可擦性彩色鉛筆鉛的製作方法

2023-05-12 23:32:11 4

專利名稱：可擦性彩色鉛筆鉛的製作方法
相關申請的交叉參考本發明是1998年11月20日遞交的待審美國專利申請№09/197283的部分繼續，後者又是1998年6月26日遞交的待審美國專利申請№09/105704的部分繼續。』283和』704申請的公開內容在此作為參考完全併入本發明。
本發明的領域本發明總的涉及彩色鉛筆的鉛組合物，尤其是可擦性彩色鉛筆鉛組合物以及製造和使用該組合物的方法。
本發明的背景儘管彩色鉛筆已長期為兒童和其它人提供快樂，但人們已嘗試過改進這些鉛筆的性能。要使上色成為一種愉快和值得做的事所需性能應包括鉛組合物的平滑鋪敷、標記的良好色強度、良好的破裂強度、和足夠的鉛彎曲強度。此外，彩色鉛筆最好能夠在紙上產生不會弄汙或變模糊，而且可用普通鉛筆橡皮擦除的標記。
普通彩色鉛筆由顏料、粘結樹脂和填料的共混物製成。儘管這些彩色鉛筆具有優異的書寫性能，但其標記不易用普通鉛筆橡皮擦除。人們已經嘗試改進鉛性能，尤其是鉛標記的可擦性。例如，已經嘗試通過降低鉛筆的顏料含量來提高可擦性。儘管這種方法降低了已擦標記與紙之間的色反差，但原標記的色強度卻不令人滿意。
在提高標記可擦性的另一方法中，通過將顏料、一種或多種填料、和蠟如低熔點蠟的混合物進行共混而製成彩色鉛筆。儘管該方法可提高標記的可擦性，但尚不能完全去除標記。此外，已擦區會留下汙染的外觀。據信，蠟一方面有助於可擦性，但另一方面還造成擦拭不完全和汙染。
據信，用彩色鉛筆在紙上標記時產生的剪切力足以暖熱該蠟。這種暖熱作用可賦予蠟以及鉛組合物以一定程度的流動性，這樣鉛筆材料就能夠明顯滲透到紙纖維間的開放空間。這樣，顯著量的彩色鉛筆鉛材料就截留在紙的表面下，如此滲透到紙纖維基質中的鉛筆鉛材料便擦不著，因此不能用橡皮去除。
此外，擦拭作用還提供摩擦力，也能暖熱彩色鉛筆鉛標記的蠟組分。因此，擦拭作用可賦予已在紙表面上的鉛筆標記以一定程度的流動性。這導致蠟進一步滲透到紙基質中的開放空間，從而使更多量含在鉛筆標記內的顏料不能由橡皮產生的機械磨擦作用上。
此外，蠟的流體性質可導致大部分鉛筆標記在擦拭作用下由一個部位移動至另一部位而不能從紙表面上去除。材料的這種再定位作用一般稱作汙染。橡皮在彩色鉛筆標記上的重複使用可連續汙染並將鉛筆標記驅至纖維基質中，直到基本上所有的彩色鉛筆材料沉積在紙基質的開放空間為止。這時再進行擦拭，基本上不會改變彩色鉛筆標記。
人們已經嘗試製備能消除汙染和擦拭殘餘物的彩色鉛筆。例如，一種方法是降低鉛的蠟含量。遺憾的是，該方法使得鉛非常硬，鉛的沉積特性受到影響，造成鉛書寫不良。在另一方法中，已經嘗試使用低熔點物質，如油。彩色鉛筆鉛通過顏料、粘結樹脂、填料和油共混而製成。該方法在工業上不易實現，因為這既增加了製造成本，也影響了鉛的某些其它品質。例如，如果鉛在溼成型工藝中製成，該溼鉛應該在低於所述油的熔點或流動溫度的某個溫度下乾燥。這增加了鉛的乾燥時間，因此降低了生產率。所述油還往往滲出或遷移離開鉛，這導致鉛強度損失，而且不能得到具有合適色強度的標記。此外，所述油往往滲過紙，從而進一步影響著色的品質。為了緩和使用油帶來的某些缺陷，已經提出複雜的製造工藝，但這遺憾地增加了製造步驟及鉛筆的製造成本。包含低熔點蠟或油的普通彩色鉛筆鉛的所得標記在接觸物體，如手指、紙和調色筆頭(blending stump)時容易汙染。
因此，需要一種具有改進可擦性的彩色鉛筆鉛，且要求彩色鉛筆鉛在用普通鉛筆橡皮進行擦拭時不會汙染。還要求彩色鉛筆鉛在與手指、混放筆頭、或其它物體磨擦時不會汙染。還需要一種具有平滑鋪敷作用、良好色強度、合適彎曲強度、和合適破裂強度的彩色鉛筆鉛。
通過本文對本發明的描述，本發明的這些及其它的目的和優點、以及其它的創造性特徵變得明顯。
本發明概述前述需求可通過本發明得到極大的滿足，本發明提供了一種可擦性彩色鉛筆鉛組合物，它能夠在待標記的表面上形成由所述組合物的粘結層組成的標記。該鉛組合物包含著色劑、一種或多種粘結劑樹脂、可原纖化或已原纖化材料、和填料。在一個優選實施方案中，本發明的彩色鉛筆鉛組合物沒有或基本上沒有低熔點蠟、該蠟的衍生物、蠟狀材料、和能夠阻止其從紙纖維中去除的其它材料。該鉛組合物可視需要包含潤滑劑，如PTFE之類的顆粒潤滑劑、或極性材料之類的非顆粒潤滑劑。
本發明還提供了一種在待標記的表面上使用可擦性彩色鉛筆鉛組合物的方法，包括將所述鉛塗到該表面上以產生標記，該標記形成所述彩色鉛筆鉛組合物的粘結層。本發明還提供了一種擦拭本發明彩色鉛筆鉛組合物得到的標記的方法。
儘管以下根據某些優選實施方案和工藝步驟描述來公開本發明，但並不意味著將本發明局限於這些特定實施方案內。相反，它意味著所有這類其它實施方案和改進方案都落入本發明的主旨和範圍內。
附圖的簡要描述

圖1描繪了由本發明彩色鉛筆鉛組合物的一個實施方案在20磅定量證券紙上所得標記的掃描電子顯微照片(SEM)，放大為1500倍，其它細節見實施例15。
圖2描繪了在較高放大倍數下圖1所示標記的SEM，放大倍數為10000倍。
圖3描繪了在更高放大倍數下圖2所示標記的SEM，放大倍數為30000倍。
圖4描繪了由本發明彩色鉛筆鉛組合物的另一實施方案在20磅定量證券紙上所得標記的SEM，放大倍數為2000倍，其它細節參見實施例16。
圖5描繪了在較高放大倍數下圖4所示標記的SEM，放大倍數為10000倍。
圖6描繪了由本發明彩色鉛筆鉛組合物的另一實施方案在20磅定量證券紙上所得標記的SEM，放大倍數為2000倍，其它細節參見實施例17。
圖7描繪了在較高放大倍數下圖6所示標記的SEM，放大倍數為10000倍。
實施方案的詳細描述本發明涉及一種具有較高可擦性以及較低汙染和模糊弊病的可擦性彩色鉛筆鉛組合物。該彩色鉛筆鉛組合物還具有改進的鋪敷特性。本發明的彩色鉛筆鉛組合物能夠在標記表面上形成該組合物的粘結層。該鉛組合物包含著色劑、一種或多種粘結劑樹脂、可原纖化或已原纖化材料，和填料。在一個優選實施方案中，本發明的彩色鉛筆鉛組合物沒有或基本上沒有低熔點蠟、該蠟的衍生物、蠟狀材料、以及能夠阻止其從紙纖維去除的其它材料。在本發明的一個優選實施方案中，該組合物還包含潤滑劑，如顆粒潤滑劑或非顆粒潤滑劑。非顆粒潤滑劑優選能夠進行相變且在加工條件下，例如在熔體加工條件下與粘結劑材料不混溶者。
該鉛組合物沒有或基本上沒有蠟、蠟衍生物、蠟狀材料如硬脂酸酯、和能夠粘附紙纖維並阻止其從中去除的其它材料。本文中的蠟、蠟衍生物、蠟狀材料、或其它材料定義為天然或合成的、脂族或其它相對非極性的化合物，其分子量低於約500，熔點低於約90℃，且針入硬度值大於約5個單位(或0.5毫米)@100克/5秒/25℃。
據信，該彩色鉛筆鉛組合物的優異性能由以下機理獲得。該組合物通過仔細調配使得當用彩色鉛筆於書寫表面上進行標記時，產生的剪切力能夠產生強著色的標記；但該力不會造成鉛筆材料的顯著流化。因此，降低或消除了形成流化鉛筆材料及其滲透到基質，如紙纖維基質中的可能性。在基材表面上進行標記的過程中，彩色鉛筆材料塗層沉積到該表面上，同時很少滲透到基材裡，如紙纖維基質中。
本發明的彩色鉛筆鉛組合物可產生極高粘結性的標記。鉛筆材料的粘結性質有助於在經受擦拭機械剪切力時耐汙染，並通過從紙表面上以小片之類的片段或膜狀片段脫落而不是以離散碎片或碎屑脫落而提高擦拭的有效性。該彩色鉛筆鉛組合物還具有低流動特性，這樣在標記和擦拭時能阻止向紙纖維基質滲透。
此外，作為表面塗層的該彩色鉛筆鉛組合物在進行磨擦，如擦拭時耐變形或伸展。因此，鉛筆鉛材料層在擦拭時較少汙染，且可通過橡皮磨擦完全或幾乎完全去除。
本發明彩色鉛筆鉛組合物的粘結性質，通過包含一種或多種能夠將成膜或成片性能賦予鉛筆材料的物質而產生。因此，所包括的材料能夠在沉積於標記表面上的層內形成原纖網狀結構。因此，可原纖化或已原纖化材料，如可原纖化或已原纖化聚合物可包含在該組合物中。可原纖化聚四氟乙烯(PTFE)和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)，是在正常標記力作用下，彩色鉛筆鉛組合物沉積在紙上時，能夠在該組合物內產生所需原纖網狀結構的聚合物的例子。因此優選可原纖化的聚合物。
已經發現，標記可擦性隨著彩色鉛筆鉛組合物中可原纖化材料的比例而增加。但優選調節原纖化材料的含量使得粘結性不會太高而影響鋪敷特性。
本發明還提供了一種在待標記表面上使用可擦性彩色鉛筆鉛組合物的方法，包括(a)提供可擦性彩色鉛筆鉛組合物；(b)提供所述表面；然後(c)將所述鉛塗到該表面上以產生標記，形成該彩色鉛筆鉛組合物的粘結層。
所述鉛產生的標記可容易地使用普通鉛筆橡皮擦拭，而不留下明顯的殘餘物或汙點，而且這些標記在與其接觸的其它物體相互磨擦時基本上不會弄汙。本發明的彩色鉛筆鉛具有改進的可擦性而不會損害其它所需性能，如平滑的鋪敷作用、良好的色強度、較少尖部磨損碎片、和良好破裂強度。
該彩色鉛筆鉛組合物包含合適的著色劑-顏料、染料、或其混合物。該顏料可以是有機或無機的。可以使用能夠產生特殊視覺效果的顏料，如珠光顏料。該顏料可以是幹顏料，或可分散在水中，視需要用表面活性劑或樹脂進行穩定或包封在有機粘結劑，如蜜胺/甲醛樹脂中。用表面活性劑穩定的顏料的例子包括SUNSPERSETM牌分散體，可得自太陽化學色料集團[Sun Chemical Co1orsGroup(Amelia,Ohio)]。樹脂穩定的顏料分散體的例子包括FLEXIVERSETM分散體，它是水基鹼穩定的丙烯酸系分散體，也可得自太陽化學色料集團。包封在有機粘結劑中的顏料的例子包括RENOLTM顏料，它是塗有聚乙烯基縮丁醛的顏料，且可得自ClariantCorp.(Charlotte,North Carolina)。
在某些實施方案中，優選用分散在水中和用表面活性劑穩定的顏料製造本發明鉛。預分散顏料更容易與其它成分一起加入，且表面活性劑穩定的分散體一般產生比樹脂穩定的分散體品質更好的擠出物。據信，當使用後者標記紙時，樹脂會滲透到紙中並佔據纖維間的空間，因此在擦拭標記時有一定難度。
該顏料可以任何合適的量存在於鉛中。以幹體積計的優選顏料量為所述鉛組合物的約10-30％，以幹體積計的更優選顏料量為所述鉛組合物的約15-20％。
粘結劑材料通過將鉛的成分粘結在一起而賦予彩色鉛筆鉛以整體性。粘結劑材料一般形成連續相。可以使用本領域普通技術人員已知的任何合適的粘結劑材料。該粘結劑材料可以是熱塑性聚合物，如聚烯烴、丙烯酸系物質、苯乙烯系物質、PVC、和塑化PVC，其中聚烯烴是優選的粘結劑材料。聚烯烴的例子包括聚乙烯和聚丙烯。高密度聚乙烯(HDPE)和低密度聚乙烯是優選的聚乙烯粘結劑樹脂。優選的HDPE樹脂是MICROTHENETMFA 70000，它是一種得自EquistarChemicals Inc.(Houston,Texas)的球狀粉末。粉末形式的聚乙烯是特別優選的。優選的LDPE樹脂是MICROTHENE FN 51000，也得自Equistar Chemicals Inc.。優選的聚丙烯粘結劑樹脂是MICROTHENEFP 80000，也得自Equistar Chemicals Inc.。粘結劑材料的其它例子包括蠟，尤其是聚烯烴蠟，其熔點或軟化點超過約90℃，且優選針入硬度值低於約5個單位。優選的聚烯烴蠟為聚乙烯蠟。合適的聚乙烯蠟的例子為EPOLENETME-10，可得自Eastman ChemicalCorp.(Kingsport,TN)。EPOLENETME-10的針入硬度值為3個單位，環球法軟化點為106℃，且分子量為約3000。
該粘結劑材料可以是幹樹脂、膠乳或分散體、或溶液的形式。膠乳或分散體的例子包括丙烯酸系分散體、乙烯與丙烯酸(EAA)的共聚物、以及苯乙烯和丁二烯的共聚物。乙烯與丙烯酸的比率可以由約1∶10變化至約10∶1，優選1∶1。聚合物溶液的例子包括溶解在甲乙酮之類溶劑中的聚苯乙烯、以及溶解在水中的聚乙烯醇。
該粘結劑樹脂還可以是熱固性的。熱固性聚合物的例子包括不飽和聚酯、乙烯基酯、和環氧樹脂。
該粘結劑材料可以任何合適的量使用。例如，該粘結劑材料以幹體積計的量可以是所述鉛組合物的約10-60％，以幹體積計的優選量是所述鉛組合物的約40-50％。
特別優選在某些實施方案中，將HDPE和EAA結合用作粘結劑材料。這種組合可產生良好的鋪敷作用，因此標記具有優異的色強度。合適的EAA的例子為可購自Chemcor(Chester,New York)的POLYEMULSIONTM540N30，它包含95％的乙烯和5％的丙烯酸。聚乙烯與EAA的比率可以是約1∶0-0∶1，優選約1∶0.3-1∶0.05。
在某些其它的實施方案中，優選結合使用聚丙烯、LDPE、和高熔點聚乙烯蠟作為粘結劑材料。這種組合可包括三種組分的任何合適比，優選體積比分別為約5-20∶約0.5-2∶約2-8，更優選體積比為約10∶約1∶約4，甚至更優選體積比為10∶1∶4。
本發明的彩色鉛筆鉛可包括任何合適的填料。填料的作用是向鉛提供挺度和強度。合適的填料的例子包括滑石、矽石、碳酸鈣、雲母、矽灰石、和粘土。填料可具有任何合適的幾何條件。片狀填料如滑石和雲母是特別優選的，因為它們具有軟稠度，且顆粒邊緣可促進鉛的磨擦以產生平滑的鋪敷作用。該填料可視需要進行表面處理以提高分散性和/或與粘結材料的粘附性。填料的粒徑為小於約1μm至約50μm，優選約10-30μm。該鉛組合物可包含任何合適量的填料，例如其量以幹體積計佔所述鉛組合物的約10-60％，優選約20-40％。
本發明的鉛組合物包括可原纖化或已原纖化材料。優選該材料是可原纖化的。可原纖化聚合物能夠在經受剪切力時，例如書寫時形成纖維。在某些情況下，原纖化可在鉛製造工藝過程中發生。可以使用任何合適的可原纖化或已原纖化材料來製備本發明組合物。已經發現，小直徑的原纖，尤其是直徑約0.1-5μm，特別是約0.05-0.5μm的原纖可賦予所述鉛優異的可擦性。優選使用可原纖化聚合物。該可原纖化聚合物可以是均聚物或共聚物。可原纖化聚合物的例子包括聚烯烴，優選PTFE、聚乙烯、和聚丙烯。PTFE是特別優選的可原纖化聚合物。可原纖化共聚物的例子包括乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的例子包括MICROTHENE MU 7600，可得自EquistarChemcals Inc.。
其它可原纖化或已原纖化聚合物的例子包括脂族和芳族聚醯胺，如尼龍和KEVLARTM、聚醯亞胺、和聚酯。原纖可這樣加入由已呈原纖形式的材料開始，用其它成分將它們分散；或由膠乳、懸浮液或乾粉狀的可原纖化聚合物開始而現場形成。優選的可原纖化PTFE的例子是FLUONTM AD-1乳液，得自ICI氟化聚合物公司(Wilmington,Delaware)。該乳液由0.25μm的PTFE顆粒製成且包含59-62％的固體物質。該乳液形式容易將PTFE與鉛組合物的其它成分進行混合。
可原纖化或已原纖化材料可以任何合適的量來使用。例如，在本發明的某些實施方案中，如果使用PTFE之類的聚烯烴樹脂，其用量可以是所述鉛組合物的約0.4-約10％(以幹體積計)，優選其用量是所述鉛組合物的約1.5-約3％(以幹體積計)。
而例如在某些其它的實施方案中，如果使用乙烯-乙酸乙烯酯之類的共聚物作為可原纖化或已原纖化材料，其用量可以是所述鉛組合物的約1-約15％(以幹體積計)，優選其用量是所述鉛組合物的約2-約12％(以幹體積計)，更優選其用量是所述鉛組合物的約4-約10％(以幹體積計)。
本發明的彩色鉛筆鉛可包含潤滑劑。在某些實施方案中，潤滑劑是非原纖化顆粒潤滑劑。該材料在熔體擠出或溼加工步驟中保持顆粒狀。
此外，潤滑劑據信能夠提高鉛的鋪敷性能。潤滑劑還可提高可擦性，因為它不會粘附或極少粘附到紙纖維上。可以使用任何合適的潤滑劑。優選的潤滑劑是微粉化的PTFE粉末，它可通過將燒結PTFE研磨至粒徑約1-約20μm而製成。合適的微粉化PTFE粉末的例子為SST-2 SP5TM。得自Shamrock科技公司(Newark,New Jersey)。微粉化PTFE特別有利，因為它不會粘附到紙纖維上。此外，微粉化PTFE是白色的，因此不會損害彩色鉛筆鉛的色彩質量。
非原纖化顆粒潤滑劑可以任何合適的量來使用，例如其用量可以是所述鉛組合物的約5-約50％(以幹體積計)，優選其用量是所述鉛組合物的約10-約30％(以幹體積計)。如果潤滑劑的量低於所述鉛組合物的5％體積，那麼該鉛往往太軟其尖部會過分磨損。
在某些其它的實施方案中，本發明的鉛組合物可包含非原纖化非顆粒潤滑劑。該潤滑劑在鉛製造過程中經歷相變，如熔化。該潤滑劑優選在粘結劑材料形成連續相時形成不連續相。該潤滑劑形成分布在連續相內的區域。此外，該潤滑劑也形成與粘結劑樹脂分開的區域。可以使用任何合適的非原纖化非顆粒潤滑劑。優選該非原纖化非顆粒潤滑劑是一種極性材料，尤其是在使用非極性粘結劑材料如聚丙烯或聚乙烯時採用。該極性材料優選極性聚合物。
可用作非顆粒潤滑劑的極性材料的例子包括烷氧基化材料。烷氧基化材料可包括一個或多個烷氧基，或作為聚合物可具有任何合適的烷氧基重複單元聚合度，如最高100000，優選約1-約1000，更優選約1-約500。烷氧基化材料的例子包括烷氧基化醚、烷氧基化羊毛脂、烷氧基化羊毛脂醇、一元醇和多元醇的烷氧基化物、烷氧基化脂肪酸、烷氧基化植物油、和烷氧基化氫化植物油。烷氧基基團或重複單元可具有任何合適的碳原子數，如1-約6個碳原子，優選1-約3個碳原子，更優選2個碳原子。
這樣，乙氧基化材料是特別優選的。乙氧基化材料的例子包括乙氧基化醚、乙氧基化羊毛脂、乙氧基化羊毛脂醇、一元醇和多元醇的乙氧基化物、乙氧基化脂肪酸、乙氧基化植物油、和乙氧基化氫化植物油。
烷氧基化材料的其它例子包括聚亞烷基二醇，尤其是聚乙二醇。合適的聚乙二醇為PEG 20M，購自聯合碳化公司(Danbury,CT)。該聚合物的分子量為約20000且為結晶的。
以所述鉛組合物的幹體積計，非顆粒潤滑劑的量可以達最高約30％，優選約2-約20％，更優選約5-約15％。
非原纖化顆粒潤滑劑與已原纖化或可原纖化材料的體積比可以是約1∶0.01-約1∶1，優選約1∶0.1-1∶0.4。非原纖化非顆粒潤滑劑與已原纖化或可原纖化材料的體積比可以是約1∶1-約4∶1，優選約3∶2。
本發明的彩色鉛筆鉛組合物還可包含抗氧化劑。抗氧化劑抑制該彩色鉛筆鉛的褪色、氧化、或降解，尤其是在其生產或製造過程中。可以使用任何合適的抗氧化劑。例如，可以使用酚類抗氧化劑。酚類抗氧化劑的例子包括IRGAFOS168(亞磷酸三(2,4-叔丁基苯基)酯)和IRGANOX1010(四(3,5-二叔丁基-4-羥基肉桂酸)亞甲基酯甲烷)，兩者都來自Ciba特種試劑公司。在一個優選實施方案中，可以使用優選等量的兩種抗氧化劑的混合物，如IRGAFOS 168與IRGANOS1010的混合物。
抗氧化劑可以任何合適的量存在於所述鉛組合物中，例如以幹體積計，所述鉛組合物的約0.01％以上，優選量為約0.05-約2.0％，更優選其量為約0.05-約0.2％。
已經發現，鉛的性能往往與每種組分的體積分數有關。為此，各組分的量在本文中表示為體積分數。如果要用密度不同的材料替代一種或多種組分，那麼該組分(以及所有其它組分)的體積分數應該保持基本上與原配方相同，這樣才能生產出性能相當的鉛。
體積分數可使用下式轉化成重量分數Wfn=(Vfn).(VT)(Dn/WT)其中是Wfn是重量分數，Vfn是體積分數，且Dn是組分n的密度。WT是鉛組合物的總乾重而VT是總幹體積。
如上所述，本發明的彩色鉛筆鉛組合物具有優異的鋪敷作用和可擦性。鉛標記在與物體正常接觸時不會弄汙，也不會在用普通鉛筆橡皮擦拭時汙染。標記的可擦性、弄汙性、和模糊性進一步描述如下。在所畫標記用普通鉛筆橡皮磨擦給定次數之後，留在基材上未去除的彩色標記的百分數表達為未擦除的百分數。在用普通鉛筆橡皮磨擦標記時延伸至相鄰未標記區的標記量與標記的汙染性有關。在標記與杆或筆頭之類的物體摩擦時延伸至相鄰未標記區的量與標記的變模糊性有關。
鉛的可擦性、模糊性和汙染性可通過本領域熟練技術人員已知的方法，例如利用分光光度計來定量測定。塗到表面上的顏色已知可根據色球中的顏色來定義。色球由亮度(「L」)值、紅色/綠色(「a」)值、和藍色/黃色(「b」)值來確定。參見例如，顏色測量儀器手冊，X-Rite№948-968(1990)。這樣，這三個值結合起來可定義人眼所看見的物體顏色。因此任何給定的顏色可根據「L.a.b.」值來度量，並表示為已知參考標準如白紙L.a.b.的相對值。基材與標準之間的L.a.b.值之差表示為L.a.b.DE(或ΔE)值。該方法一般在工業上稱作橢圓體容差法。
模糊度可確定如下得到新塗標記的DE0值，然後將該值設定等於100％色強度。然後用筆頭恆定施壓下磨擦該標記。以加以控制的方式將磨擦延伸到基材上標記之外的區域。測定轉移到延伸區的標記的量。
用橡皮磨擦標記之後留下未去除的標記的量可測定如下。用橡皮恆定施壓下磨擦該標記給定次數。將橡皮延伸到相鄰的未標記區。測定留下未去除標記的L.a.b.DE值。標記的可擦性隨後表示為橡皮磨擦之後留下的顏色數百分。還測定延伸區的L.a.b.DE值，該值與橡皮汙染性有關。本文實施例要進一步說明橡皮汙染、未擦除的百分數、和筆頭模糊化等級的測定。
這樣，本發明的彩色鉛筆標記的橡皮未擦除率(未擦除的百分數)評定為約15％或更低；橡皮汙染評定為約30％或更低；和/或筆頭模糊化為約20％或更低。該標記優選具有低於約20％的橡皮汙染度，更優選低於約15％的汙染度，甚至更優選低於約10％的汙染度。
該標記優選具有低於約15％的筆頭模糊度，更優選低於約10％，甚至更優選低於約6％，進而更優選低於約3％，進一步更優選低於約2％。該標記優選具有低於約12％的未擦除率，更優選低於約10％，甚至更優選低於約6％。
本文所討論的標記是在正常使用彩色鉛筆時所常見的條件下形成的。這樣，產生標記所施加的力(為便於理解，本文以質量單位來描述)為300-600克。標記是以約20-36英尺/分鐘的速率產生的，其中平均速率為約29英尺/分鐘。擦拭是用普通鉛筆橡皮EberhardFaber,PINK PEARLTM№100，在600克的施加力下進行的；且筆頭模糊化是在1200克的施加力下進行的。基材是白紙，如白色證券紙或白色藥片紙，它是一種定量為56.4克/米2、TAPPI亮度標準等級為82.0、Sheffield平滑度標準等級為300、且不透明度標準等級為78的15 Sub紙。
本發明還提供了一種製備本發明彩色鉛筆鉛組合物的方法，包括將著色劑、一種或多種粘結劑樹脂、可原纖化或已原纖化材料、視需要加入的潤滑劑、抗氧化劑、和填料進行配混，得到一種共混物並由該共混物形成鉛筆鉛。
各成分的共混物可通過本領域普通技術人員已知的任何方法來製備。這樣，配混可通過幹混、半乾混、或溼混各成分來進行。共混之前，將各成分粉碎至合適的粒徑，這樣容易通過各種加工設備進行處理或加料。
幹混時，所有成分都處於乾燥態，優選為粉末形式。將所有成分裝入粉末混合設備，如V-共混機或任何其它的合適混合器中。將粉末混合在一起，各成分充分混合。然後將混合粉末用於制鉛。
在半乾混時，將少量的水用於共混步驟中，這樣可生產出稠糊形式的共混物。可以將水加入粉末的幹混物中，或可將水與一種或多種成分一起加入。例如，粘結劑樹脂可以是水分散體的形式，例如固體含量為30％重量的乙烯-丙烯酸分散體，固體含量為55％重量的顏料分散體，或可原纖化聚合物的水分散體，如固體含量為60％體積的可原纖化PTFE水分散體。
這樣，在半乾混時，將所有幹成分混合得到一種均勻的混合物，然後加入所需量的水以得到稠糊。將該糊擠壓成鉛，或擠出形成線材並隨後造粒。然後將粒料乾燥除水，優選以高溫加速乾燥過程。隨後將粒料用於擠壓成鉛。
在溼混時，共混物為具有油漆稠度的粘稠液體形式。溼混在常用於將固體物質分散在液體中的分散設備，如用於製備油漆的那些設備，例如垂直或水平混合器和球磨機或礫磨機上進行。
溼混可進行如下將顏料分散體裝入合適的容器中，然後高速下用高速分散器進行混合。如果需要，加入水以降低分散體的粘度。加入可以是粉末或分散體形式的粘結劑樹脂、填料、和非原纖化潤滑劑，然後繼續攪拌約20分鐘。隨後加入優選為分散體形式的可原纖化材料。繼續混合，直到得到一種調勻的共混物。隨後利用任何已知的乾燥方法，例如優選在高溫下置於開口盤中或利用噴霧乾燥進行乾燥。
以上製備的共混物可利用本領域普通技術人員已知的方法，例如通過熔體加工、溼加工、或反應性加工法成型為鉛。關於塑料加工的方法，一般參見Kirk-Othmer化學技術百科全書，19,290-316頁，第4版(1996)。在熔體加工時，該共混物是乾燥的，而溼加工則要求該共混物是一種稠糊。反應性加工利用反應性粘結劑，如環氧樹脂或不飽和可固化樹脂，如不飽和聚酯樹脂進行。
例如在熔體加工時，鉛可通過擠出、壓塑、或壓延而成型。擠出時，將乾燥形式的共混物裝入擠出機，如單或雙螺杆擠出機中，然後由模頭擠出形成線材。該模頭可具有合適的橫截面，環狀、正方形或任何所需的橫截面。將該線材冷卻至室溫，然後切成合適的長度，得到彩色鉛筆鉛。
如果擠出機進料是粉末形式，那麼該擠出機應該配有一個有助於粉末加料的設備，例如螺旋加料器。擠出在一個或兩個步驟中進行。如果以兩步驟進行，首先進行初步擠出以實現良好混合，並生產出粒料形式的材料。第二次擠出是針對該粒料進行的，由此生產出所述鉛。
壓塑法使用具有壓臺的液壓操作壓機，配合金屬模具形成所需部件(本文中為鉛)並使該緻密模塑材料保持所需形狀，直到體系充分固化或冷卻再取出部件。這樣，將幹共混物裝入壓縮模具中，然後加熱軟化或熔化粘結劑。將熔化材料擠入具有鉛筆鉛形狀的凹槽。冷卻之後取出鉛。
壓延是一種用於生產塑料片材的方法。參見，例如Kirk-Othmer化學技術百科全書，19,309頁，第4版(1996)。壓延機通常具有四個沉重的大鋼輥，它們一般組裝成倒L構型。將幹共混物加料到輥中並壓延得到片材。隨後將片材縱切成長方形或正方形橫截面。
通過溼混法製成的共混物可利用擠出、壓塑或壓延法加工成鉛。擠出時，將溼混合物加料到擠出機中，然後在室溫或高溫下(但優選在水沸點之下)擠過合適的孔。將通過該方法成型的鉛切成合適的長度並乾燥。乾燥完成之後，可以升高鉛的溫度以熔化粘結劑並提高鉛的強度。
在壓塑時，將溼混合物裝入具有表示鉛形狀的相配凹槽的壓塑模具中。關閉壓臺，將該混合物壓縮成所需的鉛形狀。打開壓臺，取出鉛並乾燥。幹爆完成之後，可以升高鉛的溫度以熔化粘結劑並提高鉛的強度。
在壓延時，將溼混合物在一組輥之間進行壓延以形成片材。隨後將片材縱切成具有長方形或正方形橫截面的鉛。
在反應性加工該共混物時，將該共混物按照類似於溼加工法的方式進行處理，只是鉛必須在擠出時或之後進行加熱以使反應性粘結劑固化。
本發明的彩色鉛筆可使用本領域普通技術人員已知的方法來製造。例如，可以將彩色鉛和鉛筆套進行共擠；或可將彩色鉛、套和任何其它的外塗層共擠得到彩色鉛筆。此外，可通過將鉛和預製套合併組裝成彩色鉛筆，例如，可以將預製套的兩半與鉛筆鉛壓制在一起，得到彩色鉛筆。所述套可以由本領域熟練技術人員已知的任何材料製成，包括木材和塑料。
以下說明性實施例進一步舉例說明本發明，當然不應理解為對其範圍的任何限定。
實施例1該實施例說明彩色鉛筆鉛製備的一個實施方案。所用成分、鉛的生產如下。
將所需量的顏料分散體稱重加到混合容器中，然後開始混合。攪拌下加入聚乙烯粉末。然後加入所需量的滑石。加入少量水以降低該混合物的粘度。隨後加入平均粒徑4μm的微粉化PTFE。然後加入可原纖化PTFE乳液和乙烯-丙烯酸乳液。將所得糊倒入乾燥盤中，並在110℃爐中乾燥過夜。從爐中取出盤並冷卻至室溫。從盤中取出材料，然後在共混機中粉碎成粉末。將粉碎材料經過#10目篩分揀。隨後將粉末在3/4英寸，L/D=24/1擠出機(壓縮比為1.5∶1)中擠出，條件如下模頭直徑3毫米；溫度分布160℃(區1，加料側)、180℃(區2)、180℃(區3，模頭側)和180℃(模頭)。螺杆在60rpm下操作。
％重量 ％體積成分SUNSPERSE RHD 6011(有機紅色顏料) 13.216.5FLUO HT(微粉化PTFE,Micro 20.816.8Powders,Inc.,Tarrytown,New York生產)FLUON AD-1(可原纖化PTFE) 3.6 3.0HDPE FA 700(高密度聚乙烯粉末) 17.933.5POLYEMULSION 540N30(乙烯-丙烯酸共聚物)1.5 2.9MICROTUFF AG 609(表面處理滑石， 43.027.3Barretts Minerals Inc.,Southof Dillon,Montana生產)總計 100.0 100.0如此製成的彩色鉛筆使標記具有良好的色強度和良好的可擦性。
實施例2該實施例說明了本發明彩色鉛筆鉛製備的另一實施方案。彩色鉛筆鉛按照實施例1所述的步驟來生產，只是改變了微粉化PTFE和可原纖化PTFE的相對量。各成分的量給出如下。成分％重量 ％體積SUNSPERSE RHD 6011(有機紅色顏料) 13.216.5FLUO HT(微粉化PTFE) 12.29.9FLUON AD-1(可原纖化PTFE) 12.29.9HDPE FA 700(高密度聚乙烯粉末) 17.933.5POLYEMULSION 540N30(乙烯-丙烯酸共聚物)1.5 2.9MICROTUFF AG 609(表面處理滑石)43.027.3總計 100.0 100.O所述鉛產生具有中等色強度和良好可擦性的標記。
實施例3該實施例說明了本發明彩色鉛筆鉛製備的另一實施方案。彩色鉛筆鉛按照實施例1所述的步驟來生產，只是微粉化PTFE顆粒的粒徑為12-20μm。該組合物具有較低含量的表面處理滑石。各成分的量給出如下。成分 ％重量 ％體積SUNSPERSE RHD 6011(有機紅色顏料) 13.216.5FLUO HT(微粉化PTFE)20.816.8FLUON AD-1(可原纖化PTFE) 3.6 3.0HDPE FA 700(高密度聚乙烯粉末) 17.933.5POLYEMULSION 540N30(乙烯-丙烯酸共聚物) 1.5 2.9MICROTUFF AG 609(表面處理滑石) 43.027.3總計 100.0 100.0所述鉛產生具有較高色強度和可擦性的標記。
實施例4該實施例說明了本發明彩色鉛筆鉛製備的另一實施方案。彩色鉛筆鉛按照實施例1所述的步驟來生產，只是使用紅色氧化鐵顏料替代有機紅色顏料，以表面處理雲母代替表面處理滑石。省略乙烯-丙烯酸乳液。所用各成分量給出如下。成分％重量％體積C888-1045F(紅色氧化鐵顏料， 53.5 19.8Creanova,Inc.,Somerset,New Jersey生產)FLUO HT(微粉化PTFE) 24.0 20.2FLUON AD-1(可原纖化PTFE) 4.2 3.5HDPE FA 700(高密度聚乙烯粉末)22.3 43.5總計 100.0 100.0所述鉛產生具有良好色強度和可擦性的標記。
實施例5該實施例說明了本發明彩色鉛筆鉛製備的另一實施方案。彩色鉛筆鉛按照實施例1所述的步驟來生產，只是所述組合物包括低密度聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)共聚物、和乙烯-丙烯酸共聚物。各成分的量給出如下。成分 ％重量 ％體積SUNSPERSE RHD 6011(有機紅色顏料) 10.913.5FLUO HT(微粉化PTFE)21.016.8FLUON AD-1(可原纖化PTFE) 3.8 3.0MICROTHENE FN 51000(低密度聚乙烯粉末， 12.323.5Equistar Chemicals生產)MICROTHENE FE 53200(乙烯-乙酸乙烯酯共聚5.4 10.0物)POLYEMULSION 540N30(乙烯-丙烯酸共聚物) 1.5 2.9SILWAX WS(聚二甲基矽氧烷共聚物，Siltech1.7 3.0Corp.,Toronto,Canada生產)MICROTUFF AG 609(表面處理滑石) 43.427.3總計 100.0 100.0所述鉛產生具有良好色強度和可擦性的標記。
實施例6該實施例說明本發明彩色鉛筆鉛製備的另一實施方案。彩色鉛筆鉛按照實施例1所述的步驟來生產，只是所述組合物包括聚丙烯和EVA共聚物。各成分的量給出如下。成分 ％重量 ％體積SUNSPERSE RHD 6011(有機紅色顏料) 13.815.2FLUO HT(微粉化PTFE) 21.715.4FLUON AD-1(可原纖化PTFE) 1.4 1.0MICROTHENE FP 80000(聚乙烯) 19.533.5MICROTHENE MU 76000(EVA) 5.1 8.4PEG 20M(聚乙二醇20000Mw,Union 3.8 5.3Carbide Corp.,Danbury,Connecticut生產)SILWAX WD-F(聚二甲基矽氧烷蠟，1.8 2.9Siltech Corp.生產)MICROTUFF AG 609(表面處理滑石)32.918.4總計 100.0 100.0所述鉛產生具有良好色強度和可擦性的標記。
實施例7該實施例說明了本發明彩色鉛筆鉛製備的另一實施方案。彩色鉛筆鉛按照實施例1所述的步驟來生產，只是所述組合物包括聚丙烯和EVA共聚物、以及作為填料的矽石。各成分的量給出如下。成分 ％重量％體積SUNSPERSE RHD 6011(有機紅色顏料) 13.6 15.4FLUO HT(微粉化PTFE) 21.5 15.7FLUON AD-1(可原纖化PTFE) 1.9 1.4MICROTHENE FP 80000(聚丙烯) 16.7 29.6MICROTHENE MU 76000(EVA) 5.0 8.6PEG 20M(聚乙二醇20000Mw) 3.7 5.4SILWAX WD-F(聚二甲基矽氧烷蠟，1.8 2.9Siltech生產)SYLOID 74(來自Grace-Davison的矽石)3.1 2.5MICROTUFF AG 609(表面處理滑石)32.5 18.6總計 100.0 100.0所述鉛產生具有良好色強度和可擦性的標記。
實施例8
該實施例說明了本發明彩色鉛筆鉛製備的另一實施方案。各成分的量給出如下。將各成分合併，然後在雙螺杆擠出機中擠出得到鉛筆鉛。成分％重量 ％體積顏料紅210(有機紅色顏料) 13.915.0MICROTHENE FP 80000(聚乙烯) 15.426.1MICROTHENE MU 76000(EVA) 4.8 7.8MICROTHENE FN 51000(LDPE)1.6 2.6MICROTUFF AG 609(表面處理滑石) 50.327.6PEG 20M 7.6 10.5EPOLENE E-10(高熔點蠟) 6.4 10.4總計 100.0 100.0所述鉛產生具有良好色強度和可擦性的標記。
實施例9該實施例說明了本發明彩色鉛筆鉛製備的另一實施方案。各成分的量給出如下。按照實施例8生產鉛。成分％重量 ％體積顏料紅210(有機紅色顏料) 13.615.0MICROTHENE FP 80000(聚乙烯) 15.026.0MICROTHENE MU 76000(EVA) 3.6 6.0MICROTHENE FN 51000(LDPE)1.5 2.6MICROTUFF AG 609(表面處理滑石) 52.629.5PEG 20M 7.5 10.5EPOLENE E-10(高熔點蠟) 6.2 10.4總計 100.0 100.0所述鉛產生具有良好色強度和可擦性的標記。
實施例10該實施例說明了本發明彩色鉛筆鉛製備的另一實施方案。各成分的量給出如下。按照實施例8生產鉛。成分％重量 ％體積SUNRITE RED 235-7511(有機紅色顏料)14.816.0MICROTHENE FP 80000(聚乙烯) 15.626.1MICROTHENE MU 76000(EVA) 4.8 7.8MICROTHENE FN 51000(LDPE) 1.6 2.6MICROTUFF AG 609(表面處理滑石)49.126.7PEG 20M 7.7 10.4EPOLENE E-10(高熔點蠟)6.4 10.4總計 100.0 100.0所述鉛產生具有良好色強度和可擦性的標記。
實施例11該實施例說明測試主體(包括兒童和成人)正常使用彩色鉛筆進行標記時所用的壓力或力的測定方法。該實施例還說明了書寫角度和書寫速度的測定。
用於測定標記壓力的裝置包括課桌、加載測壓傳感器、帶狀圖表記錄器、和必需的加載測壓傳感器控制電子器件。這樣，需改造課桌，在課桌上方設一個開口。將來自Omega Engineering的25磅容量的加載傳感器放置在課桌開口之下，使得加載測壓傳感器的壓敏面與課桌頂面齊平。將加載測壓傳感器連接到帶狀圖表記錄器上並配以合適的電源和控制電子器件。該裝置的構建要使得加載測壓傳感器隱藏在測試主體的視線之外以消除任何偏見。
將準備用來畫標記的物體，如熱氣球，以可移動方式固定在加載測壓傳感器面上，然後讓測試主體著色該物體。由帶狀圖表記錄器記錄標記時的平均力和最大力。結果發現，平均施加力為300克，而最大施加力為600克。
使用量角器(如購自Skill Tech，或購自Mitutoyo/MTI的180-905型，Aurora,Illinois)來測定書寫角。平均書寫角為53度。可以看出，書寫角不會顯著影響標記的鋪敷。此外，使用計秒表來測定書寫速度。書寫速度根據跨越物體給定點之間的已知距離，如熱氣球線條之間的距離所需的時間來計算。結果發現，書寫速度為約20-36英尺/分鐘，其中平均為28英尺/分鐘。
實施例12該實施例說明一種在受控條件下畫出彩色鉛筆標記的方法，該標記法模擬測試主體在正常標記條件下實際得出的標記。這種模擬標記可反覆評估彩色鉛筆鉛的各種性能，包括標記的鋪敷、模糊、汙染和可擦性。
使用常用來評估書寫儀器，如觸尖標記筆和原子筆的Contecma書寫器611型(Contecma精密書寫儀公司，Contecma SA,P.O.Box/Viaagli Orti 20,Viganello-Lugano，瑞士出品)來製作彩色鉛筆鉛的標記。使用得自Dasco Pro Inc.(Rockford,Illinois)的ANGLEFINDERTM型量角器來測定和調節書寫角。
在每次寫出或擦除之前，使用Hunt Boston型(Hunt製作公司出品，位於Statesville,North Carolina)或Panasonic KP-33型(Matsushita電子工業公司出品，日本)電子鉛筆卷筆刀將鉛筆削尖。將鉛筆削尖至約10-12°尖角(相對鉛筆的縱軸約5-6°)，然後使用簸析板和銼刀將尖部的橫截面弄平整。簸析板是一種長方形的不鏽鋼板，其厚度為0.118英寸且孔直徑為0.078英寸。將削尖的鉛筆頭放在孔中，然後使用金屬銼刀去除伸出到孔外的鉛筆尖部分，得到有平整橫截面尖的鉛筆。這確保減少或消除鉛筆削尖時的任何可變因素，並在每次擦除試驗開始時提供均勻的尖部直徑。
將彩色鉛筆放在書寫機的書寫儀樣品夾中。將鉛筆保持垂直位置，利用量角器確保垂直，書寫尖指向紙。將總共300-600克的砝碼塊放在位於樣品夾內的夾持管中。所用砝碼塊的總重相當於擦拭時所施加的力。
該書寫器採用捲筒紙，但也可通過用膠帶粘接紙片而使用其它種類，如紙片。該機器設定「鋸齒形」來編程，以鋸齒方式按36英尺/分鐘的速度進行書寫，產生30毫米寬的均勻的彩色實心圖案。在所選的這些進紙速度和書寫速度下，該彩色鉛筆以鋸齒方式書寫得到實心圖案不留下空白點。針對給定的彩色鉛筆，製取6個擦拭件，每個25英尺長。開始每次擦除操作之前，按照以上所述將鉛筆削尖並將尖部弄平。
實施例13該實施例說明一種評估彩色鉛筆鉛標記汙染性、模糊化和可擦性的方法。
在購自X-Rite Inc.(Granville,Michigan)的X-RITE SP68TMSphere分光光度計上，使用QA MASTERTM軟體來測定擦拭件的L.a.b.值。分光光度計採用一個10毫米的讀取頭。由測定L.a.b.值得到擦拭件相對白色區的DE值。未擦除件的DE值通過沿著寬度測定三個點的L.a.b.值而得到，測量是在擦拭件的起始10毫米長度上進行的。這三次讀數是分別在六個擦拭件每一個上進行的，並將所得的18個DE值的平均值取作DE0，這是對彩色鉛筆鉛鋪敷性能的一種度量。
將待擦拭件用橡皮進行磨擦以測定汙染特性。使用PINK PEARL№100鉛筆橡皮來擦拭該樣品。施加恆定力600克(以實施例11中所討論的加載測壓傳感器測定)以擦拭該樣品。擦拭件只擦拭其寬度一半的距離。根據所述，擦拭件的寬度為30毫米，這樣，將擦拭件擦拭至15毫米寬。已擦除的區域是長方形區，一個方向是15毫米長，另一方向是10-20毫米長。從擦拭件中點開始的橡皮運作觸跡沿寬度測定，一直延伸超過15毫米越過邊緣至未標記的白色區。橡皮以鋸齒方式移動，且對於每次擦拭試驗，採用24-36次手工擦拭，每次擦拭包括一個向前的運作和一個向後的運作。橡皮碎屑在每6-12次擦拭之後除掉。另外，測定擦拭區和延伸區相對白色區的L.a.b.值，然後計算DE值。得到至少兩次擦拭測試的平均DE值。未擦除物的量以及汙染到白色區的擦除物量計算如下用橡皮未去除的擦除物的百分數=(DE1/DE0)×100，其中DE1是擦拭區的DE值。
百分橡皮汙染率=(DE2/DE0)×100，其中DE2是延伸區的DE值。
以下，將按照實施例12製成的擦拭件進行筆頭模糊化測試。使用由Art Drafting Connection(bethlehm,Pennsylvania)供給的調色筆頭(#8)，產品№894的端部(類似於美術家常用的調色彩色蠟筆和彩色蠟筆型介質所用的筆桿頭)，將擦試件模糊化。筆頭端部相對縱軸呈15°角。施加1200克(通過加載測壓傳感器測定)恆定壓力，從擦拭件中點施力推過寬度15毫米並延伸至白色區。如果彩色鉛筆的配方改變，則用320砂紙將端部弄平。
測定用力區和延伸區相對白色區的L.a.b.值，然後計算DE值。得到至少三次模糊化試驗的平均DE值。模糊化率表示如下百分模糊化率=(DE3/DE0)×100，其中DE3是延伸區的DE值。
實施例14該實施例說明該彩色鉛筆的某些性能。以下給出了實施例13所示的橡皮汙染、百分未擦除率、和百分筆頭模糊化性能、以及市售不可擦性彩色鉛筆的相應數據。本發明彩色鉛筆的優點從以下給出的數據明顯看出。
實施例擦拭件施 百分橡百分未百分模配方號用負荷(克)皮汙染率 擦除率糊率1 600 18.910.0 2.51 300 18.710.4 5.66 600 9.2 7.72.16 300 16.16.02.25 600 12.99.10.85 300 20.46.62.47 600 11.012.0 2.08 600 4.2 6.411.79 600 2.4 11.0 8.8不可擦的彩600 45 59 23色鉛筆以上給出的數據說明了本發明彩色鉛筆鉛組合物的優異性能。可原纖化材料如EVA的效果可通過將實施例8和9的組合物進行性能比較而看出。實施例8組合物的EVA含量高於實施例9組合物。數據表明，通過增加EVA含量，未擦除百分數可下降。
除了可用於製造彩色鉛筆鉛，本發明組合物還可製成其它有用製品，如用於自動鉛筆的再裝芯、自由直立鉛筆、蠟筆等，以及油漆、和標記體系，包括具有標記傳送器件的那些。
實施例15該實施例說明通過本發明彩色鉛筆鉛形成的標記的粘結性質。這樣，使用包含實施例10所得鉛的鉛筆，在正常書寫壓力下，在標準20磅白色證券紙(影印紙)上，手工進行標記。以掃描電子顯微鏡研究該標記。圖1描繪了在1500×放大倍數下的顯微照片，並顯示出紙的圓柱狀纖維、以及分布在這些纖維之間並與其相鄰或在其上的鉛組合物。在纖維照片的中間區，尤其可看見原纖。可以看出，這些原纖使標記的各部分互相連接。這些原纖更容易在圖2-3中看出，它們分別描繪了圖1在較高放大倍數，即10000×和30000×下的顯微照片。據信，這些EVA原纖是在書寫過程中由於施加到該組合物上的剪切力而形成的。如果以橡皮在標記上施力，原纖相互連接的材料就作為片狀或膜狀片段離開該表面。
實施例16該實施例說明通過本發明彩色鉛筆鉛形成的標記的粘結性質。這樣，使用包含實施例8所得鉛的鉛筆，在正常書寫壓力下，在標準20磅白色證券紙(影印紙)上，手工進行標記。以掃描電子顯微鏡研究該標記。圖4描繪了在2000×放大倍數下的顯微照片，並顯示出所述鉛組合物的粘結性質。從整個顯微照片，尤其是上部中間區，可以看出賦予所述組合物粘結性的原纖。可以看出，這些原纖使標記的各部分互相連接。這些相互連接的原纖更容易在圖5中看出，該圖描繪了在較高放大倍數(10000×)的微型結構，尤其集中於圖4的上部中間區。
實施例17該實施例進一步說明通過本發明彩色鉛筆鉛形成的標記的粘結性質。由具有以下成分的鉛製造鉛筆。成分％重量 ％體積SUNSPERSE RHD 6011(有機紅色顏料)13.414.8MICROTHENE FP 80000(聚丙烯) 16.428.4FLUON AD-1(可原纖化PTFE)1.0 0.7MICROTHENE MU 76000(EVA)4.5 7.5PEG 20M 7.0 9.8MICHEM 66930(高熔點蠟，熔點106℃， 5.8 9.7Michelman Inc.,Cincinnati,OH)MICROTUFF AG 609(表面處理滑石) 51.929.1總計100.0 100.0所述鉛產生具有良好色強度和可擦性的標記。使用包含以上鉛的鉛筆，在正常書寫壓力下，在標準20磅白色證券紙(影印紙)上，手工進行標記。以掃描電子顯微鏡研究該標記。圖6描繪了在2000×放大倍數下的顯微照片，並顯示出所述鉛組合物的粘結性質。從整個顯微照片可以看出相互連接的原纖。這些相互連接的原纖更容易在圖7中看出，該圖描繪了在較高放大倍數(10000×)的微型結構，尤其集中於圖6的上部中間區。
實施例18該實施例說明了本發明彩色鉛筆鉛製備的另一實施方案。由以下成分製造彩色鉛筆鉛。成分％重量 ％體積MONASTRAL RED Y RT-759-D(顏料)8.08.54IRGAZIN RED DPP BO(顏料) 4.03.86MICROTHENE FP 80000(聚丙烯) 15.9 26.97MICROTHENE MU 76000(EVA) 4.67.54MICROTHENE FN 51000(LDPE) 1.62.68MICROTUFF AG 609(表面處理滑石)51.4 28.32PEG 20M 7.310.39EPOLENE E-10(高熔點蠟)7.011.49IRGAFOS 168(抗氧化劑) O.10.15IRGANOX 1010(抗氧化劑)0.10.15100.0 100.0所述鉛產生具有良好色強度和可擦性的標記。
本文引用的所有參考內容，包括專利、專利申請、和出版物在此都作為參考完全併入本發明。
儘管已重點根據幾個實施方案描述了本發明，但本領域熟練技術人員顯然看出，可以採用這些實施方案的各種變換，而且本發明可不按照本文的具體描述來實現。因此，本發明包括由以下權利要求所定義的本發明主旨和範圍內的所有改進。
權利要求
1．一種可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中包含著色劑、一種或多種粘結劑樹脂、可原纖化或已原纖化材料、和填料。
2．根據權利要求1的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述組合物基本上沒有低熔點蠟或蠟狀材料。
3．根據權利要求2的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述低熔點蠟或蠟狀材料的熔點或軟化點為約90℃或更低。
4．根據權利要求2的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述低熔點蠟或蠟狀材料的針入硬度值為5個單位或更高。
5．根據權利要求2的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述粘結劑樹脂是聚烯烴。
6．根據權利要求5的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述聚烯烴選自聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高熔點聚烯烴蠟、及其混合物。
7．根據權利要求6的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述聚烯烴是聚丙烯、低密度聚乙烯和高熔點聚烯烴蠟的混合物。
8．根據權利要求1的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述可原纖化或已原纖化材料是可原纖化或已原纖化聚合物。
9．根據權利要求8的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述可原纖化或已原纖化聚合物是可原纖化或已原纖化共聚物。
10．根據權利要求9的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述可原纖化或已原纖化共聚物是可原纖化或已原纖化乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
11．根據權利要求1的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，它還包括潤滑劑。
12．根據權利要求11的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述潤滑劑是非顆粒潤滑劑。
13．根據權利要求12的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述潤滑劑形成與粘結劑樹脂分開的區域。
14．根據權利要求13的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述潤滑劑是極性材料。
15．根據權利要求14的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述極性材料是烷氧基化材料。
16．根據權利要求15的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述烷氧基化材料選自聚亞烷基二醇、烷氧基化醚、烷氧基化羊毛脂、烷氧基化羊毛脂醇、一元醇和多元醇的烷氧基化物、烷氧基化脂肪酸、烷氧基化植物油、烷氧基化氫化植物油、及其混合物。
17．根據權利要求15的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述烷氧基化材料是乙氧基化材料。
18．根據權利要求17的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述乙氧基化材料選自聚乙二醇、乙氧基化醚、乙氧基化羊毛脂、乙氧基化羊毛脂醇、一元醇和多元醇的乙氧基化物、乙氧基化脂肪酸、乙氧基化植物油、乙氧基化氫化植物油、及其混合物。
19．根據權利要求18的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述乙氧基化材料為聚乙二醇。
20．根據權利要求1的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述組合物包括抗氧化劑。
21．根據權利要求10的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述組合物包括抗氧化劑。
22．一種在待標記表面上使用可擦性彩色鉛筆鉛組合物的方法，包括(a)提供可擦性彩色鉛筆鉛組合物；(b)提供所述表面；然後(c)將所述鉛塗於該表面上以產生標記，形成所述彩色鉛筆鉛組合物的粘結層。
23．根據權利要求22的方法，其中所述鉛組合物包含著色劑、一種或多種粘結劑樹脂、可原纖化或已原纖化材料、和填料。
24．根據權利要求23的方法，其中所述鉛組合物還包括潤滑劑。
25．根據權利要求24的方法，其中所述潤滑劑形成與至少一種粘結劑樹脂分開的區域。
26．根據權利要求25的方法，其中所述至少一種粘結劑樹脂是聚烯烴。
27．根據權利要求24的方法，其中所述潤滑劑是極性材料。
28．根據權利要求27的方法，其中所述極性材料是烷氧基化材料。
29．根據權利要求28的方法，其中所述烷氧基化材料選自聚亞烷基二醇、烷氧基化醚、烷氧基化羊毛脂、烷氧基化羊毛脂醇、一元醇和多元醇的烷氧基化物、烷氧基化脂肪酸、烷氧基化植物油、烷氧基化氫化植物油、及其混合物。
30．根據權利要求28的方法，其中所述烷氧基化材料是乙氧基化材料。
31．根據權利要求30的方法，其中所述乙氧基化材料選自聚乙二醇、乙氧基化醚、乙氧基化羊毛脂、乙氧基化羊毛脂醇、一元醇和多元醇的乙氧基化物、乙氧基化脂肪酸、乙氧基化植物油、乙氧基化氫化植物油、及其混合物。
32．根據權利要求31的方法，其中所述乙氧基化材料為聚乙二醇。
33．根據權利要求23的方法，其中所述鉛組合物包括抗氧化劑。
34．根據權利要求22的方法，其中所述組合物基本上沒有低熔點蠟或蠟狀材料。
35．根據權利要求22的方法，它還包括使用普通鉛筆橡皮擦除所述標記。
36．根據權利要求23的方法，其中所述至少一種粘結劑樹脂是聚烯烴。
37．根據權利要求28的方法，其中所述可原纖化或已原纖化材料是可原纖化或已原纖化聚合物。
38．根據權利要求37的方法，其中所述聚合物是可原纖化或已原纖化共聚物。
39．根據權利要求38的方法，其中所述可原纖化或已原纖化共聚物是可原纖化或已原纖化乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
40．根據權利要求22的方法，其中所述表面是多孔表面。
41．根據權利要求40的方法，其中所述多孔表面是紙。
42．一種擦除由可擦性彩色鉛筆鉛組合物在表面上產生的標記的方法，該方法包括將普通鉛筆橡皮施用到所述標記上，其中所述標記形成含有著色劑、一種或多種粘結劑樹脂、可原纖化或已原纖化材料、和填料的彩色鉛筆鉛組合物的粘結層。
43．根據權利要求42的方法，其中所述可擦性彩色鉛筆鉛組合物基本上沒有低熔點蠟或蠟狀材料。
44．一種可擦性彩色鉛筆鉛組合物，包含著色劑、一種或多種粘結劑樹脂、可原纖化或已原纖化材料、非原纖化顆粒潤滑劑、和填料。
45．根據權利要求44的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述可原纖化或已原纖化材料是可原纖化或已原纖化聚合物。
46．根據權利要求45的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述非原纖化顆粒潤滑劑是一種非原纖化顆粒聚合物。
47．根據權利要求46的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述非原纖化顆粒聚合物是聚四氟乙烯。
48．根據權利要求44的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述著色劑是顏料。
49．根據權利要求48的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述可原纖化或已原纖化聚合物是聚四氟乙烯。
50．根據權利要求44的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中至少一種所述粘結劑樹脂選自熱塑性聚合物、熱固性聚合物、和膠乳聚合物。
51．根據權利要求50的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述粘結劑樹脂是熱塑性聚合物。
52．根據權利要求51的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述熱塑性聚合物是聚烯烴。
53．根據權利要求52的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述組合物包括烯烴均聚物和烯烴共聚物作為粘結劑樹脂。
54．根據權利要求53的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述烯烴均聚物選自聚丙烯和高密度聚乙烯，且所述烯烴共聚物是乙烯-丙烯酸共聚物。
55．根據權利要求44的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述組合物中所述非原纖化聚合物和所述可原纖化或已原纖化聚合物的量為約1∶0.01-1∶1。
56．根據權利要求44的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述填料選自雲母、滑石、矽石、粘土和碳酸鈣。
57．根據權利要求45的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述著色劑的量為所述組合物的約10-約30％體積，所述一種或多種粘結劑樹脂的量為所述組合物的約30-約50％體積，所述可原纖化或已原纖化聚合物的量為所述組合物的約2-約10％體積，所述非原纖化顆粒聚合物的量為所述組合物的約10-約30％體積，且所述填料的量為所述組合物的約10-約30％體積。
58．一種製備包含著色劑、一種或多種粘結劑樹脂、可原纖化或已原纖化材料、非原纖化顆粒潤滑劑、和填料的彩色鉛筆鉛組合物的方法，該方法包括，將所述著色劑、所述一種或多種粘結劑樹脂、所述可原纖化或已原纖化材料、所述非原纖化顆粒潤滑劑、和所述填料進行混合，得到一種共混物，然後由所述共混物成型為所述鉛筆鉛。
59．根據權利要求58的方法，其中所述共混是通過幹混工藝、半乾混工藝、或溼混工藝進行的。
60．根據權利要求58的方法，其中所述鉛筆鉛通過以熔體工藝、溼工藝、或反應性工藝加工所述共混物而成型。
61．根據權利要求58的方法，其中所述可原纖化或已原纖化材料是可原纖化或已原纖化聚合物。
62．根據權利要求58的方法，其中所述非原纖化顆粒潤滑劑是非原纖化顆粒聚合物。
63．根據權利要求62的方法，其中所述非原纖化顆粒聚合物是聚四氟乙烯。
64．根據權利要求58的方法，其中所述彩色鉛筆鉛包括抗氧化劑。
65．根據權利要求44的彩色鉛筆鉛組合物，其中所述鉛組合物用於在白色證券紙上畫出第一標記，並將所述第一標記擦拭形成第二標記，所述第二標記有約15％或更低的未擦除率，其中所述第一標記是在300-600克的恆定施加力作用下在所述紙上產生的；且所述第一標記使用普通鉛筆橡皮在600克的恆定施加力作用下擦拭。
66．根據權利要求65的彩色鉛筆鉛組合物，其中通過擦拭所述第一標記而被汙染得到第三標記，所述第三標記有約30％或更低的橡皮汙染率，其中所述橡皮延伸於紙上第一標記之外的距離，等於其在所述第一標記上擦拭而產生所述第三標記的間距。
67．根據權利要求65的彩色鉛筆鉛組合物，其中所述第一標記的調色筆頭模糊化率為約20％或更低，其中所述筆頭在1200克的恆定施加力下用於磨擦所述第一標記，且所述筆頭延伸於紙上第一標記之外的距離，等於其在所述標記上磨擦的間距。
68．根據權利要求1-22、44-57、和65-67任一項的可擦性彩色鉛筆鉛組合物，其中所述組合物能夠在塗寫表面時產生標記，形成所述組合物的粘結層。
全文摘要
本發明提供一種可擦性彩色鉛筆鉛組合物,其中包含著色劑、一種或多種粘結劑樹脂、可原纖化或已原纖化材料、和填料。本發明的彩色鉛筆鉛在紙上容易產生用普通鉛筆橡皮擦除的標記。使用該組合物產生的標記具有粘結性質,這有助於利用普通橡皮從紙上以片狀或膜狀片段去除而不會汙染或留下殘餘物。在一個優選實施方案中,該組合物沒有或基本上沒有低熔點蠟或蠟狀材料。合適的粘結劑樹脂的例子包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、和高熔點蠟。可原纖化或已原纖化材料的例子包括可原纖化或已原纖化聚四氟乙烯和乙烯－乙酸乙烯酯共聚物。該彩色鉛筆鉛組合物還可包括潤滑劑。合適潤滑劑的例子包括微粉化PTFE之類的顆粒潤滑劑、和烷氧基化材料,如聚乙二醇之類的非顆粒潤滑劑。本發明還提供了一種使用該彩色鉛筆鉛組合物的方法。本發明還提供了一種製備本發明彩色鉛筆鉛的方法。
文檔編號C09D13/00GK1302316SQ99806478
公開日2001年7月4日 申請日期1999年6月22日 優先權日1998年6月26日
發明者J·雷德納, D·哈克 申請人:賓尼及史密斯公司