KR20030078423A - 연필심 조성물 및 이를 이용하여 제조하는 연필심 - Google Patents

Abstract

가공성을 향상시키고 굽힘강도와 농도를 함께 만족시키도록, 체질제인 흑연과 유기결합제를 주재료로 사용하고, 여기에 용제나 가소제를 첨가하여 혼련하며, 세선상으로 압출성형한 후 소성처리를 실시하여 얻은 소결체에 유상물 함침하는 고정으로 연필심을 제조하고, 체질제인 흑연과 유기결합제인 열가소성수지를 주재료로 하고, 여기에 주석계말레인산염폴리머와 칼슘스테아레이트를 함유하여 이루어지는 연필심 조성물을 제공한다.

주석계말레인산염 및 칼슘스테아레이트는 각각 0.1~15중량%를 첨가하고, 열가소성수지는 35~60중량%를 첨가한다.

Description

연필심 조성물 및 이를 이용하여 제조하는 연필심 {Pencil Lead Composition and Pencil Lead Manufacturing Thereby}

본 발명은 연필심 조성물 및 이를 이용하여 제조하는 연필심에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주석계말레인산염폴리머와 칼슘스테아레이트를 함유시키므로 작업공정상의 가공성을 향상시키고 굽힘강도와 농도를 동시에 만족시키는 연필심 조성물 및 이를 이용하여 제조하는 연필심에 관한 것이다.

일반적으로 연필심은 체질제 흑연과 유기결합제를 주성분으로 하여 이루어지며, 상기의 주성분에 용제나 가소제를 첨가하여 혼련하고, 세선상으로 압출성형한 후 소성처리하여 얻은 소결체에 오일에 함침하는 방법으로 제조된다.

상기와 같이 이루어지는 소성 연필심의 제조방법은 크게 점토타입과 탄소타입으로 구분된다.

상기한 점토타입은 상기한 흑연과 더불어 질화붕소, 탈크, 마이카, 카본볼랙 등의 무기체질제와 결합제로 점토를 사용하고, 계면활성제 및 가소제로 물을 사용하며, 고온에서 소성처리를 행하는 방법으로서 실용적인 강도와 가격의 면에서 목출연필에 주로 사용한다.

그리고 상기한 탄소타입 소성 연필심 제조방법은 상기한 무기체질제와 결합제로서 수지류 또는 피치류가 사용되고, 활제가 사용되며, 800~1400℃의 비산화성분위기에서 소성처리하여 수지류 또는 피치류를 탄소화시켜서 소결체를 얻는 방법으로서 샤프펜슬용 연필심이 그 예이다.

상기와 같이 이루어지는 소성 연필심 제조방법은 연필심이 일정이상의 강도를 갖도록 하기 위하여 상온에서 500℃까지는 극히 온도를 서서히 올려야 하는 소성처리 공정을 행하여야 한다. 이러한 소성처리공정은 그 작업이 매우 어렵고 많은 시간이 낭비된다.

따라서 최근에는 상기한 방법 이외에 연필심의 강도를 향상시키기 위한 다양한 방법이 시도되고 있다.

예를 들면 가열과 소성에 의해서 탄화하는 점결제에 미분말의 금속성 탄화물이나 산화물을 재료중에 수중량％ 정도 혼합하여 탄소화를 촉진시킴으로서 조성물의 결합을 강화시키는 방법, 금속염화물을 용제에 희석용해시킨 점결제에 첨가하는 방법, 열가소성수지를 결합재로 하고 흑연, 카본블랙 등의 착색재 및 가소제를 배합하여 혼련한 후 성형하고 고온 소성하여 얻어지는 연필심에 금속염화물을 첨가하는 방법 등이 있다.

상기와 같이 강도를 향상시키기 위하여 유기결합제로 열가소성수지를 사용하는 소성 연필심 제조방법은, 분산과 혼련과정에서 상기한 열가소성수지가 가열에 의해 변화되므로 고강도, 고농도의 연필심을 얻는 데에 한계가 있다.

또 금속염화물이나 금속탄화물 등을 첨가하여 탄소화를 촉진시키는 것만으로는 만족할만한 연필심을 얻을 수가 없었다.

본 발명의 발명자는 이러한 문제를 해결하기 위하여 다양한 물질과 방법으로 연필심을 제조하는 실험을 거듭하던 중에 주석계말레인산염폴리머와 칼슘스테아레이트를 함유시키는 경우에 분산과 혼련과정에서 열가소성수지의 분산성을 향상시키고 안정화가 이루어져 강도와 농도를 동시에 만족시키는 것을 확인하고 본 발명의 연필심 조성물을 발명하기에 이르렀다.

본 발명이 제안하는 연필심 조성물은 체질재인 흑연과, 유기결합제인 열가소성수지와, 주석계말레인산염폴리머와, 칼슘스테아레이트를 포함한다.

또 본 발명이 제안하는 연필심 조성물은 용제나 가소제를 더 첨가한다.

그리고 본 발명이 제안하는 연필심은 체질재인 흑연과 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리에틸렌 등의 유기결합제와 주석계말레인산염폴리머 및 칼슘스테아레이트를 주재료로 사용하고, 여기에 용제나 가소제를 첨가하여 혼련한 다음 세선상으로 압출성형하고 소성처리하여 얻은 소결체를 유상물(유지류)에 함침하는 공정의 거쳐 제조한다.

상기에서 주석계말레인산염폴리머 및 칼슘스테아레이트는 각각 대략 0.1~15중량% 정도의 범위에서 선정하여 첨가한다.

상기한 유기결합제인 열가소성수지는 함염소수지로 이루어진다. 상기한 함염소수지로 폴리염화비닐이 적당하다.

또 상기한 유기결합제인 열가소성수지로는 폴리염화비닐 이외에도 폴리염화비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, AS수지, ABS수지, 니트로셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스, 페놀수지, 폴리비닐알콜 등에서 하나이상을 선택하여 단독 또는 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.

상기에서 유기결합제는 대략 35∼60중량% 정도의 범위에서 선정하여 첨가한다.

상기한 흑연은 연필심의 강도를 유지하기 위하여 필수적으로 사용되는 체질재이며, 전체 체질재 중에 흑연이 대략 10~90중량% 정도의 범위에서 포함되는 것이 바람직하다.

상기한 흑연은 일반적으로 소성 연필심에 사용되는 천연흑연, 인조흑연, 팽창흑연을 분쇄시킨 박편상 흑연(흑연결정의 층 두께가 얇은 흑연) 등에서 임의로 선정하여 이용하는 것이 가능하다.

상기한 흑연은 무기체질제인 탈크와 운모를 함께 사용하는 것도 가능하며, 상기한 탈크와 운모 이외에도 질화붕소 등을 체질제로 함께 사용하는 것도 가능하다.

상기한 탈크는 표면을 시란커플링제로 처리한 것과 습식분쇄법에 의한 박편상탈크를 이용하는 것이 바람직하다.

상기한 운모는 천연운모를 이용하거나 합성운모를 일종이나 이종이상 조합시켜 사용하는 것도 가능하다.

상기한 유기결합제와 체질제 이외에도 카본블랙, 무정형실리카 등의 무기 미분말 등에서 선택되는 충진제나, 해중합형수지분말과 승화성물질 등의 기공형성재, 용제 등을 필요에 따라 적당하게 첨가하여 사용하는 것도 가능하다.

상기에서 소성처리후 함침하는 유상물로는 유동파라핀, 스핀들유, 마이크로크리스탈린왁스, 저분자폴리에틸렌왁스, 파라핀왁스, 스쿠와란 등에서 1종 이상을 선정하여 단독 또는 2종이상을 혼합하여 사용한다.

다음으로 본 발명에 따른 연필심 조성물의 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예1]

먼저 유기결합제로서 함염소수지인 폴리염화비닐 35중량%, 체질재로서 흑연 45중량%, 디옥틸프탈레이트 19중량%, 주석계말레인산염폴리머 2중량%, 칼슘스테아레이트 2중량%를 배합하여 배합조성물을 제조하였다.

상기한 배합조성물을 헨실믹서기에서 혼련한 다음, 다시 3본롤 등에서 혼련하여 압출성형기를 이용하여 세선상으로 압출하고, 공기중에서 280℃까지 승온시킨 후, 비산화성분위기에서 1000℃까지 승온시키는 소성처리를 실시하고, 유상물인 스핀들유에 함침하여 지름 0.5㎜인 샤프펜슬용 심을 제조하였다.

[실시예2 ~ 실시예4]

상기한 실시예1에 있어서, 주석계말레인산염폴리머를 2중량%로 고정하고, 칼슘스테아레이트를 2중량%에서 각각 4중량%, 8중량%, 15중량%로 변경한 것 이외에는 상기한 실시예1과 같은 방법으로 제조하여 각각 지름 0.5㎜인 샤프펜슬용 심을 얻었다.

[실시예5 ~ 실시예7]

상기한 실시예1에 있어서, 칼슘스테아레이트를 2중량%로 고정하고, 주석계 말레인산염폴리머를 2중량%에서 각각 4중량%, 8중량%, 15중량%로 변경한 것 이외에는 상기한 실시예1과 같은 방법으로 제조하여 지름 0.5㎜인 샤프펜슬용 심을 얻엇다.

[비교예1 ~ 비교예4]

상기한 실시예1에 있어서, 칼슘스테아레이트 2중량% 대신에 스테아린산아연을 각각 2중량%, 4중량%, 8중량%, 15중량%를 사용한 것 이외에는 상기한 실시예1과 같은 방법으로 제조하여 지름 0.5㎜인 샤프펜슬용 심을 얻었다.

[비교예5]

상기한 실시예1에 있어서, 주석계말레인산염폴리머를 사용하지 않은 것 이외에는 상기한 실시예1과 같은 방법으로 제조하여 지름 0.5㎜인 샤프펜슬용 심을 얻었다.

[비교예 6]

상기한 실시예1에 있어서, 칼슘스테아레이트를 사용하지 않은 것 이외에는 상기한 실시예1과 같은 방법으로 제조하여 지름 0.5㎜인 샤프펜슬용 심을 얻었다.

상기와 같이 제조한 실시예1~실시예8 및 비교예1~비교예6의 샤프펜슬용 심에 대하여 굽힘강도와 농도를 측정하여 그 결과를 다음의 표 1에 나타낸다.

	NO	굽힘강도(g/㎟)	농도(D)
실시예	1	36,500	0.29
	2	34,700	0.31
	3	32,000	0.31
	4	27,500	0.33
	5	35,700	0.30
	6	34,000	0.31
	7	30,000	0.32
비교예	1	33,000	0.29
	2	31,600	0.30
	3	30,500	0.30
	4	25,000	0.34
	5	28,900	0.28
	6	29,000	0.30

상기한 표 1로부터 주석계말레인산염폴리머의 첨가량을 고정한 상태에서 칼슘스테아레이트의 첨가량을 증가시킴에 따라 굽힘강도는 저하되고 농도는 증가함을 확인할 수 있다(실시예1∼실시예4).

또 칼슘스테아레이트의 첨가량을 고정한 상태에서 주석계말레인산염폴리머의 첨가량을 증가시킴에 따라 굽힘강도는 저하되고 농도는 증가함을 확인할 수 있다(실시예1 및 실시예5∼실시예7).

그리고 상기한 실시예1∼실시예4를 상기한 비교예1∼비교예4와 비교하면, 스테아린산아연을 사용하는 것에 비하여 칼슘스테아레이트를 사용하는 본 발명의 경우가 동일한 첨가량의 경우에 보다 우수한 굽힘강도를 나타냄을 확인할 수 있다.

또 비교예5 및 비교예6으로부터 칼슘스테아레이트와 주석계말레인산염폴리머를 사용하지 않는 경우에는 굽힘강도가 매우 낮음을 확인할 수 있다.

따라서 대체적으로 칼슘스테아레이트와 주석계말레인산염폴리머를 동시에 첨가하는 경우에 혼련과정에서 적정한 농도를 유지할 수 있으며, 소성처리한 연필심의 굽힘강도가 우수함을 알 수 있다. 그리고 칼슘스테아레이트와 주석계말레인산염폴리머의 첨가량은 소량 첨가하는 쪽이 첨가량을 증가시키는 경우보다 굽힘강도가 우수함을 알 수 있다.

상기에서는 본 발명에 따른 연필심 조성물의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위, 발명의 상세한 설명, 첨부한 도면의 범위안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위내에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 연필심 조성물에 의하면, 유기결합제로 함염소수지를 사용하고 주석계말레인산염폴리머와 칼슘스테아레이트를 각각 0.1~15중량%의 범위내에서 사용하는 것에 의하여, 분산과 혼련 등의 작업공정상의 가공성이 향상되고 굽힘강도와 농도를 함께 만족시키는 연필심을 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 체질재인 흑연과,

   유기결합제인 열가소성수지와,

   주석계말레인산염폴리머와,

   칼슘스테아레이트를 포함하는 연필심 조성물.
2. 제1항에 있어서,

   상기한 주석계말레인산염폴리머 및 칼슘스테아레이트는 각각 0.1~15중량%의 범위에서 첨가량을 선정하는 연필심 조성물.
3. 제1항에 있어서,

   상기한 유기결합제인 열가소성수지는 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, AS수지, ABS수지, 니트로셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스, 페놀수지, 폴리비닐알콜 중에서 하나이상을 선택하여 단독 또는 혼합하여 사용하며,

   상기한 유기결합제의 첨가량은 35∼60중량%의 범위에서 선정하는 연필심 조성물.
4. 체질재인 흑연, 유기결합제인 열가소성수지, 주석계말레인산염폴리머, 칼슘스테아레이트, 용제나 가소제를 혼합하여 첨가하여 연필심 조성물을 제조하고,

   이 연필심 조성물을 혼련한 다음 세선상으로 압출성형하고 소성처리하여 얻은 소결체를 유상물에 함침하여 제조하는 연필심.
5. 제4항에 있어서,

   상기한 유상물로는 유동파라핀, 스핀들유, 마이크로크리스탈린왁스, 저분자폴리에틸렌왁스, 파라핀왁스, 스쿠와란 중에서 1종 이상을 선정하여 단독 또는 2종이상을 혼합하여 사용하는 연필심.