1、第 12 章 中性與水性圓珠筆墨水我國中性墨水的研究現(xiàn)狀中性筆 （GELINKPEN 是目前國際上最流行的一種新穎書寫筆，使用中粘度凝膠狀顏料型凍膠狀墨水 中性筆墨水 gelink ）供墨，是利用了膠體、表面活性、高分子化學(xué)等原理的高科技產(chǎn)品。中性筆雖然是屬 于圓珠筆一類的書寫工具，但又有其自身明顯的特點。中性筆與傳統(tǒng)圓珠筆之間的不同關(guān)鍵在于其筆尖內(nèi)灌注的材料，傳統(tǒng)圓珠筆芯內(nèi)灌注 的是油性的圓珠筆油墨，而中性筆內(nèi)灌注的是在主溶劑中加入水和特殊材料制成的膠狀 物，因此，大多數(shù)中性筆上會標(biāo)有“ Gel”、“ Jell ”、“ Jelly ”等字樣?！?Gel ”、 “Jell ”或“ Jelly

2、”都有膠狀物、凝膠體、凝膠等含義，有時縮寫為“G”或“ GP”GEL PEN的縮寫。筆內(nèi)的有機(jī)溶劑，其粘稠度比油性筆低、比水性筆稠。書寫時墨水經(jīng)過 筆尖，便會由半固態(tài)轉(zhuǎn)成液態(tài)墨水，中性筆墨水最大的優(yōu)點是每一滴墨水均在筆尖上，不 會揮發(fā)、漏水，墨水流動順暢穩(wěn)定，因而可提供如絲一般順滑的書寫感 1 。中性筆的出現(xiàn)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。傳統(tǒng)的書寫工具，因其不可避 免的疏漏，限制了自身的發(fā)展，特別是近幾年來隨著中性筆快速增長和公眾使用的認(rèn)知 度，現(xiàn)已成為各類書寫工具的先鋒，紛紛被國內(nèi)眾多筆類生產(chǎn)企業(yè)看好。九十年代中期， 國內(nèi)部分筆廠開始涉足中性筆的生產(chǎn)，經(jīng)過十余年的努力，我國的中性筆產(chǎn)銷

3、量現(xiàn)已位居 世界前列，但其技術(shù)含量較高的中性墨水仍依賴進(jìn)口。在國際上， 中性墨水的生產(chǎn)企業(yè)主要分布在 日本、美國、韓國和德國，他們都擁有高 層次的科研隊伍和先進(jìn)的研究設(shè)備。而我國目前 使用的中性墨水主要依賴進(jìn)口，如 日本的SILOHI 新老海）公司、 MIKUNIM庫尼）公司、美國的 NATIONAL國寶）公司、韓國的 S- LAND愛思戀）公司和德國的 DOKUMENTA文L,所以筆芯書寫時不易感覺這種現(xiàn)象 ( 分 層沉淀導(dǎo)致的筆頭堵塞 ；但有的墨水因不夠穩(wěn)定 , 保存期不長 , 甚至有的很短 , 所以在書寫 時就暴露出因墨水沉淀堵塞筆頭而不出墨水的現(xiàn)象。中性墨水筆的問世時間畢竟不長 ,筆芯

4、的生產(chǎn)工藝和所用墨水的性能仍有待進(jìn)一步改進(jìn)。最近幾年，針對中性墨水筆的持續(xù)快速發(fā)展和所用墨水進(jìn)口的大量耗資，國內(nèi)不少筆廠 及研究單位對中性墨水制備技術(shù)進(jìn)行大量研究，科研隊伍中人員的素質(zhì)越來越高，產(chǎn)品質(zhì) 量逐漸提高，取得了顯著的成果。如上海墨水廠、天津墨水廠、清華大學(xué)、 山西英可奧化 工公司、溫州大學(xué)制筆重點實驗室、山西大學(xué)與山西晉中學(xué)院、 捷凱科技都相繼開展了中性墨水的研究，浙江的一些民營企業(yè)也投入了一定的資金、人力 和物力進(jìn)行中性墨水的研制。經(jīng)過一段時間的努力，已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，有的已少量 供行業(yè)單位試用。山西英可奧化工公司在 劉守軍博士的帶領(lǐng)下，研制成功了無樹脂中性墨水體系，中性 墨水

5、表現(xiàn)出優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。目前，山西英可奧化工公司已入駐太原高新技術(shù)開發(fā)區(qū)， 力爭使科研成果迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，使其成為國內(nèi)水性油墨領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平的研發(fā)基 地。山西大學(xué)董川博士帶領(lǐng)下的科研團(tuán)隊不僅 發(fā)明了新型光敏水解褪色墨水，獲得了 2004年度國家技術(shù)發(fā)明二等獎，而且在中性墨水的 研究中開辟了不使用顏料，而是使用采用了染料分子改性的新的思路，在墨水組分中加入 一種特殊交聯(lián)劑，這些交聯(lián)劑可與染料分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一種改性的新的著色物質(zhì)/ 18 ，它是著色材料，又同時具有一定程度的假塑性，墨水的耐水性、耐光性也顯著提高，可 與進(jìn)口墨水相媲美，實現(xiàn)了中性墨水研制中的突破與創(chuàng)新。因為中性墨水仍處在

6、不定型期，隨著筆種的不斷變化，國外進(jìn)口墨水也在逐步地改 進(jìn)、替換、調(diào)整、提高，使墨水的研究更加困難。中性墨水的研究開發(fā)也不是一件一勞永 逸的事情，我們既需要隨時盯住市場的發(fā)展變化有的放矢的針對開發(fā)，還要研究和探研墨 水機(jī)理、結(jié)構(gòu)的變化和采用新技術(shù)、新輔配設(shè)備的同步配置，不斷摸索工藝實驗，調(diào)整產(chǎn) 品結(jié)構(gòu)，使性能不斷提高，成本不斷下降，產(chǎn)品更加環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展的基本國策， 可以說中性墨水的研究可開發(fā)仍將是一件長期的艱苦的工作。在目前的中性墨水中，大多 是以水為溶劑，并且含水量高達(dá) 5070%，因此在本章中將中性墨水和水性墨水共同討 論，但以中性墨水為主。有些所謂的水性圓珠筆墨水實際上也是中性墨

7、水。一些水性與中性墨水的配制方法中性筆筆芯中的墨水有染料型和顏料型之分，顏料型墨水書寫的字跡具有優(yōu)良的耐光 性和耐水性，而染料型墨水書寫的字跡耐光性和耐水性都較差；此外，用染料型墨水與鋰 基酯配合的筆芯，放置時間過長時，墨水中的染料會溶入鋰基酯的有機(jī)溶劑中，使鋰基酯 底層的顏色發(fā)生變化。另一種情況是墨水中的有機(jī)溶劑對鋰基酯中著色材料的影響，使鋰 基酯底層褪色。從色彩上分，墨水有普通色中性筆和瑩光中性筆、珠光中性筆金屬色，有良好的潤滑性能，即使在黑色或暗色紙張上也有高亮度色彩）、閃光中性筆具有閃光效果）等。隨著中性筆產(chǎn)品的不斷開發(fā)，目前中性墨水產(chǎn)品有顏料不干型、染料不干型、閃光型、金屬 型、水粉

8、型、珠光型、熒光型、熒光閃光型、中性可擦型等各種商業(yè)品種。中性筆墨水色料多數(shù)采用純顏料的，但也有與染料輔配的，還有使用染料而又具有較 好著色力的，其墨水粘度也大不相同。在書寫性能上 , 不同墨水所具有的手感性能也不同 , 產(chǎn)生的墨跡效果也不同。其特性是由墨水與筆的輔配共同得到的 , 在中性筆中 ,墨水被直接 填充到儲墨管中 , 可直接將墨水供給到筆尖。因此要達(dá)到當(dāng)筆收起不用時 , 墨水處于高粘滯 狀態(tài) ,以防止通過筆尖泄漏。但當(dāng)圓珠筆使用時,圓珠轉(zhuǎn)動對墨水產(chǎn)生剪切力使墨水粘度降低，從而使墨水可以流過筆尖。12.2.1凝膠狀水性圓珠筆墨水的配制以往的圓珠筆以應(yīng)用高粘度的油性墨水和低粘度的水性墨水

9、為主流，近年來提出了水 性圓珠筆用高粘度水性墨水的方案。這些高粘度水性墨水，只要加上微弱的剪切力，就可 以維持高粘度。但是，在加上用圓珠筆作筆記時的圓珠的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的高剪切力的情況下 ，是呈低粘性的。作為上述方案的例子，是在墨水中使用了黃原膠或韋蘭樹膠，這些成分過去曾作為專 利而不公開。日本發(fā)明的一種凝膠狀水性圓珠筆油墨，使用這種油墨書寫十分流利，且長 時間豎直放置時其顏料粒子能保持穩(wěn)定的分散性而不會發(fā)生沉降現(xiàn)象。以下是制備中性墨 水的一些例子：例一： WA color 1103顏料分散體之一商品名，日本大日精化工業(yè)珠式會社生產(chǎn)）50.0，黃原膠 0.5，甘油 13.0，乙二醇 12.0，油酸

10、鉀 1.0 ，苯并三唑 0.2 ，苯甲酸鈉 1.0，水 21.7，全氟烴基聚氧乙烯醇 0.6 。例二： WA color BI 1104顏料分散體之一商品名，日本大日精化工業(yè)珠式會社生產(chǎn)）50.0、黃原膠 1.0、甘油 13.0、乙二醇 12.0、油酸鉀 1.0 、苯并三唑 0.2 、苯甲酸鈉 1.0、水 21.5、氟代烴基酯 0.3。/ 18將以上兩例配制的墨水注入圓珠筆芯中，在室溫下放置12個月后，圓珠筆仍書寫流利，字跡清新。12.2.2水性圓珠筆墨水的研制水性圓珠筆墨水通常是通過加入多元醇極其衍生物等水溶性有機(jī)溶劑于含有水溶性染 料、顏料、預(yù)著色乳化樹脂等有色物質(zhì)的水溶液中來制備的。含顏

11、料或預(yù)著色乳化樹脂作 為有色物質(zhì)的墨水抗老化性能較差，長期貯存會引起有色物質(zhì)的分離和沉積。為了克服這 些問題，人們試圖在墨水中加入分散劑如苯乙烯 - 丙烯酸共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮等水溶性聚合物來改善墨水的穩(wěn)定性。然而，含分散劑的墨水升溫時穩(wěn)定性差，例如在夏季高溫條件下存放時，因為有色物 質(zhì)的沉積會引起筆頭的堵塞。日本櫻花彩色產(chǎn)品珠式會社的井上繁康等人發(fā)明的水性圓珠 筆墨水組合物 2 ，通過使用假塑性賦予劑黃原膠 或韋蘭膠）和交聯(lián)聚丙烯酸鹽的協(xié)同作用 ，使得這些問題被解決或大大地減輕，其方法是至少一種交聯(lián)聚丙烯酸鹽與含有有色物質(zhì) 的基礎(chǔ)水性圓珠筆墨水組合物混合。該水性圓珠筆墨水組合物是

12、含有有色物質(zhì)的基礎(chǔ)水性圓珠筆墨水組合物，其中的有色 物質(zhì)包括顏料和顏料分散劑、預(yù)著色乳化樹脂、水溶性有機(jī)溶劑、假塑性賦予劑、水和基 于基礎(chǔ)水性圓珠筆墨水組合物重量約為0.050.5的交聯(lián)聚丙烯酸鹽。所用的顏料，可以是偶氮顏料、縮聚偶氮顏料、酞菁顏料、 蒽 醌 顏料、二惡嗪顏料、靛類顏料、硫靛顏料等有機(jī)顏料，以及氧化鈦、氧化鐵、碳黑等無機(jī) 顏料，這些顏料可以單獨使用或混合使用。顏料的用量基于水性圓珠筆墨水組合物的 315 重量）。預(yù)著色乳化樹脂是由平均粒徑為 0.11 m的聚合物細(xì)粉的染料水分散液制得的物質(zhì)， 而該聚合物細(xì)粉是由苯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、丙烯腈樹脂等中的一種或多種與堿性染料 、熒光

13、堿性染料、熒光增白劑等乳液聚合制得。當(dāng)以預(yù)著色乳化樹脂作為有色物質(zhì)時，基 于水性圓珠筆墨水組合物的量，預(yù)著色乳化樹脂的用量通常 約 為 2540重量）。當(dāng)有色物質(zhì)用量太小時，墨水的筆跡變得太淡薄；相反，當(dāng)有色物質(zhì)用 量太大時，墨水組合物的粘度增大，以致削弱了壓延性。傳統(tǒng)用于墨水組合物的至少有一種水溶性樹脂、 表面活性劑等作為顏料分散劑，作為 水溶性樹脂可以用任一種天然產(chǎn)物、合成和半合成產(chǎn)物。合成產(chǎn)物應(yīng)優(yōu)先考慮其防霉、防 腐性能和粘度。水溶性合成樹脂可以用水溶性丙烯酸樹脂、水溶性苯乙烯樹脂、水溶性苯 乙烯 -丙烯酸樹脂、水溶性苯乙烯 - 馬來酸樹脂、水溶性聚氨酯樹脂、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮等。

14、基于顏料的量，顏 料 分散 劑 的 用 量 約 為 5200重量）。當(dāng) 顏 料 分 散 劑 的 用 量 太大時，墨水組合物的粘度增大，以致削弱了墨水組合物的壓延性。在這些水性圓珠筆墨 水組合物中，交聯(lián)聚丙烯酸鹽的游離酸分子量范圍約為200萬600萬。水溶性有機(jī)溶劑主要使用乙二醇、丙二醇、二甘醇、甘油等多元醇；丙二醇單甲醚等 二元醇醚；丙二醇單甲醚乙酸酯等二元醇醚酯。這些水溶性有機(jī)溶劑可以單獨使用或多種 物質(zhì)混合使用。水溶性有機(jī)溶劑的用量，基于基礎(chǔ)水性圓珠筆墨水組合物的140 重量）。當(dāng)水溶性有機(jī)溶劑的用量太小時，因為筆頭上的墨水迅速變干，使墨水的筆跡變得模 糊；相反，用量太大時，書寫后的筆跡不

15、易變干。關(guān)于假塑性賦予劑， 天 然多糖 、半合成纖維素都可用。 天 然多糖 是具有 由單 糖 葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、甘露糖等組成的聚合物式的， 黃 原 膠 、 韋蘭膠、瓜爾膠、楊森膠、刺槐豆膠等，其中 黃 原 膠 和 威林膠是優(yōu)選的假塑性賦予劑。假塑性賦予劑的 用 量 ， 基于基礎(chǔ)水性圓珠筆墨水組合物的 0.10.5 重量）。當(dāng)用量太小時，有色物質(zhì)的分散穩(wěn) 定性得不到改進(jìn)；用量太大時，墨水組合物的粘度增大，壓延性降低。此外，還需要加入防腐劑、防銹劑、潤滑劑、pH 調(diào)節(jié)劑等。 pH調(diào)節(jié)劑常用的有氫氧化鈉、碳酸鈉、鏈烷醇胺和氨等。潤滑劑可以是脂肪酸堿金屬鹽、鏈烷醇胺鹽或磷 表面活 性/ 18劑

16、。 防腐劑采用山梨酸鉀、五氯酚鈉、二氫乙酸鈉、1,2-苯并異噻唑啉 -3-酮或苯甲酸鈉，作為防腐劑， 1,2-苯并異噻唑啉 -3- 酮的效果特別好。防銹劑可以是苯并三唑及其衍生物、硝酸二環(huán)己基銨。以下是幾例各種顏色的水性圓珠筆墨水配方。一、黑色墨水配方 重量 %）炭黑 4.0、丙二醇 10.0、苯乙烯 -丙烯酸鹽共聚物鈉鹽 顏料分散劑） 1.0 、乙二醇 5.0、交聯(lián)丙烯酸鹽共聚物鈉鹽 2.0 、苯甲酸 鈉防腐劑） 1.0、苯并三唑 防銹劑） 0.5、黃原膠 假塑性賦予劑） 0.2、水 76.3。制備方法如下：在攪拌下向 30份水中加入黃原膠，得透明溶液；向該溶液中加入懸浮 炭黑、苯乙烯 -

17、丙烯酸鹽共聚物鈉鹽和剩余的水預(yù)先制得的溶液，所得混合物用混砂機(jī)混合1小時；攪拌下加入其它組分到懸浮液中并溶解這些組分。繼續(xù)攪拌混合物1小時；用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié) pH至8，然后過濾，即得一種黑色墨水。二、藍(lán)色墨水配方 % ）銅酞菁藍(lán) 4.0、二甘醇 10.0、甘油 5.0 、苯乙烯 -丙烯酸鹽共聚物鈉鹽 分散劑） 1.0、交聯(lián)丙烯酸鹽共聚物鈉鹽 0.1、 1,2-苯并異噻唑啉 -3- 酮防腐劑） 0.5、苯并三唑 防銹劑） 0.5、黃原膠 0.3 假塑性賦予劑）、水 78.6。制備方法如下：在攪拌下向 30份水中加入黃原膠，得透明溶液；向該溶液中加入銅酞 菁藍(lán)、苯乙烯 - 丙烯酸鹽共聚物鈉鹽和剩

18、余的水，所得混合物用混砂機(jī)分散1小時；攪拌下向懸浮液中加入預(yù)先制得的溶液并溶解由其它組分組成的混合物。繼續(xù)攪拌1小時；用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié) pH至8，然后過濾，即得一種藍(lán)色墨水。三、綠色墨水配方 %）銅酞菁綠 4.0 、丙二醇 10.0、甘油 5.0、苯乙烯 -丙烯酸鹽共聚物鈉鹽 分散劑） 1.5、交聯(lián)丙烯酸鹽共聚物鈉鹽 5.0、苯甲酸鈉 防腐劑） 1.0 、苯并三唑 防銹劑） 0.5、韋蘭膠 假塑性賦予劑） 0.4、水 72.6。制備方法如下：在攪拌下向 30份水中加入韋蘭膠，得透明溶液；向該溶液中加入銅酞 菁綠、苯乙烯 -丙烯酸鹽共聚物鈉鹽和剩余的水，所得混合物用混砂機(jī)分散1小時；攪拌下向懸

19、浮液中加入預(yù)先制得的溶液并溶解由其它組分組成的混合物。繼續(xù)攪拌1小時，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié) pH至8，然后過濾，即得一種綠色墨水。四、紫色墨水配方 % ）二惡嗪紫 3.0、乙二醇 10.0、甘油 5.0 、苯乙烯 -丙烯酸鹽共聚物鈉鹽 分散劑） 1.0、交聯(lián)丙烯酸鹽共聚物鈉鹽 0.2、 1,2-苯并異噻唑啉 -3- 酮防腐劑） 0.5、苯并三唑 防銹劑） 0.5、黃原膠 假塑性賦予劑） 0.3、水 79.5。制備方法如下：在攪拌下向 30份水中加入黃原膠，得透明溶液；向該溶液中加入通過 懸浮二惡嗪紫、苯乙烯 -丙烯酸鹽共聚物鈉鹽和剩余的水預(yù)制的溶液，用混砂機(jī)混合1小時；在攪拌下加入其它組分于懸浮

20、液中并溶解這些組分。繼續(xù)攪拌1小時，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié) pH 至8，然后過濾，即得一種紫色墨水。五、紅色墨水配方 % ）二氫喹吖啶二酮紅 4.0、乙二醇 10.0、甘油 5.0、苯乙烯 - 丙烯酸鹽共聚物鈉鹽 分散劑） 1.5、交聯(lián)丙烯酸鹽共聚物鏈烷醇胺鹽 5.0 、苯甲酸鈉 防腐 劑） 1.0、苯并三唑 防銹劑） 0.5、韋蘭膠 0.3、水 72.7。制備方法如下：在攪拌下向 30份水中加入韋蘭膠，得透明溶液；向該溶液中加入通過 懸浮二氫喹吖啶二酮紅和苯乙烯 - 丙烯酸鹽共聚物鈉鹽溶于剩余的水所得的預(yù)制溶液，混合物用混砂機(jī)分散1小時；攪拌下加/ 18入其它組分到懸浮液中并溶解這些組分。繼續(xù)攪

21、拌1小時；用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié) pH 至8，然后過濾，即得一種紅色墨水。所配制的水性圓珠筆墨水組合物的粘度為 20008000cps。對比實驗表明，當(dāng)交聯(lián)丙烯 酸鹽與假塑性賦予劑結(jié)合使用時，產(chǎn)生了良好的效果。因為使用了交聯(lián)丙烯酸鹽吸附于顏 料和 或）預(yù)著色乳化樹脂表面，以致形成了保護(hù)膠體，改進(jìn)了墨水組合物的熱穩(wěn)定性， 抑制了粘度的降低。不僅在室溫下長期貯存穩(wěn)定性好，而且升溫加速老化條件下穩(wěn)定性也 好。12.2.3筆記工具用水性墨水組合物 日本百樂墨水股份有限公司的近藤正廣等開發(fā)的的高粘度水性墨水3，在長時間經(jīng)時后，也能維持其著色劑的穩(wěn)定的分散或溶解狀態(tài)，且以通過用圓珠筆進(jìn)行筆記時所產(chǎn)生的切 斷力

22、，而呈現(xiàn)出易流動性。作為其必要成分，包括著色劑、琥珀聚糖、葡萄糖、氫氧化鉀 、防腐劑、水和水溶性有機(jī)溶劑。其中琥珀聚糖即有機(jī)酸改性異多糖 , 由作為單糖的葡萄糖和半乳糖構(gòu)成。對于著色劑來說，可以使用適用于通常水性墨水的顏料及染料。對于顏料來說，主要 有碳黑、氧化鐵等無機(jī)顏料，偶氮系、蒽醌系、縮合多偶氮系、硫靛藍(lán)）系、金屬絡(luò)鹽、酞菁系、二惡嗪系、喹吖酮系有機(jī)顏料。對于染料來說，常用的有曙紅C.I.45380 ）、酸性弗洛克辛 C.I.45410 ）、赤蘚紅鈉鹽 C.I.45430 ）、酒石黃 C.I.19140 ）、酸性若丹明 C.I.45100 ）、酸性紫 6BC.I.42640 ）、艷藍(lán) -

23、FCFC.I.42090 ）、水溶黑 R510C.I.50420 ）、等酸性染料；直接堅牢黃 GCC.I.29000 ）、 紫BBC.I.27905 ）、直接天藍(lán)色 -5BC.I.24400 ）、黑色 GC.I.13525 ）等直接染料；若丹明 BC.I.45170 ）、若丹明 6GDNC. I.45160 ）、甲基紫 C.I.42535 ）、維多利亞藍(lán)色 -BOHC.I.42595 ）等堿性染料。這些著色劑在墨水中的組成一般為1% 25%，最好在 2%15%的質(zhì)量百分比范圍內(nèi)使用。琥珀聚糖即有機(jī)酸改性異多糖體，由葡萄糖、半乳糖、丙酮酸或其鹽、琥珀酸或其鹽 和乙酸按照 5 8） 1 2） 0.

24、5 2） 0.52） 0.5 1）的摩爾比共聚而成的， 其平均分子量約為 100萬 800萬。溶劑包括水和水溶性有機(jī)溶劑，水占 50% 重量）以上的。常用的水溶性有機(jī)溶劑有乙 二醇、二甘醇、硫代二甘醇、丙三醇、三乙醇胺等，根據(jù)抑制墨水在筆尖處的干燥、賦予 筆跡的耐水性或者作為染料的溶解助劑等不同的目的來選擇上述水溶性有機(jī)溶劑，在墨水 的組成中，可以在 5 30%的范圍內(nèi)使用。在水介質(zhì)中，根據(jù)需要可以添加下列物質(zhì)：為提高墨水的流動性和顏料的分散穩(wěn)定化 可加入各種表面活性劑，為防止筆跡滲漏和作為顏料的保護(hù)膠體可加入聚乙烯吡咯烷酮、 聚乙烯醇、水溶性丙烯酸樹脂、阿拉伯樹膠等水性樹脂、潤滑劑、保濕劑、

25、防銹劑等。主要配方如下：一、黑色墨水配方 重量 %）黑色顏料膏 A40.0 、琥珀聚糖 0.4、丙三醇 10.0、尿素 10.0、碳酸酯系潤滑劑 1.0、防腐劑 0.2、防銹劑 0.1、水 38.3。二、紅色墨水配方 % ）紅色顏料膏 43.0、琥珀聚糖 1.5、丙三醇 10.0、乙二醇 10.0、碳酸酯系潤滑劑 1.0、防腐 劑0.2、防銹劑 0.1、水 34.2。三、藍(lán)色墨水配方 % ）藍(lán)色顏料膏 30.0、琥珀聚糖 0.4、乙二醇 10.0、尿素 8.0、碳酸酯系潤滑劑 1.0、防腐劑 0.2 、防銹劑 0.1、水 30.3。四、黑色墨水配方 重量 %）黑色顏料膏 B17.0 、琥珀聚糖

26、 3.0、丙三醇 5.0、乙二醇 5.0、尿素 8.0、碳酸酯系潤滑劑 1. 0、防腐劑 0.2、防銹劑 0.1、水 60.7。五、紅色墨水配方 重量 %）/ 18 紅色染料 酸性曙紅） 3.0、桃紅染料 酸性紅染料） 1.5、琥珀聚糖 3.5、二甘醇 10.0、乙二 醇10.0、碳酸酯系潤滑劑 1.0、防腐劑 0.2、防銹劑 0.1、水 70.7。上述組成的水性墨水是凝膠狀的，通過激烈的攪拌而呈流動性，從而可用于結(jié)構(gòu)簡單 的圓珠筆。因為采用了有機(jī)酸改性異多糖體的新配方，該墨水平時維持高粘度粘稠狀態(tài)， 書寫時在圓珠產(chǎn)生的高剪切力的情況下，又會呈現(xiàn)低粘性，使出水流暢。這種高粘度中性 黑墨水裝入筆

27、芯中不易流失，書寫時間長，又不易堵筆，因而是當(dāng)前中性黑墨水發(fā)展和研 究的一個方向。日本東京三菱鉛筆株式會社竹內(nèi)容治發(fā)明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。12.2.4中性黑墨水的制造方法 在中性墨水中，黑色墨水占有最大的份額，因此，對于中性黑墨水的研究最為普遍。一種中性黑墨水的制造方法如下：例一、直接耐曬黑 G2.5g，碳黑 1.5g，葡萄

28、糖 1g，苯甲酸鈉 2.5g，甘油 10 ml，二甲基甲酰胺 20ml，氫氧化鉀 0.4g，十二烷基苯磺酸鈉 1g，水480 ml ， PEG聚糖10g。PEG聚糖是由聚乙二醇、甲醛、乙酸、葡萄糖和水按照120）520） 315） 1040）110）的質(zhì)量比縮聚而成的，其平均分子量約為100萬 800萬。一般 PEG 聚糖的制備方法是聚乙二醇 8g，葡萄糖 20 g加入 10ml 水中，加熱使之溶解，冷卻至室溫；然后加入甲醛10ml ，乙酸 10ml ，在室溫下攪拌反應(yīng) 6h，然后放置數(shù)天后，就變成淺黃色粘稠透明的PEG聚糖液體。配制方法是：先將直接耐曬黑 G 、葡萄糖、苯甲酸鈉、碳黑混合后加

29、入二甲基甲酰胺中 ，攪拌調(diào)成糊狀；在糊狀物中加入水，在 7080 水浴中加熱攪拌 2030分鐘；冷卻后加入甘油、氫氧化鉀、十二烷基苯磺酸鈉、PEG聚糖，在室溫下攪拌，使之完全溶解；減壓過濾，放置23天后，就得高粘度中性黑墨水。例二：直接耐曬黑 G3.0g，碳黑 2.0g，葡萄糖 1.5g，苯甲酸鈉 2.5g，甘油 12 ml，二甲基甲酰胺 30ml，氫氧化鉀 0.4g，十二烷基苯磺酸鈉 1g，水470 ml ， PEG聚糖15g。配制方法是：先將直接耐曬黑 G 、葡萄糖、苯甲酸鈉、碳黑混合后加入二甲基甲酰胺中 ，攪拌調(diào)成糊狀；在糊狀物中加入水，在 7080 水浴中加熱攪拌 2030分鐘；冷卻后

30、加入甘油、氫氧化鉀、十二烷基苯磺酸鈉、PEG聚糖，在室溫下攪拌，使之完全溶解；減壓過濾，放置23天后，就得高粘度中性黑墨水。上述組成的水性墨水是凝膠狀的，通過激烈的攪拌而呈流動性，從而可用于結(jié)構(gòu)簡單 的圓珠筆，這種圓珠筆的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用高粘度的油性墨水的圓珠筆結(jié)構(gòu)相同，即不需要墨水 包藏體、閥機(jī)構(gòu)等部件，僅由筆尖和貯藏墨水的導(dǎo)管所組成。12.2.5 一種高粘度水性黑墨水 山西大學(xué)李俊芬、林培華、李篤信、董川等人發(fā)明的一種高粘度水性黑墨水 4 ，其特征 在于主要成分包括：著色劑、甲醛改性聚糖、增黑劑、防腐劑、70以上的水和少量的水溶 性 有 機(jī) 溶 劑 。 其 中 甲 醛 改 性 聚 糖 ， 由 葡

31、 萄 糖 /甲 醛 / 乙 酸 / 水 ， 按 重 量 比 1040/110/0.11.2/120 縮聚得到。其組分和含量分別為 質(zhì)量 %）：直接耐曬黑 210% 、碳黑 15%、葡萄糖 13%、甘油 0. 52%、苯甲酸鈉 0.11%、二甲基甲酰胺 18% 、氫氧化鉀 0.010.1%、十二烷基苯磺酸鈉 0.0 50.2%、甲醛改性聚糖 13%、水 7090%。生產(chǎn)方法：首先將葡萄糖、甲醛、乙酸和水，按重量比 1040/110/0.11.2/120 混合縮/ 18聚，在室溫下攪拌 6小時，然后放置 34天，變成無色透明粘稠的液體，得到甲醛改性聚糖直接耐曬黑、碳黑、葡萄糖、苯甲酸鈉、甘油、二甲

32、基甲酰胺按比例混合，攪拌成糊 狀物。將水加入糊狀物中， 7080的熱水浴中加熱攪拌 2030分鐘。冷卻后加入氫氧化鉀 、十二烷基苯磺酸鈉，攪拌均勻，在 3035下放置 24小時，變成粘稠狀高粘度水性黑墨水 。該水性墨水配方簡單、成本較低，穩(wěn)定性和抗水性好，長時間放置后，對著色劑的分 散狀態(tài)或溶解狀態(tài)也無不良影響。很適合于水性圓珠筆使用。12.2.6 染料性 中性墨水的配制華東理工大學(xué)穆勁 5 等人發(fā)明的一種染料性中性墨水，可作為制造中性墨水筆的原料 ，用于市場所銷售的中性墨水筆的灌制，書寫性能良好、可穩(wěn)定保存。此外，該墨水灌裝 時可不使用液體浮塞酯，從而簡化了灌裝工藝。在墨水中所添加的還原組分

33、可使在涂改墨 水時，減輕紙張損壞，并且改善了涂改處的重復(fù)書寫性。該中性墨水的特征在于其原料組成為：水溶性染料 酸性墨水藍(lán)、酸性墨水黑） 0.56g、聚丙烯酰胺 M 30萬） 18g、有機(jī)水溶性還原劑 抗壞血酸、草酸、草酸鈉） 0.54g、壬 基酚聚氧乙烯醚 16ml 、去離子水 100 g。制備過程如下：首先取聚丙烯酰胺 18g 投入去離子水中，在磁力攪拌器攪拌下逐漸溶解；當(dāng)其完全溶解后，稱取少量增稠劑和水 溶性染料先后加入上述溶液中，攪拌 23小時后，加入表面活性劑和還原劑；最后根據(jù)所使 用的筆頭用增稠劑微調(diào)粘度，即得產(chǎn)品。因為染料性中性墨水的字跡穩(wěn)定性較差，故不宜書寫檔案材料。無樹脂中性墨

34、水的制備 在中性墨水中，為了提高墨水的穩(wěn)定性，現(xiàn)有配方中均加有水溶性聚合物樹脂，如丙 烯酸樹脂，在一定程度上增加了墨水的存放時間，但因為所引入的聚合物樹脂本身或與體 系存在的有機(jī)溶劑之間容易產(chǎn)生聚合與交聯(lián)，樹脂分子量隨著存放時間的增加而不斷增 加，導(dǎo)致墨水的粘度提高，流動性變差，從而導(dǎo)致中性筆久置后出墨不暢，甚至無法正常 書寫。劉守軍 6-9 博士領(lǐng)導(dǎo)的 山西英可奧化工公司， 建立了中性墨水研發(fā)中心，從 2001 年開 始，依托太原理工大學(xué)化工學(xué)院，投資數(shù)百萬元，經(jīng)過 5 年的潛心研究， 4800 多個配方實 驗，采用了“亞納 M熵恒技術(shù)” ，于 2006 年初成功發(fā)明了具有國際先進(jìn)水平的無樹

35、脂中 性墨水，填補了國內(nèi)空白。所得墨水中顏料分散均勻、體系穩(wěn)定、粘流狀態(tài)適宜且不隨時 間而發(fā)生變化。制成的中性墨水筆書寫流暢、保質(zhì)期長。產(chǎn)品經(jīng)國家制筆行業(yè)協(xié)會權(quán)威機(jī) 構(gòu)檢測， 22項指標(biāo)均合格。公司在完善的現(xiàn)代管理體系下運行， 2006年通過 ISO9001 國際 質(zhì)量體系認(rèn)證。12.3.1無樹脂中性墨水的原料組成無樹脂中性墨水的特征在于其原料組成為 重量份）：顏料 614 份、分散劑 0.51 份、潤濕劑 0.15 0.5 份、聚乙烯吡咯烷酮 16 份、油酸 C18H34O2） 0.5 2 份、水溶性低 碳醇 2035份、苯并三氮唑 31 3份、 防腐劑 0.1 0.5 份、增稠劑 0.5

36、2份、去離子水 5568份。/ 18所用的顏料一般為碳黑、酞菁藍(lán) 15:3、有機(jī)綠顏料 P.G.7、有機(jī)紅顏料 P.R.22、有機(jī)紅顏 料P.R.21、有機(jī)紅顏料 P.R.2、有機(jī)綠顏料 P.G.7等。分散劑為 AEC9-H 水性分散劑、 SN- DISPERSANT5040水性分散劑等。潤濕劑為 DISPERSANTPE-100、 SN-WET992等。聚乙烯吡咯烷酮采用 PVP-K15 、PVP- K30等。水溶性低碳醇采用聚乙二醇、丙二醇、丙三醇、二乙二醇中的一種或兩種混合而 成。防腐劑采用 SN-CIDE135 或SN-CIDE215 等。增稠劑采用 HISOLD206、 HISOLD

37、105、RHEOLATE 430中的一種或幾種。防蝕劑采用苯并三氮唑；pH調(diào)節(jié)劑采用三乙醇胺。12.3.2 無樹脂中性墨水的制備一、首先將 16份聚乙烯吡咯烷酮溶于等量的去離子水中，在6080 加熱并攪拌 0.51 小時，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液。二、由三乙醇胺和去離子水按重量份比1 11.5配制成 pH調(diào)節(jié)劑。三、將增稠劑、去離子水、三乙醇胺按重量份比1 818 1混合后，攪拌使其溶脹至完全透明，得到中和的增稠劑。四、將聚乙二醇和甘油、二乙二醇或丙二醇中的一種按重量份比11.5 1配制成水溶性低碳醇。五、按照分散劑 0.51.0份、潤濕劑 0.150.5 份、第一步得到的聚乙烯吡咯烷酮溶液、

38、油酸 0.52份、第四步得到的水溶性低碳醇、苯并三氮唑0.050.5份、去離子水 1520份混合液攪拌形成均勻漿狀物，然后加入顏料捏合。六、捏合后的漿狀物置于高剪切乳化機(jī)中剪切2030分鐘，轉(zhuǎn)速控制在 15004000轉(zhuǎn) /分范圍。七、高剪切乳化后，將物料置于砂磨機(jī)中連續(xù)研磨2030分鐘。八、砂磨后加入第二步制得的 pH 調(diào)節(jié)劑、防腐劑 0.10.5份、第三步制得的中和的增稠 劑溶液、去離子水 2030份，攪拌 2030分鐘，形成流動的半膠體。九、過濾、真空脫氣，即得中性墨水成品。12.3.3 產(chǎn)品的主要生產(chǎn)技術(shù)與工藝 生產(chǎn)無樹脂中性墨水的核心技術(shù)主要包括：顏料的表面改性、分散與穩(wěn)定化；顏料分

39、 散粒徑的亞納 M 控制；無樹脂體系的建立。該技術(shù)首先確定了顏料在中性墨水體系中的最 佳分散尺度為亞納 M 級，同時以砂磨機(jī)研磨條件來實現(xiàn)對顏料分散粒徑的精確定位，使所 制備的中性墨水具有極佳的穩(wěn)定性；其次，采用聚乙烯吡咯烷酮PVP ）與水溶性低碳醇的合理配合，代替?zhèn)鹘y(tǒng)中性墨水中廣泛使用的丙烯酸類樹脂，避免了墨水長期存放因丙烯酸 類樹脂發(fā)生交聯(lián)而導(dǎo)致墨水粘流狀態(tài)發(fā)生變化使中性筆耐久性差的問題。生產(chǎn)工藝流程為：顏料的預(yù)處理與表面改性；物料的捏合；三輥研磨；高剪切乳化； 初步過濾，防止堵塞砂磨機(jī)；高速砂磨，實現(xiàn)顏料的亞納 M 化；產(chǎn)品調(diào)制，調(diào)整粘度、 pH 值與表面張力等；精細(xì)離心過濾，去除微 M

40、 顆粒；真空脫氣；產(chǎn)品包裝。 12.3.4主要生產(chǎn)設(shè)備與檢測設(shè)備主要生產(chǎn)設(shè)備涉及臥式砂磨機(jī) 德國 DraisDCP Super Flow12）高剪切乳化設(shè)備，真空脫氣裝置， 5000L反應(yīng)釜， 500L 反應(yīng)釜，捏合機(jī)，三輥研磨機(jī)，攪 拌設(shè)備，離心過濾機(jī)等。研發(fā)與檢測設(shè)備有砂磨機(jī) NETZSCH ）、粘度檢測儀 NDJ-7 ）、表面張力儀 JYW- 200B ）、劃線儀、高速離心機(jī)、離心機(jī)、烘箱 101-1- S）、 7230分光光度計、分析天平、顯微鏡、高剪切乳化機(jī)、超級恒溫水浴等。中性墨水的主要性能指標(biāo)中性墨水的研發(fā)難度較大，目前在我國中性筆的生產(chǎn)中，使用的中性墨水主要依賴進(jìn)口，如 日本的

41、 SILOHI新老海）、 MIKUNIM庫尼）公司、美國的 NATIONAL國寶）公司、 韓國的 S-LAND愛思戀）公司和德國的 DOKUMENTA文L都）等公司，部分國產(chǎn)墨水也開始裝/ 18 筆使用，并已得到廣大用戶的認(rèn)可。不同品牌的 中性墨水采用的機(jī)理不同，有純水型的， 也有“水 +油”型的，還有“水包油乳液” 型的，因此，不能用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來衡量。從性能指標(biāo)來講，中性墨水要兼顧油性圓珠筆和水性圓珠筆的優(yōu)點，在配方的研制中 要使墨水具有適當(dāng)?shù)恼扯?、表面張力?pH 值，即確保確保墨水的耐光、耐水、耐熱、耐 寒、保濕性、滲透性、流暢性、穩(wěn)定性，較長時間的保存而墨水不變質(zhì)、不分層、不沉 淀，此

42、外還要確保墨水的安全性、無腐蝕性。中性墨水筆雖同屬圓珠筆類產(chǎn)品，其書寫原 理、筆頭結(jié)構(gòu)、加工工藝等與傳統(tǒng)的油性圓珠筆大同小異，但因采用墨水性能差異，對筆 頭也有特殊的要求。從使用的角度具體來講有以下幾個方面： 一、墨水的通用性要強(qiáng)，既能更廣泛的配合筆頭，達(dá)到較好的書寫性能，以利更好地成為筆廠的配套產(chǎn)品。二、要求墨水應(yīng)具有相應(yīng)的假縮性和粘度的戳變性，墨水的間歇性能要長，以達(dá)到更長 的脫帽時間，這一點很重要，是中性墨水的重要指標(biāo)。三、墨水要達(dá)到一定的顆粒細(xì)度，以低于球珠與球座的間隙量，并有較強(qiáng)的分散能力， 以防堵塞筆頭，影響書寫。四、墨水的穩(wěn)定性要強(qiáng)，在一定的室溫條件下能正常的書寫，墨水均勻不分層

43、。五、要有足夠的書寫長度，即一管墨水在劃線機(jī)上能劃出更長的線?，F(xiàn)將一些中性墨水 的性能指標(biāo)介紹如下，以供有關(guān)研究人士參考。12.4.1中性墨水 的 pH一些 中性墨水 的 pH 測定結(jié)果如表 12.1 。表 12.1 一些中性墨水 的 pH 值墨水品種pH墨水品種pH德國 DOKUMENTAL7.59.5韓國愛慕 AMOUR8.08.5德國 WELLE6.57.5WC-0017.17.3日本 SILOHI7.08.3北京林菲7.88.6美國 NATIONAL6.57.5蘇州三威7.79.0韓國 MONAMI7.08.0山西英可奧7.88.2由表可以看出，這些 中 性 墨 水 的 pH 大致在

44、6.59.5之間，是中性或偏堿性的，從酸度上看對紙張都沒有腐蝕作用。一般要求 6.57.5 為宜，也有人認(rèn)為應(yīng)在 7.5 8.5 左右。這實際上與筆頭的匹配有關(guān)，當(dāng)墨水呈微 堿性時，對筆頭的腐蝕性較小，如果使用鉛黃銅筆頭，必須使用偏堿性的墨水。 中性墨水 的 pH 一般通過 pH 調(diào)節(jié)劑加以調(diào)節(jié)，常用的 pH調(diào)節(jié)劑有三乙醇胺、氫氧化鈉等。12.4.2 中性墨水 的粘度 不同廠家的中性墨水粘度差別很大，可能與不同品種、不同型號的筆頭匹配有關(guān)。一 般來講，中性墨水的粘度在 1000 4000CP 之間，水性墨水的粘度則更小。下表是一些中性或水性墨水 的粘度值：表 12.2 一些中性或水性墨水 的粘

45、度值 25， cp ）墨水品種粘度墨水品種粘度德國 DOKUMENTAL 黑色）420580韓國 AMOUR30004000德國 WELLE 黑色）65100北京林菲 黑色）8603000日本 SILOHI 黑色）4000北京林菲 藍(lán)色）11001600美國 NATIONAL 黑色）4000北京林菲 紅色）11001800韓國 MONAMI 黑色）300蘇州三威7001500/ 18墨水粘度過高會使儲墨管中的墨水有書寫不凈的可能，或者降低書寫的流利性，感覺書寫不暢，劃線不軌整，斷線，色澤不濃等現(xiàn)象；而粘度太低又會出現(xiàn)冒水、起筆和頓筆 有超墨現(xiàn)象。選擇適宜的增稠劑，并十分細(xì)心的調(diào)配是非常關(guān)鍵的工

46、藝。12.4.3 英可奧 無樹脂中性墨 水的檢驗報告英可奧無樹脂中性墨水 經(jīng)國家輕工業(yè)自來水筆圓珠筆質(zhì)量監(jiān)督檢測中心檢測，該中性墨水的各項性能指標(biāo)都達(dá)到 要求。檢驗結(jié)果見表 12.3報告編號： M2006-25 ）：表 12.3 無樹脂中性墨 水的檢驗報告檢驗結(jié)果匯總序號檢驗項目名稱及單位技術(shù)要求檢驗結(jié)果合格率 %單項判定1初寫性能100mm 內(nèi)出水正常符合技術(shù)要求100合格2間歇書寫 h2424100合格3書寫效果劃圓儀劃圓無單邊、 甩點、斷線；人工 書寫手感圓潤流暢符合技術(shù)要求100合格4滲化度線條清晰無擴(kuò)散符合技術(shù)要求100合格5出墨墨量mg/m球珠直徑 D mm0.50.60.70.9

47、100合格0.60.9/1.01.2/6耐水性 h7272100合格7耐乙醇性 min1010100合格8耐鹽酸性 h2424100合格9耐氨水性 h2424100合格10耐漂泊性 h2424100合格11耐曬性 h2424100合格12耐腐蝕性 h4848100合格13抗干性 裸帽放置） h240240100合格14耐擦拭性無明顯脫落符合技術(shù)要求100合格15耐溫性 h低溫： -104848100合格高溫： 604848100合格16紙上干燥時間 s205100合格17離心實驗 2000rpm） h6符合技術(shù)要求100合格18粘度 mPa.s, 25256044100合格19表面張力 mN

48、m, 25264530.36100合格20pH8.0 1.07.5100合格213密度 g/cm3,201.10 0.101.17100合格22外觀粘稠但流動性好， 無結(jié)皮、無色差符合技術(shù)要求100合格以上所檢項目是全項目檢驗或全性能檢驗，以下空白中性圓珠筆的一些檢測方法中性墨水的粘度、稠度、流速和尾油、筆頭、芯管內(nèi)徑達(dá)到最佳平衡，才能保證書寫流暢。與其性能有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)是中華人民共和國輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，QB/T2625 2003。中性墨水筆和中性筆芯的種類很多，型號也很多，如130型前、后定位芯，即市場主流/ 18 的筆帽中性筆款式； 110型，即以彈簧筆頭為代表的撳動中性筆使用筆芯；無彈簧筆頭

49、水性 芯規(guī)格； 97型、仍以彈簧筆頭為代表的派克芯規(guī)格撳動中性筆使用筆芯；巨無霸筆芯，超 容量型筆帽中性筆款式等。12.5.1劃線檢測 劃線檢測有手工和劃圓儀兩種方法，采用極限超容量中性筆芯管灌裝中性墨水，同一 標(biāo)準(zhǔn)中性墨水，檢測筆頭：對比不同筆頭極限劃線長度，觀察分析筆頭線性狀況。鎖口、 吐冒、單邊、斷線、鋸齒、顏色、流速、跟墨、干燥、線性、耐磨、落珠、手感、價格， 綜合評分選用性價比滿意的筆頭；同一標(biāo)準(zhǔn)中性筆頭，檢測墨水：對比分析墨水的吐冒、 顏色、流速、跟墨、干燥、線性、耐磨、耐干、落珠、手感、價格，綜合評分選用性價比 滿意的中性墨水。以國家輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， QB/T2625 2003為基

50、礎(chǔ)的極限檢測，選澤適合自己生產(chǎn)、自己營銷、自己使用的商品。12.5.2耐干性檢測將不同的中性筆芯樣品，在烘箱中 60 65 ，濕度 50度左右，對比同一條件下的耐干、書寫、穩(wěn)定性能。筆頭分為有硅膠帽和沒 有硅膠帽分別檢測。不戴硅膠帽室內(nèi)自然存放檢測，檢測掛珠、氣泡、墨點、色斑、分層 、倒流、堵頭、耐干、耐腐、保質(zhì)性能，目前，國內(nèi)許多中性墨水廠已做到烘箱檢測耐干410 天，室內(nèi)自然存放檢測 3090天。分層沉淀檢測： 20004000轉(zhuǎn)速離心機(jī)均可檢測中性墨水的穩(wěn)定性，此工作中性墨水廠和筆芯廠完成。12.5.3其它檢測此外還有浸水檢測，吊掛、點滴、耐曬、耐沖擊、落珠、外觀、材料等檢測方法，浸 水

51、檢測是對比檢測中性墨水書寫在紙面上干燥后的泛水和耐水現(xiàn)象。對于其它檢測這里不 在介紹。12.6中性墨水的研制的技術(shù)趨向因為 中性墨水的性能和指標(biāo)要求非常嚴(yán)格，其研制是一項條件復(fù)雜、技術(shù)性強(qiáng)、經(jīng)驗 性強(qiáng)的綜合輔配工藝，需要在以下幾個方面進(jìn)行突破10 。12.6.1 顏 料 的 粒 度 因為中性筆墨水的核心內(nèi)容是顏料色素，所以高品質(zhì)的顏料色漿是生產(chǎn)中性筆墨水的關(guān) 鍵。中性墨水所用的色基顏料粒度必須極細(xì)，而且均勻，要用 納 M 級或 準(zhǔn)納 M 級（直徑在 1m 以下，如優(yōu)質(zhì)乙炔碳黑 ， 普通用于油墨生產(chǎn)的色漿是不能用于中性筆墨水的，否則會 造成堵頭等問題。此外，還要經(jīng)過特殊防止沉淀和團(tuán)聚的技術(shù)處理，

52、這樣在能保證顏料在 墨水中不沉淀，不結(jié)塊和書寫流暢性。所用色基染料、輔料必須能完全互溶，避免氣泡、粒子凝聚體的形成，在選擇原料時 必須充分注意。在加工工藝中，重點解決研磨工藝，確保顆粒細(xì)度，不致堵塞而造成不出 水。在加工中可以采用化工行業(yè)的高新技術(shù)含量高的設(shè)備，如：高剪切分散機(jī)、超音速粉 碎機(jī)、超聲波乳化設(shè)備等。12.6.2 金屬離子對墨水穩(wěn)定性的影響/ 18根據(jù)膠體化學(xué)原理，膠體中的金屬離子，特別是高價金屬離子具有較高的電位，吸引 周圍具相反電荷的離子后可以形成雙電層，破壞膠體溶液的穩(wěn)定性。如Al 3+、Ca2+、Fe3+、Fe2+、 Mn6+， Cr6+等高 價離 子或變 價離 子對 膠體

53、溶 液的穩(wěn) 定性 有較 強(qiáng)的破 壞作用 。墨水中金屬離子引入的原因：作為制造墨水的原料，通常要經(jīng)過嚴(yán)格選擇，嚴(yán)格杜絕金 屬離子的引入，但因為種種原因，仍有一定量的金屬離子被引入。其中有些金屬離子是原 料化合物的組成部分，不是處于游離態(tài)，而是處于化合態(tài)，這部分金屬離子對膠體的穩(wěn)定 性影響很小。另一部分是游離的雜質(zhì)金屬離子，它們是制造原料時，加入的過量的金屬離 子，而且制成原料后，因為沒有清洗干凈而殘留，如K+，、 Na+，、 Cr6+、Fe3+、Cu2+、Ni2+，還有原料中帶人的雜質(zhì)金屬離子，以及水和試劑帶入的金屬離子。這些游離的金屬 離子可能破壞墨水的穩(wěn)定性，使墨水產(chǎn)生分層、沉淀、變色。其中

54、墨水中的染料、顏料是 帶入金屬離子的主要來源。12.6.3 材料的來源要穩(wěn)定 用于制造墨水的原材料要有穩(wěn)定的性質(zhì)和相對固定的廠家，確保墨水的研制和生產(chǎn)有 穩(wěn)定品質(zhì)。否則，原料的差異，導(dǎo)致墨水性能不穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致配方的調(diào)整。另外，還要 考慮價格因素，瑞士汽巴嘉基公司生產(chǎn)的顏料在國際上享有盛名，質(zhì)量優(yōu)良，但是價格較 高。國產(chǎn)顏料中中低檔產(chǎn)品多，主要體現(xiàn)在穩(wěn)定性差，色光較暗、色牢度低、雜質(zhì)含量高 、溶解度低等方面，同國際先進(jìn)水平的產(chǎn)品有許多差距。此外，因為大部分品種生產(chǎn)規(guī)模 偏小，加之生產(chǎn)控制及后處理技術(shù)落后，產(chǎn)品的各項質(zhì)量指標(biāo)穩(wěn)定性較差，不同批次產(chǎn)品 的各項指標(biāo)相差甚遠(yuǎn)，給用戶的使用，特別是電子配

55、色造成極大的不便。12.6.4 先 配 色 漿 ， 再 制 墨 水 首先將色基顏料配制成均勻、穩(wěn)定、濃度較高的色漿，再加溶劑和其它輔劑配制成墨 水，這樣分步容易成功，也比較容易尋找失敗的原因。墨水色基多數(shù)采用純顏料的，也有 與染料輔配的，或使用著色力好的染料。也有購買成品色漿的，回來后加入溶劑稀釋后使 用，這樣可以節(jié)約運輸成本。但若能自己開發(fā)生產(chǎn)色漿，將大大節(jié)約成本。色漿的性質(zhì)要 為達(dá)到墨水的性質(zhì)創(chuàng)造條件，色漿品質(zhì)的好壞，可基本參照墨水的性能和指標(biāo)，色漿的配 制工藝與墨水的基本類似。 墨水中色漿填料細(xì)膩程度、分散懸浮性均有不同，對離心速度、時間都有不同要求。12.6.5 分 散 劑 的 選 擇

56、 分散劑的選擇是很重要的。一般說來，顏料在水中以懸浮狀態(tài)保持長時間的穩(wěn)定是少有 的，這是因為在液體中原始粒子多數(shù)要絡(luò)合成二次粒子進(jìn)而聚積成塊的緣故。實驗證明， 加人分散劑，能使固體粒子充分潤濕，固體粒子就極易分散。分散劑是通過其潤濕作用和 滲透作用，滲透入原料粒子的間隙，在粒子的表面發(fā)生定向吸附，從而改變了固體粒子的 表面性能，并使粒子表面帶電，形成了雙電層，阻止了粒子的聚集，而使顏料分散體系形 成穩(wěn)定。所以，在使用顏料作墨水色基時，最關(guān)鍵的是要加入一定量的分散劑來逐步研 磨，打破顏料締合的二次結(jié)構(gòu)，如果沒有分散劑的作用共磨，將一事無成。分散劑的選 擇，首要條件是能使顏料被分散介質(zhì)潤濕，使分散

57、劑吸附在粒子表面，降低表面能。用于 水系的分散劑多數(shù)是分子量為幾千且表面性能小的活性劑，如聚丙烯酸鹽類、馬來酸鈉和 烯烴的共聚物、磺基琥珀酸類、聚氧乙烯 （芳基 醚類等。12.6.6 粘度的調(diào)配 墨水的粘度是影響墨水品質(zhì)的關(guān)鍵問題。中性墨水所具粘度不是我們?nèi)粘Ｔ龀淼暮唵?概念，它既有一定的稠度和粘度，又要具有戳變性和較強(qiáng)的假縮性。一方面能夠保護(hù)分散 顏料顆粒具有獨立的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，另一方面能夠具有剪切應(yīng)力、剪切速率，以保證筆芯中利/ 18 用墨水的高粘度達(dá)到筆尖不滲漏的目的。書寫時，則利用其戳變性和假縮性使筆頭的球珠 轉(zhuǎn)動來切帶墨水時有較低的粘度，達(dá)到書寫流暢而不滯筆的要求。一般的增稠劑很多，以天

58、然的膠質(zhì)物和化學(xué)有機(jī)合成物為常用，如天然膠質(zhì)物的淀 粉、糊精、動植物膠類及合成樹脂類，聚丙烯酸類型都有較好的假縮性和拉絲性能，很有 利于研制有特殊性能要求的墨水。但選配是有難度的， 如有的 樹脂 對溫度穩(wěn)定性能差，有 的凍融穩(wěn)定性不佳，有的在顏料粒子表面使顆粒膨脹產(chǎn)生軟凝聚，有的 假塑性樹脂和表面活性劑會發(fā)生不相容問題 等。所以說增稠劑的加入要充分發(fā)揮自己的特 性且還應(yīng)對顏料分散不產(chǎn)生影響，這是很難達(dá)到的，多數(shù)情況是因增稠劑選擇不當(dāng)，破壞 墨水的整體而前功盡棄。有人采用的是高分子共聚物堿活化的增稠劑，因為該增稠劑分子支鍵與顏料及樹脂 粒子相互纏結(jié)，發(fā)生交聯(lián)而產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使體系具有結(jié)構(gòu)粘度，同

59、時該增稠劑具有較 強(qiáng)的觸變性，也有一定的增稠效果，確保了墨水達(dá)到粘度中的相關(guān)指標(biāo)。有人使用黃原膠或韋蘭膠為假塑性賦予劑，再和水溶性合成樹脂 又稱漢生膠，是以玉 M淀粉為主要原料，由甘藍(lán)黑腐病黃單胞桿菌（XanthomonasCampestris 經(jīng) 通 氣 發(fā) 酵 產(chǎn) 生 的 一 種 用 途 廣 泛 的 水 溶 性 雜 多 糖 ； 韋蘭膠 Welan Gum）也稱威林膠、文萊膠，它的主要成分是從產(chǎn)堿菌屬培養(yǎng)液提取的多聚糖。百樂墨 水股份有限公司的近藤正廣等人發(fā)明的一種高粘度水性墨水，是使用有機(jī)酸改性異多糖 體簡稱琥珀聚糖）維持著色劑的穩(wěn)定和分散，并申請了專利。也有人 以聚乙烯吡咯烷酮與水溶性低

60、炭醇的合理配合，替代傳統(tǒng)的丙烯酸類水性樹脂，研制成功了無樹脂中性墨 水體系，使中性墨水表現(xiàn)出優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。在墨水系統(tǒng)中，流變調(diào)節(jié)劑的選擇是很重要的11 。首先，要選擇流變調(diào)節(jié)劑的種類，不同類型的流變調(diào)節(jié)劑因為含有不同的官能團(tuán)，和墨水中的其他組分可能發(fā)生相互作用， 使墨水發(fā)生分層或沉淀，影響墨水的性質(zhì)；其次，要控制流變調(diào)節(jié)劑的平均相對分子量； 第三，要控制流變調(diào)節(jié)劑的用量，量太小時穩(wěn)定性能差，量太大時粘度增加，破壞了筆的 可書寫性；第四，還要注意毒性和腐蝕性，使用后可降解、無污染是現(xiàn)代社會對墨水的基 本要求，因此墨水的配方中也已盡量減少有毒和腐蝕性成分12 。12.6.7 潤滑性能的調(diào)配 中