CN114350209A - 一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯及其制备方法，属于铅笔芯制造技术领域。按质量份数计，将25‑30份硝基纤维素在反应釜中用溶剂溶解搅拌，加入25‑30份晶须、15‑20份润滑剂、5‑10份蜡和13‑17份色粉搅拌均匀，立即加入1‑3份分散剂，搅拌一段时间后，加入1‑3份增塑剂继续搅拌，除去大部分溶剂后，经辊练、打棒、挤芯、校直烘干和切头后，得到性能优异的彩色铅笔芯。采用该方法制备的彩色铅笔芯具有挠曲强度高，着色度良好，书写润滑度高等特点，且制备过程中无需购置新设备即可实现多规格大规模的生产。
Description
技术领域
本发明属于铅笔芯制造技术领域，涉及一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯及其制备方法，特别涉及一种挠曲强度高、书写润滑度高和着色度高的彩色铅笔芯及其制备方法。
背景技术
彩色铅笔芯常作为学生及插画师群体工作与学习时必要的工具而备受关注。普通的彩色铅笔芯常以粘土为粘接剂，配以体质原料、色粉、油脂、溶剂和蜡经混合均匀后，通过辊练、打棒、挤芯、烘芯、浸油处理制得，直径在2.0mm以上使用时挠曲强度和润滑度可以适应使用环境。然而应用于精细绘画的彩色细铅芯(0.5mm-1.0mm)采用普通铅笔芯的生产方法往往容易折断，挠曲强度达不到可以使用的标准。
如今常见的增强彩色细铅笔芯的方法主要是采用高强度的树脂来代替粘土作为粘接剂，由于树脂的添加量不宜过多且直接影响产品的着色与润滑度，因此粘接剂需兼具硬度与韧性，目前常用的树脂粘接剂包括酚醛树脂、环氧树脂和聚氯乙烯等树脂材料。在公开号CN110079162A的发明专利中提出采用聚丙烯作为粘接剂加入到彩色铅笔芯中，增强了产品的挠曲强度。然而这些树脂仍然难以将彩色细铅芯的挠曲强度提升到可以流畅使用的地步。除此之外市面上现有的彩色细铅芯还存在着色度不足的问题。
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具有高挠曲强度的彩色铅笔芯及其制备方法，解决彩色树脂细铅笔芯挠曲强度低、书写润滑度不高和着色度不强的问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯，彩色铅笔芯的组成成分以质量份数计，包括：25-30份硝基纤维素、25-30份晶须、15-20份润滑剂、5-10份蜡、13-17份色粉、1-3份增塑剂和1-3份分散剂。
优选地，所述硝基纤维素分子量为150000-300000，含氮量8-10％。
优选地，所述晶须为硫酸镁、碳酸镁、碳酸钙晶须和硫酸钙晶须中的一种或多种，长径比在10-50。
优选地，所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌与滑石粉的一种或多种。
优选地，所述蜡为芥酸酰胺与聚乙烯蜡的一种或两种，聚乙烯蜡的分子量在1500-2500，熔点为90-110℃。
优选地，所述色粉的颜色包括但不限于红色、黄色、蓝色、绿色、青色或粉色。
优选地，所述增塑剂为磷酸三甲苯酯、磷酸三乙酯和三氯乙基磷酸酯中的一种或多种复配。
优选地，所述分散剂为油酸二乙醇酰胺、乙撑双油酸酰胺或三乙醇胺油酸酯中的一种或多种复配。
优选地，所述彩色铅笔芯直径为0.5mm时，挠曲强度为338MPa-351MPa，痕迹色度为18.4～24.2，动态摩擦系数为0.238-0.267。
优选地，所述彩色铅笔芯直径为0.7mm时，挠曲强度为513MPa-539MPa，痕迹色度为18.3～23.9，动态摩擦系数为0.232-0.264。
本发明还公开了上述彩色铅笔芯的制备方法，包括以下步骤：
1)在反应容器内对硝基纤维素进行溶解，加热、搅拌，直至完全溶解；
2)称取晶须、蜡、润滑剂以及色粉，混合均匀，加入步骤1)的反应容器内，再加入分散剂，搅拌，得到搅拌均匀的混合料；
3)向步骤2)搅拌均匀的混合料中加入增塑剂，搅拌，除去溶剂，出料，得到去除溶剂的混合料；
4)将步骤3)去除溶剂的混合料进行辊练、打棒、挤芯、校直烘干和切头，制得具有高挠曲强度的彩色铅笔芯。
优选地，步骤1)中溶解硝基纤维素所用的溶剂为丙酮、丁酮、甲苯或乙酸乙酯中的一种或多种复配的溶剂；溶剂的用量为硝基纤维素总质量的0.5-5倍。
优选地，步骤1)中加热温度为90℃-100℃，搅拌转速为100r/min-1000r/min。
优选地，步骤2)中加入分散剂后，搅拌反应时间为30min-60min。
优选地，步骤3)中加入增塑剂后，在除去溶剂的70％-90％时出料。
优选地，所述辊练、打棒、挤芯、烘干校直和切头的具体步骤为：
a.将混合后的物料经辊练机40℃-120℃下辊练10-40次，得到分散均匀的彩色铅芯片层状物料；
b.将步骤a中得到的片层状物料放入打棒机内，在70℃-100℃下打棒3-5次，切成棒材；
c.将步骤b中的棒材放入挤芯机内，在机体温度60℃-80℃下，以150-180吨的压力挤出芯材；
d.将步骤c中挤出的芯材放入带有滚筒的烘箱中，在60-90℃的温度下，一边回转校直一边烘干，进一步去除溶剂，烘干时间12-15h；切至合适的长度，得到具有高挠曲强度的彩色铅笔芯。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯，组成成分硝基纤维素作为纤维素类多糖的衍生物，其分子量极高且分子结构中存在大量的刚性环，具有极高的硬度与韧性，因而能够保障彩色铅芯的强度。组成成分晶须的形态具有较高的长径比，在铅笔芯中可以作为增强的骨架从而增强铅笔芯的挠曲强度。因此，采用硝基纤维素作为彩色铅笔芯的主要粘接剂既可以将晶须粘接得更加紧密，同时很大程度上提升了晶须的增强作用，二者共同作用极大地提高了彩色铅笔芯的挠曲强度。蜡的加入使颜料的着色更加容易，既可以使颜料的色彩更加鲜亮，又在一定程度上能与润滑剂共同提高书写的润滑性，加入粉料后立即加入油酸类的分散剂使蜡、润滑剂与色粉在晶须与粘接剂之间分散良好，充分发挥了润滑填料的润滑作用，使书写的流畅度大幅度提升。色粉与蜡分散均匀，提升了书写色彩的鲜艳度。最后，增塑剂的加入为混合物料带来更高的塑性，为后期的加工提供便利。
进一步地，所采用的晶须皆是金属离子的碱式盐，金属离子可以与硝基纤维素中硝基上的氮生成配位键，从而使晶须与粘接剂的相容性和界面结合性更好。
进一步地，蜡选用芥酸酰胺与聚乙烯蜡，一方面二者与大部分树脂基体的相容性良好，另一方面芥酸酰胺结构中的氮原子可以与其他无机填料中的羟基作用生成氢键，使蜡的加入对强度的较低作用明显减弱。
进一步地，磷酸芳基类增塑剂中含有大量的刚性芳环，可以进一步使粘接剂将填料粘接紧实，进一步锁死填料，增强彩色铅笔芯的机械性能，使彩色铅笔芯的力学性能与绘画质量都满足使用需求。
本发明提供的一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯的制备方法，采用的辊练和打棒的方式都可以进一步使填料混合均匀，同时加热的环境可以使混合物料在辊练的同时进一步生成化学键，进一步固化来提高机械强度。同时采用更高的打棒挤芯可以防止芯料片层分离，使棒材更加紧实。采用更高的压力与温度挤芯进一步使铅笔芯内部避免了发生内部缺陷，使产品更加均一且质量稳定。相比传统的制备工艺，本发明所述制备方法在省略浸油的工艺步骤之后，制备的铅笔芯仍然可以保持合适的润滑度。本发明提供的制备方法操作简便，制成的彩色铅笔芯性能优异，能够提高彩色细铅笔芯使用时的挠曲强度，确保0.5mm-1.0mm直径范围内的铅芯在绘画时不被折断，同时保持彩色铅笔的手感和着色不受影响。此外，本制备方法不需引进新设备，即可适应市场的需求。
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。
下面对本发明做进一步详细描述：
本发明提供的一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯，其组成成分以质量份数计，包括：硝基纤维素25-30份、晶须25-30份、润滑剂15-20份、蜡5-10份、色粉13-17份、增塑剂1-3份和分散剂1-3份。
其中，所述硝基纤维素分子量为150000-300000，含氮量8-10％。
其中，所述晶须为硫酸镁、碳酸镁、碳酸钙晶须和硫酸钙晶须中的一种或多种，长径比在10-50。
其中，所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌与滑石粉的一种或多种。
其中，所述蜡为芥酸酰胺与聚乙烯蜡的一种或两种，聚乙烯蜡的分子量在1500-2500，熔点为90-110℃。
其中，所述色粉的颜色包括但不限于红色、黄色、蓝色、绿色、青色或粉色。
其中，所述增塑剂为磷酸三甲苯酯、磷酸三乙酯或三氯乙基磷酸酯中的一种或多种复配。
其中，所述分散剂为油酸二乙醇酰胺、乙撑双油酸酰胺或三乙醇胺油酸酯中的一种或多种复配。
本发明提供的制备上述具有高挠曲强度的彩色铅笔芯的方法具体如下：
(1)在温度为90℃-100℃，机械搅拌转速为100-1000r/min的反应釜中，按质量份数计，将25-30份硝基纤维素用其总质量0.5-5倍的溶剂进行溶解，直至溶解完全；
其中，所述溶剂为丙酮、丁酮、甲苯或乙酸乙酯中的一种或多种复配的溶剂中。
(2)按质量份数计，称取25-30份晶须、5-10份蜡、15-20份润滑剂以及13-17份色粉混合均匀，加入步骤(1)的反应釜后，再加入1-3份分散剂继续机械搅拌反应30min-60min，得到搅拌均匀的混合料。
(3)按质量份数计，向步骤(2)搅拌均匀的混合料中加入1-3份增塑剂，继续搅拌反应30min-60min，待除去70％-90％溶剂后出料，得到去除溶剂的混合料。
(4)辊练。将步骤(3)去除溶剂的混合料再经辊练机在40℃-120℃下辊练10-40次，得到分散均匀的彩色铅芯片状物料。
(5)打棒。将步骤(4)中的片状物料放入打棒机中，并在70℃-100℃下打棒3-5次后，切成15cm左右的棒材。
(6)挤芯。将步骤(5)中得到的棒材放入双螺杆挤芯机内，在温度60℃-80℃下，以150-180吨的压力挤出芯材。
(7)校直烘干和切头。将步骤(6)中得到的芯材放入带有滚筒的烘箱中，在60℃-90℃的温度下，一边回转校直一边烘干，进一步去除溶剂，烘干时间12-15h；切至合适的长度，得到性能优异的彩色铅笔芯。
其中，所述树脂铅芯的直径规格范围为0.5mm-2.0mm，长度50mm-200mm。
本发明所制备的彩色树脂铅笔芯直径为0.5mm时，挠曲强度为338MPa-351MPa，痕迹色度为18.4～24.2，动态摩擦系数为0.238-0.267；直径为0.7mm时，挠曲强度为513MPa-539MPa，痕迹色度为18.3～23.9，动态摩擦系数为0.232-0.264。
实施例1
按如下工艺制备一种具有高挠曲强度的红色铅笔芯：
(1)在温度为90℃，机械搅拌转速为1000r/min的反应釜中，按质量份数计，将25份分子量为150000，含氮量8％的硝基纤维素用其总质量0.5倍的甲苯与丙酮(1：1)在反应釜中进行溶解，直至溶解完全。
(2)按质量份数计，称取25份三水合碳酸镁晶须(直径约为5微米，长度约为50微米)、5份聚乙烯蜡(分子量1500)、5份芥酸酰胺、17份硬脂酸钙、1份滑石粉以及15份红色色粉混合均匀后加入步骤(1)的反应釜后，再加入1份油酸二乙醇酰胺继续机械搅拌反应30min，得到搅拌均匀的混合料。
(3)按质量份数计，向步骤(2)搅拌均匀的混合料中加入1份的磷酸三甲苯酯，继续搅拌反应30min，待除去90％的溶剂后出料，得到去除溶剂的混合料。
(4)将步骤(3)去除溶剂的混合料再经辊练机在100℃下辊练20次，得到分散均匀的红色铅芯片状物料。
(5)将步骤(4)中的片状物料放入打棒机中，并在100℃下打棒3次后，切成15cm左右的棒材。
(6)将步骤(5)中得到的棒材放入双螺杆挤芯机内，在温度60℃下，以150吨的压力挤出芯材。
(7)将步骤(6)中得到的芯材放入带有滚筒的烘箱中，在60℃的温度下一边回转校直一边烘干，进一步去除溶剂，烘干时间12h；切至合适的长度，得到性能优异的红色铅笔芯。
采用该方法制得的红色铅笔芯直径为0.532mm，挠曲强度为338MPa，痕迹色度为18.4，动态摩擦系数为0.267。
实施例2
按如下工艺制备一种具有高挠曲强度的的红色铅笔芯：
(1)在温度为100℃，机械搅拌转速为1000r/min的反应釜中，按质量份数计，将25份分子量为200000，含氮量10％的硝基纤维素用其总质量1倍的甲苯与丁酮(1：1)在反应釜中进行溶解，直至溶解完全。
(2)按质量份数计，称取29份无水硫酸镁晶须(直径约为3微米，长度约为90微米)、3份聚乙烯蜡(分子量2000)、3份芥酸酰胺、16份硬脂酸钙、2份滑石粉以及13份红色色粉混合均匀后加入步骤(1)的反应釜后，再加入3份油酸二乙醇酰胺继续机械搅拌反应45min，得到搅拌均匀的混合料。
(3)按质量份数计，向步骤(2)搅拌均匀的混合料中加入3份的三氯乙基磷酸酯，继续搅拌反应40min，待除去90％的溶剂后出料，得到去除溶剂的混合料。
(4)将步骤(3)去除溶剂的混合料再经辊练机在40℃下辊练30次，得到分散均匀的红色铅芯片状物料。
(5)将步骤(4)中的片状物料放入打棒机中，并在70℃下打棒5次后，切成15cm左右的棒材。
(6)将步骤(5)中得到的棒材放入双螺杆挤芯机内，在温度80℃下，以180吨的压力挤出芯材。
(7)将步骤(6)中得到的芯材放入带有滚筒的烘箱中，在90℃的温度下一边回转校直一边烘干，进一步去除溶剂，烘干时间12h；切至合适的长度，得到性能优异的红色铅笔芯。
采用该方法制得的红色铅笔芯直径为0.543mm，挠曲强度为342MPa，痕迹色度为20.5，动态摩擦系数为0.249。
实施例3
按如下工艺制备一种具有高挠曲强度的红色铅笔芯：
(1)在温度为100℃，机械搅拌转速为800r/min的反应釜中，按质量份数计，将30份分子量250000，含氮量10％的的硝基纤维素用其总质量0.5倍的甲苯与丁酮(1：1)在反应釜中进行溶解，直至溶解完全。
(2)按质量份数计，称取30份无水硫酸镁晶须(直径约为3微米，长度约为90微米)、3份聚乙烯蜡(分子量2500)、2份芥酸酰胺、15份硬脂酸钙、1份滑石粉以及份15份红色色粉混合均匀后加入步骤(1)的反应釜后，再加入2份油酸二乙醇酰胺继续机械搅拌反应30min，得到搅拌均匀的混合料。
(3)按质量份数计，向步骤(2)搅拌均匀的混合料中加入3份的磷酸三甲苯酯，继续搅拌反应30min，待除去70％的溶剂后出料，得到去除溶剂的混合料。
(4)将步骤(3)去除溶剂的混合料再经辊练机在100℃下辊练40次，得到分散均匀的红色铅芯片状物料。
(5)将步骤(4)中的片状物料放入打棒机中，并在70℃下打棒3次后，切成15cm左右的棒材。
(6)将步骤(5)中得到的棒材放入双螺杆挤芯机内，在温度80℃下，以180吨的压力挤出芯材。
(7)将步骤(6)中得到的芯材放入带有滚筒的烘箱中，在90℃的温度下一边回转校直一边烘干，进一步去除溶剂，烘干时间12h；切至合适的长度，得到性能优异的红色铅笔芯。
采用该方法制得的红色铅笔芯直径为0.543mm，挠曲强度为342MPa，痕迹色度为20.5，动态摩擦系数为0.238。
实施例4
按如下工艺制备一种具有高挠曲强度的红色铅笔芯：
(1)在温度为100℃，机械搅拌转速为1000r/min的反应釜中，按质量份数计，将25份分子量220000，含氮量10％的的硝基纤维素用其总质量0.7倍的甲苯与丁酮(1：1)在反应釜中进行溶解，直至溶解完全。
(2)按质量份数计，按照重量份称取28份无水硫酸镁晶须(直径约为3微米，长度约为30微米)、4份聚乙烯蜡(分子量2000)、2份芥酸酰胺、17份硬脂酸钙、1份滑石粉以及份17份红色色粉混合均匀后加入步骤(1)的反应釜后，再加入3份油酸二乙醇酰胺继续机械搅拌反应30min，得到搅拌均匀的混合料。
(3)按质量份数计，向步骤(2)搅拌均匀的混合料中加入2份的磷酸三乙酯，继续搅拌反应30min，待除去80％的溶剂后出料，得到去除溶剂的混合料。
(4)将步骤(3)去除溶剂的混合料再经辊练机在120℃下辊练10次，得到分散均匀的红色铅芯片状物料。
(5)将步骤(4)中的片状物料放入打棒机中，并在80℃下打棒3次后，切成15cm左右的棒材。
(6)将步骤(5)中得到的棒材放入双螺杆挤芯机内，在温度80℃下，以160吨的压力挤出芯材。
(7)将步骤(6)中得到的芯材放入带有滚筒的烘箱中，在60℃的温度下一边回转校直一边烘干，进一步去除溶剂，烘干时间15h；切至合适的长度，得到性能优异的红色铅笔芯。
采用该方法制得的红色铅笔芯直径为0.543mm，挠曲强度为342MPa，痕迹色度为20.5，动态摩擦系数为0.252。
实施例5
按如下工艺制备一种具有高挠曲强度的黄色铅笔芯：
(1)在温度为90℃，机械搅拌转速为700r/min的反应釜中，按质量份数计，将25份分子量200000，含氮量8％的硝基纤维素用其总质量1倍的甲苯与丁酮(2：1)在反应釜中进行溶解，直至溶解完全。
(2)按质量份数计，称取25份三水合碳酸镁晶须(直径约为3微米，长度约为60微米)、4份聚乙烯蜡(分子量1500)、3份芥酸酰胺、15份硬脂酸钙、2份滑石粉以及15份黄色色粉混合均匀后加入步骤(1)的反应釜后，再加入1份油酸二乙醇酰胺继续机械搅拌反应30min，得到搅拌均匀的混合料。
(3)按质量份数计，向步骤(2)搅拌均匀的混合料中加入1份的磷酸三甲苯酯，继续搅拌反应30min，待除去70％的溶剂后出料，得到去除溶剂的混合料。
(4)将步骤(3)去除溶剂的混合料再经辊练机在120℃下辊练30次，得到分散均匀的黄色铅芯片状物料。
(5)将步骤(4)中的片状物料放入打棒机中，并在70℃下打棒3次后，切成15cm左右的棒材。
(6)将步骤(5)中得到的棒材放入双螺杆挤芯机内，在温度60℃下，以150吨的压力挤出芯材。
(7)将步骤(6)中得到的芯材放入带有滚筒的烘箱中，在60℃的温度下一边回转校直一边烘干，进一步去除溶剂，烘干时间12h；切至合适的长度，得到性能优异的黄色铅笔芯。
采用该方法制得的黄色铅笔芯直径0.718mm，挠曲强度为513MPa，痕迹色度为19.3，动态摩擦系数为0.264。
实施例6
按如下工艺制备一种具有高挠曲强度的绿色铅笔芯：
(1)在温度为100℃，机械搅拌转速为1000r/min的反应釜中，按质量份数计，将25份分子量220000，含氮量10％的硝基纤维素用其总质量1倍的甲苯与丁酮(1：1)在反应釜中进行溶解，直至溶解完全。
(2)按质量份数计，称取10份无水硫酸镁晶须(直径约为3微米，长度约为90微米)、15份三水合碳酸镁晶须(长径比20)、3份聚乙烯蜡(分子量2000)、3份芥酸酰胺、16份硬脂酸钙、2份滑石粉以及13份绿色色粉混合均匀后加入步骤(1)的反应釜后，再加入3份油酸二乙醇酰胺继续机械搅拌反应45min，得到搅拌均匀的混合料。
(3)按质量份数计，向步骤(2)搅拌均匀的混合料中加入3份的磷酸三甲苯酯，继续搅拌反应30min，待除去90％的溶剂后出料，得到去除溶剂的混合料。
(4)将步骤(3)去除溶剂的混合料再经辊练机在120℃下辊练35次，得到分散均匀的绿色铅芯片状物料。
(5)将步骤(4)中的片状物料放入打棒机中，并在70℃下打棒4次后，切成15cm左右的棒材。
(6)将步骤(5)中得到的棒材放入双螺杆挤芯机内，在温度80℃下，以180吨的压力挤出芯材。
(7)将步骤(6)中得到的芯材放入带有滚筒的烘箱中，在90℃的温度下一边回转校直一边烘干，进一步去除溶剂，烘干时间12h；切至合适的长度，得到性能优异的绿色铅笔芯。
采用该方法制得的绿色铅笔芯直径0.762mm，挠曲强度为524MPa，痕迹色度为21.5，动态摩擦系数为0.257。
实施例7
按如下工艺制备一种具有高挠曲强度的红色铅笔芯：
(1)在温度为100℃，机械搅拌转速为500r/min的反应釜中，按质量份数计，将30份分子量250000，含氮量10％的硝基纤维素用原其总质量0.5倍的甲苯与丁酮(1：1)在反应釜中进行溶解，直至溶解完全。
(2)按质量份数计，称取30份无水硫酸镁晶须(直径约为3微米，长度约为90微米)、4份聚乙烯蜡(分子量2500)、2份芥酸酰胺、17份硬脂酸钙、1份滑石粉以及份15份红色色粉混合均匀后加入步骤(1)的反应釜后，再加入2份油酸二乙醇酰胺继续机械搅拌反应30min，得到搅拌均匀的混合料。
(3)按质量份数计，向步骤(2)搅拌均匀的混合料中加入3份的磷酸三甲苯酯，继续搅拌反应60min，待除去70％的溶剂后出料。
(4)将步骤(3)去除溶剂的混合料再经辊练机在100℃下辊练40次，得到分散均匀的红色铅芯片状物料。
(5)将步骤(4)中的片状物料放入打棒机中，并在70℃下打棒5次后，切成15cm左右的棒材。
(6)将步骤(5)中得到的棒材放入双螺杆挤芯机内，在温度80℃下，以160吨的压力挤出芯材。
(7)将步骤(6)中得到的芯材放入带有滚筒的烘箱中，在90℃的温度下一边回转校直一边烘干，进一步去除溶剂，烘干时间12h；切至合适的长度，得到性能优异的红色铅笔芯。
采用该方法制得的红色铅笔芯直径为0.716mm，挠曲强度为539MPa，痕迹色度为18.3，动态摩擦系数为0.232。
实施例8
按如下工艺制备一种具有高挠曲强度的红色铅笔芯：
(1)在温度为100℃，机械搅拌转速为1000r/min的反应釜中，按质量份数计，将25份分子量220000，含氮量10％的硝基纤维素用其总质量0.7倍的甲苯与丁酮(1：1)在反应釜中进行溶解，直至溶解完全。
(2)按质量份数计，称取14份无水硫酸镁晶须(直径约为5微米，长度约为50微米)、11份、4份聚乙烯蜡(分子量2000)、2份芥酸酰胺、15份硬脂酸钙、3份滑石粉以及份17份红色色粉混合均匀后加入步骤(1)的反应釜后，再加入3份油酸二乙醇酰胺继续机械搅拌反应30min，得到搅拌均匀的混合料。
(3)按质量份数计，向步骤(2)搅拌均匀的混合料中加入3份的磷酸三甲苯酯，继续搅拌反应30min，待除去70％的溶剂后出料，得到去除溶剂的混合料。
(4)将步骤(3)去除溶剂的混合料再经辊练机在120℃下辊练30次，得到分散均匀的红色铅芯片状物料。
(5)将步骤(4)中的片状物料放入打棒机中，并在80℃下打棒3次后，切成15cm左右的棒材。
(6)将步骤(5)中得到的棒材放入双螺杆挤芯机内，在温度80℃下，以170吨的压力挤出芯材。
(7)将步骤(6)中得到的芯材放入带有滚筒的烘箱中，在60℃的温度下一边回转校直一边烘干，进一步去除溶剂，烘干时间15h；切至合适的长度，得到性能优异的红色铅笔芯。
采用该方法制得的红色铅笔芯直径为0.733mm，挠曲强度为533MPa，痕迹色度为23.9，动态摩擦系数为0.250。
以上实施例虽只给出了0.5和0.7mm细铅芯的研究结果，但通过实验验证发现，该方法同样适用于制备直径为0.2mm、0.3mm、0.7mm、0.9mm、1.0mm、1.3mm、1.8mm、2.0mm、2.2mm、2.6mm、2.8mm、3.0mm、3.4mm、4.0mm和5.6mm等多个规格的铅笔芯，其增强效果同样显著。
本发明制备的彩色铅笔芯在产品性能方面，具有力学性能优异，书写润滑性好且色彩鲜艳的优点；该彩色铅笔芯的制备方法简单，成本低廉，制出的产品性能好，适用于未来大规模生产。
综上所述，本发明介绍了一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯及其制备方法。选用硝基纤维素作为粘接剂将具有增强作用的晶须粘接紧密，很大程度上发挥了晶须的增强作用，同时硝基纤维素分子量极高且具有超高的硬度与韧性，二者共同作用极大地提高了彩色铅笔芯的挠曲强度。分散剂的加入使蜡和润滑剂在填料中分散良好，充分发挥了润滑填料的润滑作用，也使色粉分散均匀，同时提升了书写的流畅度与色彩的鲜艳度。增塑剂的加入进一步使铅笔芯总体的强度提高，最终使彩色铅笔芯的力学性能与绘画质量都满足使用需求。除此之外，辊练和打棒的工艺步骤都可以进一步将芯料中的填料分散均匀，并进一步去除溶剂，同时加热的环境可以使混合物料在辊练的同时进一步生成化学键，进一步固化来提高机械强度，采用更高压力与温度挤出使铅笔芯更加紧实，避免了产品的结构发生内部缺陷。本发明所述制备方法操作简便，不需引进新设备即可适应市场的需求。
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 (10)
1.一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯，其特征在于，彩色铅笔芯的组成成分以质量份数计，包括：25-30份硝基纤维素、25-30份晶须、15-20份润滑剂、5-10份蜡、13-17份色粉、1-3份增塑剂和1-3份分散剂。
2.如权利要求1所述的一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯，其特征在于，所述晶须为硫酸镁、碳酸镁、碳酸钙晶须和硫酸钙晶须中的一种或多种，长径比在10-50。
3.如权利要求1所述的一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯，其特征在于，所述蜡为芥酸酰胺与聚乙烯蜡的一种或两种，聚乙烯蜡的分子量在1500-2500，熔点为90-110℃。
4.如权利要求1所述的一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯，其特征在于，所述增塑剂为磷酸三甲苯酯、磷酸三乙酯和三氯乙基磷酸酯中的一种或多种复配。
5.权利要求1-4任意一项所述的一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在反应容器内对硝基纤维素进行溶解，加热、搅拌，直至完全溶解；
2)称取晶须、蜡、润滑剂以及色粉，混合均匀，加入步骤1)的反应容器内，再加入分散剂，搅拌，得到搅拌均匀的混合料；
3)向步骤2)搅拌均匀的混合料中加入增塑剂，搅拌，除去溶剂，出料，得到去除溶剂的混合料；
4)将步骤3)去除溶剂的混合料进行辊练、打棒、挤芯、校直烘干和切头，制得具有高挠曲强度的彩色铅笔芯。
6.根据权利要求5所述的一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯的制备方法，其特征在于，步骤1)中溶解硝基纤维素所用的溶剂为丙酮、丁酮、甲苯或乙酸乙酯中的一种或多种复配的溶剂；溶剂的用量为硝基纤维素总质量的0.5-5倍。
7.根据权利要求5所述的一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯的制备方法，其特征在于，步骤1)中加热温度为90℃-100℃，搅拌转速为100r/min-1000r/min。
8.根据权利要求5所述的一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯的制备方法，其特征在于，步骤2)中加入分散剂后，搅拌反应时间为30min-60min。
9.根据权利要求5所述的一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯的制备方法，其特征在于，步骤3)中加入增塑剂后，在除去溶剂的70％-90％时出料。
10.根据权利要求5所述的一种具有高挠曲强度的彩色铅笔芯的制备方法，其特征在于，所述辊练、打棒、挤芯、烘干校直和切头的具体步骤为：
a.将混合后的物料经辊练机40℃-120℃下辊练10-40次，得到分散均匀的彩色铅芯片层状物料；
b.将步骤a中得到的片层状物料放入打棒机内，在70℃-100℃下打棒3-5次，切成棒材；
c.将步骤b中的棒材放入挤芯机内，在机体温度60℃-80℃下，以150-180吨的压力挤出芯材；
d.将步骤c中挤出的芯材放入带有滚筒的烘箱中，在60-90℃的温度下，一边回转校直一边烘干，进一步去除溶剂，烘干时间12-15h；切至合适的长度，得到具有高挠曲强度的彩色铅笔芯。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220415 |