專利名稱：圓珠筆用假塑性水基油墨的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圓珠筆用水基油墨，更具體地，涉及圓珠筆用假塑性水基油墨，該圓珠筆具有使用油基油墨的圓珠筆的優(yōu)點。
通常，圓珠筆用油墨包括圓珠筆用水基油墨和圓珠筆用油基油墨，所述水基油墨包括水或水溶性溶劑，并具有低至10mPa’s或更低的粘度，所述油基油墨包括諸如礦物油、多元醇、脂肪酸和溶纖劑的油基溶劑，并具有1000-20000mPa’s的粘度。
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)小直徑油墨管粘附在筆尖的圓珠上的油墨通過圓珠的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)移到紙張表面，油墨的轉(zhuǎn)移量通過油墨管輸送到筆尖。
使用圓珠筆用水基油墨的圓珠筆具有這樣的結(jié)構(gòu)，即通過由集束的微細纖維制成的喂料器的毛細管作用，將油墨輸送到圓珠表面和紙張表面。
上述圓珠筆用水基油墨和油基油墨各自具有優(yōu)異的優(yōu)點，但也分別具有各種問題。
例如，由于圓珠筆用水基油墨具有低粘度，因而通過毛細管作用原理輸送油墨。就是說，如果圓珠筆尖端部分和紙張簡單接觸，在接觸點處發(fā)生的毛細管作用就將油墨輸送到筆尖。從而不需要大的書寫壓力就能在紙上得到良好的書寫，因此幾乎不會產(chǎn)生劃線斷開、缺油磨損和斑點。相反，如果油墨直接充注在油墨管中，油墨往往由于振動、沖擊或空氣溫度升高而易于滲漏，并且輸送到筆尖圓珠上的油墨體積變得不穩(wěn)定。因此，圓珠筆要求具有由集束的微細纖維制成的喂料器的復雜結(jié)構(gòu)。而且，還有另一個問題，即很難檢查殘留在油墨管中的油墨的量。
另一方面，由于圓珠筆用油基油墨具有高粘度，因此具有這樣的特征，即可以避免來自筆尖的油墨斑點玷污，油墨可直接充注在小直徑的油墨管中，以簡化圓珠筆的結(jié)構(gòu)，并且通過使用透明材料制作油墨管，可檢查油墨管中的油墨殘留量。相反，也存在這樣的缺點，即由于油墨僅僅輸送到與旋轉(zhuǎn)的圓珠接觸的紙張表面，如果圓珠的旋轉(zhuǎn)動作不穩(wěn)定，就容易產(chǎn)生劃線斷開和缺油磨損，由于油墨很難透過到紙張表面，就容易使未輸送的油墨產(chǎn)生斑點而玷污紙張。
為解決上述問題，最近，一種圓珠筆用水基油墨已經(jīng)廣泛公知，即將膠凝劑或水溶性漿料加入水基油墨中，以產(chǎn)生特殊的粘度性能(以下稱為“假塑性水基油墨”)。
考慮使用這種假塑性水基油墨的圓珠筆，由于筆尖上圓珠在書寫時的旋轉(zhuǎn)向油墨施加剪切力，使油墨粘度降低，因此能夠象使用水基油墨的圓珠筆那樣光滑書寫，并能在紙張表面得到良好的書寫效果。而且，當圓珠筆不用于書寫時，由于油墨的粘度高，可以避免來自筆尖的油墨斑點玷污，油墨可直接儲存在油墨管中以簡化圓珠筆的結(jié)構(gòu)，并且通過使用透明材料制作油墨管，可容易地檢查油墨管中的油墨殘留量。如上所述，當使用圓珠筆用假塑性水基油墨時，可得到具有使用水基油墨的圓珠筆或使用油基油墨的圓珠筆兩者特征的書寫裝置。然而，當實際使用圓珠筆用假塑性水基油墨時，很難保持圓珠筆預定的質(zhì)量，除非油墨的粘度根據(jù)所用的筆尖調(diào)整。例如，當將具有適合于小直徑圓珠筆尖質(zhì)量的油墨用于大直徑圓珠筆尖時，由于圓珠和支撐體之間的間隙不同，書寫時傳遞給油墨的剪切速度變小，會產(chǎn)生斑點和劃線斷開，還有另一個問題是由于油墨的過量流出使劃線的干燥度降低。
本發(fā)明的一個目的是解決上述問題，并提供圓珠筆用假塑性水基油墨，所述油墨適合于任何條件的圓珠直徑、材料、尺寸等的筆尖，不會產(chǎn)生諸如斑點和劃線斷開的現(xiàn)象，在任何時候都能輸送光滑書寫要求的穩(wěn)定量的油墨，而且隨著時間的推移具有高穩(wěn)定性和高劃線干燥度。
為了解決上述問題，我們研究發(fā)現(xiàn)，通過在水基油墨中以特定量混合特定的表面活性劑，可消除用充滿假塑性水基油墨的圓珠筆書寫時產(chǎn)生的諸如斑點、劃線斷開和低劃線干燥度的問題，可以達到本發(fā)明的目的。這樣，本發(fā)明就完成了。
本發(fā)明的圓珠筆用假塑性水基油墨是這樣獲得的，即將基于油墨總量0.05-5％(重量)的二烷基磺基琥珀酸鈉加入含有增稠劑、著色劑、分散劑、水和極性溶劑的圓珠筆用假塑性水基油墨中。
而且，本發(fā)明第二種圓珠筆用假塑性水基油墨是這樣獲得的，即將基于油墨總量0.05-3％(重量)的二烷基磺基琥珀酸鈉和0.01-2％(重量)的氟基表面活性劑加入含有增稠劑、著色劑、分散劑、水和極性溶劑的圓珠筆用假塑性水基油墨中。
單詞“假塑性”表示這樣的狀態(tài)，即在靜態(tài)或當書寫力小(低剪切力)時，油墨幾乎不流動并具有大的表觀粘度，當書寫力增加(高剪切力)時，流動性大大提高，粘度急劇降低。
實施本發(fā)明的最佳模式用于本發(fā)明圓珠筆用假塑性水基油墨的二烷基磺基琥珀酸鈉由下列通式表示
其中R1和R2表示具有1到15個碳原子的烷基。
具體地，可以提供2-乙基己基磺基琥珀酸鈉和二辛基磺基琥珀酸鈉。
二烷基磺基琥珀酸鈉使油墨具有潤滑性，并提高油墨向書寫紙的滲透性。
用于本發(fā)明圓珠筆用假塑性水基油墨的氟基表面活性劑包括氟代烷基(C2-C10)羧酸、N-全氟辛烷磺酰基谷氨酸二鈉鹽、3-[氟代烷(C8-C11)氧基]-1-烷基(C3-C4)磺酸鈉、氟代烷基(C11-C20)羧酸、全氟烷基(C7-C13)羧酸、單全氟烷基(C8-C16)乙基磷酸酯、全氟烷基氧化胺與全氟烷基環(huán)氧乙烷的加成物。
作為特定的商標名，此處例舉由Tochem Products制造的EFTOP“EF-352”。
用于本發(fā)明圓珠筆用第一假塑性水基油墨的二烷基磺基琥珀酸鈉的含量為基于油墨總量的0.05-5％(重量)。如果用量小于0.05％，滲透效果就變小，如果用量大于5％，油墨的粗糙邊沿增加，使劃線不清晰。
用于本發(fā)明圓珠筆用第二假塑性水基油墨的二烷基磺基琥珀酸鈉的量為基于油墨總量的0.05-3％(重量)。如果用量小于0.05％，滲透效果就變差，如果用量大于3％，油墨的粗糙邊沿增加，使劃線不清晰。另外，氟基表面活性劑的量為基于油墨總量的0.01-2％(重量)，氟基表面活性劑具有諸如顯著減小油墨表面張力和使油墨具有潤滑性的作用。如果氟基表面活性劑的用量小于0.01％，這些作用就不能發(fā)揮，而如果用量大于2％(重量)，就容易在筆尖處產(chǎn)生油墨直接流動和油墨的斑點玷污。
現(xiàn)在描述用于本發(fā)明圓珠筆用水基油墨的其它組分。
作為著色劑，可以使用能溶解或分散在水性溶劑中的染料和顏料，具體實例包括酸性染料如暑紅、Floxine、水黃#6-C、酸性紅、水紅、水藍#105、亮藍FCF和尼格洛辛NB；直接染料如直接黑154、直接天藍5B和紫BB；堿性染料如若丹明和甲基紫；無機顏料如碳黑和群青藍；有機顏料如銅酞菁藍和聯(lián)苯胺黃。這些著色劑可單獨使用或它們中的兩種或更多種結(jié)合使用。著色劑的含量優(yōu)選為0.1-30％(重量)。
作為分散劑，可以提供聚乙二醇、苯乙烯-丙烯酸共聚物鹽、苯乙烯-馬來酸共聚物鹽、和乙烯基萘-馬來酸共聚物鹽。
水可作為主溶劑，任何具有水可混溶極性基團的溶劑都可以使用。例如乙二醇、二甘醇、三甘醇、聚乙二醇、丙二醇、乙二醇單甲醚、甘油和吡咯烷酮。
作為增稠劑，可以提供諸如呫噸膠(xanthane gum)、瓜爾豆膠和welan膠的天然樹脂；諸如基于丙烯酸聚合物、聚氨酯聚合物和交聯(lián)丙烯酸聚合物的合成聚合物；和諸如綠土和蒙脫石的無機物。
作為諸如交聯(lián)丙烯酸聚合物的合成聚合物的具體實例，可以提供由Wako Pure Chemical Industries，Ltd.制造的“Junron PW-110”、“Junron PW-111”、“Hiviswako 103”、“Hiviswako 104”、“Hiviswako105”、“Hiviswako 304”；由BF Goodrich Company制造的“Carbopole941”；和由Rohm&Haas Japan K.K.制造的“Primal ASE-60”、“PrimalASE-75”、“Primal TT-615”、“Primal TT-935”“Primal GS”。
作為調(diào)節(jié)劑，除上述成分外，如果需要可以使用作為防塵劑的苯并三唑和皂草苷，作為pH調(diào)節(jié)劑的氫氧化鉀、磷酸鉀和三乙醇胺，作為抗靜電劑的sodium omadine和1，2-苯并異噻唑啉。
作為本發(fā)明圓珠筆用假塑性水基油墨的制備方法，通過將上述成分根據(jù)需要進行加熱溶解和混合/攪拌可容易地獲得所述水基油墨。
本發(fā)明圓珠筆用假塑性水基油墨通過摻入作為表面活性劑的二烷基磺基琥珀酸鈉，或氟基表面活性劑和二烷基磺基琥珀酸鈉來獲得，這些表面活性劑與通常的表面活性劑不同。因此，當用于圓珠筆時，無論圓珠的直徑和材料以及圓珠的尺寸怎樣，都不會出現(xiàn)諸如斑點和劃線斷開的現(xiàn)象，而且除表現(xiàn)出優(yōu)異的時間穩(wěn)定性和劃線干燥度外，在任何時候都能以穩(wěn)定的量輸送油墨進行光滑書寫。
這是因為油墨含有顯著降低表面張力的氟基表面活性劑，和能夠降低固-液界面張力和油墨表面張力的二烷基磺基琥珀酸鈉。具有這種性能的油墨當用于圓珠筆時改善了筆尖的潤濕性。因此，盡管使用任何尺寸的圓珠(就是說，盡管施加在油墨上的剪切力改變)，油墨都能不間斷地流動，都能穩(wěn)定地書寫。而且，油墨對紙張表面具有低的界面張力和充足的滲透效果，因此暗示了劃線的干燥度高并可避免發(fā)生斑點玷污和劃線斷開。
實施例本發(fā)明現(xiàn)在將參照實施例進行具體解釋，但本發(fā)明并不受到這些實施例的限制。
對實施例和比較例中包含的油墨組合物進行以下測試。結(jié)果示于表1和表2中。粘度粘度由E型旋轉(zhuǎn)粘度計在3.84s-1和384s-1的剪切速度下測量。書寫光滑度采用書寫試驗機用圓珠筆書寫，油墨的流動狀態(tài)根據(jù)以下標準評估○ 圓珠筆能光滑書寫△ 圓珠筆有輕微劃痕× 可見到缺油磨損防斑點性能使用書寫試驗機以4.5m/min的速度、60°角度和100g負載下書寫后，根據(jù)以下標準觀察和評估粘附在筆尖保持器上油墨的量和滴落在劃線上的多余油墨標記○ 很少有斑點△ 可見輕微斑點× 有許多斑點防劃線斷開性能使用書寫試驗機用圓珠筆書寫后，根據(jù)以下標準評估劃線的狀態(tài)○ 優(yōu)異，沒有劃線斷開△ 可見輕微劃線斷開× 有明顯的劃線斷開快速書寫性能當以常規(guī)速度兩倍的速度進行書寫時，根據(jù)以下標準評估油墨組合物的跟隨性○ 劃線良好無缺油磨損△ 可見輕微缺油磨損× 有明顯的缺油磨損劃線的干燥度于25℃的恒定溫度和65％濕度的室內(nèi)，在書寫紙上書寫螺旋線，10秒后用商購棉圓珠擦拭，根據(jù)以下標準觀察和評估油墨引起的玷污○ 沒有觀察到玷污△ 棉圓珠被輕微玷污× 棉圓珠被玷污實施例1根據(jù)以下配方制備圓珠筆用藍色假塑性水基顏料油墨酞青藍 8.0％(重量)苯乙烯-丙烯酸樹脂銨鹽3.0％(重量)二辛基磺基琥珀酸鈉 1.0％(重量)(由Kao Corporation制造的“Pelex OTP”)乙二醇 20.0％(重量)氨甲基丙醇 0.3％(重量)苯并三唑 0.2％(重量)增稠劑(基于丙烯酸的 0.4％(重量)合成聚合物)離子交換水 余量實施例2根據(jù)以下配方制備圓珠筆用黑色假塑性水基顏料油墨碳黑 8.0％(重量)苯乙烯-丙烯酸樹脂銨鹽 3.0％(重量)二辛基磺基琥珀酸鈉1.5％(重量)(由Kao Corporation制造的“Pelex TR”)乙二醇20.0％(重量)氨甲基丙醇0.3％(重量)苯并三唑 0.2％(重量)增稠劑(交聯(lián)丙烯酸聚合物) 0.4％(重量)離子交換水余量實施例3根據(jù)以下配方制備圓珠筆用藍色假塑性水基顏料油墨酞青藍8.0％(重量)苯乙烯丙烯酸樹脂銨鹽 3.0％(重量)氟基表面活性劑(全氟烷 0.1％(重量)基羧酸鹽由Asahi GlassCompany制造的“SerfluonS-111”)二辛基磺基琥珀酸鈉0.5％(重量)(由Kao Corporation制造的“Pelex OTP”)乙二醇20.0％(重量)氨甲基丙醇0.3％(重量)苯并三唑 0.2％(重量)增稠劑(基于丙烯酸的 0.4％(重量)合成聚合物)
離子交換水余量實施例4根據(jù)以下配方制備圓珠筆用黑色假塑性水基顏料油墨碳黑 8.0％(重量)苯乙烯丙烯酸樹脂銨鹽 3.0％(重量)氟基表面活性劑(全氟烷基0.5％(重量)羧酸鹽由Tochem Products制造的“EF-352”)二辛基磺基琥珀酸鈉 1.0％(重量)(由Kao Corporation制造的“Pelex TR”)乙二醇 20.0％(重量)氨甲基丙醇 0.3％(重量)苯并三唑 0.2％(重量)增稠劑(交聯(lián)丙烯酸聚合物) 0.4％(重量)離子交換水 余量比較例1根據(jù)實施例1相同的方式制備圓珠筆用藍色假塑性水基顏料油墨，所不同的是使用0.8％(重量)的磷酸酯(由Toho ChemicalIndustry Co.，Ltd.制造的“Phosphahol RS-610”)代替二辛基磺基琥珀酸鈉。
比較例2根據(jù)實施例2相同的方式制備圓珠筆用黑色假塑性水基顏料油墨，所不同的是使用0.8％(重量)的磷酸酯(由Toho ChemicalIndustry Co.，Ltd.制造的“Phosphahol RS-610”)代替二辛基磺基琥珀酸鈉。
比較例3根據(jù)實施例3相同的方式制備圓珠筆用藍色假塑性水基顏料油墨，所不同的是使用0.6％(重量)的鉀皂代替氟基表面活性劑和二辛基磺基琥珀酸鈉。
比較例4根據(jù)實施例4相同的方式制備圓珠筆用黑色假塑性水基顏料油墨，所不同的是使用0.6％(重量)的鉀皂代替氟基表面活性劑和二辛基磺基琥珀酸鈉。
將實施例1至4的配方得到的油墨和比較例1至4的配方得到的油墨分別充注到圓珠直徑為0.5mm和1.0mm的圓珠筆筆管內(nèi)，以比較油墨的質(zhì)量。結(jié)果列于表1和表2中。
表1
表2
工業(yè)應用本發(fā)明的圓珠筆用假塑性水基油墨當用于圓珠筆中時，無論圓珠的直徑和材料以及圓珠的尺寸怎樣，都不會出現(xiàn)諸如斑點和劃線斷開的現(xiàn)象，而且除表現(xiàn)出優(yōu)異的時間穩(wěn)定性和劃線干燥度外，在任何時候都能以穩(wěn)定的量輸送油墨進行光滑書寫。因此，油墨可優(yōu)選的用于使用水基油墨的圓珠筆，而不考慮筆尖圓珠的直徑。
權(quán)利要求
1.一種圓珠筆用假塑性水基油墨，含有增稠劑、著色劑、分散劑、水和極性溶劑，其中油墨包括基于油墨總量0.05-5％(重量)的二烷基磺基琥珀酸鈉。
2.一種圓珠筆用假塑性水基油墨，含有增稠劑、著色劑、分散劑、水和極性溶劑，其中油墨包括基于油墨總量0.05-3％(重量)的二烷基磺基琥珀酸鈉和0.01-2％(重量)的氟基表面活性劑。
全文摘要
一種假塑性水基圓珠筆用油墨,含有增稠劑、著色劑、分散劑、水和極性溶劑,并另外單獨含有基于油墨總量0.05—5%(重量)的二烷基磺基琥珀酸鈉,或含有基于油墨總量0.05—3%(重量)的二烷基磺基琥珀酸鈉和0.01—2%(重量)的氟基表面活性劑。它可用于任何筆尖,而無論圓珠的直徑、材料和尺寸等如何。
文檔編號C09D11/18GK1240467SQ9718059
公開日2000年1月5日 申請日期1997年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月12日
發(fā)明者竹內(nèi)容治 申請人:三菱鉛筆株式會社