中性筆用黑色墨水及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種中性筆用黑色墨水，由如下重量百分比的原料組成：碳黑色漿30％～40％，有機硅改性丙烯酸樹脂乳液5％～30％，溶劑10％～30％，增稠劑0.3％～0.8％，pH調節劑1％～3％，潤滑劑0.2％～2.0％，防銹劑0.3％～2.0％，防腐劑0.2％～2.0％，消泡劑0.02％～0.5％，去離子水余量。該墨水具有分散均勻，粘度適宜，體系穩定性高，耐高低溫性好等優點；制成的中性筆書寫流暢但不泄漏，筆的脫帽時間長，可在-20℃～60℃環境中正常書寫。本發明專利技術還公開了該墨水的制備方法，具有過程易于控制，便于調節的特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及墨水及其制備領域，具體涉及一種。
技術介紹
中性筆(即中性墨水筆)因其具有書寫流暢潤滑、字跡清晰、色澤好，而且速干、 不沾不透、耐水、耐曬、保存期長等優點，成為國際上最流行的一種書寫工具。中性筆所使用的墨水粘度介于油性圓珠筆墨水的粘度(1000 20000mPa · s)與水性圓珠筆墨水粘度 (< IOmPa-s)之間，并具有良好的觸變性，當中性筆用墨水儲存于筆管中時，墨水處于高粘滯狀態，防止墨水通過筆尖泄漏；書寫時，筆頭內的滾珠滑動時，產生的剪切力使墨水稀化， 粘度降低，從而墨水可以流過筆尖進行書寫。我國為中性墨水筆生產第一大國，但迄今生產中性墨水筆所用的墨水幾乎全部依賴進口，主要源于日本、韓國、美國和德國。國產的中性筆用墨水由于在穩定性、流暢性方面存在缺點，而無法大規模應用。但進口墨水與國內生產的筆頭匹配性較差，而國內所生產的中性筆用墨水由于技術方面原因，還存在一些問題一、穩定性差，保質期短，經過長時間貯存，會出現分層、沉淀現象，書寫時會出現斷線、筆頭堵塞等問題；二、耐溫性差，溫度變化時，墨水吐墨不均勻，容易發生漏墨或斷線；三、脫帽時間短。黑色中性筆墨水所用的色素碳黑由于其結構的特殊性，原生粒徑小，比表面積大， 顆粒之間有著極強的作用力，在水中沒有自分散性，且研磨過程極易發脹，產生凝膠，是顏料中最難分散的品種之一，當碳黑顆粒不能做到足夠細時，由于重力的原因而使墨水產生的分層、沉淀，從而造成堵塞筆頭，而當顆粒小于500nm時，在水中的顆粒相互吸引，會傾向團聚，重新形成大顆粒，此時墨的形態極不穩定，因此，必須通過適當的表面處理、表面接枝或使用分散劑等方法才能使其穩定地分散于水中。中國專利ZL200610024695. 2中公開了一種中性墨水，包括如下組分A 水溶性染料0. 5 6克，B 分子量> 20萬的聚丙烯酰胺1 8克，C 有機水溶性還原劑0. 5 4克， D 壬基酚聚乙氧基⑶醚1 6mL，E 去離子水100克；其中，水溶性染料包括酸性墨水藍、酸性墨水黑；有機水溶性還原劑包括抗壞血酸、草酸、草酸鈉。該中性墨水，可用于市場所銷售的中性墨水筆的灌制，書寫性能良好、可穩定保存；此外，該墨水灌裝時可不使用液體浮塞酯，從而簡化了灌裝工藝。但其穩定性還有待進一步提高。中國專利ZL 200610028026. 2中公開了一種顏料碳黑中性筆墨水及其制備方法。 這種中性筆墨水的組份重量配比為碳黑色漿30% 40%，溶劑10 30%，增稠劑 5%，抑制揮發劑0. 5% 5%，pH調節劑 3%，潤滑劑 2%，防銹劑0. 5% 2%， 防腐劑0.5^-2%,去離子水30 % 50 %。該中性筆墨水具有工藝簡單，成本低廉，色澤鮮亮以及優良的書寫性能，但其穩定性還有待進一步提高。
技術實現思路
本專利技術提供了一種具有很好的高低溫穩定性和清晰度的中性筆用黑色墨水。本專利技術還提供了一種中性筆用黑色墨水的制備方法，該方法易于控制，便于調節。一種中性筆用黑色墨水，由如下重量百分比的原料組成碳黑色漿30% 40%， 有機硅改性丙烯酸樹脂乳液5 % 30 %，溶劑10 % 30 %，增稠劑0. 3 % 0. 8 %，pH調節劑1 % 3%，潤滑劑0.2% 2.0%，防銹劑0.3% 2.0%，防腐劑0.2% 2.0%，消泡劑 0. 02% 0. 5%，去離子水余量。所述的碳黑色漿的制備方法包括步驟(1)將陰離子分散劑溶于去離子水中，用氨水調節pH值為7. 5-9. 5，得到陰離子分散劑水溶液，再加入碳黑至陰離子分散劑水溶液中，混合至少0. 5小時使碳黑充分潤濕，然后加入聚季銨鹽陽離子，混合至少0. 5小時得到一次產物，完成一個雙電層組裝；(2)向步驟(1)的一次產物中重復交替加入陰離子分散劑和聚季銨鹽陽離子多次，操作同步驟(1)，得到多次產物，完成多個雙電層組裝；(3)向步驟(1)的一次產物或步驟(2)的多次產物中加入陰離子型聚丙烯酸系研磨樹脂及適量消泡劑，混合均勻后砂磨4小時 8小時，制得碳黑色漿；以單個雙電層組裝計，所述的陰離子分散劑的加入量為碳黑色漿質量的0. 3%，所述的聚季銨鹽陽離子的加入量為碳黑色漿質量的0. 3% ；所述的碳黑的加入量為碳黑色漿質量的35% 45% ；所述的陰離子型聚丙烯酸系研磨樹脂的加入量為碳黑色漿質量的5% 12%。按照前期研究結果，所述的陰離子分散劑和聚季銨鹽陽離子的組裝時間0. 5小時已經足夠，可以實現聚電解質的吸附平衡。聚電解質的濃度不可太高，由于每一層組裝完全后，并沒有經過過濾步驟以除去未吸附的多余聚電解質，如果濃度太高，那么未吸附的聚電解質較多，在加入相反電荷的聚電解質后容易引起輕微沉淀，碳黑的加入量為碳黑色漿質量的35% 45% ；以單個雙電層組裝計，陰離子分散劑的加入量為碳黑色漿質量的 0. 3%，聚季銨鹽陽離子的加入量為碳黑色漿質量的0. 3%，已經足夠完全組裝相應的碳黑比表面積，在此情況下，未吸附的聚電解質量很少，可以不需過濾直接加入相反電荷的聚電解質仍然不會弓I起沉淀。雙電層的厚度可以通過組裝的層數實現有效調節，向步驟(1)的一次產物中重復交替加入陰離子分散劑和聚季銨鹽陽離子η次，完成η+1個雙電層的組裝膜結構。由于雙電層間具有較大的排斥力，1-2個組裝雙電層結構對于碳黑的有效分散已經足夠，更多的雙電層結構并不能明顯增加分散效果；其中，η為正整數。所述的混合采用攪拌混合的方式，攪拌速度優選為400 1000轉/分鐘。所述的陰離子分散劑選用聚苯乙烯磺酸鈉、聚羧甲基纖維素鈉、聚氧乙烯烷基醚硫酸鹽、海藻酸鈉、聚丙烯酸鈉中的一種。所述的聚季銨鹽陽離子選用聚二甲基二烯丙基氯化銨、聚甲基丙烯酰氧乙基二甲基氯化銨、聚甲基丙烯酰氧乙基N-芐基，N，N-二甲基氯化銨、聚甲基丙烯酰氧乙基N-乙基， N，N- 二甲基溴化銨、聚甲基丙烯酰氧乙基N- 丁基，N, N- 二甲基溴化銨、聚甲基丙烯酰氧乙基N-十六烷基，N, N- 二甲基溴化銨中的一種。所述的陰離子型聚丙烯酸系研磨樹脂具有較多的丙烯酸負電荷，在研磨過程中， 可以在最外層帶正電的分散碳黑顆粒上有效吸附，進一步增加了雙電層的排斥力，同時增加了碳黑顆粒與研磨樹脂間的相容性，從而使研磨完全的碳黑細小顆粒穩定、均勻地懸浮在整個色漿體系中；可選用陰離子型聚丙烯酸系研磨樹脂美國莊臣(Johnson) J678、陰離子型聚丙烯酸系研磨樹脂羅門哈斯(Rohm&Haas)M-101等市售產品中的一種。所述的有機硅改性丙烯酸樹脂乳液是非極性有機硅改性的丙烯酸樹脂乳液。所述的非極性有機硅改性的丙烯酸樹脂乳液可選用日本Nissin公司的NS-651、R-170EM、 FE-230N等市售產品中的一種。所述的增稠劑優選黃原膠、韋蘭膠、黃芪膠、瓜爾膠、羥乙基纖維素、丙烯酸鹽或丙烯酸酯類化合物的共聚物。墨水的粘度可根據不同筆尖的需求通過調節增稠劑的用量進行調節。所述的溶劑選用水溶性醇溶劑，優選乙醇、1-丙醇、2-丙醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、1，3_ 丁二醇、季戊二醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400、丙三醇、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚中的一種。中性筆用墨水多為弱堿性，其pH值一般為7 9，可通過pH調節劑來調節墨水的PH值。所述的pH本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種中性筆用黑色墨水，由如下重量百分比的原料組成：碳黑色漿３０％～４０％，有機硅改性丙烯酸樹脂乳液５％～３０％，溶劑１０％～３０％，增稠劑０．３％～０．８％，ｐＨ調節劑１％～３％，潤滑劑０．２％～２．０％，防銹劑０．３％～２．０％，防腐劑０．２％～２．０％，消泡劑０．０２％～０．５％，去離子水余量。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳起，林賢福，呂德水，
申請(專利權)人：杭州華大海天科技有限公司，
類型：發明
國別省市：86