CN112313295A - 非煅烧铅笔芯 - Google Patents

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Abstract

一种非煅烧铅笔芯，其特征在于，含有着色材料、体质材料、树脂以及纤维素纳米纤维。

Description

非煅烧铅笔芯
技术领域
本发明涉及一种铅笔芯。
背景技术
以往，针对通过在非煅烧铅笔芯中添加各种纤维状物质来提高笔芯的弯曲强度等进行了许多尝试。
例如，作为使用高刚性原材料的现有技术，公开了添加石膏晶须的技术(日本特公昭62-25195号公报)、使用纤维状的无机物质的技术(日本特公平7-94632号公报)和使用二氧化钛晶须的技术(日本特开平10-330679号公报)。另外，作为使用被认为是较柔软的原材料的现有技术，公开了含有可原纤化的聚合物的彩色铅笔芯组合物(日本特表2002-519469号公报)。此外，作为使用纤维素的现有技术，分别公开了含有粉末纤维素的固体绘画材料(日本特开平5-311107号公报)、含有羧甲基纤维素铵的非煅烧铅笔芯(日本特开平11-335617号公报)或含有乙酰纤维素这样的纤维素树脂的蜡笔(日本特开2006-274246号公报)。
发明内容
发明要解决的问题
本发明的实施方式的技术问题在于，提供一种非煅烧铅笔芯，其通过作为纤维状物质含有纤维素纳米纤维从而具有高强度，画线的橡皮擦除性良好，且制造时的成型性也良好。
用于解决问题的方案
鉴于上述技术问题，本发明的第1实施方式的特征在于，含有着色材料、体质材料、树脂以及纤维素纳米纤维。
另外，本发明的第2实施方式的特征在于，在上述第1实施方式的特征的基础上，含有0.1～9.0质量％的所述纤维素纳米纤维。
进而，本发明的第3实施方式的特征在于，在上述第1或第2实施方式的特征的基础上，所述树脂为水溶性树脂。
发明的效果
根据上述实施方式的结构，通过作为纤维状物质含有纤维素纳米纤维，从而能够提供具有高强度，画线的橡皮擦除性良好，且制造时的成型性也良好的非煅烧铅笔芯。
具体实施方式
本发明的实施方式的特征在于，含有着色材料、体质材料、树脂以及纤维素纳米纤维。
“着色材料”是将非煅烧铅笔芯制成彩芯的用于着色的物质，其可以使用各种颜料或染料。
“体质材料”是主要负责非煅烧铅笔芯的刚性和润滑性的成分，例如可以使用：滑石、氮化硼、氮化钛、碳酸钙、高岭土、沉淀硫酸钡、云母、钛酸钾、绢云母、叶蜡石、蒙脱土、蒙脱石、二氧化钛或石膏等。
“树脂”是作为各种材料的粘接剂、主要用于赋予韧性而添加到非煅烧铅笔芯中的树脂成分，例如可以使用：羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、乙酸乙酯纤维素等纤维素衍生物树脂；普鲁兰糖、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚乙烯醇树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、黄芪胶、阿拉伯胶、达玛胶、甲基丙烯酸树脂等无论是合成的还是天然的、可溶于水或可溶于与水混合的有机溶剂中的物质。其中，由于纤维素纳米纤维是水分散体，因此考虑到体系稳定性，最优选水溶性树脂。
“纤维素纳米纤维”是指，形成植物的细胞壁的纤维素的束即纤维素微原纤(纳米纤维素)中，以木材等为原料时粗细为4～100nm、且粗细为5μm以上的纤维。这种纤维素纳米纤维具有重量轻且高强度的特点。
即使将这种纤维素纳米纤维添加到非煅烧铅笔芯的组成中，也不会给成型性带来不良影响，可见改善了擦除性，并且也不会给成型性带来不良影响。
需要说明的是，对于非煅烧铅笔芯整体中所述纤维素纳米纤维所占的含量，如果小于0.1质量％，则无法提高弯曲强度和擦除性，而另一方面，大于9.0质量％时，则成型性变得困难。因此，优选该含量为0.1～9.0质量％。
实施例
通过以下所示的各配混组成和制造方法，得到各实施例和比较例的非煅烧铅笔芯。在此，以下所示的各成分的配比通过以固体成分重量计的相对质量份的值表示，它们的总和不一定为100。需要说明的是，在括号内示出将各成分的配比换算成百分比(质量％)的值。
(实施例1)
红色颜料粉末(Pigment Red 254、着色材料)：10质量份(10.5质量％)
滑石(体质材料)：80质量份(84.1质量％)
羧甲基纤维素树脂(树脂)：5质量份(5.3质量％)
纤维素纳米纤维：0.1质量份(0.1质量％)
需要说明的是，上述纤维素纳米纤维的平均纤维直径为10～50nm。
将相同质量的水加入到上述配混组合物中，并用行星式混合机混合，然后一边用两辊混炼一边调整水分。利用液压柱塞挤出机将该混合物成型为细线状，然后在80℃下干燥15小时以去除水分，得到直径2.0mm的红色铅笔芯多孔体。将该红色铅笔芯多孔体浸渍于120℃的二甲基硅油中，使内部的细孔中浸入二甲基硅油，得到作为非煅烧铅笔芯的红色铅笔芯。
(实施例2)
红色颜料粉末(Pigment Red 254、着色材料)：10质量份(10.4质量％)
滑石(体质材料)：80质量份(83.3质量％)
羧甲基纤维素树脂(树脂)：5质量份(5.2质量％)
纤维素纳米纤维：1质量份(1.0质量％)
通过与上述实施例1相同的制造方法加工上述配混组合物，得到作为非煅烧铅笔芯的红色铅笔芯。
(实施例3)
红色颜料粉末(Pigment Red 254、着色材料)：10质量份(10.0质量％)
滑石(体质材料)：80质量份(80.0质量％)
羧甲基纤维素树脂(树脂)：5质量份(5.0质量％)
纤维素纳米纤维：5质量份(5.0质量％)
通过与上述实施例1相同的制造方法加工上述配混组合物，得到作为非煅烧铅笔芯的红色铅笔芯。
(实施例4)
红色颜料粉末(Pigment Red 254、着色材料)：10质量份(9.5质量％)
滑石(体质材料)：80质量份(76.2质量％)
羧甲基纤维素树脂(树脂)：5质量份(4.8质量％)
纤维素纳米纤维：10质量份(9.5质量％)
通过与上述实施例1相同的制造方法加工上述配混组合物，得到作为非煅烧铅笔芯的红色铅笔芯。
(实施例5)
红色颜料粉末(Pigment Red 254、着色材料)：10质量份(10.4质量％)
滑石(体质材料)：80质量份(83.3质量％)
聚乙烯醇缩丁醛树脂(树脂)：5质量份(5.2质量％)
纤维素纳米纤维：1质量份(1.0质量％)
在上述配混组合物中，以相同的质量添加以1：1的质量比混合了丙二醇单甲醚和水的液体，并且将干燥温度设定为150℃，除此之外以与上述实施例1相同的方式得到直径2.0mm的红色铅笔芯多孔体。在120℃下使二甲基硅油浸渗该多孔体，得到作为非煅烧铅笔芯的红色铅笔芯。
(实施例6)
红色颜料粉末(Pigment Red 254、着色材料)：10质量份(10.4质量％)
滑石(体质材料)：70质量份(72.9质量％)
氮化硼(体质材料)：10质量份(10.4质量％)
羧甲基纤维素(树脂)：5质量份(5.2质量％)
纤维素纳米纤维：1质量份(1.0质量％)
通过与上述实施例1相同的制造方法加工上述配混组合物，得到作为非煅烧铅笔芯的红色铅笔芯。
(实施例7)
红色颜料粉末(Pigment Red 254、着色材料)：10质量份(9.9质量％)
滑石(体质材料)：80质量份(79.2质量％)
聚乙烯醇(树脂)：10质量份(9.9质量％)
纤维素纳米纤维：1质量份(1.0质量％)
通过与上述实施例1相同的制造方法加工上述配混组合物，得到作为非煅烧铅笔芯的红色铅笔芯。
(比较例1)
红色颜料粉末(Pigment Red 254、着色材料)：10质量份(10.5质量％)
滑石(体质材料)：80质量份(84.2质量％)
羧甲基纤维素树脂(树脂)：5质量份(5.3质量％)
通过与上述实施例1相同的制造方法加工上述配混组合物，得到作为非煅烧铅笔芯的红色铅笔芯。
(比较例2)
红色颜料粉末(Pigment Red 254、着色材料)：10质量份(10.5质量％)
滑石(体质材料)：80质量份(84.2质量％)
聚乙烯醇缩丁醛树脂(树脂)：5质量份(5.3质量％)
通过与上述实施例5相同的制造方法加工上述配混组合物，得到作为非煅烧铅笔芯的红色铅笔芯。
(试验方法)
对于通过上述方式得到的各实施例和比较例的非煅烧铅笔芯，通过以下试验方法实施弯曲强度、成型性和擦除性的评价。
(弯曲强度测定试验)
对上述实施例和比较例的非煅烧铅笔芯各10支进行JIS S 6005：2007中规定的弯曲强度的试验，求出平均值。即，使用Tensilon万能材料试验机(RTC-1150A、ORIENTEC)，对以支点间为40mm支撑的非煅烧铅笔芯的中央部施加20mm/分钟的载荷，测定非煅烧铅笔芯折断时的载荷(F、单位：N)，并通过下式算出弯曲强度(σ、单位：MPa)。需要说明的是，施加载荷的前端和两支点的前端的形状(半径R)为R＝0.2±0.02(mm)。
σ＝8Fl/πd3
其中，上述式中的“l”为支点间的距离(mm)，在此为40mm。另外，上述式中的“d”为非煅烧铅笔芯的直径(mm)，在此为2.0mm。
(成型性的评价试验)
根据成型后的表面状态通过目视对上述各实施例和比较例如下进行评价。
A：表面平滑。
B：表面可见凹凸。
C：表面起毛刺、粗糙。
(橡皮擦除率的测定试验)
对上述实施例和比较例的非煅烧铅笔芯，根据JIS S 6005：2007中规定的书写浓度测试，进行画线。具体而言，将非煅烧铅笔芯安装在绘图机上，在克重128±5g/m2的肯特纸上，在书写载荷2.94N(300g砝码)、书写角度75°、书写速度50mm/秒和书写距离6m的条件下书写画线。对于该画线，首先，将用浓度计(PDA-65，KonicaMinolta)测定得到的值作为擦除前画线浓度(D0)。接着，在该画线之上，通过橡皮擦片施加11.76N(1,200g砝码)的载荷来回擦拭4次，然后将通过所述浓度计测定得到的值作为擦除后画线浓度(D1)。然后，通过下式求出橡皮擦除率(ER)。
ER(％)＝(D0-D1)/D0×100
(试验结果)
将上述各试验的结果示于下述表1。需要说明的是，下述表1中的“CMC”、“PVA”、“PVB”和“CNF”分别为羧甲基纤维素树脂、聚乙烯醇树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂和纤维素纳米纤维的简称。
[表1]
Figure BDA0002850900160000071
首先，对于作为树脂含有羧甲基纤维素树脂、并且含有纤维素纳米纤维的实施例1～4，与含有相同的树脂但不含有纤维素纳米纤维的比较例1相比，弯曲强度和橡皮擦除率提高。
另外，对于作为树脂含有聚乙烯醇缩丁醛树脂、并且含有纤维素纳米纤维的实施例5，与含有相同的树脂但不含有纤维素纳米纤维的比较例2相比，弯曲强度、成型性以及橡皮擦除率提高。特别是，比较例2中，成型性很差、为“C”，但是在其中含有1质量％的纤维素纳米纤维的实施例5中，成型性显著提高、为“A”。
进而，在实施例6中，用氮化硼替换实施例2中作为体质材料使用的滑石的一部分，在实施例7中，将实施例5中作为树脂使用的聚乙烯醇缩丁醛改用聚乙烯醇，但是它们均显示出优异的弯曲强度和橡皮擦除性，不逊于实施例2和实施例5。
由以上可知，通过添加纤维素纳米纤维，非煅烧铅笔芯的弯曲强度和橡皮擦除率提高。另外，还确认了对于成型性差的非煅烧铅笔芯的组合物，也有助于其成型性的提高。
需要说明的是，在实施例1～4中，纤维素纳米纤维含量为9.5质量％的实施例4的成型性稍差于具有较低含量的实施例1～3的成型性。因此，在考虑成型性时，优选纤维素纳米纤维的含量为0.1质量％以上且小于9.5质量％(具体而言为9.0质量％以下)。
产业上的可利用性
本发明可用于铅笔芯。

Claims (3)

1.一种非煅烧铅笔芯，其特征在于，含有着色材料、体质材料、树脂以及纤维素纳米纤维。
2.根据权利要求1所述的非煅烧铅笔芯，其特征在于，含有0.1～9.0质量％的所述纤维素纳米纤维。
3.根据权利要求1或2所述的非煅烧铅笔芯，其特征在于，所述树脂为水溶性树脂。
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