CN106634167A - 一种多功能纳米竹炭环保油墨及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能纳米竹炭环保油墨及其制备方法和应用。所述多功能纳米竹炭环保油墨包括以下组分：纳米竹炭粉、炭黑、膨化玉米淀粉、电气石粉、滑石粉、双飞粉、蒙脱石粉、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、羟丙基甲基纤维素以及纯净水。本发明多功能纳米竹炭环保油墨有较高的负离子产生量和远红外发射率，不但可以迅速提高读者周围空气质量，还能吸除其它油墨材料等产品所发出的挥发性有机化合物等有害气体及异味，发出的红外波长还可改变读者的微循环，保护视力，提高免疫力，增强记忆力，使读者心情愉悦。此外，本发明的多功能纳米竹炭环保油墨还具有自动杀菌、防潮、防霉、防虫等功能。特别适合儿童书刊、食品包装印刷和档案史馆资料的印刷。

Description

一种多功能纳米竹炭环保油墨及其制备方法和应用

技术领域

本发明是涉及一种纳米环保油墨，尤其涉及一种没有污染具有自动杀菌、净化空气、释放负氧离子、防潮、防霉、防虫、发出红外波长等功能的新一代多功能纳米竹炭环保油墨，本发明还涉及该多功能纳米竹炭环保油墨的制备方法及在印刷行业中的应用，属于印刷材料领域。

背景技术

随着时代的进步，印刷技术的发展，人们并没有忽略忘记中国在造纸、活字排版印刷的贡献。但现代印刷油墨存在不环保，威胁人们身体健康的问题，必须引起高度重视的问题。现代油墨的污染主要是上光材料使用的溶剂、颜料、连接剂内含的VOC(挥发性有机化合物)或有毒、有害的重金属，会严重影响人体健康。

目前的油墨主要由主料(主剂)和辅料(助剂)组成，主料(主剂)由色料和连结料组成；辅料(助剂)由干燥性调整剂、流动性调整剂、色调调整剂、其他助剂组成。

色料包括颜料和染料，颜料分有机颜料和无机颜料，前者色调鲜艳，着色力强，在油墨中应用较广，如偶氮系、酞青系颜料；后者耐光性、耐热性、耐溶剂性、隐蔽力均较好，如钛白、镉红、铬绿、群青等。颜料以微粒态着色，并不溶解，是油墨中最常用的色料。而染料在使用时配制成溶液，呈分子态着色，效果不如颜料。色料能给油墨以不同的颜色和色浓度，并使油墨具有一定的粘稠度和干燥性。

连接料也是油墨的主要成分之一，起分散色料和辅助料的媒介作用，是由少量天然树脂、合成树脂、纤维素、橡胶衍生物等溶于干性油或溶剂中制得。有一定的流动性，使油墨在印刷后形成均匀的薄层，干燥后形成有一定强度的膜层，并对颜料起保护作用，使其难以脱落。

连结料对油墨的传递性、亮度、固着速度等印刷适性和印刷效果有很大影响，因此，选择合适的连接料是保证印刷良好的关键之一，要能根据包装材料、印刷要求等的不同，随时调整连结料的组成与配比。

我国最早期用木材烧成炭再与树胶均匀的混合干燥制成墨，是很环保的，没有污染。但目前研发的水性墨、油性墨、纳米油墨、无水胶印油墨、彩色喷印油墨和UV油墨等，都有一定是污染，严重的影响了人们的健康。特别是食品的印刷包装使用的印刷油墨中含有大量有毒有害化学物质，包括重金属、残留溶剂、有机挥发物以及多环芳烃等。这些有毒有害物质可发生化学迁移，对食品内容物造成污染，从而导致食品中含有甲苯、二甲苯、铅、汞、砷、铬等有害物质，其中苯类残留对人的危害最大，易引起癌症一类的疾病。遗憾的是，迄今为止，国际上对印刷油墨有害物的极限值、允许或禁用的内含物质和评定方法尚未建立共识标准，在针对化学物质向食品的迁移量上，欧盟法律仅制定了塑料食品包装材料迁移至食品中不得超过1mg/kg的宽泛限量，而没有关于印刷油墨的专门立法，我国在该方面的法规也处于真空状态。

据了解，我国食品包装印刷还普遍使用含苯类(甲苯、二甲苯)溶剂的油墨，食品出口因包装问题而屡屡受阻，此次欧盟出台与食品接触的包装材料印刷油墨中化学物质4-甲基二苯甲酮及二苯甲酮总迁移限值，更给我们敲响了警钟。

食品包装及出口企业须改进包装材料的生产工艺，用安全、低风险、环保的材料替代受限制的或可疑的材料。从技术角度上讲，只有研发可完全取代含苯溶剂型油墨的新产品，及各种不含有毒物质的印刷油墨，才能解决这一问题。相关部门应与国际接轨，深入研究，及早制修订相关食品包装材料成分的迁移限量规定和检测方法印后设备，辅助企业通过进口国食品包装环保法规的严格检验，尽可能规避出口风险。特别需要指出的是，不仅是出口产品需要，国内市场的食品包装同样需要。

目前我国环境保护行业标准出台，印刷行业也要纳入环保监控的领域。《环境标志产品技术要求胶印油墨》(HJ/T370-2007)和《环境标志产品技术要求凹印油墨和柔印油墨》(HJ/371-2007)是我国首次由国家环保总局发布的有关油墨产品的指导性标准饮料包装，在起草单位中出现了国家环保总局环境发展中心、北京绿色事业文化发展中心的身影。从这两项环境保护行业标准的出台，我们可以明显感受到，实施环保印刷已经成为国家为贯彻《中华人民共和国环境保护法》，保护环境，保障人体健康术语，促进科技进步而推行的基本方针。环保标准中明确规定了油墨中的限制成分和有害物质的限量。

《环境标志产品技术要求胶印油墨》标准中明确规定的限制内容包括：

①在生产过程中禁止人为添加的物质：铅、镉、汞、硒、砷、锑、六价铬等7种元素及其化合物；

②不得使用煤沥青作原材料；

③鼓励在产品性能允许的范围内，多使用植物油而少用矿物油，单张胶印油墨、热固轮转胶印油墨、冷固轮转胶印油墨中植物油的含量分别≥20％、7％、30％；

④矿物油中芳香烃的含量≤3％。科印精品调研：铅、镉、六价铬、汞，限值分别为90mg/kg、75mg/kg、60mg/kg、60mg/kg，总量≤100mg/kg。苯类溶剂：苯类溶剂包括苯、甲苯、二甲苯和乙苯检测系统及仪器，其含量≤1％；挥发性有机化合物(VOC)含量：热固轮转胶印油墨VOC含量≤25％；单张胶印油墨和冷固轮转胶印油墨VOC含量≤4％。

同样《环境标志产品技术要求凹印油墨和柔印油墨》明确规定在生产过程中禁止人为添加：

①重金属类：铅、镉、汞、硒、砷、锑、六价铬等7种元素及其化合物；

②乙二醇醚及其酯类：乙二醇甲醚、乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚、乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯；

③邻苯二甲酸酯类：邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二正丁酯(DBP)；

④酮类3,5,5-三甲基-2-环己烯基-1-酮(异佛尔酮)。

印刷配件：①铅含量≤90mg/kg；镉含量≤75mg/kg；六价铬含量≤60mg/kg；汞含量≤60mg/kg；总量≤100mg/kg；②溶剂型凹印油墨在上印刷机前需要加入有机溶剂调节黏度，以适应印刷要求，因此在实际生产中对溶剂型凹印油墨的VOC含量进行控制并无实际意义，也无法进行，因此《环境标志产品技术要求凹印油墨和柔印油墨》标准中对于溶剂型凹印油墨中VOC的含量不进行限制要求。

水性油墨VOC含量的限定值为：

①水性凹印油墨中VOC含量≤30％；

②水性柔印油墨中VOC含量≤10％。

③苯：苯含量≤500mg/kg；

④苯类溶剂：总含量≤5000mg/kg(本标准中苯类溶剂专指甲苯、二甲苯、乙苯)；

⑤卤代烃类溶剂：即卤代烃类溶剂含量≤5000mg/kg(本标准中的卤代烃类溶剂专指二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、三氯乙烷、四氯化碳)；

⑥甲醇：醇溶性柔印油墨中甲醇的含量≤0.3％；醇溶性凹印油墨中甲醇的含量≤2％；

⑦氨及其化合物：醇溶性油墨中氨的含量≤3％。

因此，有人开始研发环保油墨，当时代表产品是大豆油墨。因此有人认为环保油墨即是大豆油墨，理由是不含VOC的，也有人觉得无水油墨才最环保。是不是环保油墨，我们要看它的成分。一般柯式油墨，成分包括颜料、油脂、溶剂、树脂、添加剂，无论其它成分如何配搭，当中的颜料及溶剂成分，均可能为石油副产品，所以，任何一种油墨，不管如何环保，都无法不包含石油成分。油脂、树脂是植物产品，对环境的影响较低。油脂占油墨成分大约40至60％，多数采用大豆油、亚麻仁油，并配合小量的桐油、蓖麻油等；另一种重要成分是固体树脂，由松香提炼而成。此外，亦包括25-30％左右的溶剂，这是油墨成分中最不环保的。早期的油墨原料中，更有高达60-70％的成分自石油中提炼。

过去数年，不少人认为使用大豆油墨等于环保，其实就算不用大豆油墨，亦不等于不环保。因为大豆油墨一样含有石油及其它成分，并不可吃。环保油墨的定义应该是：零VOC、UV、无重金属和任何有毒物质。

VOC是指任何含碳的挥发性化合物，对人体及环境都有严重影响。VOC在使用过程中，会通过人体的表层皮肤或呼吸道进入人体内，当使用不当，如操作车间是密封式、通风不良，而操作员没有佩带防毒口罩、胶手套等防护用品时，VOC会刺激呼吸管道及直接渗入皮肤表面，出现呼吸困难、眼结膜及咽部充血、头晕、头痛、恶心、呕吐、胸闷、四肢无力、步态蹒跚、意识模糊等征状。重症者会有躁动、抽搐、昏迷等情况。长期暴露在VOC的环境下，可引致神经衰弱、肝肿大，女性会月经异常、皮肤干燥、甚至患上皮炎等等。在阳光下，VOC会与汽车、发电厂及工业活动的氮氧化物产生化学作用，形成臭氧，继而形成微粒。臭氧、微粒及其它污染物在空气中积聚是(smog)烟雾的成因，令能见度下降。

减少或不排放VOC是环保油墨的终极目标，那么零VOC的油墨才是最环保的。但如果环保的定义是减少用水，那就是无水油墨。其实排放最多VOC的是印刷过程，而不是单纯使用油墨本身。所以，要减少最多的VOC，是采用无水印刷流程。无水柯式印版包括亲油的树脂层和拒油的硅胶层，有水印刷的非图文部分以水排墨，无水版的则以均匀的硅胶层排墨，油墨不与水接触，避免乳化。无水油墨和传统油墨最大的不同，是树脂和连接料的差异。无水印刷的原理，是印版非图文区的硅树脂表面能较低，如果油墨的黏性较强，其自身分子相互吸引的力量，会高于与硅树脂亲和的力量，此处的材料会有较强的排斥油墨性。无水印刷的优点是印刷时不使用水斗水，亦不需要酒精斗，能节省成本；晒版时不需专用的晒版液，只用普通水晒版就可以，较为环保，并可大量减少排出的污水及VOC；亦可避免水太多令油墨不干燥、并可节省用纸、减少套准时间。

此外，采用零VOC油墨及UV油墨亦能减少排放VOC。零VOC油墨中的VOC含量，其实并不是零，而是指低于1％。但是零VOC油墨的干燥时间多少，会比有VOC的慢一点，或会随之发生一些背面黏贴(过底)的情况。因为不含溶剂，在生产油墨时会有很多困难，生产时间也更长，印刷机上的耐水性较一般油墨差一些。实际上VOC在油墨中的用途是令油墨快干，若油墨中没有这种成分，会拖慢油墨的干燥时间。然而亦是出于这个原因，以零VOC油墨印刷的成品，墨层会较厚，原本占20-30％的溶剂成分会被其它成分取代。含VOC的油墨干透后，随着VOC挥发，墨层会较薄，墨量多表示油墨的光泽度和耐磨性都会加强。而且，由于没有挥发VOC，就算有PVC等塑料夹在印刷品当中，表面也不会起波浪。

另一种较为环保的是UV油墨，其成分中亦没有VOC。然而，环保除了要考虑VOC，回收油墨、与油墨相关的耗电亦是其中一个要点。普通柯式油墨要溶剂达致干燥，还要用喷粉帮助固化、干燥，UV油墨则不需使用喷粉，一照UV灯油墨已立刻干燥，所以UV油墨完全不含溶剂，这个最环保。但UV油墨也有个缺点，就是印刷完之后，如纸张要循环再用，溶解UV油墨是很难的，UV油墨一旦固化之后就很难溶解。而且UV灯耗电量大、亦需以空调减低车间因使用UV灯而提高的温度，耗电量会增加，这些都是不环保的。另一点，是使用UV油墨除了要加上UV灯，也要配备专用的墨辊、胶布，UV油墨已经比平常的油墨贵4-5倍，材料的费用又很高昂，加上刚才提及的电费，成本会上升很多。

除了VOC，重金属是环保油墨的另一要点。现在油墨成分中要注意的重金属有8种，大部分生产厂家都会委托有权威的机构，如SGS等，作PBBS(8种物质)和PBDES(8种物质)的检测。

尽管使用环保油墨是世界潮流，在中国推广环保油墨暂时仍比较困难。我们出口往欧洲、美国、日本等国家的印刷品，(对比于内销产品)会有更多客户采用环保油墨。由于环保油墨的价格比较高，一般来说若不是印刷品客户要求，印刷厂是不会采用环保油墨的，这是导致国内对环保油墨的推进比较缓慢的原因。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米环保型，没有污染、自动净化空气、释放负氧离子、防潮、防霉、防虫、发出红外波长等功能的新一代多功能纳米竹炭环保油墨及其制备方法。本发明采用纳米竹炭粉、膨化玉米淀粉、炭黑、纯净水等环保材料制作油墨，因此在制备过程中以及最终得到的油墨产品中均没有有害气体VOC及重金属的溢出，而且相较于现有产品，本发明的多功能纳米竹炭环保油墨还具有用量少、干的快、色泽清晰、保护视力等优点。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术手段：

本发明的一种多功能纳米竹炭环保油墨，包括以下各组分：纳米竹炭粉、碳黑、膨化玉米淀粉、滑石粉、双飞粉、蒙脱石粉、纳米碳酸钙、电气石粉、纳米二氧化钛、羟丙基甲基纤维素以及纯净水。

在本发明中，优选的，所述的多功能纳米竹炭环保油墨，包括以下重量份的各组分：纳米竹炭粉10～15重量份、炭黑5～10重量份、膨化玉米淀粉5～10重量份、滑石粉2～5重量份、双飞粉2～5重量份、蒙脱石粉2～5重量份、纳米碳酸钙2～5重量份、电气石粉1重量份～3重量份、纳米二氧化钛1重量份～3重量份、羟丙基甲基纤维素1～3重量份以及纯净水70～85重量份。

在本发明中，优选的，所述的多功能纳米竹炭环保油墨中，还包括颜料或染料以制作成各种颜色的油墨。

下面对本发明中的各组分的功能及特性进行简单说明：

1、纳米竹炭粉(主料、防腐剂)：

竹炭是由竹材的纤维素、半纤维素和少量木质素三种物质不同程度地分解炭化而形成的。竹炭具有净化空气功能，去除有害物质的功能。竹材经过高温烧制后，会产生无数个肉眼看不到的2～3微米的孔。如小指头般大小(约1克)的竹炭，孔内壁总面积竟能达到约700平方米，相当于一个25米的游泳池或一个网球场的面积。这惊人的表面积，就是竹炭净化水质、空气，乃至调节湿度的力量源泉。这无数的孔隙中还栖息着无数的微生物，使得那些肉眼看不到的自来水中以及浮游于空气中的有害化学物质、霉菌或是灰尘等，在通过小孔时被吸附并降解，变成无害物质，从而起到改善环境质量的作用。通过“中国室内装饰协会室内环境监测中心”对“碧岩牌多功能竹炭”进行的对空气中甲醛、苯的降解率的测试得出，48小时对甲醛的去除率达到83.2％，对苯的去除率达到74.1％。

竹炭还具有抗氧化、释放远红外线和负离子功能。竹炭自身特有的原子结构，使得它具有优越的抗氧化性。用于蔬果保鲜效果奇佳。竹炭还可放射波长极易被人体吸收的远红外线和丰富的负离子，长期使用对于增强细胞能量，提高身体的含氧量，改善微循环系统，促进新陈代谢，平衡身体的酸碱度等也有显著效果。(1)在不造成心脏负担的情況下，能扩张末稍血管，促进血液循环。(2)促进細胞的新陈代谢及组织再生能力。(3)促进机能活化性，增加身体免疫力与治愈力。

竹炭还具有调节湿度、防霉防虫功能。竹炭本身具有一定的含水量，能够根据周围环境湿度与温度的不同，释放自身的水分或吸收空气中的水分子，不仅适用于潮热环境，在干燥气候的北方使用，也可为您的居室环境营造一个适宜的湿度。

竹炭能够屏蔽电磁波。生活在城市中的我们，每日都被各种各样的电磁波(电灯、冰箱、电视、音响、电热器、冷气、除湿机、电脑、手机、微波炉等)包围着，电磁波日夜作用，影响身体内离子，久而久之造成身体各种障碍，破坏健康。在接触身体较频繁的电器(如电视、电脑、微波炉)周边，摆放具有良好导电性能的竹炭，就对电磁波具有一定程度的阻隔效果——这种作用就有点像利用避电针来防止雷击。同时，也间接地能够促进身体健康。

竹炭能够释放负离子，根据实验数据显示，竹炭产生的负离子量与森林所产生的负离子量相当，在居室及工作场所放置竹炭，可以增加空气中的负离子量，营造有益身心健康的生活空间。

本发明采用的纳米竹炭粉中，竹炭粉的粒径为1～100nm，为纳米级的竹炭粉，可在天津鸿雁天山纳米技术有限公司、广州市凯正贸易有限公司以及南昌市竹生富纳米科技有限公司公司购买，使用效果都很好。

2、膨化玉米淀粉(主料、连接剂、胶粘剂、成膜剂)：

玉米淀粉中有27％的直链淀粉，73％的支链淀粉。直链淀粉并不是伸展状态的直链，而是由于分子内氢键的作用卷曲成螺旋状。直链淀粉的这种紧密堆积的线圈式结构，有利于形成分子间氢键，不利于与水分子形成氢键，所以直链淀粉不易溶于冷水。支链淀粉有一个高度分支化的结构，由许多条短链组成，由于支链淀粉高度分支的结构，容易与水分子形成氢键，所以支链淀粉易溶于冷水，但是粘接性能较差。即无论直链淀粉还是支链淀粉，本身的粘接作用都不好，都不能直接作为胶粘剂使用，必须经过氧化或糊化后才能使用。糊化淀粉初粘力好，粘接强度大，可直接作为胶粘剂或连接剂使用。

目前淀粉的糊化主要是加热糊化和碱糊化，本发明选择的是另一种糊化方法，即膨化糊化，经试用效果良好。根据膨化的原理，把粉碎的玉米碎粒装入膨化机中，进行加热加压和机械作用，使玉米处于高温高压状态。此时，迅速将膨化机的密封盖打开，在此瞬间，由于玉米被突然降至常温常压状态，巨大的能量释放出来，呈过热状态的水汽化蒸发，其体积可膨胀两千倍左右，从而产生了膨胀压力。巨大的膨胀压力使玉米组织遭到强大的爆破伸张作用，把玉米造成无数细微的海绵状结构，即玉米膨化了。

所述膨化玉米淀粉可参照以下方法制备得到：取洁净的玉米经脱皮、破渣、提取玉米胚芽，制成玉米碎粒，达到无皮无脐。将玉米碎粒直接放入膨化机内膨化，膨化后随时用粉碎机粉碎，选用200目筛收集细粉，即可得膨化玉米淀粉。超大部分再进行第二次粉碎，第二次筛选收集，不要浪费。

玉米经过膨化后，在宏观上表现在玉米的体积增大几倍至十几倍，多孔，海绵状，质地疏松；在微观上表现在玉米淀粉内部结构及化学成分的分子结构发生了变化，淀粉链间的氢键断裂，链发生移动，淀粉粒解体，降解，α-化。在膨化过程中，随着淀粉的降解，支链淀粉的一部分侧链被切割下来，即发生了α-1，6苷键断裂，使较短的直链淀粉的比例增加。膨化不仅导致了支链淀粉的降解，而且还能引起直链淀粉中α-1，4苷键断裂，产生小分子物质，即发生淀粉的糊精化作用。这些都使原来在螺旋圈内的羟基裸露在了外面，可与水分了α-1,6苷键断裂，使较短的直链淀粉的比例增加。可与水分子形成氢键，使本来不易溶于水的也变得易溶于水了。即膨化后的玉米淀粉结构疏松，海绵状，易溶于水。在水中浸润、膨胀，粘度增加，初粘力增强，粘接强度明显提高，这就使得膨化的玉米淀粉可直接作为连接剂、胶粘剂在油墨中使用。使用了膨化玉米淀粉的油墨，在印刷后形成均匀的薄层，干燥后形成有一定强度的膜层，并对颜料起保护作用，使其难以脱落。

所述膨化玉米淀粉可通过商业途径购买得到，本发明所用膨化玉米淀粉购自于江苏溧阳市汇达机械有限公司。

3、炭黑(色料)：

碳黑(carbon black)，又名炭黑，是一种无定形碳。轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，范围从10～3000m²/g，是含碳物质(煤、天然气、重油、燃料油等)在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。比重1.8-2.1。由天然气制成的称“气黑”，由油类制成的称“灯黑”，由乙炔制成的称“乙炔黑”。此外还有“槽黑”、“炉黑”。按炭黑性能区分有“补强炭黑”、“导电炭黑”、“耐磨炭黑”等。可作黑色染料，用于制造中国墨、油墨、油漆等，也用于做橡胶的补强剂。

本发明实验所用炭黑是在天津宝驰化工科技有限公司购买的。

4、电气石粉(辅料)：

电气石粉：是把电气石原矿经过去除杂质后，经过机械粉碎得到的粉体经过加工提纯的电气石粉体具有较高的负离子产生量和远红外发射率。

电气石(tourmaline)化学通式为NaR₃A_l6[Si₆O₁₈][BO₃]₃(OH,F)₄，晶体属三方晶系的一族环状结构硅酸盐矿物的总称。式中R代表金属阳离子，当R为Fe²⁺时，构成黑色晶体电气石。电气石晶体呈近三角形的柱状，两端晶形不同，柱面具纵纹，常呈柱状、针状、放射状和块状集合体。玻璃光泽，断口松脂光泽，半透明至透明。无解理。摩氏硬度7-7.5，比重2.98-3.20。有压电性和热电性。电气石是多元素的天然矿物，主要化学成分有SiO₂，TiO₂，CaO，K₂O，LiO，Al₂O₃，B₂O₃，MgO，Na₂O，Fe₂O₃，FeO，MnO，P₂O₅，电气石主要成分有镁、铝、铁、硼等10多种对人体有利的微量元素。由于它是一种结构特殊的极性结晶体，自身能长期产生电离子，并永久释放空气负离子和远红外线。

电气石能吸收油漆、胶体等产品所发出的异味。用于建筑装潢粉刷内墙，可吸附油漆、胶体、涂料所发出的异味。在涂料中加入少量的超细电气石粉、刷在内墙和天花板上，不但可以迅速吸除异味、还能长期吸除烟味。

电气石可以产生负离子。负离子又称为“空气的维他命”，具有调节人体离子平衡作用，能使身心放松，活化细胞，提高自然治愈率等作用，并能抑制身体的氧化或老化，现代的环境具有许多促使正离子生成的要因，身体经常处于紧张状态，因此，负离子是现代人不可或缺的物质。此外，负离子也具有除臭、杀菌的功效，负离子与细菌结合后使细菌病毒产生结构性改变或能量转移，导致细菌病毒死亡，不再形成新品种。负氧离子可以清新空气，负离子与空气中漂浮的烟雾、粉尘结合，利用静电式处理使其沉淀，从而达到净化空气的目的。

5、蒙脱石粉(分散剂、润滑剂)：

蒙脱石是一种铝硅酸盐矿物，有膨胀性、分散性、悬浮性、润滑性等多种性能，在工农业和国防工业中得到广泛应用。蒙脱石(膨润土)由于有良好的物理化学性能，可做粘结剂、悬浮剂、触变剂、稳定剂、净化脱色剂、充填料、饲料、催化剂等。6、滑石粉(润滑剂)：

滑石粉(中文别名：水合硅酸镁超细粉)：滑石粉的主要成分是滑石，分子式为Mg₃[Si₄O₁₀](OH)₂，分子量：260.8617。滑石属单斜晶系，晶体呈假六方或菱形的片状。通常成致密的块状、叶片状、放射状、纤维状集合体。无色透明或白色，但因含少量的杂质而呈现浅绿、浅黄、浅棕甚至浅红色；解理面上呈珍珠光泽。硬度1，比重2.7～2.8。滑石具有润滑性、抗黏、助流、耐火性、抗酸性、绝缘性、熔点高、化学性不活泼、遮盖力良好、柔软、光泽好、吸附力强等优良的物理、化学特性，由于滑石的结晶构造是呈层状的，所以具有易分裂成鳞片的趋向和特殊的滑润性，如果Fe₂O₃的含量很高则会减低它的绝缘性。

生产滑石粉，是先将开采来的滑石(滑石粉的原料)进行精选，精选后的滑石可直接用雷蒙磨或其它高压磨粉碎，粉碎后即可得到滑石粉。

7、双飞粉(填充料)：

双飞粉(也叫“大白粉”)主要成分是重质碳酸钙，重质碳酸钙也简称为“重钙”(碳酸钙98％，三氧化二铁0.3％)。重质碳酸钙就是天然碳酸钙,由方解石经粉碎制得。通常用作填料，广泛用于人造地砖、橡胶、塑料、造纸、涂料、油漆、油墨、电缆、建筑用品、食品、医药、纺织、饲料、牙膏等日用化工行业，作填充剂起到增加产品的体积，降低生产成本。

8、羟丙基甲基纤维素(成膜剂、稳定剂)：

羟丙基甲基纤维素：英文全称：Hydroxypropyl Methyl Cellulose；英文简称：HPMC。水溶液具有表面活性。透明性高，性能稳定，不同规格的产品凝胶温度不同，溶解度随粘度而变化，粘度愈低，溶解度愈大，不同规格HPMC其性能有一定差异，HPMC在水中的溶解不受pH值影响。HPMC随甲氧基含量减少、凝胶点升高、水溶解度下降，表面活性也下降。HPMC还具有增稠能力，耐盐性低灰粉、PH稳定性、保水性、尺寸稳定性、优良的成膜性、以及广泛的耐酶性、分散性和粘结性等特点。

9、纳米二氧化钛(抗菌自洁)

二氧化钛(TiO₂)，白色固体或粉末状的两性的氧化物，分子量：79.83，是一种白色无机颜料，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料。用于油墨、涂料、纺织，能很好的提高其粘附力、抗老化、耐擦洗性能。钛白的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的。广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。它的熔点很高，也被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。

纳米级二氧化钛，亦称钛白粉。直径在100纳米以下，产品外观为白色疏松粉末。具有抗线、抗菌、自洁净、抗老化性能，可用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域。

纳米二氧化钛主要有两种结晶形态：锐钛型(Anatase)和金红石型(Rutile)。金红石型二氧化钛比锐钛型二氧化钛稳定而致密，有较高的硬度、密度、介电常数及折射率，其遮盖力和着色力也较高。而锐钛型二氧化钛在可见光短波部分的反射率比金红石型二氧化钛高，带蓝色色调，并且对紫外线的吸收能力比金红石型低，光催化活性比金红石型高。在一定条件下，锐钛型二氧化钛可转化为金红石型二氧化钛。

本发明所用纳米二氧化钛材料是从北京德科岛金科技有限公司购买的。

10、纳米碳酸钙(速干、稳定、填充料)

碳酸钙是一种无机化合物，CaCO₃俗称：灰石、石灰石、石粉、大理石等。主要成分：方解石，是一种化合物，化学式是CaCO₃，呈中性，基本上不溶于水，溶于盐酸。它是地球上常见物质，存在于霰石、方解石、白垩、石灰岩、大理石、石灰华等岩石内，亦为动物骨骼或外壳的主要成分。碳酸钙是重要的建筑材料，工业上用途甚广。碳酸钙是由钙离子和碳酸根离子结合生成的，所以既是钙盐也是碳酸盐。

本发明使用的是纳米碳酸钙，纳米碳酸钙粒子粒径在25～100nm之间。采用纳米碳酸钙所配制的油墨，身骨及粘性较好，故具有良好的印刷性能；稳定性好；干性快且没有相反作用；由于颗粒小，故印品光滑，网点完整，可以提高油墨的光洁度，适用于高速印刷。作为填料，可替代价格较高的胶质钙，并可提高油墨的光泽度和亮度。

经检验，本发明多功能纳米竹炭环保油墨完全符合：

GB/T 13217.1-2009液体油墨颜色检验方法；

GB/T 13217.2-2009液体油墨颜色光泽方法；

GB/T 13217.3-2008液体油墨细度检验方法；

GB/T 13217.4-2008液体油墨粘度检验方法；

GB/T 13217.5-2008液体油墨初干性检验方法；

GB/T 13217.6-2008液体油墨着色力检验方法；

GB/T 13217.7-2009液体油墨附着牢度检验方法；

GB/T 13217.8-2009液体油墨抗粘连检验方法。

本发明的另外一个目的是提供一种制备上述多功能纳米竹炭环保油墨的方法，该方法包括以下步骤：

(1)将纳米竹炭粉、碳黑、膨化玉米淀粉、滑石粉、双飞粉、蒙脱石粉、纳米碳酸钙、电气石粉、纳米二氧化钛以及羟丙基甲基纤维素依次倒入搅拌机内，正传反转各搅拌2-5分钟；

(2)先将二分之一的纯净水倒入搅拌机内，正传反转各搅拌3-10分钟；

(3)最后将剩下的二分之一纯净水全部搅拌机内，充分的搅拌，正传反转各8-15分钟，即得。

在本发明所述的方法中，优选的，步骤(1)中还包括将颜料或染料加入搅拌机内。

在本发明所述的方法中，优选的，步骤(1)中的搅拌时间为3分钟，搅拌速度为60±2r/min。

在本发明所述的方法中，优选的，步骤(2)中的搅拌时间为5分钟，搅拌速度为60±2r/min。

在本发明所述的方法中，优选的，步骤(3)中的搅拌时间为10分钟，搅拌速度为80±4r/min。

在本发明所述的方法中，优选的，还包括将制备得到的油墨进一步加工成粉状或块状。

说明：由于本发明使用的连接剂是可食用的膨化玉米淀粉和纯净水，替代树脂类、油类等化工材料，为了达到最好的制备效果，必须按程序先将各组分干燥状态下进行充分搅拌，然后分二次加水充分搅拌加工，才能获得理想的水性油墨。

一般情况下，水溶性树脂或水分散性树脂皆为水性油墨的连接料，它对油墨的粘度、附着力、光泽、干燥及印刷适应性都有很大的影响。水性油墨是由水性高分子乳液、有机颜料、树脂、表面活性剂及相关添加剂经化学过程和物理混合而制得的水基印刷油墨。本发明采用膨化玉米淀粉替代树脂，必须充分搅拌才能达到理想的使用效果。充分搅拌的油墨颜色，印刷效果好。

本发明的再一个目的是提供所述的多功能纳米竹炭环保油墨在印刷领域，特别是儿童书刊、食品包装印刷和档案史馆资料的印刷中的用途。

相较于现有技术，本发明的优点在于：

1、本发明的多功能纳米竹炭环保油墨中用水来代替传统油墨中占30％～70％的有毒有机溶剂，使油墨中不再含有挥发性的有机溶剂，更环保，故在印刷过程中对工人的健康无不良影响，对大气环境亦无污染，还消除了工作场所易燃易爆的隐患，提高了安全性，同时成本比溶剂型油墨的成本更低，大约节省了40％左右；

2、本发明多功能纳米竹炭环保油墨合理的使用了纳米竹炭粉、炭黑、膨化玉米淀粉、电气石、纳米级二氧化钛等材料，通过实验证明其具有自动净化室内空气的功能，能够自动清除甲醛等有害气体。

3、本发明多功能纳米竹炭环保油墨合理的使用了电气石，能够永久性产生0.06mA的微弱电流，与通过人体神经的电流类似，促使血液循环顺畅。在阅读时间，利用电气石的负离子和红外线功能可提高阅读者的精神状态，缓解阅读者视力疲劳，提高记忆力。

4、本发明多功能纳米竹炭环保油墨不仅有普通油墨的优点，还有自动杀菌的功能，没有任何污染，能长期防潮、防霉、防虫，能够保护书刊，延长书刊的使用寿命，特别适合儿童书刊、食品包装印刷和档案史馆资料的印刷。

5、本发明多功能纳米竹炭环保油墨，虽然是属于水性油墨，但不含树脂类和油类，是安全的，甚至是可食用的。多功能纳米竹炭环保油墨的创新研发理念，采用的非常规材料，是当前环保油墨的一次彻底革命。

6、本发明多功能纳米竹炭环保油墨的使用范围比较广泛，不仅可以做为印刷油墨使用，还可以当作普通油墨、墨水使用。它既可以以液体方式出售使用，还可以以粉状、块状运输销售使用。还可以添加各种颜料、染料制作成各种颜色的油墨，而环保的功能不会减退，是未来市场的宠儿。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

本发明实施例中所涉及原料及其购买来源：

实施例1多功能纳米竹炭环保油墨的制备

(1)按以下重量称取各组分：纳米竹炭粉10Kg，膨化玉米淀粉5Kg，炭黑5Kg，滑石粉2Kg，双飞粉2Kg，蒙脱石粉2Kg，纳米碳酸钙2Kg，电气石粉2kg，纳米二氧化钛1Kg，羟丙基甲基纤维素1Kg，纯净水70Kg；

(2)依次将纳米竹炭粉，膨化玉米淀粉，炭黑，滑石粉，双飞粉，蒙脱石粉，纳米碳酸钙，电气石粉，纳米二氧化钛，羟丙基甲基纤维素倒入搅拌器中，正传反转各搅拌3分钟，搅拌的转速为60±2r/min；

(3)先将二分之一纯净水(35Kg)倒入搅拌机内，正传反转各搅拌5分钟，搅拌的转速为60±2r/min；

(4)最后将剩下的二分之一纯净水(35Kg)全部搅拌机内，充分的搅拌，正传反转各10分钟，搅拌的转速为80±4r/min；即可得到所述的多功能纳米竹炭环保油墨。

经检验，本实施例所制备的到的多功能纳米竹炭环保油墨完全符合：

GB/T 13217.1-2009液体油墨颜色检验方法；

GB/T 13217.2-2009液体油墨颜色光泽方法；

GB/T 13217.3-2008液体油墨细度检验方法；

GB/T 13217.4-2008液体油墨粘度检验方法；

GB/T 13217.5-2008液体油墨初干性检验方法；

GB/T 13217.6-2008液体油墨着色力检验方法；

GB/T 13217.7-2009液体油墨附着牢度检验方法；

GB/T 13217.8-2009液体油墨抗粘连检验方法。

实施例2多功能纳米竹炭环保油墨的制备

(1)按以下重量称取各组分：纳米竹炭粉12Kg，膨化玉米淀粉7Kg，炭黑7Kg，滑石粉3Kg，双飞粉3Kg，蒙脱石粉3Kg，纳米碳酸钙3Kg，电气石粉2kg，纳米二氧化钛2Kg，羟丙基甲基纤维素2Kg，纯净水80Kg。

(2)依次将纳米竹炭粉，膨化玉米淀粉，炭黑，滑石粉，双飞粉，蒙脱石粉，纳米碳酸钙，电气石粉，纳米二氧化钛，羟丙基甲基纤维素，纯净水，倒入搅拌器中，正传反转各搅拌3分钟，搅拌的转速为60±2r/min；

(3)先将二分之一纯净水(40Kg)倒入搅拌机内，正传反转各搅拌5分钟，搅拌的转速为60±2r/min；

(4)最后将剩下的二分之一纯净水(40Kg)全部搅拌机内，充分的搅拌，正传反转各10分钟，搅拌的转速为80±4r/min；即可得到所述的多功能纳米竹炭环保油墨。

经检验，本实施例所制备的到的多功能纳米竹炭环保油墨完全符合：

GB/T 13217.1-2009液体油墨颜色检验方法；

GB/T 13217.2-2009液体油墨颜色光泽方法；

GB/T 13217.3-2008液体油墨细度检验方法；

GB/T 13217.4-2008液体油墨粘度检验方法；

GB/T 13217.5-2008液体油墨初干性检验方法；

GB/T 13217.6-2008液体油墨着色力检验方法；

GB/T 13217.7-2009液体油墨附着牢度检验方法；

GB/T 13217.8-2009液体油墨抗粘连检验方法。

实施例3多功能纳米竹炭环保油墨的制备

(1)按以下重量称取各组分：纳米竹炭粉15Kg，膨化玉米淀粉10Kg，炭黑10Kg，滑石粉5Kg，双飞粉5Kg，蒙脱石粉5Kg，纳米碳酸钙5Kg，电气石粉3kg，纳米二氧化钛3Kg，羟丙基甲基纤维素3Kg，纯净水85Kg。

(2)依次将纳米竹炭粉，膨化玉米淀粉，炭黑，滑石粉，双飞粉，蒙脱石粉，纳米碳酸钙，电气石粉，纳米二氧化钛，羟丙基甲基纤维素，倒入搅拌器中，正传反转各搅拌3分钟，搅拌的转速为60±2r/min；

(3)先将二分之一纯净水(40Kg)倒入搅拌机内，正传反转各搅拌5分钟，搅拌的转速为60±2r/min；

(4)最后将剩下的二分之一纯净水(45Kg)全部搅拌机内，充分的搅拌，正传反转各5分钟，搅拌的转为80±4r/min；即可得到所述的多功能纳米竹炭环保油墨。

经检验，本实施例所制备的到的多功能纳米竹炭环保油墨完全符合：

GB/T 13217.1-2009液体油墨颜色检验方法；

GB/T 13217.2-2009液体油墨颜色光泽方法；

GB/T 13217.3-2008液体油墨细度检验方法；

GB/T 13217.4-2008液体油墨粘度检验方法；

GB/T 13217.5-2008液体油墨初干性检验方法；

GB/T 13217.6-2008液体油墨着色力检验方法；

GB/T 13217.7-2009液体油墨附着牢度检验方法；

GB/T 13217.8-2009液体油墨抗粘连检验方法。

测定实验例1本发明多功能纳米竹炭环保油墨的负离子发生量的测定实验

供试样品：实施例1-3所制备的多功能纳米竹炭环保油墨材料；

检验依据：JC/T1016－2006《材料负离子发生量的测试方法》；

测试条件：温度T＝23℃相对湿度RH＝35％；

测量次数：8

测试设备：静态空气离子测试仪

测试方法：

1、将未放样品版的格栅式离子采集器放入0.4m³的密闭仓中，用静态空气离子测试仪进行计算机连续测试离子浓度，记录8个数值并取平均值为本底负离子浓度(并记录其温度和相对湿度)；

2、称取70g供试样品，均匀的涂抹在50cm×50cm的纤维板上，干燥2天后将样品板平放在格栅式离子采集器上，将采集器放入0.4m³的密闭仓中，用静态空气离子测试仪进行连续测试，记录8个数值并取平均值为样品负离子浓度；

3、样品负离子浓度平均值减去本底负离子浓度平均值即为样品产生负离子增量。

检验结论：供试样品负离子平均增加量为372个/s·cm²。

测定实验例2本发明多功能纳米竹炭环保油墨去除游离甲醛的实验

供试样品：实施例1-3所制备的多功能纳米竹炭环保油墨；

实验条件：

①两个降解舱密封，控制温度23℃、湿度52.2％；

②1公斤供试样品涂抹于0.5×1.0m玻璃的双面，另一块同样类型型号的玻璃板为对照空白。

测试仪器：

①1m³降解舱

②空气采样器

③甲醛测定仪

检验依据：参照GB50325－2001；

检验项目：对游离甲醛的去除；

实验步骤：进行吸附实验，向两个降解舱(其中一个放入供试样品，另外一个作空白舱)中分别加入甲醛，使舱内甲醛浓度为0.8mg/m³，此值为GB50325-2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》中甲醛指标限量值的10倍，分别在3小时、6小时、15小时、1天、2天、3天、4天、5、6、7天检测舱内甲醛浓度。

检验结论：综合分析供试样品对甲醛气体的吸附－时间关系图，得出供试样品对0.8mg/m³浓度的甲醛气体吸附作用结果见表1。

表1本发明多功能纳米竹炭环保油墨去除游离甲醛的平均实验结果

实验结果说明，本发明多功能纳米竹炭环保油墨能够有效的消除空气中的游离甲醛。

测定实验例3本发明多功能纳米竹炭环保油墨的抗菌实验

目前国内外还没有油墨抗菌防霉的行业标准，因此本发明油墨的抗菌防霉检测参照抗菌材料的抗菌防霉测试方法和评价指标，即HG/T3950-2007《抗菌涂料》或轻工行业标准QB/T2591-2003《抗菌塑料——抗菌性能试验方法和抗菌效果》，这是我国与国际接轨的固体材料表面抗菌防霉测试方法，已在国内被广泛采用。

抗细菌性能的测试：

先取0.2ml规定浓度的金黄色葡萄球菌菌悬液滴在经消毒的已涂饰样品(实施例1-3所制备的多功能纳米竹炭环保油墨材料)的表面，为保证实验的准确性，涂料干膜要预先烘烤去除VOC的干扰(虽然没有)，然后再用聚乙烯薄膜覆于其上。在37℃﹑相对湿度90％的恒温恒湿培养箱内培养18-24h。然后，再用无菌水将菌液洗下，稀释成适当的浓度梯度。取0.1ml均匀涂布在无菌琼脂培养基上。移至培养箱内于37℃培养18-24h，观察结果。

检测结果：实施例1-3所制备的多功能纳米竹炭环保油墨材料对金黄色葡萄球菌的平均抗菌率为98.07％，(标准值I级≥99％；II级≥90％)。对大肠杆菌的平均抗菌率98.80％，(标准值I级≥99％；II级≥90％)

结果判定：符合Ⅱ级，表明有抗细菌作用。

测定实验例4本发明多功能纳米竹炭环保油墨的防霉实验

防霉性能的测试：

将一定量的孢子混悬液喷在待测样品(实施例1-3所制备的多功能纳米竹炭环保油墨材料)和培养基上，28℃，相对湿度≥90％下培养14-28d，通过直接观测长霉菌程度来评价样品的长霉菌等级。

样品长霉等级：

0级：不长，即显微镜(放大50倍)下观察未见生长；

1级：痕迹生长，即肉眼可见生长，但生长覆盖面积小于10％；

2级：生长覆盖面积不小于10％。

长霉菌等级符合0级表明有强抗霉菌作用；长霉菌等级符合1级的表明有防霉菌作用。

结果：

实施例1-3所制备的多功能纳米竹炭环保油墨材料的符合0级，表明有强抗霉菌作用。

Claims (10)

1.一种多功能纳米竹炭环保油墨，其特征在于，包括以下各组分：纳米竹炭粉、碳黑、膨化玉米淀粉、滑石粉、双飞粉、蒙脱石粉、纳米碳酸钙、电气石粉、纳米二氧化钛、羟丙基甲基纤维素以及纯净水。

2.如权利要求1所述的多功能纳米竹炭环保油墨，其特征在于，包括以下重量份的各组分：纳米竹炭粉10～15重量份、炭黑5～10重量份、膨化玉米淀粉5～10重量份、滑石粉2～5重量份、双飞粉2～5重量份、蒙脱石粉2～5重量份、纳米碳酸钙2～5重量份、电气石粉1重量份～3重量份、纳米二氧化钛1重量份～3重量份、羟丙基甲基纤维素1～3重量份以及纯净水70～85重量份。

3.如权利要求1或2所述的多功能纳米竹炭环保油墨，其特征在于，还包括颜料或染料以制作成各种颜色的油墨。

4.一种制备权利要求1或2所述的多功能纳米竹炭环保油墨的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将纳米竹炭粉、碳黑、膨化玉米淀粉、滑石粉、双飞粉、蒙脱石粉、纳米碳酸钙、电气石粉、纳米二氧化钛以及羟丙基甲基纤维素依次倒入搅拌机内，正传反转各搅拌2-5分钟；

(2)先将二分之一的纯净水倒入搅拌机内，正传反转各搅拌3-10分钟；

(3)最后将剩下的二分之一纯净水全部搅拌机内，充分的搅拌，正传反转各8-15分钟，即得。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中还包括将颜料或染料加入搅拌机内。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的搅拌时间为3分钟，搅拌速度为60±2r/min。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中的搅拌时间为5分钟，搅拌速度为60±2r/min。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(3)中的搅拌时间为10分钟，搅拌速度为80±4r/min。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括将制备得到的油墨进一步加工成粉状或块状。

10.权利要求1或2所述的多功能纳米竹炭环保油墨在印刷领域中的用途，优选的，所述的印刷领域包括儿童书刊、食品包装印刷和档案史馆资料的印刷。