TWI583747B - Water-based ink composition and water-based atomic pen - Google Patents

Description

水性油墨組成物及水性原子筆

本發明係關於水性油墨組成物及水性原子筆。

在用書寫用具而在紙面上形成描線時，若油墨組成物乾燥需要時間，則在描線形成後至乾燥之間就有油墨組成物轉印的疑慮，有難以認識由上述描線形成的文字等的狀況。因而，對藉由書寫用具而形成在紙面上的描線係要求優良的乾燥性。

在專利文獻1中，開示有包含矽系界面活性劑的水性油墨，其中記載著所得到的描線係在乾燥性等方面優良。在專利文獻2中，開示有包含交聯明膠的水性油墨，其中記載著所得到的描線係在乾燥性等方面優良。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平10-231451號公報

[專利文獻2]日本特開2000-103998號公報

另一方面，描線之乾燥性優良的書寫用具之油墨組成物係有在紙面上容易滲出，描線無意圖地變粗或是描線有模糊的傾向。

本發明係鑑於上述課題而為之，其目的為提供乾燥性優良，而且可形成滲出少的描線的水性油墨組成物，以及使用該組成物的水性原子筆。

本發明係提供一種水性油墨組成物，含有聚氧乙烯烷醚、水溶性有機溶劑、著色劑及水，上述聚氧乙烯烷醚之HLB值為12~15，上述聚氧乙烯烷醚具有碳數8~12之烷基。

藉由本發明之水性油墨組成物，則可使乾燥性與滲出之相反的特性併存。

上述聚氧乙烯烷醚之含有量係以水性油墨組成物全量作為基準，0.1~10質量%為理想。

上述水性油墨組成物係更含有磷酸酯為理想。而且，上述磷酸酯為聚氧乙烯烷醚磷酸酯，上述聚氧乙烯烷醚磷酸酯係具有碳數10以下之烷基為理想。

上述磷酸酯之含有量係以水性油墨組成物全量作為基準，0.05~5質量%為理想。

上述水性油墨組成物係有500~3000mPa‧s之黏度為 理想。

本發明另外提供一種水性原子筆，其為具備油墨收容構件及原子筆尖，上述水性油墨組成物係被收容在油墨收容構件。

藉由本發明，則可提供乾燥性優良，而且可形成滲出少的描線的水性油墨組成物，以及使用該組成物的水性原子筆。

10‧‧‧中芯

12‧‧‧水性油墨組成物

14‧‧‧油墨收容構件

16‧‧‧逆流防止體

18‧‧‧本體軸

20‧‧‧原子筆尖

24‧‧‧圓珠保持器

25‧‧‧接頭

26‧‧‧圓珠

28‧‧‧尾栓

100‧‧‧原子筆

[第1圖]第1圖為表示有關本發明的水性原子筆之一實施形態的模式剖面圖。

以下，按照必要參照圖面，同時詳細地說明關於本發明之合適的實施形態。

(水性油墨組成物)

本實施形態之水性油墨組成物係含有聚氧乙烯烷醚、水溶性有機溶劑、著色劑及水。

聚氧乙烯烷醚係具有碳數8~12之烷基。水性油墨組成物係藉由含有聚氧乙烯烷醚，成為可提高水性油墨組成物之向紙張之浸透性。上述碳數係8~10為理想。

聚氧乙烯烷醚係具體為以下述式(1)表示。

式中，R¹表示碳數8~12之烷基。藉由聚氧乙烯烷醚之烷基之碳數為8以上，可使描線之滲出變少。藉由聚氧乙烯烷醚之烷基之碳數為12以下，可提高水性油墨組成物之向紙張之浸透性。由同樣之觀點，上述烷基之碳數為8~10為理想。另外，上述烷基係支鏈狀為理想。作為如此的烷基，可舉出異癸基及乙基己基等。式中之n係可以HLB值進入後述範圍內的方式來選擇，例如5~20之整數。

聚氧乙烯烷醚之HLB(Hydrophile-Lipophile Balanae親水-親油-平衡)值為12~15。藉由HLB值為12以上，在水性油墨組成物中之聚氧乙烯烷醚之溶解安定性增加，可抑制描線之滲出。藉由HLB值為15以下，成為可提高水性油墨組成物之向紙面之浸透性。由同樣之觀點，上述HLB值係14~15為理想。

聚氧乙烯烷醚之含有量係以水性油墨組成物全量作為基準，0.1~10質量%為理想，0.5~2質量%為較理想。藉由聚氧乙烯烷醚之含有量為0.1質量%以上，有提高水性油墨組成物之向紙張之浸透性的傾向。另外，藉由聚氧乙烯烷醚之含有量為10質量%以下，有維持浸透性，同時可得到優良的溶解安定性的傾向。

作為水溶性有機溶劑，可舉出乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、乙二醇單甲基醚、甘油、吡咯啶酮、尿素、硫脲、乙烯尿素、山梨醇、甘露醇、蔗糖、葡萄糖、還原澱粉加水分解物及焦磷酸鈉等。水溶性有機溶劑之含有量係以水性油墨組成物全量作為基準，理想為1~30質量%，較理想為5~20質量%。

作為著色劑，可舉出染料及顏料。染料係水溶性染料為理想，例如直接染料、酸性染料及鹼性染料等。顏料係水分散性顏料為理想，例如有機顏料及無機顏料等。上述著色劑係可以單獨一種來使用，亦可組合二種以上來使用。

作為直接染料，例如可舉出染料索引(Color Index)(以下稱為C.I.)Direct Black 17，同19，同38，同154、C.I.Direct Yellow 1，同4，同12，同29、C.I.Direct Orange 6，同8，同26，同29、C.I.Direct Red 1，同2，同4，同13、C.I.Direct Blue 2，同6，同15，同78，同87等。

另外，作為酸性染料，可舉出C.I.Acid Black2，同31、C.I.Acid Yellow 3，同17，同23，同73、C.I.Acid Orange 10,C.I.Acid Red 13，同14，同18，同27，同52，同73，同87，同92、C.I.Acid Blue 1，同9，同74，同90等。

另外，作為鹼性染料，可舉出C.I.Basic Yellow2，同3、C.I.Basic Red 1，同2，同8，同12、C.I.Basic Violet 1,同3，同10、C.I.Basic Blue 5，同9，同26等。

作為水分散性顏料，如為可分散在水系媒體則無特別 限制，碳黑及金屬粉等之無機顏料、唑系、酞青系及喹吖酮系等之有機顏料及螢光顏料等。

本實施形態之水性油墨組成物係除了作為上述之成分之水溶液或水分散液或是所謂上述之成分以外，還含有水。水之含有量係以水性油墨組成物全量作為基準，理想為20~80質量%，較理想為40~80質量%。

本實施形態之水性油墨組成物亦可更含有磷酸酯。藉由水性油墨組成物含有磷酸酯，而有不損及描線之乾燥性，可得到優良的潤滑性的傾向。而且，藉由水性油墨組成物含有後述的特定之磷酸酯，而有可抑制描線滲出的傾向。

磷酸酯係以下述式(2)表示。

O=P(OR²)_p(OH)_3-p．．．(2)

式中，R²表示有機基。作為上述有機基，例如可舉出烷基及芳基等。上述烷基及芳基亦可更以烷氧基等取代。式中p為1~3之整數。

磷酸酯係聚氧乙烯烷醚磷酸酯為理想。又，在本說明書中，聚氧乙烯烷醚磷酸酯係即使具有聚氧乙烯烷醚之構造，也分類於磷酸酯。聚氧乙烯烷醚磷酸酯係以下述式(3)表示。

O=P[(OCH₂CH₂)_qOR³]_p(OH)_3-p．．．(3)

式中，R³表示碳數10以下之烷基。烷基之碳數係1~10為理想，6~10為較理想。式中之p為1~3之整數，q係以溶解安定性變為良好之方式適宜地選擇，例如2~10 之整數。藉由聚氧乙烯烷醚磷酸酯之R³之烷基之碳數為10以下，而有不損及描線之乾燥性，可抑制滲出的傾向。

在本實施形態之水性油墨組成物為含有磷酸酯的情況，磷酸酯之含有量係以水性油墨組成物全量作為基準，0.05~5質量%為理想，0.5~2質量%為較理想。藉由磷酸酯之含有量為0.05質量%以上，而有維持描線之乾燥性，同時可使潤滑性提高的傾向。另外，藉由磷酸酯之含有量為5質量%以下，而有維持潤滑性，同時可得優良的溶解安定性的傾向。

本實施形態之水性油墨組成物，除了上述之成分，亦可含有防銹劑、pH調整劑、增黏劑、防腐劑(防黴劑)、潤滑劑、染料溶解助劑及固著樹脂等之添加劑。

作為防銹劑，可舉出苯并三唑及其衍生物，甲苯并三唑、二環已基亞硝酸胺、二異丙基亞硝酸胺、硫代硫酸鈉、乙二胺四乙酸鹽、咪唑、苯并咪唑、皂素及二烷基硫脲等。防銹劑之含有量係以水性油墨組成物全量作為基準，理想為0.3~5質量%，較理想為0.5~3質量%。

作為pH調整劑，可使用碳酸鈉、磷酸鈉、氫氧化鈉及乙酸鈉等之無機鹽類，以及三乙醇胺及二乙醇胺等之水溶性之胺化合物等之有機鹼性化合物等。

作為增黏劑，可舉出天然系黃原膠、瓜爾膠、刺槐豆膠、鹿角菜膠、阿拉伯膠、龍鬚膠、海藻酸、明膠、寒天、酪蛋白、洋車前子膠、羅望子膠、合成系甲基纖維 素、乙基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、聚乙烯基吡咯啶酮、聚乙烯醇、聚乙烯甲基醚、聚丙烯酸鈉、羧乙烯聚合物等。這些藥劑係可單獨或組合2種以上來使用。增黏劑之含有量係以水性油墨組成物全量作為基準，理想為0.1~3質量%，較理想為0.2~1質量%。若該含有量超過3質量%，則水性油墨組成物之黏度變得過高，有筆尖變得容易堵塞的傾向。另一方面，若該含有量未達0.1質量%，則有水性油墨組成物之黏度低而有變得容易從筆尖前端發生漏墨的傾向。

作為防腐劑(防黴劑)可舉出酚、1,2-苯並異噻唑啉-3-酮之鈉鹽、苯甲酸鈉、去水醋酸鈉、山梨酸鉀、對羥苄酸丙酯及2,3,5,6-四氯-4-(甲基磺醯基)吡啶等。防腐劑之含有量係以水性油墨組成物全量作為基準，理想為0.1~5質量%，較理想為0.1~1質量%。

作為潤滑劑，可舉出油酸等之高級脂肪酸、具有長鏈烷基的非離子性界面活性劑、聚醚改質矽油、硫代亞磷酸三(烷氧基羰基甲酯)及硫代亞磷酸三(烷氧基羰基乙酯)等之硫代亞磷酸三酯、以及這些之金屬鹽、銨鹽、胺鹽、烷醇胺鹽等。潤滑劑之含有量係以水性油墨組成物全量作為基準，理想為0.3~5質量%，較理想為0.5~3質量%。

本實施形態之水性油墨組成物之黏度係在溫度25℃及剪切速度0.75s^-1下，500~3000mPa‧s為理想，1000~2000mPa‧s為較理想。藉由上述黏度為500mPa‧s以上，而有難以從筆尖前端發生漏墨，有描線之滲出變少 的傾向。另外，藉由上述黏度為3000mPa‧s以下，而有得到水性油墨組成物之向紙張之優良浸透性的傾向。

本實施形態之水性油墨組成物係將聚氧乙烯烷醚、水溶性有機溶劑、著色劑及水，按照必要磷酸酯或添加劑，使用例如溶解器、亨舍爾混合機及均質機等之攪拌機，進行混合而得。攪拌機之攪拌條件係無特別限制，但例如可使用溶解器攪拌機，以轉速100~1000rpm攪拌30~180分鐘，可得到各成分均勻分散的水性油墨組成物。

(水性原子筆)

第1圖係表示本實施形態之水性原子筆的模式剖面圖。在第1圖所示的原子筆100，水性油墨組成物12係被填充(收容)於油墨收容構件14內。在油墨收容構件14之一端係安裝原子筆尖20。此原子筆尖20係圓珠保持器24及藉由圓珠保持器24而被保持在可旋轉的圓珠26、接頭25而固定在油墨收容構件14。另外，在油墨收容構件14內，與原子筆尖20相反側，以與水性油墨組成物12相鄰的狀態收容有逆流防止體16。在此，逆流防止體16係以與水性油墨組成物12之間不產生間隙的方式配置。

另外，在原子筆100，藉由油墨收容構件14、接頭25、原子筆尖20、水性油墨組成物12及逆流防止體16而構成中芯10，此中芯10係被安裝在本體軸18，而且在本體軸18之後端(與原子筆尖20相反側之一端)裝上具有通氣孔的尾栓28。

以下，說明關於原子筆100之構成要素，但在水性油墨組成物12以外之構成中，可適用使用於通常的原子筆的一般性的構成。在水性油墨組成物12中，可使用有關上述實施形態的水性油墨組成物。

作為油墨收容構件14，可使用由聚丙烯、聚乙烯、聚對苯二甲酸二乙酯、尼龍、聚縮醛或是聚碳酸酯等之樹脂或金屬構成之物。另外，油墨收容構件14之形狀係不特別限制，例如可作成圓筒狀等之形狀。

逆流防止體16係具有使水性油墨組成物不流出的機能(防流出性)、或使水性油墨組成物不乾燥的機能(密栓性)等之物，可無特別限制地使用具有如此機能的一般周知之逆流防止體。有關的逆流防止體16係例如含有基油與增稠劑而構成。作為基油，可舉出礦物油、聚丁烯、矽油、甘油及聚烯烴基二醇等。另外，作為增稠劑，可舉出金屬皂系增稠劑、有機系增稠劑及無機系增稠劑等。

另外，在原子筆尖20朝向下方的情況，逆流防止體16係以不沈降至水性油墨組成物12中的方式，調整逆流防止體16之黏度或水性油墨組成物12與逆流防止體16之間之比重差。另外，逆流防止體16係作為與水性油墨組成物12不相溶的組成為理想。

作為本體軸18及尾栓28，例如可使用由聚丙烯等之塑膠材料所構成之物。

作為接頭25，可使用由聚丙烯、聚乙烯、聚對苯二甲酸二乙酯、尼龍、聚縮醛或是聚碳酸酯等所構成之物。

作為在接頭25及原子筆尖20的圓珠保持器24及圓珠26，可使用被運用在通常的原子筆之物。另外，圓珠26之直徑係0.3~1.2mm為理想。

具有上述的構成的實施形態之原子筆100，除了水性油墨組成物以外，係可藉由通常的原子筆等之製造方法來製造。

以上，說明關於本發明之水性油墨組成物及填充該水性油墨組成物的水性原子筆之合適實施形態，但水性油墨組成物及水性原子筆係不限定於上述實施形態。例如，上述實施形態之水性原子筆，可不具備本體軸18，油墨收容構件14亦可直接作為本體軸。而且，上述實施形態之原子筆，亦可以油墨收容構件14中之水性油墨組成物及逆流防止體係成為由後端(與原子筆尖20相反側之一端)加壓的狀態之方式而具有加壓機構。另外，上述實施形態之水性原子筆亦可不具備逆流防止體16。

[實施例]

以下，舉出實施例而具體地說明本發明，但本發明之範圍係不限定於此。

[水性油墨組成物之調製] (實施例1)

混合聚氧乙烯烷醚0.5質量份、磷酸酯1.0質量份、著色劑30.0質量份、防銹劑0.1質量份、pH調整劑0.5 質量份、增黏劑0.5質量份、水溶性有機溶劑15.0質量份及水52.4質量份，得到水性油墨組成物。

在聚氧乙烯烷醚，使用非離子EH208(日油公司製，聚氧乙烯-2-乙基己基-醚，HLB14.6)。在磷酸酯，使用PLYSURF A208F(第一工業製藥公司製，聚氧乙烯-2-乙基己基-醚磷酸酯)。在著色劑，使用WATER BLACK 191-L 15%sol(ORIENT化學工業公司製，黑色染料、15質量%水溶液)。在防銹劑使用甲苯并三唑。在pH調整劑使用三乙醇胺。在增黏劑係使用黃原膠。在水溶性有機溶劑係使用丙二醇。

(實施例2~4及比較例1~6)

除了將混合的材料之種類及量(質量份)依下述表1及表2所示來變更以外，以與實施例1相同的方式，得到實施例2~4及比較例1~6之水性油墨組成物。

將實施例1~4及比較例1~6之水性油墨組成物之組成及黏度彙整表示在表1及表2。表中之數值之單位，在無特別聲明的情況為質量份。另外，水性油墨組成物之黏度係在下述條件之測定值。

<黏度測定條件>

裝置：BROOKFIELD VISCOMETER DV-II+ Pro

溫度：25℃

旋轉數：0.1rpm(剪切速度0.75s^-1)

列舉於表1及表2中的化合物之細節係如以下所示。

非離子EH204：日油公司製，聚氧乙烯-2-乙基己基-醚，HLB11.5

非離子E205：日油公司製，聚氧乙烯油烯基醚，HLB9.0NOIGEN SD30：第一工業製藥公司製，聚氧乙烯異癸基醚，HLB10.1

NOIGEN SD80：第一工業製藥公司製，聚氧乙烯異癸基醚，HLB14.3

NOIGEN SD110：第一工業製藥公司製，聚氧乙烯異癸基醚，HLB15.5

DKS NL-50：第一工業製藥公司製，聚氧乙烯月桂基醚，HLB10.6

DKS NL-90：第一工業製藥公司製，聚氧乙烯月桂基醚，HLB13.4

DKS NL-180：第一工業製藥公司製，聚氧乙烯月桂基醚，HLB16.1

PHOSPHANOL RA600：東邦化學工業公司製，聚氧乙烯烷基(C6-10)醚磷酸酯

PLYSURF A210D：第一工業製藥公司製，聚氧乙烯烷基(C10)醚磷酸酯

DAIWA blue 300L 13%sol：DAIWA化成工業公司製，青色染料，13質量%水溶液。

[水性油墨組成物之評估]

在圖1所示的原子筆之油墨收容構件中，個別填充實 施例1~4及比較例1~6所得的水性油墨組成物，製作具有直徑0.5mm的圓珠的原子筆。同樣地，以實施例1~4及比較例1~6所得的水性油墨組成物，製作具有直徑0.7mm的圓珠的原子筆。使用所得的水性原子筆，進行對於水性油墨組成物的後述評估。將評估結果表示於表3。

(描線乾燥性)

在溫度25℃、濕度60%RH之環境下，在用上述水性原子筆手寫在優質紙上的書寫文字上，用市售的綿棒擦拭，測定在書寫後至水性油墨組成物成為不轉印到綿棒之時間。將水性油墨組成物變為不轉印之時間，依照下述基準評估，判斷描線乾燥性。

A：書寫後，水性油墨組成物變為不轉印之時間為2秒以下。

B：書寫後，水性油墨組成物變為不轉印之時間為超過2秒。

(描線滲出)

使用在不添加聚氧乙烯烷醚以外係以實施例1~4及比較例1~6同樣的方式而得到的水性油墨組成物，與上述相同，製作對應於個別實施例1~4及比較例1~6的參照用水性原子筆。使用來自各實施例及比較例之水性油墨組成物而得到的上述水性原子筆，及個別對應的上述參照用水性原子筆，在優質紙上以機械書寫方式畫直線，測定個別的 書寫線寬。機械書寫之荷重設為100g。將由各實施例及比較例之水性油墨組成物而得到的水性原子筆，以個別對應的參照用水性原子筆之書寫線寬相除的值(線寬比)來計算，用以下之基準評估描線滲出。

A：線寬比未達1.1，描線滲出小。

B：線寬比為1.1以上，描線滲出大。

由表3之評估結果，可確認在實施例1~4得到的水性油墨組成物係乾燥性優良而且可形成滲出少的描線。

[產業上之可利用性]

有關本發明的水性油墨組成物係適用於書寫用具、原子筆及噴墨等之印字用具，特別適合適用於原子筆。

10‧‧‧中芯

12‧‧‧水性油墨組成物

14‧‧‧油墨收容構件

16‧‧‧逆流防止體

18‧‧‧本體軸

20‧‧‧原子筆尖

24‧‧‧圓珠保持器

25‧‧‧接頭

26‧‧‧圓珠

28‧‧‧尾栓

100‧‧‧原子筆

Claims (7)

1. 一種原子筆用水性油墨組成物，其特徵為：含有聚氧乙烯烷醚、水溶性有機溶劑、著色劑及水，前述聚氧乙烯烷醚之HLB值為14~15，前述聚氧乙烯烷醚為具有碳數8~10之烷基。
2. 如請求項1所記載之水性油墨組成物，其中，前述聚氧乙烯烷醚之含有量係以水性油墨組成物全量作為基準，為0.1~10質量%。
3. 如請求項1或2所記載之水性油墨組成物，其係進一步含有磷酸酯。
4. 如請求項3所記載之水性油墨組成物，其中，前述磷酸酯係聚氧乙烯烷醚磷酸酯，前述聚氧乙烯烷醚磷酸酯係具有碳數10以下之烷基。
5. 如請求項3所記載之水性油墨組成物，其中，前述磷酸酯之含有量係以水性油墨組成物全量作為基準，為0.05~5質量%。
6. 如請求項1或2所記載之水性油墨組成物，其係具有500~3000mPa‧s之黏度。
7. 一種水性原子筆，係具備油墨收容構件及原子筆尖的原子筆，其特徵為：如請求項1~6中之任一項所記載之水性油墨組成物係被收容在前述油墨收容構件。