用于烟用接装纸的天然色素水性油墨及其制备方法

技术领域

本申请涉及油墨技术领域，特别涉及一种用于烟用接装纸的天然色素水性油墨及其制备方法。

背景技术

烟用接装纸是卷烟生产加工上一种较为重要的烟用材料，与高透成形纸及其它技术结合，可有效降低卷烟焦油、尼古丁及一氧化碳量的产生，对卷烟吸食的特性和风格产生较大影响。烟用接装纸与吸食者的嘴唇直接接触，因此纸张、涂层、油墨及生产原料必须无毒，荧光、褪色、重金属、菌落等指标应符合食品卫生要求且具有一定的抗水和耐湿强度。随着烟草行业技术水平的发展和提高，接装纸产品不仅向更加美观环保及稳定产品品质方向发展，同时也向更加地安全、卫生等目标进行提升。

目前接装纸产品使用的油墨大多为水性油墨，水性油墨主要由水溶性树脂、有机颜料、溶剂及相关助剂经复合研磨加工而成，属于环保型印刷材料。随着对环保要求的提高，越来越多的研究者从植物中提取色素替代有机颜料，以减少化工原材料的使用。

基于上述分析，开发一种采用天然色素的用于烟用接装纸的水性油墨具有重要的意义。

发明内容

本申请实施例提供一种用于烟用接装纸的天然色素水性油墨及其制备方法，该水性油墨采用从植物中提取的水溶性较好的天然色素提供色彩，稳定性好、符合环保要求。

第一方面，本申请提供了一种用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法，包括以下步骤：

步骤S101，基墨制备：称取天然色素、分散剂、水性消泡剂加入去离子水中混合均匀，分散、研磨，得到基墨；其中，所述天然色素从栀子果实中提取得到；

步骤S102，成墨制备：称取流平剂、丙烯酸树脂乳液、高岭土、硅溶胶、蜡乳液、氧化锌乳液加入去离子水中，之后加入基墨混合均匀，即得到水性油墨。

一些实施例中，所述水性油墨中各原料的质量百分比为：天然色素5％～12％，分散剂0.5％～1％,水性消泡剂0.5％～1％，流平剂0.2％～1％，丙烯酸树脂乳液25％～45％，高岭土3％～10％，硅溶胶1％～5％，蜡乳液1％～5％，氧化锌乳液1％～5％，去离子水15％～35％。

一些实施例中，所述天然色素为从栀子果实中提取的栀子红、栀子黄或栀子蓝中的任一种或多种的混合物。

一些实施例中，所述天然色素为栀子黄时，所述栀子黄的提取过程为：选取栀子果实干燥、粉碎、过筛，得到栀子粉末，向栀子粉末中加入乙醇溶液萃取、离心，得到沉淀物A，对所述沉淀物A进行冷冻干燥，即得到栀子黄粉末。

一些实施例中，所述天然色素为栀子红时，所述栀子红的提取过程为：选取栀子果实干燥、粉碎、过筛，得到栀子粉末，向栀子粉末中加入乙醇溶液萃取、离心，得到上清液；向所述上清液中加入水溶解，之后加入氢氧化钠溶液调节pH值，加热，冷却至室温后加入β-葡萄糖苷酶和谷氨酸钠混合溶解，得到混合溶液；向所述混合溶液中加入盐酸调节pH值，加热、过滤，得到滤液；向所述滤液中加入乙醇溶液进行沉淀，离心，得到沉淀物B；向沉淀物B中加水溶解，之后加入盐酸调节pH值，离心、过滤，得到沉淀物C，干燥，即得到栀子红粉末。

一些实施例中，所述天然色素为栀子蓝时，所述栀子蓝的提取过程为：选取栀子果实干燥、粉碎、过筛，得到栀子粉末，向栀子粉末中加入乙醇溶液萃取、离心，得到上清液；向所述上清液中加入β-葡萄糖苷酶和谷氨酸钠进行加热反应，反应完成后，静置、冷却至室温，之后过滤、分离，得到沉淀物D；对所述沉淀物D进行干燥，即得到栀子蓝粉末。

一些实施例中，所述分散剂为阴离子型分散剂。

一些实施例中，所述水性消泡剂为改性聚硅氧烷。

一些实施例中，所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷。

第二方面，本申请提供了利用上述制备方法制得的用于烟用接装纸的天然色素水性油墨。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：本申请提供的方法以栀子果实中提取的天然色素为原料制备水性油墨，该天然色素为食品接触级，安全可靠，具有生物活性和较高的营养作用，且天然色素的颜色贴近环境，调色自然；经过实验测试，本申请使用的天然色素水溶性好，从而使制得的水性油墨具有较好的分散性和稳定性；利用本申请提取的天然色素制得的水性油墨为假塑性流体，受到剪切时黏度迅速变小，有利于油墨均匀、迅速的转移到胶辊及承印物上；本申请提供的方法绿色环保，不会对环境造成污染。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法的流程示意图；

图2为实施例1-实施例15制得的水性油墨的分散性结果示意图；

图3为实施例1-实施例15制得的水性油墨的表面张力测试结果图；

图4为实施例1-实施例15制得的水性油墨的剪切粘度测试结果图；

图5为实施例1-实施例15制得的水性油墨的触变性测试结果图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法，该制备方法采用从植物中提取的水溶性较好的天然色素提供色彩，制得的水性油墨稳定性好、符合环保要求。

图1是本申请实施例提供的用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法的流程示意图，参考图1，本申请提供的制备方法包括以下步骤：

步骤S101，基墨制备：按照质量百分比计，称取5％～12％天然色素、0.5％～1％分散剂、0.5％～1％水性消泡剂加入5％～10％去离子水中混合均匀，分散、研磨，得到基墨；其中，天然色素从栀子果实中提取得到；

步骤S102，成墨制备：按照质量百分比计，称取0.2％～1％流平剂、25％～45％丙烯酸树脂乳液、3％～10％高岭土、1％～5％硅溶胶、1％～5％蜡乳液、1％～5％氧化锌乳液加入10％～25％去离子水中，之后加入基墨混合均匀，即得到水性油墨。

其中，天然色素为从栀子果实中提取的栀子红、栀子黄或栀子蓝中的任一种或多种的混合物；分散剂为阴离子型分散剂；水性消泡剂为改性聚硅氧烷；流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷。

下面结合实施例对本申请提供的用于烟用接装纸的天然色素水性油墨及其制备方法进行详细说明。

以下实施例中，各原料来源为：

分散剂：阴离子型分散剂，购自佛山鸿昶新材料有限公司；

水性消泡剂：改性聚硅氧烷，购自佛山鸿昶新材料有限公司；

流平剂：聚醚改性聚二甲基硅氧烷，购自佛山鸿昶新材料有限公司；

氧化锌乳液：购自武汉欣申试化工科技有限公司。

栀子黄：挑选纯净无异物、果实饱满的栀子果实，在45℃下烘干至恒重，粉碎，过100网目筛，得到栀子粉末；向具塞圆底烧瓶中加入0.5克栀子粉末，并按照1：10的料液比加入乙醇溶液，静置萃取30分钟，之后以8000r/min的转速高速离心，得到沉淀物A，对沉淀物A冷冻干燥24小时，即得到栀子黄粉末。

栀子红：挑选纯净无异物、果实饱满的栀子果实，在45℃下烘干至恒重，粉碎，过100网目筛，得到栀子粉末；向具塞圆底烧瓶中加入栀子粉末，并按照1：10的料液比加入乙醇溶液，静置萃取30分钟，之后以8000r/min的转速高速离心，得到上清液；取1kg上清液，加入2kg水，搅拌溶解，之后加入适量的氢氧化钠溶液调节反应体系pH值稳定至12左右，在80℃下密闭加热24小时，加热期间定期测试溶液的pH值，并随时补加氢氧化钠，将溶液pH值维持在12左右，加热完成后，将溶液冷却至室温，之后加入16gβ-葡萄糖苷酶(催化剂)和60g谷氨酸钠，搅拌溶解，得到混合溶液；向混合溶液中滴加盐酸调节pH值至5，在密闭环境下保持50℃搅拌加热48小时，加热完成之后将反应体系快速升温至100℃，待冷却至室温后过滤，得到滤液，该滤液即为栀子红色素液；向滤液中加入三倍体积的95％乙醇溶液进行沉淀，以8000r/min的转速高速离心，收集沉淀物B；向沉淀物B中加水溶解，之后加入18％浓度的盐酸调节溶液pH值至3，高速离心加速沉淀，过滤，收集沉淀物C，将沉淀物C干燥，即得到栀子红粉末。

栀子蓝：挑选纯净无异物、果实饱满的栀子果实，在45℃下烘干至恒重，粉碎，过100网目筛，得到栀子粉末；向具塞圆底烧瓶中加入栀子粉末，并按照1：10的料液比加入乙醇溶液，静置萃取30分钟，之后以8000r/min的转速高速离心，得到上清液；取25mL上清液，加入0.4gβ-葡萄糖苷酶和1.5g谷氨酸钠，在55℃恒温振荡器中反应12小时，反应完成之后静置，待温度冷却至室温后进行过滤，选用1000Da的透析袋透析分离，得到沉淀物D；对沉淀物D进行真空干燥，即得栀子蓝粉末。

实施例1：

本申请的实施例1提供了一种用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法，包括以下步骤：

步骤S101，基墨制备：称取栀子红、阴离子型分散剂、改性聚硅氧烷和一部分去离子水加入烧杯中，搅拌均匀，然后置于高速分散机上高速分散30min，之后研磨2h，得到基墨；

步骤S102，成墨制备：称取聚醚改性聚二甲基硅氧烷、丙烯酸树脂乳液、高岭土、硅溶胶、蜡乳液、氧化锌乳液加入去离子水中，之后加入基墨置于搅拌机上搅拌30min，混合均匀，即得到水性油墨。

实施例1中，各原料的用量见表1，实施例1中，栀子红的质量含量为5％。

表1：实施例1中各原料的用量

实施例2：

本申请实施例2提供的用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法同实施例1，实施例2中各原料的用量见表2，实施例2中，栀子红的质量含量为6％。

表2：实施例2中各原料的用量

实施例3：

本申请实施例3提供的用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法同实施例1，实施例3中各原料的用量见表3，实施例3中，栀子红的质量含量为7％。

表3：实施例3中各原料的用量

实施例4：

本申请实施例4提供的用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法同实施例1，实施例4中各原料的用量见表4，实施例4中，栀子红的质量含量为8％。

表4：实施例4中各原料的用量

实施例5：

本申请实施例5提供的用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法同实施例1，实施例5中各原料的用量见表5，实施例5中，栀子红的质量含量为9％。

表5：实施例5中各原料的用量

实施例6：

本申请的实施例6提供了一种用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法，包括以下步骤：

步骤S101，基墨制备：称取栀子黄、阴离子型分散剂、改性聚硅氧烷和一部分去离子水加入烧杯中，搅拌均匀，然后置于高速分散机上高速分散30min，之后研磨2h，得到基墨；

步骤S102，成墨制备：称取聚醚改性聚二甲基硅氧烷、丙烯酸树脂乳液、高岭土、硅溶胶、蜡乳液、氧化锌乳液加入去离子水中，之后加入基墨置于搅拌机上搅拌30min，混合均匀，即得到水性油墨。

实施例6中，各原料的用量见表6，实施例6中，栀子黄的质量含量为5％。

表6：实施例6中各原料的用量

实施例7：

本申请实施例7提供的用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法同实施例6，实施例7中各原料的用量见表7，实施例7中，栀子黄的质量含量为6％。

表7：实施例7中各原料的用量

实施例8：

本申请实施例8提供的用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法同实施例6，实施例8中各原料的用量见表8，实施例8中，栀子黄的质量含量为7％。

表3：实施例3中各原料的用量

实施例9：

本申请实施例9提供的用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法同实施例6，实施例9中各原料的用量见表9，实施例9中，栀子黄的质量含量为8％。

表9：实施例9中各原料的用量

实施例10：

本申请实施例10提供的用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法同实施例6，实施例10中各原料的用量见表10，实施例10中，栀子黄的质量含量为9％。

表10：实施例10中各原料的用量

实施例11：

本申请的实施例11提供了一种用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法，包括以下步骤：

步骤S101，基墨制备：称取栀子蓝、阴离子型分散剂、改性聚硅氧烷和一部分去离子水加入烧杯中，搅拌均匀，然后置于高速分散机上高速分散30min，之后研磨2h，得到基墨；

步骤S102，成墨制备：称取聚醚改性聚二甲基硅氧烷、丙烯酸树脂乳液、高岭土、硅溶胶、蜡乳液、氧化锌乳液加入去离子水中，之后加入基墨置于搅拌机上搅拌30min，混合均匀，即得到水性油墨。

实施例11中，各原料的用量见表11，实施例11中，栀子蓝的质量含量为5％。

表11：实施例11中各原料的用量

实施例12：

本申请实施例12提供的用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法同实施例11，实施例12中各原料的用量见表12，实施例12中，栀子蓝的质量含量为6％。

表12：实施例12中各原料的用量

实施例13：

本申请实施例13提供的用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法同实施例11，实施例13中各原料的用量见表13，实施例13中，栀子蓝的质量含量为7％。

表13：实施例13中各原料的用量

实施例14：

本申请实施例14提供的用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法同实施例11，实施例14中各原料的用量见表14，实施例14中，栀子蓝的质量含量为8％。

表14：实施例14中各原料的用量

实施例15：

本申请实施例15提供的用于烟用接装纸的天然色素水性油墨的制备方法同实施例11，实施例15中各原料的用量见表15，实施例15中，栀子蓝的质量含量为9％。

表15：实施例15中各原料的用量

对实施例1-实施例15制得的水性油墨进行分散性、表面张力、剪切粘度、触变性分析，具体为：

一、分散性分析：

对实施例1-实施例15制得的水性油墨分别进行粒径测量，以油墨的粒径以及聚合物分散指数PDI表示油墨分散性，如图2所示，图2为水性油墨的分散性结果示意图，其中，图2a为不同质量含量的色素制得的水性油墨的粒径分布图，图2b为不同质量含量的色素制得的水性油墨的聚合物分散指数变化图。

从图2a可以看出，色素质量比例的变化对油墨的粒径未产生大幅的影响，实施例1-实施例15制得的水性油墨的粒径均维持在5000nm附近，粒径变化不明显，说明本申请实施例使用的栀子黄、栀子蓝、栀子红天然色素有着极好的水溶性，随着油墨胶体体系中的色素含量的增加，未出现影响油墨分散性的大范围团聚现象，实验结果同时表明了从栀子果实中提取的天然色素在水性油墨的比例可以根据所需要的性能指标进行合理的调节。

聚合物分散指数PDI指整个油墨体系中物质粒径的均一性程度，一般PDI越大，整个体系中的粒径差距越大，体系的分散性较差。从图2b中可以看出，色素质量比例的变化对油墨的聚合物分散指数PDI未产生大幅的影响，本申请利用从栀子果实中提取的天然色素制得的水性油墨具有较好的分散性。

二、表面张力分析：

对实施例1-实施例15制得的水性油墨进行表面张力测试，如图3所示，图3表明制备的十五种油墨样品的表面张力均处于42mN/m附近，且不同质量比例的色素对水性油墨表面张力的影响极小，说明本申请采用的栀子黄、栀子红、栀子蓝具有较强的亲水性，不易形成胶束，强亲水性有利于在水性体系中的分散。

三、剪切粘度分析：

对实施例1-实施例15制得的水性油墨进行剪切粘度测试，结果如图4所示，图4a为实施例1-实施例5制得的水性油墨的剪切粘度测试结果，图4b为实施例6-实施例10制得的水性油墨的剪切粘度测试结果，图4c为实施例11-实施例15制得的水性油墨的剪切粘度测试结果，如图4所示，随着使用的栀子黄、栀子蓝、栀子红质量含量的增加，油墨黏度整体呈增加的趋势。随着色素的质量比例从5％增加到9％，采用栀子红、栀子黄或栀子蓝制得的水性油墨的黏度均从0.5Pa·s左右逐渐增大到15Pa·s附近，这是因为每个样品中采用的连接料质量相差不大，在油墨体系形成之后，色素与连接料以及色素自身之间会分别形成物理交联体系以及凝聚体状态，随着天然色素质量比例的增加，色素在体系中凝聚到一起的机会以及各个分子结构之间的作用力随之变大，这些因素促进色素凝聚体的体积增大，进而会引起油墨体系中黏度的增大。随着剪切速率的逐渐上升，油墨黏度出现了大幅地下降，这些下降的趋势主要以色素质量比例较高的油墨更为显著，这是因为剪切力对凝聚体较多、较大的体系作用效果更加明显。待剪切速率到达1000s

四、触变性分析：

对实施例1-实施例15制得的水性油墨进行触变性测试，结果如图5所示，图5a为实施例1-实施例5制得的水性油墨的触变性测试结果，图5b为实施例6-实施例10制得的水性油墨的触变性测试结果，图5c为实施例11-实施例15制得的水性油墨的触变性测试结果。

由于色素比例增大所引起的黏度变化同样可以用在触变性曲线中印证，剪切-黏度曲线与触变性曲线测试的结果都反映了流变网络的增强，当色素质量含量增加时，油墨的内聚性得到了提升。随着剪切黏度在0.1s

从图4和图5可以看出，虽然利用三种色素制备的水性油墨在黏度大小上有差别，但是剪切黏度变化趋势以及触变趋势方面基本一致，未受到剪切时，本申请实施例1-实施例15制得的水性油墨黏度较大可以充分保证油墨体系的稳定性，减少沉降现象的发生；受到剪切时本申请实施例1-实施例15制得的水性油墨的黏度迅速变小，有利于油墨均匀、迅速的转移到胶辊及承印物上；在转移之后黏度迅速增加，更有利于油墨与承印物等粘结，保证油墨膜层的粘接牢固程度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在本申请中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的规定。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。