“光敏水解技术”原理及水致褪色色料专利的应用

“光敏水解技术”原理及水致褪色专利的应用

光敏水解书写笔，荣获2004年度国家技术发明二等奖。是山西大学化学化工系董川博士在国家自然科学基金赞助下，经过大量科学实验，利用有机光化学反应和水解反应的原理，研制成功的一种新型教学和记事用笔墨书写工具；是灌注光敏水解墨水，在电子板或白板上教学书写的新型记号笔；是记号笔大家族中的又一新成员，属可擦性水性白板记号笔。这套书写工具，包括：光敏水解墨水、光敏水解墨水电子板记号笔、光敏水解墨水擦除剂及板擦、淡黄色亚光电子书写板以及投影仪、红外线定位器、模拟笔和多媒体计算机系统。该产品已经在北京、福建、甘肃、山西等省市的千余所院校推广应用，结果表明，该产品有广泛的应用前景，具有良好的经济和环保等社会效益。

2014年“光敏水解技术“项目已落地义乌市科技创业园，并成立浙江奥乐奥新材料科技有限公司，得到义乌市政府的大力支持，入选义乌市英才计划，已先期获得政府300万元奖励。

光敏水解墨水。光敏水解墨水的研制是这一课题的核心技术，首先要将特定的中草药切片经乙醇浸提萃取发色基团有效成分，进行分离重排，制得光敏水解发色母体物；再将发色母体物进行化学取代基置换反应和大共轭体系分子缔合，加人阻化剂制成膏状光敏水解发色母液；然后将发色母液中加入溶剂和分散剂、消泡剂、防腐剂、抗

冻剂、香料、成膜剂、消光剂、防干剂等各种助剂，即可制得光敏水解墨水。光敏水解墨水有红、蓝、黑、紫等多种色彩，书写流畅，无毒无害，没有环境污染。实现了显色液态书写，水解退色擦除，克服了传统教学中粉笔书写粉尘污染的世界性难题。

光敏水解墨水擦除剂。擦除剂是这项课题的又一关键技术，它是由一种有机物质粉末为分解剂和多种助剂溶解于水或乙醇、乙醚等溶剂的浅红色溶液，浓度一般为0．1～1％，能在0．1～10秒钟内分解墨水中的有机物质，使书写板上的字迹消退，擦除重写不留痕迹，没有粉尘。

淡黄色亚光电子书写板。利用现成的彩色钢板生产工艺，采用最新的数字信息处理技术和计算机技术，研制出适合于教室使用的淡黄色磁性亚光电子书写板。板面色调柔和不反光，保护学生视力；书画字迹容易擦除重写不留痕迹；涂层硬度高附着力强，不易划伤经久耐用；一板多用可兼顾用作多媒体教学投影屏幕。电子板整体装置，在软件设计上，采用多线程动态交互技术和人性化设计理念，使演示过程简单方便，教学功能更加完善，实现了传统教学与多媒体计算机程控教学的统一。

光敏水解墨水质量控制指标的设定。质量控制指标和技术要求一般可设定如下：密度、粘度、毒害性、pH值、表面张力、色泽(色别和色度)、不溶物、流利性、扩散性、稳定性、间歇书写、擦除性、

组成份及其原材料的定性定量测定等理化性能指标、生产控制指标和使用指标。

粘度。是指墨水的粘稠程度，它影响着笔的出水快慢和书写流利性。实践中控制粘度指标在500—1000cP之间较为理想。

毒害性。是指墨水对生物的危害程度，应规定为无毒、无刺激性为合格品。

表面张力。用张力仪检验墨水的表面张力。笔者认为规定表面张力通常为40±5达因·厘米为好。

色泽(包括色别和色度)。用光度计检测墨水的最大吸收波长，应当与规定的色标波长相一致；在最大吸收波长下测定吸光度值，应当与规定的色标吸光度相一致为合格品。

不溶物、流利性、扩散性、间歇书写、稳定性等指标，按行业常规方法检测。

擦除性(包括擦除和重写效果)。是指板书字画用擦除剂擦除字迹的快慢。它体现了光敏水解反应进行的快慢程度。它的大小与擦除剂浓度有关，浓度大则擦除快，但重写效果差；浓度小则擦除慢，但重写效果好。实验时，室温下书写字迹在板面上存留时间超过20min 后，用湿润板擦擦除，被擦除字迹的颜色在3—6s钟内褪去为合格品。

用液相色谱法测定蓝黑墨水成分。蓝黑墨水，一般是用两种或两种以上染料拼色混合制成，不同的品牌、型号其组成和配方配比

各不相同，因此检测得出的液相色谱峰数、峰值也各有差异，据此，可以为鉴别各种不同牌号的蓝黑墨水及其字迹提供科学依据。蓝黑墨水中的染料一般为酸性染料和直接染料，含有羧基和磺酸基等易解离基团，在非极性色谱柱上无保留，加入离子对试剂可以和染料离子形成非极性分子，可以反相色谱法测定。由于不同染料解离的离子不同，形成的非极性分子互不相同，其色谱峰形、峰数、峰值也各不相同，可予以鉴别。液相色谱法测定蓝黑墨水成分，灵敏度高，重现性好，方法简便，可以鉴别不同牌号的蓝黑墨水及其字迹。

用纸上萃取色谱法鉴别红墨水等染料墨水中的染料品种。如：红色染料墨水，通常用弱酸性红A、酸性红G或酸性大红GR配制。用厚型中速层析滤纸作色谱分析，墨水中的各种染料在展开剂作用下的比移值各不相同，可予以鉴别。《笔墨》提出：经过多次实验，使用不同的展开剂获取其吸附色谱和分配色谱，各种染料的几组相应比移值不尽相同；在紫外线和日光下观察，其荧光显色也截然不同。据此，鉴别认定：“曙红墨水”、“高级曙红墨水”、“红墨水”中，均含有曙红和酸性红G；而“高级红墨水”、“红色彩色墨水”、“彩色水笔”中的红色水

笔，均含有曙红和酸性大红GR。滤纸色谱法，毋须分离，方法简便，结果准确。

用分光光度计测定染料墨水中染料的含量。分光光度法是借助分光光度计来测量一系列标准溶液的吸光度，绘制标准吸收光谱曲

线，然后根据被测试液的吸光度，从标准曲线上求得被测染料墨水中染料的含量或浓度。分光光度计精密度高，分析结果准确敏捷。

用红外分光光度法分析喷墨／喷射打印墨水的成分。近几年来，国内很多厂家推广应用了自动喷印技术，在产品包装的表面打印生产日期、保质期限、合格证号码等标记，所配套使用的喷墨／喷射打印墨水是一种技术含量较高的新品种墨水。《笔墨》强调采用红外分光光度法，观察分析其红外光谱检测出某种牌号的进口喷墨打印墨水的基本组成是：

溶剂性颜料 C. I.

着色剂 SolventBlack27 2．5—5．o％

溶剂丁酮、异丙醇(约6／1) 80～87％

助溶剂微量

增塑剂邻苯二甲酸二丁酯 3．0—5．8％

成膜剂硝基纤维素 5．0—10．0％

墨水的理化指标测定结果为：粘度2．8*10-3(Pa·s)，密度0．89，pH值6．5，表面张力23．4(N／m)，电导率0．165(S／m)。红外分光光谱分析与分离法，操作简便，准确敏捷。

用气相色谱法分析圆珠笔油墨。《笔墨》提出，用气相色谱仪和配氢火焰离子化检测器等仪器分析，对选定的96种(国产75种蓝色圆珠笔油墨；中、日、俄生产的15种黑色圆珠笔油墨；国产6