本发明涉及一种水性白板笔墨水的制备方法，属于墨水材料
技术领域：
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背景技术：
：白板笔墨水是一种能在表面光滑、非吸附性板面(如白板、搪瓷、玻璃等表面)上书写的新型墨水，书写时，线条流畅、色泽鲜艳、无尘无味，墨迹可用普通软纸或干布擦除而不留痕迹，因而，广泛应用于办公、教学及其它领域。白板笔墨水是由溶剂、可溶性树脂、着色剂及多种助剂（如超分散剂、剥离剂、增塑剂、保湿剂）组成的均匀、稳定分散的液相体系。各种组分在墨水体系中作用不同，但对墨水的各项性能起着相辅相成的作用。墨水的主体成分是溶剂，其占墨水总成分的60-90%，用来分散着色剂和溶解其它组分，常选用的溶剂为酮、苯、酯及其醇类，如2-丁酮、甲基异丁基酮、甲苯、苯、乙酸乙酯、正丁酯、丁醇、乙醇。随着人们环保和健康意识的提高，选用溶剂应从无毒、价廉、挥发性适中等方面考虑，因此可选用毒性较低的低级醇类，特别是选用乙醇为溶剂的墨水得到了较快发展。树脂是在墨水中具有多重作用，有助于颜料均匀分散，改善墨水浸润能力，提高墨水成膜效果，调节墨水黏度大小，因此，对墨水的书写性能特别是可擦性的影响最大。常选用的树脂应与所选溶剂相溶性好，且黏度适中，如聚醋酸乙烯酯、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛等。其中聚乙烯醇缩丁醛最为常用，其属于弱黏性树脂，使墨水与书写板之间不会牢固粘结，故字迹容易被擦除。着色剂是墨水中最重要的组分，其大多是不溶于溶剂的染料或颜料，由于染料组分易结晶，书写不流畅，所以目前墨水的着色剂大多采用颜料，颜料有无机颜料和有机颜料之分，常用无机颜料有炭黑、二氧化钛、立德粉、氧化锌等，常用有机颜料有偶氮颜料，酞菁颜料、立索尔颜料、蒽醌颜料等。有机颜料具有耐水性、耐光性、着色度高和低毒性，所以墨水普遍使用有机颜料，其以颗粒状悬浮分散在溶剂中，不易沉淀，从而与其它组分形成均一稳定的分散体系。墨水中除了需要溶剂，树脂和着色剂三个主要成分之外，还必须添加相应助剂以改善墨水的整体性能。比如易写易擦是白板笔墨水的独有特性，要解决这些技术难题，就要求在墨水中辅配一些助剂，如可擦剂、增塑剂、超分散剂、乳化剂等。表面活性剂作为助剂的主要成分，能起到分散、润湿、增塑、乳化等作用，常用的表面活性剂有：非离子表面活性剂，如聚氧乙烯型、烷基醇酰胺型等；阴离子表面活性剂，如羧酸盐、磺酸盐等。不同表面活性剂组合使用往往具有增效作用，如非离子和阴离子表面活性剂合用，在颗粒之间能形成空间阻力，防止墨水中颜料颗粒下沉和絮凝。白板笔墨水的性能主要包括流畅性、色泽度、可擦性、稳定性等。墨水的流畅性直接影响墨水灌笔后书写时笔迹的连贯性、均匀性。墨水黏度大小是衡量墨水流畅性的一个指标，黏度过大，墨水灌笔速度慢，书写时笔尖下水慢甚至不出水；黏度过小，墨水灌笔时速度太快，书写时笔尖下水过快，导致字迹出现毛边。墨水的色泽度是指墨水灌笔后书写，字迹应色彩纯正，色泽鲜艳，经过一段长时间后不变淡，不褪色。可擦性是白板笔墨水的一个重要的性能指标，它是指字迹写在表面光滑的非吸附性硬质板上一段时间后，可用普通软纸或干布轻轻擦除，且不污板，不留影。稳定性也是白板笔墨水的一项重要的性能指标，它是指墨水存放在瓶中一段时间后，是否出现分层，或者墨水灌到笔中，一段时间后书写，笔迹颜色是否变淡，如果书写过的笔迹经过一段时间后褪色，也说明墨水的稳定性不好。白板笔墨水除了以上四项主要指标外，还可以通过观察墨水的干燥速度或者是否有刺激性气味等方面来判断一种墨水的优劣。相对于传统用具粉笔，白板笔书写流畅、环保安全、携带方便、用途广泛，适应办公和教学用品迅速发展和变革性趋势。白板笔墨水是一种易干擦，无灰尘的新型墨水，其书写后的笔迹在一定时间内可用普通软纸或干布擦除，且可以重复书写，因此白板笔墨水既具有书写功能，也具备可擦功能，更重要的是它克服了粉笔的粉尘污染，因此，白板笔墨水成为近年来研究的热点。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题：针对现有白板笔墨水书写流畅性不好的问题，提供了一种水性白板笔墨水的制备方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：（1）将改性超细炭黑、无水乙醇加入去离子水中，常温下以400～500r/min转速搅拌10～12min，得混合悬浮液；（2）将松香乳液、聚乙烯醇加入混合悬浮液中，在40～60℃的水浴条件下以600～800r/min转速搅拌20～30min，保温，得混合液；（3）将蔗糖、羧甲基纤维素、氯化钠、山梨糖醇脂肪酸酯、丙三醇加入混合液中，在40～60℃的水浴条件下以300～400r/min转速搅拌10～20min，再置于高剪切乳化机下以1600～1800r/min转速搅拌乳化1～2h，得乳化液；（4）将乳化液置于超声波分散机中，常温下超声分散40～60min，得水性白板笔墨水。所述的改性超细炭黑、松香乳液、聚乙烯醇、蔗糖、羧甲基纤维素、氯化钠、山梨糖醇脂肪酸酯、丙三醇、无水乙醇、去离子水的重量份为20～30份改性超细炭黑、12～18份松香乳液、8～12份聚乙烯醇、0.2～0.3份蔗糖、10～15份羧甲基纤维素、8～12份氯化钠、2～3份山梨糖醇脂肪酸酯、0.4～0.6份丙三醇、20～30份无水乙醇、40～60份去离子水。步骤（4）所述的超声分散的功率为300～400w。步骤（1）所述的改性超细炭黑的具体制备步骤为：（1）将过氧化氢溶液、硝酸加入无水乙醇中，常温下以120～160r/min转速搅拌混合10～12min，得混合醇溶液；（2）将超细炭黑加入混合醇溶液中，在50～60℃的水浴条件下以300～400r/min转速搅拌30～40min，得炭黑悬浮液；（3）将炭黑悬浮液置于超声波分散机中，常温下超声分散40～60min，得分散液；（4）将分散液置于离心机中，常温下以3500～4000r/min转速离心分离10～12min，取下层固体，用去离子水洗涤3～5次，置于60～80℃的烘箱中干燥1～2h，得改性超细炭黑。所述的超细炭黑、过氧化氢溶液、硝酸、无水乙醇的重量份为20～30份超细炭黑、10～15份质量浓度10%的过氧化氢溶液、8～12份质量浓度10%的硝酸、40～60份无水乙醇。步骤（3）所述的超声分散的功率为400～500w。步骤（2）所述的松香乳液的具体制备步骤为：（1）将十二烷基硫酸钠加入去离子水中，在80～100℃的条件下以200～240r/min转速搅拌20～30min，保温，得乳化剂溶液；（2）将天然松香树脂置于油浴锅中，在180～200℃的条件下加入30～40min，保温，得熔融松香树脂；（3）将乳化剂溶液缓慢加入熔融松香树脂，在180～200℃的油浴下以120～160r/min转速搅拌混合4～6min，降温至40～60℃，保温，得混合液；（4）将聚乙烯醇加入混合液中，置于高剪切乳化机下以1600～1800r/min转速搅拌10～20min，得松香乳液。所述的天然松香树脂、十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇、去离子水的重量份为20～30份天然松香树脂、4～6份十二烷基硫酸钠、2～3份聚乙烯醇、40～60份去离子水。步骤（3）所述的乳化剂溶液的加入时间为30～40min。本发明与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本发明以水和乙醇为溶剂、以改性超细炭黑为颜料，制备一种水性白板笔墨水，炭黑是在高温气相中生成，氧被化学吸附于炭黑表面，结合成含氧官能团，炭黑表面存在有机基团，氧原子在炭黑表面与碳原子形成结构，炭黑表面的含氧官能团对炭黑的性质影响显著，它影响着炭黑的理化性能、催化活性及电化学性能，表面的含氧官能团分为酸性基团，中性及碱性基团，由于其表面的含氧官能团、挥发份和极性较小，以及ph值在碱性的范围内，因此必须对其进行改性，采用氧化改性的方法，炭黑的非极性表面可以变成局部的极性表面，可以使炭黑表面的含氧极性官能团增多，减小炭黑颗粒间的吸附力，增大炭黑粒子与基质的结合力，从而提高炭黑粒子的分散稳定性，经硝酸和过氧化氢改性后的炭黑表面含氧基团含量明显增大，并且硝酸和过氧化氢对炭黑氧化后不会在炭黑中残留其它物质，是安全有效的氧化剂，以改性炭黑为颜料、以乙醇和水为溶剂制备的白板笔墨水安全无毒，无刺鼻气味，对人体几乎无害，并且不会腐蚀书写板；（2）本发明通过添加聚乙烯醇、松香乳液、蔗糖和山梨糖醇脂肪酸酯，制备一种水性白板笔墨水，松香乳液中含有松香树脂，可作为连结料，树脂具有相对分子量大、结构复杂等性质，对墨水制备工艺而言，由于在溶液中树脂分子可以紧密结合，在表面形成透明的膜层，树脂可以在墨水中作为成膜剂的主要材料，聚乙烯醇具有良好的成膜性，并且对人体几乎是无害的，接触皮肤不会造成伤害，且水溶性好，是一种无毒无异味的成膜剂，可以增强墨水在书写时的流畅性，蔗糖在墨水中不仅起到湿润着色剂表面的作用，还具有很好的相容性，可以对墨水起到良好的保湿作用，从而保证墨水长期的书写流畅性，山梨糖醇脂肪酸酯加入墨水中，墨水体系会改变表面活性剂的分子结构，而其分子结构的改变又可以促使墨水表面张力的降低，表面活性剂可以通过选择其分子中的亲水部分的结构，达到调节墨水表面张力的效果，从而有效提高墨水的书写流畅性。具体实施方式按重量份数计，分别称量20～30份天然松香树脂、4～6份十二烷基硫酸钠、2～3份聚乙烯醇、40～60份去离子水，将十二烷基硫酸钠加入去离子水中，在80～100℃的条件下以200～240r/min转速搅拌20～30min，保温，得乳化剂溶液，将天然松香树脂置于油浴锅中，在180～200℃的条件下加入30～40min，保温，得熔融松香树脂，将乳化剂溶液缓慢加入熔融松香树脂，加入时间30～40min，在180～200℃的油浴下以120～160r/min转速搅拌混合4～6min，降温至40～60℃，保温，得混合液，将聚乙烯醇加入混合液中，置于高剪切乳化机下以1600～1800r/min转速搅拌10～20min，得松香乳液，再按重量份数计，分别称量20～30份超细炭黑、10～15份质量浓度10%的过氧化氢溶液、8～12份质量浓度10%的硝酸、40～60份无水乙醇，将过氧化氢溶液、硝酸加入无水乙醇中，常温下以120～160r/min转速搅拌混合10～12min，得混合醇溶液，将超细炭黑加入混合醇溶液中，在50～60℃的水浴条件下以300～400r/min转速搅拌30～40min，得炭黑悬浮液，将炭黑悬浮液置于超声波分散机中，常温下以400～500w的功率超声分散40～60min，得分散液，将分散液置于离心机中，常温下以3500～4000r/min转速离心分离10～12min，取下层固体，用去离子水洗涤3～5次，置于60～80℃的烘箱中干燥1～2h，得改性超细炭黑，再按重量份数计，分别称量20～30份改性超细炭黑、12～18份松香乳液、8～12份聚乙烯醇、0.2～0.3份蔗糖、10～15份羧甲基纤维素、8～12份氯化钠、2～3份山梨糖醇脂肪酸酯、0.4～0.6份丙三醇、20～30份无水乙醇、40～60份去离子水，将改性超细炭黑、无水乙醇加入去离子水中，常温下以400～500r/min转速搅拌10～12min，得混合悬浮液，将松香乳液、聚乙烯醇加入混合悬浮液中，在40～60℃的水浴条件下以600～800r/min转速搅拌20～30min，保温，得混合液，将蔗糖、羧甲基纤维素、氯化钠、山梨糖醇脂肪酸酯、丙三醇加入混合液中，在40～60℃的水浴条件下以300～400r/min转速搅拌10～20min，再置于高剪切乳化机下以1600～1800r/min转速搅拌乳化1～2h，得乳化液，将乳化液置于超声波分散机中，常温下以300～400w的功率超声分散40～60min，得水性白板笔墨水。实施例1按重量份数计，分别称量20份天然松香树脂、4份十二烷基硫酸钠、2份聚乙烯醇、40份去离子水，将十二烷基硫酸钠加入去离子水中，在80℃的条件下以200r/min转速搅拌20min，保温，得乳化剂溶液，将天然松香树脂置于油浴锅中，在180℃的条件下加入30min，保温，得熔融松香树脂，将乳化剂溶液缓慢加入熔融松香树脂，加入时间30min，在180℃的油浴下以120r/min转速搅拌混合4min，降温至40℃，保温，得混合液，将聚乙烯醇加入混合液中，置于高剪切乳化机下以1600r/min转速搅拌10min，得松香乳液，再按重量份数计，分别称量20份超细炭黑、10份质量浓度10%的过氧化氢溶液、8份质量浓度10%的硝酸、40份无水乙醇，将过氧化氢溶液、硝酸加入无水乙醇中，常温下以120r/min转速搅拌混合10min，得混合醇溶液，将超细炭黑加入混合醇溶液中，在50℃的水浴条件下以300r/min转速搅拌30min，得炭黑悬浮液，将炭黑悬浮液置于超声波分散机中，常温下以400w的功率超声分散40min，得分散液，将分散液置于离心机中，常温下以3500r/min转速离心分离10min，取下层固体，用去离子水洗涤3次，置于60℃的烘箱中干燥1h，得改性超细炭黑，再按重量份数计，分别称量20份改性超细炭黑、12份松香乳液、8份聚乙烯醇、0.2份蔗糖、10份羧甲基纤维素、8份氯化钠、2份山梨糖醇脂肪酸酯、0.4份丙三醇、20份无水乙醇、40份去离子水，将改性超细炭黑、无水乙醇加入去离子水中，常温下以400r/min转速搅拌10min，得混合悬浮液，将松香乳液、聚乙烯醇加入混合悬浮液中，在40℃的水浴条件下以600r/min转速搅拌20min，保温，得混合液，将蔗糖、羧甲基纤维素、氯化钠、山梨糖醇脂肪酸酯、丙三醇加入混合液中，在40℃的水浴条件下以300r/min转速搅拌10min，再置于高剪切乳化机下以1600r/min转速搅拌乳化1h，得乳化液，将乳化液置于超声波分散机中，常温下以300w的功率超声分散40min，得水性白板笔墨水。实施例2按重量份数计，分别称量25份天然松香树脂、5份十二烷基硫酸钠、2份聚乙烯醇、50份去离子水，将十二烷基硫酸钠加入去离子水中，在90℃的条件下以220r/min转速搅拌25min，保温，得乳化剂溶液，将天然松香树脂置于油浴锅中，在190℃的条件下加入35min，保温，得熔融松香树脂，将乳化剂溶液缓慢加入熔融松香树脂，加入时间35min，在190℃的油浴下以140r/min转速搅拌混合5min，降温至50℃，保温，得混合液，将聚乙烯醇加入混合液中，置于高剪切乳化机下以1700r/min转速搅拌15min，得松香乳液，再按重量份数计，分别称量25份超细炭黑、12份质量浓度10%的过氧化氢溶液、10份质量浓度10%的硝酸、50份无水乙醇，将过氧化氢溶液、硝酸加入无水乙醇中，常温下以140r/min转速搅拌混合11min，得混合醇溶液，将超细炭黑加入混合醇溶液中，在55℃的水浴条件下以350r/min转速搅拌35min，得炭黑悬浮液，将炭黑悬浮液置于超声波分散机中，常温下以450w的功率超声分散50min，得分散液，将分散液置于离心机中，常温下以3750r/min转速离心分离11min，取下层固体，用去离子水洗涤4次，置于70℃的烘箱中干燥1h，得改性超细炭黑，再按重量份数计，分别称量25份改性超细炭黑、15份松香乳液、10份聚乙烯醇、0.2份蔗糖、12份羧甲基纤维素、10份氯化钠、2份山梨糖醇脂肪酸酯、0.56份丙三醇、25份无水乙醇、50份去离子水，将改性超细炭黑、无水乙醇加入去离子水中，常温下以450r/min转速搅拌11min，得混合悬浮液，将松香乳液、聚乙烯醇加入混合悬浮液中，在50℃的水浴条件下以700r/min转速搅拌25min，保温，得混合液，将蔗糖、羧甲基纤维素、氯化钠、山梨糖醇脂肪酸酯、丙三醇加入混合液中，在50℃的水浴条件下以350r/min转速搅拌15min，再置于高剪切乳化机下以1700r/min转速搅拌乳化1h，得乳化液，将乳化液置于超声波分散机中，常温下以350w的功率超声分散50min，得水性白板笔墨水。实施例3按重量份数计，分别称量30份天然松香树脂、6份十二烷基硫酸钠、3份聚乙烯醇、60份去离子水，将十二烷基硫酸钠加入去离子水中，在100℃的条件下以240r/min转速搅拌30min，保温，得乳化剂溶液，将天然松香树脂置于油浴锅中，在200℃的条件下加入40min，保温，得熔融松香树脂，将乳化剂溶液缓慢加入熔融松香树脂，加入时间40min，在200℃的油浴下以160r/min转速搅拌混合6min，降温至60℃，保温，得混合液，将聚乙烯醇加入混合液中，置于高剪切乳化机下以1800r/min转速搅拌20min，得松香乳液，再按重量份数计，分别称量30份超细炭黑、15份质量浓度10%的过氧化氢溶液、12份质量浓度10%的硝酸、60份无水乙醇，将过氧化氢溶液、硝酸加入无水乙醇中，常温下以160r/min转速搅拌混合12min，得混合醇溶液，将超细炭黑加入混合醇溶液中，在60℃的水浴条件下以400r/min转速搅拌40min，得炭黑悬浮液，将炭黑悬浮液置于超声波分散机中，常温下以500w的功率超声分散60min，得分散液，将分散液置于离心机中，常温下以4000r/min转速离心分离12min，取下层固体，用去离子水洗涤5次，置于80℃的烘箱中干燥2h，得改性超细炭黑，再按重量份数计，分别称量30份改性超细炭黑、18份松香乳液、12份聚乙烯醇、0.3份蔗糖、15份羧甲基纤维素、12份氯化钠、3份山梨糖醇脂肪酸酯、0.6份丙三醇、30份无水乙醇、60份去离子水，将改性超细炭黑、无水乙醇加入去离子水中，常温下以500r/min转速搅拌12min，得混合悬浮液，将松香乳液、聚乙烯醇加入混合悬浮液中，在60℃的水浴条件下以800r/min转速搅拌30min，保温，得混合液，将蔗糖、羧甲基纤维素、氯化钠、山梨糖醇脂肪酸酯、丙三醇加入混合液中，在60℃的水浴条件下以400r/min转速搅拌20min，再置于高剪切乳化机下以1800r/min转速搅拌乳化2h，得乳化液，将乳化液置于超声波分散机中，常温下以400w的功率超声分散60min，得水性白板笔墨水。对照例：东莞某公司生产的水性白板笔墨水。将实施例及对照例制备得到的水性白板笔墨水进行检测，具体检测如下：将墨水灌入白板笔中，5h后书写，观察笔迹的流畅性：观察墨水灌笔后书写时笔尖下水的快慢及其笔迹的连贯性、均匀性。流畅性好记为：a；流畅性一般记为：b；流畅性差记为：c。可擦性：将灌制的白板笔在白板上划5个连贯的直径为φ20mm～30mm的圆圈，常温下放置40天后，在线迹上用配套的海绵擦按正常用力擦拭，耐擦次数1次记为：a+，2-5次记为：a；6-10次记为：b；11-15记为：c。稳定性：使用评定变色用灰色样卡，将灌笔后在白板上书写的笔迹色泽和笔常温下放置40天后重新书写的色泽进行对照观察，5级记为：a+；4.5级记为：a；4级记为：a-；3.5级为：b+；3级记为：b；2.5级记为：b-；2级及2级以下记为：c。具体测试结果如表1。表1性能表征对比表检测项目实施例1实施例2实施例3对照例流畅性aaac可擦性aabb稳定性aaac由表1可知，本发明制备的白板笔墨水具有良好的流畅性、可擦性和稳定性。当前第1页12