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Die Erfindung betrifft einen Stift mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stifte mit einem Schaft aus Holz sind seit langem bekannt. Die Preise für Holz sind in der Vergangenheit angestiegen, was die Herstellungskosten erhöht. Daher wurden Herstellungsverfahren entwickelt, die mit Polymeren durch Extrusion, die Mine ummanteln. Als Basispolymer des Schaftmaterials wird z.B. Polystyrol (PS) verwendet. Polystyrol hat den Vorteil der guten Verfügbarkeit, der einfachen Verarbeitbarkeit und guter mechanischer Eigenschaften des resultierenden Schafts. Polystyrol hat den Nachteil, dass es nicht biologisch abbaubar ist.
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Vor diesem Hintergrund schlägt die Druckschrift
DE 10 2008 034 013 B4 die Verwendung eines Holzersatzstoffes für den Schaft eines Stiftes vor, wobei der Holzersatzstoff auf einem polymeren Bindemittel beruht.
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Ein derartiger extrudierter Stift ist beispielsweise auch aus der EP 0 505 262 B1, die den nächstkommenden Stand der Technik bildet, bekannt. Der darin beschriebene Stift besteht aus geschäumten Polystyrolen in der Umhüllung und einer flexiblen polystyrol-gebundenen Mine.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stift vorzuschlagen, welcher eine nachhaltige Alternative für den Stand der Technik darstellt, wobei zugleich die Gebrauchseigenschaften des Stifts, insbesondere die Spitzbarkeit und Biegefestigkeit erhalten bleiben soll. Diese Aufgabe wird durch einen Stift mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der beigefügten Figur.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Stift, wobei der Stift eine Mine und einen Schaft aufweist, wobei der Schaft die Mine bevorzugt konzentrisch und/oder koaxial umgibt und wobei die Mine mit dem Schaft relativ zueinander verschiebefest und/oder unverschiebbar angeordnet ist. Insbesondere ist die Mine im Schaft dauerhaft unlösbar festgelegt und/oder nicht zerstörungsfrei lösbar. Beispielsweise ist die Mine gegebenenfalls über Zwischenschichten mit dem Schaft stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden. Der Schaft ist um die Mine herum angeordnet. Er dient zur Lagerung und Schutz der Mine und hat einen größeren Durchmesser als die Mine. Das ermöglicht, dass die Finger den Schaft halten und den Stift gut führen können. Der Schaft weist ein Material auf, das Schaftgrundmaterial genannt wird. Auf dem Schaftgrundmaterial können weitere Schichten z.B. Dekorschichten angeordnet sein.
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Der Stift ist insbesondere als ein gerader Zylinder ausgebildet, wobei die Zylindergrundfläche oder die Querschnittsfläche beispielsweise rund, oval, 3-eckig, 4-eckig, 5-eckig, 6-eckig oder mehreckig ausgebildet sein kann. Alternativ kann der Stift verdrillt oder verdreht gestaltet sein.
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Der Stift ist insbesondere spitzbar ausgebildet. Beispielsweise kann dieser mit einem Stiftspitzer, beispielsweise einem Buntstiftspitzer, Bleistiftspitzer, Spitzmaschinen oder Kosmetikstiftspitzer, gespitzt werden, wobei durch einen trennenden Materialabtrag vom Schaft und von der Mine eine kegelförmige Spitze des Stifts geschaffen oder überarbeitet werden kann. Als spitzbar wird ein Stift bezeichnet, wenn ein Mensch am Stift mit einer Klinge in einem Gehäuse von Hand bei moderatem Kraftaufwand einen trennenden Materialabtrag erzeugen kann, so dass die kegelförmige Spitze entsteht.
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Der Schaft weist ein Schaftgrundmaterial auf, wobei der Schaft bevorzugt mindestens zu 60 Gew.-%, vorzugsweise mindestens zu 80 Gew.-% und insbesondere zu mindestens aus 98 Gew.-% oder sogar zu 100 Gew.-% aus dem Schaftgrundmaterial besteht. Alternativ oder ergänzend weist die Querschnittsfläche des Schaftes das Schaftgrundmaterial bevorzugt mindestens zu 80 % der Querschnittsfläche, vorzugsweise mindestens zu 90 % der Querschnittsfläche und insbesondere mindestens aus 98 % der Querschnittsfläche oder sogar zu 100 % der Querschnittsfläche auf.
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Insbesondere weist der Schaft einen Schaftkörper aus dem Schaftgrundmaterial aus. Der Schaftkörper ist in einem Querschnitt ringförmig, beispielsweise kreisringförmig, ausgebildet. Insbesondere kann die innere Kontur kreisförmig und/oder die äußere Kontur beliebig, z.B. rund, oval, 3-eckig, 4-eckig, 5-eckig, 6-eckig oder mehreckig ausgebildet sein.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Schaftgrundmaterial die folgenden Bestandteile bezogen auf das Schaftgrundmaterial, insbesondere auf das Gesamtgewicht des Schaftgrundmaterials, umfasst:
- Das Schaftgrundmaterial weist folgende Bestandteile auf:
| 60 bis 75 Gew.-% | Füllstoff/e |
| 15 bis 30 Gew.-% | PBS, insbesondere Bindemittelgemisch umfassend PLA und ein zweites der Gruppe bestehend aus PBS, Co-Polymeren des PBSA ausgewählt ist, Bindemittel, das aus |
| 0,2 bis 6 Gew.-% | sonstige Additive wie Haftvermittler, Stabilisatoren |
| 1 bis 10 Gew.-% | Wachs/e |
| 0 bis 4 Gew.-% | Farbmittel, insbesondere als Pigment. |
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Insbesondere weist das Schaftgrundmaterial einen Anteil an Füllstoff von mehr als 60 Gew.-% auf, was einem hohen Anteil entspricht. Das Schaftgrundmaterial kann auch ein Gemisch mehrerer Füllstoffe aufweisen. Das Schaftgrundmaterial weist 60 bis 75 Gew.-% des alleinigen Füllstoffs oder des Gemisches der Füllstoffe auf. Es ist möglich, diesen aus biologisch abbaubarem Material auszuwählen. Weiterhin können durch den Anteil an Füllstoff die Kosten reduziert werden, da der Füllstoff den Einsatz an Bindemittel reduziert.
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Insbesondere umfasst das Schaftgrundmaterial weder einen Zusatz an chemischen Additiven, die über eine thermische Zersetzung ein Gas freisetzen, noch wird die Schmelze in der Extrusion physikalisch durch Einleiten von Gas geschäumt. Das Schaftgrundmaterial ist bevorzugt ungeschäumt. Eine sehr geringe Blasenbildung im Schaftgrundmaterial ist bei den verwendeten Prozesstemperaturen durch flüchtige Inhaltsstoffe der jeweiligen Ausgangsrohstoffe jedoch nicht ausgeschlossen.
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Der Füllstoffanteil hat insbesondere auch den Vorteil, dass der Schaft nicht flexibel ist und damit steife, spröde hochqualitative Minen durch das Schaftgrundmaterial bruchsicher gelagert werden.
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Weiterhin weist das Schaftgrundmaterial ein Bindemittelgemisch aus PLA und mindestens einem zweiten Bindemittel auf. Zu PLA zählen insbesondere auch PLA-Blends oder PLA-Compounds. PLA ist eine Bezeichnung für polylactic acid, das insbesondere als Polylactid und/oder Polymilchsäure bezeichnet werden kann. Im Speziellen ist das PLA im Chemical Abstracts Service auch unter der Nummer CAS: 9051-89-2 registriert. Je nach Anzahl der Monomere im Polymer können die Eigenschaften des PLA als Polymer etwas variieren.
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PLA ist ein Thermoplast. PLA hat den Vorteil, dass es biobasiert hergestellt werden kann, so dass der Einsatz von erdölbasierenden Rohstoffen in dem Stift deutlich gesenkt oder komplett vermieden wird. PLA wird beispielsweise aus Mais gewonnen und gehört als synthetisches Polymer zu den Polyestern. Somit ist das reine PLA bevorzugt aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und basiert nicht auf fossilen Rohstoffen, wie zum Beispiel Erdöl.
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Zudem ist das PLA kompostierbar und kann, insbesondere in einer industriellen Kompostieranlage, innerhalb von einem überschaubaren Zeitraum von z. B. weniger als z. B. 12 Wochen in unbedenkliche Endstoffe zersetzt werden kann, insbesondere nach der Norm EN 14995 oder EN 13432, wobei andere ähnliche Normen andere Bedingungen und Zeiträume definieren können. Für die Kompostierung oder den Abbau von PLA sind industrielle Kompostierungsbedingungen notwendig, d.h. kontrollierte Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen, in Gegenwart von Mikroorganismen. Beispielsweise müssen hierbei die Temperaturen bei 55 bis 70 °C liegen. Mittels der industriellen Kompostierung ist es möglich den Schaft des Stiftes laut Norm in unbedenkliche Endstoffe zu zersetzen und dieses als biologisch abbaubar zu bezeichnen.
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Das PLA basierte Bindemittelgemisch weist mindestens ein zweites Bindemittel als eine zweite Komponente auf, das aus der Gruppe bestehend aus PBS, Copolymeren des PBS, insbesondere PBSA, ausgewählt ist. PBS ist hierbei eine Bezeichnung, die für Polybutylensuccinat steht (z. B. CAS: 25777-14-4). PBSA ist hierbei eine Bezeichnung, die für Poly(butylene succinate-co-butylene adipate) steht (z. B. CAS: 67423-06-7). Je nach Anzahl der Monomere im Polymer können die Eigenschaften des Polymers etwas variieren. PBS und PBSA sind besser biologisch abbaubar als PLA. Beide weisen ebenfalls thermoplastische Eigenschaften auf. Die Ausgangsstoffe zur Polymerisation können aus Glucose oder Fruktose hergestellt werden. Damit sind PBS und PBSA biobasiert herstellbar.
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Weiterhin weist das Schaftgrundmaterial sonstige Additive auf. Die Gruppe sonstiger Additive umfasst Haftvermittler, Stabilisatoren und andere. Haftvermittler werden bevorzugt zur besseren Haftung der Füllstoffe mit dem Bindemittelgemisch eingesetzt. Diese können auch zur besseren Haftung der Mine im Schaftgrundmaterial eingesetzt werden. Ein Beispiel für einen Haftvermittler wäre ein Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Polymer ausgewählt aus der Gruppe der Polyester umfassend PLA, PBS, PBSA, etc.
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Stabilisatoren werden zugesetzt, damit die Alterungsprozesse des Polymers reduziert werden. So können Hitze-, Licht-, Ozon - und Sauerstoffeinwirkungen zu Alterungsprozessen führen, die in der Verschlechterung der Eigenschaften z.B. als Farbveränderungen sichtbar werden.
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Weiterhin weist das Schaftgrundmaterial mindestens ein Wachs auf. Das Schaftgrundmaterial kann auch ein Gemisch mehrerer Wachse aufweisen. Das Schaftgrundmaterial weist 1 bis 10 Gew.-% des alleinigen Wachses oder des Gemisches der Wachse auf. Insbesondere dient das Wachs zur Einstellung der Extrusionseigenschaften, z.B. zur Verbesserung des Fließverhaltens, und/oder Einstellung der Anspitzbarkeit. Insbesondere wird ein leichterer Materialabtrag vom Schaft und von der Mine erreicht, damit eine kegelförmige Spitze des Stifts geschaffen werden kann. Das Wachs kann als Hilfsmittel zur Extrusion dienen (Verbesserung der Fließeigenschaften, Reduktion der Schmelze-Wandhaftung an Maschinen- und/oder Werkzeugteilen), aber auch das Materialgefüge hinsichtlich dessen mechanischen, spanenden Bearbeitbarkeit positiv beeinflussen. Dies ist besonders wichtig beim manuellen Spitzvorgang des Stiftes durch den Anwender mit Hilfe eines Spitzers.
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Insbesondere hat das mindestens eine Wachs einen derartigen Schmelzpunkt, so dass es im Extruder als Flüssigkeit vorliegt und das Fließverhalten der Schmelze und/oder des erwärmten Schaftgrundmaterials beeinflussen kann.
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Weiterhin weist das Schaftgrundmaterial bevorzugt Farbmittel auf. Diese werden insbesondere zum Aufhellen des Farbtons des Schaftgrundmaterials verwendet. Für das Aufhellen des Farbtons erwies es sich als vorteilhaft, wenn ein Weißpigment, z.B. aus Titandioxid (TiO2) verwendet wird.
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Die vorgeschlagene Zusammensetzung des Schaftgrundmaterials erlaubt die Herstellung eines Schafts, der die für Stifte nötigen Eigenschaften der Spitzbarkeit, Griffigkeit, mechanischen, thermischen und chemischen Stabilität aufweist. Damit bildet das Bindemittelgemisch eine nachhaltige Alternative zu den bislang verwendeten Basispolymeren für die Herstellung des Stiftschaftes.
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Besonders vorteilhaft bei der Wahl des Bindemittelgemisches hat sich gezeigt, dass, insbesondere im Vergleich zu anderen Kunststoffen, sich die originären Eigenschaften, wie z.B. Spitzbarkeit, Bruchfestigkeit, Haptik gegenüber den Polymeren aus dem Stand der Technik nicht negativ verändert werden. Damit stellt das Bindemittelgemisch eine vollwertige, nachhaltige Substitution für die bisher bekannten Polymere dar.
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In einer bevorzugten Ausführung des Füllstoffs ist dieser aus einer Gruppe umfassend Holzmehl, Holzfasern und/oder Cellulose gewählt. Eine Form von Holzmehl wird als Lignocellulose bezeichnet. Lignocellulose weist das Lignin des Holzes in der Cellulose auf. Lignocellulose kann aus Holz durch mechanische Zerkleinerung hergestellt werden insbesondere als Holzschliff, Druckschliff, Hackschnitzel, etc. Diese Füllstoffe sind biobasiert und/oder biologisch abbaubar sowie kostengünstig verfügbar. Insbesondere kann der Füllstoff zusätzlich zum Holzmehl, Holzfasern und/oder Cellulose weitere Stoffe enthalten.
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In einer weiteren Ausführung weist das Schaftgrundmaterial ein Gemisch von Füllstoffen auf. Insbesondere ist ein Gemisch von organischen Füllstoffen mit zusätzlichen organischen und/oder anorganischen Stoffen z.B. Talkum, Kreide, Kaolin, etc. möglich.
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In einer Ausführung ist der Füllstoff oder die Füllstoffe zumindest größtenteils oder vollständig organisch. So kann der Füllstoff/e vollständig aus Holzmehl, Holzfasern, Cellulose und Gemische dieser bestehen, um als vollständig organisch bezeichnet zu werden.
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In einer weiteren Ausführung können zusätzlich zu den organischen Füllstoffen wie Holzmehl, Holzfasern und/oder Cellulose weitere anorganische Füllstoffe als Gemisch mit den organischen Füllstoffen vorliegen. Die anorganischen Füllstoffe liegen im Gemisch der Füllstoffe im Bereich von größer 0 bis zu 10 Gew.-% bezogen auf das Füllstoffgewicht vor. Der organische Füllstoff liegt mit größer gleich 90 Gew.-% bezogen auf das Füllstoffgewicht größtenteils im Gemisch der Füllstoffe vor. Damit ist der Füllstoff oder die Füllstoffe größtenteils organisch.
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In einer weiteren Ausführung umfasst das Schaftgrundmaterial einen Gehalt an Füllstoff oder Füllstoffen im Bereich von 60 bis 75 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 68 bis 73 Gew.-% bezogen auf das Schaftgrundmaterial. Das ermöglicht einen hohen Füllstoffanteil.
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Bei einer ersten möglichen Alternative weist das Bindemittelgemisch PLA, das zweite Bindemittel sowie weitere Bindemittel auf. Bei einer zweiten möglichen Alternative besteht oder besteht im Wesentlichen das Bindemittelgemisch aus PLA und dem zweiten Bindemittel.
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In einer weiteren Ausführung ist das Bindemittelgemisch im Bereich von 17 bis 27 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 19 bis 23 Gew.-% bezogen auf das Schaftgrundmaterial gewählt. Der Anteil an Bindemittel wird insbesondere so gewählt, dass eine Anpassung der Biegefestigkeit und des E-Moduls erreicht wird, um eine steife, spröde aber qualitativ hochwertige Mine bruchsicher im Schaftgrundmaterial zu lagern. Das hat den Vorteil, dass das Schaftgrundmaterial auf mechanische Eigenschaften optimiert wird.
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In einer bevorzugten Weiterbildung weist das Bindemittelgemisch zusätzlich zum PLA nur das zweite Bindemittel auf. Alternativ oder ergänzend besteht das Bindemittelgemisch aus dem PLA und dem zweiten Bindemittel oder besteht das Bindemittelgemisch im Wesentlichen aus dem PLA und dem zweiten Bindemittel. Das PLA liegt im Verhältnis der Gewichte zum zweiten Bindemittel im Bereich von 10:1 bis 1:10 vor.
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Das hat den Vorteil, dass die Eigenschaften des Compounds mit dem PLA durch das zweite Bindemittel im Bindemittelgemisch modifiziert werden können. So kann die biologische Abbaubarkeit durch einen Zusatz von PBS oder PBSA erhöht werden. Die mechanischen und/oder elastischen Eigenschaften können optimiert werden. Die Rohstoff-Kosten können optimiert werden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung umfassen die sonstige Additive einen Haftvermittler, wobei dieser die Haftung zwischen dem Füllstoff und dem Bindemittelgemisch verbessert.
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In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst der Haftvermittler ein mit MAH gepfropftes Polymer insbesondere ausgewählt aus der Gruppe der Polyester umfassend PLA, PBS, PBSA, etc. und Gemischen dieser. MAH ist hierbei eine Bezeichnung für Maleinsäureanhydrid, dass insbesondere auch für Maleic anhydride steht (CAS: 108-31-6). MAH gepfropftes PLA kann insbesondere als Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polylactid und/oder maleic anhydride grafted polylactic acid bezeichnet werden.
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MAH gepfropftes PBS kann insbesondere als Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polybutylensuccinat bezeichnet werden. MAH gepfropftes PBSA kann insbesondere als Maleinsäureanhydrid gepfropftes Poly(butylene succinate-co-butylene adipate) bezeichnet werden. In einer Ausführung umfasst der Haftvermittler ein Gemisch aus MAH gepfropftes PLA, MAH gepfropftes PBS und MAH gepfropftes PBSA. Das Gemisch aus MAH gepfropftes PLA, MAH gepfropftes PBS und MAH gepfropftes PBSA kann in unterschiedlichen Verhältnissen vorliegen. Durch den MAH-Anteil im Haftvermittler kann dieser einerseits mit dem Füllstoff über eine Veresterung der OH-Gruppen reagieren, andererseits sich durch das ähnliche Grundpolymer kompatibel in die Primärmatrix der Polymere einbinden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung weist das Schaftgrundmaterial einen Gehalt an dem Haftvermittler im Bereich von 0,2 bis 6 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 1 bis 3 Gew.-% bezogen auf das Schaftgrundmaterial, insbesondere bezogen auf das Gesamtgewicht des Schaftgrundmaterials auf. Der genaue Gehalt des Haftvermittlers wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, u.a. durch den Grad der Pfropfung mit MAH und der sterischen Verfügbarkeit der funktionellen Gruppen.
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In einer weiteren Ausführung ist das mindestens eine Wachs zur Einstellung der Extrusionseigenschaften und/oder der Anspitzbarkeit des Schaftgrundmaterials geeignet.
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In einer bevorzugten Ausführung ist das mindestens eine Wachs aus einer Gruppe umfassend Stearinsäurewachse und Stearinsäurederivate; Palmitinsäurewachse und Palmitinsäurederivate, Silikonwachse, EBS, Polyolefinwachse wie oxidiertes, nichtoxidiertes Polyethylenwachs und/oder oxidiertes, nichtoxidiertes Polypropylenwachs und Gemische dieser ausgewählt. Distearylethylendiamid ist insbesondere eine Bezeichnung für Ethylene bis(stearamide) und/oder als EBS bekannt (CAS: 110-30-5).
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Wenn die Eigenschaften eines einzigen Wachses nicht einen zufriedenstellenden Arbeitspunkt in Bezug auf die Extrusionseigenschaften und die Anspitzbarkeit des Schaftgrundmaterials bereitstellen kann, wird bevorzugt ein Gemisch aus mehreren unterschiedlichen Wachsen eingesetzt.
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Bevorzugt wird zu einem ersten derartigen, hochschmelzendes Wachs, das die Extrusionseigenschaften verbessert, mindestens ein zusätzliches derartiges, vergleichsweise niedrigschmelzendes Wachs beigemischt, das die Anspitzfähigkeit verbessert.
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Das erste Wachs weist einen Schmelzpunkt z.B. über 100°C auf. Dieses verbessert das Fließverhalten der Schmelze, so dass das erwärmte Schaftgrundmaterial besser aus dem Extruder fließt. Das erste Wachs wird insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe umfassend EBS, Polyolefinwachse wie oxidiertes, nichtoxidiertes Polyethylenwachs und/oder oxidiertes, nichtoxidiertes Polypropylenwachs und Gemische dieser.
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Das zusätzliche Wachs weist einen Schmelzpunkt z.B. unter 100°C auf. Das hat den Vorteil, dass so das Anspitzen des Bleistifts leichter möglich ist. Das zusätzliche Wachs wird insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Stearinsäurewachse und Stearinsäurederivate; Palmitinsäurewachse und Palmitinsäurederivate, Silikonwachse und Gemische dieser.
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Der Anteil von Wachs/en liegt bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 2 bis 6 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Schaftgrundmaterials vor. Die Wachse können als Gemisch von mindestens zwei Wachsen vorliegen. Insbesondere liegt bei einem Gemisch von dem ersten Wachs und dem zusätzlichen Wachs jedes dieser Wachse im Bereich von 1 bis 5 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 2 bis 4 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Schaftgrundmaterials vor.
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In einer weiteren Ausführung liegt das Farbmittel im Bereich von 0 bis 3 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 0 bis 2 Gew.-%. Das Farbmittel hat die Funktion, die relativ dunkle Grundfarbe des Polymer-Füllstoffgemisches aufzuhellen und einen gleichmäßigen und natürlichen Farbton zu verleihen. Durch wechselnde Gehalte kann zudem die natürliche Schwankung der Füllstoffe ausgeglichen werden.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Mine auf Basis von PLA hergestellt. Insbesondere weist die Mine als Bindemittel PLA auf. Bevorzugt ist die Mine aus den Bestandteilen ausgebildet, wie diese in der Druckschrift
DE 10 2013 016 355 A1 beschrieben ist, deren Offenbarungsgehalt via Referenzierung in die Beschreibung eingebracht wird („incorporated by reference“).
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Insbesondere weist die Mine ein Minengrundmaterial auf, wobei das Minengrundmaterial die folgenden Bestandteile aufweist:
| 10 bis 40 | Gew.-% | PLA |
| 30 bis 80 | Gew.-% | Minenfüllstoff |
| 0 bis 20 | Gew.-% | Wachse/Gleitm ittel |
| 0 bis 10 | Gew-% | Additive wie z.B. Weichmacher, Stabilisatoren, Haftvermittler |
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Der Polylactid-Anteil an dem Minengrundmaterial liegt im Bereich von 10 bis 60 Gew.-%, bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 40 Gew.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 25 Gew.-%.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Minengrundmaterial
| 10 bis 60 | Gew.-% | Polylactid |
| 2 bis 25 | Gew.-% | Wachs |
| 15 bis 70 | Gew.-% | Füllstoffe, insbesondere Minenfüllstoffe |
| 0 bis 5 | Gew.-% | Palmöl |
| 0 bis 30 | Gew.-% | Farbmittel |
aufweist.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Schaftgrundmaterial und das Minengrundmaterial unmittelbar miteinander verbunden. Insbesondere sind diese stoffschlüssig miteinander verbunden. Durch die Wahl des PLA für die beiden Grundmaterialien kann auf eine Zwischenschicht vorteilhafterweise verzichtet werden, da diese gleichartigen Polymere aneinander ohne weitere Maßnahmen haften können. Somit kann durch die Wahl von gleichartigen Grundmaterialien die Haftvermittlerschicht eingespart werden und zudem ein stabiler Verbund aufgebaut werden.
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Insbesondere sind die organischen Bestandteile der Mine unter den Randbedingungen der industriellen biologischen Kompostierbarkeit des PLA ebenfalls mitabbaubar oder sind biobasiert, wie dies bereits zuvor beschrieben wurde.
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In einer weiteren Ausführung wird der Stift so ausgebildet, dass er als Schreib- und/oder Malstift und/oder als Kosmetikstift eingesetzt werden kann.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Diese zeigen:
- 1 eine schematisierte Darstellung eines anspitzbaren Stifts
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Die 1 zeigt in einer stark schematisierten Blockdarstellung einen Stift 1 mit einer Mine 2, einem Schaft 3 aus einem Schaftgrundmaterial. Der Stift 1 ist spitzbar und weist einen durch einen Anspitzer erzeugten kegelförmigen Bereich 4 beim Schaft 3 und der Mine 2 auf. Dadurch wird die Mine 2 freigelegt. Die Mine 2 ist verschiebefest im Schaft 3 angeordnet. Das verhindert ein Verrutschen der Mine 2. Damit verschiebt sich die Mine 2 auch nicht in den Schaft 3, wenn beim Schreiben etwas Druck auf den Stift 1 ausgeübt wird. Der Schaft 3 weist ein Material auf, das Schaftgrundmaterial genannt wird. Auf dem Schaftgrundmaterial können weitere Schichten z.B. Dekorschichten angeordnet sein.
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Das Schaftgrundmaterial weist folgende Bestandteile auf:
| 60 bis 75 Gew.-% | Füllstoff/e |
| 15 bis 30 Gew.-% | Bindemittelgemisch umfassend PLA und ein zweites Bindemittel, das aus der Gruppe bestehend aus PBS, Co-Polymeren des PBS, insbesondere PBSA ausgewählt ist, |
| 0,2 bis 6 Gew.-% | sonstige Additive wie Haftvermittler, Stabilisatoren |
| 1 bis 10 Gew.-% | Wachs/e |
| 0 bis 4 Gew.-% | Farbmittel, insbesondere als Pigment. |
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Nachfolgend sind beispielhafte Schaftgrundmaterialien dargestellt. Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Schaftes erfolgt bevorzugt nach dem Mischen und Granulieren der Bestandteile des Schaftgrundmaterials im Extrusionsverfahren oder Coextrusionsverfahren als Ummantelung der vorgelegten Mine bei ca. 150 bis 200°C. Die Form der Querschnittsfläche wird im Extrusionskopf eingestellt. Nach der Abkühlung erfolgt das Schneiden des Stiftstranges auf eine bestimmte Länge.
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Vorzugsweise liegen das Holzmehl, Holzfasern und/oder Cellulose als Partikel vor. Die Partikel haben bevorzugt eine mittlere Partikelgröße, die als d50 in µm angegeben werden kann. Die Bezeichnung d50 =150 µm bedeutet, dass 50% der Partikel kleiner als 150 µm und 50% größer sind. Die Partikelgrößen-Verteilung kann z.B. mit einem Lasergranulometer bestimmt werden. Beispiel 1 Malstift mit Schaftgrundmaterial weist folgende Bestandteile auf:
| 73 Gew.-% | Holzmehl (d50 ca. 100 µm) als Füllstoff |
| 10 Gew.-% | PLA (polylactid, Polymilchsäure, polylactic acid) im Bindemittelgemisch |
| 10 Gew.-% | PBS (Polybutylensuccinat) im Bindemittelgemisch |
| 1 Gew.-% | MAH gepfropftes PLA (Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polylactid, Maleic anhydride grafted polylactic acid) als sonstige Additive speziell Haftvermittler |
| 3 Gew.-% | Stearinsäurederivatwachs im Wachsmittel |
| 2 Gew.-% | EBS (Distearylethylendiamid) im Wachsmittel |
| 1 Gew.-% | Titandioxid als Farbmittel, insbesondere als Pigment. |
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Der Vorteil ist der hohe Füllstoffanteil, wodurch ein weitgehend biologisch abbaubarer Schaft eines Stiftes hergestellt werden kann. Beispiel 2 Schreibstift mit Schaftgrundmaterial weist folgende Bestandteile auf:
| 61,5 Gew.-% | Holzmehl (d50 ca. 35 µm) als Füllstoff |
| 10 Gew.-% | PLA (polylactid, Polymilchsäure, polylactic acid) im Bindemittelgemisch |
| 20 Gew.-% | PBS (Polybutylensuccinat) im Bindemittelgemisch |
| 1,5 Gew.-% | MAH gepfropftes PBS (Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polybutylensuccinat) als sonstige Additive speziell Haftvermittler |
| 1,5 Gew.-% | Stearinsäurederivatwachs im Wachsmittel |
| 3,5 Gew.-% | EBS (Distearylethylendiamid) im Wachsmittel |
| 2 Gew.-% | Titandioxid als Farbmittel, insbesondere als Pigment. |
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Der Vorteil ist der hohe Füllstoffanteil in Verbindung mit biologisch, abbaubaren Bindemittel, wodurch ein weitgehend biologisch abbaubarer Schaft eines Stiftes hergestellt werden kann. Beispiel 3 Schreibstift mit Schaftgrundmaterial weist folgende Bestandteile auf:
| 60,5 Gew.-% | Holzmehl (d50 ca. 70 µm) als Füllstoff |
| 25 Gew.-% | PLA (polylactid, Polymilchsäure, polylactic acid) im Bindemittelgemisch |
| 5 Gew.-% | PBS (Polybutylensuccinat) im Bindemittelgemisch |
| 6 Gew.-% | MAH gepfropftes PLA (Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polylactid, Maleic anhydride grafted polylactic acid) als sonstige Additive speziell Haftvermittler |
| 1 Gew.-% | Stearinsäurederivatwachs im Wachsmittel |
| 1,5 Gew.-% | EBS (Distearylethylendiamid) im Wachsmittel |
| 1 Gew.-% | Titandioxid als Farbmittel, insbesondere als Pigment. |
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Der Vorteil ist der hohe Füllstoffanteil in Verbindung mit biologisch, abbaubaren Bindemittel, wodurch ein weitgehend biologisch abbaubarer Schaft eines Stiftes hergestellt werden kann. Der Haftvermittler ermöglicht eine bessere Stabilität. Beispiel 4 Schreibstift mit Schaftgrundmaterial weist folgende Bestandteile auf:
| 71,5 Gew.-% | Cellulose als Füllstoff |
| 2 Gew.-% | PLA (polylactid, Polymilchsäure, polylactic acid) im Bindemittelgemisch |
| 20 Gew.-% | PBSA (Poly(butylene succinate-co-butylene adipate)) im Bindemittelgemisch |
| 2 Gew.-% | MAH gepfropftes PBSA (Maleinsäureanhydrid gepfropftes Poly(butylene succinate-co-butylene adipate)) als sonstige Additive speziell Haftvermittler |
| 2 Gew.-% | Stearinsäurederivatwachs im Wachsmittel |
| 2 Gew.-% | EBS (Distearylethylendiamid) im Wachsmittel |
| 0,5 Gew.-% | Titandioxid als Farbmittel, insbesondere als Pigment. |
Beispiel 5 Schwarzer Kosmetikstift mit Schaftgrundmaterial weist folgende Bestandteile auf:
| 69 Gew.-% | Holzmehl (d50 100 µm) als Füllstoff |
| 10 Gew.-% | PLA (polylactid, Polymilchsäure, polylactic acid) im Bindemittelgemisch |
| 15 Gew.-% | PBS (Polybutylensuccinat) im Bindemittelgemisch |
| 1,5 Gew.-% | Gemisch 1:1 MAH gepfropftes PLA (Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polylactid, Maleic anhydride grafted polylactic acid) : MAH gepfropftes PBS (Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polybutylensuccinat) als sonstige Additive speziell Haftvermittler |
| 1 Gew.-% | Stearinsäurederivatwachs im Wachsmittel |
| 2,5 Gew.-% | EBS (Distearylethylendiamid) im Wachsmittel |
| 1 Gew.-% | Ruß als Farbmittel, insbesondere als Pigment. |
Beispiel 6 Schreibstift mit Schaftgrundmaterial weist folgende Bestandteile auf:
| 66 Gew.-% | Cellulose als Füllstoff |
| 8 Gew.-% | PLA (polylactid, Polymilchsäure, polylactic acid) im Bindemittelgemisch |
| 15 Gew.-% | PBSA (Poly(butylene succinate-co-butylene adipate)) im Bindemittelgemisch |
| 5 Gew.-% | MAH gepfropftes PBSA (Maleinsäureanhydrid gepfropftes Poly(butylene succinate-co-butylene adipate)) als sonstige Additive speziell Haftvermittler |
| 3 Gew.-% | Stearinsäurederivatwachs im Wachsmittel |
| 2 Gew.-% | EBS (Distearylethylendiamid) im Wachsmittel |
| 1 Gew.-% | Titandioxid als Farbmittel, insbesondere als Pigment. |
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Mit diesen Beispielen können Schaftgrundmaterialien hergestellt werden, die einen hohen Anteil an Füllstoff haben, der biologisch abbaubar ist. Zusätzlich werden biobasierte, kompostierbare Bindemittel eingesetzt.
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Der Stift mit einem der vorgehenden Beispiele als Schaftgrundmaterial ist in den Produktlinien Schreibstift, Malstift und Kosmetikstift vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stift
- 2
- Mine
- 3
- Schaft
- 4
- kegelförmiger Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008034013 B4 [0003]
- DE 102013016355 A1 [0047]
