CN112292242A - 木质包覆铅笔 - Google Patents

Abstract

描述了一种木质包覆铅笔，其包括外壳和芯，所述外壳由浸渍有糖类组分的木质材料组成，所述糖类组分包括在载体中呈溶液的至少一种单糖、双糖或寡糖和至少一种多元有机酸。

Description

木质包覆铅笔

技术领域

本发明涉及一种适合容纳具有挥发性成分的芯的木质包覆铅笔。

背景技术

木质包覆铅笔有多种用途。它们一般包括芯，该芯可以是铅笔芯、铅笔-蜡笔芯或化妆笔芯或任何其它芯，该芯被插入至由木材或类似木质材料组成的外壳中。木材因其是可再生的原材料，且触感令人愉悦，而成为一种受欢迎的材料。这种铅笔通常通过如下方式生产：将凹槽铣入板条中，芯被放入凹槽中。此后，放上第二板条，其具有相匹配的相对凹槽，其覆盖芯。然后将两块板条彼此粘合，再然后将铅笔从板条上切割下来。木质包覆铅笔通常有笔尖和后端，笔尖可以用削笔器削尖，后端可以用涂层和/或帽保护。

这种铅笔中使用的芯可以根据用途由不同的材料生产。使用由颜料和粘结剂形成的铅笔合成物不会产生问题。因为这些芯几乎不含挥发性成分，所以也不存在挥发性部分蒸发的问题。

然而，在美容学领域，通常使用包括非挥发性成分和挥发性成分的棒条状合成物。挥发性成分的目的通常是为了使合成物易于施用，并影响其施用和保持性能。这种棒条的问题是挥发性成分可能会逐渐散发，这一方面使芯变得更脆、更易碎且更不便于使用，另一方面导致芯因挥发性成分的散发而收缩，从而芯不再牢固地置于铅笔护套中。

已经进行过尝试通过使用聚合物外壳而不是木质外壳来克服这个问题。然而，因为其触感好，许多用户更喜欢使用木质包覆铅笔。也可以在木制铅笔上覆盖溶剂密封涂层。然而，使用铅笔时的触感和感觉同样受到损害。

也进行过尝试例如用合成物质(如丙烯酸酯)浸渍木材孔隙。但是，这也会使木制铅笔失去其作为天然产品的印象。此外，这种方法需要高度的技术复杂性。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于木质包覆铅笔的木质外壳，它能保持木制铅笔的天然产品特性，在被握持时继续给予木制铅笔的感觉，如果需要的话允许进行装饰，并赋予木材或类似木质材料以阻隔性能，而不损害触感和外观。

另一个目的是提供一种方法，用这种方法可以使木质外壳具有阻隔性能，这种方法能够简单地实施，并且没有很大的技术复杂性。

用权利要求中所限定的木质包覆铅笔解决了以上指出的问题。

令人惊奇地发现，如权利要求中所限定的用糖类(saccharide)组分浸渍过的木质外壳，即使在延长的储存的过程中，也表现出阻隔性能，该阻隔性能完全或很大程度上防止了通常存在于化妆品铅笔中，但也存在于铅笔蜡笔和其它种类铅笔中的那种挥发性成分的逸出。因此，可以提供高质量的容易储存的木制铅笔，其中芯的良好性能可以长期保持。此外，已经发现，如果需要的话，可以通过上光、压花、丝网印刷、贴标签和其它常规方法对根据本发明处理的木质材料进行常规装饰。

具体实施方式

本发明的糖类组分由至少一种糖类(如下文所定义的)和至少一种多元有机酸的组合组成。还可以有其他成分存在。在不拘泥于某种理论的情况下，假定本发明的具有至少有两个羧基的合成物和糖类的混合物相互反应，生成链状或枝状分子，这些分子填充木材中的孔隙，并通过木材中丰富的OH基团吸附或结合而保持。这种结构形成了阻碍甚至阻止挥发性物质逸出的阻隔。此外，在不依赖任何理论的情况下，假设这种结构“紧紧抓住”挥发性成分，换句话说，阻碍它们的向外迁移并通过铅笔的笔尖逸出。由于木质材料是基于糖类单元构成的，所以糖类组分与木质材料之间的相容性很高。已经发现，当外壳被浸渍了本发明的糖类组分时——通过示例中所描述的试验在12周内测量重量——可以将包含挥发性成分的芯的重量损失降低到3％以下(按重量计)，特别是2.5％以下(按重量计)，基本上低于2％(按重量计)，甚至达到1.6％(按重量计)。对于通常使用的材料，该重量损失可能是6％(按重量计)或更多，这表示芯合成物的质量相当程度地减损，并且常常使铅笔无法使用。

由于挥发性成分被糖类组分保留而不进一步转移，因此在木材中的气体氛围中也存在补偿，其进一步阻止挥发性分子离开芯。

如果用于外壳的材料被浸渍了糖类组分，则可获得有利的性能。关于本发明，木质材料是指任何适合生产外壳的木质纤维素材料。因此，该术语不仅包括天然木材，而且还包括经处理的木材、由木片或木材成分生产的木质材料，如压板木、胶合板、磨木浆等。因此，根据本发明使用的术语“木质材料”旨在涵盖任何源自木材的木质纤维素材料。所有这些材料都由纤维素(即由葡萄糖分子以β-1,4糖苷键构成的多糖)组成。

用于浸渍或浸透外壳的本发明的糖类组分是具有至少两种成分的溶液，该至少两种成分特别是至少一种单糖、双糖或寡糖和至少一种多元有机酸。其他的成分可以添加到这些成分中。至少一种糖类是必要的，这特别确保了与木质材料的相容性。术语“糖类”涵盖单糖、二糖和寡糖，即由一个、两个或多个糖单元组成的分子，该糖单元是具有4至6个，更特别地是5或6个，优选是6个碳原子的醛糖或酮糖。合适的单糖的示例是葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖、阿拉伯糖、木糖或核糖。高度适合作为单糖或作为二糖和寡糖的构建单元的是葡萄糖、半乳糖、果糖或其混合物。二糖的示例是麦芽糖、乳糖、蔗糖及其混合物。

寡糖在此指的是由最多30个(例如3至25个)糖单元组成的糖类，合适的示例是由3至20个葡萄糖单元组成的寡糖。寡糖的一个示例是麦芽糊精，其可以通过淀粉的酶降解获得。麦芽糊精存在不同的链长。特别合适的是葡萄糖当量为3至20(例如10至20)的那些。

糖类组分包括至少一种单糖、二糖或寡糖，但也可以包括不同单糖、不同二糖、不同寡糖的混合物或不同种类糖类的混合物。已经发现，至少一种单糖和至少一种寡糖的混合物能产生特别好的效果。

糖类组分的第二基本成分是多元有机酸，即提供至少两个羧基的分子，此外还可具有其他官能团，尤其是羟基。当羧酸溶解在浸渍溶液中，即溶解在所使用的溶剂(一般是水溶液)中时，羧酸是特别适合的。因此，具有至少两个羧基并且具有使得该酸仍然可溶的链长(例如具有链长为2至6个C-)的线性饱和的和不饱和羧酸具有适合性。该至少两个羧基为交联提供了条件，并因此为所得链的结构化提供了条件，并用作所形成的结构的交联和锚定。假定了多元酸和多水醇(即糖类)之间的交联产生对木质材料的特别相容的浸渍，同时产生高防渗性。

作为多元酸，可以使用已知的有机酸，例如柠檬酸、酒石酸、草酸、粘酸、富马酸、醛酸或这些酸的混合物。已经发现柠檬酸是糖类组分的一种特别适合的成分。据认为，其原因是柠檬酸以及三个羧基也具有羟基，因此有助于与糖类的以及与纤维素的OH基的特别高的相容性。

至少有一种酸存在；糖类组分中也可以存在不同酸的混合物。

糖类组分的两种成分，即糖类和多元酸，其在液体载体中以溶液形式存在。液体载体可以是任何溶剂，它能够充分溶解糖类和多元酸，与木质材料相容，不会对木材和糖类组分产生不利变化，并且对人类、动物和环境无害。水溶液，特别是水，适用于此目的。通常使用水。

除了至少一种多元有机酸之外，还可以包括至少一种一元有机酸。已经发现，当一种一元有机酸(例如乙酸、乳酸、醛糖醛酸、扁桃酸或其混合物)与一种多元有机酸(例如柠檬酸)混合时，也可以获得良好的效果。

在糖类组分中以溶液存在的一方面是糖类，另一方面是酸。糖类组分中糖类的比例在0.5至50％(按重量计)的范围内，在每种情况下都以完成的浸渍溶液的重量为基础，糖类的比例取决于多个因素，包括所使用的特定糖类的性质、木质材料的性质、酸的性质和量以及浸渍的温度和持续时间。例如，1至40％(按重量计)(如2至25％(按重量计))的比例，是合适的。用2.5至20％(按重量计)(如4至15％(按重量计))的比例，可以获得良好的效果。

基于完成的浸渍组合物的重量，本发明的糖类组分中多元有机酸的比例可以处于0.5至25％(按重量计)的范围内，例如1.5至22％(按重量计)。在4.5至16.8％(按重量计)的范围内，已经获得了良好的结果。

如果使用一元酸，其比例最好在1至10％(按重量计)(如1.5至7％(按重量计))的范围内。

此外，已经发现，将多元醇加入到糖类组分中，可以进一步改善结果，这里的多元醇是一种线性有机合成物，其具有至少4个羟基，但没有其它官能团。多元醇的示例是季戊四醇或聚乙烯醇或其混合物。聚乙烯醇有许多等级。适用于本发明的聚乙烯醇是那些在加工温度和室温下呈流体并与其它成分相容的聚乙烯醇，这意味着它们以溶液保持而不沉淀。一个合适的示例是市面上可买到的那种部分皂化的PVA，优选是水解度为约75％至90％的PVA。使用在室温下对4％强度的溶液测量得粘度在3至4mPa·s范围内的聚乙烯醇可获得良好的结果。在不拘泥于任何理论的情况下，假定多元醇以及多元酸有助于有效的交联和相容性，因此进一步加强了孔隙的密封。如果使用多元醇，其比例最好在0.5至8％(按重量计)(如3至6％(按重量计))的范围内，在每种情况下基于完成的组合物的重量。

可以通过在0至90℃范围内的温度下，在10分钟至24小时时间内用上述糖类组分浸渍用于生产铅笔的木质材料，来生产本发明的木质包覆铅笔。压强并不关键，可以在1至20巴(bar)之间；也可以采用低于大气压的压强(亚大气压)。浸渍可以在环境条件下进行，这是特别有利的。例如，还适合于在5至12巴(bar)下进行5至12小时的浸渍。

已经发现，木质材料在浸渍溶液中至少应停留10分钟，否则浸渍就不够彻底。每种情况下的最佳时间可以根据木质材料的厚度、使用的特定浸渍溶液和使用的温度来选择。浸渍时间超过24小时不会产生其他效果，因此是不经济的。在一个实施例中，将木质材料放入浸渍溶液中，即糖类组分中过夜(即约8至14小时)，优选是在环境条件下进行。同样可能的是将木质材料(也取决于厚度)放入浸渍溶液中30至180分钟，温度为升高的温度，例如在30至90℃，特别是40至50℃。浸渍可以在环境压强或更高的压强下进行，例如在大约1至20巴(bar)(如3至12巴(bar))的压强下。

浸渍的温度可以在0至90℃之间。这同样使得该方法非常简单，因为也可以采用室温区域的温度，即不需要加热。温度越高，浸渍越快。

用于生产外壳的木质材料和形成后的木质外壳都可以浸渍在糖类组分中。

因此，本发明的木质包覆铅笔可以非常容易地生产，而不需要使用对环境有害的成分，也没有很高的成本和复杂性，因为木质材料可以简单地插入到糖类组分中。

当浸渍结束时，完成的铅笔可以被留置在室温下进行干燥，或者可以用已知的方式通过升高的温度(例如在干燥柜中)进行干燥。

已经发现，浸渍了本发明的糖类组分的铅笔套筒对溶剂(如挥发性有机硅和挥发性碳氢化合物)的蒸发形成了良好的阻隔，而且蒸发可以受到很大程度的限制。尽管如此，铅笔仍可进行削尖，并可按习惯的方式进行加工和装饰。此外，它们还保留了所需的吸引人的触感和外观。

在不拘泥于某种理论的情况下，假定在浸渍过程中，木质材料的纤维素纤维的游离OH基与多糖和多元醇的OH基以及与酸的羧基发生交联，从而在干燥后填满木材孔隙内的空余体积。

浸渍过程优选地可以在室温下进行，或者在其他温度下进行。压强可以是环境压强或适度升高的压强，例如高达10巴(bar)的压强。在本发明的方法的一个实施例中，首先通过施加适度的亚大气压来抽空木质材料。之后，加入浸渍溶液。随后对木质材料进行干燥。干燥可以在室温下进行，或者在升高的温度下进行，以缩短干燥时间。干燥可以以固有的习惯方式进行。例如，可将木质材料从浸渍溶液中取出，并让其滴干长达2小时。此后，习惯上在升高的温度下对其进行干燥，例如在从30℃至不超过溶剂的沸腾温度(如在溶剂为水的情况下为100℃)的范围内，直到木质材料干燥为止；在这种情况下，干燥条件的设定应使木质材料和被摄取到木材中的糖类组分都不被破坏。本领域的技术人员知晓这类方法。例如，温度可以分阶段地提高，至多达到溶剂的沸腾温度——例如，可以在15至60分钟内将干燥柜加热到50至70℃，然后可以保持这个温度1至5小时，然后再在15至60分钟内进行加热，至多达到溶剂的沸腾温度，例如达到100℃。此后，可以保持这个温度至少直至重量恒定，例如最长达24小时，例如8至14小时过夜。为了加速干燥，可以使用真空。关于时间、温度以及(适当时的)压强的最佳干燥条件可以由本领域技术人员通过常规试验容易地确定。

为了确定木质材料的阻隔性能，进行了如下的测试方法。

如上所述，对木质材料进行浸渍。然后从木质材料形成木制船形件，并在这些船形件中封闭芯材料。然后将这些船形件在45℃下保持12周。不时地以及在12周后，确定重量损失。随后打开这些船形件，并检查芯的外观。在这些测试中发现，由未经处理的红柏木制成的船形件在10周后就失去了许多挥发性成分，以至于铅笔不再能使用。芯已经收缩了。对于用本发明的糖类组分处理过的船形件，12周后的重量损失低，即低于3％(按重量计)，最低至1.69％(按重量计)。

在该测试中，如果在45℃下12周后，挥发性成分的含量变化不超过10％(按重量计)，则认为就防渗性而言木质材料的质量足够。根据本发明的所有的糖类组分都能达到这个值。

在下面的示例中进一步阐明本发明。

示例1

将木质材料放入浸渍溶液中，该浸渍溶液以水溶液含有16.3％(按重量计)的柠檬酸、1.6％(按重量计)的葡萄糖、7.1％(按重量计)的麦芽糊精和1％(按重量计)的PVA。随后，对木质材料进行如下干燥：

在25℃下初步干燥/滴干1小时

在30分钟内加热至65℃

在65℃下3小时

在30分钟内加热至100℃

在100℃下12小时

冷却后，木质材料被加工成船形件，在船形件中已插入了芯。此外，为了进行比较，生产了未经处理的木质材料的船形件，并且该船形件配备了同样的芯合成物。该嵌入红杉木船形件中的芯合成物的组成如下。

表1

然后，所有的船形件都被密封。所得的船形件在加热柜中在45℃保持12周。每种情况下，在1、2、3、4、10和12周后确定重量，并相应计算重量损失。由于每个测试使用了多个船形件，所有数值均为平均值。为此目的，将船形件从加热柜中取出，冷却至室温后称重。图1示出了从未经处理的木质材料制成的船形件的重量损失，图2示出了由按照本发明处理的木质材料制成的船形件的重量损失。

可以清楚地看到，未经处理的木材对挥发性碳氢化合物不是不能渗透的。仅仅一周后，铅笔明显变干，并且10周后其就不能再使用了。芯已经收缩了。因此，测试在10周后就停止了。

相反，按照本发明处理的木质材料制成的船形件，即使在12周后仍是不能渗透的；重量损失很小。已发现，进一步的标准(如装饰、可削尖性、加工、外观等)，都得到了积极的满足。

示例2

测试了根据本发明的不同糖类组分。为此，在每种情况下，将木质材料插入表3中所定义的浸渍溶液中。随后，将木质材料加工成船形件，在每个船形件中插入芯。嵌入红杉木船形件中的芯材料的组成如下。

表2

然后将船形件密封。所得的船形件在加热柜中在45℃保持12周。在1、2、3、4、10和13周后确定重量损失。为此目的，将船形件从加热柜中取出，冷却至室温后称重。13周后，打开船形件，对容纳其中的芯的可削尖性、视觉外观、加工等进行调查。已发现，对于其木材已浸渍了本发明的糖类组分的船形件而言，在可装饰性、可削尖性、加工、视觉外观等方面几乎没有偏差。相反，对于从未经处理的木材制作的船形件而言，发现芯已经收缩，并且其仅在一周后就有较明显的干燥，在10周后就不能再使用。

在该测试中，如果在45℃下12周后，重量损失最多为3％(以重量计)，则认为就防渗性而言该木质材料的质量是足够的。如表3中所示，根据本发明的所有糖类组分都达到了这个值。

组合物和结果如下表3中所示。

表3

*测试在10周后中断

示例3

将木质材料插入浸渍溶液中，该浸渍溶液以水溶液含有16.3％(按重量计)的柠檬酸、1.6％(按重量计)的葡萄糖、7.1％(按重量计)的麦芽糊精和1％(按重量计)的PVA。随后将木质材料加工成船形件，其使用各种芯材料，然后按示例1所述对船形件进行测试。所用的芯材料如下：示例2的芯材料、具有根据表4的以下组成的芯材料、具有根据表5的以下组成的芯材料：

表4

表5

INCI–美国	数值	单位
			二甲基硅氧烷1.5cSt	25.112	％
合成蜡	16.324	％
			辛烷醇	12.557	％
聚丁烯	12.557	％
			山萮酸鲸蜡醇酯	8.79	％
合成氟石	6.278	％
			二硬脂酸铵	5.023	％
山梨醇酸钾	5.023	％
			氧化铁77491/77492/77499	2.511	％
碳酸丙烯	1.507	％
			钛白粉77891	1.381	％
合成蜜蜡	1.256	％
			氧化铁77491/77492/77499	0.753	％
氧化铁77491/77492/77499	0.628	％
			季戊四醇四-二-t-丁基羟基肉桂酸酯	0.3	％
	100.0000	％

在13周后，将船形件打开，并对容纳其中的芯的可削尖性、视觉外观、加工等进行调查。结果发现，对于其木料已经浸渍了本发明的糖类组分的船形件而言，在可装饰性、可削尖性、加工、视觉外观等方面几乎没有偏差。如上所述地确定重量损失，发现的数值如下。

表6

Claims (15)

1.木质包覆铅笔，包括外壳和芯，所述外壳由浸渍有糖类组分的木质材料构成，所述糖类组分包括在载体中呈溶液的至少一种单糖、双糖或寡糖和至少一种多元有机酸。

2.根据权利要求1所述的木质包覆铅笔，其特征在于，所述糖类组分包括至少一种单糖和至少一种寡糖。

3.根据前述权利要求中任一项所述的木质包覆铅笔，其特征在于，所述糖类组分包括至少一种由葡萄糖单元构成的寡糖，所述寡糖例如麦芽糊精。

4.根据权利要求2所述的木质包覆铅笔，其特征在于，糖类组分的单糖包括葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖、阿拉伯糖、木糖和/或核糖。

5.根据前述权利要求中任一项所述的木质包覆铅笔，其特征在于，糖类组分的二糖包括麦芽糖、乳糖和/或蔗糖。

6.根据权利要求5所述的木质包覆铅笔，其特征在于，糖类组分的寡糖是麦芽糊精，其葡萄糖当量为3至30。

7.根据前述权利要求中任一项所述的木质包覆铅笔，其特征在于，糖类组分包括作为多元酸的柠檬酸、酒石酸、草酸、粘酸、富马酸、醛酸或这些酸中至少两种的混合物。

8.根据前述权利要求中任一项所述的木质包覆铅笔，其特征在于，糖类组分还包括至少一种一元有机酸。

9.根据权利要求8所述的木质包覆铅笔，其特征在于，所述一元有机酸是乙酸、乳酸、醛糖醛酸、扁桃酸或其混合物。

10.根据前述权利要求中任一项所述的木质包覆铅笔，其特征在于，糖类组分还包括多元醇。

11.根据权利要求10所述的木质包覆铅笔，其特征在于，多元醇是季戊四醇、聚乙烯醇或其混合物。

12.浸渍木材的方法，包括在0℃至90℃的温度下，用权利要求1至11中任一项中限定的糖类组分浸渍所述木材10分钟至24小时。

13.生产具有溶剂阻隔性能的木材的方法，包括在0℃至90℃的温度下，用权利要求1至11中任一项中限定的糖类组分浸渍所述木材10分钟至24小时。

14.用于在木材或木材替代物中产生溶剂阻隔性能的组合物，包括至少一种单糖、双糖或寡糖和至少一种多元有机酸。

15.根据权利要求14所述的组合物，其特征在于，其包含至少一种由葡萄糖单元构成的寡糖，所述寡糖例如麦芽糊精，以及可选地包含至少一种单糖、可选地与乙酸混合的柠檬酸，以及还可选地包含聚乙烯醇。

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