JP2012116946A - 焼成鉛筆芯 - Google Patents

Abstract

【課題】従来より焼成鉛筆芯に用いられている可塑剤は、合成樹脂との相溶性や、移行性の問題で焼成芯体の構造が不均一になり、曲げ強さのばらつきの要因であった。より曲げ強さのばらつきが小さい焼成鉛筆芯を提供する。
【解決手段】少なくとも黒鉛と、エチレンと塩化ビニルを構造中に含む共重合体とを配合材料とし、混練、細線状に押出成形後、焼成温度まで熱処理を施し得られる焼成鉛筆芯。
【選択図】なし

Description

本発明は、少なくとも黒鉛と合成樹脂とを配合し、混練、細線状に押出成形後、焼成温度まで熱処理を施し得られる焼成鉛筆芯に関する。

一般的な焼成鉛筆芯は、黒鉛と合成樹脂と共に、フタル酸エステル等の可塑剤、メチルエチルケトン等の溶剤、更にステアリン酸塩、ステアリン酸、カーボンブラック、無定形シリカ等を併用し、これらの配合材料を分散混合および混練して、細線状に押出成形した後、焼成温度まで熱処理を施し、得られた焼成芯体の気孔中に必要に応じて油状物を含浸させて完成する。

押出成形時の芯径を種々選択することにより目的の芯径の芯体を得ることができ、また配合や焼成温度を変えることなどにより、目的の筆記濃度の芯体を得ることもできるが、目的とする筆記濃度（硬度）を満足しつつ、筆記時に加わる力や落下した際の衝撃などで折れない強さ、すなわち曲げ強さとの両立が求められる。

焼成鉛筆芯の主材は前述したように、黒鉛と合成樹脂であるが、合成樹脂は熱処理で炭化物となることで、黒鉛を芯体として固定する結合材としての役割をする。合成樹脂の中でも塩化ビニル樹脂や、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体等の含塩素樹脂は、成形性やコスト等の使い易さの面からも、また、焼成で炭化した際、黒鉛を結合させるための炭化物の収率が良いことからも好まれて焼成鉛筆芯の材料として使われている（特許文献１）。
しかしながら、結合材としての合成樹脂が、塩化ビニル樹脂や塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体の場合、これら樹脂は単独では可塑性に乏しく、鉛筆芯として成形等の加工が出来ないため、フタル酸エステルなどの可塑剤で可塑化させ成形等の加工性を向上させている（特許文献２）。可塑剤は、熱処理時に分解することで、焼成鉛筆芯体中に油状物が入る気孔を形成する役割も担っている。一般に芯体中の気孔が少なければ、潤滑剤としての油状物の含浸量が少なくなり、筆記時に摩耗し難くなり、曲げ強さは大きいが、筆記濃度が薄い焼成鉛筆芯となり易く、気孔が多くなれば、潤滑剤としての油状物の含浸量が多くなり筆記時の摩耗量が増えるため、曲げ強さは小さいが、筆記濃度が濃い焼成鉛筆芯となり易い。
また、可塑剤を使用せずとも成形加工し易い結合材として、塩化ビニル系共重合体として、塩化ビニル樹脂と、塩化ビニル樹脂よりも軟質な樹脂との組み合わせであるアクリル酸エステル−塩化ビニル共重合も焼成鉛筆芯の材料として使われている（特許文献３）。

特開２００８−１８９８７３号公報 特開平７−１８２１３号公報 特開２００５−６０６６６号公報

特許文献１、２に開示されているような、可塑剤を配合した焼成鉛筆芯では、焼成前の芯体配合物中で、黒鉛や樹脂と混練・成形後も樹脂の分子鎖間を移動し、可塑剤同士が集合したり、芯体表面に滲み出したり、黒鉛粒子間に移動したりするため、芯体中での可塑剤の分布が不均一になり、可塑剤が熱分解して出来る芯体の気孔は分布、大きさのばらつきが大きく、結果として焼成鉛筆芯の構造が不均一となり、曲げ強さのばらつきの要因となることがあった。
特許文献３に開示されているような、軟質の樹脂を使用したものでは、可塑剤を併用しなくても成形は可能であるが、芯体中に出来る気孔が少なく、所望する筆記濃度の鉛筆芯が出来ないなどの不具合が発生する。

本発明は、少なくとも黒鉛と、エチレン部分と塩化ビニル部分とを構造中に含む共重合体とを配合材料とし、混練、細線状に押出成形後、焼成温度まで熱処理を施し得られる焼成鉛筆芯を要旨とする。

エチレンと塩化ビニルを構造中に含む共重合体を配合材料として使用することにより、配合組成物の焼成時に、エチレン部分の気化と塩化ビニル部分の炭化とが共重合体故にほぼ同時に進むものと考えられ、塩化ビニルの炭化が完了して硬い骨格ができる前段階で気化物が抜けて、その後の収縮によって気孔が縮小したり偏って形成されることや、堅い骨格が形成された後に気化して膨張し、骨格を破壊したり亀裂を形成してしまうことがないので、均一な気孔が形成されると推測され、曲げ強さのバラツキの小さい焼成鉛筆芯が得られる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明におけるエチレンと塩化ビニルを構造中に含む共重合体として、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル−塩化ビニリデン、エチレン−塩化ビニル−アクリル酸エステル、エチレン−酢酸ビニル−一酸化炭素−塩化ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エステル−一酸化炭素−塩化ビニル共重合体等が挙げられる。この他にも構造中にエチレンと塩化ビニルが含まれていれば特に限定されるものではない。また共重合の形態においても、交互共重合体、ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体等で特に限定されるものではない。
市販品としてはエチレン−塩化ビニル共重合体としてＶＥ−Ｔ（積水化学工業（株）製）、エチレン−酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体として、セキスイＰＶＣ−ＴＧ（エチレン−酢酸ビニル−塩化ビニルグラフト共重合樹脂、積水化学工業（株）製）が挙げられる。

本発明で使用するエチレン部分と塩化ビニル部分とを構造中に含む共重合体のエチレン部分と塩化ビニル部分の構成比率は、焼成芯体の硬さに影響する。即ち、塩化ビニル部分は焼成芯体中に黒鉛を結合させる炭化物を形成するので、相対的な量が多ければ炭化物が多くなり芯体は硬く摩耗し難くなる。塩化ビニル部分が少なければ焼成芯体は軟らかくなり、摩耗し易くなる。エチレン部分は焼成後に気孔となるので、エチレン部分の相対的な量が多ければ、気孔が多く軟らかい芯体となり、摩耗し易くなる。気孔が少なければ芯体は硬くなり、摩耗し難くなる。鉛筆芯は４Ｂ、３Ｂ等の軟らかく濃い筆記線が得られるものから、３Ｈ、４Ｈ等の硬く薄い筆記線のものまで多様であるが、配合比率を調整することによって、ある程度所望の筆記濃度（硬度）が得られるようにできる。

また、エチレン部分と塩化ビニル部分とを構造中に含む共重合体の黒鉛に対する配合量は、特に限定されるものではなく、焼成鉛筆芯を製造するにあたり細線状に押し出し成形する際の成形温度との兼ね合いで、成形体の柔軟性等を考慮して、適宜設定すればよい。黒鉛に対するエチレン部分と塩化ビニル部分とを構造中に含む共重合体の配合量が少なすぎると、黒鉛同士を芯体として固定・結合する樹脂としての働きが弱まり成形できなかったり、配合量が多すぎると摩耗し難い芯体となることがある。

上記以外の使用材料としては、従来用いられている焼成鉛筆芯の構成材料を限定なく用いることができる。
具体的には、黒鉛としては鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土壌黒鉛、人造黒鉛等が挙げられる。黒鉛以外の無機物としては窒化硼素、タルク、雲母、葉片状シリカ、無定形シリカ、カーボンブラック等も用いることが出来る。合成樹脂としては塩化ビニル樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニリデン樹脂等の含塩素樹脂の他に、ポリ酢酸ビニル、フラン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、尿素樹脂等も必要に応じて併用できる。更に、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）などの従来公知の可塑剤の他、ステアリン酸、ステアリン酸塩、アルコール、ケトン、エステル、芳香族炭化水素なども併用できる。
また、従来公知の製造方法を限定なく用いて製造することができる。
例えば、配合物をニーダー、ヘンシェルミキサー、３本ロールなどで均一分散させた後に細線状に成形し、空気中で３００℃前後までの熱処理を施し、更に非酸化雰囲気中で８００℃〜１３００℃の焼成処理を施し焼成鉛筆芯を得る。その後必要に応じて、シリコーン油、流動パラフィン、スピンドル油、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ポリエチレンワックス、モンタンワックス、カルナバワックスといった油状物や蝋状物を含浸させて製造する。

以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
ＶＥ−Ｔ（エチレン−塩化ビニル共重合体（塩化ビニル比率９２％）、積水化学工業
（株）製） ３０重量部
黒鉛 ５５重量部
ステアリン酸塩（滑剤） ２重量部
ステアリン酸 （滑剤） ２重量部
メチルエチルケトン（溶剤） ３０重量部
上記材料をヘンシェルミキサーによる分散混合処理、３本ロールによる混練処理をした後、細線状に押出成形し、空気中で室温から３００℃まで約１０時間かけて昇温し、３００℃で約１時間保持する加熱処理をし、更に、密閉容器中で１０００℃を最高とする焼成処理を施し、冷却後、流動パラフィンを含浸させて、呼び径０．７の焼成鉛筆芯を得た。

＜実施例２＞
実施例１において、ＶＥ−Ｔ（エチレン−塩化ビニル共重合体）をセキスイＰＶＣ−ＴＧ（エチレン−酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体（塩化ビニル比率６０％）、積水化学工業（株）製）に変えたこと以外実施例１と同様にして、呼び径０．７の鉛筆芯を得た。

＜実施例３＞
実施例１において、ＶＥ−Ｔ（エチレン−塩化ビニル共重合体）を３０重量部から１５重量部に変え、更に、セキスイＰＶＣ−ＴＧ（エチレン−酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体）、（積水化学工業（株）製）を１５重量部追加したこと以外実施例１と同様にして
呼び径０．７の鉛筆芯を得た。

＜実施例４＞
実施例１において、ＶＥ−Ｔ（エチレン−塩化ビニル共重合体）の量を３０重量部から２５重量部に変えたこと以外実施例１と同様にして呼び径０．７の鉛筆芯を得た。

＜実施例５＞
実施例１において、ＶＥ−Ｔ（エチレン−塩化ビニル共重合体）の量を３０重量部から３５重量部に変えたこと以外実施例１と同様にして呼び径０．７の鉛筆芯を得た。

＜実施例６＞
実施例１において、フタル酸エステルを３重量部追加したこと以外、実施例１と同様にして呼び径０．７の鉛筆芯を得た。

＜実施例７＞
実施例１において、フタル酸エステルを５重量部追加したこと以外、実施例１と同様にして呼び径０．７の鉛筆芯を得た。

＜比較例１＞
ポリ塩化ビニル ３０重量部
黒鉛 ５５重量部
フタル酸エステル（可塑剤） １０重量部
ステアリン酸塩（滑剤） ２重量部
ステアリン酸（滑剤） ２重量部
メチルエチルケトン（溶剤） ３０重量部
上記材料用いて、実施例１と同様にして、呼び径０．７の鉛筆芯を得た。

＜比較例２＞
比較例１において、フタル酸エステルに換えてジプロピレングリコールジベンゾエート（安息香酸とグリコールのエステル：可塑剤）とした以外、比較例１と同様にして、呼び径０．７の鉛筆芯を得た。

＜比較例３＞
実施例１において、ＶＥ−Ｔ（エチレン−塩化ビニル共重合体）を塩化ビニル−アクリル酸エステル共重合体に変えたこと以外実施例１と同様にして、呼び径０．７の鉛筆芯を得た。

以上、各実施例及び比較例で得た鉛筆芯各々１００本ずつについて、ＪＩＳ Ｓ ６００５に準じて曲げ強さと筆跡濃度測定した。尚、曲げ強さについては、ばらつきの評価として標準偏差σも算出した。その結果を表１に示す。
エチレンと塩化ビニルを構造中に含む共重合体を配合材料として使用することにより、焼成鉛筆芯の曲げ強さのばらつきを低減できる。

実施例１〜７の焼成鉛筆芯は材料として、エチレンと塩化ビニルを構造中に含む共重合体を用いているため、焼成芯体の構造が均一になり、曲げ強さのばらつきの小さい焼成鉛筆芯が得られた。

また、実施例１〜５は、従来より用いていた可塑剤を全く使用しない焼成鉛筆芯のため、より曲げ強さの小さい焼成鉛筆芯が得られた。

これに対して、比較例１〜２の焼成鉛筆芯は、エチレンと塩化ビニルを構造中に含む共重合体を使用せず、従来より用いていた可塑剤を使用しているため、曲げ強さのばらつきが大きい。
比較例３の焼成鉛筆芯は、構造中にエチレンを含まない塩化ビニル−アクリル酸エステル共重合体を使用しているため、曲げ強さのバラツキの低減効果は少なく、筆記濃度も薄い焼成鉛筆芯となった。

Claims (1)

1. 少なくとも黒鉛と、エチレン部分と塩化ビニル部分とを構造中に含む共重合体とを配合材料とし、混練、細線状に押出成形後、焼成温度まで熱処理を施し得られる焼成鉛筆芯。