CN115433488B - 一种书写色彩均匀的中性笔墨水 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种书写色彩均匀的中性笔墨水，物料组成包括：颜料色浆16.7～23.8份，增稠剂7.9～15.3份，共溶剂9.5～17.6份，改性剂3.6～5.2份，假塑性流体1.2～2.0份，杀虫灭菌剂0.1～0.2份，去离子水51.2～60.4份；增稠剂为聚氨酯；共溶剂为短链醇和吡咯烷酮类的组合；改性剂为吡嗪类和棕榈酸乙酯的组合；假塑性流体为果胶。本发明的一种书写色彩均匀的中性笔墨水，提高了墨水书写后字迹的色彩表现、实现了书写字迹的色彩均匀。

Description

一种书写色彩均匀的中性笔墨水
技术领域
本发明专利技术方案属于墨水领域，尤其涉及一种中性笔墨水。
背景技术
作为主流书写笔的中性笔，其墨水的稳定性和假塑性，分别决定了中性笔墨水的保存性能和书写性能。因此，为了提高中性笔墨水的稳定性和假塑性，人们尝试了多种的中性笔墨水体系。
目前，技术最成熟、工艺最完善的中性笔墨水体系是基于多糖作为增稠剂的墨水体系，例如中国专利《CN105524524B-一种用自分散型颜料色浆制备的中性墨水及其制备方法》中使用了属于多糖的黄原胶、瓜尔胶作为增稠剂、中国专利《CN105348916B-一种高分散性高触变性中性墨水及其制备方法》，采用属于多糖的纤维素类作为增稠剂。长时间状态下容易被微生物分解，引起性能劣化。为此，研究人员开始采用不易被分解的合成高分子，例如丙烯酸类和聚氨酯类作为增稠剂，如中国专利《CN109021697A-一种滑润颜料型中性墨水的制备方法》中，使用碱溶胀丙烯酸类增稠剂；中国专利《CN103333552B-一种颜料型中性墨水及其生产方法》中，使用聚醚聚氨酯缔合型增稠剂。丙烯酸、尤其是碱溶胀型丙烯酸作为增稠剂，因为本身的易燃和化学性质不稳定的缺点，限制了其在中性笔墨水中的应用。聚氨酯的化学性质稳定、不易燃烧、不易干燥硬化，但是缔合型聚氨酯树脂分子结构复杂、合成困难，并且在进行书写时，剪切力作用下实现的缔和-解缔的平衡，会造成墨水粘度有所下降，导致在起始书写时因为墨水粘度较高、三维网络结构难以顺利破坏，从而存在书写的干涩状态，导致起始书写的字迹颜色偏淡、线条偏窄。
如何将化学性质稳定的聚氨酯应用作中性笔墨水的增稠剂，以及如何改善聚氨酯作为增稠剂的中性笔墨水的书写性能(尤其是书写色彩)，成为了中性笔墨水发展所需要解决的问题。
发明内容
本发明采用自乳化型的乳液类的聚氨酯作为增稠剂，采用短链醇和吡咯烷酮类的组合作为共溶剂，采用吡嗪类和棕榈酸乙酯的组合作为改性剂、采用果胶作为假塑性流体，改善了墨水的书写性能、提高了墨水书写后字迹的色彩表现、实现了书写字迹的色彩均匀。
技术方案
本发明提供了一种书写色彩均匀的中性笔墨水，其物料和重量组分组成包括：颜料色浆16.7～23.8份，增稠剂7.9～15.3份，共溶剂9.5～17.6份，改性剂3.6～5.2份，假塑性流体1.2～2.0份，杀虫灭菌剂0.1～0.2份，去离子水51.2～60.4份；所述的增稠剂为聚氨酯；所述的共溶剂为短链醇和吡咯烷酮的组合；所述的改性剂为吡嗪类和棕榈酸乙酯的组合；所述的假塑性流体为果胶。
本发明采用自乳化型的乳液类的聚氨酯(带羧基，颗粒状)作为增稠剂、同时也作为墨水书写后的成膜树脂。自乳化型的乳液类的聚氨酯树脂，选自日本第一工业株式会社生产的SF-210、日本Taisei Fine Chemical株式会社生产的WBR-2018。自乳化型的乳液类的聚氨酯，具有疏水基团和亲水基团，从而可以在中性笔墨水中形成三维网络结构，实现中性笔墨水在不书写状态下的不漏墨；同时，在书写时，其长链状的分子结构可以在剪切方向上迅速排列展开，从而大幅度地降低墨水粘度，实现有效书写。另外，自乳化型的乳液类聚氨酯，含有一价的金属离子，可以提高墨水书写效果的色密度，并缩短书写状态时，墨水剪切变稀的响应时间。
本发明采用短链醇和吡咯烷酮类作为共溶剂。短链醇具体为乙二醇或1,2-丙二醇中的一种，吡咯烷酮具体为N-甲基-吡咯烷酮或N-甲基-2-吡咯烷酮中的一种。共溶剂有效控制了中性笔墨水的表面张力与书写纸张的表面张力接近，进而有效减缓书写墨水在书写后的堆积以及过快扩散而造成的字迹颜色不均匀；同时，对中性笔墨水体系起到了增溶作用，从而提高了中性笔墨水体系的稳定性。
本发明采用吡嗪类和棕榈酸乙酯的组合作为改性剂。吡嗪类具体为2-甲基吡嗪，利用吡嗪类物质既溶于水也溶于醇的特性，改善墨水书写的流畅性，并提高中性笔墨水体系的稳定性；同时，吡嗪类物质还具有香气，可以掩盖N-甲基-吡咯烷酮或N-甲基-2-吡咯烷酮所略带的氨气味；棕榈酸乙酯只溶于醇类而不溶于水，有助于在墨水完成书写后，帮助网络状的自乳化型的乳液类的聚氨酯快速铺展、并形成较平整的膜，从而提高书写字迹的光泽度。
本发明采用果胶作为假塑性流体。果胶具体为低酯果胶。果胶溶于水而不溶于醇，提高了墨水体系的稳定性；并且在墨水完成书写后，果胶会与纸张中的Ca、Mg结合形成凝胶，从而实现字迹快速定影。
本发明的杀虫灭菌剂为Nuosept或BIT-20中的一种。
本发明的颜料色浆为美国CABOT公司生产的CAB-O-JET系列颜料色浆或瑞士Clariant公司生产的Colanyl 100系列颜料色浆，优选Clariant公司生产的Colanyl 100系列颜料色浆，具体为Colanyl Yellow SGX 131、Colanyl Red FGR 131、Colanyl Blue A2R131和Colanyl BlackN131。
具体的实施方式
实施例1
黑色中性笔墨水G-K-01
室温条件下，先在烧杯中加入9.8份的乙二醇和7.8份的N-甲基-吡咯烷酮、以及25份的去离子水，然后依次加入15.3份的WBR-2018聚氨酯、1.2份的2-甲基吡嗪、3.0份的棕榈酸乙酯和2.0份的低酯果胶，搅拌1.5h，充分混合均匀后形成母液；再将母液、16.7份的Colanyl Black N131和26.2份去离子水依次加入到搅拌釜中，然后加入0.2份的BIT-20，并搅拌2h，混合均匀；升温至60℃，并搅拌3.5h进行熟化，制得待处理液；将待处理液依次进行真空脱泡、高速离心过滤、收集滤液进行二次脱泡，最终制得黑色中性笔墨水G-K-01。
实施例2
蓝色中性笔墨水G-B-01
室温条件下，先在烧杯中加入8.1份的1,2-丙二醇和7.8份的N-甲基-2-吡咯烷酮、以及24份的去离子水，然后依次加入11.7份的SF-210聚氨酯、1.5份的2-甲基吡嗪、3.7份棕榈酸乙酯和1.8份的低酯果胶，搅拌1.5h，充分混合均匀后形成母液；再将母液、21.4份的Colanyl BlueA2R 131和29.5份去离子水依次加入到搅拌釜中，然后加入0.1份的Nuosept，并搅拌2h，混合均匀；升温至60℃，并搅拌3.5h进行熟化，制得待处理液；将待处理液依次进行真空脱泡、高速离心过滤、收集滤液进行二次脱泡，最终制得蓝色中性笔墨水G-B-01。
实施例3
红色中性笔墨水G-R-01
室温条件下，先在烧杯中加入7.6份的乙二醇和6.1份的N-甲基-2-吡咯烷酮、以及25份的去离子水，然后依次加入10.7份的WBR-2018聚氨酯、1.0份的2-甲基吡嗪、2.6份的棕榈酸乙酯和1.5份的低酯果胶，搅拌1.5h，充分混合均匀后形成母液；再将母液、23.8份的Colanyl Red FGR 131和30.2份去离子水依次加入到搅拌釜中，然后加入0.1份的Nuosept，并搅拌2h，混合均匀；升温至60℃，并搅拌3.5h进行熟化，制得待处理液；将待处理液依次进行真空脱泡、高速离心过滤、收集滤液进行二次脱泡，最终制得红色中性笔墨水G-R-01。
实施例4
黄色中性笔墨水G-Y-01
室温条件下，先在烧杯中加入5.4份的乙二醇和4.1份的N-甲基-吡咯烷酮、以及24份的去离子水，然后依次加入7.9份的WBR-2018聚氨酯、1.2份的2-甲基吡嗪、2.8份的棕榈酸乙酯和1.2份的低酯果胶，搅拌1.5h，充分混合均匀后形成母液；再将母液、20.4份的Colanyl Yellow SGX 131和36.4份去离子水依次加入到搅拌釜中，然后加入0.2份的BIT-20，并搅拌2h，混合均匀；升温至60℃，并搅拌3.5h进行熟化，制得待处理液；将待处理液依次进行真空脱泡、高速离心过滤、收集滤液进行二次脱泡，最终制得黄色中性笔墨水G-Y-01。
结果性能表征
采用东莞博莱德公司生产的型号为BLD-8032的书写画圆机、金峰纸业的80g工程绘图纸，根据《QB/T 2625-2011中性墨水圆珠笔和笔芯》和《JIS S 6061:2010啫喱墨水圆珠笔和笔芯》的具体要求，并采用《QB/T 2625-2011中性墨水圆珠笔和笔芯》中的“笔头分类：细，笔头代码：F”的笔头(球珠直径D为：0.55mm≤D＜0.75mm)，对本专利的实施例的墨水进行测试。
其中，对于墨水的初写性能，采用德国莱卡公司的DM4000光学显微镜对墨水书写的前部2cm的线条进行成像，并对图像放大100倍(10×10)，然后采用Photoshop软件读取放大图像后的书写线条头部的5mm、10mm、15mm处中心区域以及书写线条尾部、距离头部端点90mm处中心区域、并采用D65标准光源的设定，读取CIE Lab值，并以书写线条尾部、距离头部端点90mm处中心区域的CIE Lab值为基准值，若各颜色墨水的头部区域各点的CIE Lab值与尾部区域的CIE Lab值的色差ΔE≤5，则说明墨水的书写色彩均匀。
墨水的书写性能如表-1所示、墨水的初写性能如表-2所示。
表-1墨水的书写性能
墨水序号 书写性能
G-K-01 划线300m以上，线迹无明显变淡、断线现象
G-B-01 划线300m以上，线迹无明显变淡、断线现象
G-R-01 划线300m以上，线迹无明显变淡、断线现象
G-Y-01 划线300m以上，线迹无明显变淡、断线现象
表-2墨水的书写性能
由表-1可知，墨水的书写性能满足《QB/T 2625-2011中性墨水圆珠笔和笔芯》的具体要求；由表-2可知，墨水的初写性能满足《JIS S 6061:2010啫喱墨水圆珠笔和笔芯》的具体要求。表-2的结果表明，本发明的墨水的书写色彩均匀。
本技术的中性笔墨水，提高了墨水书写后字迹的色彩表现、实现了书写字迹的色彩均匀，适宜大规模地生产和推广。

Claims (5)

1.一种书写色彩均匀的中性笔墨水，其特征在于，其物料和重量组分组成包括：颜料色浆16.7～23.8份，增稠剂7.9～15.3份，共溶剂9.5～17.6份，改性剂3.6～5.2份，假塑性流体1.2～2.0份，杀虫灭菌剂0.1～0.2份，去离子水51.2～60.4份；所述的增稠剂为自乳化型的乳液类的聚氨酯；所述的共溶剂为短链醇和吡咯烷酮类的组合；所述的改性剂为吡嗪类和棕榈酸乙酯的组合；所述的假塑性流体为果胶；所述的短链醇为乙二醇或1,2-丙二醇中的一种；所述的吡咯烷酮为N-甲基-吡咯烷酮或N-甲基-2-吡咯烷酮中的一种；所述的果胶具体为低酯果胶；所述的吡嗪类具体为2-甲基吡嗪。
2.根据权利要求1所述的一种书写色彩均匀的中性笔墨水，其特征在于，所述的自乳化型的乳液类的聚氨酯为日本第一工业株式会社生产的SF-210或日本Taisei FineChemical株式会社生产的WBR-2018中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种书写色彩均匀的中性笔墨水，其特征在于，所述的杀虫灭菌剂为Nuosept或BIT-20中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种书写色彩均匀的中性笔墨水，其特征在于，所述的颜料色浆为美国CABOT公司生产的CAB-O-JET系列颜料色浆或瑞士Clariant公司生产的Colanyl100系列颜料色浆。
5.根据权利要求4所述的一种书写色彩均匀的中性笔墨水，其特征在于，所述的颜料色浆为Colanyl Yellow SGX 131、Colanyl Red FGR 131、Colanyl Blue A2R 131和ColanylBlack N131。
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