專利名稱：書寫工具用水基油墨的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新穎的書寫工具用水基油墨，更具體地涉及包括圓珠筆用假塑性體水基油墨的具有優(yōu)異的抗干燥性的書寫工具用水基油墨。
圓珠筆用油墨通常包括圓珠筆用低粘度水基油墨和油基油墨，所述水基油墨含有包括諸如水的水基溶劑的溶劑，并具有10mPa.s或更小的油墨粘度，所述油基油墨含有包括諸如礦物油、多元醇、脂肪酸和溶纖劑的油基溶劑的溶劑，并具有1000-20000mPa.s的油墨粘度。
使用圓珠筆用油基油墨的圓珠筆具有這樣的結(jié)構(gòu)，即經(jīng)過小直徑的油墨管粘附在筆尖圓珠上的油墨通過圓珠的旋轉(zhuǎn)輸送到紙張表面，而且只將被輸送的那部分油墨從油墨管送到圓珠上。
使用圓珠筆用水基油墨的圓珠筆具有這樣的結(jié)構(gòu)，即憑借由集束細纖維制備的喂料管的毛細管作用將油墨送到圓珠表面和紙張表面。
盡管上述圓珠筆用水基油墨和圓珠筆用油基油墨都具有杰出的優(yōu)點，但也分別存在各種問題。例如，由于圓珠筆用水基油墨具有低粘度，油墨利用毛細管作用原理輸送，而且只有當(dāng)圓珠筆筆尖部分與紙張簡單接觸時，采用該方法的圓珠筆才在其接觸點上產(chǎn)生毛細管作用以輸送油墨，使得不需要很大的書寫力就能在紙張表面劃出細線，因此很少發(fā)生裂線、缺油和玷污。相反，直接將油墨儲存在油墨管中會使油墨因振動、沖擊和室溫升高而滲漏，使輸送到圓珠的油墨量不穩(wěn)定。因此，需要具有由集束細纖維制備的喂料管的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。此外，帶來的問題是很難檢查油墨的余量。
另一方面，使用圓珠筆用油基油墨的圓珠筆的特征是，由于油墨的高粘度，來自筆尖的油墨玷污可以避免，而且油墨可直接儲存在小直徑的油墨管中，使得圓珠筆的結(jié)構(gòu)可以簡化，通過使用透明材料的油墨管可檢查油墨的余量。另一方面，帶來的問題是由于油墨只傳送到與旋轉(zhuǎn)的圓珠接觸的紙張表面，如果圓珠旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定就容易產(chǎn)生裂線和缺油，由于油墨很難滲入紙張表面，使未傳送油墨產(chǎn)生污染的玷污就容易發(fā)生。
近年來，為了解決這些問題，就提出了添加膠凝劑或水溶性膏狀物的圓珠筆用水基油墨，使之具有特定的粘度特性(下文稱假塑性體水基油墨)。
使用這種假塑性體水基油墨的圓珠筆的油墨粘度降低，因為書寫時筆尖的圓珠旋轉(zhuǎn)而向油墨施加剪切力，而且能和使用水基油墨的圓珠筆一樣書寫光滑和在紙張上劃出細線。此外，因為當(dāng)圓珠筆沒有用于書寫時油墨具有高粘度，可避免來自筆尖的油墨玷污。使用這種假塑性體水基油墨的圓珠筆可將油墨直接儲存在油墨管中，并使其結(jié)構(gòu)簡化，而且使用透明材料的油墨管可檢查油墨的余量。
這樣，使用圓珠筆用假塑性體水基油墨所提供的書寫工具同時具有使用水基油墨的圓珠筆和使用油基油墨的圓珠筆的特征。
水基油墨含有水作為主要溶劑，因此具有這樣的缺點，即如果其中的水蒸發(fā)，油墨中含有的不溶物質(zhì)和混合物就在書寫工具尖端濃縮、沉積、干燥和固化，造成油墨阻塞和粘度增加，帶來書寫困難。因此，建議添加不易揮發(fā)劑以加溶染料或不易揮發(fā)助劑以溶解染料，如脲、硫脲、多元醇或它們的衍生物、四氫糠醇、4-甲氧基-4-甲基戊烷-2-酮和對甲苯磺酰胺與硫二乙醇的環(huán)氧乙烷加成物、鏈烷醇胺以及山梨糖醇。
然而，摻合上述各種添加劑的油墨并未滿足書寫工具的要求，因為抗干燥效果并不充足，而且添加劑本身有毒性，因而不適合作添加劑，另外油墨粘度的增加造成油墨的跟隨性差。
這樣，本發(fā)明的一個目的是提供一種書寫工具用水基油墨，該油墨具有優(yōu)異的抗干燥性能、安全，而且粘度不增加。特別是，提供了一種適合作為圓珠筆用假塑性體水基油墨的水基油墨。
本發(fā)明提供一種用于書寫工具的水基油墨，該油墨至少含有著色劑、分散劑、水和極性溶劑，其中油墨含有基于油墨總重0.5-20％(重量)的糊精或麥芽糖糊精。特別地，本發(fā)明一個優(yōu)選的實施方案是一種圓珠筆用假塑性體水基油墨，含有粘度控制劑以及至少著色劑、分散劑、水、極性溶劑。
其它水溶性有機溶劑也可單獨或它們許多種的結(jié)合添加到本發(fā)明書寫工具用水基油墨中。
以下將描述本發(fā)明書寫工具的水基油墨中使用的成分。
添加到本發(fā)明書寫工具的水基油墨中的糊精或麥芽糖糊精是通常用作食用甜味劑的無毒和安全的糖類，其特征為它們在水中具有高的溶解度和非常優(yōu)異的水分保持性。
因此，含有這種糊精或麥芽糖糊精的書寫工具用水基油墨是安全的，而且能提高抗干燥性，而不會帶來油墨粘度隨時間推移而增加的問題。
因為糊精或麥芽糖糊精不會對常用水基油墨的性能產(chǎn)生不利影響，也不改變油墨中氫離子濃度，不會對陰離子和陽離子物質(zhì)產(chǎn)生不利影響，因此具有這樣的優(yōu)點，即著色劑可任選地選自所有水基染料和有機或無機顏料。
本發(fā)明水基油墨中糊精或麥芽糖糊精的含量優(yōu)選的是基于油墨總重量的0.5-20％(重量)。如果含量小于0.5％(重量)，抗干燥性效果就會降低，如果含量大于20％(重量)，拉絲性就變強，從而書寫感覺變差。
能溶解或分散在水基溶劑中的所有染料和顏料都可用作著色劑。為提供它們具體的實例，可使用酸性染料如曙紅(Eosine)、Floxine、水黃#6-C、酸性紅、水藍#105、亮藍FCF和苯胺黑(Nigrosine)NB，直接染料如直接黑154、直接天藍5B和紫BB，堿性染料如堿性蕊香紅和甲基紫，無機顏料如二氧化鈦、碳黑和群青，有機顏料如銅酞菁藍和聯(lián)苯胺黃，以及各種金屬粉末。它們可單獨使用或兩種或更多種混合使用。
當(dāng)用顏料作為著色劑時，必須適當(dāng)選擇和摻合水溶性聚合物分散體和表面活性劑。水溶性聚合物包括陰離子聚合物如聚丙烯酸鹽、苯乙烯-丙烯酸共聚物鹽、苯乙烯-馬來酸共聚物鹽、乙烯基萘-馬來酸共聚物鹽和β-萘磺酸-甲醛水縮合產(chǎn)物，非離子聚合物如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇。
水可用作主要溶劑，所有具有極性基團可與水missible的溶劑可用作極性溶劑。它們可使用例如乙二醇、二甘醇、三甘醇、聚乙二醇、丙二醇、乙二醇單甲醚、甘油、吡咯烷酮和三乙醇胺。
粘度控制劑用于得到具有假塑性體性質(zhì)的油墨，而且具體地可使用聚丙烯酸鹽、交聯(lián)型丙烯酸聚合物、苯乙烯-丙烯酸共聚物鹽、苯乙烯-馬來酸共聚物鹽，非離子聚合物如聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇，以及多糖如呫噸膠、瓜爾豆膠、酪蛋白、阿拉伯樹膠、明膠、角叉膠、藻酸、黃耆膠和刺槐豆膠。
另外，受這些粘度控制劑控制的油墨的粘度當(dāng)剪切率為3.84s-1時優(yōu)選的在100-4000mPa.s范圍。如果在上述條件下的粘度小于100mPa.s，油墨就從筆尖形成斑點。另外，當(dāng)使用諸如二氧化鈦和金屬粉末的具有高比重的著色劑時，粘度必須控制在相當(dāng)高的值，以避免著色劑沉積，粘度上限值優(yōu)選為4000mPa.s。如果上限值超過4000mPa.s，就會帶來因油墨跟隨性變差而降低書寫性能的危險。
如果需要，除上述成分外可使用的其它控制劑，包括潤滑劑如聚亞烷基二醇衍生物、脂肪酸堿金屬鹽、非離子表面活性劑和氟基表面活性劑，防銹劑如苯并三唑和皂草苷，pH控制劑如氫氧化鉀和磷酸鉀，和防腐劑如sodium omadine和1，2-苯并異噻唑啉。
本發(fā)明書寫工具用水基油墨可通過將上述成分溶解(如果需要，可在加熱或混合攪拌下溶解)的制造方法容易地獲得。
實施例本發(fā)明將參考實施例具體地進行解釋，但本發(fā)明根本不受這些實施例的限制。
實施例1根據(jù)下列配方制備圓珠筆用藍色水基顏料油墨
酞菁藍 8.0％(重量)苯乙烯-丙烯酸樹脂銨鹽3.0％(重量)乙二醇 20.0％(重量)糊精 5.0％(重量)磷酸酯 0.7％(重量)Bioden 0.3％(重量)氨甲基丙醇 0.3％(重量)苯并三唑 0.2％(重量)離子交換水 余量實施例2根據(jù)下列配方制備圓珠筆用藍色水基顏料油墨酞菁藍 8.0％(重量)苯乙烯-丙烯酸樹脂銨鹽 3.0％(重量)乙二醇 20.0％(重量)麥芽糖糊精 4.0％(重量)磷酸酯 0.5％(重量)Bioden 0.3％(重量)氨甲基丙醇 0.3％(重量)苯并三唑0.2％(重量)離子交換水 余量實施例3根據(jù)下列配方制備氈制粗頭筆用黑色水基油墨碳黑 8.0％(重量)苯乙烯-丙烯酸樹脂銨鹽 3.0％(重量)麥芽糖糊精 3.0％(重量)乙二醇 20.0％(重量)Bioden 0.3％(重量)
氨甲基丙醇 0.3％(重量)苯并三唑 0.2％(重量)離子交換水 余量比較例1將實施例1油墨中的糊精去除，制備圓珠筆用藍色水基油墨。
比較例2將實施例2油墨中的麥芽糖糊精去除，并添加5％(重量)的脲，制備圓珠筆用藍色水基油墨。
比較例3將實施例3油墨中的麥芽糖糊精去除，制備氈制粗頭筆用黑色水基油墨。
將根據(jù)實施例1至2的上述配方得到的油墨和比較例1至2的配方得到的油墨分別裝入圓珠直徑為0.7mm的圓珠筆中，并將根據(jù)實施例3和比較例3的配方得到的油墨分別裝入商購的氈制粗頭筆中。不擰緊筆帽放置，測定直到產(chǎn)生缺油所經(jīng)過的時間。另外，于50℃儲存一個月后觀察油墨粘度的變化。其結(jié)果列于表1中。
表1 油墨的性能評估
實施例4根據(jù)下列配方制備圓珠筆用藍色假塑性體水基油墨酞菁藍8.0％(重量)
苯乙烯-丙烯酸樹脂銨鹽 3.0％(重量)乙二醇 20.0％(重量)糊精5.0％(重量)磷酸酯 0.7％(重量)Bioden 0.3％(重量)氨甲基丙醇 0.3％(重量)苯并三唑0.2％(重量)聚丙烯酸鹽(丙烯酸基合成聚合物) 0.4％(重量)離子交換水 余量實施例5根據(jù)下列配方制備圓珠筆用藍色假塑性體水基油墨酞菁藍 8.0％(重量)苯乙烯-丙烯酸樹脂銨鹽 3.0％(重量)乙二醇 20.0％(重量)麥芽糖糊精 4.0％(重量)磷酸酯 0.5％(重量)Bioden 0.3％(重量)氨甲基丙醇 0.3％(重量)苯并三唑0.2％(重量)聚丙烯酸鹽(丙烯酸基合成聚合物) 0.4％(重量)離子交換水 余量實施例6根據(jù)下列配方制備圓珠筆用黑色假塑性體水基油墨碳黑 8.0％(重量)苯乙烯-丙烯酸樹脂銨鹽 3.0％(重量)麥芽糖糊精 3.0％(重量)鉀皂 0.5％(重量)
丙二醇 20.0％(重量)Bioden 0.3％(重量)氨甲基丙醇 0.3％(重量)苯并三唑 0.2％(重量)交聯(lián)型聚丙烯酸聚合物 0.4％(重量)離子交換水 余量比較例4將實施例4油墨中的糊精去除，制備圓珠筆用藍色水基油墨。
比較例5將實施例5油墨中的麥芽糖糊精去除，并添加5％(重量)的脲，制備圓珠筆用藍色水基油墨。
比較例6將實施例6油墨中的麥芽糖糊精去除，制備圓珠筆用黑色水基油墨。
將根據(jù)實施例4至6的上述配方得到的油墨和比較例4至6的配方得到的油墨分別裝入圓珠直徑為1.0mm的圓珠筆中。不擰緊筆帽放置，測定直到產(chǎn)生缺油所經(jīng)過的時間。另外，觀察剪切速度為3.84s-1時油墨的初始粘度，以及于50℃儲存一個月后觀察油墨粘度的變化。其結(jié)果列于表2中。
表2 油墨的性能評估
<p>本發(fā)明的書寫工具用水基油墨是非常安全的，并且不會帶來粘度隨時間增大的問題。它具有非常優(yōu)異的抗干燥性并適合于氈制粗頭筆和圓珠筆，尤其是假塑性體水基油墨適合用于使用水基油墨的圓珠筆。
權(quán)利要求
1.一種書寫工具用水基油墨，至少包括著色劑、分散劑、水和極性溶劑，其中油墨含有基于油墨總重0.5-20％(重量)的糊精或麥芽糖糊精。
2.一種具有假塑性體的圓珠筆用水基油墨，通過向權(quán)利要求1所述書寫工具用水基油墨中添加粘度控制劑得到。
3.權(quán)利要求2的圓珠筆用水基油墨，其中所述油墨的粘度在剪切速度為3.84s-1時為100-4000mPa.s。
4.權(quán)利要求2或3的圓珠筆用水基油墨，其中粘度控制劑是選自聚丙烯酸鹽、交聯(lián)型丙烯酸聚合物、苯乙烯-丙烯酸共聚物鹽、苯乙烯-馬來酸共聚物鹽、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、呫噸膠、瓜爾豆膠、酪蛋白、阿拉伯樹膠、明膠、角叉膠、藻酸、黃耆膠和刺槐豆膠中的至少一種。
全文摘要
提供一種至少包括著色劑、分散劑、水和極性溶劑的書寫工具用水基油墨,其中油墨含有基于油墨總重0.5—20%(重量)的糊精或麥芽糖糊精。它具有優(yōu)異的抗干燥性。
文檔編號C09D11/16GK1244210SQ98801916
公開日2000年2月9日 申請日期1998年1月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月20日
發(fā)明者宮崎藏, 竹內(nèi)容治, 宮本勝 申請人:三菱鉛筆株式會社