免疫力低的儿童的健康有害。肥皂则会散发强烈的气味，并且只能制造为较小的尺寸。因此，肥皂并不适合用作环境友好的雕塑材料，并且在被使用者雕刻为所需形状的能力方面存在相同大的限制。至于橡胶，在橡胶成分之间具有高结合力，但却难以雕刻。因此，使用者很难将橡胶雕刻为精细的3D形状。以硬塑料为例的树脂柱应该在预定压力下加工，以将其雕刻为所需形状。因此，加工速率降低，并且在使用者因疏忽而犯错时会容易使手受伤。特别是，还存在以下问题，即，在使用太硬的树脂柱时，灵巧性较低的儿童可能会使手受伤。
主要用作汽车模型材料的工业雕塑材料在常态下处于坚硬状态，但是在置于烘箱中由其加热时将变软。在这种柔软状态下，雕塑材料成型为预定形状，以便制造汽车模型。在形成预定形状后，用于汽车模型的雕塑材料在大气温度下固化，然后使用雕刻刀精确雕刻由此固化的模型，从而制成需要的汽车模型。
然而，用于制造汽车模型的常规雕塑材料含有大量的硫。在将雕塑材料从粘土烘箱中取出以使用时，雕塑材料会释放出大量的硫气体，并生成刺激性气味，不合需要地导致工作者头痛。此外，在其使用后，其废物非常难以处理。这种废物不会分解，因而将其掩埋是不合法的，此外，在焚化时还会向大气排放二氧化硫和二噁英，获得不合需要的结果，即，非法掩埋这种废物会不可避免地出现。此外，因为硫的比重很高，与其它具有同样体积的模型相比，由常规雕塑材料制造的模型非常重，所以模型运输难度也很大。
由上可知，出于改善上述常规雕塑材料的目的，对于新型无硫雕塑材料的研究目前得以持续进行，这些研究考虑到了环境友好性、稳定性、加工便利性和加工效率，以及雕塑材料的可靠性。
发明内容
技术问题
因此，在注重现有技术中存在的上述问题的前提下进行了本发明，本发明的目的是提供无硫雕塑材料及其制造方法。更具体而言，本发明提供下述无硫雕塑材料，所述雕塑材料是环境友好的，因而可以用于制造诸如汽车模型等工业模型，由此避免产生因硫而导致的刺激性气味，使其可以回收数次，并且在处理废物时不产生硫类有毒气体。
技术方案
根据本发明，一种无硫雕塑材料可以含有包含微晶蜡、凡士林和硬脂酸锌的雕塑材料组合物和包含淀粉的雕塑填充组合物，其中，相对于所述无硫雕塑材料的总重量，所述微晶蜡的含量为10重量％～25重量％，所述凡士林的含量为3重量％～20重量％，所述硬脂酸锌的含量为5重量％～25重量％，所述淀粉的含量为30重量％～70重量％。
所述无硫雕塑材料还可以包含石蜡，相对于所述无硫雕塑材料的总重量，所述石蜡的含量为5重量％～15重量％。
所述淀粉优选为含有辛烯基琥珀酸钠的改性淀粉。
根据本发明，一种制造所述无硫雕塑材料的方法可以包括(I)将微晶蜡、凡士林和硬脂酸锌放入加热炉中，并热处理所述微晶蜡、凡士林和硬脂酸锌；(II)将经热处理的所述微晶蜡、凡士林和硬脂酸锌与淀粉放入容器中，并捏合所述微晶蜡、凡士林、硬脂酸锌和淀粉；和(III)将经捏合的所述微晶蜡、凡士林、硬脂酸锌和淀粉放入真空挤出机中，并将所述微晶蜡、凡士林、硬脂酸锌和淀粉挤压为需要的目标形状。
所述方法还可以包括在(II)的捏合中加入石蜡。
有利效果
在使用根据本发明的雕塑材料以制造模型时，由于不同于常规雕塑材料，其不含有硫，因此不产生刺激性气味。目前的情况是，雕塑材料(粘土)含有大量硫，因而很重，其比重大于或等于1.5。然而，本发明的使用淀粉的雕塑材料的比重约为1.2，相对较轻，因而便于运输和制造大尺寸产品。
本发明的雕塑材料的表面可以是柔软的或者坚硬的，这取决于雕塑材料组合物与雕塑填充组合物的比例，因此，其硬度容易控制，从而实现了雕塑材料品种的多样化。
本发明的雕塑材料是100％可燃的并具有环境友好性，可以100％回收。
即，本发明的雕塑材料兼具稳定性和功能性，因而可以广泛应用于工业模型制造，或者可以被用作学校中的雕塑材料。
具体实施方式
根据本发明，无硫雕塑材料主要由微晶蜡、凡士林、硬脂酸锌和淀粉构成，并且还可以包含石蜡。
微晶蜡
微晶蜡(也被称作微晶石蜡)通过利用溶剂提取使具有高粘度的润滑油馏分脱蜡或脱油而获得，并且主要由侧链饱和的烃构成。微晶蜡的熔点为65.5℃～76.6℃，并表现出韧性和挠性。具有高熔点和高粘度的微晶蜡具有粘着性，呈白色或黄色。由于微晶蜡对于油性成分具有高亲和性，因而其油含量比石蜡高。
微晶蜡可以与其它品种的蜡有效地结合，因此可用于提高熔点、粘度和硬度，并且还可以用作止汗剂。微晶蜡主要用于各种蜡化合物、与橡胶相关的产品的抗氧化剂、介电材料和耐水或耐湿涂层剂。
凡士林
凡士林也称作石油膏或蜡膏，是具有C_nH_2n+2组成的饱和烃，并且是其中微晶固体烃被液体烃分散的凝胶。凡士林的熔点为38℃～54℃，呈白色或黄色。凡士林可溶于苯、氯仿、醚、石油苯、二硫化碳和油。此外，凡士林可与其它材料高度互混，由此目标表面会变得湿润或光滑。凡士林主要用于减摩剂、抗水剂、化妆品材料和医用材料。
硬脂酸锌
硬脂酸锌(Zn(C₁₇H₃₅COO)₂)主要用作无毒稳定剂。硬脂酸锌是无毒的，具有高活性，并可迅速硬化。硬脂酸锌作为用于与其它材料均匀混合的分散剂特别有效。此外，硬脂酸锌还用于在美学方面处理目标的表面，并在着色时有效地为经处理的目标表面赋予颜色。
淀粉
淀粉是植物利用水和二氧化碳进行光合作用后产生的天然高分子材料。为使淀粉扬长避短，可以对其进行物理或化学改变，由此生产改性淀粉。
在本发明中，可以使用通过向淀粉中加入乳化剂而获得的改性淀粉。可用的乳化剂以辛烯基琥珀酸钠为例，它们以酯的方式连接于淀粉的OH基，从而将疏水基引入亲水的淀粉中，从而赋予淀粉乳化能力和稳定性。特别是，在本发明中，优选使用玉米淀粉。
即，含有辛烯基琥珀酸钠的改性淀粉在一个分子中具有作为亲水部分的羟基和羧基，以及作为疏水部分的烃，由此起到乳化剂和稳定剂的作用。
石蜡
石蜡(也被称作石油蜡)通过精炼原油，特别是精炼从其中分离出润滑油油料的高沸点粗蜡而获得，并且主要由直链饱和烃构成。石蜡的熔点为47℃～65℃，并且是化学稳定的。
石蜡可以与其它品种的蜡有效地结合，因而被用作提高挠性的软化剂，还被用作促进抗水性的试剂。石蜡主要用于包装纸的涂层剂、增塑剂、脱模剂和蜡烛材料。
制造方法
本发明的雕塑材料由包含微晶蜡、凡士林和硬脂酸锌的雕塑材料组合物与包含淀粉的雕塑填充组合物构成。在本发明的雕塑材料的制造方法中，将微晶蜡、凡士林和硬脂酸锌放在加热炉中并进行热处理。热处理在150℃～200℃的温度气氛中如此进行。
相对于由雕塑材料组合物和雕塑填充组合物构成的雕塑材料的总重量，微晶蜡的用量为10重量％～25重量％。当微晶蜡的用量小于10重量％时，雕塑材料的雕刻能力良好，但是粘着力降低。另一方面，当微晶蜡的用量大于25重量％时，雕塑材料成分的粘着性良好，但是雕刻能力较差。
相对于雕塑材料的总重量，凡士林的用量为3重量％～20重量％。当凡士林的用量小于3重量％时，雕塑材料表面不湿润，但是过于坚硬。另一方面，当凡士林的用量大于20重量％时，雕塑材料的硬度降低，但是雕刻能力较差。
相对于雕塑材料的总重量，硬脂酸锌的用量为5重量％～25重量％。当硬脂酸锌的用量大于或等于5重量％时，雕塑材料的表面可以以美学方式进行加工。然而，当硬脂酸锌的用量超过25重量％时，雕塑材料的表面变得粗糙。
随后，将微晶蜡、凡士林和硬脂酸锌与淀粉一同放入容器中，并捏合在一起。此时，可以进一步加入石蜡作为雕塑材料组分。相对于雕塑材料的总重量，石蜡的用量为5重量％～15重量％。
当石蜡的用量大于或等于5重量％时，石蜡可以增加微晶蜡的挠性，由此提高雕刻能力。当石蜡的用量超过15重量％时，石蜡可以提高硬脂酸锌的活性，但是可能会从烘箱中流出。
另外，相对于雕塑材料的总重量，淀粉的用量为30重量％～70重量％。当淀粉的用量大于或等于30重量％时，淀粉可以与微晶蜡、石蜡、凡士林和硬脂酸锌有效地捏合。当淀粉的用量小于或等于70重量％时，淀粉可以与微晶蜡、石蜡、凡士林和硬脂酸锌以物理方式或化学方式有效地结合，由此提高雕塑材料的挠性和结合性。
接下来，将在步骤(II)中均匀捏合的微晶蜡、凡士林、硬脂酸锌和淀粉，或者作为选择，将在步骤(II)中均匀捏合的微晶蜡、凡士林、硬脂酸锌、淀粉和石蜡放在真空挤出机中，并挤压为对应于目标的所需形状。虽然优选进行挤压以获得圆柱形状，但也可以根据需要使用具有不同形状的模具来进行挤压以形成各种形状，这对本领域技术人员而言是显而易见的。
挤压后，可随后对目标表面进行着色。可以将块状目标加工为所需设计，并且可以使对应于目标表面的雕塑材料的表面着色。例如，由于本发明的雕塑材料是在大气中硬化，因此可以由其制造各种块材，用其代替木料。
虽然是出于说明目的而披露本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员将会理解，各种修改、添加和取代都是可能的，并不会脱离如所附权利要求所揭示的本发明的范围和要旨。
工业实用性
如上所述，本发明提供一种无硫雕塑材料及其制造方法。本发明的无硫雕塑材料既安全又实用，因此可以应用于工业模型，特别是汽车模型的制造，也可用作各学校中的雕塑材料。