一种纳米纤维素基笔芯水性墨及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米纤维素基笔芯水性墨及其制备方法。该方法包括以下步骤：（1）在纳米纤维素悬浮液中加入活性染料反应，使活性染料接枝到纳米纤维素上，反应后将反应液的pH值调至中性；（2）在步骤（1）得到的中性液中加入碳酸氢铵或碳酸铵，再离心分离，取下层沉淀稀释后加入碳酸氢铵或碳酸铵，再次离心分离，重复该离心分离过程，直至上层清液无色；（3）将步骤（2）得到的沉淀分散到水中，减压旋转蒸发使碳酸氢铵或碳酸铵完全分解为气体，从溶液中逸出，得纯化后的染色纳米纤维素；（4）将纯化后的染色纳米纤维素浓缩，得纳米纤维素基笔芯水性墨。制备得到的纳米纤维素水性墨具有原料无毒、抗水及乙醇等优点。 1

Nano cellulose based cartridge water based ink and preparation method thereof

The invention discloses a nano cellulose based pen core water-borne ink and a preparation method thereof. The method includes the following steps: (1) the reactive dyes are added to the nanoshid suspension to graft the reactive dyes onto nanoscale, and then the pH value of the reaction liquid is adjusted to neutral. (2) the ammonium bicarbonate or ammonium carbonate is added to the neutral liquid in step (1), then centrifuged and separated, and the lower layer is precipitated and diluted. After adding ammonium bicarbonate or ammonium bicarbonate, the centrifuge separation process was repeated, and the centrifuge separation process was repeated until the supernatant was colorless. (3) the precipitates obtained by step (2) were dispersed into water, and the decompressed rotary evaporation made the ammonium bicarbonate or ammonium carbonate completely decomposed into gas, and the purified nanoscale cellulose was obtained from the solution. (4) the purified cellulose nanofibers were condensed to obtain nano cellulose based ink cartridges. The prepared nano cellulose aqueous ink has the advantages of non-toxic materials, water resistance and ethanol. One

【技术实现步骤摘要】
一种纳米纤维素基笔芯水性墨及其制备方法
本专利技术属于天然高分子材料领域，具体涉及一种纳米纤维素基笔芯水性墨及其制备方法。
技术介绍
伴随着生活和审美水平的不断提高，人们对印刷品的质量要求也不断提高。纳米油墨作为一种新兴油墨，具备色域大、印刷适性强、着色力强、遮盖性好等诸多优点，受到大众的喜爱，引起了科研工作者的广泛关注。但纳米油墨具有纳米尺寸效应，使其自身易发生团聚，且受到纳米颗粒种类的限制，颜色单一，不易调色，制备复杂。纳米纤维素作为一种来源广泛、生物可降解、可再生、表面活性高的天然高分子材料，亦是当今研究的热点之一。其表面具有大量高活性的羟基，易于表面接枝改性。若将其应用于纳米墨水中则可制备出安全无毒、低挥发性的环保型纳米纤维素基水性墨。但尚未有人将纳米纤维素改性制备为纳米纤维素基水性墨，并将其应用于水性笔芯或中性笔芯中。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种纳米纤维素基笔芯水性墨及其制备方法。该方法在一定条件下将活性染料接枝到纳米纤维素上，采用加入碳酸铵或碳酸氢铵纯化的方法将多余的染料洗去。纯化后的染色纳米纤维素调整到一定浓度后用于替换水性笔或中性笔的笔芯油墨。本专利技术通过以下技术方案实现。一种纳米纤维素基笔芯水性墨的制备方法，包括以下步骤：（1）在一定浓度的纳米纤维素悬浮液中加入一定量的活性染料，在一定pH值、一定温度下反应一定时间，使染料接枝到纳米纤维素上，反应完成后将溶液的pH值调至中性，得中性液。（2）在步骤（1）得到的中性液中加入一定量的碳酸氢铵或碳酸铵，在一定转速下离心分离，取下层沉淀稀释后加入碳酸氢铵或碳酸铵混合均匀，再次离心分离，重复该离心过程，直至上层清液无色。（3）将步骤（2）得到的沉淀分散到一定量的水中，减压旋转蒸发使碳酸氢铵或碳酸铵完全分解为气体，从溶液中逸出。（4）将步骤（3）得到的纯化后的染色纳米纤维素浓缩到一定浓度，得纳米纤维素基笔芯水性墨，用作水性笔或中性笔笔芯的水性墨水。优选的，步骤（1）所述的纳米纤维素为酸水解方法得到的纳米纤维素、TEMPO氧化法得到的纳米纤维素或超声法得到的纳米纤维素中的一种或几种，并不限于此。优先的，步骤（1）所述的纳米纤维素悬浮液的浓度为0.2-10wt%，活性染料用量为0.2-10%（相对于绝干纳米纤维素质量）。优选的，步骤（1）所述的活性染料为可与纤维素羟基发生反应的以一氯均三嗪或二氯均三嗪为反应基团的活性染料中的一种或几种，并不限于此。当活性染料为一氯均三嗪染料时，所述反应的温度为80-90℃；当活性染料为二氯均三嗪染料时，所述反应的温度为30-40℃；所述反应的时间为0.5-3h。优选的，步骤（1）所述的反应过程需维持反应液的pH值在10-14范围内，维持pH值的方法可以是在反应过程中用酸碱调节pH值，亦可以在反应前或反应过程中加入适当量的碳酸盐或碳酸氢盐调节pH值，总碳酸盐的加入量为10-50g/L（相对于总反应液），并不限于此。优选的，步骤（2）所述的离心分离的转速为3000-15000rpm。优选的，在步骤（2）中的加入碳酸氨或碳酸氢铵，采用离心的方法去除反应液中的其它盐类离子，在步骤（3）中的采用减压旋转蒸发的方法将碳酸氨或碳酸氢铵自身分解为气体去除，为一种新的纳米纤维素纯化方法。优选的，步骤（2）所述的加入碳酸铵或碳酸氢铵的量为0.5-5%（相对于总溶液质量），并不限于此。优选的，步骤（4）所述的用于笔芯的染色纳米纤维素浓度为0.2-10%，并不限于此。优选的，一种纳米纤维素基笔芯水性墨的制备方法，具体包括以下步骤：在浓度为0.2-10wt%的纳米纤维素悬浮液中加入0.2-10%（相对于绝干纳米纤维素质量）的活性染料，在染料的建议温度（一氯均三嗪染料反应温度70-100℃，二氯均三嗪染料反应温度20-40℃）下染色0.5-3h。反应过程中分多次加入碳酸盐，使反应液的pH值维持在10-14范围。反应完成后将溶液pH值用酸调至中性。在该中性液中加入0.5-5wt%的碳酸氢铵或碳酸铵（相对于中性液），在3000-15000rpm的转速下离心分离。取下层沉淀重复加入碳酸氢铵或碳酸铵再次离心分离，直至上层清液无色。将得到的沉淀分散到一定量的去离子水中（使染色纳米纤维素的浓度为0.05-2wt%），减压旋转蒸发使碳酸氢铵或碳酸铵完全分解为气体从溶液中逸出。将得到的纯化后的染色纳米纤维素浓缩到0.2-10wt%，用作水性笔或中性笔笔芯的水性墨水。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：本专利技术创造性制备出的纳米纤维素基笔芯水性墨具有绿色安全环保、易于功能化、颜色种类多、印刷适性强、分散性好、抗水及乙醇、着色力强等优点。充分将纳米油墨和纳米纤维素的优点进行了融合，克服了普通纳米油墨易团聚，颜色种类单一，制备复杂的缺点。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术的具体实施作进一步的说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1在浓度为5.1wt%的纳米纤维素悬浮液中加入5.1%（相对于绝干纳米纤维素质量）的活性红染料（ReactiveRed120），在85℃下染色1.75h。反应过程中持续用碳酸钠调节pH值为12。反应完成后，用硫酸将pH值调至中性。在该中性液中加入0.5%的碳酸氢铵（相对于中性液质量），搅拌均匀，在9000rpm的转速下离心分离。取下层沉淀加入0.5%碳酸氢铵（相对于中性液质量）离心分离，重复该离心过程直至上清液无色。将得到的沉淀分散到去离子水中（至纳米纤维素浓度为2wt%），减压旋转蒸发使碳酸氢铵完全分解为气体从溶液中逸出。将得到的纯化后的染色纳米纤维素浓缩到5.1wt%，用作水性笔或中性笔笔芯的水性墨水。本实施例制得的纳米纤维素基水性墨水为艳红色。在水性笔或中性笔的应用中书写流畅，不断墨。实施例2在浓度为0.2wt%的纳米纤维素悬浮液中加入5.1%（相对于绝干纳米纤维素质量）的活性绿染料（ReactiveGreen19），在85℃下染色0.5h。反应过程中持续用碳酸钠调节pH值为10。反应完成后，用硫酸将pH值调至中性。在该中性液中加入5%的碳酸氢铵（相对于中性液质量），搅拌均匀，在15000rpm的转速下离心分离。取下层沉淀加入5%碳酸氢铵（相对于中性液质量）离心分离，重复该离心过程直至上清液无色。将得到的沉淀分散到去离子水中（至纳米纤维素浓度为0.05wt%），减压旋转蒸发使碳酸氢铵（相对于中性液质量）完全分解为气体从溶液中逸出。将得到的纯化后的染色纳米纤维素浓缩到0.2wt%，用作水性笔或中性笔笔芯的水性墨水。本实施例制得的纳米纤维素基水性墨水为墨绿色。在水性笔或中性笔的应用中书写流畅，不断墨。实施例3在浓度为10wt%的纳米纤维素悬浮液中加入10%（相对于绝干纳米纤维素质量）的活性黄染料（ReactiveYellow3），在85℃下染色3h。反应过程中持续用碳酸钠调节pH值为14。反应完成后，用硫酸将pH值调至中性。在该中性液中加入2.75%的碳酸氢铵（相对于中性液质量），搅拌均匀，在3000rpm的转速下离心分离。取下层沉淀加入2.75%碳酸氢铵（相对于中性液质量）离心分离，重复该离心过程直至上清液无色。将得到的沉淀分散到去离子水中（至纳米纤维素浓度为1.02wt%），减压旋转蒸发使碳酸氢铵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米纤维素基笔芯水性墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维素基笔芯水性墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在纳米纤维素悬浮液中加入活性染料反应，使活性染料接枝到纳米纤维素上，反应完成后将反应液的pH值调至中性，得中性液；（2）在步骤（1）得到的中性液中加入碳酸氢铵或碳酸铵，再离心分离，取下层沉淀稀释后加入碳酸氢铵或碳酸铵混合均匀，再次离心分离，重复该离心分离过程，直至上层清液无色；（3）将步骤（2）得到的沉淀分散到水中，减压旋转蒸发使碳酸氢铵或碳酸铵完全分解为气体，从溶液中逸出，得纯化后的染色纳米纤维素；（4）将步骤（3）得到的纯化后的染色纳米纤维素浓缩，得纳米纤维素基笔芯水性墨。2.根据权利要求1所述的一种纳米纤维素基笔芯水性墨的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的纳米纤维素为酸水解方法得到的纳米纤维素、TEMPO氧化法得到的纳米纤维素和超声法得到的纳米纤维素中的一种或几种；所述的活性染料为可与纤维素羟基发生反应的以一氯均三嗪或二氯均三嗪为反应基团的活性染料中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的一种纳米纤维素基笔芯水性墨的制备方法，其特征在于，当活性染料为一氯均三嗪染料时，所述反应的温度为80-90℃；当活性染料为二氯均三嗪染料时，所述反应的温度为30-40℃；所述反应的时间为0.5-3h。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：付时雨，王文波，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44