CN115058152A - 一种耐寒水性彩色墨水及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐寒水性彩色墨水及其制备方法，墨水包括以重量份计的4份染料、10份乙二醇、12份～20份一缩二乙二醇、5份丙三醇、1～3份三乙醇胺、0.05份～0.07份OP‑10和57.93份～67.95份去离子水，并通过依次加入并分散混溶得到；该耐寒水性彩色墨水制备方法简单、条件易控，具有抗温达到零下35℃的特性，在寒冷地区或寒冷户外使用不会发生冻结现象，或因短暂冻结导致解冻后出现不能使用的现象，同时，该墨水在极寒天气地区进行运输和储存的过程中不需要进行保温，大幅节约运输和储存成本，具有很好的市场应用和推广前景。
Description
技术领域
本发明涉及油墨技术领域，特别涉及一种耐寒水性彩色墨水及其制备方法。
背景技术
现在通用的水性彩色墨水在我国北方极寒天气下通常会结冰，在冬季运输和储存过程中都需要做保温，不然出现冻结现象之后再溶化解冻轻者缩短保质期，严重的直接影响墨水质量出现沉淀分层导致报废。因此，针对上述问题需要研发一种适合极寒天气依然能够流畅使用的耐寒水性彩色墨水。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够抗温达到零下35℃的耐寒水性彩色墨水。
本发明的另一目的是提供一种耐寒水性彩色墨水的制备方法
为此，本发明技术方案如下：
一种耐寒水性彩色墨水，其包括以重量份计的4份染料、10份乙二醇、12份～20份一缩二乙二醇、5份丙三醇、1～3份三乙醇胺、0.05份～0.07份OP-10和57.93份～67.95份去离子水。
优选，染料采用水溶性酸性染料或水溶性酸性碱性染料；其中，酸性染料可以选用但不限于酸性红73、粒子元青；碱性染料可以选用但不限于碱性紫、碱性玫红。
一种耐寒水性彩色墨水的制备方法，步骤如下：
S1、将乙二醇、一缩二乙二醇和丙三醇加入带有旋片式分散搅拌器的恒温反应釜中，反应液在100℃下，分散搅拌10min；
S2、向恒温反应釜中加入染料，继续恒温100℃并分散搅拌10min；
S3、向恒温反应釜中缓慢加入去离子水，以免飞溅，继而再加入部分OP-10，调整恒温反应釜的加热温度至80℃，继续恒温分散搅拌1h，得到中间混合液；
S4、从步骤S3得到的混合液中取样并测定其表面张力：
1)若样液的表面张力在35～40mN/m之间，说明OP-10的加量合格，则进入步骤S5；
2)若样液的表面张力高于40N/m，说明OP-10加量不合格，则每次向恒温反应釜中加入0.001重量份OP-10，并在恒温80℃下分散搅拌5min后再次测量表面张力，直至表面张力满足35～40mN/m，继续进入步骤S5；
S5、从步骤S4得到的混合液中取样并测试其PH值：
1)若样液的pH值在7～7.2之间，则PH值合格，继续进入步骤S6；
2)若样液的pH值＜7，则每次向恒温反应釜中加入当前混合液总重量0.1％的三乙醇胺，并在恒温80℃下分散搅拌5min后再次测量PH值，直至PH值满足7～7.2，继续进入步骤S6；
S6、将经步骤S5得到的混合液静置至少24h，而后用5um的过滤布袋对静置液进行过滤，过滤液即为所得耐寒水性彩色墨水。
优选，在步骤S1、步骤S2、步骤S3、步骤S5和步骤S6中，旋片式分散搅拌器采用旋片直径为100mm的旋片，分散搅拌速度设定为500转/分。
与现有技术相比，该耐寒水性彩色墨水具有抗温达到零下35℃的特性，在寒冷地区或寒冷户外使用不会发生冻结现象，或因短暂冻结导致解冻后出现不能使用的现象，同时在极寒天气地区进行运输和储存的过程中不需要进行保温，大幅节约运输和储存成本；另外，该耐寒水性彩色墨水的制备方法简单，条件易控，具有很好的市场应用和推广前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
在本实施例中，采用本申请的抗寒彩色墨水的配方，利用不同染料制备得到实施例1～4的四种不同颜色的抗寒彩色墨水；与此同时，申请人还提供了对比例1～4作为参照。各实施例的相应组分及用量参见下表1，各对比例的相应组分及用量参见下表2。
表1：
表2：
基于表1和表2，墨水的制备方法如下：
S1、将乙二醇、一缩二乙二醇和丙三醇加入带有旋片式分散搅拌器的恒温反应釜中，反应液在100℃下，分散搅拌10min；
S2、向恒温反应釜中加入染料，继续恒温100℃并分散搅拌10min；
S3、向恒温反应釜中缓慢加入去离子水，以免飞溅，继而再加入部分OP-10，调整恒温反应釜的加热温度至80℃，继续恒温分散搅拌1h，得到中间混合液；
S4、从步骤S3得到的混合液中取样并测定其表面张力是否在35～40mN/m；
S5、从步骤S4得到的混合液中取样并测试其PH值是否在7～7.2；
S6、将经步骤S5得到的混合液静置至少24h，而后用5um的过滤布袋对静置液进行过滤，出成品塑桶包装。
经过上述步骤制备的墨水中，实施例1～4制备的四种颜色的彩色墨水均为颜色鲜艳的均相溶液，且溶液中无杂质；对比例1制备的墨水中，虽然一缩二乙二醇的用量低于适合范围，但制备得到的墨水为颜色鲜艳的均相溶液，且溶液中无杂质；对比例2制备的墨水中，因一缩二乙二醇的用量高于适合用量，导致染料无法分散在混合溶剂中，在上述步骤S6的过滤过程中，明显有染料被留在过滤布袋中，而得到的墨水颜色很浅，可见一缩二乙二醇的用量过高会导致存在染料无法均匀分散的问题；对比例3制备的墨水中，将表面活性剂OP-10替换为OP-20，无法降低墨水的表面张力；而对比例4制备的墨水中，当将表面活性剂OP-10替换为TW-80后，也存在不能有效降低墨水表面张力的问题，且在制备过程中还发现，采用TW-80虽然能够小幅度降低混合液的表面张力，但是如果需要降低至墨水应具备的表面张力范围，需要大量使用TW-80，而由于TW-80自身的发泡性较好，大量使用时，在分散搅拌过程中会导致墨水中带有泡沫，还需增加消泡处理。
性能测试：
由于目前还没有针对寒冷温度下适用的墨水性能进行测试的国家标准和行业标准，因此，根据本申申请的研发初衷，并参照团体标准T/ZZB 2018-2020记号笔和中华人民共和国轻工行业标准QB/T2777-2015记号笔中针对水性墨水制定的性能测试，对实施例1～4制备的抗寒彩色墨水进行相应性能测试。
(一)静置抗寒性能测试：
将实施例1～4制备的抗寒彩色墨水分别装入四个透明玻璃取样瓶中，并置于-35℃环境中1h；取出并观察取样瓶中墨水是否存在结冰、分层和沉淀的现象。测试结果如下表2所示。
表2：
(二)书写抗寒性能测试：
将实施例1～4制备的抗寒彩色墨水分别灌装至四支彩色墨水笔中，首先在常温下采用中华人民共和国轻工行业标准QB/T2777-2015记号笔中针对水性墨水制定的各项性能进行测试，经测试，实施例1～4制备的抗寒彩色墨水作为普通水性墨水使用时，其各项性能均达到标准要求；
进一步，将实施例1～4制备的抗寒彩色墨水分别灌装至四支彩色墨水笔中，并置于-35℃环境中1h后，取出并快速进行与标准相同的初写性能测试和书写性能测试；具体测试步骤如下：
1)初写性能测试：将60g专用砝码套在笔杆下部，使墨水笔与书写纸面成50°～70°倾角，以20mm/s～25mm/s的划线速度手划直线100mm，检查墨水笔是否出墨正常；
(2)书写性能测试：采用测试(1)的方法将墨水笔沿直尺在书写纸上手划一条100mm长的直线，用读数显微镜在直线中段测出线迹宽度最小值作为墨水笔的线迹宽度；
具体测试结果如下表3所示。
表3：
另外，对对比例1的制备的墨水进行防冻测试，该墨水在-15℃环境下发生结冰，而在后续实验验证发现，该墨水配方中，当一缩二乙二醇的用量达到其适合范围的低限时，墨水的结冰温度突变至-35℃，且直到一缩二乙二醇的用量达到其适合范围的高限时，墨水的结冰温度突变也不会超过至-36℃；可见，对比例1制备的墨水因其结冰温度并不适宜寒冷地区运输、储存和使用。
综上所述，本申请的耐寒水性彩色墨水满足寒冷地区正常使用的要求，不会出现结冰导致不能使用或变质的问题，且在运输和储存过程中无需增加保温措施，达到降低成本的目的。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，所作出的简单修改、等同变化、局部替换和表面修饰，均仍属于本发明技术方案要求保护的范围。
Claims (4)
1.一种耐寒水性彩色墨水，其特征在于，其包括以重量份计的4份染料、10份乙二醇、12份～20份一缩二乙二醇、5份丙三醇、1～3份三乙醇胺、0.05份～0.07份OP-10和57.93份～67.95份去离子水。
2.根据权利要求1所述的耐寒水性彩色墨水，其特征在于，染料采用水溶性酸性染料或水溶性酸性碱性染料。
3.一种如权利要求1或2所述的耐寒水性彩色墨水的制备方法，其特征在于，步骤如下：
S1、将乙二醇、一缩二乙二醇和丙三醇加入带有旋片式分散搅拌器的恒温反应釜中，反应液在100℃下，分散搅拌10min；
S2、向恒温反应釜中加入染料，继续恒温100℃并分散搅拌10min；
S3、向恒温反应釜中缓慢加入去离子水，以免飞溅，继而再加入部分OP-10，调整恒温反应釜的加热温度至80℃，继续恒温分散搅拌1h，得到中间混合液；
S4、从步骤S3得到的混合液中取样并测定其表面张力：
1)若样液的表面张力在35～40mN/m之间，说明OP-10的加量合格，则进入步骤S5；
2)若样液的表面张力高于40N/m，说明OP-10加量不合格，则每次向恒温反应釜中加入0.001重量份OP-10，并在恒温80℃下分散搅拌5min后再次测量表面张力，直至表面张力满足35～40mN/m，继续进入步骤S5；
S5、从步骤S4得到的混合液中取样并测试其PH值：
1)若样液的pH值在7～7.2之间，则PH值合格，继续进入步骤S6；
2)若样液的pH值＜7，则每次向恒温反应釜中加入当前混合液总重量0.1％的三乙醇胺，并在恒温80℃下分散搅拌5min后再次测量PH值，直至PH值满足7～7.2，继续进入步骤S6；
S6、将经步骤S5得到的混合液静置至少24h，而后用5um的过滤布袋对静置液进行过滤，过滤液即为所得耐寒水性彩色墨水。
4.根据权利要求3所述的耐寒水性彩色墨水的制备方法，其特征在于，在步骤S1、步骤S2、步骤S3、步骤S5和步骤S6中，旋片式分散搅拌器采用旋片直径为100mm的旋片，分散搅拌速度设定为500转/分。
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