中性墨水书写性能研究

摘要

中性笔具有结构简单、书写润滑流畅、墨迹收敛坚牢、字迹保存持久、墨水流量均匀和脱帽时间长等优点，近年来发展迅速，已逐渐取代传统圆珠笔成为目前主流书写笔具。中性墨水是中性笔的核心材料，其性能既要适应笔具的简易性，又要实现与笔头匹配的单一性，技术指标独特且涉及多个学科领域，整体技术较为复杂，研发难度较大。优秀的书写性能是中性笔较其他书写笔具的核心优势体现，同时也是中性墨水技术研发的难点之一。只有深入了解中性墨水的组成和特性与其书写性能之间的相关性，才能有效指导中性墨水的技术研发。
　　 影响中性笔书写性能的因素很多且较为复杂，构成中性笔和中性墨水的材料、中性墨水的添加剂及流变性能、各生产环节均会对其产生影响。本文在全面检测中性笔笔头的基础上，从润滑剂的种类及其用量两个方面考察了中性墨水配方中润滑剂对其书写性能的影响，通过调节中性墨水流变性能考察了中性墨水流变行为与其书写性能的相关性。
　　 本文选取日本进口米库尼墨水，对常用的670和640中性笔笔头与书写性能之间的相关性进行了研究。发现笔头生产工艺和材质不同，其耐磨性能与书写稳定性大不相同，在此基础上，探讨了笔头的出墨机理和中性笔的书写机理，筛选出了耐磨性能和书写稳定性能最佳的笔头：瑞士普莱米克670/0.5cc和瑞士普莱米克640/0.5cc，并将其用于后续中性墨水书写性能的检测。
　　 润滑剂是影响笔芯能否润滑书写的关键因素，本文分别加入油溶性磷酸酯和水溶性磷酸酯作为润滑剂，考察润滑剂的种类和添加量两个因素对墨水的书写性能和稳定性能的影响。发现润滑剂的加入对中性墨水的润滑性能有很大的提高，尤以油溶性磷酸酯的润滑效果更佳，更适合作为润滑剂，其最佳添加量为0.8％。
　　 固定配方结构后，选取具有不同书写性能的中性墨水样品，用KinexusPro高级旋转流变仪分别测试其屈服应力、屈服点对应的最大粘度及触变恢复时间等流变学参数，对墨水书写性能与流变学参数进行了统计关联，并从流变学角度解释了中性墨水存在书写问题的原因。发现中性墨水的流变性与书写性能有密切联系，适配不同中性笔头的墨水其流变性能也不相同，具有良好书写性能的墨水，适配普莱米克670/0.5cc笔头时，流变参数应满足：τ(Pa)≦1.034，η(Pa·s)≧29.62和t(s)≧27.4等要求；适配普莱米克640/0.5cc笔头时，流变参数应满足τ(Pa)≦1.047，η(Pa·s)≧25.38和t(s)≧29.5等要求。