包含银纳米粒子的具有固定颜色的水性凝胶墨水的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于制备具有固定颜色的水性凝胶墨水的方法，其包含以下步骤：(i)制备水性墨水的基于凝胶的基质；(ii)通过将银盐与以下物质混合来制备具有固定颜色的银纳米粒子的水性悬浮液：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含银纳米粒子的具有固定颜色的水性凝胶墨水的制备方法
[0001]本专利技术涉及一种用于制备具有固定颜色的水性凝胶墨水的方法，并且涉及根据本专利技术的方法可获得的包含银纳米粒子的具有固定颜色的水性凝胶墨水。本专利技术还涉及一种书写工具，其包含根据本专利技术的具有固定颜色的水性凝胶墨水。
[0002]本专利技术的主要目中的一个是替代通常存在于水性凝胶墨水中的所有类型的染料和颜料，其具有昂贵和导致高生产成本的缺点。
[0003]本专利技术的另一个目的是替代通常存在于水性凝胶墨水中的所有类型的染料和颜料，其具有刺激生物膜的缺点，例如皮肤和眼睛，并且可能导致过敏。
[0004]本专利技术人惊奇地发现，含有基于纳米粒子的新水性墨水还耐UV光，从而改善随时间流逝的光稳定性。
[0005]此外，银纳米粒子具有抗菌特性，并且因此可以降低其它抗菌剂的量。
[0006]为此，本专利技术人开发了特定的方法，通过该方法，通过用基于纳米粒子的新水性墨水替代含有染料和颜料的先前水性墨水，可能获得在书写时具有固定颜色的新水性墨水。在本专利技术的框架内开发的方法还具有在水性介质中进行的优势，并且因此为“绿色方法”。另外，本专利技术的方法在低温范围下进行，以生态可行的方式工作，并且还考虑生态需求。
[0007]因此，本专利技术涉及制备具有固定颜色的水性凝胶墨水的方法，其包含以下步骤：
[0008](i)制备水性墨水的基于凝胶的基质；
[0009](ii)通过将银盐与以下物质混合来制备具有固定颜色的银纳米粒子的水性悬浮液：
[0010]‑
水；
[0011]‑
至少碱金属柠檬酸盐或碱土金属柠檬酸盐，优选碱柠檬酸盐和碱金属氢化物，优选NaBH4的混合物；
[0012]‑
另一还原剂，优选抗坏血酸；
[0013]‑
以及氧化剂，优选过氧化氢H2O2；
[0014](iii)在搅拌下将步骤(ii)中获得的银纳米粒子的水性悬浮液添加到步骤(i)中获得的水性墨水的基于凝胶的基质中，以获得其中分散有银纳米粒子的具有固定颜色的水性凝胶墨水。
[0015]根据本专利技术的优选实施例，制备具有固定颜色的水性凝胶墨水的方法包含以下步骤：
[0016](i)制备水性墨水的基于凝胶的基质；
[0017](ii)通过将银盐与以下物质混合来制备具有固定颜色的银纳米粒子的水性悬浮液：
[0018]‑
水；
[0019]‑
至少碱柠檬酸盐和NaBH4的混合物；
[0020]‑
抗坏血酸；
[0021]‑
和过氧化氢H2O2；
[0022](iii)在搅拌下将步骤(ii)中获得的银纳米粒子的水性悬浮液添加到步骤(i)中
获得的水性墨水的基于凝胶的基质中，以获得其中分散有银纳米粒子的具有固定颜色的水性凝胶墨水。
[0023]本专利技术还涉及一种用于制备水性墨水的方法，其中在步骤(i)中制备水性墨水的基质。本专利技术还涉及可通过此类方法获得的水性墨水。下文描述的关于水性凝胶墨水的制备方法和关于可以通过该方法获得的水性凝胶墨水的各种实施例也可以考虑用于水性墨水的制备方法和因此获得的水性墨水，特别是关于组分的性质和/或含量。关于水性墨水的这些实施例，其制备方法也是本专利技术的一部分。
[0024]在本专利技术的意义上，术语“固定颜色”意在表示在施加到吸收性载体上之前，和在施加到吸收性载体，具体地是纸、纸板或纺织品上之后，在7个日历日(一周)内，通过目视观察水性凝胶墨水的颜色是相同的。
[0025]出于本专利技术的目的，术语“墨水”意欲意谓打算用于书写工具中，且确切地说，用于笔中的“书写墨水”。书写墨水不应与在印刷机中使用且不具有相同技术限制且因此不具有相同规格的“印刷墨水”混淆。实际上，书写墨水不得含有尺寸大于书写工具的通道的固体粒子，以免堵塞，这将不可避免地使得书写不可逆地停止。此外，它必须允许适用于所使用的书写工具的墨水流速，特别是介于100mg至500mg/200m之间的书写流速，以及具体地介于150mg至400mg/200m之间的书写流速。其还必须足够快地变干，以免弄脏书写介质。其还必须避免随着时间流逝的迁移(渗色)问题。因此，根据本专利技术的墨水将适合于其打算用于的书写工具，特别是笔。
[0026]另外，“书写墨水”不得太过流动，以免在书写过程中渗漏。然而，其必须足够流动以促进书写动作的流动。
[0027]在本专利技术的特定情况下，书写墨水可以更具体地为“凝胶墨水”(其因此对应于触变墨水)，特别地，在20℃下静止(在0.01s
‑1的剪切速率下)测量的粘度是不同的，并且特别地高于使用相同的流变仪在20℃下以100s
‑1的剪切速率测量的粘度，该流变仪如锥板流变仪，例如Malvern KINEXUS，其具有60mm的锥体和1
°
的角。在特定的实施例中，在1s
‑1的剪切速率下，在这些条件下测量的凝胶墨水的粘度范围为1,000mPa.s至7,000mPa.s，具体地2,000mPa.s至5,000mPa.s，更具体地2,500mPa.s至3,500mPa.s，并且在剪切速率为5,000s
‑1下，具体地5mPa.s至50mPa.s，更具体地7mPa.s至40mPa.s，以及还更具体地10mPa.s至20mPa.s。具体地，此类粘度在40℃和20％相对湿度下储存至少三个月期间是稳定的，特别地，粘度将不会具有超过50％的降低。更具体地，为了避免书写后几分钟内的静态泄漏，剪切后在静止时粘度的恢复非常快，具体地至多几分钟。
[0028]根据本专利技术的方法能够获得水性墨水组合物，更具体地，通过该方法获得的组合物表现出等离子体激元效应(也称为等离子体激元效应(plasmonic effect))。因此，根据所用组分的含量，可以获得组合物的不同等离子体激元颜色。
[0029]事实上，等离子体激元颜色是由于银纳米粒子的光吸收和/或材料中它们之间的间隔。
[0030]根据它们的大小、形状和距离，溶液(或它们所处的材料)的颜色以及其特性可以改变。这是由于在金属纳米粒子(银)的情况下经常存在的等离子体激元共振。
[0031]将银粒子暴露于一定频率的波使得电子聚集在一定的位置，这根据银粒子的形状和大小而变化。电子的这种凝聚可以产生粒子的各向异性，这将导致光吸收和散射的改变，
从而产生特定的颜色。
[0032]由于所述银粒子的耦合，等离子体激元共振也可能受到粒子之间的距离的影响。实际上，银粒子越近，它们彼此相互作用越多，这将增加它们的耦合效应，也称为等离子体激元效应。
[0033]同样，形状会影响等离子体共振。
[0034]特别地，此类等离子体激元效应可以通过UV(紫外光)
‑
可见
‑
NIR(近红外线)吸收光谱来表征。
[0035]在本专利技术中，在步骤(i)中制备的水性墨水的基于凝胶的基质可以包含50重量％至95重量％，具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制备具有固定颜色的水性凝胶墨水的方法，所述方法包含以下步骤：(i)制备水性墨水的基于凝胶的基质；(ii)通过将银盐与以下物质混合来制备具有固定颜色的银纳米粒子的水性悬浮液：
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水；
‑
至少碱金属柠檬酸盐或碱土金属柠檬酸盐，优选碱柠檬酸盐，如柠檬酸钠，和碱金属氢化物，优选硼氢化钠NaBH4的混合物；
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另一还原剂，优选抗坏血酸；
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以及氧化剂，优选过氧化氢H2O2；(iii)在搅拌下将步骤(ii)中获得的所述银纳米粒子的水性悬浮液添加到步骤(i)中获得的所述水性墨水的基于凝胶的基质中，以获得其中分散有银纳米粒子的具有固定颜色的水性凝胶墨水。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤ii)包含：
‑
第一步骤ii.a)：将所述碱金属柠檬酸盐或碱土金属柠檬酸盐，优选地选自碱土金属柠檬酸盐，优选地选自碱土金属柠檬酸盐，更优选柠檬酸钠与所述碱金属氢化物，优选地选自NaBH4，与所述氧化剂混合；
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随后的第二步骤ii.b)包含添加所述另一还原剂，以及
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随后的第三步骤ii.c)包含进一步添加银盐。3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，按所述水性悬浮液的总重量计，在步骤(ii)中添加的所述柠檬酸盐的总量范围为0.02重量％至0.1重量％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，按所述水性悬浮液的总重量计，在步骤(ii)中添加的银盐的总量范围为0.0001重量％至5重量％，具体地0.0001重量％至3重量％，更具体地0.0001重量％至0.005重量％。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，按所述水性悬浮液的总重量计，在步骤(ii)中添加的碱金属氢化物的量范围为0.0005重量％至0.002重量％。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，按所述水性悬浮液的总重量计，在步骤(ii)中添加的氧化剂的量范围为0.001重量％至0.005重量％。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，按所述水性悬浮液的总重量计，所述另一还原剂是抗坏血酸和/或在步骤(ii)中添加的所述另一还原剂的量范围为0.002重量％至0.01重量％。8.一种能够通过权利要求1至7中任一项所述的方法获得的具有固定颜色的银纳米粒子的水性悬浮液，其包含分散在其中的银纳米粒子。9.一种能...

【专利技术属性】
技术研发人员：O，
申请(专利权)人：上阿尔萨斯大学法国国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：