專利名稱：高光澤墨水及其制備方法
技術領域：
本申請公開了一種改進的高光澤墨水。更特別是，本申請公開了在可滲透的基質如彩色繪畫紙和用于彩色圖書的紙上提供高光澤或發光涂層的改進的高光澤墨水。
相關技術背景書寫工具是開發兒童書寫技巧以及開發他們的創造力的樞紐。為兒童設計的任何書寫工具的成功很大程度取決于兒童使用這些工具所花費的時間。為了延長使用的時間，墨水配方研制者已致力于在墨水中引入特別的效果以吸引兒童的注意力并培育他們的創造力和想象力。這些特別的效果通常包括光亮的顏色，熒光色，金屬色，閃光色，和變換顏色的墨水。
在這些特殊效果中，發光或高光澤墨水是最常見的。這些光澤或閃光墨水通常包括含有金屬顆粒或薄片的金屬顏料。具有金屬顏料的墨水例子可在JP10245517，JP10330671，JP11193362和JP01040263中找到。當這些墨水干燥后，顏料中的金屬顆粒或薄片留在紙張的上表面，從而提供一種發光或類似鏡面的表面。
然而，金屬顏料通常比其他顏料貴。在任何墨水配方中加入這些顏料會使墨水太貴以至于不能用在兒童產品中，其價格是消費者(即父母)購買決定的主導因素。
相反地，盡管費用，但優選金屬顏料用于賦予墨水高光澤或發光外觀，這是因為金屬薄片和顆粒能夠保留和聚集在紙基材的上面。換句話說，金屬薄片和顆粒不易被吸收，即使當紙張相對多孔的時候。兒童的藝術紙張，如彩色繪畫紙和彩色圖書紙張，趨于是非常多孔的，這導致吸收和滲出的程度高。
因此，有必要開發一種不使用昂貴的含金屬顏料的高光澤墨水，而且其可有效地用于常用于兒童藝術用品的便宜的、薄的、多孔的紙張上。
發明概述本發明提供賦予兒童墨水配方發光外觀或光澤外觀的另一種方式。具體而言，使用了光澤樹脂，其不會滲透入紙纖維。當含有樹脂的墨水沉積在紙張上面時，干燥后在紙張纖維上形成的樹脂層相對無隔斷，并形成相對連續、無針眼或無氣泡凹痕的樹脂膜。通過這種方法，保留了樹脂的原有光澤，從而賦予干燥后的墨水光澤或發光的外觀。
盡管在本申請中可以使用染料，但是使用顏料作為著色劑更有利。作為分散的和不溶的實體，顏料更易于隨樹脂保留在紙張的表面，不被吸入紙張中。如果顏料具有相對大的平均粒徑，這種抗吸收的能力就會提高。
使用本發明公開的墨水的另一個好處是，該墨水不易洇出。換句話說，寫在一張紙的一面上的圖案不易洇透(bleed through)紙張的厚度到另一面。當兒童使用劃線器(marker)給彩色圖書上色時這一點對于他們來說非常重要，通常這些圖書的紙張相對薄和多孔。使用本發明公開的墨水，兒童可以給彩色圖書頁的兩面上的圖畫上色，不會因顏料洇透或溢滿紙張而扭曲圖畫。
優選實施方式的詳細描述本發明公開的墨水含有著色劑和樹脂。
如上所述，本發明樹脂應當具有留在紙張基體或基材頂面，抗吸收的能力。可以實現該能力的樹脂是(1)成膜樹脂，(2)大粒徑或大平均分子量的大或(3)非常疏水的或這三個相關性質的任意組合。
首要的關鍵方面是樹脂形成膜的能力。成膜是指敷設在紙基材上時它的聚結能力，如果是彩色圖書或彩色繪畫紙，其可以相對多孔。為了獲得成膜狀態，具有高分子量的樹脂組分也是有利的。
已知高分子量樹脂是較不易滲透的。鏈大小的整個增長和隨之的鏈間纏結可以解釋這種不易滲透的行為。總之，可以使用分子量高于1000的樹脂。更優選，使用分子量超過10000的樹脂。這些樹脂的例子包括，但是不限于，VANCRYL 965(Air Product，Allentown，PA)和JONCRYL 98(S.C.Johnson &Sons，Racine，WI)。
除了高分子量，增加樹脂中一個或多個聚合物的疏水組分也將使樹脂不易滲透。增加極性樹脂的疏水組分將減少樹脂滲入紙基材。一種常見的樹脂是苯乙烯和丙烯酸的化學混合物。將苯乙烯單體結合入水溶性丙烯酸骨架中既增加其疏水性又增加其硬度，這兩者都使得樹脂聚結和保留在紙基材的上面。這種行為的例子在NEORESJN A-1093(NY)中可發現。苯乙烯和丙烯酸單體的摩爾比范圍從大約20∶1至大約1∶20。
除了有機樹脂，也可以使用無機樹脂。可適用的無機樹脂是那些以水溶液或可溶于水的固體存在，但干燥后變得不溶于水的樹脂。這種樹脂的例子之一是一種金屬鹽的硅酸鹽。PQ Corporation(PA)提供商標名稱為KASJL(硅酸鉀)和SILlCATE E的多種金屬鹽的硅酸鹽。
為了進一步提高樹脂的“浮力”或樹脂在紙張的表面聚結和形成膜的能力，優選顏料作為著色劑。當墨水在非常多孔的基材上書寫時也是如此。由于顏料是顆粒并是不溶的物質，因此它們可以用來形成用于樹脂的下層結構以浮動在多孔基材上。實質上，任何在分散介質中不反應或不溶解的顏料都可以被使用。該顏料可以是有機的或無機的。
適合的藍色顏料包括，但不限于，PALOMAR BLUE B-4810PB 15:3，PALOMAR BLUE B-4710PB 15:1，和PALOMAR BLUE B-4900顏料(均來自Bayer Corp.)；和SUNFAST BLUE 15:3濾餅和SUNFAST BLUE 15:3粉(來自Sun Chemical Corp.)。
適合的紅色顏料包括，但不限于，品紅顏料諸如QUINDO MAGENTARV-6828 Pigment Red 122，QUINDO MAGENTA RV-6831 Pigment Red 122濾餅，QUiNDO RED R-6713 PV 19，和QUINDO MAGENTA RV-6843 Pigment Red202顏料(均來自Bayer Corp.)；和SUNFAST MAGENTA 122和SUNFASTMAGENTA 202顏料(均來自Sun Chemical Corp.)。
適合的黃色顏料包括，但不限于，FANCHON FAST Y-5700PY 139和FANCHON FAST Yellow Y-5688C.I.Pigment Yellow 150顏料(來自BayerCorp.，Rock Hill，S.C.)；SUNBRITE YELLOW 14濾餅和SPECTRA PACYELLOW 83顏料(均來自Sun Chemical Corp.，Cincinnati，Ohio)；SANDORINYELLOW 6GL(來自Clariant Corp.，Charlotte，N.C.)；和IRGAZIN YELLOW2RLT PY 110，IRGAZIN YELLOW 2GLTN PY 109，IRGAZIN YELLOW 2GLTEPY 109，和IRGAZINYELLOW 3RLTNPY 110顏料(均來自Ciba Geigy)。
適合的綠色顏料包括，但不限于，銅酞菁綠顏料諸如PIGMENT GREEN 1，PIGMENT GREEN 2，PIGMENT GREEN 7，和PIGMENT GREEN 36，和它們的混合物。這些顏料來自Organic Pigment Corp.of Greensboro，NC和其它本領域技術人員熟知的來源。
紫色著色劑典型地包括喹吖啶顏料或苯并咪唑酮顏料。有用的紫色著色劑包括PIGMENT VIOLET 19，PIGMENT VIOLET 3，PIGMENT VIOLET 32，PIGMENT VIOLET 23，和它們的混合物。這些顏料來自Organic PigmentCorp.，Greensboro，NC和其它本領域技術人員熟知的來源。
橙色著色劑典型地包括β-萘酚顏料或萘酚紅顏料。本發明中有用的橙色著色劑包括PIGMENT ORANGE 5，PIGMENT RED 17，PIGMENT RED 188，PIGMENT ORANGE 62，PIGMENT RED 112，PIGMENT RED 255，PIGMENTRED 264，和PIGMENT RED 49:2，和它們的混合物。這些顏料來自OrganicPigment Corp.，Greensboro，NC和其它本領域技術人員熟知的來源。
色彩中也可以包括如同炭黑的黑色顏料，諸如SPECIAL BLACK 4，SPECIAL BLACK 5，SPECIAL BLACK 6，SPECIAL BLACK 4A，COLORBLACK FW 200，和COLOR BLACK FW2顏料(所有由Degussa Corporation ofRidgefield，N.J.制造)；RAVEN 1200炭黑，RAVEN 1170炭黑，RAVEN 3500炭黑，和RAVEN 5750炭黑顏料(所有均來自Columbian Chemical Corp.，Atlanta，Ga.)；MOGUL L炭黑和STERLING NS炭黑顏料(均來自Cabot Corp.，Boston，Mass.)；和CARBON BLACK MA-100顏料(來自Mitsubishi Kasei Corp.，Tokyo，Japan)。
然而，因為顏料在紙張上面作為涂層或膜而保留的能力取決于最終的粒徑時，所以優選具有較大粒徑的顏料。優選具有平均顏料尺寸至少0.1微米的顏料，更優選至少0.5微米，和甚至優選至少1微米。盡管干顏料是通常可得的，但為了實用目的和墨水制造的方便，可應用其它形式的商業可得的顏料預分散形式。可以以水濕濾餅形式使用的代表性的商業顏料包括HEUCOPHTHAL BlueBT-585-P，TOLUIDINE red Y(C.I.Pigment Red 3)，QUINDO Magenta(PigmentRed 122)，Magenta RV-6831濾餅(Mobay Chemical，Harmon Division，Haledon，N.J.)，SUNFAST.Magenta 122(Sun Chemical Corp.，Cincinnati，Ohio)，INDOBRILLIANT SCARLET(Pigment Red 123，C.I.No.71145)，TOLUIDINE Red B(C.J.Pigment Red 3)，WATCHUNG Red B(C.I.Pigment Red 48)，PERMANENTRUBINE F6B 13-1731(Pigment Red 184)，HANSA Yellow(Pigment Yellow 98)，DALAMAR Yellow YT-839-P(Pigment Yellow 74，C.I.No.11741，SUNBRITEYellow 17(Sun Chemical Corp，Cincinnati，Ohio)，TOLUIDINE Yellow G(C.I.Pigment Yellow 1)，PIGMENT Scarlet(C.I.Pigment Red 60)，AURIC Brown(C.I.Pigment Brown 6)，等。
黑色顏料，諸如炭黑，通常不以含水濾餅的形式提供。另一種形式的可適用的預分散顏料是溶劑中的顏料分散體。對水基墨水來說，水中的顏料分散體是經常使用的。這些分散體的例子包括Organic Pigment Corporation(Greensboro，SC)提供的ORASPERSE和ORAPAD系列，Clariant(Coventry，RI)提供的HOSTAFINE系列，Ciba(SC)提供的UNISPERSE系列，和BASF(Mt.Olive，NJ)提供的LUCONYL系列。
本領域熟知的其它任選的添加劑可以添加到墨水配方中以提高其性質或加工性能。這些添加劑包括，但是不限于，表面活性劑、消泡劑、抗微生物劑、粘度調節劑、抗結皮劑、分散劑、pH緩沖劑等等。
以下實施例可以幫助說明本發明公開的墨水的制備。應當理解這些實施例的給出僅是說明目的，不能用于限制本發明公開的范圍和主旨。
實施例1——紅色光澤墨水向39份NEORESIN BT-44，27份NEORESIN A 1093(均來自NeoResin，Wilmington，MA)，27份去離子水和0.4份SURFYNOL 440(Air Products，Allentown，PA)的攪拌均勻的混合物中，加入6.6份ORASPERSE NAPHTHOLRed 2(Organic Pigment Corporation，Greensboro，SC)。繼續混合30分鐘。取出2.0cc墨水并放入劃線器中。使用該光澤墨水制成彩色樣品。干燥后，使用光澤測量計(BYK)檢測彩色樣品的光澤，結果與使用同色常規水基墨水的劃線器的結果進行比較。
實施例2——黑色光澤墨水向39份NEORESIN BT-44，27份NEORESIN A 1093(均來自NeoResin，Wilmington，MA)，27份去離子水和0.4份SURFYNOL 440(Air Products，Allentown，PA)的攪拌均勻的混合物中，加入6.6份ECONOJET 101，(Wolstenbolme International，West Chicago，IL)。繼續混合30分鐘。取出2.0cc墨水并放入劃線器中。使用該光澤墨水制成彩色樣品。干燥后，使用光澤測量計(BYK)檢測彩色樣品的光澤，結果與使用同色常規水基墨水的劃線器的結果進行比較。
實施例3——藍色光澤墨水向39份NEORESIN BT-44，27份NEORESIN A 1093(均來自NeoResin，Wilmington，MA)，27份去離子水和0.4份SURFYNOL 440(Air Products，Allentown，PA)的攪拌均勻的混合物中，加入6.6份ORASPERSE BLUE 3GG43I7(Organic Pigmen Corporation，Greensboro，SC)。繼續混合30分鐘。取出2.0cc墨水并放入劃線器中。使用該光澤墨水制成彩色樣品。干燥后，使用光澤測量計(BYK)檢測彩色樣品的光澤，結果與使用同色常規水基墨水的劃線器的結果進行比較。
實施例4——紫色光澤墨水向39份NEORESIN BT-44，27份NEORESIN A 1093(均來自NeoResin，Wilmington，MA)，27份去離子水和0.4份SURFYNOL 440(Air Products，Allentown，PA)的攪拌均勻的混合物中，加入6.6份ORASPERSE Violet C-5119(Organic Pigment Corporation，Greensboro，SC)。繼續混合30分鐘。取出2.0cc墨水并放入劃線器中。使用該光澤墨水制成彩色樣品。干燥后，使用光澤測量計(BYK)檢測彩色樣品的光澤，結果與使用同色常規水基墨水的劃線器的結果進行比較。
表1-由常規水基墨水(來自三個制造商)和本發明公開的墨水形成的涂層光澤的比較
注釋1.通過將本發明公開的墨水涂層的光澤度除以三種已知的常規水基劃線器的墨水涂層(即Sanford Colorific Classic劃線器和兩種現有的劃線器)的平均光澤度來計算該提高度(％)。
如表1所示數據，實施例1-4的墨水制成的彩色樣品比相應的相似顏色的常規水基墨水呈現出了五至七倍的光澤。
公開了這些在多孔紙張上提供高光澤和不洇出的墨水，其使得兒童在彩色圖書的兩面上不費力的上色。這些公開的墨水沒有使用昂貴的金屬顏料就獲得了高光澤效果。不需要應用可估量的金屬顏料來獲得上述光澤測量讀數。
雖然僅闡述和描述了特定的實施方式，但對上述描述的替換實施方式和各種改變對于本領域技術人員是顯而易見的。這些和其它替換被認為是等同的并包括在本發明的主旨和范圍內。
權利要求
1.一種高光澤墨水，包含樹脂，著色劑，其中墨水中不含有可估量的金屬顏料。
2.如權利要求1所述的高光澤墨水，其中樹脂的分子量大于1000。
3.如權利要求1所述的高光澤墨水，其中樹脂的分子量大于10000。
4.如權利要求1所述的高光澤墨水，其中樹脂是疏水的。
5.如權利要求1所述的高光澤墨水，其中樹脂包含含有苯乙烯和丙烯酸單體單元的聚合物。
6.如權利要求5所述的高光澤墨水，其中苯乙烯和丙烯酸的比例范圍為大約20∶1至大約1∶20。
7.如權利要求1所述的高光澤墨水，其中樹脂包含硅酸鹽和金屬鹽。
8.如權利要求1所述的高光澤墨水，其中顏料的平均粒徑大于等于0.1μm。
9.如權利要求1所述的高光澤墨水，其中顏料的平均粒徑大于等于1.0μm。
10.如權利要求1所述的高光澤墨水，其還包含水。
11.如權利要求1所述的高光澤墨水，其中顏料選自PALOMAR BLUE B-4810 PB 15:3；PALOMAR BLUE B-4710 PB15:1；PALOMAR BLUE B-4900；SUNFAST BLUE 15:3；SUNFAST BLUE 15:3；QUINDO MAGENTA RV-6828 Red 122；QUINDO MAGENTA RV-6831 Red 122；QUINDO RED R-6713 PV 19 Red 202；QUINDO MAGENTA RV-6843 Red 202；SUNFAST MAGENTA 122 Red 202；SUNFAST MAGENTA Red 202；FANCHONFAST Y-5700 PY 139 Yellow 150；FANCHON FAST Yellow Y-5688C.I.PigmentYellow 150；SUNBRITE YELLOW 14；SPECTRA PAC YELLOW 83；SANDORINYELLOW 6GL；IRGAZIN YELLOW 2RLT PY 110；IRGAZIN YELLOW 2GLTNPY 109；IRGAZIN YELLOW 2GLTE PY 109；IRGAZIN YELLOW 3RLTN PY110；PIGMENT GREEN 1；PIGMENT GREEN 2；PIGMENT GREEN 7；PIGMENTGREEN 36；PIGMENT VIOLET 19；PIGMENT VIOLET 3；PIGMENT VIOLET 32；PIGMENT VIOLET 23；PIGMENT ORANGE 5；PIGMENT RED 17；PIGMENTRED 188；PIGMENT ORANGE 62；PIGMENT RED 112；PIGMENT RED 255；PIGMENT RED 264；PIGMENT RED 49:2；SPECIAL BLACK 4；SPECIALBLACK 5；SPECIAL BLACK 6；SPECIAL BLACK 4A；COLOR BLACK FW 200；COLOR BLACK FW2；RAVEN 1200 炭黑；RAVEN 1170 炭黑；RAVEN3500 炭黑；RAVEN 5750 炭黑；MOGUL L 炭黑；STERLING NS 炭黑；CARBON BLACK MA-100；HEUCOPHTHAL BlueBT-585-P；TOLUIDINE red Y(C.I.Pigment Red 3)；QUINDO Magenta(PigmentRed 122)；Magenta RV-6831；SUNFAST.Magenta 122；INDO BRILLIANTSCARLET(Pigment Red 123，C.I.No.71145)；TOLUIDINE Red B(C.I.PigmentRed 3)；WATCHUNG Red B(C.I.Pigment Red 48)；PERMANENT RUBINEF6B13-1731(Pigment Red 184)；HANSA Yellow(Pigment Yellow 98)；DALAMARYellow YT-839-P(Pigment Yellow 74，C.I.No.11741；SUNBRITE Yellow 17；TOLUIDINE Yellow G(C.I.Pigment Yellow 1)；PIGMENT Scarlet(C.I.PigmentRed 60)；AURIC Brown(C.I.Pigment Brown 6)和它們的混合物。
12.如權利要求1所述的高光澤墨水，其中顏料選自銅酞菁綠顏料；喹吖啶顏料；苯并咪唑酮顏料；β-萘酚顏料；萘酚紅顏料；炭黑；和它們的混合物。
13.一種高光澤墨水，包括樹脂，著色劑，水，和其中墨水中不含金屬顏料。
14.如權利要求13所述的高光澤墨水，其中樹脂的分子量大于1000。
15.如權利要求13所述的高光澤墨水，其中樹脂的分子量大于10000。
16.如權利要求15所述的高光澤墨水，其中樹脂是疏水的。
17.如權利要求15所述的高光澤墨水，其中樹脂包含含有苯乙烯和丙烯酸單體單元的聚合物。
18.如權利要求15所述的高光澤墨水，其中苯乙烯和丙烯酸的比例范圍為大約20∶1至大約1∶20。
19.如權利要求13所述的高光澤墨水，其中樹脂包括硅酸鹽和金屬鹽。
20.如權利要求13所述的高光澤墨水，其中顏料的平均粒徑大于等于0.1μm。
21.如權利要求15所述的高光澤墨水，其中顏料的平均粒徑大于等于1.0μm。
22.如權利要求13所述的高光澤墨水，其中顏料選自PALOMAR BLUE B-4810PB15:3；PALOMAR BLUEB-4710PB15:1；PALOMAR BLUE B-4900；SUNFAST BLUE 15:3；SUNFAST BLUE 15:3；QUINDO MAGENTA RV-6828 Red 122；QUINDO MAGENTA RV-6831 Red 122；QUINDO RED R-6713 PV 19 Red 202；QUINDO MAGENTA RV-6843Red 202；SUNFAST MAGENTA 122 Red 202；SUNFFAST MAGENTA Red 202；FANCHONFAST Y-5700 PY 139 Yellow 150；FANCHON FAST Yellow Y-5688C.I.PigmentYellow 150；SUNBRITE YELLOW 14；SPECTRA PAC YELLOW 83；SANDORINYELLOW 6GL；IRGAZIN YELLOW 2RLT PY 110；IRGAZIN YELLOW 2GLTNPY 109；IRGAZIN YELLOW 2GLTE PY 109；IRGAZIN YELLOW 3RLTN PY110；PIGMENT GREEN 1；PIGMENT GREEN 2；PIGMENT GREEN 7；PIGMENTGREEN 36；PIGMENT VIOLET 19；PIGMENT VIOLET 3；PIGMENT VIOLET 32；PIGMENT VIOLET 23；PIGMENT ORANGE 5；PIGMENT RED 17；PIGMENTRED 188；PIGMENT ORANGE 62；PIGMENT RED 112；PIGMENT RED 255；PIGMENT RED 264；PIGMENT RED 49:2；SPECIAL BLACK 4；SPECIALBLACK 5；SPECIAL BLACK 6；SPECLAL BLACK 4A；COLOR BLACK FW 200；COLOR BLACK FW2；RAVEN 1200炭黑；RAVEN 1170炭黑；RAVEN3500炭黑；RAVEN 5750炭黑；MOGUL L炭黑；STERLING NS炭黑；CARBONBLACK MA-100；HEUCOPHTHAL BlueBT-585-P；TOLUIDINE red Y(C.I.Pigment Red 3)；QUINDO Magenta(PigmentRed 122)；Magenta RV-6831；SUNFAST.Magenta 122；INDO BRILLIANTSCARLET(Pigment Red 123，C.I.No.71145)；TOLUIDINE Red B(C.I.PigmentRed 3)；WATCHUNG Red B(C.I.Pigment Red 48)；PERMANENT RUBINEF6B13-1731(Pigment Red 184)；HANSA Yellow(Pigment Yellow 98)；DALAMARYellow YT-839-P(Pigment Yellow 74，C.I.No.11741；SUNBRITE Yellow 17；TOLUIDINE Yellow G(C.I.Pigment Yellow1)；PIGMENT Scarlet(C.I.PigmentRed 60)；AURIC Brown(C.I.Pigment Brown 6)和它們的混合物。
23.如權利要求13所述的高光澤墨水，其中顏料選自下面的組銅酞菁綠顏料；喹吖啶系顏料；苯并咪唑酮顏料；β-萘酚顏料；萘酚紅顏料；炭黑；和它們的混合物。
24.一種高光澤墨水，包括平均分子量大于10000的疏水樹脂，著色劑，水，和其中墨水不含有金屬顏料。
全文摘要
描述了一種用于兒童書寫工具的改進的高光澤墨水。該改進的高光澤墨水避免了使用含金屬顏料和其相對高的成本。進一步，當本文公開的墨水在多孔或薄的紙基材上干燥后，能有效賦予發光或光澤外觀，所述紙基材諸如那些常用于兒童藝術的材料，諸如彩色繪畫紙和制作兒童彩色圖書的紙張。因此本文公開的墨水不僅干燥后提供發光或光澤外觀，還避免了應用于薄的紙基材上時的洇過問題。
文檔編號C09D11/16GK1836015SQ200480023694
公開日2006年9月20日 申請日期2004年5月18日 優先權日2003年8月19日
發明者關穎琛, J·卡拉 申請人:桑福德有限合伙人公司