专利名称：采用复配表面活性剂的炭黑中性墨水及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种炭黑中性墨水及其制备方法，具体地涉及采用复配表面活性剂的 炭黑中性墨水及其制备方法。
背景技术：
中粘度凝胶状水性颜料型墨水简称中性墨水，为中性笔的配套墨水。中性笔是圆 珠笔类产品中的新品种，因其书写流畅、字迹清晰、色泽好，且书写字迹耐水、耐晒、保存期 长等优异特点，深受国内外消费者的喜爱，市场占有率不断提高，所以中性墨水的需求量也 随之快速增加。中性墨水的粘度对其书写性能的影响很大。粘度太低，墨水书写流利，但会带来渗 透、字迹模糊和渗漏等问题；粘度太高虽可避免渗透及来自笔尖的墨水斑点和玷污，但容易 产生线条干涩和书写断线等问题。因此，将中性墨水的粘度调配在适宜范围并保持粘度的 稳定性成为制备性能优良中性墨水的关键。事实上，墨水在长期存放过程中往往会出现颜 料返粗和絮凝，表现为墨水在存放过程中粒径不断增大、粒度分布变得不均勻，最终导致颜 料沉淀和体系稠化等现象，这样也就直接造成了存放时间较长的中性墨水粘度增加过大， 使得中性笔书写线条干涩和书写断线。表面活性剂既有助于颜料颗粒的分散，防止颜料的絮凝沉降，又起着使墨水从书 写工具表面剥离下来的作用，同时还能改善墨水对笔头的浸润性，使出墨流畅，是中性墨水 的重要调配组分。本发明在发现单独添加0P、FS0、FSH、SMA、硬脂酸及其酯等表面活性剂时， 对墨水粘度的变化有着不同的影响，添加某些表面活性剂会使墨水的粘度随着存放时间的 延长呈现降低的变化趋势，而添加另外一些表面活性剂则会使墨水的粘度随着存放时间的 延长呈现升高的变化趋势。综上所述，本领域需要具有良好存储稳定性、书写手感佳的中性墨水。本发明基于 以上发现，提出将两种或两种以上表面活性剂复配使用的方案，达到改善中性墨水的稳定 性和书写性能的目的。
发明内容
本发明的目的在于获得一种采用复配表面活性剂的具有良好存储稳定性、书写手 感佳的炭黑中性墨水。本发明另一个目的在于提供一种采用表面活性剂复配来制备具有良好存储稳定 性、书写手感佳的炭黑中性墨水的方法。在本发明的第一方面，提供一种中性墨水，以墨水的总重量为100重量份计，包括 以下组分颜料色浆30-50重量份表面活性剂0.1-5重量份增稠流变调节剂0. 1-5重量份
溶剂
10-30重量份 0. 1-3重量份 0. 1-2重量份 20-40重量份pH调节剂防腐防霉剂去离子水 以墨水的总重量
以墨水的总重量为100重量份计，优选包括以下组分颜料色浆表面活性剂
35-45重量份 0. 2-3重量份 0. 2-4重量份 15-25重量份增稠流变调节剂溶剂pH调节剂防腐防霉剂去离子水
0. 2-1. 5重量份 25-37重量份。
0. 2-2. 5重量份在本发明的一个具体实施方式
中，所述色浆的颜料为炭黑，优选为高色素炭黑，色 浆中颜料炭黑的平均粒径为80-180nm。在本发明中，所用的表面活性剂为阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的复配 物，为选自以下的两种或两种以上组分的复配物壬基酚聚氧乙烯醚类(0P)、氟碳表面活 性剂(FSO、FSH)、苯乙烯一马来酸酐树脂铵盐溶液(SMA)、硬酯酸及其酯。在本发明的一个具体实施方式
中，增稠流变调节剂为天然胶类、聚氨酯类、聚丙烯 酸盐类、纤维素类等中的一种或几种，如黄原胶、瓜尔胶、改性聚氨酯增稠剂BYK-425、聚丙 烯酸铵盐乳液、羟甲基纤维素等。在本发明的一个具体实施方式
中，溶剂(也是润滑剂和保湿剂)为选自以下至少 两种或两种以上组分的混合物，醇类如异丙醇、异丁醇、叔丁醇、异戊醇、乙二醇、聚乙二 醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、丙三醇、季戊四醇、山梨醇、聚乙烯 醇；醇醚类如乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、二乙二醇醚、缩二乙二醇甲醚、缩二乙二醇乙醚。在本发明的一个具体实施方式
中，pH调节剂为无机碱如氨水、氢氧化钠、碳酸氢钠 等，有机胺类如乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺等。在本发明的一个具体实施方式
中，防腐防霉剂为五氯苯酚、五氯苯酚钠、苯并三氮 唑、2-(4_噻唑基)苯并咪唑、双硫代氨基甲酸酯等。在本发明的第二方面，提供中性墨水的制备方法，该方法包括如下步骤a.向反应装置中依次加入增稠剂、溶剂、防腐防霉剂、表面活性剂、PH调节剂、炭 黑色浆和去离子水；b.常温下搅拌2-8小时，使各组分混合均勻，静置；c.升温至40-80°C搅拌2-8小时，静置后离心得到中性墨水产品。
具体实施例方式本发明人经过广泛而深入的研究，获得一种中性墨水，在制备该中性墨水时，将两 种或两种以上不同类型的表面活性剂复配，改善了中性墨水的存储稳定性和书写性能。在 此基础上完成了本发明。本发明的原料均可以通过市售得到或者是通过常规的合成方法制备得到。
颜料色浆对本发明使用的颜料炭黑色浆没有特别的限制，只要稳定性和着色强度达到对颜 料色浆的要求即可。为了达到稳定性，颜料色浆的平均粒度不大于500nm，优选80-180nm。所述颜料色
浆是高色素炭黑。本发明的颜料色浆的用量为30-50重量份，优选35-45重量份，以中性墨水为100 重量份计算。表面活性剂表面活性剂既有助于颜料颗粒的分散，防止颜料的絮凝沉降，又起着使墨水从书 写工具表面剥离下来的作用，同时还能改善墨水对笔头的浸润性，使出墨流畅，是中性墨水 的重要调配组分。本发明人发现添加一些类型的表面活性剂会使墨水的粘度随着存放时间 的延长呈现降低的变化趋势，而另一些类型的表面活性剂则会使墨水的粘度随着存放时间 的延长呈现升高的变化趋势。基于以上发现，提出将两种或两种以上表面活性剂复配使用 的方案，达到改善中性墨水的稳定性和书写性能的目的。本发明使用不同类型的阴离子型和非离子型表面活性剂，优选将两种或两种以上 表面活性剂复配使用，所述表面活性剂为选自OP、FSO、FSH、SMA和硬脂酸及其酯中的两种 或两种以上组分的复配物。这类表面活性剂都能够商购得到。本发明将单独使用时会导致墨水粘度升高的表面活性剂，与单独使用时会导致墨 水粘度下降的表面活性剂复配，达到使墨水粘度稳定的目的。优选将两种或两种以上表面活性剂进行复配，在墨水体系中起到稳定墨水粘度， 改善各组分的分散性，提高中性墨水书写时的润湿和润滑性，因而能改善中性墨水的存储 稳定性和书写性能。本发明的表面活性剂的用量为0. 1-5重量份，优选0. 2-3重量份，以中性墨水为 100重量份计算。增稠流变调节剂本发明的增稠流变调节剂没有特别的限制，只要不对本发明的目的产生限制即可。较好地，所述增稠流变调节剂为天然胶类、聚氨酯类、聚丙烯酸盐类、纤维素类等 中的一种或几种，如黄原胶、瓜尔胶、改性聚氨酯增稠剂BYK-425、聚丙烯酸铵盐乳液、羟甲 基纤维素等。优选为黄原胶和聚丙烯酸铵盐乳液的混合物。本发明的增稠流变调节剂的用量为0. 1-5重量份，优选0. 2-4重量份，以中性墨水 为100重量份计算。溶剂本发明的溶剂没有特别的限制，只要不对本发明的目的产生限制即可。本发明的溶剂是选自以下的两种或两种以上组分的混合物，醇类如异丙醇、异 丁醇、叔丁醇、异戊醇、乙二醇、聚乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，3-丁二醇、1，4_ 丁 二醇、丙三醇、季戊四醇、山梨醇、聚乙烯醇；醇醚类如乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、二乙二醇 醚、缩二乙二醇甲醚、缩二乙二醇乙醚。优选丙三醇，山梨醇和聚乙二醇的混合物。本发明的溶剂的用量为10-30重量份，优选15-25重量份，以中性墨水为100重量份计算。pH调节剂本发明的pH调节剂没有特别的限制，只要不对本发明的目的产生限制即可。本发明的pH调节剂为无机碱如氨水、氢氧化钠或碳酸氢铵等，有机胺类如乙醇
胺、二乙醇胺或三乙醇胺等。本发明的pH调节剂的用量为0. 1-3重量份，优选0. 2-2. 5重量份，以中性墨水为 100重量份计算。防腐防霉剂本发明的防腐防霉剂没有特别的限制，只要不对本发明的目的产生限制即可。本发明的防腐防霉剂为五氯苯酚、五氯苯酚钠、苯并三氮唑、2-(4_噻唑基)苯并 咪唑、双硫代氨基甲酸酯等。优选苯并三氮唑和五氯苯酚的混合物。本发明的防腐防霉剂的用量为0. 1-2重量份，优选0. 2-1. 5重量份，以中性墨水为 100重量份计算。去离子水本发明的去离子水的用量为20-40重量份，优选25-35重量份，以中性墨水为100
重量份计算。中性墨水的制备方法a.向反应装置中加入增稠剂、溶剂、防腐防霉剂、表面活性剂、PH调节剂、炭黑色 浆和去离子水；b.常温下搅拌2-8小时，使各组分混合均勻，静置；c.升温至40-80°C搅拌2-8小时，静置后离心得到中性墨水产品。本发明的中性墨水具有以下特性1.配制的墨水长时间存放后粘度未发生明显变化，具有优异的存放稳定性；2.配制的墨水长时间存放后，颜料颗粒的粒度分布均勻，粒度变化小；3.由于粘度的稳定性好和粒度变化小且分布均勻，将墨水灌装在笔内后，笔在脱 帽状态下能在长时间(约3个月)存放后书写线条依然饱满、书写手感好；在60°C烘箱脱 帽放置15天后仍能正常书写。下面结合具体实施例进一步描述本发明。应理解这些实施例仅用于说明本发明而 不用于限制本发明的范围。除非另有定义或说明，本文所用的所有专业与科学用语与本领域技术人员所熟悉 的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。实施例1 本实施例为OP与FSO复配的实施方式。取黄原胶3克，丙三醇20克，1，2-丙二 醇20克，乙二醇丁醚10克，苯并三氮唑1克，OP与FSO复配表面活性剂1. 2克，三乙醇胺4 克，高色素炭黑色浆(粒度为108nm)90克，去离子水50. 8克加入三口烧瓶中，经过常温搅 拌4小时、60°C搅拌5小时、静置离心后即得到墨水成品。实施例2本实施例为表面活性剂OP与SMA复配的实施方式。取黄原胶3克，乙二醇10克， 丙三醇20克，二乙二醇醚10克，五氯苯酚钠1克，OP与SMA复配表面活性剂1. 8克，碳酸氢钠3克，高色素炭黑色浆(粒度为120nm) 80克，去离子水71. 2克加入三口烧瓶中，经过 常温搅拌3小时、70°C搅拌6小时、离心后即得到墨水成品。实施例3本实施例为表面活性剂OP、FSO及SMA复配的实施方式。取聚丙烯酸铵盐乳液6 克，1，3-丁二醇10克，1，3-丙二醇15克，乙二醇丁醚10克，五氯苯酚钠1克，OP与FSO和 SMA的复配表面活性剂1. 2克，三乙醇胺4克，高色素炭黑色浆(粒度为100nm)78克，去离 子水74. 8克加入三口烧瓶中，经过常温搅拌6小时、50°C搅拌3小时、离心后即得到墨水成品 ；对照例1取黄原胶3克，乙二醇20克，异丙醇20克，丙二醇丁醚10克，苯并三氮唑1克，单 一表面活性剂OP 2克，三乙醇胺4克，高色素炭黑色浆(粒度为110nm)90克，去离子水50 克加入三口烧瓶中，经过常温搅拌4小时、60°C搅拌4小时、离心后即得到墨水成品。对照例2取黄原胶3克，乙二醇15克，1，2_丙二醇15克，山梨醇10克，双硫代氨基甲酸酯 1克，单一表面活性剂FSO 0.4克，氨水4克，高色素炭黑色浆(粒度为110nm)80克，去离 子水71. 6克加入三口烧瓶中，经过常温搅拌3小时、50°C搅拌5小时、离心后即得到墨水成品O表1为按各实施例与对照例进行实施后制备的墨水性能测试结果。表1墨水的性能测试结果
编号粘度 mPa.s表面张 力 mN/m平均粒 径 nm60天后 粘度 mPa.s60天后平 均粒径 nm书写手感 及线条饱 满度实施例1250027.6132.12600134.3好实施例2250028.6137.22950140.2较好实施例3250028.0133.22700136.2好对照例1260029.3149.74200276.2较差对照例2270025.3152.11800167.6较差
权利要求
一种炭黑中性墨水，以墨水的总重量为100重量份计，包括以下组分颜料色浆 30 50重量份表面活性剂0.1 5重量份增稠流变调节剂0.1 5重量份溶剂 10 30重量份pH调节剂 0.1 3重量份防腐防霉剂0.1 2重量份去离子水 20 40重量份。
2.如权利要求1所述的炭黑中性墨水，以墨水的总重量为100重量份计，包括以下组分颜料色浆35-45重量份表面活性剂0. 2-3重量份增稠流变调节剂0. 2-4重量份溶剂15-25重量份PH调节剂0. 2-2. 5重量份防腐防霉剂0. 2-1. 5重量份去离子水25-37重量份。
3.如权利要求1或2所述的炭黑中性墨水，其特征在于，所用的表面活性剂为阴离子表 面活性剂和非离子表面活性剂的复配物，为选自以下的两种或两种以上组分的复配物壬 基酚聚氧乙烯醚类、氟碳表面活性剂、苯乙烯_马来酸酐树脂铵盐溶液、硬酯酸及其酯。
4.如权利要求1或2所述的炭黑中性墨水，其特征在于，所述色浆的颜料为高色素炭 黑，所述颜料色浆的平均粒径为80-180nm。
5.如权利要求1或2所述的炭黑中性墨水，其特征在于，所述增稠流变调节剂选自以下 的一种或多种天然胶类、聚氨酯类、聚丙烯酸盐类、纤维素类。
6.如权利要求1或2所述的炭黑中性墨水，其特征在于，所述溶剂为选自以下的两种 或两种以上的混合物异丙醇、异丁醇、叔丁醇、异戊醇、乙二醇、聚乙二醇、1，2-丙二醇、1， 3_丙二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、丙三醇、季戊四醇、山梨醇、聚乙烯醇；乙二醇丁醚、丙 二醇丁醚、二乙二醇醚、缩二乙二醇甲醚、缩二乙二醇乙醚。
7.如权利要求1或2所述的炭黑中性墨水，其特征在于，所述pH调节剂为选自氢氧化 钠、碳酸氢钠、二乙醇胺、三乙醇胺、或氨水中的一种或多种。
8.如权利要求1或2所述的炭黑中性墨水，其特征在于，所述防腐防霉剂选自下组五 氯苯酚、五氯苯酚钠、苯并三氮唑、2-(4_噻唑基)苯并咪唑、或双硫代氨基甲酸酯。
9.一种炭黑中性墨水的制备方法和工艺如下在反应装置中依次加入增稠剂、溶剂、 防腐防霉剂、表面活性剂、PH调节剂、炭黑色浆、去离子水，常温下搅拌2-8小时，然后升温 至40-80°C搅拌2-8小时，静置后离心，得到成品。
全文摘要
本发明涉及一种采用复配表面活性剂的炭黑中性墨水及其制备方法。这种中性墨水主要由炭黑色浆、表面活性剂、增稠流变调节剂、溶剂(同时也是润滑剂和保湿剂)、pH调节剂、防腐防霉剂和去离子水等组分配制而成。各组分的质量百分含量为炭黑色浆30％-50％，表面活性剂0.1％-5％，增稠流变调节剂0.1％-5％，溶剂10％-30％，pH调节剂0.1％-3％，防腐防霉剂0.1％-2％，去离子水20％-40％。各组分按一定的顺序加料后，经过常温搅拌、升温搅拌、离心后得到成品中性墨水。本发明制得的中性墨水稳定性好，粒度分布均匀，具有非常优异的书写性能。
文档编号C09D11/16GK101899240SQ20091005188
公开日2010年12月1日 申请日期2009年5月25日 优先权日2009年5月25日
发明者丁保中, 刘众鑫, 包友根, 孙宗元, 蒋中南, 蔡利凤, 钱纪军, 陈爱平 申请人:华东理工大学;上海精细文化用品有限公司