CN107043577A

CN107043577A - 一种全塑彩笔及其制备方法

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Publication number: CN107043577A
Application number: CN201710261650.5A
Authority: CN
Inventors: 罗铭涛; 裘可伟
Original assignee: Zhejiang Huake Pen Industry Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Huake Pen Industry Co Ltd
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2017-04-20
Publication date: 2017-08-15
Anticipated expiration: 2037-04-20
Also published as: CN107043577B

Abstract

本发明公开了一种全塑彩笔及其制备方法，包括彩笔本体，彩笔本体通体可写，包括如下重量份的原料：黑色彩笔：石墨：18‑25份；PS：8‑10份；SBS：1‑4份；滑石粉：18‑30份；润滑剂：0.1‑3份；蜡：3‑5份；碳纳米纤维：1‑3份；彩色彩笔：色粉：4‑8份；PS：8‑10份；SBS：1‑4份；滑石粉：18‑30份；润滑剂：0.1‑3份；蜡：3‑5份；纳米微晶纤维素A：3‑5份。该全塑彩笔通体由笔芯材料组成，通体均可用于绘图，制备工艺简单且弹性好、韧性佳，即使在没有笔杆的保护下仍然不易断裂。

Description

一种全塑彩笔及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种彩笔，特别涉及一种全塑彩笔及其制备方法。

背景技术

一般铅笔采用木质笔杆，由条状铅芯镶嵌在木制笔杆中构成。制作时，须经过很多的切割工序，将圆木做成圆形、正六边行或正八边形的笔杆，浪费了大量的木材，不利于环保。为了克服传统的木制铅笔的上述缺点，出现了塑料铅笔。

授权公告号为CN1334204、授权公告日为2002年02月06日的中国专利公开了一种一种塑料木化铅笔，原料包括有聚乙烯、聚丙烯、滑石粉，原料包括笔杆料、笔芯料、包漆料，笔杆料包括聚苯乙烯、聚乙烯、滑石粉、淀粉、发泡剂，其重量配比是(笔杆料以100份计)：聚苯乙烯20-35份，聚乙烯/聚丙烯20-35份，滑石粉10-50份，淀粉1-10份，发泡剂0.5-10份；石墨铅笔笔芯料包括石墨、聚苯乙烯、聚乙烯、助剂，其重量配比是(笔芯料以100份计)：石墨50-80份，聚苯乙烯10-30份，聚乙烯5-20份，助剂1-10份；彩色铅笔的笔芯料包括：耐高温颜料、聚苯乙烯、高熔点石蜡、填充料、硬脂酸酰胺，其重量配比是(笔芯料以100份计)：耐高温颜料30-50份，聚苯乙烯20-40份，高熔点石蜡10-20份，填充料15-30份，硬脂酸酰胺5-10份；包漆料包括聚苯乙烯、耐高温颜料，其重量配比是(包漆料以100份计)：聚苯乙烯80-90份，耐高温颜料1-20份。其制作工艺包括以下步骤：对配料的微粒化，笔杆料采用小于10mm的粒度，笔芯料和包漆料采用小于5mm的粒度；将原料投入笔杆塑料挤出成型机、笔芯塑料挤出成型机、包漆料塑料挤出成型机，温度的控制是加料时150℃，料中温度控制在170-180℃，挤出时的温度控制在185℃；笔杆塑料挤出成型机螺杆的转速控制在20-100转，笔芯塑料挤出成型机、包漆料塑料挤出成型机螺杆的转速控制在7-70转，笔芯料在笔芯塑料挤出成型机挤出后进入复合模，笔杆塑料挤出成型机、包漆料塑料挤出成型机挤出口与复合模依次连接，笔杆料和包漆料在笔杆塑料挤出成型机、包漆料塑料挤出成型机挤出后进入复合模，进入模具的温度控制在160℃以下；复合成型后进入定型模套定型，然后进入冷却水槽冷却，冷却水槽的长度大于5米，然后进入牵引切断机进行切断，最后进入切光机、商标字母打印机、装皮头机后道设备得到成品。

现有技术的不足之处在于，由于其结构依旧包括笔杆和笔芯两部分，在加工时需要分别加工笔芯和笔杆，再将两者复合在一起，制作过程繁琐，制作成本较高。

发明内容

本发明的目的一是提供一种全塑彩笔及其制备方法，其解决了现有彩笔制备工艺复杂的问题，该全塑彩笔通体由笔芯材料组成，通体均可用于绘图，制备工艺简单且弹性好、韧性佳，即使在没有笔杆的保护下仍然不易断裂。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种全塑彩笔，包括彩笔本体，彩笔本体通体可写，包括如下重量份的原料：黑色彩笔：石墨：18-25份；PS：8-10份；SBS：1-4份；滑石粉：18-30份；润滑剂：0.1-3份；蜡：3-5份；碳纳米纤维：1-3份；彩色彩笔：色粉：4-8份；PS：8-10份；SBS：1-4份；滑石粉：18-30份；润滑剂：0.1-3份；蜡：3-5份；纳米微晶纤维素A：3-5份。

该全塑彩笔通体可写，因此结构简单，省略了笔杆的制作工艺，因此其制备简单。PS为聚苯乙烯，是该全塑彩笔的载体，PS上具有刚性的苯环，因此该全塑彩笔具有一定的力学强度；SBS为苯乙烯系嵌段共聚物，即高分子链段由苯乙烯刚性链段和丁二烯等柔性链段共同组成，其链段的折叠和展开性能好，本身具有高弹性，将其与PS结合，两者之间相容性好，能够在一定程度上克服聚苯乙烯的脆性。纳米微晶纤维素的一维空间尺寸在1-100nm间，能够形成独立的纳米级纤丝单元。它具有较大的长径比，能够对PS起到增韧的作用。同时，纳米微晶纤维素通过比邻的氢键而形成交互作用，交织成一定刚度的三维网状物，从而具有一定的增强作用。纳米微晶纤维素中的极性基团与石墨、滑石粉以及无机润滑剂都具有较好地相容性，而其中的甲基、亚甲基等有机基团具有与PS和SBS良好的相容性，从而进一步提高了该全塑彩笔组成成分中的无机原料与高分子载体之间的连接性能，提高其强度、弹性和韧性。

进一步优选为：彩笔本体外还包覆有隔离层，隔离层包括如下原料：PS、SBS、滑石粉、润滑剂、蜡、纳米微晶纤维素B；隔离层的厚度为0.1-0.5mm。

采用上述配方，隔离层与彩笔本体所用的原料组成基本相同，根据相似相容原理，隔离层与彩笔本体之间的相容性好，因此其界面处不易分离。绘画时，隔离层与彩笔本体之间的界面不会影响绘画效果。隔离层内不含有色粉或者石墨，因此能够提供一定的隔离作用，防止彩笔本体上的色素脱落并粘附在使用者的手上。由试验可知，隔离层的厚度过大对隔离效果并没有提高作用，因此当隔离层的厚度在0.1-0.5mm之间时，已经能够提供足够的隔离效果并且不会影响书写。

进一步优选为：隔离层中各组分的重量比为PS：SBS：滑石粉：润滑剂：蜡：纳米微晶纤维素B为8-10:1-4:18-30:0.1-3:3-5：6-10。

采用上述配方，这样的配比设置使得彩笔本体和隔离层之间的各组分比例相近，相容性好，粘接性能好，两者不易分离破坏。

进一步优选为：隔离层中PS、SBS、滑石粉、润滑剂和蜡的重量比与彩笔本体中对应组分的重量比一致。

采用上述配方，这样的配比设置一方面使得彩笔本体和隔离层之间的相容性好，粘接性能好，两者不易分离，另一方面使得在加工时只需称量一次原材料并进行混合，然后分成两部分使用即可，不需要进行多次称量，简化了工序。

进一步优选为：蜡为聚乙烯蜡和乙撑双硬脂酰胺的复配，聚乙烯蜡和乙撑双硬脂酰胺的质量比为2-4:1。

进一步优选为：聚乙烯蜡的分子量为3000-5000。

进一步优选为：润滑剂为硬脂酸钙和硬脂酸锌的复配。

进一步优选为：全塑彩笔包括彩笔本体和包覆于彩笔本体外的隔离层，隔离层的厚度为0.3mm，彩笔本体包括如下重量份的原料：黑色彩笔：石墨：20份；PS：10份；SBS：2份；滑石粉：25份；硬脂酸钙：1份；硬脂酸锌：2份；聚乙烯蜡：3份；乙撑双硬脂酰胺：1份；碳纳米纤维：2份；彩色彩笔：色粉：6份；PS：10份；SBS：2份；滑石粉：25份；硬脂酸钙：1份；硬脂酸锌：2份；聚乙烯蜡：3份；乙撑双硬脂酰胺：1份；纳米微晶纤维素A：4份；隔离层包括如下重量份的原料：PS：1份；SBS：0.2份；滑石粉：2.5份；硬脂酸钙：0.1份；硬脂酸锌：0.2份；聚乙烯蜡：0.3份；乙撑双硬脂酰胺：0.1份；纳米微晶纤维素B：1份。

本发明的第二目的是提供一种全塑彩笔的制备方法，其适用于技术目的一中的全塑彩笔的制备，工艺简单。

本发明的技术目的二是通过如下技术方案实现的。

一种全塑彩笔的制备方法，包括如下步骤：S1：按配方量，将PS粒料、SBS粒料、滑石粉、润滑剂和蜡，在室温搅拌5-10分钟混合均匀，向混合物中投入配方量的碳纳米纤维(黑色笔)或纳米微晶纤维素A(彩色笔)，得到共混料；

S2：称取共混料，为共混料A，按照彩笔本体的配方量称取石墨(黑色笔)或色粉(彩色笔)，投入共混料A中，在室温下搅拌10-15分钟，得到共混料C，备用；

S3：称取共混料,为共混料B，按照隔离层的配方量称取纳米微晶纤维素B，投入共混料B中，在室温下搅拌10-15分钟，得到共混料D，备用；S4：将步骤S2中的共混料C加入双层共挤出机的内层，将步骤S3中取出的共混料D加入双层共挤出机的外层，根据所需要的彩笔直径选择挤出头的内层直径，双层共挤出机外层的厚度控制在0.1-0.5mm，升温至150-180℃，启动挤出机将全塑彩笔挤出；S5：将步骤S3中挤出的彩笔引入一冷却槽内，经一牵引机将经冷却槽冷却后的彩笔引出，再由一切断机按规定长度切断、磨光后即成为全塑彩笔。

采用上述步骤，隔离层和彩笔本体只需一次混合再分成两部分使用即可，工艺简单。并且双层共挤的工艺有利于提高隔离层和彩笔本体之间的粘接力度，不影响书写。

进一步优选为：还包括步骤S6：将步骤S5中制成的全塑彩笔引入刻制模具中，给彩笔表面刻制花纹和图案。

花纹和图案的设置一方面使全塑彩笔更加美观，另一方面有利于提高手跟彩笔之间的摩擦力，减少彩笔从手中脱落的可能。

综上所述，本发明具有以下有益效果：1、该全塑彩笔通体可写，因此结构简单，省略了笔杆的制作工艺，采用双层共挤工艺制备彩笔本体和隔离层，使两者一体粘接，因此其制备简单；2、以PS为刚性载体，SBS为弹性载体，纳米微晶纤维素为增强增韧单元，提高全塑彩笔的强度和韧性，具有强度高、韧性好的优点；3、通过对全塑彩笔的配方的优化，优选出了色彩明亮、顺滑度高、强度高、韧性好的全塑彩笔配方；4、通过对隔离层的配方、工艺以及厚度的优化，制备出了不易脱色且强度高、韧性好的全塑彩笔。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

实施例1：一种黑色全塑彩笔，包括彩笔本体，该彩笔本体通体可写，包括如下重量份的原料，石墨：20份；PS：10份；SBS：2份；滑石粉：25份；硬脂酸钙：1份；硬脂酸锌：2份；聚乙烯蜡：3份；乙撑双硬脂酰胺：1份；碳纳米纤维：2份，将上述原料混合均匀，加入挤出机中挤出成型，并经切断、打磨、雕刻等步骤完成该黑色全塑彩笔的制备。该全塑彩笔的直径为8mm，其中聚乙烯蜡的分子量为3000-5000。

实施例2：一种红色全塑彩笔，与实施例1的区别在于，用6份的红色色粉替代石墨，并用4份纳米微晶纤维素代替碳纳米纤维。

实施例3：一种黑色全塑彩笔，包括彩笔本体和包覆于彩笔本体外的隔离层，隔离层的厚度为0.3mm，彩笔本体包括如下重量份的原料：石墨：20份；PS：10份；SBS：2份；滑石粉：25份；硬脂酸钙：1份；硬脂酸锌：2份；聚乙烯蜡：3份；乙撑双硬脂酰胺：1份；碳纳米纤维：2份；隔离层包括如下重量份的原料：PS：1份；SBS：0.2份；滑石粉：2.5份；硬脂酸钙：0.1份；硬脂酸锌：0.2份；聚乙烯蜡：0.3份；乙撑双硬脂酰胺：0.1份；纳米微晶纤维素B：1份(根据实际用两反推得到)。

其中聚乙烯蜡的分子量为3000-5000。

该黑色全塑彩笔通过如下工艺制备得到，包括如下工艺：

S1：按配方量，将PS粒料、SBS粒料、滑石粉、硬脂酸钙、硬脂酸锌、聚乙烯蜡和乙撑双硬脂酰胺加入高速混合机，在室温搅拌5-10分钟混合均匀，向混合物中投入配方量的碳纳米纤维，得到共混料；

S2：称取共混料，为共混料A，按照彩笔本体的配方量称取石墨，投入共混料A中，在室温下搅拌10-15分钟，得到共混料C，备用；

S3：称取共混料,为共混料B，按照隔离层的配方量称取纳米微晶纤维素B，投入共混料B中，在室温下搅拌10-15分钟，得到共混料D，备用；

S4：将步骤S2中的共混料C加入双层共挤出机的内层，将步骤S3中取出的共混料D加入双层共挤出机的外层，挤出头的内层直径控制在8mm，双层共挤出机外层的厚度控制在0.3mm，升温至150-180℃，启动挤出机将全塑彩笔挤出；

S5：将步骤S3中挤出的彩笔引入一冷却槽内，经一牵引机将经冷却槽冷却后的铅笔引出，再由一切断机按规定长度切断、磨光后即成为全塑彩笔；

S6：将步骤S5中制成的全塑彩笔引入刻制模具中，给笔杆表面刻制花纹和图案。

实施例4：一种红色全塑彩笔，与实施例3的不同之处在于，用6份的红色色粉替代石墨，并用6份纳米微晶纤维素代替碳纳米纤维。

实施例5-7：一种黑色全塑彩笔，与实施例3的不同之处在于，各组分及含量不同，参见表1。

实施例8-10：一种全塑彩笔，与实施例3的不同之处在于，各组分及含量不同，参见表1。

表1：实施例5-10的组分及含量表

实施例11：一种红色全塑彩笔，与实施例4的区别在于，隔离层的厚度为0.1mm。

实施例12：一种红色全塑彩笔，与实施例4的区别在于，隔离层的厚度为0.5mm。

对比例1：一种红色全塑彩笔，与实施例4的区别在于，隔离层的厚度为1mm。

实施例13：一种黑色全塑彩笔，与实施例3的区别在于，用聚乙烯蜡替代乙撑双硬脂酰胺。

实施例14：一种黑色全塑彩笔，与实施例3的区别在于，用乙撑双硬脂酰胺替代聚乙烯蜡。

实施例15：一种黑色全塑彩笔，与实施例3的区别在于，用硬脂酸钙替代硬脂酸锌。

实施例16：一种黑色全塑彩笔，与实施例3的区别在于，用硬脂酸锌替代硬脂酸钙。

对比例2：一种黑色全塑彩笔，与实施例3的区别在于，不添加硬脂酸锌和硬脂酸钙。

实施例17-20：一种全塑彩笔，与实施例4的区别在于，分别用黄色色粉、蓝色色粉、绿色色粉和紫色色粉替代红色色粉。

对比例3：一种黑色全塑彩笔，与实施例3的区别在于，不添加碳纳米纤维。

对比例4：一种红色全塑彩笔，与实施例4的区别在于，不添加纳米微晶纤维素A。

颜色对比：将实施例4和实施例17-20的全塑彩笔与标准色卡进行对比，分别为正红色、正红色、正蓝色、正绿色和正紫色。

顺滑度测试：(1)试验样：实施例3、实施例5-7、实施例13-16、对比例2为第一组；实施例4、实施例8-10为第二组；(2)试验方法：挑选100名受试者平均分为两组，每组50人，分别用第一组和第二组试验样进行绘画测试。每组投票选出顺滑度最好的试验样，将票数最高的试验样取走(若最好的两个试验样的票数相差在5票以内，则为并列，同时取走)，并对试验样进行重新编号，重新测试并选出剩余彩笔中顺滑度最好的彩笔，依次进行，直到对两组试验样的顺滑度分别排序；(3)排序结果如下：第一组：实施例3、实施例7、实施例6、实施例13、实施例15/实施例16、实施例14、实施例5、对比例2；第二组：实施例4、实施例10、实施例8/实施例9；(4)试验结果分析：由上述实验结果分析可知，润滑剂的存在对提高彩笔的润滑度具有关键性的作用，将硬脂酸锌和硬脂酸钙复配比单独使用硬脂酸锌或单独使用硬脂酸钙都具有更好的润滑性能；同时，聚乙烯蜡和EBS的复配也在一定程度上提高彩笔的润滑性。将彩笔本体的配方进行优化，可知实施例3和实施例4的配方具有最好的润滑性。

脱色性测试：(1)试验样：实施例2、实施例4、实施例5-7、实施例11、实施例12、对比例1；(2)试验内容，用手在试验样的表面用相同的力度来回摩擦30次，并将手用力擦拭在粗糙度相同的且含水量相同的湿纸巾上，其中湿纸巾内的水分以挤不出水为宜，对比湿纸巾上的颜色深度；(3)试验结果：其中颜色最深的是实施例2，其次是实施例11，实施例4、实施例5-7和对比例1差别不大，均无明显颜色变化。结果表明，隔离层的加入能够有效隔绝颜料，防止颜料黏附在使用者的手上。

抗压性能测试：(1)试验样：将实施例1、实施例3、实施例5-7、对比例3作为第一组；实施例2、实施例4、实施例8-10、实施例11、实施例12、对比例1、对比例4作为第二组；分别进行抗压性能测试；(2)试验内容：采用万能试验机进行测试，直接将试验样的全塑彩笔水平放置于上下夹板之间，上下夹板的施力方向为全塑彩笔的径向。试验机将以1mm/min的速度对试件加载，试件压缩变形10％时的荷载为破坏荷载，记录破坏荷载。试验结果参见表2。

表2 试件破坏荷载

试验样	破坏荷载/N	试验样	破坏荷载/N
				实施例1	401	实施例2	382
实施例3	519	实施例4	534
				实施例5	425	实施例8	501
实施例6	456	实施例9	463
				实施例7	475	实施例10	482
对比例3	378	实施例11	451
						实施例12	487
		对比例1	432
						对比例4	364

根据抗压性能测试结果可知，碳纳米纤维和微晶纤维素对全塑蜡笔的抗压强度的提高具有关键性的作用。隔离层的存在也能在一定程度上提高全塑蜡笔的抗压强度。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种全塑彩笔，其特征是，包括彩笔本体，所述彩笔本体通体可写，包括如下重量份的原料：黑色彩笔：石墨：18-25份；PS：8-10份；SBS：1-4份；滑石粉：18-30份；润滑剂：0.1-3份；蜡：3-5份；碳纳米纤维：1-3份；彩色彩笔：色粉：4-8份；PS：8-10份；SBS：1-4份；滑石粉：18-30份；润滑剂：0.1-3份；蜡：3-5份；纳米微晶纤维素A：3-5份。

2.根据权利要求1所述的一种全塑彩笔，其特征是：所述彩笔本体外还包覆有隔离层，所述隔离层包括如下原料：PS、SBS、滑石粉、润滑剂、蜡、纳米微晶纤维素B；所述隔离层的厚度为0.1-0.5mm。

3.根据权利要求2所述的一种全塑彩笔，其特征是：所述隔离层中各组分的重量比为PS：SBS：滑石粉：润滑剂：蜡：纳米微晶纤维素B为8-10:1-4:18-30:0.1-3:3-5：6-10。

4.根据权利要求3所述的一种全塑彩笔，其特征是：所述隔离层中PS、SBS、滑石粉、润滑剂和蜡的重量比与彩笔本体中对应组分的重量比一致。

5.根据权利要求4所述的一种全塑彩笔，其特征是：所述蜡为聚乙烯蜡和乙撑双硬脂酰胺的复配，所述聚乙烯蜡和乙撑双硬脂酰胺的质量比为2-4:1。

6.根据权利要求5所述的一种全塑彩笔，其特征是：所述聚乙烯蜡的分子量为3000-5000。

7.根据权利要求6所述的一种全塑彩笔，其特征是：所述润滑剂为硬脂酸钙和硬脂酸锌的复配。

8.根据权利要求7所述的一种全塑彩笔，其特征是：所述全塑彩笔包括彩笔本体和包覆于彩笔本体外的隔离层，所述隔离层的厚度为0.3mm，所述彩笔本体包括如下重量份的原料：黑色彩笔：石墨：20份；PS：10份；SBS：2份；滑石粉：25份；硬脂酸钙：1份；硬脂酸锌：2份；聚乙烯蜡：3份；乙撑双硬脂酰胺：1份；碳纳米纤维：2份；彩色彩笔：色粉：6份；PS：10份；SBS：2份；滑石粉：25份；硬脂酸钙：1份；硬脂酸锌：2份；聚乙烯蜡：3份；乙撑双硬脂酰胺：1份；纳米微晶纤维素A：4份；所述隔离层包括如下重量份的原料：PS：1份；SBS：0.2份；滑石粉：2.5份；硬脂酸钙：0.1份；硬脂酸锌：0.2份；聚乙烯蜡：0.3份；乙撑双硬脂酰胺：0.1份；纳米微晶纤维素B：1份。

9.根据权利要求2-8中任意一项所述的一种全塑彩笔的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

S1：按配方量，将PS粒料、SBS粒料、滑石粉、润滑剂和蜡，在室温搅拌5-10分钟混合均匀，向混合物中投入配方量的碳纳米纤维(黑色笔)或纳米微晶纤维素A(彩色笔)，得到共混料；

10.根据权利要求9所述的一种全塑彩笔的制备方法，其特征是，还包括步骤S6：将步骤S5中制成的全塑彩笔引入刻制模具中，给彩笔表面刻制花纹和图案。