本發(fā)明涉及粉筆及其制造方法，更具體地說，本發(fā)明涉及的是環(huán)保型粉筆及其制造方法。

背景技術(shù)：

粉筆是一種使用率非常高的書寫工具，在很多場合中都會使用到，其中使用最多的地方是學(xué)校教室。即使在投影儀等電子展示設(shè)備日益流行的今天，粉筆由于其價(jià)格低廉、使用習(xí)慣和便利性而仍在廣泛使用，就像刀叉的出現(xiàn)并沒有讓筷子銷聲匿跡一樣，粉筆作為使用上千年的工具，仍在教學(xué)中發(fā)揮舉足輕重的作用。

正如大家都知道的那樣，尊師重道是我們優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化之一，七尺講臺是老師奉獻(xiàn)自己的舞臺，其中粉筆是老師最為重要的工具，本著尊師重道的傳統(tǒng)文化，本著工匠精神，非常有必要為老師提供了最好的工具——粉筆。

現(xiàn)有粉筆中最大的問題是粉塵問題，這個(gè)問題讓老師吃一輩子的粉筆灰，導(dǎo)致本來就容易長期講課換上咽炎的老師雪上加霜，導(dǎo)致上呼吸道疾病這種職業(yè)病更加嚴(yán)重。我們經(jīng)常看到這樣的場景：一堂課下來，老師的手上、衣服上、頭發(fā)上都沾染粉筆灰，都是這個(gè)問題也延及前排乃是后排的同學(xué)。

盡管現(xiàn)在已經(jīng)有提出無塵粉筆的概念，但是這種粉筆經(jīng)常采用有機(jī)溶劑，例如CN201310386442.X提供了一種綠色環(huán)保無塵粉筆，其中在色漿中使用到了聚醋酸乙烯乳液、聚乙烯醇等有機(jī)溶劑，盡管解決了粉筆粉塵的問題，但是卻帶來了另外的有機(jī)溶劑導(dǎo)致有機(jī)溶劑分解揮發(fā)導(dǎo)致的空氣污染問題，而且粉筆灰由于量少分散，很少由專門回收粉筆灰的做法，因?yàn)閷?dǎo)致粉筆灰攜帶有機(jī)溶劑排放到了環(huán)境中，造成了更大范圍的環(huán)境污染。

組成最簡單的粉筆是熟石膏和水，盡管這樣的粉筆組成不會存在有機(jī)污染問題，但是這樣的密度過大，導(dǎo)致書寫費(fèi)力，老師長期使用容易造成手指勞損。為了減輕粉筆的重量，現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)常由向其中添加填料，但是填料的增加又會導(dǎo)致粉筆機(jī)械強(qiáng)度低，容易折斷，這同樣造成了大量的浪費(fèi)或向環(huán)境中排放的殘留粉筆頭，加大了粉筆頭和粉筆灰向環(huán)境中排放的數(shù)量，因此這樣的粉筆同樣也不是環(huán)境友好。

在添加填料的情況中，有時(shí)候?yàn)榱嗽黾臃酃P的機(jī)械強(qiáng)度，有提議向粉筆配料中添加粘合劑，但是粘合劑本身常常是有機(jī)物質(zhì)，或者需要有機(jī)溶劑輔助溶解，這又容易導(dǎo)致有機(jī)污染問題。

因此，非常需要提供輕質(zhì)、高強(qiáng)度、低粉塵、環(huán)境友好的環(huán)保型粉筆及其制造方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題中的一個(gè)或者多個(gè)問題，本發(fā)明采用全無機(jī)配料通過物理手段來提供了一種輕質(zhì)、高強(qiáng)度、低粉塵、環(huán)境友好的環(huán)保型粉筆及其制造方法。

本發(fā)明在第一方面提供了一種制造環(huán)保型粉筆的方法，所述方法包括如下步驟：

(1)提供了硫酸鈣粉末、碳酸鈣粉末、滑石粉粉末、海泡石粉末、蒙脫土粉末和鈦白粉末；

(2)分別篩除硫酸鈣粉末、碳酸鈣粉末、滑石粉粉末、海泡石粉末、蒙脫土粉末和鈦白粉末中粒徑大于150微米的組分和粒徑小于10微米的組分；

(3)使用水將步驟(2)得到的50重量份至70重量份的硫酸鈣粉末、20重量份至30重量份的碳酸鈣粉末和10重量份至20重量份的滑石粉粉末調(diào)制成固含量為不大于60重量％的第一漿料；

(4)向第一漿料中添加步驟(2)中得到的2重量份至4重量份的海泡石粉末并攪拌均勻，得到第二漿料；

(5)向第二漿料中添加步驟(2)中得到的1重量份至3重量份的蒙脫土粉末，得到第三漿料；

(6)將第三漿料在50℃至60℃的溫度下保持10分鐘至20分鐘，得到第四漿料；

(7)向第四漿料中添加步驟(2)中得到的2重量份至4重量份的鈦白粉末，補(bǔ)充水分并攪拌均勻，以得到固含量為45重量％至55重量％的第五漿料；

(8)將第五漿料倒入模具中成型、干燥并脫模，得到所述環(huán)保型粉筆。

本發(fā)明在第二方面還提供了一種由本發(fā)明第一方面所述的方法制得的粉筆。

采用本發(fā)明的方法使用的粉筆配料均為無機(jī)原料，消除了有機(jī)原料造成有機(jī)物質(zhì)分解、蒸發(fā)或者釋放所造成的環(huán)境污染問題，除此之外，本發(fā)明方法所制得的粉筆還具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、低粉塵等優(yōu)點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

如上所述，本發(fā)明在第一方面提供了一種制造環(huán)保型粉筆的方法，所述方法包括如下步驟：

(1)提供了硫酸鈣粉末、碳酸鈣粉末、滑石粉粉末、海泡石粉末、蒙脫土粉末和鈦白粉末；

(2)分別篩除硫酸鈣粉末、碳酸鈣粉末、滑石粉粉末、海泡石粉末、蒙脫土粉末和鈦白粉末中粒徑大于150微米的組分和粒徑小于10微米的組分；

(3)使用水將步驟(2)得到的50重量份至70重量份的硫酸鈣粉末、20重量份至30重量份的碳酸鈣粉末和10重量份至20重量份的滑石粉粉末調(diào)制成固含量為不大于60重量％的第一漿料；

(4)向第一漿料中添加步驟(2)中得到的2重量份至4重量份的海泡石粉末并攪拌均勻，得到第二漿料；

(5)向第二漿料中添加步驟(2)中得到的1重量份至3重量份的蒙脫土粉末，得到第三漿料；

(6)將第三漿料在50℃至60℃的溫度下保持10分鐘至20分鐘，得到第四漿料；

(7)向第四漿料中添加步驟(2)中得到的2重量份至4重量份的鈦白粉末，補(bǔ)充水分并攪拌均勻，以得到固含量為45％重量％至55重量％的第五漿料；

(8)將第五漿料倒入模具中成型、干燥并脫模，得到所述環(huán)保型粉筆。

在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟(2)中，篩除各粉末中粒徑小于13微米的組分。

在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟(3)中，使用水將步驟(2)得到的50重量份的硫酸鈣粉末、20重量份的碳酸鈣粉末和10重量份的滑石粉粉末調(diào)制成固含量為60重量％的第一漿料。

在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟(4)中，向第一漿料中添加步驟(2)中得到的2重量份的海泡石粉末并攪拌均勻，得到第二漿料。

在一些進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟(5)中，向第二漿料中添加步驟(2)中得到的1重量份的蒙脫土粉末，得到第三漿料。

在一些進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟(7)中，向第四漿料中添加步驟(2)中得到的2重量份的鈦白粉末。

在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟(6)中，加熱溫度為50℃，加熱時(shí)間為20分鐘。在另外一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟(6)中，加熱溫度為60℃，加熱時(shí)間為10分鐘。

在另外一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，經(jīng)過步驟(2)篩除之后，所使用的硫酸鈣粉末為50重量份，碳酸鈣粉末為20重量份，滑石粉粉末為10重量份，海泡石粉末為2重量份，蒙脫土粉末為1重量份，并且鈦白粉末為2重量份。

在另外一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，經(jīng)過步驟(2)篩除之后，所使用的硫酸鈣粉末為70重量份，碳酸鈣粉末為30重量份，滑石粉粉末為20重量份，海泡石粉末為4重量份，蒙脫土粉末為3重量份，并且鈦白粉末為4重量份。

在另外一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，經(jīng)過步驟(2)篩除之后，所使用的硫酸鈣粉末為60重量份，碳酸鈣粉末為25重量份，滑石粉粉末為15重量份，海泡石粉末為3重量份，蒙脫土粉末為2重量份，并且鈦白粉末為3重量份。

硫酸鈣粉末和碳酸鈣粉末是制造粉筆常用的原料，但是很多情況經(jīng)常單獨(dú)使用而不是組合使用。但是本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，如果采用硫酸鈣粉末完全替代或者部分替代碳酸鈣粉末，或者使用碳酸鈣粉末完全或者部分替代硫酸鈣粉末，發(fā)現(xiàn)由此制得的粉筆折斷，至于硫酸鈣粉末和碳酸鈣粉末在本發(fā)明的配料體系中如何發(fā)揮提高機(jī)械強(qiáng)度的作用目前還未清楚。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，如果硫酸鈣過大

滑石粉是制造粉筆中常用的組分，本發(fā)明對其用量沒有特別的限制，但是優(yōu)選為10重量份至20重量份。

蒙脫土屬于硅鋁酸鹽類礦物，具有良好的分散性能和增稠性能，可以提高抗沖擊、抗疲勞、尺寸穩(wěn)定性及氣體阻隔性能等，從而起到增強(qiáng)產(chǎn)品的物理性能的作用，同時(shí)改善物料加工性能。在本發(fā)明中，優(yōu)選使用白色的蒙脫土粉末。

海泡石屬于含水富鎂硅酸鹽黏土礦物，具有滑感和澀感，干燥狀態(tài)下性脆，這可能是其以前沒有用于粉筆制造的原因。另外，海泡石粉末的收縮率低,可塑性好，比表面大,吸附性強(qiáng)、質(zhì)輕，還具有脫色、隔熱、絕緣、抗腐蝕、抗輻射及熱穩(wěn)定等性能。在本發(fā)明中，優(yōu)選使用白色的海泡石粉末。

另外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果篩除各粉末中粒徑高于150微米的組分，可以進(jìn)一步提高采用這種配料體系制得的粉筆的機(jī)械強(qiáng)度，防止粉筆折斷；如果篩除各粉末中粒徑低于10微米的組分，可以充分地消除粉塵飄揚(yáng)的問題。實(shí)際上，篩除了粒徑低于10微米的組分，可以杜絕PM2.5和PM10級別可吸入顆粒所造成的問題。本發(fā)明人經(jīng)過檢索驚訝地發(fā)現(xiàn)，在粉筆制作的過程中，竟然沒有記載要篩除粒徑小于10微米的組分。然而，如果對粉筆使用者尤其是老師更多的關(guān)愛，對粉筆制作更多一些工匠精神或者精益求精的精神，已經(jīng)存在了上千年的粉筆就不會再增加我們生活環(huán)境所遇到的可吸入顆粒物所造成的問題了。

鈦白粉末主要是用作增白劑，以遮蓋海泡石粉末和蒙脫土粉末的本色。

本發(fā)明在第二方面還提供了一種由本發(fā)明第一方面所述的方法制得的粉筆。

下文將以實(shí)施例的形式對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明，但是由于本發(fā)明人不可能也沒有必要窮盡地展示本發(fā)明配料體系中所包括的所有技術(shù)方案，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)限于如下實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng)包括基于本發(fā)明配料體系和工藝步驟所衍生的所有技術(shù)方案。

實(shí)施例

本發(fā)明所使用的材料例如硫酸鈣粉末、碳酸鈣粉末、滑石粉粉末、海泡石粉末、蒙脫土粉末和鈦白粉末均為市售產(chǎn)品。

實(shí)施例1

首先，分別獲取硫酸鈣粉末、碳酸鈣粉末、滑石粉粉末、海泡石粉末、蒙脫土粉末和鈦白粉末。

然后，對上述粉末分別進(jìn)行二次篩分，即，使用100目網(wǎng)篩(網(wǎng)孔孔徑為150微米)篩除所購買的硫酸鈣粉末、碳酸鈣粉末、滑石粉粉末、海泡石粉末、蒙脫土粉末和鈦白粉末中粒徑大于150微米的組分，然后使用1000目網(wǎng)篩(網(wǎng)孔孔徑為13微米)篩除粒徑小于10微米的組分，以備后用。

使用水將二次篩分得到的50重量份的硫酸鈣粉末、20重量份的碳酸鈣粉末和10重量份的滑石粉粉末調(diào)制成固含量為60重量％的第一漿料。向所述第一漿料中添加二次篩分得到的2重量份的海泡石粉末并攪拌均勻，得到第二漿料。向第二漿料中添加二次篩分得到的1重量份的蒙脫土粉末，得到第三漿料。將第三漿料在50℃的溫度下保持20分鐘，得到第四漿料。向第四漿料中添加二次篩分得到的2重量份的鈦白粉末，補(bǔ)充水分并攪拌均勻，以得到固含量為45％重量％的第五漿料。最后，將第五漿料倒入模具中成型、干燥并脫模，得到所述環(huán)保型粉筆，該粉筆的較細(xì)端的端面半徑為0.8cm，較粗端的端面半徑為1.0cm，長度為7.2cm。

然后，將所制得的粉筆進(jìn)行的重量、抗折性、吸濕性和粉塵生成量測試，測試結(jié)果見表2。

重量測量

分別稱量5根粉筆的重量，然后求算平均數(shù)。

抗折性試驗(yàn)

在距離兩端1cm處的位置固定，然后在粉筆長度中點(diǎn)位置用不具有伸縮性的線繩懸空吊掛塑料袋，然后向袋子中添加F30型(長度30mm)釘子，直至粉筆折斷位置，然后對所添加的釘子進(jìn)行計(jì)數(shù)。一共測試了5根粉筆，然后求算平均數(shù)。

吸濕性測試

在相對濕度為50％的容器中將粉筆放置5天的時(shí)間，然后測量放置前后重量增加百分比，每次測試5根粉筆。

粉塵生成量測量

在與2.5m長度的黑板底部橫向距離約2cm并且與黑板底部齊高的位置設(shè)置5cm寬3cm深的紙槽，將黑板劃分為4cm X 4cm的方格，然后書寫古詩《靜夜思》(不包括標(biāo)點(diǎn)符號)五遍，字體大小盡量滿格，測試由同一個(gè)人完成，并且每測試完一根粉筆休息5分鐘，收集紙槽中的粉塵并稱量并求算測試5根粉筆所得的平均數(shù)。

實(shí)施例2至10

除了下表1所示內(nèi)容之外，采用與實(shí)施例3相同的方法進(jìn)行。

實(shí)施例11

采用與實(shí)施例3基本相同的方式進(jìn)行，不同之處僅在于，第三漿料在60℃加熱10分鐘。

實(shí)施例12

采用與實(shí)施例3基本相同的方式進(jìn)行，不同之處僅在于沒有篩除粒徑大于150微米的組分和粒徑小于10微米的組分。

實(shí)施例13

采用與實(shí)施例3基本相同的方式進(jìn)行，不同之處僅在于沒有篩除粒徑大于150微米的組分。

實(shí)施例14

采用與實(shí)施例3基本相同的方式進(jìn)行，不同之處僅在于沒有篩除粒徑小于10微米的組分。

實(shí)施例15

采用與實(shí)施例3基本相同的方式進(jìn)行，不同之處僅在于沒有將第三漿料在50℃的溫度下保持10分鐘，而是向第三漿料中二次篩分得到的鈦白粉末。

表1各實(shí)施例的原料配比(重量份)

表2各實(shí)施例中制得的粉筆的性能測試結(jié)果

由表2的結(jié)果可以看出，如果采用硫酸鈣粉末完全替代或者部分替代碳酸鈣粉末，或者使用碳酸鈣粉末完全或者部分替代硫酸鈣粉末，粉筆的重量顯著增加，并且抗折性明顯不足。如果不添加海泡石粉末，對抗折性和粉塵生成量產(chǎn)生顯著不利的影響。如果不添加蒙脫土粉末，吸濕性有所增加，抗折性明顯不夠。如果同時(shí)不添加海泡石粉末和蒙脫土粉末，粉筆重量顯著增加，并且抗折性低、粉塵生成量大。如果不篩除粒徑小于10微米的組分，粉塵生成量顯著增加；如果不篩除粒徑大于150微米的組分，可能是由于粉筆孔隙度增加的原因，吸濕性有所增加。如果不對第三漿料進(jìn)行加熱的話，抗折性不夠、吸濕性和粉塵生成量增加。從實(shí)施例1至3和11可以看出，采用本發(fā)明的方法可以制得輕質(zhì)、耐潮、低粉塵并且抗折強(qiáng)度較高的粉筆。