专利名称：无树脂黑色中性墨水及其制备方法
技术领域：
本发明属于一种中性墨水，具体地说涉及一种适合用于圆珠笔的黑色中性墨水及其制备方法。
背景技术：
中性墨水笔(中性笔)是圆珠笔类产品中的新型品种，与传统的油性圆珠笔相比，问世时间虽还不长，但因中性墨水笔书写流畅，书写手感轻捷舒适，字迹清晰，色泽感好，且书写字迹耐水、耐晒，保存期长等特点，所以迅速被消费者所接受，并获广泛使用。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、美国与德国。
中性墨水系颜料微粒的悬浮液，由于固体颜料密度明显大于液体密度，故中性墨水实际上属不稳定体系，目前国外产品保质期仅为1年左右。为了提高中性墨水的稳定性，现有配方中均加有聚合物水性树脂，如聚丙烯酸水性树脂(美国专利技术，申请号09/947,191，US2002/0071709A1，配方中加有2wt.％的分子量范围5000-10000的丙烯酸树脂)，在一定程度上增加了墨水的存放时间，但由于所引入的聚合物树脂其本身或与体系存在的有机溶剂容易产生聚合与交联，树脂分子量随保存期的增加而不断增加，导致墨水粘性提高，流动性变差，从而导致中性笔久置后出墨不畅，甚至无法正常书写。
发明内容
本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种保存期长，墨水粘性稳定，流动性好的无树脂中性墨水及其制备方法。
本发明的无树脂黑色中性墨水，其原料重量份组成为炭黑6-14份、分散剂0.5-1份、润湿剂0.15-0.5份、聚乙烯吡咯烷酮1-6份、油酸(分子式C18H34O2)0.5-2份、水溶性低碳醇20-35份、苯骈三氮脞(分子式C6H5N3)0.05-0.5份、三乙醇胺(分子式N[CH2CH2OH]3)1-3份、防腐剂0.1-0.5份、增稠剂0.5-2份、去离子水55-68份。
如上所述的分散剂是AEC9-H水性分散剂(中国日用化学研究院)、SN-DISPERSANT 5040水性体系用分散剂(日本-圣诺普科有限公司)中的一种或两种。
如上所述的润湿剂是Dispersant PE-100通用型润湿剂(深圳海川化工科技有限公司)、SN-WET 992润湿剂(日本-圣诺普科有限公司)中的一种。
如上所述的水溶性低碳醇是聚乙二醇(分子式HO[CH2CH2O]nH)和丙二醇(分子式C3H8O2)、甘油(分子式C3H8O3)或二乙二醇(分子式C4H10O3)中的一种按重量份比为1-1.5∶1混合均匀而成的。
如上所述的聚乙二醇是平均分子量为200的聚乙二醇200、平均分子量为400的聚乙二醇400、平均分子量为600的聚乙二醇600中的一种或几种。
如上所述的聚乙烯吡咯烷酮(分子式[C19H31N3O3]n)是PVP-K15(相对分子量8×103)、PVP-K30(相对分子量4×104)中的一种或两种。
如上所述的防腐剂是SN-CIDE135(日本-圣诺普科有限公司)或SN-CIDE215(日本-圣诺普科有限公司)。
如上所述的增稠剂是HISOLD 206缔合型丙烯酸酯增稠剂(韩国-罗特斯株式会社)、HISOLD 105缔合型丙烯酸酯增稠剂(韩国-罗特斯株式会社)、RHEOLATE 430(美国海明斯)中的一种或几种。
本发明的制备方法包括如下步骤(1)首先将1-6份聚乙烯吡咯烷酮溶于等量的去离子水中，在60℃-80℃加热并搅拌0.5-1小时，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液；(2)由三乙醇胺与去离子水按重量份比1∶1-1.5配制成pH调节剂。
(3)增稠剂、去离子水与三乙醇胺按重量份比1∶8-18∶1混合后，搅拌使其溶胀至完全透明，得到中和的增稠剂；(4)将聚乙二醇和甘油、二乙二醇或丙二醇中的一种按重量份比1-1.5∶1配制成水溶性低碳醇；(5)按照分散剂0.5-1.0份、润湿剂0.15-0.5份、第一步制得的聚乙烯吡咯烷酮溶液、油酸0.5-2份、第四步制得的水溶性低碳醇、苯骈三氮脞0.05-0.5份、去离子水15-20份混合液搅拌形成均匀浆状物后加入炭黑6-14份捏合；(6)捏合后的浆状物置于高剪切乳化机剪切20-30分钟，转速控制在1500-4000转/分范围；(7)将高剪切后的物料置于砂磨机中连续研磨20-30分钟；(8)砂磨后加入第二步制得的pH调节剂、防腐剂0.1-0.5份、第三步制得的中和的增稠剂、去离子水20-30份搅拌20-30分钟形成流动的半胶体即可；(9)过滤、真空脱气即得中性墨水成品。
本发明制备的无树脂中性墨水优点是通过聚乙烯吡咯烷酮与水溶性低碳醇合理配合代替传统中性墨水所使用的丙烯酸类水性树脂，颜料分散均匀、体系稳定、粘流状态适宜且不随时间而发生变化，制成中性墨水笔书写流畅、保质期长。
具体实施例方式实施例1(1)首先将1份PVP-K30溶于等量的去离子水中，在60℃加热并搅拌0.5小时，得到PVP-K30溶液；(2)由1份三乙醇胺与1份去离子水配制成pH调节剂；(3)将2份增稠剂HISOLD 206用16份去离子水稀释后加入2份三乙醇胺，搅拌使其溶胀至完全透明，得到中和HISOLD 206；(4)取10份聚乙二醇200、10份丙二醇混合，制成水溶性低碳醇；(5)按照0.5份分散剂AEC9-H、0.15份润湿剂PE-100、第一步制得的PVP-K30溶液、0.5份油酸、第四步制得的水溶性低碳醇、0.05份苯骈三氮脞、20份去离子水配制成混合液，将其搅拌均匀形成浆状物后加入6份炭黑捏合；(6)捏合后的浆状物置于高剪切乳化机剪切20分钟，转速控制在1500转/分范围；(7)将高剪切后的物料置于砂磨机中连续研磨20分钟；(8)砂磨后加入第二步制得的pH调节剂、0.1份SN-CIDE13、第三步制得的中和HISOLD 206、30份去离子水，搅拌20分钟形成流动的半胶体即可；(9)过滤、真空脱气即得到中性墨水成品。产品性能指标见表1。
实施例2(1)首先分别将2份PVP-K30、1份PVP-K15溶于等量的去离子水中，在80℃加热并搅拌1小时，得到PVP-K30溶液和PVP-K15溶液；(2)由1份三乙醇胺与1份去离子配制成pH调节剂；(3)将0.5份增稠剂HISOLD 206用4份去离子水稀释后加入0.5份三乙醇胺，再将0.5份增稠剂HISOLD 105用9份去离子水稀释后加入0.5份三乙醇胺，搅拌使其溶胀至完全透明，得到中和的HISOLD 206和中和的HISOLD 105；(4)取15份聚乙二醇、15份丙二醇混合，制成水溶性低碳醇；(5)按照1份分散剂AEC9-H、0.5份润湿剂PE-100、第一步制得的PVP-K30溶液、PVP-K15溶液、2份油酸、第四步制得的水溶性低碳醇、0.5份苯骈三氮脞、15份去离子水配制成混合液，将其搅拌均匀形成浆状物后加入14份炭黑捏合；(6)捏合后的浆状物置于高剪切乳化机剪切30分钟，转速控制在4000转/分范围；(7)将高剪切后的物料置于砂磨机中连续研磨30分钟；(8)砂磨后加入第二步制得的pH调节剂、0.5份SN-CIDE135、第三步制得的中和的HISOLD 206和中和的HISOLD105、20份去离子水搅拌30分钟形成流动的半胶体即可；(9)过滤、真空脱气即得中性墨水成品。产品性能指标见表1。
实施例3(1)首先将6份PVP-K30溶于等量的去离子水中，在70℃加热并搅拌0.5小时，得到PVP-K30溶液；(2)由1份三乙醇胺与1份去离子配制成pH调节剂；(3)将0.5份增稠剂HISOLD 206用4份去离子水稀释后加入0.5份三乙醇胺，搅拌使其溶胀至完全透明，得到中和的HISOLD 206；(4)取10份聚乙二醇200、5份聚乙二醇400、10份甘油配制成水溶性低碳醇；(5)按照0.8份分散剂AEC9-H、0.3份润湿剂PE-100、第一步制得的PVP-K30溶液、1份油酸、第四步制得的水溶性低碳醇、1份苯骈三氮脞、15份去离子水配制成混合液，将其搅拌均匀形成浆状物后加入10份炭黑捏合；(6)捏合后的浆状物置于高剪切乳化机剪切25分钟，转速控制在2000转/分范围；(7)将高剪切后的物料置于砂磨机中连续研磨25分钟；(8)砂磨后加入第二步制得的pH调节剂、0.3份SN-CIDE135、第三步制得的中和的HISOLD206、30份去离子水搅拌25分钟形成流动的半胶体即可；(9)过滤、真空脱气即得中性墨水成品。产品性能指标见表1。
实施例4
(1)首先分别将4份PVP-K30、1份PVP-K15溶于等量的去离子水中，在70℃加热并搅拌50分钟，得到PVP-K30溶液和PVP-K15溶液；(2)由1份三乙醇胺与1份去离子配制成pH调节剂；(3)将0.5份增稠剂RHEOLATE430用4份去离子水稀释后加入0.5份三乙醇胺，搅拌使其溶胀至完全透明，得到中和的RHEOLATE 430；(4)取15份聚乙二醇200、15份甘油配制成水溶性低碳醇；(5)按照0.5份分散剂SN-DISPERSANT 5040、0.2份润湿剂SN-WET 992、第一步制得的PVP-K30溶液、PVP-K15溶液、2份油酸、第四步制得的水溶性低碳醇、0.4份苯骈三氮脞、20份去离子水配制成混合液，将其搅拌均匀形成浆状物后加入12份炭黑捏合；(6)捏合后的浆状物置于高剪切乳化机剪切20分钟，转速控制在3000转/分范围；(7)将高剪切后的物料置于砂磨机中连续研磨20分钟；(8)砂磨后加入第二步制得的pH调节剂、0.2份SN-CIDE135、第三步制得的中和的RHEOLATE 430、30份去离子水搅拌30分钟形成流动的半胶体即可；(9)过滤、真空脱气即得中性墨水成品。产品性能指标见表1。
实施例5(1)首先分别将4份PVP-K30、1份PVP-K15溶于等量的去离子水中，在65℃加热并搅拌45分钟，得到PVP-K30溶液和PVP-K15溶液；(2)由1份三乙醇胺与1份去离子配制成pH调节剂；(3)将增稠剂RHEOLATE 430和HISOLD 206各0.5份分别用4份去离子水稀释再加入0.5份三乙醇胺，搅拌使其溶胀至完全透明，得到中和的RHEOLATE 430和HISOLD 206；(4)取10份聚乙二醇400、5份聚乙二醇600、10份二乙二醇配制成水溶性低碳醇；(5)按照0.5份分散剂SN-DISPERSANT 5040、0.5份润湿剂SN-WET992、第一步制得的PVP-K30溶液、PVP-K15溶液、2份油酸、第四步制得的水溶性低碳醇、0.1份苯骈三氮脞、20份去离子水配制成混合液，将其搅拌均匀形成浆状物后加入10份炭黑捏合；(6)捏合后的浆状物置于高剪切乳化机剪切20分钟，转速控制在3000转/分范围；(7)将高剪切后的物料置于砂磨机中连续研磨20分钟；(8)砂磨后加入第二步制得的pH调节剂、0.2份SN-CIDE215、第三步制得的中和的RHEOLATE 430和HISOLD 206、30份去离子水搅拌20分钟形成流动的半胶体即可；(9)过滤、真空脱气即得中性墨水成品。产品性能指标见表1。
实施例6(1)首先将5份PVP-K30溶于等量的去离子水中，在80℃加热并搅拌50分钟，得到PVP-K30溶液；(2)由1份三乙醇胺与1份去离子配制成pH调节剂；(3)将0.5份增稠剂HISOLD 206用4份去离子水稀释后加入0.5份三乙醇胺，搅拌使其溶胀至完全透明，得到中和的HISOLD 206；(4)取20份聚乙二醇400、15份二乙二醇配制成水溶性低碳醇；(5)按照0.5份分散剂AEC9-H、0.5份分散剂SN-DISPERSANT 5040、0.15份润湿剂PE-100、第一步制得的PVP-K30溶液、1份油酸、第四步制得的水溶性低碳醇、1份苯骈三氮脞、15份去离子水配制成混合液，将其搅拌均匀形成浆状物后加入8份炭黑捏合；(6)捏合后的浆状物置于高剪切乳化机剪切25分钟，转速控制在2500转/分范围；(7)将高剪切后的物料置于砂磨机中连续研磨20分钟；(8)砂磨后加入第二步制得的pH调节剂、0.3份SN-CIDE215、第三步制得的中和的HISOLD 206、30份去离子水搅拌25分钟形成流动的半胶体即可；(9)过滤、真空脱气即得中性墨水成品。产品性能指标见表1。
实施例7(1)首先分别将2份PVP-K30、1份PVP-K15溶于等量的去离子水中，在60℃加热并搅拌1小时，得到PVP-K30溶液和PVP-K15溶液；(2)由1.5份三乙醇胺与1.5份去离子配制成pH调节剂；(3)将增稠剂RHEOLATE 430和HISOLD 206各0.5份分别用4份去离子水稀释再加入0.5份三乙醇胺，再将0.5份增稠剂HISOLD 105用7份去离子水稀释后加入0.5份三乙醇胺，搅拌使其溶胀至完全透明，得到中和的HISOLD 206、RHEOLATE 430和HISOLD 105；(4)取15份聚乙二醇200、15份丙二醇配制成水溶性低碳醇；(5)按照0.5份分散剂AEC9-H、0.15份润湿剂PE-100、第一步制得的PVP-K30溶液、PVP-K15溶液、1份油酸、第四步制得的水溶性低碳醇、0.5份苯骈三氮脞、15份去离子水配制成混合液，将其搅拌均匀形成浆状物后加入8份炭黑捏合；(6)捏合后的浆状物置于高剪切乳化机剪切30分钟，转速控制在4000转/分范围；(7)将高剪切后的物料置于砂磨机中连续研磨30分钟；(8)砂磨后加入第二步制得的pH调节剂、0.5份SN-CIDE215、第三步制得的中和的HISOLD 206、HISOLD 105和RHEOLATE 430、23份去离子水搅拌20分钟形成流动的半胶体即可；(8)过滤、真空脱气即得中性墨水成品。产品性能指标见表1表-1产品性能指标
权利要求
1.一种无树脂黑色中性墨水，其特征在于其原料重量份组成为炭黑6-14份、分散剂0.5-1份、润湿剂0.15-0.5份、聚乙烯吡咯烷酮1-6份、油酸0.5-2份、水溶性低碳醇20-35份、苯骈三氮脞0.05-0.5份、三乙醇胺1-3份、防腐剂0.1-0.5份、增稠剂0.5-2份、去离子水55-68份。
2.如权利要求1所述的一种无树脂黑色中性墨水，其特征在于所述的分散剂是AEC9-H水性分散剂、SN-DISPERSANT 5040水性体系用分散剂中的一种或两种。
3.如权利要求1所述的一种无树脂黑色中性墨水，其特征在于所述的润湿剂是Dispersant PE-100通用型润湿剂或SN-WET 992润湿剂。
4.如权利要求1所述的一种无树脂黑色中性墨水，其特征在于所述的水溶性低碳醇是聚乙二醇和丙二醇、甘油(或二乙二醇中的一种按重量份比为1-1.5∶1混合均匀而成的。
5.如权利要求4所述的一种无树脂黑色中性墨水，其特征在于所述的聚乙二醇是平均分子量为200的聚乙二醇200、平均分子量为400的聚乙二醇400、平均分子量为600的聚乙二醇600中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的一种无树脂黑色中性墨水，其特征在于所述的聚乙烯吡咯烷酮是PVP-K15、PVP-K30中的一种或两种。
7.如权利要求1所述的一种无树脂黑色中性墨水，其特征在于所述的防腐剂是SN-CIDE135或SN-CIDE215。
8.如权利要求1所述的一种无树脂黑色中性墨水，其特征在于所述的增稠剂是HISOLD 206缔合型丙烯酸酯增稠剂、HISOLD 105缔合型丙烯酸酯增稠剂、RHEOLATE 430中的一种或几种。
9.如权利要求1-8任一项所述的一种无树脂黑色中性墨水的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)首先将1-6份聚乙烯吡咯烷酮溶于等量的去离子水中，在60℃-80℃加热并搅拌0.5-1小时，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液；(2)由三乙醇胺与去离子水按重量份比1∶1-1.5配制成pH调节剂；(3)增稠剂、去离子水与三乙醇胺按重量份比1∶8-18∶1混合后，搅拌使其溶胀至完全透明，得到中和的增稠剂；(4)将聚乙二醇和甘油、二乙二醇或丙二醇中的一种按重量份比1-1.5∶1配制成水溶性低碳醇；(5)按照分散剂0.5-1.0份、润湿剂0.15-0.5份、第(1)步制得的聚乙烯吡咯烷酮溶液、油酸0.5-2份、第(4)步制得的水溶性低碳醇、苯骈三氮脞0.05-0.5份、去离子水15-20份混合液搅拌形成均匀浆状物后加入炭黑6-14份捏合；(6)捏合后的浆状物置于高剪切乳化机剪切20-30分钟，转速控制在1500-4000转/分范围；(7)将高剪切后的物料置于砂磨机中连续研磨20-30分钟；(8)砂磨后加入第(2)步制得的pH调节剂、防腐剂0.1-0.5份、第(3)步制得的中和的增稠剂、去离子水20-30份搅拌20-30分钟形成流动的半胶体即可；(9)过滤、真空脱气即得中性墨水成品。
全文摘要
一种无树脂黑色中性墨水的原料重量份组成为炭黑6－14份、分散剂0.5－1份、润湿剂0.15－0.5份、聚乙烯吡咯烷酮1－6份、油酸0.5－2份、水溶性低碳醇20－35份、苯骈三氮脞0.05－0.5份、三乙醇胺1－3份、防腐剂0.1－0.5份、增稠剂0.5－2份、去离子水55－68份。本发明具有颜料分散均匀、体系稳定、粘流状态适宜且不随时间而发生变化，制成中性墨水笔书写流畅、保质期长的优点。
文档编号C09D11/18GK1880392SQ200610012710
公开日2006年12月20日 申请日期2006年5月12日 优先权日2006年5月12日
发明者刘守军, 宋哲, 郝培志, 王建海 申请人:山西英可奥化工技术有限公司