我国是中性圆珠笔生产大国,其产量近年来一直位居世界第一,然而用于制造中性圆珠笔的核心材料—中性墨水(Gel ink)至今仍主要依赖进口。这一局面直接制约了我国制笔行业的可持续性发展,因此中性墨水的国产化势在必行。

本论文首先对中性墨水的定义、特点和所涉及的技术背景进行了综述,指出中性墨水技术研发所面临的主要技术难题可以归结为三个个方面,即颜料在水性体系中稳定分散、中性墨水的粘度形成和中性墨水的润滑性能。

由于中性墨水体系复杂,对颜料的分散稳定性有较高的要求,特别是色素炭黑,由于其结构的特殊性,是颜料中最难分散的品种之一,因此选择合适的分散剂是实现对颜料稳定分散的基础。作者选用阴离子分散剂、非离子分散剂、润湿分散剂、超分散剂分别对颜料进行分散实验,采用离心分离-分光光度法、高温老化-微观检测法检测制备的色浆分散稳定性,筛选出使用两种阴离子分散剂分别与非离子分散剂复配制备的色浆和润湿分散剂制备的色浆可以满足中性墨水稳定性要求,同时初步探讨了离心分离-吸光光度法测定的色浆α值与高温老化-微观检测法检测的色浆中炭黑粒子分散状态变化的关系。

中性墨水粘度的形成,关系其装配与书写性能。作者详细考查了三种不同触变机理的增稠剂对中性墨水粘度形成的影响,包括增稠剂对中性墨水的表观粘度、触变指数和色浆稳定性的影响,在此基础上筛选出适合某一色浆的增稠剂,实现中性墨水粘度形成和稳定性的兼容,并对这一机理进行了初步探讨。

中性笔要求长时间放置笔头不干燥,因此需要在墨水中添加保湿剂,提供墨水的保湿性能,在中性墨水中,一般添加水溶性低碳醇作为保湿剂,作者在自制色浆中加入二甘醇,考察了水溶性低碳醇对中性墨水粘度形成和保湿性能的影响,同时对墨水的稳定性和书写性能(书写墨迹是否容易干燥、书写线条是否有羽化现象)进行检测,解决了水溶性低碳醇与色浆、增稠剂的合理匹配,制备出具有良好保湿性能、书写性能和粘度形成的墨水。

针对中性墨水对圆珠笔头润滑性的问题,本文采用划线长度实验表征方法,考察了不同润滑剂对笔头润滑性能的影响,选择出对笔头润滑性较好的润滑剂,同时对添加该润滑剂的中性墨水稳定性进行检测,制备出具有较好润滑性能的中性墨水。

中性墨水服务于中性笔,基于国内并无中性墨水相关标准出台,本章参照国际标准化组织发布的中性墨水圆珠笔及笔芯标准对自制中性墨水和日本米库尼中性墨水进行主要物理性能和主要书写性能测试,通过对两种中性墨水物理性能和书写性能的对比实验,作者认为自制中性墨水的主要物理性能和主要书写性能已接近或达到进口中性墨水。