我國是中性圓珠筆生產大國,其產量近年來一直位居世界第一,然而用于制造中性圓珠筆的核心材料—中性墨水(Gel ink)至今仍主要依賴進口。這一局面直接制約了我國制筆行業的可持續性發展,因此中性墨水的國產化勢在必行。

本論文首先對中性墨水的定義、特點和所涉及的技術背景進行了綜述,指出中性墨水技術研發所面臨的主要技術難題可以歸結為三個個方面,即顏料在水性體系中穩定分散、中性墨水的粘度形成和中性墨水的潤滑性能。

由于中性墨水體系復雜,對顏料的分散穩定性有較高的要求,特別是色素炭黑,由于其結構的特殊性,是顏料中最難分散的品種之一,因此選擇合適的分散劑是實現對顏料穩定分散的基礎。作者選用陰離子分散劑、非離子分散劑、潤濕分散劑、超分散劑分別對顏料進行分散實驗,采用離心分離-分光光度法、高溫老化-微觀檢測法檢測制備的色漿分散穩定性,篩選出使用兩種陰離子分散劑分別與非離子分散劑復配制備的色漿和潤濕分散劑制備的色漿可以滿足中性墨水穩定性要求,同時初步探討了離心分離-吸光光度法測定的色漿α值與高溫老化-微觀檢測法檢測的色漿中炭黑粒子分散狀態變化的關系。

中性墨水粘度的形成,關系其裝配與書寫性能。作者詳細考查了三種不同觸變機理的增稠劑對中性墨水粘度形成的影響,包括增稠劑對中性墨水的表觀粘度、觸變指數和色漿穩定性的影響,在此基礎上篩選出適合某一色漿的增稠劑,實現中性墨水粘度形成和穩定性的兼容,并對這一機理進行了初步探討。

中性筆要求長時間放置筆頭不干燥,因此需要在墨水中添加保濕劑,提供墨水的保濕性能,在中性墨水中,一般添加水溶性低碳醇作為保濕劑,作者在自制色漿中加入二甘醇,考察了水溶性低碳醇對中性墨水粘度形成和保濕性能的影響,同時對墨水的穩定性和書寫性能(書寫墨跡是否容易干燥、書寫線條是否有羽化現象)進行檢測,解決了水溶性低碳醇與色漿、增稠劑的合理匹配,制備出具有良好保濕性能、書寫性能和粘度形成的墨水。

針對中性墨水對圓珠筆頭潤滑性的問題,本文采用劃線長度實驗表征方法,考察了不同潤滑劑對筆頭潤滑性能的影響,選擇出對筆頭潤滑性較好的潤滑劑,同時對添加該潤滑劑的中性墨水穩定性進行檢測,制備出具有較好潤滑性能的中性墨水。

中性墨水服務于中性筆,基于國內并無中性墨水相關標準出臺,本章參照國際標準化組織發布的中性墨水圓珠筆及筆芯標準對自制中性墨水和日本米庫尼中性墨水進行主要物理性能和主要書寫性能測試,通過對兩種中性墨水物理性能和書寫性能的對比實驗,作者認為自制中性墨水的主要物理性能和主要書寫性能已接近或達到進口中性墨水。