CN112961541B - 一种高性能彩色铅芯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能彩色铅芯及其制备方法，属于文体用品技术领域。本发明所述高性能彩色铅芯，以质量份数计，包括：粘合剂10～15份、颜料8～15份、碳酸钙10～25份、硫酸镁纳米晶须10～20份、硫酸钡纳米球5～20份、硬脂酸锌0.5～5份、滑石粉5～10份、界面处理剂0.5～5份和溶剂20～100份。本发明通过摒弃蜡类物质，改变彩色铅芯配方原料，如粘合剂、颜料、填充剂等，利用原料的合理复配以及结合多种填料优势和协同作用，且所采用的铅芯配方原料成本低，易于实现工业化批量生产。因此，本发明提供了一种制备方法简单、挠曲强度高、书写顺畅且字迹鲜艳的高性能彩色铅芯，从而实现了高性能彩色铅芯的制备。

Description

一种高性能彩色铅芯及其制备方法

技术领域

本发明属于文体用品技术领域，涉及一种彩色铅芯及其制备方法，特别涉及一种高性能彩色铅芯及其制备方法。

背景技术

彩色铅芯作为一种写字和绘画工具，是广泛应用于日常生活和学习中的文具用品，备受消费者的喜爱。为了满足市场应用需求，彩色铅芯应具有强度高、书写顺畅且书写字迹鲜艳等特点。目前，为了提升彩色铅字芯书写迹的顺畅度及颜色鲜亮度，常需引入石蜡或者对其进行浸油处理，但是过多石蜡的引入会导致其存在强度不足的问题，而对其浸油处理还会出现弄脏手的问题。此外，为了提升铅芯的挠曲强度、润滑度，并降低成本，常需加入大量填料，无规则形貌的填料在增强和润滑方面其效果有限，且过多填料的引入由于其与粘合剂间相容性较差，从而导致彩色铅芯的强度不增反降。目前，已有通过将热塑性树脂、热固性树脂或二者复配物作为粘合剂进行使用，如在公开号为CN110964381A的发明专利中公开了一种环境友好的高强度树脂铅笔芯，但是过多的树脂粘合剂会导致材料润滑度降低。因此，如果协同改善彩色铅芯的强度、书写顺畅度和书写痕迹的鲜艳度一直是决定其产品质量的关键。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高性能彩色铅芯及其制备方法，采用了低成本的工艺方法，实现了兼具强度、润滑性和书写痕迹鲜艳的高性能彩色铅芯的制备。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种高性能彩色铅芯，以质量份数计，包括：粘合剂10～15份、颜料8～15份、碳酸钙10～25份、硫酸镁纳米晶须10～20份、硫酸钡纳米球5～20份、硬脂酸锌0.5～5份、滑石粉5～10份、界面处理剂0.5～5份和溶剂20～100份。

优选地，粘合剂包括三元氯醋树脂、聚乙烯醇、聚乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚苯醚、聚氨酯的一种或多种的复配。

优选地，界面处理剂包括异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、铝酸酯偶联剂DL-411、γ-二乙烯三氨基丙基三乙氧基硅烷的一种或多种。

优选地，溶剂包括水、苄醇、乙酸乙酯、丙酮、丁酮、氯仿、四氯化碳、环己烷、异丙醇、甲苯的一种或多种的复配。

优选地，颜料包括红色颜料、黄色颜料、蓝色颜料、紫色颜料、粉色颜料、绿色颜料的一种或多种的复配。

优选地，所述高性能彩色铅芯，其挠曲强度为309～440MPa，其书写痕迹色度为22.9～25.2。

本发明公开了上述一种高性能彩色铅芯的制备方法，包括以下步骤：①以质量份数计，将20～100份溶剂、0.5～5份界面处理剂、5～10份滑石粉、0.5～5份硬脂酸锌、5～20份硫酸钡纳米球、10～20份硫酸镁晶须、10～25份碳酸钙以及8～15份颜料混合反应，制得混合物；②将10～15份粘合剂均匀分散于步骤①所得混合物中进行搅拌，搅拌至挥发掉部分溶剂，得到面团状混合物；将所得面团状混合物经辊炼后，进行挤出、剪切处理，制得棒材；③将步骤②所得棒材进行挤出处理得到芯材，将所得芯材进行校直和烘干处理，得到高性能彩色铅芯。

优选地，步骤①中，混合反应的温度为15～95℃。

优选地，步骤②中，反应的温度为60～150℃。

优选地，步骤③中，校直和烘干的温度为60～120℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种高性能彩色铅芯，通过优选匹配填料结构与形貌，辅以良好的界面处理剂，使填料充分发挥各自的优势，在无需添加蜡或浸油的条件下，制备出具有强度高、书写顺畅且书写字迹鲜艳等特点的高性能彩色铅芯。其中，碳酸钙的填充，能显著提升彩色铅芯的硬度；硫酸镁纳米晶须不仅能显著提高彩色铅芯的强度，而且能赋予其极佳的韧性；硫酸钡纳米球和滑石粉的填充不但能提升彩色铅芯的强度，而且能够赋予其优异的润滑性；硬脂酸锌可提升铅芯的润滑度；界面处理剂是根据各填料间的化学结构选择的，能够有效改善填料的分散及其与粘合剂间的界面作用，从而充分发挥各填料的优势，协同改善彩色铅芯的性能，使其产品综合性能优异且质量均一。同时，界面处理剂的改善还能降低溶剂的使用，且提升各填料的润滑性，从而在彩色铅芯制备过程中无需浸油或添加蜡类物质。因此，本发明所述高性能彩色铅芯，具有挠曲强度高、书写润滑度优良且书写痕迹色度鲜艳的特点，因此，该高性能彩色铅芯可以在文体用品技术领域具有重要的应用和推广。

本发明还公开了上述高性能彩色铅芯的制备方法，通过摒弃蜡类物质，改变彩色铅芯配方原料，如粘合剂、颜料、填充剂等，利用原料的合理复配以及结合多种填料优势和协同作用，实现了高性能彩色铅芯的制备。同时，界面处理剂的使用降低了溶剂的使用，且避免了浸油或添加蜡类物质的工艺投入，因此本发明所述制备方法在提升各填料润滑性的同时，降低成本投入。因此，本发明的制备方法操作简单，原料成本低，适合大规模生产。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本发明公开了一种高性能彩色铅芯的制备方法的配方材料，包括如下质量分数的原料组分：粘合剂10～15份、颜料8～15份、碳酸钙10～25份、硫酸镁纳米晶须10～20份、硫酸钡纳米球5～20份、硬脂酸锌0.5～5份、滑石粉5～10份、界面处理剂0.5～5份、溶剂20～100份。

本发明还公开了一种高性能彩色铅芯的制备方法，包括如下步骤：

1)首先，按质量份数计，将10～25份碳酸钙、10～20份硫酸镁晶须、5～20份硫酸钡纳米球、8～15份颜料、0.5～5份硬脂酸锌、5～10份滑石粉、0.5～5份界面处理剂以及20～100份溶剂在15～95℃下共混搅拌一定时间，使处理剂与各填料充分反应得到混合物；

2)其次，在上述混合物中加入10～15粘合剂，继续加热至60～150℃搅拌一定时间挥发掉部分溶剂，得到面团状混合物。再将面团状混合物进行常温辊炼，进一步使各填料分散均匀，然后在打棒机上进行挤出并剪切成一定规格的棒材；

3)最后，将上述棒材在传统铅芯挤出机上进行挤出，并切成一定尺寸后进行校直和烘干，即得高性能彩色铅芯产品。

优选的，步骤1)所述的颜料包括红色颜料、黄色颜料、蓝色颜料、紫色颜料、粉色颜料、绿色颜料的一种或多种的复配；

优选的，步骤1)所述的溶剂包括水、苄醇、乙酸乙酯、丙酮、丁酮、氯仿、四氯化碳、环己烷、异丙醇、甲苯的一种或多种的复配；

优选的，步骤1)所述的界面处理剂包括异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯(钛酸酯偶联剂KR-TTS)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(钛酸酯偶联剂NDZ-201)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(钛酸酯偶联剂TMC-201)、铝酸酯偶联剂DL-411、γ-二乙烯三氨基丙基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂B-201)的一种或多种；

优选的，步骤2)所述的粘合剂包括三元氯醋树脂、聚乙烯醇、聚乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚苯醚、聚氨酯的一种或多种的复配；

优选的，步骤3)所述的校直和烘干温度为60～120℃。

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

实施例1

1)首先，按质量份数计，将10份碳酸钙、13份硫酸镁晶须、8份硫酸钡纳米球、7份红色颜料和3份黄色颜料、1份硬脂酸锌、7份滑石粉、1份钛酸酯偶联剂KR-TTS以及50份丙酮在75℃下共混搅拌2小时，使处理剂与各填料充分反应得到混合物；

2)其次，在上述混合物中加入12份氯醋树脂，继续加热至120℃搅拌1小时挥发掉部分溶剂，得到面团状混合物，再将面团状混合物进行常温辊炼，进一步使各填料分散均匀，然后在打棒机上进行挤出并剪切成一定规格的棒材；

3)最后，将上述棒材在传统铅芯挤出机上进行挤出，并切成一定尺寸后，在80℃下进行校直和烘干，即得高性能橙色铅芯产品。

经测试，该橙色铅芯的直径为0.55mm，其挠曲强度为320MPa，书写润滑度优异且书写痕迹色度22.9。

实施例2

1)首先，按质量份数计，将18份碳酸钙、10份硫酸镁晶须、20份硫酸钡纳米球、12份红色颜料、2.5份硬脂酸锌、8份滑石粉、3份铝酸酯偶联剂DL-411以及40份水在95℃下共混搅拌2小时，使处理剂与各填料充分反应得到混合物；

2)其次，在上述混合物中加入15份聚乙烯醇，继续加热至100℃搅拌1.5小时挥发掉部分溶剂，得到面团状混合物，再将面团状混合物进行常温辊炼，进一步使各填料分散均匀，然后在打棒机上进行挤出并剪切成一定规格的棒材；

3)最后，将上述棒材在传统铅芯挤出机上进行挤出，并切成一定尺寸后在70℃下进行校直和烘干，即得高性能红色铅芯产品。

经测试，该绿色铅芯的直径为0.57mm，其挠曲强度为334MPa，书写润滑度优异且书写痕迹色度24.1。

实施例3

1)首先，按质量份数计，将25份碳酸钙、15份硫酸镁晶须、14份硫酸钡纳米球、12份黄色颜料、5份硬脂酸锌、5份滑石粉、4份硅烷偶联剂B-201以及100份甲苯在15℃下共混搅拌3小时，使处理剂与各填料充分反应得到混合物；

2)其次，在上述混合物中加入15份聚丙烯，继续加热至150℃搅拌2小时挥发掉部分溶剂，得到面团状混合物，再将面团状混合物进行常温辊炼，进一步使各填料分散均匀，然后在打棒机上进行挤出并剪切成一定规格的棒材；

3)最后，将上述棒材在传统铅芯挤出机上进行挤出，并切成一定尺寸后在120℃下进行校直和烘干，即得高性能黄色铅芯产品。

经测试，该绿色铅芯的直径为0.53mm，其挠曲强度为309MPa，书写润滑度优异且书写痕迹色度24.5。

实施例4

1)首先，按质量份数计，将13份碳酸钙、15份硫酸镁晶须、10份硫酸钡纳米球、10份蓝色颜料、2份硬脂酸锌、7份滑石粉、3份钛酸酯偶联剂NDZ-201以及70份异丙醇和20份丁酮在70℃下共混搅拌2小时，使处理剂与各填料充分反应得到混合物；

2)其次，在上述混合物中加入12份聚甲醛，继续加热至110℃搅拌2小时挥发掉部分溶剂，得到面团状混合物，再将面团状混合物进行常温辊炼，进一步使各填料分散均匀，然后在打棒机上进行挤出并剪切成一定规格的棒材；

3)最后，将上述棒材在传统铅芯挤出机上进行挤出，并切成一定尺寸后在110℃下进行校直和烘干，即得高性能蓝色铅芯产品。

经测试，该绿色铅芯的直径为0.72mm，其挠曲强度为419MPa，书写润滑度优异且书写痕迹色度25.2。

实施例5

1)首先，按质量份数计，将15份碳酸钙、20份硫酸镁晶须、6份硫酸钡纳米球、10份紫色颜料、2份硬脂酸锌、6份滑石粉、5份钛酸酯偶联剂KR-TTS以及40份甲苯和45份的丁酮在80℃下共混搅拌1小时，使处理剂与各填料充分反应得到混合物；

2)其次，在上述混合物中加入12份三元氯醋树脂，继续加热至140℃搅拌1小时挥发掉部分溶剂，得到面团状混合物，再将面团状混合物进行常温辊炼，进一步使各填料分散均匀，然后在打棒机上进行挤出并剪切成一定规格的棒材；

3)最后，将上述棒材在传统铅芯挤出机上进行挤出，并切成一定尺寸后在80℃下进行校直和烘干，即得高性能紫色铅芯产品。

经测试，该绿色铅芯的直径为0.77mm，其挠曲强度为440MPa，书写润滑度优异且书写痕迹色度23.7。

实施例6

1)首先，按质量份数计，将20份碳酸钙、18份硫酸镁晶须、17份硫酸钡纳米球、15份紫色颜料、2份硬脂酸锌、7份滑石粉、5份钛酸酯偶联剂TMC-201以及100份丙酮在75℃下共混搅拌3小时，使处理剂与各填料充分反应得到混合物；

2)其次，在上述混合物中加入12份聚氨酯，继续加热至70℃搅拌1小时挥发掉部分溶剂，得到面团状混合物。再将面团状混合物进行常温辊炼，进一步使各填料分散均匀，然后在打棒机上进行挤出并剪切成一定规格的棒材；

3)最后，将上述棒材在传统铅芯挤出机上进行挤出，并切成一定尺寸后在温度60℃条件下进行校直和烘干，即得高性能彩色铅芯产品。

经测试，该绿色铅芯的直径为0.58mm，其挠曲强度为339MPa，书写润滑度优异且书写痕迹色度25.1。

实施例7

1)首先，按质量份数计，将22份碳酸钙、20份硫酸镁晶须、5份硫酸钡纳米球、8份粉色颜料、0.5份硬脂酸锌、10份滑石粉、0.25份硅烷偶联剂B-201和0.25份钛酸酯偶联剂NDZ-201、以及20份氯仿在50℃下共混搅拌1小时，使处理剂与各填料充分反应得到混合物；

2)其次，在上述混合物中加入10份聚苯醚，继续加热至60℃搅拌1.5小时挥发掉部分溶剂，得到面团状混合物。再将面团状混合物进行常温辊炼，进一步使各填料分散均匀，然后在打棒机上进行挤出并剪切成一定规格的棒材；

3)最后，将上述棒材在传统铅芯挤出机上进行挤出，并切成一定尺寸后在温度100℃条件下进行校直和烘干，即得高性能彩色铅芯产品。

经测试，该绿色铅芯的直径为0.66mm，其挠曲强度为432MPa，书写润滑度优异且书写痕迹色度24.2。

具体地，在本发明上述具体实施例中，挠曲强度采用HY-307B挠曲强度试验机进行测试，书写润滑度优异性和书写痕迹色度适用《GB/T 26698-2011》标准。

综上所述，本发明提供了一种采用常规加工工艺制备挠曲强度高、书写顺畅且字迹鲜艳的高性能彩色铅芯的方法，通过摒弃蜡类物质，改变彩色铅芯配方原料，如粘合剂、颜料、填充剂等，利用原料的合理复配以及结合多种填料优势和协同作用，从而实现了高性能彩色铅芯的制备。并且所采用的铅芯配方原料成本低，且无需改变传统工艺就可实现工业化生产。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高性能彩色铅芯，其特征在于，以质量份数计，由以下组分组成：

粘合剂10~15份、颜料8~15份、碳酸钙10~25份、硫酸镁纳米晶须10~20份、硫酸钡纳米球5~20份、硬脂酸锌0.5~5份、滑石粉5~10份、界面处理剂0.5~5份和溶剂20~100份，粘合剂包括三元氯醋树脂、聚乙烯醇、聚乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚苯醚、聚氨酯的一种或多种的复配；界面处理剂包括异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、铝酸酯偶联剂DL-411、γ-二乙烯三氨基丙基三乙氧基硅烷的一种或多种；溶剂包括水、苄醇、乙酸乙酯、丙酮、丁酮、氯仿、四氯化碳、环己烷、异丙醇、甲苯的一种或多种的复配；

所述高性能彩色铅芯，其挠曲强度为309~440 MPa，其书写痕迹色度为22.9~25.2；

该高性能彩色铅芯的制备方法，由以下步骤得到：

①以质量份数计，将20~100份溶剂、0.5~5份界面处理剂、5~10份滑石粉、0.5~5份硬脂酸锌、5~20份硫酸钡纳米球、10~20份硫酸镁晶须、10~25份碳酸钙以及8~15份颜料混合反应，制得混合物；

②将10~15份粘合剂均匀分散于步骤①所得混合物中进行搅拌，搅拌至挥发掉部分溶剂，得到面团状混合物；将所得面团状混合物经辊炼后，进行挤出、剪切处理，制得棒材；

③将步骤②所得棒材进行挤出处理得到芯材，将所得芯材进行校直和烘干处理，得到高性能彩色铅芯。

2.根据权利要求1所述的一种高性能彩色铅芯，其特征在于，颜料包括红色颜料、黄色颜料、蓝色颜料、紫色颜料、粉色颜料、绿色颜料的一种或多种的复配。

3.权利要求1~2任意一项所述一种高性能彩色铅芯的制备方法，其特征在于，由以下步骤得到：

①以质量份数计，将20~100份溶剂、0.5~5份界面处理剂、5~10份滑石粉、0.5~5份硬脂酸锌、5~20份硫酸钡纳米球、10~20份硫酸镁晶须、10~25份碳酸钙以及8~15份颜料混合反应，制得混合物；

②将10~15份粘合剂均匀分散于步骤①所得混合物中进行搅拌，搅拌至挥发掉部分溶剂，得到面团状混合物；将所得面团状混合物经辊炼后，进行挤出、剪切处理，制得棒材；

③将步骤②所得棒材进行挤出处理得到芯材，将所得芯材进行校直和烘干处理，得到高性能彩色铅芯。

4.根据权利要求3所述的一种高性能彩色铅芯的制备方法，其特征在于，步骤①中，混合反应的温度为15~95℃。

5.根据权利要求3所述的一种高性能彩色铅芯的制备方法，其特征在于，步骤②中，反应的温度为60~150℃。

6.根据权利要求3所述的一种高性能彩色铅芯的制备方法，其特征在于，步骤③中，校直和烘干的温度为60~120℃。