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摘 要：以膜分離技術(shù)處理的染料為著色劑，二甘醇為溶劑并選用合適的表面活性劑、潤(rùn)滑劑、pH值調(diào)節(jié)劑、防腐劑等助劑，制得水性墨水，其各物理性能指標(biāo)和書(shū)寫(xiě)性能接近或達(dá)到進(jìn)口墨水?！　￡P(guān)鍵詞：水性墨水 著色劑 溶劑 書(shū)寫(xiě)性能　　利用球珠滾動(dòng)帶出書(shū)寫(xiě)介質(zhì)(墨水或油墨)的書(shū)寫(xiě)工具統(tǒng)稱為圓珠筆，其書(shū)寫(xiě)介質(zhì)為油性的稱為圓珠筆；其書(shū)寫(xiě)介質(zhì)為水性的稱為水性圓珠筆(水性墨水筆)亦稱滾珠筆、寶珠筆；其書(shū)寫(xiě)介質(zhì)的粘度介于水性和油性之間的稱為中性筆。水性圓珠筆所用的介質(zhì)稱為水性墨水，是一種粘度介于2—8cp的墨水。水性墨水筆是通過(guò)集束的微細(xì)纖維制成的喂料器的毛細(xì)管作用，將墨水輸送到球珠表面，利用球珠滾動(dòng)帶出粘附在其表面上的墨水，形成字跡，具有書(shū)寫(xiě)流利等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外已有廣泛的應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)也有一定的市場(chǎng)?！　≈袊?guó)是制筆大國(guó)，每年都要生產(chǎn)出口大批成品圓珠筆，但國(guó)內(nèi)所用的墨水包括中性墨水和水性墨水主要依賴進(jìn)口。目前國(guó)內(nèi)對(duì)水性墨水的研究很少，尚未見(jiàn)成熟的市場(chǎng)化的水性墨水，國(guó)外有關(guān)水性墨水的研究成果主要為專利。因此加強(qiáng)對(duì)水性墨水的研究，實(shí)現(xiàn)水性墨水的國(guó)產(chǎn)化具有重要的意義?！　”疚倪x用合適的助劑和制備工藝，解決了水性墨水制備中存在的種種問(wèn)題，制備出了各性能指標(biāo)良好的水性墨水，具有良好的應(yīng)用推廣前景。1、實(shí)驗(yàn)部分1．１ 試劑　　乙二醇，分析純，宜興市第二化學(xué)試劑廠；二甘醇，分析純，汕頭市西隴化工廠：丙三醇，分析純，上 海試劑總廠；三乙醇胺，分析純，上海試劑總廠；乙醇，分析純，安徽特酒總廠；鹽酸，分析純，浙江衢州 巨化試劑有限公司；氨水，分析純，溫州助劑廠；苯并三氮唑，分析純，上海瑞運(yùn)精細(xì)化工研究所?！　?．2 儀器　　美國(guó)BrookfieldDV-ⅢULTRA粘度計(jì)；美國(guó)ThermoJarrenAshIRISAdvantage型ICP光譜儀；淄博科森ZL-2型自動(dòng)張力儀；德國(guó)SartoriusPB-20型pH計(jì)；天津圓珠筆廠DH48J型劃圓儀?！　?．3 制備　　攪拌下，去離子水與溶劑?昆合均勻，隨后加入著色劑，溶解混勻后，加人表面活性劑、潤(rùn)滑劑、pH值調(diào)節(jié)劑、防腐劑等助劑充分?jǐn)嚢杈鶆蚝螅o置片刻過(guò)濾，制備水性墨水。著色劑用量占墨水總量的5-15％，表面活性劑0．1—0．4％，潤(rùn)滑劑0．1—0．5％，pH值調(diào)節(jié)劑0．5—5％，防腐劑0．1-5％。　　1．4 測(cè)試　　1．4．1 粘度　　ULA超低粘度轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速40RPM，25~C下用美國(guó)Brookfield粘度計(jì)測(cè)定墨水粘度?！　?．4．2金屬離子測(cè)定美國(guó)ThermoJarrellAshICP光譜儀測(cè)定?！　?．4．3 書(shū)寫(xiě)性能　　墨水書(shū)寫(xiě)性能的測(cè)試及結(jié)果參照水性圓珠筆中國(guó)輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[11和日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2)?！　?shū)寫(xiě)性能：測(cè)試筆軸線與紙面成70‘的傾斜角、荷重49g、以4．5m／rain劃線速度在圓珠筆專用劃圓儀和規(guī)定的試驗(yàn)紙上作螺旋狀連續(xù)劃線。　　出墨量：測(cè)試筆軸線與紙面成70‘的傾斜角、荷重98g、以4．5m／min劃線速度在圓珠筆專用劃圓儀上和規(guī)定的試驗(yàn)紙上作螺旋狀連續(xù)劃線100m。出墨量按公式計(jì)算：Ｇ１－Ｇ２Ｗ＝——————Ｌ　　其中W為出墨量，C1、C2分別是圓珠筆測(cè)試始末的質(zhì)量(g)，L為劃線長(zhǎng)度(m)?！　B透性：目測(cè)剛做完“書(shū)寫(xiě)性能”試驗(yàn)的書(shū)寫(xiě)試驗(yàn)紙上所劃線條的透紙現(xiàn)象?！　∶撁毙裕喝∠略囼?yàn)筆的筆套，水平放置24h后，用手劃一條直線，在初始的10cm內(nèi)書(shū)寫(xiě)的線條是否打滑?！　∧退裕航厝傋觥皶?shū)寫(xiě)性能”試驗(yàn)的書(shū)寫(xiě)試驗(yàn)紙一段，在去離子水中浸漬24h，取出自然晾干，目測(cè)書(shū)寫(xiě)的線條?！　∧望}酸性：截取剛做“書(shū)寫(xiě)性能”試驗(yàn)的書(shū)寫(xiě)試驗(yàn)紙一段，在10％(體積比)鹽酸水溶液中浸漬24h后，在去離子水中浸漬lOmin，取出自然晾干，目測(cè)書(shū)寫(xiě)的線條。　　耐乙醇性：截取剛做“書(shū)寫(xiě)性能”試驗(yàn)的書(shū)寫(xiě)試驗(yàn)紙一段，在50％(體積比)乙醇水溶液中浸漬lOmin后，取出自然晾干，目測(cè)書(shū)寫(xiě)的線條?！　∧桶彼裕航厝傋觥皶?shū)寫(xiě)性能”試驗(yàn)的書(shū)寫(xiě)試驗(yàn)紙一段，在10％(質(zhì)量百分比)氨水溶液中浸漬24h后，在去離子水中浸漬１０min，取出自然晾干，目測(cè)書(shū)寫(xiě)的線條。$分頁(yè)符$ 2 結(jié)果與討論2．1 著色劑　　制備墨水常用的著色劑有染料和顏料，使用染料作著色劑具有制備方便、成本低、制成的墨水穩(wěn)定性好、顏色鮮艷和不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)，但墨水的耐水牢度和耐光牢度較差；使用顏料作為著色劑，墨水的耐光性、耐水性、耐熱性和抗氧化性優(yōu)良，但顏料易于聚集，墨水的穩(wěn)定性差[31。水性墨水常用染料作著色劑，有直接染料和酸性染料。目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有墨水專用染料，市售的染料因金屬離子含量高等原因不能直接用于制備墨水，需進(jìn)一步處理，這里采用膜分離技術(shù)對(duì)染料進(jìn)一步處理。表1是經(jīng)膜分離技術(shù)處理后染料和國(guó)外圓珠筆廠墨水專用染料主要金屬離子的含量。從表中可知，經(jīng)膜分離技術(shù)進(jìn)一步處理后，染料主要金屬離子的含量已很低，可滿足水性墨水的要求，制備墨水的穩(wěn)定性好，書(shū)寫(xiě)流利?！　”? 染料的主要金屬離子含量(ppm)　　Tablel Content of main metal ions of dye元素 Ca Cd Cu Fe K Mg Mn Na Pb Sr Zn制備染料 158.7 0 90.5 533.7 155.3 36.2 2.21 55770 0 6.33 2.38進(jìn)口墨水染料 391.1 0 2.54 216.5 473.1 641 3.97 88170 5.95 17.5 0.532．2 溶劑　　在墨水中除了水外還常加入一定量水溶性有機(jī)溶劑作溶劑，主要起潤(rùn)濕作用，防止墨水在長(zhǎng)期貯存時(shí)因水分蒸發(fā)而干燥，影響墨水的書(shū)寫(xiě)性能，使墨水具有良好的抗干燥性和脫帽性。另外，水溶性有機(jī)溶劑還可起到防止墨水在低溫下凍結(jié)和潤(rùn)滑等作用。常用的水溶性有機(jī)溶劑有乙二醇、丙三醇、二甘醇等，用量常為墨水總量的20-40％[1]。表2是溶劑用量與墨水性能的關(guān)系。從表中可知，溶劑用量增加墨水的粘度增加，當(dāng)溶劑用量超過(guò)35％以后，墨水的書(shū)寫(xiě)性能變差，容易出現(xiàn)劃線斷開(kāi)，且書(shū)寫(xiě)的墨跡難干燥，易羽化、玷污紙張和其他物品，同時(shí)還會(huì)增加墨水的成本，因此溶劑含量不宜過(guò)大。但溶劑含量也不能過(guò)少，否則墨水易揮發(fā)，不宜長(zhǎng)期貯存，亦影響書(shū)寫(xiě)流利性，故溶劑含量以20-35％為宜。表2 溶劑用量與墨水性能的關(guān)系Table2 Solvent Concentration vs．Ink Properties溶劑含量(％) 15 25 35 45粘度(cp) 2．85 4．02 6．27 9．80脫帽性 差 好 好 好墨跡干燥速度 快 快 較慢 較慢滲透性 沒(méi)有透紙 沒(méi)透紙 略有透紙 略有透紙抗羽化性 好 好 略有羽化 略有羽化表3 溶劑與墨水性能的關(guān)系　　Table3 Solvent vs．InkProperties　　溶劑 乙二醇 二甘醇 丙三醇 乙二醇丙醇復(fù)合溶劑（１３：１２）　　粘度(cp) 3．13 4．02 9．91 6．94　　墨跡干燥速度 快 快 慢 慢　　滲透性 略有透紙 沒(méi)有透紙 沒(méi)有透紙 沒(méi)有透紙　　滲漏性 漏 不漏 不漏 不漏　　書(shū)寫(xiě)性能 光滑流利 光滑流利 斷線 略有斷線　　表3是溶劑用量為25％時(shí)不同溶劑與墨水性能的關(guān)系。由表中可見(jiàn)，用乙二醇作溶劑時(shí)，墨水粘度低，帶來(lái)滲漏、滲透等問(wèn)題；用丙三醇作溶劑時(shí)，墨水粘度大，干燥慢，帶來(lái)劃線斷開(kāi)、墨跡難干燥玷污紙張等問(wèn)題；用乙二醇和丙三醇復(fù)合溶劑時(shí)，墨水書(shū)寫(xiě)性能差，劃線斷開(kāi)；而用二甘醇作溶劑時(shí)，墨水的總體性能好，故這里選用二甘醇作溶劑。 2．3 墨水的主要物理性能　　墨水的主要物理性能有粘度、表面張力、pH值、比重。粘度會(huì)嚴(yán)重影響墨水的書(shū)寫(xiě)性能，粘度低墨水書(shū)寫(xiě)流利，但會(huì)帶來(lái)滲透、字跡模糊、滲漏等問(wèn)題：粘度高可避免滲透及來(lái)自筆尖的墨水斑點(diǎn)玷污，但容易產(chǎn)生劃線斷開(kāi)和筆頭堵塞等問(wèn)題，水性墨水粘度通常為2—8cp。表面張力主要影響墨水在紙張和其他介質(zhì)中的滲透性，同時(shí)還會(huì)影響墨水的保濕性和穩(wěn)定性等。表面張力小，墨水易滲入紙張或其他介質(zhì)中，墨跡干燥得快；表面張力大，墨水向介質(zhì)滲透性小，墨水寫(xiě)在紙上千得慢。水性墨水的表面張力通常為25—40mN／m?！　∧膒H值會(huì)影響染料的溶解性和穩(wěn)定性，同時(shí)影響墨水對(duì)筆頭的腐蝕性，pH值過(guò)高或過(guò)低都會(huì)加速墨水對(duì)筆頭的腐蝕?！　”? 墨水的主要物理性能指標(biāo)　　Table4 Physical properties index Of ink項(xiàng)目 粘度(cp) 表面張力(mN／m) pH值 比重(g／m1)　　制備墨水 4．02 32．7 9．32 1．05　　美國(guó)國(guó)寶墨水 4．4 38 7．6 1．10　　表4是制備墨水的主要物理性能。從表中可知，制備墨水的主要物理性能指標(biāo)在要求的范圍內(nèi)。2．4 墨水的書(shū)寫(xiě)性能　　表5是制備墨水和進(jìn)口墨水的書(shū)寫(xiě)性能，從表中可知制備的墨水的主要書(shū)寫(xiě)性能已接近或達(dá)到進(jìn)口墨水，滿足水性圓珠筆中國(guó)輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1)和日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2)?！　”? 墨水的書(shū)寫(xiě)性能　　Table5 Writing properties of ink　　項(xiàng)目 制備墨水 進(jìn)口墨水① 進(jìn)口墨水②　　書(shū)寫(xiě)性能 ≥400m ≥400m ≥400m　　出墨量(mg／m) 1．159 1．127 1．237　　干燥時(shí)間(s) <5 <5 <5　　復(fù)印性能 好 好 好　　滲透性 沒(méi)有透紙 沒(méi)有透紙 沒(méi)有透紙　　脫帽性 不打滑 不打滑 不打滑項(xiàng)目 制備墨水 進(jìn)口墨水 進(jìn)口墨水耐水性 可目測(cè)到書(shū)寫(xiě)的線條 可目測(cè)到書(shū)寫(xiě)的線條 可目測(cè)到書(shū)寫(xiě)的線條耐乙醇性 可目測(cè)到書(shū)寫(xiě)的線條 可目測(cè)到書(shū)寫(xiě)的線條 可目測(cè)到書(shū)寫(xiě)的線條耐鹽酸性 可目測(cè)到書(shū)寫(xiě)的線條 可目測(cè)到書(shū)寫(xiě)的線條 可目測(cè)到書(shū)寫(xiě)的線條耐氨水性 隱約可見(jiàn)書(shū)寫(xiě)的線條 隱約可見(jiàn)書(shū)寫(xiě)的線條 未見(jiàn)書(shū)寫(xiě)的線條抗羽化性 略有羽化 好 略有羽化3 結(jié)論　　1)染料經(jīng)膜分離技術(shù)處理后可作水性墨水的著色劑，制備的墨水穩(wěn)定和書(shū)寫(xiě)性能良好?！　?)用二甘醇作溶劑時(shí)制備的墨水各性能好，其用量以20—35％為宜?！　?)制備墨水的主要物理性能指標(biāo)在要求范圍內(nèi)。 　　4)制備墨水的主要書(shū)寫(xiě)性能已接近或達(dá)到進(jìn)口墨水，滿足水性圓珠筆中國(guó)輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 轉(zhuǎn)載自:膠體與表面化學(xué)網(wǎng)