一種水性納米顏料型中性筆墨水及其制備方法
一種水性納米顏料型中性筆墨水及其制備方法
Abstract
本發(fā)明涉及一種水性納米顏料型中性筆墨水及其制備方法，包括以下組分及重量百分含量：包括以下組分及重量百分含量：無樹脂型納米色漿20?40％，保濕劑10?30％，增稠劑0.1?3％，pH調(diào)節(jié)劑0.2?3％，消泡劑0.05?0.5％，潤滑劑0.1?3％，防銹劑0.2?2％，防腐劑0.2?2％，余下為去離子水；所述無樹脂型納米色漿的平均粒徑為100?250nm。制備為：將各組分充分攪拌混合均勻，脫泡即可。本發(fā)明通過采用無樹脂納米色漿使墨水具有良好的穩(wěn)定性、粘度適當、粒子細度均勻，書寫流暢，出墨均勻，不發(fā)花；色澤鮮艷，耐曬，耐水性強，長期存放質(zhì)量穩(wěn)定，不會出現(xiàn)分層、沉淀變質(zhì)等現(xiàn)象。制備采用砂磨機研磨，使顏料粒子粒徑達到納米級別，且操作簡單，工藝合理。
Description
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于精細化工領(lǐng)域，尤其涉及一種水性納米顏料型中性筆墨水及其制備方法。
背景技術(shù)
中性墨水具有書寫流暢，書寫手感舒適，字跡清晰，色澤感好，且書寫字跡耐水、耐曬、保存時間長等優(yōu)點，已迅速被廣大消費者所接受，市場份額已超過油性圓珠筆并呈快速增長趨勢，雖然我國已成為中性墨水筆生產(chǎn)第一大國，但迄今為止中性墨水筆所用墨水幾乎全部依賴進口，主要源自日本，美國，德國和韓國。
判斷中性墨水綜合性能的是流變學性能和穩(wěn)定性。流變學性能不僅與其增稠劑的種類、溶劑、溶液的濃度、電解質(zhì)強度、pH值、溫度等因素有關(guān)，而且與墨水調(diào)制過程中所使用的顏料色漿、各種助劑例如表面張力調(diào)節(jié)劑、pH調(diào)節(jié)劑、防腐劑和保濕劑等也有著密切關(guān)系。以上這些工藝參數(shù)、組分間的相容性及配合工藝等不僅能改變墨水的流變性能，而且直接影響墨水的穩(wěn)定性和綜合應(yīng)用性能。就是說，墨水配方技術(shù)是決定中性墨水關(guān)鍵因素。
目前國內(nèi)外大部分中性墨水中均有加聚合物水性樹脂來增墨水的存放時間，但是樹脂的存在會使中性墨水的粘性提高，流動性變差，出墨不暢，甚至無法正常書寫。
中性墨水中最常用的色料時顏料，顏料著色劑最大的優(yōu)點是耐水牢度和耐光牢度。但是目前顏色墨水因其具有顆粒尺寸，而影響其滲透性，同時極易分層沉淀，造成墨水穩(wěn)定性差而不能使用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種水性納米顏料型中性筆墨水及其制備方法以解決現(xiàn)有墨水粘度高、穩(wěn)定性差等問題。
為了實現(xiàn)上述的目的，采用如下的技術(shù)方案：
一種水性納米顏料型中性筆墨水，包括以下重量百分含量的組分：無樹脂型納米色漿20-40％，保濕劑10-30％，增稠劑0.1-3％，pH調(diào)節(jié)劑0.2-3％，消泡劑0.05-0.5％，潤滑劑0.1-3％，防銹劑0.2-2％，防腐劑0.2-2％，余下為去離子水；所述無樹脂型納米色漿的平均粒徑為100-250nm；所述無樹脂型納米色漿包括以下組分及重量百分含量：顏料20-40％，分散劑3-20％，表面活性劑0.5-3％，消泡劑0.1-0.3％，余下為溶劑；所述溶劑為有機溶劑和水的混合液，所述有機溶劑包括乙二醇、丙三醇、二甘醇、聚乙二醇中的一種或多種；所述有機溶劑和水的質(zhì)量比為1：4-12。
采用納米色漿可以提高色漿的穩(wěn)定性。無樹脂型納米色漿的平均粒徑為100-250nm時可以使中性墨水保持較高的穩(wěn)定性，而且粒徑小于筆芯，不會造成出墨不暢。當有機溶劑和水的質(zhì)量比為1：4-12時，無樹脂型納米色漿穩(wěn)定性好，色澤鮮艷，耐曬，耐水性強，墨水穩(wěn)定性好，長期存放質(zhì)量穩(wěn)定，不會出現(xiàn)分層、沉淀變質(zhì)等現(xiàn)象。
進一步的，所述增稠劑和所述潤滑劑的重量比為1：1。粘度是影響中性墨水的一個重要因素。潤滑劑的作用是減少筆頭中鋼珠的摩擦阻力。增稠劑與潤滑劑與無樹脂型納米色漿的重量比是很重要的，它們的比例會影響到整個墨水的穩(wěn)定性，當增稠劑和潤滑劑的重量比為1：1時整個墨水體系的穩(wěn)定性最高。加入防銹劑的主要作用是防止筆頭長時間接觸水性墨水生銹而影響筆頭的出墨情況導(dǎo)致書寫不暢。
進一步的，所述顏料、所述分散劑和所述表面活性劑的重量比為4：1：0.2。當處于這個比例時色漿穩(wěn)定性最高，長期存放質(zhì)量穩(wěn)定，不會出現(xiàn)分層、沉淀變質(zhì)等現(xiàn)象，書寫流暢，出墨均勻，不發(fā)花。
進一步的，所述增稠劑包括纖維素增稠劑、天然高分子及其衍生物、聚丙烯酸酯、締合型聚氨酯增稠劑中的一種或幾種混合；所述潤滑油劑包括高級脂肪酸系表面活性劑、磷酸系表面活性劑、聚硅氧烷系表面活性劑中的一種。優(yōu)選的本發(fā)明中增稠劑可選用甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、瓜爾膠、黃原膠、丙烯酸類增稠劑ASE60等其中的一種或幾種混合。選擇增稠劑與潤滑劑是要根據(jù)整個墨水體系來選擇合適的，因為要調(diào)整墨水到合適粘度就需要能將此墨水調(diào)整到需要的粘度的增稠劑，有些增稠劑增稠能力有限，可能增稠不到所需粘度，而且這個增稠劑和潤滑劑對整個配方的儲存穩(wěn)定性會有影響，只能通過長期實驗觀察比較看哪個增稠劑潤滑劑適于自己的配方體系。
進一步的，所述保濕劑包括乙二醇、丙二醇、丙三醇、二甘醇、聚乙二醇、聚甘油醚中的一種或幾種混合；所述防銹劑包括苯并三唑或甲基苯并三唑中的一種；所述防腐劑包括山梨酸鉀、苯甲酸鈉、咪唑類或季銨鹽中的一種或者多種混合。
進一步的，所述pH調(diào)節(jié)劑包括氨水、乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的一種或幾種混合；所述消泡劑包括機硅消泡劑和礦物油消泡劑中的一種或者多種。
進一步的，所述顏料為黑色顏料、紅色顏料或者藍色顏料中的一種。黑色顏料為炭黑，可為德固賽4#炭黑、6#炭黑、U炭黑，三菱MA-100、MA-7炭黑，卡博特炭黑M430、M570、M120、R660R等其中的一種；紅色顏料可為顏料紅HR(PR.254紅)，顏料紅112紅，顏料紅170紅，有機顏料紅(PR.48：2)，永固紅等其中的一種；藍色顏料主要為酞青藍顏料，可為顏料藍15:3、顏料藍15:2，酞青藍BGS等其中的一種。
進一步的，所述分散劑包括陰離子分散劑、非離子分散劑、超分散劑中的一種或幾種混合；所述分散劑包括陰離子分散劑、非離子分散劑、超分散劑中的一種或幾種混合；所述表面活性劑包括烷基酚聚氧乙烯醚、炔二醇表面活性劑、PE-100的一種或幾種混合。優(yōu)選的，分散劑可選用D-5040陰離子分散劑，TEGO740W、750W分散劑，BYK190，BYK182分散劑，德謙W30、W18、W519分散劑，超分散劑27000等其中的一種或幾種混合。
一種水性納米顏料型中性筆墨水的制備方法，主要包括以下步驟：
(1)先將分散劑溶于去離子水中，加入顏料，使之充分潤濕，然后加入表面活性劑、有機溶劑和消泡劑充分攪拌混合；
(2)將步驟(1)所得混合物加入砂磨機中研磨分散；
(3)出料過濾得到無樹脂型納米色漿；
(4)將步驟(3)所得無樹脂型納米色漿跟保濕劑、潤滑劑、消泡劑、防銹劑、防腐劑和部分去離子水充分攪拌混合均勻，然后加入增稠劑、pH調(diào)節(jié)劑和剩余去離子，調(diào)節(jié)粘度為在25℃下是1000-3000厘泊與pH為7-7.5。
其中步驟(1)使用的消泡劑種類跟步驟(4)使用的消泡劑可以相同，也可以不同。
進一步的，步驟(2)中的所述研磨球與所述混合物料的重量比為7：3；所述研磨球的粒徑為0.3-1um。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過采用無樹脂納米色漿和調(diào)控增稠劑與潤滑劑的重量比，使墨水具有良好的穩(wěn)定性、并保持適當?shù)恼扯饶Ｗ蛹毝染鶆?。本發(fā)明的中性墨水配方合理，書寫流暢，出墨均勻，不發(fā)花；色澤鮮艷，耐曬，耐水性強，墨水穩(wěn)定性好，長期存放質(zhì)量穩(wěn)定，不會出現(xiàn)分層、沉淀變質(zhì)等現(xiàn)象。本發(fā)明的制備采用砂磨機研磨，使顏料粒子粒徑達到納米級別，這樣制作的色漿穩(wěn)定性好且操作簡單，工藝合理，對墨水以后的穩(wěn)定性起到很大作用。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明作進一步地詳細描述。
實施例1
一種炭黑水性納米顏料型中性筆墨水，包括以下組分及重量百分含量：
其中黑色色漿的平均粒徑是100nm，主要包括以下組分及重量百分含量：
黑色色漿的制備方法包括以下步驟：
(1)先將分散劑BYK190溶于去離子水中，加入德固賽4#炭黑，使之充分潤濕，然后加入表面活性劑PE-100、乙二醇和消泡劑充分攪拌混合；
(2)按照研磨球與步驟(1)所得混合物料的重量比為7：3加入砂磨機中研磨分散；其中研磨球的粒徑為0.3um；
(3)出料過濾得到無樹脂型納米的黑色色漿。
上述炭黑水性納米顏料型中性筆墨水的制備方法為：將黑色色漿跟丙三醇、潤滑劑、消泡劑、苯并三唑、防腐劑和部分去離子水充分攪拌混合均勻，然后加入羧甲基纖維素鈉、三乙醇胺和剩余去離子，調(diào)節(jié)粘度為在25℃下3000厘泊與pH為7.5。
實施例2
一種紅色水性納米顏料型中性墨水，包括以下組分及重量百分含量：
其中黑色色漿的平均粒徑是250nm，包括以下組分及重量百分含量：
紅色色漿的制備方法包括以下步驟：
(1)先將分散劑DEGO740W溶于去離子水中，加入PR.254紅，使之充分潤濕，然后加入表面活性劑PE-100、丙二醇和消泡劑充分攪拌混合；
(2)按照研磨球與步驟(1)所得混合物料的重量比為7：3加入砂磨機中研磨分散；其中研磨球的粒徑為1um；
(3)出料過濾得到無樹脂型納米的紅色色漿。
上述紅色水性納米顏料型中性筆墨水的制備方法為：將紅色色漿跟二甘醇、潤滑劑、消泡劑、苯并三唑、防腐劑和部分去離子水充分攪拌混合均勻，然后加入ASE-60、三乙醇胺和剩余去離子，調(diào)節(jié)粘度為在25℃下1000厘泊與pH為7。
實施例3
一種藍色水性納米顏料型中性墨水，包括以下組分及重量百分含量：
其中藍色色漿的平均粒徑為200nm；包括以下組分及重量百分含量：
藍色色漿的制備方法包括以下步驟：
(1)先將分散劑BYK190溶于去離子水中，加入酞青藍BGS，使之充分潤濕，然后加入表面活性劑PE-100、丙二醇和消泡劑充分攪拌混合；
(2)按照研磨球與步驟(1)所得混合物料的重量比為7：3加入砂磨機中研磨分散；其中研磨球的粒徑為0.5um；
(3)出料過濾得到無樹脂型納米的藍色色漿。
上述藍色水性納米顏料型中性筆墨水的制備方法為：將藍色色漿跟聚乙二醇、潤滑劑、消泡劑、苯并三唑、防腐劑和部分去離子水充分攪拌混合均勻，然后加入ASE-60、三乙醇胺和剩余去離子，調(diào)節(jié)粘度為在25℃下2000厘泊與pH為7.2。
實施例4
一種藍色水性納米顏料型中性墨水，包括以下組分及重量百分含量：
其中藍色色漿的平均粒徑為200nm；包括以下組分及重量百分含量：
藍色色漿的制備方法包括以下步驟：
(1)先將分散劑BYK190溶于去離子水中，加入酞青藍BGS，使之充分潤濕，然后加入表面活性劑PE-100、丙二醇和消泡劑充分攪拌混合；
(2)按照研磨球與步驟(1)所得混合物料的重量比為7：3加入砂磨機中研磨分散；其中研磨球的粒徑為0.5um；
(3)出料過濾得到無樹脂型納米的藍色色漿。
上述藍色水性納米顏料型中性筆墨水的制備方法為：將藍色色漿跟聚乙二醇、潤滑劑、消泡劑、苯并三唑、防腐劑和部分去離子水充分攪拌混合均勻，然后加入ASE-60、三乙醇胺和剩余去離子，調(diào)節(jié)粘度為在25℃下2000厘泊與pH為7.2。
實施例5
一種藍色水性納米顏料型中性墨水，包括以下組分及重量百分含量：
其中藍色色漿的平均粒徑為200nm；包括以下組分及重量百分含量：
藍色色漿的制備方法包括以下步驟：
(1)先將分散劑BYK190溶于去離子水中，加入酞青藍BGS，使之充分潤濕，然后加入表面活性劑PE-100、丙二醇和消泡劑充分攪拌混合；
(2)按照研磨球與步驟(1)所得混合物料的重量比為7：3加入砂磨機中研磨分散；其中研磨球的粒徑為0.5um；
(3)出料過濾得到無樹脂型納米的藍色色漿。
上述藍色水性納米顏料型中性筆墨水的制備方法為：將藍色色漿跟聚乙二醇、潤滑劑、苯并三唑、消泡劑、防腐劑和部分去離子水充分攪拌混合均勻，然后加入ASE-60、三乙醇胺和剩余去離子，調(diào)節(jié)粘度為在25℃下2000厘泊與pH為7.2。
實施例6
一種藍色水性納米顏料型中性墨水，包括以下組分及重量百分含量：
其中藍色色漿的平均粒徑為200nm；包括以下組分及重量百分含量：
藍色色漿的制備方法包括以下步驟：
(1)先將分散劑BYK190溶于去離子水中，加入酞青藍BGS，使之充分潤濕，然后加入表面活性劑PE-100、丙二醇和消泡劑充分攪拌混合；
(2)按照研磨球與步驟(1)所得混合物料的重量比為7：3加入砂磨機中研磨分散；其中研磨球的粒徑為0.5um；
(3)出料過濾得到無樹脂型納米的藍色色漿。
上述藍色水性納米顏料型中性筆墨水的制備方法為：將藍色色漿跟聚乙二醇、潤滑劑、消泡劑、苯并三唑、防腐劑和部分去離子水充分攪拌混合均勻，然后加入ASE-60、三乙醇胺和剩余去離子，調(diào)節(jié)粘度為在25℃下2000厘泊與pH為7.2。
分別將按照實施例1-6的方法制備得到的水性納米顏料型中性墨水進行性能測試。該墨水可在高溫60℃環(huán)境下脫帽25天，低溫-20℃下存放7天后恢復(fù)室溫書寫正常。該墨水無毒，生產(chǎn)與使用安全性環(huán)保優(yōu)越。其中實施例6中性墨水的性能是最佳的。
將按照實施例1-6的方法制備得到的水性納米顏料型中性墨水和目前市場上銷售的晨光的中性墨水進行對比。對照組1、對照組2和對照組3分別是晨光的黑色、藍色和紅色中性墨水。灌裝0.6g墨水，68度傾角，以30dm/min的速度劃線，連續(xù)劃線長度比較如表1所示：
表1本實施例的中性墨水與晨光的中性墨水連續(xù)劃線長度的對比
| 樣品 | 連續(xù)劃線長度(m) |
| 對照組1 | 548 |
| 實施例1 | 632 |
| 對照組2 | 605 |
| 實施例2 | 756 |
| 對照組3 | 858 |
| 實施例3 | 837 |
| 實施例4 | 867 |
| 實施例5 | 855 |
| 實施例6 | 878 |
從表1中可以看出，本實施例1-6得到的水性納米顏料型中性墨水的流變學性能和穩(wěn)定性優(yōu)異。
以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
Claims (10)
Hide Dependent
Claims (10)
Hide Dependent
1.一種水性納米顏料型中性筆墨水，其特征在于，包括以下組分及重量百分含量：無樹脂型納米色漿20-40％，保濕劑10-30％，消泡劑0.05-0.5％，pH調(diào)節(jié)劑0.2-3％，增稠劑0.1-3％，潤滑劑0.1-3％，防銹劑0.2-2％，防腐劑0.2-2％，余下為去離子水；所述無樹脂型納米色漿的平均粒徑為100-250nm；所述無樹脂型納米色漿包括以下組分及重量百分含量：顏料20-40％，分散劑3-20％，表面活性劑0.5-3％，消泡劑0.1-0.3％，余下為溶劑；所述溶劑為有機溶劑和水的混合液，所述有機溶劑包括乙二醇、丙三醇、二甘醇、聚乙二醇中的一種或多種；所述有機溶劑和水的質(zhì)量比為1：4-12。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述水性納米顏料型中性筆墨水，其特征在于，所述增稠劑和所述潤滑劑的重量比為1：1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述水性納米顏料型中性筆墨水，其特征在于，所述無樹脂型納米色漿中所述顏料、所述分散劑和所述表面活性劑的重量比為4：1：0.2。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述水性納米顏料型中性筆墨水，其特征在于，所述增稠劑包括纖維素增稠劑、天然高分子及其衍生物、聚丙烯酸酯、締合型聚氨酯增稠劑中的一種或幾種混合；所述潤滑油劑包括高級脂肪酸系表面活性劑、磷酸系表面活性劑、聚硅氧烷系表面活性劑中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述水性納米顏料型中性筆墨水，其特征在于，所述保濕劑包括乙二醇、丙二醇、丙三醇、二甘醇、聚乙二醇、聚甘油醚中的一種或幾種混合；所述防銹劑包括苯并三唑或甲基苯并三唑中的一種；所述防腐劑包括山梨酸鉀、苯甲酸鈉、咪唑類或季銨鹽中的一種或者多種混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述水性納米顏料型中性筆墨水，其特征在于，所述pH調(diào)節(jié)劑包括氨水、乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的一種或幾種混合；所述消泡劑包括機硅消泡劑和礦物油消泡劑中的一種或者多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述水性納米顏料型中性筆墨水，其特征在于，所述顏料為黑色顏料、紅色顏料或者藍色顏料中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述水性納米顏料型中性筆墨水，其特征在于，所述分散劑包括陰離子分散劑、非離子分散劑、超分散劑中的一種或幾種混合；所述表面活性劑包括烷基酚聚氧乙烯醚、炔二醇表面活性劑、PE-100的一種或幾種混合。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述水性納米顏料型中性筆墨水的制備方法，其特征在于，主要包括以下步驟：
(1)先將分散劑溶于去離子水中，加入顏料，使之充分潤濕，然后加入表面活性劑、有機溶劑和消泡劑充分攪拌混合；
(2)將步驟(1)所得混合物加入砂磨機中研磨分散；
(3)出料過濾得到無樹脂型納米色漿；
(4)將步驟(3)所得無樹脂型納米色漿跟保濕劑、消泡劑、潤滑劑、防銹劑、防腐劑和部分去離子水充分攪拌混合均勻，然后加入增稠劑、pH調(diào)節(jié)劑和剩余去離子，調(diào)節(jié)粘度為在25℃下是1000-3000厘泊與pH為7-7.5。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述制備方法，其特征在于，步驟(2)中的所述研磨球與所述混合物料的重量比為7：3；所述研磨球的粒徑為0.3-1um。
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