第7章墨水中的流變特性及流變調(diào)節(jié)劑

1、第7章 墨水中的流變特性及流變調(diào)節(jié)劑7.1墨水的流變特性墨水的特性由其指標(biāo)參數(shù)來(lái)控制，它們包括pH值、粘度、表面張力、觸變性、耐受溫度、抗干性等。其中粘度、觸變性等指標(biāo)參數(shù)都屬于流變特性，因此調(diào)節(jié)流變特性對(duì)控制墨水的性能起著至關(guān)重要的意義1。流變學(xué)是研究在外力的作用下，物體流動(dòng)和形變的科學(xué)。描述液體的流動(dòng)性質(zhì)早已有流體力學(xué)，描述固體的形變?cè)缫延袕椥粤W(xué)，其基本定律早在300多年前就分別由牛頓和虎克所描述。但在自然界，有許多物質(zhì)既非牛頓流體，又非虎克固體，它們?cè)谕饬Φ淖饔孟峦尸F(xiàn)出復(fù)雜的形變和流動(dòng)特性，如中性墨水和油墨就是如此。7.1.1粘度(Viscosity)的概念液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，

2、由于液體分子間的內(nèi)聚力而產(chǎn)生一種阻礙液體分子之間進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦力，液體的這種產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為液體的粘性。由于液體具有粘性，當(dāng)流體發(fā)生剪切變形時(shí)，流體內(nèi)就產(chǎn)生阻滯變形的內(nèi)摩擦力，由此可見(jiàn)，粘性表征了流體抵抗剪切變形的能力。處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)的流體中不存在剪切變形，因而也不存在變形的抵抗。只有當(dāng)運(yùn)動(dòng)流體流層間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體對(duì)剪切變形的抵抗，也就是粘性才表現(xiàn)出來(lái)。粘性所起的作用為阻滯流體內(nèi)部的相互滑動(dòng)，在任何情況下它都只能延緩滑動(dòng)的過(guò)程而不能消除這種滑動(dòng)。粘性的大小可用粘度來(lái)衡量，與物質(zhì)種類(lèi)、溫度、濃度等因素有關(guān)。粘度是墨水化學(xué)中的主要指標(biāo)，是影響墨水使用效果的重要物理性質(zhì)。粘度分為

3、動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、相對(duì)粘度，三者有區(qū)別，不能混淆。一般所謂的粘性是動(dòng)力粘度的簡(jiǎn)稱。若在兩平行平板間盛以某種液體，當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)，由于液體與固體壁面的附著力及流體本身的粘性使流體內(nèi)各處的速度大小不等。設(shè)上平板以速度向右勻速運(yùn)動(dòng)，下平板固定不動(dòng)，緊貼于上平板上的流體粘附于上平板上，其速度與上平板相同；緊貼于下平板上的流體粘附于下平板，其速度為零；中間流體的速度按線性分布，我們把這種流動(dòng)看成是許多無(wú)限薄的流體層在運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)較快的流體層在運(yùn)動(dòng)較慢的流體層上滑過(guò)時(shí)，兩層間由于粘性就產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的作用。圖7.1兩平面間的粘性流動(dòng)如圖 ，用長(zhǎng)短不等的帶有箭頭且相互平行的線段表示各層液體的流動(dòng)速度，流體的這

4、種形變稱為切變。液體流動(dòng)時(shí)有速度梯度d/dy存在，運(yùn)動(dòng)較慢的液層阻滯較快層的運(yùn)動(dòng)，因此產(chǎn)生了流動(dòng)阻力。為了維持穩(wěn)定的流動(dòng)，保持速度梯度不變，則要對(duì)上平板施加恒定的力，此力稱為切力。根據(jù)實(shí)際測(cè)定的數(shù)據(jù)所知，流體層間的內(nèi)摩擦力F與板的接觸面積A及流體層的相對(duì)流速d成正比，而與此二流體層間的距離dy成反比。即： F=Ad/dy式中為衡量流體粘性的比例系數(shù)，稱為絕對(duì)粘度或動(dòng)力粘度，它直接表示流體的粘性即內(nèi)摩擦力的大小，可理解為當(dāng)液體以1cm/s的速度流動(dòng)時(shí)，在每1cm2平面上所需剪應(yīng)力的大??；d/dy表示流體層間速度差異的程度，稱為速度梯度。若以=F/A表示單位面積上的切力，D表示速度梯度d/dy，則

5、有： =F/A=d/dy=  D     上式是液體內(nèi)摩擦定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。當(dāng)速度梯度變化時(shí)，為不變常數(shù)的流體稱為牛頓流體，為變數(shù)的流體稱為非牛頓流體。牛頓流體的特點(diǎn)是粘度 只與溫度有關(guān)，在定溫下有定值，不應(yīng)或D值的變化而變化。鑒于粘度的重要性，人們給它一個(gè)專用的單位P（泊），它是剪切應(yīng)力以N/m為單位，剪切速率以s-1為單位時(shí)求得的粘度單位。動(dòng)力粘度的國(guó)際(SI)計(jì)量單位為“牛頓·秒/米2”，符號(hào)為“ N·s/m2”；或?yàn)榕?#183;秒，符號(hào)為 Pa·s； 運(yùn)動(dòng)粘度是絕對(duì)

6、粘度與密度的比值：=/。運(yùn)動(dòng)粘度沒(méi)有什么明確的物理意義，它不能像一樣直接表示流體的粘性大小，但對(duì)值相近的流體，可用來(lái)大致比較它們的粘性。由于在理論分析和計(jì)算中常常碰到絕對(duì)粘度與密度的比值，為方便起見(jiàn)才采用運(yùn)動(dòng)粘度這個(gè)單位來(lái)代替/。它之所以被稱為運(yùn)動(dòng)粘度，是因?yàn)樵谒牧烤V中只有運(yùn)動(dòng)學(xué)的要素長(zhǎng)度和時(shí)間因次的緣故。運(yùn)動(dòng)粘度的單位是“厘米2/秒”，也稱為斯托克斯（St）。有時(shí)使用厘斯（cSt）為單位，它們之間的換算關(guān)系是：1斯托克斯 =100厘斯機(jī)械油的牌號(hào)上所標(biāo)明的號(hào)數(shù)就是以厘斯為單位的，表示在溫度為50時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的平均值。例如10號(hào)機(jī)械油指明該油在50時(shí)其運(yùn)動(dòng)粘度的平均值是10cSt。蒸餾水在20

7、.2時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度恰好等于1cSt。7.1.2 粘度的單位目前，在有關(guān)文獻(xiàn)中墨水的粘度單位比較混亂，如厘泊（符號(hào)為cp）、帕·秒（符號(hào)為 Pa·s）、毫帕·秒(mPa·s)、泊（p）、牛頓·秒/米2（符號(hào)為N·s/m2）、達(dá)因·秒/厘米2（符號(hào)為dyn·s/cm2）、克/厘米·秒（符號(hào)為g/cm2·s）等等，給使用和比較上帶來(lái)許多麻煩。鑒于粘度的重要性，我們?cè)诖藢?duì)粘度單位進(jìn)行詳細(xì)的介紹。絕對(duì)粘度即動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱粘度。在公式F=Ad/dy中，若力F的單位用牛頓，面積A的單位用平方米，速度的單位用米/

8、秒，則可以得出粘度的國(guó)際(SI)計(jì)量單位為“牛頓·秒/米2”，符號(hào)為“ N·s/m2”，也可表示為“kg/m·s”由于壓力的單位是“牛頓/米2”，符號(hào)為“ N/m2”，并給以專用名稱帕斯卡（簡(jiǎn)稱帕，符號(hào)Pa）。因此粘度的單位又可表示為“帕·秒”，符號(hào)為 Pa·s，它是國(guó)際(SI)單位制的導(dǎo)出單位，即：1 N·s/m2=1 kg/m·s=1 Pa·s鑒于粘度的重要性，在國(guó)際(SI)單位制以外，人們給它一個(gè)專用的單位泊（讀po，符號(hào)為p）：1泊（p）=1克/厘米·秒（g/cm2·s）=1達(dá)因

9、3;秒/厘米2 （dyn·s/cm2） 它們之間的換算關(guān)系為：1泊（p）=100厘泊（cp）=1000毫泊（mp）=0.1帕·秒（Pa·s）目前在墨水的粘度單位中，最常用的是Pa·s和cp，不難推出：1帕·秒（Pa·s）=1000厘泊（cp）1毫帕·秒（mPa·s）=1厘泊（cp）7.1.3一些物質(zhì)的粘度在墨水化學(xué)中，目前經(jīng)常使用的粘度單位是厘泊（cp）。一些常用物質(zhì)的粘度數(shù)據(jù)如表7.1所示：表7.1 常用物質(zhì)的粘度（單位：cp）物質(zhì)0102050100水1.005乙醇1.781.461.190.7010.326乙

10、二醇56.9919.91.99甘油1210039501499松節(jié)油1.7831.4870.926蓖麻子油2400987129正丁醇5.193.872.951.410.54異丙醇4.603.262.37為了調(diào)節(jié)粘度或者提高墨水的保濕性能，甘油是經(jīng)常使用的添加劑。不同濃度時(shí)甘油水溶液的絕對(duì)粘度如表7.2（單位：cp）：表7.2 不同濃度甘油水溶液的絕對(duì)粘度甘油（重量%）2025300.001.0050.8930.80010.001.3111.1531.02420.001.7691.5421.36030.002.5012.1571.87640.003.7503.1812.73150.006.0505

11、.0414.24760.0010.968.8237.31270.0022.9417.9614.3280.0062.0045.8634.9290.00234.6163.6115.3100.001499945624中性墨水的粘度，一般推薦的范圍是10004000cp之間。有人認(rèn)為，黑色墨水在10003000cp之間，藍(lán)色墨水在10001600cp之間，紅色墨水在10001800cp之間。表觀上要求可調(diào)范圍寬，在冬夏季溫度變化時(shí)，能夠適時(shí)調(diào)整。中性墨水的粘度對(duì)中性筆的出水性能、穩(wěn)定性能及配合其它參數(shù)產(chǎn)生重要作用。在噴墨印墨中，粘度與表面張力一起影響墨滴的形成。粘度高，會(huì)使斷裂的尾巴拖長(zhǎng)呈拉絲狀；粘度

12、太小則微滴易破碎。受粘度影響的還有液滴的噴射速度，若粘度太高，會(huì)使噴射速度降低，甚至墨滴不能擊中被印基質(zhì)的相同點(diǎn)之上。與傳統(tǒng)印花色漿相比，用于噴墨印花的印墨應(yīng)具有非常低的粘度。7.1.4流體的四種流型流體有四種流型，即牛頓型、脹型、假塑型和塑性流動(dòng)型。圖7.2表示出了四種常見(jiàn)類(lèi)型的流體的剪切應(yīng)力與剪切速率d/dy之間的關(guān)系曲線（a線為牛頓型流體）。圖7.2 流體的四種流型：a-牛頓型、b-塑性型、c-假塑性型、d-脹性型牛頓流體（Newtonian fluid）是指在很小的外力作用下能流動(dòng)的流體。作用在流體上的力越大，則其流動(dòng)速度也越大，并成正比例關(guān)系。其粘度并不因剪切速率變化而變化，既即非時(shí)

13、間相關(guān)，也非剪切相關(guān)。牛頓流體是理想流體，在任一給定的溫度下，在很寬的剪切速率范圍內(nèi)，其粘度保持恒定。接近這種理想狀態(tài)的液體如墨水工業(yè)的許多原料，諸于水、溶劑、礦物油一般都屬于牛頓型液體。而中性墨水、油墨等不屬于牛頓型液體。與牛頓型流體不同， 非牛頓型流體的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系d/dy曲線是多種多樣的。根據(jù)剪應(yīng)力與剪切速率關(guān)系的不同，可將非牛頓型流體區(qū)分為若干類(lèi)型，如塑性流體、假塑性流體、脹塑性流體等。塑性流體（plastic fluid）是指在施加剪切力時(shí)，在剪切應(yīng)力與剪切速率d/dy之間的關(guān)系曲線不超過(guò)某一極小值以前不發(fā)生流動(dòng)（可能變形），此剪切力的極小值是該流體發(fā)生流動(dòng)所必須超越

14、的障礙；當(dāng)剪切力超過(guò)這一極小值后流體才開(kāi)始流動(dòng)。塑性流體具有屈服值及觸變性的特性，由不流動(dòng)到流動(dòng)所需的剪切力的最小值稱為屈服值，此時(shí)所加的剪切應(yīng)力稱為屈服應(yīng)力。假塑性流體pseudoplastic flluid是指在外力作用下，其粘度會(huì)因剪切速率的增大而減小的流體，即所謂剪切變稀，其流變行為非時(shí)間相關(guān)但是剪切相關(guān)。大多數(shù)非牛頓型流體屬于此種類(lèi)型，其中包括高分子溶液或熔融體、涂料、油漆、油脂、淀粉溶液等。脹性流體（dilatant fluid）是指在外力作用下，其粘度會(huì)因剪切速率的增大而上升的流體，但在靜置時(shí)，能逐漸恢復(fù)原來(lái)流動(dòng)較好的狀態(tài)。這類(lèi)流體在流動(dòng)時(shí)，表觀粘度隨剪切速率的增大而增大。某些濕

15、沙，含有硅酸鉀、阿拉伯樹(shù)膠等的水溶液均屬于脹塑性流體。7.1.5流體的觸變性上述幾種體系都有一個(gè)共同特點(diǎn)，即其流變曲線都可用=(D )的函數(shù)關(guān)系來(lái)描述，其中不含有時(shí)間因素，即與流體發(fā)生的切變時(shí)間無(wú)關(guān)。但某些流體的粘度不僅與切變速度大小有關(guān)，而且與體系遭受的切變時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，它們是時(shí)間依賴性流體。此種流體又分為兩類(lèi)，即觸變性體系和震凝體系，這兩種體系都是非牛頓流體，但切變與時(shí)間有關(guān)。觸變性(thixotropy，thixotropic)是指流體由于受力運(yùn)動(dòng)(例如攪拌)而引起粘度變化但靜置能復(fù)原的性質(zhì)。簡(jiǎn)單來(lái)講，觸變性就是受到剪切時(shí)，稠度變小，停止剪切時(shí)，稠度又增加的性質(zhì)。如中性墨水在靜

16、置時(shí)呈膠狀，而受到觸動(dòng)時(shí)粘度發(fā)生變化的一種性質(zhì)，又稱搖變性。施加剪切應(yīng)力時(shí)發(fā)生塑性流動(dòng)（或假塑性流動(dòng)），除去剪切應(yīng)力后，體系的粘度有恢復(fù)原狀的物質(zhì)稱之為觸變性物質(zhì)。觸變性的一個(gè)重要標(biāo)志是物體保持靜止后有重新稠化的可逆過(guò)程，加入特定的流變添加劑可以精細(xì)地調(diào)節(jié)配方的流動(dòng)性。震凝型流體與觸變型相反，該流體能在剪切作用下變稠。剪切取消后，也要滯后一段時(shí)間才恢復(fù)變稀。絕大多數(shù)時(shí)間依賴性流體是觸變型流體，塑性流動(dòng)和流體觸變性都與體系的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，當(dāng)攪動(dòng)或搖動(dòng)時(shí)，體系的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)暫時(shí)發(fā)生破壞，靜止后有恢復(fù)原狀，這種特征被認(rèn)為是“凝膠溶膠凝膠”之間轉(zhuǎn)換的等溫可逆過(guò)程。粘度與觸變性是兩個(gè)不同的物理概念，可以這

17、樣來(lái)理解，觸變性是墨水粘度發(fā)生變化的表征。墨水在一定的恒溫下，假設(shè)其中的溶劑沒(méi)有很快揮發(fā)，這時(shí)墨水的粘度是不會(huì)改變的，粘度與時(shí)間沒(méi)有關(guān)系，粘度不是一個(gè)變量，而是一個(gè)常數(shù)。當(dāng)中性墨水被外力作用（攪拌）之下，粘度即發(fā)生變化，隨著作用力的延續(xù)，粘度會(huì)繼續(xù)變小，但不會(huì)無(wú)限制的下降，到了一定的極限而停止。而當(dāng)外力作用消失之后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的靜置，墨水又能自動(dòng)逐漸恢復(fù)到初始的狀態(tài)。我們將這種在外力作用下，中性墨水粘度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，但當(dāng)外力消失之后，又能恢復(fù)到原來(lái)粘度的可逆物理特性稱之為觸變性。觸變性是一個(gè)在外力作用下，與時(shí)間有關(guān)的變量。在外力作用下，作用力持續(xù)時(shí)間越短，粘度下降得明顯的，我們就稱這

18、種物質(zhì)觸變性大；相反，如果粘度下降不明顯，就稱觸變性小。7.1.6墨水的流變特性墨水的流變學(xué)研究的是在應(yīng)用階段墨水流動(dòng)和形變的行為2 ，它是影響墨水品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。墨水的粘度影響筆的出水性能、穩(wěn)定性，并且配合其它參數(shù)產(chǎn)生協(xié)同作用；墨水的觸變性是指筆頭圓珠的轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力作用下，墨水粘度暫時(shí)降低，發(fā)生塑性流動(dòng)（或假塑性流動(dòng)），從而使墨水可以流過(guò)筆尖，而書(shū)寫(xiě)到紙面上后體系粘度又恢復(fù)原狀，即體系在“凝膠溶膠凝膠”之間轉(zhuǎn)換的等溫可逆過(guò)程。中性墨水既要有一定的粘度和稠度，又要具備較好的觸變性和較強(qiáng)的假縮性。在中性筆中,墨水被填充到儲(chǔ)墨管中,直接將墨水供給到筆尖，使用時(shí)要書(shū)寫(xiě)流暢而不滯筆，不用時(shí)

19、墨水要處于高粘滯狀態(tài),不會(huì)出現(xiàn)冒水或起筆和頓筆有吐墨的現(xiàn)象3。墨水的粘度和觸變性對(duì)墨水的研制具有重要意義，選擇適宜的調(diào)節(jié)劑，并十分細(xì)心的調(diào)配是非常關(guān)鍵的制造工藝。國(guó)內(nèi)對(duì)中性筆墨水的研究已經(jīng)有多年了，從實(shí)際情況來(lái)看，現(xiàn)在還存在著書(shū)寫(xiě)流利性，貯存穩(wěn)定性等關(guān)鍵問(wèn)題。中性筆墨水基本上是選用顏料作為色素的，有時(shí)還添加適當(dāng)?shù)娜玖稀ｎ伭舷纫庸こ蔀樯珴{才能使用，而使用的色漿應(yīng)該是一個(gè)穩(wěn)定的分散體系，這一體系基本上是由分散好的顏料粒子，外包裹的分散劑和分散介質(zhì)一水構(gòu)成的。流變調(diào)節(jié)劑溶解于水中，和其他溶劑、助劑等形成一個(gè)自己的體系，當(dāng)這一體系和色漿體系相混溶時(shí)就存在一個(gè)與色漿體系相互兼容的問(wèn)題，正是這一問(wèn)題的存

20、在，導(dǎo)致中性筆墨水穩(wěn)定性問(wèn)題的存在。一些調(diào)節(jié)劑自身帶有特定的電荷，這就要求在一定的環(huán)境中使用，若遇到帶有相反電荷的組分，可能會(huì)產(chǎn)生凝聚，進(jìn)而影響整個(gè)體系的穩(wěn)定性。調(diào)節(jié)劑的溶解程度也有影響，若溶解不完全，增粘效果不明顯，同時(shí)其本身容易成為體系中一個(gè)凝聚的核心，給體系帶來(lái)不穩(wěn)定因素；若溶解完全了，它就成為一根根舒展開(kāi)來(lái)的長(zhǎng)鏈，相互糾結(jié)在一起以增強(qiáng)粘度，但也容易在顏料粒子間形成搭橋效應(yīng)，粒子間形成一個(gè)相互牽引的外力，會(huì)導(dǎo)致顏料粒子間相互凝聚，從而造成體系的不穩(wěn)定。7.1.7觸變的機(jī)理和控制觸變性到底是怎么一回事呢？為何流體在外力的作用下，粘度會(huì)變小，而外力消失，靜置一定時(shí)間后，又能恢復(fù)原來(lái)的粘度？決

21、定流體是否具備觸變性的必要條件，首先是帶有粘性的樹(shù)脂，其次是填充有一定體積比例的填料及色料粒子。樹(shù)脂、填料、色料、助劑等經(jīng)過(guò)研磨加工之后，非常均勻的混合在一起，它們是一種混合物。在未接受外來(lái)熱能或紫外線光能作用的狀態(tài)下，它們以一種不規(guī)則的離子團(tuán)存在。在常態(tài)下，它們由于互相吸引而有序的排列，表現(xiàn)出高粘度的狀態(tài)，但并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。而一旦受到外來(lái)的機(jī)械作用力，打亂了原來(lái)有序的排列，切斷了互相的吸引鏈，成為無(wú)序的混亂狀態(tài)，表現(xiàn)出粘度變低。這就是我們平時(shí)所看到的流體由稠變稀的現(xiàn)象。流體中固體的含量多少，固體的形狀大小，都將決定著流體的觸變性能。當(dāng)然，對(duì)于本來(lái)粘度就非常低的液體，就談不上什么觸變性了。但

22、為了使它變成具有觸變性的流體，在技術(shù)上可以采取添加一種助劑，從而使體系的粘度發(fā)生變化提升，使其具有觸變性。此助劑稱之為觸變劑（thixotropic agent），所以流體的觸變性是可控的。在實(shí)際應(yīng)用中，并非觸變性越大越好，也不是越小越好，而是適可而止。在中性墨水的后續(xù)開(kāi)發(fā)中，我們需要探索墨水機(jī)理，試驗(yàn)水油相乳型結(jié)構(gòu)，其關(guān)鍵技術(shù)在于顏料研磨的精細(xì)加工，并采用三級(jí)膜過(guò)濾，最為關(guān)鍵的是輔配工藝。首先采用高速剪切分散機(jī)均勻地分散漿料，再進(jìn)行超聲乳化的相乳漫合，使墨水粘度形成和表面張力的控制及觸變性的體現(xiàn)一起顯象，完成研發(fā)中性墨水。另外，提高和改進(jìn)普通中性墨水的結(jié)構(gòu)，提高工藝加工的方法，進(jìn)一步改進(jìn)顏料

23、研磨細(xì)度和分散性能，使中性墨水拉開(kāi)檔次，服務(wù)于不同用戶。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的納米中性墨水，是采用進(jìn)口高級(jí)色基顏料，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的制備標(biāo)準(zhǔn)，使用特殊的吸附分散劑、潤(rùn)滑劑，使中性墨水的稠度和粘度具有優(yōu)異的觸變性和較強(qiáng)的假縮性，以保證中性墨水筆頭書(shū)寫(xiě)流暢而不滯筆，具有耐水、耐紫外光、書(shū)寫(xiě)資料永久保存等優(yōu)點(diǎn)，連續(xù)書(shū)寫(xiě)長(zhǎng)度可達(dá)400米以上，達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。7.2常用的流變調(diào)節(jié)劑選擇合適的流變調(diào)節(jié)劑是墨水配方的重要一步。不管是用于提高墨水的粘稠度，還是使墨水具有假塑性或觸變性，都會(huì)用到流變調(diào)節(jié)劑。用于調(diào)節(jié)墨水的流變行為的物質(zhì)很多，以天然的膠質(zhì)物和有機(jī)合成物為常用。天然膠質(zhì)物有淀粉、糊精、動(dòng)植物膠類(lèi)；有機(jī)合成

24、物有合成樹(shù)脂類(lèi)、聚丙烯酸類(lèi)。它們都有較好的假縮性和拉絲性能，可用于研制各種性能要求的墨水。但選配是有難度的，有的熱穩(wěn)定性差，有的凍融穩(wěn)定性不佳，有的在粒子表面使顆粒膨脹產(chǎn)生凝聚。所以說(shuō)調(diào)節(jié)劑的加入不僅要充分考慮發(fā)揮其本身的特性，而且還應(yīng)考慮不會(huì)對(duì)顏料的分散產(chǎn)生負(fù)面影響。多數(shù)情況是因調(diào)節(jié)劑選擇不當(dāng)，破壞墨水的整體性質(zhì)而前功盡棄。有人采用的是高分子共聚物堿活化的調(diào)節(jié)劑，由于該類(lèi)調(diào)節(jié)劑分子支鏈與顏料粒子相互纏結(jié)，發(fā)生交聯(lián)而產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使體系具有結(jié)構(gòu)粘度，同時(shí)該調(diào)節(jié)劑具有較強(qiáng)的觸變性，也有一定的增稠效果，確保了墨水達(dá)到粘度的相關(guān)指標(biāo)4。下面介紹幾種常見(jiàn)的調(diào)節(jié)劑和新型的調(diào)節(jié)劑。7.2.1天然樹(shù)脂天然樹(shù)

25、脂是指植物正常生長(zhǎng)中分泌出的脂狀物質(zhì)，由多種成分混合而成，其中有樹(shù)脂酸、樹(shù)脂醇、樹(shù)脂烴以及它們的聚合物。松脂是最重要的天然樹(shù)脂，由松屬樹(shù)木分泌所得。松香樹(shù)脂主要用于高級(jí)油墨、膠粘劑、路標(biāo)油漆等制造業(yè)。目前世界上對(duì)粘膠劑和高檔油墨用松香樹(shù)脂的需求量以每年5%的速度增長(zhǎng)。我國(guó)松香樹(shù)脂品種不多，質(zhì)量也有一定差距，深加工產(chǎn)品需從國(guó)外進(jìn)口。7.2.2合成樹(shù)脂合成樹(shù)脂一般為粘稠液體或加熱可軟化的固體，受熱時(shí)通常有熔融或軟化的溫度范圍，在外力作用下可呈塑性流動(dòng)狀態(tài)，其某些性能與天然樹(shù)脂相似。水溶性合成樹(shù)脂可以用水溶性丙烯酸樹(shù)脂、水溶性苯乙烯樹(shù)脂、水溶性苯乙烯-丙烯酸樹(shù)脂、水溶性苯乙烯-馬來(lái)酸樹(shù)脂、水溶性聚氨

26、酯樹(shù)脂、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮等。 碳素墨水中常用聚乙烯醇、甲基硅油；圓珠筆墨水中使用醇酸樹(shù)脂、聚異戊二烯等；簽字筆墨水中使用聚乙烯醇、甲基纖維素、乙基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮等；白板筆墨水和水性液粉筆5中常用氯乙烯-醋酸乙烯共聚物、羧甲基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛；硝基纖維素屬于有機(jī)半合成水溶性聚合物，易溶于許多種有機(jī)溶劑，是溶劑型墨水中非常合適的樹(shù)脂。用在水相墨水中的最理想的聚合物是基于丙烯酸化學(xué)的，其中既有均聚物也有共聚物，具有多樣化的丙烯酸單體可供選用，它們常常含有游離的羧基官能團(tuán)。聚丙烯酸樹(shù)脂有助于精確調(diào)節(jié)墨水和產(chǎn)生的膜的性質(zhì)。聚丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂主要是以丙烯酸酯為主共聚而成的，據(jù)發(fā)現(xiàn)含有單個(gè)

27、單體的同聚丙烯酸樹(shù)脂不具有墨水膜所要求的所有性質(zhì)，但是多種丙烯酸脂單體的共聚物具有良好的性質(zhì)6?，F(xiàn)有的水性丙烯酸樹(shù)脂的基料是丙烯酸共聚體的水分散體，這種樹(shù)脂呈長(zhǎng)鏈的三維網(wǎng)狀形態(tài)，封閉在一個(gè)小型球體中（一般球徑小于0.5m），就好象膠囊一樣分散在水溶液中，可以用化學(xué)的方法設(shè)計(jì)符合各種需要的丙烯酸樹(shù)脂鏈段。    水性丙烯酸漆成膜過(guò)程中有兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)自動(dòng)發(fā)生，一是作為乳化劑部分的水性丙烯酸樹(shù)脂的銨鹽自行分解，釋放出羧基和氨氣進(jìn)入大氣，從而使樹(shù)脂的水溶性喪失。二是游離出的羧基與交聯(lián)劑發(fā)生反應(yīng)，使羧基的親水性進(jìn)一步降低，同時(shí)使相對(duì)分子質(zhì)量在1萬(wàn)左右的堿可溶性樹(shù)脂

28、分子發(fā)生交聯(lián)，相對(duì)分子質(zhì)量急劇增大，由熱塑型向熱固型轉(zhuǎn)變，致使體系的親水性顯著降低，從而確保了具有優(yōu)異的耐水性能。成膜過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)可表述如下：Resin-COONH4 Resin-COOH+NH32Resin-COOH+Zn(NH3)4(OH)2 (Resin-COO)2Zn(NH3)4+2H2O(Resin-COO)2Zn(NH3)4 2Resin-COO- + Zn(NH3)42+Zn(NH3)42+ Zn2+4NH32Resin-COO- + Zn2+ (Resin-COO- )2 Zn 水性丙烯酸樹(shù)脂流變性好，對(duì)顏料的潤(rùn)濕性好，可制備成為防腐蝕涂料底漆、中涂漆和面漆，組成同類(lèi)型配套體

29、系。但是，由于有氨氣逸出，氣味較大，不宜在墨水中使用。7.2.3天然雜多糖應(yīng)用于中性墨水中的天然雜多糖主要有黃原膠、韋蘭膠、瓜爾膠、楊森膠、刺槐豆膠等，它們是葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、甘露糖等的聚合物，其中黃原膠和威林膠是優(yōu)選的流變調(diào)節(jié)劑。黃原膠 (Xanthan Gum)又稱漢生膠，是是以玉米淀粉為主要原料，由甘藍(lán)黑腐病黃單胞桿菌(Xanthomonas Campestris)經(jīng)通氣發(fā)酵產(chǎn)生的一種用途廣泛的水溶性雜多糖。它是一種類(lèi)白色或淺米黃色粉末，是目前國(guó)際上集增稠、懸浮、乳化、穩(wěn)定于一體，性能最優(yōu)越的生物膠。黃原膠無(wú)味、無(wú)毒、食用安全、易溶于水，在水溶液中呈多聚陰離子，具有獨(dú)特的理化性質(zhì)，

30、具體表現(xiàn)為：無(wú)味、無(wú)臭、使用安全性強(qiáng)。低濃度時(shí)溶液具有高粘性：與其它多糖溶液相比，即使是低濃度也會(huì)產(chǎn)生很高的粘度，1%的水溶液粘度相當(dāng)于明膠的100倍，從而可作為高效的增稠劑和穩(wěn)定劑。獨(dú)特的流變性、假塑性：表現(xiàn)為粘度和剪切速率成反比，黃原膠溶液在靜態(tài)或低剪切作用下具有高粘度，在高剪切作用下表現(xiàn)為粘度下降，但分子結(jié)構(gòu)不變。當(dāng)剪切作用消失后粘度恢復(fù)正常，從而可作為良好的流變調(diào)節(jié)劑，使之在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。耐溫：在較大溫度范圍內(nèi)(18-120)，其性能基本保持不變。 良好的熱穩(wěn)定性：在一定的溫度范圍內(nèi)反復(fù)受熱、冷凍，粘度基本不變。酸堿穩(wěn)定性：其溶液粘度基本不受pH的影響，在pH為69的范圍內(nèi)粘

31、度無(wú)變化，pH為 111時(shí)有輕微變化?？寡趸?、酶解：黃原膠穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)使其具有極強(qiáng)的抗氧化和抗酶解能力。具有廣泛的兼溶性和協(xié)效性：與酸、堿、鹽、防腐劑、天然的或合成的增稠劑在同一溶液體系中有良好的兼溶性。與瓜爾豆膠、刺槐豆膠等多糖膠可產(chǎn)生協(xié)合作用，混合后粘度顯著增加。 抗鹽：在較高鹽濃度條件下，甚至在飽和鹽溶液中仍保持其溶解性，而不發(fā)生沉淀和絮凝；其粘度幾乎不受影響，是穩(wěn)定的增稠體系。與高濃度鹽類(lèi)、糖類(lèi)共存時(shí)， 懸浮性：對(duì)不溶性固體顆粒和油滴具有良好的懸浮作用。具有微波穩(wěn)定性。由于以上優(yōu)良特性使黃原膠廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品、造紙、紡織、陶瓷、消防滅火劑、日用化工、石油開(kāi)采等20多個(gè)行

32、業(yè)數(shù)百種產(chǎn)品。 一般商品黃原膠外觀為類(lèi)白色自由流動(dòng)粉末 ，其主要指標(biāo)為：粘度 1300-1600cp、PH 6.0-8.0 、水分 13% 、灰份 13%、粒度 100%通過(guò)60目 、95%通過(guò)80目 。韋蘭膠（Welan Gum）也稱威林膠、文萊膠，它的主要成分是從產(chǎn)堿菌屬培養(yǎng)液提取的多聚糖。黃原膠和韋蘭膠都是微生物源的水溶性多聚糖，在水溶液中由于它們分子間的相互排斥而形成穩(wěn)定的膠體，作為耐鹽、耐酸增稠劑、高效懸浮乳化劑、高粘填充劑等多功能添加劑，曾被廣泛應(yīng)用于食品及飲料加工行業(yè)，可明顯提高食

33、品及飲料的保水、保形能力和凍融穩(wěn)定性，改善口感，延長(zhǎng)食品保質(zhì)期，大大降低加工過(guò)程中輸送、罐裝和殺菌難度，從而降低生產(chǎn)成本。其主要的性能同黃原膠。在水性墨水中使用黃原膠和韋蘭膠，過(guò)去曾作為專利而不公開(kāi)。在日本特公昭64-8673號(hào)中，作為水性墨水的高粘度化，公開(kāi)了黃原膠的使用；在特開(kāi)平4-214782號(hào)中，公開(kāi)了韋蘭膠的使用7。一般它們?cè)谀M成中的用量為0.10.5%，用量太小時(shí)，有色物質(zhì)的分散穩(wěn)定性未改進(jìn)，用量太大時(shí)粘度增加，壓延性降低。7.2.4有機(jī)酸改性異多糖在高粘度水性墨水的研制中，日本百樂(lè)墨水股份有限公司的近藤正廣等所采用的配方中使用了有機(jī)酸改性異多糖體，如琥珀聚糖和PEG聚糖，研究

34、發(fā)現(xiàn)該琥珀聚糖和PEG聚糖對(duì)墨水的流變調(diào)節(jié)、著色劑的分散都有較好的作用。琥珀聚糖的設(shè)計(jì)方案為：由葡萄糖、半乳糖、丙酮酸或其鹽、琥珀酸或其鹽和乙酸按照（58）（12）（0.52）（0.52）（0.51）的摩爾比共聚而成的，其平均分子量約為100萬(wàn)800萬(wàn)。它是這樣一種形態(tài)，即以含有上述摩爾比的葡萄糖和半乳糖構(gòu)成的側(cè)鏈的異多糖體為骨架，在側(cè)鏈末端的單糖的4位和6位的碳原子上，丙酮酸進(jìn)行鍵合，乙酸及琥珀酸的一個(gè)羧基和單糖的自由羥基進(jìn)行酯化，丙酮酸和琥珀酸的自由的羧基也可以是鈉、鉀或鈣鹽的形式。這些琥珀聚糖，在墨水組成中可以在0.018%，最好在0.14%的質(zhì)量百分比范圍內(nèi)使用。 “PEG聚糖”是由由

35、聚乙二醇、甲醛、乙酸、葡萄糖、水按照（520）（110）（0.11.2）（1040）（120）的質(zhì)量比縮聚而成的，其平均分子量約為100萬(wàn)800萬(wàn)。7.2.5 聚丙烯酸及其鹽用在水相墨水中的最理想的聚合物是基于丙烯酸化學(xué)的，其中既有均聚物也有共聚物，具有多樣化的丙烯酸單體可供選用，它們常常含有游離的羧基官能團(tuán)。聚丙烯酸樹(shù)脂有助于精確調(diào)節(jié)墨水和產(chǎn)生的膜的性質(zhì)。聚丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂主要是以丙烯酸酯為主共聚而成的，據(jù)發(fā)現(xiàn)含有單個(gè)單體的同聚丙烯酸樹(shù)脂不具有墨水膜所要求的所有性質(zhì)，但是多種丙烯酸脂單體的共聚物具有良好的性質(zhì)。為了解決溫度變化對(duì)墨水流變特性的影響，日本櫻花彩色產(chǎn)品株式會(huì)社的井上繁康等發(fā)現(xiàn)8，通過(guò)

36、交聯(lián)聚丙烯酸鹽和黃原膠（或韋蘭膠）的協(xié)同作用，可以取得良好的效果。其方法是使用至少一種交聯(lián)聚丙烯酸鹽與含有有色物質(zhì)的基礎(chǔ)水性圓珠筆墨水組合物混合，所用交聯(lián)聚丙烯酸鹽的平均分子量約200萬(wàn)600萬(wàn)，用量為0.050.5%。用量太小時(shí)，在升溫時(shí)水性圓珠筆墨水穩(wěn)定性不高；用量太大時(shí)，由于水性圓珠筆墨水粘度增加，破壞了圓珠筆的可書(shū)寫(xiě)性。交聯(lián)聚丙烯酸鹽可以單獨(dú)使用，也可以以其混合物使用。交聯(lián)聚丙烯酸鹽是具有由支鏈聚丙烯酸鹽的羧酸鹽基以外部分相互交聯(lián)形成的凈結(jié)構(gòu)的聚合物。聚合物本身易分散于但不溶于水中，當(dāng)聚合物中的羧基未電離時(shí)，顏料表面的雙電層不能形成，以致保護(hù)膠體的形成歸于失??；而預(yù)先加入酸值當(dāng)量的堿金

37、屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽、堿金屬碳酸氫鹽、胺、鏈烷醇胺等堿性物質(zhì)到交聯(lián)聚丙烯酸中制備的聚合物的鹽，由于聚合物的離子化羧基吸附于有色物質(zhì)表面，導(dǎo)致保護(hù)膠體的形成。交聯(lián)聚丙烯酸鹽用于水溶液中，可以通過(guò)溶解游離的交聯(lián)聚丙烯酸固體，或通過(guò)加入所述的堿性物質(zhì)到聚合物的分散體中制備。形成的離子化后高分子量丙烯酸作為流變改性劑，可使墨水配方具有假塑性。通常為液態(tài)，干基濃度2530%，易溶，pH值可變，具有良好的低剪切粘度、膠體結(jié)構(gòu)，并且耐沉積、耐稀釋粘度下降，耐微生物，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。堿溶性丙烯酸乳液(ASE)類(lèi)增稠是通過(guò)與水的氫鍵合作用形成三維結(jié)構(gòu)而增稠， ASE 流變改進(jìn)劑多數(shù)是（甲基）丙烯酸的均聚物和（甲

38、基）丙烯酸，（甲基）丙烯酸酯和馬來(lái)酸的共聚物，ASE流變改進(jìn)劑結(jié)構(gòu)為：如果使用交聯(lián)聚丙烯酸鹽和黃原膠（或韋蘭膠）的協(xié)同作用，能夠消除溫度變化對(duì)墨水流變特性的影響。7.2.6 纖維素類(lèi)流變改進(jìn)劑纖維素衍生物是一大類(lèi)添加劑，通常為粉狀（或片狀），少數(shù)為漿狀（纖維素酯不溶解時(shí)形成的懸浮液）。盡管受到合成流變改進(jìn)劑的競(jìng)爭(zhēng)，纖維素衍生物仍然是流變調(diào)節(jié)劑的主力。主要類(lèi)別為：純纖維素（干基純度大約95-98%，未使用聚合物添加劑改性）、改性纖維素（聚合物改性，以便引入新的功能）、締合纖維素（引入疏水基團(tuán)）、表面處理纖維素（添加乙二醛以延長(zhǎng)水解時(shí)間）、混合纖維素產(chǎn)品 。締合型纖維素，疏水改性衍生物，包括包括(

39、HM-EHEC和HMHEC)，疏水基團(tuán)附著在水溶性骨架上。HM-CD系列產(chǎn)品分子量更高，其增稠機(jī)理為同時(shí)具有長(zhǎng)鏈纏繞和疏水締合。非締合纖維素產(chǎn)品(純纖維素)生產(chǎn)和銷(xiāo)售的多為粉末，顆粒細(xì)微，或標(biāo)準(zhǔn)大小，少數(shù)為片狀，有些經(jīng)過(guò)了表面處理，自從上個(gè)世紀(jì)50年代以來(lái)，它是最早進(jìn)入涂料市場(chǎng)的流變改進(jìn)劑。 所有的纖維素酯產(chǎn)品都是基于纖維素原料的，這種天然聚合物是環(huán)境中來(lái)源最為廣泛的，例如木漿、或者化學(xué)脫脂棉。脫脂棉的分子量最高，天然的纖維素不溶于水，必須通過(guò)改性才能成為水溶性的。所有纖維素產(chǎn)品都有取代度指標(biāo)，指每個(gè)脫水葡萄糖單元上被取代的羥基數(shù)量，理論值最高為3，取代度低，水溶性好。纖維素還有聚合度（和溶液

40、的粘度直接相關(guān)）、取代集團(tuán)、取代均勻性等等多個(gè)指標(biāo)?？傮w來(lái)說(shuō)，纖維素產(chǎn)品按照不同標(biāo)準(zhǔn)，可以分成不同大類(lèi)。離子型：如CMC；非離子型，比如所有剩余產(chǎn)品，HEC, EHEC, MC(MHEC，MHPC)還有HPC?？扇苡诶渌驘崴? 如CMC, HEC；只能溶于冷水，比如 MC系列，HEC等；可以溶于水和一些溶劑，如HPC。一般纖維素產(chǎn)品溶于水，溶液澄清或略有煙霧狀，有一定粘度（和品種、濃度有關(guān)），為假塑性。溫度越高，粘度越低（MC是例外，受熱形成凝膠）。纖維素產(chǎn)品主要功能不僅是增稠，這是是最廣為人知的功能，以至于這一類(lèi)產(chǎn)品常常被稱為“增稠劑 ”。這有一點(diǎn)誤導(dǎo)，因?yàn)檫@類(lèi)產(chǎn)品功能還有乳化、分散、穩(wěn)定

41、、懸浮、鏈接、流變改進(jìn)、保護(hù)膠體、水分保持、粘結(jié)、成膜、表面活化等。其應(yīng)用領(lǐng)域還有涂料乳化、聚合物乳化懸浮、合成膩?zhàn)?、粘合、印刷油墨以及造紙涂裝等?？傊?，在墨水系統(tǒng)中，流變調(diào)節(jié)劑的選擇是很重要的。首先，要選擇流變調(diào)節(jié)劑的種類(lèi)，不同類(lèi)型的流變調(diào)節(jié)劑由于含有不同的官能團(tuán)，和墨水中的其他組分可能發(fā)生相互作用，使墨水發(fā)生分層或沉淀，影響墨水的性質(zhì)；其次，要控制流變調(diào)節(jié)劑的平均相對(duì)分子量；第三，要控制流變調(diào)節(jié)劑的用量，量太小時(shí)穩(wěn)定性能差，量太大時(shí)粘度增加，破壞了筆的可書(shū)寫(xiě)性；第四，還要注意毒性和腐蝕性，使用后可降解、無(wú)污染是現(xiàn)代社會(huì)對(duì)墨水的基本要求，因此墨水的配方中也已盡量減少有毒和腐蝕性成分。7.3

42、PVP在墨水類(lèi)產(chǎn)品中的應(yīng)用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）是N-乙烯吡咯烷酮（NVP）聚合而成的一種非離子型水溶性高分子化合物，分子量從數(shù)千到百萬(wàn)以上，有均聚物、共聚物和交聯(lián)聚合物等系列產(chǎn)品。均聚物PVP 的分子式為(C9H9NO)n， 商品PVP通常為白色或淺黃色自由流動(dòng)粉末或水溶液，具有特征氣味，PVP屬于水溶性聚合物，易吸濕結(jié)塊，易溶于水和乙醇等極性有機(jī)溶劑，微溶于丙酮、乙醚。均聚物和共聚物均具有良好的成膜性、粘結(jié)性、增溶性、生理相容性和絡(luò)合性，主要用于醫(yī)藥、化妝品、紡織洗滌工業(yè)、涂料油墨、粘結(jié)劑等領(lǐng)域。交聯(lián)PVP稱為聚乙烯聚吡咯烷酮（PVPP），是白色或淺黃色具吸濕性、易流動(dòng)粉狀物，無(wú)臭或微臭

43、。不溶于水、酸、堿及常用有機(jī)溶劑，具吸附性和溶漲性，能與多酚，羧酸及其它低分子量化合物質(zhì)絡(luò)合，可用于藥物崩解劑、添充劑和啤酒飲料的穩(wěn)定劑、澄清劑。在墨水系列中一般使用的是均聚物和共聚物，而不使用交聯(lián)聚合物。7.3.1分散、增溶作用PVP在墨水中不僅具有表面活性和分散、增溶作用，而且還有粘結(jié)作用、成膜作用、吸水性和保濕性，此外作為增稠劑和保護(hù)膠體，用來(lái)調(diào)節(jié)墨水的流變行為。在PVP的分子中，在分子主鏈上存在非極性的亞甲基，使其具有親油性；每一個(gè)鏈節(jié)中都含有極性較大的內(nèi)酰胺基，并且酰胺基兩端所處的環(huán)境不同，氧原子是裸露的，可以和水、醇中的氫形成氫鍵，表現(xiàn)出親水性，而氮原子的一端則包裹在甲基和亞甲基之

44、中。正是這種結(jié)構(gòu)，使得PVP表現(xiàn)出一定的表面活性，。PVP在降低表面或界面張力方面的能力比小分子表面活性劑的小，滲透能力也較弱，但其對(duì)固體表面的吸附作用和親水性能所形成的立體屏蔽能力，使PVP對(duì)固體粒子具有優(yōu)良的分散穩(wěn)定性。PVP與許多化合物的氫鍵絡(luò)合能力，使其具有較好的凝聚作用或增溶作用。PVP對(duì)無(wú)機(jī)顏料、有機(jī)顏料具有良好的分散穩(wěn)定效果，用于墨水體系可以得到均一的分散體系，避免產(chǎn)生沉淀。而且PVP具有不揮發(fā)性，其作用和功能持久，尤其是在印刷墨水中，既具有出墨的流暢性，又有打印設(shè)備長(zhǎng)期停運(yùn)后也不會(huì)堵塞噴嘴，具有流暢的重復(fù)噴射書(shū)寫(xiě)性能。依分子量和粘度PVP有多種規(guī)格，如 K15（平均分子量100

45、00），K25、K30（平均分子量2500040000），K60（平均分子量160000），K90（平均分子量360000）等。隨著K值的增大，平均分子量增大，粘度增加。在墨水系列中一般使用分子量較低的PVP-K12到PVP-K 30的產(chǎn)品9。PVP噴印墨水的使用周期較長(zhǎng)，需要耐光性和耐水性優(yōu)良的顏料作為著色成分，要求顏料粒子能均勻分散，而不凝結(jié)，如果在分散穩(wěn)定性和粘度等方面性能不好，就會(huì)影響噴印效果。另外，由于噴印設(shè)備長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致局部升溫，還要求墨水具有一定的溫度穩(wěn)定性。7.3.2 粘結(jié)作用墨水類(lèi)產(chǎn)品，包括印刷墨水，必須具有良好的穩(wěn)定性和粘附性，保證字跡牢固不褪色，墨水不沉淀堵筆，對(duì)于打印

46、機(jī)來(lái)講，在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)噴射后，不堵塞噴嘴，或者停止噴射后不硬化干燥。為了滿足這些要求，過(guò)去使用乙二醇、二乙二醇、甘油等多元醇作為墨水、油墨的保濕劑，在一定程度上能起到作用。但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行或長(zhǎng)時(shí)間停止后（一周左右），在噴嘴處仍有殘留物沉積，影響噴射方向或使字跡線條粗細(xì)不均勻，甚至堵塞噴嘴，難以達(dá)到滿意的效果。PVP具有良好的粘結(jié)性能，在墨水中作為粘結(jié)劑，可以使書(shū)寫(xiě)和印刷的字跡牢固地附著于紙張上，而不易脫落或褪色。在制作各類(lèi)證件的磁性油墨中，主要由磁性體粉末（如g-Fe2O3）、粘合劑、有機(jī)溶劑組成，作為粘合劑成分，在PVP可以增加條形碼的附著穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)磁性體粉末與粘合劑的比例，可以得到適合于不同用

47、途的磁性油墨。7.3.3成膜作用PVP的一個(gè)重要性質(zhì)它有成膜性，PVP的成膜性是指PVP溶于某些溶劑（如水，低碳醇）中時(shí)，可以涂布成膜。PVP薄膜本身是無(wú)色透明的，當(dāng)體系中含有色料時(shí)，顯示其顏色。PVP溶液可以任何型態(tài)成膜，薄膜具有很好的可塑性，且不受溶劑的影響。單純的PVP薄膜多表現(xiàn)為脆性，為了獲得一定的彈性，可以加入增塑劑來(lái)實(shí)現(xiàn)，如二乙二醇、甘油、聚乙二醇，體系中適當(dāng)?shù)暮恳蚕喈?dāng)于增塑劑。在制藥行業(yè)常作為固體藥片的薄膜包衣材料，在噴墨打印墨水中，PVP的成膜性使條形碼邊緣整齊牢固，不易損壞。PVP與聚乙二醇復(fù)合使用后效果更佳，PVP的用量一般為1%5%之間，聚乙二醇的用量一般為8%左右。

48、7.3.4 吸水和保濕作用PVP有較強(qiáng)的吸水和保水性，吸水性是體系吸收空氣中的水蒸汽的能力，體系吸水后質(zhì)量增加。PVP在空氣中的吸水率與空氣的相對(duì)濕度有關(guān)，隨著相對(duì)濕度的增大而顯著增大，熱化學(xué)研究表明，每一個(gè)鏈節(jié)大約可以締合0.5mol的水分子。作為使用PVP的過(guò)程中，應(yīng)密閉貯存在干燥的環(huán)境中。保水性也叫保濕性，是指保持體系內(nèi)的水分不散發(fā)到環(huán)境中去，體系質(zhì)量不發(fā)生下降。在實(shí)際應(yīng)用中，保水性比吸水性更為有用，對(duì)于中性墨水來(lái)講，如果保濕性不好，脫帽時(shí)間就會(huì)變短。PVP和許多極性溶劑有較強(qiáng)的相容性，即PVP和其它成分共存時(shí)，有利于其它成分使用性能的發(fā)揮。7.3.5 流變調(diào)節(jié)作用PVP具有很強(qiáng)的粘接能

49、力，極易被吸附在膠體粒子表面起到保護(hù)膠體的作用，可廣泛用于乳液、懸浮液的穩(wěn)定劑。PVP作為高分子化合物，又有廣泛的調(diào)節(jié)分散體或溶液流變特性的能力，廣泛用于簽字筆墨水1、噴印用墨水11及中性墨水體系12-15。圓珠筆墨水、油墨中加入PVP可以起到保護(hù)膠體、增稠、增粘的作用，使書(shū)寫(xiě)流利，不溢流、不褪色，還可以減少對(duì)球珠的磨損，延長(zhǎng)其使用壽命10。7.3.6 PVP在墨水中應(yīng)用實(shí)例日本專利9-59 55411給出了一些PVP在墨水、油墨中的應(yīng)用配方及制作方法，現(xiàn)舉兩例 ：例一：碳素墨水首先將表7.3的成分在油漆振蕩器中分散處理，得到碳黑分散液。表7.3碳黑分散液的成分成分碳黑NVP/丙烯酸共聚物（分

50、子量10000）水份數(shù)10.07.033.0然后在上述分散液中加入表7.4的組分：表7.4 其它組分成分甘油2-吡咯烷酮水份數(shù)2525150混合攪拌后離心分離除去粗大粒子，得到噴印用碳素墨水。例二：圓珠筆用油墨將表3中的組分混合后在球磨機(jī)中分散處理，離心分離除去粗大粒子，即得到圓珠筆用油墨。表7.5 圓珠筆用油墨的組成成分碳黑PVP-K 30二乙二醇2-吡咯烷酮水防腐劑份數(shù)8.08.0205.059.80.2例三：磁性油墨身份證和其它各類(lèi)證件是通過(guò)上面的條形碼來(lái)鑒別的，為了使證件不致出錯(cuò)，以至造成誤會(huì)或發(fā)生嚴(yán)重的錯(cuò)誤，條形碼必須制作精良，精確無(wú)誤，使用時(shí)間有時(shí)超過(guò)十年。為了滿足這些要求，證件的制作是通過(guò)一種特殊的磁性油墨實(shí)現(xiàn)的，這種油墨的主要成分為磁性體粉末、粘合劑及有機(jī)溶劑，作為粘合劑成分加入其中的PVP可增加條形碼的附著穩(wěn)定性，而且在作為條形碼基材的合成紙、人造膠片上形成均勻的條形碼皮膜，使條形碼邊緣整齊牢固，不易損壞。PVP與聚乙二醇的復(fù)合使用效果更佳。一種磁記錄用油墨的配方如表4：表7.6 磁性油墨的組成成分份數(shù)g-Fe