CN109627853A - 热敏可逆变色彩色铅芯及其制备方法和铅笔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热敏可逆变色彩色铅芯，包括以下重量份数的组分：胶黏剂3‑15份；热敏色浆15‑40份；蜡1‑8份；硬脂酸2‑10份；棕榈蜡0‑5份；乳化剂0‑2份和填充料30‑70份，所述热敏色浆包括热敏变色颜料、显色剂、溶剂和添加助剂，所述热敏色浆的粒径为1‑10μm，所述热敏色浆为微胶囊颜料，该热敏色浆在常温下显色，当温度升至60℃左右时快速褪色，当温度降至‑20℃左右时可恢复原色。本铅芯中加入了热敏色浆，在常温使用时铅芯正常显色，需要擦除时，用普通的橡皮擦或其他树脂、橡胶等材料摩擦文字或图案等笔迹，笔迹受热后褪色，即可完成擦除笔迹工作，不会产生任何废屑，非常环保。

Description

热敏可逆变色彩色铅芯及其制备方法和铅笔

技术领域

本发明涉及铅芯，具体涉及一种热敏可逆变色彩色铅芯及其制备方法和采用此铅芯制备的铅笔。

背景技术

热变色材料，发展初期基本都是不可逆热变色材料，主要用于示温的涂料类，如在炼油装置中用作超温报警涂料、航空工业中用来指示材料的表面温度分布以及仪器上广泛应用的热敏纸上的成色剂等。这些热变色材料多为无机金属类热变色材料，变色温度都较高，其测温上限可超过1200℃。上世纪80年代以来，国外热变色材料的发展趋向于低温及可逆两方面，低温可逆热变色材料出现了一系列新品种，特别是近年来伴随着微胶囊化技术的应用，热变色材料出现了许多新品种，应用面也已从最初的示温作用拓展到纺织品、印刷、涂料、玩具、防伪、厨房用品和娱乐等日常生活的各个方面。在文教行业变色铅笔、圆珠笔油，以及变色指甲油、玩具等产品都已经问世，极大的丰富了人们的生活。目前彩色铅笔大多是不可擦除的，无法对所绘图案或文字进行修复或去除，也有部分彩色铅笔可以用橡皮擦除，但仍然会留下淡淡的痕迹，同时会产生一定量的废屑，对周边环境做成污染。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种热敏可逆变色彩色铅芯，该铅芯具有书写阻力小、不易断裂和弯曲、修改时不产生任何废屑的特点。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种热敏可逆变色彩色铅芯，包括以下重量份数的组分：胶黏剂3-15份；热敏色浆15-40份；蜡1-8份；硬脂酸2-10份；棕榈蜡0-5份；乳化剂0-2份和填充料30-70份。

优选地，所述热敏色浆包括热敏变色颜料、显色剂、溶剂和添加助剂，所述热敏色浆的粒径为1-10μm。

优选地，所述热敏色浆为微胶囊颜料，该热敏色浆在常温下显色，当温度升至60℃左右时快速褪色，当温度降至-20℃左右时可恢复原色。

优选地，所述胶黏剂为黄耆树胶、***胶、桃胶、纤维素和水溶性糊精中的一种或多种。

优选地，所述蜡为石蜡、微晶蜡、费托蜡、动物蜡和植物蜡中的一种或多种。

优选地，所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、蓖麻油与环氧乙烷缩合物、氢化蓖麻油与环氧乙烷缩合物、吐温和聚乙二醇脂肪酸酯中的一种或多种。

优选地，所述填充料为滑石粉、高岭土、碳酸钙、硅藻土中的一种或多种。

本发明还提供一种热敏可逆变色彩色铅芯的制备方法，步骤如下：

步骤一：称取配方量的胶黏剂、热敏色浆、蜡、硬脂酸、棕榈蜡、乳化剂和填充料，将上述物料加入捏合机中，在温度为45-55℃下捏合50-80分钟；

步骤二：将捏合机中的物料出至双螺杆挤出机中造粒，并经三辊机研磨至所需水分，再将物料挤芯，并在40-45℃下烘干，得到铅芯，此时铅芯并不显色；

步骤三：再将步骤二得到的铅芯放于低于-20℃的冰柜中冷冻24小时以上，得到显色的热敏可逆变色彩色铅芯。

本发明还一种热敏可逆变变色彩色铅笔，由上述热敏可逆变色彩色铅芯经过刨槽、胶芯、刨杆和上漆工艺制备而得。

本发明的有益效果是：

1)本发明采用的热敏可逆变色色浆为聚合物包囊体系，不同于热敏可逆变色中性墨水，色浆粒径颗粒较大，粒径分布较宽，更加容易发生沉淀或者絮凝，同时又要避免工艺过程中搅拌或研磨对微胶囊的破坏，因此色浆的制备和选择更为复杂,另外，微胶囊中主溶剂和助溶剂的相容性对色浆的热性能影响较大，所以色浆自身的稳定性与复配体系的相容性皆为影响本品品质的重要因素；

2)本发明相对于普通铅芯和普通彩色铅芯，本热敏铅芯具有在常温下显示颜色，当铅芯受热到一定温度时，颜色完全消失，然后由高温恢复到常温时铅芯仍为无色，当温度继续降低至临界温度(显色温度)时其颜色恢复到原来的有色状态。本热敏可逆变色彩色铅芯主要是采用具有热敏可逆变色的色浆，再配合蜡、粘合剂、填充料等原料经过捏合、挤出、烘干、冷冻等工艺处理制备得到。本发明制得的彩色铅芯具有书写顺滑、变色区间窄、颜色可组合自由、色彩鲜艳、变色明显等特点；

3)本铅芯中加入了热敏色浆，在常温使用时铅芯正常显色，需要擦除时，使用普通的橡皮擦或其他树脂、橡胶等材料摩擦文字或图案等笔迹，笔迹受热后褪色，即可完成擦除字迹工作，不会产生任何废屑，非常环保；而且本品在温度低至-20℃左右才可回复原色，因此在正常环境下被擦除的笔迹不会复色。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一种热敏可逆变色彩色铅芯，包括以下重量份数的组分：胶黏剂3-15份；热敏色浆15-40份；蜡1-8份；硬脂酸2-10份；棕榈蜡0-5份；乳化剂0-2份和填充料30-70份。本配方中，通过胶黏剂、蜡、硬脂酸与热敏色浆进行黏着结合，并在付出若干次创造性试验后得到此配比，在此配比下使得热敏色浆在该体系中分散均匀，乳化剂主要增加铅芯的流动性和润滑性同时具有一定乳化能力，使得本体系更加地融合。本铅芯中加入了热敏色浆，在常温使用时铅芯正常显色，需要擦除时，用普通的橡皮擦或其他树脂、橡胶等材料摩擦文字或图案等笔迹，笔迹受热后褪色，即可完成擦除笔迹工作，不会产生任何废屑，非常环保；而且本品在温度低至-20℃左右才可回复原色，因此在正常环境下被擦除的笔迹不会复色。

所述热敏色浆包括热敏变色颜料、显色剂、溶剂和添加助剂，所述热敏色浆的粒径为1-10μm，粒径太细的话不易着色，太粗又会影响笔芯的顺滑性；所述热敏色浆为微胶囊颜料，该热敏色浆在常温下显色，当温度升至60℃左右时快速褪色，当温度降至-20℃左右时可恢复原色。

普通的色浆是通过高速分散-研磨的组合将团聚的颜料粒子分散为稳定的分散液，而热敏可逆变色色浆是一个微胶囊体系，通过选择合适的微胶囊壁材，将热敏材料进行微胶囊包裹。微胶囊化能使热敏颜料颗粒均匀地分散在介质水中并具有良好的稳定性，有效地防止颜料粒子重新团聚或沉淀。微胶囊中含有三种物质：发色剂，显色剂，溶剂等。低温和常温时溶剂凝固，发色剂与显色剂通过溶剂固定在一起，二者之间发生电子得失反应，色浆显色。升温时，溶剂吸热使发色剂与溶剂结合而与显色剂分离，阻碍了两者之间的电子传导，而使颜色迅速消失，同时当温度下降时，由于溶剂中的发色剂与显色剂仍为分离状态，因此仍保持无色状态，直至温度降低到溶剂凝固显色剂在溶剂中析出而使发色剂显示出其本身颜色，实现颜色随温度的可记忆变化的特性；

本发明中的热敏色浆是热敏可逆变色彩色铅芯的主要组成部分，包括提供颜色的热敏变色颜料(即发色剂)、显色剂、溶剂和添加助剂等。其为聚合物包囊体系，在常温下显示某种颜色，当受热后(约60℃)快速褪色，当温度下降到常温时，仍然为无色，必须降温至-20℃左右才能恢复到原来的有色状态，具有很宽的消色-复色温度，即“滞后性”。本热敏色浆可逆变，从无色到有色或者从有色到无色，本热敏色浆为市售产品。该热敏色浆热变色机理为分子间化学反应，许多本身没有热致变色现象的有机物(发色剂)，在与其他化合物(显色剂)混合，加热后会有热变色反应发生。主要机理为分子间的电子转移：由于分子间电子转移而产生热变色的可逆有机热变色材料是近年来研究的最为广泛的一类热变色材料，它的发色剂和显色剂分别是电子给予体和电子接受体，当温度发生变化时，电子给予体和电子接受体发生可逆的化学反应，通过它们之间电子的给予和接受，分子结构发生改变，导致颜色发生可逆变化。当前这类热色材料的研究大都是通过对不同发色剂进行试验，并选择合适的显色剂及温度调节剂，制得一系列色彩丰富、变色明显、灵敏度较高、有应用前景的有机热变色材料。

所述胶黏剂为黄耆树胶、***胶、桃胶、纤维素和水溶性糊精中的一种或多种。该胶黏剂赋予铅芯需要的强度，保证产品的书写性能，同时避免铅笔制作和使用过程中的崩断芯。所述蜡为石蜡、微晶蜡、费托蜡、动物蜡和植物蜡中的一种或多种。所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、蓖麻油与环氧乙烷缩合物、氢化蓖麻油与环氧乙烷缩合物、吐温和聚乙二醇脂肪酸酯中的一种或多种。所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，分子式为RO-(CH₂CH₂O)n-H，其中R为烷基，n为正整数，其中n为10、15或20；所述吐温为吐温40、吐温60或吐温80，蓖麻油/氢化蓖麻油与环氧乙烷缩合物如EL-30、40、60，聚乙二醇脂肪酸酯如PEG400MS等。所述填充料为滑石粉、高岭土、碳酸钙、硅藻土中的一种或多种。

本热敏可逆变色彩色铅芯的制备方法如下：

步骤一：称取配方量的胶黏剂、热敏色浆、蜡、硬脂酸、棕榈蜡、乳化剂和填充料，将上述物料加入捏合机中，在温度为45-55℃下捏合50-80分钟；

步骤二：将捏合机中的物料出至双螺杆挤出机中造粒，并经三辊机研磨至所需水分，再将物料挤芯，并在40-45℃下烘干，得到铅芯，此时铅芯并不显色；

步骤三：再将步骤二得到的铅芯放于低于-20℃的冰柜中冷冻24小时以上，得到显色的热敏可逆变色彩色铅芯。

铅笔的制备：由上述热敏可逆变色彩色铅芯经过刨槽、胶芯、刨杆和上漆工艺制备而得具有该铅芯的铅笔。

实施例1：

包括以下重量份数的组分：

黄耆树胶3份；黄色热敏色浆15份；微晶蜡1份；硬脂酸2份；棕榈蜡1份；脂肪醇聚氧乙烯醚0.1份和滑石粉30份；

制备方法：

步骤一：称取配方量的黄耆树胶、黄色热敏色浆、微晶蜡、硬脂酸、棕榈蜡、脂肪醇聚氧乙烯醚和滑石粉，将上述物料加入捏合机中，在温度为45℃下捏合50分钟；

步骤二：将捏合机中的物料出至双螺杆挤出机中造粒，并经三辊机研磨至所需水分，再将物料挤芯，并在40-45℃下烘干，得到铅芯，此时铅芯并不显色；

步骤三：再将步骤二得到的铅芯放于低于-20℃的冰柜中冷冻24小时以上，得到显色的热敏可逆变色彩色铅芯。

实施例2：

包括以下重量份数的组分：

纤维素6份；红色热敏色浆20份；石蜡5份；硬脂酸6份；棕榈蜡3份；蓖麻油与环氧乙烷缩合物0.5份和高岭土40份；

制备方法：

步骤一：称取配方量的纤维素、红色热敏色浆、石蜡、硬脂酸、棕榈蜡、蓖麻油与环氧乙烷缩合物和高岭土，将上述物料加入捏合机中，在温度为50℃下捏合60分钟；

步骤二：将捏合机中的物料出至双螺杆挤出机中造粒，并经三辊机研磨至所需水分，再将物料挤芯，并在40-45℃下烘干，得到铅芯，此时铅芯并不显色；

步骤三：再将步骤二得到的铅芯放于低于-20℃的冰柜中冷冻24小时以上，得到显色的热敏可逆变色彩色铅芯。

实施例3：

包括以下重量份数的组分：

羧甲基纤维素钠8份；蓝色热敏色浆26.4份；石蜡3.5份；硬脂酸4.3份；棕榈蜡2.4份；吐温60 0.3份和高岭土55.1份；

制备方法：

步骤一：称取配方量的***胶、蓝色热敏色浆、费托蜡、硬脂酸、棕榈蜡、吐温60和硅藻土，将上述物料加入捏合机中，在温度为55℃下捏合80分钟；

步骤二：将捏合机中的物料出至双螺杆挤出机中造粒，并经三辊机研磨至所需水分，再将物料挤芯，并在40-45℃下烘干，得到铅芯，此时铅芯并不显色；

步骤三：再将步骤二得到的铅芯放于低于-20℃的冰柜中冷冻24小时以上，得到显色的热敏可逆变色彩色铅芯。

实施例4：

包括以下重量份数的组分：

***胶12份；红色热敏色浆35份；费托蜡6份；硬脂酸8份；棕榈蜡4份；吐温601.5份和硅藻土60份；

制备方法：

步骤一：称取配方量的***胶、红色热敏色浆、费托蜡、硬脂酸、棕榈蜡、吐温60和硅藻土，将上述物料加入捏合机中，在温度为55℃下捏合80分钟；

步骤二：将捏合机中的物料出至双螺杆挤出机中造粒，并经三辊机研磨至所需水分，再将物料挤芯，并在40-45℃下烘干，得到铅芯，此时铅芯并不显色；

步骤三：再将步骤二得到的铅芯放于低于-20℃的冰柜中冷冻24小时以上，得到显色的热敏可逆变色彩色铅芯。

实施例5：

包括以下重量份数的组分：

***胶15份；红色热敏色浆40份；费托蜡8份；硬脂酸10份；棕榈蜡5份；吐温60 2份和硅藻土70份；

制备方法同实施例4。

实施例6：

包括以下重量份数的组分：

***胶3份；红色热敏色浆15份；微晶蜡1份；硬脂酸2份和滑石粉30份；

制备方法：

步骤一：称取配方量的***胶、红色热敏色浆、微晶蜡、硬脂酸和滑石粉，将上述物料加入捏合机中，在温度为55℃下捏合80分钟；

步骤二：将捏合机中的物料出至双螺杆挤出机中造粒，并经三辊机研磨至所需水分，再将物料挤芯，并在40-45℃下烘干，得到铅芯，此时铅芯并不显色；

步骤三：再将步骤二得到的铅芯放于低于-20℃的冰柜中冷冻24小时以上，得到显色的热敏可逆变色彩色铅芯。

对比例1：市售普通浅色彩色铅笔；对比例2：市售三菱牌彩色铅笔。

测试结果：

实施例1-6制得的铅芯弯曲强度为2000-2500MPa，实施例1-5制得的铅芯书写顺滑、颜色鲜艳，书写痕迹使用普通橡皮或其他树脂、橡胶等材料可轻松地被擦除，并且没有产生任何废屑；实施例6制得的铅芯书写顺滑度不如实施例1-5的产品，颜色较鲜艳，书写痕迹使用普通橡皮可轻松地被擦除，并且没有产生任何废屑；因此在本配方中加入一定量的乳化剂更能保证产品书写的顺滑性；

对比例1中的铅笔书写出来的笔迹色彩非常淡，顺滑性能差，而且如果采用普通橡皮擦除时会产生一定的废屑；

对比例2中的铅笔书写出来的笔迹色彩鲜艳，顺滑性能较好，但是采用普通橡皮擦除时，非常吃力，且会留下淡淡的痕迹，清除不彻底，同时还会产生一定的废屑；

综上，本***通过热敏色浆和配方中其他成分进行复配后，不仅使得铅芯具有色彩鲜艳，书写流畅的特点，而且利用热敏色浆可逆变色的原理，擦除时通过升温褪色使得书写痕迹不为肉眼所见，达到了擦除的目的，而不会产生任何废屑，本品属于铅芯领域的首创，具有广阔的市场前景。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种热敏可逆变色彩色铅芯，其特征在于：包括以下重量份数的组分：胶黏剂3-15份；热敏色浆15-40份；蜡1-8份；硬脂酸2-10份；棕榈蜡0-5份；乳化剂0-2份和填充料30-70份。

2.根据权利要求1所述的热敏可逆变色彩色铅芯，其特征在于：所述热敏色浆包括热敏变色颜料、显色剂、溶剂和添加助剂，所述热敏色浆的粒径为1-10μm。

3.根据权利要求2所述的热敏可逆变色彩色铅芯，其特征在于：所述热敏色浆为微胶囊颜料，该热敏色浆在常温下显色，当温度升至60℃左右时快速褪色，当温度降至-20℃左右时可恢复原色。

4.根据权利要求1所述的热敏可逆变色彩色铅芯，其特征在于：所述胶黏剂为黄耆树胶、***胶、桃胶、纤维素和水溶性糊精中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的热敏可逆变色彩色铅芯，其特征在于：所述蜡为石蜡、微晶蜡、费托蜡、动物蜡和植物蜡中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的热敏可逆变色彩色铅芯，其特征在于：所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、蓖麻油与环氧乙烷缩合物、氢化蓖麻油与环氧乙烷缩合物、吐温和聚乙二醇脂肪酸酯中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的热敏可逆变色彩色铅芯，其特征在于：所述填充料为滑石粉、高岭土、碳酸钙、硅藻土中的一种或多种。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的热敏可逆变色彩色铅芯的制备方法，其特征在于：步骤如下：

步骤一：称取配方量的胶黏剂、热敏色浆、蜡、硬脂酸、棕榈蜡、乳化剂和填充料，将上述物料加入捏合机中，在温度为45-55℃下捏合50-80分钟；

步骤二：将捏合机中的物料出至双螺杆挤出机中造粒，并经三辊机研磨至所需水分，再将物料挤芯，并在40-45℃下烘干，得到铅芯，此时铅芯并不显色；

步骤三：再将步骤二得到的铅芯放于低于-20℃的冰柜中冷冻24小时以上，得到显色的热敏可逆变色彩色铅芯。

9.一种热敏可逆变变色彩色铅笔，其特征在于：由权利要求8的热敏可逆变色彩色铅芯经过刨槽、胶芯、刨杆和上漆工艺制备而得。