中性笔用黑色墨水及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种中性笔用黑色墨水，由如下重量百分比的原料组成：碳黑色浆30％～40％，有机硅改性丙烯酸树脂乳液5％～30％，溶剂10％～30％，增稠剂0.3％～0.8％，pH调节剂1％～3％，润滑剂0.2％～2.0％，防锈剂0.3％～2.0％，防腐剂0.2％～2.0％，消泡剂0.02％～0.5％，去离子水余量。该墨水具有分散均匀，粘度适宜，体系稳定性高，耐高低温性好等优点；制成的中性笔书写流畅但不泄漏，笔的脱帽时间长，可在-20℃～60℃环境中正常书写。本发明专利技术还公开了该墨水的制备方法，具有过程易于控制，便于调节的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及墨水及其制备领域，具体涉及一种。
技术介绍
中性笔(即中性墨水笔)因其具有书写流畅润滑、字迹清晰、色泽好，而且速干、 不沾不透、耐水、耐晒、保存期长等优点，成为国际上最流行的一种书写工具。中性笔所使用的墨水粘度介于油性圆珠笔墨水的粘度(1000 20000mPa · s)与水性圆珠笔墨水粘度 (< IOmPa-s)之间，并具有良好的触变性，当中性笔用墨水储存于笔管中时，墨水处于高粘滞状态，防止墨水通过笔尖泄漏；书写时，笔头内的滚珠滑动时，产生的剪切力使墨水稀化， 粘度降低，从而墨水可以流过笔尖进行书写。我国为中性墨水笔生产第一大国，但迄今生产中性墨水笔所用的墨水几乎全部依赖进口，主要源于日本、韩国、美国和德国。国产的中性笔用墨水由于在稳定性、流畅性方面存在缺点，而无法大规模应用。但进口墨水与国内生产的笔头匹配性较差，而国内所生产的中性笔用墨水由于技术方面原因，还存在一些问题一、稳定性差，保质期短，经过长时间贮存，会出现分层、沉淀现象，书写时会出现断线、笔头堵塞等问题；二、耐温性差，温度变化时，墨水吐墨不均勻，容易发生漏墨或断线；三、脱帽时间短。黑色中性笔墨水所用的色素碳黑由于其结构的特殊性，原生粒径小，比表面积大， 颗粒之间有着极强的作用力，在水中没有自分散性，且研磨过程极易发胀，产生凝胶，是颜料中最难分散的品种之一，当碳黑颗粒不能做到足够细时，由于重力的原因而使墨水产生的分层、沉淀，从而造成堵塞笔头，而当颗粒小于500nm时，在水中的颗粒相互吸引，会倾向团聚，重新形成大颗粒，此时墨的形态极不稳定，因此，必须通过适当的表面处理、表面接枝或使用分散剂等方法才能使其稳定地分散于水中。中国专利ZL200610024695. 2中公开了一种中性墨水，包括如下组分A 水溶性染料0. 5 6克，B 分子量> 20万的聚丙烯酰胺1 8克，C 有机水溶性还原剂0. 5 4克， D 壬基酚聚乙氧基⑶醚1 6mL，E 去离子水100克；其中，水溶性染料包括酸性墨水蓝、酸性墨水黑；有机水溶性还原剂包括抗坏血酸、草酸、草酸钠。该中性墨水，可用于市场所销售的中性墨水笔的灌制，书写性能良好、可稳定保存；此外，该墨水灌装时可不使用液体浮塞酯，从而简化了灌装工艺。但其稳定性还有待进一步提高。中国专利ZL 200610028026. 2中公开了一种颜料碳黑中性笔墨水及其制备方法。 这种中性笔墨水的组份重量配比为碳黑色浆30% 40%，溶剂10 30%，增稠剂 5%，抑制挥发剂0. 5% 5%，pH调节剂 3%，润滑剂 2%，防锈剂0. 5% 2%， 防腐剂0.5^-2%,去离子水30 % 50 %。该中性笔墨水具有工艺简单，成本低廉，色泽鲜亮以及优良的书写性能，但其稳定性还有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术提供了一种具有很好的高低温稳定性和清晰度的中性笔用黑色墨水。本专利技术还提供了一种中性笔用黑色墨水的制备方法，该方法易于控制，便于调节。一种中性笔用黑色墨水，由如下重量百分比的原料组成碳黑色浆30% 40%， 有机硅改性丙烯酸树脂乳液5 % 30 %，溶剂10 % 30 %，增稠剂0. 3 % 0. 8 %，pH调节剂1 % 3%，润滑剂0.2% 2.0%，防锈剂0.3% 2.0%，防腐剂0.2% 2.0%，消泡剂 0. 02% 0. 5%，去离子水余量。所述的碳黑色浆的制备方法包括步骤(1)将阴离子分散剂溶于去离子水中，用氨水调节pH值为7. 5-9. 5，得到阴离子分散剂水溶液，再加入碳黑至阴离子分散剂水溶液中，混合至少0. 5小时使碳黑充分润湿，然后加入聚季铵盐阳离子，混合至少0. 5小时得到一次产物，完成一个双电层组装；(2)向步骤(1)的一次产物中重复交替加入阴离子分散剂和聚季铵盐阳离子多次，操作同步骤(1)，得到多次产物，完成多个双电层组装；(3)向步骤(1)的一次产物或步骤(2)的多次产物中加入阴离子型聚丙烯酸系研磨树脂及适量消泡剂，混合均勻后砂磨4小时 8小时，制得碳黑色浆；以单个双电层组装计，所述的阴离子分散剂的加入量为碳黑色浆质量的0. 3%，所述的聚季铵盐阳离子的加入量为碳黑色浆质量的0. 3% ；所述的碳黑的加入量为碳黑色浆质量的35% 45% ；所述的阴离子型聚丙烯酸系研磨树脂的加入量为碳黑色浆质量的5% 12%。按照前期研究结果，所述的阴离子分散剂和聚季铵盐阳离子的组装时间0. 5小时已经足够，可以实现聚电解质的吸附平衡。聚电解质的浓度不可太高，由于每一层组装完全后，并没有经过过滤步骤以除去未吸附的多余聚电解质，如果浓度太高，那么未吸附的聚电解质较多，在加入相反电荷的聚电解质后容易引起轻微沉淀，碳黑的加入量为碳黑色浆质量的35% 45% ；以单个双电层组装计，阴离子分散剂的加入量为碳黑色浆质量的 0. 3%，聚季铵盐阳离子的加入量为碳黑色浆质量的0. 3%，已经足够完全组装相应的碳黑比表面积，在此情况下，未吸附的聚电解质量很少，可以不需过滤直接加入相反电荷的聚电解质仍然不会弓I起沉淀。双电层的厚度可以通过组装的层数实现有效调节，向步骤(1)的一次产物中重复交替加入阴离子分散剂和聚季铵盐阳离子η次，完成η+1个双电层的组装膜结构。由于双电层间具有较大的排斥力，1-2个组装双电层结构对于碳黑的有效分散已经足够，更多的双电层结构并不能明显增加分散效果；其中，η为正整数。所述的混合采用搅拌混合的方式，搅拌速度优选为400 1000转/分钟。所述的阴离子分散剂选用聚苯乙烯磺酸钠、聚羧甲基纤维素钠、聚氧乙烯烷基醚硫酸盐、海藻酸钠、聚丙烯酸钠中的一种。所述的聚季铵盐阳离子选用聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基二甲基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基N-苄基，N，N-二甲基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基N-乙基， N，N- 二甲基溴化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基N- 丁基，N, N- 二甲基溴化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基N-十六烷基，N, N- 二甲基溴化铵中的一种。所述的阴离子型聚丙烯酸系研磨树脂具有较多的丙烯酸负电荷，在研磨过程中， 可以在最外层带正电的分散碳黑颗粒上有效吸附，进一步增加了双电层的排斥力，同时增加了碳黑颗粒与研磨树脂间的相容性，从而使研磨完全的碳黑细小颗粒稳定、均勻地悬浮在整个色浆体系中；可选用阴离子型聚丙烯酸系研磨树脂美国庄臣(Johnson) J678、阴离子型聚丙烯酸系研磨树脂罗门哈斯(Rohm&Haas)M-101等市售产品中的一种。所述的有机硅改性丙烯酸树脂乳液是非极性有机硅改性的丙烯酸树脂乳液。所述的非极性有机硅改性的丙烯酸树脂乳液可选用日本Nissin公司的NS-651、R-170EM、 FE-230N等市售产品中的一种。所述的增稠剂优选黄原胶、韦兰胶、黄芪胶、瓜尔胶、羟乙基纤维素、丙烯酸盐或丙烯酸酯类化合物的共聚物。墨水的粘度可根据不同笔尖的需求通过调节增稠剂的用量进行调节。所述的溶剂选用水溶性醇溶剂，优选乙醇、1-丙醇、2-丙醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、1，3_ 丁二醇、季戊二醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400、丙三醇、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚中的一种。中性笔用墨水多为弱碱性，其pH值一般为7 9，可通过pH调节剂来调节墨水的PH值。所述的pH本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种中性笔用黑色墨水，由如下重量百分比的原料组成：碳黑色浆３０％～４０％，有机硅改性丙烯酸树脂乳液５％～３０％，溶剂１０％～３０％，增稠剂０．３％～０．８％，ｐＨ调节剂１％～３％，润滑剂０．２％～２．０％，防锈剂０．３％～２．０％，防腐剂０．２％～２．０％，消泡剂０．０２％～０．５％，去离子水余量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴起，林贤福，吕德水，
申请(专利权)人：杭州华大海天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：86