用於原子筆的水基油墨的製作方法
2023-09-22 00:10:40
專利名稱：用於原子筆的水基油墨的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於原子筆的水基油墨。
為此，提出向用於原子筆的水基油墨中加入微揮發性的染料增溶劑或染料溶解助劑，如脲、硫脲、多元醇或其衍生物、四氫糠醇、4-甲氧基-4-甲基戊-2-酮、對-甲苯磺醯胺和硫代二乙醇炔醇胺的氧化乙烯加成物。
但這些脲、硫脲和多元醇尚不能提供令人滿意的水基油墨，這是因為，它們的乾燥抑制效果不足或它們具有毒性而不適用作添加劑，而且它們會使油墨粘度增加太高而導致油墨的隨動性能不好。
在日本專利申請9-181391中，本發明申請人提出了一種用於原子筆的假塑性水基油墨，其中包含著色劑、水、水溶性有機溶劑和粘度控制劑以及還原糊精或還原麥芽糖糊精。使用水溶性有機溶劑如二醇、甘油和乙二醇醚的這些油墨的劃線羽化作用增加。此外，它們沒有產生足夠的潤滑性，因此使用它們的原子筆在滾珠與滾珠外殼之間的摩擦阻力增加以磨損滾珠外殼，因此其缺陷在於，書寫性能顯著下降，滾珠沉陷且油墨出料不勻。
此外，日本專利申請公開8-12916提出了一種包含二氧化鈦、增稠水溶性樹脂、粘合劑、糖醇和水的油墨，其中粘度值為6000-50000mPa·s，且按照粘度計轉數差值的粘度指數為2或更高。但即使具有這樣高粘度指數的油墨也不能解決快速書寫時的隨動性能以及劃線劈開的問題。此外，它僅包含白色顏料作為著色劑，因此存在標記能力差的問題。
此外，日本專利申請公開5-186730提出，加入聚甘油的氧化烯加成物以改進羽化作用。儘管加入聚甘油的氧化烯加成物可提高耐羽化性和書寫感覺，但筆尖處沒有產生乾燥抑制效果。因此，仍然沒有解決以下問題當筆脫帽放置時，水分從筆尖蒸發而使筆尖乾燥，因此書寫性能下降。
本發明的一個目的是解決上述問題，即，提供一種用於原子筆的水基油墨，它具有良好的耐羽化性和書寫感覺，而且具有高的油墨出料穩定性並在筆尖處具有優異的乾燥抑制效果。
本發明的公開內容本發明人為了解決上述問題進行了連續的深入研究，結果發現，迄今由水溶性有機溶劑產生的筆尖乾燥抑制作用部分依賴於選自包含麥芽醇作為主要組分的還原糖、包含山梨醇作為主要組分的還原糖、還原糊精、還原麥芽糖糊精、α-環糊精、β-環糊精和麥芽糖基環糊精的至少一種物質，而無需使用迄今用於原子筆水基油墨的水溶性有機溶劑如二醇、甘油和乙二醇醚，而且抑制劃線羽化以提高油墨出料穩定性並保持潤滑性的作用部分依賴於選自聚甘油的氧化烯加成物、甘油的氧化烯加成物和三羥甲基丙烷的氧化烯加成物中的至少一種物質，這樣可相對以往顯著提高相應效果，而且可產生提高時間穩定性的協同效果。
實施本發明的最佳方式用於本發明的包含麥芽醇作為主要組分的還原糖、包含山梨醇作為主要組分的還原糖、還原糊精、還原麥芽糖糊精、α-環糊精、β-環糊精和麥芽糖基環糊精是一般用作可食用甜味劑的糖，它們無毒安全，而且它們具有在水中溶解度高且水分保持性非常優異的特性。
此外，包含這些組成的用於書寫工具的水基油墨安全，而且其粘度和pH值不會隨著時間的流逝而變化，因此可提高書寫感覺和耐乾燥性。此外，它們不會對一般使用的油墨組合物材料產生不利影響，也不會改變氫離子在油墨中的濃度，所以它們也不會對陰離子和陽離子材料產生不利影響，因此其優點在於，著色劑可視需要從所有的水基染料和有機或無機顏料中選擇。
在本發明中，關於包含麥芽醇作為主要組分的還原糖、包含山梨醇作為主要組分的還原糖、還原糊精、還原麥芽糖糊精、α-環糊精、β-環糊精和麥芽糖基環糊精在油墨中的含量，加入基於油墨總量0.5-20％重量的其中至少一種物質。如果該含量低於0.5％重量，耐乾燥性效果下降，如果該值超過20％重量，可旋轉性增加而降低書寫感覺。
另一方面，選自聚甘油的氧化烯加成物、甘油的氧化烯加成物和三羥甲基丙烷的氧化烯加成物及其混合物的至少一種物質能夠提高耐羽化性和潤滑性並提高油墨的出料穩定性，而且與上述還原糖和還原糊精的結合使用可產生一種提高筆尖處耐乾燥性(以下稱作非乾燥性能)和時間穩定性的協同效果。其含量為基於整個組合物的0.5-40％重量，更優選5-20％重量。
作為著色劑，可以使用任何可溶於或分散於水的染料、以及任何顏料如二氧化鈦、公知的無機和有機顏料、通過用染料著色樹脂乳液而得到的假顏料、和白色塑料顏料(plastic pigments)。
其具體例子包括酸性染料如曙紅、焰紅染料、水黃#6-C、酸性紅、水藍#105、豔藍FCF和苯胺黑NB、直接染料如直接黑154、直接天藍5B和紫BB、以及鹼性染料如若丹明和甲基紫。
無機顏料包括，例如炭黑和金屬粉末。
有機顏料包括，例如偶氮色澱、不溶性偶氮顏料、螯合偶氮顏料、酞菁顏料、苝和萘環酮顏料(perinone pigments)、蒽醌顏料、喹吖啶酮顏料(quinacridone pigments)、染料色澱、硝基顏料和亞硝基染料。
具體地說，其中包括無機顏料如炭黑、鈦黑、氧化鋅、氧化鐵紅、氧化鉻、氧化鐵黑、鈷藍、氧化鐵黃、鉻綠、硫化鋅、鋅鋇白、鎘黃、硃砂、鎘紅、鉻黃、鉬鉻橙、鉻酸鋅、鉻酸鍶、白炭、粘土、滑石、群青、沉澱硫酸鋇、重晶石粉末、碳酸鈣、鉛白、普魯士藍、錳紫、鋁粉和銅粉；C.I.顏料藍1、C.I.顏料藍15、C.I.顏料藍17、C.I.顏料藍27、C.I.顏料紅5、C.I.顏料紅22、C.I.顏料紅38、C.I.顏料紅48、C.I.顏料紅49、C.I.顏料紅53、C.I.顏料紅57、C.I.顏料紅81、C.I.顏料紅104、C.I.顏料紅146、C.I.顏料紅245、C.I.顏料黃1、C.I.顏料黃3、C.I.顏料黃12、C.I.顏料黃13、C.I.顏料黃14、C.I.顏料黃17、C.I.顏料黃34、C.I.顏料黃55、C.I.顏料黃74、C.I.顏料黃83、C.I.顏料黃95、C.I.顏料黃166、C.I.顏料黃167、C.I.顏料橙5、C.I.顏料橙13、C.I.顏料橙16、C.I.顏料紫1、C.I.顏料紫3、C.I.顏料紫19、C.I.顏料紫23、C.I.顏料紫50和C.I.顏料綠7。
著色劑的用量優選為基於油墨總量的0.1-30％重量。
丙烯酸類合成聚合物、天然樹膠、纖維素和多糖可用作粘度控制劑。
市場上包括以下產品，例如「Junron PW-111」，由日本純化學工業株式會社(Nippon PureChemicais Ind.Co.，Ltd.)製造，「Hiviswako 104」，由Wake純化學工業有限公司(Wako PureChemical Industries，Ltd.)製造，「KELZAN」、「KELZAN AR」、「K1A96」、「K1A112」、「RHEOZAN」、和「K7C233」，由Sansho有限公司(Sansho Co.，Ltd.)製造，「JUGAR HP-8」、「JUGAR HP-60」、「RHODOPOL23」、和「RHODOPOL50MC」，由羅納普朗克日本有限公司(Rhone Poulenc Japan，Ltd.)製造，和「Echo Gum GH」，由Dainippon製藥有限公司(DainipponPharmaceutical Co.，Ltd.)製造。
其含量可根據油墨粘度適當增加或降低。
如果本發明的油墨組合物在低剪切速率下的粘度為4000mPa·s或更高，油墨在書寫時的出料量下降，因此這種粘度並不優選。
因此，在3.84秒-1下的粘度有效地為200-4000mPa·s，優選300-3000mPa·s，更優選600-2500mPa·s。
可適用於常規旋轉型粘度計的剪切速率為1.92-3.84秒-1，但在本發明中，考慮到測量值的穩定性，應該採用在3.84秒-1下的測量值。
除此之外，可根據需要適當選擇和使用以下物質○用於顏料的分散劑(水溶性聚合物等)；○pH值調節劑如氨、脲、單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、碳酸和磷酸的鹼金屬鹽如三聚磷酸鈉和碳酸鈉、以及鹼金屬的氫氧化物如氫氧化鈉；○防腐劑或殺菌劑如苯酚、萬畝定鈉(sodium omadine)、五氯苯酚鈉、1，2-苯並異噻唑啉-3-酮、2，3，5，6-四氯-4-(甲基磺醯基)吡啶、苯甲酸、山梨酸和脫氫乙酸的鹼金屬鹽如苯甲酸鈉、和苯並咪唑基化合物。
○防鏽劑如苯並三唑、亞硝酸二環己基銨、亞硝酸二異丙基銨和甲苯基三唑；○聚氧化乙烯、聚氧化丙烯或聚氧化乙烯聚氧化乙烯的衍生物如聚氧乙烯月桂基醚、脫水山梨醇衍生物如脫水山梨醇單油酸酯、和具有氟化烷基的表面活性劑如全氟烷基磷酸酯；和○潤滑劑、潤溼劑和消泡劑如聚醚改性矽氧烷，包括二甲基聚矽氧烷的聚乙二醇加成物。
實施例本發明通過以下實施例更詳細描述，但本發明不受這些實施例的任何限制。
表1和表2給出了這些實施例和對比例中的混合比例以及基於這些配方所得油墨的評估結果。在相應實施例和對比例中給出的用於原子筆的水基油墨通過攪拌相應組成，然後將它們過濾而得到。
(1)實施例1的混合特性●黑色油墨●麥芽醇●二甘油的氧化丙烯4摩爾加成物(2)實施例2的混合特性●藍色油墨●還原糊精●二甘油的氧化乙烯4摩爾加成物(3)實施例3的混合特性●黑色油墨●山梨醇
●二甘油的氧化丙烯13摩爾加成物(4)實施例4的混合特性●藍色油墨●麥芽糖基環糊精●二甘油的氧化乙烯13摩爾加成物●三甘油的氧化丙烯10摩爾加成物(5)實施例5的混合特性●藍色油墨●二氧化鈦●還原糊精●二甘油的氧化丙烯4摩爾加成物●二甘油的氧化乙烯13摩爾加成物●粘度控制劑(黃原膠)，0.3％重量(6)對比例1的混合特性將甘油進行混合以替代實施例1的麥芽醇和二甘油的氧化丙烯4摩爾加成物。
●黑色油墨●甘油(7)對比例2的混合特性去除實施例2的還原糊精。
●藍色油墨●二甘油的氧化丙烯4摩爾加成物(8)對比例3的混合特性將甘油進行混合以替代實施例1的二甘油的氧化丙烯4摩爾加成物。
●黑色油墨●麥芽醇●甘油(9)對比例4的混合特性去除實施例4的麥芽糖基環糊精，並加入5.0％重量的脲。
●藍色油墨●二甘油的氧化乙烯13摩爾加成物●三甘油的氧化丙烯10摩爾加成物●脲將上述實施例和對比例所得的9種油墨用於進行以下測試，得到表1和表2所述的結果。
(1)油墨粘度在製備油墨之後一周內，通過EMD型粘度計，在3.84/秒的剪切速率下測定粘度。
(2)耐羽化性將得到的相應配方的油墨分別裝入滾珠直徑0.7毫米的原子筆芯中，然後在書寫紙上進行「螺旋書寫」，按照以下標準肉眼評估劃線的羽化狀態○沒有觀察到羽化現象且筆跡清晰△觀察到羽化現象且筆跡不清晰×觀察到明顯的羽化現象且筆跡非常不清晰(3)非乾燥性能將得到的相應配方的油墨分別裝入滾珠直徑0.7毫米的原子筆中，然後將該原子筆在25℃和65％溼度的恆溫室中側向脫帽放置。分別在2周和1個月之後，在書寫紙上「螺旋書寫」，按照以下標準評估劃線等級○劃線沒有任何缺油現象且書寫很好○』劃線有輕微缺油現象且書寫幾乎很好△劃線有明顯缺油現象，書寫時出現刮擦×難以書寫(4)書寫感覺將所得的相應配方的油墨分別裝入滾珠直徑0.7毫米的原子筆中，然後在書寫紙上「螺旋書寫」，按照以下標準評估書寫感覺○平滑且穩定的書寫感覺△生硬的書寫感覺
×生硬的書寫感覺，觀察到遺漏和方向錯誤(5)油墨出料穩定性將所得的相應配方的油墨分別裝入滾珠直徑0.7毫米的原子筆中，然後利用書寫測試儀在書寫紙上「螺旋書寫」直到耗盡油墨，按照以下標準評估油墨的出料穩定性○可在穩定的出料速率下書寫直至油墨耗盡△在書寫當中出料速率下降或增加，且不可能穩定書寫×不能在書寫當中書寫(6)油墨的隨動性能將所得的相應配方的油墨分別裝入滾珠直徑0.7毫米的原子筆中，然後以平常兩倍的速率在書寫紙上快速「螺旋書寫」，按照以下標準評估劃線的等級○劃線沒有任何缺油現象且書寫很好△劃線有輕微缺油現象×難以書寫表1
表2
工業實用性用於原子筆的本發明水基油墨可產生良好的書寫感覺以及高的油墨出料穩定性，而且在筆尖處具有優異的乾燥抑制效果。
權利要求
1.一種用於原子筆的水基油墨，其中包含基於全部組合物0.5-20％重量的選自包含麥芽醇作為主要組分的還原糖、包含山梨醇作為主要組分的還原糖、還原糊精、還原麥芽糖糊精、α-環糊精、β-環糊精和麥芽糖基環糊精的至少一種物質；以及基於全部組合物0.5-40％重量的選自聚甘油的氧化烯加成物、甘油的氧化烯加成物和三羥甲基丙烷的氧化烯加成物的至少一種物質；此外還包含著色劑、粘度控制劑和水。
2.根據權利要求1所述的用於原子筆的水基油墨，它包含選自合成聚合物、天然樹膠、纖維素和多糖的至少一種物質作為粘度控制劑，其中在3.84秒-1剪切速率下的所述粘度為200-4000mPa·s。
全文摘要
通過加入選自主要包含麥芽醇的還原糖、主要包含山梨醇的還原糖、還原糊精、還原麥芽糖糊精、α－環糊精、β－環糊精和麥芽糖基環糊精的至少一種物質作為保護原子筆尖不乾燥的組分;選自聚甘油與氧化烯的加成物、甘油與氧化烯的加成物和三羥甲基丙烷與氧化烯的加成物的至少一種物質作為保護劃線不羽化、提高油墨流動平穩性並保持其潤滑性的組分;和粘度調節劑,製備出一種水基油墨,而無需使用已有技術中常用於油墨的常規水溶性有機溶劑如二醇、甘油或乙二醇醚。這種原子筆油墨具有良好的書寫感覺和優異的油墨流動平穩性並保護原子筆尖不乾燥。
文檔編號C09D11/18GK1336950SQ98811764
公開日2002年2月20日 申請日期1998年11月20日 優先權日1997年12月1日
發明者宮本勝, 宮崎茂, 竹內容治 申請人:三菱鉛筆株式會社