本發(fā)明涉及墨水制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種結(jié)構(gòu)色墨水及其制備方法。

背景技術(shù)：

墨水是一種含有色素或染料的液體，通常被用于書寫或繪畫。墨水作為一種信息記載的工具，具有悠久的歷史，并在我們的日常生活與工作中起到了至關(guān)重要的作用。

目前人們常用的彩色墨水大致可以分為兩種：第一種是染料墨水，這種墨水是分子級染料的復(fù)合溶液，色彩艷麗，并且不會使噴頭堵塞。但是由于這種染料分子的固有屬性，這種墨水不能很好地防水，并且在紫外線照射下很快分解，耐久性不佳，容易褪色。第二種是顏料墨水，這種墨水是把固體顏料研磨成細(xì)小的顆粒，在特殊的溶劑中形成懸浮溶液，通過色材附在介質(zhì)(如復(fù)印紙或打印紙等)的表面來發(fā)色的。這種墨水打印出的文字圖案的色彩缺乏較好的色澤和鮮艷度。同時由于顏料墨水色材的顆粒比較大，打印在紙張表面上降低了其耐摩擦性。不僅如此，一些染料墨水和顏料墨水為了保證較為穩(wěn)定的物理化學(xué)性能，在制備過程中使用有機(jī)溶劑，其具有較大的毒性，在使用過程中及廢棄之后，很容易對人體和環(huán)境產(chǎn)生危害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)色墨水及其制備方法，使用本發(fā)明的方法制備的結(jié)構(gòu)色墨水與傳統(tǒng)染料或顏料墨水不同，它的顏色來源于非晶光子晶體的短程序微觀結(jié)構(gòu)對可見光進(jìn)行一系列的相干散射而呈現(xiàn)一定的色彩。這種墨水中不添加有機(jī)及揮發(fā)性的有毒溶劑，完全無毒無害，制備方法簡單，成本較低，是一種開發(fā)新型墨水的理想途徑。

本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)色墨水，包括以下質(zhì)量百分比的各組分：二氧化硅納米微球0％-10％，天然生物高分子0％-10％，余量為水，其中，二氧化硅納米微球與天然生物高分子的質(zhì)量比為0.25-1:1，二氧化硅納米微球的尺寸為100-200nm。

進(jìn)一步地，天然生物高分子為明膠、蠶絲蛋白和殼聚糖中的一種或幾種。

本發(fā)明還提供了一種結(jié)構(gòu)色墨水的制備方法，包括以下步驟：

(1)提供二氧化硅納米微球的水分散液；

(2)將天然生物高分子溶于水，得到天然生物高分子水溶液；

(3)將步驟(1)得到的二氧化硅納米微球的水分散液與步驟(2)得到的天然生物高分子水溶液混合，得到結(jié)構(gòu)色墨水。

進(jìn)一步地，在步驟(1)中，二氧化硅納米微球的尺寸為100-200nm。

進(jìn)一步地，在步驟(1)中，二氧化硅納米微球的水分散液中二氧化硅納米微球的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-20％。

進(jìn)一步地，在步驟(2)中，天然生物高分子為明膠、蠶絲蛋白和殼聚糖中的一種或幾種。

進(jìn)一步地，在步驟(2)中，天然生物高分子水溶液中天然生物高分子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-20％。

進(jìn)一步地，采用上述濃度的二氧化硅納米微球的水分散液以及天然生物高分子水溶液，能夠使二者均勻混合。且二者之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且也不需要添加除水之外的其他物質(zhì)。

進(jìn)一步地，在步驟(3)中，二氧化硅納米微球與天然生物高分子的質(zhì)量比為0.25-1:1。

本發(fā)明的原理為：所用的天然生物高分子有很好的水溶性，而所用的二氧化硅納米微球有較好的水分散性。因而當(dāng)使用墨水后，待水分蒸發(fā)干，天然生物高分子很容易形成兩種介質(zhì)部分相間的排列，打亂原來有序的三位堆疊結(jié)構(gòu)，形成具有短程序而不具有長程序的非晶光子晶體微觀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能對可見光產(chǎn)生相干散射而形成一定的無虹彩結(jié)構(gòu)色。采用不同尺寸的微球可以得到可見光光譜范圍內(nèi)的可調(diào)的多種顏色。

借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明使用不同尺寸的二氧化硅納米微球，其作用是在復(fù)合體系中形成短程序非晶光子晶體結(jié)構(gòu)，對可見光進(jìn)行相干散射而呈現(xiàn)一定的顏色，且二氧化硅納米微球結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒無害，同時具有較好的光學(xué)性質(zhì)；而本發(fā)明使用天然生物高分子，一方面是為了打亂二氧化硅納米微球在水分蒸發(fā)過程中形成的有序結(jié)構(gòu)，避免形成光子晶體，另一方面則是起到粘合的作用，保證墨水書寫后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，且天然生物高分子無毒無害，在自然界中儲備豐富，可自然降解，對環(huán)境友好；將二者在水中混合，所制備的墨水在干燥之后呈現(xiàn)一定的顏色，使用本發(fā)明的方法制備的結(jié)構(gòu)色墨水完全無毒無害，制備方法簡單，成本較低，是一種開發(fā)新型墨水的理想途徑。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。

附圖說明

圖1是改變二氧化硅微球的尺寸所制備的墨水在烘干后的光學(xué)照片；

圖2是改變二氧化硅微球與明膠水溶液的比例所制備的墨水在烘干后的光學(xué)照片；

圖3是改變二氧化硅微球的濃度所制備的墨水在烘干后的光學(xué)照片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

將粒徑為120nm的二氧化硅納米微球分散到水中，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的二氧化硅水分散液。

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的明膠水溶液，然后取2ml上述二氧化硅水分散液與3ml上述明膠水溶液混合，得到結(jié)構(gòu)色墨水，此時二氧化硅微球與明膠的質(zhì)量比為2:3。然后用移液器吸取少量結(jié)構(gòu)色墨水后在基底上畫一個圖案，置于烘箱中烘干。

實(shí)施例2

將粒徑為150nm的二氧化硅納米微球分散到水中，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的二氧化硅水分散液。

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的明膠水溶液，然后取2ml上述二氧化硅水分散液與3ml上述明膠水溶液混合，得到結(jié)構(gòu)色墨水，此時二氧化硅微球與明膠的質(zhì)量比為2:3。然后用移液器吸取少量結(jié)構(gòu)色墨水后在基底上畫一個圖案，置于烘箱中烘干。

實(shí)施例3

將粒徑為180nm的二氧化硅納米微球分散到水中，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的二氧化硅水分散液。

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的明膠水溶液，然后取2ml上述二氧化硅水分散液與3ml上述明膠水溶液混合，得到結(jié)構(gòu)色墨水，此時二氧化硅微球與明膠的質(zhì)量比為2:3。然后用移液器吸取少量結(jié)構(gòu)色墨水后在基底上畫一個圖案，置于烘箱中烘干。

圖1為實(shí)施例1-3中所制備的墨水在烘干后的光學(xué)照片，圖1a對應(yīng)實(shí)施例1，圖1b對應(yīng)實(shí)施例2，圖1c對應(yīng)實(shí)施例3。從左至右，顏色分別為藍(lán)紫色，藍(lán)色和淡藍(lán)色，說明改變二氧化硅納米微球的粒徑，其形成的微觀結(jié)構(gòu)可以對可見光產(chǎn)生不同波長的相干散射，從而產(chǎn)生不同的顏色，最終實(shí)現(xiàn)在墨水變干后改變墨水的顏色的目的。

實(shí)施例4

將粒徑為180nm的二氧化硅納米微球分散到水中，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的二氧化硅水分散液。

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的明膠水溶液，然后取3ml上述二氧化硅水分散液與7ml上述明膠水溶液混合，得到結(jié)構(gòu)色墨水，此時二氧化硅微球與明膠的質(zhì)量比為3:7。然后用移液器吸取少量結(jié)構(gòu)色墨水后在基底上畫一個圖案，置于烘箱中烘干。

實(shí)施例5

將粒徑為180nm的二氧化硅納米微球分散到水中，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的二氧化硅水分散液。

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的明膠水溶液，然后取1ml上述二氧化硅水分散液與1ml上述明膠水溶液混合，得到結(jié)構(gòu)色墨水，此時二氧化硅微球與明膠的質(zhì)量比為1:1。然后用移液器吸取少量結(jié)構(gòu)色墨水后在基底上畫一個圖案，置于烘箱中烘干。

圖2a和2b分別為實(shí)施例4和5制備的結(jié)構(gòu)色墨水干燥后的光學(xué)照片，顏色分別為較淡藍(lán)色和淺藍(lán)色，其中圖2b的顏色泛白。這表明二氧化硅微球含量過少或者過多，都不利于形成較好的非晶結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致呈現(xiàn)的顏色較淡或者泛白。

實(shí)施例6

將粒徑為150nm的二氧化硅納米微球分散到水中，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的二氧化硅水分散液。

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的蠶絲蛋白水溶液，然后取1ml上述二氧化硅水分散液與2ml上述蠶絲蛋白水溶液混合，得到結(jié)構(gòu)色墨水，此時二氧化硅微球與蠶絲蛋白的質(zhì)量比為1:1。然后用移液器吸取少量結(jié)構(gòu)色墨水后在基底上畫一個圖案，置于烘箱中烘干。

實(shí)施例7

將粒徑為150nm的二氧化硅納米微球分散到水中，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的二氧化硅水分散液。

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的蠶絲蛋白水溶液，然后取1ml上述二氧化硅水分散液與1ml上述蠶絲蛋白水溶液混合，得到結(jié)構(gòu)色墨水，此時二氧化硅微球與蠶絲蛋白的質(zhì)量比為1:1。然后用移液器吸取少量結(jié)構(gòu)色墨水后在基底上畫一個圖案，置于烘箱中烘干。

圖3a和3b分別為實(shí)施例6和7制備的結(jié)構(gòu)色墨水干燥后的光學(xué)照片，顏色都為淡藍(lán)色，這表明對于不同的天然生物高分子材料，只要和二氧化硅納米微球的混合比例合適，最后都能制備出顏色較好的結(jié)構(gòu)色墨水。圖3b也表明，只要二氧化硅和天然生物高分子材料比例一致，它們最初的混合濃度對最終的顏色基本無影響。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。