JP6885809B2 - ボールペン用インキ組成物、およびそれを用いたボールペン - Google Patents
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例えば、潤滑剤として界面活性剤を用いたものとして、特許文献1ではフッ素系界面活性剤を用いたインキ組成物が、特許文献2ではフッ素系界面活性剤とシリコーン系界面活性剤を併用したインキ組成物が、特許文献3では、リン酸エステル系界面活性剤を用いたインキ組成物が開示されている。
また、特許文献4では潤滑剤としてN−アシルアミノ酸とN−アシルメチルタウリンを用いたインキ組成物なども開示されている。
しかしながら、特許文献1〜3のような界面活性剤を含んでなるインキ組成物は、含んでいない場合に比べて書き味が向上し、ボール座の摩耗を抑制することは可能であるが、十分とは言えず、更なる書き味と摩耗抑制の向上が望まれる。
また、特許文献4のインキ組成物においては、潤滑性能は向上できるものの、長期間のインキ経時保存安定性が保てない可能性があるなど、課題を有している。
本発明によるボールペン用インキ組成物(以下、場合により、インキ組成物と表す。)は、ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルと、着色剤と、溶媒と、を含んでなることを第一の特徴とする。以下、本発明によるインキ組成物を構成する各成分について説明する。
本発明のインキ組成物は、ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルを含んでなる。
前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルとは、下記式(1)で示されるリン酸エステルである。
R2は、OHまたはR1であり、R2=OHの場合にはモノエステル、R2=R1の場合にはジエステルを表す。本発明においては、モノエステル、ジエステルの混合物を用いても構わない。
これは、前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルは、リン酸基を有することから、金属に対する吸着力が高い。このため、前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルを含んでなる本発明のインキ組成物は、ボールとボール座に吸着され、ボールとボール座の間で潤滑油のように働くことができる。このため、ボールの滑らかな回転を維持することができ、ボールとボール座の摩耗を抑制することができることから、滑らかな書き味とともに良好な筆跡をもたらすことができると推測できる。さらに、前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルは、エチレンオキシド基を含んでなるアルキレンオキシド基と、スチリルフェニル基を構造中に含む。スチリルフェニル基は芳香環を複数有することから嵩高く大きな立体障害効果が期待できる。さらにスチリルフェニル基は芳香環以外にもエチレン二重結合を有する。このため、複数の芳香環とエチレン二重結合の両構造から平面相互作用によるスタッキング効果が期待できることから、他の芳香族基と比較してより安定な分子膜を形成する優れた効果を得ることができる。よって、前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルはスチリルフェニル基の相互作用によって、安定で強固な分子膜を形成するとともに、ボールとボール座に吸着されたインキ組成物の表面に十分な膜厚をもって安定に存在することができる。このため、ボールとボール座の間の潤滑性は優れ経時的にも安定に保持されると考えられる。
以上より、前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルを含んでなる本発明のインキ組成物は、潤滑性に優れたものとなり、ボール座の摩耗を効果的に抑制し、初期はもちろんのこと経時的にも滑らかな書き味と良好な筆跡を得ることが可能である。
これは、理由は定かではないが、下記のように推測する。前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルは、前述の通り、エチレンオキシド基を含んでなるアルキレンオキシド基と、二重結合をもつスチリルフェニル基を有し、一つの分子内に親水性部位と疎水性部位を有するものである。前記界面活性剤のスチリルフェニル基は複数の芳香環を有する疎水性部位として、顔料、無機粒子、樹脂粒子などの表面に吸着し、アルキレンオキシド基、リン酸基などの親水性部位は溶媒側へ配向することで安定し、顔料などの分散効果も得られる。さらには、スチリルフェニル基には芳香環以外にもエチレン二重結合を有しており、該エチレン二重結合は、単結合と比べて吸着力に優れるため、スチリルフェニル基を疎水性部位として有する前記界面活性剤は、顔料などをより安定に分散できると考えられる。特に、顔料や樹脂粒子に芳香環を構造中に有する場合、前記界面活性剤との間により強い相互作用が生じるため、更に良好な分散安定性が得られると考えられるため、好ましい。
尚、本発明における前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルのHLB値は、前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルを示す前記式(1)中のR1が示すHLB値であり、グリフィン法から算出される値である。尚、グリフィン法は、下記式によって算出される値である。
HLB値=20×(親水基の質量%)=20×(親水基の式量の総和/分子量)から求めることができる。
本発明で用いる着色剤は、特に限定されないが、ボールペン用インキ組成物に用いられる顔料、染料などを使用することができる。
これらの顔料および染料は、単独又は2種以上組み合わせて使用してもかまわない。
前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエ−テルリン酸エステルは、前述の通り、ボールとボール座の潤滑性を向上させることができるとともに、インキ分散性も向上させることができるため、本発明において、顔料とポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルを併用することは、発色良好で耐水性、耐光性に優れた良好な筆跡をもたらしながらも、滑らかな書き味で優れた分散安定性をもつインキ組成物を実現することが可能となるため、効果的である。
本発明に用いる溶媒は、従来の筆記具用水性インキ組成物や筆記具用油性インキ組成物に用いられる溶媒を使用することができる。
具体的には水が挙げられ、水としては特に制限なく、例えば、水道水、イオン交換水、限外ろ過水または蒸溜水などが挙げられる。
また、ポリエチレングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコール等の多価アルコール溶剤や、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテル等のグリコールエーテル溶剤、さらには、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ベンジルアルコール等のアルコール溶剤なども挙げられる。
これらを1種または2種以上を用いることが可能である。
また、前記水溶性有機溶剤においては、多価アルコール溶剤を選択して用いることが好ましい。
本発明においては、前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステル以外の潤滑剤としては、リン酸エステル系界面活性剤(ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルを除く)、脂肪酸塩、などが挙げられる。
前記脂肪酸塩としては、ラウリル酸、ミリスチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リシノール酸、リノール酸などのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩などが挙げられる。また、脂肪酸塩の炭素数は10〜30であることが好ましい。脂肪酸塩の炭素数が上記数値範囲内であれば、脂肪酸塩の潤滑効果を安定的に得ることができる。
また、前記脂肪酸の具体例としては、OSソープ、NSソープ、FR−14、FR−25(花王(株)製)等が挙げられる。
これらの前記リン酸エステル系界面活性剤、脂肪酸塩は、単独又は2種以上混合して使用してもよい。
また、本発明に用いる前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルは、疎水基であるスチリルフェニル基を有し、該スチリルフェニル基は樹脂粒子の表面との間に相互作用が生じやすく、良好な分散性が得られやすいことから、前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルは、樹脂粒子の分散性にも優れている。このため、上記の目的で樹脂粒子を添加した場合でも、インキ組成物の分散安定性は維持されることから、インキ流動性が低下したりせず、良好な筆跡と良好な書き味を得ることができる。
前記樹脂粒子としては、オレフィン系樹脂粒子、アクリル系樹脂粒子、ウレタン系樹脂粒子、スチレン−ブタジエン系樹脂粒子、スチレン−アクリロニトリル系樹脂粒子、ポリエステル系樹脂粒子、酢酸ビニル系樹脂粒子などが挙げられる。中でも、本発明においては、オレフィン系樹脂粒子を用いることが好ましい。
これは、前記オレフィン系樹脂粒子は溶融温度が高いため、高温環境下であっても安定して存在しやすく、高圧環境に合った場合でも、変形しやすく変性しにくいという特徴をもつ。このため、ボールとボール座の間に挟まれても安定しており、オレフィン系樹脂粒子によるクッション効果が得られやすく、書き味をさらに向上できるとともに、ボール座の摩耗も抑制することができるためである。さらには、オレフィン系樹脂粒子は書き味を損なうことなく、ペン先からのインキ漏れを効果的に抑制することができる。
よって、本発明において、前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルと、オレフィン系樹脂粒子とを併用することは、書き味とボール座の摩耗抑制をさらに向上し、さらにはペン先からのインキ漏れを抑制することができるため、効果的である。
尚、前記会合型増粘剤としては、会合性疎水性基によってポリエステル系、ポリエーテル系、ウレタン変性ポリエーテル系、ポリアミノプラスト系などの会合型増粘剤や、アルカリ膨潤会合型増粘剤、ノニオン会合型増粘剤などが挙げられる。
これらの剪断減粘性付与剤は、単独又は2種以上組み合わせて使用してもかまわない。
本発明によるインキ組成物は、従来知られている任意の方法により製造することができる。具体的には、前記各成分を必要量配合し、プロペラ攪拌、ホモディスパー、またはホモミキサーなどの各種攪拌機やビーズミルなどの各種分散機などにて混合し、製造することができる。
本発明のインキ組成物は、インキ収容筒の先端部にボールを回転自在に抱持したボールペンチップを有したボールペンに好適に用いることができる。
前記ボールの素材は、特に限定させるものではなく、超硬合金、炭化珪素、アルミナ、ジルコニア、ルビー、窒化珪素、樹脂などが挙げられる。特に、超硬合金は、タングステンカーバイドを主成分とし、Fe、Co、Niなどの鉄系金属を焼結したものであり、リン酸基が吸着しやすい。このため、前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルの潤滑効果がより一層得られやすい、ボールの素材として超硬合金を用いたボールペンに、本発明のインキ組成物は好適に用いることができる。
下記の配合組成および方法により、ボールペン用インキ組成物を得た。
・ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステル 5.0質量%
・着色剤 (カーボンブラック、固形分20%) 30.0質量%
・インキ粘度調整剤 (キサンタンガム(剪断減粘性付与剤)) 0.5質量%
・デキストリン (重量平均分子量:100000) 1.0質量%
・pH調整剤 (トリエタノールアミン) 2.0質量%
・防腐剤 (1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オン) 0.1質量%
・防錆剤 (ベンゾトリアゾール) 0.5質量%
・水溶性有機溶剤 (エチレングリコール) 5.0質量%
・水 残部
その後、上記作製したベースインキを加温しながら、インキ粘度調整剤を投入してホモジナイザー攪拌機を用いて均一な状態となるまで充分に混合撹拌した後、濾紙を用いて濾過を行い、実施例1のボールペン用インキ組成物を得た。
尚、得られたボールペン用インキ組成物の粘度をE型回転粘度計(機種:DV−II+Pro、ローター:CPE−42、ブルックフィールド社製)により、20℃環境下にて剪断速度1.92sec−1(回転数0.5rpm)の条件にてインキ粘度を測定したところ、2300mPa・sであった。
実施例2〜実施例6は、インキ組成物に含まれる成分の種類や配合量を表1において表される組成に変更した以外は、実施例1と同じ方法でボールペン用インキ組成物を得た。
比較例1〜比較例3は、インキ組成物に含まれる成分の種類や配合量を表2において表される組成に変更した以外は、実施例1と同じ方法でボールペン用インキ組成物を得た。
実施例1〜実施例6および比較例1〜比較例3で作製したボールペン用インキ組成物(1.0g)を、直径0.38mmの超硬合金製ボールを回転自在に抱持したボールペンチップを先端に有するインキ収容体の内部に充填させたレフィルを作製、このレフィルを(株)パイロットコーポレーション製のゲルインキボールペン(商品名:G−2)に装着し、ボールペンを得た。これらのボールペンを試験用ボールペンとし、以下の試験および評価を行った。尚、筆記性能試験は、筆記試験用紙としてJIS P3201 筆記用紙Aを用いた。
試験用ボールペンで、筆記試験用紙上に螺旋状の丸を連続筆記し、その時の書き味を官能試験により、また、得られた筆跡の状態を目視にて確認し、筆記性能を下記基準に従って評価した。得られた評価結果を表1〜表2にまとめた。
(書き味)
◎:極めて滑らかな書き味であった。
○:滑らかな書き味であった。
△:僅かに書き味が重く感じたが、実用上問題のないレベルであった。
×:重く、滑りが悪い書き味であった。
(筆跡)
◎:筆跡に線トビがなく良好な筆跡が得られた。
○:筆跡にわずかに線トビが見られるが、良好な筆跡が得られた。
△:筆跡に一部線トビが確認されるが、実用上問題のないレベルであった。
×:筆跡に線トビが多数確認され、連続筆記が不能能であった。
試験用ボールペンで、筆記試験用紙上に荷重100gf、筆記角度65°、4m/minの条件で、走行試験機にて機械筆記した後、ボール座の摩耗を測定し、耐摩耗性を下記基準に 従って評価した。得られた評価結果を表1〜表2にまとめた。
◎:ボール座の摩耗が25μm未満であった。
○:ボール座の摩耗が30μm未満であった。
△:ボール座の摩耗が35μm未満であった。
×:ボール座の摩耗が35μmを以上であった。
Claims (4)
- ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルと、着色剤と、溶
媒と、を含んでなり、前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルのHLB値が7以上であることを特徴とする、ボールペン用インキ組成物。 - 前記ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテルリン酸エステルの含有量が、前記ボールペン用インキ組成物の総質量を基準として、0.01質量%〜10質量%である、請求項1に記載のボールペン用インキ組成物。
- さらに、樹脂粒子を含んでなる、請求項1または2に記載のボールペン用インキ組成物。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載のボールペン用インキ組成物を収容してなることを特徴とする、ボールペン。
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