用于纸张染色的天然色素料液制备方法
阅读说明：本技术 用于纸张染色的天然色素料液制备方法 (Preparation method of natural pigment feed liquid for paper dyeing ) 是由 李云龙 祝涛 蒯胜 李丽梅 代蕾莉 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种用于纸张染色的天然色素料液制备方法,包括以下步骤：1)将糊精加入温度为40～60℃的纯水中搅拌溶解至澄清,所得溶液中糊精在水溶液中质量占比为40％～50％；2)将所需天然胶加入75℃～80℃的纯水中搅拌溶解至澄清,所得溶液中天然胶在水溶液中质量占比为2％～10％；3)将所得糊精溶液与天然胶溶液混合均匀后,依次加入天然抗氧化剂、天然色素,搅拌均匀后加水至所需量后,在75℃～80℃下保温12～25min后即得纸张染色用天然染色料液；通过对天然色素进行处理,染色后纸张具有稳定性好、色牢度高、色泽鲜艳的优点,染色后纸张色彩指标可解决有机色素染料处理后所得纸张,且无需添加其他有害物质,提高彩色纸张使用安全性。(The application discloses a preparation method of natural pigment feed liquid for paper dyeing, which comprises the following steps: 1) adding dextrin into pure water at the temperature of 40-60 ℃, stirring and dissolving until the dextrin is clear, wherein the mass percentage of the dextrin in the obtained solution in the water solution is 40% -50%; 2) adding the required natural gum into pure water at 75-80 ℃, stirring and dissolving until the natural gum is clear, wherein the mass ratio of the natural gum in the obtained solution in the water solution is 2-10%; 3) uniformly mixing the obtained dextrin solution and the natural gum solution, sequentially adding a natural antioxidant and a natural pigment, uniformly stirring, adding water to the required amount, and keeping the temperature at 75-80 ℃ for 12-25 min to obtain a natural dyeing material liquid for paper dyeing; by treating the natural pigment, the dyed paper has the advantages of good stability, high color fastness and bright color, the color index of the dyed paper can solve the problem of the paper obtained after the treatment of the organic pigment dye, and other harmful substances are not required to be added, so that the use safety of the colored paper is improved.)
技术领域
本申请涉及天然色素技术领域，特别是一种用于纸张染色的天然色素料液制备方法。
背景技术
现有用于纸张染色的试剂多为人工合成有机物色素，人工合成色素具有色泽鲜艳，着色力强，色调多样，稳定性好等优点得到广泛运用，但是由于合成色素多以苯、甲苯、萘等化工产品为原料，经过磺化、硝化、偶氮化等一系列有机反应而成，大多为含有R—NN—R′键、苯环或氧杂蒽结构化合物。因而许多合成色素有一定毒性，必须严格控制使用品种、范围和数量，限制每日允许摄入量(ADI)。有些色素长期低剂量摄入，也存在致畸、致癌的可能性。例如胭脂红作为一种偶氮化合物在体内经代谢生成β-萘胺和α-氨基-1-萘酚等具有强烈致癌性的物质，胭脂红与欧盟标准禁用的苏丹红Ⅰ同属于偶氮类色素，偶氮化合物在体内可代谢生成致突变原前体，芳香胺类化合物，芳香胺被进一步代谢活化后成为亲电子产物与DNA和RNA结合形成加合物而诱发突变。再如在1968-1970年研究人员曾对苋菜红这种食用合成色素进行了长期动物试验，结果发现致癌率高达22％。美、英等国的科研人员在做过相关的研究后也发现，不仅是苋菜红，许多其它的合成色素过量摄入也对人体有伤害作用，可能导致生育力下降、畸胎等等，有些色素在人体内可能转换成致癌物质。特别是偶氮化合物类合成色素的致癌作用更明显。
采用天然色素对纸张进行染色主要存在稳定性不好，色牢度不高等缺点限制了其在工业领域广泛使用。
发明内容
本申请提供了一种用于解决上述技术问题的用于纸张染色的天然色素料液制备方法。
本申请提供了一种用于纸张染色的天然色素料液制备方法，包括以下步骤：
1)将糊精加入温度为40～60℃的纯水中搅拌溶解至澄清，所得溶液中糊精在水溶液中质量占比为40％～50％；
2)将所需天然胶加入75℃～80℃的纯水中搅拌溶解至澄清，所得溶液中天然胶在水溶液中质量占比为2％～10％；
3)将所得糊精溶液与天然胶溶液混合均匀后，依次加入天然抗氧化剂、天然色素，搅拌均匀后加水至所需量后，在75℃～80℃下保温12～ 25min后即得纸张染色用天然染色料液；
按质量百分比计，天然色素添加量为3％～15％，天然抗氧化剂添加量 0.01％～0.1％，天然胶添加量为0.2％～1％，糊精添加量为15％～30％，水添加量为60～75％；
所述色素为植物来源的天然红色素、植物来源的天然黄色、植物来源的天然蓝色中的任意一种或者任意几种组合。
本申请提供方法按照上述操作，在植物来源天然色素混合物中添加天然抗氧化剂、天然胶、糊精成分，从而有效提高所制得染色料液在纸张染色后，染色纸在照度为8000lx下的的稳定性，能有效保护天然色素，避免染色后纸张中颜色在强光照下分解导致染色效果降低的问题。
采用本申请提供方法制得染色料液，进行纸张染色后，纸张能有效承受50℃温水浸泡30分钟，说明染色后天然色素能有效渗透进入纸张中，并能与纸张形成强力有效连接浸染，且能有效抵挡高温水的浸泡，脱色情况基本不发生，说明本申请提供方法制得染色料液着色能力强，且基本达到有机染料对纸张染色后的效果，能有效替代现有有机染料染色。
在一具体实施例中，步骤1)中搅拌时间为10min、20min、30min也可以不对该参数进行控制，以得到澄清溶液为准；
在一具体实施例中，天然胶的搅拌时间为15min、8min，也可以不对该参数进行控制，以得到澄清溶液为准；
在一具体实施例中，步骤3)中搅拌时间为15min、20min、30min也可以不对该参数进行控制，以得到澄清溶液为准；
在一具体实施例中，糊精加入的纯水温度还可以为50℃；步骤3)中保温温度还可以为78℃。
优选的，所述天然红色素为甜菜红色素、高粱红色素、红曲红色素、胭脂虫红色素、栀子红色素、水溶辣椒红色素、萝卜红色素和红米红色素中的任意一种或任意多种的组合；所述天然红色素占产品质量百分比为 1％～5％。
优选的，所述天然黄色素为β-胡萝卜素、水溶姜黄色素、胭脂树橙色素、水溶叶黄素、红曲黄色素、水溶叶黄素酯和栀子黄色素中的任意一种或任意多种的组合；所述天然红色素占产品质量百分比为1％～5％。
优选的，所述天然蓝色素为栀子蓝色素或藻蓝色素中的一种或两种的组合；所述天然红色素占产品质量百分比为1％～5％。
采用上述几种天热色素作为基色能有效调配所需各类颜色，且颜色成色效果好，染色后稳定性高，不易脱落，耐水浸泡和光照，依然能显示原染色后效果。
优选的，所述天然抗氧化剂为茶多酚、单宁酸、植酸、迷迭香酸中的任意一种或任意多种的组合。
优选的，所述天然胶为果胶、塔拉胶、阿拉伯胶中的任意一种或任意多种的组合。
优选的，糊精为α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精、麦芽糊精中的任意一种或任意多种的组合。
通过采用上述天热抗氧化剂、天然胶和糊精且按比例混合后，能使天然抗氧化剂与糊精和天然胶形成共溶体，有效保护天然色素分子的特性，能在浸泡环节中使色素分子有效附着于纸张中孔隙结构中，实现对纸张均匀稳定的染色，提高染色后纸张颜色保持率，实现耐光照、耐浸泡的效果。
本申请的另一方面还提供了一种用于纸张染色的天然染色料液染色方法，包括以下步骤：
将原纸固定在连续染纸设备上，取按权利要求1～7中任一项所述方法制得的纸张染色用天然染色料液加入设备中，进料量控制在45～60g/min，进纸速度控制在15～25cm/min，纸张依次通过浸染盒、刮水盒、鼓风干燥箱后，即得到染色纸制品。
采用该方法进行染色，能快速固定染色后天然色素在纸张中的位置，提高染色后纸张颜色稳定性。
优选的，在浸染盒中浸泡时间为5～7s。采用该时间进行浸泡即可得到具有较高颜色稳定性的染色纸张。
优选的，所述鼓风干燥箱温度为80～90℃，纸张烘烤时间为15～25s。采用该温度进行烘干，能避免过高的温度导致颜色分解氧化，导致变色，同时能实现对颜色色素在纸张中的稳度固定。
最优选的，本申请提供方法包括以下步骤：
①取β-环糊精150g，加水180g，加热至60℃，搅拌10min，至溶液变澄清。
②取果胶6g，加水100g，加热至80℃，搅拌8min，至溶液变澄清。
③将①与②混合后，依次加入0.4g迷迭香酸，32g红曲黄色素、46.8g 胭脂虫红色素、26.7g栀子蓝色素，水458.1g，搅拌混合20min，确保物料混合均匀。
④将③所得物料加热至80℃，保温10min后，自然冷却至室温，即得到纸张用天然黑色染料1000g。
⑤将原纸固定在连续染纸设备上，取④所得涂料加入设备中，进料量控制在60g/min，进纸速度控制在25cm/min，纸张依次通过浸染盒、刮水盒、鼓风干燥箱后，即得到棕色包装纸成品。其中浸染盒作用为让纸张浸泡在染料中，确保纸张完全润湿，纸张浸泡时间7s；刮水盒作用是为了刮去纸张表面多余的染料；鼓风干燥箱温度为80℃，纸张烘烤时间为20s，确保纸张烘干。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本申请所提供的用于纸张染色的天然色素料液制备方法，通过对天然色素进行处理，染色后纸张具有稳定性好、色牢度高、色泽鲜艳的优点，染色后纸张色彩指标可解决有机色素染料处理后所得纸张，且无需添加其他有害物质，提高彩色纸张使用安全性。
2)本申请所提供的用于纸张染色的天然色素料液制备方法，所得染色料液进行纸张染色后，所得染色纸在照度为8000lx下照射30天的颜色稳定性较高，说明采用该方法能有效保护天然色素，并能在染色后继续发挥保护颜色、防氧化的作用，避免染色后纸张中颜色在强光照下分解，提高染料染色稳度性。
3)本申请所提供的用于纸张染色的天然色素料液制备方法，采用本申请提供方法制得染色料液，进行纸张染色后，纸张能有效承受50℃温水浸泡30分钟，说明染色后天然色素能有效渗透进入纸张中，并能与纸张形成强力有效连接浸染，且能有效抵挡高温水的浸泡，浸泡后色素残留率均在95％以上，说明本申请提供方法制得染色料液着色能力强，且基本达到有机染料对纸张染色后的效果，能有效替代现有有机染料染色。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例进行详细描述。
实施例
以下实施例中所用试剂如无特殊说明，均为商业渠道获得。
实施例1
①取麦芽糊精180g，加水200g，加热至50℃，搅拌20min，至溶液变澄清。
②取阿拉伯胶4g，加水46g，加热至75℃，搅拌15min，至溶液变澄清。
③将①与②混合后，依次加入0.2g茶多酚，13.5g栀子黄色素、10.2g 红曲红色素、21.9g栀子蓝色素，水524.4g，搅拌混合15min，确保物料混合均匀。
④将③所得物料加热至75℃，保温15min后，自然冷却至室温，即得到纸张用天然黑色染料1000g。
⑤将原纸固定在连续染纸设备上，取④所得涂料加入设备中，进料量控制在50g/min，进纸速度控制在20cm/min，纸张依次通过浸染盒、刮水盒、鼓风干燥箱后，即得到黑色包装纸成品。
其中浸染盒作用为让纸张浸泡在染料中，确保纸张完全润湿，纸张浸泡时间5s；刮水盒作用是为了刮去纸张表面多余的染料；鼓风干燥箱温度为80℃，纸张烘烤时间为25s，确保纸张烘干。
实施例2
①取β-环糊精150g，加水180g，加热至60℃，搅拌10min，至溶液变澄清。
②取果胶6g，加水100g，加热至80℃，搅拌8min，至溶液变澄清。
③将①与②混合后，依次加入0.4g迷迭香酸，32g红曲黄色素、46.8g 胭脂虫红色素、26.7g栀子蓝色素，水458.1g，搅拌混合20min，确保物料混合均匀。
④将③所得物料加热至80℃，保温10min后，自然冷却至室温，即得到纸张用天然棕色染料1000g。
⑤将原纸固定在连续染纸设备上，取④所得涂料加入设备中，进料量控制在60g/min，进纸速度控制在25cm/min，纸张依次通过浸染盒、刮水盒、鼓风干燥箱后，即得到棕色包装纸成品。
其中浸染盒作用为让纸张浸泡在染料中，确保纸张完全润湿，纸张浸泡时间7s；刮水盒作用是为了刮去纸张表面多余的染料；鼓风干燥箱温度为80℃，纸张烘烤时间为20s，确保纸张烘干。
实施例3
①取麦芽糊精200g，加水250g，加热至40℃，搅拌30min，至溶液变澄清。
②取塔拉胶10g，加水200g，加热至75℃，搅拌15min，至溶液变澄清。
③将①与②混合后，依次加入0.8g单宁酸，15.7g红曲红色素、32.6g 紫甘薯色素、12.7g栀子蓝色素，水278.2g，搅拌混合30min，确保物料混合均匀。
④将③所得物料加热至78℃，保温12min后，自然冷却至室温，即得到纸张用天然紫色染料1000g。
⑤将原纸固定在连续染纸设备上，取④所得涂料加入设备中，进料量控制在45g/min，进纸速度控制在15cm/min，纸张依次通过浸染盒、刮水盒、鼓风干燥箱后，即得到紫色包装纸成品。
其中浸染盒作用为让纸张浸泡在染料中，确保纸张完全润湿，纸张浸泡时间5s；刮水盒作用是为了刮去纸张表面多余的染料；鼓风干燥箱温度为90℃，纸张烘烤时间为15s，确保纸张烘干。
1、抗光照老化实验：
取实施例1～3中所得染色纸张，裁剪至5cm*5cm各1张，将各纸张样品放入照度为8000lx、温度30℃的老化箱中进行稳定性试验考察，30天后，拿出纸张使用色差仪分析纸张色差，所得结果列于表1中。
表1：色差分析结果
其中ΔE*＜2，说明色调无明显变化。通过稳定性考察，可以得出制备得到的3种天然色素，应用于纸张染色，均具有良好的稳定性。
2、耐温水浸泡实验：
2.1取实施例1～3中染色后的纸张，裁剪至5cm*5cm后，用50℃温水10ml 浸泡30min，样品纸张全部浸没于温水中。
浸泡后用滤网过滤得到滤液，并对样品纸张定量采用100ml水冲洗后，收集冲洗液并与浸泡液混合后过滤，滤液定容至1000ml，得到染色纸张实验液。
2.2再取实施例1～3中配制所得染料色液各1g，加水定容至1000ml，得到染料溶液。
2.3以水为空白样。
采用紫外分光光度计在波长500nm处分别测量空白样、染料溶液、染色纸张实验液的吸光度。通过吸光度计算色素在纸上的残留率，所得结果列于表2中。
表2
根据表2可见，采用温水浸泡后，色素残留率均在95％以上，说明本申请提供方法制得的染料液与纸张的结合度较高，牢固度较好。
对比例1
①取β-环糊精170g，加水210g，加热至45℃，搅拌30min，至溶液变澄清。
②取阿拉伯胶5g，加水100g，加热至80℃，搅拌10min，至溶液变澄清。
③将①与②混合后，依次加入0.5g茶多酚，18.5g亮蓝、11.2g柠檬黄、 23.4g胭脂红，水461.4g，搅拌混合25min，确保物料混合均匀。
④将③所得物料加热至80℃，保温16min后，自然冷却至室温，即得到纸张用合成暗红色染料1000g。
⑤将原纸固定在连续染纸设备上，取④所得涂料加入设备中，进料量控制在55g/min，进纸速度控制在18cm/min，纸张依次通过浸染盒、刮水盒、鼓风干燥箱后，即得到暗红色包装纸成品。
其中浸染盒作用为让纸张浸泡在染料中，确保纸张完全润湿，纸张浸泡时间6s；刮水盒作用是为了刮去纸张表面多余的染料；鼓风干燥箱温度为90℃，纸张烘烤时间为15s，确保纸张烘干。
对比例2
①取麦芽糊精185g，加水225g，加热至55℃，搅拌20min，至溶液变澄清。
②取果胶8g，加水90g，加热至75℃，搅拌20min，至溶液变澄清。
③将①与②混合后，依次加入0.6g迷迭香，40.5g亮蓝、10.7g日落黄、 12.9g柠檬黄，水427.3g，搅拌混合30min，确保物料混合均匀。
④将③所得物料加热至78℃，保温20min后，自然冷却至室温，即得到纸张用合成绿色染料1000g。
⑤将原纸固定在连续染纸设备上，取④所得涂料加入设备中，进料量控制在60g/min，进纸速度控制在25cm/min，纸张依次通过浸染盒、刮水盒、鼓风干燥箱后，即得到绿色包装纸成品。
其中浸染盒作用为让纸张浸泡在染料中，确保纸张完全润湿，纸张浸泡时间6s；刮水盒作用是为了刮去纸张表面多余的染料；鼓风干燥箱温度为85℃，纸张烘烤时间为20s，确保纸张烘干。
按上述条件和方法分别对对比例1～2中所得样品进行抗光照老化实验、耐温水浸泡实验，所得结果如表3～4中所示。
表3对比例1～2的抗光照老化实验结果
表4对比例1～2的耐温水浸泡实验结果
由表3～4可见，本申请提供方法制得的天然色素在光照、温水浸泡下的稳定性与合成色素(对比例1～2)所制得样品的实验结果接近。说明本申请提供方法染色后纸张的色彩稳定性达到合成色素的要求。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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