JP5359196B2

JP5359196B2 - 鉛筆芯

Info

Publication number: JP5359196B2
Application number: JP2008281078A
Authority: JP
Inventors: 等藤曲
Original assignee: Pentel Co Ltd
Current assignee: Pentel Co Ltd
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: JP2010106176A

Description

本発明は、少なくとも体質材と結合材とを主材として使用し、混練した原材料を細線状に成形後、熱処理を施してなる鉛筆芯に関する。

一般に、鉛筆芯は、黒鉛、窒化ホウ素、タルクなどの体質材と、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、塩素化パラフィン樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、ブチルゴムなどの有機結合材や粘土などの無機結合材とを主材として使用し、必要に応じて、フタル酸などの可塑剤、メチルエチルケトン、水などの溶剤、ステアリン酸塩などの安定剤、ステアリン酸などの滑材、カーボンブラックなどの充填材などを併用し、これらの原材料を分散混合、混練し、細線状に成形した後、適宜温度まで熱処理を施し、更に必要に応じて、シリコーン油、流動パラフィン、スピンドル油、スクワラン、α−オレフィンオリゴマー、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、カルナバワックスなどの適宜油状物を含浸させて製造している。

ところで、従来から鉛筆芯の曲げ強さと筆跡の濃度には逆相関関係、即ち、曲げ強さを向上させようとすると鉛筆芯が摩耗しづらくなり、その結果として筆跡の濃度が低下してしまい、逆に筆跡の濃度を高くしようとして崩れやすい芯などにすると曲げ強さが低下してしまうという関係がある。この逆相関関係を改善させようと様々な発明が報告されている。配合原材料混練時の均一分散性を向上させ、体質材と結合材との結びつきを高めることにより鉛筆芯の曲げ強さを向上させるのも一つの方法である。この配合原材料混練時の均一分散性を向上させるために可塑剤を使用する方法（特許文献１）が知られている。

特開２００３−１０５２４８号公報

特許文献１に記載されている発明では、確かに可塑剤の使用により配合原材料の混練時の均一分散性は向上し、体質材と結合材との結びつきは高まるが、均一分散性を更に向上させるためにその使用量があまりに多くなると、押出成形後の熱処理で可塑剤が揮散することによって形成される気孔が多くなってしまい、結果的に鉛筆芯の曲げ強さは低下してしまうことが多い。
本発明は、ある特定の難燃剤を使用することにより、可塑剤を多量に使用することなく配合原材料の混練時の均一分散性を向上させ、体質材と結合材との結びつきを高めることができ、濃度を低下させることなく鉛筆芯の曲げ強さを向上させるものである。即ち、本発明は、曲げ強さと濃度とのバランスに優れた鉛筆芯を提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも体質材と結合材とを主材として使用し、混練した原材料を細線状に成形後、熱処理を施してなる鉛筆芯において、原材料中にリン酸エステル系難燃剤を、結合材に対して１０重量％以上４４重量％以下使用した鉛筆芯を要旨とする。

本発明に係る鉛筆芯において、曲げ強さと濃度とのバランスに優れた鉛筆芯を提供できる理由は次のように推測される。
一般に合成樹脂、特に熱可塑性樹脂はガラス転移温度から融点までの温度帯では柔軟なアモルファス状態であり、この状態で樹脂としての有用な特性を示すことが多いため、このアモルファス状態の温度帯を広げ低温でも脆弱性が現れないようにする目的で可塑剤などを添加している。本発明で使用するリン酸エステル系難燃剤は、嵩高い側鎖を持つため、樹脂の間隙に入り込むことで樹脂が規則正しく配向するのを阻害しガラス転移温度以下でもアモルファス状態を維持させる作用が強い。また、種々の合成樹脂に対して相分離しない広い相溶性を示すため、樹脂に対する難燃性可塑剤としても機能し、その使用により混練時に原材料の均一分散性を向上させると共に体質材と結合材との結合性をより向上させる。この効果は、前述したように、リン酸エステル系難燃剤の作用により幅広い条件下でも樹脂がアモルファス状態にあるため、より一層発揮され易い。このリン酸エステル系難燃剤を使用することによる効果は、ロールなどの混練を過度に行うことによる効果とは異なり、原材料の劣化を招くことなく原材料の均一分散性向上と体質材と結合材との結びつきを格段に向上させることになるのである。原材料の均一分散性と結合性は、でき上がった鉛筆芯の曲げ強さと濃度との逆相関関係と密接な関係にあり、即ち、均一分散性と結合性を向上させることにより、曲げ強さと濃度とのバランスに優れた鉛筆芯を提供することができる。

以下、詳述する。
本発明で使用するリン酸エステル系難燃剤には、アリール基、アルキル基、シクロアルキル基などの有機基の違いにより、芳香族リン酸エステル系難燃剤や脂肪族リン酸エステル系難燃剤などがあり、芳香族リン酸エステル系難燃剤としては、トリキシレニルホスフェート、クレジルフェニルホスフェートなどが、脂肪族リン酸エステル系難燃剤としては、トリス（２−エチルヘキシル）ホスフェート、トリブチルホスフェート、トリス（ブトキシエチル）ホスフェートなどが例示できるが、アリール基を有機基に持つ芳香族リン酸エステル系難燃剤がより好ましい。更に、芳香族リン酸エステル系難燃剤の中でもイソプロピル化フェノールを原料とした芳香族リン酸エステルであるリン酸トリアリールイソプロピル化物が特に好ましく、メチル基などに比べて疎水性度合が強いイソプロピル基を有するため、有機結合材との相溶性が非常に良く、体質材と結合材との結合性をより向上させる。リン酸トリアリールイソプロピル化物の市販品としては、味の素ファインテクノ（株）製の「レオフォス」シリーズがあり、それぞれ粘度の違いにより３５、５０、６５、９５、１１０などが挙げられる。また、リン酸エステル系難燃剤は、ポリ塩化ビニル樹脂やフェノール樹脂などの難燃性可塑剤としても機能するため、フタル酸エステルのような汎用可塑剤と一部もしくは全量置き換えも可能である。
リン酸エステル系難燃剤の使用量については、結合材の種類や必要に応じて使用する他の可塑剤の量などに応じて適宜であるが、結合材全量に対して５〜４０重量％、好ましくは１０〜３０重量％程度にしておくと概ね良好である。その理由として、５重量％未満であると、その効果が発現しにくく、また、４０重量％を超えると、成形後の芯の柔軟性が低下し作業性が悪くなるためである。更に、必要に応じて他の可塑剤を使用する場合には、リン酸エステル系難燃剤と他の可塑剤との使用合計量を結合材全量に対して２０〜６０重量％程度にしておくのがよい。

上記以外の使用原材料としては、従来公知の原材料を使用することができる。体質材としては、一般的な、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛、人造黒鉛、窒化ホウ素あるいはタルクなどの中より選択された１種もしくは２種以上のものを例示できる。また、結合材としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、塩素化パラフィン樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、ブチルゴムなどの有機結合材や粘土などの無機結合材などの中より選択された１種もしくは２種以上のものを例示できるが、本発明で使用するリン酸エステル系難燃剤との組み合わせを考慮すると有機結合材がより好ましい。更に、必要に応じて、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、リン酸トリクレジル、ジプロピレングリコールジベンゾエート、アジピン酸ジオクチル、プロピオンカーボネートなどの可塑剤、カーボンブラック、無定形シリカなどの充填材、ステアリン酸塩などの安定剤、ステアリン酸などの滑材、メチルエチルケトン、水などの溶剤などを適宜併用できる。

これらの原材料をヘンシェルミキサーなどによる分散混合、ニーダー、３本ロールなどによる混練の後、細線状に押出成形し、空気中で室温から３００℃前後までの熱処理を施し、その後、不活性雰囲気中で８００℃〜１３００℃の焼成処理を施し、更に必要に応じて、シリコーン油、流動パラフィン、スピンドル油、スクワラン、α−オレフィンオリゴマー、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、カルナバワックスなどの適宜油状物を含浸させて鉛筆芯を製造する。尚、必要に応じて、顔料、染料などを適宜併用し、色鉛筆芯としても良い。

以下、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
黒鉛（体質材）７５重量部
ポリ塩化ビニル樹脂（結合材）５０重量部
レオフォス６５（粘度：６１ｍｍ^２／ｓ、２５℃）１０重量部
フタル酸ジオクチル（可塑剤）１０重量部
ステアリン酸塩（安定剤）２重量部
ステアリン酸（滑材）１重量部
カーボンブラック（充填材）２重量部
メチルエチルケトン（溶剤）２０重量部
上記原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０．５の鉛筆芯を得た。

＜実施例２＞
実施例１において、レオフォス６５をレオフォス３５（粘度：４４ｍｍ^２／ｓ、２５℃）に変えた以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５の鉛筆芯を得た。

＜実施例３＞
実施例１において、レオフォス６５をレオフォス９５（粘度：９３ｍｍ^２／ｓ、２５℃）に変えた以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５の鉛筆芯を得た。

＜実施例４＞
実施例１において、レオフォス６５をクレジルフェニルホスフェートに変えた以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５の鉛筆芯を得た。

＜実施例５＞
実施例１において、レオフォス６５をトリス（２−エチルヘキシル）ホスフェートに変えた以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５の鉛筆芯を得た。

＜比較例３＞
実施例１において、レオフォス６５を２．５重量部に、フタル酸ジオクチルを１７．５重量部に変えた以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５の鉛筆芯を得た。

＜比較例４＞
実施例１において、レオフォス６５を１．５重量部に、フタル酸ジオクチルを１８．５重量部に変えた以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５の鉛筆芯を得た。

＜実施例６＞
実施例１において、レオフォス６５を２０重量部に変え、フタル酸ジオクチルを使用しなかった以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５の鉛筆芯を得た。

＜実施例７＞
実施例１において、レオフォス６５を２２重量部に変え、フタル酸ジオクチルを使用しなかった以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５の鉛筆芯を得た。

＜比較例１＞
実施例１において、レオフォス６５を使用せずに、フタル酸ジオクチルを２０重量部にした以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５の鉛筆芯を得た。

＜比較例２＞
実施例１において、レオフォス６５を使用せずに、フタル酸ジオクチルを２２重量部に変えた以外、すべて実施例１と同様にして、呼び径０．５の鉛筆芯を得た。

以上、各実施例及び比較例で得た鉛筆芯について、ＪＩＳＳ６００５に準じて曲げ強さと濃度を測定した。その結果を表１に示す。

Claims

少なくとも体質材と結合材とを主材として使用し、混練した原材料を細線状に成形後、熱処理を施してなる鉛筆芯において、原材料中にリン酸エステル系難燃剤を、結合材に対して１０重量％以上４４重量％以下使用した鉛筆芯。
前記リン酸エステル系難燃剤が芳香族リン酸エステル系難燃剤である請求項１記載の鉛筆芯。
前記芳香族リン酸エステル系難燃剤がリン酸トリアリールイソプロピル化物である請求項２に記載の鉛筆芯。