书写、制图、绘画或化妆铅笔的制作方法
专利名称：书写、制图、绘画或化妆铅笔的制作方法
书写、制图、绘画或化妆铅笔本发明涉及一种包含释放颜色的聚合物粘合的铅芯和聚合物粘合的木材替代材 料的书写、制图、绘画或化妆铅笔，所述木材替代材料沿着铅芯的长度至少部分覆盖或围绕 铅芯，在所述铅芯和木材替代材料之间设置有至少一层助粘剂层。本发明还涉及一种该类 型的书写、制图、绘画或化妆铅笔的制备方法。原则上，上述类型的铅笔已被人们所公知。在本发明中，所述木材替代材料替代了 典型地常用于容纳释放颜色的铅芯的天然生长木材。铅芯被天然木材所围绕或包裹的木架铅笔已经为人们所知很长时间了。近年来， 高档木材的价格由于供应匮乏而上涨，并直接影响了铅笔的制造成本。此外，铅笔的制造使 用了相当大量的天然木材储备。由于上述原因，多年来人们努力尝试用更具成本效应的木材替代材料来取代天然 木材，以保存天然木材储备。因此，DE4230792C2已公开了带有聚合物粘合的铅芯以及由发泡聚合物形式的木 材替代材料制备的轴杆的共挤出铅笔，所述铅芯被所述轴杆而非木材所包裹。但是，这种铅 笔的劣势在于该种类的木材替代材料具有低的弹性模量，因此具有连铅芯本身通常都不具 备的高弹性。结果导致铅笔中的铅芯可能断裂或破坏。为了避免上述问题的出现，通常将 铅芯调整到相同的弹性，由此又导致其书写性能的显著恶化。而且不利的是，对使用者来说，具有由发泡聚合物制成的木材替代材料的铅笔不 具备天然生长木材所有的削尖性能。天然生长木材通常所固有的削尖声音和脆性也没有 了。此外，已知具有聚合物粘合的铅芯和聚合物粘合的木材替代材料的共挤出铅笔 中，所述木材替代材料含有无机填料。不利的是，由于无机填料的存在，这种类型的铅笔的 可削性被认为是不足的。因此，本发明的目的是提供一种具有类似于木架铅笔的削尖性能，并且其铅芯具 有优异书写性能的书写、制图、绘画或化妆铅笔，也提供所述铅笔的制备方法。所述书写、制图、绘画或化妆铅笔包含释放颜色的聚合物粘合的铅芯以及聚合物 粘合的木材替代材料，所述木材替代材料沿着铅芯长度至少部分覆盖或围绕铅芯，在所述 铅芯和木材替代材料之间设置有至少一层助粘剂层，所述铅芯和木材替代材料各自包含至 少一种聚合物，铅芯中的至少一种聚合物与木材替代材料中的至少一种其它聚合物是不相 容的，并且所述至少一层助粘剂层一方面与铅芯中的至少一种聚合物相连接，另一方面与 木材替代材料中的至少一种其它聚合物相连接，由此达到上述目的。已发现为了达到上述目的，铅芯和木材替代材料必须基于不同的聚合物粘合剂而 形成，使得一方面能实现铅芯所必需的书写性能，另一方面能实现木材替代材料所必需的 刚度和可削性。此外还发现这需要铅芯和木材替代材料包含互不相容的聚合物。这意味着 铅芯材料和木材替代材料彼此之间没有连接，或仅有不够牢固地连接。因此在使用中铅芯 得不到足够的支撑，书写时经常断裂。因为这个原因，尝试在铅芯和木材替代材料之间设置 至少一层助粘剂层。令人惊讶的是，已发现所述至少一种助粘剂层一方面与铅芯中的至少
4一种聚合物相连接，另一方面与木材替代材料中的至少一种其它聚合物相连接，在铅芯和 木材替代材料之间建立了牢固的永久性连接。以这种方式制备的铅笔具有必需的可削性和 铅芯书写性能，并且可被误认为是木架铅笔。为了评估根据本发明的铅笔的可削性，将它们削尖。在这种情况下，在测试或削尖 过程中具有低于IONcm的所谓削尖力矩的铅笔，被认为具有低能量消耗的可削性。通过在 为此目的设计的试验机中将铅笔形式的测试样品连续削20s，来测定削尖力矩。在削尖过程 中测定平均扭矩(单位为Ncm)被称为削尖力矩，所述平均扭矩为在带有新刀片的传统卷笔 刀中，以43rpm速度对直径为7. 6 士 0. 2mm的铅笔进行事先指定终点，即事先削向预期角度 的持续削尖所必需的。
图1示出了用于测量削尖力矩的设备的工作原理。该设备包括固定在支架3上的 铅笔卷笔刀1，该支架3与扭矩测量设备2连接。在适配器4中旋转供应铅笔5，并将其引入 到卷笔刀1中。使用供应装置6将旋转的铅笔5靠空气作用朝卷笔刀1的方向送入，所述 供应装置6对持有铅笔5的适配器4施加20N的力(见图右边的箭头)。记录在铅笔5的 削尖过程中通过扭矩测量设备2测定的扭矩，并在测试期间上进行平均，以确定削尖力矩。用作铅笔芯外壳的木材替代材料的所需弯曲强度，特别为约至少50MPa。弹性模量 优选为约至少5000MPa。根据DIN 52186 (木材试验-弯曲试验)的三点弯曲试验来测量弯 曲强度和弹性模量。图2显示了一种用于上述三点弯曲试验的测量装置。使用直径为7. 6士0. 2mm以 及长度为180士5mm的铅笔形式的圆柱形测试样品7。将测试样品7放置在轴承跨距为 IOOmm(滚柱8中点之间的距离)的移动滚柱8上。用测试柱塞9向中心施加力。滚柱8和 测试柱塞9均具有15mm的半径。在测试中对测试样品7均勻施载，直到测试样品7断裂。 从所需的断裂力以及递增的载荷下所测得的测试样品7的挠曲来确定测试样品7的弯曲强 度和弹性模量。书写、制图或绘画铅笔的实例特别为铅芯或彩色铅笔。化妆铅笔的实例特别为眼 线笔或唇线笔。下面阐述根据本发明的铅笔的有利实施方案。已证明铅芯中的至少一种聚合物由聚苯乙烯或SAN制成，是特别有利的。已进一步证明如果木材替代材料中的至少一种聚合物选自于聚烯烃，是有利的。木材替代材料中的聚烯烃与铅芯中的聚苯乙烯或SAN是不相容的。至少一种助粘剂层优选由共聚物、嵌段聚合物、接枝聚合物或聚合物混合物所形 成。特别优选至少一种助粘剂层由苯乙烯-丁二烯共聚物和/或苯乙烯/乙烯-丁烯 /苯乙烯嵌段共聚物所形成，以将木材替代材料中的聚烯烃与铅芯中的聚苯乙烯或SAN相 连接。借助下图对助粘剂的作用方式进行更详细的说明。图3的上部显示了其边界表面在一起却没有任何连接的不相容聚合物10和20。 相反，图3的下部显示了在助粘剂30的存在下，在原本不相容的聚合物10和20的区域之 间产生桥接。助粘剂使得聚合物相容/兼容，或至少部分相容。图4显示了彼此不相容的两种聚合物的实例。它们为聚苯乙烯和聚乙烯。这些聚合物彼此之间不形成任何连接或桥接。仅仅在苯乙烯-丁二烯共聚物形式的助粘剂的存在 下，这两者之间才产生连接。下面阐述共挤出铅笔的两个实施方案，其中助粘剂层插入到铅芯和木材替代材料 之间，以使原本不兼容或不相容的聚合物基团彼此相连接。此外，这些铅笔可具有装饰层。实施方案1，具有聚合物层组合物的铅笔铅芯聚苯乙烯(PS)助粘剂/铅芯外壳 苯乙烯-丁二烯共聚物(SB)木材替代物(WPC) 聚烯烃(PE-HD)装饰TPE实施方案2，具有聚合物层组合物的铅笔铅芯(SAN)助粘剂/铅芯外壳 苯乙烯-丁二烯共聚物(SB)木材替代物(WPC) 聚烯烃(PE)装饰聚丙烯(PP)已证明特别成功的是，至少一种聚合物粘合的木材替代材料由下述物质组成15-30wt%至少一种聚烯烃、50-80wt%至少一种有机填料、0-20wt%至少一种无机填料、0. 5-5wt%至少一种助粘剂、l-30wt%至少一种赌、O-IOwt %至少一种染料、以及O-IOwt %至少一种添加剂。对于可削性有利的是，木材替代材料中的所述至少一种蜡选自酰胺蜡、脂肪酸如 硬脂酸和棕榈酸、褐煤蜡、硬脂酸盐、脂肪酸酯、石蜡。对于可削性特别有利的是，木材替代材料中的至少一种蜡由酰胺蜡和/或硬脂酸 形成。对于可削性，已证明最有利的是，木材替代材料中的至少一种蜡由酰胺蜡和硬脂 酸的组合所形成，其中酰胺蜡和硬脂酸的比例为1 0.5至1 2。为了使木材替代材料呈现类似于木材的特性，有利的是，所述至少一种有机填料 由木材和/或纤维素形成。对于可削性特别有利的是，至少一种有机填料由最大粒径为 250 μ m,特别是100 μ m的填料颗粒形成。助粘剂需要将具有极性表面的木材和具有非极性表面的聚烯烃连接。由于用于聚 乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的助粘剂可通过商购获得，因此有利的是，所述聚烯烃由聚乙烯 (PE)和/或聚丙烯(PP)形成。由马来酸酐接枝聚乙烯(PE)形成的助粘剂，经证明能成功连接木材和PE。为了达到大于50MPa的弯曲强度和大于5000MPa的弹性模量，特别有利的是，所述 至少一种聚烯烃由高密度聚乙烯(PE-HD)形成。为了提亮木材替代材料的色调，经证明成功的是，木材替代材料包含l_3wt%的白 色染料。
为了提亮色调，经证明是有利的是，所述白色染料由二氧化钛(TiO2)形成。为了设定所需的色调，有利的是，木材替代材料包含0. l-5wt%的有色染料。为了设定脆性和削尖过程中的滑动特性，木材替代材料中的至少一种无机填料选 自层状硅酸盐、硫酸钙、碳酸钙、氮化硼、皂石和石墨，是有利的。为了达到特殊的性能以及满足特殊需要，木材替代材料中的至少一种添加剂选自 润滑剂、软化剂、表面活性剂、热稳定剂、紫外稳定剂，是有利的。
的
下面给出两个木材替代材料的配方实例，该实例经证明能成功用于挤出 木材替代材料配方实例1
25. Owt % 65. Owt %
2.Owt %
3.Owt % 3. Owt % 2. Owt %
高密度聚乙烯(PE-HD) 木尘
马来酸酐接枝的聚乙烯 酰胺蜡 硬脂酸 二氧化钛
木材替代材料配方实例2 聚丙烯(PP) 木尘
马来酸酐接枝的聚丙烯
酰胺蜡
硬脂酸
氮化硼
20. Owt % 70.Owt % 1. Owt % 3. Owt % 1. Owt % 5. Owt %
由下列物质制成的聚合物粘合的铅芯结合使用上述木材替代材料经证明是成功
10-30wt% 聚苯乙烯或苯乙烯-丙烯腈(SAN) 2-25wt% 蜡 0. l-5wt% 棕榈油，以及 余量填料。
该铅芯组合物具有杰出的挤出性能。令人惊讶的是，已显示通过有目的得使用棕 榈油作为铅笔芯的一个组分，向配方中添加内部润滑剂，导致挤出机中的挤出压力显著降 低。特别地，铅芯组合物中的棕榈油添加剂显著降低了挤出过程中挤出机嘴或机头处的压 制或挤出压力。在此工艺中，随着棕榈油添加量的增大，压力降低，与传统挤出性铅芯组合 物相比，压力降低了至少30 %，特别是至少50 %。已知尽管其它天然油或合成油也降低挤出机中的压力，但是它们对挤出铅芯的强 度产生了不相称地极大不利影响。令人惊讶的是，使用棕榈油时便不存在上述问题，因为挤 出机中压力降低的同时，所需的铅芯强度仍然存在。棕榈油的典型脂肪酸分布如下所示C12:月桂酸0-1%C14:肉豆蔻酸 0-3%C16 棕榈酸36-47%
C18C18C18C18其它
硬脂酸2-8%
油酸36-42%
亚油酸7-12%
亚麻酸0-1%最大此外，棕榈油在铅芯涂层中产生了更强烈的色彩印痕，并且提高其在书写中的滑 动性能。对于铅笔芯，显现高光学密度的丰富画线，而彩色铅笔芯则在画线中产生丰富的、 有光泽的强烈色彩阴影。铅芯组合物中棕榈油的比例为0. l-5wt %，特别是0. 5-2. 5wt %。如果棕榈油的含 量超过上限5wt%，即使使用棕榈油，铅芯的强度也会不相称地高度降低。由此铅芯在使用 时易于破碎或断裂。用于铅芯的蜡在20°C下是可揉捏的，具有从坚固到脆性的硬度，显示从粗糙到精 细的晶体结构，在颜色上为半透明到混浊，但不呈现玻璃态，并且在40°C以上熔融但不分 解。稍微超过其熔点，它们便是易于流动的液体，并且其稠度和溶解度强烈地依赖于温度。该聚合物粘合的铅芯为不需进一步热处理或浸渍便可使用的未焙烧铅芯。特别优选聚合物粘合的铅芯包含15-25wt%聚苯乙烯或 SAN4-20wt%蜡0. 5-2. 5wt%棕榈油，以及余量填料已进一步证明铅芯中的至少一种蜡为硬脂酸盐、褐煤蜡、酰胺蜡和石蜡中的至少 一种，是成功的。也可使用两种或多种蜡的混合物。在这种情况下，特别优选铅芯中的至少一种蜡由硬脂酸钙形成或包含硬脂酸钙。有利的是，铅芯中的至少一种填料由石墨、烟灰、六方氮化硼、层状硅酸盐、石灰 石、硫酸钡、彩色颜料、非彩色颜料中的至少一种填料形成。对于铅笔芯，特别优选石墨或石墨和烟灰的组合作为释放颜色的填料。对于彩色 铅笔芯，白色或非彩色填料如六方氮化硼、层状硅酸盐等与释放颜色的颜料如偶氮颜料、酞 菁、二噁嗪、喹吖啶酮、氧化铁、烟灰、石墨、群青和铁-氰基络合物的组合，已证明是成功 的。用于铅笔芯的优选组合物由下列物质组成15"25wt%聚苯乙烯或苯乙烯-丙烯腈4-12wt%蜡0. 5-2wt%棕榈油，以及余量石墨或石墨和烟灰。特别地，铅笔芯具有15-25wt%聚苯乙烯(PS)或苯乙烯-丙烯腈4-12wt%硬脂酸钙0. 5-2wt%棕榈油，以及余量石墨或石墨和烟灰。
用于铅笔芯的配方实例1包含下列物质
聚苯乙烯(PS)21wt%
硬脂酸钙6wt%
棕榈油1. Owt %
石墨余里ο
用于铅笔芯的配方实例2包含下列物质
苯乙烯-丙烯腈(SAN) 15wt%
硬脂酸铝IOwt %
棕榈油2wt%
石墨余里ο
用于彩色铅笔芯的优选组合物包含下列物质
15-25wt%聚苯乙烯或SAN
4-12wt%蜡
0. 5-2wt%棕榈油，以及
余量层状硅酸盐和/或六方氮化硼以及至少一种彩色颜料
和/或非彩色颜料。
特别地，彩色铅笔具有
15-25wt%聚苯乙烯(PS)
4-12wt%褐煤蜡
0. 5-2wt%棕榈油，以及
余量滑石和/或六方氮化硼以及至少一种彩色颜料
和/或非彩色颜料。
对于根据本发明的书写、制图、绘画或化妆铅笔，在木材替代材料背离铅芯的一侧有至少--层装饰层，经证明是成功的。其取代传统的涂料层，以及特别地，是有颜色的和/或带有典型的制造商标记,O在这种情况下，至少一种装饰层为与木材替代材料中的至少一种其它聚合物相容 的聚合物粘合的装饰层，经证明是成功的。或者，至少一种装饰层可以是与木材替代材料中的至少一种其它聚合物不相容的 聚合物粘合的装饰层，并且在木材替代材料与所述至少一种装饰层之间存在至少一层其它 助粘剂层，其中该至少一层其它助粘剂层一方面与木材替代材料中的至少一种其它聚合物 相连接，另一方面与至少一层装饰层中的聚合物相连接。本发明还提供制备书写、制图、绘画或化妆铅笔的方法，其中将铅芯、至少一层助 粘剂层以及木材替代材料进行共挤出。本发明还提供制备书写、制图、绘画或化妆铅笔的方法，其中将铅芯、至少一层助 粘剂层、木材替代材料、任选存在的至少一层其它助粘剂层以及至少一层装饰层进行共挤
出ο当将铅笔进行共挤出时，不同组分(铅芯、助粘剂、木材替代材料和装饰)在挤出 机中各自熔融，然后将粘性熔体传输到接合模子中。在该模子中，各个组分进行几何上的预 成型，结合在一起并被共同喷射。离开模子后，冷却并按照现有几何形状固化通过这种方式挤出得到的连续线。冷却后，分离该连续线，各段被传输至后续单元，以进行装饰(箔烫印) 和抛光(削尖)。 基于上述制备方法以及铅芯和木材替代材料之间的杰出粘附性能，木材替代材料 可按照各种各样的设计进行成型。因此，从横截面来看，木材替代材料可围绕铅芯形成封闭 的环，也可形成圆弓形或沿着铅芯以螺旋形延伸。
权利要求
1.一种书写、制图、绘画或化妆铅笔，其包含释放颜色的聚合物粘合的铅芯和聚合物粘 合的木材替代材料，所述木材替代材料沿着铅芯的长度至少部分地覆盖或围绕所述铅芯， 在所述铅芯和所述木材替代材料之间设置有至少一层助粘剂层，其特征在于，所述铅芯和所述木材替代材料各自具有至少一种聚合物，所述铅芯中的至少一种聚合 物与所述木材替代材料中的至少一种其它聚合物是不相容的，而所述至少一层助粘剂层一 方面与所述铅芯中的所述至少一种聚合物相连接，另一方面与所述木材替代材料中的所述 至少一种其它聚合物相连接。
2.根据权利要求1所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，所述铅芯中的所 述至少一种聚合物由聚苯乙烯或SAN制成。
3.根据权利要求1或2所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，所述木材替代 材料中的所述至少一种其它聚合物选自聚烯烃。
4.根据权利要求1-3之一所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，所述至少 一层助粘剂层由共聚物、嵌段聚合物、接枝聚合物或聚合物混合物形成。
5.根据权利要求1-4之一所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，所述至少 一层助粘剂层由苯乙烯-丁二烯共聚物和/或苯乙烯/乙烯-丁烯/苯乙烯嵌段共聚物形 成。
6.根据权利要求1-5之一所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，所述至少 一种聚合物粘合的木材替代材料由下述物质组成15-30wt%至少一4中聚烯烃、50-80wt%至少一4中有机填料、0-20wt%至少-一种无机填料、0. 5-5wt%至少-一种助粘剂、l-30wt%至少-一种蜡、O-IOwt %至少-一种染料、以及O-IOwt %至少-一种添加剂。
7.根据权利要求1-6之一所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，所述聚合 物粘合的铅芯由下列物质制成10-30wt% 聚苯乙烯或苯乙烯-丙烯腈(SAN)，2-25wt% 蜡，0. l-5wt% 棕榈油，以及余量填料。
8.根据权利要求1-7之一所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，在所述木 材替代材料背离所述铅芯的一侧设置有至少一层装饰层。
9.根据权利要求8所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，所述至少一层装 饰层为与所述木材替代材料中的所述至少一种其它聚合物相容的聚合物粘合的装饰层。
10.根据权利要求8所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，所述至少一层装 饰层为与所述木材替代材料中的所述至少一种其它聚合物不相容的聚合物粘合的装饰层， 并且在所述木材替代材料与所述至少一层装饰层之间设置至少一层其它助粘剂层，其中所 述至少一层其它助粘剂层一方面与所述木材替代材料中的所述至少一种其它聚合物相连接，另一方面与所述至少一层装饰层中的所述聚合物相连接。
11.权利要求1-8之一所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔的制备方法，其特征在于，将 所述铅芯、所述至少一层助粘剂层以及所述木材替代材料进行共挤出。
12.权利要求8-10之一所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔的制备方法，其特征在于， 将所述铅芯、所述至少一层助粘剂层、所述木材替代材料、任选存在的所述至少一层其它助 粘剂层以及所述至少一层装饰层进行共挤出。
全文摘要
本发明涉及一种包含释放颜色的聚合物粘合的铅芯和聚合物粘合的木材替代材料的书写、制图、装饰或化妆铅笔，木材替代材料沿着铅芯长度至少部分覆盖和围绕铅芯，在铅芯和木材替代材料之间设置有至少一层助粘剂层，铅芯和木材替代材料各自包含至少一种聚合物，铅芯中的至少一种聚合物与木材替代材料中的至少一种其它聚合物是不相容的，并且所述至少一层助粘剂层一方面与铅芯中的至少一种聚合物相连接，另一方面与木材替代材料中的至少一种其它聚合物相连接。
文档编号B43K19/02GK102099201SQ200980127738
公开日2011年6月15日 申请日期2009年7月11日 优先权日2008年7月15日
发明者A·蒂斯, C·德拉皮埃尔科尔, H·朗, J·赫因博尔施米尔, M·雅各布, N·林斯, S·阿尔滕 申请人:J.S.斯达德勒两合公司
书写、制图、绘画或化妆铅笔本发明涉及一种包含释放颜色的聚合物粘合的铅芯和聚合物粘合的木材替代材 料的书写、制图、绘画或化妆铅笔，所述木材替代材料沿着铅芯的长度至少部分覆盖或围绕 铅芯，在所述铅芯和木材替代材料之间设置有至少一层助粘剂层。本发明还涉及一种该类 型的书写、制图、绘画或化妆铅笔的制备方法。原则上，上述类型的铅笔已被人们所公知。在本发明中，所述木材替代材料替代了 典型地常用于容纳释放颜色的铅芯的天然生长木材。铅芯被天然木材所围绕或包裹的木架铅笔已经为人们所知很长时间了。近年来， 高档木材的价格由于供应匮乏而上涨，并直接影响了铅笔的制造成本。此外，铅笔的制造使 用了相当大量的天然木材储备。由于上述原因，多年来人们努力尝试用更具成本效应的木材替代材料来取代天然 木材，以保存天然木材储备。因此，DE4230792C2已公开了带有聚合物粘合的铅芯以及由发泡聚合物形式的木 材替代材料制备的轴杆的共挤出铅笔，所述铅芯被所述轴杆而非木材所包裹。但是，这种铅 笔的劣势在于该种类的木材替代材料具有低的弹性模量，因此具有连铅芯本身通常都不具 备的高弹性。结果导致铅笔中的铅芯可能断裂或破坏。为了避免上述问题的出现，通常将 铅芯调整到相同的弹性，由此又导致其书写性能的显著恶化。而且不利的是，对使用者来说，具有由发泡聚合物制成的木材替代材料的铅笔不 具备天然生长木材所有的削尖性能。天然生长木材通常所固有的削尖声音和脆性也没有 了。此外，已知具有聚合物粘合的铅芯和聚合物粘合的木材替代材料的共挤出铅笔 中，所述木材替代材料含有无机填料。不利的是，由于无机填料的存在，这种类型的铅笔的 可削性被认为是不足的。因此，本发明的目的是提供一种具有类似于木架铅笔的削尖性能，并且其铅芯具 有优异书写性能的书写、制图、绘画或化妆铅笔，也提供所述铅笔的制备方法。所述书写、制图、绘画或化妆铅笔包含释放颜色的聚合物粘合的铅芯以及聚合物 粘合的木材替代材料，所述木材替代材料沿着铅芯长度至少部分覆盖或围绕铅芯，在所述 铅芯和木材替代材料之间设置有至少一层助粘剂层，所述铅芯和木材替代材料各自包含至 少一种聚合物，铅芯中的至少一种聚合物与木材替代材料中的至少一种其它聚合物是不相 容的，并且所述至少一层助粘剂层一方面与铅芯中的至少一种聚合物相连接，另一方面与 木材替代材料中的至少一种其它聚合物相连接，由此达到上述目的。已发现为了达到上述目的，铅芯和木材替代材料必须基于不同的聚合物粘合剂而 形成，使得一方面能实现铅芯所必需的书写性能，另一方面能实现木材替代材料所必需的 刚度和可削性。此外还发现这需要铅芯和木材替代材料包含互不相容的聚合物。这意味着 铅芯材料和木材替代材料彼此之间没有连接，或仅有不够牢固地连接。因此在使用中铅芯 得不到足够的支撑，书写时经常断裂。因为这个原因，尝试在铅芯和木材替代材料之间设置 至少一层助粘剂层。令人惊讶的是，已发现所述至少一种助粘剂层一方面与铅芯中的至少
4一种聚合物相连接，另一方面与木材替代材料中的至少一种其它聚合物相连接，在铅芯和 木材替代材料之间建立了牢固的永久性连接。以这种方式制备的铅笔具有必需的可削性和 铅芯书写性能，并且可被误认为是木架铅笔。为了评估根据本发明的铅笔的可削性，将它们削尖。在这种情况下，在测试或削尖 过程中具有低于IONcm的所谓削尖力矩的铅笔，被认为具有低能量消耗的可削性。通过在 为此目的设计的试验机中将铅笔形式的测试样品连续削20s，来测定削尖力矩。在削尖过程 中测定平均扭矩(单位为Ncm)被称为削尖力矩，所述平均扭矩为在带有新刀片的传统卷笔 刀中，以43rpm速度对直径为7. 6 士 0. 2mm的铅笔进行事先指定终点，即事先削向预期角度 的持续削尖所必需的。
图1示出了用于测量削尖力矩的设备的工作原理。该设备包括固定在支架3上的 铅笔卷笔刀1，该支架3与扭矩测量设备2连接。在适配器4中旋转供应铅笔5，并将其引入 到卷笔刀1中。使用供应装置6将旋转的铅笔5靠空气作用朝卷笔刀1的方向送入，所述 供应装置6对持有铅笔5的适配器4施加20N的力(见图右边的箭头)。记录在铅笔5的 削尖过程中通过扭矩测量设备2测定的扭矩，并在测试期间上进行平均，以确定削尖力矩。用作铅笔芯外壳的木材替代材料的所需弯曲强度，特别为约至少50MPa。弹性模量 优选为约至少5000MPa。根据DIN 52186 (木材试验-弯曲试验)的三点弯曲试验来测量弯 曲强度和弹性模量。图2显示了一种用于上述三点弯曲试验的测量装置。使用直径为7. 6士0. 2mm以 及长度为180士5mm的铅笔形式的圆柱形测试样品7。将测试样品7放置在轴承跨距为 IOOmm(滚柱8中点之间的距离)的移动滚柱8上。用测试柱塞9向中心施加力。滚柱8和 测试柱塞9均具有15mm的半径。在测试中对测试样品7均勻施载，直到测试样品7断裂。 从所需的断裂力以及递增的载荷下所测得的测试样品7的挠曲来确定测试样品7的弯曲强 度和弹性模量。书写、制图或绘画铅笔的实例特别为铅芯或彩色铅笔。化妆铅笔的实例特别为眼 线笔或唇线笔。下面阐述根据本发明的铅笔的有利实施方案。已证明铅芯中的至少一种聚合物由聚苯乙烯或SAN制成，是特别有利的。已进一步证明如果木材替代材料中的至少一种聚合物选自于聚烯烃，是有利的。木材替代材料中的聚烯烃与铅芯中的聚苯乙烯或SAN是不相容的。至少一种助粘剂层优选由共聚物、嵌段聚合物、接枝聚合物或聚合物混合物所形 成。特别优选至少一种助粘剂层由苯乙烯-丁二烯共聚物和/或苯乙烯/乙烯-丁烯 /苯乙烯嵌段共聚物所形成，以将木材替代材料中的聚烯烃与铅芯中的聚苯乙烯或SAN相 连接。借助下图对助粘剂的作用方式进行更详细的说明。图3的上部显示了其边界表面在一起却没有任何连接的不相容聚合物10和20。 相反，图3的下部显示了在助粘剂30的存在下，在原本不相容的聚合物10和20的区域之 间产生桥接。助粘剂使得聚合物相容/兼容，或至少部分相容。图4显示了彼此不相容的两种聚合物的实例。它们为聚苯乙烯和聚乙烯。这些聚合物彼此之间不形成任何连接或桥接。仅仅在苯乙烯-丁二烯共聚物形式的助粘剂的存在 下，这两者之间才产生连接。下面阐述共挤出铅笔的两个实施方案，其中助粘剂层插入到铅芯和木材替代材料 之间，以使原本不兼容或不相容的聚合物基团彼此相连接。此外，这些铅笔可具有装饰层。实施方案1，具有聚合物层组合物的铅笔铅芯聚苯乙烯(PS)助粘剂/铅芯外壳 苯乙烯-丁二烯共聚物(SB)木材替代物(WPC) 聚烯烃(PE-HD)装饰TPE实施方案2，具有聚合物层组合物的铅笔铅芯(SAN)助粘剂/铅芯外壳 苯乙烯-丁二烯共聚物(SB)木材替代物(WPC) 聚烯烃(PE)装饰聚丙烯(PP)已证明特别成功的是，至少一种聚合物粘合的木材替代材料由下述物质组成15-30wt%至少一种聚烯烃、50-80wt%至少一种有机填料、0-20wt%至少一种无机填料、0. 5-5wt%至少一种助粘剂、l-30wt%至少一种赌、O-IOwt %至少一种染料、以及O-IOwt %至少一种添加剂。对于可削性有利的是，木材替代材料中的所述至少一种蜡选自酰胺蜡、脂肪酸如 硬脂酸和棕榈酸、褐煤蜡、硬脂酸盐、脂肪酸酯、石蜡。对于可削性特别有利的是，木材替代材料中的至少一种蜡由酰胺蜡和/或硬脂酸 形成。对于可削性，已证明最有利的是，木材替代材料中的至少一种蜡由酰胺蜡和硬脂 酸的组合所形成，其中酰胺蜡和硬脂酸的比例为1 0.5至1 2。为了使木材替代材料呈现类似于木材的特性，有利的是，所述至少一种有机填料 由木材和/或纤维素形成。对于可削性特别有利的是，至少一种有机填料由最大粒径为 250 μ m,特别是100 μ m的填料颗粒形成。助粘剂需要将具有极性表面的木材和具有非极性表面的聚烯烃连接。由于用于聚 乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的助粘剂可通过商购获得，因此有利的是，所述聚烯烃由聚乙烯 (PE)和/或聚丙烯(PP)形成。由马来酸酐接枝聚乙烯(PE)形成的助粘剂，经证明能成功连接木材和PE。为了达到大于50MPa的弯曲强度和大于5000MPa的弹性模量，特别有利的是，所述 至少一种聚烯烃由高密度聚乙烯(PE-HD)形成。为了提亮木材替代材料的色调，经证明成功的是，木材替代材料包含l_3wt%的白 色染料。
为了提亮色调，经证明是有利的是，所述白色染料由二氧化钛(TiO2)形成。为了设定所需的色调，有利的是，木材替代材料包含0. l-5wt%的有色染料。为了设定脆性和削尖过程中的滑动特性，木材替代材料中的至少一种无机填料选 自层状硅酸盐、硫酸钙、碳酸钙、氮化硼、皂石和石墨，是有利的。为了达到特殊的性能以及满足特殊需要，木材替代材料中的至少一种添加剂选自 润滑剂、软化剂、表面活性剂、热稳定剂、紫外稳定剂，是有利的。
的
下面给出两个木材替代材料的配方实例，该实例经证明能成功用于挤出 木材替代材料配方实例1
25. Owt % 65. Owt %
2.Owt %
3.Owt % 3. Owt % 2. Owt %
高密度聚乙烯(PE-HD) 木尘
马来酸酐接枝的聚乙烯 酰胺蜡 硬脂酸 二氧化钛
木材替代材料配方实例2 聚丙烯(PP) 木尘
马来酸酐接枝的聚丙烯
酰胺蜡
硬脂酸
氮化硼
20. Owt % 70.Owt % 1. Owt % 3. Owt % 1. Owt % 5. Owt %
由下列物质制成的聚合物粘合的铅芯结合使用上述木材替代材料经证明是成功
10-30wt% 聚苯乙烯或苯乙烯-丙烯腈(SAN) 2-25wt% 蜡 0. l-5wt% 棕榈油，以及 余量填料。
该铅芯组合物具有杰出的挤出性能。令人惊讶的是，已显示通过有目的得使用棕 榈油作为铅笔芯的一个组分，向配方中添加内部润滑剂，导致挤出机中的挤出压力显著降 低。特别地，铅芯组合物中的棕榈油添加剂显著降低了挤出过程中挤出机嘴或机头处的压 制或挤出压力。在此工艺中，随着棕榈油添加量的增大，压力降低，与传统挤出性铅芯组合 物相比，压力降低了至少30 %，特别是至少50 %。已知尽管其它天然油或合成油也降低挤出机中的压力，但是它们对挤出铅芯的强 度产生了不相称地极大不利影响。令人惊讶的是，使用棕榈油时便不存在上述问题，因为挤 出机中压力降低的同时，所需的铅芯强度仍然存在。棕榈油的典型脂肪酸分布如下所示C12:月桂酸0-1%C14:肉豆蔻酸 0-3%C16 棕榈酸36-47%
C18C18C18C18其它
硬脂酸2-8%
油酸36-42%
亚油酸7-12%
亚麻酸0-1%最大此外，棕榈油在铅芯涂层中产生了更强烈的色彩印痕，并且提高其在书写中的滑 动性能。对于铅笔芯，显现高光学密度的丰富画线，而彩色铅笔芯则在画线中产生丰富的、 有光泽的强烈色彩阴影。铅芯组合物中棕榈油的比例为0. l-5wt %，特别是0. 5-2. 5wt %。如果棕榈油的含 量超过上限5wt%，即使使用棕榈油，铅芯的强度也会不相称地高度降低。由此铅芯在使用 时易于破碎或断裂。用于铅芯的蜡在20°C下是可揉捏的，具有从坚固到脆性的硬度，显示从粗糙到精 细的晶体结构，在颜色上为半透明到混浊，但不呈现玻璃态，并且在40°C以上熔融但不分 解。稍微超过其熔点，它们便是易于流动的液体，并且其稠度和溶解度强烈地依赖于温度。该聚合物粘合的铅芯为不需进一步热处理或浸渍便可使用的未焙烧铅芯。特别优选聚合物粘合的铅芯包含15-25wt%聚苯乙烯或 SAN4-20wt%蜡0. 5-2. 5wt%棕榈油，以及余量填料已进一步证明铅芯中的至少一种蜡为硬脂酸盐、褐煤蜡、酰胺蜡和石蜡中的至少 一种，是成功的。也可使用两种或多种蜡的混合物。在这种情况下，特别优选铅芯中的至少一种蜡由硬脂酸钙形成或包含硬脂酸钙。有利的是，铅芯中的至少一种填料由石墨、烟灰、六方氮化硼、层状硅酸盐、石灰 石、硫酸钡、彩色颜料、非彩色颜料中的至少一种填料形成。对于铅笔芯，特别优选石墨或石墨和烟灰的组合作为释放颜色的填料。对于彩色 铅笔芯，白色或非彩色填料如六方氮化硼、层状硅酸盐等与释放颜色的颜料如偶氮颜料、酞 菁、二噁嗪、喹吖啶酮、氧化铁、烟灰、石墨、群青和铁-氰基络合物的组合，已证明是成功 的。用于铅笔芯的优选组合物由下列物质组成15"25wt%聚苯乙烯或苯乙烯-丙烯腈4-12wt%蜡0. 5-2wt%棕榈油，以及余量石墨或石墨和烟灰。特别地，铅笔芯具有15-25wt%聚苯乙烯(PS)或苯乙烯-丙烯腈4-12wt%硬脂酸钙0. 5-2wt%棕榈油，以及余量石墨或石墨和烟灰。
用于铅笔芯的配方实例1包含下列物质
聚苯乙烯(PS)21wt%
硬脂酸钙6wt%
棕榈油1. Owt %
石墨余里ο
用于铅笔芯的配方实例2包含下列物质
苯乙烯-丙烯腈(SAN) 15wt%
硬脂酸铝IOwt %
棕榈油2wt%
石墨余里ο
用于彩色铅笔芯的优选组合物包含下列物质
15-25wt%聚苯乙烯或SAN
4-12wt%蜡
0. 5-2wt%棕榈油，以及
余量层状硅酸盐和/或六方氮化硼以及至少一种彩色颜料
和/或非彩色颜料。
特别地，彩色铅笔具有
15-25wt%聚苯乙烯(PS)
4-12wt%褐煤蜡
0. 5-2wt%棕榈油，以及
余量滑石和/或六方氮化硼以及至少一种彩色颜料
和/或非彩色颜料。
对于根据本发明的书写、制图、绘画或化妆铅笔，在木材替代材料背离铅芯的一侧有至少--层装饰层，经证明是成功的。其取代传统的涂料层，以及特别地，是有颜色的和/或带有典型的制造商标记,O在这种情况下，至少一种装饰层为与木材替代材料中的至少一种其它聚合物相容 的聚合物粘合的装饰层，经证明是成功的。或者，至少一种装饰层可以是与木材替代材料中的至少一种其它聚合物不相容的 聚合物粘合的装饰层，并且在木材替代材料与所述至少一种装饰层之间存在至少一层其它 助粘剂层，其中该至少一层其它助粘剂层一方面与木材替代材料中的至少一种其它聚合物 相连接，另一方面与至少一层装饰层中的聚合物相连接。本发明还提供制备书写、制图、绘画或化妆铅笔的方法，其中将铅芯、至少一层助 粘剂层以及木材替代材料进行共挤出。本发明还提供制备书写、制图、绘画或化妆铅笔的方法，其中将铅芯、至少一层助 粘剂层、木材替代材料、任选存在的至少一层其它助粘剂层以及至少一层装饰层进行共挤
出ο当将铅笔进行共挤出时，不同组分(铅芯、助粘剂、木材替代材料和装饰)在挤出 机中各自熔融，然后将粘性熔体传输到接合模子中。在该模子中，各个组分进行几何上的预 成型，结合在一起并被共同喷射。离开模子后，冷却并按照现有几何形状固化通过这种方式挤出得到的连续线。冷却后，分离该连续线，各段被传输至后续单元，以进行装饰(箔烫印) 和抛光(削尖)。 基于上述制备方法以及铅芯和木材替代材料之间的杰出粘附性能，木材替代材料 可按照各种各样的设计进行成型。因此，从横截面来看，木材替代材料可围绕铅芯形成封闭 的环，也可形成圆弓形或沿着铅芯以螺旋形延伸。
权利要求
1.一种书写、制图、绘画或化妆铅笔，其包含释放颜色的聚合物粘合的铅芯和聚合物粘 合的木材替代材料，所述木材替代材料沿着铅芯的长度至少部分地覆盖或围绕所述铅芯， 在所述铅芯和所述木材替代材料之间设置有至少一层助粘剂层，其特征在于，所述铅芯和所述木材替代材料各自具有至少一种聚合物，所述铅芯中的至少一种聚合 物与所述木材替代材料中的至少一种其它聚合物是不相容的，而所述至少一层助粘剂层一 方面与所述铅芯中的所述至少一种聚合物相连接，另一方面与所述木材替代材料中的所述 至少一种其它聚合物相连接。
2.根据权利要求1所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，所述铅芯中的所 述至少一种聚合物由聚苯乙烯或SAN制成。
3.根据权利要求1或2所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，所述木材替代 材料中的所述至少一种其它聚合物选自聚烯烃。
4.根据权利要求1-3之一所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，所述至少 一层助粘剂层由共聚物、嵌段聚合物、接枝聚合物或聚合物混合物形成。
5.根据权利要求1-4之一所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，所述至少 一层助粘剂层由苯乙烯-丁二烯共聚物和/或苯乙烯/乙烯-丁烯/苯乙烯嵌段共聚物形 成。
6.根据权利要求1-5之一所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，所述至少 一种聚合物粘合的木材替代材料由下述物质组成15-30wt%至少一4中聚烯烃、50-80wt%至少一4中有机填料、0-20wt%至少-一种无机填料、0. 5-5wt%至少-一种助粘剂、l-30wt%至少-一种蜡、O-IOwt %至少-一种染料、以及O-IOwt %至少-一种添加剂。
7.根据权利要求1-6之一所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，所述聚合 物粘合的铅芯由下列物质制成10-30wt% 聚苯乙烯或苯乙烯-丙烯腈(SAN)，2-25wt% 蜡，0. l-5wt% 棕榈油，以及余量填料。
8.根据权利要求1-7之一所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，在所述木 材替代材料背离所述铅芯的一侧设置有至少一层装饰层。
9.根据权利要求8所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，所述至少一层装 饰层为与所述木材替代材料中的所述至少一种其它聚合物相容的聚合物粘合的装饰层。
10.根据权利要求8所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔，其特征在于，所述至少一层装 饰层为与所述木材替代材料中的所述至少一种其它聚合物不相容的聚合物粘合的装饰层， 并且在所述木材替代材料与所述至少一层装饰层之间设置至少一层其它助粘剂层，其中所 述至少一层其它助粘剂层一方面与所述木材替代材料中的所述至少一种其它聚合物相连接，另一方面与所述至少一层装饰层中的所述聚合物相连接。
11.权利要求1-8之一所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔的制备方法，其特征在于，将 所述铅芯、所述至少一层助粘剂层以及所述木材替代材料进行共挤出。
12.权利要求8-10之一所述的书写、制图、绘画或化妆铅笔的制备方法，其特征在于， 将所述铅芯、所述至少一层助粘剂层、所述木材替代材料、任选存在的所述至少一层其它助 粘剂层以及所述至少一层装饰层进行共挤出。
全文摘要
本发明涉及一种包含释放颜色的聚合物粘合的铅芯和聚合物粘合的木材替代材料的书写、制图、装饰或化妆铅笔，木材替代材料沿着铅芯长度至少部分覆盖和围绕铅芯，在铅芯和木材替代材料之间设置有至少一层助粘剂层，铅芯和木材替代材料各自包含至少一种聚合物，铅芯中的至少一种聚合物与木材替代材料中的至少一种其它聚合物是不相容的，并且所述至少一层助粘剂层一方面与铅芯中的至少一种聚合物相连接，另一方面与木材替代材料中的至少一种其它聚合物相连接。
文档编号B43K19/02GK102099201SQ200980127738
公开日2011年6月15日 申请日期2009年7月11日 优先权日2008年7月15日
发明者A·蒂斯, C·德拉皮埃尔科尔, H·朗, J·赫因博尔施米尔, M·雅各布, N·林斯, S·阿尔滕 申请人:J.S.斯达德勒两合公司
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