中性墨水触变体系建立及触变性对中性笔书写性能影响的研究

论文摘要

我国是中性笔生产大国,其产量近年来一直位居世界第一,但迄今用于灌注中性笔的核心材料—中性墨水(Gel ink)却仍依赖进口。进口中性墨水价格一直居高不下,导致我国制笔企业已沦为国外墨水企业的“利润搬运工”,使我国制笔行业的可持续性发展丧失了主动权,同时也制约了我国由制笔大国向制笔强国的迈进。因此深入研究中性墨水制备工艺,解决制备过程中的技术瓶颈,实现高品质中性墨水的国产化对推动我国中性笔行业的健康发展具有重要意义。本论文首先综述了中性墨水的定义、特点及所涉及的行业发展现状与技术背景,指出中性墨水制备所面临的主要技术难题可归结为两个方面:实现颜料在水性体系的分散与稳定化;建立良好的流变学特性——触变性。本文以建立中性墨水的动态稳定体系为前提,着重研究了中性墨水制备过程中各因素对触变性的影响。从表面活性剂的选择关系到色浆制备的成败,分别就多种单一表面活性剂与其它们的不同复配组合对中性墨水触变性能的影响进行了系统研究,关联了二者的内在联系。通过考查色浆制备工艺中炭黑粒径对中性墨水触变性的影响,确定了既利于中性墨水触变体系建立又可以长期稳定的炭黑粒径的范围。另外流变助剂的添加是中性墨水触变性建立的重要环节。通过对不同种类的触变助剂机理的研究,及其对中性墨水稳定性的影响,选择了中性墨水适合的触变助剂,并且确定了中性墨水实现触变的合适添加量。多元醇是中性墨水的重要组成部分,直接影响墨水的保湿、抗冻与触变等性能,选择合适的多元醇添加量,可同时实现墨水书写性能与装配性能的最优化。中性墨水性能最终通过书写来检测。本论文对自制墨水与各种笔头的匹配性进行了系统测试,并与国际主流中性墨水性能进行了比较,结果表明:本课题所制备的中性墨水无论是稳定性、触变性、保湿性、抗温性、润滑性等,还是匹配性与书写性均达到国际先进水平。总之,本论文在大量实验研究的基础上,较好地解决了中性墨水的分散与稳定化,触变体系的建立这一长期制约中性墨水国产化的技术瓶颈,制备出性能优异的中性墨水,并建立了中性墨水触变指数与笔头选择的关系,为其未来产业化进程实现个性化服务解决方案提供了技术指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述与选题依据
• 1.1 前言
• 1.1.1 中性墨水的起源和产品优势
• 1.1.2 中性笔、中性墨水的市场现状
• 1.1.3 中性墨水与中性墨水触变性
• 1.1.4 国内外中性墨水研发现状
• 1.1.5 中性墨水配方构成及其影响触变性的因素
• 1.2 本课题的研究意义及主要内容
• 1.2.1 本课题的研究意义
• 1.2.2 本课题研究的主要内容
• 1.3 本论文涉及到的主要技术背景
• 1.3.1 中性墨水体系构成
• 1.3.2 中性墨水生产工艺流程
• 1.3.3 颜料在水性体系中的稳定分散
• 1.3.4 中性墨水触变的形成及其影响因素
• 1.3.5 中性墨水的触变性与笔头的匹配
• 第二章 色浆制备过程对中性墨水触变性的影响
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器与设备
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.3.1 中性墨水色浆制备
• 2.2.3.2 中性墨水样品制备
• 2.2.4 测试与表征
• 2.2.4.1 中性墨水表观粘度的测定
• 2.2.4.2 触变指数的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 单一表面活性剂制备的色浆中加入增稠剂后对触变指数的影响
• 2.3.2 复配表面活性剂对体系触变性能的影响
• 2.3.2.1 配合体系中OP 对中性墨水触变性能的影响
• 2.3.2.2 分散剂5029 对中性墨水触变性能的影响
• 2.3.2.3 分散剂K30 对中性墨水触变性能的影响
• 2.3.3 色浆高速研磨分散对中性墨体系触变性能影响
• 2.4 小结
• 第三章 增稠剂对中性墨水触变性的影响
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 不同流变性能中性墨水的制备
• 3.2.4 中性墨水性能测试
• 3.2.4.1 中性墨水表观粘度的测定
• 3.2.4.2 中性墨水触变指数的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 纳米二氧化硅A200 作为增稠剂对中性墨水性能的影响
• 3.3.2 黄原胶T-80 增稠剂对中性墨水性能的影响
• 3.3.3 丙烯酸类碱增稠剂T-251 增稠剂对中性墨水性能的影响
• 3.3.4 增稠剂添加量对中性墨水触变性的影响
• 3.4 小结
• 第四章 多元醇对中性墨水触变性的影响
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 中性墨水的制备
• 4.2.4 中性墨水性能测试
• 4.2.4.1 中性墨水表观粘度的测定
• 4.2.4.2 中性墨水触变指数的测定
• 4.2.4.3 中性墨水保湿性能的表征
• 4.2.4.4 中性墨水书写保湿性能的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 多元醇对中性墨水保湿性的影响
• 4.3.2 多元醇对中性墨水触变性的影响
• 4.4 小结
• 第五章 触变性对中性墨水与笔头匹配性的影响
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 中性墨水触变性对同一生产厂家不同型号笔头的适应性
• 5.3.2 中性墨水触变性对同一生产厂家同一型号不同材质笔头的适应性
• 5.4 小结
• 第六章 结论与创新点
• 6.1 论文总结
• 6.2 论文创新点
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文