[发明专利]颜料微颗粒化技术在纳米改性中性墨水制备中的应用

说明书

技术领域：本发明属于油墨技术领域中水性油墨体系的一个分支。

技术背景：中性墨水在国外形象地名为啫喱墨水、Gel ink(胶冻状墨水)，因为它的表观是一经搅动后会变得稀薄流动一些，但放置一定时间后，油墨又会回复到较稠厚状态。这正是一种切力变稀的典型触变性也有称为“剪切粘性”特征的表观，是与中性笔结构的匹配有极大关系。在静止状下，较稠厚的墨水可以防止从贮墨管尾部倒流或者从笔头的球珠与球座的间隙中渗漏出来；但是一旦书写，球珠迅速转动施加一定的剪切力，墨水因剪切力粘度而变稀，就流畅地随球珠的转动而出墨成线。由此可知触变性对中性墨水是至关重要的品质，它的变化会影响稳定性能。触变指数过大或过小，会出现书写手感沉重、断线、甚至不能出墨成线，或者渗漏、斑渍等现象。

然而，在过去一段时间对中性墨水比较偏重于粘度控制等方面的研究，着重增稠剂的开发和运用技术。其原因是中性墨水的连结料中树脂较少，主要成份是以水为主体的溶剂。连结料的粘度低、既不能适应笔头的出墨系统，又会在贮墨管和笔头内下沉，破环介质的稳定。因此，在过去一些已经公开的专利中都报告了粘度控制方面的研究成果。例为日本sho54-98826、sho57-49678、Hei6-34014、美国专利4545818、4671691以及中国97180403.6提出了使用天然或合成的增稠剂来解决中性墨水具有触变性或假塑性的粘度，它们对于中性墨水的研制具有阶段性进步意义。然而随着时代的进步，人们对中性墨水的书性能，色光性能，以及与笔头类型的匹配性，特别是贮存稳定性的要求越来越高，并且发现墨水在调节粘度到合适的粘度比，与笔尖匹配性很好，但在长期贮存以后却发生了欠流利、断线、不出墨的通病，如果单从表象上分析，似乎纯粹是粘度发生变化所致，但是按流变曲线法检测以后，发现其主要原因是墨水的触变指数增大。油墨业界长期积累的经验和数据证明触变性除了与所用的树脂分子量大、正庚烷值小有关以外，最主要的是颜料的数量和品种、规格、形状有关。不同的品种中数联笨胺黄、BDN红、酞菁兰触变性较大，而同一种炭黑针状或片状比园粒形的触变性大；未经氧化处理的又比处理过的触变性大。但这仍然是一种表象，其实质是颜料的特性决定的，颜料科学认为颜料颗粒状态可分为原生粒径；由原生粒子表面吸附而生成的叫凝聚体；由原生粒子与凝聚体疏松结合而成的混合体称团聚体。商品颜料可以说是凝聚体或团聚体，而决非一次性形成的原生粒子。颜料的一次性粒子的本来面目是极微小的例如二氯并吡咯二酮颜料中，在23×5.7×5.6nm的立方体的颗粒中，大约有2000个边长为0.1μm的立方体，这当中可以说有28万个分子的凝聚体。这种现象说明了颜料有一种凝聚力，它的颗粒越细，表面能越大，互相凝聚力越强，导致它在介质中因凝聚返粗而触变指数增大，墨性变坏。因此控制颜料粒子的表面特性是解决中性墨水长期贮存中发生不稳定矛盾的切入点。

引入的意义及实施方法：在上个世纪末期，颜料工业针对颜料的这种表面特性运用了立体(空间)或熵效应等多种原理，进行微颗粒化颜料技术的研究，并且终于确定了有机颜料粒径的控制技术分为合成过程中与合成后的再处理两大工程。合成后的再处理则称为颜料化工程。所谓颜料化工程就是将已合成的颜料(二次粒子)运用立体障碍或熵效应，通过分散工艺制得一次粒子大小相似的稳定颗粒。近年来该项研究进展顺利，国内外研制成的一种被称作超分散剂的新型表面处理剂(Hyperdispersants)就是此项技术的重量要成果之一。本发明人将此项技术引入中性墨水制造方法中，终于解决了中性墨水因颜料表面特性变化而产生的不稳定性通病。

上述被称作超分散剂的聚合物的特征具有亲颜料/亲液体(pigmenlophlie/Lyophilic)的结构。它们一般具有两种结构特征：特征之一是锚定功能基团(Amchoring functional group)连在一个溶剂化链上。通过“锚定”基团的单点或多点吸附和亲介质(Binder--plilic)的溶剂化链与介质发生特定作用。例如比较典范的是嵌段结构或接枝聚合物，如以羧基为尾基的聚甲基丙烯酸甲酯高分子。它们在颜料表面结合的方式可以概括为离子键结合；氢键结合或极性基团结合；衍生物或表面改性剂结合三种方式。特征之二是具有聚合体溶剂化长链，此种溶剂化长链比传统分散剂的C₁₂-C₁₈碳链的长度要长，使其对溶剂有更大亲和力和溶解性能，同时以一定的吸附层厚度(一般在3-5μm)起到空间位阻的屏蔽效应。例如

-COOH为锚式基因，聚酯基为溶剂化链。