JP7137642B2 - 木で覆われたペンシル - Google Patents

Description

本発明は、揮発性成分を有する芯を収容するために適した、木で覆われたペンシルに関する。

木で覆われたペンシルには様々な用途がある。それらは一般に、鉛筆、ペンシルクレヨンまたは化粧品の芯、または任意の他の芯であり得る芯が、木または木質の材料からなる外被内に挿入されて構成される。木は再生可能な原料の状況と心地よい触覚のために人気のある材料である。そのようなペンシルは典型的にはスラットに溝をフライス加工し、その溝の中に芯を入れることによって製造される。その後、第２のスラットを、対向する溝と合わせて配置し、それが芯を覆う。次いで２つのスラットを互いに貼り合わせ、次いで該スラットからペンシルを切り出す。木で覆われたペンシルは典型的には、削り機で削ることができる点と、コーティングおよび／またはキャップで保護されていることがある後端部とを有する。

そのようなペンシルにおいて使用される芯は、用途に応じて様々な材料によって製造され得る。顔料および結合剤から形成されるペンシル配合物の使用は問題を示さない。それらの芯は揮発性成分を実質的に含有しないので、揮発性部分の蒸発に伴う問題もない。

しかしながら、美容の分野では、不揮発性成分と揮発性成分との両方を含むスティック状の配合物を使用することが一般的である。揮発性成分の目的は一般に、配合物を施与し易くし、且つ施与および保持特性に影響を及ぼすためである。そのようなスティックに伴う問題は、揮発性成分が徐々に放出され、一方では、芯がより脆く且つ壊れやすくなることを引き起こし、施与が不便になることであり、他方では、揮発性成分が放出された結果として芯の収縮を引き起こして、芯がもはやペンシルのシースにしっかりと据えられないことである。

木の外被ではなくポリマーの外被を使用することによってこの問題を克服するための試みは既になされてきた。しかしながら、多くのユーザーは、その触覚ゆえに木で覆われたペンシルのほうを好む。木のペンシルを、溶剤耐性のコーティングによって覆うことも可能である。しかしながら、この場合もまた、ペンシルを使用する際の触覚と感覚が損なわれる。

木の孔を合成物質、例えばアクリレートなどで含浸させる試みも既になされてきた。しかしながらこれも、木のペンシルが天然物であるという印象を失うことをもたらす。さらには、そのような方法は、高レベルの技術的な複雑さを伴う。

従って、本発明の課題は、木で覆われたペンシルのための木の外被であって、木のペンシルの天然物の特徴を維持し、握ったときに木のペンシルの感覚をもたらし続け、所望の場合は装飾が可能であり、且つ木または木質の材料にバリア特性を与え、触覚および概観を損なわないものを提供することであった。

さらなる目標は、木の外被にバリア特性を備えることができる方法であって、単純に、且つ大々的な技術的な複雑さはなく行うことができる方法を提供することである。

上記で特定された課題は、特許請求の範囲に定義される、木で覆われたペンシルによって解決される。

意外なことに、特許請求の範囲で定義される糖成分で含浸された木の外被が、長期の保存の間であっても、化粧用ペンシル中、さらにはペンシルクレヨンおよび他の種類のペンシル中で典型的に見出される種類の揮発性成分が漏れることを、完全または大幅に防ぐバリア特性を示すことが判明した。従って、芯の良好な特性が長期間にわたって保持される、高品質で容易に保管可能な木のペンシルを提供することが可能である。さらに、本発明に従って処理された木材に適宜、ワニス塗装、エンボス加工、スクリーン印刷、ラベリングまたは他の慣例的な方法による慣例的な装飾を付与できることが判明した。

本発明の糖成分は、下記で定義されるとおり、少なくとも１つの糖と、少なくとも１つの多塩基有機酸との組み合わせからなる。さらなる成分が存在することがある。理論に束縛されるものではないが、糖と、少なくとも２つのカルボキシル基を有する化合物との本発明の混合物は互いに反応し、鎖または鎖状の分子を生成し、それが木の中の孔を充填して、木の中に豊富にあるＯＨ基を介した吸着または結合によって保持されると考えられる。この構造は、揮発性材料の漏出を遅らせるか、またはさらには防止するバリアを形成する。さらに、理論に束縛されるものではないが、この構造は揮発性成分を「つかんで」おり、換言すればそれらが先へ移動し且つペンシルの先端を介して漏れることを遅らせると考えられる。木材は糖単位に基づいて構成されているので、糖成分と木材との間の適合性は高い。外被が本発明の糖成分で含浸される場合、実施例に記載される試験によって１２週間のうちに測定して、揮発性成分を含む芯からの質量損失を３質量％未満、特に２．５％未満、実質的に２％未満、さらには１．６質量％までにも下げることが可能であることが判明した。典型的に使用される材料では、質量損失は６質量％以上になることがあり、芯の配合物の品質が著しく損なわれ、そのペンシルを使用不可能にすることが多い。

揮発性成分が糖成分によって保持され且つさらに輸送されないという事実のおかげで、木の中の大気における代償作用もあり、これはさらなる揮発性分子が芯を離れることを防ぐ。

前記の有利な特性は、外被のために使用される材料が糖成分で含浸される場合に達成される。本発明に関して、木材とは、外被の製造のために適した任意のリグノセルロース材料に関する。従って、この用語は、天然の木のみならず、処理された木、ウッドチップまたは木の構成要素から製造された木材、例えば木のプレスボード、合板、砕木およびその種のものを含む。従って、本発明に関して使用される「木材」との用語は、木に由来するあらゆるリグノセルロース材料を包含することが意図されている。それらの材料の全ては、セルロースで、つまりβ－１，４－グリコシド結合中のグルコース分子から構成される多糖で構成される。

外被を含浸または飽和させるために使用される本発明の糖成分は、少なくとも１つの成分、特に少なくとも１つの単糖、二糖またはオリゴ糖と、少なくとも１つの多塩基有機酸とを有する溶液である。それらにさらなる成分を添加してもよい。特に木材との適合性を確実にする、少なくとも１つの糖が必須である。「糖」との用語は、単糖類、二糖類およびオリゴ糖類、つまり、１つ、２つ、またはそれより多くの糖単位で構成される分子を包含し、糖単位とは、４～６、より具体的には５または６、好ましくは６個の炭素原子を有するアルドースまたはケトースである。適した単糖類の例は、グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトース、アラビノース、キシロースまたはリボースである。単糖として、または二糖類およびオリゴ糖類の構成ブロックとして非常に適しているのは、グルコース、ガラクトース、フルクトースまたはそれらの混合物である。二糖類の例は、マルトース、ラクトース、スクロースおよびそれらの混合物である。

ここで、オリゴ糖は、３０個まで、例えば３～２５個の糖単位で構成される糖類に関し、適した例は３～２０個のグルコース単位で構成されるオリゴ糖類である。オリゴ糖の１つの例はマルトデキストリンであり、それはデンプンの酵素分解によって得ることができる。マルデキストリンは種々の鎖長を有して存在する。３～２０、例えば１０～２０のデキストロース当量を有するものが特に適している。

糖成分は、少なくとも１つの単糖、二糖またはオリゴ糖を含むが、異なる単糖類、異なる二糖類、異なるオリゴ糖類の混合物、または異なる種類の糖の混合物も含み得る。少なくとも１つの単糖と少なくとも１つのオリゴ糖との混合物が特に良好な結果をもたらすことが判明した。

前記糖成分の第２の必須構成要素は、多塩基有機酸、つまり少なくとも２つのカルボキシル基を提供し且つ追加的にさらなる官能基、特にヒドロキシル基も有し得る分子である。カルボン酸は、それらが含浸溶液中、つまり使用される溶剤（一般には水性である）中で溶解する場合、特に適している。従って、少なくとも２つのカルボキシル基を有し且つ前記酸がまだ可溶性であるような鎖長を有する、例えば２～６個のＣの鎖長を有する、直鎖の飽和および不飽和のカルボン酸が適している。前記少なくとも２つのカルボキシル基は架橋をもたらし、ひいては生じる鎖の構造化をもたらし、形成される構造の架橋および固定のためにはたらく。多塩基酸と多価アルコール、つまり糖類との間の架橋は、木材の特に適合性のある含浸と共に、高い不浸透性をもたらすと考えられる。

多塩基酸として、公知の有機酸、例えばクエン酸、酒石酸、シュウ酸、粘液酸、フマル酸、アルダル酸またはそれらの酸の混合物を使用することが可能である。クエン酸は糖成分の本質的によく適した構成要素であることが判明した。この理由は、クエン酸は、３つのカルボキシル基に加えてヒドロキシル基も有するので、糖類およびセルロースのＯＨ基との特に高い適合性に寄与するからであると考えられる。

少なくとも１つの酸が存在し、糖成分中に異なる酸の混合物があってもよい。

糖成分の２つの構成要素、糖（類）と多塩基酸とは液体のビヒクル中の溶液の形態で存在する。液体のビヒクルは、糖および多塩基酸を十分に溶解でき、木材と適合性があり、木および糖成分に悪影響せず、且つ人間、動物および環境に有害ではない任意の溶剤であってよい。水性の溶液、特に水がこのために適している。典型的には水が使用される。

少なくとも１つの多塩基有機酸の他に、少なくとも１つの一塩基有機酸も含まれ得る。一塩基酸、例えば酢酸、乳酸、アルデュロン酸(alduronic acid)、マンデル酸またはそれらの混合物が、多塩基有機酸、例えばクエン酸と混合される場合に良好な結果も達成できることが判明した。

糖成分の溶液中に存在するのは、一方では糖類であり且つ他方では酸である。糖成分中の糖類の割合は、各々、完成された含浸溶液の質量に対して０．５～５０質量％の範囲であり、糖の割合は、使用される具体的な糖類の性質、木材の性質、酸の性質および量、および含浸の温度および持続時間を含む要因に依存する。例えば１～４０質量％、例えば２～２５質量％の割合が適している。良好な結果は２．５～２０質量％、例えば４～１５質量％の割合で達成できる。

本発明の糖成分中の多塩基有機酸の割合は、完成された含浸組成物の質量に対して０．５～２５質量％、例えば１．５～２２質量％の範囲にあってよい。良好な結果は４．５～１６．８質量％の範囲で得られる。

一塩基酸が使用される場合、その割合は好ましくは１～１０質量％、例えば１．５～７質量％の範囲である。

さらには、糖成分へのポリオールの添加が結果をさらに改善することが判明し、ここでポリオールは少なくとも４つのヒドロキシル基を有するが他の官能基は有さない線状の有機化合物である。ポリオールの例はペンタエリトリトールまたはポリビニルアルコールまたはそれらの混合物である。ポリビニルアルコールは多くのグレードで利用可能である。本発明のために適したポリビニルアルコールは、加工温度および室温で液体であり且つ他の構成要素と適合性があるものであり、それは、それらが溶液のままであり且つ析出しないことを意味する。適した例は、市販されている種類の部分的に鹸化されたＰＶＡ、好ましくは約７５％～９０％の加水分解度を有するＰＶＡである。室温で４％濃度の溶液で測定して、３～４ｍＰａ・ｓの範囲の粘度を有するポリビニルアルコールを用いて、良好な結果が達成される。理論に束縛されるものではないが、ポリオール並びに多塩基酸は効果的な架橋および適合性に寄与し、さらに孔の封止を補強すると考えられる。ポリオールが使用される場合、その割合は好ましくは、各々、完成された組成物の質量に対して０．５～８質量％、例えば３～６質量％の範囲である。

本発明の木で覆われたペンシルを、上述のとおり、ペンシルの製造のために使用される木材を糖成分で、１０分～２４時間の時間にわたって０～９０℃の範囲の温度で含浸させることによって製造できる。圧力は決定的ではなく、且つ１～２０ｂａｒであってよく、減圧を用いることもできる。含浸を周囲条件下で行うことができ、特に有利である。例えば、含浸を５～１２ｂａｒで５～１２時間行うことも適している。

木材は含浸溶液中で少なくとも１０分費やすべきであることが判明し、なぜなら、そうでなければ含浸が十分に行き渡らないからである。各々の場合の最適な時間は、木材の厚さ、使用される具体的な含浸溶液、および用いられる温度に応じて簡単に選択できる。２４時間を上回る含浸はさらなる効果をもたらさず、従って経済的ではない。１つの実施態様において、木材を含浸溶液、つまり糖成分中に終夜、つまり例えば約８～１４時間、好ましくは周囲条件下で入れる。木材を厚さにも応じて、３０～１８０分間、高められた温度、例えば３０～９０℃、より具体的には４０～５０℃で含浸溶液中に入れることも可能である。含浸を大気圧または高められた圧力下で、例えば約１～２０ｂａｒ、例えば３～１２ｂａｒの圧力で行ってよい。

含浸の温度は０～９０℃であってよい。このことも該方法を非常に簡単にし、なぜなら、室温領域の温度も用いることができるからであり、それは加熱の必要がないことを意味する。温度が高いほど、含浸は迅速になる。

外被の製造のために準備される木材と、形成後の木の外被との両方が糖成分中に含浸され得る。

従って、本発明の木で覆われたペンシルを、環境に有害な構成要素を使用する必要なく、且つ多大なコストおよび複雑さもなく非常に容易に製造でき、なぜなら木材を単純に糖成分中に挿入できるからである。

含浸が終了したら、完成されたペンシルを室温で寝かせて乾燥させてもよいし、または公知の方法において、高められた温度を用いて、例えば乾燥キャビネット内で乾燥させてもよい。

本発明の糖成分で含浸されたペンシルスリーブは、溶剤、例えば揮発性シリコーンおよび揮発性炭化水素の蒸発に対する良好なバリアを形成すること、および蒸発を著しく制限できることが判明した。それにもかかわらず、ペンシルは削ることに適したままであり、且つ慣例的な方法で加工および装飾できる。さらに、それらは所望の魅力的な触覚および外観を保持する。

理論に束縛されることはないが、含浸の間に、木材のセルロース繊維の自由なＯＨ基が多糖類および多価アルコール類のＯＨ基と、および前記酸のカルボキシル基と架橋し、それによって乾燥後の木材の孔の中の自由な容積が満たされると考えられる。

含浸工程を、室温で、または好ましい場合は他の温度で行うことができる。圧力は、大気圧または適度に高められた圧力、例えば１０ｂａｒまでの圧力のいずれかであってよい。本発明の方法の１つの実施態様において、まず、適度な減圧の適用によって木材を排気する。その後、含浸溶液を添加する。引き続き木材を乾燥させる。乾燥を室温で行ってもよいし、または乾燥時間を短くするために高められた温度で行ってもよい。乾燥を本質的に慣例的な方法で行うことができる。例えば木材を含浸溶液から取り出し、２時間までの間、ドリップドライさせておくことができる。その後、高められた温度で、例えば３０℃から溶剤の沸点以下の温度、例えば水の場合は１００℃までの範囲で、木材が乾燥するまで慣例的に乾燥させ、この場合の乾燥条件は、木材も、木の中に吸収される糖成分も損なわれないように設定されるべきである。そのような技法は当業者に公知である。例えば、温度を最高で溶剤の沸点の温度まで段階的に上昇させることができ、例えば乾燥キャビネットを５０～７０℃へと、１５～６０分以内で加熱でき、次いでこの温度を１～５時間保持でき、次いで１５～６０分以内で最高で溶剤の沸点の温度まで、例えば１００℃まで加熱を行うことができる。その後、この温度を少なくとも質量が一定になるまで、例えば２４時間まで、例えば８～１４時間、終夜保持できる。乾燥を加速させるために真空を適用できる。時間、温度、および適宜、圧力に関する最適な乾燥条件は、当業者であれば通常の試験によって容易に決定できる。

木材のバリア特性を測定するために、以下の試験方法が行われた。

木材を上述のとおり含浸した。次いで、その木材から木のボートを形成し、芯材料をそれらのボート内に封入した。次いで、それらのボートを４５℃で１２週間保持した。時々、および１２週間後に質量損失を測定した。引き続き、前記ボートを開けて、芯の外観を検査した。それらの試験において、未処理のシダーウッド製のボートはわずか１０週間後には非常に多くの揮発性成分を失い、ペンシルがもはや使用可能ではないことが判明した。芯は収縮していた。本発明の糖成分で処理されたボートの場合、１２週間後の質量損失は低く、つまり３％質量％未満であり且つ１．６９質量％までであった。

この試験の場合、木材の品質は４５℃で１２週間後に揮発性成分の含有率が１０質量％より多く変わっていなければ、不浸透性に関して十分であるとみなされる。この値は本発明による全ての糖成分によって達成された。

未処理の木材製のボートについての質量損失を示す図である。 本発明によって処理された木材製のボートについての質量損失を示す図である。

本発明を以下の実施例においてさらに説明する。

例１
水溶液中に１６．３質量％のクエン酸、１．６質量％のグルコース、７．１質量％のマルトデキストリン、および１質量％のＰＶＡを含有する含浸溶液に木材を入れた。前記木材を引き続き以下のように乾燥させた：
予備乾燥／ドリップドライ１時間、２５℃
６５℃に３０分以内で加熱
６５℃で３時間
１００℃に３０分以内で加熱
１００℃で１２時間。

冷却後、木材をボートへと加工し、その中に芯を挿入した。さらに、比較のために未処理の木材のボートを製造し、同じ芯の配合物を装備した。シダーウッドのボート内にはめ込まれた芯の配合物の組成は以下のとおりであった：

次いで、全てのボートを封止した。得られるボートを加熱キャビネット内で、４５℃で１２週間保持した。質量を１、２、３、４、１０および１２週間後に各々測定して、質量損失を計算した。各々の試験のために複数のボートを使用したので、全ての値は平均値である。このためにボートを加熱キャビネットから取り出し、室温への冷却後に計量した。図１は、未処理の木材製のボートについての質量損失を示し、図２は本発明によって処理された木材製のボートについての質量損失を示す。

未処理の木は揮発性炭化水素に対して不浸透性ではないことが明らかにわかる。わずか１週間後にペンシルは著しくより乾燥し、１０週間後にはそれらはもはや使用可能ではなかった。芯は収縮していた。従って、試験は１０週間後に中止された。

逆に、本発明によって処理された木材製のボートは１２週間後であっても不浸透性のままであり、質量損失は最小限であった。さらなる基準、例えば装飾、削り易さ、加工、外観等はよく満たされていることが判明した。

例２
本発明による種々の糖成分を試験した。このために、木材を各々表３に定義される含浸溶液中に挿入した。引き続き、その木材をボートに加工し、その各々に芯を挿入した。シダーのボート内にはめ込まれた芯の材料の組成は以下のとおりであった：

次いで、ボートを封止した。得られるボートを加熱キャビネット内で、４５℃で１２週間保持した。質量損失を１、２、３、４、１０および１３週間後に測定した。このために、ボートを加熱キャビネットから取り出し、室温に冷却した後に秤量した。１３週間後、ボートを開け、その中に含有される芯を、それらの削り易さ、視覚的な外観、加工等について調査した。本発明の糖成分で木が含浸されたボートの場合、装飾性、削り易さ、加工、視覚的な外観などに関し、視覚的に異常はなかったことが判明した。逆に、未処理の木から製造されたボートの場合、芯は収縮しており、わずか１週間後に著しくより乾燥し、そして１０週間後にはもはや使用可能ではなかったことが判明した。

この試験の場合、木材の品質は、４５℃で１２週間後に質量損失が最大３質量％であれば、不浸透性に関して十分であるとみなされた。表３に示されるとおり、この値は本発明による全ての糖成分によって達成された。

組成と結果を下記の表３に示す。

例３
水溶液中に１６．３質量％のクエン酸、１．６質量％のグルコース、７．１質量％のマルトデキストリン、および１質量％のＰＶＡを含有する含浸溶液に木材を挿入した。引き続きその木材を、様々な芯材料を使用してボートに加工し、次いでそのボートを例１に記載したとおりに試験した。使用された芯材料は以下のとおりである：例２の芯材料、表４による以下の組成を有する芯材料、表５による以下の材料を有する芯材料：

１３週間後、ボートを開け、その中に含有される芯を、それらの削り易さ、視覚的な外観、加工等について調査した。本発明の糖成分で木が含浸されたボートの場合、装飾性、削り易さ、加工、視覚的な外観などに関し、視覚的に異常はなかったことが判明した。質量損失を上述のとおり測定し、判明した値は以下のとおりであった：

Claims (14)

1. 外被と芯とを含む、木で覆われたペンシルであって、前記外被が糖成分で含浸された木材からなり、前記糖成分はビヒクル中の溶液において、少なくとも１つの単糖と、少なくとも１つのオリゴ糖と、少なくとも１つの多塩基有機酸とを含む、前記木で覆われたペンシル。
2. 前記糖成分が、グルコース単位で構成される少なくとも１つのオリゴ糖、例えばマルトデキストリンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の木で覆われたペンシル。
3. 前記糖成分の単糖が、グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトース、アラビノース、キシロースおよび／またはリボースを含むことを特徴とする、請求項１に記載の木で覆われたペンシル。
4. 前記糖成分が、さらに二糖を含むことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の木で覆われたペンシル。
5. 前記糖成分の二糖が、マルトース、ラクトースおよび／またはスクロースを含むことを特徴とする、請求項４に記載の木で覆われたペンシル。
6. 前記糖成分のオリゴ糖が、デキストロース当量３～３０を有するマルトデキストリンであることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の木で覆われたペンシル。
7. 前記糖成分が、多塩基有機酸として、クエン酸、酒石酸、シュウ酸、粘液酸、フマル酸、アルダル酸またはそれらの酸の少なくとも２つの混合物を含むことを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の木で覆われたペンシル。
8. 前記糖成分がさらに少なくとも１つの一塩基有機酸を含むことを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の木で覆われたペンシル。
9. 前記一塩基有機酸が、酢酸、乳酸、アルデュロン酸、マンデル酸またはそれらの混合物であることを特徴とする、請求項８に記載の木で覆われたペンシル。
10. 前記糖成分がさらにポリオールを含むことを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項に記載の木で覆われたペンシル。
11. 前記ポリオールが、ペンタエリトリトール、ポリビニルアルコールまたはそれらの混合物であることを特徴とする、請求項１０に記載の木で覆われたペンシル。
12. １０分～２４時間、０℃～９０℃の温度で、請求項１から１１までのいずれか１項で定義された糖成分で木を含浸させることを含む、揮発性シリコーンまたは揮発性炭化水素に対するバリア特性を有する木の製造方法。
13. 木または木の代用品における揮発性シリコーンまたは揮発性炭化水素に対するバリア特性をもたらすための、少なくとも１つの単糖と、少なくとも１つのオリゴ糖と、少なくとも１つの多塩基有機酸とを含む組成物。
14. グルコース単位で構成される少なくとも１つのオリゴ糖、例えばマルトデキストリン、および少なくとも１つの単糖、酢酸と任意に混合されたクエン酸、および任意にポリビニルアルコールも含むことを特徴とする、請求項１３に記載の組成物。

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