BR102015032455A2 - carga ou giz contendo grafita e um aglutinante polimérico e lápis com uma carga de grafita - Google Patents

Abstract

a presente invenção refere-se a uma carga ou giz contendo grafita, na qual a grafita está ligada em um aglutinante polimérico, ca-racterizada pelo fato de que o aglutinante é uma mistura de uma polio-lefina e poliestireno. além disso, a invenção refere-se a um lápis com uma carga contendo grafita.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CARGA OU GIZ CONTENDO GRAFITA E UM AGLUTINANTE POLIMÉRICO E LÁPIS COM UMA CARGA DE GRAFITA".

Descrição [001] A presente invenção refere-se a uma carga ou giz contendo grafita, para escrever, desenhar e pintar, portanto, uma carga de grafita ou giz de grafita e a um lápis com uma carga de grafita, frequentemente designada como carga para lápis. A grafita e, opcionalmente, outros aditivos ou materiais de enchimento estão ligados nessa carga ou giz com ajuda de um aglutinante polimérico ou de uma matriz de aglutinante. O polímero é termoplástico, de modo que a massa de base pode ser extrudada para uma tira extrudada. Convencionalmente, para as cargas em questão, do tipo conhecido, por exemplo, do documento DE 10 2004 021 048 A1, são usadas poliolefina, tais como, por exemplo, polietileno ou polipropileno. Além de uma aptidão para uma extrusão sem problemas das respectivas massas de carga, uma outra exigência feita as respectivas massas de carga é que as mesmas precisam receber uma quantidade relativamente alta de grafita e, opcionalmente, de outros materiais de enchimento, sendo que, nesse caso, porém, as propriedades mecânicas da carga, tal como resistência à ruptura, precisam ser mantidas. A carga ou giz precisa, além disso, apresentar uma consistência, que possibilita uma boa transferência de carga, isto é, uma transferência suficiente de massa de carga sobre uma base. Além disso, a massa de carga transferida deve poder ser apagada, portanto ser novamente removida da base.

[002] Para poder influenciar uma carga ou giz ou uma massa de base de carga/giz, no que se refere às propriedades citadas, são usados, em geral, aditivos, tais como ceras, em quantidades diferentes e as proporções de aglutinante, grafita ou outros materiais de enchimento e aditivos são variadas.

[003] É tarefa da invenção propor uma carga ou giz contendo grafita e um lápis com uma carga de grafita, que no que se refere ao ajuste de um determinado perfil de propriedades, apresenta uma variabilidade maior do que cargas de grafita convencionais.

[004] A primeira tarefa citada é solucionada em uma carga ou giz contendo grafita de acordo com a reivindicação 1 pelo fato de que são usados dois polímeros, que apresentam propriedades químicas e físicas diferentes, a saber, por um lado, uma poliolefina e, por outro lado, poliestireno. Devido ao grupo benzila do poliestireno, esses polímeros só são miscíveis com dificuldade. Mas, mostrou-se, supreendentemen-te, que os dois componentes podem ser processados como ingredientes de uma massa de carga da presente espécie, junto com a grafita e outros ingredientes, tais como, por exemplo, cera, podem ser processados para uma mistura homogênea. A seguir, por razões de simplificação, faz-se referência, predominantemente, a uma carga.

[005] Poliestireno, por exemplo, é comparativamente mais sólido e áspero, enquanto poliolefinas são mais macias e elásticas. Pelo fato, então, de que os polímeros citados são misturados em relações diferentes, a própria matriz de aglutinante pode ser modificada no que se refere ao perfil de propriedades visado da carga. Além das possibilidades citadas, que resultam de proporções diferentes e de seleção de aditivos e materiais de enchimento, está disponível, portanto, uma outra possibilidade em um lápis de acordo com a invenção de ajustar de modo seletivo o perfil de propriedades da carga.

[006] Em uma configuração preferida da carga ou giz, a mesma contém uma proporção de aglutinante polimérico, portanto, da mistura de poliestireno e poliolefina, de 5% em peso até 70% em peso, sendo que, de preferência, trabalha-se em um âmbito de teor mais estreito, isto é, com pelo menos 10% em peso e, no máximo, 60% em peso. Embora a transferência de carga possivelmente seja piorada por uma proporção alta de aglutinante polimérico, no entanto, desse modo, podem ser nitidamente aperfeiçoadas a resistência mecânica, bem como a aptidão da carga para ser apontada e apagada. A proporção da poli-olefina perfaz, nesse caso, 0,5% em peso até 50% em peso e a do poliestireno, 0,5% em peso até 40% em peso. Os melhores resultados são obtidos quando o teor de poliolefina está limitado a 40% em peso e a proporção de poliestireno, a 30% em peso. Nesse caso, mostrou-se, além disso, que o lápis ou a carga apresenta excelentes propriedades de escrita ou de transferência de massa, a uma relação de poliestireno para poliolefina entre 1:1 e 1:3.

[007] Em princípio, são de interesse todas as poliolefinas conhecidas, tais como, por exemplo, polipropileno, poliisobutileno ou polibuti-leno, como componente de poliolefina do aglutinante polimérico. Mas, são particularmente apropriados polietileno, particularmente, High Density Poliethylene (HDPE) que apresentam uma estrutura amorfa, mas pouco ramificada.

[008] Como poliolefina é usada, por exemplo, uma poliolefina que apresenta de acordo com ASTM D-1238 um índice de fluxo de fusão de 35 +/- 5 g/min. Nesse caso, como poliolefina também pode ser usada uma mistura de duas ou mais poliolefinas diferentes, particularmente, aquelas com índices de fluxo de fusão diferentes. Nesse caos, mostrou-se como apropriado quando a proporção da poliolefina com um ponto de fusão mais alta é maior do que a da poliolefina com um ponto de fusão mais baixo, por exemplo, em uma relação de 1:1,5 a 1:25.

[009] O poliestireno usado apresenta de acordo com ASTM D-1238 um índice de fluxo de fusão de 20 +/- 5 g/min. Também pode ser usada como poliestireno uma mistura de dois ou mais poliestirenos com índices de fluxo de fusão diferentes, sendo que mostrou-se apropriada uma relação de poliestireno com índice de fluxo de fusão mais baixo para poliestireno com índice de fluxo de fusão mais alto, de 1:0,5 até 1:12.

[0010] Pelo uso de poliolefinas ou poliestireno com índices de fluxo de fusão diferentes, portanto, comprimentos de cadeia diferentes, o perfil de propriedades da carga pode ser variado adicionalmente. Polímeros de cadeia longa aumentam a resistência da carga, enquanto polímeros de cadeia curta aperfeiçoam o comportamento de transferência de carga.

[0011] Pela proporção de grafita na carga, são determinados, por um lado, o grau de dureza da carga e, por outro lado, a negritude da massa de carga transferida. Para obter uma massa de carga transferida de tonalidade viva, sem piorar perceptivelmente a estabilidade mecânica da carga, é vantajoso quando a carga ou giz contém uma proporção de grafita de 10 a 70% em peso, particularmente, uma proporção de grafita de 15 a 60% em peso.

[0012] Além de grafita, que está contida na carga com uma proporção de 10% em peso até 70% em peso, e que é substancialmente responsável pela coloração preta da aplicação de carga, podem estar misturados pigmentos e/ou corantes, que produzem uma aplicação de carga colorida. Por exemplo, com uma adição de Ultramarin (pigmento inorgânico), pode ser gerada uma carga de grafita azul-acinzentada ou com uma adição de Pigment Red 254 (corante orgânico),uma carga de grafita vermelha.

[0013] A carga ou giz pode ainda conter uma cera, que atua como adesivo e contribui adicionalmente para que da poliolefina e do poliestireno se forme uma estrutura mecanicamente estável. Do mesmo modo, a cera, em combinação com a grafita, coopera na determinação do grau de dureza da carga. Particularmente, são obtidos bons resultados quando a carga contém uma proporção de cera de 1 a 40% em peso, de preferência, uma proporção de cera de 5 a 30% em peso.

[0014] A cera é, de preferência, uma cera de poliolefina ou uma cera de parafina, por exemplo, uma microcera de parafina. Também pode ser usada uma combinação de duas ou mais ceras diferentes, para obter uma dispersão aperfeiçoada da grafita no aglutinante poli-mérico e, assim, uma estrutura mais estável. A cera de poliolefina usada está, de preferência, modificada polarmente e, desse modo, contribui para aperfeiçoamento da estabilidade mecânica da carga. Nesse caso, mostrou-se como apropriado o uso de uma cera de poliolefina com um ponto de gotejamento entre 105 e 130°C (de acordo com ASTM D-3954), uma densidade de 0,92 a 0,97 g/cm3 (de acordo com ASTM D-1505), uma viscosidade de acordo com Brookfield, em 140°C, entre 50 e 500 cps e um tamanho de partículas médio de 7,5 a 9,5 μιτι. Os melhores resultados foram obtidos, além disso, quando a micocera de parafina usada apresenta com um ponto de gotejamento entre 90 e 107°C (de acordo com ASTM D-3954), uma densidade de 0,86 a 0,96 g/cm3 (de acordo com ASTM D-1505), uma viscosidade de acordo com Brookfield, em 140°C, entre 50 e 500 cps e um tamanho de partículas médio de 6 a 30 pm. A microcera de parafina cristalina usada contém parafinas tanto normais como também ramificadas.

[0015] A proporção de cera e aglutinante polimérico é selecionada, nesse caso, de tal modo que uma relação de cera para aglutinante polimérico situa-se em um âmbito de 1:0,5 e 1:9. Quanto mais alta for a prorrogação de cera na carga ou no giz, tanto mais macia fica a carga. Uma alta proporção de aglutinante polimérico, em comparação com a proporção de cera, aperfeiçoa, no entanto, a resistência, aptidão para ser apagada e aptidão para ser apontada da carga, de modo que aqui é preciso fazer uma avaliação no que se refere ao ajuste do perfil de propriedades. Os melhores resultados são obtidos, particularmente, a uma proporção de cera para aglutinante polimérico em um âmbito de 1:0,5 e 1:7.

[0016] Para otimizar a negritude da massa de caga transferida, a carga ou giz contém como material de enchimento uma proporção de 1 a 35% em peso de negro de fumo ou outros pigmentos pretos.

[0017] Além disso, a carga ou giz contém em uma modalidade preferida 0,1 a 5% em peso de pelo menos um aditivo. Como aditivo desse tipo é adicionado à carga, por exemplo, um elastômero termoplásti-co, que aumenta a flexibilidade da carga. Outros aditivos, particularmente, no que se refere à processabilidade da massa de carga, representam aditivos de fluência ou agentes de deslizamento, que como adjuvantes de processamento aumentam a deformabilidade da massa de carga. Além disso, podem ser usados estabilizantes como aditivos, tais como, por exemplo, estabilizantes de UV ou estabilizantes térmicos, que combatem a decomposição do aglutinante polimérico, portanto, da poliolefina e do poliestireno, durante a extrusão da carga. Para o mesmo fim, também são de interesse antioxidantes como aditivos.

[0018] A segunda tarefa citada é solucionada por um lápis com as características de acordo com a reivindicação de patente 15, que compreende uma carga com as características descritas acima. O lápis apresenta, nesse caso, particularmente, um revestimento de madeira ou de um material substituto de madeira, que envolve a carga. Quando o revestimento consiste em um material substituto de madeira, um chamado Wood Plastic Compound, o lápis pode ser produzido, por exemplo, por coextrusão da carga e do revestimento.

[0019] Para produção da carga ou giz de acordo com a invenção, as substâncias de base, portanto, poliolefina e poliestireno, por exemplo, na forma de um granulado, bem como a grafita e, opcionalmente, outras substâncias adicionais, são primeiramente misturadas em um misturador ou em um extrusor. Nesse caso, mostrou-se apropriado realizar dois ciclos de mistura sucessivos, para obter uma massa de carga a mais homogênea possível. Durante o primeiro ciclo de mistura, que dura, no máximo, 25 min, as substâncias de base não são aquecidas adicionalmente. A temperatura de, no máximo, aproximadamente 100°C, forma-se apenas por fricção a velocidades de rotação de, no máximo, 700 rpm (rotações por minuto). O primeiro ciclo de mistura serve, além da distribuição dos ingredientes individuais da carga de mina, predominantemente para redução do tamanho das partículas das substâncias de base.

[0020] Durante o segundo ciclo de mistura, é alimentada temperatura, de modo que a massa de carga é aquecida para aproximadamente o máximo de 230°C. Além disso, a velocidade de rotação é aumentada para, no máximo, 4000 rpm e a duração de mistura é prolongada para, no máximo, 50 min. Esses parâmetros mostraram-se particularmente apropriados, para fundir as substâncias de base e obter uma boa dispersão da grafita no aglutinante polimérico. Subsequentemente a um ciclo de mistura, a massa de carga é resfriada, em cada caso, de maneira controlada.

[0021] Em um passo seguinte, a massa de carga é misturada adicionalmente e amassada em um extrusor, a uma velocidade de rotação de, no máximo, 1000 rpm e a uma temperatura de, no máximo, 220°C. O tempo de permanência no extrusor perfaz entre 8 e 200 s, para, por um lado, promover, adicionalmente, a dispersão da grafita e, por outro lado, no entanto, evitar simultaneamente uma decomposição do aglutinante polimérico.

[0022] Com uma velocidade de, no máximo, 150 m/min e sob uma pressão de 3 mPa a 70 mPa (30 a 700 bar), é subsequentemente ex-trudada uma tira de carga e subsequentemente esfriada, para estabilizar as propriedades da mesma. Um método apropriado consiste, por exemplo, no fato de esfriar a tira de carga primeiramente com água e, subsequentemente, com ar comprimido. Para finalmente obter cargas individuais, a tira de carga extrudada é cortada. Isso ocorre, por exem- pio, com uma lâmina rotativa, que produz um corte preciso e, assim, são evitados desperdícios e aparas excessivos.

[0023] Mostrou-se que a intensidade ou a negritude da massa de carga transferida do lápis de acordo com a invenção ou da carga, que corresponde a uma carga de grafita cerâmica cozida, mas que, devido à produção da carga por extrusão é nitidamente mais homogênea. Também o comportamento de transferência em si é similar ao de uma carga de grafita cozida, mas na carga ligada por polímero de acordo com a invenção é possível produzir cargas ainda nitidamente mais macias.

[0024] A carga apresenta, além disso, devido à possiblidade de variação adicional pelo uso de dois polímeros diferentes, uma resistência mecânica aperfeiçoada em relação a uma carga de grafita cozida. Devido aos polímeros, a carga é não obstante mais flexível e, portanto, quebra-se mais raramente, por um lado, durante o processo de produção e, por outro lado, mais tarde, no usuário, por exemplo, quando ela cai. Devido à alta estabilidade mecânica e flexibilidade está aperfeiçoada, além disso, a aptidão para apontar o lápis, com o que menos lápis se quebram no processo de apontar.

[0025] O diâmetro da carga pode ser bem controlado durante o processo de produção, de modo que as tolerâncias de fabricação do diâmetro podem ser reduzidas para valores entre 0,01 e 0,05 mm. Isso, por sua vez, leva a uma aderência melhor, quando as cargas acabadas são inseridas para acabamento do lápis nas ranhuras da placa de madeira e coladas nas mesmas.

[0026] O lápis de acordo com a invenção ou a carga ou giz de acordo com a invenção gera, além disso, uma transferência homogênea e devido à maciez da carga, não deixa arranhões sobre o papel. Ele apresenta, portanto, uma boa aptidão para ser apagado e pode ser novamente removido facilmente da base.

[0027] Uma outra vantagem da carga de grafita ou giz consiste no fato de que não é necessário nenhum processo de cozimento, o que reduz nitidamente o tempo necessário para produção da carga. A carga apresenta, além disso, diretamente depois da extrusão, a estabilidade mecânica necessária e pode ser imediatamente processada adicionalmente, portanto, ser dotada de um revestimento do lápis de madeira ou de um material composto similar à madeira.

[0028] A seguir, são apresentadas quatro receitas exemplificadas para uma carga de grafita ou giz. As substâncias de base são misturadas em um misturador durante um primeiro ciclo de mistura, a entre 15 e 100°C, e durante um segundo ciclo de mistura, a entre 100 e 230°C. A extrusão da massa de carga para tiras de carga ocorre, por exemplo, com um extrusor de uma rosca sem fim, a uma temperatura entre 70 e 220°C. A tira de carga extrudada é esfriada em um trajeto de esfriamento de alguns metros, anexado ao extrusor e, subsequentemente, cortada para cargas individuais com comprimento adequado. A seguir as cargas extrudadas podem ser imedíatamente processadas adicionalmente e, por exemplo, ser dotadas de um revestimento de madeira ou também de um mecanismo de avanço de carga para lápis mecânicos. A carga extrudada também pode ser usada diretamente depois da extrusão e do esfriamento como giz, portanto, sem revestimento.

Exemplo 1 Ό029] Uma carga ou giz ou um lápis com uma carga, com uma composição correspondente ao Exemplo 1, devido à proporção de cera alta de 30% em peso, apresenta um grau de dureza pequeno e mostra um comportamento de transferência muito bom.

Exemplo 2: 0030] Devido à alta proporção de grafita de 60% em peso, um lápis ou uma carga ou giz com uma composição correspondente ao Exemplo 2, é igualmente macio e gera uma transferência de tonalidade viva até intensamente preta.

Exemplo 3: 0031] Uma carga ou giz ou um lápis com uma carga com uma composição de acordo com o exemplo 3 distingue-se devido à alta proporção de aglutinante polimérico de aproximadamente 51,2% em peso, particularmente, por uma resistência mecânica excepcional e uma aptidão muito boa para ser apontado, bem como aptidão para ser apagado.

Exemplo 4: 0032] Uma carga ou giz ou um lápis com uma carga com uma composição de acordo com o exemplo 4 apresenta uma proporção alta de grafita, bem como a proporção mais alta de negro de fumo e a proporção menor de aglutinante polimérico de todos os exemplos de modalidade. Isso resulta em uma transferência de preto intenso e um comportamento de transferência bom, no total, a uma estabilidade mecânica sempre ainda suficiente da carga.

Designações dos produtos/Fabricantes: 1) RT441M (Innova, Brasil) 2) PB608 (Braskem, Brasil) 3) Cera de parafina micro (Petrobrás, Brasil) 4) Licocene PE 3401 (Clariant AG, D-65929 Frankfurt am Main) 5) BFP 90 (Graphit Kropfmuehl GmbH, D-94051 Hausenberg) 6) Fortiprene TPE (FCC, Brasil) 7) ΒΡ 480 (Cabot Corporation, USA) 8) Ceridust 6721 (Clariant AG, D-65929 Frankfurt am Main) 9) , 10), 11) LANXESS AG, D-51369 Leverkusen REIVINDICAÇÕES

Claims (16)

1. Carga ou giz contendo grafita, na qual a grafita está ligada em um aglutinante polimérico, caracterizada pelo fato de que o aglutinante é uma mistura de uma poliolefina e poliestireno.

2. Carga ou giz de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que contém uma proporção de 5% em peso até 70% em peso de aglutinante polimérico.

3. Carga ou giz de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que como aglutinante polimérico estão contidos 0,5% em peso até 50% em peso de poliolefina e 0,5% em peso até 40% em peso de poliestireno.

4. Carga ou giz de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que na carga estão contidos, no máximo, 40% em peso de poliolefina e, no máximo, 30% em peso de poliestireno.

5. Carga ou giz de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que contém uma proporção de aglutinante polimérico de 10% em peso até 60% em peso.

6. Carga ou giz de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que contém um teor de grafita de 10% em peso até 70% em peso.

7. Carga ou giz de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que contém um teor de grafita de 15% em peso até 60% em peso.

8. Carga ou giz de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a carga contém uma cera com uma proporção de 1% em peso até 40% em peso.

9. Carga ou giz de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que contém um teor de cera de 5% em peso até 30% em peso.

10. Carga ou giz de acordo com qualquer uma das reivindi- cações precedentes, caracterizada pelo fato de que a poliolefina é um polietileno.

11. Carga ou giz de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizada pelo fato de que a cera é uma cera de parafina e/ou uma cera de poliolefina.

12. Carga ou giz de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizada pelo fato de que contém uma relação de cera para aglutinante polimérico de 1:0,5 até 1:9, de preferência até 1:7.

13. Carga ou giz de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que contém uma proporção de 1 a 35% em peso de negro de fumo.

14. Carga ou giz de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que contém uma proporção de 0,1 a 5% em peso de pelo menos um aditivo.

15. Lápis caracterizado pelo fato de que contém uma carga como definida em qualquer uma das reivindicações precedentes.

16. Lápis de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que contém um revestimento de madeira ou de um material substituto de madeira.