一种可粉笔书写的高温油墨及其制备方法

技术领域

本发明属于油墨领域，更具体地说，涉及一种可粉笔书写的高温油墨及其制备方法。

背景技术

油墨是一种可通过丝网、滚筒等多种方式印刷在多种不同承印物上的材料，市场上按照承印物的不同又分为金属油墨、玻璃油墨、塑料油墨、陶瓷油墨等。其中，玻璃油墨广泛应用于建筑装饰、汽车、显示面板等行业。按照加工温度不同，油墨又分为高中低三种类型，其中，高温油墨是指固化温度在430～850℃范围内，经过高温烧结后，油墨与玻璃、金属、陶瓷等牢固熔结在一起，形成一层坚硬、耐热、耐候、耐化学品的涂层。

针对市面上现有黑板的特性，黑板是一种可以使用粉笔进行反复书写的平面，板面质地坚硬，多应用于教育行业。黑板的基材多使用木材、镀锌板、玻璃，在基材上通过不同的工艺、涂层使其具备粉笔、水笔等的可书写性。这里所指的不同工艺包含化学蚀刻、热压合、物理研磨、喷涂、丝印等，涂层有油墨、油漆、陶瓷、玻璃等。一直以来，研发出同时兼具硬度、防眩光、4B以上附着力、可书写性能的产品，是一个行业难题。而AG防眩玻璃虽然看似解决了上述问题，但不环保且成本极高，不具备大范围推广的价值。

因此，亟需开发一种兼具硬度、防眩、附着力、可书写性能的同时，还具备环保、低成本、宜应用等优点的油墨，从而扩大其适用范围和使用效果。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有油墨不兼具硬度、防眩光、4B以上附着力、可书写性能的问题，本发明提供一种可粉笔书写的高温油墨及其制备方法。本发明的油墨制备方法与普通油墨相比改变较小，制备工艺成熟、成本可控，兼具硬度、防眩、附着力、可书写性能的同时，还具备环保、低成本、宜应用的特性，扩大了油墨的适用范围和使用效果。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种可粉笔书写的高温油墨，以质量百分含量计，包含调墨油10％～15％，玻璃基釉35％～55％，着色剂15％～25％，填料5％～30％，其中所述玻璃基釉包含低熔点无铅玻璃粉，所述着色剂与低熔点无铅玻璃粉之间的质量比为1:1～1:3.5，并且所述低熔点无铅玻璃粉的粒径小于所述着色剂的粒径。

优选地，所述着色剂为500～1500目的无机颜料，所述低熔点无铅玻璃粉的粒径为500～2500目。

优选地，所述填料包含氧化铝、氧化锌、改性沉淀硫酸钡。

优选地，所述填料的粒径为2.5～20μm。

优选地，所述调墨油包含水溶性树脂、高沸点有机溶剂、乙基纤维素；所述玻璃基釉包含氧化硼、抗酸性氧化钛、抗碱性氧化锆、低熔点无铅玻璃粉。

优选地，所述油墨的粒径为800目以上。

优选地，当印制在玻璃或镀锌板表面上进行固化后，所述油墨在玻璃或镀锌板表面上具有粗糙度1.0±0.3。

优选地，通过在环境温度25±5℃下，利用180～350目丝网或滚涂的方式，将所述油墨印制在玻璃或镀锌板表面上，经过150℃～200℃预固化5～10min，再在600℃～750℃下固化2.5～10min，所述油墨在玻璃或镀锌板表面上具有粗糙度1.0±0.3。

优选地，所述着色剂为黑色类无机颜料或白色类无机颜料；所述黑色类无机颜料为钴黑、铜铬黑、或铁铬黑，所述白色类无机颜料为氧化钙、二氧化钛、氧化锆、或高岭土。

本发明的一种可粉笔书写的高温油墨的制备方法，包括以下步骤：

S10、称取一定量的水溶性树脂和乙基纤维素加入玻璃烧杯中，在35℃～30℃下搅拌0.5～3h进行搅拌混合均匀，待水溶性树脂与乙基纤维素全部溶解后进行冷却过滤，使用高沸点有机溶剂混合调黏，制备得到调墨油；

S20、对填料进行干燥，而后加入步骤S10中制备的调墨油中混合均匀，得到调墨油与填料的混合物；

S30、将玻璃基釉加入坩埚中，加热至400℃～720℃，直至坩埚中的玻璃基釉呈熔融状态，倒入水中冷却后凝固成块；

S40、将步骤S20得到的混合物、步骤S30的玻璃基釉与着色剂混合，经分散、研磨后，得到所述可粉笔书写的高温油墨。

优选地，在步骤S20的填料与步骤S10的调墨油进行混合之前，所述填料的湿度控制在5％以内。

优选地，步骤S20中，对所述填料进行真空干燥，干燥温度为60℃～30℃，干燥时间为1～3h。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种可粉笔书写的高温油墨，在不改变传统工艺承印方式的同时，实现了高硬度、防眩光、高附着力、可书写性、环保、成本低、宜应用的特点，可应用于黑板等需要书写粉笔、水笔的基材上，不仅扩大了油墨的适用范围和使用效果，而且具备大范围推广的价值；

(2)本发明的一种可粉笔书写的高温油墨，可以达到一次成型的目的，既为产品带来着色效果，同时又在玻璃上形成了凹凸不平的表面，带来可书写粉笔字的理想粗糙表面结构；同时，与传统的高粗糙度涂料相比较而言，本发明的高温油墨采用高温烧结的方式，在进行玻璃钢化的同时即可以完成涂料与玻璃的结合，形成坚硬、牢固且不可脱落的表面，克服现有涂层易脱落、耐候性差的缺陷；

(3)本发明的一种可粉笔书写的高温油墨的制备方法，与普通油墨相比改变较小，制备工艺成熟、成本可控。

附图说明

图1a-b分别为采用本发明的实施例1中的油墨进行处理后的表面效果图1a)和粗糙度图谱1b)；

图2a-b分别为采用本发明的实施例2中的油墨进行处理后的表面效果图2a)和粗糙度图谱2b)；

图3a-b分别为采用本发明的实施例3中的油墨进行处理后的表面效果图3a)和粗糙度图谱3b)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

本发明的一种可粉笔书写的高温油墨，以质量百分含量计，包含调墨油10％～15％，玻璃基釉35％～55％，着色剂15％～25％，填料5％～30％；所述调墨油包含水溶性树脂、高沸点有机溶剂(例如，乙酸辛酯、乙二醇等，沸点大于180℃的有机溶剂)、乙基纤维素，所述玻璃基釉包含氧化硼、抗酸性氧化钛、抗碱性氧化锆、低熔点无铅玻璃粉，所述着色剂为黑色类无机颜料或白色类无机颜料，黑色类无机颜料可以是为钴黑、铜铬黑、或铁铬黑，白色类无机颜料可以是氧化钙、二氧化钛、氧化锆、或高岭土，并且所述填料包含氧化铝、氧化锌、改性沉淀硫酸钡，填料的粒径为2.5～20μm。

需要说明的是，在本发明的高温油墨中，所述着色剂与低熔点无铅玻璃粉之间的质量比为1:1～1:3.5，并且所述低熔点无铅玻璃粉的粒径小于着色剂的粒径。通常，着色剂为500～1500目的无机颜料，低熔点无铅玻璃粉的粒径为500～2500目，对玻璃粉和着色剂之间的质量比和粒径大小进行严格控制，能够使经高温固化后的油墨在玻璃表面形成粗糙度1.0±0.3，光泽度10±5，以便满足粉笔的可书写性能，达到可书写、防眩光的目的。

本发明进一步提供了上述可粉笔书写的高温油墨的制备方法，包括以下具体步骤：

S10、按照调墨油的各物料配比，准确称取一定量的水溶性树脂和乙基纤维素加入玻璃烧杯中，在35℃～30℃下搅拌0.5～3h进行搅拌混合均匀，待水溶性树脂与乙基纤维素全部溶解后进行冷却过滤，使用高沸点有机溶剂混合调黏，得到调墨油；

S20、对粒径为2.5～20μm的填料进行真空干燥，干燥温度为60℃～30℃，干燥时间为1～3h，真空度为33.3～38.6KPa(700～740mmHg)；而后将干燥后的填料加入步骤S10中的调墨油中混合均匀，得到调墨油与填料的混合物；

需要注意的是，在将干燥后的填料加入调墨油进行混合之前，必须确保填料的湿度控制在5％以内，以便填料能够与其他组分充分融合，达到更好的流平性能以及更均匀的粗糙度分布。

S30、将玻璃基釉原料加入坩埚中，加热至400℃～720℃，直至坩埚中的玻璃基釉原料呈熔融状态，倒入水中冷却后凝固成块；

S40、将步骤S20得到的混合物、步骤S30的玻璃基釉与着色剂混合，经分散、研磨到粒径为800目以上，得到所述可粉笔书写的高温油墨，其中需要将步骤S30的成块玻璃基釉研磨成玻璃粉末状再与着色剂进行混合。

通过在环境温度25±5℃下，利用180～350目丝网或滚涂的方式，可以将本发明的上述可粉笔书写的高温油墨印制在玻璃或镀锌板表面，使用150℃～200℃预固化5～10min，再在钢化炉600℃～750℃下固化2.5～10min，本发明的高温油墨可以在玻璃或镀锌板表面形成均匀的防眩光涂层，并且具有良好的书写效果。

实施例1

本实施例的一种可粉笔书写的高温油墨，以质量百分含量计，包含调墨油15％，玻璃基釉50％，着色剂25％，填料10％，其中调墨油包含水溶性树脂、高沸点有机溶剂、乙基纤维素；玻璃基釉包含氧化硼、抗酸性氧化钛、抗碱性氧化锆、低熔点无铅玻璃粉；着色剂为黑色类无机颜料；填料为氧化铝、氧化锌、改性沉淀硫酸钡。

本实施例的制备上述可粉笔书写的高温油墨的方法，包括以下步骤：

S10、配制调墨油：按照以上各物料配比进行准确称量，加入玻璃烧杯内进行搅拌混合均匀，在50℃下搅拌2h，待水溶性树脂与乙基纤维素全部溶解后进行冷却过滤，使用高沸点有机溶剂混合调黏，得到调墨油；

S20、对粒径为10μm填料先进行真空干燥，干燥温度为70℃、真空度33.3～38.6KPa(700～740mmHg)，烘干1h，填料的湿度为5％；而后将干燥的填料加入步骤S10中的调墨油中混合均匀，得到调墨油与填料的混合物；

S30、将玻璃基釉的氧化硼、抗酸性氧化钛、抗碱性氧化锆、低熔点无铅玻璃粉等原料加入坩埚中，加热至710℃，直至坩埚内原料呈熔融状态，倒入水中冷却后凝固成块；

S40、将步骤S20得到的混合物、步骤S30的玻璃基釉与着色剂混合，经分散、研磨到粒径为800目以上，得到可粉笔书写的高温油墨。

利用本实施例制备得到的可粉笔书写的高温油墨进行丝网印刷，得到的印刷效果如图1a)和图1b)所示。由图1a-b可以看出，本实施例的高温油墨可以在玻璃表面形成均匀的防眩光涂层。

实施例2

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实施例的一种可粉笔书写的高温油墨，以质量百分含量计，包含调墨油15％，玻璃基釉55％，着色剂20％，填料10％，其中调墨油包含水溶性树脂、高沸点有机溶剂、乙基纤维素；玻璃基釉包含氧化硼、抗酸性氧化钛、抗碱性氧化锆、低熔点无铅玻璃粉；着色剂为黑色类无机颜料；填料为氧化铝、氧化锌、改性沉淀硫酸钡。

本实施例的制备上述可粉笔书写的高温油墨的方法，包括以下步骤：

S10、配制调墨油：按照以上各物料配比进行准确称量，加入玻璃烧杯内进行搅拌混合均匀，在50℃下搅拌2h，待水溶性树脂与乙基纤维素全部溶解后进行冷却过滤，使用高沸点有机溶剂混合调黏，得到调墨油；

S20、对粒径为20μm填料先进行真空干燥，干燥温度为30℃、真空度33.3～38.6KPa(700～740mmHg)，烘干1h，填料的湿度为3％；而后将干燥的填料加入步骤S10中的调墨油中混合均匀，得到调墨油与填料的混合物；

S30、将玻璃基釉的氧化硼、抗酸性氧化钛、抗碱性氧化锆、低熔点无铅玻璃粉等原料加入坩埚中，加热至710℃，直至坩埚内原料呈熔融状态，倒入水中冷却后凝固成块；

S40、将步骤S20得到的混合物、步骤S30的玻璃基釉与着色剂混合，经分散、研磨到粒径为800目以上，得到可粉笔书写的高温油墨。

本实施例制备得到的高温油墨的印刷效果如图2a)和图2b)所示。通过采用本实施例的高温油墨进行丝网印刷制得的成品，具有良好的书写效果，表面反光程度进一步降低。同时，利用本实施例制备得到的可粉笔书写的高温油墨进行丝网印刷，其处理效果基本同实施例1。

实施例3

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实施例的一种可粉笔书写的高温油墨，以质量百分含量计，包含调墨油15％，玻璃基釉55％，着色剂20％，填料10％，其中调墨油包含水溶性树脂、高沸点有机溶剂、乙基纤维素；玻璃基釉包含氧化硼、抗酸性氧化钛、抗碱性氧化锆、低熔点无铅玻璃粉；着色剂为黑色类无机颜料；填料为氧化铝、氧化锌、改性沉淀硫酸钡。

本实施例的制备上述可粉笔书写的高温油墨的方法，包括以下步骤：

S10、配制调墨油：按照以上各物料配比进行准确称量，加入玻璃烧杯内进行搅拌混合均匀，在50℃下搅拌2h，待水溶性树脂与乙基纤维素全部溶解后进行冷却过滤，使用高沸点有机溶剂混合调黏，得到调墨油；

S20、对粒径为10μm填料先进行真空干燥，干燥温度为30℃、真空度33.3～38.6KPa(700～740mmHg)，烘干1h，填料的湿度为3％；而后将干燥的填料加入步骤S10中的调墨油中混合均匀，得到调墨油与填料的混合物；

S30、将玻璃基釉的氧化硼、抗酸性氧化钛、抗碱性氧化锆、低熔点无铅玻璃粉等原料加入坩埚中，加热至710℃，直至坩埚内原料呈熔融状态，倒入水中冷却后凝固成块；

S40、将步骤S20得到的混合物、步骤S30的玻璃基釉与着色剂混合，经分散、研磨到粒径为800目以上，得到可粉笔书写的高温油墨。

本实施例制备得到的高温油墨的印刷效果如图3a)和图3b)所示。通过采用本实施例的高温油墨进行丝网印刷制得的成品，具有良好的书写效果，表面反光程度极低。同时，利用本实施例制备得到的可粉笔书写的高温油墨进行丝网印刷，其处理效果基本同实施例1。

对比例1

本对比例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本对比例的一种可粉笔书写的高温油墨的制备方法，省略了步骤S20的填料单独处理和制备，将填料作为辅助试剂直接添加于玻璃基釉原料中，一同加入坩埚中进行熔融结块，且玻璃基釉的质量占比大于等于50％。

对比例2

本对比例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本对比例的一种可粉笔书写的高温油墨的制备方法，省略了步骤S20的填料单独处理和制备，将填料作为辅助试剂直接添加于玻璃基釉原料中，一同加入坩埚中进行熔融结块，且玻璃基釉的质量占比大于等于55％。

实施例4

本实施例主要考察实施例1-3和对比例1-2制备得到的油墨的性能。

在环境温度25±5℃下，将实施例1-3和对比例1-2制备得到的油墨利用180～350目丝网或滚涂的方式印制在玻璃或镀锌板表面，使用150℃～200℃温度预固化5～10min，再在钢化炉600℃～750℃下固化2.5～10min。然后取样品测试性能，结果如下表1所示：

表1实施例1-3和对比例1-2制备得到的油墨的性能

其中，附着力项下：百格测试是使用标准规格的百格刀，将涂层做格阵图形切割并穿透，划格完成的图形按六级分类，评定涂层从底材分离的抗性。主要适用于有机涂料划格法附着力的测定。5B代表切口的边缘完全光滑，格子边缘没有任何剥落。

硬度项下：采用莫氏硬度，是用刻痕法将棱锥形金刚钻针刻划所测试矿物的表面，并测量划痕的深度，该划痕的深度就是莫氏硬度，以符号HM表示。

光泽度项下：用数字表示的物体表面接近镜面的程度。光泽度的评价可采用多种方法(或仪器)。它主要取决于光源照明和观察的角度，仪器测量通常采用20°、45°、60°或85°角度照明和检出信号。不同行业往往采用不同角度测量的仪器。如使用Ingersoll光泽计所测得的是对比光泽度(contrast gloss)，主要用于白纸或接近于白纸光泽度的测定，高光泽纸(超过75％光泽度)和色泽光泽度的测定宜采用镜面光泽度测定法。本次测试采用玻璃行业通用测量角度60°。

粗糙度项下：Ra是表面粗糙度的一种计量单位，属于一维形貌参数，是用来反映表面微观不平度高度特性，数值愈大，则表面越粗糙，则粉笔颗粒的可附着程度越高，书写效果在0.8～1.6之间达到最佳值。

从上述结果中可以看出，实施例1-3的方法制备得到的油墨，具有较好的书写、防眩光性能。而对比例1的油墨，因为将填料的比例缩小，且未经干燥，高温固化后油墨的粗糙度较低，反光程度较高，不符合要求；对比例2的油墨，虽然适当提高了玻璃基釉的添加比例，但因填料未经过干燥测试效果仍不能满足要求。

在实施例1-3中，实施例2的方法由于优选了填料添加的比例，获得了最佳的制备工艺参数以及最佳的油墨材料，最终得到的油墨具有最佳的各项性能。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，所用数据也只是本发明的实施方式之一，实际的数据组合并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出于该技术方案相似的实施方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。