“植物墨水”的研究

墨水因为价格低廉、写出的字迹保留时间长等优点被广泛运用于实际生活中，深受人们的喜爱。

但现存墨水有一个缺陷——含有合成色素。合成色素是以煤焦油为原料制成的，俗称煤焦色素或苯胺色素，这种物质有毒性、致泻性、致突性（基因突变）和致癌性。因此，一旦误食将造成人身伤害甚至威胁生命。

所以，我们成立了一个研究小组，希望研制出一种新型无毒害的墨水。

一、收集资料

1.定义

墨水是一种含有色素或染料的液体，被用于书写或绘画。最早的墨水是用金属、胡桃壳或种子制作，还有的墨水是用鱼、章鱼等海生动物的墨汁制成，而在中国广泛使用的墨则是碳墨。

2.墨水种类

墨水分为染料墨水、颜料墨水、热转印墨水。

3.色素制造的墨水

用色素制造的墨水一般掺有其他物质来防止色素被擦掉。这样的墨水一般不渗入纸内，因此在印刷时使用可以降低成本。

4.染料制造的墨水

用染料制造的墨水一般是溶在水中的，它们可渗入纸内，并可能渗到纸的背部，因此它们在印刷行业中的应用存在一定的技术障碍。生产这样的墨水一般需要使用干得非常快的溶液或在印刷时设法加速墨水的干燥，还可以通过使用比较硬的纸或特别的纸来解决。

5.墨水的主要成分

（1）蓝黑墨水

又称鞣酸铁墨水，是由变黑持久不褪成份、色素成份、稳定剂、抗蚀剂、润湿剂和防腐剂等组成。

变黑持久不褪成份主要是鞣酸（C4H10O9）、没食子酸（C7H6O5H2O）和硫酸亚铁（FeSO4）等成分化合，生成鞣酸亚铁和没食子酸亚铁，氧化后变成不溶性的高价铁，即鞣酸铁和没食子酸铁，前者增强耐水性，后者增强变黑性，这样使墨水耐水、变黑，颜色持久不褪。

目前常用的是酸性黑水蓝和直接湖蓝染料，黑水蓝是墨水的主色，水溶液遇酸不变质，但遇碱则变为棕色。直接湖蓝在墨水中起助色作用，由于其中含杂质较多，不宜多用，在潮湿环境中易长霉。

墨水中还需增加稳定剂，用以消除墨水的沉淀，避免书写时发生断水现象。常用的稳定剂有硫酸（H2SO4）、草酸（HOOCCOOH）、甲醛（HCHO）溶液。这些稳定剂都具有一定酸性，给纸张酸化埋下了潜在的危害，不宜多用。

因墨水中加入的稳定剂具有较强酸性，为防止腐蚀，常加抗蚀剂使它和铁质结成薄膜，这样能降低90%的硫酸腐蚀，使墨水中的含铁量不会因腐蚀笔尖而增加，从而提高了墨水的稳定性。

为防止墨水中的水分蒸发，造成书写不便，在墨水中加入不易挥发且有吸水性的丙三醇〔C3H5（OH）3〕，使笔尖保持湿润，利于书写。

（2）纯蓝墨水

纯蓝墨水的染料是起主色作用的酸性墨水蓝、起调色作用的酸性大红；稳定剂是硫酸等；防腐剂为苯酚、亚砷酸酐等；润湿剂有甘油、乙二醇等；溶剂则是经过处理的水。

6.墨水的弊端

（1）墨水原料中所含的有机物等物质，在潮湿环境下容易腐烂、长霉。

（2）深蓝色水溶液遇酸稳定，遇碱则会变质，属于有机染料墨水，虽色泽鲜艳，但字迹的坚牢性不高。

（3）大多数的颜料墨水打印效果不好。即使在有光纸等表面平坦的纸上也不能打印出有光泽的图像。另外，颜料墨水的制造成本较高，所以售价也较染料墨水贵，其价差高达二至四倍以上。

7.天然色素与合成色素对比

天然色素主要从植物组织中提取，也包括来自动物和微生物的一些色素。人工合成色素是指用人工化学合成方法制得的有机色素，主要以煤焦油中分离出来的苯胺染料为原料制成。

植物色素的着调比较自然，既可增加色调，又与天然色泽相近。植物色素在植物体中含量较少，分离纯化较为困难，如果有共存物存在时还可能产生异味，因此生产成本较合成色素高。

大部分植物色素对光、热、氧、微生物和金属离子及值变化敏感，稳定性较差；使用中一部分植物色素须添加氧化剂、稳定剂方可提高商品的使用周期。大部分植物色素染着力较差。染着不均匀，不具有合成色素的鲜丽明亮。植物色素种类繁多，性质复杂，就一种植物色素而言，应用时专用性较强，应用范围有一定的局限性。

二、研究过程

实验目的：从植物中提取色素，制成墨水。

实验用品：酒精灯、酒精、烧杯、蒸发皿、石棉网、铁架台、坩埚钳、氯化钠、玻璃棒、研钵、滤纸、漏斗。

实验步骤如下：

1.采集植物（月季花瓣）；

2.用研钵研磨；

3.向烧杯中倒入酒精；

4.将研磨的花瓣放入盛有酒精的烧杯中；

5.用玻璃棒搅拌10分钟；

6.蒸发水分，提炼色素，直到颜色符合要求为止；

7.将提取的色素放入烧杯中；

8.静置；

9.实验成品检验：试验成功，所写字体有颜色。

三、植物墨水的优点与缺点

植物墨水主要有以下优点：

1.成分天然，不损害身体健康；

2.色彩自然，纯正；

3.取自天然，制作过程环保，不污染环境；

4.带有天然香味，清新宜人。

不过，植物墨水也存在一些缺点，如造价高、易被氧化等。

（指导老师：张红勋）