BRPI0914595B1 - Uso de material substituto de madeira - Google Patents

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Staedtler Mars Gmbh & Co. Kg
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Abstract

uso de material substituto de madeira a invenção se refere a um material substituto de madeira para lápis envolvido em madeira, compreendendo os seguintes ingredientes: 15 – 30% em peso de pelo menos um ligante polimérico, 50 – 80% em peso de pelo menos um enchimento orgânico, 0 – 20% em peso de pelo menos um enchimento inorgânico, 0,5 – 5% em peso de pelo menos um promotor de adesão, 1 – 30% em peso de pelo menos uma cera, 0 – 10% em peso de pelo menos um pigmento colorido, 0 – 10% em peso de pelo menos um aditivo, em que pelo menos um promotor de adesão forma uma ligação química entre pelo menos um ligante polimérico e pelo menos um enchimento orgânico, uma proporção de pelo menos um promotor de adesão para pelo menos uma cera na faixa de 1:2 a 1:6 sendo formada, e a soma de enchimentos orgânico e inorgânico não sendo mais do que 80% em peso.

Description

USO DE MATERIAL SUBSTITUTO DE MADEIRA [001] A invenção se refere a um material substituto de madeira para lápis envolvido em madeira, tal como lápis de grafite, lápis de cor ou lápis cosmético com grafites que liberam cor, bem como vários outros tipos de lápis com grafites feitos, por 5 exemplo, de material de borracha de apagar, etc., assim como o uso destes.
[002] A madeira do lápis que envolve o grafite é substituída por um material substituto de madeira.
[003] Lápis envolvido em madeira em que o grafite está envolto ou encaixado em madeira de desenvolvimento natural a muito é conhecido. Nos últimos anos, o 10 preço das madeiras de alto grau de qualidade tem aumentado devido à falta de disponibilidade de madeira, o que tem um efeito direto sobre os custos de produção de lápis. Adicionalmente, comparativamente grandes depósitos de madeira natural estão sendo consumidos para a produção de lápis.
[004] Por esta razão, por anos já se vem tentando em outras áreas, substituir as madeiras naturais por materiais substitutos de madeira que sejam de custo mais efetivo e preservar as florestas de surgimento natural.
[005] Um tipo de material substituto de madeira é “compósitos de plástico de madeira”, que são materiais termoplasticamente processáveis com diferentes porções de madeira, materiais plásticos e aditivos e são produzidos por processos de formação 20 termoplástica, tal como extrusão, moldagem por injeção ou prensagem.
[006] Os aditivos otimizam as características de desempenho requeridas para o respectivo uso pretendido e influencia-os consideravelmente. Por exemplo, os promotores de adesão para melhorar a ligação madeira-plástico, ceras para assegurar o processabilidade, pigmentos para criar cores e meios para assegurar a resistência a 25 UV, clima, insetos e fungos são assim utilizados.
[007] Os campos de aplicação incluem, inter alia, pisos de pátios, caixas de plantas, revestimentos, superfícies de pisos, móveis ou peças internas na indústria automobilística.
[008] Adicionalmente a outras propriedades, os materiais substitutos de madeira atualmente disponíveis no mercado tem sido otimizados, de modo a exibirem
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2/9 propriedades de resistência, as mais altas possíveis, tal como resistência a flexão ou resistência a abrasão.
[009] Contudo, os materiais substitutos de madeira deste tipo não são adequados para a substituição de madeira em lápis envolvido em madeira, ou apenas 5 são adequados numa extensão limitada, uma vez que lápis desse tipo ou não podem ser apontados com um apontador manual convencional comercial ou apenas com muita dificuldade.
[0010] Materiais plásticos espumados ou materiais plásticos inorganicamente preenchidos também são conhecidos por atuarem como materiais substitutos de 10 madeira.
[0011] Materiais plásticos espumados tem um módulo baixo de elasticidade e são deste modo, normalmente muito resilientes. Devido a esta alta resiliência, os materiais plásticos espumados são os adequados como materiais substitutos de madeira para lápis, uma vez que, com um invólucro resiliente de um grafite 15 convencional, o efeito de sustentação necessário para o grafite fica faltando e o grafite pode quebrar quando o lápis é usado. Embora, isto possa ser evitado por uma configuração resiliente correspondente do grafite, o grafite então exibirá propriedades de escrita inferiores.
[0012] O objetivo da invenção é deste modo, fornecer um material substituto de madeira que possa ser apontado e seja adequado para o envolvimento do grafite de um lápis no lugar das madeiras naturais.
[0013] Este objetivo é alcançado pelas características descritas na reivindicação 1.
[0014] O material substituto de madeira de acordo com a invenção é formado pelos seguintes ingredientes:
- 30% em peso de pelo menos um ligante polimérico,
- 80% em peso de pelo menos um enchimento orgânico 0 - 20% em peso de pelo menos um enchimento inorgânico 0,5 - 5% em peso de pelo menos um promotor de adesão
1 - 30% em peso de pelo menos uma cera
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3/9
- 10% em peso de pelo menos um pigmento colorido, e
- 10% em peso de pelo menos um aditivo, em que pelo menos um promotor de adesão forma uma ligação química entre pelo menos um ligante polimérico e pelo menos um enchimento orgânico, uma proporção de pelo menos um promotor de adesão para pelo menos uma cera na faixa de 1:2 a 1:6 sendo formada, e a soma de enchimentos orgânico e inorgânico não sendo mais do que 80% em peso.
[0015] Uma combinação deste tipo de ceras e promotores de adesão resulta num material substituto de madeira que pode ser apontado, e, particularmente, pode 10 substituir madeiras naturais em lápis envoltos em madeira para envolver o grafite.
Este não é o caso com os conhecidos materiais substitutos de madeira de acordo com o estado da técnica. A característica especial do material substituto de madeira de acordo com a invenção reside no fato de que os lápis formados com este, em que o grafite está envolto por um material substituto de madeira ao invés de madeira, 15 exibem todos, as propriedades comuns dos lápis envoltos em madeira conhecidos.
[0016] A combinação mencionada de matérias primas resulta deste modo em um material que é adequado para uma extensão pretendida para a produção de portadores ou invólucros de grafite que podem ser apontados, formando ferramentas de escrita e/ou lápis cosmético.
[0017] O material substituto de madeira de acordo com a invenção é desse modo, particularmente adequado para um invólucro de grafites para a produção de lápis, uma vez que um lápis formado com este pode ser apontado utilizando um apontador comercial convencional manual com pequeno gasto de força e o lápis simultaneamente exibe as resistências requeridas de flexão para uso como ferramenta de escrita. Adicionalmente, os materiais substitutos de madeira apresentam um módulo comparativamente alto de elasticidade, tal que tanto grafites resilientes e pouco resilientes podem ser envolvidos.
[0018] De modo a avaliar a capacidade de se fazer ponta no material substituto de madeira e sua adequabilidade para a produção de lápis, corpos sólidos foram 30 produzidos com este e foram apontados. O uso de um material substituto de madeira
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4/9 que foi considerado ser adequado para serem apontados resulta no fato de que um lápis produzido com este pode ser apontado com pouco gasto de força, Neste caso, um lápis e, particularmente, um material substituto de madeira que possui um “momento de afilamento” menor do que 10 Nm durante o teste ou afilamento é classificado como 5 sendo capaz de ser apontado com baixo gasto de energia. O momento de afilamento é determinado em uma máquina de teste desenvolvida para este propósito, em que uma amostra de teste na forma de um lápis ou um corpo sólido feito de material substituto de madeira é apontado continuamente por 20 s. O momento de afilamento é considerado ser o torque médio (em Ncm), verificado durante o processo de 10 afilamento, necessário para continuamente apontar uma amostra de teste com um diâmetro de 7,6 + 0,2 mm a uma velocidade de 43 rpm com uma ponta cônica já provida, isto é, já apontada no ângulo desejado, em um apontador convencional com uma nova lâmina.
[0019] O princípio de um dispositivo para medição do momento de afilamento é ilustrado na figura 1 por questões explanatórias. Um apontador 1 é fixado em um suporte 3 conectado a um dispositivo medidor de torque 2. Uma amostra de teste 5 é provida em um suporte rotatório 4 e colocado no apontador 1. A amostra de teste 5 que gira é alimentada pneumaticamente na direção do apontador 1 utilizando um dispositivo de alimentação 6 que exerce uma força de alimentação de 20 N sobre o 20 suporte 4 da amostra de teste 5 (ver seta a direita da figura). O torque medido pelo dispositivo de medição de torque 2 durante o afilamento da amostra de teste 5 é indicado e ponderado pelo período de teste de modo a determinador o momento de afilamento.
[0020] A resistência a flexão do material substituto de madeira desejada para uso em um invólucro de grafites de lápis é particularmente de no mínimo 50 MPa. O módulo da elasticidade é preferivelmente no mínimo 5000 MPa. A resistência a flexão e módulo de elasticidade são determinados em um teste de flexão de 3-pontos de acordo com DIN 52186 (teste de madeira; teste de flexão).
[0021] A figura 2 ilustra um dispositivo de medição para realizar um teste de flexão de 3-pontos deste tipo. As amostras cilíndricas de teste 7 na forma de lápis ou
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5/9 corpos sólidos feitos de material substituto de madeira com um diâmetro de 7,6 + 0,2 mm e um comprimento de 180 + 5 mm são usados. A amostra de teste 7 é montada em roletes móveis 8 com um espaçamento de 100 mm (distância entre os pontos centrais dos roletes 8). A força é introduzida centralmente com um pistão de teste 9. Os roletes 8 e o pistão de teste 9 possui um raio de 15 mm. A amostra de teste 7 é carregada uniformemente durante o teste até a amostra de teste 7 quebrar. A resistência a flexão e módulo de elasticidade da amostra de teste 7 são determinadas pela força de quebra necessária e a deflexão medida da amostra de teste 7 sob a carga aumentada.
[0022] Configurações vantajosas do material substituto de madeira de acordo com a invenção será aqui explicado.
[0023] Com relação a resistência e capacidade de afilamento, o material substituto de madeira é particularmente vantajoso quando a proporção entre pelo menos um promotor de adesão e pelo menos uma cera é formada na faixa de 1:2,5 a 1:4,5 [0024] Além disso, também tem sido encontrado que particularmente boas propriedades com relação a capacidade de afilamento, resistência e processabilidade são produzidos com a seguinte composição que contém:
- 25% em peso de pelo menos um ligante polimérico,
- 75% em peso de pelo menos um enchimento orgânico
- 5% em peso de pelo menos um enchimento inorgânico
- 2% em peso de pelo menos um promotor de adesão
- 12% em peso de pelo menos uma cera
- 4% em peso de pelo menos um pigmento colorido, e
- 5% em peso de pelo menos um aditivo.
[0025] Para a capacidade de afilamento é vantajoso se pelo menos uma cera for selecionada do grupo de ceras que compreende ceras amida, ácidos graxos tal como ácido esteárico e ácido palmítico, cera de lignite, estearatos, ésteres de ácidos graxos e cera parafina.
[0026] Para a capacidade de afilamento é vantajoso que pelo menos uma cera
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6/9 seja formada por cera amida e/ou ácido esteárico.
[0027] Para a capacidade de afilamento é mais vantajoso que pelo menos uma cera seja formada por uma combinação de cera amida e ácido esteárico, numa proporção de cera amida para ácido esteárico na faixa de 1:0,5 a 1:2.
[0028] Os materiais substitutos de madeira são comparados a materiais de acordo com o estado da técnica na tabela abaixo de modo a melhor compreender a invenção. As amostras de teste usadas para a comparação exibem a mesma geometria da seção transversal e possuem um diâmetro de 7,6 + 0,2 mm.
Madeira natural Material substituto de madeira Nãoespumado (estado da técnica) Material substituto de madeira (de acordo com a invenção)
Momento de afilamento (Ncm) 7 a 12 > 14 < 10
[0029] Por razões de beneficiamento e boa disponibilidade, é vantajoso que pelo menos um ligante polimérico seja selecionado do grupo de poliolefinas.
[0030] De modo que o material substituto de madeira alcance um caráter similar ao da madeira, é vantajoso que pelo menos um enchimento orgânico seja formado de madeira e/ou celulose.
[0031] Um promotor de adesão é necessário para a ligação da madeira que possui uma superfície polar e um ligante polimérico que possui uma superfície não polar, por exemplo, poliolefinas. Uma vez que promotores de adesão de polietileno (PE) e polipropileno (PP) estão disponíveis no mercado, é vantajoso que pelo menos um ligante polimérico seja formado de polietileno (PE) e/ou polipropileno (PP).
[0032] Um promotor de adesão que é formado por um polietileno (PE) com anidrido maleico enxertado tem se mostrado efetivo para ligar madeira e PE.
[0033] Particularmente é vantajoso que pelo menos um ligante polimérico ser formado de polietileno de alta densidade (PEHD) de modo a alcançar uma resistência a flexão de mais do que 50 MPa e um módulo de elasticidade de mais do que 5000 MPa.
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7/9 [0034] A figura 3 esquematicamente ilustra o princípio de operação do promotor de adesão para a combinação de madeira e PE.
[0035] A parte superior da figura 3 mostra a estrutura básica de uma molécula de ácido maleico. O centro da figura ilustra madeira com sua superfície polar na forma 5 de grupos hidroxila, bem como, uma molécula de promotor de adesão presente na forma de uma molécula de anidrido maleico modificada com PE enxertado em ácido maleico.
[0036] A parte inferior da figura 3 ilustra a conexão da molécula de anidrido maleico modificado à superfície polar da madeira. O PE enxertado do promotor de 10 adesão então se acopla ao ligante polimérico na forma de PE de tal forma que uma boa ligação adesiva é alcançada entre a madeira e o PE.
[0037] Além do mais, tem se mostrado vantajoso que pelo menos um promotor de adesão seja formado por um copolímero de etileno-anidrido maleico (com cera de polietileno metaloceno enxertada com anidrido maleico).
[0038] Como já acima mencionado, de modo que o material substituto de madeira obtenha uma característica similar a da madeira, é preferido que pelo menos um enchimento orgânico a ser formado de madeira e/ou celulose.
[0039] Por capacidade de afilamento é particularmente vantajoso que pelo menos um enchimento orgânico seja formado de partículas de enchimento que 20 possuem um tamanho de partícula máximo de 250 pm, em particular um máximo de 100 pm.
[0040] De modo a clarear o matiz do material substituto de madeira tem-se mostrado efetivo que o material substituto de madeira contenha de 1 a 3% em peso de pigmento de cor branca.
[0041] De modo a clarear o matiz, tem-se mostrado vantajoso que o pigmento de cor branca seja formado de óxido de titânio (TiO2).
[0042] De modo a ajustar o matiz desejado é vantajoso que o material substituto de madeira contenha de 0,1 a 5% em peso de pigmento de cor colorido.
[0043] De modo a ajustar as propriedades de brilho e deslizamento durante o afilamento é vantajoso que pelo menos um enchimento orgânico seja selecionado do
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8/9 grupo de enchimentos que compreende silicatos em camada-cruzada, sulfato de cálcio, carbonato de cálcio, nitrito de boro, pedra sabão e grafite.
[0044] De modo a alcançar as propriedades especiais e satisfazer os requerimentos específicos, é vantajoso que pelo menos um aditivo seja selecionado do grupo de aditivos que compreende lubrificantes, plastificadores, substâncias superfície-ativas, estabilizadores de calor e estabilizadores de UV.
[0045] Dois exemplos de formulação do material substituto de madeira que
tem se mostrado efetivo são mostrados abaixo:
Exemplo de Formulação 1
Polietileno de alta densidade (PEHD) 25,0% em peso
Pó de serra 65,0% em peso
Polietileno com anidrido maleico enxertado 2,0% em peso
Cera amida 3,0% em peso
Ácido esteárico 3,0% em peso
Dióxido de titânio 2,0% em peso
Exemplo de Formulação 2
Polipropileno 20,0% em
peso Pó de serra 70,0% em
peso Polipropileno com anidrido maleico enxertado 1,0% em
peso Cera amida 3,0% em
peso Ácido esteárico 1,0% em
peso Nitrito de boro 5,0% em
peso
[0046] O uso de um material substituto de madeira de acordo com a invenção
para a produção de lápis envolvido em madeira, particularmente, lápis de grafite ou
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9/9 lápis de cor ou lápis cosmético que compreende um grafite que libera cor e um invólucro de madeira para o grafite é o ideal, o invólucro de madeira sendo substituído por um invólucro feito de material substituto de madeira é o ideal. Neste caso, os grafites que são particularmente usados possuem uma ligação com polímero.
[0047] Além disso, um uso de um material substituído de madeira de acordo com a invenção para a produção de lápis envolvido em madeira que compreende um grafite feito de um material de borracha de apagar e um invólucro de madeira para o grafite é ideal, o invólucro de madeira sendo substituído por um invólucro feito de material substituto de madeira.
[0048] Quando se forma lápis com grafites que liberam cor ou grafites feitos de um material de borracha de apagar é particularmente preferido que o invólucro seja formado de material substituto de madeira por extrusão. Particularmente, os grafites são também formados por extrusão. A extrusão é um método de produção contínua e é deste modo particularmente adequado para o custo efetivo da produção em massa de 15 lápis.
[0049] Um lápis que possui um invólucro feito de um material substituto de madeira ligado a polímero e um grafite ligado a polímero pode, particularmente, ser produzido em um método de co-extrusão. O grafite e o invólucro são moldados in-situ em um extrusor e produzidos junto via um bocal como uma fita contínua na respectiva 20 geometria desejada, a fita meramente então sendo dividida em lápis individuais.
[0050] Uma possibilidade ainda está em envolver um grafite já formado, isto também é possível ser alcançado pela extrusão.
[0051] Métodos de extrusão apresentam a vantagem de que virtualmente todas as geometrias de seção transversal de lápis podem ser produzidas.

Claims (13)

1. Uso de um material substituto de madeira, para lápis envolvido em madeira, em particular lápis de grafite ou lápis de cor ou lápis cosmético que compreende um grafite que libera cor e um invólucro de madeira para o grafite, CARACTERIZADO pelo invólucro de madeira ser substituído por um invólucro feito de material substituto de madeira que consiste dos seguintes constituintes:
15 - 30% em peso de pelo menos um ligante polimérico,
50 - 80% em peso de pelo menos um enchimento orgânico
0 - 20% em peso de pelo menos um enchimento inorgânico
0,5 - 5% em peso de pelo menos um promotor de adesão
1 - 30% em peso de pelo menos uma cera
0 - 10% em peso de pelo menos um pigmento colorido, e
0 - 10% em peso de pelo menos um aditivo, em que pelo menos um ligante polimérico é selecionado do grupo de poliolefinas, pelo menos um enchimento orgânico é formado de madeira e/ou celulose, pelo menos um enchimento orgânico é formado de partículas de enchimento que possuem um tamanho máximo de partícula de 100 pm, a soma de enchimentos orgânico e inorgânico é menos de 80% em peso, pelo menos um promotor de adesão é formado por um polietileno (PE) com anidrido maleico enxertado, ou é formado por um polipropileno (PP) com anidrido maleico enxertado, ou é formado por um copolímero de etileno anidrido maleico com cera de polietileno metaloceno enxertado com anidrido maleico, e pelo menos um promotor de adesão forma uma ligação química entre pelo menos um ligante polimérico e pelo menos um enchimento orgânico e em que a proporção entre pelo menos um promotor de adesão e pelo menos uma cera é na faixa de 1:2,5 a 1:6 .
2. Uso de material substituto de madeira de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pela proporção de pelo menos um promotor de adesão para pelo menos uma cera ser formada na faixa de 1:2,5 e 1:4,5.
3. Uso de material substituto de madeira de acordo com qualquer
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2/3 uma das reivindicações 1 a 2, CARACTERIZADO por:
20 - 25% em peso de pelo menos um ligante polimérico,
65 - 75% em peso de pelo menos um enchimento orgânico
1 - 5% em peso de pelo menos um enchimento inorgânico
1 - 2% em peso de pelo menos um promotor de adesão
2 - 12% em peso de pelo menos uma cera
1 - 4% em peso de pelo menos um pigmento colorido, e
0 - 5% em peso de pelo menos um aditivo estão contidos.
4. Uso de material substituto de madeira de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO por pelo menos uma cera ser selecionada do grupo de ceras que compreende ceras amida, ácidos graxos tal como ácido esteárico e ácido palmítico, cera de lignite, estearatos, ésteres de ácidos graxos e cera parafina.
5. Uso de material substituto de madeira de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO por pelo menos uma cera ser formada de cera amida e/ou ácido esteárico.
6. Uso de material substituto de madeira de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO por pelo menos uma cera ser formada de uma combinação de cera amida e ácido esteárico, numa proporção de cera amida para ácido esteárico na faixa de 1:0,5 a 1:2.
7. Uso de material substituto de madeira de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO por pelo menos um ligante polimérico ser formado de polietileno (PE) e/ou polipropileno (PP).
8. Uso de material substituto de madeira de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO por pelo menos um ligante polimérico ser formado de polietileno de alta densidade (PEHD).
9. Uso de material substituto de madeira de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo material substituto de madeira conter de 1 a 3% em peso de pigmento de cor branca.
10. Uso de material substituto de madeira de acordo com a
Petição 870190000287, de 02/01/2019, pág. 20/46
3/3 reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo pigmento de cor branca ser formado de dióxido de titânio (TiO2).
11. Uso de material substituto de madeira de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo material substituto conter 0,1 a 5% em peso de pigmento de cor colorido.
12. Uso de material substituto de madeira de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO por pelo menos um enchimento inorgânico ser selecionado do grupo de enchimentos que compreende silicatos de camada-cruzada, sulfato de cálcio, carbonato de cálcio, nitrito de boro, pedra sabão e grafite.
13. Uso de material substituto de madeira de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADO por pelo menos um aditivo ser selecionado do grupo de aditivos que compreende lubrificantes, plastificantes, substâncias de superfície ativa, estabilizadores de calor, estabilizadores de UV.
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