JP3935262B2 - 鉛筆芯の製造法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、結合材として特定のピッチ状物質を用いることで、強度が高く、かつバランスのとれた濃度、書き味を有する鉛筆芯の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来鉛筆芯は、黒鉛、カーボンブラックなどの着色材に、粘土や樹脂などの結合材を加え、さらに溶剤や可塑材を添加して混練し、得られた混練物を押出成形して芯素材とし、この芯素材を高温で焼成した後、必要に応じて気孔中に油やワックスを含浸して完成芯としていた。
この鉛筆芯の性能つまり強度、濃度、書き味などを向上させるために種々検討されてきており、その中で結合材はきわめて重要なファクターとなっている。特に、芯径の細いシャープペンシル用の鉛筆芯は高強度が要求されるので、焼成後に結合力の高い炭素骨格となる天然樹脂、合成樹脂などが好適な結合材として用いられてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、結合材として樹脂を用いた場合、たしかに粘土と比べ強度は向上するものの、安定した筆記性能とするために、通常の筆記では折れ難い高強度の鉛筆芯にしようとすると濃度、書き味などが逆に劣ってしまうことになる。つまり、強度を上げようとして樹脂を多量に用いると、濃度、書き味が劣化し、逆に樹脂を少なくすると濃度、書き味は良好であるが強度は落ちてしまうのである。これを改善するため、結合材としてアスファルトやコールタールピッチ、合成樹脂の乾留物などが知られている。
【0004】
例えば天然原料のピッチ類は、石炭の乾留分を精製した後の残査や、石油を精製した後の残査であり、鉛筆芯の結合材として用いた場合、強度が向上するなど好ましい特徴を有するものであるが、天然原料から得られたピッチ類は産地によりその内部組成が異なり、不純物も多く存在する。そのため得られた鉛筆芯の諸性能のばらつきが大きくなり易く、安定した性能が得られ難いのである。また、合成樹脂の乾留物は石炭、石油系のピッチ類と比べ、不純物は少なくしかも炭化収率が大きいので、ばらつきの小さい強度の高い鉛筆芯が得られる。しかし、樹脂の乾留物といっても温度、圧力、時間、雰囲気等の乾留条件によってはさまざまな組成のものが存在し、それによって芯の性能も異なってくるし、また強度と濃度とのバランスという面でいまだ十分なものではない。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ピッチ状物質が鉛筆芯の結合材として好ましい特徴を有することに鑑み、特定のピッチ状物質を結合材として用いることにより、特に良好な性能を有する鉛筆芯が得られることを見出し本発明を完成したものである。
【0006】
請求項1にかかる鉛筆芯の製造法は、少なくとも着色材と結合材とを混練、押出、焼成して成る鉛筆芯の製造法において、前記結合材の一部もしくは全部に、異方性領域が50体積%以上で、かつ軟化点が200〜360℃の範囲にあるピッチ状物質を用いることを特徴としたものである。
【0007】
さらに、前記ピッチ状物質のH/Cが0.55〜0.70の範囲にあることを特徴としたものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる結合材は、その異方性領域が50体積%以上、より好ましくは70体積%以上であるピッチ状物質である。異方性領域とは、分子が一方向に規則正しく並んだ構造を持つ部分を示すものであって、実質的にはピッチ中のメソフェーズを示す。軟化点の低い石炭、石油系ピッチには異方性領域はなく、100%等方性である。この石炭、石油系ピッチあるいは樹脂を用いて作製された軟化点の高いピッチ状物質には異方性領域が存在するようになる。この異方性領域がおおむね50体積%以上になると、それまでピッチ状物質の中で独立分散していた異方性領域(メソフェーズ)が相転換を起こして連続相になる。この異方性領域の存在により、押出時には分子が一定方向に並ぶため、密度が高い鉛筆芯となり、結果として曲げ強度の優れた鉛筆芯が得られる。さらに、芳香族縮合環を主体にした分子が一定方向に配向しているので、焼成時にピッチが黒鉛化しやすくなり、濃い筆跡と滑らかな書き味を同時に発現すると共に、性能のばらつきも小さくなる鉛筆芯になるものと思われる。
【0009】
また本発明のピッチ状物質として、その軟化点(メトラー法)が200〜360℃の範囲にあることを特徴とする。200℃以下のものでは、焼成時において軟化温度が低すぎるせいか良好な性能のものが得られず、また360℃以上のものは内部組成中に固相を含むようになってしまい、不溶の部分がでてくるため、これも曲げ強度やばらつきなどにおいて、十分な性能が得られ難い。
ピッチ状物質として、異方性領域および軟化点の特定されたものを用いることにより、初めて曲げ強度がきわめて高く、それでいて濃度、書き味の優れた鉛筆芯となるのである。
【0010】
さらに本発明のピッチ状物質として、好ましくは水素と炭素の比であるH/Cが0.55〜0.70、特には0.60〜0.65の範囲にあることが好適である。本発明のピッチ状物質は、芳香族縮合環を主体にして形成されているが、芳香族縮合環の構造やその側鎖の構造によりH/Cの値は変わってくる。例えば従来のコールタールピッチは0.45〜0.50位であり、石油系ピッチでは0.50〜0.55位の値となっている。
このH/Cの値が0.55〜0.70の間にある時、理由は定かでないが良好な性能の鉛筆芯が得られるのである。つまり材質自体の粘度が従来の石炭系、石油系のピッチと比べて低くなって、製造品質的に管理し易くなると同時に、押出時において、芳香族縮合環を含んだ分子どおしが一方向に揃い易く、結果として焼成時点で炭素層面が軸方向に並列して位置され易くなり、均一で安定した性能を有することになるものと思われる。
【0011】
本発明で使用されるピッチ状物質としては、天然原料から得られた軟化点の高い石炭、石油系のピッチに水素添加して改質したもの、あるいは炭化水素系の有機物質を特定の条件下で重縮合反応させるかあるいはさらにこれを水素添加して改質したものなどが挙げられ、種々の条件で作製された上記ピッチ状物質の中から、異方性領域が50体積%以上で、かつ軟化点が200〜360℃の範囲のもの、より好ましくはさらにH/Cが0.55〜0.70のものを選択して用いることとなるが、特には炭化水素系の有機物質を特定の条件下で重縮合反応させたものか、さらにはこれを水素添加して改質したものが好適である。
炭化水素系の有機物質としては、最終的に上記範囲に含まれるようなピッチ状物質を生成できるようなものであればなんでもよいし、炭素、水素以外の元素を含んだ材料でもよいが、特には芳香族炭化水素系の有機物質が挙げられ、例えばテトラベンゾフェナジン、アセナフチレン、アンスラセン、フェナンスレン、フェノール、ナフタレンなどが好適である。
【0012】
本発明で使用されるピッチ状物質の他に、結合材として他の有機高分子物質を併用してもよい。併用することにより、混練性能や押出成形性などをより一層高めることができ、最終的により良好な性能を有する鉛筆芯を得ることができる点で好適である。有機高分子物質としては、例えば天然樹脂、合成樹脂、炭化水素系有機化合物、コールタールピッチ、アスファルトなど従来公知のものが挙げられる。
【0013】
本発明のピッチ状物質としては、上記条件の他に平均分子量が800〜2000の範囲にあるものがより好ましい。平均分子量が800以下であると、炭化収率が小さくなって充分な曲げ強度と良好な書き味が得られ難くなり、また2000以上であると、溶剤との相溶性が悪くなって着色材との分散性が劣化し、安定した品質が得られ難くなる。
【0014】
本発明のピッチ状物質を結合材の一部あるいは全部とし、これに黒鉛、カーボンブラックなどの着色材を加え、さらに溶剤、可塑剤等を添加してニーダー、三本ロールにて混練する。なお、原材料として従来公知の気孔形成物質を添加してもよい。得られた混練物を押出成形して所定の芯素材を作製する。ここで、溶剤等を用いずに、加熱により結合材を軟化させて混練を行い、さらに加熱押出により成形してもよい。次にこの芯素材を必要に応じて乾燥した後、還元雰囲気、不活性雰囲気、真空等の無酸化雰囲気および所定の昇温速度で概ね700℃以上の高温にて焼成する。得られた焼成芯に必要に応じて油、ワックスなどを含浸して完成芯とする。なお、上記製造法は一般的な製法であり、本発明のピッチ状物質以外は特にこの製法に限定されるものではない。
【0015】
【実施例】
実施例1
黒鉛60部と結合材としてのピッチ状物質(異方性領域75体積%、軟化点220℃、H/Cが0.62、平均分子量1000)40部とを加熱ニーダー、加熱三本ロールにて加熱混練し、得られた混練物を所定の径にて加熱押出成形した。この芯素材を、アルゴンガス中において昇温速度50℃/時間で900℃まで昇温し、900℃で2時間保持した。得られた芯体の気孔中にスピンドル油を含浸して、外径0.57mmφのシャープペンシル用鉛筆芯とした。
この鉛筆芯は、曲げ強度が380MPa、濃度が0.32で、強度が高い割りに筆跡濃度の高い鉛筆芯が得られ、さらに書き味もざらつきや引っ掛かりのない良好な鉛筆芯となった。
【0016】
実施例2
黒鉛50部と結合材としてのピッチ状物質(異方性領域100体積%、軟化点270℃、H/Cが0.60、平均分子量1500)35部およびポリビニルアルコール15部と、水100部とをニーダー、三本ロールにて混練し、得られた混練物を所定の径にて押出成形した。この芯素材を実施例1と同様の焼成条件で焼成した後、得られた芯体の気孔中にスピンドル油を含浸して、外径0.57mmφのシャープペンシル用鉛筆芯とした。
この鉛筆芯は、曲げ強度が400MPa、濃度が0.31で、強度が高い割りに筆跡濃度の高い鉛筆芯が得られ、さらに書き味もざらつきや引っ掛かりのない良好な鉛筆芯となった。
【0018】
比較例1
黒鉛60部および結合材としてコールタールピッチ(異方性領域0%、軟化点180℃、H/Cが0.48、平均分子量300)40部とし、実施例1と同様の工程でシャープペンシル用の鉛筆芯を作製した。
この鉛筆芯は、曲げ強度が280MPa、濃度が0.33で、濃度は高いものの強度が充分ではない。さらに書き味もざらつきが生じ、ばらつきの大きい鉛筆芯となった。
【0019】
比較例2
結合材としてアスファルトの乾留物(異方性領域70%、軟化点380℃、H/Cが0.50、平均分子量2200)を用いた以外はすべて実施例1と同様の配合、工程でシャープペンシル用の鉛筆芯を作製した。
この鉛筆芯は、曲げ強度が320MPa、濃度が0.26で、濃度も低く、強度が充分ではない。さらに書き味もざらつきが生じ、ばらつきの大きい鉛筆芯となった。
【0020】
比較例3
結合材として炭化水素系化合物の乾留物(異方性領域30%、軟化点250℃、H/Cが0.67、平均分子量600)を用いた以外はすべて実施例1と同様の配合、工程でシャープペンシル用の鉛筆芯を作製した。
この鉛筆芯は、曲げ強度が317MPa、濃度が0.28で、濃度は若干低く、強度も充分ではない。書き味は普通である。
【0021】
比較例4
結合材としてコールタールピッチ(異方性領域20%、軟化点280℃、H/Cが0.47、平均分子量1400)を用いた以外はすべて実施例1と同様の配合、工程でシャープペンシル用の鉛筆芯を作製した。
この鉛筆芯は、曲げ強度が305MPa、濃度が0.28で、濃度は若干低く、強度も充分ではない。さらに書き味もざらつきが生じ、ばらつきの大きい鉛筆芯となった。
【0022】
比較例5
結合材としてアスファルトの乾留物(異方性領域70%、軟化点380度、H/Cが0.60、平均分子量2300)を用いた以外はすべて実施例1と同様の配合、工程でシャープペンシル用の鉛筆芯を作製した。この鉛筆芯は、曲げ強度が325MPa、濃度が0.27で、濃度は若干低く、強度も充分ではない。書き味は普通である。上記実施例1、2および比較例1、2、3、4、5について、その性能を表1にまとめた。
【0023】
【表1】
なお、各性能の単位は次の通りである。異方性領域:体積%、軟化点:℃、曲げ強度:MPa、濃度:D。書き味は官能試験であり、Aは良好、Bはやや良好、Cは普通、Dは悪いことを表す。また曲げ強度および濃度の測定は、JIS−S−6005に準じた。ただし、曲げ強度測定時の支点間距離を20mmとした。濃度は、数値が高いほど濃い。軟化点の測定は、メトラー法によるものである。
【0024】
【発明の効果】
以上、本発明のピッチ状物質を結合材として用いることにより、押出時高密度の芯素材となり、しかも焼成後一定方向の炭素配列が得られ易くなるため、結果として曲げ強度が高く、かつバランスのとれた濃度、書き味となり、安定した良好な性能を有する鉛筆芯が得られる。
Claims (1)
- 少なくとも着色材と結合材とを混練、押出、焼成して成る鉛筆芯の製造法において、前記結合材の一部もしくは全部に、異方性領域が50体積%以上で、かつ軟化点が200〜360℃の範囲で、さらにH/Cが0.55〜0.70の範囲にあるピッチ状物質を用いることを特徴とする鉛筆芯の製造法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05895698A JP3935262B2 (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | 鉛筆芯の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05895698A JP3935262B2 (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | 鉛筆芯の製造法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11241044A JPH11241044A (ja) | 1999-09-07 |
JP3935262B2 true JP3935262B2 (ja) | 2007-06-20 |
Family
ID=13099302
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05895698A Expired - Lifetime JP3935262B2 (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | 鉛筆芯の製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3935262B2 (ja) |
-
1998
- 1998-02-24 JP JP05895698A patent/JP3935262B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11241044A (ja) | 1999-09-07 |
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