防泄漏书写工具的制作方法

专利名称：防泄漏书写工具的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及书写工具，其包含或者包括至少一个由书写介质吸收性和/或吸水性聚合物、尤其是超吸收性聚合物或者共聚物形成的组件。特别地，书写介质吸收性聚合物可以针对书写工具配置，以提高防漏性能。
背景技术：
书写工具设计者一直面对的一种挑战是防止或者抑制不希望有的油墨从书写工具中渗漏，而同时保持易于书写、性能特性的一致性及其他油墨的有益性能，例如粘度或者流动性、对书写基质的粘合等等。可以对书写工具和其中包含的油墨进行各种方式的物理或者化学上的改变，以减少油墨从书写工具中渗漏的倾向。
正如从理论上认识到的，油墨渗漏可能与油墨和油墨所接触的书写工具内部的相对表面能有关，现有技术中已经公开了用聚合物涂覆书写工具内的油墨接触区域或者油墨容器，以最小化渗漏和/或最小化油墨与内表面的相互作用。
有时，在书写工具的油墨容器内和外部环境大气之间可能存在压力差。压力差的平衡可以通过油墨从油墨容器内部流出、即油墨渗漏而达到。为了防止或者抑制在这种情况下油墨从书写工具中渗漏，现有技术中公开了缓冲器油墨容器，其可以储存溢出的油墨。溢出油墨可以在压力差平衡下回到内部油墨容器。
超吸收性聚合物和共聚物在科学文献中是众所周知的，它们被用于吸收水、盐水和各种体液例如尿(天然的或者人造的)、血液等等，并且尤其是用于例如尿布、失禁垫、妇女卫生产品等等的实际应用中。然而，将吸收性聚合物或者共聚物用于涉及书写介质的应用中，即使有，也是很少的。
虽然吸收性聚合物和共聚物已经被用于吸收印刷油墨，但是现有技术没有提供任何关于使用超吸收性聚合物或者共聚物吸收其他类型的油墨、例如用于手持或者可手指-操作的书写工具中的油墨的教导。
设计出具有降低的油墨从其中或者在其中渗漏的书写工具将是希望的。尤其希望的是设计和/或生产出防泄漏书写工具，其包含位于特别具有油墨渗漏倾向的区域的油墨吸收组件。

发明内容
本发明的一个方面涉及书写工具，其具有用于包含书写介质的油墨容器、书写尖端和超吸收性聚合物或者共聚物(在此为了简化起见称为“超吸收性聚合物”或者“SAP”)。SAP可以以任何希望的方式与书写工具结合。例如，SAP可以提供在书写工具组件的表面上或附近或者结合到书写工具组件的材料中。优选，超吸收性聚合物以足够的量存在，以防止、控制或者抑制不正常的或者不希望有的书写介质向不希望的位置(例如在书写工具内或者向书写工具外部)渗流、泄漏或者溢出。还优选，存在于书写工具或者其组件或元件中或者书写工具或者其组件或元件上的超吸收性聚合物的量不过多，以至于在超吸收性聚合物内保持显著百分比的书写介质，或者实质上干扰书写工具的使用、美观性或者功能，例如在使用期间希望的书写介质从油墨容器到书写尖端和通过书写尖端的流动。
超吸收性聚合物可以按照本发明的一个实施方案被放置或者定位在书写工具内，或者按照本发明的另一个实施方案引入到书写工具的元件上或者元件内，并且可以优选地起到吸收将泄漏到不希望的区域的书写介质的作用。优选地，超吸收性聚合物不实质上干扰在正常使用期间所希望的书写介质从容器到书写尖端的连通或者流动。
用于本发明书写工具的优选的SAP包括，但是不局限于聚丙烯酸烷基酯；聚烷基丙烯酸烷基酯；聚丙烯酸；至少部分中和的聚丙烯酸；聚烷基丙烯酸；至少部分中和的聚烷基丙烯酸；包含至少一种上述的组分或者其重复单元的共聚物；以及其混合物或者共混物。按照本发明，优选的书写工具包括，但是不局限于，圆珠笔、滚珠(rollerball)笔、自由-油墨笔、毡尖笔、记号笔以及标记笔。
存在于本发明书写工具中的超吸收性聚合物的量可以根据大量因素变化，这些因素包括，但不局限于书写介质的初始量；超吸收性聚合物对于书写介质的吸收性；超吸收性聚合物对于书写介质的吸收效率；预计的书写介质泄漏的量；书写介质泄漏和超吸收性聚合物放置的位置；超吸收性聚合物对其上施加有或者其中包含有所述超吸收性聚合物的书写工具部件的性能的影响；等等；或者任何其组合。优选地，包含在书写工具内的书写介质的最大量与书写工具中的SAP总量的比例可以为至少大约5∶1、更优选至少大约10∶1，或者至少大约20∶1。还优选，书写工具中书写介质的最大量与书写工具中SAP的总量的比例可以为小于大约200∶1。
在某些情况下，由于在本发明某些书写工具中在书写介质和超吸收性聚合物之间的分子间相互作用的性质和/或强度，书写介质可能不是实质上可逆地被超吸收性聚合物吸收的(即，可能是实质上不可逆地吸收的)，这与在书写工具(例如本文描述的)中一般地被暂时的油墨存储元件实质上可逆地吸收的书写介质截然不同。可选择地，当书写介质和超吸收性聚合物之间的分子间相互作用的性质和/或强度被改变，或者更通常地，当在外部施加温度和/或压力时，书写介质可能被可逆地吸收到较高的程度。
本发明的另一个方面涉及制造书写工具的方法和/或提高书写工具防漏性能的方法。所述方法的每一种包括与书写工具相关地提供如上所述的超吸收性聚合物，其量足以防止除在正常使用期间通过书写尖端以外，不希望有的书写介质到不希望区域的渗流、泄漏或者溢出。
定义除非另作说明，本文使用的术语“水”应被理解为是指自来水或者去离子水；优选双重去离子的(双重DI)水(即，仅仅将双重DI水用于材料性能测试)。
本文使用的术语“实质上”可以指超过大约95％、优选超过大约98％、更优选超过大约99％、最优选超过大约99.5％。因此，本文使用的措词“实质上不”可以指低于大约5％、优选低于大约2％、更优选低于大约1％、最优选低于大约0.5％。当采用时，所有在本文中提到的百分数是重量百分数，除非另作说明。
在提到化学品或者聚合物重复单元时，本文使用的术语“烷基”应被本领域普通技术人员理解为包括直链、支链和/或环状烃部分，其通过单一共价键连接到化学品或者聚合物重复单元的其余部分。在聚合物重复单元的情况下，烷基基团是聚合物链的侧基。例如，烷基基团可以如以下所列(在此显示一个碳到五个碳的部分)甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、异丁基、正戊基、1-甲基-正丁基、2-甲基-正丁基、3-甲基-正丁基、1，1-二甲基-正丙基、2，2-二甲基-正丙基、1，2-二甲基-正丙基、1-乙基-正丙基、2-乙基-正丙基、1-正丙基-乙基、1-异丙基-乙基、1-甲基-1-乙基-乙基等等。所述烃部分可以包括任何碳数的基团，并且在一个实施方案中包括少于大约20个碳原子。
本文使用的前缀“烷”，当在提到化学品或者聚合物重复单元时使用时，应被本领域普通技术人员理解为包括通过单一共价键连接到所述化学品或者聚合物重复单元的其余部分上的烷基基团。在聚合物重复单元的情况下，由前缀“烷”表示的烷基基团是直接连接到聚合物链的基团。“烷基”和“烷”之间的差别可以按照以下进行区分。例如，聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯的重复单元结构显示如下。第一个结构仅仅包含连接于对于聚合物主链而言已经是侧链的位置的甲基(“烷基”情况)；第二个结构仅仅包含直接连接到聚合物主链上的位置的甲基，而R表示未知的化学部分(“烷”情况)；和第三个结构包含两个甲基，一个连接于对于聚合物主链而言已经是侧链的位置，而另一个直接连接到聚合物主链上的位置(“烷基”和“烷”两者的情况)。


图1描绘了按照本发明的原理的具有由超吸收性聚合物形成的组件的示例性书写工具。
具体实施例方式
其中可以应用本发明原理的书写或者标记(为了方便起见本文使用“书写”，但是不打算限制)工具的类型的实例包括，但是不局限于，圆珠笔、滚珠笔、自由-油墨笔、毡尖笔、记号笔以及标记笔等等。在一个实施方案中，书写工具可以不包含喷墨和/或胶版印刷机。在另一个实施方案中，书写工具是手持书写工具。在另一个实施方案中，书写工具是可手指操纵的。
大多数书写工具包括主体(或者称为筒管)，并且具有近端或者非书写端，和远端或者书写端。书写工具主体或者筒管通常具有中空的中心部分，其通常是，但是不局限于，基本上圆柱形的、棱柱形的或者截头圆锥形的。在某些书写工具中，中空中心部分仅仅在书写端(或者远端)是开口的，并且近端借助于与筒管形成整体的端塞密封。可选择地，中空中心部分可以在近端和远端两者处是开口的。端塞可以滑动地、旋转地或者以其他方式在筒管的近端与开口机械地配合，以将筒管的内部密封和/或保护其中的元件。
书写工具还通常包含书写尖端，在使用期间书写介质(在此为了方便起见称为“油墨”，但是不打算局限于此)可以从该书写尖端出来。在某些书写工具中，书写尖端可以是点(例如滚动珠或者珠尖)的形式，通过该点书写介质可以流动而被施加到书写基质上(例如在正常使用期间)，并且油墨转移元件将书写介质从容器输送到该点。可选择地，在其他书写工具例如标记笔、记号笔、毡尖书写工具和某些自由-油墨书写工具中，书写尖端可以包括笔尖，其可以是多孔的或者纤维的元件，其通过笔尖支持体中的轴向穿孔延伸，并且在书写工具远端部分地延伸到书写工具的外部。
可以提供油墨转移元件，其包括一个组件或者组件组合体，以将书写介质从书写介质容器转移到，并且有时通过，书写尖端，以将书写介质施加到书写基质上(即正常使用)。油墨转移元件可以包括油墨供给器，其包括将书写介质从其近端(延伸到容器中)携带到其远端(最终到书写尖端)的纤维或者多孔材料，以及任选地从油墨供给器的远端到书写尖端的芯。如果提供了笔尖，其可以是与油墨转移元件分开的元件，或者可以是与油墨转移元件一体的，起油墨转移元件远端的作用，其近端可以延伸到油墨容器。
书写介质可以直接以自由状态贮留在筒管中，或者贮留在书写介质保留材料例如纤维填料中。在此情况下，主体直接保留书写介质。可选择地，书写介质可以贮留在墨盒(例如圆珠笔油墨的油墨管，或者用于自由-油墨的容器)中，并且可以将筒管插入在墨盒中或者可以接收所述墨盒。
通常，在书写工具的前端提供前头锥和任选地尖端支持体，以保持或者支撑书写尖端。前头锥通常是截头圆锥形的，但是可以是任何适当的形状。通常，前头锥的近端可以滑动地、旋转地或者以其他方式机械地在筒管远端与开口配合。通常，前头锥的远端可以成型为能保持所述尖端(或者尖端支持体，如果提供的话)。如果书写工具包括可缩回的书写尖端，则尖端(和/或尖端支持体，如果提供的话)可以通过前头锥的开口远端延伸。在大多数标记笔、记号笔和毡尖书写工具以及某些自由-油墨书写工具中，特别是当提供有笔尖时，可以存在单一笔尖支持体元件，其具有以上详述的前头锥和尖端支持体元件的综合特性。
自由-油墨书写工具通常包括容器，在其中包含“自由状态”的特定粘度的书写介质，这与其中书写介质被保持在作为书写介质容器的多孔或者纤维材料内的书写工具相反。自由-油墨书写工具可以包括暂时的油墨存储区，在其中书写介质可以溢出，特别是响应于油墨容器内部和书写工具外面的环境大气之间的压力和/或温度差。在某些书写工具中，油墨存储区可以包含油墨存储元件，例如海绵、多孔泡沫或者缓冲体(以下将进一步详述)，其能够根据需要，随着油墨容器和书写工具外部的环境大气之间的温度和/或压力差的相对波动，可逆地将书写介质输送到油墨转移元件和从油墨转移元件输送出来。
例如，可以设置缓冲体以储存由油墨容器中提高的空气压力引起的异常高的书写介质流动，所述提高的空气压力例如由环境温度的变化或者由在长时间握持筒管时压力或者温度的提高而引起。示例性的缓冲体可以具有轴向穿孔或者空腔，油墨转移元件通过它们延伸，以及许多的间隔的环形元件或者翼片，在其之间形成了用于暂时贮存书写介质的环形空隙。例如，示例性缓冲体描述于McCullough等的美国专利5,906,446，该专利公开的全部内容在此引入作为参考。在大多数缓冲体中，通过翼片纵向延伸的窄缝，限定了在高的容器压力条件下使书写介质从容器到环形空间连通以及在环形空间彼此之间连通的油墨凹槽。当容器中的压力降低时，已经暂时地保存在缓冲体中的书写介质可以通过油墨凹槽回到油墨容器中。此外，通常存在另一种凹槽，其比所述油墨凹槽宽，其纵向地通过翼片形成，限定了空气凹槽。空气可以通过通常在书写尖端附近的放气口进入空气凹槽，并且当书写介质被消耗时经由空气凹槽运动可以到达油墨容器，由此防止在书写介质体积损失时产生真空。通常，空气凹槽和油墨凹槽在穿过翼片时彼此直接相对，即彼此成大约180°。然而，其他相对位置也是可能的。
书写工具还可以包括书写工具盖，如果提供，其可以通常可拆除地配置在至少书写工具的书写尖端上。书写工具盖通常具有内表面和外表面，使得当书写工具没有被使用时所述内表面盖在书写工具的书写尖端上(和任选地某些外表面的部分)。有许多方法可以可拆除地(例如滑动地、转动地、可缩回地、可联动地等等)在本发明书写工具的书写端上配置盖子。
按照本发明的原理，超吸收性聚合物与书写工具联用或者与书写工具相关地提供，以提高防漏性能(即减少油墨泄漏、渗流或者溢出到不希望的区域)。优选地，施加或者形成SAP，以防止书写介质在或者向不希望的区域、例如书写工具的不希望的部分或者向书写工具的外部不正常地或者不希望地渗流、泄漏或者溢出(在此为了简化起见称为“泄漏”，但是不打算进行任何限制)。SAP可以被应用于或者可以用来形成书写工具的至少一个组件，或者可以另外地联合或者与书写工具相关地提供，如以下更详细地描述的。
SAP可以有利地以足以防止、控制或者抑制(在此为了简化起见称为“防止”，但是不打算进行任何限制)书写介质泄漏的量存在。存在于书写工具或者其组件或元件中或者书写工具或者其组件或元件上的SAP的量，可以有利地足以防止书写介质的泄漏，但是优选地不过多而截留大百分数的书写介质，或过多而显著地干扰在使用期间所希望的书写介质从油墨容器到和通过书写尖端的流动。因此希望SAP以与存在于本发明书写工具中的书写介质的最大量相比较小的量存在。在本发明书写工具中的SAP的某些其他特定性能进一步详述如下。
虽然超吸收性聚合物可以用来防止任何粘度的书写介质的泄漏，但是SAP特别可用于包含较低粘度书写介质的书写工具。例如，按照本发明的原理，包含较低粘度(例如低于大约100cps)的书写介质的书写工具从存在超吸收性聚合物获得了特殊的益处。在一个实施方案中，书写介质的粘度为大约2cps到大约80cps。在包含较低粘度书写介质的现有技术书写工具中，书写工具的每个元件通常必须制造得很精确，要求对每个元件或者其部分进行严格的公差控制，以便防止书写介质泄漏。在书写工具中使用超吸收性聚合物，至少在某种程度上容许放松对严格的公差控制的要求，同时形成、保持或者提高(在此为了简化起见称为“保持”，但是不打算进行任何限制)书写工具的防漏性能(例如，书写工具的泄漏能力被基本上防止)。
在按照本发明另一个实施方案的书写工具中，SAP可以有利地放置或者定位在其自身上或者作为单一的工具组件形成(例如，SAP可以被复合到书写工具的至少一个组件中，使得书写工具的该组件可以由SAP或者SAP与其它材料的混合物或者共混物形成)。另外地或者可选择地，SAP可以提供在本发明书写工具的元件上或者其中(例如，SAP或者SAP与其它材料的混合物或者共混物可以被施加到组件的表面)。在两种情况下，SAP可以有利地起到吸收过量书写介质的作用，使得SAP基本上不干扰或者破坏在正常使用期间书写介质从容器到书写尖端的所希望的连通或者流动。SAP可以有利地在书写工具上或者书写工具中在任何位置提供或者包含或者包括在任何元件中或者任何元件上。例如，SAP可以在书写工具组件的表面处或附近。SAP的形式，和/或SAP在书写工具中处在其上或者包含在其中的具体元件或者位置，以及SAP的其他参数，通常将取决于书写工具的设计。在优选的实施方案中，SAP以这样一种方式提供，使得其基本上不被书写介质溶解。
在书写工具上或者书写工具中(或者与之另外地相关地)，SAP可以存在的示例性方式包括，但是不局限于涂覆在书写工具组件或元件的一部分表面上；作为预先制造的、成型的组件或元件(例如，作为较密实的材料，即密度为至少大约0.60克/立方厘米，或者作为泡沫材料，即密度为低于大约0.60克/立方厘米)，其以与书写工具组件或元件接触或者刚好邻接于和任选地粘合到书写工具组件或元件的方式配置，或者形成典型的书写工具的一部分(例如形成前头锥、端塞等等)；大量填塞的颗粒、填塞的粉末、填塞的细粒或者凝胶状的SAP材料，其以与书写工具组件或元件接触或者刚好邻接于和任选地粘合到书写工具组件或元件的方式配置；或者以上的某些组合。
其中提供SAP的书写工具的区域通常基于在这种位置处对SAP的需要来选择(即，通常在倾向于泄漏的区域中选择)。虽然在书写工具中可能有许多位置可能发生书写介质泄漏，特别不希望的是暴露于书写工具使用者或者可由书写工具使用者接触的书写工具的那些区域和/或书写工具的外部(例如周围环境的一部分)，除在正常使用期间书写尖端以外。例如，一个潜在的泄漏位置在书写工具的书写端或者远端和前头锥或者尖端支持元件之间，例如在气孔附近，如以下在实施例1中描述的。然而，当书写工具没有被使用时，书写介质也可能发生通过正常流动通道从油墨容器到书写尖端的泄漏。此外，在书写工具中元件或者组件被装配或者配合在一起的任何位置可能是潜在的或者示例性的书写介质发生泄漏的位置。因此本发明的书写工具应该显示提高的防漏性能。
在一个实施方案中，SAP可以放置或者定位在书写工具的任何元件或者组件的表面处或者附近，使得SAP基本上不干扰在正常使用期间书写介质从容器到书写尖端的所希望的连通或者流动。此外或者可选择地，在与SAP联合的书写工具元件或者组件的表面内至少大约10微米、优选至少大约1微米范围内可以存在足够量的SAP。
在其中端塞被配合到筒管的近端开口的书写工具中，本发明的书写工具可以在端塞和筒管的近端开口之间的配合接合处附近包含SAP，并且其量和位置足以防止书写介质通过端塞或者在端塞周围向书写工具外部泄漏。在该实施方案中，SAP的位置可以有利地包括，例如，在形成端塞本身的材料内，任选地作为与另一种聚合物的混合物或者共混物，或者作为在端塞表面上的至少局部的涂层，在端塞接触筒管内部或者暴露于筒管内部的部分的表面上或附近存在足够量的SAP，使得SAP或者聚合物共混物可以吸收在端塞表面上和/或周围泄漏的书写介质。
此外或者可选择地，SAP可以存在于油墨存储区中，但是优选不在油墨存储元件上或者油墨存储元件内。例如，SAP可以存在于油墨存储区中，其量足以防止书写介质例如向书写工具的不希望的部分或者书写工具的外部的泄漏。例如，SAP可以有利地提供在限定油墨存储区本身的界面中(无论其是否是筒管的内表面或者配置在筒管内表面中的油墨管或者油墨存储区壁材料的内表面)，或者其一部分中，其中在油墨存储区界面的表面上或附近存在足够量的SAP，使得SAP可以吸收从油墨存储元件泄漏的书写介质。
在其中提供了缓冲体形式的油墨存储元件的实施方案中，SAP可以与缓冲体一起提供。例如，SAP可以存在在通过缓冲体的轴向穿孔上或者轴向穿孔内。然而，因为SAP应该基本上不干扰在书写工具组件之间书写介质在希望的通道中的连通，因此优选位于油墨存储区中和/或油墨存储元件附近的任何SAP不接触油墨转移元件，以便不从其中吸收书写介质。
此外或者可选择地，SAP可以任选地提供在书写尖端上或附近，在书写工具的外部或者内部上，优选后者。例如，SAP可以存在在书写尖端的内部上，其量足以防止书写介质例如向书写工具的不希望的部分或者书写工具的外部的泄漏。有利地，SAP的存在可以防止发生书写介质的渗出或者溅污(取决于书写介质粘度)，因此保持书写介质到书写或者标记表面的清洁施加。在其中书写尖端包括滚珠或者珠尖的实施方案中，SAP可以与尖端支持体和/或前头锥联合。在其中书写尖端包括笔尖的实施方案中，SAP可以与笔尖支持体联合。
此外或者可选择地，SAP可以任选地提供在盖子的一部分上，例如盖子的内部部分。在其中书写工具包括盖子的实施方案中，在书写工具没有被使用时，因为某种原因可能从书写尖端泄漏到盖子内表面上的书写介质，可以被布置在盖子内表面上的SAP所吸收。然而，SAP不应该，并且优选确实不诱导书写介质从与SAP接触的书写尖端中泄漏出来，而导致SAP引起书写介质泄漏。有利地，在该实施方案中，SAP将以足以防止书写介质从盖子内表面泄漏的量存在。
本发明书写工具中的SAP可以包括任何具有足够的吸收性的聚合物，以防止书写介质例如从书写工具的希望的部分到书写工具内的不希望的部分或者到书写工具外部的泄漏。优选地，防止书写介质泄漏的书写工具中的SAP的吸收性应该使得SAP基本上不干扰书写工具的使用、美观性或者功能。
在一个优选的实施方案中，书写工具中的SAP可以有利地具有至少大约50克水/克聚合物、优选至少大约100克水/克聚合物的吸收容量。SAP对水的吸收容量通常使用粉末或者颗粒形态的聚合物测量，无论SAP在书写工具中是以什么形态存在的。吸收容量可以按照美国国家标准协会的JIS K 7223(1996)方法测量。在另一个优选的实施方案中，书写工具中的SAP可以有利地具有至少大约10克油墨/克聚合物、优选至少大约20克水/克聚合物的吸收容量。SAP对油墨的吸收容量可以使用粉末或者颗粒形态的聚合物测量，无论SAP在书写工具中是以什么形态存在的。为了使试验结果标准化，对油墨的吸收容量可以例如通过美国国家标准协会的JIS K 7223(1996)方法测量，除了使用油墨代替水。在一个实施方案中，用于吸收容量试验的油墨具有实际上存在于包含SAP的书写工具中的油墨的组成。
在另一个实施方案中，用于吸收容量试验的油墨可以具有以下组成之一，无论实际上存在于本发明的包含SAP的书写工具中的油墨的组成或者类型是怎样的

因为SAP对于书写工具中的书写介质的吸收性，因此包含在书写工具中的书写介质的最大量与书写工具中的SAP的总量的比可以有利地为至少大约51，优选地至少大约10∶1，或者至少大约20∶1。在另一个实施方案中，书写工具中书写介质的最大量与书写工具中SAP的总量的比可以为小于大约200∶1。
可选择地，当书写介质和SAP之间的分子间相互作用的性质和/或强度被改变，或者更通常地，当在外部施加温度和/或压力时，书写介质可能被可逆地吸收到较高的程度。在这样一种可选择的实施方案中，为SAP所吸收的书写介质的至少大约50％被释放到书写工具的希望的部分中，即使得书写介质被释放到从油墨容器到书写尖端的希望的流径。在另一个这样的可选择的实施方案中，基本上所有的被SAP所吸收的书写介质被释放。在又一个这样的可选择的实施方案中，被SAP所吸收的书写介质的至少大约50％可以被释放到书写工具的希望的部分中，即使得书写介质被释放到从油墨容器到书写尖端的希望的流径中，而不需要外部施加温度和/或压力。
外部施加温度和/或压力可以包括自然的或者人为的。例如，自然的外部施加温度和/或压力可以由环境条件的显著变化而引起，例如相对湿度、高度或者深度、纬度和/或经度等等。人为的外部施加温度和/或压力可以由例如对书写工具或者其一部分的手动加热或者施加压力而引起。
可用于本发明书写工具的SAPs的实例包括，但是不局限于各种天然的或者化学改性的淀粉或者纤维素聚合物；聚丙烯酰胺；聚烷基丙烯酰胺；聚丙烯酸酯；聚丙烯酸烷基酯；聚烷基丙烯酸烷基酯；聚羟基官能烷基丙烯酸酯，例如聚甲基丙烯酸羟乙酯，也称作聚HEMA；聚丙烯酸；至少部分中和的聚丙烯酸；至少部分皂化的聚丙烯酸；聚烷基丙烯酸；至少部分中和的聚烷基丙烯酸；至少部分皂化的聚烷基丙烯酸；聚乙烯醇；聚丙烯腈；聚烷基丙烯腈；聚乙酸乙烯酯；聚氧化烯，例如聚环氧乙烷，也称作PEO；包含马来酸酐重复单元的聚合物；包含至少一种上述的组分或者其重复单元的共聚物；以及其混合物或者共混物，和各种化学改性的淀粉和纤维素聚合物。在一个实施方案中，SAP不包含肽或者多肽。
共聚物的类型的实例包括，但是不局限于，接枝、无规、交替、嵌段、多嵌段、星形、梳形或者树枝状的。在“烷基”和“烷”基团两者存在于本发明SAP中时，“烷基”和“烷”基团可以相同或者不同。此外或者可选择地，本发明SAP还可以任选地暴露于某种能量形式、多重反应性化合物、多价离子等等，或者其组合，达到足够的时间，和/或暴露于足以至少部分地交联超吸收性聚合物或者共聚物的条件。
本领域技术人员将理解，淀粉可以以以下形式存在其天然形式(例如从一种或多种植物提取的，或者通过任何方法纯化的)、变性形式或者许多化学改性的衍生物，例如烷氧基化的衍生物、酯化衍生物、离子改性淀粉、氧化淀粉、接枝淀粉、交联淀粉等等或者其混合物。
本领域技术人员还理解，纤维素聚合物可以包括，但是不局限于，天然的或者合成的纤维素，棉花，再生纤维素(例如人造丝、赛璐玢等等)、纤维素丙烯酸酯、丙烯酸纤维素、醋酸纤维素、丙酸纤维素、丁酸纤维素、乙酸-丙酸纤维素、醋酸-丁酸纤维素、丙酸-丁酸纤维素、硝酸纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、纤维素盐和其混合物或者共聚物。本发明的纤维素聚合物可以以以下形式存在天然提取的，合成的，或者以某种方式改性或者加工的，例如部分或者完全酯化的，部分或者完全硝酸化的，部分或者完全再生的，部分或者完全醚化的，部分或者完全丙烯酸化的，部分或者完全酸化的，部分或者完全酸中和的等等，或者其混合物。
在某些情况下，因为书写介质和本发明某些书写工具中的SAP之间的分子间相互作用(例如，离子的或者强氢键的等等)的性质和/或强度，书写介质可能不被SAP基本上可逆地吸收，即可能被SAP基本上不可逆地吸收，这与通常被油墨存储元件基本上可逆地吸收的书写介质截然不同。在一个实施方案中，不多于大约10％的为SAP所吸收的书写介质可以在环境条件下被释放，而不需要外部施加温度和/或压力。在另一个实施方案中，为SAP所吸收的书写介质基本上不可以在环境条件被释放，而不需要外部施加温度和/或压力。
本发明的另一个方面涉及制造书写工具或者提高书写工具的防漏性能的方法。在书写工具的内表面的至少一部分上或者附近提供如上所述的SAP。可选择地，书写工具的至少一个组件由包含SAP的材料形成。有利地，SAP以一定的量提供于一定的位置，以足以防止书写介质向书写工具的不希望的部分或者书写工具的外部泄漏，除在正常使用期间通过书写尖端以外。
在一个实施方案中，SAP可以被提供(如上所述，以大量不同的方式的形式)在本发明书写工具的区域中，或者在其组件或者部分的表面上或者附近，这些位置易于使油墨泄漏到书写工具的不希望的部分或者书写工具的外部。在SAP作为一种或多种预先制造的、成型的组件被引入书写工具时，这样的成型组件可以通过任何适当手段形成。用于加工所述预先制造的、成型组件的示例性方法包括，但是不局限于，模塑、压塑、吹塑、旋转模塑、注塑、反应注塑(RIM)、挤出、烧结、浇铸、蒸发浇铸(例如从溶液、胶乳、乳液等等)，等等，或者其组合。可选择地，在一个实施方案中，SAP可以以非泡沫的并且从反应性或者非反应性溶液、胶乳、乳液、浆液等等获得的形式提供。可选择地，在另一个实施方案中，SAP可以以除纤维、织物、垫子、各向异性的纤维网络等等之外的形式提供。
实施例以下将参考实施例举例说明本发明的示例性实施方案，其目的是举例说明、而非限制本发明的范围。
实施例1本发明的手持自由-油墨书写工具，其包含由SAP制造的并且在通气孔附近配置的模塑衬圈制造了如图1所示的手持自由-油墨书写工具10，其具有包含油墨容器14和暂时油墨存储区16的筒管12，所述暂时油墨存储区16包括缓冲体18，以及书写端20，该书写端包括尖端支持体22a，前头锥22b，和尖端24。通气孔30提供在筒管12的远端或者书写端12a和油墨存储区16中的缓冲体18之间。书写工具10还包含从油墨容器14延伸到尖端24的油墨转移元件40。缓冲体18包括翼片42和在其之间的环形空隙44。油墨凹槽46和空气凹槽48纵向地通过翼片42形成，并且轴向穿孔30基本上轴向地通过缓冲体18延伸。例如，可以使用McCullough等的美国专利5,906,446中提出的书写工具，其中全部公开内容在此引入作为参考。
此外，制造了NORSOCRYL D-60SAP的衬圈60(由NC，Greensboro的Emerging Technologies，Inc.制造)，其具有环形盘的形状，中央圆形部分被除去。所述环形盘是扁平的，其厚度为大约5.3厘米，内径(除去的圆形部分)为大约4.3厘米，并且外径为大约6.7厘米。所述环形盘还具有3.5厘米宽的除去的环圈部分，因此其具有圆形的马蹄铁形状。衬圈60被放在筒管12的远端12a(即与书写端20相邻的筒管12的末端)和截头圆锥形的尖端支持体24之间，使得直接紧邻气孔30。
可以用于本发明书写工具的可选择的SAP，除以NORSOCRYL销售的那些以外，包括，例如，但是完全不局限于，以商品名LIQUBLOCK、SEASORB和AP从NC，Greensboro的Emerging Technologies，Inc.购得的那些；以商品名ARONZAP从日本东京的Toagosei公司购得的那些；等等，以及其混合物。
然后将本发明的书写工具经受标准摇动试验，并且与没有SAP衬圈(以下对比例1-4)的类似地制造的自由-油墨笔进行对比。标准摇动试验包括将书写工具固定到Red Devil Model No.5300 Speed Demon油漆搅拌器上，其可购自MN，Brooklyn Park的Red Devil公司，在室温和环境压力下首先进行大约1小时，然后放置(不摇动)大约1小时，之后在与第一次一小时的摇动相同的条件下再次摇动大约1小时。
正如可以从以下表1看到的，没有SAP的书写工具(即对比例1-4)的每一种，在大约10％到40％的样品中显示可观的泄漏，而本发明的包含SAP的书写工具(即实施例1)不显示可观的泄漏。此外，应当指出，NORSOCRYL的存在没有不利地影响实施例1的书写工具的书写性能。
表1.

PF-15R和PA-RX 103两者均是聚酯纤维非织造聚合物，可购自日本东京的Aubex公司。PI-05和PCC-01两者也都是聚酯纤维非织造聚合物，可购自日本东京的Teibow Hanbei公司。这些芯和供给器彼此在形状、表面张力和内部/外部几何形状方面有差异。应当指出，在用于不包含SAP的书写工具时，PA-RX 103供给器的表现与PF-15R和PCC-01供给器相似。
虽然参考某些优选的实施方案和附图描述了本发明，很明显，在不背离所附权利要求所定义的本发明精神和范围的前提下，本领域技术人员可以对其进行修正和改变。特别地，本领域技术人员很清楚，本发明可以以其他特定的形式、结构、配置、比例和使用其他元件、材料和组件来体现，而不背离其精神或者必要的特征。本领域技术人员将理解，本发明可以与用于实施本发明的结构、配置、比例、材料和组件等等的许多修正方案一起使用，所述修正方案特别适合于特定环境和操作要求，而不背离本发明的原理。因此，目前公开的实施方案被认为在所有方面均是说明性的和非限制性的，本发明的范围由所附权利要求指明，而不是局限于上述说明书。
权利要求
1.一种书写工具，其包含书写介质容器；书写尖端；和与所述书写工具的组件相关联的超吸收性聚合物；其中，所述超吸收性聚合物以足够的量存在，以防止所述书写介质从所述书写工具的希望的部分向所述书写工具内的不希望的部分或者向所述书写工具的外部泄漏。
2.权利要求1的书写工具，其中所述超吸收性聚合物选自淀粉；纤维素聚合物；聚丙烯酰胺；聚烷基丙烯酰胺；聚丙烯酸酯；聚丙烯酸烷基酯；聚烷基丙烯酸烷基酯；聚羟基官能烷基丙烯酸酯；聚丙烯酸；至少部分中和的聚丙烯酸；至少部分皂化的聚丙烯酸；聚烷基丙烯酸；至少部分中和的聚烷基丙烯酸；至少部分皂化的聚烷基丙烯酸；聚乙烯醇；聚丙烯腈；聚烷基丙烯腈；聚乙酸乙烯酯；聚氧化烯、聚环氧乙烷；包含马来酸酐重复单元的聚合物；包含至少一种上述的组分或者其重复单元的共聚物；以及其混合物或者共混物。
3.权利要求1的书写工具，其中所述书写工具的所述组件包括所述书写介质容器、所述书写尖端、暂时油墨存储区、端塞、尖端支持体或者前头锥的至少一个。
4.权利要求3的书写工具，其中所述暂时的油墨存储区配置在所述书写尖端和所述书写介质容器之间并且包括缓冲体，其被设置成能储存由所述书写介质容器中提高的空气压力产生的异常高的书写介质流动，所述缓冲体包括油墨转移元件通过其延伸的轴向穿孔；许多间隔的环形元件或者翼片，在其之间形成有用于暂时贮存所述书写介质的环形空隙；通过所述翼片纵向延伸的窄缝，其限定用于将所述书写介质从所述书写介质容器通过所述油墨转移元件连通到所述环形空隙以及用于将所述环形空隙彼此连通的油墨凹槽；和比所述油墨凹槽宽的通过所述翼片纵向地形成的凹槽，当所述书写介质被消耗时，其限定用于将空气从所述缓冲体中的通气孔连通到所述书写介质容器的空气凹槽；其中，所述超吸收性聚合物被提供在沿着所述缓冲体的位置，不干扰在正常书写使用期间所述书写介质从所述书写介质容器到所述书写尖端的流动。
5.权利要求1的书写工具，其中所述超吸收性聚合物作为以下的一种或多种提供在所述暂时的油墨存储区的内表面的至少一部分上的涂层；预先制造的、成型的组件，其与所述书写工具的至少一个组件接触地或者刚好与之相邻地和任选地与之粘合地配置；形成所述书写工具的至少一个组件的材料；或者大量填塞颗粒、填塞粉末、填塞细粒或者凝胶状的超吸收性材料，其与所述暂时的油墨存储区或者其部分的界面的内表面接触地或者刚好于之相邻地和任选地与之粘合地配置；和其中，所述超吸收性聚合物基本上不干扰在正常的书写工具使用期间所述书写介质从所述书写介质容器到所述书写尖端的所希望的连通或者流动。
6.权利要求1的书写工具，其还包含书写工具盖子，其具有内表面和外表面，并且可拆除地配置在所述书写工具的至少所述书写尖端上，在所述书写工具没有被使用时，所述内表面覆盖所述书写尖端；其中，所述超吸收性聚合物与所述书写工具盖子的内表面相关联，其量足以防止所述书写介质从所述书写工具盖子的所述内表面的不正常的或者不希望的泄漏。
7.权利要求1的书写工具，其中不多于大约10％的被所述超吸收性聚合物吸收的所述书写介质可以被释放，而不需要外部施加温度和/或压力。
8.权利要求1的书写工具，其中所述超吸收性聚合物的吸收容量为至少大约100克水/克聚合物和/或至少大约20克书写介质/克聚合物。
9.权利要求1的书写工具，其中包含在所述书写工具内的所述书写介质的最大量与所述书写工具中的所述超吸收性聚合物的总量的比为至少大约5∶1。
10.权利要求1的书写工具，其是手持的和/或可手指操纵的。
11.提高书写工具的防漏性能的方法，所述书写工具包含书写介质容器和书写尖端，所述方法包括与所述书写工具的一个或多个元件或者组件相关地提供超吸收性聚合物，其量足以防止所述书写介质向所述书写工具的不希望的部分或者向所述书写工具的外部的不正常的或者不希望的泄漏，除在正常使用期间通过所述书写尖端以外。
12.权利要求11的方法，其中提供所述超吸收性聚合物包括以下的一种或多种在所述书写工具的一个或多个元件或者组件上或者所述书写工具的一个或多个元件或者组件内放置所述超吸收性聚合物；在所述书写工具的一个或多个元件或者组件的表面处或者表面上提供所述超吸收性聚合物；在所述书写工具的一个或多个元件或者组件的表面上或者部分表面上形成包含所述超吸收性聚合物的涂层；和在所述书写工具的一个或多个元件或者组件中，任选地作为聚合物共混物或者混合物，引入所述超吸收性聚合物。
13.权利要求11的方法，其还包括以相对于所述书写工具内包含的所述书写介质的最大量的一定比例提供所述超吸收性聚合物，使得所述书写介质的最大量与所述提供的超吸收性聚合物的总量的比为至少大约5∶1。
14.权利要求13的方法，其中提供所述超吸收性聚合物包括将所述超吸收性聚合物配置在所述书写工具的元件或者组件的区域或表面或者部分表面处或者表面或者部分表面附近，所述位置对所述书写介质到所述书写工具的不希望的部分或者到所述书写工具的外部的不正常的或者不希望的泄漏敏感。
15.权利要求11的方法，其中所述超吸收性聚合物选自淀粉；纤维素聚合物；聚丙烯酰胺；聚烷基丙烯酰胺；聚丙烯酸酯；聚丙烯酸烷基酯；聚烷基丙烯酸烷基酯；聚羟基官能烷基丙烯酸酯；聚丙烯酸；至少部分中和的聚丙烯酸；至少部分皂化的聚丙烯酸；聚烷基丙烯酸；至少部分中和的聚烷基丙烯酸；至少部分皂化的聚烷基丙烯酸；聚乙烯醇；聚丙烯腈；聚烷基丙烯腈；聚乙酸乙烯酯；聚氧化烯、聚环氧乙烷；包含马来酸酐重复单元的聚合物；包含至少一种上述的组分或者其重复单元的共聚物；以及其混合物或者共混物。
16.权利要求11的方法，其中所述书写工具是手持和/或可手指操纵的。
全文摘要
本发明涉及书写工具，其包含油墨容器、书写介质和书写尖端。有利地，超吸收性聚合物可以与任何书写工具元件或者组件相关联，以便以足以防止书写介质的不正常或者不希望的泄漏的程度吸收所述书写介质。SAP可以包括，但是不局限于，聚合物或者共聚物，其优选地存在于书写工具元件或者组件的表面处或者表面附近，其量使得SAP基本上不干扰在正常使用期间书写介质从所述容器到所述书写尖端的所希望的连通或者流动。本发明的书写工具显示提高的防书写介质渗漏性。
文档编号B43K8/04GK1747844SQ200380109638
公开日2006年3月15日 申请日期2003年12月8日 优先权日2002年12月10日
发明者M·T·诺瓦克, L·G·托马斯 申请人:碧克公司