技术领域
本发明涉及水性涂料技术领域，特别是涉及高粱红色素的应用、水性着色剂及其制备方法和水性木器漆。
背景技术
透明木器漆用于透露木纹的装饰，在保持木材原有颜色的同时进一步美化所需要的颜色。木材着色剂是一种着色剂，木材着色剂的着色物质在展色剂中所形成的一种溶液或悬浮液，用于透露木纹的装饰，在保持木材原有颜色的同时进一步美化所需要的颜色。
红色系列透明木器漆是中高档木器家具的主打漆，而溶剂型红色金属络合染料是红色透明木器漆的重要着色染料和重要组分。溶剂型红色透明木器漆通过溶剂型红色金属络合染料着色，所得颜色鲜、亮、透，赋予了红色木器家具通透、亮和美的装饰性，使之成为了木器家具中最受用户喜欢的颜色。但是溶剂型红色金属络合染料主要是由偶氮类配位体和铬(Cr)、钴(Co)、铜(Cu)和镍(Ni)等金属原子络合而成，而且溶剂型红色金属络合染料在有机溶剂中才能溶解，使用含有该金属络合染料的溶剂型木器漆会带来重金属和游离重金属离子留存和有机挥发物(VOC)排放的安全、环保隐患。
随着木器漆安全环保标准的执行，木器漆由溶剂型向水性发展已经成为了木器涂料行业的必经之路。由于金属络合染料在以水为溶剂的水性木器漆中的溶解性不好，与水性树脂的相容性差，金属络合染料易析出，着色难甚至不着色，不能发挥染料的染色效果；同时由于金属络合染料在水中难溶或者不溶，与水性树脂相容性差，会导致水性木器漆透明度降低、漆膜光泽降低，影响漆膜性能。而且，目前能用于水性红色透明涂料的化学染料几乎没有，因此，开发一种新的能满足水性透明涂料技术要求的红色着色染料，是水性红色透明木器漆发展亟需解决的问题。
发明内容
基于此，有必要提供一种高粱红色素应用于制备水性木器漆的着色剂，其着色透明度好、颜色正，着色力、耐光耐热性好，能够满足水性木器漆对着色剂的技术要求。
植物色素天然无毒，安全性高，常作为着色用添加剂而应用于食品、药品和化妆品中。但是，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，而且大部分植物色素对光、热、氧、金属离子及pH值变化敏感，稳定性较差，且存在着色力差、染色不易均匀、不具有合成色素的鲜丽明亮的缺点，因此，如何在大量的植物色素中找到一种能够适用于水性木器漆的植物色素成为关键。
一种高粱红色素的应用，所述高粱红色素应用于制备水性木器漆的着色剂。
高粱红色素(Sorghum red pigment，SRP)是从高粱壳中提取的植物色素，属于黄酮类化合物，含有多个酚羟基，具有很强的抗氧化活性，是一种安全、无毒的天然色素，常用作食品和化妆品添加剂；高粱红色素的主要成分为5，4＇二羟基异黄酮-7-O-半乳糖苷和5，4＇二羟基异黄酮-6，8-二甲基-7-O-半乳糖苷，分子结构如下：
高粱红色素溶于水，其色调随pH值改变而发生变化，在酸性条件下高粱红色素色泽较浅，在中性条件下透明度好，颜色鲜艳，碱性条件下色泽变深，随着pH增大，颜色由浅变至深红色，且在pH值6～10的范围内呈现稳定的红色；而水性木器漆的树脂体系呈中性或者偏碱性，其pH值范围恰好是高粱红色素色调中红色色相最为稳定的着色pH值范围，因此，用高粱红色素做水性木器漆的着色剂，与其树脂混溶性好，着色力强、颜色鲜艳、着色后涂膜的透明度好、漆膜固化后颜色通透，能达到溶剂型金属络合染料的着色效果，满足水性木器漆对着色剂的技术参数要求；而且高粱红色素耐光、耐热性好、化学性能稳定，无毒、安全，用作水性木器漆的着色剂能满足环保要求。
本发明另一目的在于提供一种水性着色剂，按重量份计，包括以下原料组分：高粱红色素10～45份、水20～51份、防腐剂0.1～1份、色相稳定剂0.5～1份和粘度稳定剂0.1～2份。
上述水性着色剂以水为溶剂、天然植物染料高粱红色素为着色染料，在防腐剂、色相稳定剂和粘度稳定剂的共同作用下，使其具有耐光、耐热性好，化学稳定性好的特点。该水性着色剂不但与水性树脂混溶性好，在水性树脂中的展色性好，而且高粱红色素的色相最稳定的着色pH值范围与水性树脂的中性偏碱的pH值范围相匹配，着色能力强。以该着色剂进行着色后漆膜颜色鲜、亮、透，耐光、耐热、耐化学性好，无毒无害，能够达到金属络合染料的着色效果，且可以避免金属络合染料带来的重金属离子和有机挥发物的环保、安全问题。
在其中一个实施例中，所述粘度稳定剂为羟乙基纤维素和羧甲基纤维素中的至少一种。
可以理解，粘度稳定剂羟乙基纤维素和羟甲基纤维素不但能为水性着色剂提供合适的粘度，而且它们抗生物降解性好，可提高产品的稳定性。
在其中一个实施例中，所述色相稳定剂选自碳酸氢钠、碳酸钠和柠檬酸钠中的至少一种。如此，可以为高粱红色素提供稳定的、最佳的着色pH范围，且着色剂的稳定性高。
在其中一个实施例中，所述防腐剂选自苯甲酸钠和对羟基苯甲酸甲酯中的至少一种。
可以理解，苯甲酸钠和对羟基苯甲酸甲酯在高粱红色素的色相稳定的pH值范围内防腐效果好，如此，可有效防止水性着色剂发臭，发霉，变质。
在其中一个实施例中，所述高粱红色素为20～30份，所述防腐剂为0.2～0.6份，所述色相稳定剂为0.5～0.8份，所述粘度稳定剂为1～2份。
在其中一个实施例中，所述水性着色剂的pH值为8.0～8.5。可以理解，在该pH值范围内，水性着色剂的色相是最为稳定的红色，也是中高档木器家具中最受用户喜欢的颜色。
本发明另一目的在于提供一种上述水性着色剂的制备方法，包括以下步骤：
将所述高粱红色素溶解于所述水中，然后加入所述防腐剂、所述色相稳定剂和所述粘度稳定剂，混合均匀，得到所述水性着色剂。
上述制备方法工艺简单，操作方便，适于工业化生产，通过该方法制备得到的水性着色剂的涂-4杯粘度为60秒～80秒，可以保证水性着色剂的均匀稳定性，防止在贮运过程中有微量高粱红色素析出产生沉淀，从而影响水性着色剂的着色能力，所得水性着色剂均匀稳定，不含有机溶剂和重金属离子，所用组分符合水性涂料安全、环保要求，且耐光、耐热、耐化学性好。
基于上述水性着色剂，本发明另一目的在于提供一种水性木器漆，所述水性木器漆的原料包括上述水性着色剂。
进一步地，所述水性木器漆包括以下原料组分：
需要说明的是，水性树脂是以水代替有机溶剂作为分散介质的树脂体系，其固含量一般为30％～50％。
上述水性木器漆以与水性树脂体系混溶性好的高粱红色素为着色剂，色相稳定，着色后涂膜的透明度好、漆膜固化后颜色鲜艳、透亮，耐温和耐光性好，能达到溶剂型木器漆的效果，且具有水性涂料无毒、安全、环保的特点。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明实施例所用高粱红色素购自辽宁科光天然色素有限公司，其他原料均为普通市售。
实施例1
一种水性着色剂的配方：高粱红色素10g，去离子水50g，苯甲酸钠0.5g，碳酸氢钠0.5g，羟乙基纤维素0.5g。
水性着色剂的制备方法：
(1)按照上述配方精确称取各组分；
(2)将高粱红色素溶于50℃去离子水中，搅拌、充分溶解后，依次加入苯甲酸钠、碳酸氢钠和羟乙基纤维素，充分搅拌，混匀，即可。
用pH计检测上述水性着色剂的pH值为8.1，涂4杯测量粘度为68秒。
实施例2
一种水性着色剂的配方：高粱红色素40g，去离子水50g，苯甲酸钠1g，碳酸氢钠1g，羟乙基纤维素2g。
水性着色剂的制备方法：
(1)按照上述配方精确称取各组分；
(2)将高粱红色素溶于50℃去离子水中，搅拌、充分溶解后，依次加入苯甲酸钠、碳酸氢钠和羟乙基纤维素，充分搅拌，混匀，即可。
用pH计检测上述水性着色剂的pH值为8.5，涂4杯测量粘度为80秒。
实施例3
一种水性着色剂的配方：高粱红色素25g，去离子水45g，对羟基苯甲酸甲酯0.5g，柠檬酸钠0.7g，羧甲基纤维素1.2g。
水性着色剂的制备方法：
(1)按照上述配方精确称取各组分；
(2)将高粱红色素溶于50℃去离子水中，搅拌、充分溶解后，依次加入对羟基苯甲酸甲酯、柠檬酸钠和羧甲基纤维素，充分搅拌，混匀，即可。
用pH计检测上述水性着色剂的pH值为8.3，涂4杯测量粘度为75秒。
实施例4
一种水性着色剂的配方：高粱红色素20g，去离子水20g，对羟基苯甲酸甲酯0.2g，柠檬酸钠0.5g，羧甲基纤维素1g。
水性着色剂的制备方法：
(1)按照上述配方精确称取各组分；
(2)将高粱红色素溶于50℃去离子水中，搅拌、充分溶解后，依次加入对羟基苯甲酸甲酯、柠檬酸钠和羧甲基纤维素，充分搅拌，混匀，即可。
用pH计检测上述水性着色剂的pH值为8.0，涂4杯测量粘度为70秒。
实施例5
按重量百分比计，水性木器漆的配方如下：
分别采用上述实施例1～4的水性着色剂用作水性红色透明木器漆的着色剂，相应得到4种水性木器漆
对比例1
对比例1为紫荆花醇溶性金属络合染料698-41制备的水性透明木器漆，具体配方如下：
实施例6
对实施例5中的4种木器漆以及对比例1醇溶性金属络合染料制备的水性透明红色木器漆，进行着色力、耐光性、耐热性实验，并对着色力、耐关、耐热性能进行比较。
1、着色力试验
试验方法：将实施例5的4种水性透明红色木器漆和用对比例1的木器漆用40μm的线棒涂杆分左右涂在同一张白卡纸上，涂膜干燥后观察两个涂膜的颜色和色相。
结果：
观察结果显示，白卡纸上左、右涂膜颜色深度相当，色相醇溶性络合染料有偏黄相，采用高粱红色素着色剂的实施例5中的4种木器漆涂膜颜色基本不变，表明，采用本发明实施例1～4的着色剂的4种木器漆着色力好。
2、耐光性试验
试验方法：
将实施例5的4种木器漆和对比例1醇溶性金属络合染料制备的水性红色透明木器涂料分别喷涂在六块尺寸200mm×150mm的实验用木板上(每平方米涂料用量90克)。室温(30℃)干燥后，用不透光的黑卡纸封避1/2处，置于阳光下晒30天后揭开黑卡纸，观察封避部分或暴露部分颜色变化情况，并对颜色变化大小进行评价。
结果：实施例5中的4种水性木器漆，经过日光照射30天，颜色基本上均无变化，说明耐光性好。
3、耐热性试验
耐热实验实验方法：将实施例5的4种水性红色透明木器涂料喷涂在六块尺寸200mm×150mm的实验用木板上(每平方米涂料用量90克)。室温(30℃)实干后，将板四块置于温度50℃的烘箱，每5天取出一块与未进烘箱的样板比对，观察颜色变化情况，其观察情况见下表：
结果：实施例5的4种木器漆经烘箱50℃，20天试验，颜色经50℃的耐温试验，颜色无变化，符合耐热性要求。
结论：采用实施例5中的4种水性木器漆进行涂膜，漆膜干燥后的颜色均呈红色，且透明度好，颜色正，与对比例1的溶剂型红色透明木器漆的效果相当；经过耐光和耐热试验证明，本发明实施例5的4种水性木器漆耐光和耐热性能均达到木器漆的技术要求，说明采用本发明实施例1～4的水性着色剂作为着色剂的木器漆着色力好，着色效果能达到溶剂型红色透明木器漆的效果，以高粱红色素作为着色剂染料可以满足水性红色透明木器漆的技术要求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。