CN1192909C - 笔尖具有干燥延迟剂的书写工具及这种笔尖的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种书写工具(1)，它具有在纤维或非纤维储存器中的墨水(5)、一种能够溶解或分散在墨水的干燥延迟剂、和一个能够把墨水从储存器一直传输到书写纸上的笔尖(7)，还涉及一种制造笔尖(7)的方法。本发明的特征在于，一种干燥延迟剂包含在笔尖(7，28)中，并且当墨水(5)传输到所述笔尖(7)时，延迟剂能够被墨水(5)携带。根据本发明的方法，用含有一定量干燥延迟剂的浸泡液浸泡已经加工的笔尖，将浸泡后的笔尖在搅动下加热干燥，加热温度低于60℃。

Description

笔尖具有干燥延迟剂的书写工具 及这种笔尖的制造方法

技术领域

本发明涉及书写工具的领域，特别是具有一个毛细管笔尖的书写工具，毛细管笔尖保证墨水从一个纤维或非纤维的储存器一直输送到作为书写头的所述笔尖的末端。

背景技术

作为书写头的笔尖末端必须从使用者书写时把握的笔杆凸出出来。消耗在纸上的墨水逐渐被来自储存器并通过毛细管作用传输到笔尖中的墨水所取代。当笔不再使用时，将一个笔帽套在笔杆上，这一方面是为了覆盖笔尖，避免碰撞笔尖，另一方面为了避免笔尖干燥。实际上，如果笔尖的凸起末端留在空气中，其中的墨水溶剂会蒸发，同时墨水中的各种成分会留在末端中。因此笔尖会被墨水的成分堵塞，这会对笔的重新使用造成困难，甚至由于造成堵塞的墨水成分不能溶解在溶剂中而不能重新使用，即使储存器中仍有大量墨水。

为了避免该缺点，书写工具的制造者力求增加“脱帽时间”，该词用于表示一个笔的笔尖不戴笔帽、并且重新使用时不存在很大不便的可能持续时间。

人们已经提出了一种改进墨水成分的方法，即加入一种延迟干燥添加剂，特别是成膜型的添加剂。当浸透墨水的笔尖长时间留在空气中时，墨水溶剂蒸发，由于存在这种添加剂，所述笔尖的表面形成一层限制继续蒸发的薄膜；薄膜的机械强度很弱，当使用者重新把笔尖放到纸上时，薄膜消除。

这种方法可以大大改进笔尖在空气中停留的时间。但是这种方法的使用并不是没有困难。实际上，对于使用以酒精溶剂为基础的墨水的笔，笔尖的干燥现象特别严重。然而，能够适合的成膜添加剂几乎不能溶解或分散在这些溶剂中，以至于安装笔时，为了使添加剂得到足够的溶解或分散度，需要加热墨水。

发明内容

本申请人的目的在于提出一种克服上述缺点的书写工具，彻底增加笔尖在空气中停留的时间，而不会对笔的重新使用造成严重障碍，也不需要改进墨水的成分和安装笔时习惯的操作条件。

该目的可通过本发明的书写工具完全达到，该书写工具具有在一个纤维或非纤维储存器中的墨水、一种溶解或分散在墨水中的干燥延迟剂和一个能够把墨水从储存器传输到书写纸上的笔尖。一种干燥延迟剂以特殊的方式包含在笔尖中，并且墨水在所述笔尖中传输时干燥延迟剂能够被墨水携带。本文中使用的“干燥延迟剂”一词不限于单独一种延迟剂，也包括几种干燥延迟剂的混合物。

当墨水在笔尖中传输时，笔尖中的干燥延迟剂逐渐被墨水携带，当所述墨水到达作为书写头的笔尖末端时，墨水包含足够的延迟剂，使得在由于墨水溶剂蒸发造成干燥的情况下，在所述书写头的表面形成一个限制继续蒸发的薄膜。

另外，在笔尖中干燥延迟剂的量取决于墨水携带所述延迟剂的能力、储存器中墨水的量以及墨水中的延迟剂的量，使得当储存器中的墨水排空时，笔尖中仍留有干燥延迟剂。这样做的目的是在书写工具的整个寿命中得到所需的结果。当然，储存器中的墨水可以完全没有延迟剂，但是它也可以含有低浓度的延迟剂，所含的延迟剂取决于这种延迟剂常温下在墨水溶剂中的溶解度或分散度的限度。因此避免了生产笔时必须使墨水加热。另外还避免笔尖中包含太多的延迟剂，并且还可以使用不同的延迟剂，例如一种可以分散在储存器的墨水中的墨水溶剂中的延迟剂和一种可以溶解在笔尖中的所述溶剂中的延迟剂。

当然，干燥延迟剂的选择取决于墨水使用的溶剂类型。某些延迟剂只与水基墨水兼容，某些只与以酒精溶剂为基础的墨水兼容，还有些与这两类溶剂兼容。当水(或酒精)为主要溶剂时，这种墨水就称为“水基”(或一种酒精溶剂为基础)，这并不排除使用少量其它溶剂。

在与水基墨水兼容的干燥延迟剂中可以举出：N-苯脲、N-乙脲、硫脲、乙烯硫脲、二甘醇、丙撑二醇、聚丙撑二醇、丙撑二醇和聚乙二醇的混合物、山梨糖醇及甘油。

在与以酒精溶剂为基础的干燥延迟剂中可以举出：石蜡、聚乙烯蜡、乙二醇、十六烷基硬酯酸盐、十六烷基棕榈酸盐、十八烷基硬酯酸盐、Myristile肉豆蔻酸盐、以及优选的山梨聚糖酯(一硬酯酸山梨聚糖酯)。

同时与水基墨水和以酒精溶剂为基础的墨水兼容的干燥延迟剂中可以举出：蜂蜡和巴西棕榈蜡。

本发明的另一个目的是提出一种制造笔尖、特别是用于实施上述书写工具中的笔尖的方法。该方法包括以下步骤：

a)把一个具有很强毛细管作用的长形零件连续浸泡在一个含有一定量干燥延迟剂的浸泡液中，使延迟剂均匀分布在长形零件的横截面中；

b)使浸泡后的长形零件干燥；

c)分段和加工。

浸泡液最好是干燥延迟剂的浓缩溶液，而书写工具的墨水是以干燥延迟剂很少溶解其中的溶剂为基础的墨水。因此使用高浓度，甚至非常高浓度的浸泡液才能使大量延迟剂进入到用于形成笔尖的长形零件中。当墨水在笔尖中传输时，墨水根据延迟剂在墨水溶剂中的溶解限度只带动很小比例的延迟剂。

在某些情况下，高浓度的延迟剂可能增加浸泡液的粘度，使得浸泡液在长形零件中的扩散特别慢，甚至受到限制，因此在工业条件下很难使浸泡液均匀分布在所述零件的整个横截面中。在这种情况下，根据本发明的方法，使用浓度不高的浸泡液，并且进行多次浸泡(a)和干燥(b)阶段，直至长形零件中包含所需量的干燥延迟剂。

在一个优选实施例中，包含在笔尖中的干燥延迟剂主要位于所述笔尖的周围。实际上已经证明，在这种情况下，可以大大减少得到同样效果所需的干燥延迟剂的量。

还提出一种制造笔尖的方法，这种方法特别用于得到干燥延迟剂的周边分布。该方法包括以下步骤：

a)用一种含有一定量的干燥延迟剂的浸泡液浸泡预先加工的笔尖；

b)在搅动下通过加热使浸泡后的笔尖干燥，加热温度低于或等于60℃。

实现预加工笔尖的浸泡有两个优点。一方面没有加工材料特别是砂轮结垢的危险，在已经含有干燥延迟剂的长形材料分段和加工时可能产生结垢。另一方面，限制了加工造成的干燥延迟剂的损失。

即使浸泡液浸泡结束时干燥延迟剂已经均匀扩散到整个笔尖，通过低温特别是低于60℃的加热进行的干燥会造成浸泡液的扩散，其中包括延迟剂向笔尖周围扩散。为了没有干燥时由于笔尖的互相接触产生的延迟剂分布不均匀，需要在笔尖机械搅动的条件下实施干燥。

干燥延迟剂浓缩在笔尖周围可以提高墨水携带所述延迟剂的效率。上述第一方法中使用干燥延迟剂的浓度可以小得多，即0.05％-2％。在一个优选实施例中，从水/酒精(50/50)的混合物得到的浸泡液包含0.1-0.5％重量的山梨聚糖酯。

已经发现，当干燥延迟剂常温下为固体时，浸泡液最好有足够的温度，以便得到清澈的溶液，这样无需过滤就可以通过浸泡液得到良好的浸泡。例如对于山梨聚糖酯，浸泡液的温度大约或高于35℃。

附图说明

通过下面对笔尖中具有干燥延迟剂的书写工具和制造这种笔尖的方法的描述，可以更好地了解本发明，附图中：

图1、2为两个书写工具的例子的剖视示意图。

图3为笔尖的一些制造步骤的示意图。

具体实施方式

图1所示的书写工具1的第一个例子具有一个大致为柱形的笔杆2，笔杆2有一个向后形成液体墨水5的储存器4的内隔板3。隔板3有一个被笔尖7堵塞的开口6，笔尖7的后端7a延伸到储存器4中，笔尖7的前端7b延伸到笔1的笔杆2以外，形成所述笔的书写头。在所示的例子中，笔1还具有一个储存器塞8，储存器塞8位于笔杆2的前室9中，在笔尖7周围。这个与笔尖7接触的储存器塞用于在笔1的使用条件改变的条件下，特别是储存器4中的温度升高的情况下暂时吸收多余墨水，这些墨水可以输送到笔尖7中。然后，当条件恢复正常时，储存器塞8吸收的墨水恢复到笔尖7中。可以通过文献EP516538了解这种书写工具1。

笔尖7作为书写头的末端7b从笔1的笔杆2的前部2a凸出。在所示的例子中，前部的形状为截锥形，截锥的末端有一个柱形端头10，端头有一个用于使笔尖7的端部7b通过的中央空口和一个使空气从外部向室9内流动的侧孔11。

笔1还有一个套在端头10上的笔帽12，用于密封覆盖笔的书写头。笔帽12有两个功能，即保护书写头7b不受碰撞，以及避免所述书写头中的墨水干燥，如果造成书写头7b墨水中的成分造成书写头7b堵塞，干燥可能是后果严重的。

众所周知，为了避免堵塞，在墨水5中加入一种干燥延迟剂，这种干燥延迟剂可以增加书写头打开、没有笔帽保护的状态且不会对以后使用笔1造成严重后果的持续时间。该持续时间通常称为“脱帽时间”。含有溶解或分散状态的所述干燥延迟剂的液体墨水5扩散到笔尖7的孔隙和毛细管结构中，直至从笔杆2的端头10凸起的书写头7b。在延长书写头7b在空气中的停留时间的情况下，处于书写头7b周围表面的墨水溶剂蒸发。蒸发时，留在原地的延迟剂在外部空气与溶剂之间的界面上形成一层薄膜。这种薄膜彻底限制溶剂的蒸发，这样就能增加“脱帽时间”。这种薄膜的机械强度很小，重新使用笔1时在纸上摩擦就可消除薄膜。

根据本发明的特征，将一种干燥延迟剂包含在笔尖7中，使墨水5从储存器4向书写头传输时携带笔尖中的延迟剂。在书写头7b处形成增加“脱帽时间”的薄膜当然与前面描述的相同。

根据现有技术，由于制备带有干燥延迟剂的墨水需要在溶解度和分散度有限的条件下工作，装配笔时常常需要加热墨水，因此制造笔的操作条件特别复杂。由于本发明，这些困难不再出现。墨水中没有延迟剂，或干燥延迟剂的含量低于它在常温下的溶解度或分散度的限度。

人们知道，笔尖中包含的延迟剂应该能够被通过毛细管作用分散在所述笔尖中的墨水向一定的方向带动。第一个条件是延迟剂在到达书写头7b处的墨水中具有足够浓度，使其能够在溶剂蒸发时形成一层薄膜。第二个条件是墨水对延迟剂的带动作用应该比较慢，使得在笔整个寿命中，即只要储存器中仍有墨水5，就能观察到所要求的作用。

为了在笔尖7中得到大量延迟剂，实施了一种制造方法，这种方法用含干燥延迟剂的浸泡液连续浸泡具有很大毛细管作用的长形零件，例如丙烯酸纤维杆13，然后使浸泡后的纤维杆13’干燥，然后切段、加工，以得到笔尖7。

图3非常示意性地示出用一个浸泡头15和一个干燥炉16相继对纤维杆13进行浸泡和干燥的两个阶段。干燥可以是任何类型的干燥，如通过传导、对流或微波。

浸泡头15由一个装有浸泡液14的储罐17构成。储罐17的两个互相相对的垂直壁18、18’钻有两个与纤维杆13的横截面完全一致的开口19、19’。每个开口19、19’通过一个肩部20、20’向外延长，当纤维杆的横截面为圆形时，肩部20、20’为环形。

该方法的实施为：将纤维杆13穿过浸泡头15的肩部20、20’和开口19、19’，并穿过干燥炉16的开口21、21’。

纤维杆连续穿过浸泡头15和干燥炉16。开口19、19’和肩部20、20’的尺寸与纤维杆13的横截面一致，使纤维杆13与肩部20、20’的内壁形成一个密封圈，防止浸泡液14直接流出。

当纤维杆13穿过浸泡头15连续移动时，浸泡液自然扩散，穿过纤维杆13的毛细管孔隙。这种扩散作用的进行应该使得在干燥炉16的入口21处浸泡液14已经扩散到浸泡过的纤维杆13’的整个横截面。

在通过干燥炉16中后，浸泡液14的溶剂已经消失，使延迟剂均匀分布在从干燥炉16出来的纤维杆13’的整个横截面上。然后，纤维杆13”被分段和加工，形成笔尖7。

鉴于需要使大量干燥延迟剂包含在书写头中，以便在笔的整个寿命中得到所需的作用，因此可以使用一种干燥延迟剂浓度高、甚至浓度非常高的浸泡液。但是，由于浸泡液的粘度随之增加，可能妨碍所述浸泡液在上述条件下的扩散。因此，最好确定浸泡液中干燥延迟剂的足够浓度，并经过多次浸泡作业，使延迟剂在干燥炉的入口处均匀扩散在笔芯的整个截面上，并最后使所需数量的延迟剂包含在长形零件中，长形零件在切段和加工后形成笔尖。

浸泡液溶剂的选择使上述延迟剂的足够浓度尽可能高。相反，应该限制并控制延迟剂在墨水溶剂中的溶解度。在这些条件下，一方面可以在笔尖中得到较高的延迟剂浓度，另一方面，使用笔时，通过扩散在笔中的墨水有限而又连续地携带所述延迟剂。

在对应于该优选变型的干燥延迟剂中，使用以下成分：十六烷基硬酯酸盐、十六烷基棕榈酸盐、十八烷基硬酯酸盐、Myristile肉豆蔻酸盐、以及山梨聚糖酯。

作为一个非限定例子，下面给出墨水成分和使用山梨聚糖酯(一硬酯酸山梨聚糖酯)的浸泡液成分。

墨水成分：

乙醇                                             90％

碱性颜料                                          5％

树脂(聚乙烯醇丁缩醛)                              5％

浸泡液成分：

水/酒精混合物(50/50)                             95％

山梨聚糖酯                                        5％

图2所示的书写工具22与第一个例子不同，确切地说，储存器中的墨水不是液态，而是封闭在一个纤维储存器23中。这种纤维储存器在其它地方已经为人所知；这种储存器由一束整体为纵向的纤维24组成，使不同纤维之间的界面形成同时用于聚集和传输墨水的毛细管。这束纤维24环绕在一个一般为塑料膜的外套25中。书写工具22的柱形笔杆26的后部用一个塞子30堵塞。笔杆26的前部26a的形状为截锥形，其末端是一个中空的柱形端头27，中空口使笔尖28的末端28b通过，端头27还有一个小孔29，使空气从外部向柱形体26内流动。纤维储存器23基本占据了笔杆26的柱形部分的整个体积。笔尖28的后端28a深入到纤维束24内。这就是给笔尖28提供墨水的纤维储存器23，和第一例中一样，所述墨水携带笔尖28中的干燥延迟剂，直至构成书写头的笔尖28的末端28b。

在刚才描述的例子中，用浸泡液浸泡纤维杆13以均匀的方式在纤维杆的整个截面上进行，并且在纤维杆的切段和加工后分布在笔尖的整个截面。根据现在要描述的第二个例子，延迟剂主要位于笔尖的周围，其中包括已经加工的部分中。干燥延迟剂的这种浓度可以提高零件的所寻求的效果，即增加“脱帽时间”。当墨水溶剂蒸发时，干燥延迟剂的这种浓度可以产生一个更有效地堵塞笔尖的毛细管网的薄膜网。

除了这种位于笔尖周围的浓度外，可以用少得多的干燥延迟剂达到同样的效果。

为了将延迟剂浓缩在笔尖中，不使用前面描述的连续方法，而使用一种不连续的方法，这种方法使用已经经过预先分段和加工的笔尖。这种方法在于把预加工的笔尖浸在含有一定量干燥延迟剂的浸泡液中，然后使浸泡后的所述笔尖在搅动下进行低于60℃的传统低温干燥。低温和搅动的干燥条件可以使已经沿笔尖浸泡的浸泡液逐渐向笔尖外扩散，因此，当扩散在所述笔尖周围进行时，得到被携带的延迟剂的浓缩。当把带有与干燥延迟剂有关的染色标记的笔尖做横向剖面时，这种浓缩很明显。人们清楚地发现，标记在所述截面中呈环形分布，这表明干燥延迟剂浓缩在笔尖周围，即在一个与笔尖外表面相比厚度仅为几十分之一毫米的区域上。相反，如果进行微波干燥处理，可以发现，标记在笔尖的整个截面上分布非常均匀。

从上面已经给出的墨水成分的同一个例子出发，使用以下成分的浸泡液：

—水/酒精混合物(50/50)                 99.7％

—山梨聚糖酯                           0.3％

因此，尽管使用了山梨聚糖酯浓度降低二十五倍的浸泡液，得到的脱帽时间仍相等，甚至更长。

还需要指出的是，山梨聚糖酯常温下为固体，浸泡液加热到约35℃，以便得到完全透明的浸泡液，因此笔尖完全被浸泡液浸泡，不需要过滤所述浸泡液。

Claims (14)

1.书写工具，具有在纤维或非纤维储存器中的墨水、一种能够溶解或分散在墨水中的干燥延迟剂、一个能够把墨水从储存器一直传输到书写纸上的笔尖和一个容纳笔尖的笔杆(2)，其特征在于，一种干燥延迟剂包含在笔尖(7，28)中，并且当墨水(5)传输到所述笔尖中时，延迟剂能够被墨水(5)携带。

2.根据权利要求1的书写工具，其特征在于，笔尖(7，28)中干燥延迟剂的量取决于墨水(5)携带所述延迟剂的能力、储存器(4，23)中墨水(5)的量、以及墨水(5)中包含的延迟剂的量，使得储存器(4，23)没有墨水时，笔尖(7，28)中仍留有干燥延迟剂。

3.根据权利要求1或2的书写工具，其特征在于，与水基墨水兼容的干燥延迟剂在以下成分中选择：N-苯脲、N-乙脲、硫脲、乙烯硫脲、二甘醇、丙撑二醇、聚丙撑二醇、丙撑二醇和聚乙二醇的混合物、山梨糖醇及甘油。

4.根据权利要求1或2的书写工具，其特征在于，与以酒精溶剂为基础的墨水兼容的干燥延迟剂在以下成分中选择：石蜡、聚乙烯蜡、乙二醇、十六烷基硬酯酸盐、十六烷基棕榈酸盐、十八烷基硬酯酸盐、Myristile肉豆蔻酸盐、以及优选的山梨聚糖酯。

5.根据权利要求1或2的书写工具，其特征在于，同时与水基和以酒精溶剂为基础的墨水兼容的干燥延迟剂在以下成分中选择：蜂蜡、巴西棕榈蜡。

6.根据权利要求1的书写工具，其特征在于，笔尖中包含的延迟剂主要位于笔尖的周围。

7.一种笔尖(7，28)、特别是用于权利要求1的书写工具(1，22)的笔尖的制造方法，该方法包括以下步骤：

a)用含有一定量干燥延迟剂的浸泡液(14)连续浸泡具有很大毛细管作用的长形零件(13)，使所述延迟剂均匀分布在长形零件的横截面中；

b)使浸泡后的长形零件干燥；

c)分段和加工。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于，浸泡液(14)是一种高浓度的干燥延迟剂溶液，而书写工具的墨水是以干燥延迟剂较少溶解其中的溶剂为基础的墨水。

9.根据权利要求7的方法，其特征在于，它包括几次连续的浸泡和干燥作业，以便在长形零件中得到一定量的干燥延迟剂，分段和加工前干燥延迟剂的量大于规定的量。

10.笔尖、特别是用于权利要求6的书写工具的笔尖的制造方法，它包括以下步骤：

a)用含有一定量干燥延迟剂的浸泡液浸泡已经加工的笔尖；

b)在搅动下通过加热使浸泡过的笔尖干燥，加热温度低于或等于60℃。

11.根据权利要求10的方法，其特征在于，浸泡液含有0.05-2％重量的干燥延迟剂。

12.根据权利要求11的方法，其特征在于，浸泡液含有0.1-0.5％的山梨聚糖酯。

13.根据权利要求10的方法，其特征在于，延迟剂常温下为固体，浸泡液体的温度应该足够高，以便得到透明的、无需过滤的溶液。

14.根据权利要求13的方法，其特征在于，延迟剂为山梨聚糖酯，浸泡液的温度约为35℃。

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