CN109135420B

CN109135420B - 一种速干直液式水性墨水

Info

Publication number: CN109135420B
Application number: CN201810658054.5A
Authority: CN
Inventors: 刘守军; 张西广
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2018-06-25
Publication date: 2021-11-19
Anticipated expiration: 2038-06-25
Also published as: CN109135420A

Abstract

一种速干直液式水性墨水是将水性颜料色浆、保湿剂、渗透剂、固化树脂、无机纳米分散液、防锈剂和去离子水依次加入搅拌容器，搅拌，获得均匀混合液；然后加入pH调节剂调节混合液，再次搅拌，然后过滤、脱泡，获得所述速干直液式水性墨水。本发明通过科学配置固化树脂与无机纳米分散液比例，加速成膜抑制纸张表面和内部墨水扩散，提高了固化速率，显现了书写线条均匀饱满，速干效果良好特点。

Description

一种速干直液式水性墨水

技术领域

本发明涉及一种速干直液式水性墨水，特别是一种用于速干直液式的水性墨水组合物及其制备方法。

背景技术

直液式水性笔在文具书写笔中越来越受青睐，其所灌装水性墨水的黏度是水性、中性、油性三类墨水中最低的，因此，具有书写顺畅、手感适宜、不易出现断线等优点。

直液式水性墨水因其较高沸点导致墨水线条不易干燥，书写时容易被抹脏记录纸，影响字迹效果，一种速干型水性墨水很好的克服了上述问题，字迹墨水干燥速度快，市场需求量越来越大。

公开号为CN 103555064 A和公开号为CN 106833122 A中，为实现墨水速干效果，体系中添加的有效化学成分长期接触对人体和环境均有一定的危害；公开号为CN106905763 A中，为实现墨水速干效果，通过对表面张力和流变参数控制实现速干目的，虽然设计方法安全无污染，但不适用于低黏度的水性笔墨水体系中；特别提到公开号为CN106800824 A中，速干墨水配料简单，环保无害，但书写速干效果一般，不能满足消费者对速干书写的要求。

上述现有技术均存在直液式水性墨水速干性能不足的问题，迫切需要寻求一种速干性能较好的直液式水性墨水。

发明内容

针对上述现有直液式水性墨水速干性能不足的问题，本发明提供一种速干直液式水性墨水，达到书写速干的效果。

本发明是通过如下技术方案实现的。

一种速干直液式水性墨水，其特征在于：所述水性墨水的原料组成及其含量按重量份如下：

水性颜料色浆 20.0-35.0；

保湿剂 5.0-10.0；

渗透剂 0.2-0.5；

固化树脂 2.0-3.0；

无机纳米分散液 0.2-0.5；

防锈剂 0.1-0.3；

pH调节剂 0.1-0.5；

去离子水 50.2-72.4；

将上述水性颜料色浆、保湿剂、渗透剂、固化树脂、无机纳米分散液、防锈剂和去离子水依次加入搅拌容器，搅拌1-2小时，获得均匀混合液；然后加入pH调节剂调节混合液pH为8-9，再搅拌1-2小时，然后过滤、脱泡，得到所述速干直液式水性墨水。

进一步地，所述水性颜料色浆的原料组成及其含量按重量份如下：

颜料 20.0-35.0；

防腐剂 0.1-0.3；

润湿剂 0.5-1.5；

小分子分散剂 0.1-0.3；

高分子分散剂 5.0-15.0；

消泡剂 0.1-0.2；

溶剂 10.0-15.0；

pH调节剂 0.1-0.5；

去离子水 32.2-64.1。

其中，所述颜料是原生粒径小的易分散炭黑；所述防腐剂是异噻唑啉酮类物质；所述润湿剂是改性烷氧基化物；所述小分子分散剂是三聚磷酸盐类物质；所述高分子分散剂是多元丙烯酸共聚物；所述消泡剂是聚醚改性硅氧烷共聚物；所述溶剂是丙二醇，pH调节剂是三乙醇胺。

上述水性颜料色浆的制备方法是先将去离子水加入预分散器，后依次加入溶剂、分散剂、树脂、润湿剂、pH调节剂、消泡剂、防腐剂，溶解搅拌均匀，最后加入颜料，低速乳化均匀后，进行纳米级研磨4-12小时，获得颗粒粒径为D₅₀=50-70纳米，D₁₀₀=100-200纳米的水性颜料色浆。

进一步的技术方案如下。

一种速干直液式水性墨水，其特征在于：所述水性颜料色浆的颗粒粒径进一步为D₅₀=50-60纳米，D₁₀₀=100-130纳米。

一种速干直液式水性墨水，其特征在于：所述保湿剂是丙三醇、聚乙二醇及二醇醚中的一种或两种以上的混合。

一种速干直液式水性墨水，其特征在于：所述渗透剂是支链烷基糖苷，该支链烷基糖苷的碳原子数为6-10。

一种速干直液式水性墨水，其特征在于：所述固化树脂是水性环氧改性丙烯酸树脂；所述无机纳米分散液是二氧化硅、二氧化钛及氧化铝纳米级水分散液的一种；所述固化树脂与所述无机纳米分散液的重量比是4∶1-15∶1。

一种速干直液式水性墨水，其特征在于：所述固化树脂与所述无机纳米分散液的重量比进一步为5∶1-9∶1。

一种速干直液式水性墨水，其特征在于：所述防锈剂是苯并三氮唑；所述pH调节剂是三乙醇胺。

上述技术方案以及进一步的技术方案，与现有技术相比，本发明利用渗透作用提高渗透速率，大幅度加快墨水渗入纸张纤维内，防止记录纸被抹脏，影响字迹效果，与此同时，通过科学配置固化树脂与无机纳米分散液比例，加速成膜抑制纸张表面和内部墨水扩散，提高了固化速率，而且具有书写线条均匀饱满，安全环保，墨迹速干快的特点。

附图说明

图1是本发明书写线条干燥时间测量流程图。

图2是本发明具体实施例。

图3是本发明具体对比例。

具体实施方式

本发明通过渗透作用提高渗透速率，同时科学配置固化树脂与无机纳米分散液比例，加速成膜抑制墨水扩散，提高固化速率，使得书写墨水线条均匀，速干时间达3秒以内，具体实施技术方案如下：

一种速干直液式水性墨水，其原料的组成及其含量按重量份如下：

水性颜料色浆 20.0-35.0重量份；

保湿剂 5.0-10.0重量份；

渗透剂 0.2-0.5重量份；

固化树脂 2.0-3.0重量份；

无机纳米分散液 0.2-0.5重量份；

防锈剂 0.1-0.3重量份；

pH调节剂 0.1-0.5重量份；

去离子水 50.2-72.4重量份；

按照上述水性墨水原料的组成及其含量按重量份，依次将水性颜料色浆、保湿剂、渗透剂、固化树脂、无机纳米分散液、防锈剂和去离子水加入搅拌容器，搅拌1-2小时，获得均匀混合液；然后再加入pH调节剂调节，混合均匀并调节pH为8-9，搅拌1-2小时，然后过滤、脱泡，制得速干直液式水性墨水。

进一步实施水性颜料色浆的技术方案如下：

按水性颜料色浆的原料组成及其含量的重量份是：

颜料 20.0-35.0重量份；

防腐剂 0.1-0.3重量份；

润湿剂 0.5-1.5重量份；

小分子分散剂 0.1-0.3重量份；

高分子分散剂 5.0-15.0重量份；

消泡剂 0.1-0.2重量份；

溶剂 10.0-15.0重量份；

pH调节剂 0.1-0.5重量份；

去离子水 32.2-64.1重量份；

上述水性颜料色浆的混合物中，颜料为原生粒径小的易分散炭黑，防腐剂为异噻唑啉酮类物质，润湿剂为改性烷氧基化物，小分子分散剂为三聚磷酸盐类物质，高分子分散剂为多元丙烯酸共聚物，消泡剂为聚醚改性硅氧烷共聚物，溶剂为丙二醇，pH调节剂为三乙醇胺。

上述水性颜料色浆的制备方法是：先将去离子水加入预分散器中，依次加入溶剂、分散剂、树脂、润湿剂、pH调节剂、消泡剂、防腐剂，溶解搅拌均匀，最后加入颜料，低速乳化均匀后，进行纳米级研磨4-12小时，停止研磨，即获得颗粒粒径为D50=50-70纳米，D100=100-200纳米的水性颜料色浆，也可进一步选择为D50=50-60纳米，D100=100-130纳米的水性颜料色浆颗粒粒径。

进一步实施水性墨水的保湿剂为丙三醇、聚乙二醇、聚丙二醇、二醇醚中的一种或两种以上的混合物。

进一步实施水性墨水的渗透剂为支链烷基糖苷，支链碳原子数为6-10；支链碳原子数优选为6-8。

进一步实施水性墨水的固化树脂为水性环氧改性丙烯酸树脂；无机纳米分散液为二氧化硅、二氧化钛、氧化铝纳米级水分散液的一种；其中，固化树脂与无机纳米分散液水重量比为4∶1-15∶1；其优选为5∶1-9∶1。

进一步实施水性墨水的防锈剂为苯并三氮唑；pH调节剂为三乙醇胺。

为使本领域的技术人员更有效地理解本发明技术方案，下面参照附图进一步详细说明本发明的优选的实施方案，本发明的具体实施例仅用于说明本发明技术要求。

本发明水性颜料炭黑色浆研磨过程：先将部分去离子水加入预分散器中，依次加依次加入丙二醇12重量份、三聚磷酸盐0.2重量份、丙烯酸共聚物10重量份、改性烷氧基化物1.0重量份、三乙醇胺0.2重量份、聚醚改性硅氧烷共聚物0.1重量份、异噻唑啉酮0.2重量份，溶解搅拌均匀；再加入炭黑颜料30重量份，以及余量重量份去离子水；低速乳化均匀后，进行纳米级研磨5-6小时，停止研磨；然后过滤、脱泡，得到成品水性颜料色浆，上述色浆中所添加各成分总和为100重量份。

本发明水性颜料色浆颗粒研磨后，粒径为D50=56纳米，D100=130纳米。

本发明的速干直液式水性墨水制备过程：向搅拌容器内依次加入水性颜料炭黑色浆25.0重量份、丙三醇8.0重量份、苯并三氮唑0.1重量份、三乙醇胺0.3重量份；渗透剂、固化树脂、无机纳米分散液按附图中所对应的重量份添加，以及余量重量份去离子水；搅拌时间2小时，得到均匀混合液，然后过滤、脱泡，得到成品水性墨水，上述水性墨水中所添加各成分总和为100重量份。

本发明的速干直液式水性墨水，书写线条干燥时间按照行业标准GB/T 32017-2015《水性墨水圆珠笔和笔芯》中干燥性试验规定方式进行测量。

本发明的速干直液式水性墨水，书写线条干燥时间具体测试方法为：将待测笔芯装载在书写划圆仪上连续划一段，结束时开始计时秒表至20s，在结束线迹上覆盖相同性质的书写纸，用专用砝码压在覆盖纸纸面上，重新计时，10min后分开两纸，检查覆盖纸是否有墨迹；如果覆盖纸有墨迹，将计时秒表时间等差减去0.5s，重复上述步骤，直至覆盖纸无墨迹。

本发明的速干直液式水性墨水，一方面是利用渗透作用提高渗透速率，大幅度加快墨水渗入纸张纤维内，防止墨水堆积在记录纸表面上，不利于墨水的干燥，但渗透剂的引入易引起书写线条的粗细、均匀、饱满度。

本发明的速干直液式水性墨水，另一方面是通过固化树脂与无机纳米分散液共同作用，加速记录纸表面和内部墨水成膜，从而抑制墨水扩散，提高固化速率，最终使得书写墨水线条快速干燥，线条均匀、饱满。

本发明的速干直液式水性墨水，线条均匀度为书写线条的整体粗细、均匀、饱满程度。

本发明的速干直液式水性墨水，线条均匀度计算方法为：将书写线条在显微镜下放大10倍，实际线条粗细与笔头球珠直径大小比值即为线条均匀度。

本发明的速干直液式水性墨水，应选取至少10处不同位置的线条进行均匀度的计算。

本发明的速干直液式水性墨水，线条均匀度正常为100%左右，大于100%为偏粗以及具体偏粗的程度，小于100%为偏细以及具体偏细的程度。

附表图2为实施例。

附表图2实施例中渗透剂、固化树脂、无机纳米分散液加入重量份，以及线条均匀度和墨水干燥时间。

附表图3为对比例。

附表图3对比例中渗透剂、固化树脂、无机纳米分散液加入重量份，以及线条均匀度和墨水干燥时间。

附表图2和图3可知，本发明的速干直液式水性墨水通过渗透剂的使用，同时科学调控固化树脂与无机纳米分散液比例，加速了墨水的渗透和成膜固化效果，综合作用下，在满足消费者对书写线条均匀度和饱满度需求前提下，大幅缩短了墨迹的干燥时间。

Claims

1.一种速干直液式水性墨水，其特征在于：所述水性墨水的原料组成及其含量按重量份如下：

水性颜料色浆 20.0-35.0；

保湿剂 5.0-10.0；

渗透剂 0.2-0.5；

固化树脂 2.0-3.0；

无机纳米分散液 0.2-0.5；

防锈剂 0.1-0.3；

pH调节剂 0.1-0.5；

去离子水 50.2-72.4；

将上述水性颜料色浆、保湿剂、渗透剂、固化树脂、无机纳米分散液、防锈剂和去离子水依次加入搅拌容器，搅拌1-2小时，获得均匀混合液；然后加入pH调节剂调节混合液pH为8-9，再搅拌1-2小时，然后过滤、脱泡，得到所述速干直液式水性墨水；

所述渗透剂是支链烷基糖苷，其支链烷基糖苷的碳原子数为6-10；

所述固化树脂是水性环氧改性丙烯酸树脂；所述无机纳米分散液是二氧化硅、二氧化钛及氧化铝纳米级水分散液的一种；所述固化树脂与所述无机纳米分散液的重量比是4:1-15:1。

2.如权利要求1所述的速干直液式水性墨水，其特征在于：所述保湿剂是丙三醇、聚乙二醇及二醇醚中的一种或两种以上的混合。

3.如权利要求1所述的速干直液式水性墨水，其特征在于：所述固化树脂与所述无机纳米分散液的重量比进一步为4:1-9:1。

4.如权利要求1所述的速干直液式水性墨水组合物，其特征在于：所述防锈剂是苯并三氮唑；所述pH调节剂是三乙醇胺。