染料型中性墨水及其制备方法.pdf

本发明提供了一种染料型中性墨水，包括红、黄、蓝黑、橙、绿五种颜色，其组分包括：水溶性染料、缩合剂、共聚液、甘油、润滑剂、吸湿剂和蒸馏水。制备方法：取浓硫酸、甲醛和水混合制得缩合剂；取磺基水杨酸加入蒸馏水溶解，再加入甲醛、乙酸缩合制得共聚液；将水溶性染料与缩合剂中的甲醛和共聚液在酸的作用下发生缩合反应形成高分子染料，再加入其它组分制得染料型中性墨水。其制备工艺简单、成本低，所制得的染料型中性墨水书写流畅、不堵笔，性能稳定，耐晒性和抗水性良好。

1、  一种染料型中性墨水，其特征在于组分按重量百分比计包括：
水溶性染料      2～10％
缩合剂          1～15％
共聚液          0.5～6.5％
甘油            6～20％
润滑剂          0.5～3％
吸湿剂          0.2～3.5％
蒸馏水          余量
所述的水溶性染料为直接红，直接黄，直接蓝与酸性绿的混合物，直接黄与活性红的混合物，直接黄与活性蓝、酸性绿的混合物；所述的水溶性染料中的直接染料分子母体中具有至少两个羟基、至少两个氨基或至少一个羟基和一个氨基；
所述的缩合剂为浓硫酸、甲醛和蒸馏水的混合物，其体积比为：浓硫酸∶甲醛∶蒸馏水＝1∶10～25∶30～90；
所述的共聚液为磺基水杨酸、甲醛、乙酸和蒸馏水缩合而成，其重量比为：磺基水杨酸∶甲醛∶乙酸∶蒸馏水＝5～20∶5～25∶2～10∶1～20。

2、  按权利要求1所述的一种染料型中性墨水，其特征在于组分中还包括防冻剂，其重量百分比为0.5～5％。

3、  按权利要求2所述的一种染料型中性墨水，其特征在于所述的防冻剂为乙二醇、二乙二醇或它们的混合物，混合物体积比为：乙二醇∶二乙二醇＝1∶1。

4、  按权利要求1或2所述的一种染料型中性墨水，其特征在于所述的润滑剂为磷酸三乙酯。

5、  按权利要求1或2所述的一种染料型中性墨水，其特征在于所述的吸湿剂为三乙醇胺。

6、  按权利要求1所述一种染料型中性墨水的制备方法，包括如下步骤：
(1)按比例量取浓硫酸、甲醛和蒸馏水混合，在室温下搅拌均匀，制得缩合剂；
(2)按比例称取磺基水杨酸，加入蒸馏水，搅拌使其溶解，再按比例加入甲醛、乙酸，在50～60℃搅拌反应2～5h，制得共聚液；
(3)按比例称取水溶性染料，加入蒸馏水，加热搅拌使其溶解；当温度升高到60～85℃时，加入缩合剂和共聚液，回流反应0.5h～3h，放置冷却；再加入甘油和润滑剂，边加边搅拌，使体系均匀；最后加入吸湿剂，继续搅拌使其均匀，室温下放置1～2天后即得染料型中性墨水。

染料型中性墨水及其制备方法
一、技术领域
本发明涉及书写用墨水组合物，具体属于适合中性圆珠笔使用的红、黄、蓝黑、橙、绿色五种染料型墨水。
二、背景技术
中性圆珠笔笔芯中的墨水有染料型和颜料型之分，颜料型墨水书写的字迹具有优良的耐光性和耐水性，但解决颜料的分散和稳定是一大难题，而且成本较高。染料型墨水能溶于水，生产工艺简单，下水流畅；但是书写的字迹耐光性和耐水性都较差，要改善它的性能，配方中需另加入一定量的增稠剂、抗水剂等，使墨水体系不稳定，书写字迹不均匀，甚至造成笔尖堵塞。
中国专利公开号CN 1583899A公开的一种高粘度水性黑墨水，在水性黑墨水组合物中加入一种由葡萄糖、甲醛、乙酸和水缩合的聚糖，使墨水的粘度和稳定性得到了改善；但是此聚糖只是一种增稠剂，没有直接和染料发生缩合反应。因此，对墨水的抗水性能改善的不明显。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种耐晒性、抗水性和稳定性良好的染料型中性墨水及其制备方法，而且生产工艺简单、产品成本低。
本发明提供的一种染料型中性墨水，组分按重量百分比计包括：
水溶性染料    2～10％
缩合剂        1～15％
共聚液        0.5～6.5％
甘油          6～20％
润滑剂        0.5～3％
吸湿剂        0.2～3.5％
蒸馏水       余量
所述的水溶性染料为直接红，直接黄，直接蓝与酸性绿的混合物(其重量比为1∶0.3～1)，直接黄与活性红的混合物(其重量比为1∶0.2～1)，直接黄与活性蓝、酸性绿的混合物(其重量比为1∶0.2～0.6∶0.1～0.3)；所述的水溶性染料中的直接染料分子母体中具有至少两个羟基、至少两个氨基或至少一个羟基和一个氨基。
所述的缩合剂为浓硫酸、甲醛和蒸馏水的混合物，其体积比为：浓硫酸∶甲醛∶蒸馏水＝1∶10～25∶30～90。
所述的共聚液为磺基水杨酸、甲醛、乙酸和蒸馏水缩合而成，其重量比为：磺基水杨酸∶甲醛∶乙酸∶蒸馏水＝5～20∶5～25∶2～10∶1～20。
所述的润滑剂优选磷酸三乙酯。其作用是使墨水下水流畅。
所述的吸湿剂优选三乙醇胺。其作用是能吸收空气中的水分，防止笔尖堵塞，同时可调节pH值。
组分中还可以加入防冻剂，防冻剂为乙二醇、二乙二醇或它们的混合物，混合时体积比为：乙二醇∶二乙二醇＝1∶1。
本发明提供的一种染料型中性墨水制备方法，包括如下步骤：
(1)按比例量取浓硫酸、甲醛和蒸馏水混合，在室温下搅拌均匀，制得缩合剂；
(2)按比例称取磺基水杨酸，加入蒸馏水，搅拌使其溶解，再按比例加入甲醛、乙酸，在50～60℃搅拌反应2～5h，制得共聚液；
(3)按比例称取水溶性染料，加入蒸馏水，加热搅拌使其溶解；当温度升高到60～85℃时，加入缩合剂和共聚液，回流反应0.5h～3h，放置冷却；再加入甘油和润滑剂，边加边搅拌，使体系均匀；最后加入吸湿剂，继续搅拌使其均匀，室温下放置1～2天后即得染料型中性墨水。
与现有技术相比，本发明的优点和效果：
本发明通过加入一种酸性缩合剂和共聚液与水溶性染料中的分子发生缩合反应，制得的染料型中性墨水具有良好的耐晒性、抗水性和稳定性。
本发明染料型中性墨水化学反应原理是：所用的水溶性染料直接红、直接黄、直接蓝的分子母体中均含有至少两个羟基、至少两个氨基或至少一个羟基和一个氨基，与缩合剂中的甲醛和共聚液在酸的作用下发生缩合反应形成高分子染料，可自身达到增稠的目的，不需要另加增稠剂，使墨水具有良好的耐晒性和抗水性。
四、具体实施方式
实施例1
红色染料型中性墨水的具体配方：
直接耐酸大红4BS    81g
缩合剂             68mL
共聚液          29mL
甘油            125mL
磷酸三乙酯      16mL
三乙醇胺        22mL
蒸馏水          606mL
制备方法：
第一步缩合剂的制备：用量筒量取浓硫酸5mL，甲醛60mL，蒸馏水420mL，在室温下搅拌均匀，备用；
第二步共聚液的制备：称取磺基水杨酸15g，量取15mL蒸馏水，搅拌使其溶解，再加入甲醛10mL，冰乙酸5mL，在50～60℃搅拌反应2.5h，备用；
第三步红色中性墨水的配制：(1)先称取直接耐酸大红4BS 81g，用量筒量取蒸馏水606mL，加热搅拌使其溶解；(2)当温度升高到80℃左右时，加入缩合剂68mL和共聚液29mL，回流反应1.5h，放置冷却；(3)继续加入甘油125mL，磷酸三乙酯16mL，边加边搅拌；最后加入三乙醇胺22mL，继续搅拌使墨水体系均匀，室温下放置1～2天后即得红色染料型中性墨水。
实施例2
黄色染料型中性墨水的具体配方：
直接黄3GX     38g
缩合剂        39mL
共聚液        28mL
甘油          74mL
磷酸三乙酯    24mL
三乙醇胺      14mL
蒸馏水        749mL
制备方法：
第一步缩合剂的制备同实施例1；
第二步共聚液的制备同实施例1；
第三步黄色中性墨水的配制：(1)先称取直接黄3GX 38g，用量筒量取蒸馏水749mL，加热搅拌使其溶解；(2)当温度升高到70℃时，加入缩合剂39mL和共聚液28mL，回流反应2h，所得产物放置冷却；(3)继续加入甘油74mL，磷酸三乙酯24mL，边加边搅拌；最后加入三乙醇胺14mL，继续搅拌使墨水体系均匀，室温下放置1～2天后即得黄色染料型中性墨水。
实施例3
蓝黑色染料型中性墨水的具体配方：
直接耐晒蓝3RL    33g
酸性绿GB         25g
缩合剂           50mL
共聚液           20mL
甘油             65mL
磷酸三乙酯       15mL
三乙醇胺         22mL
蒸馏水           738mL
制备方法：
第一步缩合剂的制备同实施例1；
第二步共聚液的制备同实施例1；
第三步蓝黑色中性墨水的配制：(1)先称取直接耐晒蓝3RL 33g，酸性绿GB 25g，用量筒量取蒸馏水738mL，加热搅拌使其溶解；(2)当温度升高到75℃时，加入缩合剂50mL和共聚液20mL，回流反应1h，放置冷却；(3)继续加入甘油65mL，磷酸三乙酯15mL，边加边搅拌；最后加入三乙醇胺22mL，继续搅拌使墨水体系均匀，室温下放置1～2天后即得蓝黑色染料型中性墨水。
实施例4
橙色染料型中性墨水的具体配方：
直接黄3GX       38g
活性艳红X-3B    19g
缩合剂          55mL
共聚液          26mL
甘油            67mL
磷酸三乙酯      21mL
三乙醇胺        12mL
蒸馏水     731mL
制备方法：
第一步缩合剂的制备同实施例1；
第二步共聚液的制备同实施例1；
第三步橙色中性墨水的配制：(1)先称取直接黄3GX 38g，活性艳红X-3B 19g，用量筒量取蒸馏水731mL，加热搅拌使其溶解；(2)当温度升高到80℃时，加入缩合剂55mL和共聚液26mL，回流反应1.5h，放置冷却；(3)继续加入甘油67mL，磷酸三乙酯21mL，边加边搅拌；最后加入三乙醇胺12mL，继续搅拌使墨水体系均匀，室温下放置1～2天后即得橙色染料型中性墨水。
实施例5
绿色染料型中性墨水的具体配方：
直接黄73      33g
活性蓝BF      8g
酸性绿GB      5g
缩合剂        50mL
共聚液        23mL
甘油          53mL
磷酸三乙酯    19mL
三乙醇胺      12mL
二乙二醇      8mL
蒸馏水        760mL
制备方法：
第一步缩合剂的制备同实施例1；
第二步共聚液的制备同实施例1；
第三步绿色中性墨水的配制：(1)先称取直接黄7333g，活性蓝BF 8g，酸性绿GB 5g，用量筒量取蒸馏水760mL，加热搅拌使其溶解；(2)当温度升高到70℃时，加入缩合剂50mL和共聚液23mL，回流反应1.5h，放置冷却；(3)继续加入甘油53mL，磷酸三乙酯19mL，二乙二醇8mL，边加边搅拌；最后加入三乙醇胺12mL，继续搅拌使墨水体系均匀，室温下放置1～2天后即得绿色染料型中性墨水。