金属墨水组合物和含有所述金属墨水组合物的书写仪器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及供用于毛细作用标记器中的金属墨水组合物。更确切地说，本 发明係关于包含有机溶剂、金属颜料以及树脂组分的金属墨水组合物。
【背景技术】
[0002] 能够做出含有金属颜料的书写标记的书写仪器为已知的。举例来说，已研发出能 够做出含有金属颜料的书写标记的阀作用标记器。典型地，此类阀作用标记器利用弹簧加 载式尖端，其在被按下（例如靠着书写表面）时打开墨水储集器的阀门，从而使墨水从墨水 储集器流动到尖端。
[0003] 与常规毛细作用标记器相比，阀作用标记器需要更多的部件，并且因此其制造更 为复杂并且成本更高。另外，阀作用标记器的问题在于当阀作用标记器未使用时金属颜料 往往会沉降到墨水储集器底部。因此，使用者典型地通常必须在使用标记器之前猛烈摇晃 所述标记器以便实现金属颜料在整个墨水组合物中的分布，从而确保递送到标记器尖端的 墨水组合物含有足够量的金属颜料以产生所需视觉效果。此外，使用者在不用标记器进行 书写的情况下典型地无法检验金属颜料是否已经充分分布于整个墨水组合物中，因为标记 器筒是不透明的。使用者还必须随后靠着书写表面按下尖端以打开墨水储集器阀门并且使 墨水组合物递送到如上文所描述的尖端。鉴于前述，需要递送金属墨水组合物的其它方法。
[0004] 常规的毛细作用标记器典型地含有纤维墨水储集器和与其流体连通的尖端。此类 标记器典型地包括低粘度墨水组合物，因为粘合力（墨水组合物与储集器和/或尖端沟壁 之间）必须大于墨水组合物内聚力以准许组合物通过毛细作用移动。将金属颜料（例如包 括各种金属颜料，如铝薄片和青铜薄片）并入用于毛细作用标记器中的低粘度墨水组合物 中通常具有挑战性，因为此类金属颜料往往会从如上文所阐述的墨水组合物中沉降出来。 即使当金属颜料充分悬浮于墨水组合物中时，标记器的纤维常常不合需要地过滤金属颜料 并且随时间而变得堵塞。因此，随时间推移，标记器可能不能做出含有金属颜料的书写标 记。
[0005] 宫本（Miyamoto)的美国专利第6, 120, 590号公开了含有具有金属光泽色彩的水 基触变凝胶墨水的圆珠笔。然而，此类触变凝胶墨水过于粘稠而无法成功地被调适用于包 括常规的毛细作用标记器的多种书写仪器中。
[0006] 然而，包括含有金属颜料的墨水的毛细作用标记器是所属领域中已知的。塞克斯 顿（Sexton)的美国专利第7, 135, 507号公开了含有包括金属颜料和特定乙内酰脲-甲醛 共聚物成膜树脂以及任选着色剂、pH调节剂、抗沉降剂或防腐剂中的一或多者的水性分散 液的毛细作用标记器。另外，塞克斯顿的美国专利第7, 297, 729号公开了含有包括硝基溶 剂、成膜树脂、颜料或染料以及任选衬底湿润剂的墨水的毛细作用标记器。再者，苏赫纳 (Sukhna)的美国专利第6, 402, 412号公开了用于毛细作用标记器的水性墨水，其包括永久 性水基粘合剂、具有次微米粒径的彩色的着色永久性水基分散液、具有特定粒径的铝分散 保湿剂、表面活性剂、抗沉降添加剂、防腐剂以及pH调节剂。然而，过于频繁地，含有已知墨 水调配物的毛细作用标记器并不递送实质上均质的墨水组合物持续合理的时间量（相比 于产品寿命小得多）并且往往会堵塞，尤其当在墨水调配物中利用市售青铜颜料时。此类 问题被认为可部分归因于常用于书写组合物中的金属颜料的密度、尺寸、形态以及表面处 理。
【发明内容】
[0007] 本发明提供一种金属墨水组合物，其包含有机溶剂、分散于溶剂中的金属颜料以 及溶解于溶剂中的树脂组分，其中所述墨水组合物的颜料与树脂组分的比率在约〇. 70与 约2. 00之间，并且树脂组分的平均羟基数在约20与约120之间。
[0008] 在相关方面，本发明提供包含墨水储集器和与墨水储集器流体连通的多孔尖端的 毛细作用标记器，所述墨水储集器含有根据本发明的金属墨水组合物。
[0009] 在另一相关方面，本发明提供一种做出具有金属墨水组合物的书写标记的方法， 其包含以下步骤：提供包含墨水储集器和与墨水储集器流体连通的多孔尖端的毛细作用标 记器，所述墨水储集器含有根据本发明的金属墨水组合物；以及使毛细作用标记器尖端与 衬底表面接触来做出书写标记。
[0010] 所属领域的技术人员通过查阅以下详细描述，结合所附权利要求书，本发明的其 它方面可以变得显而易见。虽然本发明容许有各种形式的实施例，但下文描述了本发明的 特定实施例，其中应理解本发明是说明性的并且并不意图将本发明限制于本文所描述的特 定实施例。
【具体实施方式】
[0011] 本发明提供一种金属墨水组合物，其包含有机溶剂、分散于溶剂中的金属颜料以 及树脂组分，其中颜料与树脂组分的比率在约0. 70与2. 00之间。树脂组分的平均羟基数 在约20与约120之间。
[0012] 令人惊讶并且出乎意料地，本发明人发现毛细作用标记器多孔尖端的加注明显受 颜料与树脂组分的比率以及树脂组分的平均羟基数影响。已发现，在约〇. 70与2. 00之间 的颜料与树脂组分的比率和约20与约120之间的平均羟基数的组合在促进递送实质上均 质的含有金属颜料的墨水组合物方面尤其有利，其中最终结果是任何书写标记（使用书写 仪器，尤其含有根据本发明的金属墨水组合物的毛细作用标记器做出）一般包括常规量/ 均匀量/均质量的金属颜料并且因此展现出在实质上产品的整个寿命内的所需装饰效果。 具体来说，通过提供含有在前述范围内的颜料与树脂组分的比率和平均羟基比的金属墨水 组合物，金属墨水组合物能够使毛细作用标记器尖端加注有金属颜料，从而有利地避免了 归因于"过量加注"的不可接受的失效（其被认为会使多孔尖端变得过于堵塞，从而在尝试 书写标记时从尖端递送不充足的墨水组合物来润湿衬底）和归因于加注不足的不可接受 的失效（其被认为可归因于颜料因为金属颜料与墨水储集器纤维之间的非所需相互作用 而变得不合需要地固定在纤维墨水储集器内，从而在尝试书写标记时将极少的金属颜料从 尖端递送到衬底）。
[0013] 具体来说，当金属墨水组合物包括在施加于衬底上时提供"金色"、"金青铜色"或 "青铜色"的装饰效果的青铜（铜合金）金属颜料时，根据本发明的金属墨水组合物出乎意 料地展现出有利的性能，并且颜料与树脂组分的比率在约0. 70与2. 00之间，并且树脂组分 的平均羟基数在约30与约70之间。据相信，根据本发明的墨水组合物中的颜料与树脂组 分的比率和树脂平均羟基数对于如本文所公开的实质上平坦的青铜/铜合金金属颜料来 说尤其有用，因为其密度、尺寸、形态以及表面处理（以及这些参数影响书写仪器，尤其含 有墨水组合物的毛细作用标记器的书写性能的方式），但当然还可以使用其它金属颜料，尤 其是用如硬脂酸、油酸等的长链（18到21个碳）脂肪酸处理的金属颜料。
[0014] 本发明提供包含墨水储集器和与墨水储集器流体连通的多孔尖端的毛细作用标 记器，所述墨水储集器含有金属墨水组合物，所述金属墨水组合物包含有机溶剂、分散于溶 剂中的金属颜料以及溶解于溶剂中的树脂组分，其中颜料与树脂组分的比率在约〇. 70与 2. 00之间，并且树脂组分的平均羟基数在约20与约120之间。
[0015] 本发明进一步提供一种做出具有根据本发明的金属墨水组合物的书写标记的方 法，所述方法包含：提供包含墨水储集器和与墨水储集器流体连通的多孔尖端的毛细作用 标记器，所述墨水储集器含有金属墨水组合物，所述金属墨水组合物包含有机溶剂、分散于 溶剂中的金属颜料和溶解于溶剂中的树脂组分，其中颜料与树脂组分的比率在约〇. 70与 2. 0之间，并且树脂组分的平均羟基数在约20与约120之间；以及使毛细作用标记器尖端 与衬底表面接触来做出书写标记。
[0016] 本文中范围可以表达为"约"或"大致" 一个特定值和/或到"约"或"大致"另一 特定值。当表达此类范围时，根据本发明的另一个实施例包括一个特定值和/或到另一特 定值。类似地，当特定值表达为近似值但使用如"约"、"至少约"或"低于约"的先行词时， 应理解特定值形成另一个实施例。
[0017] 撤遍
[0018] -般来说，树脂可以在墨水中具有多种功能，例如可以并入树脂以便液体基质内 的颜料湿润，在溶剂干燥期间当墨水从液态转变到塑性状态时可以并入树脂以辅助成膜， 并且可以并入树脂以产生使颜料与各种衬底粘合一般所需的粘着性。
[0019] 为了提供适用于经由标记仪器（例如毛细作用标记器）递送的金属墨水组合物， 平均羟基数在约20与120之间的树脂组分优选包括在墨水组合物中。
[0020] 当经由毛细作用将本发明的墨水组合物从纤维墨水储集器牵引到尖端并且在标 记后分配（例如用本发明的墨水组合物做出书写标记）时，根据本发明的树脂组分有利地 作用于帮助递送金属颜料。因此，添加树脂组分以促进从毛细作用标记器递送金属颜料并 且当树脂组分的平均羟基数在约20与约120之间，约20与约110之间，约25与约100之 间，约25与约90之间，约30与约80之间，约35与约75之间，约35与约70之间，约35与 约65之间，约40与约60之间和/或约45与约55之间，例如约50的值时，其出人意料地 能够实现此类递送。
[0021] 树脂组分可以包括羟基化树脂作为唯一的树脂，或树脂组分可以是羟基化树脂与 一或多种额外树脂的组合，其限制条件为平均羟基数在约20到约120范围内。因此，如本 文所使用，树脂组分指的是墨水组合物的总树脂含量。总树脂含量一般可以描述为墨水调 配物内所含有的聚集体中的树脂量（即，低分子量非晶形寡聚物）。树脂组分的一或多种额 外树脂可以包含非羟基化树脂。在一种类别实施例中，树脂组分实质上不含非羟基化树脂， 即，墨水组合物仅含有一或多种羟基化树脂。在另一类别的实施例中，树脂组分可以是一或 多种羟基化树脂与一或多种非羟基化树脂的组合以使得平均羟基数是约20到约120。
[0022] 如本文所使用，"平均羟基数"指的是树脂组分的有效羟基数。举例来说，以2:1比 率（羟基化树脂与非羟基化树脂）包含羟基数约75的羟基化树脂和羟基数是0的非羟基 化树脂的树脂组分的平均羟基数是约50。在羟基化树脂是树脂组分中包括的唯一树脂的实 施例中，平均羟基数是羟基化树脂的羟基数。
[0023] 如本文所使用，术语"羟基数"是特定树脂的"羟基值"与"酸值"之间的差值。羟 基值是由于一克给定羟基化树脂与乙酸酐之间的反应而形成的酯水解所需的氢氧化钾的 数量（以毫克计）。酸值是一克树脂中的羧酸水解所需的氢氧化钾的数量（以毫克计）。我 们已出乎意料并且令人惊讶地发现，树脂（即使相同批次树脂）的羟基数可以取决于树脂 加工流中树脂被测试的时间和树脂的储存条件而不同。典型地，在本发明中，术语羟基数指 的是已经历整个加工流和配送链的市售树脂的羟基数，即，典型地，羟基数指的是如墨水制 造商接收到的树脂。
[0024] 令人惊讶并且出乎意料地，已发现，树脂组分的平均羟基数对于获得包含根据本 发明的金属墨水组合物的毛细作用标记器的不断增强的书写性能来说尤其重要。
[0025] 举例来说，当金属墨水组合物包含平均羟基数是零的树脂组分时，包含所述金属 墨水组合物的毛细作用标记器将极少到没有金属颜料递送到衬底。在不希望受理论束缚的 情况下，标记器被认为递送极少到没有金属颜料，因为尖端由于金属墨水颜料不合需要地 与墨水储集器的纤维相互作用而使墨水组合物"加注不足"。此类不佳加注的最终结果是具 有较低密度金属颜料的书写痕迹。
[0026] 此外，当树脂羟基数过高，例如大于120时，起初产生金属颜料从毛细作用标记器 的良好递送但费解的是在不可接受