中性笔的危害研究

中性笔的危害研究山亭区实验小学五年级六班闫肖晗指导老师邹丽丽课题题目中性笔的危害研究一、研究对象青少年群体、市面上的中性笔中性笔书写介质的粘度介于水性和油性之间的圆珠笔称为中性笔；中性笔起源于日本，是目前国际上流行的一种新颖的书写工具。中性笔兼具自来水笔和圆珠笔的优点，书写手感舒适，油墨粘度较低，并增加容易润滑的物质，因而比普通油性圆珠笔更加顺滑，是油性圆珠笔的升级换代产品。二、研究的内容、目标与重点课题研究的目标：1．调查中性笔的类型及制作方法以及合格率为多少2．了解青少年群体如何看待中性笔及其是否了解中性笔3．了解中性笔是否真的污染环境意义：普及中性笔知识，让青少年群体了解中性笔，使其适量使用，尽量减少环境污染，并向有关当局提出中性笔的危害和个人意见，尽力让中性笔以环保、方便、安全的形象走入千家万户。三、研究的思路、过程与方法研究思路走进文具超市，各色琳琅满目的文具映入眼帘，其中，多样的中性笔更是占据首席，各种各样的多味中性笔销售量居学生文具畅销行列，大多数购买者为小学生，也有少许中学生购买，理由多为新颖有趣、外形奇特，有些中性笔甚至散发着浓烈的香气，还有的为枪支、刀片形状，看上去多种多样，深受广大青少年的喜爱。但是，关于中性笔也是众说纷纷，各种观点无奇不有。有支持学生使用中性笔的，有不支持的，更有甚者保持中立态度，那么究竟这些中性笔究竟对广大青少年有益，还是有害？随着时代的变更，中性笔应不应该普及学校？如何正确对待各色中性笔呢？中性笔会不会污染环境呢？怀着这些问题，我们展开了对市场上畅销的部分中性笔的调查研究。研究方法○1询问有关当局中性笔的类型及制作方法，以及对青少年的影响，并且了解大多数中性笔的合格率。○2采访青少年群体，询问其是否了解中性笔的利害以及是否认同中性笔普及，对中性笔的立场观念。○3以市场上畅销的部分中性笔为样本，进行实验，总结中性笔是否污染环境。四、研究分为三步进行1、采访有关当局问题一：请问您知道中性笔的常见类型吗？答：子弹头型仔细观察这种中性笔的笔头，我们会发现它们就象一颗子弹一样。在制造过程中，我们通过金属切削将一根原棒切削成一颗完整的笔头。子弹头型适合制造更粗的笔头，市面上较多的是0.5MM，最粗的可以可以达到1.2。针管型通常，我们将这种类型的笔头称为“全针管”。它与子弹头型笔头的关键区别就在于，它由非切削方式加工而成。在加工成笔头之前，它是一根完整的细管，通过精密仪器从3个方向在细管前端打3个凹点，形成球珠的碗座；而后面的细管则形成三角形的油槽。油墨经过油槽流出，再通过球珠的滚动带出油墨，完成书写过程。针管型适合制造较细的笔头，例如0.30、0.25等等。半针管半针管是介乎与子弹头和针管之间,外形更加美观。笔头尖端可以做到跟针管一样细,而笔头尾端跟子弹头的尾端是一样大的。半针管型可以制造相对较细的笔头，例如0.48，0.35等等问题二：请问您知道中性笔的制作过程吗？答：中性墨水笔虽同属圆珠笔类产品，其书写原理、笔头结构、加工工艺等与传统的油性圆珠笔大同小异，但因采用墨水性能差异，对笔头有特殊的要求。而中性墨水的研制开发难度较大，目前国际上有日本、美国、德国、韩国等国生产中性墨水，以日本的为最佳。中性墨水的研制开发关键是：墨水的配方；与配方匹配的加工工艺；墨水与笔头的匹配。首先，在配方的研制中，要使墨水有适当的粘度、表面张力、pH值，既确保笔流畅不泄漏，又确保墨水的耐光、耐水、耐热、耐寒、保湿性、渗透性，同时要解决墨水的稳定性，较长时间的保存而墨水不变质，不出现分层、沉淀，还要确保墨水的安全性，无毒，无腐蚀性。要求中性笔除了要兼顾油性圆珠笔和水性圆珠笔的优点，还要有以下的质量指标。（1）墨水的通用性要强，既能更广泛的配合笔头，达到较好的书写性能，以利更好地成为笔厂的配套产品。（2）要求墨水应具有相应的假缩性和粘度的戳变性，墨水的间歇性能要长，以达到更长的脱帽时间。（3）墨水要达到一定的颗粒细度，以低于球珠与球座的间隙量，并有较强的分散能力，以防堵塞笔头影n向书写。（4）墨水的稳定性要强，在一定的室温条件下能正常的，墨水均匀不分层。（5）有足够的书写长度，即一管墨水在划线机上能划出更长的线。中性墨水的研制机理及制造工艺中性墨水的性能和指标要求非常严格，其研制是一项条件复杂、技术性强、经验性强的综合辅配工艺，要在以下几方面进行突破。中性墨水所用的色基颜料粒度必须极细，要用接近于纳米级原料（如优质乙炔碳黑），所用色基染料、辅料必须能完全互溶，避免气泡、粒子凝聚体的形成，在选择原料时必须充分注意。在加工工艺中，重点解决研磨工艺，确保颗粒细度，不致堵塞而造成不出水。在加工中可以采用化工行业的高新技术含量高的设备，如：高剪切分散机、超音速粉碎机、超声波乳化设备等。根据胶体化学理论，胶体中的金属离子，特别是高价金属离子，具有较高的电位，吸引周围具相反电荷的离子，形成双电层，破坏胶体溶液的稳定性，正像污水处理中，常用高价金属离子作絮凝剂一样，可破坏胶体溶液的稳定性，高价离子、变价离子，如Al3+、Ca2+、Fe3+、Fe2+、Mn6+，Cr6+等对胶体溶液的稳定性有较强的破坏作用。墨水中金属离子引入的原因：作为制造墨水的原料，通常要经过严格选择，严格杜绝金属离子的引入，但由于种种原因，仍有一定量的金属离子被引入。其中有些金属离子是原料化合物的组成部分，不是处于游离态，而是处于化合态，这部分金属离子对胶体的稳定性影响很小。另一部分是游离的杂质金属离子，它们是制造原料时，加入的过量的金属离子，而且制成原料后，又没有洗干净而残留，如K1+，、Na1+，、Cr6+、Fe3+，、cu2+，、Ni2+，；还有原料中带人的杂质金属离子，以及水和试剂带入的金属离子。这些游离的金属离子可以破坏墨水的稳定性，使墨水产生分层、沉淀、变色。其中墨水中的染料、颜料是带入金属离子的主要来源。确定所选材料用于制造墨水的原材料要有稳定的性质和相对固定的厂家，确保墨水的研制和生产有稳定品质。否则，原料的差异，导致墨水性能不稳定，进而导致配方的调整。先配色浆，再制墨水首先将基色颜料配制成均匀、稳定、浓度较高的色浆，再加溶剂和其它辅剂配制成墨水，这样分步容易成功，也比较容易寻找失败的原因。墨水色基多数采用纯颜料的，也有与染料辅配的，或使用着色力好的染料。也有购买成品色浆的，但作为生产墨水的厂家，应该自己生产色浆。色浆的性质要为达到墨水的性质创造条件。色浆品质的好坏，可基本参照墨水的性能和指标，色浆的配制工艺与墨水的基本类似。分散剂的选择分散剂的选择是很重要的。一般说来，颜料在水中以悬浮体保持长时间的稳定状态是少有的，这是在液体中原始粒子多数络合成二次粒子聚积成块的缘故。实验证明，加人分散剂，能使固体粒子充分润湿，固体粒子就极易分散。分散剂是通过其润湿作用和渗透作用，渗透入原料粒子的间隙，在粒子的表面发生定向吸附，从而改变了固体粒子的表面性能，并使粒子表面带电，形成了双电层，阻止了粒子的聚集，而使颜料分散体系形成稳定。所以，在使用颜料作墨水色基时，最关键的是要加入一定量的分散剂来逐步研磨，打破颜料缔合的二次结构，如果没有分散剂的作用共磨，将一事无成。分散剂的选择，首要条件是能使颜料被分散介质润湿，使分散剂吸附在粒子表面，降低表面能。用于水系的分散剂多数是分子量为几千且表面性能小的活性剂，如聚丙烯酸盐类、马来酸钠和烯烃的共聚物、磺基琥珀酸类、聚氧乙烯（芳基）醚类等。粘度及调配墨水的粘度是影响墨水品质的关键问题。中性墨水所具粘度不是我们日常增稠的简单概念，中性墨水既有一定的稠度和粘度，又有一般墨水具有戳变性和较强的假缩性，一方面能够保护分散颜料颗粒具有独立的稳定结构，另一方面能够具有剪切应力、剪切速率，以保证笔芯中利用墨水的高粘度达到笔尖不渗漏的目的，而书写时，则利用其戳变性和假缩性使笔头的球珠转动来切带墨水时有较低的粘度，达到书写流畅而不滞笔的要求。墨水粘度过高会使储墨管中的墨水有书写不净的可能；而粘度太低又会出现冒水、起笔和顿笔有超墨现象。选择适宜的增稠剂，并十分细心的调配是非常关键的工艺。一般的增稠剂很多，以天然的胶质物和化学有机合成物为常用，如天然胶质物的淀粉、糊精、动植物胶类及合成树脂类、丙烯酸类型都有较好的假缩性和拉丝性能，很有利于研制有特殊性能要求的墨水。但选配是有难度的，有的对温度性能差，有的冻融稳定不佳，有的在粒子表面使颗粒膨胀产生软凝聚等。所以说增稠剂的加入要充分发挥自己的特性且还应对颜料分散不产生影响，这是很难达到的，多数情况是因增稠剂选择不当，破坏墨水的整体而前功尽弃。有人采用的是高分子共聚物碱活化的增稠剂，由于该增稠剂分子支键与颜料及树脂粒子相互缠结，发生交联而产生网络结构，使体系具有结构粘度，同时该增稠剂具有较强的触变性，也有一定的增稠效果，确保了墨水达到粘度中的相关指标。中性墨水区别于一般墨水的突出一点是，不仅具有流利性，更要具有一定的润滑性。润滑剂加人是降低球珠与座体间的摩擦，使动能损失到最小，以得到更舒适的书写手感。解决墨水的润滑性问题，同样是一个系统的综合辅配。其特点是要有较大极性的助剂、溶剂作保证，同时要作好表面活性与润滑剂的合理配合，因为这两者之间牵扯特别紧密，牵强那一方都会使墨水的效果受到影响。中性墨水润滑性的体现，关键是要有润滑剂作配合，在润滑剂的寻求上主要以大分子量的润滑剂或润滑脂，辅配以添加剂、表面活性剂，合理配合以得到较好效果。中性墨水由于高粘稠度，所以使用的助剂、溶剂要为极性大、润湿效果特别显著的醇类、有机醚类为主，以有效地打破墨水交织物的牵扯力，还可以选择适合颜料分散的有机溶剂等，也可以辅配一定量的表面活性剂，来调整墨水的间歇性能、连续书写性能及出墨量。稳定性确保墨水有较好的稳定性是中性墨水最关键的技术之一。首先要保证颜料高度有效分散，还要促进高度分散的颜料稳定而不重聚，同时还要克服中性墨水中胶质物对颜料的裹带而使颜料的合理分散遭到破坏，这是一个系统的稳定保证。要根据颜料的独有特点筛选出颜色适宜、颗粒松弛、聚合度小、易于分散的原料作为墨水的色基，而分散研磨颜料是保证墨水稳定的第一步，也是中性墨水制造成的重要环节。所用色浆也是一个分散体系，本身就存在不稳定的倾向，当颜料粒子外裹或吸附的分散剂受到其它物质的竞争或者电荷性能受到破坏时，颜料粒子相互间受到外力牵引时都容易产生颜料粒子间的凝聚、沉降、甚至沉积分层等不稳定的情况的发生。增稠剂溶解于水中，和其它溶剂、助剂等形成一个自己的体系，当这一体系和色浆体系相混溶时，就存在一个与色浆体系相互兼容的问题，正是这一问题导致中性墨水稳定问题的存在。问题三：请问中性笔合格率约为？答：据调查，虽然中性笔在市面上十分普及，但是合格率仅为75%，书写流畅率仅占六成，有些黑心制造商在加工过程中偷工减料，欺骗广大消费者，我们对此会尽量管理。问题四：中性笔的现状发展？答：目前，制约中国中性笔产业发展的主要原因大体有四个，其中笔尖质量、墨水质量和主要装备的落后等三个问题，归属生产和技术问题的范畴；另一个是个别中性笔生产企业，以劣质或降低质量标准的产品和很难想像的低价，参与国内外市场的竞销，这虽然是属于企业自身的营销理念问题，但如果一旦蔓延，后果真的不可想象！关于上述三个问题，业内人士正在积极解决中，中性墨水，目前国内也有多家企业正在积极研制开发，估计在不久的未来，也一定能解决问题。关于装备落后的问题，虽然现在国内以生产单机装配机为主，但已有业内人士全力开始引进国外的全自动装配机了。目前，国内高级一点的装配机，大都从韩国进口，是韩国的一些中。小型企业在OEM基础上制装的。向韩国进口装配机，确实已暴露了不少问题，一是价格昂贵，二是服务跟不上。据调查，已进口的装配机停机的不少，如果出现故障，少则十天、半个多月，多则逾月，服务人员才可到场，并且问题还未必能及时解决，何况，还有配件能否长期供应的问题等等。台湾的装配制笔机械，在国际上有不错口碑，在大陆也有较多客户成功应用（包括青岛白雪及部分台资文具公司），由于具有质量、价格、售后服务和备配件供应等综合优势，所以，宏祥产品正