JP2008106184A - 鉛筆芯 - Google Patents

Abstract

【課題】 鉛筆芯の気孔内に機能性物質を配置して、筆記特性だけでなく、それ以外の様々な機能をも付与した鉛筆芯を提供すること。
【解決手段】 気孔を有する高温熱処理型鉛筆芯において、該気孔に粒径のｄ５０値が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の超微粒マイクロカプセルを配置してなる鉛筆芯。
【選択図】 なし

Description

本発明は、気孔を有する高温熱処理型の鉛筆芯に関する。

一般に、鉛筆芯は、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、尿素樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、フェノール樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ブチルゴムといった適宜の有機結合材や粘土などの無機結合材と、黒鉛、窒化ホウ素、タルクといった体質材とを主材として使用し、必要に応じて、カーボンブラック、無定形シリカなどの充填材、フタル酸エステルなどの可塑剤、メチルエチルケトン、水などの溶剤、ステアリン酸塩などの安定剤、ステアリン酸などの滑材を併用し、これらの材料をニーダー、３本ロールなどで混練し、細線状に押出成形した後、１０００℃前後での高温熱処理を施し、生成した気孔中に必要に応じて、流動パラフィン、スピンドル油、シリコーン油、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ポリエチレンワックス、モンタンワックス、カルナバワックスといった適宜油状物を含浸させて製造している。
このような、高温熱処理型の鉛筆芯には、鉛筆芯の構成材料として用いられる結合材の熱処理による分解・収縮や、必要に応じて用いられる可塑剤などの熱処理による揮散で生成した１〜１００ｎｍ（ミクロポア〜マクロポア）の範囲の気孔が多く存在する。そこで、筆記以外の機能を有する機能性物質をこの気孔内に配置できれば、その機能を発揮させることが可能であるが、この気孔は前述のようにｎｍサイズと小さいため、配置できる物も低粘度の液体状物質などに限定されてしまう。機能性物質が香料や色材などの場合には、この低粘度の液体状物質に該当する物や、香料などの揮発性物質を内包したマイクロカプセルなども存在するが、その大きさは鉛筆芯の気孔よりも大きなμｍサイズであるため、その気孔内には配置することができなく、鉛筆芯の気孔内には、通常は鉛筆芯の濃度や滑らかさを向上させることを目的として油状物が含浸されている程度であった。
近年、超微粒マイクロカプセルという通常のマイクロカプセルよりも遙かに微粒なｎｍサイズのカプセルが製造されるようになり、ドラッグデリバリーシステムにおけるキャリアーや遺伝子運搬体などとしての応用が期待されている。超微粒マイクロカプセルは、その大きさからナノカプセルとも呼ばれ、前述したように通常のマイクロカプセルよりも遙かに微粒のカプセルであり、リポソーム、デンドリマー、高分子ミセルなどの種類が知られており、通常のマイクロカプセルでは配置できないような鉛筆芯のメソポア範囲へも配置することができるものである。また、その他のｎｍサイズの微粒子としては、炭素原子のみで構成された球殻状分子であるフラーレン類などがあり、鉛筆芯の気孔内にフラーレン類を含浸させた鉛筆芯（特許文献１）が知られている。
特開平８−７３７９８号公報

特許文献１に記載されている発明では、鉛筆芯の気孔内にフラーレンを含浸させることで、フラーレンの持つ分子ベアリング作用による鉛筆芯の筆記潤滑性向上という鉛筆芯が本来有する性能の向上を図っただけのもので、筆記以外のその他の機能は付与できない。
鉛筆芯に筆記以外の機能を発揮させることを目的として、鉛筆芯構成物質以外の機能性物質を配合しても、高温熱処理型鉛筆芯では最終的に１０００℃前後の高温熱処理を施すため、機能性物質がその温度における耐熱性のあるものでなくてはならず、そのような物質は限られてしまい、任意の機能性物質を適宜使用することはできない。また、香料は揮発性が高く、気孔内に配置させても短時間で揮発してしまうため効果が長続きせず、色材は溶媒や分散媒が必要となり、これらを気孔内に長時間留めておくことは困難で、やはり効果が長続きしないという問題がある。即ち、香料や色材などの機能性物質はそのままの状態で気孔内に配置させたのでは、その機能を長期間維持させることが難しいのである。そして、機能性物質が潤滑剤や粘着剤などの場合には、それらが高粘度な物や固体状の物が多いため、気孔内に配置させることが困難である。
本発明は、様々な機能性物質を内包したｎｍサイズの超微粒マイクロカプセルを鉛筆芯の気孔内に配置することで、鉛筆芯に筆記特性だけでなく、それ以外の様々な機能をも付与した鉛筆芯を提供することを目的とする。

気孔を有する高温熱処理型の鉛筆芯において、該気孔に粒径のｄ５０値が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の超微粒マイクロカプセルを配置してなる鉛筆芯を要旨とする。

本発明に係る鉛筆芯は、様々な機能性物質を内包した粒径のｄ５０値が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の超微粒マイクロカプセルを気孔内に配置することで、筆記特性だけでなく、それ以外の様々な機能をも発現させることができる鉛筆芯である。
前述したように、高温熱処理型鉛筆芯には一般に１〜１００ｎｍ（ミクロポア〜マクロポア）の範囲の気孔が多く存在し、粒径のｄ５０値が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の超微粒マイクロカプセルであればその範囲の気孔に容易に配置させることができる。
超微粒マイクロカプセルは、鉛筆芯構成材料である黒鉛の粒径に比べて遙かに小さい紡錘形のカプセルであり、機能性物質の内包有無にかかわらず、鉛筆芯の筆記時に含浸油と共に黒鉛粒子を紙面に均一にスムーズに分散させるコロ効果を発揮するため、気孔内に超微粒マイクロカプセルを配置した鉛筆芯は超微粒マイクロカプセルを配置していない鉛筆芯に比べて筆記時の摩耗抵抗がより小さくなるという筆記特性の向上を図れる。
また、超微粒マイクロカプセルが二酸化炭素を媒体として超臨界領域において製造されるリポソームであれば、カプセル壁の一枚膜構造が可能なため、従来の多重膜リポソームに比べ５〜１０倍の内包量が可能である。本発明で使用する粒径のｄ５０値が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の超微粒マイクロカプセルは通常のマイクロカプセルに比べれば遙かに微粒であるが、含浸油が含浸されるような比較的小さなメソポアからミクロポアにまで配置される程の微粒ではないため、その後に含浸される含浸油はその比較的小さなメソポアからミクロポアを介し、効果を発揮すべき体質材との界面においてそのまま存在することができる。そのため、超微粒マイクロカプセルを気孔内に配置しても含浸油の作用である体質材の剥離摩耗性が損なわれることがなく、鉛筆芯の筆記濃度が低下してしまうことはない。そして、超微粒マイクロカプセルに内包された機能性物質は、揮発性の高い物でもカプセル壁に覆われて存在するため容易に揮発することなく、鉛筆芯の筆記時にこの超微粒マイクロカプセルが壊れることにより、初めてカプセルの外部に放出され、その機能を発揮するのである。
尚、ｄ５０値とは、ある粒度分布を持つ粉体において、その粉体をフルイに通した際に、フルイを通過した粉体の累積値が５０％になる時のフルイ目の直径（＝粉体の粒径）を言う。

以下、詳述する。
本発明で使用する超微粒マイクロカプセルとは、前述したように通常のマイクロカプセルよりも遙かに微粒なナノオーダーのカプセル（ナノカプセル）であり、ドラッグデリバリーシステムにおけるキャリアーや遺伝子運搬体などとしての応用が期待されているもので、リポソーム、デンドリマー、高分子ミセルなどが知られている、中でもリポソームはカプセル自体の強度もあり、製造方法も比較的簡単なため、応用分野が広がっている。一般的なリポソームの構造はリン脂質によって形成される多重膜構造体であり、内部に様々な物質を封入することができ、一つのカプセルの中に例えば水溶性物質と油溶性物質の両方を内包させることができるなどの特徴があり、粒子径は数ｎｍ〜数千ｎｍの範囲のものが知られている。
超微粒マイクロカプセルは内部に機能性物質を内包できるものであれば種類は問わないが、二酸化炭素を媒体として超臨界領域において製造されるリポソームであれば、一般的な多重膜構造だけでなく一枚膜構造も可能なため、従来の多重膜リポソームに比べ５〜１０倍の量の機能性物質内包が可能となるため好ましい。そして、超微粒マイクロカプセルが小さくなるほど筆記時においてもカプセルはつぶれ難くなるため、カプセル膜は多重膜のものよりも筆記時につぶれ易い一枚膜の方が好ましい。また、リポソームの粒径は前述したように鉛筆芯の気孔径との関係より、粒径のｄ５０値が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のものが好ましい。粒径のｄ５０値が１００ｎｍより大きいと、一般的な鉛筆芯が有する気孔径よりも大きい粒径のものが多くなり、気孔内に配置される量が少なくなるため機能性物質による効果が小さくなってしまう。逆に、粒径のｄ５０値が２０ｎｍより小さいと、含浸油が含浸されるような比較的小さなメソポアまで配置される粒径のものが多くなり、その後に含浸される含浸油の存在空間が減ってしまい、鉛筆芯の筆記濃度が低下してしまう。そして、粒径のｄ５０値が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲においては、鉛筆芯の気孔内に配置されるリポソームの量はその粒径により異なるが、リポソームの内包量がその粒径の３乗に比例するため、一般的には粒径の小さな物よりも大きな物を配置した方が機能性物質の内包量が増え、その効果も大きくなるため好ましい。この範囲にあるものの具体的な市販品としては、株式会社日本ボロン製の超臨界流体式リポソームが例示でき、その粒径は１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で制御できものである。
リポソームに内包させる機能性物質は液体状、固体状など形態の限定なしに選択できるが、カプセルを配置させる母材（体質材と結合材の炭化物）との相性や、筆記の際に発現する機能性物質の機能に適した形態のものを選択するのが好ましい。
機能性物質を内包したリポソームを鉛筆芯の気孔内に配置する方法は、リポソームが分散している分散液中に鉛筆芯を浸漬してリポソーム分散液を気孔内に配置させる方法でよい。気孔内に配置させるリポソームの量を増すために、分散液を配置させた後に分散媒を加熱等により除去し、再び分散液を配置させる処理を何度か繰り返してもよい。

本発明で用いられる超微粒マイクロカプセルが内包する機能性物質が香料の場合は、筆記することにより香りが漂うという効果が発揮され、一般に香料として分類されているものであればいずれも使用することができ、例えば、天然香料、合成香料、フレグランス、フレーバーのいずれであっても使用することができる。天然香料としては、ペパーミント、アプリコット、ローズ、ジャスミン、チュベローズ、イランイラン、スズラン、キンモクセイ、ラベンダー、アイリス、バイオレット、ミモザなどの植物性香料、ムスク、シベット、カストリウム、アンバーグリスなどの動物性香料などが挙げられ、また、合成香料としては、アセト酢酸エチル、アセトフェノン、アニスアルデヒドや単離香料が挙げられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。

機能性物質が色材の場合は、通常の筆記線の色とは異なった色の筆記線が得られるという効果が発揮され、一般に用いられている筆記具用のインキ組成物に分類されているものであればいずれも使用することができ、例えば、水性顔料インキ、水性染料インキ、油性顔料インキ、油性染料インキなどを用いることができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。

機能性物質が潤滑剤の場合は、機能性物質を内包していないか他の機能性物質を内包した物よりもより滑らかな筆記潤滑効果が発揮され、一般的に潤滑剤に分類されているものであればいずれも使用することができ、例えば、潤滑油であってもグリースであっても使用することができる。潤滑油としては、エンジンオイルなどの鉱物油、フッ素オイル、シリコーンオイル、エステルオイルなどの合成油、ヒマシ油などの植物油などが挙げられ、グリースとしては、カルシウム石鹸グリース、リチウム石鹸グリースなどの石鹸系、ベントングリース、シリカゲルグリースなどの非石鹸系が挙げられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。

機能性物質が粘着剤の場合は、粘着剤の作用で筆記摩耗粉が筆記面から移動しづらくなるため、筆記線の擦過による汚れが少なくなるという効果が発揮され、一般的に粘着剤に分類されているものであればいずれも使用することができ、例えば、アクリル系粘着剤、ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤などを用いることができる。アクリル系粘着剤としては、エマルジョン型粘着剤などが、ゴム系粘着剤としては、天然ゴム系、ブロック共重合体系、ポリイソブチレン・ブチルゴム系などが、シリコーン系粘着剤としては、過酸化物硬化型シリコーン粘着剤、付加型シリコーン粘着剤などが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。

上記以外の使用材料としては、従来公知の材料を使用することができる。結合材としては、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、尿素樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、フェノール樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、変成ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ブチルゴムなどの有機結合材や粘土などの無機結合材などの中より選択された１種もしくは２種以上のものを例示できる。また、体質材としては、一般的な、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛、人造黒鉛、窒化ホウ素、タルクあるいは雲母などの中より選択された１種もしくは２種以上のものを例示できる。更に、必要に応じて、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、リン酸トリクレジル、ジプロピレングリコールジベンゾエート、アジピン酸ジオクチル、プロピオンカーボネートなどの可塑剤、カーボンブラック、無定形シリカなどの充填材、ステアリン酸塩などの安定剤、ステアリン酸などの滑材、メチルエチルケトン、水などの溶剤などを適宜併用した材料をヘンシェルミキサーなどによる混合、ニーダー、３本ロールなどによる混練の後、細線状に押出成形し、８００℃〜１３００℃の高温熱処理を施す。高温熱処理後の鉛筆芯の気孔内に、機能性物質を内包した粒径のｄ５０値が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の超微粒マイクロカプセルを適宜方法で配置させた後、更に必要に応じて、流動パラフィン、スピンドル油、シリコーン油、スクワラン、α−オレフィンオリゴマー、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ポリエチレンワックス、モンタンワックス、カルナバワックスなどの適宜油状物を気孔内に含浸させて本発明の鉛筆芯を製造する。

以下、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
ポリ塩化ビニル樹脂（結合材） ５０重量部
黒鉛（体質材） ７５重量部
ジオクチルフタレート（可塑剤） ２５重量部
ステアリン酸塩（安定剤） ２重量部
ステアリン酸（滑材） １重量部
カーボンブラック（充填材） ２重量部
メチルエチルケトン（溶剤） ２０重量部
上記材料をヘンシェルミキサーによる混合、３本ロールによる混練をした後、細線状に押出成形し、空気中で３００℃まで約１０時間かけて昇温し、３００℃で約１時間保持する加熱処理をし、更に、密閉容器中で１０００℃を最高とする高温熱処理を施した。冷却後、ペパーミント（香料）を内包したリポソーム（株式会社日本ボロン製：粒径のｄ５０値が８０ｎｍ）分散液を気孔内に配置させた後に分散媒を除去し、更に、流動パラフィンを含浸させて、呼び径０．５のシャープペンシル用芯を得た。

＜実施例２＞
実施例１において、ペパーミント（香料）を内包したリポソームを、粒径のｄ５０値が８０ｎｍのものから３０ｎｍのものに変えた以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５のシャープペンシル用芯を得た。

＜実施例３＞
実施例１において、ペパーミント（香料）を内包したリポソームを、黒色水性顔料インキ（色材）を内包したリポソームに変えた以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５のシャープペンシル用芯を得た。

＜実施例４＞
実施例１において、ペパーミント（香料）を内包したリポソームを、フッ素オイル（潤滑剤）を内包したリポソームに変えた以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５のシャープペンシル用芯を得た。

＜実施例５＞
実施例１において、ペパーミント（香料）を内包したリポソームを、アクリル系エマルジョン型粘着剤を内包したリポソームに変えた以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５のシャープペンシル用芯を得た。

＜比較例１＞
実施例１において、リポソームを含浸しなかった以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５のシャープペンシル用芯を得た。

＜比較例２＞
実施例１において、ペパーミント（香料）を内包したリポソームを、粒径のｄ５０値が８０ｎｍのものから１２０ｎｍのものに変えた以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５のシャープペンシル用芯を得た。

＜比較例３＞
実施例１において、ペパーミント（香料）を内包したリポソームを、粒径のｄ５０値が８０ｎｍのものから１０ｎｍのものに変えた以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５のシャープペンシル用芯を得た。

以上、各実施例及び比較例で得た鉛筆芯について、超微粒マイクロカプセルに内包された機能性物質による効果を確認した。その結果を表１に示す。また、ＪＩＳ Ｓ ６００５に準じて曲げ強さと濃度を測定した。それぞれの例において、曲げ強さはどれも４００ＭＰａ前後であり有意差は認められなかった。また、濃度については実施例３と比較例３以外はどれも０．３８Ｄ前後であり有意差は認められなかった。更に、筆記摩耗抵抗値については実施例４と比較例１以外はどれも９５Ｐａ前後であり有意差は認められなかった。

Claims (4)

1. 気孔を有する高温熱処理型の鉛筆芯において、該気孔に粒径のｄ５０値が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の超微粒マイクロカプセルを配置してなる鉛筆芯。
2. 超微粒マイクロカプセルが二酸化炭素を媒体として超臨界領域において製造されるリポソームであることを特徴とする請求項１記載の鉛筆芯。
3. 超微粒マイクロカプセルが機能性物質を内包してなる請求項１又は請求項２に記載の鉛筆芯。
4. 機能性物質が、香料、色材、潤滑剤、粘着剤から選ばれる１種もしくは２種以上である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の鉛筆芯。