CN106752388A - 一种高黑度石墨树脂铅笔及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高黑度石墨树脂铅笔，包括笔杆、表皮与笔芯，所述笔芯包括以下重量份数的原料：20‑30份聚苯乙烯、10‑20份SBS、20‑30份石墨、30‑50份改性滑石粉、1‑5份润滑助剂、2‑3份松香系树脂与3‑6份改性聚碳酸酯。本发明采用高分子材料，按照科学可靠的配方制造出的铅笔具有木质铅笔的物理力学性能和切削性能，抗摔、抗折，书写滑润，浓度、磨耗适度，并且可在普通加工设备上进行各类成型加工的特点。

Description

一种高黑度石墨树脂铅笔及其生产工艺

技术领域

本发明属于笔领域，涉及一种塑料彩笔，尤其涉及一种环保、顺滑、笔芯着色更加均匀、美观、绘画更流畅的高黑度石墨树脂铅笔及其生产工艺。

背景技术

铅笔是一种应用非常广泛的写字和绘画的工具，其主要结构是由条状铅芯嵌固在笔杆中构成。铅笔的笔杆常见的是采用木质，通常需要将原木做成圆形、正六边形或正八边形等形状的笔杆，其制造需要经过很多的切割工序，生产过程相当繁琐，制造成本高，而且需消耗大量的优质木材。目前，我国年产木质铅笔80亿支左右，相当于每年毁掉600平方公里森林，消耗40万立方米优质木材，大量森林资源的消耗严重地破坏了生态环境。另外，为生产出不同颜色的笔杆，木质铅笔需使用油漆对其外表面进行喷刷，这样不可避免地会产生重金属、有毒有害物的污染问题，这对于与人体接触密切的笔杆来说，无疑是一大弊端，特别对于一些年幼儿童，对于油漆所产生的污染问题更为敏感。

铅笔制造商为了减少木材用量，尝试开发了各种类型的笔杆来作为木质笔杆的替代品，然而，到目前为止，采用各种替代材料制造笔杆的过程中还是有很多不尽如人意之处。比如纸质笔杆，因为纸质笔杆采用的原料仍是木材，所以没有从根本上解决资源浪费的问题；比如石膏笔杆，由于石膏的质地较脆，因而这样的笔杆容易脆断，使用过程中还可能产生粉屑，实用不便；比如塑料笔杆，采用的塑料原料是不可再生的化石资源，并且在原料生产过程及废弃后焚烧过程中会产生大量二氧化碳，造成温室效应。

申请号为CN200510047091.5，名称为《树脂复合材料铅笔》的发明专利公开了一种树脂复合材料铅笔，笔杆是由下述成分按重量份配比组成：水性聚氨酯50～70份、食用淀粉10～20份、玻璃微珠5～10份、纳米二氧化钛0.1～1份、纳米氧化锌0.5～3份、硬脂酸锌1～5份、轻质碳酸钙10～15份、柔性不饱和聚酯树脂5～10份，该发明主要采用树脂、淀粉和碳酸钙作为基础原料来制作笔杆，由于水性聚氨酯所占比例大大高于淀粉和碳酸钙，所以它实际和塑料笔杆一样，存在着不环保的缺点，也可以通过增加碳酸钙来替代更多的塑料原料，但是，如果碳酸钙添加的量超过50％的话，需要添加白油，而白油的添加会使笔杆产生重金属含量超标的风险，这对于与人体接触密切的笔杆来说，无疑是另一大弊病。

申请号为200810066764.5，名称为《可降解铅笔笔杆、铅笔及其制造方法》的发明专利公开了一种可降解铅笔笔杆及采用这种笔杆的铅笔，笔杆组分包括40wt％～60wt％聚羟基脂肪酸酯、30wt％～50wt％淀粉、1wt％～10wt％交联剂和1wt％～10wt％增塑剂，其中，wt％为重量百分率；该发明还提供一种铅笔的制造方法，步骤包括原料混合、加热、穿芯成型。该发明所涉及的可降解铅笔笔杆主要采用可生物降解材料，比如聚β-羟基丁酸脂、聚乳酸和聚己内酯，采用上述组分制造出来的笔杆无毒环保，可以替代木质铅笔笔杆，减少木材消耗。现有技术中，常见的可生物降解材料主要分为石油基生物分解塑料、生物基生物分解塑料两大类，石油基生物分解塑料主要是以石化产品为单体，通过化学合成的办法得到的一类聚合物，如聚己内酯、聚丁二酸丁二醇脂、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸/己二酸/丁二醇共聚物等，该类材料由于是以石油为原料，价格易受石油价格波动而上扬，并且由于该类材料的可生物降解性能，使得其价格相比较于普通塑料更高；生物基生物分解塑料是以天然材料通过微生物发酵和化学合成共同参与得到的聚合物或是微生物直接合成的聚合物，主要有聚乳酸、聚羟基烷酸脂等，通过微生物直接合成的聚乳酸等由于其工艺相对复杂，生产一吨聚乳酸要消耗4吨粮食，因此现在市场价格比传统塑料高2～3倍，同时由于其制品存在耐热性、物理性能较差等问题，目前主要用于购物袋的生产。因此，采用生物降解塑料原料制造笔杆成本太高，不符合平民市场需求，难以普及。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种环保、顺滑、笔芯着色更加均匀、美观、绘画更流畅的高黑度石墨树脂铅笔及其生产工艺，替代传统的木质铅笔，能解决木质铅笔消耗大量木材资源、需要油漆喷刷上色等不节能也不环保的问题，并且，能解决现有技术中的树脂复合材料铅笔采用的树脂含量高不环保以及可降解塑料原料制造的铅笔成本高、物理性能差等问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高黑度石墨树脂铅笔，包括笔杆、表皮与笔芯，所述笔芯包括以下重量份数的原料：20-30份聚苯乙烯、10-20份SBS、20-30份石墨、30-50份改性滑石粉、1-5份润滑助剂、2-3份松香系树脂与3-6份改性聚碳酸酯。在本技术方案中，松香系树脂与改性聚碳酸酯可以与石墨很好的结合，帮助石墨更易附着在纸上，提高HB塑料铅笔的硬度、浓度。

作为优选，改性滑石粉的改性方法为：

1)称取干燥后的滑石粉物料100份，装入温度可控高混器中；

2)称取改性剂月桂酸丙二醇酯5份和α、ω-双(三甲硅氧基)聚二甲基聚甲基(1-丁烷-聚氧乙烯聚氧丙烯醚基)硅氧烷3份；

3)将所称取的改性剂均匀加入高混器的滑石粉中，并在200℃的温度下搅拌15min；

4)取出得到改性滑石粉。

在本技术方案中，由于滑石粉是一种由层状硅酸盐晶体组成的矿物，其表面有亲水性基团，并呈极性，而聚合物多数有疏水性，两者之间的相容性差；同时，越细的滑石粉，加工过程中越易于团聚而最终影响性能。因此，为了改善两者之间的界面结合，对滑石粉进行改性，以使其不易于团聚。

作为优选，润滑助剂为乙撑双硬脂酰胺、聚乙二醇、硬脂酸、油酸酰胺中的至少一种。

作为优选，笔杆包括以下重量份数的原料：20-30份聚苯乙烯、10-20份SBS、5-10份聚乙烯、40-60份滑石粉、10-20份颜料、1-5份颜料分散剂、1-5份润滑助剂与1-5份偶联剂，表皮包括以下重量份数的原料：50-60份聚苯乙烯、10-25份聚丙烯、10-25份颜料与1-6份润滑助剂。

作为优选，所述松香系树脂为松香改性酚醛树脂、松香改性醇酸树脂或松香改性马来酸树脂。

作为优选，松香改性酚醛树脂的制备方法为：

A、将200-250重量份的对叔丁基苯酚和3-5重量份的无水三氯化铝加入反应釜，升温至60℃-70℃，边搅拌边加入100-120重量份的固体甲醛，调整溶液至碱性，升温至100℃-115℃，反应4-5小时；

B、向所述反应釜中加入700-850重量份的松香与70-85重量份的反丁烯二酸，升温至140℃-155℃，反应4.5小时-5小时；

C、向所述反应釜中加入150-180重量份的山梨醇和1-2重量份的偏磷酸，升温至180℃-200℃，反应2小时-2.5小时，继续升温至230℃-240℃，反应1小时-2小时。

一种高黑度石墨树脂铅笔的生产工艺，所述生产工艺包括以下步骤：

a)将笔杆原料与表皮原料分别加入造粒设备造粒得到粒料备用；

b)笔芯原料的聚苯乙烯、SBS、颜料与颜料分散剂加入密炼仓，开启加热装置升温至80℃，保温20min，然后加入润滑助剂、松香系树脂、纤维、硅基疏水性固体润滑剂与改性聚碳酸酯，升温至110℃，保温30min后继续升温至180℃，混炼1h后加入滑石粉，继续混炼30min，然后造粒；

c)将步骤a)得到的笔杆粒料加入笔杆挤出机，表皮粒料加入表皮挤出机；将步骤b)得到的笔芯粒料加入笔芯挤出机，挤出笔芯的迅速引入安装在3台挤出机的出料口的共挤成型模具内，然后启动笔杆挤出机，包裹住笔芯，再启动表皮挤出机，包裹住笔杆，冷却后按规定长度切断，然后进行打字、削尖、清洗烘干与包装入库。

本发明的有益效果是：

(1)、本发明采用高分子材料，按照科学可靠的配方制造出的铅笔具有木质铅笔的物理力学性能和切削性能，抗摔、抗折，书写滑润，浓度、磨耗适度，并且可在普通加工设备上进行各类成型加工的特点；

(2)、通过笔皮挤出机上色，可根据用户选择生产出不同颜色的笔杆，产品卫生无毒，彻底淘汰了油漆，避免了木质铅笔需油漆印刷而产生的污染问题，消除了有毒有害物对人体的侵害；

(3)、采用笔杆挤出机、笔皮挤出机和铅芯挤出机3台设备挤合一次成型，电控选色，制造方法工艺简单且方便易行，生产的铅笔外观精美，不偏芯、断芯、卷削硬度适中，克服了木杆铅笔粘缝开胶，阴阳板和着色粗糙等不足，而且自动化程度高，生产效率与木质铅笔相比得到了大幅度地提高；

(4)生产过程不会产生污染，废弃物也可无害化处理，该塑料材料可再回收利用，保护生态，无环境污染；

(5)本发明所实现的节能、低碳、环保概念的铅笔在我国使用量大，适合工厂大规模生产，预计每年能为国家带来数十亿元的经济、生态环保效益。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

一种高黑度石墨树脂铅笔，包括笔杆、表皮与笔芯，所述笔芯包括以下重量份数的原料：20份聚苯乙烯、10份SBS、20份石墨、30份改性滑石粉、1份润滑助剂、2份松香系树脂与3份改性聚碳酸酯。

改性滑石粉的改性方法为：

1)称取干燥后的滑石粉物料100份，装入温度可控高混器中；

2)称取改性剂月桂酸丙二醇酯5份和α、ω-双(三甲硅氧基)聚二甲基聚甲基(1-丁烷-聚氧乙烯聚氧丙烯醚基)硅氧烷3份；

3)将所称取的改性剂均匀加入高混器的滑石粉中，并在200℃的温度下搅拌15min；

4)取出得到改性滑石粉。

润滑助剂为乙撑双硬脂酰胺。

笔杆包括以下重量份数的原料：20份聚苯乙烯、10份SBS、5份聚乙烯、40份滑石粉、10份颜料、1份颜料分散剂、1份润滑助剂与1份偶联剂，表皮包括以下重量份数的原料：50份聚苯乙烯、10份聚丙烯、10份颜料与1份润滑助剂。

所述松香系树脂为松香改性酚醛树脂。

松香改性酚醛树脂的制备方法为：

A、将200重量份的对叔丁基苯酚和3重量份的无水三氯化铝加入反应釜，升温至60℃，边搅拌边加入100重量份的固体甲醛，调整溶液至碱性，升温至100℃，反应4小时；

B、向所述反应釜中加入700重量份的松香与70重量份的反丁烯二酸，升温至140℃，反应4.5小时；

C、向所述反应釜中加入150重量份的山梨醇和1重量份的偏磷酸，升温至180℃，反应2小时，继续升温至230℃，反应1小时-。

一种高黑度石墨树脂铅笔的生产工艺，所述生产工艺包括以下步骤：

a)将笔杆原料与表皮原料分别加入造粒设备造粒得到粒料备用；

b)笔芯原料的聚苯乙烯、SBS、颜料与颜料分散剂加入密炼仓，开启加热装置升温至80℃，保温20min，然后加入润滑助剂、松香系树脂、纤维、硅基疏水性固体润滑剂与改性聚碳酸酯，升温至110℃，保温30min后继续升温至180℃，混炼1h后加入滑石粉，继续混炼30min，然后造粒；

c)将步骤a)得到的笔杆粒料加入笔杆挤出机，表皮粒料加入表皮挤出机；将步骤b)得到的笔芯粒料加入笔芯挤出机，挤出笔芯的迅速引入安装在3台挤出机的出料口的共挤成型模具内，然后启动笔杆挤出机，包裹住笔芯，再启动表皮挤出机，包裹住笔杆，冷却后按规定长度切断，然后进行打字、削尖、清洗烘干与包装入库。

实施例2

一种高黑度石墨树脂铅笔，包括笔杆、表皮与笔芯，所述笔芯包括以下重量份数的原料：25份聚苯乙烯、13份SBS、22份石墨、35份改性滑石粉、3份润滑助剂、2.5份松香系树脂与4份改性聚碳酸酯。

改性滑石粉的改性方法为：

1)称取干燥后的滑石粉物料100份，装入温度可控高混器中；

2)称取改性剂月桂酸丙二醇酯5份和α、ω-双(三甲硅氧基)聚二甲基聚甲基(1-丁烷-聚氧乙烯聚氧丙烯醚基)硅氧烷3份；

3)将所称取的改性剂均匀加入高混器的滑石粉中，并在200℃的温度下搅拌15min；

4)取出得到改性滑石粉。

润滑助剂为聚乙二醇。

笔杆包括以下重量份数的原料：22份聚苯乙烯、15份SBS、6份聚乙烯、52份滑石粉、12份颜料、3份颜料分散剂、4份润滑助剂与2份偶联剂，表皮包括以下重量份数的原料：55份聚苯乙烯、13份聚丙烯、12份颜料与5份润滑助剂。

所述松香系树脂为松香改性酚醛树脂。

松香改性酚醛树脂的制备方法为：

A、将220重量份的对叔丁基苯酚和4重量份的无水三氯化铝加入反应釜，升温至65℃，边搅拌边加入115重量份的固体甲醛，调整溶液至碱性，升温至108℃，反应4.5小时；

B、向所述反应釜中加入780重量份的松香与81重量份的反丁烯二酸，升温至142℃，反应5小时；

C、向所述反应釜中加入160重量份的山梨醇和1.5重量份的偏磷酸，升温至190℃，反应2.2小时，继续升温至235℃，反应1.5小时。

一种高黑度石墨树脂铅笔的生产工艺，所述生产工艺包括以下步骤：

a)将笔杆原料与表皮原料分别加入造粒设备造粒得到粒料备用；

b)笔芯原料的聚苯乙烯、SBS、颜料与颜料分散剂加入密炼仓，开启加热装置升温至80℃，保温20min，然后加入润滑助剂、松香系树脂、纤维、硅基疏水性固体润滑剂与改性聚碳酸酯，升温至110℃，保温30min后继续升温至180℃，混炼1h后加入滑石粉，继续混炼30min，然后造粒；

c)将步骤a)得到的笔杆粒料加入笔杆挤出机，表皮粒料加入表皮挤出机；将步骤b)得到的笔芯粒料加入笔芯挤出机，挤出笔芯的迅速引入安装在3台挤出机的出料口的共挤成型模具内，然后启动笔杆挤出机，包裹住笔芯，再启动表皮挤出机，包裹住笔杆，冷却后按规定长度切断，然后进行打字、削尖、清洗烘干与包装入库。

实施例3

一种高黑度石墨树脂铅笔，包括笔杆、表皮与笔芯，所述笔芯包括以下重量份数的原料：30份聚苯乙烯、20份SBS、30份石墨、50份改性滑石粉、5份润滑助剂、3份松香系树脂与6份改性聚碳酸酯。

改性滑石粉的改性方法为：

1)称取干燥后的滑石粉物料100份，装入温度可控高混器中；

2)称取改性剂月桂酸丙二醇酯5份和α、ω-双(三甲硅氧基)聚二甲基聚甲基(1-丁烷-聚氧乙烯聚氧丙烯醚基)硅氧烷3份；

3)将所称取的改性剂均匀加入高混器的滑石粉中，并在200℃的温度下搅拌15min；

4)取出得到改性滑石粉。

润滑助剂为油酸酰胺。

笔杆包括以下重量份数的原料：30份聚苯乙烯、20份SBS、10份聚乙烯、60份滑石粉、20份颜料、5份颜料分散剂、5份润滑助剂与5份偶联剂，表皮包括以下重量份数的原料：60份聚苯乙烯、25份聚丙烯、25份颜料与6份润滑助剂。

所述松香系树脂为松香改性酚醛树脂。

松香改性酚醛树脂的制备方法为：

A、将250重量份的对叔丁基苯酚和5重量份的无水三氯化铝加入反应釜，升温至70℃，边搅拌边加入120重量份的固体甲醛，调整溶液至碱性，升温至115℃，反应5小时；

B、向所述反应釜中加入850重量份的松香与85重量份的反丁烯二酸，升温至155℃，反应5小时；

C、向所述反应釜中加入180重量份的山梨醇和2重量份的偏磷酸，升温至200℃，反应2.5小时，继续升温至240℃，反应2小时。

一种高黑度石墨树脂铅笔的生产工艺，所述生产工艺包括以下步骤：

a)将笔杆原料与表皮原料分别加入造粒设备造粒得到粒料备用；

b)笔芯原料的聚苯乙烯、SBS、颜料与颜料分散剂加入密炼仓，开启加热装置升温至80℃，保温20min，然后加入润滑助剂、松香系树脂、纤维、硅基疏水性固体润滑剂与改性聚碳酸酯，升温至110℃，保温30min后继续升温至180℃，混炼1h后加入滑石粉，继续混炼30min，然后造粒；

c)将步骤a)得到的笔杆粒料加入笔杆挤出机，表皮粒料加入表皮挤出机；将步骤b)得到的笔芯粒料加入笔芯挤出机，挤出笔芯的迅速引入安装在3台挤出机的出料口的共挤成型模具内，然后启动笔杆挤出机，包裹住笔芯，再启动表皮挤出机，包裹住笔杆，冷却后按规定长度切断，然后进行打字、削尖、清洗烘干与包装入库。

在保证铅笔硬度达到H的基础上，实现了黑度达到4B。芯尖受力达到9.4N，浓度(吸光度)达到0.4。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种高黑度石墨树脂铅笔，包括笔杆、表皮与笔芯，其特征在于，所述笔芯包括以下重量份数的原料：20-30份聚苯乙烯、10-20份SBS、20-30份石墨、30-50份改性滑石粉、1-5份润滑助剂、2-3份松香系树脂与3-6份改性聚碳酸酯。

2.根据权利要求1所述的一种高黑度石墨树脂铅笔，其特征在于，改性滑石粉的改性方法为：

1)称取干燥后的滑石粉物料100份，装入温度可控高混器中；

2)称取改性剂月桂酸丙二醇酯5份和α、ω-双(三甲硅氧基)聚二甲基聚甲基(1-丁烷-聚氧乙烯聚氧丙烯醚基)硅氧烷3份；

3)将所称取的改性剂均匀加入高混器的滑石粉中，并在200℃的温度下搅拌15min；

4)取出得到改性滑石粉。

3.根据权利要求1所述的一种高黑度石墨树脂铅笔，其特征在于，润滑助剂为乙撑双硬脂酰胺、聚乙二醇、硬脂酸、油酸酰胺中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种高黑度石墨树脂铅笔，其特征在于，笔杆包括以下重量份数的原料：20-30份聚苯乙烯、10-20份SBS、5-10份聚乙烯、40-60份滑石粉、10-20份颜料、1-5份颜料分散剂、1-5份润滑助剂与1-5份偶联剂，表皮包括以下重量份数的原料：50-60份聚苯乙烯、10-25份聚丙烯、10-25份颜料与1-6份润滑助剂。

5.根据权利要求1所述的一种高黑度石墨树脂铅笔，其特征在于，所述松香系树脂为松香改性酚醛树脂、松香改性醇酸树脂或松香改性马来酸树脂。

6.根据权利要求5所述的一种高黑度石墨树脂铅笔，其特征在于，松香改性酚醛树脂的制备方法为：

A、将200-250重量份的对叔丁基苯酚和3-5重量份的无水三氯化铝加入反应釜，升温至60℃-70℃，边搅拌边加入100-120重量份的固体甲醛，调整溶液至碱性，升温至100℃-115℃，反应4-5小时；

B、向所述反应釜中加入700-850重量份的松香与70-85重量份的反丁烯二酸，升温至140℃-155℃，反应4.5小时-5小时；

C、向所述反应釜中加入150-180重量份的山梨醇和1-2重量份的偏磷酸，升温至180℃-200℃，反应2小时-2.5小时，继续升温至230℃-240℃，反应1小时-2小时。

7.一种如权利要求1所述的高黑度石墨树脂铅笔的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺包括以下步骤：

a)将笔杆原料与表皮原料分别加入造粒设备造粒得到粒料备用；

b)笔芯原料的聚苯乙烯、SBS、颜料与颜料分散剂加入密炼仓，开启加热装置升温至80℃，保温20min，然后加入润滑助剂、松香系树脂、纤维、硅基疏水性固体润滑剂与改性聚碳酸酯，升温至110℃，保温30min后继续升温至180℃，混炼1h后加入滑石粉，继续混炼30min，然后造粒；

c)将步骤a)得到的笔杆粒料加入笔杆挤出机，表皮粒料加入表皮挤出机；将步骤b)得到的笔芯粒料加入笔芯挤出机，挤出笔芯的迅速引入安装在3台挤出机的出料口的共挤成型模具内，然后启动笔杆挤出机，包裹住笔芯，再启动表皮挤出机，包裹住笔杆，冷却后按规定长度切断，然后进行打字、削尖、清洗烘干与包装入库。