助剂对颜料型紫色中性墨水性能影响研究

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我国是名副其实的制笔大国,全球百分之八十的笔类出自我国制造,其中,中性笔占比最多。随着多年来制笔行业的发展,制笔核心技术—中性墨水的自主研发也有了显著进步。然而,高端墨水目前仍依赖进口,尤其是彩色中性墨水领域,这限制着近年来我国由制笔大国迈向制笔强国。因此,加快对彩色中性墨水的自主研发与技术创新对我国制笔行业高质量发展具有重要意义。目前羁绊我国彩色中性墨水领域发展的主要原因有:(1)拥有较大比表面积的有机颜料难以分散于水性溶液中;(2)单一种类增稠剂难以满足彩色中性墨水流变性能;(3)彩色中性笔书写润滑度有待提升。目前研究报道的彩色中性墨水多以树脂作为分散剂,且对彩色中性墨水流变性能和润滑性能系统研究报道较少。基于此,本课题提出以超分散剂分散颜料紫23,提升有机颜料在水中的分散稳定性,复配不同种类增稠剂及润滑剂以实现研发高质量紫色中性墨水的思路。本文首先探究了三种超分散剂对颜料紫23分散体系的影响,并以一种树脂分散剂作为对比,考察了分散剂种类及添加量对色浆D90粒径、离心稳定性的影响,以高分子分散剂聚环氧乙烷—稠环芳烃嵌段共聚物为例研究了研磨时间、颜基比对紫色色浆粒径分布、D90粒径及分散稳定性的影响,通过TEM观察色浆微观分散状态,并结合FTIR分析分散剂对颜料紫23的作用机制;其次考察了单一及复配DR-72与黄原胶对中性墨水流变数据及触变值、触变回环面积的影响规律,考察了流变性能对出墨量、书写线条及耐水性的影响;最后考察了单一及复配多元醇类、磷酸酯类、油酸及有机硅类对中性墨水摩擦系数、表面张力、黏度等参数的影响,并通过显微镜观察笔头磨损情况,最终制得高质量紫色中性墨水。主要研究结果如下:(1)添加15 wt.%的聚环氧乙烷—稠环芳烃嵌段共聚物分散剂,转速为2500 r/min,填充率为80%,研磨2 h,紫色色浆D90粒径可达138 nm,且离心稳定性为98%,热稳定性最佳。该分散剂与颜料紫23的吸附作用推动力应为分散剂的疏水基团(稠环芳烃)与颜料紫23结构中苯环结构通过π-π堆积作用发生吸附,从而引起C-H键的红外吸收发生变化。(2)单一黄原胶增稠体系在中、高剪切速率下黏度不随添加量的变化而变化,始终保持在100±10 m Pa·s、30±5 m Pa·s。在黄原胶体系中加入DR-72能使体系在中、高剪切速率下黏度上升。(3)当黄原胶、DR-72添加量分别为0.6 wt.%、1.2 wt.%时达到最佳复配比例,此时中性墨水在低剪切力下黏度为1300.4 m Pa·s,触变值为4.33,触变回环面积为91.33 Pa/s,符合行业标准,该墨水线条落墨情况、前200 m出墨量、划线长度、耐水性均较好。(4)甘油与PEG-200在1:1复配时降低摩擦系数效果最佳,此时摩擦系数为0.277。(5)油酸与脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯在添加量分别为0.5 wt.%、1.0 wt.%时达到最佳复配效果,摩擦系数为0.164,此时中性笔书写400 m后笔头只发生轻微磨损。通过探究三种助剂对紫色中性墨水性能的影响,对墨水配方进行了优化,所制备的紫色中性墨水可与国外高端墨水相媲美,为彩色中性墨水的研究与制备提供参考。
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