CN104356757A - 一种水包油型乳化中油墨水的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水包油型乳化中油墨水的制备方法。该水包油型乳化中油墨水包含原料染料和/或颜料型色浆、油性溶剂、水性溶剂、复合乳化剂、缓蚀剂、表面活性剂、扩散剂、增稠剂、聚合型乳化剂。将上述原料经水相物质均质乳化、油相物质均质乳化、两项物质合并乳化的步骤后，得到了一种安全无毒、书写手感极其润滑、字迹不会糊化、线条均匀连续的水包油型乳化中油墨水。该制备方法工艺简单，原料价格低廉，适合于大规模化生产。

Description

一种水包油型乳化中油墨水的制备方法

技术领域

本发明涉及中油墨水技术领域，尤其涉及一种水包油型乳化中油墨水的制备方法。

背景技术

目前常用的圆珠笔多为油性圆珠笔或中性圆珠笔。油性圆珠笔书写虽有润滑特点，但字迹易糊化，无法作为文件档案保存；中性圆珠笔虽书写流畅，手感不如油性润滑，且稳定性欠佳，常常出现堵塞笔头，笔头沾墨，更有时断时续的情况发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种水包油型乳化中油墨水的制备方法，该水包油型乳化中油墨水利用无任何毒副作用的油性溶剂与水及亲水溶剂，经均质乳化处理获取一种既可以用染料作为着色剂，也可以用颜料作为着色剂的水包油乳化中油墨水。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种水包油型乳化中油墨水，按照重量百分比计，包括以下组分：染料和/或颜料型色浆1～20％；油性溶剂30～50％；水性溶剂50～70％；复合乳化剂4～10％；缓蚀剂0.5～1％；表面活性剂2～5％；扩散剂0.5～1％；增稠剂1～5％；聚合型乳化剂2～5％；上述各组分的总重量百分比为100％。

进一步地，按照重量百分比计，包括以下组分：染料和/或颜料型色浆1～20％；油性溶剂30～50％；去离子水40～50％；乙二醇10～20％；复合乳化剂4～10％；缓蚀剂0.5～1％；表面活性剂2～5％；扩散剂0.5～1％；增稠剂1～5％；聚合型乳化剂2～5％；上述各组分的总重量百分比为100％。

进一步地，油性溶剂为蓖麻油、氧化蓖麻油和蓖麻油酸中的一种或多种；水性溶剂为去离子水、丙三醇和乙二醇中的一种或多种。

进一步地，复合乳化剂为非离子型的亲油乳化剂和非离子型的亲水乳化剂两种混合。

进一步地，亲油乳化剂选自HLB值为3～8的乳化剂，优选为丙二醇脂肪酸酯(HLB值4.5)和/或单硬脂酸甘油酯(HLB值3.8)；亲水乳化剂选自HLB值为10以上的乳化剂，优选为吐温20(HLB值为16.7)、油酸钠(HLB值为18)和油酸三乙醇胺(HLB值为12.0)中的一种或多种。

进一步地，颜料色浆选自粒径为0.1μm的MT-RE、M-TSK或M-A2RK，或者选自粒径在0.1μm以内经超细研磨的碳黑色浆；染料色浆选自无盐染料直接耐晒黑、酸性艳兰或耐晒品红141；缓蚀剂为苯胼三氮唑；表面活性剂为三乙醇胺；扩散剂为六偏磷酸钠；聚合型乳化剂为聚氧乙烯30聚羟基硬脂酸酯。

进一步地，水包油型乳化中油墨水的制备方法包括如下步骤：S1、将水性溶剂、染料和/或颜料型色浆注入高剪切真空均质乳化釜内，开启均质乳化机，使其充分溶解于所述水性溶剂中，添加亲水乳化剂，釜内压力抽真空，使各组份充分乳化后，打开进气阀门，使釜内恢复正常压，获得水相乳液；S2、将所述水相乳液过滤，静止备用；S3、将油性溶剂注入真空均质乳化釜，注入亲油乳化剂，抽真空，开启均质乳化机，工作5～100分钟；打开进气阀门，使釜内压力恢复至正常；S4、打开进料口，将备用的水相乳液、复合乳化剂的30-70wt％注入釜内；抽真空后开启乳化机，工作5-60分钟；打开进气阀门，使釜内压力恢复至正常后，打开进料口，将余下水相乳液和复合乳化剂注入釜内，抽真空后，开启均质乳化机，工作5-60分钟后，利用釜内真空，将增稠剂经进料阀门注入釜内；S5、待所需增稠剂全数注入后，关阀，抽真空，开启均质乳化机工作，使釜内水包油乳化液的粘度达到1500～2000mpa.s。

应用本发明的技术方案，发明人创造性地采用染料和/或颜料型色浆、油性溶剂、水性溶剂、复合乳化剂、缓蚀剂、表面活性剂、扩散剂、增稠剂以及聚合型乳化剂混合，并对其重量百分比进行创造性的选择，之后将其均质乳化，从而得到了一种安全无毒、书写手感极其润滑、字迹不会糊化、线条均匀连续的水包油型乳化中油墨水。由于该水包油型乳化中油墨水原料中溶剂、助剂的选择均无毒性，因此，水包油乳化中油墨水是安全的。

具体实施方式

为了解决目前市场上中油墨水所存在的有毒性、书写手感不润滑、字迹容易糊化、线条不均匀的问题，本发明提供了一种安全无毒的水包油型乳化中油墨水。按照重量百分比计，该水包油型乳化中油墨水包括以下组分：染料和/或颜料型色浆1～20％；油性溶剂30～50％；水性溶剂50～70％；复合乳化剂4～10％；缓蚀剂0.5～1％；表面活性剂2～5％；扩散剂0.5～1％；增稠剂1～5％；聚合型乳化剂2～5％；上述各组分的总重量百分比为100％。本发明通过对各种原料的重量百分比进行创造性的选择，从而得到了一种安全无毒、书写手感极其润滑、字迹不会糊化、线条均匀连续的水包油型乳化中油墨水。

乳化中油墨水，顾名思义，其体系中溶剂同时含有油性溶剂和水性溶剂。油性溶剂如蓖麻油、氧化蓖麻油、蓖麻油酸等。水性溶剂如水、丙三醇、乙二醇等。其中，乳化工艺的要点一是应油性和水性同时兼有，二是具有相应的乳化剂，使其形成0.1μm以内的液珠。选用HLB大于10的乳化剂，形成水包油的乳化中油墨水。三是乳化中油墨水的生产，必须依赖均质乳化技术取得在均质乳化机头3000转/分的强力作用下，使油、水在乳化剂的作用下，达到充分乳化，形成水包油的体系。四是利用亲水性的增稠剂，得到粘度800～2500mpa.s的稳定体系的水包油乳化中油墨水。

在本发明的一个优选实施例中，按照重量百分比计，该水包油型乳化中油墨水包括以下组分：染料和/或颜料型色浆1～20％；油性溶剂30～50％；去离子水40～50％；乙二醇10～20％；复合乳化剂4～10％；缓蚀剂0.5～1％；表面活性剂2～5％；扩散剂0.5～1％；增稠剂1～5％；聚合型乳化剂2～5％；上述各组分的总重量百分比为100％。

其中所采用的油性溶剂为蓖麻油、氧化蓖麻油或蓖麻油酸。水性溶剂为去离子水、丙三醇、乙二醇。本发明优选上述油性溶剂和水性溶剂，但并不局限于此。本发明创造性地采用非离子型的亲油乳化剂和非离子型的亲乳化剂两种混合。其中，亲油乳化剂选自HLB值为3～8的乳化剂。优选为丙二醇脂肪酸酯(HLB值4.5)和/或单硬脂酸甘油酯(HLB值3.8)。亲水乳化剂选自HLB值为10以上的乳化剂，优选为吐温20(HLB值为16.7)、油酸钠(HLB值为18)和油酸三乙醇胺(HLB值为12.0)中的一种或多种。颜料色浆可选择现有上海产粒径0.1μm的MT-RE(红色)、M-TSK(黑色)、M-A2RK(兰色)，也可选用粒径在0.1μm以内经超细研磨的碳黑色浆。染料可选用直接耐晒黑、酸性艳兰、耐晒品红141等无盐染料。本发明所选用的缓蚀剂可以为苯胼三氮唑。所选用的表面活性剂可以为三乙醇胺，扩散剂可以为六偏磷酸钠，聚合型乳化剂可以为聚氧乙烯30聚羟基硬脂酸酯。

根据本发明的另一方面，还提供了一种水包油型乳化中油墨水的制备方法，包括如下步骤：S1、将水性溶剂、染料和/或颜料型色浆注入高剪切真空均质乳化釜内，开启均质乳化机，使其充分溶解于所述水性溶剂中，添加亲水乳化剂，釜内压力抽真空，使各组份充分乳化后，打开进气阀门，使釜内恢复正常压，获得水相乳液；S2、将水相乳液过滤，静止备用；S3、将油性溶剂注入真空均质乳化釜，注入亲油乳化剂，抽真空，开启均质乳化机，工作5～100分钟；打开进气阀门，使釜内压力恢复至正常；S4、打开进料口，将备用的水相乳液、复合乳化剂的30-70wt％注入釜内；抽真空后开启乳化机，工作5-60分钟；打开进气阀门，使釜内压力恢复至正常后，打开进料口，将余下水相乳液和复合乳化剂注入釜内，抽真空后，开启均质乳化机，工作5-60分钟后，利用釜内真空，将增稠剂经进料阀门注入釜内；S5、待所需增稠剂全数注入后，关阀，抽真空，开启均质乳化机工作，使釜内水包油乳化液的粘度达到1500～2000mpa.s。

本发明的染料型和颜料型水包油型乳化中油墨水的具体实施，应在高剪切真空均质乳化釜内完成。本发明所涉及水包油(或油色水)乳化中油墨水，只有同时具备油性溶剂和水及水性溶剂同时存在，并添加相应乳化剂后，在高剪切均质乳化条件下才能获得水包油的乳化中油墨水。

本发明中使用的高剪切真空均质乳化釜采用实用新型专利CN200920216205.8中涉及的装置。

下面结合具体实施例进一步说明本发明的有益效果。

实施例1

兰色水包油乳化中油墨水生产配方

染料：2～5％直接耐晒黑；油性溶剂：35～40％，选用氧化蓖麻油、蓖麻油、蓖麻油酸其中一种；去离子水：40～50％；乙二醇：10～15％；乳化剂：4～10％，选用吐温20、丙二醇脂肪酸酯同等比例；缓蚀剂：0.5～1％，选用苯胼三氮唑；表面活性剂：2～5％，选用三乙醇胺(90％)。扩散剂：0.5～1％，选用六偏磷酸钠；增稠剂：2～4％，选用950复合型聚氨酯增稠剂；复合乳化剂：2～3％，选用聚氧乙烯30聚羟基硬脂酸酯。上述组份总比例总重量为100％。

第一步：将水、染料、直接耐晒黑、乙二醇、三乙醇胺、苯胼三氮唑、六偏磷酸钠等组份注入高剪切真空均质乳化釜内，开启均质乳化机，运行5分钟，使釜内溶剂、粉料等充分溶解于水中，此时，添加吐温20乳化剂，釜内压力抽真空至-0.08大气压工作20分钟，使各组份充分乳化后，打开进气阀门，使釜内恢复正常压。此时获取水相乳液。

第二步：将水性乳液(无粘度)经0.25μm过滤至备用容器，静止20分钟备用。

第三步：将蓖麻油、氧化蓖麻油、蓖麻油酸中的一种注入真空均质乳化釜，注入亲油乳化剂单硬脂酸甘油酯(HLB值3.8)，抽真空至釜内压力为-0.08大气压，开启均质乳化机，工作20分钟；打开进气阀门，使釜内压力恢复至正常。打开进料口，将备用的水乳化液及复合乳化剂50％注入釜内。抽真空后开启乳化机，工作10分钟；打开进气阀门，使釜内压力恢复至正常后，打开进料口，将佘下水乳液和复合型乳化剂注入釜内，抽真空后，开启均质乳化机，工作20分钟后，利用釜内真空特点，将增稠剂经进料阀门注入釜内。

待所需增稠剂全数注入后，关阀，抽真空，开启均质乳化机工作，5分钟，使釜内水包油乳化液的粘度达到预期的1500～2000mpa*s。

此时，打开进气阀，使管内压力恢复常压，开启搅拌机，转速60转/分，工作时间5分钟后，将釜内制备好的水包油乳化中油墨水放出，即获得(实测)粘度为1500～2000mpa.s的乳化中油墨水。

对实施例1中制备的乳化中油墨水进行性能测试，具体如下：

对乳化中油墨水产品实测表面张力为30mN/m。经医用离心机(转速3000转/分)对灌墨水后的笔芯作破坏性试验，离心1小时，笔芯内未见分层情况，书写检测时，起笔即出墨，手感极其润滑，线迹规范、均匀、字迹色泽鲜明。

将10支灌注水色油乳化中油墨水的0.5mm球珠的笔芯(每支注墨0.5g)置于划线仪上，配重100g，划线角度65°，划线速度每分钟6m，实测结果，每100m出墨100mg。实际划线长度均超过480m，无断线或线迹变淡情况出现，达到并超过《中性墨水笔芯》0.5m笔头直径的400m长度要求。

剪取划线低20cm，置于水中24小时，线迹无任何变化，清晰依旧。证明耐水性能优异。

剪取划线低20cm，置于紫外线灯下24h后，对比未经紫外线照射的划线部分，线条色泽基本一致，未见明显变淡。说明该水包油乳化中油墨水耐晒性能优良。

从上述试验看出，本发明的水包油乳化中油墨水完全可以取代油性圆珠笔油墨和中性墨水，为书写工具的新一代产品，真正让书写成为一种享受。本发明的水包油乳化中油墨水，其颜色分黑、兰、红三种基本色，染料型黑色选择直接耐晒黑作为着色剂兰色选用酸性艳兰作为着色剂，红色选择耐晒品红141作为着色剂。

实施例2

兰色水包油乳化中油墨水生产配方：

染料酸性艳兰2～10％，油性溶剂35～50％，选用氧化蓖麻油、蓖麻油、蓖麻油酸中一种；去离子40～50％，乙二醇10～20％；选用吐温20和丙二醇脂肪酸酯同等比例混合乳化剂4～10％；缓蚀剂选用苯胼三氮唑：0.5～1％；表面活性剂选用三乙醇胺(90％)：2～5％；扩散剂六偏磷酸钠：0.5～1％；增稠剂为950复合型聚氨酯1～5％；复合乳化剂选用聚氧乙烯30聚羟基硬脂酸酯：2～5％；上述组份总比例总重量为100％。

制备方法与实施例1相同。

实施例3

红色水包油乳化中油墨水生产配方：染料：2～10％，耐晒品红141；油性溶剂：35～50％，选用氧化蓖麻油；水：40～50％，选用去离子水；乙二醇：10～20％；乳化剂：4～10％，选用吐温20，2.5％；丙二醇脂肪酸酯2-5％比例；缓蚀剂苯胼三氮唑：0.5～1％；表面活性剂：2～5％，选用三乙醇胺(90％)；扩散剂六偏磷酸钠：0.5～1％；增稠剂950复合型聚氨酯：1～5％；复合乳化剂：2～5％，选用聚氧乙烯30聚羟基硬脂酸酯。上述组份总比例总重量为100％。

实施例4

颜料型水包油乳化中油墨水的制备：

颜料色浆：10～20％，可选择的细度为0.1um的色浆，上海产M-A2RK(兰)、M-TSK(黑)MT-RE(红)中的一种生产所需颜色书写墨水；油性溶剂：35～50％，氧化蓖麻油、蓖麻油、蓖麻油酸中的一种；去离子水：40～50％；乙二醇10～20％；乳化剂吐温20：4～10％，丙二醇脂肪酸酯2-5％；缓蚀剂苯胼三氮唑：0.5～1％，表面活性剂三乙醇胺：2～5％；扩散剂六偏磷酸钠：0.5～1％；增稠剂950复合型聚氨酯：1～5％；复合乳化剂聚氧乙烯30聚羟基硬脂酸酯：2～5％。上述各组分的总重量百分比为100％。

制备过程如下：

第一步：将去离子水、乙二醇、三乙醇胺、颜料色浆M-TSK、苯胼三氮唑、六偏磷酸钠按既定配方比例注入高剪切真空均质乳化釜内，开启均质乳化机，工作5分钟，使颜料色浆充份分散后，注入吐温20相应组份，均质乳化机工作20分钟(釜内压力抽至-0.08大气压)，获取乳化水性乳液。打开进气阀，使釜内恢复至常压，经0.25um滤芯过滤至备用容器，静止20分钟备用。

第二步：将蓖麻油、氧化蓖麻油、蓖麻油酸中的一种，按比例组份注入高剪均真空均质乳化釜内，开启均质乳化机，注入丙二醇脂肪酸酯(HLB值3.8)，抽真空压釜内压力为-0.08大气压，均质乳化20分钟，打开进气阀门，使釜内压力恢复正常压，获得油性乳化液。

第三步：打开进料口，将第一步得的水性乳液的50％注入釜内，抽真空至釜内压力为-0.08大气压，均质乳化10分钟，打开进气阀门和进料口，将余下水性乳液全部注入釜内，注入相应组份的聚氧乙烯30聚羟基硬脂酸酯及水性增稠剂。并抽真空至-0.08大气压。开启均质乳化机，工作20分钟后，停止。开启搅拌机，转速调至60转/分，工作5分钟后，打开进气阀门，使釜内压力恢复至正常后，即获得粘度为2000±200mpa.s的颜料型水包油乳化中油墨水。

性能测试：

将制备好的颜料型水包油乳化中油墨水按常规灌注20支笔芯(球珠直径为0.5mm)置于3000转/分的医用离心机，离心30分钟。观察发现，未见分层现象，取其中任意二支，去掉笔头和连接件，并将尾油部分的油管剪去，将两端分别滴取二滴墨水平行至70g书写纸上，同时用刮板向下刮至墨水全部附着在纸上，置于100瓦节能灯前，肉眼观察两端刮墨色泽相同，证明该体系稳定性优良，颜料颗粒能经得住离心力，而不会聚向笔头而导致无法书写。

划线测试：将10支灌注水包油乳化中油墨水的(0.5g墨水)的笔芯置于划线仪上，使书写角度为65°，配重100g砝码，划线速度为6m/分，开启划线仪后，机器启动即刻线条出现，符合100mm内出墨正常的要求。

实际划线长度，每支笔均能划到430m～450m达到0.5mm直径划线400m的要求。线迹均匀，未见断线情况。观摩10支笔芯的笔头部分，均未见笔头沾墨情况，笔头干净。

手写测试：在70g书写纸，人工画圆，手感明显优于颜料型中性墨水，流畅润滑度接近染料型水包油乳化中油墨水，手感无明显区别。实测表面强力为31.5mN/m。

剪取划线低20cm，置于水中24小时，线迹无渗散，保持未进水前一致，耐水性能优异，可作为文件书写。

剪取划线纸20cm，置于紫外线灯下24h后，线条色泽未见明显变淡，耐晒性能优异。

剪取40cm划线纸，置于60°恒温烘箱24小时取出，未见线迹糊化现象，对比未进烘箱划线部分两者无明显差异。

将实施例1和实施例4中同为墨色的染料型和颜料型水包油乳化中油墨水装入100g塑瓶中，然后将该塑料瓶置于-20°冰柜内，并同时将灌注有本发明的染料型水包油乳化中油墨水的10支笔芯、灌注有本发明的颜料型水包油乳化中油墨水的10支笔芯同时置于-20°冰柜内。静止24小时后，发现该20支经冰冻后的笔芯仍旧能够正常润滑地书写，未受低温冷冻的影响。观察100g塑料瓶内的墨水仍旧能够正常倾倒，未见冻结情况。该实验说明了本发明所提供的水包油乳化中油墨水具有优良的耐低温性能。

对从冰柜中取出后的笔芯在第一时间内对其粘度进行测试，结果显示，染料型水包油乳化中油墨水的粘度比其放置于冰柜之前上升200mpa.s，为2200mpa.s，该粘度变化为可接受的范围。颜料型水包油乳化中油墨水的粘度上升300mpa.s，为2300mpa.s，其粘度变化仍处于可接受的范围。进一步说明了本发明所提供的水包油乳化中油墨水具有优良的耐低温性能。

Claims (7)

1.一种水包油型乳化中油墨水的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将水性溶剂、染料和/或颜料型色浆注入高剪切真空均质乳化釜内，开启均质乳化机，使其充分溶解于所述水性溶剂中，添加亲水乳化剂，釜内压力抽真空，使各组份充分乳化后，打开进气阀门，使釜内恢复正常压，获得水相乳液。

S2、将所述水相乳液过滤，静止备用；

S3、将油性溶剂注入真空均质乳化釜，注入亲油乳化剂，抽真空，开启均质乳化机，工作5～100分钟；打开进气阀门，使釜内压力恢复至正常；

S4、打开进料口，将备用的水相乳液、复合乳化剂的30-70wt％注入釜内；抽真空后开启乳化机，工作5-60分钟；打开进气阀门，使釜内压力恢复至正常后，打开进料口，将余下水相乳液和复合乳化剂注入釜内，抽真空后，开启均质乳化机，工作5-60分钟后，利用釜内真空，将增稠剂经进料阀门注入釜内；

S5、待所需增稠剂全数注入后，关阀，抽真空，开启均质乳化机工作，使釜内水包油乳化液的粘度达到1500～2000mpa.s。

2.如权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，按照重量百分比计，所述水包油型乳化中油墨水包括以下组分：

上述各组分的总重量百分比为100％。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，按照重量百分比计，所述水包油型乳化中油墨水包括以下组分：

上述各组分的总重量百分比为100％。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述油性溶剂为蓖麻油、氧化蓖麻油和蓖麻油酸中的一种或多种；所述水性溶剂为去离子水、丙三醇和乙二醇中的一种或多种。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述复合乳化剂为非离子型的亲油乳化剂和非离子型的亲水乳化剂两种混合。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：

所述亲油乳化剂选自HLB值为3～8的乳化剂，优选为丙二醇脂肪酸酯(HLB值4.5)和/或单硬脂酸甘油酯(HLB值3.8)；

所述亲水乳化剂选自HLB值为10以上的乳化剂，优选为吐温20(HLB值为16.7)、油酸钠(HLB值为18)和油酸三乙醇胺(HLB值为12.0)中的一种或多种。

7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：

所述颜料色浆可选自粒径为0.1μm的MT-RE、M-TSK、M-A2RK，也可选用粒径在0.1μm以内经超细研磨的碳黑色浆；

所述染料色浆选自无盐染料直接耐晒黑、酸性艳兰、耐晒品红141；

所述缓蚀剂为苯胼三氮唑；所述表面活性剂为三乙醇胺；所述扩散剂为六偏磷酸钠；所述聚合型乳化剂为聚氧乙烯30聚羟基硬脂酸酯。