【摘 要】
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我国虽是制笔大国,但并非制笔强国。由于缺乏中性墨水制备关键技术,国产中性笔相关产品徘徊于中低端市场,极大地限制我国中性墨水高质量发展。基于此,本课题提出通过均质强化有机颜料在墨水中的分散稳定性,解决颜料絮凝问题;通过复配润滑剂,构建中性墨水润滑体系,为高端中性墨水的研制提供理论支持。本文从均质机理、工艺优化、润滑机理三个方面对均质改性黄原胶中性墨水体系进行研究。首先,考察了均质对黄原胶中性墨水的粒
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我国虽是制笔大国,但并非制笔强国。由于缺乏中性墨水制备关键技术,国产中性笔相关产品徘徊于中低端市场,极大地限制我国中性墨水高质量发展。基于此,本课题提出通过均质强化有机颜料在墨水中的分散稳定性,解决颜料絮凝问题;通过复配润滑剂,构建中性墨水润滑体系,为高端中性墨水的研制提供理论支持。本文从均质机理、工艺优化、润滑机理三个方面对均质改性黄原胶中性墨水体系进行研究。首先,考察了均质对黄原胶中性墨水的粒径分布、离心稳定性及热稳定性的影响;通过SEM观察墨水微观分散状态,并结合FTIR分析均质对黄原胶与炭黑颗粒间的作用机制;其次,通过对墨水黏度、流变性能及触变值等调变,确定最优均质工艺;通过体系墨水热储存性、离心稳定性及书写情况,明确黄原胶最佳添加量;最后,考察了五种常见乳化剂种类对该体系稳定性与润滑性能的影响,构筑了黄原胶中性墨水润滑体系。论文的主要研究结果如下:(1)经均质改性的黄原胶中性墨水,其比吸光度和热稳定性改善明显,比吸光度普遍大于80%(最高达89.4%);羟酸成键的O-H键在均质后发生了41 cm-1的红移现象,表明黄原胶分子间与分子内的氢键作用力加强;表明黄原胶分子与炭黑颗粒通过大量氢键发生作用,且炭黑颗粒表面稠合芳环与黄原胶分子链上苯环结构通过π-π堆积相互作用而相互吸引。(2)当黄原胶添加量为0.15%时,墨水粒径为最低(82 nm),比吸光度达97.6%,热储存时长大于30 d;当均质压力为50 MPa时,墨水的表面张力最低,为32.2 m N/m,百米均出墨量为142 mg,划线长度为450 m,存在轻微挂壁情况;当均质次数为7次时,墨水的流变性能最佳,在低、中、高剪切速率下的黏度分别为1160.9 m Pa·s、230.3 m Pa·s、50.4 m Pa·s,触变值为5.04,线条质量较好,表张相对较低,摩擦系数达0.210 N。(3)有机硅类和硬脂酸甘油酯类润滑剂影响墨水的流变性能,降低体系触变值;石蜡类润滑剂导致墨水有晶体析出;单一使用油溶性磷酸酯类润滑剂时,墨水的划线长度达800 m以上,出墨均匀度降低20%以上;油酸类与油溶性磷酸酯类复配润滑时,其表面张力与黏度表现出类似中和的效果,有更低的摩擦系数,更高的书写长度;当油酸类添加量为0.3%、油溶性磷酸酯类添加量为0.9%时,墨水的摩擦系数最低,为0.177 N,书写长度达1140 m,间歇书写时长达90 d,笔芯无挂壁情况。通过探究均质对黄原胶体系中性墨水性能的影响,对墨水配方和工艺进行优化设计,构建均质黄原胶体系中性墨水润滑体系,所制备的墨水可世界一流品牌墨水相媲美。本研究为黄原胶的物理改性及应用提供思路,为黄原胶的分散悬浮性能研究提供方向,为高质量中性墨水的开发及润滑体系的构建提供数据参考,为均质机在墨水中进一步应用提供理论依据。
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