一種炭黑中性墨水及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種炭黑中性墨水及其制備方法。該炭黑中性墨水由炭黑色漿、卡波姆、流變調節劑、低級醇、低聚糖、潤滑劑、防腐防霉劑、pH調節劑、消泡劑、去離子水組成。其制備過程包括：制備卡波姆水溶液，向其中加入保濕劑、流變調節劑、低聚糖、pH調節劑，得到卡波姆凝膠；再加入防腐防霉劑、潤滑劑、消泡劑，得到增稠觸變基體；再加入微膠囊化炭黑色漿，得到炭黑中性墨水。本發明優點為采用包括卡波姆、多糖、流變調節劑和微膠囊化炭黑色漿組分進行合理配合，使顏料分散均勻，不發生團聚絮凝，所制得的中性墨水穩定性好、防霉性好、脫帽時間長、具有較高的觸變性，書寫手感流利、線條清晰。
【專利說明】一種炭黑中性墨水及其制備方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種炭黑中性墨水及其制備方法，屬于墨水【技術領域】。
【背景技術】
[0002]圓珠筆作為一種書寫工具，通過筆尖將圓珠筆中的墨水轉移到書寫介質上來完成字跡等的書寫。一種高品質的圓珠筆要求其在書寫或不書寫時都應該不滴墨、不流淌，且具有書寫時要求出墨均勻、字跡線條粗細均勻、顏色適當、附著力好、耐摩等優點。因此，在油性圓珠筆和水性圓珠筆的基礎上，人們結合二者的優點，發展出一種中性圓珠筆，其不僅擁有水性墨水的書寫潤滑流暢性，而且具有很好的防流淌的特點。與傳統的書寫工具相比，中性圓珠筆顯然更符合消費者的要求，更受大家的喜愛。
[0003]中性圓珠筆中使用的墨水稱為中性墨水。中性墨水具有獨特的流變性能，即在沒有剪切外力作用下時，粘度非常大，可以確保圓珠筆不滴墨、不流淌；在書寫剪切力作用下，墨水的粘度較低且隨剪切力變化較小，從而可以保證書寫時潤滑不斷線且出墨量均勻。中性墨水的流變學性能不僅與其增稠劑的種類、溶劑、溶液的濃度、電解質強度、pH值、溫度等因素有關，而且與墨水調制過程中所使用的顏料色漿、各種助劑例如表面張力調節劑、PH調節劑、防腐劑和保濕劑等也有著密切關系。以上這些工藝參數、組分間的相容性及配合工藝等不僅能改變墨水的流變性能，而且直接影響墨水的穩定性和綜合應用性能。就是說，墨水配方技術是決定中性墨水綜合性能的一個關鍵。
[0004]中性墨水水性體系安全環保、耐久性優良、書寫流暢，占據了國內及亞洲圓珠筆市場的主要份額。然而，我國現在研究與制造的中性墨水觸變性低，流變性能差，而且穩定性差，這些都導致所制造的筆產品脫帽時間短，儲存時間短，書寫性能較差，以致目前我國圓珠筆墨水都是依靠進口來解決。
【發明內容】
[0005]本發明目的是提供一種炭黑中性墨水及其制備方法，該墨水具有脫帽時間長、觸變性高、穩定性好的特點，且制備過程簡單，容易實現工業化生產。
[0006]本發明是通過以下技術方案加以實現:一種炭黑中性墨水，其特征在于，該黑色中性墨水由下列組分及質量百分含量組成:
炭黑色漿，30%-50% ;卡波姆，0.2%-0.5% ;流變調節劑，2%-8% ；低級醇，15%_30% ；低聚糖，1%-4% ；潤滑劑，4%-7% ;防腐防霉劑，0.4%-0.6% ；pH調節劑，0.5%-1.4% ；消泡劑，0.2%-0.4% ;其余為去尚子水,且上述各組分的質量百分含量之和為100%。
[0007]上述組分中的炭黑色漿是含有粒徑在50_500nm，質量百分含量在15%_50%的炭黑微膠囊組成的炭黑微膠囊水性色漿，炭黑微膠囊表面含有非離子型親水性基團，zeta電位為 35-70mVo
[0008]n上述組分中的卡波姆為卡波姆系列，為卡波姆940、卡波姆940L、卡波姆2020、卡波姆956或卡波姆970。[0009]上述組分中的流變調節劑為質量分數為10%的納米二氧化娃或質量分數為10%的納米碳酸鈣，或為由聚乙烯、氧化聚乙烯或聚丙烯所形成的質量分數為30%的納米級分散乳液其中的一種。
[0010]上述組分中的低級醇為1，2-丙二醇、丙三醇、山梨醇、乙二醇、乙二醇乙醚、二乙二醇乙醚、乙二醇丁醚和縮二乙二醇丁醚中兩種或兩種以上的混合物。
[0011]上述組分中的低聚糖為平均分子量在200-2000的麥芽糖、蔗糖、葡萄糖中一種或兩種或三種單糖聚合形成的低聚物。
[0012]上述組分中的防腐防霉劑為苯并三氮唑、防霉劑253、AF251、對羥基苯甲酸乙酯和對羥基苯甲酸甲酯中的一種或兩種；上述組分中的消泡劑為硅油、SE-47、SD-670和JS-5115中的一種。
[0013]上述組分中的潤滑劑為油酸鈉、JS-349和單月桂基磷酸酯中的一種或兩種。
[0014]上述組分中的pH調節劑為氨水、氫氧化鈉、乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一種。
[0015]上述結構的炭黑中性墨水的制備方法，其特征在于包括以下過程:
按質量計取質量濃度為1% -2%的卡波姆水溶液10-40份，在攪拌下向其中加入15-30份的保濕劑，2-8份的流變調節劑，和1-4份低聚糖，在40-45oC下充分混合均勻后脫氣，IOmin內邊攪拌邊加 入0.5-1.4份pH調節劑，得到卡波姆凝膠，再向該凝膠中加入防腐防霉劑0.4-0.6份，4-7份潤滑劑，消泡劑0.2-0.4份，IOmin內攪拌均勻后過濾得到增稠觸變基體，在攪拌的情況下，向該增稠觸變基體緩慢加入30-50份微膠囊化炭黑色漿，混合均勻后脫氣，得到PH為7-8、觸變指數為3.5-6.8的炭黑中性墨水。
[0016]本發明與現有技術相比有如下優點，本發明采用包括卡波姆、多糖、流變調節劑和微膠囊化炭黑色漿組分進行合理配合，使顏料分散均勻，不發生團聚絮凝，所制得的中性墨水穩定性好、防霉性好、脫帽時間長、具有較高的觸變性，書寫手感流利、線條清晰。
[0017]【具體實施方式】
以下實施例是對本發明作進一步詳細說明，并不意味著對本發明的保護范圍的限制。
[0018]實施例1
a.卡波姆凝膠制備
將0.5g卡波姆940溶解于去離子水配成質量濃度為1.25%的水分散液40g，攪拌下向該卡波姆水分散液中加入20g的質量比為5:4:1的1，2-丙二醇，70%山梨醇和乙二醇乙醚的混合物，再向該溶液中加入2g的10%納米二氧化硅水分散液，Ig麥芽糖的低聚糖，在40-45oC下充分混合均勻后脫氣,在IOmin內，邊攪拌邊向該溶液中加入0.8g的30%氫氧化鈉使卡波姆溶液凝膠化；
b.增稠觸變基體制備
將0.4g的質量比為1:1的苯并三氮唑和對羥基苯甲酸甲酯、5.5g的質量比為10:1的15%油酸鈉和85%的單月桂基磷酸酯、0.3g硅油混合并攪拌均勻；將該混合液加入到上述卡波姆凝膠中攪拌lOmin，充分混合均勻后過濾得到70g增稠觸變基體；
c.中性墨水制備
將制備好的70g卡波姆增稠觸變基體在攪拌的情況下緩慢加入30g的固含量為30%的粒徑在50-500nm的微膠囊化炭黑色漿，充分混合均勻后脫氣，得到100g炭黑中性墨水。[0019]對所制得的炭黑中性 墨水采用高級旋轉流變儀(瑞典)測試其表觀粘度38.2cPa ；采用NDJ-1旋轉粘度計測6r/min和60r/min時的粘度,并計算其比值，得到觸變指數6.8 ；采用BZY系列表面張力儀測試其表面張力40.0mN/m。
[0020]實施例2
a.卡波姆凝膠制備
將0.4g卡波姆970溶解于去離子水配成質量濃度為1.33%的水分散液30g，攪拌下向30g卡波姆水分散液中加入15g質量比為13:2的丙三醇和二乙二醇乙醚的混合物，再向該溶液中加入4g的10%納米碳酸鈣水分散液，2g蔗糖和葡萄糖聚合的低聚糖，在40-45oC下充分混合均勻后脫氣，在IOmin內，邊攪拌邊向該溶液中加入1.4g的30%的氨水使卡波姆溶液凝膠化；
b.增稠觸變基體制備
將0.4g的質量比為1:1的苯并三氮唑和對羥基苯甲酸乙酯，7g的15%油酸鈉和0.2g的JS-5115 (青島九盛化工科技有限公司)混合并攪拌均勻，將該混合液加入到上述卡波姆凝膠中攪拌lOmin，充分混合均勻后過濾得到60g增稠觸變基體；
c.中性墨水制備
將制備好的60g卡波姆增稠觸變基體在攪拌的情況下緩慢加入40g的20%粒徑在50-500nm的微膠囊化炭黑色漿，充分混合均勻后脫氣，得到100g炭黑中性墨水。
[0021]所制得的炭黑中性墨水表觀粘度、觸變指數及表面張力的測試數據如表1所示。
[0022]實施例3
a.卡波姆凝膠制備
將0.3g卡波姆2020溶解于去離子水配成質量濃度為1.5%的水分散液20g，攪拌下向20g卡波姆水分散液中加入30g的質量比為14:1的乙二醇和縮二乙二醇丁醚的混合物，再向該溶液中加入Sg的30%聚乙烯乳液，Ig葡萄糖的低聚糖，在40-45oC下充分混合均勻后脫氣，在IOmin內，邊攪拌邊向該溶液中加入1.2g的30% 二乙醇胺使卡波姆溶液凝膠化；
b.增稠觸變基體制備
將0.4g質量比為1:1的苯并三氮唑和防霉劑253 (深圳海川化工科技有限公司)混合物、4g質量比為7:1的15%油酸鈉和JS-349 (青島九盛化工科技有限公司)混合物，0.4gSD-670 (北京安特普納科貿有限公司)，混合并攪拌均勻，將該混合液加入到上述卡波姆凝膠中攪拌lOmin，充分混合均勻后過濾得到65g增稠觸變基體；
c.中性墨水制備
將制備好的65g卡波姆增稠觸變基體在攪拌的情況下緩慢加入35g的25%的粒徑在50-500nm的微膠囊化炭黑色漿，充分混合均勻后脫氣，得到100g炭黑中性墨水。
[0023]所制得的炭黑中性墨水表觀粘度、觸變指數及表面張力的測試數據如表1所示。
[0024]實施例4
a.卡波姆凝膠制備
將0.2g卡波姆956溶解于去離子水配成質量濃度為1.33%的水分散液15g,攪拌下向15g卡波姆水分散液中加入25g的質量比為23:2的70%山梨醇和乙二醇乙醚的混合物，再向該溶液中加入3g的30%氧化聚乙烯乳液，4g麥芽糖、蔗糖和葡萄糖聚合的低聚糖，在40-45oC下充分混合均勻后脫氣，在IOmin內，邊攪拌邊向該溶液中加入1.4g的30%三乙醇胺使卡波姆溶液凝膠化；
b.增稠觸變基體制備
將0.4g質量比為1:1的苯并三氮唑和對羥基苯甲酸乙酯混合物、6g的15%油酸鈉和0.2gJS-5115 (青島九盛化工科技有限公司)混合并攪拌均勻；將該混合液加入到上述卡波姆凝膠中攪拌lOmin，充分混合均勻后過濾得到55g增稠觸變基體；
c.中性墨水制備
將制備好的55g卡波姆增稠觸變基體在攪拌的情況下緩慢加入45g的17%的粒徑在50-500nm的微膠囊化炭黑色漿，充分混合均勻后脫氣，得到100g炭黑中性墨水。
[0025]所制得的炭黑中性墨水表觀粘度、觸變指數及表面張力的測試數據如表1所示。
[0026]實施例5
a.卡波姆凝膠制備
將0.2g卡波姆940L溶解于去離子水配成質量濃度為1%的水分散液20g，攪拌下向20g卡波姆水分散液中加入15g質量比為13:2丙三醇和乙二醇丁醚混合物，再向該溶液中加入5g的30%聚丙烯乳液，3g麥芽糖和鹿糖聚合的低聚糖,在40-45oC下充分混合均勻后脫氣，在IOmin內，邊攪拌邊向該溶液中加入0.5g的30%乙醇胺使卡波姆溶液凝膠化； b.增稠觸變基體制備
將0.6g質量比為1:2的苯并三氮唑和AF251 (深圳海川化工科技有限公司)混合物、
5.5g質量比為10:1 ^ 15%油酸鈉和85%單月桂基磷酸酯混合物，0.4gSE_47 (深圳海川化工科技有限公司)，混合并攪拌均勻，將該混合液加入到上述卡波姆凝膠中攪拌lOmin，充分混合均勻后過濾得到50g增稠觸變基體；
c.中性墨水制備
將制備好的50g卡波姆增稠觸變基體在攪拌的情況下緩慢加入50g的15%的粒徑在50-500nm的微膠囊化炭黑色漿，充分混合均勻后脫氣，得到100g炭黑中性墨水。
[0027]所制得的炭黑中性墨水表觀粘度、觸變指數及表面張力的測試數據如表1所示。
[0028]對比實施例1
對比實施例1采用如實施例4的方法進行制備，不同在于，其配方中采用黃原膠代替卡波姆。具體制備方法如下:
a.黃原膠增稠觸變體系的制備
將0.4g黃原膠溶解于去離子水配成質量濃度為2.67%的水分散液15g,攪拌下向15g黃原膠水分散液中加入25g的質量比為23:2的70%山梨醇和乙二醇乙醚的混合物，再向該溶液中加入3.2g的30%氧化聚乙烯乳液，4g麥芽糖、蔗糖和葡萄糖聚合的低聚糖，在40-45oC下充分混合均勻后脫氣；將0.4g質量比為1:1的苯并三氮唑和對羥基苯甲酸乙酯混合物、7g的15%油酸鈉和0.4gJS-5115 (青島九盛化工科技有限公司)混合并攪拌均勻；將該混合液加入到上述黃原膠增稠體系中攪拌lOmin，充分混合均勻后過濾得到55g增稠觸變基體；
b.中性墨水制備
將制備好的55g黃原膠增稠觸變基體在攪拌的情況下緩慢加入45g的17%的粒徑在50-500nm的微膠囊化炭黑色漿，充分混合均勻后脫氣，得到100g炭黑中性墨水。
[0029]所制得的炭黑中性墨水表觀粘度、觸變指數及表面張力的測試數據如表1所示。[0030]對比實施例2
對比實施例2采用如實施例4的方法進行制備，不同在于，其配方中未加入低聚糖。具體制備方法如下:
a.卡波姆凝膠制備
將0.2g卡波姆956溶解于去離子水配成質量濃度為1.05%的水分散液19g,攪拌下向15g卡波姆水分散液中加入25g的質量比為23:2的70%山梨醇和乙二醇乙醚的混合物，再向該溶液中加入3g的30%氧化聚乙烯乳液,在40-45oC下充分混合均勻后脫氣,在IOmin內，邊攪拌邊向該溶液中加入1.4g的30%三乙醇胺使卡波姆溶液凝膠化；
b.增稠觸變基體制備
將0.4g質量比為1:1的苯并三氮唑和對羥基苯甲酸乙酯混合物、6g的15%油酸鈉和0.2gJS-5115 (青島九盛化工科技有限公司)混合并攪拌均勻；將該混合液加入到上述卡波姆凝膠中攪拌lOmin，充分混合均勻后過濾得到55g增稠觸變基體；
c.中性墨水制備
將制備好的55g卡波姆增稠觸變基體在攪拌的情況下緩慢加入45g的17%的粒徑在50-500nm的微膠囊化炭黑色漿，充分混合均勻后脫氣，得到100g炭黑中性墨水。
[0031]所制得的炭黑中性墨水表觀粘度、觸變指數及表面張力的測試數據如表1所示。
[0032]對比實施例3
對比實施例3采用如實施例4的方法進行制備，不同在于，其配方中未加入流變調節劑。具體制備方法如下:
a.卡波姆凝膠制備
將0.2g卡波姆956溶解于去離子水配成質量濃度為1.11%的水分散液18g，攪拌下向15g卡波姆水分散液中加入25g的質量比為23:2的70%山梨醇和乙二醇乙醚的混合物，再向該溶液中加入4g麥芽糖、蔗糖和葡萄糖聚合的低聚糖，在40-45oC下充分混合均勻后脫氣，在IOmin內，邊攪拌邊向該溶液中加入1.4g的30%三乙醇胺使卡波姆溶液凝膠化；
b.增稠觸變基體制備
將0.4g質量比為1:1的苯并三氮唑和對羥基苯甲酸乙酯混合物、6g的15%油酸鈉和
0.2gJS-5115 (青島九盛化工科技有限公司)混合并攪拌均勻；將該混合液加入到上述卡波姆凝膠中攪拌lOmin，充分混合均勻后過濾得到55g增稠觸變基體；
c.中性墨水制備
將制備好的55g卡波姆增稠觸變基體在攪拌的情況下緩慢加入45g的17%的粒徑在50-500nm的微膠囊化炭黑色漿，充分混合均勻后脫氣，得到100g炭黑中性墨水。
[0033]所制得的炭黑中性墨水表觀粘度、觸變指數及表面張力的測試數據如表1所示。
[0034]n本發明的實施例及對比實施例所得的樣品測試結果如下表所示:
表1
【權利要求】
1.一種炭黑中性墨水，其特征在于，該黑色中性墨水由下列組分及質量百分含量組成: 炭黑色漿，30%-50% ;卡波姆，0.2%-0.5% ;流變調節劑，2%-8% ；低級醇，15%_30% ；低聚糖，1%-4% ；潤滑劑，4%-7% ;防腐防霉劑，0.4%-0.6% ；pH調節劑，0.5%-1.4% ；消泡劑，0.2%-0.4% ;其余為去尚子水,且上述各組分的質量百分含量之和為100%。
2.按權利要求1所述的炭黑中性墨水，其特征在于，炭黑色漿是含有粒徑在50-500nm，質量百分含量在15%_50%的炭黑微膠囊組成的炭黑微膠囊水性色漿，炭黑微膠囊表面含有非離子型親水性基團，zeta電位為35-70mV。
3.按權利要求1所述的炭黑中性墨水，其特征在于，卡波姆為卡波姆系列，為卡波姆940、卡波姆940L、卡波姆2020、卡波姆956或卡波姆970。
4.按權利要求1所述的炭黑中性墨水，其特征在于，流變調節劑為質量分數為10%的納米二氧化硅或質量分數為10%的納米碳酸鈣，或為由聚乙烯、氧化聚乙烯或聚丙烯所形成的質量分數為30%的納米級分散乳液其中的一種。
5.按權利要求1所述的炭黑中性墨水，其特征在于，低級醇為1，2-丙二醇、丙三醇、山梨醇、乙二醇、乙二醇乙醚、二乙二醇乙醚、乙二醇丁醚和縮二乙二醇丁醚中兩種或兩種以上的混合物。
6.按權利要求1所述的炭黑中性墨水，其特征在于，低聚糖為平均分子量在200-2000的麥芽糖、蔗糖、葡萄糖中一種或兩種或三種單糖聚合形成的低聚物。
7.按權利要求1所述的炭黑中性墨水，其特征在于，防腐防霉劑為苯并三氮唑、防霉劑253、AF251、對羥基苯甲酸乙酯和對羥基苯甲酸甲酯中的一種或兩種；消泡劑為硅油、SE-47、SD-670 和 JS-5115 中的一種。
8.按權利要求1所述的炭黑中性墨水，其特征在于，潤滑劑為油酸鈉、JS-349和單月桂基磷酸酯中的一種或兩種。
9.按權利要求1所述的炭黑中性墨水，其特征在于，PH調節劑為氨水、氫氧化鈉、乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一種。
10.一種按權利要求1所述的炭黑中性墨水的制備方法，其特征在于包括以下過程: 按質量計取質量濃度為1% -2%的卡波姆水溶液10-40份，在攪拌下向其中加入15-30份的保濕劑，2-8份的流變調節劑，和1-4份低聚糖，在40-45°C下充分混合均勻后脫氣，IOmin內邊攪拌邊加入0.5-1.4份pH調節劑，得到卡波姆凝膠，再向該凝膠中加入防腐防霉劑0.4-0.6份，4-7份潤滑劑，消泡劑0.2-0.4份，IOmin內攪拌均勻后過濾得到增稠觸變基體，在攪拌的情況下，向該增稠觸變基體緩慢加入30-50份微膠囊化炭黑色漿，混合均勻后脫氣，得到PH為7-8、觸變指數為3.5-6.8的炭黑中性墨水。
【文檔編號】C09D11/18GK103897482SQ201410123951
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月28日 優先權日:2014年3月28日
【發明者】周雪琴, 劉東志, 李巍, 王小青 申請人:天津大學