DE3621635C2

DE3621635C2 - Bleistiftgraphit

Info

Publication number: DE3621635C2
Application number: DE3621635A
Authority: DE
Inventors: Fumio Iizuka; Shin Shimoyama; Yoshiaki Abe
Original assignee: Pentel Co Ltd
Current assignee: Pentel Co Ltd
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1994-07-21
Anticipated expiration: 2006-06-28
Also published as: JPS621769A; JPH0519588B2; US4668572A; DE3621635A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Graphit bzw. eine Mine eines üblichen Bleistifts oder mechanischen Bleistifts und insbesondere einen Graphit bzw. eine Mine umfassend ein farbgebendes Mittel und einen Füllstoff dispergiert in einem Bindemittel, wobei der Füllstoff ein faserartiges Material umfaßt.

Es ist bereits bekannt, daß ein faserartiges Material zumindest als Teil eines Füllstoffs oder als Streckmittel in einem Graphit bzw. in einer Mine verwendet werden kann, die ein farbgebendes Mittel und einen Füllstoff dispergiert in einem Bindemittel umfassen. Zum Beispiel offenbart die JP-PS Nr. 48 18 347 die Verwendung von faserartigem Graphit, Kohlenstoff oder dergleichen, und die JP-OSen 52 88 419 und 5 61 63 171 offenbaren die Verwendung von faserartigem Kaliumtitanat. Weiterhin ist aus dem Derwent Kurzreferat 53 535 B/29 zu JP 54-72117 die Verwendung von Fasern, z.B. auf Basis von Polyacrylnitril, Polyvinylalkohol oder Cellulose, die durch Behandlung bei hoher Temperatur in einem Inertgas in Kohlenstoff-Fasern übergeführt werden können, bekannt, wobei eine Verwendung von faserartigem Magnesiumoxysulfat nicht in Betracht gezogen wird.

Ziel der Verwendung eines faserartigen Materials als Füll stoff beruht auf einer Verbesserung in der Biegefestigkeit. Es ist nämlich zu erwarten, daß bei einem Gehalt an einem faserartigen Material in orientiertem Zustand in einer stäbchenartigen Form dessen Biegefestigkeit erhöht werden kann.

Selbst wenn diese faserartigen Materialien tatsächlich als Füllstoff für eine Bleistiftmine verwendet werden, kann je doch im Gegensatz zu dem was zu erwarten war, die Biege festigkeit kaum verbessert werden. Zusätzlich schreibt ein Bleistift mit einer derartigen Mine häufig nicht gut. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Härte dieser faser artigen Materialien zu hoch ist und im Extremfall derart hoch ist, daß die Oberfläche des Schreibpapiers beschädigt wird.

Ein faserartiges Material, das zu einem relativ guten Er gebnis führen kann, ist Kaliumtitanat. Kaliumtitanat besitzt eine relativ niedrige Härte, d.h. eine Mohshärte von 4 bis 5, so daß es in der Praxis hinreichend zum Schreiben ge eignet ist. Weiterhin kann es eine Mine mit einer Biege festigkeit ergeben, die besser ist als diejenige eines Produkts, das kein Kaliumtitanat enthält. Es besitzt je doch den Nachteil, daß bei längerem Luftzutritt seine Biegefestigkeit im Lauf der Zeit durch den Einfluß der Feuchtigkeit abnimmt. Dieses Phänomen kann auf die Konzen tration an absorbierter Feuchtigkeit an der Grenzfläche zwischen dem Kaliumtitanat und dem Bindemittel in dem Graphit mit der Folge einer schlechten Adhäsion zwischen diesen zurückgeführt werden.

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der Techniken des vorstehenden Stands der Technik zu überwinden und einen Bleistiftgraphit bzw. eine Bleistiftmine zu schaffen, die vollständig die Wirkung eines faserartigen Füllstoffs im Hinblick auf die Verbesserung der Biegefestigkeit ent falten kann, so stabil ist, daß deren Biegefestigkeit sich nicht im Verlauf der Zeit verändert und eine gute Eignung zum Schreiben besitzt.

Erfindungsgemäß wird ein Bleistiftgraphit bzw. eine Blei stiftmine geschaffen, die ein Bindemittel, einen Füllstoff und ein farbgebendes Mittel als wesentliche Komponenten umfaßt, wobei der Füllstoff zumindest teilweise aus einem faserartigen Material besteht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß Magnesiumoxysulfat (nachfolgend als "MOS" abge kürzt) als faserartiges Material verwendet wird.

Faserartiges MOS kann allein als Füllstoff verwendet werden. Nötigenfalls kann es in Kombination mit anderen Füllstoffen verschiedenartiger Formen, wie der nicht-faserförmigen oder der faserförmigen Form, und verschiedenartiger Materialien verwendet werden.

Zusätzlich zu den vorstehenden wesentlichen Komponenten können auch ein Gleitmittel, ein Weichmacher, ein Lösungs mittel etc., die üblicherweise als Bestandteile einer Blei stiftmine bzw. eines Bleistiftgraphits verwendet werden, eingesetzt werden, wenn es erforderlich ist.

Das bei der Erfindung als faserartiger Füllstoff verwendete MOS ist eine hydratisierte anorganische Substanz der chemischen Formel MgSO₄·5MgO·8H₂O und besitzt eine Mohs härte von 3 bis 4. Eine derartige relativ niedrige Härte ist insoweit erwünscht als, wie vorstehend erwähnt, die Schreibreibung kontrolliert werden kann und die Schreib fähigkeit nicht beeinträchtigt wird. Zusätzlich ist es, da MOS nicht intensiv gefärbt ist, erwünscht, daß es die Farbentwicklung von farbgebenden Mitteln einer Vielzahl von Farben, einschließlich schwarz, nicht inhibiert.

Das bei der Erfindung verwendete faserartige MOS besitzt vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 0,1 bis 1 µm und eine Länge von etwa 10 bis 100 µm. Natürlich können diese Größen als Durchschnitt oder Bereich genannt werden.

Im folgenden werden Materialien beschrieben, die zusammen mit MOS eingesetzt werden. Als erstes umfassen Beispiele für das Bindemittel Nitrocellulose, Celluloseacetat, Epoxy harze, Acrylnitril/Styrol-Copolymerisatharze, Polystyrol, Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polymethylmethacrylat, Phenolharze und Polyvinylalkohol, die einzeln oder als Mischung von zumindest zwei von ihnen verwendet werden können. Unter diesen sind Celluloseharze, insbesondere Nitrocellulose, insoweit erwünscht, als sie widerstands fähig, hart und elastisch sind, und zusätzlich hinsichtlich ihrer Verarbeitbarkeit und Formstabilität ausgezeichnet sind.

Im Hinblick auf das farbgebende Mittel können sämtliche anorganischen und organischen farbgebenden Mittel der so genannten Farbstoff- oder Pigmenttypen verwendet werden. Ein organisches Pigment, wie ein Lackpigment oder ein Toner, ist insoweit erwünscht, als eine gute Farbentwicklung er zielt werden kann. Um einer speziellen Anwendung zu ge nügen, bei der keine Schriftspur auf der bei Verwendung einer neuerdings weitverbreiteten Kopiermaschine erhaltenen Kopie verbleiben darf, ist es erwünscht, pinkfarbene, blaue oder violette Farbstoffe einzusetzen.

Insbesondere wenn ein Pigment, ohne daß es gelöst wurde, verwendet wird, ist es bevorzugt ein Pigment mit einem Teilchendurchmesser von etwa 0,1 bis 1,0 µm zu verwenden. Wird ein Pigment mit einem derartigen Teilchendurchmesser verwendet, ist die Biegefestigkeit des erhaltenen Produkts besonders hoch, und es kann das Brechen einer Mine während des Schreibens in Längsrichtung, das häufig auftritt, wenn ein faserförmiger Füllstoff verwendet wird, verhindert wer den.

Obgleich die vorstehend genannten drei wesentlichen Be standteile, d.h. ein Bindemittel, ein Füllstoff und ein farbgebendes Mittel, in einem geeigneten Mischungsver hältnis verwendet werden können, ist es bevorzugt, daß MOS in einer Menge von etwa 30 bis 60 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der drei Bestandteile, verwendet wird.

Obgleich faserförmiges MOS allein als Füllstoff verwendet werden kann, kann es in Kombination mit anderen Füll stoffen, wie z.B. Talk, Glimmer, Montmorillonit, Kaolin, Bentonit, Calciumcarbonat, Graphit, etc., verwendet werden. Diese Füllstoffe können in verschiedenen Formen, wie der nicht-faserförmigen oder der faserförmigen Form, verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Bleistiftgraphit bzw. die erfindungs gemäße Bleistiftmine kann erforderlichenfalls übliche Additive, z.B. ein Gleitmittel wie Wachs, Stearinsäure oder deren Salz, einen Weichmacher wie Dioctyl-phthalat und ein Lösungsmittel wie Methylethylketon, zusätzlich zu den vorstehend genannten drei Bestandteilen enthalten.

Insbesondere wenn Distearylketon als Gleitmittel verwendet wird, ist die Glätte bzw. Reibungslosigkeit beim Schreiben hervorragend und eine weitere Verstärkungswirkung des faserförmigen Füllstoffs wird in hohem Ausmaß im Vergleich zur Verwendung anderer Gleitmittel entwickelt. Distearylketon wird grob als Wachs klassifiziert, das sich in Klumpen verfestigt, wenn seine Schmelze abkühlt. Diese Klumpen sind insoweit einzigartig, als sie rasch unter geringer Scherkraft zerteilt werden. Die vorstehenden Wirkungen, die bei Verwendung von Distearylketon erhalten werden, sind vermutlich dieser Eigenschaft zuzuschreiben. Eine erwünschte Menge an Distearylketon beträgt etwa 2 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise etwa 5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an gemischten Materialien, mit Ausnahme von Komponenten, die während der Herstellung entfernt werden, wie ein Lösungsmittel.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Bleistiftmine bzw. des erfindungsgemäßen Bleistiftgraphits wird die vorstehende Materialmischung gleichmäßig mit Hilfe von Walzen oder eines Kneters vermischt und z.B. durch Extrusion oder Spritzverformung geformt und der Formvorgang wird auf eine vorherbestimmte Länge eingestellt, um ein Produkt zu erhalten. Im Verlauf der Herstellung kann eine Wärmebehandlung, wie ein Trocknen, eine Oberflächenbehandlung nach der Formgebung und dergleichen, in geeigneter Weise durchgeführt werden, wenn es erforderlich ist.

Da, wie vorstehend erwähnt, MOS eine hydratisierte Substanz ist, kann zuweilen sein Abbau durch Dehydratation auftreten, wenn es auf eine übermäßig hohe Temperatur bei der Wärmebehandlung erhitzt wird. Es muß daher bei der Wärmebehandlung vermieden werden, MOS einer derartig hohen Temperatur auszusetzen, daß sein Abbau durch Dehydratation verursacht wird.

Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen näher beschrieben. In diesen Beispielen und Vergleichsbeispielen bedeutet "Teile" Gew.-Teile.

Beispiel 1


Teile
Nitrocellulose
20
faserförmiges MOS (Durchmesser von etwa 0,1-1 µm, Länge von etwa 10-100 µm)	25
Stearinsäure	2
Aluminiumstearat	10
Watchung Red NRS (rotes Pigment, Produkt von Nippon Pigment Co., Ltd., mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 0,7 µm)	12
Distearylketon	5
Methylethylketon	100

Die vorstehenden Materialien wurden mit Hilfe einer Dreiwalzenmühle verknetet und nach Einstellung des Lösungsmittelgehalts wurde die Mischung in einen feinen Stab durch einen Extruder extrudiert. Nach vollständiger Entfernung des Lösungsmittels wurde der Stab auf eine vorherbestimmte Länge geschnitten, um rot-gefärbte Minen mit einem Durchmesser von 0,5 mm zu erhalten.

Beispiel 2

Dieses Beispiel wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die Nitrocellulose von Beispiel 1 durch ein Acrylnitril/Styrol-Copolymerisatharz ersetzt wurde.

Beispiele 3 bis 5

Ein jedes dieser Beispiele wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die Menge (25 Teile) an in Beispiel 1 verwendetem MOS auf 15, 35 bzw. 45 Teile variiert wurde.

Beispiel 6

Dieses Beispiel wurde in gleicher Weise wie Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die Menge (25 Teile) an in Beispiel 1 verwendetem MOS auf 20 Teile variiert wurde und 5 Teile Talk mit einem Teilchendurchmesser von etwa 1 bis 10 µm (durchschnittlicher Teilchendurchmesser von etwa 3 µm) zusätzlich in die Zusammensetzung von Beispiel 1 eingemischt wurden.

Beispiel 7

Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß das Watchung Red NRS von Beispiel 1 durch Symuler Fast Orange V (orangfarbenes Pigment, Produkt von Dai Nippon Ink & Chemicals Inc., durchschnittlicher Teilchendurchmesser von etwa 0,3 µm) ersetzt wurde.

Beispiel 8

Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß das Watchung Red NRS vom Beispiel 1 durch Symuler Fast Yellow 5GS (gelbes Pigment, Produkt von Dai Nippon Ink & Chemicals Inc., durchschnittlicher Teilchendurchmesser von etwa 0,5 µm) ersetzt wurde.

Vergleichsbeispiel 1

Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß das in Beispiel 1 verwendete MOS durch faserförmiges Kaliumtitanat (Durchmesser von etwa 0,05-1 µm, Länge von etwa 10-50 µm) ersetzt wurde.

Vergleichsbeispiel 2

Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 6 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß das in Beispiel 6 verwendete MOS durch faserförmiges Kaliumtitanat (Durchmesser von etwa 0,05-1 µm, Länge von etwa 10 -50 µm) ersetzt wurde.

Vergleichsbeispiel 3

Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß das in Beispiel 1 verwendete MOS durch Talk mit einem Teilchendurchmesser von etwa 1-10 µm (durchschnittlicher Teilchendurchmesser von etwa 3 µm) ersetzt wurde.

Sämtliche in den vorstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen erhaltenen Bleistiftminen schrieben gut und entwickelten eine ausgezeichnete Farbe. Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse von Messungen der Biegefestigkeit der erhaltenen Minen.

Anmerkung: Die Messungen wurden gemäß JIS S 6005 durchgeführt. In der Tabelle wurde (i) in einer Atmosphäre mit einer Temperatur von 25°C und einer Feuchtigkeit von 50% gemessen und (ii) wurde in einer Atmosphäre mit einer Temperatur von 25°C und einer Feuchtigkeit von 85% gemessen.

Die Daten wurden durch dem Zufall überlassene Probenentnahme in Form von 20 Minen aus den hergestellten Minen der gleichen Gruppe und Aufteilung in zwei jeweils aus 10 Minen bestehende Gruppen für die Messungen von (i) und (ii) erhalten.

Diese Tabelle zeigt, daß die in den Beispielen 1 bis 8 erhaltenen Minen eine gute Biegefestigkeit besitzen und ihre Festigkeit selbst dann beibehalten können, wenn sich die Feuchtigkeit verändert. Daher besitzen sie eine Qualität, die sich im Verlauf der Zeit nicht ändert.

Im Gegensatz hierzu zeigten die in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 erhaltenen Minen, bei denen faserförmiges Kaliumtitanat als Füllstoff verwendet wurde, eine höhere Biegefestigkeit als die in Vergleichsbeispiel 3 erhaltene, bei dem Talk als Füllstoff verwendet wurde. Jedoch variierte deren Festigkeit infolge des Einflusses von Feuchtigkeit beträchtlich, was nahelegt, daß sie eine sich im Verlauf der Zeit verändernde Qualität besitzen.

Claims

1. Bleistiftgraphit, umfassend ein Bindemittel, einen Füllstoff und ein farbgebendes Mittel als wesentliche Komponenten, wobei der Füllstoff zumindest teilweise aus einem faserartigen Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß als faserartiges Material Magnesiumoxysulfat verwendet wird.

2. Bleistiftgraphit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleitmittel zu den wesentlichen Bestandteilen Diste arylketon zugegeben wird.