一种极端潮湿环境下使用的工业铅笔及其制备方法与流程

1.本发明涉及工业绘图领域，具体涉及一种极端潮湿环境下使用的工业铅笔及其制备方法。


背景技术：

2.随着经济的发展，人类对铅笔的需求越来越大，而且越发达的国家，人均铅笔使用量越大；美国人均年使用铅笔达到15支以上，欧洲9支，中国2支，印度1.5支。随着铅笔销量的增长，同时也出现了原料日益稀缺、木材匮乏等现实问题，那么如何在资源匮乏的情况下保证产品质量，这是整个铅笔行业的难题。
3.国内最大的木质铅笔生产企业于2009年率先攻克“采用速生杨木代替了椴木制作铅笔笔杆”的工艺难题并开始投入生产。在保证铅笔产品安全品质的前提下，经过逐步改善工艺、减少浪费，最大限度利用现有资源，攻克了该行业性难题，大大降低了铅笔在日常生活中的使用过程中产生的紧缺资源问题。
4.然而，铅笔的发展主要集中在日常生活领域，其使用条件主要面向常规气候下的温度、湿度范围，而对于工业领域中所面临极端潮湿环境下普通铅笔出现写出的黑色石墨痕迹淡、字迹易被潮湿液体洗掉、笔芯易断等问题，使其无法在工业领域中所面临极端潮湿环境下正常使用。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提出一种极端潮湿环境下使用的工业铅笔及其制备方法，所得工业铅笔能够在极端潮湿环境下使用，克服了铅笔字迹淡、字迹易被潮湿液体洗掉、笔芯易断等问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种极端潮湿环境下使用的工业铅笔的制备方法，包括：
8.(1)笔杆加工；
9.(2)笔芯制备；
10.(3)装配：在开槽后的笔杆槽口中放置笔芯，然后热压黏合后得到铅笔初品；
11.(4)外观处理：根据要求对铅笔初品进行削切加工后，对表面进行消毒和油漆印刷得到工业铅笔成品；
12.其中，步骤(2)包括如下步骤：
13.s1、配料：按重量份称取粘土106～110份、滑石粉16～18份、石墨粉17～24份、蜡6～8份、超支化聚硅氧烷18～25份、水性聚氨酯11～17份、乙醇6～9份；
14.s2、混合：将步骤s1中各原料于1000～1200rpm下高速混匀3～5h；
15.s3、成形：将步骤s2中混匀后的原料在双螺杆挤出机中于45～100℃下挤出造粒，得铅芯物料；随后将铅芯物料于挤芯设备中挤出，得棒状笔芯胚料；
16.s4、裁切：将步骤s3中所得棒状笔芯胚料进行剪切，即得笔芯。
17.作为本发明技术方案的进一步优选，步骤(1)中笔杆加工包括如下步骤：对待加工的木料板片进行烘干、热压成型，随后按尺寸要求刨槽。
18.作为本发明技术方案的进一步优选，所述超支化聚硅氧烷的制备包括如下步骤：按比例称取新戊二醇、乙烯基三乙氧基硅烷和对甲苯磺酸，混合后搅拌均匀，随后进行第一次保温；接着将保温完成后的物料置于蒸馏装置中，馏温为70～75℃，持续升温至165～170℃，再次保温2～4h，保温完成后，抽真空10～15min，即得超支化聚硅氧烷。
19.作为本发明技术方案的进一步优选，新戊二醇、乙烯基三乙氧基硅烷和对甲苯磺酸的原子比为8：5：0.1～0.3。
20.作为本发明技术方案的进一步优选，第一次保温温度为100～110℃，保温时间为1～2h。
21.作为本发明技术方案的进一步优选，所述水性聚氨酯的制备包括如下步骤：按比例称取异佛尔酮二异氰酸酯、聚四亚甲基醚二醇和二月桂酸二丁基锡，混合并搅拌均匀，随后升温至80～90℃，反应1～3h，得物系a；反应完成后加入二羟甲基丙酸，继续反应2～3h，得物系b；反应完成后继续加入丁二醇，反应1～1.5h，得物系c；反应完成后，接着加入乙醇，并降温至50～60℃；得物系d；随后再加入丙烯酸羟乙酯，继续反应1～1.5h，得物系e；反应完成后，降温至室温，再加入三乙胺，继续反应1～2h；反应完成后，进行旋蒸，旋蒸完成后，即得水性聚氨酯。
22.作为本发明技术方案的进一步优选，异佛尔酮二异氰酸酯、聚四亚甲基醚二醇和二月桂酸二丁基锡的原子比为10：11：0.2～0.4。
23.作为本发明技术方案的进一步优选，物系a与二羟甲基丙酸的原子比为100：0.8～1.5；物系b与丁二醇的原子比为101：0.5～1.1；物系c与乙醇的原子比为50：1～1.2；物系d与丙烯酸羟乙酯的原子比为105：1.1～1.8；物系e与三乙胺的原子比为110：2.3～3.6。
24.作为本发明技术方案的进一步优选，水性聚氨酯的制备中旋蒸温度为65～70℃，旋蒸真空度为0.08～0.09mpa。
25.同时，本发明还要求保护由上述任一项所述方法制备得到的工业铅笔。
26.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
27.(1)本发明提供的一种极端潮湿环境下使用的工业铅笔，经过申请人经过反复试验，在笔芯制备原料中使用超支化聚硅氧烷、水性聚氨酯两种原料，通过简单的铅笔制备工艺，使得制备得到的铅笔能够适用于极端潮湿环境下的使用需求，解决了工业领域中临极端潮湿环境下铅笔字迹淡，字迹易被潮湿液体洗掉、笔芯易断等问题。
28.(2)本发明提供的一种极端潮湿环境下使用的工业铅笔潮湿环境下字迹明显：本发明提供的工业铅笔笔芯中富含脂肪族水性聚氨酯，在铅笔制备过程中，其主要分布于石墨表面。在潮湿环境下使用时，由于脂肪族水性聚氨酯与水具有良好的相容性，笔芯与潮湿环境接触部位的脂肪族水性聚氨酯会与接触部位水相容形成高粘性水性胶，进而在铅笔滑动时将石墨片牢固的黏在潮湿墙面或纸面，使铅笔字迹在极端潮湿环境下也能十分明显。
29.(3)本发明提供的一种极端潮湿环境下使用的工业铅笔字迹不惧潮湿液体冲洗：本发明提供的工业铅笔笔芯中有大量含非共轭碳碳双键的超支化聚硅氧烷以及脂肪族水性聚氨酯，在铅笔制备过程中，其主要分布于石墨表面。在潮湿环境下使用时，石墨片表面覆有大量大量含非共轭碳碳双键的超支化聚硅氧烷以及脂肪族水性聚氨酯，当铅笔滑动时
石墨片一端被与潮湿环境接触部位的脂肪族水性聚氨酯与水相容形成高粘性水性胶黏在潮湿墙面或纸面，与墙面或纸面具有牢固结合力；另一端，由于超支化聚硅氧烷具有强疏水性，其分布于石墨片表面，能使液体冲洗洗笔迹时，石墨片无法与液体润湿，冲洗难以对石墨片产生影响。在这两方面双重作用下，本发明的铅笔字迹不惧潮湿液体冲洗。
30.(4)本发明提供的一种极端潮湿环境下使用的工业铅笔笔芯的强韧性不易折断：超支化聚硅氧烷是以si-o-si键为主链，有机基团为侧基的聚合物，其主链的键合力较强，使得超支化聚硅氧烷兼具高韧性和高高强度的同时还具备功能特性。本发明的一种极端潮湿环境下使用的工业铅笔笔芯中有大量含非共轭碳碳双键的超支化聚硅氧烷分布于笔芯中，其具有超疏水特性的同时，还可以作为增强相，大幅度提高笔芯的韧性和强度，使其铅笔笔芯在受力书写时具有较好力学性能，不易被折断。
31.总之，本发明制备得到的工业铅笔具有良好的硬度、滑度、接触角等优点，能够适用于极端环境(潮湿等)下的使用，应用前景广阔。
附图说明
32.图1为发明实施例1所述的一种极端潮湿环境下使用的工业铅笔笔芯红外光谱图。
具体实施方式
33.为了使本发明的发明目的、技术方案和发明优势更加清楚阐述，以下将结合说明书附图对本发明做进一步详细讲解。
34.如无特别说明外，本发明各实施例中使用到的原料均从市场途径获得。
35.实施例1
36.一种极端潮湿环境下使用的工业铅笔的制备方法，包括：
37.(1)笔杆加工：对待加工的木料板片进行烘干、热压成型，随后按尺寸要求刨槽；
38.(2)笔芯制备；
39.(3)装配：在开槽后的笔杆槽口中放置笔芯，然后热压黏合后得到铅笔初品；
40.(4)外观处理：根据要求对铅笔初品进行削切加工后，对表面进行消毒和油漆印刷得到工业铅笔成品；
41.其中，步骤(2)包括如下步骤：
42.s1、配料：称取粘土106g、滑石粉16g、石墨粉17g、蜡6g、超支化聚硅氧烷18g、水性聚氨酯11g、乙醇6g；
43.s2、混合：将步骤s1中各原料于1050rpm下高速混匀3h；
44.s3、成形：将步骤s2中混匀后的原料在双螺杆挤出机中于60℃下挤出造粒，得铅芯物料；随后将铅芯物料于挤芯设备中挤出，得棒状笔芯胚料；
45.s4、裁切：将步骤s3中所得棒状笔芯胚料进行剪切，即得笔芯。
46.作为本实施例技术方案的进一步优选，所述超支化聚硅氧烷的制备包括如下步骤：按原子比8：5：0.15称取新戊二醇、乙烯基三乙氧基硅烷和对甲苯磺酸，混合后搅拌均匀，随后于100℃下进行第一次保温，保温1h；接着将保温完成后的物料置于蒸馏装置中，馏温为70℃，持续升温至165℃，再次保温2h，保温完成后，抽真空10min，即得超支化聚硅氧烷。
47.作为本实施例技术方案的进一步优选，所述水性聚氨酯的制备包括如下步骤：按比例称取异佛尔酮二异氰酸酯、聚四亚甲基醚二醇和二月桂酸二丁基锡，混合并搅拌均匀，随后升温至80℃，反应1h，得物系a；反应完成后加入二羟甲基丙酸，继续反应2h，得物系b；反应完成后继续加入丁二醇，反应1h，得物系c；反应完成后，接着加入乙醇，并降温至50℃；得物系d；随后再加入丙烯酸羟乙酯，继续反应1h，得物系e；反应完成后，降温至室温，再加入三乙胺，继续反应1h；反应完成后，于真空度0.08mpa、65℃下进行旋蒸，旋蒸完成后，即得水性聚氨酯。
48.作为本实施例技术方案的进一步优选，异佛尔酮二异氰酸酯、聚四亚甲基醚二醇和二月桂酸二丁基锡的原子比为10：11：0.2。
49.作为本实施例技术方案的进一步优选，物系a与二羟甲基丙酸的原子比为100：0.9；物系b与丁二醇的原子比为101：0.6；物系c与乙醇的原子比为50：1；物系d与丙烯酸羟乙酯的原子比为105：1.2；物系e与三乙胺的原子比为110：2.5。
50.需要说明的是，本实施例中如螺杆挤出机、挤芯设备等设备都是现有技术，本发明并不对上述设备的具备结构和使用做具体描述。
51.对本实施例制备得到的笔芯成分进行成分分析，红外谱图见图1，具体的官能团分析如表1所示。
52.表1
[0053][0054][0055]
实施例2
[0056]
一种极端潮湿环境下使用的工业铅笔的制备方法，包括：
[0057]
(1)笔杆加工：对待加工的木料板片进行烘干、热压成型，随后按尺寸要求刨槽；
[0058]
(2)笔芯制备；
[0059]
(3)装配：在开槽后的笔杆槽口中放置笔芯，然后热压黏合后得到铅笔初品；
[0060]
(4)外观处理：根据要求对铅笔初品进行削切加工后，对表面进行消毒和油漆印刷得到工业铅笔成品；
[0061]
其中，步骤(2)包括如下步骤：
[0062]
s1、配料：称取粘土108g、滑石粉17g、石墨粉19g、蜡7g、超支化聚硅氧烷20g、水性
聚氨酯13g、乙醇7g；
[0063]
s2、混合：将步骤s1中各原料于1100rpm下高速混匀4h；
[0064]
s3、成形：将步骤s2中混匀后的原料在双螺杆挤出机中于65℃下挤出造粒，得铅芯物料；随后将铅芯物料于挤芯设备中挤出，得棒状笔芯胚料；
[0065]
s4、裁切：将步骤s3中所得棒状笔芯胚料进行剪切，即得笔芯。
[0066]
作为本实施例技术方案的进一步优选，所述超支化聚硅氧烷的制备包括如下步骤：按原子比8：5：0.2称取新戊二醇、乙烯基三乙氧基硅烷和对甲苯磺酸，混合后搅拌均匀，随后于105℃下进行第一次保温，保温1.5h；接着将保温完成后的物料置于蒸馏装置中，馏温为72℃，持续升温至168℃，再次保温2.5h，保温完成后，抽真空12min，即得超支化聚硅氧烷。
[0067]
作为本实施例技术方案的进一步优选，所述水性聚氨酯的制备包括如下步骤：按比例称取异佛尔酮二异氰酸酯、聚四亚甲基醚二醇和二月桂酸二丁基锡，混合并搅拌均匀，随后升温至85℃，反应1.5h，得物系a；反应完成后加入二羟甲基丙酸，继续反应2.5h，得物系b；反应完成后继续加入丁二醇，反应1h，得物系c；反应完成后，接着加入乙醇，并降温至55℃；得物系d；随后再加入丙烯酸羟乙酯，继续反应1h，得物系e；反应完成后，降温至室温，再加入三乙胺，继续反应1.5h；反应完成后，于真空度0.09mpa、65℃下进行旋蒸，旋蒸完成后，即得水性聚氨酯。
[0068]
作为本实施例技术方案的进一步优选，异佛尔酮二异氰酸酯、聚四亚甲基醚二醇和二月桂酸二丁基锡的原子比为10：11：0.25。
[0069]
作为本实施例技术方案的进一步优选，物系a与二羟甲基丙酸的原子比为100：1.1；物系b与丁二醇的原子比为101：0.7；物系c与乙醇的原子比为50：1.1；物系d与丙烯酸羟乙酯的原子比为105：1.4；物系e与三乙胺的原子比为110：2.8。
[0070]
实施例3
[0071]
一种极端潮湿环境下使用的工业铅笔的制备方法，包括：
[0072]
(1)笔杆加工：对待加工的木料板片进行烘干、热压成型，随后按尺寸要求刨槽；
[0073]
(2)笔芯制备；
[0074]
(3)装配：在开槽后的笔杆槽口中放置笔芯，然后热压黏合后得到铅笔初品；
[0075]
(4)外观处理：根据要求对铅笔初品进行削切加工后，对表面进行消毒和油漆印刷得到工业铅笔成品；
[0076]
其中，步骤(2)包括如下步骤：
[0077]
s1、配料：称取粘土110g、滑石粉18g、石墨粉21g、蜡8g、超支化聚硅氧烷22g、水性聚氨酯15g、乙醇8g；
[0078]
s2、混合：将步骤s1中各原料于1150rpm下高速混匀4h；
[0079]
s3、成形：将步骤s2中混匀后的原料在双螺杆挤出机中于75℃下挤出造粒，得铅芯物料；随后将铅芯物料于挤芯设备中挤出，得棒状笔芯胚料；
[0080]
s4、裁切：将步骤s3中所得棒状笔芯胚料进行剪切，即得笔芯。
[0081]
作为本实施例技术方案的进一步优选，所述超支化聚硅氧烷的制备包括如下步骤：按原子比8：5：0.25称取新戊二醇、乙烯基三乙氧基硅烷和对甲苯磺酸，混合后搅拌均匀，随后于110℃下进行第一次保温，保温2h；接着将保温完成后的物料置于蒸馏装置中，馏
温为75℃，持续升温至170℃，再次保温3h，保温完成后，抽真空15min，即得超支化聚硅氧烷。
[0082]
作为本实施例技术方案的进一步优选，所述水性聚氨酯的制备包括如下步骤：按比例称取异佛尔酮二异氰酸酯、聚四亚甲基醚二醇和二月桂酸二丁基锡，混合并搅拌均匀，随后升温至90℃，反应2h，得物系a；反应完成后加入二羟甲基丙酸，继续反应3h，得物系b；反应完成后继续加入丁二醇，反应1.5h，得物系c；反应完成后，接着加入乙醇，并降温至50℃；得物系d；随后再加入丙烯酸羟乙酯，继续反应1.5h，得物系e；反应完成后，降温至室温，再加入三乙胺，继续反应2h；反应完成后，于真空度0.09mpa、70℃下进行旋蒸，旋蒸完成后，即得水性聚氨酯。
[0083]
作为本实施例技术方案的进一步优选，异佛尔酮二异氰酸酯、聚四亚甲基醚二醇和二月桂酸二丁基锡的原子比为10：11：0.3。
[0084]
作为本实施例技术方案的进一步优选，物系a与二羟甲基丙酸的原子比为100：1.3；物系b与丁二醇的原子比为101：0.9；物系c与乙醇的原子比为50：1.2；物系d与丙烯酸羟乙酯的原子比为105：1.6；物系e与三乙胺的原子比为110：3。
[0085]
对比例1
[0086]
一种极端潮湿环境下使用的工业铅笔的制备方法，包括：
[0087]
(1)笔杆加工：对待加工的木料板片进行烘干、热压成型，随后按尺寸要求刨槽；
[0088]
(2)笔芯制备；
[0089]
(3)装配：在开槽后的笔杆槽口中放置笔芯，然后热压黏合后得到铅笔初品；
[0090]
(4)外观处理：根据要求对铅笔初品进行削切加工后，对表面进行消毒和油漆印刷得到工业铅笔成品；
[0091]
其中，步骤(2)包括如下步骤：
[0092]
s1、配料：称取粘土106g、滑石粉16g、石墨粉17g、蜡6g、水性聚氨酯11g、乙醇6g；
[0093]
s2、混合：将步骤s1中各原料于1050rpm下高速混匀3h；
[0094]
s3、成形：将步骤s2中混匀后的原料在双螺杆挤出机中于60℃下挤出造粒，得铅芯物料；随后将铅芯物料于挤芯设备中挤出，得棒状笔芯胚料；
[0095]
s4、裁切：将步骤s3中所得棒状笔芯胚料进行剪切，即得笔芯。
[0096]
作为本对比例技术方案的进一步优选，所述水性聚氨酯的制备包括如下步骤：按比例称取异佛尔酮二异氰酸酯、聚四亚甲基醚二醇和二月桂酸二丁基锡，混合并搅拌均匀，随后升温至80℃，反应1h，得物系a；反应完成后加入二羟甲基丙酸，继续反应2h，得物系b；反应完成后继续加入丁二醇，反应1h，得物系c；反应完成后，接着加入乙醇，并降温至50℃；得物系d；随后再加入丙烯酸羟乙酯，继续反应1h，得物系e；反应完成后，降温至室温，再加入三乙胺，继续反应1h；反应完成后，于真空度0.08mpa、65℃下进行旋蒸，旋蒸完成后，即得水性聚氨酯。
[0097]
作为本对比例技术方案的进一步优选，异佛尔酮二异氰酸酯、聚四亚甲基醚二醇和二月桂酸二丁基锡的原子比为10：11：0.2。
[0098]
作为本对比例技术方案的进一步优选，物系a与二羟甲基丙酸的原子比为100：0.9；物系b与丁二醇的原子比为101：0.6；物系c与乙醇的原子比为50：1；物系d与丙烯酸羟乙酯的原子比为105：1.2；物系e与三乙胺的原子比为110：2.5。
[0099]
需要说明的是，本对比例中如螺杆挤出机、挤芯设备等设备都是现有技术，本发明并不对上述设备的具备结构和使用做具体描述。
[0100]
对比例2
[0101]
一种极端潮湿环境下使用的工业铅笔的制备方法，包括：
[0102]
(1)笔杆加工：对待加工的木料板片进行烘干、热压成型，随后按尺寸要求刨槽；
[0103]
(2)笔芯制备；
[0104]
(3)装配：在开槽后的笔杆槽口中放置笔芯，然后热压黏合后得到铅笔初品；
[0105]
(4)外观处理：根据要求对铅笔初品进行削切加工后，对表面进行消毒和油漆印刷得到工业铅笔成品；
[0106]
其中，步骤(2)包括如下步骤：
[0107]
s1、配料：称取粘土106g、滑石粉16g、石墨粉17g、蜡6g、超支化聚硅氧烷18g、乙醇6g；
[0108]
s2、混合：将步骤s1中各原料于1050rpm下高速混匀3h；
[0109]
s3、成形：将步骤s2中混匀后的原料在双螺杆挤出机中于60℃下挤出造粒，得铅芯物料；随后将铅芯物料于挤芯设备中挤出，得棒状笔芯胚料；
[0110]
s4、裁切：将步骤s3中所得棒状笔芯胚料进行剪切，即得笔芯。
[0111]
作为本对比例技术方案的进一步优选，所述超支化聚硅氧烷的制备包括如下步骤：按原子比8：5：0.15称取新戊二醇、乙烯基三乙氧基硅烷和对甲苯磺酸，混合后搅拌均匀，随后于100℃下进行第一次保温，保温1h；接着将保温完成后的物料置于蒸馏装置中，馏温为70℃，持续升温至165℃，再次保温2h，保温完成后，抽真空10min，即得超支化聚硅氧烷。
[0112]
需要说明的是，本对比例中如螺杆挤出机、挤芯设备等设备都是现有技术，本发明并不对上述设备的具备结构和使用做具体描述。
[0113]
对实施例1～3及对比例1～2制备得到的工业铅笔进行性能测试，同时对德国施德楼工程铅笔(型号245)进行性能测试，记为对比例3。测试结果见表2所示。其中，芯尖受力测试参照gb/t3398.1-2008；硬度、滑度测试参照gb-t 26704-2011；接触角采用常规的测试方法即可。
[0114]
表2
[0115]
样品硬度(hk)/mpa芯尖受力/n滑度(摩擦系数)接触角(
°
)实施例122312.30.167141实施例222412.80.169137实施例322513.10.166139对比例119510.30.158124对比例221211.20.14652对比例31919.80.17518
[0116]
从表2中可以看到，本发明各实施例制备得到的工业铅笔具有较好的硬度、滑度及接触角等性质，性能优异。
[0117]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明
精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。