Verfahren zur deren Herstellung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft Minen für Schreib-, Zeichen- und/oder Malgeräte auf Basis von polymeren Bindemitteln, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

Polymergebundene Minen auf Basis von rohölabgeleiteten Polymeren zum

Zeichnen, Schreiben und/oder Malen sind prinzipiell bekannt.

Unter polymergebundenen Minen auf Färb- und Gräphitbäsis zum Schreiben, Zeichnen und/oder Malen versteht man einerseits Minen, die fest in Holz oder andere spitzbare Materialien eingebracht werden und andererseits Minen, die verschiebbar in einer biegesteifen Hülle gelagert sind. Beispiele hierfür sind holzgefasste Bleistifte und Minen für mechanische Stifte, beispielweise so genannte Druckbleistifte oder Fallstifte. Dabei weisen die Minen üblicherweise Außendurchmesser im Bereich von etwa 0,3 mm bis 6 mm auf. Weiter sind unter derartigen Minen auch sogenannte Vollminenstifte umfasst, welche als Mine ohne Umhüllung vorliegen.

So sind beispielweise polymergebundene Färb- und Graphitminen aus der

WO 2010/006742 A1 bekannt. Derartige Minen enthalten ein polymeres Bindemittel,

Wachs, Palmöl und Füllstoffe.

Durch den Zusatz von Wachs in derartigen Minen werden zum einen die

Schreibeigenschaften beeinflusst und zum anderen der Extrusionsdruck bei der Minenherstellung reduziert.

Nachteilig bei derartigen Minen ist, dass durch deh Zusatz von Wachs die spezifische Festigkeit der Minen negativ beeinflusst wird. Es hat sich gezeigt, dass mit steigendem Wachsgehalt die spezifische Festigkeit stetig abnimmt.

Es kann davon ausgegangen werden, dass die Wachse die Benetzung der Füllstoffe innerhalb der Kunststoffmatrix negativ beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Mine zum Schreiben, Zeichnen und/oder Malen zu schaffen, die die genannten Nachteile nicht aufweist und die insbesondere unter dem vorhanden sein von Wachsen eine hohe spezifische Festigkeit aufweist. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derartiger Minen bereit zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch die Zugabe von Tensiden zur Minenmasse gelöst.

Damit wurde eine polymergebundene Mine für Schreib, Zeichen und/oder Malgeräte, insbesondere für Blei- und/oder Farbstifte geschaffen, welche mindestens ein polymeres Bindemittel, mindestens ein Wachs, mindestens ein Farbmittel,

mindestens einen Füllstoff und mindestens ein Tensid als Netzmittel umfasst.

Das Tensid, als ein Netzmittel bzw. oberflächenaktive Substanz verbessert die Benetzung der Füllstoffe durch die Kunststoffschmelze, indem die

Polaritätsunterschiede zwischen den einzelnen Komponenten der Mischung herabgesetzt werden, wodurch sich ein stabileres Gefüge ausbildet und damit die spezifische Festigkeit steigt.

Es hat sich in überraschender weise herausgestellt, dass durch die Zugabe von mindestens einem Tensid zur Minenmasse, die damit hergestellten Minen eine Festigkeitssteigerung erfahren, welche bis zu 15 % beträgt.

Zudem hat es sich in überraschender Weise gezeigt, dass die Abstriche, welche mit der erfindungsgemäßen Mine erzeugt werden, eine gute Gleitfähigkeit sowie eine gute Radierbarkeit aufweisen.

Diese überraschenden Effekte konnten sowohl bei Blei- als auch Farbminen festgestellt werden.

Der Anteil des mindestens einen Tensides an der Minenzusammensetzung liegt im Bereich größer null bis 6 Gew.-%, bevorzugt in einem Bereich von 0,2 bis 3 Gew.-%.

Das Tensid kann als kationisches, anionisches und/oder nichtionisches Tensid vorliegen.

Beispiele für ein nichtionisches Tensid sind Tenside aus der Gruppe der

Fettsäureester.

Kationische Tenside können beispielsweise als Ammoniumverbindungen vorliegen. Beispielhaft für anionische Tenside sei Natrium-Alkyl-Sulfonat genannt. Es hat sich bewährt, wenn das mindestens eine Tensid mindestens eines aus der Gruppe der Fettsäureester und/oder quartären Ammoniumverbindungen umfasst.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die polymergebundene Mine

10 bis 40 Gew.-% polymeres Bindemittel

mehr als null bis 6 Gew.-% Tensid

2 bis 25 Gew.-% Wachs und/oder Öle

0 bis 30 Gew.-% Farbmittel

Rest Füllstoffe

aufweist.

Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die polymergebundene Mine

12 bis 30 Gew.-% polymeres Bindemittel

0,2 bis 3 Gew.-% Tensid

4 bis 20 Gew.-% Wachs und/oder Öle

Rest Füllstoffe

aufweist.

Bei der polymergebundenen Mine kann es sich sowohl um eine Bleimine und/oder Farbmine handeln.

Vorteilhafter Weise ist der mindestens eine Füllstoff aus mindestens einem Füllstoff der Gruppen umfassend Graphit, hexagonales Bornitrid, Schichtsilikate, Kreide, Schwerspat, bunte Pigmente und/oder unbunte Pigmente ausgewählt.

Für Bleistiftminen ist dabei insbesondere Graphit oder Graphit in Kombination mit Ruß als Füllstoff bzw. farbgebender Füllstoff bevorzugt.

Für Farbstiftminen haben sich Kombinationen aus weißen oder farblosen Füllstoffen, wie hexagonales Bornitrid, Schichtsilikate, usw., mit farbgebenden Pigmenten, wie Azo-Pigmente, Phtalocyanine, Dioxazine, Chinacridone, Eisenoxide, Ruß, Graphit, Ultramarin, Eisen-Cyankomplexe bewährt.

Eine bevorzugte Zusammensetzung für eine Bleistiftmine umfasst: 12 bis 30 Gew.-% polymeres Bindemittel

0,2 bis 3 Gew.-% Tensid

2 bis 20 Gew.-% Wachs und/oder Öl

Rest Graphit oder Graphit und Ruß

Beispielrezeptur 1 für eine Bleistiftmine umfasst:

Styrolacrylnitril (SAN) 20 Gew.-%

POE fatty ammonium ethosulphate 1 Gew.-%

Calciumstearat 8 Gew.-%

Palmöl 1 Gew.-%

Graphit 66 Gew.-%

Ruß 4 Gew. -%

Beispielrezeptur 2 für eine Bleistiftmine umfasst:

Polystyrol (PS) 18 Gew.-%

POE fatty ammonium ethosulphate 1 Gew.-%

Fatty alcohol polyglycol ether 1 Gew.-%

Graphit 69 Gew.-%

Aluminiumstearat 11 Gew.-%

Als Farbmittel für Bleistiftminen wird wie in den Beispielen dargestellt Graphit eingesetzt. Ebenso kann jedoch auch eine Kombination von Graphit und Ruß eingesetzt werden.

Eine Zusammensetzung für eine Farbstiftmine umfasst:

10 bis 30 Gew.-% Bindemittel

5 bis 20 Gew.-% Wachs- und/oder Ölanteil

mehr als Null bis 6 Gew.% Tensid

Rest Schichtsilikat(e) und/oder hexagonales Bornitrid sowie mindestens ein buntes Pigment und/oder mindestens ein unbuntes Pigment Beispielrezeptur 3 für eine Farbstiftmine:

Polystyrol (PS) 16 Gew.-%

Ethylenbisstearamid 13 Gew.-%

Perylen 2,0 Gew.%

Fettsäureester 4 Gew.-%

Phthalocyanine 8 Gew.-%

Schichtsilikat 62 Gew.-%

Als farbgebendes Mittel bei Farbminen können bunte und/oder unbunte Pigmente eingesetzt werden. Als Beispiele für derartige Pigmente seien Azo-Pigmente, Phthalocyanine, Dioxazine, Chinacridone, Eisenoxide, Russ, Graphit, Ultramarin und Eisen-Cyankomplexe genannt.

Das mindestens eine polymere Bindemittel ist aus mindestens einem Polymer der Gruppe umfassend Polystyrol (PS), Styrol/Acrylnitril (SAN), Polylactid (PLA), Styrol/Butadien (SB), Polyolefine (PO) und Acrylnitril/Butadien/Styrol (ABS) gebildet.

Als das mindestens eine Wachs, können mindestens ein Wachs aus der Gruppe umfassend Fettsäuren, Stearate, Montanwachse, Amidwachse und Paraffine

Verwendung finden.

In der nachfolgenden Tabelle wurden die Biegebruchfestigkeiten von Minen mit und ohne Tensidgehalt gegenübergestellt. Als Minenmasse wurde eine Masse gemäß Beispielrezeptur 2 (Bleistiftmine) herangezogen, wobei für den Vergleich in der Masse gemäß Beispielrezeptur 2 das Tensid bzw. das Tensidgemisch weggelassen wurde.

Aus der Tabelle ist eindeutig zu erkennen, dass eine Mine, welche mindestens ein Tensid aufweist, eine Festigkeitssteigerung von etwa 15 % gegenüber Minen ohne Tensid gemessen werden kann. Die Messung erfolgt in einem 3-Punkt-Biegeversuch in Anlehnung an die DIN 52186, bei welchem zylindrische Prüfkörper/Minen mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Länge von 170 mm der Prüfung unterzogen wurden. Der Prüfkörper wird hierbei auf beweglichen Rollen mit einer Stützweite von 50 mm gelagert. Die

Krafteinleitung erfolgt über einen Prüfstempel. Rollen und Prüfstempel weisen einen Radius von 2 mm auf.

Als Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen polymergebundenen Mine hat sich das Verfahren der Extrusion bewährt.

Die erfindungsgemäße Mine wird insbesondere unter Durchführung nachfolgend ausgeführter Schritte hergestellt:

- Mischen und Granulieren aller Rezepturkomponenten der Mine zu einem

Minengranulat

- Extrudieren des Minengranulates bei einer Temperatur im Bereich von 120 bis 200°C auf einem Extruder durch ein geeignetes Mundstück zu endlosen Minensträngen

- Kühlen und Verfestigen des endlosen Minenstranges, und

- Schneiden des endlosen Minenstranges auf Endlänge, insbesondere auf die benötigte Stiftlänge

Je nach Extrusionskopf kann der Minenquerschnitt beliebige Formen annehmen - rund, eckig oder Kombinationen daraus. Des Weiteren besteht die Möglichkeit über eine Mehrfach-Coextrusion verschiedene Minenrezepturen in einem Extrusionskopf zu einer mehrkomponentigen Mine zu verbinden.

Darüber hinaus kann das Minengranulat mittels geeigneter Coextrusionsverfahren mit anderen polymergebundenen Materialien zu einem kompletten Stift extrudiert werden.