稳定的水彩墨水及其制备方法和水彩笔与流程

本发明涉及稳定的水彩墨水，具体涉及一种稳定的水彩墨水及其制备方法和水彩笔。

背景技术：

文具虽小，但是由于与学生接触密切，紧密的关联着学生的身心健康，近年来“毒文具”的消息层出不穷，2015年11月29日，央视《每周质量报告》“文具隐性危机”报道了97.4％的记号笔中存在有毒有害物质，严重影响了学生的使用安全。随着人们对安全环保意识的不断地增强，以及对儿童健康成长环境要求不断地提高，安全无毒的书写工具便成功地吸引了消费者的眼球，成为消费者们购买文具类产品的首选条件之一。水彩笔，作为一种学生常用的绘画工具，具有水分充足，颜色丰富，色彩鲜艳等优点，深受广大少年儿童的喜爱，备受儿童美术市场的关注。

目前国外对食品级水彩墨水的研究和应用初见端倪，樱花、施德楼等公司相继推出了着色剂为食品级的水彩墨水，并在国内外市场进行推广，市场反馈较好，而国内对此类墨水的研究尚处于起步阶段，尚未见国内品牌有此类产品推出，因此，开发安全稳定的食品级水彩墨水显得十分重要了。另外，带有芬芳气味的食品级水彩墨水，不仅能吸引消费者的目光，而且深受到消费者的喜爱，另外，使墨水带有芬芳气味主要是因为添加了香精，而香精主要是由多种香料调配混合而成，其中含有许多天然或者合成的香原料，香原料的主要成分为醛类，酯类，酚类等，由于其特殊的化学结构，稳定性较差，容易受到外界的影响，如遇到光、热、氧气等会发生物理化学反应，使其易失去原有的香气甚至会产生不愉快的气味，而香精的变化势必会引起墨水品质的变化如颜色改变，气味改变，必将影响终端产品的销售及使用。因此在添加香精时，除了选择合适的香型外，还要考虑到所选用的香精对产品质量及使用效果的影响。

对一种食品级芳香型水彩墨水而言，它不仅要保证混合后安全环保的特点不能被改变，而且要保证在运输、长时间保存以及在其他极端天气或环境中使用也必须是安全稳定的，因此墨水的安全、环保、无害、芬芳的特性必须是稳定持久的，因此，开发一款稳定的水彩墨水是必不可少的。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种色泽鲜艳、安全环保，气味芳香的稳定的水彩墨水、其制备方法以及一种包含稳定的水彩墨水的水彩笔。

本发明提供一种稳定的水彩墨水，包括墨水混合基料、芳香组分和螯合增稠剂；

进一步地，所述墨水混合基料、所述芳香组分和所述螯合增稠剂均为食品级，并且不含重金属；

进一步地，所述墨水混合基料包括着色剂、保湿剂、防腐剂、溶剂以及ph调节剂；

所述芳香组分包括香精和香精稳定剂；

进一步地，按重量份，所述稳定的水彩墨水包括：

所述着色剂0.1-10重量份；

所述保湿剂10-20重量份；

所述防腐剂0.1-1重量份；

所述溶剂65-85重量份；

所述香精0.05-0.1重量份；

所述香精稳定剂0.001-0.8重量份；

所述螯合增稠剂0.1-4重量份；优选的，所述螯合增稠剂0.1-1重量份；

以及所述ph调节剂适量，使得所述稳定的水彩墨水最终的ph达到4～8；

进一步地，所述着色剂包括选自天然食用色粉或者人工合成食用色素中的至少一种；

所述保湿剂包括含有亲水基团羧基或者羟基的有机物；

所述含有亲水基团羧基或者羟基的有机物包括选自甘油、丙二醇、聚乙二醇，山梨糖醇，1,2,3,4,5-戊五醇的至少一种；

所述防腐剂包括选自苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐、脱氢乙酸钠、丙酸钙、纳他霉菌、乙酸钠中的至少一种，或者两种或两种以上的混合物；

所述溶剂为水，优选的，所述水为去离子水；

所述ph调节剂包括选自柠檬酸，乳酸，醋酸的至少一种；

所述香精包括食品级水溶性香精；

所述香精稳定剂包括选自香兰精，乙基香兰精，麦芽酚，乙基麦芽酚中的至少一种；

进一步地，所述螯合增稠剂包括改性黄原胶与食品级增稠剂的组合物；

进一步地，所述食品级增稠剂为纤维素醚或生物多糖，优选的，所述纤维素醚或生物多糖包括选自甲基纤维素，羧甲基纤维素，羟乙基纤维素，海藻酸钠中的至少一种；

进一步地，所述改性黄原胶与所述食品级增稠剂的重量比为1:2-1:9；

进一步地，所述改性黄原胶的含量为0.1-0.33重量份；

进一步地，所述改性黄原胶为黄原胶接枝共聚聚丙烯酰胺得到的改性黄原胶。

本发明还提供一种稳定的水彩墨水的制备方法，包括：

步骤(a)将保湿剂、螯合增稠剂和溶剂依次加入到反应釜中，然后在室温下搅拌；

步骤(b)随后加入着色剂后，恒温搅拌；

步骤(c)依次缓慢加入香精，香精稳定剂，防腐剂，并搅拌；

步骤(d)随后加入适量的ph调节剂，使得墨水体系最终的ph达到4～8；

步骤(e)最后进行过滤除去体系中的杂质、出料，得到稳定的水彩墨水；

进一步地，所述步骤(a)中的搅拌时间为0.5-1小时；

所述步骤(b)中的搅拌时间为0.5-1小时；

所述步骤(c)中的搅拌时间为0.5-1小时；

进一步地，所述溶剂为去离子水。

本发明还提供一种水彩笔，包含稳定的水彩墨水，其特征在于，所述稳定的水彩墨水为上文所述的稳定的水彩墨水或上文所述制备方法制成的稳定的水彩墨水；

进一步地，所述水彩笔的制备方法包括灌注2g所述稳定的水彩墨水到包芯中，制作成所述水彩笔。

与现有技术相比，本发明的稳定的水彩墨水有如下优点：

1、本发明的稳定的水彩墨水中所有原材料都属于食品添加剂范畴，从原材料上保证了墨水是安全、无毒、无害、环保的。

2、墨水体系中添加了食品级水溶性香精，使墨水具有芬芳气味，增加了趣味性，提高了消费者的消费欲望，增加了儿童绘画的乐趣。

3、墨水体系中添加了香精稳定剂，延长了食品级水溶性香精在墨水中的香味存留的时间。

4、本发明的稳定的水彩墨水在运输、长时间保存以及在其他极端天气或环境中都能正常使用。

5、在墨水体系中使用了螯合增稠剂，能螯合油墨中的离子和酚类物质，增加体系稳定性。

具体实施方式

下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。

本发明的稳定的水彩墨水，包括墨水混合基料、芳香组分和螯合增稠剂。本发明的稳定的水彩墨水包括所述墨水混合基料75.2-118重量份、所述芳香组分0.05-0.9重量份和所述螯合增稠剂0.1-4重量份。

本发明的稳定的水彩墨水中，其所有原料均为食品添加剂，均隶属于中国食品添加剂标准目录，满足国家标准，不含重金属，安全环保。所述墨水混合基料、所述芳香组分和所述螯合增稠剂均为食品级，并且不含重金属。

进一步地，所述墨水混合基料包括着色剂、保湿剂、ph调节剂、防腐剂和溶剂；所述芳香组分包括香精和香精稳定剂。

本发明的稳定的水彩墨水中，所述螯合增稠剂的含量不多于所述稳定的水彩墨水总重量的5％。

本发明的稳定的水彩墨水包括：所述着色剂0.1-10重量份，所述保湿剂10-20重量份，所述螯合增稠剂0.1-4重量份，所述香精0.05-0.1重量份，所述香精稳定剂0.001-0.8重量份，所述防腐剂0.1-1重量份，所述溶剂65-85重量份，以及所述ph调节剂适量，使得墨水体系最终的ph达到4～8。

优选的，本发明的稳定的水彩墨水，按重量份计，其组分包括：所述着色剂0.1-10重量份，所述保湿剂10-20重量份，所述螯合增稠剂0.1-1重量份，所述香精0.05-0.1重量份，所述香精稳定剂0.001-0.8重量份，所述防腐剂0.1-1重量份，所述溶剂65-85重量份，以及所述ph调节剂适量，使得墨水体系最终的ph达到4～8。

本发明的稳定的水彩墨水中，所述的着色剂为天然食用色粉或者人工合成食用色素中的一种或者几种复配调和而成的混合物，并无特别限制，示例性的着色剂可以是fd&cyellow5、fd&cblue2。

本发明的稳定的水彩墨水中，所述的保湿剂为含有亲水基团羧基或者羟基的有机物，如甘油、丙二醇、聚乙二醇，山梨糖醇，1，2，3，4，5-戊五醇，的一种或者多种组合混合物。

本发明的稳定的水彩墨水中，所述ph调节剂包括选自柠檬酸，乳酸，醋酸的至少一种。本发明的稳定的水彩墨水中包括所述ph调节剂适量，使得稳定的水彩墨水最终的ph达到4～8。在一个实施方式中，所述ph调节剂的加入量为0.1-2重量份。

本发明的稳定的水彩墨水中，所述防腐剂包括选自苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐、脱氢乙酸钠、丙酸钙、纳他霉菌、乙酸钠中至少一种，或者是两种或两种以上的混合物。

本发明的稳定的水彩墨水中可以使用两种或两种以上防腐剂，降低单一防腐剂效力时间短、抑制菌种单一的风险。所述防腐剂为苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐、脱氢乙酸钠、丙酸钙、纳他霉菌、乙酸钠中两种或者多种组合的混合物。

在本发明的一个实施方式中，所述防腐剂为苯甲酸钠和脱氢乙酸钠的组合；在本发明的另一个实施方式中，所述防腐剂为脱氢乙酸钠和山梨酸钾的组合。

本发明的稳定的水彩墨水中，所述香精包括食品级水溶性香精，并无特别限制，示例性的食品级水溶性香精包括选自香草型香精、蓝莓型香精、青苹果型香精、玫瑰花型香精、桃子型香精等中的至少一种。

本发明的稳定的水彩墨水中，所述香精稳定剂包括选自香兰精，乙基香兰精，麦芽酚，乙基麦芽酚中的至少一种。

本发明的稳定的水彩墨水中的螯合增稠剂包括改性黄原胶与食品级增稠剂的组合。

所述食品级增稠剂为纤维素醚或者生物多糖，如甲基纤维素，羧甲基纤维素，羟乙基纤维素，海藻酸钠，黄原胶等。

本发明的稳定的水彩墨水的一个实施方式中，所述螯合增稠剂为纤维素醚或者生物多糖，如甲基纤维素，羧甲基纤维素，羟乙基纤维素，海藻酸钠等其中一种或者两种组合，同改性黄原胶复配的混合物。

本发明的稳定的水彩墨水中，所述改性黄原胶为黄原胶接枝共聚聚丙烯酰胺得到的，该改性黄原胶，分子量≥2×10⁶，聚合度n≥10³。该改性黄原胶是淡黄色粉末，由金九化工有限公司改性制得。黄原胶是由野油菜黄单胞菌发酵产生的一种胞外多糖聚合物，本身具有可生物降解性，生物相容性，无毒，可再生等优点，通过接枝共聚改性，改性后的黄原胶就兼有了接枝化学物的特性。通过改性，黄原胶具有螯合作用，能够使油墨中的离子和酚类物质，通过螯合作用，形成沉淀，增加体系的稳定性。

所述改性黄原胶在低浓度时，就有高黏度，良好的触变性和乳化稳定性，一般水性墨水中添加量为0.1-0.5重量份，黏度范围为2cps-100cps。

本发明的稳定的水彩墨水中，所述改性黄原胶与所述纤维素醚或者生物多糖的重量比为1:2-1:9，既能起到增稠的作用，也能起到螯合作用。本发明的一个实施方式中，所述改性黄原胶的含量为0.1-0.33重量份；本发明的稳定的水彩墨水增稠作用明显，能够螯合体系中色粉和香精中的离子和酚类物质；并且体系粘度适宜，不会影响成品笔的出墨以及书写线迹质量和手感。

在本发明的一个实施方式中，所述改性黄原胶与所述纤维素醚或者生物多糖的重量比为1:3.

在本发明的另一个实施方式中，所述改性黄原胶与所述纤维素醚或者生物多糖的重量比为1:3.5.

本发明的稳定的水彩墨水中，所用的溶剂为水，所述的水为去离子水。

本发明的稳定的水彩墨水原材料均隶属于中国食品添加剂目录，保证了原材料的安全无毒；通过添加香精、香精稳定剂并控制其种类与用量，使得墨水具有了芳香气味，并延长了墨水散发芬芳气味的时间；通过添加至少一种防腐剂降低单一防腐剂效力时间短、抑制菌种单一的风险；本发明的稳定的水彩墨水缓解了加入香精后降低稳定的水彩墨水稳定性的问题，使得墨水具有良好的书写性能，颜色鲜亮饱满，间歇书写时间久，长时间保存以及在其他极端条件下依旧正常使用。

本发明的一种稳定的水彩墨水的制备方法，包括：

步骤(a)将保湿剂、增稠剂和去离子水依次加入到反应釜中，然后在室温下搅拌0.5-1小时；

步骤(b)随后加入着色剂后，恒温搅拌0.5-1小时；

步骤(c)依次缓慢加入香精，香精稳定剂，防腐剂，搅拌0.5-1小时；

步骤(d)随后加入适量的ph调节剂，使得墨水体系最终的ph达到4～8；

步骤(e)最后进行过滤除去体系中的微米级大颗粒杂质、出料，得到稳定的水彩墨水。

本发明还提供一种水彩笔，其包含所述稳定的水彩墨水，通过灌注2g所述稳定的水彩墨水到包芯中制作成水彩笔。

除非另作限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。

附图说明

图1描述了实施例1得到的稳定的水彩墨水的粒径测试结果。

图2描述了实施例2得到的稳定的水彩墨水的粒径测试结果。

图3描述了对比实施例1得到的水彩墨水的粒径测试结果。

图4描述了对比实施例2得到的水彩墨水的粒径测试结果。

图5描述了对比实施例3得到的水彩墨水的粒径测试结果。

以下通过实施例对本发明作进一步地详细说明。

实施例

实施例1-2分别根据表1和表2中所述原料配方，按照本发明提供的稳定的水彩墨水制备方法制得稳定的水彩墨水，并进一步制备含有稳定的水彩墨水的水彩笔。

分别对实施例1-2制得的稳定的水彩墨水进行墨水粒径测试和对制得的水彩笔进行长期使用测试。

实施例1

一种稳定的水彩墨水的组分含量如表1所示：

表1

稳定的水彩墨水的制备方法为：先将去离子水、聚乙二醇、改性黄原胶、羧甲基纤维素依次加入到反应釜中，室温下搅拌0.5小时，随后加入fd&cyellow5，恒温搅拌0.6小时，依次缓慢加入青苹果香精，乙基麦芽酚，苯甲酸钠，脱氢乙酸钠，搅拌0.5h，最后添加适量的柠檬酸，使墨水体系的ph＝5，过滤除去体系中的微米级大颗粒杂质、出料，得到稳定的水彩墨水。

墨水做粒径测试，粒径测试结果如图1所示，墨水的粒径为0.04-0.1microns。

长期使用测试：灌注2g墨水到包芯中制作成水彩笔，在恒温恒湿环境下(温度25℃，湿度50％)进行间歇测试，开帽20天仍能够正常书写，线迹散发着青苹果的味道；在50℃的环境下放置1年，笔头包芯无霉变现象，开笔正常，划线长度达到275m，线迹散发着青苹果的香气。常温环境下，放置2年，开笔正常，笔头包芯无霉变现象，划线长度290m，线迹散发着青苹果的香气。

实施例2

一种稳定的水彩墨水的组分含量如表2所示：

表2

稳定的水彩墨水的制备方法为：先将去离子水、聚乙二醇、山梨糖醇、改性黄原胶、海藻酸钠依次加入到反应釜中，室温下搅拌1个小时，随后加入fd&cblue2，恒温搅拌0.5小时，依次加入香草香精，乙基香兰精，脱氢乙酸钠，山梨酸钾，搅拌0.5h，最后添加适量的乳酸，使墨水体系ph＝6，过滤除去体系中的微米级大颗粒杂质、出料，得到稳定的水彩墨水。

墨水做粒径测试，粒径测试结果如图2所示，墨水粒径为0.04-0.12microns。

长期使用测试：灌注2g的墨水到包芯中制作成水彩笔，在恒温恒湿环境下(温度25℃，湿度50％)，进行间歇测试，开帽30天仍能够正常书写，笔头无颗粒析出，并且散发着香草香气；在50℃的环境下放置1年，笔头包芯无霉变现象，开笔正常，划线长度达到295m，线迹散发着香草香气。常温环境下，放置2年，开笔正常，笔头包芯无霉变现象，划线长度290m，线迹散发着香草香气。

此外，为了更好地说明本发明的优点，本发明还提供了对比实施例1-3。分别对对比实施例1-3制得的水彩墨水进行墨水粒径测试和对制得的水彩笔进行长期使用测试。

对比实施例1：

着色剂、保湿剂、香精、香精稳定剂、防腐剂、溶剂和ph调节剂的组分和含量同实施例1，区别在于，不加入改性黄原胶，加入0.4g羧甲基纤维素。

水彩墨水的制备方法同实施例1。

对制备得到的墨水进行粒径测试，发现液体中有固体颗粒较大，粒径测试结果为0.06-8.5microns，如图3所示。

长期使用测试：灌注2g墨水到包芯中制作成水彩笔，在恒温恒湿环境下(温度25℃，湿度50％)进行间歇测试，开帽20天不能够正常书写，有明显枯笔，时间比实施例1明显缩短。

进行稳定性测试，稳定性参数为1.20，明显大于实施例1。

对比实施例2：

着色剂、保湿剂、香精、香精稳定剂、防腐剂、溶剂和ph调节剂的组分和含量同实施例1，区别在于，加入改性黄原胶与羟甲基纤维素的重量比为1:11。

水彩墨水的制备方法同实施例1。

对制备得到的墨水进行粒径测试，发现有液体中有固体颗粒较大，粒径测试结果为0.06-8.5microns，见图4所示。

长期使用测试：灌注2g墨水到包芯中制作成水彩笔，在恒温恒湿环境下(温度25℃，湿度50％)进行间歇测试，开帽20天能够正常书写。

进行稳定性测试，稳定性参数为1.50，明显大于实施例1。

对比实施例3：

着色剂、保湿剂、香精、香精稳定剂、防腐剂、溶剂和ph调节剂的组分和含量同实施例1，区别在于，加入改性黄原胶与羟甲基纤维素的重量比为1:1。

水彩墨水的制备方法同实施例1。

对制备得到的墨水进行粒径测试，发现有液体中有固体颗粒较大，粒径测试结果为0.7-9microns，见图5所示。

长期使用测试：灌注2g墨水到包芯中制作成水彩笔，在恒温恒湿环境下(温度25℃，湿度50％)进行间歇测试，开帽7天就不能够正常书写。

进行稳定性测试，稳定性参数为2.30，明显大于实施例1。

体系稳定性测试

根据以下的稳定性测试评价实施例1-2中制得的稳定的水彩墨水，以及对比实施例1-3的水彩墨水的体系稳定性。

测试仪器：稳定性分析仪(法国tuebiscanlab)

稳定性分析仪应用多重光散射的原理，检测器所得到透射光和背散射光强度是直接由分散相的浓度(体积百分数)和平均直径(或是粒子/微滴/气泡的平均直径)决定的。通过测量透射光和背散射强度的变化，就可以知道样品在某一截面浓度或颗粒粒径的变化。样品中的粒子由于聚结、絮凝或团聚现象造成的粒子粒径的变化及位置的变化可以被实时监测。从而可以计算样品中粒子平均直径的变化，粒子的迁移的速度及由于颗粒的迁移造成的浓度变化即分层厚度的随时间变化。

稳定性分析仪turbiscanlab软件可以得出如下分析结果:即背散射光通量bs和透射光通量t相对时间的变化曲线。通过软件对曲线进行处理，得出稳定性参数的数值，稳定性参数是对整个分散体系稳定性的一个评价，其数值越大，体系就越不稳定。

数据值越低表明墨水稳定性越好，表3数据是将样品在50℃条件存放8小时数据结果。根据墨水稳定性研究经验，数值≥1时，体系稳定性较差，墨水应用性能存在问题，不建议使用。

实施例1，2与对比实施例1-3的稳定性参数测试结果如表3所示。

表3

对比实施例1-3的稳定性参数分别为1.20、1.50和2.30，明显大于实施例1的稳定性参数。

综上所述，本发明所得的稳定的水彩墨水稳定性好，在恒温恒湿环境下(温度25℃，湿度50％)，平均开帽23天仍能够正常书写，笔头无颗粒析出，并且散发着芬芳气味；在50℃的环境下放置1年，笔头包芯均无霉变现象，开笔正常，划线长度258～298m，线迹散发着芬芳气味。常温环境下，放置2年，开笔正常，笔头包芯无霉变现象，划线长度267-310m，线迹散发着芬芳气味。因此本发明的稳定的水彩墨水具有很好的稳定性。

本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。