專利名稱：液態(tài)墨水的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液態(tài)墨水。更具體的說，本發(fā)明涉及一種用于標(biāo)記工具的液態(tài)墨水。
標(biāo)記工具，如筆和標(biāo)記器，都具有一個(gè)尖端，墨水可以從儲(chǔ)蓄器導(dǎo)向這個(gè)尖端，通過將該尖端在基質(zhì)表面運(yùn)動(dòng)而留下液體痕跡，這樣的基質(zhì)如紙張。
傳統(tǒng)上，用于標(biāo)記工具的液態(tài)墨水的粘度可以是大約5厘泊(“CPS”)或更低(例如，用于纖維筆尖的筆或自來水筆的墨水)，或者其粘度也可高達(dá)大約7,500CPS或更高(例如，用于圓珠筆的墨水)。后者通常含有一定量的一種或多種聚合材料。
本發(fā)明的特點(diǎn)之一是涉及一種用于標(biāo)記工具的、具有特定粘度范圍的不可擦液態(tài)墨水。
因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是涉及一種含水0-15wt％的用于標(biāo)記工具的不可擦液態(tài)墨水?？刹聊且环N當(dāng)其在多孔基質(zhì)表面沉積后用普通橡皮擦擦不掉的墨水。不可擦墨水包含一種溶劑和一種溶于或懸浮于溶劑中的著色劑，如染料或顏料，墨水的粘度大約為15-4500CPS。較優(yōu)選的粘度范圍是50-2000CPS、100-1000CPS或150-600CPS，但并不以此為限。本發(fā)明所描述的墨水的粘度是在室溫下、300sec-1的剪切速率下測量的。液態(tài)墨水也可含有一種或多種平均分子量約為1×104-1×106道爾頓(優(yōu)選1×105-6×105道爾頓)的聚合物，該聚合物的總量占墨水總重量的0.05％-2.5％。更優(yōu)選的聚合物的總含量為0.05-1.0wt％。特別優(yōu)選的聚合物的總含量為約0.3wt％。合適的聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮(“PVP”)和酮/甲醛樹脂，但并不以此為限。
優(yōu)選的是可以在液態(tài)墨水中加入一種或多種潤滑劑，從而降低標(biāo)記工具與被施用的基質(zhì)(如，紙)間的接觸摩擦，或者對于圓珠筆來說，可以降低滾珠和滾珠承窩之間的摩擦，因此可以加強(qiáng)使用標(biāo)記工具時(shí)的平滑性，這樣的潤滑劑如油酸或油酸二乙醇胺(“ODEA”)。
用于液態(tài)墨水的著色劑既可以是染料(即、可溶于溶劑中)也可以是顏料(即只能懸浮于溶劑中而不是溶解于溶劑中)。使用顏料時(shí)，優(yōu)選在墨水中加入一種膠凝劑，以防止顏料沉淀或墨水泄漏。
本發(fā)明的另外一個(gè)方面涉及一種含水約0～15wt％的、用于標(biāo)記工具的不可擦液態(tài)墨水。該標(biāo)記工具包含(i)一種或多種平均分子量為1×104～1×106道爾頓的聚合物，優(yōu)選地，其分子量為1×105～6×105道爾頓(如PVP或酮/甲醛樹脂)；(ii)一種著色劑和(iii)一種溶劑，聚合物的總含量為墨水總重量的0.05～2.5wt％(更優(yōu)選地是約0.05～1wt％)。在一特別優(yōu)選的實(shí)施方案中聚合物總含量約為0.3wt％。與此類似，如果需要的話，可以在墨水中加入一些其它組分，如潤滑劑或膠凝劑。
需要注意的是，加入到本發(fā)明所述的墨水中的著色劑不包括有色聚合物，如聚合物染料。類似地，用于本發(fā)明的聚合物定義為無色的?！熬酆衔铩笔侵富旧嫌芍貜?fù)單元組成的大分子，其分子量至少為1×104道爾頓。優(yōu)選的分子量范圍是1×104～1×106道爾頓。特別優(yōu)選的分子量范圍是1×105～6×105道爾頓。
屬于本專利范圍之內(nèi)的還有一種標(biāo)記工具，它包括工具主干、安裝于主干內(nèi)部的儲(chǔ)蓄器腔和腔內(nèi)的液態(tài)墨水。液態(tài)墨水可以是本發(fā)明中上述的墨水，或是最適用于纖維筆尖鋼筆或化妝筆的低粘度墨水。
優(yōu)選地，標(biāo)記工具進(jìn)一步包括一種墨水輸送裝置，該裝置具有一個(gè)使墨水從腔內(nèi)導(dǎo)入標(biāo)記筆尖的通道、一個(gè)部分地封閉腔體與在主干內(nèi)支撐輸送裝置的彈性體和一個(gè)由輸送裝置和彈性體所決定的控制腔體與管道之間輸送的閥門。在這里當(dāng)筆尖受力時(shí)輸送裝置相對于工具主體是可回縮的，在此回縮的作用下腔體受到彈性體的撓曲而受壓，從而閥門打開使墨水從腔體內(nèi)進(jìn)入輸送管道。需要注意的是，按以上描述所組裝的標(biāo)記工具可以配有各種不同的標(biāo)記筆尖(例如滾珠)，而且并不受任何具體筆尖類型的限制。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種在基質(zhì)上，如一張紙上產(chǎn)生標(biāo)記的方法。本方法包括以下步驟提供一種本發(fā)明中上述的液態(tài)墨水，將此液態(tài)墨水施加于基質(zhì)表面形成標(biāo)記。
本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是應(yīng)用了帶有閥門的墨水輸送裝置，該裝置只有在筆尖受壓于基質(zhì)表面時(shí)才會(huì)使低粘度的墨水流入標(biāo)記筆尖。沒有這個(gè)限制墨水流向標(biāo)記器筆尖的閥門，則低粘度的墨水就會(huì)從標(biāo)記器筆尖泄漏。通過使用這種帶有閥門的輸送裝置，就可使用低粘度的墨水了，這種墨水在使用時(shí)具有較小的書寫摩擦力。
本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在以下的優(yōu)選實(shí)施例的附圖和描述中，以及在附加的權(quán)利要求書中都可以明顯地看到。
首先簡要描述一下附圖。


圖1是一個(gè)基于本發(fā)明實(shí)施例的纖維筆尖的前端部分的軸向截面圖，圖中閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。
圖2與圖1相同，只是圖中閥門處于開啟狀態(tài)。
圖3是一個(gè)基于本發(fā)明另一實(shí)施例的纖維筆尖化妝標(biāo)記工具前端部分的縱向截面圖，圖中閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。
圖4與圖3相同，只是圖中閥門處于開啟狀態(tài)。
圖5是一個(gè)帶有滾珠的本發(fā)明的標(biāo)記筆尖。
用于制備本發(fā)明中墨水的著色劑可以是染料或顏料。染料的例子有溶劑藍(lán)38、溶劑紫8、堿性藍(lán)7、溶劑紅125和溶劑黑46，但并不以此為限。另一方面，顏料藍(lán)6、酞菁藍(lán)、顏料藍(lán)15.2和碳黑等都可作為顏料。為了獲得理想的顏色、色度等可在一種墨水中使用不只一種染料或顏料。墨水的粘度可以通過改變?nèi)玖系暮縼碚{(diào)整。
溶劑的選擇是基于，在其它因素中，所使用的染料或顏料。用于制備液態(tài)墨水的溶劑包括二甘醇單乙醚、苯基溶纖劑、乙二醇苯基醚、二丙二醇和辛二醇，但并不以此為限。作為一個(gè)例子，二甘醇單乙醚可用于溶解溶劑藍(lán)38。另一方面，顏料可以通過本領(lǐng)域所熟知的技術(shù)分散于溶劑中，如使用高剪切混合設(shè)備。需要注意的是優(yōu)選使用低揮發(fā)性(例如沸點(diǎn)高于180℃)和高收濕性的溶劑。也需注意的是，為改善染料的溶解性或顏料的分散性、或調(diào)整墨水的粘度，在一種墨水中可使用不只一種溶劑。
但是，在液體墨水中加入一種或幾種平均分子量為1×104～1×106道爾頓的聚合物，可以大幅度地調(diào)整墨水的粘度。這樣的聚合物例如PVP和酮/甲醛樹脂，但并不以此為限。需注意的是，PVP不僅可以賦予液體墨水粘度而且其本身還可作為增彈劑。“增彈劑”是指墨水中的一種在墨水使用時(shí)能減少墨水在標(biāo)記器筆尖處粘集的組分。如果需要的話，一種合適的增彈劑，并不考慮它的分子量，可以加入到液態(tài)墨水中以減少或消除粘集現(xiàn)象。
本發(fā)明中的液態(tài)墨水也可以含有一處潤滑劑，如油酸或油酸二乙醇胺，以減小摩擦，這種摩擦發(fā)生于標(biāo)記工具和被標(biāo)記基質(zhì)之間的接觸或滾珠和滾珠承窩之間的接觸，該潤滑劑還可以防止硬啟動(dòng)。
當(dāng)用顏料來制備液態(tài)墨水時(shí)，在墨水中也可以含有一種膠凝劑，以防止顏料沉淀或墨水泄漏。在液態(tài)墨水中加入膠凝劑，可以使墨水具有屈服點(diǎn)并使墨水剪切得更細(xì)，從而延緩了顏料的沉淀。
本發(fā)明的液態(tài)墨水最適用于具有輸送裝置的標(biāo)記工具，該輸送裝置可以將標(biāo)記液體從儲(chǔ)蓄器腔導(dǎo)向由彈性隔膜支撐的標(biāo)記筆尖，該彈性膜部分地封閉著儲(chǔ)蓄器腔，而且形成輸送裝置的閥門，從而當(dāng)筆尖相對于基質(zhì)表面受力時(shí)，輸送裝置回縮引起彈性隔膜壓迫儲(chǔ)蓄器腔內(nèi)的液體，打開閥門，于是液體就被泵到筆尖。
關(guān)于這樣的“隔膜閥門”組件，我們可以參考國際公開No.Wo93/05966(
公開日4月1日，1993年)。參考的PCT申請中的圖5、6、7、8、和圖14都分別包含在本文的圖1、2、3、4和圖5中。
本文中圖1和圖2中所示的是一個(gè)纖維筆尖的筆。墊圈6通過裝于前端的頭錐25固定在桶體1內(nèi)，在墊圈中有一軸向的孔，在孔中裝有一個(gè)圓柱形的活塞26。穿過活塞的是一個(gè)纖維棒條27，該纖維棒條的一個(gè)自由端伸出到頭錐的前端之外形成了一個(gè)書寫筆尖。如圖2所示，當(dāng)外力作用到筆尖上時(shí)，引起由纖維棒條、活塞和閥門套筒組成的輸送組件回縮，墊片6撓曲，閥門打開，位于閥門套筒15中的水門16起著將墨水從儲(chǔ)蓄器腔送到纖維棒條尾端的作用。
圖3和圖4所示的是一個(gè)纖維筆尖的化妝筆。墊片6通過安裝在筒體1上的管狀頭部零件30固定在筒體1的前端內(nèi)。纖維內(nèi)芯33位于頭部零件之內(nèi)，纖維內(nèi)芯的頭部可以由軸承34相對于頭部零件滑動(dòng)導(dǎo)向內(nèi)芯頭部的自由端伸出到頭部零件之外，而且被加工成寬邊形狀以留下較寬的標(biāo)記線。纖維內(nèi)芯的尾端固定于墊片6的中間，而且內(nèi)凹，在內(nèi)凹處裝有一個(gè)中心管，從而形成輸送管道14，而閥門套筒15則包圍著中心管。當(dāng)標(biāo)記器筆尖相對于基質(zhì)表示受壓時(shí)，纖維芯33回縮、引起彈性墊片6向后撓曲，從而打開閥門，并使儲(chǔ)蓄器腔受壓，于是液體就通過水門16和輸送管道14輸送到纖維內(nèi)芯，液體再沿著纖維內(nèi)芯的導(dǎo)管流到筆尖、留下標(biāo)記。
圖5所示是一個(gè)圓珠筆尖組件，它可以安裝在類似于圖1和圖3中的標(biāo)記筆套筒上。滾珠承窩65和輸送棒條66一起嵌在一個(gè)管狀套管67內(nèi)。輸液棒條上有一個(gè)軸向的孔68，通過它可以把標(biāo)記液導(dǎo)向滾珠69。如圖所示，由滾珠之后的滾珠承窩封閉組成一個(gè)很小的次級(jí)儲(chǔ)蓄器70。這個(gè)儲(chǔ)蓄器可以不要，也可以根據(jù)需要使其體積更大一些。
下面所提出的兩個(gè)實(shí)施例僅僅是作為舉例說明性的，本發(fā)明公開的其它部分絲毫不以此為限。在這兩個(gè)實(shí)施例中總共制備了11種本發(fā)明所述的不同的液態(tài)墨水，即配方9-1、9-2、9-3、9-4、9-5、9-6、10-1、11-1、11-2、11-3和13-1均列于表1-4中。另一方面，列于表1-3中的配方9-0和10-0是兩種現(xiàn)有技術(shù)的液態(tài)墨水。
在表1-4中所使用的代號(hào)和簡寫是指如下的溶劑、染料、聚合物和潤滑劑PM71二甘醇單乙醇，Ashland Chemical，Dublin，OH，生產(chǎn)PM 78苯基溶纖劑，Ashland Chemical，Dublin，OH，生產(chǎn)PM 74油酸，Henbel Emery Group，Hoboken，NJ，生產(chǎn)PM 83二丙二醇，Ashland Chemical，Dublin，OH，生產(chǎn)PM 81聚乙烯基吡咯烷酮PVP K-90(平均分子量為3.6×105)，BASF，Parsippany，NJ，生產(chǎn)PM 21溶劑藍(lán)38，Gillette Co.，Boston，MA，生產(chǎn)PM 24溶劑紫8，Neptun Violet Base，BASF，Parsippany，NJ，生產(chǎn)PM 25堿性藍(lán)7，Basonyl Blue 636，BASF，Parsippany，NJ，生產(chǎn)PM 259溶劑黑46，Sepisol Fast Black CN，BIMA，F(xiàn)rance，生產(chǎn)樹脂SK一種酮/甲醛樹脂，Huls America，Rockleigh，NJ，生產(chǎn)ODEA油酸二乙醇胺，Alkamide DO2805，Rhone-Poulenc，Mon-molith Junction，NJ，生產(chǎn)實(shí)施例1藍(lán)色墨水制備于9-0至9-67種藍(lán)色墨水，它們的組成列于表4-1。測量了每種墨水的粘度、摩擦系數(shù)、沉積性和粘集性?！俺练e性”是指從標(biāo)記工具流出的每種墨水在基質(zhì)表面沉積的量。
粘度是在室溫下、300sec-1的剪切速率條件下測量的，使用的是Haake Buchler Instruments，Inc.of Saddle Brook，NJ生產(chǎn)的Haake CV-100粘度計(jì)和ME-15傳感器系統(tǒng)。
圓珠筆的書寫摩擦力是用摩擦力檢測器來測量滾珠在一張紙表面滑動(dòng)的摩擦力而得到的，該摩擦力檢測器使用Schaevitz Engi-neering Gorporation，Pennsanken，NJ，生產(chǎn)的Schaevitz力轉(zhuǎn)換器，型號(hào)STD-G-100。圓珠筆在22英尺/分鐘書寫速率、與水平成60°的書寫角和200克的書寫負(fù)荷條件下，在60磅白紙上書寫?！澳Σ料禂?shù)”定義為在此書寫負(fù)荷下的書寫摩擦力。
圓珠筆的沉積性是使用Hartley Company，Costa Mesa，CA生產(chǎn)的Hartley書寫檢測器，在22英尺/分鐘的書寫速度和125克的書寫負(fù)荷下測量的?！俺练e性”定義為每185英尺的書寫長度的所用墨水的毫克數(shù)。另一方面，“粘集性”定義為在沉積性測量結(jié)束后附著在標(biāo)記工具筆尖的墨水的重量(mg)。
用兩種不同類型的圓珠筆尖，451SS筆尖和Flex474筆尖，測量書寫摩擦力、沉積性和粘集性。451SS筆尖是用不銹鋼制造的，它使用1mm的碳化鎢滾珠。另一方面，F(xiàn)lex474筆尖是用鍍銀的鎳制造的，它也使用1mm碳化鎢滾珠。
表1組成(重量百分比％)9-0 9-1 9-29-3 9-4 9-5 9-6PM 7119.825.825.525.625.525.724.8PM 7819.825.825.525.525.525.724.8PM 83 9.912.812.712.712.612.712.3PM 74 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0樹脂 SK 14.6 0.0 0.7 0.5 0.6 0.0 0.0PM 81 0.3 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 2.5PM 2125.425.425.425.425.425.425.4PM 24 3.9 3.9 3.9 3.9 3.9 3.9 3.9PM 25 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3合計(jì)100.0 100.0 100.0 100.0100.0 100.0 100.0粘度112500 350 380 400 520 4604800摩擦系數(shù)Flex-474 0.160.110.110.110.100.100.13451SS0.180.14 -- -- -- -- --沉積性2Flex-474 18.020.022.216.715.116.214.9451SS17.118.3 -- -- -- -- --粘集性3Flex-474 0.370.470.270.900.130.100.10451SS0.130.30 -- -- -- -- --1.厘泊或CPS2.以mg/185ft計(jì)3.以mg計(jì)如表1所示，可以通過改變兩種聚合物的量來調(diào)整墨水的粘度，這兩種聚合物是PM81(即PVP)和樹脂SK。當(dāng)使用低粘度的墨水時(shí)，書寫摩擦力(與摩擦系數(shù)成正比)會(huì)大幅度降低。
制備了11-1、11-2和11-3三種另外的藍(lán)色墨水(見表2)。和9-5相同，11-1、11-2和11-3三種墨水中聚合物的含量均為0.3％(即0.3％PVP)。但是11-1、11-2與9-5的區(qū)別在于在11-1和11-2中每種染料(即PM21、PM24和PM25)的含量都分別比9-5多10％和20％。另一方面，在11-3與9-5中染料總量相同(即PM21、PM24和PM25)，只是在11-3中PM24的含量是9-5的兩倍。按以上所述的方法測量粘度、摩擦系數(shù)、粘集性和沉積性。如表2所示，所有這三種墨水的書寫摩擦力都稍高于9-5。
使用帶有濾片A的Macbeth PCM II型光反射測量儀測量了三種墨水的線密集度，這種測量儀是由Macbeth Division of.Koll-morgen Corp.of Newburgh，NY，生產(chǎn)的。線密集度就是書寫出的線的黑度的量度。在本例中是指反射百化比。反射百分比的值越低表明線越黑。完全黑的線就是反射百分比為零。如表2所示，這三種墨水都具有令人滿意的線密集度。
表2*組成(重量百分比，％)11-111-211-3PM 71 24.323.025.7PM 78 24.323.025.7PM 83 12.111.412.8PM 74 2.0 2.0 2.0樹脂 SK0.0 0.0 0.0PM 81 0.3 0.3 0.3PM 21 27.930.522.0PM 24 4.3 4.7 7.9PM 25 4.7 5.2 3.7合計(jì) 100.0 100.0 100.0粘度9101650 450摩擦系數(shù)+0.130.140.11粘集性+0.400.30 0.5沉積性+15.716.616.9線密集度+23.224.523.2*在這里也適用表1中的腳標(biāo)1-3。+使用Flex-474筆尖。
制備了另外一種墨水13-1，測量了它的各種性質(zhì)，并將其與11-3、9-0和11-2(見表3)進(jìn)行了比較。除沉積性外，其它性質(zhì)都是按前述的相同方法測量的。其沉積性是用Anja Engineering Cor-poration of Monrovia，CA，生產(chǎn)的ANJA書寫檢測儀W-10Model B測量的，測量條件是22英尺/分鐘的書寫速度和200克的書寫負(fù)荷。
請注意13-1與11-3的不同之處僅在于13-1只含一種染料PM71。與此相對，11-3含有三種染料(PM71、PM78和PM83)。由于PM71的粘度低于PM78或PM83的粘度，所以13-1不如11-3那樣粘。如表3所示，13-1和11-3在書寫摩擦力、粘集性、沉積性和線密集度等方面都非常類似。這兩種墨水的書寫摩擦力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有技術(shù)中墨水9-0。
表3*組成(重量百分比，％)13-111-3 9-0PM 71 64.125.719.8PM 78 0.025.719.8PM 83 0.012.8 9.9PM 74 2.0 2.0 2.0樹脂 SK0.0 0.014.0PM 81 0.3 0.3 0.3PM 21 22.022.025.4PM 24 7.9 7.9 3.9PM 25 3.7 3.7 4.3合計(jì) 100.0 100.0 100.0粘度150 450 12500摩擦系數(shù)+0.110.110.16粘集性+0.5 0.5 0.4沉積性+17.816.918.0線密集度+最初15.516.618.3185英尺后14.514.815.3*在這里也應(yīng)用表1中的腳標(biāo)1-3。+使用Flex-474筆尖。實(shí)施例2黑墨水制備了兩種黑墨水10-0和10-1(見表4)。10-0是一種現(xiàn)有技術(shù)制備的高粘度墨水，它含有27.2％的聚合物，即27％的樹脂SK和0.2％的PM81(PVP)。與此相對比，10-1不含任何聚合物。其結(jié)果是10-1具有非常低的粘度(60CPS)，并且在使用Flex-474筆尖時(shí)具有比10-0低得多的摩擦力。
表4*組成(重量百分比，％)10-010-1PM 7117.827.9PM 7830.347.4PM 74 1.0 1.0ODEA 27.0 1.0樹脂 SK 27.0 0.0PM 81 0.2 0.0PM 259 22.722.7合計(jì)100.0 100.0粘度 7500 60摩擦系數(shù)Flex-4740.180.11451SS0.180.18粘集性Flex-474-- 0.17451SS0.100.23*在這里也用表1中的腳標(biāo)1和3。
無需贅述，可以確信基于以上的實(shí)施例和其它描述，一個(gè)本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以充分地應(yīng)用本發(fā)明。其它實(shí)施例根據(jù)以上的描述，一個(gè)本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很容易的弄清本發(fā)明的基本特點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的宗旨和范圍，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改變和修飾以使其適用于各種用途和條件。因此，其它實(shí)施例也包括在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種由一種或多種分子量范圍1×104～1×106道爾頓的聚合物、著色劑和溶劑組成的用于標(biāo)記工具的不可擦液態(tài)墨水，所述的一種或多種聚合物的含量為該墨水重量的0.05％～2.5％，該墨水的含水量為墨水重量的0～15％。
全文摘要
公開了一種用于標(biāo)記工具的不可擦液體墨水,它包括著色劑和溶劑,其含水量為0—15wt%,粘度約15—4,500CPS。還公開了一種在其儲(chǔ)蓄器腔內(nèi)裝有這種粘度或更低粘度的墨水的標(biāo)記工具。
文檔編號(hào)C09D11/18GK1250070SQ99123309
公開日2000年4月12日 申請日期1999年10月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月18日
發(fā)明者N·J·林, A·R·克萊斯曼, R·尼考爾, C·C·帕克曼, V·休爾瑟, J·湯普森 申請人:吉萊特公司