專(zhuān)利名稱(chēng)：一種圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水。
人們已廣泛了解墨水直接加入到墨水管或使用著色劑的圓珠筆。墨水具有剪切變稀性能，即不使用時(shí)具有高粘度，使用時(shí)由于圓珠筆的滾動(dòng)(剪切力)，墨水為低粘度。這樣的圓珠筆存在許多問(wèn)題。
一個(gè)主要問(wèn)題是，水溶性(可分散的)樹(shù)脂由于其相當(dāng)高的分子量，當(dāng)墨水中的水份蒸發(fā)時(shí)，水溶性樹(shù)脂在筆端增稠或形成層，由此對(duì)書(shū)寫(xiě)不利。可供選擇的交聯(lián)的丙烯酸聚合物墨水，當(dāng)其中的水份蒸發(fā)時(shí)，具有相對(duì)較低的增稠比和不形成層，解決了這類(lèi)問(wèn)題。但其具有較低的觸變性，當(dāng)書(shū)寫(xiě)時(shí)通過(guò)剪切力，其粘度經(jīng)常還不能降低到所需的水平，引起書(shū)寫(xiě)時(shí)墨水的滲漏和滲開(kāi)。
如果以顏料作為著色劑，在書(shū)寫(xiě)中具有優(yōu)良的耐光性和耐水性。但當(dāng)墨水中的水份蒸發(fā)時(shí)，顏料不能分散，而堵塞筆端的墨水，因此在開(kāi)始時(shí)難以書(shū)寫(xiě)或不能書(shū)寫(xiě)。更糟的是，在顏料墨水的情況下，一旦喪失分散性或顏料硬化，即使再加入墨水，顏料也不能再分散，不能再使用。因此，至今仍沒(méi)有一種具備足夠的書(shū)寫(xiě)性能和耐干燥性，供圓珠筆使用的含水性墨水組合物的墨水。
針對(duì)這些問(wèn)題，必須使用一個(gè)帽子來(lái)防止水性圓珠筆中的水份蒸發(fā)。但迫切需要一接觸就能開(kāi)始書(shū)寫(xiě)的無(wú)帽水性圓珠筆。
本發(fā)明的目的是提供具有優(yōu)良的耐干燥性能和書(shū)寫(xiě)性能，不會(huì)滲漏和滲開(kāi)的圓珠筆使用的含水性墨水組合物的墨水。
本發(fā)明涉及1.一種圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水，它基本包括2-10％重量的染料、20-30％重量的保持潤(rùn)濕的潤(rùn)濕劑、5-10％重量的尿素、0.2-0.4％重量的交聯(lián)丙烯酸聚合物、0.05-0.2％重量黃原膠、1.0-5.0％重量山梨醇，其余為水。
2.如權(quán)利要求1所述的圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水，其中可加入0.2-2.0％重量的抗銹潤(rùn)滑劑。
3.如權(quán)利要求1或2所述的圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水，其中可加入0.5-2.0％重量的pH調(diào)節(jié)劑。
4.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水，其中可加入1.0-2.0％重量防霉劑。
5.如權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水，其中的保持潤(rùn)濕的潤(rùn)濕劑是選自二元醇、三元醇及其衍生物中的一種或兩種以上。
6.如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水，其中的保持潤(rùn)濕的潤(rùn)濕劑是選自乙二醇、聚乙二醇和丙三醇中的一種或兩種以上。
7.如權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水，其中的抗銹劑是選自磷酸酯類(lèi)表面活性劑、苯并三唑和脂肪酸酯中的一種或兩種以上。
8.如權(quán)利要求1-7中任一權(quán)利要求所述的圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水，其中的pH調(diào)節(jié)劑是三乙醇胺。
本發(fā)明的一個(gè)方面是使用染料作為著色劑。如果使用顏料。由于水的蒸發(fā)會(huì)喪失墨水的穩(wěn)定性，而且一旦墨水硬化，由于即使再加入墨水，墨水也不會(huì)再分散，使顏料不能再使用。如果使用染料作為著色劑，即使墨水硬化，當(dāng)加入墨水時(shí)，由于其再溶性而可使染料恢復(fù)至以前的狀態(tài)。即，即使墨水中的水蒸發(fā)，使墨水在筆端硬化，當(dāng)再加入墨水時(shí)墨水會(huì)再溶解，有利于開(kāi)始書(shū)寫(xiě)。
本發(fā)明的另一方面是結(jié)合使用交聯(lián)丙烯酸聚合物與黃原膠，以增加墨水的剪切變稀性能。如果墨水中的水蒸發(fā)，交聯(lián)丙烯酸不會(huì)增稠和形成層。但它具有低的觸變性，防止書(shū)寫(xiě)時(shí)粘度低于所需點(diǎn)，防止不使用時(shí)，保持在高水平，它不具備足夠的剪切變稀性能。另一方面，黃原膠具有高的觸變性和剪切變稀性。所以，當(dāng)用于圓珠筆時(shí)，很容易調(diào)整粘度，不必從圓珠筆尖滴出墨水，就能獲得優(yōu)良的書(shū)寫(xiě)。但其隨水的蒸發(fā)伴隨相當(dāng)?shù)脑龀聿⒃诠P端形成層，引起不能書(shū)寫(xiě)。
根據(jù)本發(fā)明，使用交聯(lián)丙烯酸聚合物作為主要的剪切變稀性能添加劑，可防止由于水的蒸發(fā)使圓珠筆的書(shū)寫(xiě)性能變差。加入黃原膠，以彌補(bǔ)丙烯酸聚合物在如滴墨水和不使用時(shí)保持高粘度方面的不足。這些的協(xié)合作用實(shí)行了在書(shū)寫(xiě)時(shí)，沒(méi)有滲漏、滲開(kāi)等的優(yōu)良書(shū)寫(xiě)性能和當(dāng)墨水中的水蒸發(fā)時(shí)，不會(huì)明顯增稠和形成層的優(yōu)良的耐干燥性。當(dāng)在筆端滴墨水時(shí)的一些增稠或水蒸發(fā)最好為1000mPas/2.0秒，20-60mPas/400秒本發(fā)明的另一個(gè)方面是加入尿素。尿素具有防止水蒸發(fā)和溶解染料的能力，可用作當(dāng)墨水中的水蒸發(fā)使染料硬化時(shí)，再溶解染料的溶解輔助劑。所以，尿素和作為著色劑的染料聯(lián)用，可明顯地改進(jìn)耐干燥性和再溶解性。但，如果用顏料作為著色劑，從墨水的穩(wěn)定性考慮，不能使用尿素。另外，顏料也不能再溶解，所以使用尿素毫無(wú)意義。因此，在包括染料來(lái)改進(jìn)書(shū)寫(xiě)性的墨水中特別要求使用尿素。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是加入山梨醇。山梨醇具有吸水性，能保持墨水中的水。另外，其相對(duì)較低的隨干燥的增稠比，使一段時(shí)間后圓珠筆仍能保持其性能。
本發(fā)明的圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水基本由染料、用于保持潤(rùn)濕的潤(rùn)濕劑、尿素、交聯(lián)丙烯酸聚合物、黃原膠、山梨醇和水組成。
染料的用量為2-10％重量。在不超過(guò)2％重量的情況，書(shū)寫(xiě)字跡模糊，在不小于10總量％的情況，開(kāi)始的書(shū)寫(xiě)性能會(huì)因干燥時(shí)的極度硬化而變差。
交聯(lián)丙烯酸聚合物的用量為0.2-0.4％重量。在不超過(guò)0.2％重量情況，書(shū)寫(xiě)性能和耐干燥性會(huì)受到不合意的墨水粘度的影響，在不小于0.4％重量的情況，由于書(shū)寫(xiě)時(shí)珠的滾動(dòng)的剪切力不能充分降低粘度，而不能獲得良好的書(shū)寫(xiě)性能。
黃原膠的用量為0.05-0.2％重量。在不超過(guò)0.05％重量的情況，由于不合意的粘度而降低了性能，在不小于0.2％重量的情況，在筆端容易形成層，導(dǎo)致開(kāi)始時(shí)的書(shū)寫(xiě)變差，在干燥時(shí)會(huì)在筆端產(chǎn)生沉淀使墨水不適用。
保持潤(rùn)濕的潤(rùn)濕劑是選自二元醇、三元醇及其醇衍生物中的一種或兩種以上，具體是選自乙二醇、聚乙二醇和丙三醇的一種或兩種以上。
在保持潤(rùn)濕的潤(rùn)濕劑用量不超過(guò)20％重量情況，耐干燥性能降低，墨水在筆端硬化。在不小于30％重量的情況，耐干燥性能優(yōu)良，但書(shū)寫(xiě)模糊或滲漏。
尿素的用量為5-10％重量。在不超過(guò)5％重量的情況，吸水性和染料的溶解性降低，導(dǎo)致差的耐干燥性，在不小于10％重量的情況，當(dāng)應(yīng)用剪切力時(shí)，由小的粘度差不能獲得優(yōu)良的書(shū)寫(xiě)性能。另外，當(dāng)不使用剪切力時(shí)的粘度，和當(dāng)水份蒸發(fā)時(shí)沉淀析出的尿素結(jié)晶，阻礙墨水流動(dòng)。
山梨醇的用量為1.0-5.0％重量。在不超過(guò)1.0％重量的情況，缺乏吸水性和耐干燥性，在不小于5.0％重量的情況，干燥時(shí)，墨水的增稠比增加，從而降低耐干燥性能。
而且，還可加入0.2-2.0％重量的抗銹潤(rùn)滑劑、0.5-2.0％重量的pH調(diào)節(jié)劑和1.0-2.0％重量的防霉劑。抗銹劑是選自磷酸酯類(lèi)表面活性劑、苯并三唑和脂肪酸酯中的一種或兩種以上。pH調(diào)節(jié)劑是三乙醇胺。
實(shí)施例由下面的實(shí)施例描述本發(fā)明。
實(shí)施例1直接黑154 7.5％重量乙二醇 20.0％重量尿素 5.0％重量山梨醇 1.0％重量抗銹潤(rùn)滑劑 0.5％重量pH調(diào)節(jié)劑 0.5％重量防霉劑1.0％重量交聯(lián)丙烯酸聚合物 0.25％重量黃原膠0.15％重量離子交換水加到100％重量攪拌下，離子交換水與乙二醇混合，隨后加入尿素、染料、抗銹潤(rùn)滑劑、pH調(diào)節(jié)劑和防霉劑混合，再加入交聯(lián)丙烯酸聚合物和黃原膠混合，制備墨水。
實(shí)施例2-10按實(shí)施例1的方式制備墨水，不同之處為按表1改變每種組分和染料的比。
墨水的性能列于表1。
注書(shū)寫(xiě)性能；書(shū)寫(xiě)性能優(yōu)良，沒(méi)有任何滲漏或滲開(kāi)○可以使用△較差×特別差耐干燥性能用圓珠筆劃線(xiàn)來(lái)評(píng)價(jià)，圓珠筆不蓋筆帽在50℃，30％RH下橫放3個(gè)月，然后，取出的裝墨水的管(內(nèi)芯)置于室溫下在3厘米內(nèi)可以開(kāi)始書(shū)寫(xiě)，沒(méi)有斷線(xiàn)、滲開(kāi)等○在3-5厘米內(nèi)可以開(kāi)始書(shū)寫(xiě)△在5-10厘米內(nèi)可以開(kāi)始書(shū)寫(xiě)×在10厘米內(nèi)不能開(kāi)始書(shū)寫(xiě)墨水穩(wěn)定性圓珠筆不蓋筆帽，在50℃，30％RH下橫放3個(gè)月以上后，由其狀態(tài)評(píng)價(jià)在3個(gè)月以上穩(wěn)定(三個(gè)月以后，墨水中無(wú)沉積，增稠速度在30％內(nèi))○可穩(wěn)定2-3個(gè)月△可穩(wěn)定1-2個(gè)月×在上面的條件下，1個(gè)月內(nèi)就不穩(wěn)定從實(shí)施例顯而易見(jiàn)，根據(jù)本發(fā)明，以染料作為著色劑，使用保持潤(rùn)濕的潤(rùn)濕劑、尿素和山梨醇可獲得優(yōu)良的耐干燥性，交聯(lián)丙烯酸聚合物與黃原膠結(jié)合使用，可獲得在干燥時(shí)的優(yōu)良的書(shū)寫(xiě)性能和墨水穩(wěn)定性。
比較例1-19按實(shí)施例1的方式制備墨水，不同之處為墨水組成為表2中所列。
其性能列于表2。
比較例1為過(guò)高濃度的染料的例子，比較例14為過(guò)低濃度的染料的例子。過(guò)高濃度的染料顯示弱的假塑性能力，因此不能獲得所需的墨水粘度。當(dāng)干燥時(shí)，書(shū)寫(xiě)性能差，墨水的穩(wěn)定性也差，缺乏耐干燥性。另外，過(guò)低粘度的染料顯示優(yōu)良的墨水穩(wěn)定性，但由于干燥時(shí)強(qiáng)烈影響樹(shù)脂的性能，而不能獲得開(kāi)始時(shí)的書(shū)寫(xiě)能力。
比較例2，3，15和16為以顏料代替染料作為著色劑的例子。顏料墨水不僅不能再?gòu)?fù)原，干燥時(shí)穩(wěn)定性差，而且對(duì)書(shū)寫(xiě)部分的珠有很強(qiáng)的磨損效應(yīng)，從而縮短書(shū)寫(xiě)壽命。
比較例5為保持潤(rùn)濕的潤(rùn)濕劑過(guò)量的例子，比較例4為保持潤(rùn)濕的潤(rùn)濕劑過(guò)少的例子。潤(rùn)濕劑過(guò)高的添加量顯示優(yōu)良的耐干燥性，但書(shū)寫(xiě)性能差，有一些滲漏和滲開(kāi)。由于干燥時(shí)的正常的增稠，墨水不穩(wěn)定。另一方面，過(guò)低的添加量顯示缺乏墨水的潤(rùn)滑性，引起一些滲開(kāi)或書(shū)寫(xiě)時(shí)的中斷，由于無(wú)吸水性的潤(rùn)濕劑，顯示較低的耐干燥性。
比較例8為添加過(guò)量尿素的例子，比較例6為過(guò)低量尿素的例子。過(guò)高的尿素添加量，由于施加剪力時(shí)的粘度與不施加剪力時(shí)的粘度差較小，未能顯示良好的書(shū)寫(xiě)性能。另外，當(dāng)干燥時(shí)，在筆端會(huì)沉淀晶體。另一方面，當(dāng)添加量過(guò)小時(shí)，由于降低了吸水性和染料的溶解能力，而引起耐干燥性差。
比較例9為添加過(guò)量山梨醇的例子，比較例7為過(guò)低量山梨醇的例子。過(guò)高的山梨醇添加量顯示弱的假塑性能力，不能獲得與尿素相同方式的良好的書(shū)寫(xiě)性能。另外，當(dāng)水份蒸發(fā)時(shí)，由于其溶解性，晶體會(huì)沉淀。另一方面，添加量過(guò)小，顯示缺乏墨水的潤(rùn)滑性，導(dǎo)致缺乏耐干燥性，由于缺乏墨水的適度的粘度，顯示差的書(shū)寫(xiě)性能。
比較例10為添加大量交聯(lián)丙烯酸聚合物的例子，比較例11為添加大量黃原膠的例子。添加大量交聯(lián)丙烯酸聚合物，由于書(shū)寫(xiě)時(shí)的珠的滾動(dòng)的剪力不能充分降低粘度，顯示差的書(shū)寫(xiě)性能。另外，由于相同的原因，也降低了開(kāi)始的書(shū)寫(xiě)性能。如果添加的黃原膠量過(guò)高，不僅易在筆端形成層，導(dǎo)致差的開(kāi)始時(shí)書(shū)寫(xiě)，而且當(dāng)干燥時(shí)在筆端的內(nèi)部產(chǎn)生沉淀，導(dǎo)致墨水不穩(wěn)定。
比較例12為添加少量交聯(lián)丙烯酸聚合物的例子，比較例10為添加少量黃原膠的例子。在比較例12中，即使黃原膠的添加量達(dá)到墨水形成層的上限，也不能獲得所需的粘度，引起對(duì)書(shū)寫(xiě)性能的反作用。另外，降低了交聯(lián)丙烯酸聚合物的保水能力，導(dǎo)致差的耐干燥性。少量的黃原膠由于達(dá)不到所需的粘度，顯示差的性能。
比較例18為過(guò)少量的交聯(lián)丙烯酸聚合物和黃原膠的例子。在這個(gè)例子中，墨水滴出，不能獲得不使用時(shí)的高粘度，且不能獲得良好的書(shū)寫(xiě)性能。
比較例19為僅添加交聯(lián)丙烯酸聚合物，不包括黃原膠作為粘度調(diào)節(jié)劑。沒(méi)有黃原膠，不能獲得足夠的剪力下降的效果。要防止?jié)B開(kāi)、書(shū)寫(xiě)中的斷開(kāi)或停頓，必須加入多于所需的交聯(lián)丙烯酸聚合物，這樣導(dǎo)致耐干燥性變差。
本發(fā)明的墨水具有優(yōu)良的耐干燥性和書(shū)寫(xiě)性能，不會(huì)滲漏和滲開(kāi)，最適用于圓珠筆。
表權(quán)利要求
1.一種圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水，其特征在于它主要包括2-10％重量的染料、20-30％重量的保持潤(rùn)濕的潤(rùn)濕劑、5-10％重量的尿素、0.2-0.4％重量的交聯(lián)丙烯酸聚合物、0.05-0.2％重量黃原膠、1.0-5.0％重量山梨醇，其余為水。
2.如權(quán)利要求1所述的圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水，其特征還在于可加入0.2-2.0％重量的抗銹潤(rùn)滑劑。
3.如權(quán)利要求1或2所述的圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水，其特征還在于可加入0.5-2.0％重量的pH調(diào)節(jié)劑。
4.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水，其特征還在于可加入1.0-2.0％重量防霉劑。
5.如權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水，其特征還在于其保持潤(rùn)濕的潤(rùn)濕劑是選自二元醇、三元醇及其衍生物中的一種或兩種以上。
6.如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水，其特征還在于其保持潤(rùn)濕的潤(rùn)濕劑是選自乙二醇、聚乙二醇和丙三醇中的一種或兩種以上。
7.如權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水，其特征還在于其抗銹劑是選自磷酸酯類(lèi)表面活性劑、苯并三唑和脂肪酸酯中的一種或兩種以上。
8.如權(quán)利要求1-7中任一權(quán)利要求所述的圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水，其特征還在于其pH調(diào)節(jié)劑是三乙醇胺。
全文摘要
一種圓珠筆使用的直接加入式含水性墨水組合物的墨水,主要由2—10%重量的染料、20—30%重量的保持潤(rùn)濕的潤(rùn)濕劑、5—10%重量的尿素、0.2—0.4%重量的交聯(lián)丙烯酸聚合物、0.05—0.2%重量的黃原膠、1.0—5.0%重量的山梨醇,其余為水組成。
文檔編號(hào)C09D11/18GK1174217SQ9711452
公開(kāi)日1998年2月25日 申請(qǐng)日期1997年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月10日
發(fā)明者深澤輝明, 吉井和博, 大野貴史 申請(qǐng)人:株式會(huì)社派拉特