CN102558968B - 用于球珠直径小于0.5毫米圆珠笔的墨水组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于球珠直径小于0.5毫米圆珠笔的墨水组合物，该组合物由粘度调节剂、着色剂、0.01～0.2wt.％含氟表面活性剂类润湿剂、15～30wt.％水溶性有机溶剂、0.05～0.3wt.％苯并三氮唑防锈剂、0.05～0.3wt.％抗菌剂和余量去离子水组成，粘度调节剂由基于墨水总量0.3～1wt.％羟乙基纤维素或疏水改性羟乙基纤维素中的一种、0.2～2wt.％聚醚多元醇和0.5～5wt.％硬脂酸甘油酯组成；着色剂为添加量占墨水总量10～30wt.％水性色浆或3～8wt.％水溶性染料中的一种。该墨水组合物用于笔头球珠直径小于0.5毫米中性圆珠笔，具有良好的书写效果和优异的储存稳定性。

Description

用于球珠直径小于0.5毫米圆珠笔的墨水组合物

技术领域

本发明涉及一种圆珠笔用墨水组合物，尤其涉及一种用于笔头球珠直径小于0.5毫米中性圆珠笔的墨水组合物。

背景技术

中性圆珠笔具有墨水流量均匀、书写手感好等多项优点，经过二十多年的发展，已经成为一种十分流行的书写工具。中性圆珠笔使用中性圆珠笔墨水作为书写介质，其粘度介于油性圆珠笔油墨和水性圆珠笔墨水之间，该墨水通常是由着色剂、水、水溶性有机溶剂和粘度控制助剂等多种组分通过一定生产工艺加工而得。

墨水和笔头是影响中性圆珠笔书写效果和产品品质的关键因素。通常情况下，中性圆珠笔墨水填充在本发明说明书附图1所示的中性圆珠笔笔芯中，如本发明说明书附图2所示，中性圆珠笔的笔头由球珠和球座体两个部分组成，球珠是以氧化锆、不锈钢、碳化钨等较为坚硬的物质为原料加工而得的一种不同直径的小圆珠，球珠位于球座体的顶端，书写时，球座体顶端的球珠由于书写压力和剪切力的作用而发生滚动，通过球珠表面对墨水的粘附作用和球珠的滚动可以将球座体内接近于球珠的墨水书写到纸张上形成字迹。

中性圆珠笔墨水具有假塑性，即具有剪切变稀的特性，墨水在静态及低剪切力下具有较高的粘度，有利于提高墨水的储存稳定性，避免圆珠笔笔头渗墨、漏墨等现象的发生，书写时，在笔头球珠剪切力的作用下，球珠周围的墨水粘度降低变成可流动的低粘度液体，从而通过转动的球珠书写到纸面上，而书写停止后，随着笔头球珠剪切力的消失，墨水立即恢复高粘度状态。使用文莱胶、黄原胶、交联型丙烯酸等粘度调节剂控制墨水的稳定性和不同剪切力下的粘度是制造中性圆珠笔墨水最常用的办法，例如，公开号为US4545818的美国专利采用占墨水组合物总质量0.2％～0.45％的黄原胶调节中性圆珠笔墨水的粘度和提高墨水的稳定性，公开号为US6331203的美国专利则采用占墨水组合物总质量0.01％～0.2％的黄原胶和0.2％～0.6％的海藻酸钠复配来调节中性圆珠笔墨水的粘度和提高墨水的稳定性。

常用的中性圆珠笔的球珠直径在0.5毫米到0.8毫米之间，但是，由于个人书写习惯和偏好的不同，有为数众多的消费者偏爱球珠直径小于0.5毫米的中性圆珠笔作为书写工具，球珠直径为0.38毫米和0.40毫米的笔头是市场上最为常见的球珠直径小于0.5毫米的中性圆珠笔笔头。

球珠的大小对中性圆珠笔书写效果和储存稳定性有较大影响，较小的球珠直径导致随球珠滚动流出的墨水量较少、墨迹较细，容易出现书写断线、字迹模糊等缺陷，严重影响中性圆珠笔的书写效果和产品品质。中性圆珠笔在实际使用时，使用者忘记套上笔帽的情况较普遍，在长时间没有笔帽套住笔头的情况下，由于圆珠笔笔头球座体内的墨水因水和水溶性有机溶剂通过球珠和球座体之间的小孔和空隙进行挥发，导致球座体内的墨水粘度显著增加，而粘度变化对球珠直径较小的中性圆珠笔书写效果的影响远大于普通中性圆珠笔，同时，在0.5毫米到0.8毫米球珠直径的中性圆珠笔中常用的文莱胶、黄原胶、交联型丙烯酸等粘度调节剂都属于阴离子型高分子类助剂，容易因墨水中不同离子间的相互作用而导致墨水粘度、稳定性等关键技术指标出现显著变化，使用上述粘度调节剂的墨水填充笔头球珠直径小于0.5毫米的中性圆珠笔后，随储存时间的延长，中性圆珠笔的书写效果往往会出现显著下降，甚至出现无法书写的现象。

如上所述，球珠直径小于0.5毫米的中性圆珠笔因笔头球珠较小，对墨水粘度、出墨量等指标的变化较为敏感，针对常用的0.5毫米以上球珠直径中性圆珠笔笔头设计的墨水，在书写效果、脱帽稳定性和储存稳定性等方面难以满足球珠直径小于0.5毫米的中性圆珠笔的要求。

发明内容

为克服上述技术缺陷，本发明提供了一种适用于笔头球珠直径小于0.5毫米中性圆珠笔的墨水组合物，能够解决该类中性圆珠笔因笔头球珠较小导致的书写断线、字迹模糊、脱帽稳定性和储存稳定性差等缺陷。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于球珠直径小于0.5毫米圆珠笔的墨水组合物，由粘度调节剂、着色剂、0.01～0.2wt.％含氟表面活性剂类润湿剂、15～30wt.％水溶性有机溶剂、0.05～0.3wt.％苯并三氮唑防锈剂、0.05～0.3wt.％抗菌剂和余量去离子水组成，上述百分比为各组分占墨水组合物总质量百分比。

所述粘度调节剂由基于墨水组合物总质量0.3～1wt.％的羟乙基纤维素或疏水改性羟乙基纤维素中的一种、0.2～2wt.％的聚醚多元醇和0.5～5wt.％的硬脂酸甘油酯组成。通常采用文莱胶、黄原胶、交联型丙烯酸等阴离子型高分子粘度调节剂，容易因与墨水中不同离子间的相互作用而导致墨水粘度、稳定性等关键技术指标出现显著变化，进而导致笔头球珠直径小于0.5毫米的中性圆珠笔出现书写问题，本发明选用的粘度调节剂为非离子体系，不仅具有较好的粘度调节作用和书写效果，并能够减缓墨水中水和有机溶剂等组分的挥发速度，同时，该复合粘度调节剂与墨水中其它组分的相互作用小，有较好的储存稳定性。

所述羟乙基纤维素优选为日本信越化学工业株式会社牌号为Tylose

H 1000 YP2和TyloseH 4000 NG4的羟乙基纤维素中的至少一种；所述疏水改性羟乙基纤维素优选为美国亚什兰集团牌号为Natrosol^TM Plus330的疏水改性羟乙基纤维素。所述聚醚多元醇优选为分子量为1000～5000的聚乙二醇、海明斯特殊化学公司的聚醚多元醇类流变助剂Rheolate310和Rheolate

350中的至少一种。所述硬脂酸甘油酯优选为单硬脂酸甘油酯或双硬脂酸甘油酯中的至少一种。

所述着色剂为添加量占墨水组合物总质量10～30wt.％的水性色浆或添加量占墨水组合物总质量的3～8wt.％水溶性染料中的一种。所述水性色浆可优选为苏州世名科技股份有限公司生产的牌号为TSEL 360M的黑色墨水色浆和牌号为TSEL3613的红色墨水色浆；所述水溶性染料可优选为科莱恩公司牌号为Duasyn ink Blue 2R和Sanolin Acid Red NBC的水性笔墨水用染料。

添加适量的润湿剂可以降低墨水的表面张力，有助于加强墨水对球珠表面的润湿，防止在书写过程中因墨水不能润湿球珠而导致的出墨量变小甚至书写断线现象的发生。本发明采用含氟表面活性剂类润湿剂，优选为美国3M公司牌号为3M^TMNovec^TM Fluorosurfactant FC-4430或3M^TM Novec^TMFluorosurfactant FC-4432的含氟表面活性剂，该类含氟表面活性剂作为润湿剂，最显著的特征在于控制墨水的表面张力在25℃下为0.020牛顿/米～0.035牛顿/米之间。

所述水溶性有机溶剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇和一缩二乙二醇中的至少两种。

所述抗菌剂为苯酚和1，2-苯并异噻唑啉-3-酮中的至少一种。由于在本发明所述墨水组合物中，部分组分有可能被细菌、酵母等微生物降解或在特殊情况下出现霉菌的生长，适量的抗菌剂可以防止这类现象的发生。此外添加适量防锈剂能够有效防止墨水对笔头的腐蚀。

本发明的有益技术效果为：该墨水组合物适用于笔头球珠直径小于0.5毫米中性圆珠笔的书写墨水，该墨水组合物能够避免因中性圆珠笔的笔头球珠较小而出现的书写断线、字迹模糊、脱帽稳定性和储存稳定性差等缺陷。

附图说明

图1为中性圆珠笔笔芯的示意图；

图2为中性圆珠笔笔头的纵向剖面示意图；

其中：

1-笔头球座体；2-笔头球珠；3-墨水；4-尾塞油；5-笔管。

具体实施方式

下面结合具体实施例和比较例对本发明做进一步说明。

实施例1～12和比较例1～12

表1和表2分别是实施例和比较例中各组分占墨水组合物总量的质量百分比，表2的比较例主要是针对实施例1、4和9进行比较。

墨水的制备工艺：通过搅拌器先将粘度调节剂在去离子水中分散均匀，再加入除着色剂外的其余组分混合均匀，随后加入着色剂混合均匀后，经过滤、脱泡等工艺得到中性圆珠笔墨水。

表1和表2中部分原料的说明：

TSEL 360M色浆和TSEL 3613色浆分别为苏州世名科技股份有限公司生产的黑色墨水色浆和红色墨水色浆；

Duasyn ink Blue 2R为购自科莱恩公司的水性笔墨水用蓝色染料；

Nattosol Plus330为购自美国亚什兰集团牌号为Natrosol^TM Plus330的疏水改性羟乙基纤维素；

Tylose 4000为购自日本信越化学工业株式会社牌号为TyloseH 4000 NG4的羟乙基纤维素；

PEG-1000、PEG-2000和PEG-5000分别为分子量1000、2000和5000的聚乙二醇；

Rheolate 310和Rheolate 350分别为购自海明斯特殊化学公司牌号为Rheolate

310和Rheolate

350的聚醚多元醇类流变助剂；

FC-4430和FC-4432为购自美国3M公司牌号分别为3M^TM Novec^TM Fluorosurfactant FC-4430和3M^TM Novec^TMFluorosurfactant FC-4432的含氟表面活性剂。测试用中性圆珠笔笔芯的制造

将上述实施例1～12和比较例1～12所制备的每一种墨水组合物在制备完成1天后，分别充装在聚丙烯材质的中性圆珠笔笔管内，在该笔管一端安装有具有0.38毫米直径球珠的全针管型笔头，在笔管另一侧墨水组合物的尾部则注入尾塞油，并通过低速离心脱泡工艺保证墨水组合物尾部与尾塞油紧密接触而不互相渗透，从而制造出用于测试的中性圆珠笔笔芯。中性圆珠笔笔芯和墨水的性能测试

(1)笔芯书写效果测试：

将刚制造好的笔芯放入划圆仪中，以5米/分钟的速度、100克负载和60度的倾斜角书写100米后，按照以下标准评估划线状态：

○划线均匀，无断线

△有少量断线现象但不明显，需要仔细观察才能看到断线

×有大量明显的断线现象

(2)墨水粘度测试：

上述实施例和比较例制备的墨水，在制备结束后，立即于25℃温度下密闭储存，分别在储存1天、15天和30天后，取出墨水在25℃条件下，以NDJ-1型旋转式粘度计，选择3号转子在30转/分钟转速下测试墨水的粘度。

(3)笔芯脱帽稳定性测试：

在去除笔套和笔帽的状态下，将笔芯在25℃、相对湿度60％的状态下水平放置24小时后，再将笔芯放入划圆仪中，以5米/分钟的速度、100克负载和60度的倾斜角书写10米后，按照以下标准评估墨水脱帽稳定性：

○开始划圆后可以立刻书写

△开始划圆后不能立即书写，但在10米的划圆测试结束前可以书写

×在10米的划圆测试期间，始终无法书写

(4)笔芯储存稳定性测试：

在套上笔帽的状态下，将笔芯在25℃下垂直放置30天后，再将笔芯放入划圆仪中，以5米/分钟的速度、100克负载和60度的倾斜角书写10米后，按照以下标准评估墨水储存稳定性：

○开始划圆后可以立刻书写

△开始划圆后不能立即书写，但在10米的划圆测试结束前可以书写

×在10米的划圆测试期间，始终无法书写

(5)墨水表面张力测试：

在25℃下，以承德鼎盛试验机检测设备有限公司生产的JYW-200全自动表界面张力仪测试，测试结果单位：毫牛顿/米(1毫牛顿/米＝0.001牛顿/米)。

表3为实施例1～12和比较例1～12制备的墨水和使用该墨水的中性圆珠笔笔芯，按上述测试方法得到的测试结果。

表1.中性圆珠笔墨水实施例的组分(wt.％)

表2.中性圆珠笔墨水比较例的组分(wt.％)

表3.中性圆珠笔笔芯和墨水测试结果

Claims (5)

1.一种用于球珠直径小于0.5毫米圆珠笔的墨水组合物，其特征在于：由粘度调节剂、着色剂、0.01～0.2wt.％含氟表面活性剂类润湿剂、15～30wt.％水溶性有机溶剂、0.05～0.3wt.％苯并三氮唑防锈剂、0.05～0.3wt.％抗菌剂和余量去离子水组成，上述百分比为各组分占墨水组合物总质量百分比；

所述粘度调节剂由基于墨水组合物总质量0.3～1wt.%的羟乙基纤维素或疏水改性羟乙基纤维素中的一种、0.2～2wt.%的聚醚多元醇和0.5～5wt.%的硬脂酸甘油酯组成；

所述着色剂为添加量占墨水组合物总质量10～30wt.％的水性色浆或添加量占墨水组合物总质量的3～8wt.％水溶性染料中的一种；

其中所述羟乙基纤维素为日本信越化学工业株式会社牌号为H1000YP2和

H4000NG4的羟乙基纤维素中的至少一种；所述疏水改性羟乙基纤维素为美国亚什兰集团牌号为Natrosol^TM Plus330的疏水改性羟乙基纤维素。

2.如权利要求1所述的用于球珠直径小于0.5毫米圆珠笔的墨水组合物，其特征在于：所述聚醚多元醇优选为分子量为1000～5000的聚乙二醇、海明斯特殊化学公司的聚醚多元醇类流变助剂

310和350中的至少一种。

3.如权利要求1所述的用于球珠直径小于0.5毫米圆珠笔的墨水组合物，其特征在于：所述硬脂酸甘油酯为单硬脂酸甘油酯或双硬脂酸甘油酯中的至少一种。

4.如权利要求1所述的用于球珠直径小于0.5毫米圆珠笔的墨水组合物，其特征在于：所述水溶性有机溶剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇和一缩二乙二醇中的至少两种。

5.如权利要求1所述的用于球珠直径小于0.5毫米圆珠笔的墨水组合物，其特征在于：所述抗菌剂为苯酚和1,2-苯并异噻唑啉-3-酮中的至少一种。

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