“植物墨水”的研究

墨水因為價格低廉、寫出的字跡保留時間長等優點被廣泛運用于實際生活中，深受人們的喜愛。

但現存墨水有一個缺陷——含有合成色素。合成色素是以煤焦油為原料制成的，俗稱煤焦色素或苯胺色素，這種物質有毒性、致瀉性、致突性（基因突變）和致癌性。因此，一旦誤食將造成人身傷害甚至威脅生命。

所以，我們成立了一個研究小組，希望研制出一種新型無毒害的墨水。

一、收集資料

1.定義

墨水是一種含有色素或染料的液體，被用于書寫或繪畫。最早的墨水是用金屬、胡桃殼或種子制作，還有的墨水是用魚、章魚等海生動物的墨汁制成，而在中國廣泛使用的墨則是碳墨。

2.墨水種類

墨水分為染料墨水、顏料墨水、熱轉印墨水。

3.色素制造的墨水

用色素制造的墨水一般摻有其他物質來防止色素被擦掉。這樣的墨水一般不滲入紙內，因此在印刷時使用可以降低成本。

4.染料制造的墨水

用染料制造的墨水一般是溶在水中的，它們可滲入紙內，并可能滲到紙的背部，因此它們在印刷行業中的應用存在一定的技術障礙。生產這樣的墨水一般需要使用干得非常快的溶液或在印刷時設法加速墨水的干燥，還可以通過使用比較硬的紙或特別的紙來解決。

5.墨水的主要成分

（1）藍黑墨水

又稱鞣酸鐵墨水，是由變黑持久不褪成份、色素成份、穩定劑、抗蝕劑、潤濕劑和防腐劑等組成。

變黑持久不褪成份主要是鞣酸（C4H10O9）、沒食子酸（C7H6O5H2O）和硫酸亞鐵（FeSO4）等成分化合，生成鞣酸亞鐵和沒食子酸亞鐵，氧化后變成不溶性的高價鐵，即鞣酸鐵和沒食子酸鐵，前者增強耐水性，后者增強變黑性，這樣使墨水耐水、變黑，顏色持久不褪。

目前常用的是酸性黑水藍和直接湖藍染料，黑水藍是墨水的主色，水溶液遇酸不變質，但遇堿則變為棕色。直接湖藍在墨水中起助色作用，由于其中含雜質較多，不宜多用，在潮濕環境中易長霉。

墨水中還需增加穩定劑，用以消除墨水的沉淀，避免書寫時發生斷水現象。常用的穩定劑有硫酸（H2SO4）、草酸（HOOCCOOH）、甲醛（HCHO）溶液。這些穩定劑都具有一定酸性，給紙張酸化埋下了潛在的危害，不宜多用。

因墨水中加入的穩定劑具有較強酸性，為防止腐蝕，常加抗蝕劑使它和鐵質結成薄膜，這樣能降低90%的硫酸腐蝕，使墨水中的含鐵量不會因腐蝕筆尖而增加，從而提高了墨水的穩定性。

為防止墨水中的水分蒸發，造成書寫不便，在墨水中加入不易揮發且有吸水性的丙三醇〔C3H5（OH）3〕，使筆尖保持濕潤，利于書寫。

（2）純藍墨水

純藍墨水的染料是起主色作用的酸性墨水藍、起調色作用的酸性大紅；穩定劑是硫酸等；防腐劑為苯酚、亞砷酸酐等；潤濕劑有甘油、乙二醇等；溶劑則是經過處理的水。

6.墨水的弊端

（1）墨水原料中所含的有機物等物質，在潮濕環境下容易腐爛、長霉。

（2）深藍色水溶液遇酸穩定，遇堿則會變質，屬于有機染料墨水，雖色澤鮮艷，但字跡的堅牢性不高。

（3）大多數的顏料墨水打印效果不好。即使在有光紙等表面平坦的紙上也不能打印出有光澤的圖像。另外，顏料墨水的制造成本較高，所以售價也較染料墨水貴，其價差高達二至四倍以上。

7.天然色素與合成色素對比

天然色素主要從植物組織中提取，也包括來自動物和微生物的一些色素。人工合成色素是指用人工化學合成方法制得的有機色素，主要以煤焦油中分離出來的苯胺染料為原料制成。

植物色素的著色色調比較自然，既可增加色調，又與天然色澤相近。植物色素在植物體中含量較少，分離純化較為困難，如果有共存物存在時還可能產生異味，因此生產成本較合成色素高。

大部分植物色素對光、熱、氧、微生物和金屬離子及值變化敏感，穩定性較差；使用中一部分植物色素須添加氧化劑、穩定劑方可提高商品的使用周期。大部分植物色素染著力較差。染著不均勻，不具有合成色素的鮮麗明亮。植物色素種類繁多，性質復雜，就一種植物色素而言，應用時專用性較強，應用范圍有一定的局限性。

二、研究過程

實驗目的：從植物中提取色素，制成墨水。

實驗用品：酒精燈、酒精、燒杯、蒸發皿、石棉網、鐵架臺、坩堝鉗、氯化鈉、玻璃棒、研缽、濾紙、漏斗。

實驗步驟如下：

1.采集植物（月季花瓣）；

2.用研缽研磨；

3.向燒杯中倒入酒精；

4.將研磨的花瓣放入盛有酒精的燒杯中；

5.用玻璃棒攪拌10分鐘；

6.蒸發水分，提煉色素，直到顏色符合要求為止；

7.將提取的色素放入燒杯中；

8.靜置；

9.實驗成品檢驗：試驗成功，所寫字體有顏色。

三、植物墨水的優點與缺點

植物墨水主要有以下優點：

1.成分天然，不損害身體健康；

2.色彩自然，純正；

3.取自天然，制作過程環保，不污染環境；

4.帶有天然香味，清新宜人。

不過，植物墨水也存在一些缺點，如造價高、易被氧化等。

（指導老師：張紅勛）