专利名称：高光泽墨水及其制备方法
技术领域：
本申请公开了一种改进的高光泽墨水。更特别是，本申请公开了在可渗透的基质如彩色绘画纸和用于彩色图书的纸上提供高光泽或发光涂层的改进的高光泽墨水。
相关技术背景书写工具是开发儿童书写技巧以及开发他们的创造力的枢纽。为儿童设计的任何书写工具的成功很大程度取决于儿童使用这些工具所花费的时间。为了延长使用的时间，墨水配方研制者已致力于在墨水中引入特别的效果以吸引儿童的注意力并培育他们的创造力和想象力。这些特别的效果通常包括光亮的颜色，荧光色，金属色，闪光色，和变换颜色的墨水。
在这些特殊效果中，发光或高光泽墨水是最常见的。这些光泽或闪光墨水通常包括含有金属颗粒或薄片的金属颜料。具有金属颜料的墨水例子可在JP10245517，JP10330671，JP11193362和JP01040263中找到。当这些墨水干燥后，颜料中的金属颗粒或薄片留在纸张的上表面，从而提供一种发光或类似镜面的表面。
然而，金属颜料通常比其他颜料贵。在任何墨水配方中加入这些颜料会使墨水太贵以至于不能用在儿童产品中，其价格是消费者(即父母)购买决定的主导因素。
相反地，尽管费用，但优选金属颜料用于赋予墨水高光泽或发光外观，这是因为金属薄片和颗粒能够保留和聚集在纸基材的上面。换句话说，金属薄片和颗粒不易被吸收，即使当纸张相对多孔的时候。儿童的艺术纸张，如彩色绘画纸和彩色图书纸张，趋于是非常多孔的，这导致吸收和渗出的程度高。
因此，有必要开发一种不使用昂贵的含金属颜料的高光泽墨水，而且其可有效地用于常用于儿童艺术用品的便宜的、薄的、多孔的纸张上。
发明概述本发明提供赋予儿童墨水配方发光外观或光泽外观的另一种方式。具体而言，使用了光泽树脂，其不会渗透入纸纤维。当含有树脂的墨水沉积在纸张上面时，干燥后在纸张纤维上形成的树脂层相对无隔断，并形成相对连续、无针眼或无气泡凹痕的树脂膜。通过这种方法，保留了树脂的原有光泽，从而赋予干燥后的墨水光泽或发光的外观。
尽管在本申请中可以使用染料，但是使用颜料作为着色剂更有利。作为分散的和不溶的实体，颜料更易于随树脂保留在纸张的表面，不被吸入纸张中。如果颜料具有相对大的平均粒径，这种抗吸收的能力就会提高。
使用本发明公开的墨水的另一个好处是，该墨水不易洇出。换句话说，写在一张纸的一面上的图案不易洇透(bleed through)纸张的厚度到另一面。当儿童使用划线器(marker)给彩色图书上色时这一点对于他们来说非常重要，通常这些图书的纸张相对薄和多孔。使用本发明公开的墨水，儿童可以给彩色图书页的两面上的图画上色，不会因颜料洇透或溢满纸张而扭曲图画。
优选实施方式的详细描述本发明公开的墨水含有着色剂和树脂。
如上所述，本发明树脂应当具有留在纸张基体或基材顶面，抗吸收的能力。可以实现该能力的树脂是(1)成膜树脂，(2)大粒径或大平均分子量的大或(3)非常疏水的或这三个相关性质的任意组合。
首要的关键方面是树脂形成膜的能力。成膜是指敷设在纸基材上时它的聚结能力，如果是彩色图书或彩色绘画纸，其可以相对多孔。为了获得成膜状态，具有高分子量的树脂组分也是有利的。
已知高分子量树脂是较不易渗透的。链大小的整个增长和随之的链间缠结可以解释这种不易渗透的行为。总之，可以使用分子量高于1000的树脂。更优选，使用分子量超过10000的树脂。这些树脂的例子包括，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，增加树脂中一个或多个聚合物的疏水组分也将使树脂不易渗透。增加极性树脂的疏水组分将减少树脂渗入纸基材。一种常见的树脂是苯乙烯和丙烯酸的化学混合物。将苯乙烯单体结合入水溶性丙烯酸骨架中既增加其疏水性又增加其硬度，这两者都使得树脂聚结和保留在纸基材的上面。这种行为的例子在NEORESJN A-1093(NY)中可发现。苯乙烯和丙烯酸单体的摩尔比范围从大约20∶1至大约1∶20。
除了有机树脂，也可以使用无机树脂。可适用的无机树脂是那些以水溶液或可溶于水的固体存在，但干燥后变得不溶于水的树脂。这种树脂的例子之一是一种金属盐的硅酸盐。PQ Corporation(PA)提供商标名称为KASJL(硅酸钾)和SILlCATE E的多种金属盐的硅酸盐。
为了进一步提高树脂的“浮力”或树脂在纸张的表面聚结和形成膜的能力，优选颜料作为着色剂。当墨水在非常多孔的基材上书写时也是如此。由于颜料是颗粒并是不溶的物质，因此它们可以用来形成用于树脂的下层结构以浮动在多孔基材上。实质上，任何在分散介质中不反应或不溶解的颜料都可以被使用。该颜料可以是有机的或无机的。
适合的蓝色颜料包括，但不限于，PALOMAR BLUE B-4810PB 15:3，PALOMAR BLUE B-4710PB 15:1，和PALOMAR BLUE B-4900颜料(均来自Bayer Corp.)；和SUNFAST BLUE 15:3滤饼和SUNFAST BLUE 15:3粉(来自Sun Chemical Corp.)。
适合的红色颜料包括，但不限于，品红颜料诸如QUINDO MAGENTARV-6828 Pigment Red 122，QUINDO MAGENTA RV-6831 Pigment Red 122滤饼，QUiNDO RED R-6713 PV 19，和QUINDO MAGENTA RV-6843 Pigment Red202颜料(均来自Bayer Corp.)；和SUNFAST MAGENTA 122和SUNFASTMAGENTA 202颜料(均来自Sun Chemical Corp.)。
适合的黄色颜料包括，但不限于，FANCHON FAST Y-5700PY 139和FANCHON FAST Yellow Y-5688C.I.Pigment Yellow 150颜料(来自BayerCorp.，Rock Hill，S.C.)；SUNBRITE YELLOW 14滤饼和SPECTRA PACYELLOW 83颜料(均来自Sun Chemical Corp.，Cincinnati，Ohio)；SANDORINYELLOW 6GL(来自Clariant Corp.，Charlotte，N.C.)；和IRGAZIN YELLOW2RLT PY 110，IRGAZIN YELLOW 2GLTN PY 109，IRGAZIN YELLOW 2GLTEPY 109，和IRGAZINYELLOW 3RLTNPY 110颜料(均来自Ciba Geigy)。
适合的绿色颜料包括，但不限于，铜酞菁绿颜料诸如PIGMENT GREEN 1，PIGMENT GREEN 2，PIGMENT GREEN 7，和PIGMENT GREEN 36，和它们的混合物。这些颜料来自Organic Pigment Corp.of Greensboro，NC和其它本领域技术人员熟知的来源。
紫色着色剂典型地包括喹吖啶颜料或苯并咪唑酮颜料。有用的紫色着色剂包括PIGMENT VIOLET 19，PIGMENT VIOLET 3，PIGMENT VIOLET 32，PIGMENT VIOLET 23，和它们的混合物。这些颜料来自Organic PigmentCorp.，Greensboro，NC和其它本领域技术人员熟知的来源。
橙色着色剂典型地包括β-萘酚颜料或萘酚红颜料。本发明中有用的橙色着色剂包括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，和它们的混合物。这些颜料来自OrganicPigment Corp.，Greensboro，NC和其它本领域技术人员熟知的来源。
色彩中也可以包括如同炭黑的黑色颜料，诸如SPECIAL BLACK 4，SPECIAL BLACK 5，SPECIAL BLACK 6，SPECIAL BLACK 4A，COLORBLACK FW 200，和COLOR BLACK FW2颜料(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炭黑颜料(所有均来自Columbian Chemical Corp.，Atlanta，Ga.)；MOGUL L炭黑和STERLING NS炭黑颜料(均来自Cabot Corp.，Boston，Mass.)；和CARBON BLACK MA-100颜料(来自Mitsubishi Kasei Corp.，Tokyo，Japan)。
然而，因为颜料在纸张上面作为涂层或膜而保留的能力取决于最终的粒径时，所以优选具有较大粒径的颜料。优选具有平均颜料尺寸至少0.1微米的颜料，更优选至少0.5微米，和甚至优选至少1微米。尽管干颜料是通常可得的，但为了实用目的和墨水制造的方便，可应用其它形式的商业可得的颜料预分散形式。可以以水湿滤饼形式使用的代表性的商业颜料包括HEUCOPHTHAL BlueBT-585-P，TOLUIDINE red Y(C.I.Pigment Red 3)，QUINDO Magenta(PigmentRed 122)，Magenta RV-6831滤饼(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。
黑色颜料，诸如炭黑，通常不以含水滤饼的形式提供。另一种形式的可适用的预分散颜料是溶剂中的颜料分散体。对水基墨水来说，水中的颜料分散体是经常使用的。这些分散体的例子包括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。
本领域熟知的其它任选的添加剂可以添加到墨水配方中以提高其性质或加工性能。这些添加剂包括，但是不限于，表面活性剂、消泡剂、抗微生物剂、粘度调节剂、抗结皮剂、分散剂、pH缓冲剂等等。
以下实施例可以帮助说明本发明公开的墨水的制备。应当理解这些实施例的给出仅是说明目的，不能用于限制本发明公开的范围和主旨。
实施例1——红色光泽墨水向39份NEORESIN BT-44，27份NEORESIN A 1093(均来自NeoResin，Wilmington，MA)，27份去离子水和0.4份SURFYNOL 440(Air Products，Allentown，PA)的搅拌均匀的混合物中，加入6.6份ORASPERSE NAPHTHOLRed 2(Organic Pigment Corporation，Greensboro，SC)。继续混合30分钟。取出2.0cc墨水并放入划线器中。使用该光泽墨水制成彩色样品。干燥后，使用光泽测量计(BYK)检测彩色样品的光泽，结果与使用同色常规水基墨水的划线器的结果进行比较。
实施例2——黑色光泽墨水向39份NEORESIN BT-44，27份NEORESIN A 1093(均来自NeoResin，Wilmington，MA)，27份去离子水和0.4份SURFYNOL 440(Air Products，Allentown，PA)的搅拌均匀的混合物中，加入6.6份ECONOJET 101，(Wolstenbolme International，West Chicago，IL)。继续混合30分钟。取出2.0cc墨水并放入划线器中。使用该光泽墨水制成彩色样品。干燥后，使用光泽测量计(BYK)检测彩色样品的光泽，结果与使用同色常规水基墨水的划线器的结果进行比较。
实施例3——蓝色光泽墨水向39份NEORESIN BT-44，27份NEORESIN A 1093(均来自NeoResin，Wilmington，MA)，27份去离子水和0.4份SURFYNOL 440(Air Products，Allentown，PA)的搅拌均匀的混合物中，加入6.6份ORASPERSE BLUE 3GG43I7(Organic Pigmen Corporation，Greensboro，SC)。继续混合30分钟。取出2.0cc墨水并放入划线器中。使用该光泽墨水制成彩色样品。干燥后，使用光泽测量计(BYK)检测彩色样品的光泽，结果与使用同色常规水基墨水的划线器的结果进行比较。
实施例4——紫色光泽墨水向39份NEORESIN BT-44，27份NEORESIN A 1093(均来自NeoResin，Wilmington，MA)，27份去离子水和0.4份SURFYNOL 440(Air Products，Allentown，PA)的搅拌均匀的混合物中，加入6.6份ORASPERSE Violet C-5119(Organic Pigment Corporation，Greensboro，SC)。继续混合30分钟。取出2.0cc墨水并放入划线器中。使用该光泽墨水制成彩色样品。干燥后，使用光泽测量计(BYK)检测彩色样品的光泽，结果与使用同色常规水基墨水的划线器的结果进行比较。
表1-由常规水基墨水(来自三个制造商)和本发明公开的墨水形成的涂层光泽的比较
注释1.通过将本发明公开的墨水涂层的光泽度除以三种已知的常规水基划线器的墨水涂层(即Sanford Colorific Classic划线器和两种现有的划线器)的平均光泽度来计算该提高度(％)。
如表1所示数据，实施例1-4的墨水制成的彩色样品比相应的相似颜色的常规水基墨水呈现出了五至七倍的光泽。
公开了这些在多孔纸张上提供高光泽和不洇出的墨水，其使得儿童在彩色图书的两面上不费力的上色。这些公开的墨水没有使用昂贵的金属颜料就获得了高光泽效果。不需要应用可估量的金属颜料来获得上述光泽测量读数。
虽然仅阐述和描述了特定的实施方式，但对上述描述的替换实施方式和各种改变对于本领域技术人员是显而易见的。这些和其它替换被认为是等同的并包括在本发明的主旨和范围内。
权利要求
1.一种高光泽墨水，包含树脂，着色剂，其中墨水中不含有可估量的金属颜料。
2.如权利要求1所述的高光泽墨水，其中树脂的分子量大于1000。
3.如权利要求1所述的高光泽墨水，其中树脂的分子量大于10000。
4.如权利要求1所述的高光泽墨水，其中树脂是疏水的。
5.如权利要求1所述的高光泽墨水，其中树脂包含含有苯乙烯和丙烯酸单体单元的聚合物。
6.如权利要求5所述的高光泽墨水，其中苯乙烯和丙烯酸的比例范围为大约20∶1至大约1∶20。
7.如权利要求1所述的高光泽墨水，其中树脂包含硅酸盐和金属盐。
8.如权利要求1所述的高光泽墨水，其中颜料的平均粒径大于等于0.1μm。
9.如权利要求1所述的高光泽墨水，其中颜料的平均粒径大于等于1.0μm。
10.如权利要求1所述的高光泽墨水，其还包含水。
11.如权利要求1所述的高光泽墨水，其中颜料选自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)和它们的混合物。
12.如权利要求1所述的高光泽墨水，其中颜料选自铜酞菁绿颜料；喹吖啶颜料；苯并咪唑酮颜料；β-萘酚颜料；萘酚红颜料；炭黑；和它们的混合物。
13.一种高光泽墨水，包括树脂，着色剂，水，和其中墨水中不含金属颜料。
14.如权利要求13所述的高光泽墨水，其中树脂的分子量大于1000。
15.如权利要求13所述的高光泽墨水，其中树脂的分子量大于10000。
16.如权利要求15所述的高光泽墨水，其中树脂是疏水的。
17.如权利要求15所述的高光泽墨水，其中树脂包含含有苯乙烯和丙烯酸单体单元的聚合物。
18.如权利要求15所述的高光泽墨水，其中苯乙烯和丙烯酸的比例范围为大约20∶1至大约1∶20。
19.如权利要求13所述的高光泽墨水，其中树脂包括硅酸盐和金属盐。
20.如权利要求13所述的高光泽墨水，其中颜料的平均粒径大于等于0.1μm。
21.如权利要求15所述的高光泽墨水，其中颜料的平均粒径大于等于1.0μm。
22.如权利要求13所述的高光泽墨水，其中颜料选自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)和它们的混合物。
23.如权利要求13所述的高光泽墨水，其中颜料选自下面的组铜酞菁绿颜料；喹吖啶系颜料；苯并咪唑酮颜料；β-萘酚颜料；萘酚红颜料；炭黑；和它们的混合物。
24.一种高光泽墨水，包括平均分子量大于10000的疏水树脂，着色剂，水，和其中墨水不含有金属颜料。
全文摘要
描述了一种用于儿童书写工具的改进的高光泽墨水。该改进的高光泽墨水避免了使用含金属颜料和其相对高的成本。进一步，当本文公开的墨水在多孔或薄的纸基材上干燥后，能有效赋予发光或光泽外观，所述纸基材诸如那些常用于儿童艺术的材料，诸如彩色绘画纸和制作儿童彩色图书的纸张。因此本文公开的墨水不仅干燥后提供发光或光泽外观，还避免了应用于薄的纸基材上时的洇过问题。
文档编号C09D11/16GK1836015SQ200480023694
公开日2006年9月20日 申请日期2004年5月18日 优先权日2003年8月19日
发明者关颖琛, J·卡拉 申请人:桑福德有限合伙人公司