我國是中性圓珠筆生產(chǎn)大國,其產(chǎn)量近年來一直位居世界第一,然而用于制造中性圓珠筆的核心材料—中性墨水(Gel ink)至今仍主要依賴進(jìn)口。這一局面直接制約了我國制筆行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展,因此中性墨水的國產(chǎn)化勢在必行。

本論文首先對中性墨水的定義、特點和所涉及的技術(shù)背景進(jìn)行了綜述,指出中性墨水技術(shù)研發(fā)所面臨的主要技術(shù)難題可以歸結(jié)為三個個方面,即顏料在水性體系中穩(wěn)定分散、中性墨水的粘度形成和中性墨水的潤滑性能。

由于中性墨水體系復(fù)雜,對顏料的分散穩(wěn)定性有較高的要求,特別是色素炭黑,由于其結(jié)構(gòu)的特殊性,是顏料中最難分散的品種之一,因此選擇合適的分散劑是實現(xiàn)對顏料穩(wěn)定分散的基礎(chǔ)。作者選用陰離子分散劑、非離子分散劑、潤濕分散劑、超分散劑分別對顏料進(jìn)行分散實驗,采用離心分離-分光光度法、高溫老化-微觀檢測法檢測制備的色漿分散穩(wěn)定性,篩選出使用兩種陰離子分散劑分別與非離子分散劑復(fù)配制備的色漿和潤濕分散劑制備的色漿可以滿足中性墨水穩(wěn)定性要求,同時初步探討了離心分離-吸光光度法測定的色漿α值與高溫老化-微觀檢測法檢測的色漿中炭黑粒子分散狀態(tài)變化的關(guān)系。

中性墨水粘度的形成,關(guān)系其裝配與書寫性能。作者詳細(xì)考查了三種不同觸變機(jī)理的增稠劑對中性墨水粘度形成的影響,包括增稠劑對中性墨水的表觀粘度、觸變指數(shù)和色漿穩(wěn)定性的影響,在此基礎(chǔ)上篩選出適合某一色漿的增稠劑,實現(xiàn)中性墨水粘度形成和穩(wěn)定性的兼容,并對這一機(jī)理進(jìn)行了初步探討。

中性筆要求長時間放置筆頭不干燥,因此需要在墨水中添加保濕劑,提供墨水的保濕性能,在中性墨水中,一般添加水溶性低碳醇作為保濕劑,作者在自制色漿中加入二甘醇,考察了水溶性低碳醇對中性墨水粘度形成和保濕性能的影響,同時對墨水的穩(wěn)定性和書寫性能(書寫墨跡是否容易干燥、書寫線條是否有羽化現(xiàn)象)進(jìn)行檢測,解決了水溶性低碳醇與色漿、增稠劑的合理匹配,制備出具有良好保濕性能、書寫性能和粘度形成的墨水。

針對中性墨水對圓珠筆頭潤滑性的問題,本文采用劃線長度實驗表征方法,考察了不同潤滑劑對筆頭潤滑性能的影響,選擇出對筆頭潤滑性較好的潤滑劑,同時對添加該潤滑劑的中性墨水穩(wěn)定性進(jìn)行檢測,制備出具有較好潤滑性能的中性墨水。

中性墨水服務(wù)于中性筆,基于國內(nèi)并無中性墨水相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出臺,本章參照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布的中性墨水圓珠筆及筆芯標(biāo)準(zhǔn)對自制中性墨水和日本米庫尼中性墨水進(jìn)行主要物理性能和主要書寫性能測試,通過對兩種中性墨水物理性能和書寫性能的對比實驗,作者認(rèn)為自制中性墨水的主要物理性能和主要書寫性能已接近或達(dá)到進(jìn)口中性墨水。