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Kugelschreiberpatrone
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Dispersion herstellt, erreicht man, dass letztere im Normalzustand nicht an der Schreibkugel der Tintenpatrone eines Kugelschreiber vorbei nach aussen fliessen kann, hingegen beim Dre- hen der Schreilbkugel während des Schreibens dünnflüssig genug wird, um die Patrone zu ver- lassen und anschliessend auf dem Schreibpapier wieder zu grösseren Partikeln zusammenzufin- den.
Man kann naturgemäss die Flockenbildung in der Dispersion dadurch unterstützen, dass man Trägerflüssigkelten, z. B. gerade die vorerwähnten harz-oder ölhaltigen Flüssigkeiten verwen- det, welche die Aggregation der Kohlenstoffpar- tikeln unterstützen.
Die in dem erfindungsgemässen Schreibgerät verwendete flüssige Mine kann Graphit oder Russ einer geeigneten Art enthalten, z. B. Lampenruss, Ofenruss, Kanalruss oder Thermalruss.
Als besonders vorteilhaft hat sich Lampenruss hinsichtlich der Teilchengrösse und der Einheitlichkeit der Dispersion in dem Dispersionsmittel erwiesen. Das bei der Herstellung der flüssigen Mine verwendete Dispersionsmittel ist viskoser als Wasser und von etwa sirupartiger Konsistenz. Physikalisch entspricht es angenähert einem konsistenten (eingedickten) Mineralöl, Harzlack und polymerisierten Kohlenwasserstoffen. Als brauchbares Dispersionsmittel hat sich ein Polyesterharz erwiesen, da von der Specialty Resins Company, Lynwood, Kalifornien, U. S. A. erzeugt und unter der Bezeichnung "Polyester Resin L-796 ver- trieben wird. Ein in seinen physikalischen Eigenschaften ähnliches Dispersionsmedium, das ebenfalls mit guten Ergebnissen verwendet wurde, ist ein Mineralölester-Harzlack.
Das Mengenverhältnis zwischen Kohlenstoff i und Dispersionsmittel schwankt je nach den verwendeten Stoffen, liegt jedoch im allgemeinen, wie bereits erwähnt im Bereich von 2-14 Teilen Kohlenstoff auf 100 Teile des Dispersionsmediums. Die Mindestmenge ist von der ge-' wünschten Schwärze der Schrift, das Mengenverhältnis zwischen Kohlenstoff und Dispersionsmittel auch von der Art des verwendeten Kohlenstoffes abhängig.
Die nachstehenden Ausführungsbeispiele für die Mengen, in der verschiedene Kohlenstoffsubstanzen verwendet werden, sind
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jeweils auf 100 Teile des Dispersionsmittels bezogen :
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<tb>
<tb> Lampenruss <SEP> 7-14 <SEP> Teile
<tb> Ofenruss <SEP> 7-10 <SEP> Teile
<tb> Thermalruss <SEP> 7-10 <SEP> Teile
<tb> Kanalruss <SEP> 2-5 <SEP> Teile
<tb> Graphit <SEP> 5-14 <SEP> Teile
<tb>
Die Grösse der einzelnen Kohlenstoffteilchen im ungeflockten Zustand schwankt mit den einzelnen KohlenstoffmaterMien wie folgt :
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<tb>
<tb> Lampenruss <SEP> 0, <SEP> 01-0, <SEP> 4 <SEP> it <SEP>
<tb> Ofenruss <SEP> 0, <SEP> 045-0, <SEP> 07511- <SEP>
<tb> Thermalruss <SEP> 0, <SEP> 045-0, <SEP> 075 <SEP>
<tb> Kanalsch <SEP> w. <SEP> arz <SEP> 0, <SEP> 010-0, <SEP> 035 <SEP> t
<tb> Graphit <SEP> 3,tt <SEP> oder <SEP> weniger.
<tb>
Die Kohlenstoff, z. B. Graphit oder Russ und ein Dispersionsmittel enthaltende, in dem erfindungsgemässen Schreibgerät verwendete flüssige Mine muss verschiedene wichtige Bedingungen erfüllen, um ein einwandfreies Arbeiten des Gerätes zu gewährleisten, u. zw. a) sie muss so fliessfähig sein, dass die Kugelspitze während des Schreibens ständig mit neuer Schreibflüssigkeit versorgt wird. b) Unter dem Einfluss der Wirkung der sich drehenden Schreibkugel muss die Viskosität der Mine derart herabgesetzt werden, dass sie leicht und glatt auf die Schreilbfläche gelangt. c) Sie muss durch den äusserst engen Spalt zwischen Kugel und Kugelfassung hindurchtreten können, ohne den Spalt zu verlegen. d) Sie muss auf dem Papier eine Oberflächenablagerung bilden, die sich äusserst schwer verwischt, jedoch radiert werden kann.
e) Sie muss im ruhenden Zustand ein geflocktes und im bewegten Zustand (während des Schreibens) ein entflocktes Gefüge bestimmter Struktur besitzen.
Diese Forderungen werden erfüllt, wenn in der flüssigen M nenmasse die Kohlenstoffteilchen äusserst gleichmässig und gründlich in dem Dispersionsmittel dispergiert sind, so dass das Dispersionsmittel praktisch jedes einzelne Kohlen-
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Es wurde festgestellt, dass das Gefüge der Kohlenstoffteilchen in der flüssigen Minenmasse von besonderer Bedeutung ist. Wenn die geflockten Kohlenstoffteilchen z. B. ein zu steifes Gefüge bilden, kann die flüssige Mine unter Schwerkraftwirkung nicht genügend nachfliessen, um die Schreibkugel dauernd mit der Schreibflüssigkeit zu versorgen. Wenn das Gefüge der flüssigen Mine dagegen zu locker ist, bleiben die Kohlenstoffteilchen nicht in ihrem dispergiert, en Zustand, sondern setzen sich schliesslich ab. Wenn die Kohlenstoffteilchen einander nicht genügend anziehen, treten sie auch im Ruhezustand des Schreibers zwischen Kugel und Kugelfassung aus, so dass der Schreiber leckt.
Wenn die Bewegung der Kohlenstoffteilchen nicht genügend behin- dert ist, dringen sie derart in das Papier ein, dass die Schrift nur schwer radiert werden kann.
In der zur einwandfreien Verwendung in dem erfindungsgemässen Schreibgerät geschaffenen flüssigen Minenmasse befinden sich die Kohlenstoffteilchen in einem derart geflockten Zustand, dass sie nur dann zwischen der Kugel und der Kugelfassung durchtreten können, wenn ihre Flockung z. B. durch die rotierende Kugel gestört wird. Durch die Scherwirkung der rotierenden Kugel wird das geflockte Gefüge gerade soweit abgebaut, dass die Kohlenstoffteilchen durch den engen Spalt zwischen Kugel und Kugelfassung austreten können. Die auf dem Papier abgelagerten Kohlenstoffteilchen trachten, in ihren ursprünglichen Flockungszustand zurückzukehren und dringen daher nicht zu tief in das Papier ein.
Die Flockungseigenschaften der Kohlenstoffteilchen sind als ein sehr wichtiges Merkmal der Erfindung anzusehen. Bei einer vollständigen Dispersion der Kohlenstoff teilchen ohne jede Flok- kung würde die flüssige Mine auch bei ausser Gebrauch befindlichem Schreibgerät in unerwünsch- ter Weise aus der Kugelspitze austreten und wurden sich die Kohllenstoffteilchen im Gebrauch des Schreibgerätes nicht in der gewünschten Weise auf der Papierolberfläche ablagern, sondern in das Papier eindringen und daher nicht leicht radiertbar sein.
Dieses geflockte Gefüge muss anderseits bei Gebrauch des Schreibgerätes unter der Scherwirkung der Kugel abgebaut bzw. teilweise entflockt werden können, jedoch die Eigenschaft besitzen, nach der während der Verwendung des Schreibgerätes erfolgten Ablagerung der flüssigen Minenmasse auf der Schreibfläche wieder in den geflockten Zustand zurückzukehren. In dieser Hin-
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versiblen Celloid. Die drei Stadien, (bestehend aus a) der ursprünglichen Flockung im ruhenden Zustand, b) dem Abbau im bewegten Zustand und c) der erneuten Flockung auf der Schreibfläche sind wichtige Eigenschaften und Funktionen der
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Mine.flüssige Minenmasse auf das Papier bzw. die Schreibfläche übertragen und die das Papier berührende Schneibkugelfläche völlig sauber gewischt.
Es folgen einige Ausführungsbeispiele von Rezepten und Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen, flüssigen Minenmasse, welche in die Patrone eingefüllt wir. d.
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Ein Teil Ester Gum 8L (ein von der Hercules Powder Company erzeugtes Esterharz) wird vier Teilen Unitec 507 (einem von der Union on Company, Los Angeles, Kalifornien, U. S. A., er- zeugten Mineralöl) zugesetzt und damit bis zur gründlichen Dispersion des Esterharzes in dem
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Mineralöl vermischt. Dann wird bis zur völligen Auflösung des Esterharzes auf 93-1210 C erhitzt und die Lösung zwecks Abtrennung etwa ! :' ger Feststoffreste heiss filtriert.
Das derart erhaltene Dispersionsmedium hat eine Viskosität von etwa 5000 Centipoise bei 210 C (bei Bestimmung mit einem Broockfield Syncroelectroc Viscometer, Spindel Nr. 4,60 U/min).
Flüssige Mine :
Ein Teil Germatown-Lampenruss (hergestellt von der Monsatö Chemical Company, Camden, N. Y. ) wird fünf Teilen des vorstehend beschriebenen Dispersionsmittels zugesetzt und damit vermischt, bis eine glatte Dispersion erhalten wird. Diese wird 18-24 Stunden bzw. solange auf 77-820 C erhitzt, bis die Kohffenstoffteil- chen mit dem Dispersionsmedium benetzt und ihre Dispergierung erleichtert wird. Dann wird die Dispersion gekühlt und dreimal in einer Dreistahlwalzenmühle verrieben. Die derart erhaltene viskose Paste wird mit einer solchen Menge des Dispersionsmittels vermischt, dass 9 Teile Lampenruss auf 100 Teile des Dispersionsmittels kommen.
Lampenruss und das Dispersionsmittel werden in dem oben angegebenen Mengenverhältnis zu einer glatten Dispersion gemischt, die dann 1-2 Stunden auf 77-820 C erhitzt wird. Darauf wird die Dispersion gekühlt und zweimal in der Dreistahlwalzenmühle verrieben. Das erhaltene Produkt wird in eine Vakuumkammer eingesetzt und unter einem Vakuum von 690 mm Queck- silbersäule etwa eine Stunde lang erneut auf 77- 820 C erhitzt. Dann wird das Vakuum weggenommen, die flüssige Minenmasse durch einen ziemlich groben Filz filtriert und zur späteren Verwendung in dem erfindungsgemässen Schreibinstrument in Flaschen abgefüllt.
Beispiel 2 : Flüssige Minenmasse : Dispersionsmedium : "Polyester Resin L-796" (ein von der Specialty
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erzeugtes Polyesterharz) 100 Teile a) Ofenruss "Molacco Black", erzeugt von der Binney & : Smith
Co., New York, N. Y., U. S. A. 7-10 Teile oder b) Lampenruss 8-12 Teile oder c) Kanalruss "Peerless Black", erzeugt von der Binney & Smith
Co., New York, N. Y., U. S. A. 5 Teile oder d) Thermalruss "Sterling FT" erzeugt von der Godfrey L.
Cabot, Inc., Boston, Mass.,
U. S. A. 9 Teile
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:Dispersionsmittel "Par, aplex G-50/G-25" (ein von der Room 8c Haas Co.,
Philadelphia, Pa., U. S. A. erzeugtes Polyesterharz) 100 Teile Lampenruss 9 Teile Beispiel 4 : Dispersionsmittel "Beckosol No. 24" (ein von der Reichhold Chemicals, Inc.
Detroit, Michigan, U. S. A., erzeugtes nichttrocknendes
Alkydharz) 100 Teile Lampenruss. 9 Teile Beispiel 5 : Dispersionsmittel "Polyfbuntene" (ein von der
Cronite Ohemica'l Company,
San Francisco, Kalifornien, U. S. A. erzeugtes Kohlen- wasserstoffpolymerisat) 100 Teile Lampenruss 9 Teile Beispiel 6 : Dispersionsmittel "Flexol Plasticizer R2H" (ein von der Carbine & Carbon
Chemical Co., New York, N. Y., U. S. A. erzeugtes Polyester- harz) 100 Teile Lampenruss 9 Teile Beispiel 7 : Dispersionsmittel
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der Indoil Chemical Company,
Chicago, III., U. S.
A. er- zeugtes Kohlenwasserstoff- polymerisat) 100 Teile Lampenruss 9 Teile
Bei der Herstellung der erfindungsgemässen flüssigen Minenmasse unter Verwendung der in den Beispielen 2-7 genannten Komponenten ist der Vorgang etwas anders als für das Beispiel 1 beschrieben, weil die in den Beispielen 2-7 verwendeten Dispersionsmittel bereits konsistent oder viskos sind und daher mit einem harzartigen Material umgesetzt zu werden brauchen, wie dies bei dem in Beispiel 1 verwendeten Mineral- öl notwendig war. Gemäss Beispiel 2-7 wird ein Teil Russ, z. B. Lampenruss, einer Teilmenge des Dispersionsmittels zugesetzt. Bei Verwendung von Polyester Resin L-796 kann ein Teil Lampenruss z.
B. zunächst mit vier Teilen dieser viskosen, harzartigen Flüssigkeit zu einer glatten Paste vermischt werden, die dann auf etwa 77- 820 C erhitzt wird, bis der Russ gründlich von der harzartigen Flüssigkeit benetzt wird. Dann wird das Gemisch gekühlt und dreimal in einer Dreistahlwalzenmühle verrieben.
Nach dem Verreiben wird dem Gemisch der Rest des vikosen harzartigen Dispersionsmittels in einer solchen Menge zugesetzt, dass die Kom-
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ponenten in der schliesslich erhaltenen flüssigen Minenmasse in den in den Beispielen gegebenen Anteilen vorhanden sind. Gemäss Beispiel 2-7 beträgt der Russanteil zwischen 5 und 12 Teile auf 100 Teile des Dispersionsmittels, je nach der Art des verwendeten Russes bzw. des Dispersionsmittels.
Nachdem der Rest des Dispersionsmittels der in der Walzenmühle verriebenen Paste zugesetzt wurde, wird das derart erhaltene Gemisch etwa 1-2 Stunden lang bei etwa 77-820 C erhitzt und dann zweimal in der Stahlwalzenmühle verrieben. Die so erhaltene flüssige Minenmasse wird in eine Vakuumkammer eingebracht und etwa 1 Stunde lang unter einem Vakuum von etwa 610 mm Quecksilbersäule auf etwa 77- 820 C erhitzt. Dann wird in dem System der atmosphärische Druck wiederhergestellt, die flüssige Minenmasse durch ein geeignetes Filter filtriert und zur späteren Verwendung in Flaschen abgefüllt.
Wenn Graphit als Kohlenstoffmaterial ver-
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und Verfahren anwenden : Beispiel 8 : Materialien :
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<tb>
<tb> 35 <SEP> g <SEP> Dipropylenglykol <SEP>
<tb> 40 <SEP> cm3 <SEP> Triäthanolamin
<tb> 40 <SEP> g <SEP> Amberol <SEP> 820 <SEP> (Rohm <SEP> and <SEP> Haas
<tb> Company, <SEP> Philadelphia)
<tb> 35 <SEP> cm3 <SEP> Tetrahydrofurfuryla. <SEP> ikohol <SEP>
<tb> 45 <SEP> g <SEP> dag' <SEP> -Dispersion <SEP> Nr. <SEP> 154 <SEP> (Graphit <SEP> in <SEP> Alkohol) <SEP> (Acheson <SEP> Colloids,
<tb> Port <SEP> Horon, <SEP> Michigan, <SEP> (U. <SEP> S. <SEP> A.). <SEP>
<tb>
Verfahren :
Dipropylenglycol, Triäthanolamin und Tetra- hydrofurfurylal'ko'hol werden vermischt und Amberol 820 zugesetzt. Das Gemisch wird auf einer elektrischen Heizplatte erhitzt, bis das Amiberol 820 völlig aufgelöst ist und dann in ein Wasserbad eingesetzt, worauf die "dag"-iDispersion in kleinen Mengen unter Rühren zugesetzt wird. Es wird weiter erhitzt und gerührt, bis der in der "dag"-Dispersion ursprünglich vorhandene Alkohol praktisch völlig verdampft ist. Dann lässt man das Gemisch abkühlen und verreibt es dreimal in einer Dreistahlwalzenmühle.
In der vorstehenden Beschreibung sind die Komponenten der flüssigen Minenmasse und deren Mengenverhältnis so gewählt, dass die Minenmasse eine Viskosität hat, bei der sie unter Schwierkraftwirkung und atmosphärischem Druck der Kugelspitze zufliesst. Es ist jedoch auch die Zufuhr der flüssigen Mine zur Kugelspitze unter Überdruck möglich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kugelschreiberpatrone, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer flockigen Dispersion von beispielsweise 2-14 Teilen Kohlenstoffpartikeln, etwa Graphitteilchen, in 100 Teilen einer vorzugsweise harz-oder ölhaltigen Trägerflüssigkeit gefüllt ist, wobei die Kohlenstoffpartikel eine
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bilden,Ruhezustand eine ihren Durchtritt zwischen Patronenwandung und Schreibkugel verhindernde Grösse aufweist, aber unter der Scherwirkung der sich drehenden Schreibkugel auf ein ihren Durchfluss ermöglichendes Mass zerkleinert wird.