JP3935262B2

JP3935262B2 - 鉛筆芯の製造法

Info

Publication number: JP3935262B2
Application number: JP05895698A
Authority: JP
Inventors: 光市松本
Original assignee: パイロットプレシジョン株式会社
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: JPH11241044A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、結合材として特定のピッチ状物質を用いることで、強度が高く、かつバランスのとれた濃度、書き味を有する鉛筆芯の製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来鉛筆芯は、黒鉛、カーボンブラックなどの着色材に、粘土や樹脂などの結合材を加え、さらに溶剤や可塑材を添加して混練し、得られた混練物を押出成形して芯素材とし、この芯素材を高温で焼成した後、必要に応じて気孔中に油やワックスを含浸して完成芯としていた。
この鉛筆芯の性能つまり強度、濃度、書き味などを向上させるために種々検討されてきており、その中で結合材はきわめて重要なファクターとなっている。特に、芯径の細いシャープペンシル用の鉛筆芯は高強度が要求されるので、焼成後に結合力の高い炭素骨格となる天然樹脂、合成樹脂などが好適な結合材として用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、結合材として樹脂を用いた場合、たしかに粘土と比べ強度は向上するものの、安定した筆記性能とするために、通常の筆記では折れ難い高強度の鉛筆芯にしようとすると濃度、書き味などが逆に劣ってしまうことになる。つまり、強度を上げようとして樹脂を多量に用いると、濃度、書き味が劣化し、逆に樹脂を少なくすると濃度、書き味は良好であるが強度は落ちてしまうのである。これを改善するため、結合材としてアスファルトやコールタールピッチ、合成樹脂の乾留物などが知られている。
【０００４】
例えば天然原料のピッチ類は、石炭の乾留分を精製した後の残査や、石油を精製した後の残査であり、鉛筆芯の結合材として用いた場合、強度が向上するなど好ましい特徴を有するものであるが、天然原料から得られたピッチ類は産地によりその内部組成が異なり、不純物も多く存在する。そのため得られた鉛筆芯の諸性能のばらつきが大きくなり易く、安定した性能が得られ難いのである。また、合成樹脂の乾留物は石炭、石油系のピッチ類と比べ、不純物は少なくしかも炭化収率が大きいので、ばらつきの小さい強度の高い鉛筆芯が得られる。しかし、樹脂の乾留物といっても温度、圧力、時間、雰囲気等の乾留条件によってはさまざまな組成のものが存在し、それによって芯の性能も異なってくるし、また強度と濃度とのバランスという面でいまだ十分なものではない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ピッチ状物質が鉛筆芯の結合材として好ましい特徴を有することに鑑み、特定のピッチ状物質を結合材として用いることにより、特に良好な性能を有する鉛筆芯が得られることを見出し本発明を完成したものである。
【０００６】
請求項１にかかる鉛筆芯の製造法は、少なくとも着色材と結合材とを混練、押出、焼成して成る鉛筆芯の製造法において、前記結合材の一部もしくは全部に、異方性領域が５０体積％以上で、かつ軟化点が２００〜３６０℃の範囲にあるピッチ状物質を用いることを特徴としたものである。
【０００７】
さらに、前記ピッチ状物質のＨ／Ｃが０．５５〜０．７０の範囲にあることを特徴としたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる結合材は、その異方性領域が５０体積％以上、より好ましくは７０体積％以上であるピッチ状物質である。異方性領域とは、分子が一方向に規則正しく並んだ構造を持つ部分を示すものであって、実質的にはピッチ中のメソフェーズを示す。軟化点の低い石炭、石油系ピッチには異方性領域はなく、１００％等方性である。この石炭、石油系ピッチあるいは樹脂を用いて作製された軟化点の高いピッチ状物質には異方性領域が存在するようになる。この異方性領域がおおむね５０体積％以上になると、それまでピッチ状物質の中で独立分散していた異方性領域（メソフェーズ）が相転換を起こして連続相になる。この異方性領域の存在により、押出時には分子が一定方向に並ぶため、密度が高い鉛筆芯となり、結果として曲げ強度の優れた鉛筆芯が得られる。さらに、芳香族縮合環を主体にした分子が一定方向に配向しているので、焼成時にピッチが黒鉛化しやすくなり、濃い筆跡と滑らかな書き味を同時に発現すると共に、性能のばらつきも小さくなる鉛筆芯になるものと思われる。
【０００９】
また本発明のピッチ状物質として、その軟化点（メトラー法）が２００〜３６０℃の範囲にあることを特徴とする。２００℃以下のものでは、焼成時において軟化温度が低すぎるせいか良好な性能のものが得られず、また３６０℃以上のものは内部組成中に固相を含むようになってしまい、不溶の部分がでてくるため、これも曲げ強度やばらつきなどにおいて、十分な性能が得られ難い。
ピッチ状物質として、異方性領域および軟化点の特定されたものを用いることにより、初めて曲げ強度がきわめて高く、それでいて濃度、書き味の優れた鉛筆芯となるのである。
【００１０】
さらに本発明のピッチ状物質として、好ましくは水素と炭素の比であるＨ／Ｃが０．５５〜０．７０、特には０．６０〜０．６５の範囲にあることが好適である。本発明のピッチ状物質は、芳香族縮合環を主体にして形成されているが、芳香族縮合環の構造やその側鎖の構造によりＨ／Ｃの値は変わってくる。例えば従来のコールタールピッチは０．４５〜０．５０位であり、石油系ピッチでは０．５０〜０．５５位の値となっている。
このＨ／Ｃの値が０．５５〜０．７０の間にある時、理由は定かでないが良好な性能の鉛筆芯が得られるのである。つまり材質自体の粘度が従来の石炭系、石油系のピッチと比べて低くなって、製造品質的に管理し易くなると同時に、押出時において、芳香族縮合環を含んだ分子どおしが一方向に揃い易く、結果として焼成時点で炭素層面が軸方向に並列して位置され易くなり、均一で安定した性能を有することになるものと思われる。
【００１１】
本発明で使用されるピッチ状物質としては、天然原料から得られた軟化点の高い石炭、石油系のピッチに水素添加して改質したもの、あるいは炭化水素系の有機物質を特定の条件下で重縮合反応させるかあるいはさらにこれを水素添加して改質したものなどが挙げられ、種々の条件で作製された上記ピッチ状物質の中から、異方性領域が５０体積％以上で、かつ軟化点が２００〜３６０℃の範囲のもの、より好ましくはさらにＨ／Ｃが０．５５〜０．７０のものを選択して用いることとなるが、特には炭化水素系の有機物質を特定の条件下で重縮合反応させたものか、さらにはこれを水素添加して改質したものが好適である。
炭化水素系の有機物質としては、最終的に上記範囲に含まれるようなピッチ状物質を生成できるようなものであればなんでもよいし、炭素、水素以外の元素を含んだ材料でもよいが、特には芳香族炭化水素系の有機物質が挙げられ、例えばテトラベンゾフェナジン、アセナフチレン、アンスラセン、フェナンスレン、フェノール、ナフタレンなどが好適である。
【００１２】
本発明で使用されるピッチ状物質の他に、結合材として他の有機高分子物質を併用してもよい。併用することにより、混練性能や押出成形性などをより一層高めることができ、最終的により良好な性能を有する鉛筆芯を得ることができる点で好適である。有機高分子物質としては、例えば天然樹脂、合成樹脂、炭化水素系有機化合物、コールタールピッチ、アスファルトなど従来公知のものが挙げられる。
【００１３】
本発明のピッチ状物質としては、上記条件の他に平均分子量が８００〜２０００の範囲にあるものがより好ましい。平均分子量が８００以下であると、炭化収率が小さくなって充分な曲げ強度と良好な書き味が得られ難くなり、また２０００以上であると、溶剤との相溶性が悪くなって着色材との分散性が劣化し、安定した品質が得られ難くなる。
【００１４】
本発明のピッチ状物質を結合材の一部あるいは全部とし、これに黒鉛、カーボンブラックなどの着色材を加え、さらに溶剤、可塑剤等を添加してニーダー、三本ロールにて混練する。なお、原材料として従来公知の気孔形成物質を添加してもよい。得られた混練物を押出成形して所定の芯素材を作製する。ここで、溶剤等を用いずに、加熱により結合材を軟化させて混練を行い、さらに加熱押出により成形してもよい。次にこの芯素材を必要に応じて乾燥した後、還元雰囲気、不活性雰囲気、真空等の無酸化雰囲気および所定の昇温速度で概ね７００℃以上の高温にて焼成する。得られた焼成芯に必要に応じて油、ワックスなどを含浸して完成芯とする。なお、上記製造法は一般的な製法であり、本発明のピッチ状物質以外は特にこの製法に限定されるものではない。
【００１５】
【実施例】
実施例１
黒鉛６０部と結合材としてのピッチ状物質（異方性領域７５体積％、軟化点２２０℃、Ｈ／Ｃが０．６２、平均分子量１０００）４０部とを加熱ニーダー、加熱三本ロールにて加熱混練し、得られた混練物を所定の径にて加熱押出成形した。この芯素材を、アルゴンガス中において昇温速度５０℃／時間で９００℃まで昇温し、９００℃で２時間保持した。得られた芯体の気孔中にスピンドル油を含浸して、外径０．５７ｍｍφのシャープペンシル用鉛筆芯とした。
この鉛筆芯は、曲げ強度が３８０ＭＰａ、濃度が０．３２で、強度が高い割りに筆跡濃度の高い鉛筆芯が得られ、さらに書き味もざらつきや引っ掛かりのない良好な鉛筆芯となった。
【００１６】
実施例２
黒鉛５０部と結合材としてのピッチ状物質（異方性領域１００体積％、軟化点２７０℃、Ｈ／Ｃが０．６０、平均分子量１５００）３５部およびポリビニルアルコール１５部と、水１００部とをニーダー、三本ロールにて混練し、得られた混練物を所定の径にて押出成形した。この芯素材を実施例１と同様の焼成条件で焼成した後、得られた芯体の気孔中にスピンドル油を含浸して、外径０．５７ｍｍφのシャープペンシル用鉛筆芯とした。
この鉛筆芯は、曲げ強度が４００ＭＰａ、濃度が０．３１で、強度が高い割りに筆跡濃度の高い鉛筆芯が得られ、さらに書き味もざらつきや引っ掛かりのない良好な鉛筆芯となった。
【００１８】
比較例１
黒鉛６０部および結合材としてコールタールピッチ（異方性領域０％、軟化点１８０℃、Ｈ／Ｃが０．４８、平均分子量３００）４０部とし、実施例１と同様の工程でシャープペンシル用の鉛筆芯を作製した。
この鉛筆芯は、曲げ強度が２８０ＭＰａ、濃度が０．３３で、濃度は高いものの強度が充分ではない。さらに書き味もざらつきが生じ、ばらつきの大きい鉛筆芯となった。
【００１９】
比較例２
結合材としてアスファルトの乾留物（異方性領域７０％、軟化点３８０℃、Ｈ／Ｃが０．５０、平均分子量２２００）を用いた以外はすべて実施例１と同様の配合、工程でシャープペンシル用の鉛筆芯を作製した。
この鉛筆芯は、曲げ強度が３２０ＭＰａ、濃度が０．２６で、濃度も低く、強度が充分ではない。さらに書き味もざらつきが生じ、ばらつきの大きい鉛筆芯となった。
【００２０】
比較例３
結合材として炭化水素系化合物の乾留物（異方性領域３０％、軟化点２５０℃、Ｈ／Ｃが０．６７、平均分子量６００）を用いた以外はすべて実施例１と同様の配合、工程でシャープペンシル用の鉛筆芯を作製した。
この鉛筆芯は、曲げ強度が３１７ＭＰａ、濃度が０．２８で、濃度は若干低く、強度も充分ではない。書き味は普通である。
【００２１】
比較例４
結合材としてコールタールピッチ（異方性領域２０％、軟化点２８０℃、Ｈ／Ｃが０．４７、平均分子量１４００）を用いた以外はすべて実施例１と同様の配合、工程でシャープペンシル用の鉛筆芯を作製した。
この鉛筆芯は、曲げ強度が３０５ＭＰａ、濃度が０．２８で、濃度は若干低く、強度も充分ではない。さらに書き味もざらつきが生じ、ばらつきの大きい鉛筆芯となった。
【００２２】
比較例５
結合材としてアスファルトの乾留物（異方性領域７０％、軟化点３８０度、Ｈ／Ｃが０．６０、平均分子量２３００）を用いた以外はすべて実施例１と同様の配合、工程でシャープペンシル用の鉛筆芯を作製した。この鉛筆芯は、曲げ強度が３２５ＭＰａ、濃度が０．２７で、濃度は若干低く、強度も充分ではない。書き味は普通である。上記実施例１、２および比較例１、２、３、４、５について、その性能を表１にまとめた。
【００２３】
【表１】

なお、各性能の単位は次の通りである。異方性領域：体積％、軟化点：℃、曲げ強度：ＭＰａ、濃度：Ｄ。書き味は官能試験であり、Ａは良好、Ｂはやや良好、Ｃは普通、Ｄは悪いことを表す。また曲げ強度および濃度の測定は、ＪＩＳ−Ｓ−６００５に準じた。ただし、曲げ強度測定時の支点間距離を２０ｍｍとした。濃度は、数値が高いほど濃い。軟化点の測定は、メトラー法によるものである。
【００２４】
【発明の効果】
以上、本発明のピッチ状物質を結合材として用いることにより、押出時高密度の芯素材となり、しかも焼成後一定方向の炭素配列が得られ易くなるため、結果として曲げ強度が高く、かつバランスのとれた濃度、書き味となり、安定した良好な性能を有する鉛筆芯が得られる。

Claims

少なくとも着色材と結合材とを混練、押出、焼成して成る鉛筆芯の製造法において、前記結合材の一部もしくは全部に、異方性領域が５０体積％以上で、かつ軟化点が２００〜３６０℃の範囲で、さらにＨ／Ｃが０．５５〜０．７０の範囲にあるピッチ状物質を用いることを特徴とする鉛筆芯の製造法。