一種多功能納米竹炭環保油墨及其製備方法和應用與流程

2023-07-31 05:41:41

本發明是涉及一種納米環保油墨，尤其涉及一種沒有汙染具有自動殺菌、淨化空氣、釋放負氧離子、防潮、防黴、防蟲、發出紅外波長等功能的新一代多功能納米竹炭環保油墨，本發明還涉及該多功能納米竹炭環保油墨的製備方法及在印刷行業中的應用，屬於印刷材料領域。

背景技術：

隨著時代的進步，印刷技術的發展，人們並沒有忽略忘記中國在造紙、活字排版印刷的貢獻。但現代印刷油墨存在不環保，威脅人們身體健康的問題，必須引起高度重視的問題。現代油墨的汙染主要是上光材料使用的溶劑、顏料、連接劑內含的VOC(揮發性有機化合物)或有毒、有害的重金屬，會嚴重影響人體健康。

目前的油墨主要由主料(主劑)和輔料(助劑)組成，主料(主劑)由色料和連結料組成；輔料(助劑)由乾燥性調整劑、流動性調整劑、色調調整劑、其他助劑組成。

色料包括顏料和染料，顏料分有機顏料和無機顏料，前者色調鮮豔，著色力強，在油墨中應用較廣，如偶氮系、酞青系顏料；後者耐光性、耐熱性、耐溶劑性、隱蔽力均較好，如鈦白、鎘紅、鉻綠、群青等。顏料以微粒態著色，並不溶解，是油墨中最常用的色料。而染料在使用時配製成溶液，呈分子態著色，效果不如顏料。色料能給油墨以不同的顏色和色濃度，並使油墨具有一定的粘稠度和乾燥性。

連接料也是油墨的主要成分之一，起分散色料和輔助料的媒介作用，是由少量天然樹脂、合成樹脂、纖維素、橡膠衍生物等溶於幹性油或溶劑中製得。有一定的流動性，使油墨在印刷後形成均勻的薄層，乾燥後形成有一定強度的膜層，並對顏料起保護作用，使其難以脫落。

連結料對油墨的傳遞性、亮度、固著速度等印刷適性和印刷效果有很大影響，因此，選擇合適的連接料是保證印刷良好的關鍵之一，要能根據包裝材料、印刷要求等的不同，隨時調整連結料的組成與配比。

我國最早期用木材燒成炭再與樹膠均勻的混合乾燥製成墨，是很環保的，沒有汙染。但目前研發的水性墨、油性墨、納米油墨、無水膠印油墨、彩色噴印油墨和UV油墨等，都有一定是汙染，嚴重的影響了人們的健康。特別是食品的印刷包裝使用的印刷油墨中含有大量有毒有害化學物質，包括重金屬、殘留溶劑、有機揮發物以及多環芳烴等。這些有毒有害物質可發生化學遷移，對食品內容物造成汙染，從而導致食品中含有甲苯、二甲苯、鉛、汞、砷、鉻等有害物質，其中苯類殘留對人的危害最大，易引起癌症一類的疾病。遺憾的是，迄今為止，國際上對印刷油墨有害物的極限值、允許或禁用的內含物質和評定方法尚未建立共識標準，在針對化學物質向食品的遷移量上，歐盟法律僅制定了塑料食品包裝材料遷移至食品中不得超過1mg/kg的寬泛限量，而沒有關於印刷油墨的專門立法，我國在該方面的法規也處於真空狀態。

據了解，我國食品包裝印刷還普遍使用含苯類(甲苯、二甲苯)溶劑的油墨，食品出口因包裝問題而屢屢受阻，此次歐盟出臺與食品接觸的包裝材料印刷油墨中化學物質4-甲基二苯甲酮及二苯甲酮總遷移限值，更給我們敲響了警鐘。

食品包裝及出口企業須改進包裝材料的生產工藝，用安全、低風險、環保的材料替代受限制的或可疑的材料。從技術角度上講，只有研發可完全取代含苯溶劑型油墨的新產品，及各種不含有毒物質的印刷油墨，才能解決這一問題。相關部門應與國際接軌，深入研究，及早制修訂相關食品包裝材料成分的遷移限量規定和檢測方法印後設備，輔助企業通過進口國食品包裝環保法規的嚴格檢驗，儘可能規避出口風險。特別需要指出的是，不僅是出口產品需要，國內市場的食品包裝同樣需要。

目前我國環境保護行業標準出臺，印刷行業也要納入環保監控的領域。《環境標誌產品技術要求膠印油墨》(HJ/T370-2007)和《環境標誌產品技術要求凹印油墨和柔印油墨》(HJ/371-2007)是我國首次由國家環保總局發布的有關油墨產品的指導性標準飲料包裝，在起草單位中出現了國家環保總局環境發展中心、北京綠色事業文化發展中心的身影。從這兩項環境保護行業標準的出臺，我們可以明顯感受到，實施環保印刷已經成為國家為貫徹《中華人民共和國環境保護法》，保護環境，保障人體健康術語，促進科技進步而推行的基本方針。環保標準中明確規定了油墨中的限制成分和有害物質的限量。

《環境標誌產品技術要求膠印油墨》標準中明確規定的限制內容包括：

①在生產過程中禁止人為添加的物質：鉛、鎘、汞、硒、砷、銻、六價鉻等7種元素及其化合物；

②不得使用煤瀝青作原材料；

③鼓勵在產品性能允許的範圍內，多使用植物油而少用礦物油，單張膠印油墨、熱固輪轉膠印油墨、冷固輪轉膠印油墨中植物油的含量分別≥20％、7％、30％；

④礦物油中芳香烴的含量≤3％。科印精品調研：鉛、鎘、六價鉻、汞，限值分別為90mg/kg、75mg/kg、60mg/kg、60mg/kg，總量≤100mg/kg。苯類溶劑：苯類溶劑包括苯、甲苯、二甲苯和乙苯檢測系統及儀器，其含量≤1％；揮發性有機化合物(VOC)含量：熱固輪轉膠印油墨VOC含量≤25％；單張膠印油墨和冷固輪轉膠印油墨VOC含量≤4％。

同樣《環境標誌產品技術要求凹印油墨和柔印油墨》明確規定在生產過程中禁止人為添加：

①重金屬類：鉛、鎘、汞、硒、砷、銻、六價鉻等7種元素及其化合物；

②乙二醇醚及其酯類：乙二醇甲醚、乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚、乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯；

③鄰苯二甲酸酯類：鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)、鄰苯二甲酸二正丁酯(DBP)；

④酮類3,5,5-三甲基-2-環己烯基-1-酮(異佛爾酮)。

印刷配件：①鉛含量≤90mg/kg；鎘含量≤75mg/kg；六價鉻含量≤60mg/kg；汞含量≤60mg/kg；總量≤100mg/kg；②溶劑型凹印油墨在上印刷機前需要加入有機溶劑調節黏度，以適應印刷要求，因此在實際生產中對溶劑型凹印油墨的VOC含量進行控制並無實際意義，也無法進行，因此《環境標誌產品技術要求凹印油墨和柔印油墨》標準中對於溶劑型凹印油墨中VOC的含量不進行限制要求。

水性油墨VOC含量的限定值為：

①水性凹印油墨中VOC含量≤30％；

②水性柔印油墨中VOC含量≤10％。

③苯：苯含量≤500mg/kg；

④苯類溶劑：總含量≤5000mg/kg(本標準中苯類溶劑專指甲苯、二甲苯、乙苯)；

⑤滷代烴類溶劑：即滷代烴類溶劑含量≤5000mg/kg(本標準中的滷代烴類溶劑專指二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、三氯乙烷、四氯化碳)；

⑥甲醇：醇溶性柔印油墨中甲醇的含量≤0.3％；醇溶性凹印油墨中甲醇的含量≤2％；

⑦氨及其化合物：醇溶性油墨中氨的含量≤3％。

因此，有人開始研發環保油墨，當時代表產品是大豆油墨。因此有人認為環保油墨即是大豆油墨，理由是不含VOC的，也有人覺得無水油墨才最環保。是不是環保油墨，我們要看它的成分。一般柯式油墨，成分包括顏料、油脂、溶劑、樹脂、添加劑，無論其它成分如何配搭，當中的顏料及溶劑成分，均可能為石油副產品，所以，任何一種油墨，不管如何環保，都無法不包含石油成分。油脂、樹脂是植物產品，對環境的影響較低。油脂佔油墨成分大約40至60％，多數採用大豆油、亞麻仁油，並配合小量的桐油、蓖麻油等；另一種重要成分是固體樹脂，由松香提煉而成。此外，亦包括25-30％左右的溶劑，這是油墨成分中最不環保的。早期的油墨原料中，更有高達60-70％的成分自石油中提煉。

過去數年，不少人認為使用大豆油墨等於環保，其實就算不用大豆油墨，亦不等於不環保。因為大豆油墨一樣含有石油及其它成分，並不可吃。環保油墨的定義應該是：零VOC、UV、無重金屬和任何有毒物質。

VOC是指任何含碳的揮發性化合物，對人體及環境都有嚴重影響。VOC在使用過程中，會通過人體的表層皮膚或呼吸道進入人體內，當使用不當，如操作車間是密封式、通風不良，而操作員沒有佩帶防毒口罩、膠手套等防護用品時，VOC會刺激呼吸管道及直接滲入皮膚表面，出現呼吸困難、眼結膜及咽部充血、頭暈、頭痛、噁心、嘔吐、胸悶、四肢無力、步態蹣跚、意識模糊等徵狀。重症者會有躁動、抽搐、昏迷等情況。長期暴露在VOC的環境下，可引致神經衰弱、肝腫大，女性會月經異常、皮膚乾燥、甚至患上皮炎等等。在陽光下，VOC會與汽車、發電廠及工業活動的氮氧化物產生化學作用，形成臭氧，繼而形成微粒。臭氧、微粒及其它汙染物在空氣中積聚是(smog)煙霧的成因，令能見度下降。

減少或不排放VOC是環保油墨的終極目標，那麼零VOC的油墨才是最環保的。但如果環保的定義是減少用水，那就是無水油墨。其實排放最多VOC的是印刷過程，而不是單純使用油墨本身。所以，要減少最多的VOC，是採用無水印刷流程。無水柯式印版包括親油的樹脂層和拒油的矽膠層，有水印刷的非圖文部分以水排墨，無水版的則以均勻的矽膠層排墨，油墨不與水接觸，避免乳化。無水油墨和傳統油墨最大的不同，是樹脂和連接料的差異。無水印刷的原理，是印版非圖文區的矽樹脂表面能較低，如果油墨的黏性較強，其自身分子相互吸引的力量，會高於與矽樹脂親和的力量，此處的材料會有較強的排斥油墨性。無水印刷的優點是印刷時不使用水鬥水，亦不需要酒精鬥，能節省成本；曬版時不需專用的曬版液，只用普通水曬版就可以，較為環保，並可大量減少排出的汙水及VOC；亦可避免水太多令油墨不乾燥、並可節省用紙、減少套準時間。

此外，採用零VOC油墨及UV油墨亦能減少排放VOC。零VOC油墨中的VOC含量，其實並不是零，而是指低於1％。但是零VOC油墨的乾燥時間多少，會比有VOC的慢一點，或會隨之發生一些背面黏貼(過底)的情況。因為不含溶劑，在生產油墨時會有很多困難，生產時間也更長，印刷機上的耐水性較一般油墨差一些。實際上VOC在油墨中的用途是令油墨快幹，若油墨中沒有這種成分，會拖慢油墨的乾燥時間。然而亦是出於這個原因，以零VOC油墨印刷的成品，墨層會較厚，原本佔20-30％的溶劑成分會被其它成分取代。含VOC的油墨幹透後，隨著VOC揮發，墨層會較薄，墨量多表示油墨的光澤度和耐磨性都會加強。而且，由於沒有揮發VOC，就算有PVC等塑料夾在印刷品當中，表面也不會起波浪。

另一種較為環保的是UV油墨，其成分中亦沒有VOC。然而，環保除了要考慮VOC，回收油墨、與油墨相關的耗電亦是其中一個要點。普通柯式油墨要溶劑達致乾燥，還要用噴粉幫助固化、乾燥，UV油墨則不需使用噴粉，一照UV燈油墨已立刻乾燥，所以UV油墨完全不含溶劑，這個最環保。但UV油墨也有個缺點，就是印刷完之後，如紙張要循環再用，溶解UV油墨是很難的，UV油墨一旦固化之後就很難溶解。而且UV燈耗電量大、亦需以空調減低車間因使用UV燈而提高的溫度，耗電量會增加，這些都是不環保的。另一點，是使用UV油墨除了要加上UV燈，也要配備專用的墨輥、膠布，UV油墨已經比平常的油墨貴4-5倍，材料的費用又很高昂，加上剛才提及的電費，成本會上升很多。

除了VOC，重金屬是環保油墨的另一要點。現在油墨成分中要注意的重金屬有8種，大部分生產廠家都會委託有權威的機構，如SGS等，作PBBS(8種物質)和PBDES(8種物質)的檢測。

儘管使用環保油墨是世界潮流，在中國推廣環保油墨暫時仍比較困難。我們出口往歐洲、美國、日本等國家的印刷品，(對比於內銷產品)會有更多客戶採用環保油墨。由於環保油墨的價格比較高，一般來說若不是印刷品客戶要求，印刷廠是不會採用環保油墨的，這是導致國內對環保油墨的推進比較緩慢的原因。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種納米環保型，沒有汙染、自動淨化空氣、釋放負氧離子、防潮、防黴、防蟲、發出紅外波長等功能的新一代多功能納米竹炭環保油墨及其製備方法。本發明採用納米竹炭粉、膨化玉米澱粉、炭黑、純淨水等環保材料製作油墨，因此在製備過程中以及最終得到的油墨產品中均沒有有害氣體VOC及重金屬的溢出，而且相較於現有產品，本發明的多功能納米竹炭環保油墨還具有用量少、幹的快、色澤清晰、保護視力等優點。

為了達到上述目的，本發明採用了以下技術手段：

本發明的一種多功能納米竹炭環保油墨，包括以下各組分：納米竹炭粉、碳黑、膨化玉米澱粉、滑石粉、雙飛粉、蒙脫石粉、納米碳酸鈣、電氣石粉、納米二氧化鈦、羥丙基甲基纖維素以及純淨水。

在本發明中，優選的，所述的多功能納米竹炭環保油墨，包括以下重量份的各組分：納米竹炭粉10～15重量份、炭黑5～10重量份、膨化玉米澱粉5～10重量份、滑石粉2～5重量份、雙飛粉2～5重量份、蒙脫石粉2～5重量份、納米碳酸鈣2～5重量份、電氣石粉1重量份～3重量份、納米二氧化鈦1重量份～3重量份、羥丙基甲基纖維素1～3重量份以及純淨水70～85重量份。

在本發明中，優選的，所述的多功能納米竹炭環保油墨中，還包括顏料或染料以製作成各種顏色的油墨。

下面對本發明中的各組分的功能及特性進行簡單說明：

1、納米竹炭粉(主料、防腐劑)：

竹炭是由竹材的纖維素、半纖維素和少量木質素三種物質不同程度地分解炭化而形成的。竹炭具有淨化空氣功能，去除有害物質的功能。竹材經過高溫燒制後，會產生無數個肉眼看不到的2～3微米的孔。如小指頭般大小(約1克)的竹炭，孔內壁總面積竟能達到約700平方米，相當於一個25米的遊泳池或一個網球場的面積。這驚人的表面積，就是竹炭淨化水質、空氣，乃至調節溼度的力量源泉。這無數的孔隙中還棲息著無數的微生物，使得那些肉眼看不到的自來水中以及浮遊於空氣中的有害化學物質、黴菌或是灰塵等，在通過小孔時被吸附並降解，變成無害物質，從而起到改善環境質量的作用。通過「中國室內裝飾協會室內環境監測中心」對「碧巖牌多功能竹炭」進行的對空氣中甲醛、苯的降解率的測試得出，48小時對甲醛的去除率達到83.2％，對苯的去除率達到74.1％。

竹炭還具有抗氧化、釋放遠紅外線和負離子功能。竹炭自身特有的原子結構，使得它具有優越的抗氧化性。用於蔬果保鮮效果奇佳。竹炭還可放射波長極易被人體吸收的遠紅外線和豐富的負離子，長期使用對於增強細胞能量，提高身體的含氧量，改善微循環系統，促進新陳代謝，平衡身體的酸鹼度等也有顯著效果。(1)在不造成心臟負擔的情況下，能擴張末稍血管，促進血液循環。(2)促進細胞的新陳代謝及組織再生能力。(3)促進機能活化性，增加身體免疫力與治癒力。

竹炭還具有調節溼度、防黴防蟲功能。竹炭本身具有一定的含水量，能夠根據周圍環境溼度與溫度的不同，釋放自身的水分或吸收空氣中的水分子，不僅適用於潮熱環境，在乾燥氣候的北方使用，也可為您的居室環境營造一個適宜的溼度。

竹炭能夠屏蔽電磁波。生活在城市中的我們，每日都被各種各樣的電磁波(電燈、冰箱、電視、音響、電熱器、冷氣、除溼機、電腦、手機、微波爐等)包圍著，電磁波日夜作用，影響身體內離子，久而久之造成身體各種障礙，破壞健康。在接觸身體較頻繁的電器(如電視、電腦、微波爐)周邊，擺放具有良好導電性能的竹炭，就對電磁波具有一定程度的阻隔效果——這種作用就有點像利用避電針來防止雷擊。同時，也間接地能夠促進身體健康。

竹炭能夠釋放負離子，根據實驗數據顯示，竹炭產生的負離子量與森林所產生的負離子量相當，在居室及工作場所放置竹炭，可以增加空氣中的負離子量，營造有益身心健康的生活空間。

本發明採用的納米竹炭粉中，竹炭粉的粒徑為1～100nm，為納米級的竹炭粉，可在天津鴻雁天山納米技術有限公司、廣州市凱正貿易有限公司以及南昌市竹生富納米科技有限公司公司購買，使用效果都很好。

2、膨化玉米澱粉(主料、連接劑、膠粘劑、成膜劑)：

玉米澱粉中有27％的直鏈澱粉，73％的支鏈澱粉。直鏈澱粉並不是伸展狀態的直鏈，而是由於分子內氫鍵的作用捲曲成螺旋狀。直鏈澱粉的這種緊密堆積的線圈式結構，有利於形成分子間氫鍵，不利於與水分子形成氫鍵，所以直鏈澱粉不易溶於冷水。支鏈澱粉有一個高度分支化的結構，由許多條短鏈組成，由於支鏈澱粉高度分支的結構，容易與水分子形成氫鍵，所以支鏈澱粉易溶於冷水，但是粘接性能較差。即無論直鏈澱粉還是支鏈澱粉，本身的粘接作用都不好，都不能直接作為膠粘劑使用，必須經過氧化或糊化後才能使用。糊化澱粉初粘力好，粘接強度大，可直接作為膠粘劑或連接劑使用。

目前澱粉的糊化主要是加熱糊化和鹼糊化，本發明選擇的是另一種糊化方法，即膨化糊化，經試用效果良好。根據膨化的原理，把粉碎的玉米碎粒裝入膨化機中，進行加熱加壓和機械作用，使玉米處於高溫高壓狀態。此時，迅速將膨化機的密封蓋打開，在此瞬間，由於玉米被突然降至常溫常壓狀態，巨大的能量釋放出來，呈過熱狀態的水汽化蒸發，其體積可膨脹兩千倍左右，從而產生了膨脹壓力。巨大的膨脹壓力使玉米組織遭到強大的爆破伸張作用，把玉米造成無數細微的海綿狀結構，即玉米膨化了。

所述膨化玉米澱粉可參照以下方法製備得到：取潔淨的玉米經脫皮、破渣、提取玉米胚芽，製成玉米碎粒，達到無皮無臍。將玉米碎粒直接放入膨化機內膨化，膨化後隨時用粉碎機粉碎，選用200目篩收集細粉，即可得膨化玉米澱粉。超大部分再進行第二次粉碎，第二次篩選收集，不要浪費。

玉米經過膨化後，在宏觀上表現在玉米的體積增大幾倍至十幾倍，多孔，海綿狀，質地疏鬆；在微觀上表現在玉米澱粉內部結構及化學成分的分子結構發生了變化，澱粉鏈間的氫鍵斷裂，鏈發生移動，澱粉粒解體，降解，α-化。在膨化過程中，隨著澱粉的降解，支鏈澱粉的一部分側鏈被切割下來，即發生了α-1，6苷鍵斷裂，使較短的直鏈澱粉的比例增加。膨化不僅導致了支鏈澱粉的降解，而且還能引起直鏈澱粉中α-1，4苷鍵斷裂，產生小分子物質，即發生澱粉的糊精化作用。這些都使原來在螺旋圈內的羥基裸露在了外面，可與水分了α-1,6苷鍵斷裂，使較短的直鏈澱粉的比例增加。可與水分子形成氫鍵，使本來不易溶於水的也變得易溶於水了。即膨化後的玉米澱粉結構疏鬆，海綿狀，易溶於水。在水中浸潤、膨脹，粘度增加，初粘力增強，粘接強度明顯提高，這就使得膨化的玉米澱粉可直接作為連接劑、膠粘劑在油墨中使用。使用了膨化玉米澱粉的油墨，在印刷後形成均勻的薄層，乾燥後形成有一定強度的膜層，並對顏料起保護作用，使其難以脫落。

所述膨化玉米澱粉可通過商業途徑購買得到，本發明所用膨化玉米澱粉購自於江蘇溧陽市匯達機械有限公司。

3、炭黑(色料)：

碳黑(carbon black)，又名炭黑，是一種無定形碳。輕、松而極細的黑色粉末，表面積非常大，範圍從10～3000m2/g，是含碳物質(煤、天然氣、重油、燃料油等)在空氣不足的條件下經不完全燃燒或受熱分解而得的產物。比重1.8-2.1。由天然氣製成的稱「氣黑」，由油類製成的稱「燈黑」，由乙炔製成的稱「乙炔黑」。此外還有「槽黑」、「爐黑」。按炭黑性能區分有「補強炭黑」、「導電炭黑」、「耐磨炭黑」等。可作黑色染料，用於製造中國墨、油墨、油漆等，也用於做橡膠的補強劑。

本發明實驗所用炭黑是在天津寶馳化工科技有限公司購買的。

4、電氣石粉(輔料)：

電氣石粉：是把電氣石原礦經過去除雜質後，經過機械粉碎得到的粉體經過加工提純的電氣石粉體具有較高的負離子產生量和遠紅外發射率。

電氣石(tourmaline)化學通式為NaR3Al6[Si6O18][BO3]3(OH,F)4，晶體屬三方晶系的一族環狀結構矽酸鹽礦物的總稱。式中R代表金屬陽離子，當R為Fe2+時，構成黑色晶體電氣石。電氣石晶體呈近三角形的柱狀，兩端晶形不同，柱面具縱紋，常呈柱狀、針狀、放射狀和塊狀集合體。玻璃光澤，斷口松脂光澤，半透明至透明。無解理。摩氏硬度7-7.5，比重2.98-3.20。有壓電性和熱電性。電氣石是多元素的天然礦物，主要化學成分有SiO2，TiO2，CaO，K2O，LiO，Al2O3，B2O3，MgO，Na2O，Fe2O3，FeO，MnO，P2O5，電氣石主要成分有鎂、鋁、鐵、硼等10多種對人體有利的微量元素。由於它是一種結構特殊的極性結晶體，自身能長期產生電離子，並永久釋放空氣負離子和遠紅外線。

電氣石能吸收油漆、膠體等產品所發出的異味。用於建築裝潢粉刷內牆，可吸附油漆、膠體、塗料所發出的異味。在塗料中加入少量的超細電氣石粉、刷在內牆和天花板上，不但可以迅速吸除異味、還能長期吸除煙味。

電氣石可以產生負離子。負離子又稱為「空氣的維他命」，具有調節人體離子平衡作用，能使身心放鬆，活化細胞，提高自然治癒率等作用，並能抑制身體的氧化或老化，現代的環境具有許多促使正離子生成的要因，身體經常處於緊張狀態，因此，負離子是現代人不可或缺的物質。此外，負離子也具有除臭、殺菌的功效，負離子與細菌結合後使細菌病毒產生結構性改變或能量轉移，導致細菌病毒死亡，不再形成新品種。負氧離子可以清新空氣，負離子與空氣中漂浮的煙霧、粉塵結合，利用靜電式處理使其沉澱，從而達到淨化空氣的目的。

5、蒙脫石粉(分散劑、潤滑劑)：

蒙脫石是一種鋁矽酸鹽礦物，有膨脹性、分散性、懸浮性、潤滑性等多種性能，在工農業和國防工業中得到廣泛應用。蒙脫石(膨潤土)由於有良好的物理化學性能，可做粘結劑、懸浮劑、觸變劑、穩定劑、淨化脫色劑、充填料、飼料、催化劑等。6、滑石粉(潤滑劑)：

滑石粉(中文別名：水合矽酸鎂超細粉)：滑石粉的主要成分是滑石，分子式為Mg3[Si4O10](OH)2，分子量：260.8617。滑石屬單斜晶系，晶體呈假六方或菱形的片狀。通常成緻密的塊狀、葉片狀、放射狀、纖維狀集合體。無色透明或白色，但因含少量的雜質而呈現淺綠、淺黃、淺棕甚至淺紅色；解理面上呈珍珠光澤。硬度1，比重2.7～2.8。滑石具有潤滑性、抗黏、助流、耐火性、抗酸性、絕緣性、熔點高、化學性不活潑、遮蓋力良好、柔軟、光澤好、吸附力強等優良的物理、化學特性，由於滑石的結晶構造是呈層狀的，所以具有易分裂成鱗片的趨向和特殊的滑潤性，如果Fe2O3的含量很高則會減低它的絕緣性。

生產滑石粉，是先將開採來的滑石(滑石粉的原料)進行精選，精選後的滑石可直接用雷蒙磨或其它高壓磨粉碎，粉碎後即可得到滑石粉。

7、雙飛粉(填充料)：

雙飛粉(也叫「大白粉」)主要成分是重質碳酸鈣，重質碳酸鈣也簡稱為「重鈣」(碳酸鈣98％，三氧化二鐵0.3％)。重質碳酸鈣就是天然碳酸鈣,由方解石經粉碎製得。通常用作填料，廣泛用於人造地磚、橡膠、塑料、造紙、塗料、油漆、油墨、電纜、建築用品、食品、醫藥、紡織、飼料、牙膏等日用化工行業，作填充劑起到增加產品的體積，降低生產成本。

8、羥丙基甲基纖維素(成膜劑、穩定劑)：

羥丙基甲基纖維素：英文全稱：Hydroxypropyl Methyl Cellulose；英文簡稱：HPMC。水溶液具有表面活性。透明性高，性能穩定，不同規格的產品凝膠溫度不同，溶解度隨粘度而變化，粘度愈低，溶解度愈大，不同規格HPMC其性能有一定差異，HPMC在水中的溶解不受pH值影響。HPMC隨甲氧基含量減少、凝膠點升高、水溶解度下降，表面活性也下降。HPMC還具有增稠能力，耐鹽性低灰粉、PH穩定性、保水性、尺寸穩定性、優良的成膜性、以及廣泛的耐酶性、分散性和粘結性等特點。

9、納米二氧化鈦(抗菌自潔)

二氧化鈦(TiO2)，白色固體或粉末狀的兩性的氧化物，分子量：79.83，是一種白色無機顏料，具有無毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被認為是目前世界上性能最好的一種白色顏料。用於油墨、塗料、紡織，能很好的提高其粘附力、抗老化、耐擦洗性能。鈦白的粘附力強，不易起化學變化，永遠是雪白的。廣泛應用於塗料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠、化妝品等工業。它的熔點很高，也被用來製造耐火玻璃，釉料，琺瑯、陶土、耐高溫的實驗器皿等。

納米級二氧化鈦，亦稱鈦白粉。直徑在100納米以下，產品外觀為白色疏鬆粉末。具有抗線、抗菌、自潔淨、抗老化性能，可用於化妝品、功能纖維、塑料、油墨、塗料、油漆、精細陶瓷等領域。

納米二氧化鈦主要有兩種結晶形態：銳鈦型(Anatase)和金紅石型(Rutile)。金紅石型二氧化鈦比銳鈦型二氧化鈦穩定而緻密，有較高的硬度、密度、介電常數及折射率，其遮蓋力和著色力也較高。而銳鈦型二氧化鈦在可見光短波部分的反射率比金紅石型二氧化鈦高，帶藍色色調，並且對紫外線的吸收能力比金紅石型低，光催化活性比金紅石型高。在一定條件下，銳鈦型二氧化鈦可轉化為金紅石型二氧化鈦。

本發明所用納米二氧化鈦材料是從北京德科島金科技有限公司購買的。

10、納米碳酸鈣(速幹、穩定、填充料)

碳酸鈣是一種無機化合物，CaCO3俗稱：灰石、石灰石、石粉、大理石等。主要成分：方解石，是一種化合物，化學式是CaCO3，呈中性，基本上不溶於水，溶於鹽酸。它是地球上常見物質，存在於霰石、方解石、白堊、石灰巖、大理石、石灰華等巖石內，亦為動物骨骼或外殼的主要成分。碳酸鈣是重要的建築材料，工業上用途甚廣。碳酸鈣是由鈣離子和碳酸根離子結合生成的，所以既是鈣鹽也是碳酸鹽。

本發明使用的是納米碳酸鈣，納米碳酸鈣粒子粒徑在25～100nm之間。採用納米碳酸鈣所配製的油墨，身骨及粘性較好，故具有良好的印刷性能；穩定性好；乾性快且沒有相反作用；由於顆粒小，故印品光滑，網點完整，可以提高油墨的光潔度，適用於高速印刷。作為填料，可替代價格較高的膠質鈣，並可提高油墨的光澤度和亮度。

經檢驗，本發明多功能納米竹炭環保油墨完全符合：

GB/T 13217.1-2009液體油墨顏色檢驗方法；

GB/T 13217.2-2009液體油墨顏色光澤方法；

GB/T 13217.3-2008液體油墨細度檢驗方法；

GB/T 13217.4-2008液體油墨粘度檢驗方法；

GB/T 13217.5-2008液體油墨初乾性檢驗方法；

GB/T 13217.6-2008液體油墨著色力檢驗方法；

GB/T 13217.7-2009液體油墨附著牢度檢驗方法；

GB/T 13217.8-2009液體油墨抗粘連檢驗方法。

本發明的另外一個目的是提供一種製備上述多功能納米竹炭環保油墨的方法，該方法包括以下步驟：

(1)將納米竹炭粉、碳黑、膨化玉米澱粉、滑石粉、雙飛粉、蒙脫石粉、納米碳酸鈣、電氣石粉、納米二氧化鈦以及羥丙基甲基纖維素依次倒入攪拌機內，正傳反轉各攪拌2-5分鐘；

(2)先將二分之一的純淨水倒入攪拌機內，正傳反轉各攪拌3-10分鐘；

(3)最後將剩下的二分之一純淨水全部攪拌機內，充分的攪拌，正傳反轉各8-15分鐘，即得。

在本發明所述的方法中，優選的，步驟(1)中還包括將顏料或染料加入攪拌機內。

在本發明所述的方法中，優選的，步驟(1)中的攪拌時間為3分鐘，攪拌速度為60±2r/min。

在本發明所述的方法中，優選的，步驟(2)中的攪拌時間為5分鐘，攪拌速度為60±2r/min。

在本發明所述的方法中，優選的，步驟(3)中的攪拌時間為10分鐘，攪拌速度為80±4r/min。

在本發明所述的方法中，優選的，還包括將製備得到的油墨進一步加工成粉狀或塊狀。

說明：由於本發明使用的連接劑是可食用的膨化玉米澱粉和純淨水，替代樹脂類、油類等化工材料，為了達到最好的製備效果，必須按程序先將各組分乾燥狀態下進行充分攪拌，然後分二次加水充分攪拌加工，才能獲得理想的水性油墨。

一般情況下，水溶性樹脂或水分散性樹脂皆為水性油墨的連接料，它對油墨的粘度、附著力、光澤、乾燥及印刷適應性都有很大的影響。水性油墨是由水性高分子乳液、有機顏料、樹脂、表面活性劑及相關添加劑經化學過程和物理混合而製得的水基印刷油墨。本發明採用膨化玉米澱粉替代樹脂，必須充分攪拌才能達到理想的使用效果。充分攪拌的油墨顏色，印刷效果好。

本發明的再一個目的是提供所述的多功能納米竹炭環保油墨在印刷領域，特別是兒童書刊、食品包裝印刷和檔案史館資料的印刷中的用途。

相較於現有技術，本發明的優點在於：

1、本發明的多功能納米竹炭環保油墨中用水來代替傳統油墨中佔30％～70％的有毒有機溶劑，使油墨中不再含有揮發性的有機溶劑，更環保，故在印刷過程中對工人的健康無不良影響，對大氣環境亦無汙染，還消除了工作場所易燃易爆的隱患，提高了安全性，同時成本比溶劑型油墨的成本更低，大約節省了40％左右；

2、本發明多功能納米竹炭環保油墨合理的使用了納米竹炭粉、炭黑、膨化玉米澱粉、電氣石、納米級二氧化鈦等材料，通過實驗證明其具有自動淨化室內空氣的功能，能夠自動清除甲醛等有害氣體。

3、本發明多功能納米竹炭環保油墨合理的使用了電氣石，能夠永久性產生0.06mA的微弱電流，與通過人體神經的電流類似，促使血液循環順暢。在閱讀時間，利用電氣石的負離子和紅外線功能可提高閱讀者的精神狀態，緩解閱讀者視力疲勞，提高記憶力。

4、本發明多功能納米竹炭環保油墨不僅有普通油墨的優點，還有自動殺菌的功能，沒有任何汙染，能長期防潮、防黴、防蟲，能夠保護書刊，延長書刊的使用壽命，特別適合兒童書刊、食品包裝印刷和檔案史館資料的印刷。

5、本發明多功能納米竹炭環保油墨，雖然是屬於水性油墨，但不含樹脂類和油類，是安全的，甚至是可食用的。多功能納米竹炭環保油墨的創新研發理念，採用的非常規材料，是當前環保油墨的一次徹底革命。

6、本發明多功能納米竹炭環保油墨的使用範圍比較廣泛，不僅可以做為印刷油墨使用，還可以當作普通油墨、墨水使用。它既可以以液體方式出售使用，還可以以粉狀、塊狀運輸銷售使用。還可以添加各種顏料、染料製作成各種顏色的油墨，而環保的功能不會減退，是未來市場的寵兒。

具體實施方式

下面結合具體實施例來進一步描述本發明，本發明的優點和特點將會隨著描述而更為清楚。但這些實施例僅是範例性的，並不對本發明的範圍構成任何限制。本領域技術人員應該理解的是，在不偏離本發明的精神和範圍下可以對本發明技術方案的細節和形式進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發明的保護範圍內。

本發明實施例中所涉及原料及其購買來源：

實施例1多功能納米竹炭環保油墨的製備

(1)按以下重量稱取各組分：納米竹炭粉10Kg，膨化玉米澱粉5Kg，炭黑5Kg，滑石粉2Kg，雙飛粉2Kg，蒙脫石粉2Kg，納米碳酸鈣2Kg，電氣石粉2kg，納米二氧化鈦1Kg，羥丙基甲基纖維素1Kg，純淨水70Kg；

(2)依次將納米竹炭粉，膨化玉米澱粉，炭黑，滑石粉，雙飛粉，蒙脫石粉，納米碳酸鈣，電氣石粉，納米二氧化鈦，羥丙基甲基纖維素倒入攪拌器中，正傳反轉各攪拌3分鐘，攪拌的轉速為60±2r/min；

(3)先將二分之一純淨水(35Kg)倒入攪拌機內，正傳反轉各攪拌5分鐘，攪拌的轉速為60±2r/min；

(4)最後將剩下的二分之一純淨水(35Kg)全部攪拌機內，充分的攪拌，正傳反轉各10分鐘，攪拌的轉速為80±4r/min；即可得到所述的多功能納米竹炭環保油墨。

經檢驗，本實施例所製備的到的多功能納米竹炭環保油墨完全符合：

GB/T 13217.1-2009液體油墨顏色檢驗方法；

GB/T 13217.2-2009液體油墨顏色光澤方法；

GB/T 13217.3-2008液體油墨細度檢驗方法；

GB/T 13217.4-2008液體油墨粘度檢驗方法；

GB/T 13217.5-2008液體油墨初乾性檢驗方法；

GB/T 13217.6-2008液體油墨著色力檢驗方法；

GB/T 13217.7-2009液體油墨附著牢度檢驗方法；

GB/T 13217.8-2009液體油墨抗粘連檢驗方法。

實施例2多功能納米竹炭環保油墨的製備

(1)按以下重量稱取各組分：納米竹炭粉12Kg，膨化玉米澱粉7Kg，炭黑7Kg，滑石粉3Kg，雙飛粉3Kg，蒙脫石粉3Kg，納米碳酸鈣3Kg，電氣石粉2kg，納米二氧化鈦2Kg，羥丙基甲基纖維素2Kg，純淨水80Kg。

(2)依次將納米竹炭粉，膨化玉米澱粉，炭黑，滑石粉，雙飛粉，蒙脫石粉，納米碳酸鈣，電氣石粉，納米二氧化鈦，羥丙基甲基纖維素，純淨水，倒入攪拌器中，正傳反轉各攪拌3分鐘，攪拌的轉速為60±2r/min；

(3)先將二分之一純淨水(40Kg)倒入攪拌機內，正傳反轉各攪拌5分鐘，攪拌的轉速為60±2r/min；

(4)最後將剩下的二分之一純淨水(40Kg)全部攪拌機內，充分的攪拌，正傳反轉各10分鐘，攪拌的轉速為80±4r/min；即可得到所述的多功能納米竹炭環保油墨。

經檢驗，本實施例所製備的到的多功能納米竹炭環保油墨完全符合：

GB/T 13217.1-2009液體油墨顏色檢驗方法；

GB/T 13217.2-2009液體油墨顏色光澤方法；

GB/T 13217.3-2008液體油墨細度檢驗方法；

GB/T 13217.4-2008液體油墨粘度檢驗方法；

GB/T 13217.5-2008液體油墨初乾性檢驗方法；

GB/T 13217.6-2008液體油墨著色力檢驗方法；

GB/T 13217.7-2009液體油墨附著牢度檢驗方法；

GB/T 13217.8-2009液體油墨抗粘連檢驗方法。

實施例3多功能納米竹炭環保油墨的製備

(1)按以下重量稱取各組分：納米竹炭粉15Kg，膨化玉米澱粉10Kg，炭黑10Kg，滑石粉5Kg，雙飛粉5Kg，蒙脫石粉5Kg，納米碳酸鈣5Kg，電氣石粉3kg，納米二氧化鈦3Kg，羥丙基甲基纖維素3Kg，純淨水85Kg。

(2)依次將納米竹炭粉，膨化玉米澱粉，炭黑，滑石粉，雙飛粉，蒙脫石粉，納米碳酸鈣，電氣石粉，納米二氧化鈦，羥丙基甲基纖維素，倒入攪拌器中，正傳反轉各攪拌3分鐘，攪拌的轉速為60±2r/min；

(3)先將二分之一純淨水(40Kg)倒入攪拌機內，正傳反轉各攪拌5分鐘，攪拌的轉速為60±2r/min；

(4)最後將剩下的二分之一純淨水(45Kg)全部攪拌機內，充分的攪拌，正傳反轉各5分鐘，攪拌的轉為80±4r/min；即可得到所述的多功能納米竹炭環保油墨。

經檢驗，本實施例所製備的到的多功能納米竹炭環保油墨完全符合：

GB/T 13217.1-2009液體油墨顏色檢驗方法；

GB/T 13217.2-2009液體油墨顏色光澤方法；

GB/T 13217.3-2008液體油墨細度檢驗方法；

GB/T 13217.4-2008液體油墨粘度檢驗方法；

GB/T 13217.5-2008液體油墨初乾性檢驗方法；

GB/T 13217.6-2008液體油墨著色力檢驗方法；

GB/T 13217.7-2009液體油墨附著牢度檢驗方法；

GB/T 13217.8-2009液體油墨抗粘連檢驗方法。

測定實驗例1本發明多功能納米竹炭環保油墨的負離子發生量的測定實驗

供試樣品：實施例1-3所製備的多功能納米竹炭環保油墨材料；

檢驗依據：JC/T1016－2006《材料負離子發生量的測試方法》；

測試條件：溫度T＝23℃相對溼度RH＝35％；

測量次數：8

測試設備：靜態空氣離子測試儀

測試方法：

1、將未放樣品版的格柵式離子採集器放入0.4m3的密閉倉中，用靜態空氣離子測試儀進行計算機連續測試離子濃度，記錄8個數值並取平均值為本底負離子濃度(並記錄其溫度和相對溼度)；

2、稱取70g供試樣品，均勻的塗抹在50cm×50cm的纖維板上，乾燥2天後將樣品板平放在格柵式離子採集器上，將採集器放入0.4m3的密閉倉中，用靜態空氣離子測試儀進行連續測試，記錄8個數值並取平均值為樣品負離子濃度；

3、樣品負離子濃度平均值減去本底負離子濃度平均值即為樣品產生負離子增量。

檢驗結論：供試樣品負離子平均增加量為372個/s·cm2。

測定實驗例2本發明多功能納米竹炭環保油墨去除游離甲醛的實驗

供試樣品：實施例1-3所製備的多功能納米竹炭環保油墨；

實驗條件：

①兩個降解艙密封，控制溫度23℃、溼度52.2％；

②1公斤供試樣品塗抹於0.5×1.0m玻璃的雙面，另一塊同樣類型型號的玻璃板為對照空白。

測試儀器：

①1m3降解艙

②空氣採樣器

③甲醛測定儀

檢驗依據：參照GB50325－2001；

檢驗項目：對游離甲醛的去除；

實驗步驟：進行吸附實驗，向兩個降解艙(其中一個放入供試樣品，另外一個作空白艙)中分別加入甲醛，使艙內甲醛濃度為0.8mg/m3，此值為GB50325-2001《民用建築工程室內環境汙染控制規範》中甲醛指標限量值的10倍，分別在3小時、6小時、15小時、1天、2天、3天、4天、5、6、7天檢測艙內甲醛濃度。

檢驗結論：綜合分析供試樣品對甲醛氣體的吸附－時間關係圖，得出供試樣品對0.8mg/m3濃度的甲醛氣體吸附作用結果見表1。

表1本發明多功能納米竹炭環保油墨去除游離甲醛的平均實驗結果

實驗結果說明，本發明多功能納米竹炭環保油墨能夠有效的消除空氣中的游離甲醛。

測定實驗例3本發明多功能納米竹炭環保油墨的抗菌實驗

目前國內外還沒有油墨抗菌防黴的行業標準，因此本發明油墨的抗菌防黴檢測參照抗菌材料的抗菌防黴測試方法和評價指標，即HG/T3950-2007《抗菌塗料》或輕工行業標準QB/T2591-2003《抗菌塑料——抗菌性能試驗方法和抗菌效果》，這是我國與國際接軌的固體材料表面抗菌防黴測試方法，已在國內被廣泛採用。

抗細菌性能的測試：

先取0.2ml規定濃度的金黃色葡萄球菌菌懸液滴在經消毒的已塗飾樣品(實施例1-3所製備的多功能納米竹炭環保油墨材料)的表面，為保證實驗的準確性，塗料幹膜要預先烘烤去除VOC的幹擾(雖然沒有)，然後再用聚乙烯薄膜覆於其上。在37℃﹑相對溼度90％的恆溫恆溼培養箱內培養18-24h。然後，再用無菌水將菌液洗下，稀釋成適當的濃度梯度。取0.1ml均勻塗布在無菌瓊脂培養基上。移至培養箱內於37℃培養18-24h，觀察結果。

檢測結果：實施例1-3所製備的多功能納米竹炭環保油墨材料對金黃色葡萄球菌的平均抗菌率為98.07％，(標準值I級≥99％；II級≥90％)。對大腸桿菌的平均抗菌率98.80％，(標準值I級≥99％；II級≥90％)

結果判定：符合Ⅱ級，表明有抗細菌作用。

測定實驗例4本發明多功能納米竹炭環保油墨的防黴實驗

防黴性能的測試：

將一定量的孢子混懸液噴在待測樣品(實施例1-3所製備的多功能納米竹炭環保油墨材料)和培養基上，28℃，相對溼度≥90％下培養14-28d，通過直接觀測長黴菌程度來評價樣品的長黴菌等級。

樣品長黴等級：

0級：不長，即顯微鏡(放大50倍)下觀察未見生長；

1級：痕跡生長，即肉眼可見生長，但生長覆蓋面積小於10％；

2級：生長覆蓋面積不小於10％。

長黴菌等級符合0級表明有強抗黴菌作用；長黴菌等級符合1級的表明有防黴菌作用。

結果：

實施例1-3所製備的多功能納米竹炭環保油墨材料的符合0級，表明有強抗黴菌作用。