一种书写性能优化的中性笔墨水的制作方法

1.本发明专利技术方案属于墨水领域，尤其涉及一种中性笔墨水。


背景技术：

2.作为主流书写笔的中性笔，其墨水的稳定性和假塑性，分别决定了中性笔墨水的保存性能和书写性能。因此，为了提高中性笔墨水的稳定性和假塑性，人们尝试了多种的中性笔墨水体系。
3.目前，技术最成熟、工艺最完善的中性笔墨水体系是基于多糖作为增稠剂的墨水体系，例如中国专利《cn105524524b-一种用自分散型颜料色浆制备的中性墨水及其制备方法》中使用了属于多糖的黄原胶、瓜尔胶作为增稠剂、中国专利《cn105348916b-一种高分散性高触变性中性墨水及其制备方法》，采用属于多糖的纤维素类作为增稠剂。长时间状态下容易被微生物分解，引起性能劣化。为此，研究人员开始采用不易被分解的合成高分子，例如丙烯酸类和聚氨酯类作为增稠剂，如中国专利《cn109021697a-一种滑润颜料型中性墨水的制备方法》中，使用碱溶胀丙烯酸类增稠剂；中国专利《cn103333552b-一种颜料型中性墨水及其生产方法》中，使用聚醚聚氨酯缔合型增稠剂。丙烯酸、尤其是碱溶胀型丙烯酸作为增稠剂，因为本身的易燃和化学性质不稳定的缺点，限制了其在中性笔墨水中的应用。聚氨酯的化学性质稳定、不易燃烧、不易干燥硬化，但是缔合型聚氨酯树脂分子结构复杂、合成困难，并且在长时间静置后再进行书写时，剪切力作用下实现的缔和-解缔的平衡，会造成墨水粘度有所下降，导致在起始书写时因为墨水粘度较高、而发生书写不流畅。
4.如何将化学性质稳定的聚氨酯应用作中性笔墨水的增稠剂，以及如何改善聚氨酯作为增稠剂的中性笔墨水的书写性能（尤其是间歇书写性能），成为了中性笔墨水发展所需要解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明采用水溶性阴离子型的聚氨酯作为增稠剂，采用氨基醇作为分散剂，采用硫代葡萄糖苷、二氧化硅和氧化铝的组合作为改性剂，改善了墨水耐干燥性和间歇书写性能、墨水的保存和使用稳定性好。
6.技术方案本发明提供了一种书写性能优化的中性笔墨水，物料和重量组分组成包括：颜料色浆15.7～21.8份，增稠剂1.5～4.3份，分散剂7.2～13.5份，改性剂2.0～5.4份，成膜树脂6.8～10.7份，表面活性剂0.8～2.0份，杀虫灭菌剂0.1～0.2份，去离子水50.8～60.6份；增稠剂为聚氨酯；分散剂为氨基醇；改性剂为硫代葡萄糖苷、二氧化硅和氧化铝的组合；表面活性剂为醇醚类表面活性剂。
7.本发明采用采用水溶性阴离子型的聚氨酯作为增稠剂，优选脂肪族类聚氨酯，具体为ipdi、hdi、h12mdi和chdi聚氨酯。脂肪族类水溶性阴离子型的聚氨酯，具有耐候性好、紫外光照射不会黄变的特性，提高了书写后字迹的保存性能。
8.本发明采用氨基醇作为分散剂，氨基醇选自3-(甲胺基)-1-丙醇、l-苯丙氨醇、4-氨基-1-丁醇和4-(n-叔丁氧羰基氨基)-1-丁醇中的一种，优选4-氨基-1-丁醇。氨基醇的-n-基团或-oh基团可以和颜料色浆中的颜料颗粒表面存在的阴离子基团之间形成化学键，从而提高了墨水书写效果的耐渗色性，并提高了书写字迹色密度和均一性。
9.本发明采用硫代葡萄糖苷、二氧化硅和氧化铝的组合作为改性剂。硫代葡萄糖苷为脂肪族类的硫代葡萄糖苷，具体为萝卜硫苷或屈曲花苷中的一种。硫代葡萄糖苷，作为水溶性有机阴离子化合物。利用其带有的羟基团，与作为分散剂的氨基醇类，一起调节和优化墨水的表面张力，并提高了墨水体系的稳定性；另外，硫代葡萄糖苷还带有磺酸基团，可以与氨基醇的-n-基团或-oh基团之间可以形成化学键，提高了墨水书写效果的耐渗色性，从而提高了书写字迹色密度和均一性。在中性笔墨水中添加二氧化硅和低电荷密度、并且电荷对墨水的ph值敏感的氧化铝，可以获得改善的水相分离，同时保持良好的颜料色浆稳定性。并且，氧化铝和二氧化硅可以在静电相互作用下为中性笔墨水提供弹性成分以形成三维网络结构。这种具有弹性的三维网络结构，对于避免笔头处形成的防漏墨的薄膜在长时间未书写状态下变硬、并且在刚书写时字迹模糊的现象有积极的改善效果，有助于改善中性笔墨水长时间静置后的间歇书写性能。
10.本发明采用聚山梨醇酯作为成膜剂。聚山梨醇酯具有增粘抑制剂的作用，可以改善墨水体系的粘度，并提高墨水体系的稳定性。
11.本发明采用醇醚类作为表面活性剂，优选油基聚氧乙烯乙二醇醚。
12.墨水中加入油基聚氧乙烯乙二醇醚，可以有效控制了中性笔墨水的表面张力与书写纸张的表面张力接近，进而有效减缓书写墨水在书写后的堆积以及过快扩散而造成的字迹颜色不均匀；同时，进一步地使得书写字迹色彩稳定，没有明显的明暗色差。
13.本发明的杀虫灭菌剂为nuosept或bit-20中的一种。
14.本发明的颜料色浆为美国cabot公司生产的cab-o-jet系列颜料色浆或瑞士clariant公司生产的colanyl 100系列颜料色浆，优选clariant公司生产的colanyl 100系列颜料色浆，具体为colanyl yellow sgx 131、colanyl red fgr 131、colanyl blue a2r 131和colanyl black n131。
15.具体的实施方式实施例1黑色中性笔墨水ym-pk-01室温条件下，先在烧杯中加入12.6份的4-氨基-1-丁醇、以及24份的去离子水，然后依次加入3.8份ipdi聚氨酯、10.1份聚山梨醇酯、3.5份萝卜硫苷、0.4份二氧化硅和0.3份氧化铝，搅拌1.5 h，充分混合均匀后形成母液；再将母液、15.7份的colanyl black n131和 26.8份去离子水依次加入到搅拌釜中，然后加入0.2份的bit-20、2.0份的油基聚氧乙烯乙二醇醚，并搅拌2 h，混合均匀；升温至60℃，并搅拌3.5 h进行熟化，制得待处理液；将待处理液依次进行真空脱泡、高速离心过滤、收集滤液进行二次脱泡，最终制得黑色中性笔墨水ym-pk-01。
16.实施例2蓝色中性笔墨水ym-pb-01室温条件下，先在烧杯中加入13.5份的4-氨基-1-丁醇、以及25份的去离子水，然
后依次加入2.7份的hdi聚氨酯、9.6份聚山梨醇酯、3.2份屈曲花苷、0.3份二氧化硅和0.2份氧化铝，搅拌1.5h，充分混合均匀后形成母液；再将母液、19.6份的colanylbluea2r131和28.1份去离子水依次加入到搅拌釜中，然后加入0.1份的nuosept、1.6份的油基聚氧乙烯乙二醇醚，并搅拌2h，混合均匀；升温至60℃，并搅拌3.5h进行熟化，制得待处理液；将待处理液依次进行真空脱泡、高速离心过滤、收集滤液进行二次脱泡，最终制得蓝色中性笔墨水ym-pb-01。
17.实施例3红色中性笔墨水ym-pr-01室温条件下，先在烧杯中加入10.7份的4-氨基-1-丁醇、以及24份的去离子水，然后依次加入4.3份的h12mdi聚氨酯、10.7份聚山梨醇酯、4.4份屈曲花苷、0.5份二氧化硅和0.5份氧化铝，搅拌1.5h，充分混合均匀后形成母液；再将母液、21.8份的colanylredfgr131和28.6份去离子水依次加入到搅拌釜中，然后加入0.1份的nuosept、1.5份的油基聚氧乙烯乙二醇醚，并搅拌2h，混合均匀；升温至60℃，并搅拌3.5h进行熟化，制得待处理液；将待处理液依次进行真空脱泡、高速离心过滤、收集滤液进行二次脱泡，最终制得红色中性笔墨水ym-pr-01。
18.实施例4黄色中性笔墨水ym-py-01室温条件下，先在烧杯中加入7.2份的4-氨基-1-丁醇、以及24份的去离子水，然后依次加入1.5份的ipdi聚氨酯、6.8份的聚山梨醇酯、1.6份的屈曲花苷、0.2份的二氧化硅和0.2份的氧化铝，搅拌1.5h，充分混合均匀后形成母液；再将母液、17.4份的colanylyellowsgx131和36.6份去离子水依次加入到搅拌釜中，然后加入0.2份的bit-20、0.8份的油基聚氧乙烯乙二醇醚，并搅拌2h，混合均匀；升温至60℃，并搅拌3.5h进行熟化，制得待处理液；将待处理液依次进行真空脱泡、高速离心过滤、收集滤液进行二次脱泡，最终制得黄色中性笔墨水ym-py-01。
19.结果性能表征采用东莞博莱德公司生产的型号为bld-8032的书写画圆机、金峰纸业的80g工程绘图纸，根据《qb/t2625-2011中性墨水圆珠笔和笔芯》的具体要求，并采用《qb/t2625-2011中性墨水圆珠笔和笔芯》中的“笔头分类：细，笔头代码：f”的笔头（球珠直径d为：0.55mm≤d＜0.75mm），对本专利的实施例的墨水进行测试。
20.墨水的书写性能如表-1所示、墨水的间歇书写性能如表-2所示、墨水的保存性能如表-3所示。
21.表-1墨水的书写性能墨水序号书写性能ym-pk-01划线300m以上，线迹无明显变淡、断线现象，线条粗细均匀ym-pb-01划线300m以上，线迹无明显变淡、断线现象，线条粗细均匀ym-pr-01划线300m以上，线迹无明显变淡、断线现象，线条粗细均匀ym-py-01划线300m以上，线迹无明显变淡、断线现象，线条粗细均匀表-2墨水的间歇书写性能墨水序号间歇书写性能
ym-pk-01间歇24h，100mm内书写正常，线条粗细均匀ym-pb-01间歇24h，100mm内书写正常，线条粗细均匀ym-pr-01间歇24h，100mm内书写正常，线条粗细均匀ym-py-01间歇24h，100mm内书写正常，线条粗细均匀表-3墨水的保存性能墨水序号保存性能ym-pk-0148.5℃条件下保存10天，初写性能及书写性能正常ym-pb-0148.5℃条件下保存10天，初写性能及书写性能正常ym-pr-0148.5℃条件下保存10天，初写性能及书写性能正常ym-py-0148.5℃条件下保存10天，初写性能及书写性能正常由表-1可知，墨水的书写性能满足《qb/t2625-2011中性墨水圆珠笔和笔芯》的具体要求；由表-2可知，墨水的间歇书写性能满足《qb/t2625-2011中性墨水圆珠笔和笔芯》的具体要求；由表-3可知，墨水的保存性能满足《qb/t2625-2011中性墨水圆珠笔和笔芯》的具体要求。
22.本技术的中性笔墨水，改善了墨水耐干燥性和间歇书写性能、书写流畅、墨水的保存和使用稳定性好，适宜大规模地生产和推广。