天然染料在染色应用中的新进展_巩继贤.docx

° 96 ° 针 织 工 业 2003年 2月第 1期 天然染料在染色应用中的新进展 巩继贤李辉芹 (天津工业大学天津 300160) 摘要用天然染料和颜料对织物进行染色在我国已有悠久的历史。天然染料除来源于植物、 动物和矿物外，还来源于细菌、真菌、霉菌等微生物产生的色素。将植物染料粉碎后，放入密闭容器 中，倒入 95%的乙醇。浸渍 24 h后，将溶液倒出，再用同样的乙醇浸渍 6 h， 重复两次。最后将所有 溶液混合后，进行过滤，便可制得染液。研究试验表明：稀土 柠檬酸络合物作为天然染料的媒 染剂，提高了染色牢度，天然染料还可用于合成纤维的染色。 关 键 词 天 然 染 料 来 源 提 取 制 备 染 色 工 艺 应 用 发 展 中图法分类号 TS 193.2+1 1刖 B 用天然染料和颜料对织物进 行染色在我国已有悠久的历史。 商周时期人们就已利用彩色矿石 研磨成粉状涂染织物。秦汉时期 絹云母和硫化铅已用来染色。同 时，蓝草、茜草和紫草等植物染料 的应用也逐渐普及。北魏的齐 民要术就记载了制备染料的 “ 杀 红花法 ” 和 “ 造靛法 ” 。明清时期， 我国天然染料的制备和染色技术 都已达到很高的水平。染料除自 给外，还大量出口111。 19世纪中 叶合成染料问世 并于 1902年传入我国以后，由于 其在色光和色牢度等方面的优越 性，使得天然染料在植物染色中 的应用逐渐被合成染料所取代。 然而，近年来随着人们环保意识 的提高，合成染料在生产和应用 过程中带来的污染问题越来越引 起人们的关注，在全球性绿色革 命浪潮下，天然染料又开始为人 们所重视。 2天然染料的新来源 人们一般认为天然染料都来 源于植物、动物和矿物，其中又以 植物染料为主。但是，现在人们 发现细菌、真菌、霉菌等微生物产 生的色素也可作为天然染料的来 源。英国研究人员指出：掌状革 菌、粗毛纤孔菌等大型真菌都可 以作为天然染料用于染色。 2.1用细菌中的色素染色 日本蚕丝昆虫农业技术研究 所与蚕丝商社合作研究，发现了 能产生青紫色色素的微生物并使 之用于染色 161。这种微生物是从 蚕丝废料中培育出的细菌，为詹 森杆菌蓝紫霉色素。产生色素的 主要菌种是紫色杆菌素和脱氧紫 色杆菌素。詹森杆菌蓝紫霉色素 是非病原菌。因此这种色素是安 全的。它的染色方法可分为菌体 染色法和萃取液染色法。菌体染 色法是将菌体悬浮于水或液体培 养基上，将织物在悬浮液中浸渍 2h12h。 或将菌体带琼脂培养 基置于 锅内，加水煮沸，再将织物 在 80 ° C的染液中浸渍 3 min。 萃 取液染色法是将用四氢呋喃或甲 醇萃取的色素溶解于甲醇或乙醇 中，将织物在溶解液中浸渍 2 h 12 h。 染色后，只需将织物水洗， 晾干即可。 这种色素不仅可染棉、麻、 丝、毛等天然纤维，也可以染锦纶 等合成纤维。除纺织品染色外， 这一技术也可用于化妆品和食品 的着色。 2.2用霉菌中的色素染色 红曲，又称红米，是将红曲霉 接种在稻米上培养成的。供制造 红酒和红腐乳用，也用作食品色 素，入药可作活血剂。红曲米色 素不溶于水，其色素的主要成分 是红斑素及红曲红素，橙红色，有 荧光。我国的研究人员在尝试用 红曲米色素来染丝绸 171，将放有 红曲米及醋酸、平平加等助剂的 染液加热到 60 ° Q将丝绸放入染 液中，恒温 1 h后，取出水洗，干 燥即可。用红曲米可将丝绸染成 美丽的深红色。 3提取天然染料的新方法 天然染料中大部分是植物染 料，其色素分别存在于花、果、皮、 茎、叶和根中，如何提取色素是天 然染料应用时首先要解决的问 题。大部分植物色素是可溶于水 的，故对植物染料一般直接用水 萃取。将植物的含色素部分粉碎 后，在水中浸泡一定时间，再加热 煮沸 20 min 30 min,所得的溶液 2003年 2月第 1期 针 织 工 业 97 即为染液。但这样制得的染液染 料粒度大，影响染色牢度。 为提筒色素萃取的效能，研 究人员用乙醇代替水为溶剂。将 植物染料粉碎后，放入密闭容器 中，倒入 95 %的乙醇，浸渍 24 h 后，将溶液倒出，再用同样的乙醇 浸渍 6 h，重复两次。最后将所有 的溶液混合后，进行过滤，即可作 为染液。这种方法尤其适用于那 些难溶于水的染料。 目前有研究表明，用超声波 法对染液进行处理，可改善染色 效果。其原理是：利用超声波分 散作用时的空化现象，使液体中 的微气泡周围产生上千个大气压 的压力，使染料解聚，从而获得微 粒径的染料，改善染色效果。 有研究人员用超声波法萃取 儿茶素染羊毛 121。将加工茯茶砖 剩下的劣质叶、梗等与水一起置 于超声波发生器中，用功率为 2 kW的 25 Hz超声波处理 30 min, 冷却后去渣过滤，滤液浓缩干燥 即得染料。用紫外分光光度计对 相同浓度的常规法和超声波法萃 取的儿茶素进行测试，结果表明， 用超声波法萃取的儿茶素比用常 规法萃取的粒径要小许多。这 样，其渗透能力增强，与羊毛结合 牢固。染色对比试验的结果也表 明，超声波法萃取的染料日晒牢 度、皂洗牢度和汗渍牢度均比常 规法萃取的有较大的改善，达到 34 级。 4染液制备的新方法 传统的染色方法是将萃取后 的染液直接应用于染色，但有些 天然染料在水中的溶解度小，为 了达到一定的染色深度，往往需 要染几次。试验表明，对这类染 料采用加分散剂的方法，效果很 好。用阴离子或非离子表面活性 剂使染液中的染料颗粒得以分 散，这样染液可形成较稳定的分 散体系，而且织物和染料接触的 机会也增多，上染速度也加快。 染 料的水溶性越小，加分散剂染 色的效果就越明显。 5媒染剂方面的新进展 天然染料对纤维素纤维上染 率很低，对蛋白质纤维的亲和力 大一些，但仍比合成染料低的多。 因此天然染料染色时一般都使用 媒染剂，以增加上染率。传统的 媒染剂多为铜、铁、铝、铬等金属 的盐。今天纺织品中的重金属离 子已受到限制，有必要开发新型 的媒染剂取代传统的重金属离子。 我国的染色工作者用稀土一 柠檬酸络合物作为天然染料的媒 染剂对苎麻纤维进行了染色试 验 131。将润湿的织物放入含天然 染料的染浴中沸染 30 min,降温 至 70 ° Q加入媒染剂再升温至 沸，染色 30 min,取出后处理，测 其各项指标。试验结果证明用稀 土一柠檬酸做媒染剂，染色深度 和染色牢度均有提高，染色后的 织物对 pH值有较高的色光稳定 性。 用稀土一柠檬酸络合物作为 天然染料的媒染剂对织物进行染 色，是天然染料一稀土一织物三 者形成稳定络合物的过程。稀土 离子可作为中心离子和作为配位 体的染料离子络合。此外，它还 具有类电解质的作用，有促染性。 纤维素纤维经处理后其表面具有 大小不等的孔穴，由此稀土离子 可进入纤维的非晶区甚至晶区的 边缘，与染料分子及纤维素分子 形成多元络合，从而提高染色牢 度。这一多元络合体系的形成使 染料能够抗击因溶液 pH值波动 而产生色光变化。 6应用领域上的新进展 自合成染料问世以后，天然 染料就逐渐退出织物染色领域， 合成纤维出现时，天然染料已很 少在织物染色上使用，所以天然 染料的染色实践只是对棉、麻、 丝、毛等天然纤维染色。近年来， 随着人们对天然染料兴趣的高 涨，人们开始尝试用天然染料染 合成纤维 4-51。 6.1用天然染料染聚酯纤维 茜草、紫草和大黄等天然染 料的色素结构中都有蒽醌或萘 醌，与分散染料的结构十分类似。 它们的分子 量很小，并具有疏水 性。用这几种染料对聚酯纤维进 行染色试验，其吸附等温线符合 分散染料染聚醋的 Nemst等温 线，这表明这些天然染料上染聚 酯的机理类似分散染料。 日本的研究人员用洋葱、紫 胶和郁金，以硫酸亚铁为媒染剂 染聚酯。将织物浸入媒染剂溶液 中，加热煮沸 45 min,然后脱水， 染色。染色可分为高温高压法和 敞开浴法两种，浴比为 1:40。高 温高压法是在 130 ° C染色 45 min,敞开浴法是在 100 ° C染色 45 min。 染后水洗，酸性条件下固 色，再水洗、皂煮。测试结果表 明，染色织物的日晒牢 度为 3 4 级，皂洗和升华牢度为 4 5级。 6.2用天然染料染聚酰胺纤维 聚酰胺纤维中含有氨基和羧 基，可用离子型染料染色，如酸性 和金属络合染料，其吸附机理为 Langpiuir机理；也可用分散染料 染色。用紫草、胡桃等萘醌型天 然染料染色时，其吸附机理非常 符合分散染料染聚酯时的 Nemst 等温线；而用胭脂树染色时，因其 色素为线型离子型分子，则不止 出现一种机理，但 Langpiuir机理 ° 9 8 ° 针织工业 2003年 2月第 1期 是占优势的。 6.3用天然染料染聚丙稀腈纤维 天然染料黄檗中所含的小檗 碱是目前所知的天然染料中唯一 的阳离子染料。它可以用来染丙 稀腈纤维。热力学研宄结果表 明：其染色机理符合 Langmuir吸 附等温线。这表明带正电荷的染 料可以和带负电荷的纤维形成离 子键，使染料吸附在纤维上。 7 结束语 天然染料中的动植物染料是 由生物体中提取的，与环境相容 性好，生物可降解。合成染料虽 然鲜明亮丽，但天然染料的庄重 典雅也是合成染料不能比拟的。 除染色功能外，天然染料还具有 药物、香料等多种功能。天然染 料大多为中药，在染色过程 中，其 药物和香味成分与色素一起被织 物吸收，使染后的织物对人体有 特殊的药物保健功能。 我国有丰富的天然染料资 源，用天然染料染色有悠久的历 史。在天然染料染色方面有得天 独厚的物质和技术条件。我们应 该深入挖掘和宏扬这一民族传统 技术，使之在21世纪发扬光大。 参考文献 1王吉华，崔俊巧 .天然染料的应用及其 研宄进展 .染料工业， 1995 (5): 15 19 2陆凯 ,张洪弟 .超声波在毛织物天然色 素染色中的应用 .青岛大学学报 ,2001(1): 4243 3林细姣等 .稀土在植物染料染色中的媒 染应用研宄 .印染助剂 ,2002(1):2730 4杨庆琳译 .天然染料对棉麻及聚酯织物 的染色，印染， 2000(8): 54 55 5陈怡译 .天然染料上染合成纤维的染色 机理 .国外纺织技术 ,2001(1):21 25 6周宏湘译 .微生物中天然色素的萃取及 其在染色中的应用 .四川丝绸， 1998(1 ):38 39 7程万里 .红曲米对真丝绸染色性能的研 宄 .印染助剂 ,2000, 17(5): 22 26 收稿日期 2002年 4 月 8 日 通 告 中国针织专业委员会纬编专业组，将于 2003年 3 月在上海召开新一届纬编专业学组会议，请原纬编专 业学组成员和愿意参加纬编专业组的有关厂商和业 内人士与我们筹建组联系。本专业组隶属中国针织 专业委员会领导，将经常组织全国针织纬编专业工程 技术学术交流活动。 筹建组联系地址 :上海市淡水路 442弄 7号 上海针织科学技术研宄所 邮编 :200025 联系人 :顾维铀 电话： 021 63266812 传真： 021 63843561 中国针织专业委员会纬编专业筹备组 2003年 1月 8日 针织物起毛起球样照 征 订 通 知 按照中国纺织工业协会科学技术发展中 心下达的有关国家标准、行业标准制修订计 划，由全国针织品标准化技术委员会归口并制 定的 GSB16 1523 2002针织物起毛起球样 照国家实物标准样照亦颁布实施，并与针织 产品标准配套使用。样照共 10张，分 I型、 II 型，定价 980元磨，使用单位如需订购请与国 家针织产品检测中心联系，办理相关订购手 续 联系地址 :天津市南开区鹊桥路 25号 邮编 :300193 联系电话 :022 27414875 27380390 联系人 :刘凤荣王新丽