一种水性纳米颜料型中性笔墨水及其制备方法
一种水性纳米颜料型中性笔墨水及其制备方法
本发明涉及一种水性纳米颜料型中性笔墨水及其制备方法，包括以下组分及重量百分含量：包括以下组分及重量百分含量：无树脂型纳米色浆20?40％，保湿剂10?30％，增稠剂0.1?3％，pH调节剂0.2?3％，消泡剂0.05?0.5％，润滑剂0.1?3％，防锈剂0.2?2％，防腐剂0.2?2％，余下为去离子水；所述无树脂型纳米色浆的平均粒径为100?250nm。制备为：将各组分充分搅拌混合均匀，脱泡即可。本发明通过采用无树脂纳米色浆使墨水具有良好的稳定性、粘度适当、粒子细度均匀，书写流畅，出墨均匀，不发花；色泽鲜艳，耐晒，耐水性强，长期存放质量稳定，不会出现分层、沉淀变质等现象。制备采用砂磨机研磨，使颜料粒子粒径达到纳米级别，且操作简单，工艺合理。
Description
技术领域
本发明属于精细化工领域，尤其涉及一种水性纳米颜料型中性笔墨水及其制备方法。
背景技术
中性墨水具有书写流畅，书写手感舒适，字迹清晰，色泽感好，且书写字迹耐水、耐晒、保存时间长等优点，已迅速被广大消费者所接受，市场份额已超过油性圆珠笔并呈快速增长趋势，虽然我国已成为中性墨水笔生产第一大国，但迄今为止中性墨水笔所用墨水几乎全部依赖进口，主要源自日本，美国，德国和韩国。
判断中性墨水综合性能的是流变学性能和稳定性。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关键因素。
目前国内外大部分中性墨水中均有加聚合物水性树脂来增墨水的存放时间，但是树脂的存在会使中性墨水的粘性提高，流动性变差，出墨不畅，甚至无法正常书写。
中性墨水中最常用的色料时颜料，颜料着色剂最大的优点是耐水牢度和耐光牢度。但是目前颜色墨水因其具有颗粒尺寸，而影响其渗透性，同时极易分层沉淀，造成墨水稳定性差而不能使用。
发明内容
本发明目的在于提供一种水性纳米颜料型中性笔墨水及其制备方法以解决现有墨水粘度高、稳定性差等问题。
为了实现上述的目的，采用如下的技术方案：
一种水性纳米颜料型中性笔墨水，包括以下重量百分含量的组分：无树脂型纳米色浆20-40％，保湿剂10-30％，增稠剂0.1-3％，pH调节剂0.2-3％，消泡剂0.05-0.5％，润滑剂0.1-3％，防锈剂0.2-2％，防腐剂0.2-2％，余下为去离子水；所述无树脂型纳米色浆的平均粒径为100-250nm；所述无树脂型纳米色浆包括以下组分及重量百分含量：颜料20-40％，分散剂3-20％，表面活性剂0.5-3％，消泡剂0.1-0.3％，余下为溶剂；所述溶剂为有机溶剂和水的混合液，所述有机溶剂包括乙二醇、丙三醇、二甘醇、聚乙二醇中的一种或多种；所述有机溶剂和水的质量比为1：4-12。
采用纳米色浆可以提高色浆的稳定性。无树脂型纳米色浆的平均粒径为100-250nm时可以使中性墨水保持较高的稳定性，而且粒径小于笔芯，不会造成出墨不畅。当有机溶剂和水的质量比为1：4-12时，无树脂型纳米色浆稳定性好，色泽鲜艳，耐晒，耐水性强，墨水稳定性好，长期存放质量稳定，不会出现分层、沉淀变质等现象。
进一步的，所述增稠剂和所述润滑剂的重量比为1：1。粘度是影响中性墨水的一个重要因素。润滑剂的作用是减少笔头中钢珠的摩擦阻力。增稠剂与润滑剂与无树脂型纳米色浆的重量比是很重要的，它们的比例会影响到整个墨水的稳定性，当增稠剂和润滑剂的重量比为1：1时整个墨水体系的稳定性最高。加入防锈剂的主要作用是防止笔头长时间接触水性墨水生锈而影响笔头的出墨情况导致书写不畅。
进一步的，所述颜料、所述分散剂和所述表面活性剂的重量比为4：1：0.2。当处于这个比例时色浆稳定性最高，长期存放质量稳定，不会出现分层、沉淀变质等现象，书写流畅，出墨均匀，不发花。
进一步的，所述增稠剂包括纤维素增稠剂、天然高分子及其衍生物、聚丙烯酸酯、缔合型聚氨酯增稠剂中的一种或几种混合；所述润滑油剂包括高级脂肪酸系表面活性剂、磷酸系表面活性剂、聚硅氧烷系表面活性剂中的一种。优选的本发明中增稠剂可选用甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、瓜尔胶、黄原胶、丙烯酸类增稠剂ASE60等其中的一种或几种混合。选择增稠剂与润滑剂是要根据整个墨水体系来选择合适的，因为要调整墨水到合适粘度就需要能将此墨水调整到需要的粘度的增稠剂，有些增稠剂增稠能力有限，可能增稠不到所需粘度，而且这个增稠剂和润滑剂对整个配方的储存稳定性会有影响，只能通过长期实验观察比较看哪个增稠剂润滑剂适于自己的配方体系。
进一步的，所述保湿剂包括乙二醇、丙二醇、丙三醇、二甘醇、聚乙二醇、聚甘油醚中的一种或几种混合；所述防锈剂包括苯并三唑或甲基苯并三唑中的一种；所述防腐剂包括山梨酸钾、苯甲酸钠、咪唑类或季铵盐中的一种或者多种混合。
进一步的，所述pH调节剂包括氨水、乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的一种或几种混合；所述消泡剂包括机硅消泡剂和矿物油消泡剂中的一种或者多种。
进一步的，所述颜料为黑色颜料、红色颜料或者蓝色颜料中的一种。黑色颜料为炭黑，可为德固赛4#炭黑、6#炭黑、U炭黑，三菱MA-100、MA-7炭黑，卡博特炭黑M430、M570、M120、R660R等其中的一种；红色颜料可为颜料红HR(PR.254红)，颜料红112红，颜料红170红，有机颜料红(PR.48：2)，永固红等其中的一种；蓝色颜料主要为酞青蓝颜料，可为颜料蓝15:3、颜料蓝15:2，酞青蓝BGS等其中的一种。
进一步的，所述分散剂包括阴离子分散剂、非离子分散剂、超分散剂中的一种或几种混合；所述分散剂包括阴离子分散剂、非离子分散剂、超分散剂中的一种或几种混合；所述表面活性剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、炔二醇表面活性剂、PE-100的一种或几种混合。优选的，分散剂可选用D-5040阴离子分散剂，TEGO740W、750W分散剂，BYK190，BYK182分散剂，德谦W30、W18、W519分散剂，超分散剂27000等其中的一种或几种混合。
一种水性纳米颜料型中性笔墨水的制备方法，主要包括以下步骤：
(1)先将分散剂溶于去离子水中，加入颜料，使之充分润湿，然后加入表面活性剂、有机溶剂和消泡剂充分搅拌混合；
(2)将步骤(1)所得混合物加入砂磨机中研磨分散；
(3)出料过滤得到无树脂型纳米色浆；
(4)将步骤(3)所得无树脂型纳米色浆跟保湿剂、润滑剂、消泡剂、防锈剂、防腐剂和部分去离子水充分搅拌混合均匀，然后加入增稠剂、pH调节剂和剩余去离子，调节粘度为在25℃下是1000-3000厘泊与pH为7-7.5。
其中步骤(1)使用的消泡剂种类跟步骤(4)使用的消泡剂可以相同，也可以不同。
进一步的，步骤(2)中的所述研磨球与所述混合物料的重量比为7：3；所述研磨球的粒径为0.3-1um。
与现有技术相比，本发明通过采用无树脂纳米色浆和调控增稠剂与润滑剂的重量比，使墨水具有良好的稳定性、并保持适当的粘度墨水粒子细度均匀。本发明的中性墨水配方合理，书写流畅，出墨均匀，不发花；色泽鲜艳，耐晒，耐水性强，墨水稳定性好，长期存放质量稳定，不会出现分层、沉淀变质等现象。本发明的制备采用砂磨机研磨，使颜料粒子粒径达到纳米级别，这样制作的色浆稳定性好且操作简单，工艺合理，对墨水以后的稳定性起到很大作用。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。
实施例1
一种炭黑水性纳米颜料型中性笔墨水，包括以下组分及重量百分含量：
其中黑色色浆的平均粒径是100nm，主要包括以下组分及重量百分含量：
黑色色浆的制备方法包括以下步骤：
(1)先将分散剂BYK190溶于去离子水中，加入德固赛4#炭黑，使之充分润湿，然后加入表面活性剂PE-100、乙二醇和消泡剂充分搅拌混合；
(2)按照研磨球与步骤(1)所得混合物料的重量比为7：3加入砂磨机中研磨分散；其中研磨球的粒径为0.3um；
(3)出料过滤得到无树脂型纳米的黑色色浆。
上述炭黑水性纳米颜料型中性笔墨水的制备方法为：将黑色色浆跟丙三醇、润滑剂、消泡剂、苯并三唑、防腐剂和部分去离子水充分搅拌混合均匀，然后加入羧甲基纤维素钠、三乙醇胺和剩余去离子，调节粘度为在25℃下3000厘泊与pH为7.5。
实施例2
一种红色水性纳米颜料型中性墨水，包括以下组分及重量百分含量：
其中黑色色浆的平均粒径是250nm，包括以下组分及重量百分含量：
红色色浆的制备方法包括以下步骤：
(1)先将分散剂DEGO740W溶于去离子水中，加入PR.254红，使之充分润湿，然后加入表面活性剂PE-100、丙二醇和消泡剂充分搅拌混合；
(2)按照研磨球与步骤(1)所得混合物料的重量比为7：3加入砂磨机中研磨分散；其中研磨球的粒径为1um；
(3)出料过滤得到无树脂型纳米的红色色浆。
上述红色水性纳米颜料型中性笔墨水的制备方法为：将红色色浆跟二甘醇、润滑剂、消泡剂、苯并三唑、防腐剂和部分去离子水充分搅拌混合均匀，然后加入ASE-60、三乙醇胺和剩余去离子，调节粘度为在25℃下1000厘泊与pH为7。
实施例3
一种蓝色水性纳米颜料型中性墨水，包括以下组分及重量百分含量：
其中蓝色色浆的平均粒径为200nm；包括以下组分及重量百分含量：
蓝色色浆的制备方法包括以下步骤：
(1)先将分散剂BYK190溶于去离子水中，加入酞青蓝BGS，使之充分润湿，然后加入表面活性剂PE-100、丙二醇和消泡剂充分搅拌混合；
(2)按照研磨球与步骤(1)所得混合物料的重量比为7：3加入砂磨机中研磨分散；其中研磨球的粒径为0.5um；
(3)出料过滤得到无树脂型纳米的蓝色色浆。
上述蓝色水性纳米颜料型中性笔墨水的制备方法为：将蓝色色浆跟聚乙二醇、润滑剂、消泡剂、苯并三唑、防腐剂和部分去离子水充分搅拌混合均匀，然后加入ASE-60、三乙醇胺和剩余去离子，调节粘度为在25℃下2000厘泊与pH为7.2。
实施例4
一种蓝色水性纳米颜料型中性墨水，包括以下组分及重量百分含量：
其中蓝色色浆的平均粒径为200nm；包括以下组分及重量百分含量：
蓝色色浆的制备方法包括以下步骤：
(1)先将分散剂BYK190溶于去离子水中，加入酞青蓝BGS，使之充分润湿，然后加入表面活性剂PE-100、丙二醇和消泡剂充分搅拌混合；
(2)按照研磨球与步骤(1)所得混合物料的重量比为7：3加入砂磨机中研磨分散；其中研磨球的粒径为0.5um；
(3)出料过滤得到无树脂型纳米的蓝色色浆。
上述蓝色水性纳米颜料型中性笔墨水的制备方法为：将蓝色色浆跟聚乙二醇、润滑剂、消泡剂、苯并三唑、防腐剂和部分去离子水充分搅拌混合均匀，然后加入ASE-60、三乙醇胺和剩余去离子，调节粘度为在25℃下2000厘泊与pH为7.2。
实施例5
一种蓝色水性纳米颜料型中性墨水，包括以下组分及重量百分含量：
其中蓝色色浆的平均粒径为200nm；包括以下组分及重量百分含量：
蓝色色浆的制备方法包括以下步骤：
(1)先将分散剂BYK190溶于去离子水中，加入酞青蓝BGS，使之充分润湿，然后加入表面活性剂PE-100、丙二醇和消泡剂充分搅拌混合；
(2)按照研磨球与步骤(1)所得混合物料的重量比为7：3加入砂磨机中研磨分散；其中研磨球的粒径为0.5um；
(3)出料过滤得到无树脂型纳米的蓝色色浆。
上述蓝色水性纳米颜料型中性笔墨水的制备方法为：将蓝色色浆跟聚乙二醇、润滑剂、苯并三唑、消泡剂、防腐剂和部分去离子水充分搅拌混合均匀，然后加入ASE-60、三乙醇胺和剩余去离子，调节粘度为在25℃下2000厘泊与pH为7.2。
实施例6
一种蓝色水性纳米颜料型中性墨水，包括以下组分及重量百分含量：
其中蓝色色浆的平均粒径为200nm；包括以下组分及重量百分含量：
蓝色色浆的制备方法包括以下步骤：
(1)先将分散剂BYK190溶于去离子水中，加入酞青蓝BGS，使之充分润湿，然后加入表面活性剂PE-100、丙二醇和消泡剂充分搅拌混合；
(2)按照研磨球与步骤(1)所得混合物料的重量比为7：3加入砂磨机中研磨分散；其中研磨球的粒径为0.5um；
(3)出料过滤得到无树脂型纳米的蓝色色浆。
上述蓝色水性纳米颜料型中性笔墨水的制备方法为：将蓝色色浆跟聚乙二醇、润滑剂、消泡剂、苯并三唑、防腐剂和部分去离子水充分搅拌混合均匀，然后加入ASE-60、三乙醇胺和剩余去离子，调节粘度为在25℃下2000厘泊与pH为7.2。
分别将按照实施例1-6的方法制备得到的水性纳米颜料型中性墨水进行性能测试。该墨水可在高温60℃环境下脱帽25天，低温-20℃下存放7天后恢复室温书写正常。该墨水无毒，生产与使用安全性环保优越。其中实施例6中性墨水的性能是最佳的。
将按照实施例1-6的方法制备得到的水性纳米颜料型中性墨水和目前市场上销售的晨光的中性墨水进行对比。对照组1、对照组2和对照组3分别是晨光的黑色、蓝色和红色中性墨水。灌装0.6g墨水，68度倾角，以30dm/min的速度划线，连续划线长度比较如表1所示：
表1本实施例的中性墨水与晨光的中性墨水连续划线长度的对比
| 样品 | 连续划线长度(m) |
| 对照组1 | 548 |
| 实施例1 | 632 |
| 对照组2 | 605 |
| 实施例2 | 756 |
| 对照组3 | 858 |
| 实施例3 | 837 |
| 实施例4 | 867 |
| 实施例5 | 855 |
| 实施例6 | 878 |
从表1中可以看出，本实施例1-6得到的水性纳米颜料型中性墨水的流变学性能和稳定性优异。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
Hide Dependent
Claims (10)
Hide Dependent
1.一种水性纳米颜料型中性笔墨水，其特征在于，包括以下组分及重量百分含量：无树脂型纳米色浆20-40％，保湿剂10-30％，消泡剂0.05-0.5％，pH调节剂0.2-3％，增稠剂0.1-3％，润滑剂0.1-3％，防锈剂0.2-2％，防腐剂0.2-2％，余下为去离子水；所述无树脂型纳米色浆的平均粒径为100-250nm；所述无树脂型纳米色浆包括以下组分及重量百分含量：颜料20-40％，分散剂3-20％，表面活性剂0.5-3％，消泡剂0.1-0.3％，余下为溶剂；所述溶剂为有机溶剂和水的混合液，所述有机溶剂包括乙二醇、丙三醇、二甘醇、聚乙二醇中的一种或多种；所述有机溶剂和水的质量比为1：4-12。
2.根据权利要求1所述水性纳米颜料型中性笔墨水，其特征在于，所述增稠剂和所述润滑剂的重量比为1：1。
3.根据权利要求1所述水性纳米颜料型中性笔墨水，其特征在于，所述无树脂型纳米色浆中所述颜料、所述分散剂和所述表面活性剂的重量比为4：1：0.2。
4.根据权利要求2所述水性纳米颜料型中性笔墨水，其特征在于，所述增稠剂包括纤维素增稠剂、天然高分子及其衍生物、聚丙烯酸酯、缔合型聚氨酯增稠剂中的一种或几种混合；所述润滑油剂包括高级脂肪酸系表面活性剂、磷酸系表面活性剂、聚硅氧烷系表面活性剂中的一种。
5.根据权利要求3所述水性纳米颜料型中性笔墨水，其特征在于，所述保湿剂包括乙二醇、丙二醇、丙三醇、二甘醇、聚乙二醇、聚甘油醚中的一种或几种混合；所述防锈剂包括苯并三唑或甲基苯并三唑中的一种；所述防腐剂包括山梨酸钾、苯甲酸钠、咪唑类或季铵盐中的一种或者多种混合。
6.根据权利要求1所述水性纳米颜料型中性笔墨水，其特征在于，所述pH调节剂包括氨水、乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的一种或几种混合；所述消泡剂包括机硅消泡剂和矿物油消泡剂中的一种或者多种。
7.根据权利要求2所述水性纳米颜料型中性笔墨水，其特征在于，所述颜料为黑色颜料、红色颜料或者蓝色颜料中的一种。
8.根据权利要求2所述水性纳米颜料型中性笔墨水，其特征在于，所述分散剂包括阴离子分散剂、非离子分散剂、超分散剂中的一种或几种混合；所述表面活性剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、炔二醇表面活性剂、PE-100的一种或几种混合。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述水性纳米颜料型中性笔墨水的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
(1)先将分散剂溶于去离子水中，加入颜料，使之充分润湿，然后加入表面活性剂、有机溶剂和消泡剂充分搅拌混合；
(2)将步骤(1)所得混合物加入砂磨机中研磨分散；
(3)出料过滤得到无树脂型纳米色浆；
(4)将步骤(3)所得无树脂型纳米色浆跟保湿剂、消泡剂、润滑剂、防锈剂、防腐剂和部分去离子水充分搅拌混合均匀，然后加入增稠剂、pH调节剂和剩余去离子，调节粘度为在25℃下是1000-3000厘泊与pH为7-7.5。
10.根据权利要求9所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中的所述研磨球与所述混合物料的重量比为7：3；所述研磨球的粒径为0.3-1um。
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