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增加燃料和树脂溶解度在记号笔墨水性能改进方面的应用

信息来源:wenju.biz  时间:2007-10-08  浏览次数:170

  上海携声流工贸有限公司是集科研、生产、销售为一体的企业。多年来该企业专业研究和生产各类特种墨水及其他类产品。
  该企业经过长期对记号笔墨水细心观察和研究,发现记号笔墨水中染料和树脂的溶解度对记号笔墨水的部分性能影响非常大,特别是稳定性。该企业通过溶剂的选择和配方的改进,不仅使制备记号笔墨水变得简便,而且产品的稳定性,储存性能,间歇书写性也得到了提高。这里,就溶剂的选用和配方的改进作一探讨。
  一、问题的由来
  记号笔能在纸张、木材、金属、玻璃、塑料、搪瓷、陶瓷等多种书写介质上作记号或标志而闻名[1]。记号笔有水性记号笔和油性记号笔之分。本文主要谈及油性记号笔中的墨水制备问题。
  油性记号笔墨水主要由醇溶性染料、树脂、助剂和溶剂制成。它不但被要求色泽浓艳,悬浮稳定,附着性好,而且耐水性,耐晒性,耐温性和间歇书写都要达到一定的标准。由于这些理化性能的要求,解决好墨水中染料和树脂在溶剂中的溶解度或高效分散和乳化就成为生产记号笔墨水质量好坏的关键。所以探讨染料和树脂的溶解度在制备和完善记号笔墨水配方和工艺方面就显得非常有意义。
  二、提高染料和树脂溶解度的方法
  提高染料和树脂溶解度的普通方法不外乎下列
  1、染料和树脂的提纯
  2、选择合适的溶剂
  3、调整pH值
  4、加入助溶剂
  5、优化表面活性剂
  6、机械粉碎染料和树脂以及溶液的强力搅拌
  7、超声波化学助溶
  此七种方法各有所长,不能仅选择一种方法解决记号笔墨水中的所有溶解问题。要对记号笔墨水中的某一单种体系实验选用一种或多种方法协同操作,才能比较好的解决此一体系墨水的溶解问题,进而得到品质较好的墨水。下面逐一介绍此七种方法的应用。
  1.染料和树脂的提纯
  我国染料工业产品,大多应用于纺织和印染工业,因此产品中,去除杂质或部分添加剂的加入,都是以纺织和印染工业用户的需要为主。直接应用这些染料或色材,绝大多数对墨水性能不利[2)。如何通过提纯去除染料中那些不需要的物质就成为生产优质墨水的关键。例如:染料工业中元明粉(Na2S04)是作为促染剂故意加入的,但墨水中元明粉是杂质,多数情况须去除才能得到较好墨水。普通情况下,可在染料溶液中加入BaCl2,充分搅拌,放置2h,则使下列反应
  Na2S04+BaCl2=BaS04+2NaCI
  完全[4]。这样就达到了去除染料中Na2S04或部分去除的目的。
  2.选择合适的溶剂
  一般染料和树脂都是固态或粘稠液体,不易制成所需墨水。溶入溶剂就能使染料或树脂液体化,从而提高均匀性和流平性。
  选择染料和树脂的溶剂可根据极性相近原理进行,因此某一染料和树脂的良性溶剂必然是与其极性相同或相近的液体。化学家们已将选择溶剂方法归纳查染料和树脂以及溶剂的SP值(溶度参数),一般溶剂与被溶物的SP值越接近,相溶性越好[3]。
  3.调整pH值
  有些物质的溶解度对pH值的敏感度非常强,在pH<7时就溶解,在pH>7溶解的不好;反之亦然[4)o由于油性记号笔的溶剂为醇等有机溶剂,所以选用调节pH值的酸或碱最好选用有机酸和有机碱。
  4.加入助溶剂
  根据研究[5],在染料工业中,助溶剂包括三种组分:一种是高沸点的助溶剂,一般以二元醇为主。二是提供缩合介质的催化剂,用以加速缩合速度。三是能与金属离子络合的络合剂。在制作墨水过程中则选用第一和第三种助溶剂较为方便和实用。
  5.优化的表面活性剂
  根据相似相溶原理,在墨水制作过程中就需选择表面活性剂既有亲染料和树脂基团又有亲溶剂的基团,这样不但能起到好的浸润性作用又能起到好的增溶作用(每一种表面活性剂都有浸润性和分散性)。具体选哪一种表面活性剂要看研究对象而确定[6]。
  6.机械力对染料和树脂的粉碎和溶液中的强力搅拌实践证明,染料和树脂先机械粉碎(球磨、研磨或胶体磨),再将放入溶剂中,容易制备稳定的溶液[7]。
  7.超声化学方法助溶
  超声化学方法是利用超声空化能量加速溶质和溶剂的分子运动,从而加速溶质的溶解C8)。置染料、树脂和溶剂于超声波场中,不但染料和树脂的溶解明显加快,而且溶解度也会增加(化学工作者在实验室中经常这样溶解高分子材料)。有关超声化学方法在墨水制备中的应用有待进一步探讨。
  三、增加染料和树脂溶解度方法在记号笔墨水生产过程中的应用
  由于环保和成本上的要求,醇仍被选为生产记号笔墨水的主要溶剂。这样,化学方法中的助溶剂和表面活性剂的选用以及pH值的控制就成为增加染料和树脂溶解度的主要手段。
  根据上面所述方法,通过反复实验,选择工艺参数如下表1
  表1 记号笔墨水生产工艺参数表
  pH值 助 溶 剂 表面活性剂 机械搅拌
  3.7±1 卡别妥(Carbitol) 平平加 orTX—10 搅拌3h以上
  作与不作增溶方法在制备记号笔墨水后结果比较如下表2
  表2
  结论指标
  增溶方法产 率 后过滤工艺 装笔后
  采用方法前 94% 繁 易堵笔头
  采用方法后 9796以上 易 流畅,色深

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