WO1994006875A1 - Schreibstift, schreibmine und verfahren zur herstellung von schreibstiften - Google Patents

Schreibstift, schreibmine und verfahren zur herstellung von schreibstiften Download PDF

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WO1994006875A1
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blowing agent
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Hans Joachim Ziolkowski
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Krupp Bellaform Maschinenbau GmbH
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    • B29C48/05—Filamentary, e.g. strands

Definitions

  • the invention relates to a pen made of a solid writing lead and a lead casing, the binder consisting at least in the casing material of polymers.
  • the invention also relates to a writing lead and to a method for producing such pens.
  • SAN Styrene-acrylic copolymer
  • 1 to 6% by weight calcium carbonate 3 to 6% by weight stearic acid, 3 to 12% by weight
  • the disadvantage of the SAN is that it is an impact modified polystyrene, which is extremely viscous in the melted state due to its side chains and can therefore not be easily processed, so that correspondingly high forces have to be applied in the extruder.
  • Another disadvantage is that the SAN before
  • SAN is relatively expensive, so there is a need to replace SAN with a less expensive material.
  • DE-AS 15 61 764 is a pen
  • ABS polymer and a graft polymer.
  • the lead coating consists entirely of a foamed thermoplastic molding compound with a density of 0.3 to 0.7 g / cm 3 , likewise
  • ABS polymers are used. From the
  • the extruded pen strand is replaced by a suitable one during the peeling process
  • DE-OS 20 30 578 describes a method and a device for the continuous production and / or wrapping of extruded profiles, which among other things. can be used for pens. All are thermoplastic to manufacture the extruded profiles
  • Suitable plastics such as
  • Polyolefins modified polystyrenes such as e.g.
  • ABS polymers thermoplastic materials Cellulose-based, thermoplastically processable
  • DE-PS 16 69 158 describes thermoplastic binders for the continuous production of pencil, copier and colored pencil leads. ABS polymers are also given here as binders.
  • the mine also contains a very high proportion of calcium stearate, but no stearic acid.
  • US Pat. No. 4,019,822 describes the wrapping of a writing lead in the form of a wound, stretched plastic film which has polystyrene and polyethylene. This known pen cannot be sharpened, since the lead is exposed by spiral tearing off strips of the plastic film.
  • the plastic film is provided with adhesive, which, however, due to the necessary detachment of the
  • Plastic film ensures only a low adhesion of the mine.
  • a disadvantage of this pen is, among other things, the unsatisfactory liability of the lead on
  • the object of the invention is therefore a pen which is distinguished by improved sharpenability and has better adhesion between the lead and the casing, with less expensive materials being used. It is also an object of the invention to provide a writing lead and a correspondingly inexpensive method for producing such pens.
  • Cost-effective polystyrene can be used advantageously as a binder in the wrapping material if LDPE is simultaneously present in the wrapping material.
  • the proportionability of the coating can be adjusted via the proportion of the LDPE, so that comparable values could be achieved with wooden pencils.
  • a further advantage has been found to be that the use of talcum-filled material, that is, talcum-filled polystyrene or talcum-filled LDPE, also improved the adhesion to the lead, so that the lead breakage could be significantly reduced at the tip.
  • talcum-filled material that is, talcum-filled polystyrene or talcum-filled LDPE
  • this may be due to the fact that the talc is better distributed in the covering material and therefore also no areas along the mine
  • talc-filled polystyrene or talc-filled LDPE is used, unfilled PS or LDPE can also be used.
  • the proportion of talc in the LDPE can be 30-70% by weight.
  • a talc-filled LDPE is preferably used, in which the
  • the MFI value (190 ° C / 2.16 kg) of the LDPE is preferably in the
  • the proportion of the talc is preferably also 30-70% by weight.
  • Enveloping material is preferably between 60 and 70% by weight and the proportion of talc-filled LDPE is 20 to 40% by weight, or the proportion of talc-filled polystyrene is 60-90% by weight and that of LDPE is 5-35 % By weight.
  • Standard polystyrene which can be obtained as granules, is preferably used as the polystyrene.
  • a propellant-free polystyrene is preferred for the coating material of the pen used, so that a foaming agent must be added for foaming. This is advantageous in terms of the manufacturing process.
  • the proportion of blowing agent is 0.2 to 1.2% by weight.
  • the wrapping material also contains colored polymer material (so-called
  • Color batch preferably colored polystyrene, the proportion depending on the desired coloring being 0.2 to 3% by weight.
  • polystyrene is also used as a binder, whereby the adhesion between the lead and the casing can be further improved. At the same time, the manufacturing costs of the entire pen can be further reduced because of a uniform
  • Binder is used for both the wrapping material and the lead material. Procurement and warehousing can thus be made more cost effective.
  • HIPS high-impact polystyrene
  • HIPS high-impact polystyrene
  • Lead material is 10 to 40% by weight
  • Calcium stearate content at 2 - 10 wt .-%.
  • the stearic acid serves as a lubricant, so that excessive forces do not have to be applied in the extruder. That too
  • Abrasion behavior of the lead material is set positively via the stearic acid.
  • a further improvement in the abrasion behavior of the mine can be achieved by adding silica, preferably in a proportion of 3-8% by weight.
  • the pen lead material according to the invention has a dye in the form of graphite with a weight fraction of 50 to
  • the graphite is used in natural or synthetic form as powder graphite, the grain size according to the desired blackness and
  • Abrasion behavior is set. The smaller the grain size, the better the blackness and the abrasion behavior are influenced. As the grain size decreases, the strength of the finished lead also increases. It has proven advantageous in this regard
  • the mine can contain soot and / or iron oxide, their proportions
  • Soot-filled polystyrene in particular, has distinguished itself with regard to an even distribution.
  • the pen can have an outer layer which also has polystyrene as an essential component.
  • polystyrene which is 50% by weight or more in the outer layer
  • LDPE can also be used. Color batches are also used to color the outer layer.
  • Outer layer can best be realized.
  • Exemplary compositions of lead material, cladding material and outer layer are given in Tables 1 to 3 below.
  • Standard PS e.g. Styrene 634 (trade name of the company
  • Talc-filled LDPE (50% by weight talc)
  • FPE50T trade name of the company
  • Standard PS e.g. Styrene 634 (trade name of the company
  • Talc filled polystyrene (40% by weight talc)
  • LDPE for example Lupolen 181 OH (trade name of BASF)
  • the stearic acid content is 30-40% by weight and that of the dyes is 45-55% by weight.
  • Standard PS e.g. PS165H (trade name of the company
  • PS158K (trade name from BASF) HIPS: e.g. PS476L natural (trade name from BASF) or PS476L white (trade name from BASF)
  • the manufacturing process which is based on the extrusion of mine material and casing material, is characterized in that as a binder
  • the sheathing material PS that the mine material is added to the polymer material in the extruder and the other mine components are mixed in the extruder with the polymer material and that an endothermic blowing agent is added to the polystyrene for the sheathing material in the extruder and that the foaming process of the polystyrene about the
  • Extruder temperature is controlled.
  • Endothermic blowing agents which consist of organic acids and carbonates or their
  • Calcium stearate and stearic acid are mixed outside the extruder and then this mixture in
  • Mine material can be set and changed more easily. One is therefore more flexible in the choice of mine hardness and can switch from one mine hardness to another more quickly.
  • blowing agent for example Hydrocearol CF40, trade name from Boehringer
  • the blowing agent can be used as a powder or granules. If a powdery blowing agent is used, it is preferable to add an adhesion promoter, so that none
  • granular blowing agents can be applied to a
  • Adhesion promoters are waived.
  • An oil is preferably used as the adhesion promoter.
  • the temperatures in the extruder vary
  • Blowing agent and polystyrene content at 150 to 200 ° C.
  • the mine material is extruded at a temperature of approximately 180 ° C., which is followed by cooling of the mine material. It has proven to be particularly advantageous if the
  • the temperature of the lead profile is only cooled to such an extent that the lead strand is no longer plastic. This is achieved at a temperature of approx. 170 ° C. At this temperature, the lead profile is also extruded with the
  • Wrapping material and if necessary provided with an outer layer The extrusion of the wrapping material and the outer layer can be carried out in one operation. The extrusion of the wrapping material and possibly the outer layer takes place in a
  • Calibration tool located in the coolant.

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Abstract

Bei einem Schreibstift aus einer festen Schreibmine und einer Minenumhüllung besteht das Bindemittel zumindest im Umhüllungsmaterial aus Polystyrol. Weiterhin weist das Umhüllungsmaterial talkumgefülltes LDPE auf, wodurch die Spitzbarkeit des Umhüllungsmaterials und die Haftung zum Minenmaterial verbessert wird. Es ist auch vorgesehen, talkumgefülltes Polystyrol zu verwenden. Der Anteil des Polystyrols liegt bei 60 bis 70 Gew.-%, der des talkumgefüllten LDPEs bei 20 bis 40 Gew.-%. Für das Minenmaterial wird ebenfalls Standardpolystyrol oder HIPS verwendet. Sowohl das Umhüllungsmaterial als auch das Minenmaterial werden extrudiert, wobei dem Polystyrol erst im Extruder ein endotherm wirkendes Treibmittel zugegeben wird.

Description

Schreibstift, Schreibmine und Verfahren zur Herstellung von Schreibstiften
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft einen Schreibstift aus einer festen Schreibmine und einer Minenumhüllung, wobei das Bindemittel zumindest im Umhüllungsmaterial aus Polymeren besteht. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Schreibmine sowie auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Schreibstifte.
Aus der DE-PS 38 27 968 ist eine Bleistiftminenmasse bekannt, die 13 bis 21 Gew.-%
Styrol-Acryl-Copolymerisat, nachfolgend als "SAN" abgekürzt, sowie 1 bis 6 Gew.-% Calciumkarbonat, 3 bis 6 Gew.-% Stearinsäure, 3 bis 12 Gew.-%
Calciumstearat, 0,05 bis 0,15 Gew.-% BHT
(2,6-Di-tertiär-butyl-p-kresol), 0 bis 1,5 Gew.-% Ruß, 60 bis 72 Gew.-% Graphit und 0 bis 32 Gew.-% Ton (Kaolin) enthält.
Der Nachteil des SAN besteht darin, daß es ein schlagzäh modifiziertes Polystyrol ist, das im augeschmolzenen Zustand aufgrund seiner Seitenketten äußerst zähflüssig ist und sich daher nicht leicht verarbeiten läßt, so daß entsprechend hohe Kräfte im Extruder aufgewendet werden müssen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das SAN vor der
Verarbeitung vorgetrocknet werden muß, um eine spätere Blasenbildung in der Mine zu verhindern. Darüber hinaus ist SAN relativ teuer, so daß das Bedürfnis besteht, SAN durch ein kostengünstigeres Material zu ersetzen.
Aus der DE-AS 15 61 764 ist ein Schreibstift
bekannt, dessen Mine als Bindemittel aus
ABS-Polymerisat und einem PfropfPolymerisat besteht.
Die Minenumhüllung besteht vollständig aus einer geschäumten thermoplastischen Formmasse mit einer Dichte von 0,3 bis 0,7 g/cm3, wobei ebenfalls
ABS-Polymerisate zum Einsatz kommen. Aus der
DE-AS 15 61 764 ist es auch bekannt, als
thermoplastische Masse treibmittelhaltiges
Polystyrol einzusetzen, ohne daß jedoch konkrete
Angaben über die Zusammensetzung des
Umhüllungsmaterials gemacht werden. Auch die
ABS-Polymerisate weisen die o.g. Nachteile auf und sind außerdem ebenfalls relativ teuer in der
Herstellung. Um eine hochglänzende Oberfläche zu erzeugen, wird der extrudierte Schreibstiftstrang während des Abziehvorgangs durch ein geeignetes
Lösungsmittel geführt. Daran anschließend wird der endlose Strang auf Schreibstiftlänge zerschnitten und geprägt. Das Eintauchen in Lösungsmittel hat jedoch den Nachteil, daß der Schreibstift die Farbe der Umhüllung aufweist, so daß Schreibstifte mit unterschiedlicher Härte der Schreibmine äußerlich nicht kenntlich gemacht werden können.
Die DE-OS 20 30 578 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen und/oder Umhüllen von Strangprofilen, die u.a. für Schreibstifte eingesetzt werden. Zur Herstellung der Strangprofile sind alle thermoplastischen
Kunststoffe geeignet, wie beispielsweise
Polyolefine, modifzierte Polystyrole wie z.B.
ABS-Polymerisate, thermoplastische Werkstoffe auf Zellulosebasis, thermoplastisch verarbeitbare
Polyurethane, Polyamide, Polycarbonate,
Polyvinylchlorid und chloriertes Polyvinylchlorid, Ethylenvinylacetate, Polyacetal und PVC-modifizierte Ethylenvinylacetate. Diese Strangprofile können auch zur Umhüllung von Minen von Schreibstiften
eingesetzt werden. Nähere Angaben über die
Zusammensetzung des Minenmaterials und der
Umhüllungsmasse werden allerdings nicht gemacht.
Die DE-PS 16 69 158 beschreibt thermoplastische Bindemittel zur kontinuierlichen Herstellung von Bleistift-, Kopierstift- und Buntstiftminen. Als Bindemittel werden auch hier ABS-Polymerisate angegeben.
Aus der DE-PS 74 43 306 ist eine Schreibmine
bekannt, die Polystyrol aufweist. Für die
Herstellung wird entweder niedrigpolymeres Styrol oder monomeres Styrol eingesetzt, das nach der Herstellung der Minen zu Polystyrol polymerisiert wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Ummantelung erst nach der Polymerisation
aufextrudiert werden kann. Weiterhin enthält die Mine einen sehr hohen Anteil von Calciumstearat, aber keine Stearinsäure.
Die US-PS 4,019,822 beschreibt die Umhüllung einer Schreibmine in Form einer gewickelten, gereckten Kunststoffolie, die Polystyrol und Polyethylen aufweist. Dieser bekannte Schreibstift ist nicht spitzbar, da die Mine durch spiralförmiges Abreißen von Streifen der Kunststoffolie freigelegt wird. Die Kunststoffolie ist mit Klebstoff versehen, der jedoch wegen der notwendigen Ablösung der
Kunststoffolie nur eine geringe Haftung der Mine gewährleistet. Nachteilig bei diesem Schreibstift ist u.a. die nicht zufriedenstellende Haftung der Mine am
Umhüllungsmaterial.
Bei den bisher bekannten Polymer-Schreibstiften ist die Spitzbarkeit noch verbesserungsbedürftig, wobei auch die Haftung zwischen Mine und Minenumhüllung teilweise zu gering ist, so daß beim Spitzen die Mine leicht brechen kann.
Aufgabe der Erfindung ist daher ein Schreibstift, der sich durch verbesserte Spitzbarkeit auszeichnet und eine bessere Haftung zwischen Mine und Umhüllung aufweist, wobei kostengünstigere Materialien zum Einsatz kommen sollen. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, eine Schreibmine und ein entsprechend kostengünstiges Verfahren zur Herstellung solcher Schreibstifte bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit einem Schreibstift gemäß Anspruch 1 gelöst. Gegenstand der Schreibmine ist Anspruch 10 und der des Verfahrens ist der
Patentanspruch 18.
Da das meiste Material eines Schreibstiftes für die Umhüllung der Mine benötigt wird, können die
Herstellungskosten deutlich gesenkt werden, wenn die üblicherweise hierfür verwendeten Polymere wie SAN und ABS durch preiswertere Polymere ersetzt werden. Es hat sich gezeigt, daß das weitaus
kostengünstigere Polystyrol als Bindemittel im Umhüllungsmaterial vorteilhaft eingesetzt werden kann, wenn gleichzeitig LDPE im Umhüllungsmaterial vorhanden ist. Überraschenderweise kann über den Anteil des LDPEs die Spitzbarkeit der Umhüllung eingestellt werden, so daß mit Holzbleistiften vergleichbare Werte erzielt werden konnten. Als weiterer Vorteil hat sich herausgestellt, daß durch die Verwendung von talkumgefülltem Material, also talkumgefülltem Polystyrol oder talkumgefülltem LDPE, auch die Haftung zur Mine verbessert wurde, so daß beim Spitzen der Minenbruch deutlich reduziert werden konnte. Dies ist im Vergleich zur Verwendung von reinem Talkum und ungefülltem Polystyrol oder LDPE möglicherweise darauf zurückzuführen, daß das Talkum im Umhüllungsmaterial besser verteilt ist und somit auch längs der Mine keine Bereiche mit
geringerer Haftung vorhanden sind. Wenn
talkumgefülltes Polystyrol oder talkumgefülltes LDPE verwendet wird, kann zusätzlich auch ungefülltes PS oder LDPE eingesetzt sein. Der Talkumanteil im LDPE kann 30 - 70 Gew.-% betragen. Vorzugsweise wird ein talkumgefülltes LDPE verwendet, bei dem der
Talkumanteil etwa 50 Gew.-% beträgt. Der MFI-Wert (190°C/2,16 kg) des LDPE liegt vorzugsweise im
Bereich von 0,2 bis 20 g/10 min.
Wenn talkumgefülltes Polystyrol eingesetzt wird, so liegt der Anteil des Talkums vorzugsweise ebenfalls bei 30 - 70 Gew.-%.
Es hat sich gezeigt, daß sehr gute Ergebnisse hinsichtlich Haftung und Spitzbarkeit erzielt werden, wenn der Polystyrolanteil im
Umhüllungsmaterial vorzugsweise zwischen 60 und 70 Gew.-% beträgt und der Anteil des talkumgefüllten LDPEs bei 20 bis 40 Gew.-% liegt, bzw. der Anteil des talkumgefüllten Polystyrols bei 60 - 90 Gew.-% und der des LDPEs bei 5 - 35 Gew.-%. Als Polystyrol wird vorzugsweise Standardpolystyrol eingesetzt, das als Granulat bezogen werden kann.
Vorzugsweise wird ein treibmittelfreies Polystyrol für das Umhüllungsmaterial des Schreibstiftes eingesetzt, so daß zum Aufschäumen ein Treibmittel zugesetzt werden muß. Dies ist hinsichtlich des Herstellungsverfahrens von Vorteil. Der
Treibmittelanteil liegt bei 0,2 bis 1,2 Gew.-%.
Zusätzlich enthält das Umhüllungsmaterial noch eingefärbtes Polymermaterial (sogenanntes
Farbbatch), vorzugsweise eingefärbtes Polystyrol, wobei der Anteil je nach gewünschter Farbgebung bei 0,2 bis 3 Gew.-% liegt.
Bei der erfindungsgemäßen Schreibmine wird ebenfalls als Bindemittel Polystyrol eingesetzt, wodurch die Haftung zwischen Mine und Umhüllung noch weiter verbessert werden kann. Gleichzeitig können dadurch die Herstellungskosten des gesamten Schreibstiftes weiter gesenkt werden, weil ein einheitliches
Bindemittel sowohl für das Umhüllungsmaterial als für das Minenmaterial verwendet wird. Beschaffung und Lagerhaltung können somit kostengünstiger gestaltet werden.
Als Polystyrol kann außer Standardpolystyrol auch HIPS (High-Impact-Polystyrol) im Minenmaterial enthalten sein. Der Polystyrolanteil im
Minenmaterial liegt bei 10 bis 40 Gew.-%,
vorzugsweise bei 26 - 40 Gew.-%, der
Stearinsäureanteil bei 3 - 10 Gew.-% und der
Calciumstearatanteil bei 2 - 10 Gew.-%.
Calciumstearat beeinflußt ebenfalls die
Abriebeigenschaften günstig. Die Stearinsäure dient als Gleitmittel, so daß im Extruder nicht allzugroße Kräfte aufgewendet werden müssen. Auch das
Abriebverhalten des Minenmaterials wird über die Stearinsäure positiv eingestellt. Eine weitere Verbesserung des Abriebverhaltens der Mine kann durch die Zugabe von Kieselsäure, vorzugsweise mit einem Anteil von 3 - 8 Gew.-% erreicht werden. Das erfindungsgemäße Schreibstiftminenmaterial weist neben Polystyrol oder HIPS als Bindemittel im Falle einer schwarzen Mine einen Farbstoff in Form von Graphit mit einem Gewichtsanteil von 50 bis
80 Gew.-% auf.
Der Graphit wird in natürlicher oder synthetischer Form als Pudergraphit verwendet, wobei die Körnung entsprechend der gewünschten Schwärze und des
Abriebverhaltens eingestellt wird. Je kleiner die Körnung ist, desto besser wird die Schwärze und das Abriebverhalten beeinflußt. Mit abnehmender Körnung nimmt auch die Festigkeit der fertigen Mine zu. Es hat sich diesbezüglich als vorteilhaft
herausgestellt, wenn die Körnung des Pudergraphits im Bereich von 15 bis 50 um liegt.
Um die Schwärze zu verbessern, kann die Mine Ruß und/oder Eisenoxid enthalten, deren Anteile
vorzugsweise bei 20 - 40 Gew.-% bzw. 1 - 10 Gew.-% liegen. Hinsichtlich einer gleichmäßigen Verteilung hat sich insbesondere rußgefülltes Polystyrol ausgezeichnet.
Weiterhin kann der Schreibstift eine Außenschicht aufweisen, die ebenfall als wesentlichen Bestandteil Polystyrol aufweist. Anstelle des Polystyrols, das zu 50 Gew.-% oder mehr in der Außenschicht enthalten ist, kann auch LDPE verwendet werden. Zum Einfärben der Außenschicht werden ebenfalls Farbbatches verwendet.
Wenn stark glänzende Schreibstifte gewünscht werden, so hat es sich herausgestellt, daß dies mit der Kombination talkumgefülltes Polystyrol im
Umhüllungsmaterial mit polystyrolhaltiger
Außenschicht am besten realisiert werden kann. Beispielhafte Zusammensetzungen von Minenmaterial, Umhüllungsmaterial und Außenschicht werden in den nachfolgenden Tabellen 1 bis 3 angegeben.
Tabelle 1a
Umhüllungsmaterial
Angaben in Gew.-%
Standard PS 60 62 63,2 67,3 69,3 70 talkumgef. 37,3 35,1 35 30 30 27
LDPE
(50-Gew.-%
Talkum)
Farbbatches 1,5 2,1 1,5 2,3 0,3 2
Treibmittel
-Pulver - - 0,3 0,3 0,3 -
-Granulat 1,2 0,8 - - - 1
Haftver - - - 0,1 0,1 - mittler
Standard-PS: z.B. Styrol 634 (Handelsname der Fa.
Dow)
oder PS143E (Handelsname der Fa. BASF)
Talkumgefülltes LDPE: (50 Gew.-% Talkum)
z.B. FPE50T (Handelsname der Fa.
Schulmann) oder
HT-Stab1074 (Handelsname der Fa. Treffert) Tabelle 1b
Umhüllungsmaterial
Angaben in Gew . -%
Standard PS 0 0 18,2 7,3 24,3 22 talkumgef. 85 80 75 70 65 60 PS
(40-Gew.-%
Talkum)
LDPE 12,3 17,1 5 20 10 15
Farbbatches 1,5 2,1 1 ,5 2,3 0,3 2
Treibmittel
Pulver 0 0 0,3 0,3 0,3 0
Granulat 1,2 0,8 0 0 0 1
Haftver0 0 0 0,1 0,1 0 mittler
Standard-PS: z.B. Styrol 634 (Handelsnama der Fa.
Dow)
oder PS 143E (Handelsname der Fa. BASF)
Talkumgefülltes Polystyrol: (40 Gew.-% Talkum)
z.B. FKS40T (Handelsname der Fa. Schulman)
LDPE: z.B. Lupolen 181 OH (Handelsname der Fa. BASF)
Tabelle 2a
Minenmaterial
Angaben in Gew.-%
PS
-Standard PS 10 - 20 - 30
-HIPS - 10 - 20 -
Graphit 77,3 77,3 71,1 71,1 64,4
Stearin- 9,5 9,5 6,1 6,1 3,5 säure
Calcium3,2 3,2 2,8 2,8 2,1 stearat
Wenn anstelle des Graphits ein anderer Farbstoff verwendet wird, so liegt der Stearinsäureanteil bei 30 - 40 Gew.-% und der der Farbstoffe bei 45 - 55 Gew.-%.
Tabelle 2b
Minenmaterial
Angaben in Gew.-%
PS
-Standard PS 30 - - 40 -
-HIPS - 30 30 - 40
Graphit 56 64,4 56 54,2 54,2
Stearin4,9 3,5 4,9 3,5 3,5 säure
Calcium9,1 2,1 9,1 2,3 2,3 stearat
Standard-PS: z.B. PS165H (Handelsnamen der Fa.
BASF)
PS158K (Handelsnamen der Fa. BASF) HIPS: z.B. PS476L natur (Handelsnamen der Fa. BASF) oder PS476L weiß (Handelsnamen der Fa. BASF)
Tabelle 2c
Minenmaterial
Angaben in Gew.-%
Kieselsäure 3 - 8 Gew.-%
Ruß 20 - 40 Gew.-%
Eisenoxid 1 - 10 Gew.-%
Graphit 27,3 Gew.-%
Calciumstearat 2,1 Gew.-%
Stearinsäure 3,5 Gew.-%
Polystyrol Rest Tabelle 3
Außenschicht
Standard PS 50 65 - - 85
LDPE - - 75 80 - talkumgef. 28 - 15 15 3
LDPE
(30 Gew.-%
Talkum)
Farb2 10 10 5 2 batches
Haftver20 25 - - 10 mittler
Das Herstellungsverfahren, das auf der Extrusion von Minenmaterial und Umhüllungsmaterial basiert, ist dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel
zumindest für das Umhüllungsmaterial PS verwendet wird, daß für das Minenmaterial dem Polymermaterial erst im Extruder die weiteren Minenkomponenten zugesetzt und im Extruder mit dem Polymermaterial vermischt werden und daß dem Polystyrol für das Umhüllungsmaterial im Extruder ein endotherm wirkendes Treibmittel zugegeben wird und daß der Schäumvorgang des Polystyrols über die
Extrudertemperatur gesteuert wird. Gut geeignet sind solche endotherm wirkenden Treibmittel, die aus organischen Säuren und Carbonaten bzw. deren
Derivaten bestehen. Die Verwendung von Polystyrol als Bindemittel bietet den Vorteil, daß kein Vortrocknen des Bindemittels erforderlich ist. Da zur Verarbeitung des
Polystyrols im Extruder geringere Kräfte aufgewendet werden müssen, ist auch die Stromaufnahme des
Extruders deutlich geringer als bei den bekannten Polymermaterialien, so daß auch das
Herstellungsverfahren kostengünstiger gestaltet werden kann.
Zur Herstellung des Minenmaterials, bei dem
ebenfalls vorzugsweise als Bindemittel Polystyrol eingesetzt wird, wird das Polymermaterial in
Granulatform dem Extruder zugeführt. Graphit,
Calciumstearat und Stearinsäure werden außerhalb des Extruders gemischt und dann dieses Gemisch in
Pulverform dem Extruder zugeführt. Die getrennte Zuführung dieser beiden Komponenten bietet den Vorteil, daß sich die Zusammensetzung des
Minenmaterials leichter einstellen und ändern läßt. Man ist daher in der Wahl der Minenhärte flexibler und kann schneller von einer Minenhärte auf die andere umstellen.
Während im Stand der Technik treibmittelhaltiges Polystyrol für das Umhüllungsmaterial erwähnt wird, wird erfindungsgemäß eine Mischung aus Polystyrol und Treibmittel verwendet, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn ein endothermes Treibmittel zum Einsatz kommt. Bei endothermen Treibmitteln muß Wärme von außen zugeführt werden, was den Vorteil bietet, daß der Schäumvorgang über die Temperatur des Extruders steuerbar ist. Bei exotherm wirkenden Treibmitteln kann ein unkontrolliertes Schäumen auftreten, was die Qualität der Umhüllung nachteilig beeinflußt. Je mehr Treibmittel nämlich in der Umhüllungsmasse enthalten ist, desto mehr Poren entstehen, wodurch die Festigkeit und die Haftung zur Mine leidet. Der Treibmittelgehalt muß daher exakt eingestellt werden, wobei sich als vorteilhaft ein Anteil von 0,2 bis 1 Gew.-% herausgestellt hat. Das Treibmittel (beispielsweise Hydrocearol CF40, Handelsname der Fa. Boehringer) kann als Pulver oder Granulat eingesezt werden. Wenn ein pulverförmiges Treibmittel verwendet wird, ist vorzugsweise auch ein Haftvermittler zuzugeben, damit keine
Entmischung von Granulat und Treibmittel auftreten kann, wodurch der Aufschäumprozeß nicht mehr in der gewünschten Weise steuerbar ist. Bei
granulatförmigen Treibmittel kann auf einen
Haftvermittler verzichtet werden. Als Haftvermittler wird vorzugsweise ein Öl verwendet.
Die Temperaturen im Extruder liegen je nach
Treibmittelanteil und Polystyrolanteil bei 150 bis 200ºC.
Die Extrusion des Minenmaterials erfolgt bei einer Temperatur von ca. 180°C, woran sich eine Abkühlung des Minenmaterials anschließt. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die
Temperatur des Minenprofils lediglich so weit abgekühlt wird, daß der Minenstrang nicht mehr plastisch ist. Dies wird bei einer Temperatur von ca. 170°C erreicht. Mit dieser Temperatur wird das Minenprofil ebenfalls durch Extrusion mit dem
Umhüllungsmaterial und ggfs. mit einer Außenschicht versehen. Die Extrusion des Umhüllungsmaterials und der Außenschicht kann in einem Arbeitsgang vollzogen werden. Die Extrusion des Umhüllungsmaterials und ggfs. der Außenschicht erfolgt in einem im
Kühlmedium befindlichen Kalibrierwerkzeug.

Claims

Patentansprüche:
1. Schreibstift aus einer festen Schreibmine und einer Minenumhüllung, wobei das Bindemittel zumindest im Umhüllungsmaterial aus Polymeren besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel zumindest im
Umhüllungsmaterial Polystyrol ist und daß das Umhüllungsmaterial LDPE aufweist, wobei das Polystyrol und/oder das LDPE zumindest teilweise talkumgefüllt ist/sind.
2. Schreibstift nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Anteil des Polystyrols im Umhüllungsmaterial 60 bis 70 Gew.-% und der Anteil des talkumgefüllten LDPEs 20 bis
40 Gew.-% beträgt.
3. Schreibstift nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Anteil des
talkumgefüllten Polystyrols im
Umhüllungsmaterial 60 - 90 Gew.-% und der Anteil des LDPEs 5 - 35 Gew.-% beträgt.
4. Schreibstift nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Umhüllungsmaterial aufweist:
Polystyrol 60 - 70 Gew.-%
talkumgefülltes LDPE 20 - 40 Gew.-%
Farbbatches 0,2 - 3 Gew.-%
Treibmittel 0,3 - 1,2 Gew.-%.
5. Schreibstift nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Umhüllungsmaterial einen Haftvermittler mit einem Gewichtsanteil von 0,05 bis 0,2 Gew.-% aufweist.
6. Schreibstift nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel ein endotherm wirkendes Treibmittel ist.
7. Schreibstift nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Talkumanteil im talkumgefüllten LDPE 30 - 70 Gew.-% beträgt.
8. Schreibstift nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Talkumanteil im talkumgefüllten Polystyrol 30 - 70 Gew.-%
beträgt.
9. Schreibstift nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der
Minenumhüllung eine Außenschicht aufgebracht ist, die aus Polystyrol oder LDPE mit einem
Anteil >50 Gew.-% besteht.
10. Schreibmine mit Farbstoff, wie Graphit, Gleitund/oder Haftstoffen sowie mit einem Bindemittel aus Polystyrol, dadurch gekennzeichnet, daß das Minenmaterial in Gewichtsprozent enthält:
Polystyrol 10 bis 40 Gew.-%
Stearinsäure 2 bis 10 Gew.-%
Calciumstearat 2 bis 10 Gew.-%
Farbstoff und ggf.
weitere Zusätze Rest.
12. Schreibmine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Minenmaterial enthält:
Polystyrol 30 Gew.-%
Graphit 64,4 Gew.-%
Stearinsäure 3,5 Gew.-%
Calciumstearat 2,1 Gew.-%.
13. Schreibmine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Minenmaterial enthält:
Polystyrol 30 Gew.-%
Graphit 56 Gew.-%
Stearinsäure 4,9 Gew.-%
Calciumstearat 9,1 Gew.-%.
14. Schreibmine nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphit ein Pudergraphit mit einer Körnung zwischen 15 und 50 .um ist.
15. Schreibmine nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Polystyrol ein HIPS (High-Impact-Polystyrol) ist.
16. Schreibmine nach einem der Ansprüche 10, 11, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß Kieselsäure mit einem Anteil von 3 - 8 Gew.-% enthalten ist.
17. Schreibmine nach einem der Ansprüche 10, 11, 14 oder 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Farbstoff Ruß mit einem Anteil von 20 - 40
Gew.-% und/oder Eisenoxid mit einem Anteil von 1 - 10 Gew.-% enthalten ist.
18. Verfahren zur Herstellung eines Schreibstiftes, dessen Minenmaterial und Umhüllungsmaterial als Bindemittel Polymere aufweisen, bei dem das Minenmaterial und das Umhüllungsmaterial extrudiert werden, dadurch gekennzeichnet. daß als Bindemittel zumindest für das
Umhüllungsmaterial Polystyrol verwendet wird, daß dem Polymermaterial für das Minenmaterial erst im Extruder die weiteren Minenkomponenten zugesetzt und im Extruder mit dem
Polymermaterial vermischt werden, und daß dem Polystyrol für das Umhüllungsmaterial im Extruder ein endotherm wirkendes Treibmittel zugegeben wird und daß der Schäumvorgang des Polystyrols über die Extrudertemperatur
gesteuert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch
gekennzeichnet, daß für das Minenmaterial zunächst ein Gemisch aus pulverförmigem
Farbstoff, wie Graphit, Stearinsäure und
Calciumstearat hergestellt wird und dieses Gemisch dem in Granulatform vorliegenden
Polymermaterial im Extruder zugegeben wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch
gekennzeichnet, daß granulatförmiges Treibmittel zugegeben wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß pulver örmiges Treibmittel zugegeben wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch
gekennzeichnet, daß zusätzlich ein
Haftvermittler, vorzugsweise ein Öl, dem
Treibmittelpolymergemisch zugegeben wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß Treibmittel in einer Menge von 0,2 bis 1 Gew.-% zugegeben wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Minenmaterial extrudiert wird und das erhaltene Minenprofil danach gerade so weit abgekühlt wird, daß das Minenmaterial nicht mehr plastisch ist, daß das abgekühlte aber noch nicht vollständig erkaltete Minenprofil anschließend einem
Spritzkopf zugeführt wird, wo das
Umhüllungsmaterial aufextrudiert wird, und daß danach das aus Umhüllung und Mine bestehende Strangprofil vollständig abgekühlt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Extruder auf 150 bis 200°C eingestellt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch
gekennzeichnet, daß das Minenmaterial mit ca. 180ºC extrudiert und das extrudierte Minenprofil anschließend auf eine Temperatur von ca. 170°C abgekühlt wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß während der
Extrusion des Umhüllungsmaterials auf dieses eine Außenschicht extrudiert wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Extrusion des Umhüllungsmaterials und ggfs. der Außenschicht in ein, in einem Kühlmedium befindliches Kalibrierwerkzeug erfolgt.
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