CN101117470A - 一种耐光性、耐水性的微乳液水性墨水 - Google Patents

Abstract

本发明将疏水性染料和紫外光吸收剂溶解于油溶性有机溶剂中，在室温不断搅拌的情况下将其逐滴滴加到由复合表面活性剂、助表面活性剂和水形成的微乳液中，然后加入适量黏度调节剂和增稠剂，最后真空去除油溶性溶剂，得到稳定性好、兼具耐光性和耐水性、环境友好的微乳液水性墨水。实验结果表明，与市售水性墨水相比，自制的微乳液水性墨水具有更好的耐水性、耐光性和耐擦划性，表明本发明所制备的疏水性染料微乳液水性墨水的综合性能优异。本发明提供一种由疏水性染料组成的、原料易得、加工低廉、配方简单、工艺易掌握、兼具耐光性和耐水性的微乳液水性墨水。

Description

一种耐光性、耐水性的微乳液水性墨水

一、技术领域

本发明关于一种耐光性、耐水性微乳液水性墨水，属于一种供书写的墨水，具体说是一种可供自来水笔、圆珠水笔用的兼具耐光性、耐水性的微乳液水性墨水。

二、技术背景

一般说来，水性墨水由水溶性染料(包括直接染料、活性染料、酸性染料、碱性染料等)、水溶性有机溶剂(包括醇类、醚类、酮类和酯类等)、添加剂(包括稳定剂、保湿剂、增色剂、紫外光吸收剂等)和水等组成。由于水溶性染料具有较好的水溶性，导致其对水的坚牢度大大降低，而水溶性染料的抗光性较差，又使其对光的坚牢度降低。

颜料和染料是两种不同性质的墨水着色剂，颜料着色剂的最大优点在于其优良的耐光牢度和耐水性。但颜料不溶于水，因而在用颜料着色剂配制墨水时，通常需将颜料与其它助剂混合，用研磨机研磨成颜料浆液，然后将其用表面活性剂和聚合物分散剂，采用超声波将其分散，悬浮于水中制成水基型墨水，但研磨时间长、工序复杂，且悬浮于水中的颜料粒子为一热力学不稳定体系，易聚集、堵塞笔头。此外，颜料着色剂普遍存在着色谱不齐全，颜色不够鲜艳，透明度不好，配制墨水成本相应较高等缺点。与颜料着色剂相比，染料着色剂的主要优点是，色谱齐全，具有优良的水溶性，配制方便，成本低廉，易于制成高浓度的墨水，墨水稳定性好，不易堵塞笔头，色彩艳丽。但是，由染料着色剂配制的水基型墨水由于不耐水、不耐光，难以达到重要文件的保存要求。因此如何改进水性染料墨水的耐水性和耐光性，成为目前研发人员努力的方向。

微乳液(Microemulsion)是一种由油、水(或盐水)、表面活性剂、辅助表面活性剂等成分在一定浓度范围内自发形成的透明、微观结构呈拓扑排列、各向同性的热力学稳定体系。微乳液自1943年由Hour和Schulman发现以来，其理论和应用研究取得了很大进展，其超低的界面张力、较高的稳定性、较强的增溶能力和纳米级的微环境，使其应用领域迅速拓展，目前已渗透到石油化工、日用化工、精细化工、材料科学、生物技术、环境科学、分析化学等领域，广泛应用于三次采油、化妆品、制药、润滑剂、食品、农业喷洒、涂料、环境治理、清洗、燃料、微孔介质的合成、纳米材料的制备等诸多领域，成为当今国际上热门的具有巨大潜力的研究领域，但将微乳液用于水性墨水还很少被报道过。

三、发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种由疏水性染料组成的、原料易得、加工低廉、配方简单、工艺易掌握、兼具耐光性和耐水性的微乳液水性墨水。

根据本发明的目的，提出了一种制备耐光性、耐水性微乳液水性墨水的方法，其包括下列步骤：根据权利1要求的微乳液水性墨水的原料的成分和重量百分比，将疏水性染料和紫外光吸收剂溶解于油溶性溶剂中，在室温不断搅拌的情况下将其逐滴滴加到由复合表面活性剂、助表面活性剂和水形成的微乳液中，然后加入黏度调节剂和增稠剂，最后真空去除油溶性溶剂，得到稳定性好、兼具耐光性和耐水性、环境友好的微乳液水性墨水。其中的疏水性染料包括油溶黑、透明蓝、透明红、油溶蓝、油溶黄和油溶红。油溶性溶剂为苯、甲苯。表面活性剂为Span80、Tween80、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、OP-10。助表面活性剂为正戊醇、异戊醇、环己醇。紫外光吸收剂为二苯甲酮，黏度调节剂为乙二醇，增稠剂为纤维素衍生物、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸酯等水溶性树脂。

本发明采用微乳液技术对疏水性染料进行胶束增溶，以提高疏水性染料在水中的溶解度，提高疏水性染料的浓度、色彩的饱和度和墨水的耐水性，同时将油溶性紫外光吸收剂增溶于水包油微乳液胶束中，使紫外光吸收剂被表面活性剂包覆，减少紫外光吸收剂的消耗，以维持较长时间的抗光性，从而得到兼具耐水性和耐光性的微乳液水性墨水。

本发明耐光性、耐水性微乳液水性墨水的一般组成成分和范围为：A：油溶性染料0.5-2wt％；B：油溶性溶剂1-10wt％；C：表面活性剂5-15wt％；D助表面活性剂1-5wt％；E：紫外光吸收剂0.01-0.5wt％；F：黏度调节剂0.1-1wt％；G：增稠剂0.1-1wt％；H：水80-90wt％。

本发明耐光性、耐水性微乳液水性墨水的一最佳组成成分和范围为：A：油溶性染料1-2wt％；B：苯10wt％；C：复合表面活性剂(十二烷基硫酸钠和Tween80)10wt％；D助表面活性剂增戊醇5wt％；E：紫外光吸收剂二苯甲酮0.03-0.05wt％；F：黏度调节剂乙二醇0.5-1wt％；G：增稠剂聚乙烯醇(PVA)0.5-1wt％；H：水80-90wt％。

根据需要，本发明微乳液水性墨水还可添加适量其他助剂，以改变或改善微乳液水性墨水的某些性能。例如，加入金属离子鳌合剂是为了避免重金属离子产生沉淀，以减少对喷墨头的堵塞；加入防腐剂是为了防止墨水变质，以延长墨水的保质期；加入水溶性聚合物则是为了提高墨水在介质上的粘附性能。

四、具体实施方式

为让本发明的上述内容和其它目的、特征及优点能更清楚、易懂，下文特给出优选的实施方案，列举出具体的组分和用量，制备方法如上文中所述，这些实例是用来描述本发明的，而不应理解为限制任何特定的材料和条件。

实施例1：

组分                 重量％

油溶黑               1.5

苯                   10

十二烷基硫酸钠       10

OP-10                5

正戊醇               5

二苯甲酮             0.5

乙二醇               0.8

聚乙烯醇             0.8

蒸馏水               66.4

实施例2：

组分                重量％

透明蓝              2

苯                  15

十二烷基硫酸钠      8

Tween 80            5

二苯甲酮            1

乙二醇              0.5

聚乙烯吡咯烷酮      0.5

蒸馏水              68

实施例3：

组分                重量％

透明黄              1.5

苯                  15

十二烷基苯磺酸钠    10

Tween 80            5

二苯甲酮            1

乙二醇              0.5

聚乙烯醇            0.5

蒸馏水              68

实施例4：

组分                重量％

透明红              1.5

苯                  15

十二烷基苯磺酸钠    10

Tween 80            5

二苯甲酮            1

乙二醇              0.5

聚乙烯吡咯烷酮      0.5

蒸馏水              68

下面是本发明水性墨水与国内市售墨水的性能比较表：

五.墨水的耐水性实验

用玻璃注射器将墨水注射进一般市售的水彩笔管(将原来的墨水洗干净)，分别用自制、市售的墨水在白纸上写上相同的文字，然后待墨水干了之后，将纸浸渍于水中，10-15分钟后观察是否有褪色和色彩扩散现象。实验发现浸泡10-15分钟后，市售水性墨水均出现明显的褪色现象，而我们合成的微乳液水性墨水的颜色和字体形态均无变化，因此较之市售的普通水性墨水，实验制得的微乳液水性墨水具有优异的耐水性能。

六.墨水的耐光性实验

将制得的黑色微乳液墨水用注射器注入洗去颜料的水彩笔中，用黑色水彩笔与含有自制墨水的水彩笔分别在纸的左边和右边写下“人”，将此纸放在500W中压紫外灯下用紫外光进行照射，每隔10分钟取出用数码相机拍照，观察字迹的颜色变化。

实验发现随着墨迹受到紫外光照射的时间增加，市售水性墨水的光褪色现象越来越明显。而自制微乳液墨水光褪色现象不显著，表明自制的微乳液墨水的耐光性好于市售水性墨水。

七.墨水的耐擦划性实验

耐擦伤性：用玻璃注射器将墨水注射进一般市售的水彩笔管(将原来的墨水洗干净)，分别用自制、市售的墨水在白纸上写上相同的文字，然后待墨水干了之后，用硬币在两种墨迹上同时摩擦50次，进行对比。用硬币在写的字表面来回划擦的方法来检测耐擦伤性。用中等强度的力，使硬币保持与字表面45°的夹角在字的表面来回划擦，到表面出现划痕，记录划擦次数，确定并比较自制墨水与彩色笔墨水的耐擦伤性。实验发现自制墨水的耐擦伤性要好于市面上卖的彩色笔墨水，表明所制备的染料微乳液墨水的耐擦划性较好。

实验结果表明，与市售水性墨水相比，自制的微乳液水性墨水具有更好的耐水性与耐光性，与耐擦划性，表明我们所制备的黑色染料微乳液墨水的综合性能优异。

Claims (10)

1.一种耐光性、耐水性微乳液水性墨水，其特征在于组成成分和范围为：

A：油溶性染料    0.5-2wt％

B：油溶性溶剂    1-10wt％

C：表面活性剂    5-15wt％

D助表面活性剂    1-5wt％

E：紫外光吸收剂  0.01-0.05wt％

F：黏度调节剂    0.1-1wt％

G：增稠剂        0.1-1wt％

H：水            80-90wt％。

2.一种制备耐光性、耐水性微乳液水性墨水的方法，其包括下列步骤：

根据权利1要求的微乳液水性墨水的原料的成分和重量百分比，将油溶性染料溶解于油溶性溶剂中，在不断搅拌的情况下将其滴加到由复合表面活性剂、助表面活性剂和水形成的微乳液中，然后加入紫外光吸收剂、黏度调节剂和增稠剂，最后真空去除油溶性溶剂，得到稳定性好、环境友好的微乳液水性墨水。

3.如权利要求1所述的微乳液水性墨水，其中的油溶性染料包括油溶黑、透明蓝、透明红、油溶蓝、油溶黄和油溶红。

4.如权利要求1所述的微乳液水性墨水，其中的油溶性溶剂为苯、甲苯。

5.如权利要求1所述的微乳液水性墨水，其中的表面活性剂为Span80、Tween80、OP-10。

6.如权利要求1所述的微乳液水性墨水，其中的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠。

7.如权利要求1所述的微乳液水性墨水，其中的助表面活性剂为正戊醇、异戊醇、环己醇。

8.如权利要求1所述的微乳液水性墨水，其中的紫外光吸收剂为二苯甲酮。

9.如权利要求1所述的微乳液水性墨水，其中的黏度调节剂为乙二醇。

10.如权利要求1所述的微乳液水性墨水，其中的增稠剂为纤维素衍生物、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸酯等水溶性树脂。