中性墨水的研究进展论文

中性墨水中有工业性质而碳性墨水主要是采用植物性颜料制成的

墨水是人们在一切社会活动中所必须的书写材料之一。中国的制笔行业于五十年代初已经确立，现已具相当的规模，开创了多门类、多品种的较为完整的生产体系。有资料表明，全国从事制笔业的职工五十万余人，2004年中国制笔行业向国内外市场提供的笔类产品（包括制笔产品、墨水、笔零件）的直接销售值约达113亿元之多，其中出口值约68.6亿元，向国内市场的直接销售值约达44.4亿元，产品远销100多个国家和地区。近几年，自来水笔的产量居世界第一位（1.65亿支左右），圆珠笔的产量是150亿支，居世界第一位，活动铅笔的年产量为5亿支，居世界第三位。中国各种笔类产品的产量和出口量均已占世界第一，中国的制笔行业已成为世界制笔业的生产和出口大国。虽然，中国已成为制笔大国，但还不是制笔强国，因为生产的技术、材料，特别是墨水与笔头没有得到充分解决，中国的笔类制品大都属于普及型产品，产品价位较低，而高档产品市场为国外公司所占据。近几年，中性墨水笔在中国发展迅速，大有取代圆珠笔之势，许多制笔企业都转入生产中性圆珠笔，生产逐步增加，形成了产销热。2004年中性墨水圆珠笔的产量约达40亿余支，约为圆珠笔总产品量的三分之一，其中60%以上出口，而国内市场的需求量也正在逐步地上升，从产量和销售量看，中国也成了中性墨水笔的生产和销售大国。由于中性墨水笔的特殊性能及其它的种种原因，目前中国的中性笔的生产主要存在三个问题：（一）笔头主要依赖进口。（二）中性墨水主要依赖进口。（三）装配机，中国仅生产单机，加工精度和效率低。中性墨水虽有多家企业在研制，但国产中性墨水的质量不尽人意，品种少，不能满足制笔行业的需求，无法取代进口中性墨水。所以正在成为手写笔主流的中性笔，其墨水问题就变为突出。按目前中国中性墨水的需求量，一年进口中性墨水800多吨（每吨中性墨水进口价为1.2万美元）需花去1000多万美元。因此中性墨水的研制、开发市场前景和经济效益十分可观。并且中性墨水的研制开发成功，将为中国争创世界制笔强国做出积极贡献，温州大学制笔重点实验室正在组织力量进行中性墨水研制。性能及技术要求中性墨水笔虽同属圆珠笔类产品，其书写原理、笔头结构、加工工艺等与传统的油性圆珠笔大同小异，但因采用墨水性能差异，对笔头有特殊的要求。而中性墨水的研制开发难度较大，目前国际上有日本、美国、德国、韩国等国生产中性墨水，以日本的为最佳。中性墨水的研制开发关键是：墨水的配方；与配方匹配的加工工艺；墨水与笔头的匹配。首先，在配方的研制中，要使墨水有适当的粘度、表面张力、pH值，既确保笔流畅不泄漏，又确保墨水的耐光、耐水、耐热、耐寒、保湿性、渗透性，同时要解决墨水的稳定性，较长时间的保存而墨水不变质，不出现分层、沉淀，还要确保墨水的安全性，无毒，无腐蚀性。要求中性笔除了要兼顾油性圆珠笔和水性圆珠笔的优点，还要有以下的质量指标。（1）墨水的通用性要强，既能更广泛的配合笔头，达到较好的书写性能，以利更好地成为笔厂的配套产品。（2）要求墨水应具有相应的假缩性和粘度的戳变性，墨水的间歇性能要长，以达到更长的脱帽时间。（3）墨水要达到一定的颗粒细度，以低于球珠与球座的间隙量，并有较强的分散能力，以防堵塞笔头影响书写。（4）墨水的稳定性要强，在一定的室温条件下能正常的书写，墨水均匀不分层。（5）有足够的书写长度，即一管墨水在划线机上能划出更长的线。中性墨水的研制机理及制造工艺中性墨水的性能和指标要求非常严格，其研制是一项条件复杂、技术性强、经验性强的综合辅配工艺，要在以下几方面进行突破。 用于制造墨水的原材料要有稳定的性质和相对固定的厂家，确保墨水的研制和生产有稳定品质。否则，原料的差异，导致墨水性能不稳定，进而导致配方的调整。先配色浆，再制墨水首先将基色颜料配制成均匀、稳定、浓度较高的色浆，再加溶剂和其它辅剂配制成墨水，这样分步容易成功，也比较容易寻找失败的原因。墨水色基多数采用纯颜料的，也有与染料辅配的，或使用着色力好的染料。也有购买成品色浆的，但作为生产墨水的厂家，应该自己生产色浆。色浆的性质要为达到墨水的性质创造条件。色浆品质的好坏，可基本参照墨水的性能和指标，色浆的配制工艺与墨水的基本类似。 墨水的粘度是影响墨水品质的关键问题。中性墨水所具粘度不是我们日常增稠的简单概念，中性墨水既有一定的稠度和粘度，又有一般墨水具有戳变性和较强的假缩性，一方面能够保护分散颜料颗粒具有独立的稳定结构，另一方面能够具有剪切应力、剪切速率，以保证笔芯中利用墨水的高粘度达到笔尖不渗漏的目的，而书写时，则利用其戳变性和假缩性使笔头的球珠转动来切带墨水时有较低的粘度，达到书写流畅而不滞笔的要求。墨水粘度过高会使储墨管中的墨水有书写不净的可能；而粘度太低又会出现冒水、起笔和顿笔有超墨现象。选择适宜的增稠剂，并十分细心的调配是非常关键的工艺。一般的增稠剂很多，以天然的胶质物和化学有机合成物为常用，如天然胶质物的淀粉、糊精、动植物胶类及合成树脂类、丙烯酸类型都有较好的假缩性和拉丝性能，很有利于研制有特殊性能要求的墨水。但选配是有难度的，有的对温度性能差，有的冻融稳定不佳，有的在粒子表面使颗粒膨胀产生软凝聚等。所以说增稠剂的加入要充分发挥自己的特性且还应对颜料分散不产生影响，这是很难达到的，多数情况是因增稠剂选择不当，破坏墨水的整体而前功尽弃。有人采用的是高分子共聚物碱活化的增稠剂，由于该增稠剂分子支键与颜料及树脂粒子相互缠结，发生交联而产生网络结构，使体系具有结构粘度，同时该增稠剂具有较强的触变性，也有一定的增稠效果，确保了墨水达到粘度中的相关指标。润滑性能及调配中性墨水区别于一般墨水的突出一点是，不仅具有流利性，更要具有一定的润滑性。润滑剂的加人是降低球珠与座体间的摩擦，使动能损失到最小，以得到更舒适的书写手感。解决墨水的润滑性问题，同样是一个系统的综合辅配。其特点是要有较大极性的助剂、溶剂作保证，同时要作好表面活性与润滑剂的合理配合，因为这两者之间牵扯特别紧密，牵强那一方都会使墨水的效果受到影响。中性墨水润滑性的体现，关键是要有润滑剂作配合，在润滑剂的寻求上主要以大分子量的润滑剂或润滑脂，辅配以添加剂、表面活性剂，合理配合以得到较好效果。中性墨水由于高粘稠度，所以使用的助剂、溶剂要为极性大、润湿效果特别显著的醇类、有机醚类为主，以有效地打破墨水交织物的牵扯力，还可以选择适合颜料分散的有机溶剂等，也可以辅配一定量的表面活性剂，来调整墨水的间歇性能、连续书写性能及出墨量。 确保墨水有较好的稳定性是中性墨水最关键的技术之一。首先要保证颜料高度有效分散，还要促进高度分散的颜料稳定而不重聚，同时还要克服中性墨水中胶质物对颜料的裹带而使颜料的合理分散遭到破坏，这是一个系统的稳定保证。要根据颜料的独有特点筛选出颜色适宜、颗粒松弛、聚合度小、易于分散的原料作为墨水的色基，而分散研磨颜料是保证墨水稳定的第一步，也是中性墨水制造成的重要环节。所用色浆也是一个分散体系，本身就存在不稳定的倾向，当颜料粒子外裹或吸附的分散剂受到其它物质的竞争或者电荷性能受到破坏时，颜料粒子相互间受到外力牵引时都容易产生颜料粒子间的凝聚、沉降、甚至沉积分层等不稳定的情况的发生。增稠剂溶解于水中，和其它溶剂、助剂等形成一个自己的体系，当这一体系和色浆体系相混溶时，就存在一个与色浆体系相互兼容的问题，正是这一问题导致中性墨水稳定问题的存在。