CN110982342A - 一种环保书写墨水 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保书写墨水，包括如下组分：(1)染料10.0‑30.0重量份；(2)有机溶剂10.0‑30.0重量份；(3)水25.0‑50.0重量份；(4)丙烯酸树脂乳液8.0‑25.0重量份；(5)乳化剂5.0‑15.0重量份；(6)辅助剂0.5‑3.0重量份；上述(1)～(6)组分的重量总和占组合物总重量的100％。本发明提供了一种丙烯酸树脂乳液，简化书写墨水生产工艺，得到一种新型环保的书写用墨水。本发明制备书写墨水的过程中注重环保，原料筛选遵循绿色无毒、配制方法及工艺无环境污染。生产的乳化墨水符合GB/T 6678‑2003、GB/T 6680‑2003、GB 21027、GB/T 26714‑2011。用本发明的乳化墨水长期稳定，做出的笔芯成品，划线300m以上，线迹无明显断线、变淡现象，耐水性：≥1h，线迹保持可见，耐光性：≥72h，线迹保持可见。

Description

一种环保书写墨水
技术领域
本发明涉及一种环保书写墨水，属于墨水制造技术领域。
背景技术
目前的传统书写墨水主要有油性墨水和水性墨水两大类，这2种墨水各有优缺点。油性墨水在产品稳定性、书写顺滑度、长度、字迹色度等方面具有较好的优越性，但生产过程中使用大量有机溶剂，其中苯类、醛类、醚类等挥发性有机物具有一定的毒害性，对健康有潜在的危害。水性墨水使用水作为溶剂，虽然极大提高了墨水的环保性，但具有容易冒油及书写断线、积墨等缺点。近年来，一种新型墨水——乳化墨水得到了业界的关注，它用15％-50％的水替代有机溶剂，形成油包水或者水包油的乳液体系。一方面大大降低了有机溶剂的使用量，不仅环保绿色，另外还具备传统油性墨水和水性墨水的大部分优点，具有较高的触变性，粘度较低，从而提高了书写性能。
乳化墨水体系属于热力学不稳定体系，其稳定性相对不好，这是研究和产生乳化墨水的技术难点。中国发明专利CN102558966A、CN104356758A、CN10435657A公开的乳化墨水制备方法中，一般采用溶剂型树脂，结合表面活性剂或者复合乳化剂，形成的染料型或颜料型乳化墨水，这些配方及工艺部分解决了乳化墨水稳定性问题，但没有在根本上解决树脂在乳液体系中的长期稳定性问题。本发明专利旨在通过一步合成丙烯酸树脂乳液并应用在书写墨水的生产，简化生产工艺，降低溶剂用量，提高墨水的含水率，制造一种环保及性能优越的书写墨水。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种环保书写墨水。
本发明的第一个目的是提供一种环保书写墨水，包括如下组分：
(1)染料10.0～30.0重量份；
(2)有机溶剂10.0～30.0重量份；
(3)水25.0～50.0重量份；
(4)丙烯酸树脂乳液8.0～25.0重量份；
(5)乳化剂5.0～15.0重量份；
(6)辅助剂0.5～3.0重量份；
上述(1)～(6)组分的重量总和占组合物总重量的100％。
进一步地，所述的丙烯酸树脂乳液通过一锅合成法制备得到，具体包括如下步骤：按照质量百分比，将30％～40％丙烯酸单体、2％～5％引发剂过硫酸铵和20％～30％分子量调节剂异丙醇溶解在40％～50％的水中，在60～100℃反应5～8小时，得到所述的丙烯酸树脂乳液。分子量调节剂用以控制聚丙烯酸的分子量。得到的丙烯酸树脂乳液含有40-50％水，呈乳白泛蓝色。
进一步地，所述的乳化剂为非离子型表面活性剂，HLB值范围为3-6。
进一步地，所述的乳化剂包括司班、OP、甘油脂肪酸、山梨糖醇酐脂肪酸酯中的一种或几种。
进一步地，所述染料为溶剂型染料或直接染料。
进一步地，所述的有机溶剂包括乙二醇苯醚、乙二醇丁醚、二乙二醇甲醚中、苯乙醇、苯甲醇的一种或几种。
进一步地，所述的辅助剂包括稳定剂、乳化助剂、增稠剂和防腐剂；所述的稳定剂为吐温；所述的乳化助剂为K90乳化助剂；所述的增稠剂为羟乙基纤维素；所述的防腐剂为苯甲酸、苯甲酸钠、山梨酸一种或几种。
进一步地，所述的环保书写墨水的粘度为800～1000mpa.s，触变指数为2.0～3.0。
本发明的第二个目的是提供一种所述的环保书写墨水的制备方法，包括如下步骤：
(1)溶解染料，配制染料复配液A
有机溶剂加热至80～95℃，逐步加入染料并搅拌均匀至完全溶解，降温5～10℃后加入稳定剂并搅拌均匀，制备成染料复配液A；
(2)溶剂复配液B
将水、乳化剂和乳化助剂加热并搅拌均匀，制备成溶剂复配液B；
(3)染料复配液A和溶剂复配液B混合，配制乳化醇混合液
溶剂复配液B慢慢加入染料复配液A中，边搅拌边加入，搅拌转速为600～900转/分钟，搅拌20～40分钟，加完后在2500～3500转/分钟转速下搅拌60～80分钟；混合过程中温度为50～70℃；
(4)调制环保书写墨水
向乳化醇混合液中加入丙烯酸树脂乳液混匀，得到所述的环保书写墨水。
本发明的具体实施案例中，所述(5)选用的复配乳化剂为非离子型表面活性剂，HLB值范围可以选择在3-6之间。优选司班、OP、甘油脂肪酸、山梨糖醇酐脂肪酸酯或其组合。
本发明的有益效果是：
本发明制备书写墨水的过程中注重环保，原料筛选遵循绿色无毒、配制方法及工艺无环境污染。生产的乳化墨水符合GB/T 6678-2003、GB/T 6680-2003、GB 21027、GB/T26714-2011。用本发明的乳化墨水长期稳定，做出的笔芯成品，划线300m以上，线迹无明显断线、变淡现象，耐水性：≥1h，线迹保持可见，耐光性：≥72h，线迹保持可见。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
以下对本发明的各个配方组合及制备过程进行详细描述：
本发明的原料可以在市场上相应的渠道采购或者采用常规的方法合成制备。本发明中所使用的科学与专业术语符合本领域的一般定义，另外功能和性质相似或均等的材料都可以应用与本发明中，类似的配方也属于本发明技术保护范围。
墨水组合物
本发明的新型环保书写墨水组合物，包括如下组分：
(1)染料10.0-30.0重量份；
(2)有机溶剂10.0-60.0重量份；
(3)去离子水25.0-50.0重量份；
(4)丙烯酸树脂乳液8.0-25.0重量份；
(5)乳化剂5.0-15.0重量份；
(6)辅助剂0.5-1.0重量份；
上述(1)～(6)组分的重量总和占组合物总重量的100％。
本发明具体实施案例中所制备的油包水(O/W型)书写墨水粘度介于800-1000mpa.s，触变指数介于2.0-3.0。
染料
配方(1)所述染料选自溶剂型染料或者直接染料，可以选用黑色、红色、蓝色染料。本发明所需染料没有特别限制，只要符合各种油墨安规标准，具有良好的相溶性即可。例如可以选择溶剂黑328、溶剂黑91，溶剂黑46、溶剂黑209等。在常规的书写墨水中，染料的范围重量比例可以在10.0-30.0之间，原则上色度要求深的墨水可以加大染料用量，但以生产的墨水染料不发生凝聚为上限。
有机溶剂
配方(2)所述的有机溶剂也以满足低毒无害环保为第一要求，同时满足油墨安规标准。溶剂种类和范围比较宽广，可以选择醇类、酮类、醚类、酯类等有机溶剂。本发明中优选乙二醇苯醚、乙二醇丁醚、二乙二醇甲醚中、苯乙醇、苯甲醇的一种或几种。本发明中溶剂的用量范围重量比介于10.0-30.0之间，为了使生产的油包水型乳化墨水满足绿色环保的要求，生产过程中满足染料溶解和分散稳定的前提下，尽量降低溶剂的用量。
去离子水
配方(3)所述的水为普通去离子水，本发明中水的用量范围重量比介于25.0-50.0之间，为了使生产的油包水型乳化墨水真正到达绿色环保的标准，生产过程中满足乳液均相稳定的前提下，尽量提高去离子水的用量。
丙烯酸树脂乳液
本发明中丙烯酸树脂乳液采用一锅合成法自制的丙烯酸树脂乳液，用量范围重量比介于8.0-25.0之间，可以根据溶剂的用量来适当调节用量。采用丙烯酸树脂乳液省去了一般墨水生产过程中需要采用有机溶剂溶解树脂的步骤，减少了有机溶剂的用量，更加绿色环保。丙烯酸树脂乳液的制备方法具体包括如下步骤：按照质量百分比，将30％～40％丙烯酸单体、2％～5％引发剂过硫酸铵和20％～30％分子量调节剂异丙醇溶解在40％～50％的水中，在60～100℃反应5～8小时，得到所述的丙烯酸树脂乳液。分子量调节剂用以控制聚丙烯酸的分子量。得到的丙烯酸树脂乳液含有40-50％水，呈乳白泛蓝色。
乳化剂
配方(5)所述的乳化剂为本领域常用的非离子型表面活性剂，HLB值范围可以选择在3-6之间。优选司班、OP、甘油脂肪酸、山梨糖醇酐脂肪酸酯或其组合。其用量范围重量比介于5.0-15.0之间。
辅助剂
配方(6)所述的辅助剂主要包括稳定剂，吐温；乳化助剂，K90乳化助剂；增稠剂，羟乙基纤维素；防腐剂选自苯甲酸、苯甲酸钠、山梨酸一种或几种。稳定剂主要用于稳定染料复配液，乳化助剂主要用于辅助乳化；增稠剂和防腐剂主要起到适当调节墨水粘度及防止墨水变质的功能，其用量范围重量比介于0.5-1.0之间。
实施例1：
(1)30克苯乙醇+乙二醇苯醚混合溶剂加热至80-95摄氏度，逐步加入黑色染料溶剂黑328号12克并搅拌均匀至完全溶解，略降温后加入稳定剂吐温0.5克并搅拌均匀，做成染料复配液A。
(2)去离子水20克+甘油脂肪酸15克+K90乳化助剂1克加热并搅拌均匀。做成溶剂复配液(B)。
(3)B慢慢加入A中，一边搅拌一边加入，搅拌转速控制在600-900转/分钟，搅拌30分钟，全部加入后继续加速搅拌60-80分钟，转速3000转/分钟，体系温度保持60摄氏度。
(4)取出步骤(3)制备的乳化醇溶液，加入丙烯酸树脂乳液21克，最后加入增稠剂羟乙基纤维素0.5克和防腐剂苯甲酸0.5克做成墨水。
实施例2：
(1)30克二乙二醇甲醚溶剂加热至80-95摄氏度，逐步加入黑色染料溶剂黑328号10克并搅拌均匀至完全溶解，略降温后加入稳定剂吐温0.5克并搅拌均匀，做成染料复配液A。
(2)去离子水20克+山梨糖醇酐脂肪酸酯14克+K90乳化助剂1克加热并搅拌均匀，做成溶剂复配液(B)。
(3)B慢慢加入A中，一边搅拌一边加入，搅拌转速控制在600-900转/分钟，搅拌30分钟，全部加入后继续加速搅拌60-80分钟，转速3000转/分钟，体系温度保持60摄氏度。
(4)取出相应的乳化醇溶液，加入丙烯酸树脂乳液24克，最后加入增稠剂羟乙基纤维素0.5克和防腐剂苯甲酸钠0.5克做成墨水。
实施例3：
(1)25克乙二醇丁醚溶剂加热至80-95摄氏度，逐步加入黑色染料溶剂黑328号10克并搅拌均匀至完全溶解，略降温后加入稳定剂吐温0.5克并搅拌均匀，做成染料复配液A。
(2)去离子水30克+司班14克+K90乳化助剂1克加热并搅拌均匀，做成溶剂复配液(B)。
(3)B慢慢加入A中，一边搅拌一边加入，搅拌转速控制在600-900转/分钟，搅拌30分钟，全部加入后继续加速搅拌60-80分钟，转速3000转/分钟，体系温度保持60摄氏度。
(4)取出相应的乳化醇溶液，加入丙烯酸树脂乳液19克，最后加入增稠剂羟乙基纤维素0.5克和防腐剂山梨酸0.5克做成墨水。
实施例4：
(1)20克乙二醇苯醚溶剂加热至80-95摄氏度，逐步加入黑色染料溶剂黑328号10克并搅拌均匀至完全溶解，略降温后加入稳定剂吐温0.5克并搅拌均匀，做成染料复配液A。
(2)去离子水30克+二乙二醇乙醚19克+K90乳化助剂1克加热并搅拌均匀，做成溶剂复配液(B)。
(3)B慢慢加入A中，一边搅拌一边加入，搅拌转速控制在600-900转/分钟，搅拌30分钟，全部加入后继续加速搅拌60-80分钟，转速3000转/分钟，体系温度保持60摄氏度。
(4)取出相应的乳化醇溶液，加入丙烯酸树脂乳液19克，最后加入增稠剂羟乙基纤维素0.5克和防腐剂苯甲酸0.5克做成墨水。
采用本发明生产的黑色书写墨水，其性能如表1所示：
表1黑色书写墨水性能测试
Figure BDA0002336553710000071
为了测试该墨水的长期稳定性，我们把试制的墨水密封存放18个月后再进行相关的性能测试。
表2黑色书写墨水储存18个月后性能测试
Figure BDA0002336553710000072
Figure BDA0002336553710000081
通过长期存放(18月)的墨水生产的笔芯也全部达到行业标准，采用一锅合成法生产的丙烯酸树脂乳液配制书写墨水不仅简化了墨水的生产工艺，增加了书写墨水的含水量，还具有很好的稳定性。
本发明生产黑色书写墨水配方及工艺绿色环保，产品符合各项书写用墨水标准，墨水的技术指标达到或优于一般的市售书写墨水。试制的墨水笔书写流畅，线迹均匀。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种环保书写墨水，其特征在于，包括如下组分：
(1)染料10.0-30.0重量份；
(2)有机溶剂10.0-30.0重量份；
(3)水25.0-50.0重量份；
(4)丙烯酸树脂乳液8.0-25.0重量份；
(5)乳化剂5.0-15.0重量份；
(6)辅助剂0.5-3.0重量份；
上述(1)～(6)组分的重量总和占组合物总重量的100％。
2.根据权利要求1所述的环保书写墨水，其特征在于，所述的丙烯酸树脂乳液通过一锅合成法制备得到，具体包括如下步骤：按照质量百分比，将20～30％丙烯酸单体、2％～5％引发剂过硫酸铵和10％～20％分子量调节剂异丙醇溶解在40％～70％的水中，在60～100℃反应5～8小时，得到所述的丙烯酸树脂乳液。
3.根据权利要求1所述的环保书写墨水，其特征在于，所述的乳化剂为非离子型表面活性剂，HLB值范围为3-6。
4.根据权利要求3所述的环保书写墨水，其特征在于，所述的乳化剂包括司班、OP、甘油脂肪酸、山梨糖醇酐脂肪酸酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的环保书写墨水，其特征在于，所述染料为溶剂型染料或直接染料。
6.根据权利要求1所述的环保书写墨水，其特征在于，所述的有机溶剂包括乙二醇苯醚、乙二醇丁醚、二乙二醇甲醚中、苯乙醇、苯甲醇的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的环保书写墨水，其特征在于，所述的辅助剂包括稳定剂、乳化助剂、增稠剂和防腐剂；所述的稳定剂为吐温；所述的乳化助剂为K90乳化助剂；所述的增稠剂为羟乙基纤维素；所述的防腐剂为苯甲酸、苯甲酸钠、山梨酸一种或几种。
8.根据权利要求1所述的环保书写墨水，其特征在于，所述的环保书写墨水的粘度为800～1000mpa.s，触变指数为2.0～3.0。
9.一种权利要求1-8任一项所述的环保书写墨水的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)溶解染料，配制染料复配液A
有机溶剂加热至80～95℃，逐步加入染料并搅拌均匀至完全溶解，降温5～10℃后加入稳定剂并搅拌均匀，制备成染料复配液A；
(2)溶剂复配液B
将水、乳化剂和乳化助剂加热并搅拌均匀，制备成溶剂复配液B；
(3)染料复配液A和溶剂复配液B混合，配制乳化醇混合液
溶剂复配液B慢慢加入染料复配液A中，边搅拌边加入，搅拌转速为600～900转/分钟，搅拌20～40分钟，加完后在2500～3500转/分钟转速下搅拌60～80分钟；混合过程中温度为50～70℃；
(4)调制环保书写墨水
向乳化醇混合液中加入丙烯酸树脂乳液混匀，得到所述的环保书写墨水。
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