一种炭黑中性墨水及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种炭黑中性墨水及其制备方法。该炭黑中性墨水由炭黑色浆、卡波姆、流变调节剂、低级醇、低聚糖、润滑剂、防腐防霉剂、pH调节剂、消泡剂、去离子水组成。其制备过程包括：制备卡波姆水溶液，向其中加入保湿剂、流变调节剂、低聚糖、pH调节剂，得到卡波姆凝胶；再加入防腐防霉剂、润滑剂、消泡剂，得到增稠触变基体；再加入微胶囊化炭黑色浆，得到炭黑中性墨水。本发明优点为采用包括卡波姆、多糖、流变调节剂和微胶囊化炭黑色浆组分进行合理配合，使颜料分散均匀，不发生团聚絮凝，所制得的中性墨水稳定性好、防霉性好、脱帽时间长、具有较高的触变性，书写手感流利、线条清晰。
【专利说明】一种炭黑中性墨水及其制备方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种炭黑中性墨水及其制备方法，属于墨水【技术领域】。
【背景技术】
[0002]圆珠笔作为一种书写工具，通过笔尖将圆珠笔中的墨水转移到书写介质上来完成字迹等的书写。一种高品质的圆珠笔要求其在书写或不书写时都应该不滴墨、不流淌，且具有书写时要求出墨均匀、字迹线条粗细均匀、颜色适当、附着力好、耐摩等优点。因此，在油性圆珠笔和水性圆珠笔的基础上，人们结合二者的优点，发展出一种中性圆珠笔，其不仅拥有水性墨水的书写润滑流畅性，而且具有很好的防流淌的特点。与传统的书写工具相比，中性圆珠笔显然更符合消费者的要求，更受大家的喜爱。
[0003]中性圆珠笔中使用的墨水称为中性墨水。中性墨水具有独特的流变性能，即在没有剪切外力作用下时，粘度非常大，可以确保圆珠笔不滴墨、不流淌；在书写剪切力作用下，墨水的粘度较低且随剪切力变化较小，从而可以保证书写时润滑不断线且出墨量均匀。中性墨水的流变学性能不仅与其增稠剂的种类、溶剂、溶液的浓度、电解质强度、pH值、温度等因素有关，而且与墨水调制过程中所使用的颜料色浆、各种助剂例如表面张力调节剂、PH调节剂、防腐剂和保湿剂等也有着密切关系。以上这些工艺参数、组分间的相容性及配合工艺等不仅能改变墨水的流变性能，而且直接影响墨水的稳定性和综合应用性能。就是说，墨水配方技术是决定中性墨水综合性能的一个关键。
[0004]中性墨水水性体系安全环保、耐久性优良、书写流畅，占据了国内及亚洲圆珠笔市场的主要份额。然而，我国现在研究与制造的中性墨水触变性低，流变性能差，而且稳定性差，这些都导致所制造的笔产品脱帽时间短，储存时间短，书写性能较差，以致目前我国圆珠笔墨水都是依靠进口来解决。
【发明内容】
[0005]本发明目的是提供一种炭黑中性墨水及其制备方法，该墨水具有脱帽时间长、触变性高、稳定性好的特点，且制备过程简单，容易实现工业化生产。
[0006]本发明是通过以下技术方案加以实现:一种炭黑中性墨水，其特征在于，该黑色中性墨水由下列组分及质量百分含量组成:
炭黑色浆，30%-50% ;卡波姆，0.2%-0.5% ;流变调节剂，2%-8% ；低级醇，15%_30% ；低聚糖，1%-4% ；润滑剂，4%-7% ;防腐防霉剂，0.4%-0.6% ；pH调节剂，0.5%-1.4% ；消泡剂，0.2%-0.4% ;其余为去尚子水,且上述各组分的质量百分含量之和为100%。
[0007]上述组分中的炭黑色浆是含有粒径在50_500nm，质量百分含量在15%_50%的炭黑微胶囊组成的炭黑微胶囊水性色浆，炭黑微胶囊表面含有非离子型亲水性基团，zeta电位为 35-70mVo
[0008]n上述组分中的卡波姆为卡波姆系列，为卡波姆940、卡波姆940L、卡波姆2020、卡波姆956或卡波姆970。[0009]上述组分中的流变调节剂为质量分数为10%的纳米二氧化娃或质量分数为10%的纳米碳酸钙，或为由聚乙烯、氧化聚乙烯或聚丙烯所形成的质量分数为30%的纳米级分散乳液其中的一种。
[0010]上述组分中的低级醇为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、乙二醇丁醚和缩二乙二醇丁醚中两种或两种以上的混合物。
[0011]上述组分中的低聚糖为平均分子量在200-2000的麦芽糖、蔗糖、葡萄糖中一种或两种或三种单糖聚合形成的低聚物。
[0012]上述组分中的防腐防霉剂为苯并三氮唑、防霉剂253、AF251、对羟基苯甲酸乙酯和对羟基苯甲酸甲酯中的一种或两种；上述组分中的消泡剂为硅油、SE-47、SD-670和JS-5115中的一种。
[0013]上述组分中的润滑剂为油酸钠、JS-349和单月桂基磷酸酯中的一种或两种。
[0014]上述组分中的pH调节剂为氨水、氢氧化钠、乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种。
[0015]上述结构的炭黑中性墨水的制备方法，其特征在于包括以下过程:
按质量计取质量浓度为1% -2%的卡波姆水溶液10-40份，在搅拌下向其中加入15-30份的保湿剂，2-8份的流变调节剂，和1-4份低聚糖，在40-45oC下充分混合均匀后脱气，IOmin内边搅拌边加 入0.5-1.4份pH调节剂，得到卡波姆凝胶，再向该凝胶中加入防腐防霉剂0.4-0.6份，4-7份润滑剂，消泡剂0.2-0.4份，IOmin内搅拌均匀后过滤得到增稠触变基体，在搅拌的情况下，向该增稠触变基体缓慢加入30-50份微胶囊化炭黑色浆，混合均匀后脱气，得到PH为7-8、触变指数为3.5-6.8的炭黑中性墨水。
[0016]本发明与现有技术相比有如下优点，本发明采用包括卡波姆、多糖、流变调节剂和微胶囊化炭黑色浆组分进行合理配合，使颜料分散均匀，不发生团聚絮凝，所制得的中性墨水稳定性好、防霉性好、脱帽时间长、具有较高的触变性，书写手感流利、线条清晰。
[0017]【具体实施方式】
以下实施例是对本发明作进一步详细说明，并不意味着对本发明的保护范围的限制。
[0018]实施例1
a.卡波姆凝胶制备
将0.5g卡波姆940溶解于去离子水配成质量浓度为1.25%的水分散液40g，搅拌下向该卡波姆水分散液中加入20g的质量比为5:4:1的1，2-丙二醇，70%山梨醇和乙二醇乙醚的混合物，再向该溶液中加入2g的10%纳米二氧化硅水分散液，Ig麦芽糖的低聚糖，在40-45oC下充分混合均匀后脱气,在IOmin内，边搅拌边向该溶液中加入0.8g的30%氢氧化钠使卡波姆溶液凝胶化；
b.增稠触变基体制备
将0.4g的质量比为1:1的苯并三氮唑和对羟基苯甲酸甲酯、5.5g的质量比为10:1的15%油酸钠和85%的单月桂基磷酸酯、0.3g硅油混合并搅拌均匀；将该混合液加入到上述卡波姆凝胶中搅拌lOmin，充分混合均匀后过滤得到70g增稠触变基体；
c.中性墨水制备
将制备好的70g卡波姆增稠触变基体在搅拌的情况下缓慢加入30g的固含量为30%的粒径在50-500nm的微胶囊化炭黑色浆，充分混合均匀后脱气，得到100g炭黑中性墨水。[0019]对所制得的炭黑中性 墨水采用高级旋转流变仪(瑞典)测试其表观粘度38.2cPa ；采用NDJ-1旋转粘度计测6r/min和60r/min时的粘度,并计算其比值，得到触变指数6.8 ；采用BZY系列表面张力仪测试其表面张力40.0mN/m。
[0020]实施例2
a.卡波姆凝胶制备
将0.4g卡波姆970溶解于去离子水配成质量浓度为1.33%的水分散液30g，搅拌下向30g卡波姆水分散液中加入15g质量比为13:2的丙三醇和二乙二醇乙醚的混合物，再向该溶液中加入4g的10%纳米碳酸钙水分散液，2g蔗糖和葡萄糖聚合的低聚糖，在40-45oC下充分混合均匀后脱气，在IOmin内，边搅拌边向该溶液中加入1.4g的30%的氨水使卡波姆溶液凝胶化；
b.增稠触变基体制备
将0.4g的质量比为1:1的苯并三氮唑和对羟基苯甲酸乙酯，7g的15%油酸钠和0.2g的JS-5115 (青岛九盛化工科技有限公司)混合并搅拌均匀，将该混合液加入到上述卡波姆凝胶中搅拌lOmin，充分混合均匀后过滤得到60g增稠触变基体；
c.中性墨水制备
将制备好的60g卡波姆增稠触变基体在搅拌的情况下缓慢加入40g的20%粒径在50-500nm的微胶囊化炭黑色浆，充分混合均匀后脱气，得到100g炭黑中性墨水。
[0021]所制得的炭黑中性墨水表观粘度、触变指数及表面张力的测试数据如表1所示。
[0022]实施例3
a.卡波姆凝胶制备
将0.3g卡波姆2020溶解于去离子水配成质量浓度为1.5%的水分散液20g，搅拌下向20g卡波姆水分散液中加入30g的质量比为14:1的乙二醇和缩二乙二醇丁醚的混合物，再向该溶液中加入Sg的30%聚乙烯乳液，Ig葡萄糖的低聚糖，在40-45oC下充分混合均匀后脱气，在IOmin内，边搅拌边向该溶液中加入1.2g的30% 二乙醇胺使卡波姆溶液凝胶化；
b.增稠触变基体制备
将0.4g质量比为1:1的苯并三氮唑和防霉剂253 (深圳海川化工科技有限公司)混合物、4g质量比为7:1的15%油酸钠和JS-349 (青岛九盛化工科技有限公司)混合物，0.4gSD-670 (北京安特普纳科贸有限公司)，混合并搅拌均匀，将该混合液加入到上述卡波姆凝胶中搅拌lOmin，充分混合均匀后过滤得到65g增稠触变基体；
c.中性墨水制备
将制备好的65g卡波姆增稠触变基体在搅拌的情况下缓慢加入35g的25%的粒径在50-500nm的微胶囊化炭黑色浆，充分混合均匀后脱气，得到100g炭黑中性墨水。
[0023]所制得的炭黑中性墨水表观粘度、触变指数及表面张力的测试数据如表1所示。
[0024]实施例4
a.卡波姆凝胶制备
将0.2g卡波姆956溶解于去离子水配成质量浓度为1.33%的水分散液15g,搅拌下向15g卡波姆水分散液中加入25g的质量比为23:2的70%山梨醇和乙二醇乙醚的混合物，再向该溶液中加入3g的30%氧化聚乙烯乳液，4g麦芽糖、蔗糖和葡萄糖聚合的低聚糖，在40-45oC下充分混合均匀后脱气，在IOmin内，边搅拌边向该溶液中加入1.4g的30%三乙醇胺使卡波姆溶液凝胶化；
b.增稠触变基体制备
将0.4g质量比为1:1的苯并三氮唑和对羟基苯甲酸乙酯混合物、6g的15%油酸钠和0.2gJS-5115 (青岛九盛化工科技有限公司)混合并搅拌均匀；将该混合液加入到上述卡波姆凝胶中搅拌lOmin，充分混合均匀后过滤得到55g增稠触变基体；
c.中性墨水制备
将制备好的55g卡波姆增稠触变基体在搅拌的情况下缓慢加入45g的17%的粒径在50-500nm的微胶囊化炭黑色浆，充分混合均匀后脱气，得到100g炭黑中性墨水。
[0025]所制得的炭黑中性墨水表观粘度、触变指数及表面张力的测试数据如表1所示。
[0026]实施例5
a.卡波姆凝胶制备
将0.2g卡波姆940L溶解于去离子水配成质量浓度为1%的水分散液20g，搅拌下向20g卡波姆水分散液中加入15g质量比为13:2丙三醇和乙二醇丁醚混合物，再向该溶液中加入5g的30%聚丙烯乳液，3g麦芽糖和鹿糖聚合的低聚糖,在40-45oC下充分混合均匀后脱气，在IOmin内，边搅拌边向该溶液中加入0.5g的30%乙醇胺使卡波姆溶液凝胶化； b.增稠触变基体制备
将0.6g质量比为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质量比为10:1 ^ 15%油酸钠和85%单月桂基磷酸酯混合物，0.4gSE_47 (深圳海川化工科技有限公司)，混合并搅拌均匀，将该混合液加入到上述卡波姆凝胶中搅拌lOmin，充分混合均匀后过滤得到50g增稠触变基体；
c.中性墨水制备
将制备好的50g卡波姆增稠触变基体在搅拌的情况下缓慢加入50g的15%的粒径在50-500nm的微胶囊化炭黑色浆，充分混合均匀后脱气，得到100g炭黑中性墨水。
[0027]所制得的炭黑中性墨水表观粘度、触变指数及表面张力的测试数据如表1所示。
[0028]对比实施例1
对比实施例1采用如实施例4的方法进行制备，不同在于，其配方中采用黄原胶代替卡波姆。具体制备方法如下:
a.黄原胶增稠触变体系的制备
将0.4g黄原胶溶解于去离子水配成质量浓度为2.67%的水分散液15g,搅拌下向15g黄原胶水分散液中加入25g的质量比为23:2的70%山梨醇和乙二醇乙醚的混合物，再向该溶液中加入3.2g的30%氧化聚乙烯乳液，4g麦芽糖、蔗糖和葡萄糖聚合的低聚糖，在40-45oC下充分混合均匀后脱气；将0.4g质量比为1:1的苯并三氮唑和对羟基苯甲酸乙酯混合物、7g的15%油酸钠和0.4gJS-5115 (青岛九盛化工科技有限公司)混合并搅拌均匀；将该混合液加入到上述黄原胶增稠体系中搅拌lOmin，充分混合均匀后过滤得到55g增稠触变基体；
b.中性墨水制备
将制备好的55g黄原胶增稠触变基体在搅拌的情况下缓慢加入45g的17%的粒径在50-500nm的微胶囊化炭黑色浆，充分混合均匀后脱气，得到100g炭黑中性墨水。
[0029]所制得的炭黑中性墨水表观粘度、触变指数及表面张力的测试数据如表1所示。[0030]对比实施例2
对比实施例2采用如实施例4的方法进行制备，不同在于，其配方中未加入低聚糖。具体制备方法如下:
a.卡波姆凝胶制备
将0.2g卡波姆956溶解于去离子水配成质量浓度为1.05%的水分散液19g,搅拌下向15g卡波姆水分散液中加入25g的质量比为23:2的70%山梨醇和乙二醇乙醚的混合物，再向该溶液中加入3g的30%氧化聚乙烯乳液,在40-45oC下充分混合均匀后脱气,在IOmin内，边搅拌边向该溶液中加入1.4g的30%三乙醇胺使卡波姆溶液凝胶化；
b.增稠触变基体制备
将0.4g质量比为1:1的苯并三氮唑和对羟基苯甲酸乙酯混合物、6g的15%油酸钠和0.2gJS-5115 (青岛九盛化工科技有限公司)混合并搅拌均匀；将该混合液加入到上述卡波姆凝胶中搅拌lOmin，充分混合均匀后过滤得到55g增稠触变基体；
c.中性墨水制备
将制备好的55g卡波姆增稠触变基体在搅拌的情况下缓慢加入45g的17%的粒径在50-500nm的微胶囊化炭黑色浆，充分混合均匀后脱气，得到100g炭黑中性墨水。
[0031]所制得的炭黑中性墨水表观粘度、触变指数及表面张力的测试数据如表1所示。
[0032]对比实施例3
对比实施例3采用如实施例4的方法进行制备，不同在于，其配方中未加入流变调节剂。具体制备方法如下:
a.卡波姆凝胶制备
将0.2g卡波姆956溶解于去离子水配成质量浓度为1.11%的水分散液18g，搅拌下向15g卡波姆水分散液中加入25g的质量比为23:2的70%山梨醇和乙二醇乙醚的混合物，再向该溶液中加入4g麦芽糖、蔗糖和葡萄糖聚合的低聚糖，在40-45oC下充分混合均匀后脱气，在IOmin内，边搅拌边向该溶液中加入1.4g的30%三乙醇胺使卡波姆溶液凝胶化；
b.增稠触变基体制备
将0.4g质量比为1:1的苯并三氮唑和对羟基苯甲酸乙酯混合物、6g的15%油酸钠和
0.2gJS-5115 (青岛九盛化工科技有限公司)混合并搅拌均匀；将该混合液加入到上述卡波姆凝胶中搅拌lOmin，充分混合均匀后过滤得到55g增稠触变基体；
c.中性墨水制备
将制备好的55g卡波姆增稠触变基体在搅拌的情况下缓慢加入45g的17%的粒径在50-500nm的微胶囊化炭黑色浆，充分混合均匀后脱气，得到100g炭黑中性墨水。
[0033]所制得的炭黑中性墨水表观粘度、触变指数及表面张力的测试数据如表1所示。
[0034]n本发明的实施例及对比实施例所得的样品测试结果如下表所示:
表1
【权利要求】
1.一种炭黑中性墨水，其特征在于，该黑色中性墨水由下列组分及质量百分含量组成: 炭黑色浆，30%-50% ;卡波姆，0.2%-0.5% ;流变调节剂，2%-8% ；低级醇，15%_30% ；低聚糖，1%-4% ；润滑剂，4%-7% ;防腐防霉剂，0.4%-0.6% ；pH调节剂，0.5%-1.4% ；消泡剂，0.2%-0.4% ;其余为去尚子水,且上述各组分的质量百分含量之和为100%。
2.按权利要求1所述的炭黑中性墨水，其特征在于，炭黑色浆是含有粒径在50-500nm，质量百分含量在15%_50%的炭黑微胶囊组成的炭黑微胶囊水性色浆，炭黑微胶囊表面含有非离子型亲水性基团，zeta电位为35-70mV。
3.按权利要求1所述的炭黑中性墨水，其特征在于，卡波姆为卡波姆系列，为卡波姆940、卡波姆940L、卡波姆2020、卡波姆956或卡波姆970。
4.按权利要求1所述的炭黑中性墨水，其特征在于，流变调节剂为质量分数为10%的纳米二氧化硅或质量分数为10%的纳米碳酸钙，或为由聚乙烯、氧化聚乙烯或聚丙烯所形成的质量分数为30%的纳米级分散乳液其中的一种。
5.按权利要求1所述的炭黑中性墨水，其特征在于，低级醇为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、乙二醇丁醚和缩二乙二醇丁醚中两种或两种以上的混合物。
6.按权利要求1所述的炭黑中性墨水，其特征在于，低聚糖为平均分子量在200-2000的麦芽糖、蔗糖、葡萄糖中一种或两种或三种单糖聚合形成的低聚物。
7.按权利要求1所述的炭黑中性墨水，其特征在于，防腐防霉剂为苯并三氮唑、防霉剂253、AF251、对羟基苯甲酸乙酯和对羟基苯甲酸甲酯中的一种或两种；消泡剂为硅油、SE-47、SD-670 和 JS-5115 中的一种。
8.按权利要求1所述的炭黑中性墨水，其特征在于，润滑剂为油酸钠、JS-349和单月桂基磷酸酯中的一种或两种。
9.按权利要求1所述的炭黑中性墨水，其特征在于，PH调节剂为氨水、氢氧化钠、乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种。
10.一种按权利要求1所述的炭黑中性墨水的制备方法，其特征在于包括以下过程: 按质量计取质量浓度为1% -2%的卡波姆水溶液10-40份，在搅拌下向其中加入15-30份的保湿剂，2-8份的流变调节剂，和1-4份低聚糖，在40-45°C下充分混合均匀后脱气，IOmin内边搅拌边加入0.5-1.4份pH调节剂，得到卡波姆凝胶，再向该凝胶中加入防腐防霉剂0.4-0.6份，4-7份润滑剂，消泡剂0.2-0.4份，IOmin内搅拌均匀后过滤得到增稠触变基体，在搅拌的情况下，向该增稠触变基体缓慢加入30-50份微胶囊化炭黑色浆，混合均匀后脱气，得到PH为7-8、触变指数为3.5-6.8的炭黑中性墨水。
【文档编号】C09D11/18GK103897482SQ201410123951
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】周雪琴, 刘东志, 李巍, 王小青 申请人:天津大学