ES2400755T5 - Material de sustitución de madera, así como su uso - Google Patents

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Description

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DESCRIPCION
Material de sustitucion de madera, as! como su uso
La invencion se refiere al uso de un material de sustitucion de madera para lapices engastados en madera, como lapices de grafito, lapices de colores o lapices cosmeticos con minas colorantes.
Mediante el material de sustitucion de madera se sustituye la madera del lapiz que envuelve la mina.
Lapices engastados en madera, en los que la mina esta envuelta o revestida por madera que crece naturalmente, son conocidos desde hace tiempo. En los ultimos anos, debido a la escasa disponibilidad de madera, el precio de maderas de alto valor cualitativo ha aumentado, lo que repercute directamente en los costes de production de los lapices. Ademas, para la produccion de lapices se consumen recursos forestales naturales relativamente grandes.
En el ambito de otros sectores, por este motivo, ya desde hace anos se ha intentado reemplazar las maderas naturales por materiales de sustitucion de madera, que son mas economicos y cuidan los recursos forestales naturales.
Una forma de materiales de sustitucion de madera esta constituida por los denominados Wood Plastik Composites, en castellano materiales compuestos de madera-plastico, en cuyo caso se trata de materiales procesables de manera termoplastica con diversos porcentajes de madera, materiales sinteticos y aditivos, que se procesan mediante procedimientos de conformado termoplasticos, como por ejemplo extrusion, moldeo por inyeccion o prensado. A este respecto, los aditivos sirven para la optimization de las propiedades de uso requeridas para el respectivo fin de uso, e influyen sobre estas decisivamente. A modo de ejemplo se emplean agentes adherentes para la mejora de la union madera-material sintetico, ceras para garantizar la procesabilidad, pigmentos para la coloration, as! como agentes para garantizar la estabilidad a UV, intemperie, insectos y hongos. Entre otros, son campos de uso tarimas de terraza, maceteros, revestimientos, barandillas, muebles o equipamientos interiores en el sector del automovil.
El documento DE 102006046491 da a conocer un material de sustitucion de madera para lapices engastados en madera constituido por los siguientes componentes: 20 % en peso de poliolefina, 70 % en peso de fibras de madera, 5 % en peso de agentes adherentes, 5 % en peso de cera. En el caso del agente adherente se trata de un pollmero injertado con anhldrido de acido maleico.
Los materiales de sustitucion de madera que se encuentran en el mercado se optimizaron, ademas de otras propiedades, de modo que presenten propiedades de resistencia lo mas elevadas posible, como resistencia a la flexion o resistencia a la abrasion.
No obstante, tales materiales de sustitucion de madera no son apropiados, o lo son solo de manera limitada, para la sustitucion de madera en lapices engastados en madera, ya que tales lapices no se pueden afilar, o solo con dificultad, con un afilalapices manual comercial. Ademas, son conocidos materiales sinteticos espumados o materiales sinteticos con cargas inorganicas, que sirven como material de sustitucion de madera.
Los materiales sinteticos espumados presentan un modulo E reducido, y por lo tanto son habitualmente muy elasticos. Debido a esta elevada elasticidad, los materiales sinteticos espumados son menos apropiados como material de sustitucion de madera para lapices, ya que en el caso de un revestimiento elastico de una mina convencional falta la action de apoyo necesaria para la mina, y esta se romperla durante el uso del lapiz. Si bien esto se puede impedir mediante acondicionamiento correspondientemente elastico de la mina, la mina presentara de este modo peores propiedades de escritura.
Es objetivo de la invencion el uso de un material de sustitucion de madera afilable que sea apropiado para el revestimiento de la mina de un lapiz, en lugar de madera natural.
Este objetivo se consigue con las caracterlsticas segun la reivindicacion 1.
El material de sustitucion de madera se forma a partir de los componentes que se definen en la reivindicacion 1.
Una combination de este tipo de ceras y agentes adherentes proporciona un material de sustitucion de madera afilable, que puede reemplazar en especial madera natural en lapices engastados en madera para la envoltura de la mina. Este no es el caso con los materiales de sustitucion de madera conocidos segun el estado de la tecnica. La particularidad en el uso del material de sustitucion de madera consiste en que los lapices formados con el mismo, efectuandose una envoltura de la mina con el material de sustitucion de madera en lugar de madera, presentan todas las propiedades habituales de los lapices engastados en madera conocidos.
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Por consiguiente, la citada combination de materias primas proporciona un material que es apropiado en medida especial para la production de envolturas o revestimientos afilables de minas bajo formation de lapices para escritura y/o lapices cosmeticos.
Por consiguiente, en el caso del uso del material de sustitucion de madera, el material de sustitucion de madera es apropiado como revestimiento para minas para la produccion de lapices, ya que un lapiz formado con el mismo es afilable con un afilalapices manual comercial, con esfuerzo reducido, y el lapiz presenta simultaneamente la resistencia a la rotura por flexion necesaria para el uso como util de escritura. Ademas, el material de sustitucion de madera presenta un modulo de elasticidad relativamente elevado, de modo que con este se pueden envolver tanto minas poco elasticas, como elasticas.
Para valorar la aptitud para afilado del material de sustitucion de madera y su aptitud para la produccion de lapices, a partir del mismo se produjeron cuerpos macizos, y se afilaron los mismos. A este respecto, el uso de un material de sustitucion de madera valorado como convenientemente afilable conduce a que un lapiz producido a partir del mismo se pueda afilar con esfuerzo reducido. En este caso es valido como afilable con esfuerzo reducido un lapiz, y en especial un material de sustitucion de madera, que en el ensayo o afilado, presenta un denominado momento de afilado menor que 10 Ncm. El momento de afilado se determina en una maquina de ensayo desarrollada con este fin, afilandose un cuerpo de ensayo en forma de un lapiz o de un cuerpo macizo constituido por material de sustitucion de madera continuamente durante 20 s.
El momento de giro promedio determinado durante el afilado [en Ncm], que es necesario para el afilado continuo de un cuerpo de ensayo con un diametro de 7,6 ± 0,2 mm con una velocidad de giro de 43 rpm, en el caso de cono puntiagudo ya presente, es decir, ya afilado en el angulo deseado, en un afilador comercial con cuchilla nueva, se denomina momento de afilado.
El principio de un dispositivo para la medicion del momento de afilado se representa en la Figura 1 como explication. Un afilador 1 se fija a tal efecto en un soporte 3 unido a un dispositivo de medicion de momento de giro 2. Un cuerpo de ensayo 5 se pone a disposition en un alojamiento 4 de manera giratoria, y se introduce en el afilador 1. Se efectua un desplazamiento neumatico del cuerpo de ensayo giratorio 5 en la direction del afilador 1 por medio de un dispositivo de avance 6, que actua sobre el alojamiento 4 del cuerpo de ensayo 5 con una fuerza de avance de 20 N (vease flecha a la derecha en la figura). El momento de giro medido durante el proceso de afilado del cuerpo de ensayo 5 por el dispositivo de medicion de momento de giro 2 se registra y se toma el promedio a lo largo de la duration del ensayo, para determinar el momento de afilado.
La resistencia a la rotura por flexion del material de sustitucion de madera, deseada para el uso como envoltura para minas de lapices, se situa en especial en al menos 50 MPa. El modulo de elasticidad se situa preferentemente en al menos 5000 MPa. La determination de la resistencia a la rotura por flexion y del modulo de elasticidad se efectua en el ensayo de flexion de 3 puntos conforme a la norma DIN 52186 (examen de ensayo de flexion de madera):
En la Figura 2 esta representado un dispositivo de medicion para llevar a cabo un ensayo de flexion de 3 puntos de este tipo. Se usan cuerpos de ensayo cillndricos 7 en forma de lapices o cuerpos macizos de material de sustitucion de madera con un diametro de 7,6 ± 0,2 mm y una longitud de 180 ± 5 mm. El cuerpo de ensayo 7 se aloja sobre rodillos moviles 8 con una anchura de apoyo de 100 mm (distancia de los puntos medios de los rodillos 8). La introduction de energla se efectua de manera centrada con un embolo de ensayo 9. Rodillos 8 y embolo de ensayo 9 tienen un radio de 15 mm. Durante el examen se carga uniformemente el cuerpo de ensayo 7, hasta que el cuerpo de ensayo 7 se rompe. A partir de la fuerza de rotura necesaria y de la flexion medida del cuerpo de ensayo 7, bajo carga creciente, se determinan la resistencia a la rotura por flexion y el modulo de elasticidad del cuerpo de ensayo 7.
A continuation se indican configuraciones ventajosas en el uso segun la invention del material de sustitucion de madera.
Respecto a resistencia y aptitud para afilado es especialmente ventajoso un material de sustitucion de madera en el que la proportion entre el al menos un agente adherente y la al menos una cera esta comprendida en el intervalo de 1 : 2,5 a 1 : 4,5.
Ademas se ha mostrado que, respecto a aptitud para afilado, resistencia y procesabilidad, resultan propiedades especialmente buenas en la siguiente composition: estan contenidos
20 - 25 % en peso 65 - 75 % en peso 1 - 5 % en peso
1 - 2 % en peso
2 - 12 % en peso 1 - 4 % en peso
de al menos un agente aglutinante polimerico,
de al menos una carga organica,
de al menos una carga inorganica,
de al menos un agente adherente,
de al menos una cera,
de al menos un pigmento colorante, y
0 - 5 % en peso de al menos un aditivo.
Para la aptitud para afilado es ventajoso que al menos una cera sea seleccionada del grupo de ceras que
comprende ceras de amida, acidos grasos, como por ejemplo acido estearico y acido palmltico, ceras de montana, estearatos, esteres de acido graso, ceras de parafina.
5 Para la aptitud para afilado es especialmente ventajoso que al menos una cera se forme a partir de cera de amida y/o acido estearico.
Para la aptitud para afilado, el mas ventajoso de los casos consiste en que al menos una cera este formada por una combinacion de cera de amida y acido estearico, situandose una relacion de cera de amida respecto a acido estearico en el intervalo de 1 : 0,5 a 1 : 2.
10 Para la mejor comprension de la invencion, a partir de la siguiente tabla se compararan materiales de sustitucion de madera con materiales conforme al estado de la tecnica. Los cuerpos de ensayo a los que se recurre como
comparacion poseen la misma geometrla de seccion transversal, y presentan un diametro de 7,6 ± 0,2 mm.
Madera natural Materiales de sustitucion de madera no espumados (estado de la tecnica) Material de sustitucion de madera (segun la invencion)
Momento de afilado en Ncm
7 a 12 > 14 < 10
El al menos un agente aglutinante polimerico esta seleccionado segun la invencion del grupo de las poliolefinas.
15 Para que el material de sustitucion de madera adquiera un caracter similar al de la madera, la al menos una carga organica esta formada segun la invencion por madera y/o celulosa.
Para la union de madera, que presenta una superficie polar, y agente aglutinante polimerico, que presenta una superficie apolar, como por ejemplo poliolefinas, es necesario un agente adherente. Ya que en el mercado se encuentran agentes adherentes para polietileno (PE) y polipropileno (PP), es ventajoso que el al menos un agente 20 aglutinante polimerico este formado por polietileno (PE) y/o polipropileno (PP).
Para la union de madera y PE ha dado buen resultado un agente adherente que esta formado por un polietileno (PE) con anhldrido de acido maleico injertado.
Para la consecucion de una resistencia a la rotura por flexion de mas de 50 MPa y un modulo de elasticidad de mas de 5000 MPa, es especialmente ventajoso que al menos un agente aglutinante polimerico este formado por 25 polietileno de alta densidad (PE-HD).
En la Figura 3 esta representado esquematicamente el modo de funcionamiento del agente adherente para la combinacion de madera y PE.
En la Figura 3, en la parte superior, esta representada una molecula de acido maleico en estructura fundamental. En la parte central esta representada madera con su superficie polar en forma de grupos OH, as! como una molecula de 30 agente adherente, que se presenta en forma de una molecula de anhldrido de acido maleico modificada con PE injertado, que se aproxima la superficie de madera. En este contexto y ejemplo, modificado significa que polietileno (PE) esta injertado sobre acido maleico.
En la parte inferior de la Figura 3 esta representada entonces la union de la molecula de anhldrido de acido maleico modificada a la superficie polar de madera. A consecuencia de esto, el PE injertado del agente adherente se acopla 35 al agente aglutinante polimerico en forma de PE, de modo que se consigue una union convenientemente adherente entre la madera y el PE.
En una forma de forma de realizacion de la invencion, el al menos un agente adherente esta formado por un copollmero de etileno-anhldrido de acido maleico (cera de metaloceno-polietileno injertada con anhldrido de acido maleico).
40 Para que el material de sustitucion de madera adquiera un caracter similar al de la madera, anteriormente se indico que la al menos una carga organica esta formada por madera y/o celulosa.
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Segun la invencion, la al menos una carga organica esta formada por partlculas de carga con un tamano de partlcula maximo de 100 pm a lo sumo, lo que es ventajoso para la aptitud al afilado.
Para el aclarado del tono de color del material de sustitucion de madera ha dado buen resultado que el material de sustitucion de madera contenga de un 1 a un 3 % en peso de pigmento colorante blanco.
Para el aclarado del tono de color se mostro ventajoso que el pigmento colorante blanco este formado por dioxido de titanio (TiO2).
Para el ajuste del tono de color deseado es ventajoso que el material de sustitucion de madera contenga de un 0,1 a un 5 % en peso de pigmento pollcromo.
Para el ajuste de la fragilidad y de las propiedades de deslizamiento en el afilado es ventajoso que la al menos una carga inorganica este seleccionada del grupo de cargas que comprende silicatos estratificados, sulfato de calcio, carbonato de calcio, nitruro de boro, esteatita, grafito.
Para conseguir propiedades especiales y satisfacer requisitos especiales es ventajoso que el al menos un aditivo, este seleccionado del grupo de los aditivos que comprende agentes deslizantes, plastificantes, sustancias tensioactivas, estabilizadores termicos, estabilizadores UV.
A continuation se indican dos formulaciones de ejemplo para el material de sustitucion de madera, que han dado buen resultado.
Formulacion de ejemplo 1
Polietileno de alta densidad (PE-HD) polvo de madera
polietileno con anhldrido de acido maleico injertado cera de amida acido estearico dioxido de titanio
Formulacion de ejemplo 2
Polipropileno (PP) polvo de madera
polipropileno con anhldrido de acido maleico injertado cera de amida acido estearico nitruro de boro
25.0 % en peso,
65.0 % en peso,
2.0 % en peso,
3.0 % en peso,
3.0 % en peso,
2.0 % en peso.
20.0 % en peso,
70.0 % en peso,
1.0 % en peso,
3.0 % en peso,
1.0 % en peso,
5.0 % en peso.
El uso segun la invencion del material de sustitucion de madera para la production de lapices engastados en madera, en especial de lapices o lapices de colores o lapices cosmeticos, que presentan una mina colorante y un revestimiento de madera para la mina, sustituyendose el revestimiento de madera por un revestimiento del material de sustitucion de madera, es ideal. En este caso se emplean en especial minas que presentan una union de pollmero.
Ademas es ideal el uso segun la invencion de un material de sustitucion de madera para la produccion de lapices engastados en madera, que presentan una mina constituida por material de goma de borrar y un revestimiento de madera para la mina, sustituyendose el revestimiento de madera por un revestimiento del material de sustitucion de madera.
En la formation de lapices con minas colorantes, o minas constituidas por material de goma de borrar, es especialmente preferente que el revestimiento del material de sustitucion de madera se forme por extrusion. En este caso se forman mediante extrusion en especial tambien las minas. La extrusion es un procedimiento de produccion continuo, y por lo tanto es extraordinariamente apropiado para la produccion en masa economica de lapices.
Un lapiz que presenta una envoltura de un material de sustitucion de madera unido a pollmero y una mina unida a pollmero, se puede obtener en especial en el procedimiento de co-extrusion. En este caso, las minas y la envoltura se forman in situ en una extrusora, y se extraen a traves de una boquilla conjuntamente en la geometrla deseada en cada caso como barra continua, que se debe dividir aun en lapices individuales.
Otra posibilidad consiste en revestir una mina ya presente, lo que se puede efectuar igualmente por medio de extrusion.
Los procedimientos de extrusion ofrecen la ventaja de poder producir casi todas las geometrlas de seccion transversal de lapices.

Claims (13)

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    REIVINDICACIONES
    1. Uso de un material de sustitucion de madera para lapices engastados en madera, en particular de lapices de grafito, lapices de colores o lapices cosmeticos, que presentan una mina colorante y un revestimiento de madera para la mina, sustituyendose el revestimiento de madera por un revestimiento del material de sustitucion de madera; constituido por los siguientes componentes:
    15 - 30 % en peso 50 - 80 % en peso
    0 - 20 % en peso 0,5 - 5 % en peso
    1 - 30 % en peso 0 - 10 % en peso 0 - 10 % en peso
    de al menos un agente aglutinante polimerico,
    de al menos una carga organica,
    de al menos una carga inorganica,
    de al menos un agente adherente,
    de al menos una cera,
    de al menos un pigmento colorante, y
    de al menos un aditivo,
    en el que el al menos un agente aglutinante polimerico esta seleccionado del grupo de las poliolefinas, y en el que la al menos una carga organica esta formada por madera y/o celulosa, y
    en el que la al menos una carga organica esta formada por partlculas de carga con un tamano de partlcula maximo de 100 pm a lo sumo, y
    en el que la suma de carga organica e inorganica asciende como maximo a un 80 % en peso, y
    en el que el al menos un agente adherente esta formado por un polietileno (PE) con anhldrido de acido maleico
    injertado o por un polipropileno (PP) con anhldrido de acido maleico injertado, o por un copollmero de etileno-
    anhldrido de acido maleico, cera de metaloceno-polietileno injertada con anhldrido de acido maleico, y
    en el que el al menos un agente adherente forma un enlace qulmico entre el al menos un agente aglutinante
    polimerico y la al menos una carga organica,
    en el que esta constituida una relacion entre el al menos un agente adherente y la al menos una cera, en el intervalo de 1 : 2,5 a 1 : 6.
  2. 2. Uso de un material de sustitucion de madera segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la relacion entre el al menos un agente adherente y la al menos una cera esta comprendida en el intervalo de 1 : 2,5 a 1 : 4,5.
  3. 3. Uso de un material de sustitucion de madera segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que esta contenido
    20 - 25 % en peso
    de al
    65 - 75 % en peso
    de al
    1 - 5 % en peso
    de al
    1 - 2 % en peso
    de al
    2 - 12 % en peso
    de al
    1 - 4 % en peso
    de al
    0 - 5 % en peso
    de al
    menos un agente aglutinante polimerico,
    menos una carga organica,
    menos una carga inorganica,
    menos un agente adherente,
    menos una cera,
    menos un pigmento colorante, y
    menos un aditivo.
  4. 4. Uso de un material de sustitucion de madera segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la al menos una cera esta seleccionada del grupo de las ceras que comprende ceras de amida, acidos grasos, como por ejemplo acido estearico y acido palmltico, ceras de montana, estearatos, esteres de acido graso, ceras de parafina.
  5. 5. Uso de un material de sustitucion de madera segun la reivindicacion 4, caracterizado por que la al menos una cera esta formada por cera de amida y/o acido estearico.
  6. 6. Uso de un material de sustitucion de madera segun la reivindicacion 5, caracterizado por que la al menos una cera esta formada por una combination de cera de amida y acido estearico, situandose una relacion de cera de amida respecto a acido estearico de 1 : 0,5 a 1 : 2.
  7. 7. Uso de un material de sustitucion de madera segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el al menos un agente aglutinante polimerico esta formado por polietileno (PE) y/o polipropileno (PP).
  8. 8. Uso de un material de sustitucion de madera segun la reivindicacion 7, caracterizado por que el al menos un agente aglutinante polimerico esta formado por polietileno de alta densidad (PE-HD).
  9. 9. Uso de un material de sustitucion de madera segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el material de sustitucion de madera contiene de un 1 a un 3 % en peso de pigmento colorante blanco.
  10. 10. Uso de un material de sustitucion de madera segun la reivindicacion 9, caracterizado por que el pigmento colorante blanco esta formado por dioxido de titanio (TiO2).
  11. 11. Uso de un material de sustitucion de madera segun una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que el
    material de sustitucion de madera contiene de un 0,1 a un 5 % en peso de pigmento pollcromo.
  12. 12. Uso de un material de sustitucion de madera segun una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que la
    al menos una carga inorganica esta seleccionada del grupo de cargas que comprende silicatos estratificados, sulfato
    5 de calcio, carbonato de calcio, nitruro de boro, esteatita y grafito.
  13. 13. Uso de un material de sustitucion de madera segun una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que el al menos un aditivo esta seleccionado del grupo de los aditivos que comprende agentes deslizantes, plastificantes, sustancias tensioactivas, estabilizadores termicos, estabilizadores UV.
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