MX2011000502A - Material sustituto de madera y su uso. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un material sustituto de madera para lápices con recubierto de madera formado por los siguientes ingredientes: 15 a 30% en peso de al menos un aglutinante polimérico, 50 a 80% en peso de al menos una carga orgánica, 0 a 20% en peso de al menos una carga inorgánica, 0,5 a 5% en peso de al menos un promotor de la adherencia, 1 a 30% en peso de al menos una cera, 0 a 10% en peso de al menos un pigmento de color, y 0 a 10% en peso de al menos un aditivo, el por lo menos un promotor de adhesión que forma un enlace químico entre el al menos un aglutinante polimérico y la por lo menos una carga orgánica, una relación entre el por lo menos un promotor de adhesión a la por lo menos una cera en el rango de 1:2 a 1:6 en formación, y la suma de las cargas orgánica e inorgánica no es más del 80% en peso.

Description

MATERIAL SUSTITUTO DE MADERA Y SU USO Campo de la Invención.

La invención se refiere a un material sustituto de madera para lápices con recubrimiento de madera, tales como lápices de mina, lápices de colores o lápices cosméticos con minas de liberación de color, así como otros tipos de lápices con minas hechas de, por ejemplo, material de goma de borrar, etc., así como a la utilización de los mismos.

Antecedentes de la Invención.

La madera del lápiz que recubre la mina se sustituye por el material sustituto de madera.

Lápices con recubrimiento de madera en los que la mina está cubierta o forrada con madera de crecimiento natural han sido ampliamente conocidos. En los últimos años el precio de las maderas de alta calidad se ha incrementado debido a la falta de disponibilidad de madera, esto tiene un efecto directo sobre los costos de producción del lápiz. Además, los depósitos naturales comparativamente grandes de madera están siendo consumidos para la producción de lápices.

Por esta razón se ha probado durante años en el campo de otros mercados para reemplazar la madera natural, con materiales sustitutos de madera que son más rentables y que conservan el aspecto natural de la madera.

Un tipo de materiales sustitutos de madera son los "compuestos de madera y plástico", que son materiales procesables termoplásticamente con diferentes fracciones de madera, materiales plásticos y aditivos, y son procesados por procesos de formación termoplástica, como la extrusión, moldeo por inyección o prensado.

Los aditivos optimizan las características de funcionamiento necesarias para el respectivo uso previsto y ejerce una influencia considerablemente. Por ejemplo se utilizan promotores de la adherencia para mejorar la unión de madera-plástico, ceras para garantizar la capacidad de procesamiento, pigmentos para crear color y medios para garantizar la resistencia a la luz UV, el clima, los insectos y los hongos.

Los campos de aplicación incluyen, entre otras cosas, suelos de patio, plantas de caja, revestimientos, suelos, muebles o accesorios interiores de la industria del automóvil.

Además de otras características, los materiales sustitutos de madera actualmente disponibles en el mercado se han optimizado de tal manera que exhiben las más altas propiedades posibles de resistencia, tales como resistencia a la fuerza de flexión o la abrasión.

Sin embargo, los materiales sustitutos de madera de este tipo no son adecuados para la sustituir la madera en lápices con recubrimientos de madera, o sólo son adecuados en un grado limitado, ya que los lápices de este tipo, o bien no se pueden afilar con un sacapuntas de mano comercial convencional o en otro caso con dificultad.

Los materiales plásticos de espuma o materiales plásticos de relleno inorgánicos son también conocidos para actuar como material sustituto de madera.

Los materiales plásticos de espuma tienen un bajo módulo de elasticidad y, por tanto normalmente son muy resistentes. Debido a esta gran elasticidad los materiales plásticos de espuma son menos adecuados como materiales sustitutos de madera para lápices, ya que, con una resistencia envolvente de una mina convencional, el efecto de apoyo necesario para la mina esta ausente y la mina puede romperse cuando el lápiz se utiliza. Aunque esto puede ser prevenido por una configuración resistente correspondiente de la mina, sin embargo la mina entonces muestra propiedades para escribir más pobres.

Sumario de la Invención.

El objeto de la invención es, por tanto, proporcionar un material sustituto de madera que pueda ser afilado y que sea adecuado para envolver la mina de un lápiz en lugar de la madera natural.

Este objetivo se logra mediante las características de acuerdo con la reivindicación 1.

El material sustituto de madera según la invención está formado por los siguientes ingredientes: 15 a 30% en peso de al menos un aglutinante polimérico, 50 a 80% en peso de al menos una carga orgánica 0 a 20% en peso de al menos una carga inorgánica 0,5 a 5% en peso de al lo menos un promotor de adhesión 1 a 30% en peso de al menos una cera 0 a 10% en peso de al lo menos un pigmento de color, y 0 a 10% en peso de al lo menos un aditivo, el por lo menos un promotor de adhesión que forma un enlace químico entre el al menos un aglutinante polimérico y la por lo menos una carga orgánica, una relación entre el por lo menos un promotor de adhesión a la por lo menos una cera en el rango de 1 :2 a 1 :6 en formación, y la suma de las cargas orgánica e inorgánica no es más del 80% en peso.

Una combinación de este tipo de ceras y de los promotores de adhesión resulta en un material sustituto de madera que puede ser afilado y, en particular, puede sustituir a la madera natural en los lápices con recubrimiento de madera para envolver la mina. Esto no es el caso con los materiales sustitutos de madera conocidos según el estado de la técnica. La característica especial del material sustituto de madera de acuerdo a la invención radica en el hecho de que los lápices formados con el, en los que la mina está envuelta por el material sustituto de madera en lugar de la madera muestran todas las propiedades usuales de los conocidos lápices con recubrimiento de madera.

La citada combinación de materias primas da lugar por lo tanto a un material que es adecuado para un alcance específico para la producción de los retenedores de minas o cubiertas que pueden ser afiladas, la formación de herramientas de escritura y/o lápices para uso cosmético.

El material sustituto de la madera según la invención es especialmente adecuado como una cubierta para minas en la producción de lápices dado que un lápiz formado con ella se puede afilar con un sacapuntas de mano comercial convencional con poco gasto de fuerza y el lápiz al mismo tiempo muestra la fuerza de flexión necesaria para su uso como herramienta de escritura. Además, el material sustituto de madera tiene un módulo de elasticidad comparativamente alto por lo tanto de poca resistencia y minas resistentes pueden ser envueltas.

Con el fin de evaluar la capacidad de afilado del material sustituto de madera y su idoneidad para la producción de lápices, los cuerpos sólidos que se produjeron con él y estas fueron afilados. El uso de un material sustituto de madera que ha sido considerado apto para afilarse resulta en el hecho de que un lápiz producido con el puede afilarse con gastos bajos de fuerza. En este caso un lápiz y, en particular, uno del material sustituto de madera que tiene un "momento de afilado" de menos de 10 Ncm durante la prueba o afilado está clasificado como afilable con un bajo gasto de energía. El momento de afilado se determina en una máquina de ensayos desarrollada para este propósito, en la que una muestra de ensayo en forma de un lápiz o un cuerpo sólido del mismo material sustituto de madera se afila de forma continua durante 20s. Se considera el momento de afilado ai torque promedio (en Ncm), comprobado durante el proceso de afilado, necesarios para afilar continuamente una muestra de ensayo con un diámetro de 7,6 ± 0,2 mm a una velocidad de 43 rpm con una punta cónica ya provista, es decir, ya señalada en el ángulo deseado, en un sacapuntas comercial convencional con una hoja nueva.

Descripción detallada de la Invención.

El principio de un dispositivo para medir el momento de afilado se ilustra en la figura. 1 para fines explicativos. Un sacapuntas 1 se fija en un soporte de 3 conectado a un dispositivo de medición de torque 2. Una muestra de ensayo 5 se proporciona en un asiento rotativo 4 y colocado en el sacapuntas 1. La muestra de ensayo giratoria 5 es alimentada neumáticamente en la dirección del sacapuntas 1 usando un dispositivo de alimentación 6, que ejerce una fuerza de avance de 20 N en el asiento 4 de la muestra de prueba 5 (ver la flecha a la derecha en la figura). El torque medido por el aparato de medición de torque 2 durante el afilado de la muestra de prueba 5 se indica con un promedio en el período de prueba para determinar el momento de afilado.

La resistencia a la flexión deseada del material sustituto de madera para el uso de una cubierta de minas de lápiz es particularmente de al menos 50 MPa. El módulo de elasticidad es preferiblemente de por lo menos a 5000 MPa. La resistencia a la flexión y el módulo de elasticidad se determinó en una prueba de flexión de 3 puntos según la norma DIN 52186 (prueba de madera; ensayo de flexión).

La Fig. 2 muestra un dispositivo de medición para llevar a cabo una prueba de flexión de 3 puntos de este tipo. Se utilizan muestras cilindricas de ensayo 7 en forma de lápices o cuerpos sólidos hechos de un material sustituto de madera con un diámetro de 7,6 ± 0,2 mm y una longitud de 180 ± 5 mm. La muestra de ensayo 7 es montada sobre rodillos móviles 8 con un periodo de rodamiento de 100 mm (distancia entre los puntos centrales de los rodillos 8). La fuerza se introduce centralmente con un émbolo de la prueba 9. Los cilindros 8 y el émbolo de la prueba 9 tienen un radio de 15 mm. La muestra de ensayo 7 se carga de manera uniforme durante las pruebas hasta que la muestra 7 se rompe. La resistencia a la flexión y módulo de elasticidad de la muestra 7 se determina a partir de la fuerza de frenado necesaria y la deformación medida de la muestra 7, bajo el incremento de la carga.

Configuraciones ventajosas del material sustituto de madera de acuerdo con la invención se explicarán en adelante.

Con respecto a la fuerza y la capacidad de afilado, el material sustituto de madera es particularmente ventajoso cuando la relación entre el al menos un promotor de la adherencia y la al menos una cera se forma en el rango de 1 :2,5 a 1 :4,5.

Por otra parte, también se ha encontrado que las propiedades particularmente buenas en lo que respecta a la capacidad1 de afilado, fuerza y capacidad de procesamiento se producen con la siguiente composición que contiene: 20 -25% en peso de al menos un aglutinante polimérico, 65 al 75% en peso de al menos una carga orgánica 1- 5% en peso de al menos una carga inorgánica 1- 2% en peso de al menos un promotor de adhesión, 1- 2 a 12% en peso de al menos una cera 1- 4% en peso de al menos un pigmento de color, y 0-5% en peso de al menos un aditivo.

Para la capacidad de afilado es ventajoso si al menos una cera es seleccionada del grupo de ceras compuesto de ceras de amida, ácidos grasos como el ácido esteárico y ácido palmítico, cera montánica, estearatos, esteres de ácidos grasos y cera de parafina.

Para la capacidad de afilado es particularmente ventajoso para la al menos una cera sea formada de cera de amida y/o ácido esteárico.

Para la capacidad de afilado es más ventajoso para la al menos una sea formada de una combinación de cera de amida y ácido esteárico, una proporción de cera de amida del ácido esteárico se extiende en el rango de 1 :0,5 a 1 :2.

Los materiales sustitutos de madera se comparan con materiales de acuerdo con el estado de la técnica en la tabla de abajo con el fin de comprender mejor la invención. Las muestras de ensayo utilizadas para la comparación muestran la misma geometría de la sección transversal y tienen un diámetro de 7,6 ± 0,2 mm.

Materiales Materiales sustitutos de sustitutos Madera sin Madera Natural de Madera espuma (de acuerdo con la (estado de la invención) técnica) Momento de afilado 7-12 > 14 < 10 Ncm Por razones de rentabilidad y buena disponibilidad, es ventajoso para el por lo menos un aglutinante polimérico que se seleccione del grupo de las poliolefinas.

Para que el material sustituto de la madera logre un carácter similar al de la madera, es ventajoso que por lo menos una carga orgánica que se forme de madera y/o celulosa.

Un promotor de adhesión es necesario para la unión de la madera que tiene una superficie polar y un aglutinante polimérico que tiene una superficie no polar, por ejemplo, poliolefinas. Puesto que los promotores de adhesión para el polietileno (PE) y polipropileno (PP) están disponibles en el mercado, es ventajoso para el por lo menos un polímero de unión se forme de polietileno (PE) y/o de polipropileno (PP).

Un promotor de adhesión que se forma por un polietileno (PE) con anhídrido maleico injertado ha demostrado ser eficaz para la unión de la madera y el PE.

Es particularmente ventajoso para el al menos un polímero de unión que se forme de polietileno de alta densidad (PEAD) con el fin de lograr una resistencia a la flexión de más de 50 MPa y un módulo de elasticidad de más de 5.000 MPa.

Fig. 3 ilustra esquemáticamente el principio de funcionamiento del promotor de adhesión para la combinación de madera y PE.

La parte superior de la Fig. 3 muestra la estructura básica de una molécula de ácido maleico. El centro de la figura ilustra la madera con su superficie polar en forma de grupos hidroxi, así como una m olécula del promotor de adhesión presentada en forma de una molécula de anhídrido maleico modificado con el PE injertado que se aproxima a la superficie de madera. En este contexto y con el ejemplo "modificado" significa que el polietileno (PE) se injerta en ácido maleico.

La parte inferior de la figura. 3 ilustra la conexión de la molécula de anhídrido maleico modificado a la superficie polar de la madera. El PE injertado del promotor de adhesión a continuación se acopla al aglutinante polimérico en forma de PE, de tal manera que se consigue una buena adherencia entre la madera y el PE.

Además, se ha comprobado que es ventajoso para el al menos un promotor de adhesión ser formado por un copolímero de etileno-maleico (con anhídrido maleico injertado en cera de polietileno metaloceno).

Como ya se ha mencionado anteriormente, a fin de que el material sustituto de madera obtenga un carácter similar a la madera se prefiere que la por lo menos una carga orgánica se forme de la madera y/o celulosa.

Para la capacidad de afilado es particularmente ventajoso para la al menos una carga orgánica se forme de partículas de relleno que tienen un tamaño máximo de partícula de 250 pm, en particular, un máximo de 100 pm.

Con el fin de aclarar el tono del material sustituto de madera se ha demostrado ser eficaz para el material sustituto de madera contener de 1 a 3% en peso de pigmento de color blanco.

Con el fin de aclarar el tono se ha demostrado ser ventajoso que el pigmento de color blanco este formado de óxido de titanio (???2).

Con el fin de ajustar el tono deseado es ventajoso para el material sustituto de la madera contener 0,1 a 5% en peso de pigmento de color teñido.

Con el fin de ajustar la fragilidad y propiedades de deslizamiento durante el afilado es ventajoso para la al menos una carga inorgánica ser seleccionada de entre el grupo de materiales de relleno que comprende silicatos de capa de red, sulfato de calcio, carbonato de calcio, nitruro de boro, esteatita y grafito.

Con el fin de lograr propiedades especiales y para satisfacer los requisitos específicos, es ventajoso para el al menos un aditivo se seleccione del grupo de aditivos que comprende lubricantes, plastificantes, sustancias tensoactivas, estabilizadores de calor y estabilizadores de UV.

Dos ejemplos de formulaciones para el material sustituto de la madera que han demostrado ser eficaces se muestran a continuación: Ejemplo de la formulación 1 Polietileno de alta densidad (PEHD) 25.0% en peso Polvo de madera 65,0% en peso Polietileno con maleico injertado 2,0% en peso Cera de Anhídrido Amida 3,0% en peso Ácido esteárico 3,0% en peso Dióxido de titanio 2,0% en peso Ejemplo de la formulación 2 Polipropileno (PP), 20,0% en peso Polvo de madera 70,0% en peso Polipropileno con maleico injertado 1 ,0% en peso Cera de Anhídrido Amida 3,0% en peso Ácido esteárico 1 ,0% en peso Nitruro de boro 5,0% en peso Es ideal el uso de un material sustituto de madera de acuerdo a la invención para la producción de lápices recubiertos de madera, en particular, lápices de mina o lápices de colores o lápices cosméticos que comprenden una mina de liberación de color y una cubierta de madera para la mina, es ideal sustituir la cubierta de madera por una cubierta hecha del material sustituto de madera. En este caso las minas son especialmente usadas ya que tienen una aglutinante polimérico.

Además, es ideal el uso de un material sustituto de madera de acuerdo a la invención para la producción de lápices con recubierto de madera que comprenden una mina hecha de un material de goma de borrar y una cubierta de madera para la mina, la cubierta de madera se sustituye por una cubierta hecha de el material sustituto de la madera.

Cuando se forman lápices con minas de liberación de color o minas hechas de un material de goma de borrar se prefiere particularmente que la cubierta se forme a partir del material sustituto de madera por medio de extrusión. E n particular, las minas también se forman por extrusión. La extrusión es un método de producción continuo y por lo tanto especialmente adecuado para la rentable producción en masa de lápices.

Un lápiz que tiene una cubierta hecha de un material sustituto de madera de aglutinante polimérico y una mina de aglutinante polimérico podra, en particular, producirse en un método de co-extrusión. La mina y la cubierta se forman en el lugar en una extrusora y producido en conjunto a través de una boquilla como una hebra continua en la respectiva geometría deseada, después la hebra simplemente tiene que dividirse en lápices individuales.

Otra posibilidad reside en revestir de una mina que ya provista, esto también posiblemente siendo alcanzado por medio de extrusión.

Los métodos de extrusión presentan la ventaja de que se pueden producir prácticamente todas las geometrías de corte transversal de los lápices.

Claims (21)

Reivindicaciones

1. Un material sustituto de madera para lápices con recubierto de madera formado por los siguientes ingredientes: 15 a 30% en peso de al menos un aglutinante polimérico, 50 a 80% en peso de al menos una carga orgánica, 0 a 20% en peso de al menos una carga inorgánica, 0,5 a 5% en peso de al menos un promotor de la adherencia, 1 a 30% en peso de al menos una cera, 0 a 10% en peso de al menos un pigmento de color, y 0 a 10% en peso de al menos un aditivo, el por lo menos un promotor de adhesión forma un enlace químico entre el al menos un aglutinante polimérico y la por lo menos una carga orgánica, formándose una relación entre el por lo menos un promotor de adhesión respecto de la por lo menos una cera en el rango de 1 :2 a 1 :6, y la suma de las cargas orgánica e inorgánica siendo no mayor del 80% en peso.

2. El material sustituto de madera de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque la relación entre el al menos un promotor de adhesión y la al menos una cera se forma en el rango de 1 :2,5 a 1 :4,5.

3. El material sustituto de madera de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado por que contiene: 20 a 25% en peso de al menos un aglutinante polimérico, 65 a 75% en peso de al menos una carga orgánica, 1 a 5% en peso de al menos una carga inorgánica, 1 a 2% en peso de al menos un promotor de la adherencia, 2 a 12% en peso de al menos una cera, 1 a 4% en peso de al menos un pigmento de color, y 0 a 5% en peso de al menos un aditivo.

4. El material sustituto de madera de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la al menos una cera es seleccionada del grupo de ceras compuesto de ceras de amida, ácidos grasos como el ácido esteárico y ácido palmítico, cera montánica, estearatos, esteres de ácidos grasos y la cera de parafina.

5. El material sustituto de madera de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la al menos una cera se forma de cera de amida y/o ácido esteárico.

6. El material sustituto de madera de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque la al menos una cera está formada por una combinación de cera de amida y ácido esteárico, una proporción de cera de amida al ácido esteárico se extiende en el rango de 1 :0,5 a 1 :2

7. El material sustituto de madera de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el al menos un aglutinante polimérico se selecciona del grupo de las poliolefinas.

8. El material sustituto de madera según la reivindicación 7, caracterizado porque el al menos un aglutinante polimérico está formado por polietileno (PE) y/o de polipropileno (PP).

9. El material sustituto de madera según la reivindicación 8, caracterizado porque el al menos un aglutinante polimérico se forma de polietileno de alta densidad (PEAD).

10. El material sustituto de madera de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque el al menos un promotor de adhesión está formado por un polietileno (PE) injertado con anhídrido maleico, o el al menos un promotor de adhesión está formado por un polipropileno (PP) injertado con anhídrido maleico.

11. El material sustituto de madera de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque el al menos un promotor de la adherencia está formado por un copolímero de etileno anhídrido maleico (con anhídrido maleico injertado en cera de polietileno metaloceno).

12. El material sustituto de madera de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 , caracterizado porque la al menos una carga orgánica se forma de la madera y/o celulosa.

13. El material sustituto de madera de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque la al menos una carga orgánica está formada por partículas de relleno que tiene un tamaño máximo de partícula de 250 pm, en particular, un máximo de 100 pm.

14. El material sustituto de madera de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el material sustituto de madera contiene de 1 a 3% en peso de pigmento de color blanco.

15. El material sustituto de madera de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque el pigmento de color blanco se forma de dióxido de titanio (Ti02).

16. El matenal sustituto de madera de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque el material sustituto de madera contiene de 0,1 a 5% en peso de de pigmento de color teñido.

17. El material sustituto de madera de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque la al menos una carga inorgánica se selecciona entre el grupo de materiales de relleno que comprende los silicatos de capa de red, sulfato de calcio, carbonato de calcio, el nitruro de boro, esteatita y grafito.

18. El material sustituto de madera de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque el al menos un aditivo se selecciona del grupo de aditivos que comprende lubricantes, plastificantes, sustancias tensoactivas, estabilizadores de calor y estabilizadores de UV.

19. Un uso de un material sustituto de madera de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 para la producción de lápices con recubrimiento de madera, en particular, lápices de minas o lápices de colores o lápices cosméticos compuestos de una mina de liberación de color y una cubierta de madera para la mina, la cubierta de madera se sustituye por una cubierta hecha del material sustituto de madera.

20. Un uso de un material sustituto de madera de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 para la producción de lápices con recubrimiento de madera que comprenden una mina hecha de un material de goma de borrar y una cubierta de madera para la mina, la cubierta de madera se sustituye por una cubierta hecha del material sustituto de madera.

21. El uso de acuerdo ya sea a la reivindicación 19 o la reivindicación 20, caracterizada porque el revestimiento está formado por el material sustituto de madera por medio de extrusión.