JP2005132074A - 水性ボールペン用インキフォロワー組成物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【目的】 難揮発性有機液体及び／又は不揮発性有機液体中の増粘剤の分散度を高くして、インキフォロワー組成物の離油や水性ボールペン用として使用したときも筆記に影響を及ぼさない。
【構成】 最終的な増粘剤の配合量よりも増粘剤の割合が多い状態であらかじめ第１の混練をなし、ついで配合物を追加して第２の混練を行う工程を採るとともに、第１の混練時と第２の混練時とでの基油やその組成を近似したものとする水性ボールペン用インキフォロワー組成物の製造方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、インキ収容管内に直接収容する水性ボールペン用インキの後端部に配置し、インキの消費とともに移動しながらインキ収容管にインキが付着するのを防ぎ、インキの残量を明確にできる水性インキを使用したボールペンのインキフォロワー組成物の製造方法に関するものである。

従来、インキ収容管内に直接水性インキを充填するボールペンにおいて、インキの上部、すなわちペン先と反対側の界面部分に接触してインキフォロワー組成物が充填配置されているものが知られている。インキフォロワー組成物を配置する目的として、次のようなものが挙げられる。
即ち、ペン先を上又は横向きにして保管していた場合にインキ収容管後端よりのインキ漏れを防止すること、インキの減少に伴いインキ収容管にインキが付着しないようにインキを掻き取ることなどが挙げられる。近年は、インキ残量が容易に視認できるように、インキ収容管が透明又は半透明である場合が多く、後者の目的も特に重要となっている。
ところで、水性インキを使用したボールペンのペン先におけるインキの吐出量は約０．２〜０．４（ｇ／２００ｍ）であるが、インキフォロワー組成物の層の移動がインキの吐出消費に伴う界面の移動に追従する必要がある。追従しない場合には、インキ収容管内のインキフォロワー組成物よりペン先側の部分が減圧状態となりインキの吐出不良を招き、本来の目的を果たせなくなってしまうという問題が生じる。このような問題はインキフォロワー組成物のインキ逆流防止機能を重視して、インキフォロワー組成物を高粘度化した場合に顕著に現れることになる。一方で、インキフォロワー組成物を低粘度化すると、難揮発性有機液体及び／又は不揮発性有機液体がインキフォロワー組成物から分離してくる現象（離油）が起こりやすい。また、一般に水性ボールペン用インキフォロワー組成物に用いられる難揮発性有機液体及び／又は不揮発性有機液体の比重は、インキの比重に比べ小さいものであるから、ペン先を上向きで長期間放置すると比重差によって層移動が起こり、インキフォロワー組成物の層がインキ部分に侵入し、これが進行すると一部のインキのペン先への通路を塞ぎ筆記に悪影響を及ぼすことになる。

インキフォロワー組成物として、微粒子増粘剤で難揮発性有機液体及び／又は不揮発性有機液体を増粘したものを用いた場合、微粒子増粘剤は難揮発性有機液体及び／又は不揮発性有機液体に濡れにくく、微粒子増粘剤はインキフォロワー組成物中に均一に分散しにくい。このような背景から、単に撹拌時間を長くしたり、高剪断力を加えて分散したりしても、微粒子増粘剤はインキフォロワー組成物中に均一には分散せず、分散度が低いままとなる。微粒子増粘剤がインキフォロワー組成物中の分散度が低いと、インキフォロワー組成物内の場所によって、物性に均一性が得られず、水性ボールペン用インキフォロワーとして使用する場合、例えばインキに追従する部分とインキ収容管内壁に粒状に付着する物とが出来て、インキ収容管内壁に付着した分だけインキフォロワー組成物の量が減り、最悪の場合には消失してインキフォロワーとしての機能も無くなってしまう。
そこで、インキフォロワー組成物中の微粒子増粘剤の分散度を高める為に、設計上の粘度より意図的に高い粘度で不揮発性もしくは難揮発性の有機溶剤からなる基油と増粘剤と混練したり（特許文献１参照）、低粘度の不揮発性もしくは難揮発性の有機溶剤からなる基油と増粘剤を混練した後に高粘度の不揮発性もしくは難揮発性の有機溶剤からなる基油を加えたり（特許文献２参照）する製造方法が提案されている。
特開平１１−１０８８ 特開平１１−５００４１

しかしながら、上記の方法では、微粒子増粘剤の分散度が不十分で、水性ボールペン用インキフォロワーとしての性能もまた不十分である。すなわち、経時的に離油が発生し、これがインキ部分に侵入し、筆記に悪影響を及ぼしたり、インキの掻き取り性が不十分で、インキ収容管が汚れ、インキ残量確認が容易でなかったりした。

即ち、本発明は、少なくとも主媒体としての単独もしくは複数種の難揮発性有機液体及び／又は不揮発性有機液体を含有する基油と増粘剤とを混練してなる水性ボールペン用インキフォロワー組成物の製造方法において、前記フォロワー組成物の配合組成の一部の配合物を混練する第１の混練と配合物を追加して混練する第２の混練とを、第１の混練時の増粘剤の配合量がこのときの配合組成物に対して５重量％以上３０重量％以下とし、第２の混練時の増粘剤の配合量を第１の混練時の増粘剤の配合量未満とすると共に、増粘剤以外の配合物が単独の難揮発性又は不揮発性有機液体のみであるか、又は、増粘剤以外の配合物が複数種の難揮発性有機液体及び／又は不揮発性有機液体を含有する場合に、前記第１の混練時と第２の混練時とでの当該増粘剤以外の配合物中の配合物の配合割合の差が３０重量％以下である水性ボールペン用インキフォロワー組成物の製造方法を要旨とする。

解決しようとする問題点は、微粒子増粘剤の分散度を高めることである。
最終的な増粘剤の配合量よりも増粘剤の割合が多い状態であらかじめ混練をなすことによって、増粘剤を全量一緒に混練したり、初期の状態を増粘剤が少ない状態として粘度が低いものとしたものよりも基材に対する増粘剤の拡散効率がよく、結果的に増粘剤の分散度を高くすることができる。即ち、増粘剤量に対して難揮発性有機液体及び／又は不揮発性有機液体の量が多いと、増粘剤を添加する塊ができやすく、またこの塊も分散しにくくなるのに対し、第１の混練を高濃度で配合物を追加して第２の混練を行う工程を採ると、前段階で増粘剤の塊ができにくく、たとえ増粘剤の塊ができたとしても第２の混練で分散されやすくなる。第１の混練時に分散効率を高いものとしても第２の混練時において第１の混練時よりも基油やその組成が大幅に異なると増粘剤の濡れ性の違いが引き起こされ局所的に増粘剤の分散が不均一になっていしまうので、第１の混練時と第２の混練時とでの基油やその組成を近似したものとすることによって第１の混練時の高い分散度を維持できるものと推察される。

以下詳細に説明する。
本発明にて使用する難揮発性有機液体及び／又は不揮発性有機液体の具体例としては、α−オレフィンオリゴマー、エチレン−α−オレフィンコオリゴマー、パラフィン油、精製鉱油及びポリブテン等が挙げられ、これらは１種もしくは２種以上混合して使用可能である。

本発明にて使用する増粘剤は、疎水性もしく非水溶性のものが好ましい。親水性の増粘剤はインキとの界面からインキ中に移行してインキと反応が起こるなどして、インキに悪影響を生じる場合がある。一例としては、微粒子シリカが好適に使用できる。具体例には、アエロジルＲ−９７２、同Ｒ−９７２Ｖ、同Ｒ−９７２ＣＦ、同Ｒ−９７４Ｄ、同Ｒ−９７６Ｄ、同Ｒ−２０２、同Ｒ８０５、同Ｒ−８１２、同Ｒ８１２Ｓ、同ＲＸ２００、同ＲＹ−２００（以上、日本アエロジル(株)製）のような表面を疎水処理した微粒子シリカが挙げられる。

増粘剤の添加量はインキフォロワー組成物全量に対して１〜１０重量％とすることが好ましい。１重量％以下であると、所望の粘度より低くなり、筆記具本体を落下した場合に、インキフォロワー組成物が外部に流出してしまい、インキ逆流防止機能を損なうことがある。また、１０重量％を超えると、所望の粘度より高くなり、インキの消費に伴うインキ界面の移動対してインキフォロワー組成物の追従性が悪くなる傾向にある。

更に上記成分以外にインキフォロワー組成物の各種機能を高めるために種々の添加剤を加えてもよい。例えば、インキフォロワー組成物がインキ収容管内面への付着すると、内面に付着した分だけ量が減り、インキを使い切る前にインキフォロワーとしての機能がなくなってしまうのでグリセリン脂肪酸エステル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、シリコーンオイルなども使用できる。特に、シリコーンオイルとしては、メチルスチリル変性シリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、カルボキシル変性シリコーンが好適に使用できる。このシリコーンオイルはインキフォロワー組成物全量に対して０．０５〜５．０重量％、好ましくは、０．１〜２．０重量％の範囲で用いられる。その使用量が０．０５重量％より少ないときは、その作用効果が不充分であることがある。また５．０重量％よりも多い場合は、インキフォロワー組成物の粘度が高くなる傾向となり、インキの界面に対する追従性が悪くなることがある。

第１の混練時には、プロペラ撹拌機で混練し、その後必要に応じてロールミル、ニーダー、プラネタリーミキサーでさらに混練しても良い。第２の混練時には、プロペラ撹拌機を用いて混練することが好ましい。添加剤はその性質により、第１の混練時に添加したほうが系内に均一に分布できたり、第１の混練時に添加すると極度に増粘し系内に均一に分布しにくかったりするので、必要に応じて第２の混練時に変えることが望ましい。添加方法としては、単独で添加しても、難揮発性有機液体及び／又は不揮発性有機液体と混合してから添加しても良い。

以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
実施例１
モービルＳＨＦ１００１（基油、α−オレフィンオリゴマー、米国、モービル・ケミカル・プロダクト・インク製）を１０．０重量部、ルーカントＨＣ−１００（基油、エチレン−α−オレフィンコポリマー、三井石油化学工業（株）製）を８．５重量部、ルーカントＨＣ−４０（基油、エチレン−α−オレフィンコポリマー、三井石油化学工業（株）製）を１３．０重量部、アエロジルＲ−９７２（疎水性シリカ、日本アエロジル（株）製）を３．５重量部を混合（この時の増粘剤の配合量がこのときの配合組成物に対して１０重量％である）して、この配合物を８０℃にてプロペラ撹拌機で１時間混練した後、三本ロールミルで２回混練し、中間分散体Ａを得た。中間分散体Ａを３５．０重量部、モービルＳＨＦ１００１（基油、α−オレフィンオリゴマー、米国、モービル・ケミカル・プロダクト・インク製）を２０．０重量部、ルーカントＨＣ−１００（基油、エチレン−α−オレフィンコポリマー、三井石油化学工業（株）製）を１７．０重量部、ルーカントＨＣ−４０（基油、エチレン−α−オレフィンコポリマー、三井石油化学工業（株）製）を２６．５重量部を混合し、プロペラ撹拌機で１６０℃で１時間混練（第１の混練時と第２の混練時とでの当該増粘剤以外の配合物中の配合物の配合割合の差は１重量％以下である）した後、ＫＦ４１０（メチルスチリル変性シリコーンオイル、信越シリコン（株）製）を１．５重量部加えさらに１６０℃で１時間混練し、水性ボールペン用インキフォロワー組成物を得た。

実施例２
モービルＳＨＦ１００３（基油、α−オレフィンオリゴマー、米国、モービル・ケミカル・プロダクト・インク製）を１０．０重量部、ルーカントＨＣ−４０（基油、エチレン−α−オレフィンコポリマー、三井石油化学工業（株）製）を７．０重量部、アエロジルＲ−９７４Ｄ（疎水性シリカ、日本アエロジル（株）製）を３．０重量部を混合（この時の増粘剤の配合量がこのときの配合組成物に対して１５重量％である）して、この配合物を８０℃にてプロペラ撹拌機で１時間混練した後、三本ロールミルで２回混練し、中間分散体Ｂを得た。中間分散体Ｂを２０．０重量部、モービルＳＨＦ１００３（基油、α−オレフィンオリゴマー、米国、モービル・ケミカル・プロダクト・インク製）を３８．０重量部、ルーカントＨＣ−４０（基油、エチレン−α−オレフィンコポリマー、三井石油化学工業（株）製）を４１．０重量部を混合し、プロペラ撹拌機で１６０℃で１時間混練（第１の混練時と第２の混練時とでの当該増粘剤以外の配合物中の配合物の配合割合の差は１０重量％以下である）した後、ＫＦ４１０（メチルスチリル変性シリコーンオイル、信越シリコン（株）製）を１．０重量部加えさらに１６０℃で１時間混練し、水性ボールペン用インキフォロワー組成物を得た。

比較例１
モービルＳＨＦ１００１（α−オレフィンオリゴマー、米国、モービル・ケミカル・プロダクト・インク製）を３０．０重量部、ルーカントＨＣ−１００（エチレン−α−オレフィンコポリマー、三井石油化学工業（株）製）２５．５重量部、ルーカントＨＣ−４０（エチレン−α−オレフィンコポリマー、三井石油化学工業（株）製）を３９．５重量部、アエロジルＲ−９７２（疎水性シリカ、日本アエロジル（株）製）を３．５重量部を混合し、プロペラ攪拌機で１６０℃で２時間混練した。その後ＫＦ４１０（メチルスチリル変性シリコーンオイル、信越シリコン（株）製）を１．５重量部加え１６０℃でさらに１時間混練し、水性ボールペン用インキフォロワー組成物を得た。

比較例２
モービルＳＨＦ１００１（基油、α−オレフィンオリゴマー、米国、モービル・ケミカル・プロダクト・インク製）を１８．５重量部、ルーカントＨＣ−４０（基油、エチレン−α−オレフィンコポリマー、三井石油化学工業（株）製）を１３．０重量部、アエロジルＲ−９７２（疎水性シリカ、日本アエロジル（株）製）を３．５重量部を混合（この時の増粘剤の配合量がこのときの配合組成物に対して１０重量％である）して、この配合物を８０℃にてプロペラ撹拌機で１時間混練した後、三本ロールミルで２回混練し、中間分散体Ｃを得た。中間分散体Ｃを３５．０重量部、モービルＳＨＦ１００１（基油、α−オレフィンオリゴマー、米国、モービル・ケミカル・プロダクト・インク製）を１．５重量部、ルーカントＨＣ−１００（基油、エチレン−α−オレフィンコポリマー、三井石油化学工業（株）製）を５０．０重量部、ルーカントＨＣ−４０（基油、エチレン−α−オレフィンコポリマー、三井石油化学工業（株）製）を１２．０重量部を混合し、プロペラ撹拌機で１６０℃で１時間混練（第１の混練時と第２の混練時とでの当該増粘剤以外の配合物中の配合物の配合割合の差は５２重量％である）した後、ＫＦ４１０（メチルスチリル変性シリコーンオイル、信越シリコン（株）製）を１．５重量部加えさらに１６０℃で１時間混練し、水性ボールペン用インキフォロワー組成物を得た。

比較例３
モービルＳＨＦ１００３（基油、α−オレフィンオリゴマー、米国、モービル・ケミカル・プロダクト・インク製）を１５．０重量部、ルーカントＨＣ−４０（基油、エチレン−α−オレフィンコポリマー、三井石油化学工業（株）製）を２．０重量部、アエロジルＲ−９７４Ｄ（疎水性シリカ、日本アエロジル（株）製）を３．０重量部を混合（この時の増粘剤の配合量がこのときの配合組成物に対して１５重量％である）して、この配合物を８０℃にてプロペラ撹拌機で１時間混練した後、三本ロールミルで２回混練し、中間分散体Ｄを得た。中間分散体Ｄを２０．０重量部、モービルＳＨＦ１００３（基油、α−オレフィンオリゴマー、米国、モービル・ケミカル・プロダクト・インク製）を３３．０重量部、ルーカントＨＣ−４０（基油、エチレン−α−オレフィンコポリマー、三井石油化学工業（株）製）を４６．０重量部を混合し、プロペラ撹拌機で１６０℃で１時間混練（第１の混練時と第２の混練時とでの当該増粘剤以外の配合物中の配合物の配合割合の差は５３重量％である）した後、ＫＦ４１０（メチルスチリル変性シリコーンオイル、信越シリコン（株）製）を１．０重量部加えさらに１６０℃で１時間混練し、水性ボールペン用インキフォロワー組成物を得た。

これら実施例、比較例について、下記の試験を行った。結果を表１に示す。

試験１
実施例１、２及び比較例１〜３のインキフォロワー組成物を７０ｍｌのガラス瓶に入れ、５０℃の恒温槽に１ヶ月放置し、分離した油の量をメスシリンダーに移して測定した。

試験２
ぺんてる（株）製のステンレス製のボールペンチップ（ボール素材：超硬合金、ボール径：０．５ｍｍ）をペン先とするリフィル（製品符号ＫＦ−５）に、前記リフィルに使用しているインキと各実施例１、２及び比較例１〜３のインキフォロワー組成物を各インキフォロワー組成物に対し３０本ずつ充填した。このリフィルをぺんてる（株）製ボールペンハイブリッド（製品符号Ｋ１０５）に組み上げ、遠心機にて遠心力を加えてインキ中の気泡を脱気して、試験用ボールペンを作成した。組み上がったボールペンをペン先部が上になるようにして５０℃の恒温槽に１ヶ月間放置した後、目視にて油分がインク中に混入している本数を数えた。

試験３
試験２で評価し終えたサンプルをそのまま７ｃｍ／ｓｅｃの速度で６００ｍ螺旋筆記した。この時点で螺旋筆記を終了し、目視にてインキフォロワー組成物がインキ収容管に付着している長さを測定した。数値が小さいほどインキフォロワー組成物のインキ収容管に対する付着が少なく増粘剤の分散が高いといえる。尚、表中の結果は、試験２で作成したそれぞれ３０本の長さ合計とした。

試験４
試験３で筆記した筆記線の最初の1００ｍの筆跡を観察し、筆記線に不連続な部分や薄い部分が所々発生するようであれば、その長さを測定した。尚、表中の結果は、試験２で作成したそれぞれ３０本の長さの合計とした。

以上説明したように本発明の水性ボールペン用インキフォロワーの製造方法は、分散度を高くして、インキフォロワー組成物の離油や水性ボールペン用として使用したときも筆記に影響を及ぼさないものとすることができる。

Claims (3)

1. 少なくとも主媒体としての単独もしくは複数種の難揮発性有機液体及び／又は不揮発性有機液体を含有する基油と増粘剤とを混練してなる水性ボールペン用インキフォロワー組成物の製造方法において、前記フォロワー組成物の配合組成の一部の配合物を混練する第１の混練と配合物を追加して混練する第２の混練とを、第１の混練時の増粘剤の配合量がこのときの配合組成物に対して５重量％以上３０重量％以下とし、第２の混練時の増粘剤の配合量を第１の混練時の増粘剤の配合量未満とすると共に、増粘剤以外の配合物が単独の難揮発性又は不揮発性有機液体のみであるか、又は、増粘剤以外の配合物が複数種の難揮発性有機液体及び／又は不揮発性有機液体を含有する場合に、前記第１の混練時と第２の混練時とでの当該増粘剤以外の配合物中の配合物の配合割合の差が３０重量％以下である水性ボールペン用インキフォロワー組成物の製造方法。
2. 難揮発性有機液体及び／又は不揮発性有機液体が、少なくともα−オレフィンオリゴマー、エチレン−α−オレフィンコオリゴマー、パラフィン油、精製鉱油及びポリブテンより選ばれる一種又は二種以上の混合液体である請求項１に記載の水性ボールペン用インキフォロワー組成物の製造方法。
3. 前記増粘剤が、微粒子シリカである請求項１又は請求項２に記載の水性ボールペン用インキフォロワー組成物の製造方法。