中性墨水流变性及稳定性影响因素研究

摘要

我国是中性圆珠笔制笔大国，但不是制笔强国，由于中性墨水研发的关键技术长期被国外企业垄断，现阶段中性笔笔芯用的中性墨水主要依靠进口，只有自主研发出具有优良性能的中性墨水，才能改变以上现状，因此中性墨水国产化势在必行。
　　 本文首先对中性笔和中性墨水的定义、国内外发展现状、和所涉及到的技术背景进行了综述，指出了中性墨水流变性和稳定性对于中性笔书写性能的重要性。
　　 本文采用炭黑作为颜料，研究了不同炭黑含量下，中性墨水的流变性能和稳定性能。结果表明：炭黑含量的增加可以显著提高中性墨水的表观粘度，墨水的表观粘度随温度的升高而降低。中性墨水的触变指数并不是随着炭黑含量的增加而增大，而出呈现先升后降的变化规律，并且随着炭黑含量的增加墨水的稳定性变差。
　　 在中性墨水中，树脂作为粘结料，具有稳定胶体和调节分散体流变的能力，因而是中性墨水制备的必要组成成分。本文选用PVP作为研究对象，在炭黑色浆母体中加入不同分子量和不同添加量的PVP，制备了具有不同性能的中性墨水，对中性墨水进行流变性和稳定性检测。结果表明：PVP添加量越大、分子量越大，墨水的表观粘度和触变指数越大。添加PVP后墨水表观粘度随温度升高而降低的速率基本保持不变，对于温度具有依赖性。PVP分子量越大、添加量越多，墨水表观粘度升高的幅度越大，稳定性也越来越差。
　　 中性墨水流变性能的好坏直接决定着其书写性能的好坏，增稠剂对中性墨水的流变性影响显著，是中性墨水流平控制的主要添加剂之一。本文选用三种不同类型的增稠剂，进行流变性和稳定性检测。结果表明：加入羟乙基纤维素后，墨水的表观粘度比较高。经过高速离心，墨水出现上清液，加热后微观絮凝；加入T-938后，墨水的表观粘度适中，高速离心后没有上清液，加热微观分散也没有出现絮凝现象，可以调制出具有较好流变性和稳定性的中性墨水；加入RM-8W后，墨水的表观粘度偏低，随着添加量升高，高速离心后有上清夜出现，并且加热微观分散均出现絮凝现象。
　　 颜料分散是中性墨水生产过程至关重要的一步，表面活性剂的添加，既有助于色料粒子的润湿，还有助于聚集体的粉碎，使分散体更趋于稳定。本文选用非离子表面活性剂OP-4和OP-10，分别单独和复配加入到墨水中，并对中性墨水进行流变性和稳定性检测。结果表明：随着OP-4和OP-10添加量的增加，墨水的表观粘度、触变指数和剪切粘度先减小后增大，并且随着OP添加量的增加，墨水的稳定性逐渐变差；在色浆母体中加入OP-4和OP-10复配表面活性剂后，随着表面活性剂HLB值的增加，墨水的表观粘度、触变指数和剪切粘度先减小后增大。在色浆母体中加入OP-4和OP-10复配表面活性剂，加温老化后，发现墨水的表观粘度升高，并且表面活性剂HLB值与炭黑的HLB值越接近，体系的稳定性也越好。