Простой или цветной карандаш - RU2689207C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к простым или цветным карандашам, полученным соэкструзией, содержащим грифель на полимерной основе и материал искусственной древесины.

Такие простые или цветные карандаши специалистам известны.

В частности, патентная заявка WO 01/43987 указывает, что эти карандаши должны содержать промежуточный защитный слой, термопластичный материал которого должен иметь температуру затвердевания ниже температуры затвердевания термопластичного материала грифеля, чтобы избежать проблем с растрескиванием грифеля при его охлаждении.

Однако в примерах указанной патентной заявки грифель и материал искусственной древесины выполнены из одинакового термопластичного материала (привитой сополимер полистирола с метакрилатом), и рекомендуемая толщина для этого защитного слоя составляет 0,3 мм для грифеля диаметром 2 мм, т.е., отношение толщины промежуточного защитного слоя к радиусу грифеля равно 0,3. В указанной патентной заявке уточняется даже, что для мягких грифелей толщина защитного слоя должна составлять по меньшей мере 0,5 мм.

Однако авторы изобретения неожиданно обнаружили, что если в качестве термопластичного материала грифеля использовать полиолефин, а не сополимер полистирола с метакрилатом, как в указанном примере, во время заточки возникает проблема потери связности между грифелем и защитным слоем, что нежелательно.

Такая проблема не описывалась ни в одном из изобретений прежнего уровня, известных к настоящему времени.

Так, патентная заявка WO 2010/006744 также описывает обязательное наличие адгезионного слоя между грифелем и оправой из искусственной древесины для карандашей, полимерный грифель которых не совместим с полимером оправы из искусственной древесины. Однако нигде не указано, какой должна быть толщина этого слоя, и о проблеме потери связности между этим адгезионным слоем и грифелем не упоминается.

В патентной заявке US 2006/0194049 также описано наличие защищающей грифель оболочки, которая имеет более высокую прочность на изгиб, чем грифель и которая, таким образом, стабилизирует грифель, защищая его от поломки. Рекомендуется, чтобы объем оболочки был меньше или равен объему грифеля. В примерах отношение площади грифеля к площади оболочки для простого карандаша равно 1, а для цветного карандаша 1.44, что соответствует отношению толщины промежуточного слоя к радиусу грифеля 0,4 и 0,3, соответственно.

Таким образом, это не решает проблемы потери связности между грифелем и защитным слоем во время операции заточки.

Итак, авторы изобретения обнаружили, что для решения проблемы потери связности при заточке карандаша при одновременном сохранении защитного слоя, который может выполнять функцию адгезионного слоя между грифелем на основе полиолефина и оправой из искусственной древесины на основе стирольного полимера, позволяя избежать растрескивания грифеля, было необходимо использовать неэкспандированный защитный слой, содержащий смесь полистирола и EVA и имеющий отношение толщины промежуточного защитного слоя к радиусу грифеля от 0,05 до 0,17.

Наконец, вследствие такого отношения этот слой можно сделать видимым для потребителя, если использовать цвет, отличный от цвета грифеля и цвета оправы из искусственной древесины.

Таким образом, настоящее изобретение относится к простому или цветному карандашу, содержащему следующие 3 слоя, полученные соэкструзией:

- неэкспандированный грифель на основе полиолефина,

- неэкспандированный защитный промежуточный слой, окружающий грифель и содержащий смесь полистирола и EVA, и

- экспандированный материал искусственной древесины на основе стирольного полимера, окружающий защитный промежуточный слой,

причем отношение толщины защитного промежуточного слоя к радиусу грифеля составляет от 0,05 до 0,17, предпочтительно от 0,07 до 0,15.

Таким образом, карандаш согласно настоящему изобретению содержит грифель по основе полиолефина.

Для целей настоящего изобретения термин "грифель по основе полиолефина" означает любой грифель для простого или цветного карандаша, содержащий по меньшей мере один полиолефин. Предпочтительно, полиолефин является основным полимером грифеля. Еще более предпочтительно, грифель не содержит никаких других полимеров. Предпочтительно, в качестве полиолефина может использоваться полиэтилен или полипропилен; в частности, он является полипропиленом, более конкретно, гомополимером пропилена.

Предпочтительное содержание полиолефина в грифеле составляет от 15 до 45 масс.% от общей массы композиции для грифеля, предпочтительно от 20 до 40 масс.% от общей массы композиции для грифеля.

Грифель согласно настоящему изобретению может быть грифелем для простого карандаша или грифелем для цветного карандаша.

В случае, когда грифель согласно настоящему изобретению является грифелем простого карандаша, он может иметь содержание полиолефина от 15 до 40 масс.%, предпочтительно от 20 до 35 масс.%, от общей массы композиции для грифеля.

В случае, когда грифель согласно настоящему изобретению является грифелем цветного карандаша, он может иметь содержание полиолефина от 25 до 45 масс.%, предпочтительно от 30 до 40 масс.%, от общей массы композиции для грифеля.

Грифель согласно настоящему изобретению может также содержать минеральные наполнители, пигменты и/или добавки. Предпочтительно, грифель не содержит пластификатора.

Предпочтительно, содержание пигмента в грифеле составляет от 5 до 20 масс.%, содержание минерального наполнителя от 25 до 75 масс.% и/или содержание добавки от 0 до 40 масс.%, от общей массы композиции для грифеля.

В случае, когда грифель согласно настоящему изобретению является грифелем простого карандаша, он может содержать графит и, факультативно, бесцветный минеральный наполнитель. В частности, он содержит графит и бесцветный минеральный наполнитель. Бесцветный минеральный наполнитель предпочтительно выбирать из глины, талька, нитрида бора, оксида кремния, карбоната кальция, слюды, порошка стеатита и их смесей. Особенно предпочтительно это пластинчатый наполнитель, более конкретно выбранный их глины, нитрида бора, слюды и/или талька, например, глина, выбранная, в частности, из монтмориллонита, бентонита и каолина. Предпочтительно, это каолин.

Предпочтительно, содержание графита в грифеле простого карандаша согласно настоящему изобретению составляет от 40 до 60 масс.%, в частности, от 44 до 50 масс.%, от общей массы композиции для грифеля.

Предпочтительно, содержание бесцветного минерального наполнителя в грифеле простого карандаша согласно настоящему изобретению составляет от 5 до 15 масс.%, в частности, от 6 до 10 масс.% от общей массы композиции для грифеля.

Грифель может также содержать сажу в качестве пигмента.

Предпочтительно, содержание сажи в грифеле простого карандаша согласно настоящему изобретению составляет от 5 до 20 масс.%, в частности, от 5 до 15 масс.% от общей массы композиции для грифеля.

В случае, когда грифель согласно настоящему изобретению является грифелем цветного карандаша, минеральный наполнитель является бесцветным минеральным наполнителем, в частности, какой описан выше.

Предпочтительно, содержание бесцветного минерального наполнителя в грифеле цветного карандаша согласно настоящему изобретению составляет от 25 до 50 масс.%, в частности, от 30 до 40 масс.% от общей массы композиции для грифеля.

Добавки, подходящие для применения в грифеле по настоящему изобретению, могут быть выбраны из веществ, обеспечивающих скольжение, технологических добавок, связующих агентов, диспергаторов, смазок и других добавок, хорошо известных специалистам в данной области. Например, это могут быть стеараты (стеарат цинка, кальция, магния или натрия и их смеси), воски, парафины, жирные кислоты, амиды, такие, как стеарамид, в частности, этилен бисстеарамид, глицерин и его производные, такие, как дибегенат глицерина, бегенат глицерина, стеарат глицерина и/или диизостеарат полиглицерина, силоксаны, привитые на полипропилен, и их смеси, в частности, добавки представляют собой стеарат кальция, стеарат магния, стеарат цинка, амиды или их смесь.

Грифель согласно настоящему изобретению является неэкспандированным. Таким образом, в процессе его изготовления не используют никаких расширяющих добавок. Кроме того, используемый полиолефин также является неэкспандированным.

В одном частном варианте осуществления настоящего изобретения грифель имеет диаметр от 2 до 3,6 мм.

В частности, в случае тонких грифелей грифель имеет диаметр от 2 до 2,3 мм. В этом случае предпочтительно, чтобы отношение толщины защитного промежуточного слоя к радиусу грифеля составляло от 0,05 до 0,16, предпочтительно от 0,06 до 0,15, более предпочтительно от 0,07 до 0,15.

В случае толстых грифелей грифель имеет диаметр от 3 до 3,6 мм. В этом случае предпочтительно, чтобы отношение толщины защитного промежуточного слоя к радиусу грифеля составляло от 0,07 до 0,16, предпочтительно от 0,08 до 0,15, более предпочтительно от 0,09 до 0,15.

Таким образом, грифель согласно настоящему изобретению должен включать наполнители и пигменты для письма, которые могут легко переноситься на основу для письма или раскрашивания, чтобы иметь хорошую кроющую способность.

Карандаш согласно настоящему изобретению содержит неэкспандированный защитный промежуточный слой, окружающий, предпочтительно концентрически, грифель и содержащий смесь полистирола и EVA. Этот промежуточный слой играет двойную роль.

Во-первых, он обеспечивает адгезию между грифелем по основе полиолефина и оправой из искусственной древесины на основе стирольного полимера.

Он позволяет также компенсировать сжатие грифеля на стадии охлаждения после стадии соэкструзии, что предотвращает проблемы растрескивания грифеля.

Таким образом, указанный защитный промежуточный слой полностью отделяет грифель от оправы из искусственной древесины.

В одном предпочтительном варианте осуществления защитный промежуточный слой имеет толщину от 0,05 до 0,31 мм, более предпочтительно от 0,07 до 0,27 мм, в частности, от 0,08 до 0,17 мм.

В частности, в случае тонких грифелей защитный промежуточный слой предпочтительно имеет толщину от 0,05 до 0,18 мм, предпочтительно от 0,07 до 0,17 мм, в частности, от 0,08 до 0,17 мм.

В случае толстых грифелей защитный промежуточный слой предпочтительно имеет толщину от 0,13 до 0,31 мм, более предпочтительно от 0,15 до 0,28 мм, в частности, от 0,16 до 0,27 мм.

Защитный промежуточный слой согласно настоящему изобретению содержит смесь полистирола и EVA (этилвинилацетат), а предпочтительно состоит из смеси полистирола и EVA. Предпочтительно, полистирол является атактическим полистиролом.

В контексте настоящего изобретения целью полистирола является обеспечить адгезию между защитным промежуточным слоем и оправой из искусственной древесины, а также придать хорошую механическую прочность этому слою.

Предпочтительно, EVA содержит от 10 до 40 масс.% винилацетата, в частности, от 20 до 30 масс.%, от общей массы EVA. В контексте настоящего изобретения функцией EVA является обеспечить адгезию между защитным промежуточным слоем и грифелем и снизить температуру затвердевания (обычно называемую точкой размягчения) полистирола, чтобы температура затвердевания смеси полистирол-EVA была ниже температуры затвердевания полиолефина в грифеле.

В одном предпочтительном варианте осуществления содержание смеси полистирола и EVA в защитном промежуточном слое составляет от 85 до 100 масс.% от полного веса защитного промежуточного слоя (100% соответствует защитному промежуточному слою, образованному из смеси полистирола и EVA), предпочтительно от 90 до 97 масс.% от полного веса защитного промежуточного слоя, более предпочтительно от 93 до 96 масс.% от полного веса защитного промежуточного слоя.

Защитный промежуточный слой может также содержать пигменты, например, в виде маточной смеси, которые служат, в частности, для придания цвета этому слою.

Предпочтительно, содержание пигмента в слое составляет от 3 до 10 масс.% от общей массы защитного промежуточного слоя, более предпочтительно от 4 до 7 масс.% от общей массы защитного промежуточного слоя.

В одном частном варианте осуществления цвет защитного промежуточного слоя отличается от цвета грифеля и цвета оправы из искусственной древесины.

Таким образом, это делает указанный слой видимым для потребителя, что может иметь эстетическую ценность и позволяет изменять цвета, чтобы сделать карандаши очень разнообразными и привлекательными.

В другом предпочтительном варианте осуществления этот слой может иметь тот же цвет, что и грифель, что позволяет создать у потребителя впечатление, что карандаш имеет более толстый грифель.

Содержание полистирола в защитном промежуточном слое предпочтительно составляет от 40 до 90 масс.%, более предпочтительно от 40 до 75 масс.%, еще более предпочтительно от 45 до 70 масс.% от общей массы защитного промежуточного слоя.

Содержание EVA в защитном промежуточном слое предпочтительно составляет от 10 до 60 масс.%, предпочтительно от 20 до 55 масс.%, еще более предпочтительно от 25 до 50 масс.% от общей массы защитного промежуточного слоя.

Кроме того, защитный промежуточный слой является неэкспандированным. Таким образом, в процессе его изготовления не используют никаких расширяющих добавок. Кроме того, используемый полистирол является неэкспандированным.

Кроме того, предпочтительно, чтобы прочность на изгиб у защитного промежуточного слоя была не выше, чем у грифеля.

Кроме того, предпочтительно, чтобы защитный промежуточный слой не имел той же функции, что и грифель, т.е., он не предназначается для письма или раскрашивания. Следовательно, пигменты, которые могут присутствовать в этом слое, не способны легко переноситься на основу для письма и, таким образом, не имеют хорошей кроющей способности.

С другой стороны, слой предпочтительно имеет температуру плавления меньше или равную температуре плавления грифеля и оправы из искусственной древесины.

Карандаш согласно настоящему изобретению содержит также экспандированную оправу из искусственной древесины на основе стирольного полимера, окружающую, предпочтительно концентрически, защитный промежуточный слой.

Для целей настоящего изобретения выражение "оправа из искусственной древесины" означает любой синтетический материал простого или цветного карандаша на полимерной основе, чья плотность и способность к заточке близка к таковым для древесины.

Для целей настоящего изобретения выражение "оправа из искусственной древесины на основе стирольного полимера" означает любую оправу из искусственной древесины, как определено выше, содержащую по меньшей мере один стирольный полимер, т.е., полимер или сополимер на основе стирола. Предпочтительно, стирольный полимер является основным полимером оправы из искусственной древесины. Еще более предпочтительно, оправа из искусственной древесины не содержит никаких других полимеров. Предпочтительно, стирольный полимер может представлять собой полистирол, ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол) или приситой сополимер полистирола с метакрилатом; в частности, он является полистиролом, более конкретно, атактическим полистиролом.

Предпочтительно, содержание стирольного полимера, в частности, полистирола, в оправе из искусственной древесины составляет от 60 до 100 масс.%, предпочтительно от 70 до 98 масс.%, в частности, от 80 до 95 масс.%, от полного веса оправы из искусственной древесины.

Помимо стирольного полимера, оправа из искусственной древесины может содержать пигменты (несколько весовых процентов, в частности, от 0 до 5 масс.%, предпочтительно от 0,5 до 2 масс.%, от полного веса композиции оправы из искусственной древесины), такие как маточная смесь и/или красный оксид железа, в частности, чтобы придать оправе из искусственной древесины цвет, близкий к цвету дерева, пластификаторы, опилки, минеральные наполнители (несколько весовых процентов, предпочтительно от 0 до 10 масс.%, в частности, от 2 до 6 масс.%, более конкретно от 3 до 5 масс.%, от общей массы композиции оправы из искусственной древесины), которые, в частности, являются бесцветными, как глины, например, каолин, и/или другие добавки, такие, как стеарат кальция и/или стеарамид (несколько весовых процентов, предпочтительно от 0 до 5 масс.%, в частности, от 1 до 3 масс.%, от общей массы композиции оправы из искусственной древесины).

Оправу из искусственной древесины экспандируют, чтобы получить плотность, близкую к плотности дерева. Чтобы получить экспандированную оправу из искусственной древесины, в композицию оправы из искусственной древесины перед экструзией предпочтительно добавляли расширитель, например, азодикарбонамид.

Поскольку три слоя можно получить соэкструзией, карандаш согласно настоящему изобретению можно изготавливать в непрерывным процессе. В частности, этот способ описан в заявке WO 01/43987.

Предлагаемый настоящим изобретением карандаш в сборке должен хорошо затачиваться и иметь плотность, близкую к плотности обычных карандашей с деревянной оправой.

В одном частном варианте осуществления настоящего изобретения простой или цветной карандаш согласно изобретению содержит дополнительный декоративный слой, предпочтительно лаковый, окружающий, в частности, концентрически, оправу из искусственной древесины. Предпочтительно, декоративный слой выполнен из материала, совместимого с материалом оправы из искусственной древесины.

Предпочтительно, простой или цветной карандаш согласно настоящему изобретению может иметь гексагональное, круглое или треугольное сечение, предпочтительно круглое или гексагональное.

Предпочтительно, он может содержать средство для стирания, такое как ластик, на незаточенном конце карандаша.

Изобретение станет более понятным после рассмотрения описания фигур и нижеследующих примеров.

Фигура 1 показывает в сечении один пример простого карандаша согласно изобретению с гексагональным сечением.

Фигура 2 показывает перспективное изображение примера простого карандаша с гексагональным сечением согласно изобретению.

Пример предлагаемого изобретением простого карандаша 4 с гексагональным сечением показан на фигурах 1 и 2, он содержит четыре слоя: грифель (1) с круглым сечением, защитный промежуточный слой (2) с круглым сечением, концентрически окружающий грифель (1), экспандированную оправу из искусственной древесины (3) с гексагональным сечением, которая концентрически окружает защитный промежуточный слой, и декоративный слой (5) с гексагональным сечением, который концентрически окружает оправу из искусственной древесины. Защитный промежуточный слой 2 отличается по цвету от грифеля и от оправы из искусственной древесины и, таким образом, он виден как на сечении карандаша (фигура 1), так и на заточенной части карандаша (фигура 2).

Пример 1

Предлагаемый изобретением простой карандаш с гексагональным сечением, какой показан на фигурах 1 и 2, или с треугольным сечением был изготовлен соэкструзией. Составы различных слоев следующие:

- грифель: полипропилен (PP, 25-35%), графит (40-50%)+добавки/пигменты

- защитный промежуточный слой: полистирол (40-50%), EVA (45-55%)+пигменты

- оправа из искусственной древесины (3): полистирол (90-95%)+добавки/пигменты/бесцветный минеральный наполнитель.

Исследовали различные толщины защитного промежуточного слоя и различные диаметры грифеля. После стадии заточки карандаша осуществляли визуальный контроль. Если защитный промежуточный слой имел тенденцию отставать от грифеля во время заточки, такой продукт считался "неприемлемым".

Реферат

Настоящее изобретение относится к простому или цветному карандашу, содержащему следующие 3 слоя, полученные соэкструзией: - неэкспандированный грифель на основе полиолефина, - неэкспандированный защитный промежуточный слой, окружающий грифель и содержащий смесь полистирола и EVA, и - экспандированная оправа из искусственной древесины на основе стирольного полимера, окружающая защитный промежуточный слой, причем отношение толщины защитного промежуточного слоя к радиусу грифеля составляет от 0,05 до 0,17, предпочтительно от 0,07 до 0,15. 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула