ГРИФЕЛИ ДЛЯ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ ДЛЯ ПИСЬМА, РИСОВАНИЯ И/ИЛИ РАСКРАШИВАНИЯ И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ
REFILL FOR WRITING, DRAWING AND/OR PAINTING DEVICES AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF

Изобретение относится к грифелям для приспособлений для письма, рисования и/или раскрашивания на основе полимерных связующих, а также к способу их получения.
Полимерные грифели для рисования, письма и/или раскрашивания, имеющие в основе полимеры, получаемые из сырой нефти, в принципе известны.
Под связанными полимером грифелями на основе красок и графита для письма, рисования и/или раскрашивания понимают, с одной стороны, грифели, которые прочно введены в деревянные или другие затачивающиеся материалы, а с другой стороны, грифели, которые помещаются с возможностью перемещения в жесткие на изгиб оболочки. Примерами этого являются простые карандаши в деревянном корпусе и грифели для механических карандашей, например, так называемых цанговых карандашей или карандашей с опускающимся грифелем. При этом грифели обычно имеют наружный диаметр в интервале примерно 0,3-6 мм.
Так, например, цветные и графитовые грифели на полимерной связке известны из заявки WO 2010/006742 A1. Такие грифели содержат полимерное связующее, воск, пальмовое масло и наполнители.
Недостатком таких грифелей является то, что большинство полимерных грифелей образовано на основе продуктов сырой нефти и поэтому напрямую зависят от цены и доступности нефти. Кроме того, недостатком следует считать то, что грифели, полученные на основе полимеров, производных от сырой нефти, расходуют невозобновляемые натуральные ресурсы. Таким образом, экологически чистое получение карандаша из полимеров на основе возобновляемого сырья невозможно.
Далее, из документа US 2988784A известны цветные и графитовые грифели на полимерной связке. Такие грифели содержат полимерное связующее на основе сложного эфира целлюлозы, в частности ацетат целлюлозы, воск и наполнитель. Недостатком таких грифелей является то, что хотя они и образованы из натурального сырья и поэтому могут полностью разлагаться, они, тем не менее, в значительной степени состоят из природного сырья древесины. Однако из-за высокого спроса на древесину становится все труднее и дороже приобретать высококачественную древесину. Кроме того, изготовление карандашей с эфирами целлюлозы еще больше снижает ресурсы натуральной древесины.
Поэтому задачей изобретения является разработка грифеля для письма, рисования и/или раскрашивания, который не имеет указанных недостатков и который, в частности, можно получить вне зависимости от сырой нефти, но полностью из воспроизводимых и разлагаемых связующих/полимеров и при этом без ущерба для основных свойств, таких, например, как затачиваемость, окрашивание, твердость, кроющая способность мазка и стираемость грифеля.
Эта задача решена путем замены полимеров на основе нефти полилактидами. Благодаря этому получен связанный полимером грифель для приспособлений для письма, рисования и/или раскрашивания, в частности, для простых карандашей или цветных карандашей, который содержит по меньшей мере одно связующее, по меньшей мере один воск, по меньшей мере один краситель и по меньшей мере один наполнитель, причем грифель в качестве связующего содержит полилактид.
Синонимом для обозначения полилактида является полимолочная кислота или же PLA. Часто используемое сокращение PLA происходит от английского словосочетания polylactic acid.
Неожиданно выяснилось, что в результате замены полимеров на основе нефти полилактидами свойства грифеля, например затачиваемость, окрашивание, твердость, кроющая способность мазка, стираемость и т.д., не ухудшаются, однако получение такого грифеля не зависит от сырой нефти. Благодаря этому получается, что стоимость изготовления грифелей не зависит от цены на сырую нефть и ее доступности. Кроме того, полученные таким способом грифели быстрее разлагаются, и при их получении сохраняются невозобновляемые природные ресурсы.
Содержание полилактида в составе грифеля лежит в интервале 10-60 вес.%, предпочтительно 10-40 вес.% и особенно предпочтительно 10-25 вес.%.
Выгодным оказалось, если связанный полимером грифель содержит:
10-60 вес.% полилактида,
2-25 вес.% воска,
15-70 вес.% наполнителей,
0-5 вес.% пальмового масла,
0-30 вес.% красителей.
В благоприятном случае указанный, по меньшей мере один, воск является по меньшей мере одним элементом из группы, содержащей жирные кислоты, стеараты, горные воски, амидные воски и парафины. Применимы также смеси двух или более восков.
При этом особенно предпочтительно, если указанный, по меньшей мере один, воск является стеаратом кальция и/или этилен-бис(стеарамидом) (EBS).
Очень хорошие результаты были получены при применении этилен-бис(стеарамида) (EBS) в цветных грифелях. При применении стеарата кальция очень хорошие результаты были достигнуты для грифелей простых карандашей.
Предпочтительно, указанный по меньшей мере один наполнитель является по меньшей мере одним наполнителем из группы, содержащей графит, гексагональный нитрид бора, слоистые силикаты, мел, тяжелый шпат, цветные пигменты и/или ахроматические пигменты.
При этом для грифелей простого карандаша предпочтителен, в частности, графит или графит в комбинации с сажей в качестве придающего окраску наполнителя. Для грифелей цветных карандашей хорошо показали себя комбинации белых или бесцветных наполнителей, таких как гексагональный нитрид бора, слоистые силикаты и т.д., с придающими окраску пигментами, такими как азо-пигменты, фталоцианины, диоксазины, хинакридоны, оксиды железа, сажа, графит, ультрамарин, цианидные комплексы железа.
Один предпочтительный состав грифеля для простого карандаша включает в себя:
10-60 вес.% полилактида,
2-25 вес.% воска,
0-5 вес.% пальмового масла,
остальное - графит.
В частности, грифель для простого карандаша содержит:
10-25 вес.% полилактида,
5-15 вес.% воска,
0,1-2,5 вес.% пальмового масла,
остальное - графит.
Одна указываемая для примера рецептура грифеля простого карандаша включает:
полилактид: 20 вес.%,
стеарат кальция: 9 вес.%,
пальмовое масло: 1 вес.%,
остальное - графит.
Другую рецептуру грифеля для простого карандаша можно составить, к примеру, следующим образом:
полилактид: 38 вес.%,
стеарат кальция: 7 вес.%,
этилен-бис(стеарамид): 5 вес.%,
пальмовое масло: 1 вес.%,
остальное - графит.
В качестве красителя для грифелей для простого карандаша используется, как показано в примерах, графит. Однако можно использовать также комбинацию графита и сажи.
Один состав грифеля для цветного карандаша включает в себя:
10-60 вес.% полилактида,
2-25 вес.% воска,
1-30 вес.% красителя,
остальное - наполнители.
В частности, грифель для цветного карандаша содержит:
10-25 вес.% полилактида,
10-20 вес.% воска,
2-20 вес.% красителя,
остальное - наполнители.
Типичная рецептура грифеля для цветного карандаша содержит:
полилактид: 15 вес.%,
этилен-бис(стеарамид): 13 вес.%,
пигменты: 7 вес.%,
наполнители: 65 вес.%.
В качестве придающих окраску средств в случае цветных грифелей можно использовать цветные и/или ахроматические пигменты. В качестве примеров таких пигментов можно назвать азо-пигменты, фталоцианины, диоксазины, хинакридоны, оксиды железа, сажу, графит, ультрамарин и цианидные комплексы железа.
В качестве способа получения связанного полимером грифеля согласно изобретению хорошо показал себя способ экструзии.
Грифель согласно изобретению получают, в частности, осуществляя указанные ниже этапы:
- смешение и грануляция всех составляющих компонентов грифеля с получением грифельного гранулята,
- экструдирование грифельного гранулята при температуре в интервале от 120°C до 200°C на экструдере через подходящую насадку с образованием бесконечных грифельных стержней,
- охлаждение и отверждение бесконечного грифельного стержня и
- резка бесконечного грифельного стержня на конечные длины, в частности, на необходимую длину карандаша.
В зависимости от экструзионной головки сечение грифеля может принимать произвольную форму: круглую, угловатую или их или их комбинации. Далее, можно также благодаря многократной совместной экструзии соединять различные рецептуры грифелей в экструзионной головке с получением многокомпонентного грифеля.
Кроме того, грифельный гранулят можно подходящими способами совместной экструзии экструдировать с другими связанными полимером материалами с получением готового карандаша.