二氧化碳敏感的变色油墨及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油墨领域，尤其涉及一种二氧化碳敏感的变色油墨及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在日常生活中，实时检测二氧化碳浓度对包装、医疗和空间环境都具有重要的意义:
[0003]在包装方面，易腐食品在合适的温度、湿度及有氧环境下会逐渐腐败变质，为防止产品变质，一些产品采用气调包装(MAP)，将产品密封到充满二氧化碳气体的包装袋内，并在包装外标明保质期，消费者通过对比实际日期与保质期辨别产品是否变质。然而，产品在保质期内未变质的前提是包装具有良好的密封效果，如包装密封效果差，产品在标明的保质期内同样可能变质，食用变质产品对人体具有伤害；
[0004]在医疗方面，检测病人的呼吸状况主要通过手去探测病人鼻息来确定病人呼吸是否正常，不具有直观性和实时性，一些重症病人可能因呼吸异常未被及时发现，致使未及时采取救治措施而死亡；
[0005]在空间环境方面，每年有大量的人处在相对密闭的空间(如车内、小房间内、地下室内)因二氧化碳窒息而导致死。
[0006]然而，目前缺乏一种具备批量生产、低成本且方便实用的二氧化碳浓度检测工具。因此，开发一种二氧化碳敏感变色油墨具有重要的意义。
[0007]现有技术中有一种智能颜料及变色薄膜，其可与二氧化碳反应而变色，可作为成分检测试剂或防伪材料加以运用。然而，当其运用于包装上时，存在以下几个问题:
[0008]1、当该智能颜料使用时，其只能采用涂布或浸染的方式应用于包装材料上，当其溶剂(如水)干燥后，因其粘结性差，该智能颜料只能以颗粒的形式附着在包装材料表面，其附着力、耐摩擦性能、耐折性能都无法满足包装设计的要求，生产过程中的抖动或刮擦使颜料颗粒极易脱落；同时由于智能颜料的活性染料成分具有一定的毒性，采用涂布或浸染的方式运用于包装材料时，尤其在颜料附着力不强的情况下，处于包装材料表层具有毒性的活性染料成分极易沾染至产品或人体上，食用或使用此产品对人体健康具有一定的危害。
[0009]2、该智能颜料的粘度、成膜性和柔韧性都无法满足印刷生产加工的要求。
【发明内容】
[0010]本发明的主要目的在于提供一种二氧化碳敏感的变色油墨，旨在解决现有的智能颜料的粘结性和柔韧性较差以及该智能颜料薄膜在不同的环境下存在色差的技术问题。
[0011]为实现上述目的，本发明提供一种二氧化碳敏感的变色油墨，所述变色油墨包括如下组分:PH值敏感染料、相转移催化剂、增塑剂、粘结剂和有机溶剂。
[0012]优选地，所述变色油墨还包括有机酸，所述变色油墨呈酸性。
[0013]优选地，所述PH值敏感染料为间甲酚紫、麝香草酚酞、邻甲酚酞、溴百里酚蓝、甲酚红、十六烷基三甲基铵阳离子、中性红、酚红、罗丹明、磺基罗丹明101和百里酚蓝中的至少一种。
[0014]优选地，所述相转移催化剂为季铵盐、氢氧化钠和碳酸氢钠中的至少一种。
[0015]优选地，所述季铵盐为四丁基氢氧化铵或四乙基氢氧化铵。
[0016]优选地，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、硝化棉、聚乙烯醇、羟乙基纤维素和羟丙基纤维素中的至少一种。
[0017]优选地，所述增塑剂为甘油、己二酸二异癸酯、磷酸三丁酯和二甲基邻苯二甲酸酯中的至少一种。
[0018]优选地，所述有机酸为一元饱和脂肪羧酸中的至少一种。
[0019]此外，为实现上述目的，本发明还提供一种二氧化碳敏感的变色油墨的制备方法，所述制备方法包括步骤如下:
[0020]步骤一、制备相转移催化剂的水溶液和有机酸的水溶液；
[0021 ] 步骤二、将PH值敏感染料溶解至有机溶剂中，然后加入所述相转移催化剂的水溶液，制成第一溶液；
[0022]步骤三、将所述有机酸的水溶液和所述第一溶液混合，在真空条件下蒸发水和有机溶剂，形成颗粒状粉末，并研磨该颗粒状粉末；
[0023]步骤四、将研磨后的颗粒状粉末重新溶解在有机溶剂中，制成第二溶液；
[0024]步骤五、在所述第二溶液中加入粘结剂、增塑剂，充分搅拌，制得呈酸性的变色油里年、O
[0025]优选地，所述PH值敏感染料为间甲酚紫、麝香草酚酞、邻甲酚酞、溴百里酚蓝、甲酚红、十六烷基三甲基铵阳离子、中性红、酚红、罗丹明、磺基罗丹明101和百里酚蓝中的至少一种；
[0026]所述相转移催化剂为季铵盐、氢氧化钠和碳酸氢钠中的至少一种；
[0027]所述有机酸为一元饱和脂肪羧酸中的至少一种；
[0028]所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、硝化棉、聚乙烯醇、羟乙基纤维素和羟丙基纤维素中的至少一种；
[0029]所述增塑剂为甘油、己二酸二异癸酯、磷酸三丁酯和二甲基邻苯二甲酸酯中的至少一种。
[0030]本发明二氧化碳敏感的变色油墨的粘结剂在油墨固化后具有成膜作用，一方面，增强变色油墨的附着力，使其满足印刷对油墨附着力和耐摩擦力的要求，另一方面，粘结剂成膜后对PH值敏感染料具有保护作用，避免PH值敏感染料与产品直接接触；该变色油墨的增塑剂增强了变色油墨的柔韧性，满足生产加工对油墨的性能要求；该变色油墨含有的溶剂可以调节油墨的粘度，满足胶印、柔印、丝印和凹印等不同印刷方式的要求；该变色油墨的相转移催化剂加强了油墨对二氧化碳的敏感程度；另外，该变色油墨可以进行局部印刷，避免了变色薄膜以覆膜形式应用于包装上时因不同海拔高度二氧化碳浓度不一致而导致颜色不一致的现象，克服了色差问题；进一步地，该二氧化碳敏感的变色油墨还包括有机酸，该有机酸使变色油墨呈酸性，该变色油墨对环境中的二氧化碳浓度变化具有敏感性，当环境中二氧化碳浓度升高时，二氧化碳渗入到变色油墨中，引起变色油墨PH值升高，变色油墨的颜色发生变化，当环境中二氧化碳浓度降低时，变色油墨中二氧化碳析出，引起变色油墨PH值降低，变色油墨颜色发生逆向变化，由于该变色油墨中的二氧化碳气体的渗入和析出具有持续性，因此，该变色油墨可以作为一种计时油墨而被应用。
[0031]本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例做进一步说明。
【具体实施方式】
[0032]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0033]本发明提供一种二氧化碳敏感的变色油墨，在一较佳实施例中，该变色油墨包括组分如下:PH值敏感染料、相转移催化剂、增塑剂、粘结剂和有机溶剂。
[0034]该较佳实施例的变色油墨的粘结剂在油墨固化后具有成膜作用，一方面，增强变色油墨的附着力，使其满足印刷对油墨附着力和耐摩擦力的要求，另一方面，粘结剂成膜后对PH值敏感染料具有保护作用，避免PH值敏感染料与产品直接接触；该变色油墨的增塑剂增强了变色油墨的柔韧性，满足生产加工对油墨的性能要求；该变色油墨含有的溶剂可以调节油墨的粘度，满足胶印、柔印、丝印和凹印等不同印刷方式的要求；该变色油墨的相转移催化剂加强了油墨对二氧化碳的敏感程度；另外，该变色油墨可以进行局部印刷，避免了变色薄膜以覆膜形式应用于包装上时因不同海拔高度二氧化碳浓度不一致而导致颜色不一致的现象，克服了色差问题。
[0035]在一优选实施例中，该二氧化碳敏感的变色油墨还包括有机酸，该二氧化碳敏感的变色油墨呈酸性。
[0036]该优选实施例的二氧化碳敏感的变色油墨对环境中的二氧化碳浓度变化具有敏感性，当环境中二氧化碳浓度升高时，二氧化碳渗入到变色油墨中，引起变色油墨PH值升高，变色油墨的颜色发生变化，当环境中二氧化碳浓度降低时，变色油墨中二氧化碳析出，引起变色油墨PH值降低，变色油墨颜色发生逆向变化，由于该变色油墨中的二氧化碳气体的渗入和析出具有持续性，因此，该变色油墨可以作为一种计时油墨而被应用。
[0037]在一优选实施例中，该PH值敏感染料对PH值变化敏感，变色油墨的PH值发生变化后，该PH值敏感染料的颜色也发生变化。该PH值敏感染料不溶或微溶于水，易溶于有机溶剂。可选的PH值敏感染料为间甲酚紫(MCP)、麝香草酚酞、邻甲酚酞、溴百里酚蓝(BTB)、甲酚红、十六烷基三甲基铵阳离子(CTA)、中性红(NR)、酚红(PR)、罗丹明(R6G)、磺基罗丹明101和百里酚蓝中至少一种。其中，该十六烷基三甲基铵阳离子可以由三甲基十六烷基溴化铵或三甲基十六烷基氯化铵产生。应当理解，其它对PH值敏感的材料都可作为本发明的PH值敏感染料。该PH值敏感染料优选为酚红、溴百里酚蓝或间甲酚紫，现以溴百里酚蓝为例，说明PH值敏感染料的指示机理:该变色油墨呈酸性，在酸性条件下，溴百里酚蓝呈黄色，即该变色油墨显示为黄色，随着环境中的二氧化碳的渗入，该二氧化碳与变色油墨发生反应，导致变色油墨的PH值升高，油墨颜色随着逐渐发生变化，并最终显示为蓝色，进而可以根据颜色变化判断二氧化碳的浓度；反之，由于二氧化碳与变色油墨之间的反应为可逆反应，当环境中的二氧化碳浓度下降，二氧化碳从变色油墨中渗出，从而该变色油墨可以从蓝色最终变为黄色。
[0038]在一优选实施例中，该相转移催化剂可溶于水，并对有机溶剂具有较强的亲和力。其在配方中起两方面作用:一方面，其溶于水时产生阳离子可与染料阴离子产生配对，促进PH值敏感染料在水中的溶解度；另一方面，相转移催化剂易吸收空气中的二氧化碳，并与之反应生成碱性物质，使变色油墨的PH值升高，从而使PH值敏感染料的颜色发生变化。可选的相转移催化剂为季铵盐、氢氧化钠和碳酸氢钠中的至少一种。该相转移催化剂的含量大，油墨的变色速度快，相转移催化剂的含量小，油墨的变色速度慢。应当理解，具备上述两种功能的物质都可作为本发明的相转移催化剂。进一步地，该季铵盐优选为四丁基氢氧化铵或四乙基氢氧化铵。
[0039]在一优选实施例中，该有机酸在配方中对变色油墨起酸化作用，使变色油墨初始PH值呈酸性，进而变色油墨与二氧化碳发生反应后，PH值从酸性变为碱性，满足PH值敏感染料变色的要求。变色油墨酸化后PH值呈酸性，变色油墨形成基准色。可选的有机酸为一元饱和脂肪羧酸中的至少一种，例如:乙酸、丙酸、丁酸或其他更多碳原子数的碳链羧酸。当作为计时油墨时，可通过改变有机酸的种类来改变计时周期。使用高沸点挥发性有机酸，其改变颜色所用时间较长，使用低沸点挥发性有机酸，其改变颜色所用时间较短。
[0040]在一优选实施例中，该粘结剂具有干燥成膜特性，使其满足印刷对附着力的要求。可选用的粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、硝化棉(NC)、聚乙烯醇(PVA)、羟乙基纤维素(HEC)和羟丙基纤维素(HPC)中的至少一种。
[0041]在一优选实施例中，该增塑剂在配方中起增加变色油墨粘度