（纺织工程专业论文）两种植物染料的制备及其在羊毛针织品上的应用.pdf

两种植物染料的制备及其在羊毛针织品上的应用 摘要 随着经济的发展和科技的进步，人们的消费观念在不断改变， 重新评估和开发天然染料染色技术成为客观需要。本文选取了两种 染料植物即红色系的苏木和黄色系的槐米为重点研究对象，对植物 染料色素的制备和在羊毛针织品上的应用进行了较为全面的、系统 的研究。 本文在三个方面对植物染料进行了探讨：在染料色素的提取方 面，根据所选染料植物的性能，采用水溶剂萃取法进行提取，优化 了提取过程中的温度、浴比、提取时间和次数等工艺参数，使得色 素的得率较高，而且提取较为经济便捷；在树脂法精制染料色素的 工艺中，通过对树脂的吸附性和洗脱剂的解吸性的研究寻求到合适 的树脂和洗脱剂，并且对精制与未精制染料色素进行了羊毛织物染 色效果对比；将苏木染料应用于羊毛针织品，搞清苏木染料的染色 性能以及各种因素对染色过程和染色效果的影响。 实验结果表明： ( 1 ) 苏木和槐米染料的提取方法：染料植物经洗涤、晾干( 粉 碎) 、浸泡、沸煮及过滤后得到萃取液，重复萃取三次，将萃取液 合并、浓缩、干燥，得植物染料原色素。苏木和槐米染料的色素得 率分别为5 2 1 和1 2 6 。 ( 2 ) 在树脂法精制槐米染料色素的工艺中，以a d s 一5 大孔树 脂为吸附固定相，其吸附和解吸性能都比较好。同时以浓度为9 0 的乙醇作为解吸剂，解吸峰比较集中。精制槐米色素所染样品的光 泽度、颜色纯度和染色牢度等指标较未精制槐米色素所染样品都有 所改善。 ( 3 ) 在染色温度一定时，对羊毛织物染色后颜色深度影响的因 素由主到次依次为：p h 值、染料浓度、媒染剂( a 1 3 + ) 浓度；是否 使用媒染剂以及所用媒染剂的种类对所染织物的颜色特征值有很大 的影响，p h 值主要影响染液和织物的色调，染料浓度对织物颜色深 度值贡献较大。不同的染色工艺条件可以得到不同效果的色织物， 这充分体现了植物染料的个性化。 关键词苏木，槐米，提取，精制，染色，羊毛针织品 i i p r e p a r a t i o no ft w ov e g e t a b l ed y e sa n dt h e i r a p p l i c a t i o no nw o o lk n i t t i n gf a b r 【c s a bs t r a c t a l o n g w i t ht h eh i g h s p e e dd e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dt e c h n o l o g y ， p e o p l ec o n s t a n t l yc h a n g et h e i ri d e a so fc o n s u m p t i o n i tb e c o m e sam u s t t or e e s t i m a t ea n dd e v e l o pv e g e t a b l ed y e s i nt h i sp a p e r , t h et w od y e i n g v e g e t a b l e s n a m e ds a p a n w o o da n d s o p h o r af l o w e r - b u dh a v e b e e n s e l e c t e d r e dc o l o rd y ea n dy e l l o wc o l o rd y ec a l lb es e p a r a t e l ye x t r a c t e d f r o mt h e m ar e l a t i v e l yc o m p r e h e n s i v ea n ds y s t e m i cs t u d yo ft h et w o v e g e t a b l ed y e sh a sb e e nd o n eo nt h e i rp r e p a r a t i o na n da p p l i c a t i o n o n w o o lk n i t t i n gf a b r i c s t h e r ea r et h r e ep a r t si nt h et h e s i s f i r s t l yi ne x t r a c t i o np r o c e s s ， s o l v e n t e x t r a c t i o nm e t h o di s u s e d a c c o r d i n g t ot h e v e g e t a b l e s c h a r a c t e r i s t i c s i no r d e rt oo b t a i nt h em o r ed y ep i g m e n ta n dm a k et h e p r o c e s se c o n o m i c a la n dc o n v e n i e n t ，t h ep a r a m e t e r so f e x t r a c t i o np r o c e s s s u c ha st e m p e r a t u r e ，b a t hr a t i o ，a n de x t r a c t i o nt i m e sa r eo p t i m i z e d s e c o n d l y ，i nt h ed y e s r e f i n e m e n tp r o c e s sb ym e g a l o s p o r er e s i n ，t h e a b s o r p t i o no fr e s i na n dt h ed e s o r p t i o n o fs o l v e n ta r ea p p r o a c h e dt o o p t i m i z et h es u i t a b l er e s i na n ds o l v e n t ，a n dt h ef a b r i c sd y e d w i t hr e f i n e d p i g m e n ta r ee v a l u a t e da n dc o m p a r e dt ot h eo n e sd y e dw i t ho r i g i n a ld y e i nt h ee n d ，t h ev e g e t a b l ed y e sa r ea p p l i e dt ow o o lk n i t t i n gf a b r i c st om a k e c l e a rt h ed y e i n gp r o p e r t i e so fv e g e t a b l ed y e sa sw e l la st h ef a c t o r st h a t c a na f f e c tt h ep r o c e s sa n dr e s u l to fd y e i n g t h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n ts h o wt h a t ： i i i ( 1 ) i ne x t r a c t i o np r o c e s so fs a p a n w o o da n ds o p h o r af l o w e r - b u d ，t h e v e g e t a b l e st u r ni n t od y es o l u t i o na f t e rb e i n gw a s h e d ，d r i e d ( c r u s h e d ) ， s o a k e d ，b o i l e da n d f i l t r a t e d b o i l i n ga n df i l t r a t i n gr e p e a t e d l yf o rt h r e e t i m e sa n dp u t t i n gt h et h r e es o l u t i o n s t o g e t h e r ，t h e nc o n c e n t r a t i n ga n d d r y i n gt h es o l u t i o n ，t h eo r i g i n a lv e g e t a b l ed y eb eo b t a i n e d t h ep i g m e n t o b t a i n e dr a t eo ft w o v e g e t a b l e sa r es e p a r a t e l y5 21 a n d12 6 ( 2 ) i nt h ep r o c e s so ft h ed y e sr e f i n e m e n t ，t h eo p t i m u mr e s i na d s 一5 i ss e l e c t e da st h ef i x e dp h a s e ，i th a sg o o dc a p a b i l i t yi nb o t ha b s o r p t i o n a n dd e - s o r p t i o n a tt h es a m et i m e ，a l c o h o l ( w i t hc o n c e n t r a t i o n9 0 ) i s o p t i m i z e da st h es t r i p p a n t t h ew o o lf a b r i c sd r 7 e dw i t hp i g m e n tr e f i n e d h a v eb e t t e r b r i g h t n e s s ，s a t u r a t i o na n dc o l o r f a s t n e s st h a nt h es a m p l e s d y e dw i t ho r i g i n a lv e g e t a b l ed y eu n r e f i n e d ( 3 ) u n d e rac e r t a i nd y e i n gt e m p e r a t u r e ，t h ef a c t o r st h a ti n f l u e n t s a m p l e sc o l o rs t r e n g t hf r o mm a i n l yt os e c o n d a r ya r e ：p hv a l u e ，d y e c o n c e n t r a t i o na n dm o r d a n t s 渊j 十) c o n c e n t r a t i o n u s i n gm o r d a n to rn o t a sw e l la st h em o r d a n t st y p et r e m e n d o u s l ya f f e c t st h ef a b r i c s c o l o r p e r f o r m a n c e a n dp h v a l u em a i n l ya f f e c t st h eh u eo fd y e i n gs o l u t i o na n d f a b r i c s ，t h ef a b r i c sc o l o rs t r e n g t hi n c r e a s e sa l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n go f d y es t r e n g t h d i f f e r e n tc o l o rf a b r i c sc a nb eo b t a i n e db y d i f f e r e n tc r a f t s ，i t i n c a r n a t e st h ei n d i v i d u a l i t yo f v e g e t a b l ed y e s k e yw o r d s l i s h i p e n g ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db y p r o f e s s o r a n gl u s a p a n w o o d ，s o p h o r af l o w e r - b u d ，e x t r a c t ，r e f i n e ， d y e i n g ，w o o lk n i t t i n gf a b r i c s i v 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是 本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和 引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及 成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：刎 日期：磷f 少月( _ 7 日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借 阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密彳在j 三年解密后适用本版权书。 不保密口。 学位论文作者签名：刎 日期：晦2 ，月仟日 i 将挪签名：曼璐 醐：础p 月日 东华大学硕士论文 第一章概述 刖吾 2 1 世纪以来，随着经济的高速发展和科技的进步、毒理科学和环境科学的 迅速发展以及人们生活质量的提高和消费观念的改变，人们对于与自身息息相 关的纺织品的质量尤为关注。人们认识到一些以合成染料染色加工的纺织品对 人类的安全健康和生存环境产生了严重的损害和破坏，所以青睐和推崇一种有 益于人体健康而无害于环境的绿色纺织品，因此重新估价和开发天然染料染色 技术已成为客观需要。在广泛使用合成染料的今天，植物染料以其无毒、无 害、无污染、色调高雅等优点，受到人们关注。随着科学技术的进步，以及植 物染料综合功能的利用，植物染料作为合成染料的一种互补，必有一定的发展 前途；而羊毛是纺织工业的最重要原料之一，它具有弹性好、吸湿性强、保暖 性好、不易沾污、光泽柔和等优良特性。因此我们可以用植物染料上染羊毛针 织品来开发一类新的绿色毛纺织品。 2 0 0 2 年东华大学与海澜集团共同承担了国家十五8 6 3 项目“天然染料的制 备及其在绿色生态纺织品的开发与羊毛清洁生产中的应用技术。课题组在借 鉴国内现有技术( 如手工天然染料染“蓝印花布”、中药厂从中草药中萃取有 效成分的现代化手段等) 的基础上，将对天然染料的开发与染色进行系统的研 究。在有应用潜力的植物染料中进行筛选，开发染料制备技术；将得到的天然 染料进行生态纺织品开发和染色产业化应用等一系列工作。我本人的课题就是 整个课题组的一部分，主要是研究两种常用的植物染料苏木和槐米的色素制备 工艺以及在羊毛针织品上的染色应用。 第一章概述罗f ；早p 兀疋 第一节天然植物染料与绿色纺织品 植物染料顾名思义是以植物为原料而提取出的用于纺织品染色的染料，是 2 0 世纪初以前有色织物生产加工的主要颜色原料【l 】。天然染料染色技术起源于 印度，但最早的权威记录是公元前2 6 0 0 年中国有关天然染料对丝绸的染色应 用，秦汉时，天然染料的生产和应用己颇具规模【2 】。1 8 5 6 年英国化学家w h p e r k i n 首次合成苯胺紫，开创了合成染料的新纪元，此后合成染料由于色谱齐 东华大学硕士论文 第一章概述 全、色泽鲜艳、耐洗耐晒等诸多优点，成为纺织品染色的主要染料f 2 ，射。到二十 世纪下半叶，植物染料由于制备技术和产量等方面的原因，更由于其染色工艺 复杂，能源消耗大，颜色重现性差，少数染料对酸和碱的作用过于敏感等问 题，逐渐退出大工业生产，在大城市中已经难觅踪迹 4 1 。2 1 世纪以来，随着经 济的高速发展和科技的进步、毒理科学和环境科学的迅速发展以及人们生活质 量的提高和消费观念的改变，人们对于与自身息息相关的纺织品的质量尤为关 注。研究表明，合成染料可能引起某些人忠皮肤病，而且有1 0 0 多种合成染料 能产生致癌物质，合成染料以及中间体造成的废水污染问题更是令人担忧【5 】o 正是人们意识到以合成染料染色加工的纺织品对人类的安全健康和生存环境带 来的严重损害和破坏，人们开始对合成染料的广泛使用日益担忧，因此重新评 估和开发天然染料染色技术已成为客观需要【3 】。人们青睐和推崇一种有益于人 体健康而无害于环境的绿色纺织品，同时政府也开始支持这方面科研开发。 绿色纺织品是指其在生产、消费和遗弃的整个过程中，都不产生或不含有 对人体健康可能产生伤害和对人类环境产生不良影响的任何物质的纺织品 6 1 。 其定义包含着丰富的内容和异常严格的条件，它不仅要求所用的原材料是绿色 纤维，而且其印染加工工艺也必须绿色化，其核心便是必须采用绿色染料【6 j 。 作为纯正的标准的绿色染料应该具备下列条件：( 1 ) 染料的生产原料具有再生 性；( 2 ) 对人体无任何不良影响和反应：( 3 ) 生产加工过程无污染( 或少污染) 产生；( 4 ) 随纺织品遗弃于自然环境而能自然分解且无害于环境【l 】。植物染料 来源于植物世界，随着植物而生而亡，具有再生性；而且它直接取自于大自 然，自身结构的形成完全是自然生长的结果，不会涉及任何化学原料，对人体 没有化学损害；植物染料所采用的植物原料，均是经过严格的筛选，不仅无毒 无害，有的还具有医疗和保健作用；另外，植物染料的制备过程留下的残渣本 身是植物的组成部分，处理后可作为肥料，不产生污染【1 1 。由此看来，植物染 料从绿色染料标准这一角度上讲，具有合成染料所难以比拟的优越性；而羊毛 是一种天然纤维，也可称之为绿色纤维，是纺织工业的最重要原料之一。它具 有很多的优点，如弹性好、吸湿性强、保暖性好、不易沾污、光泽柔和等优良 特性【7 1 。因此我们可以用植物染料上染羊毛针织品来开发一类新的绿色毛纺织 品。 2 东华大学硕士论文 第一章概述 第二节植物染料的发展历程及最新研究进展 2 1 植物染料在中国的应用和发展 植物染料是天然染料中应用历史最悠久，应用面最广的染料，从制备到染 色都有一整套的工艺技术。春秋战国时期，我国的草染技术已经相当成熟。至 明清两代，染料植物的种植、制备和印染技术均达到鼎盛。清代，植物染料不 仅自给自足，而且还大量出口【3 ，趴。 植物染料的染色与我国一些传统染色工艺扎染、蜡染相结合，制成特色鲜 明的传统产品。其中使用最广泛的是靛蓝，以植物蓝草为染料而闻名世界的中 国蓝印花布，是用蓝草经发酵提炼制得靛蓝，然后在织物上印染制成【3 一。 近年来，中国对天然染料的开发也正在积极的探索之中，中国纺织科学研 究院、中科院大连化学物理研究所、桐乡草木研究中心、北京服装学院和苏州 大学等单位均有研究人员在从事天然染料染色方面的研究【1 0 1 。中科院已制得用 于棉和丝绸染色的天然黄( tr y ) 和天然绿( tr - g ) ；“铜牛牌 系列童装 选用纯天然植物染料系列染色；江苏海澜集团与东华大学合作也已将植物染料 用于制备高支天素丽环保型高档面料，效果较好。除织物染色外，中国科技工 作者还积极探索天然染料在其他领域的应用【3 】。 在染料色素的提取方面，江西省科学院化学研究所的李雄辉等人对栀子黄 色素的提制采用了多级提取、微孔过滤、超临界c 0 2 萃取等技术，尤其是引入 超临界c 0 ：萃取分离新工艺，使产品结构有所变化，在提取栀子黄色素的同时 把活性组份栀子苷分离出来，纯化了产品，提高了色素的色价【1 1 】。 2 2 植物染料在国外的发展和应用 早在公元前2 5 世纪印度就已经用茜草与蓝草对纤维进行染色，与此同时埃 及与西亚的美索不达米亚的人们，也已使用植物染料对织物进行染色，并且掌 握了植物染料的媒染技术，能够用植物染料染黄、红、绿等色【3 ，1 2 1 。公元8 世 纪，天然靛蓝染色技术传到欧洲【l 引。 今天，在日本、韩国、朝鲜、印度、英国、美国等地区，也有人使用植物 染料印染天然纤维织物。日本专门成立了“草木染 研究所，应用现代科学技 术对天然染料进行开发。日本蚕丝昆虫农业技术研究所和蚕丝商社合作发现了 东华大学硕士论文 第一章概述 具有紫色色素的微生物并将之用于染色。日本技术人员用生物技术还开发了大 戟属植物染料【1 0 1 。日本晃立公司批量开发了棕、绿、蓝三个色系的植物染料， 用这三个色系组合再拼染其他色泽【1 0 】。大和染工公司推出“草衣染色”，形染 公司推出“靛蓝印花 。日本用天然染料染色的纺织品有：“西阵织 、“京 友禅”、“大岛绸”等多种品牌，这一系列“草木染 纺织品被用做衬衫和睡 衣的面料，或用于床单、被罩等家纺产品。美国a l l e g r o 天然染料公司可提供 1 0 0 多种色泽的棉用全天然染料。除此之外，许多天然色素还因其特殊的成分 及结构而应用于新型功能性纺织品的开发。例如大黄防紫外线织物，日本青森 试验厂生产的可医治皮炎的艾蒿色织物以及印、韩、日等国用茜草、靛蓝、郁 金香和红花染成的具有防虫、杀菌、护肤及防过敏的新型织物等等。印度的研 究人员在天然染料研究方面也做了大量工作，先后开发了用白杨树皮和风仙花 做的染料【1 0 1 。 据科技日报报道，印度印染工程技术人员用一种印度植物n e e m 的叶子作为 天然染料，对棉织物进行超声波染色。结果表明，棉织物在超声波染色条件下 用n e e m 染料染色效果均匀，可赋予织物较好的上染率、日晒牢度和洗涤牢度。 与染相同色泽的常规染色工艺相比，在超声波染色条件下染色，热能消耗少。 因此，该染色工艺在技术和经济方面都是可行的。采用n e e m 叶子染色，还可对 织物作抗微生物处理，且织物强力保持不变【1 3 j 。 2 3 植物染料染应用于羊毛织物的最新研究进展 2 0 0 2 年东华大学与海澜集团共同承担了国家“十五 8 6 3 项目“天然染料 的制备及其在绿色生态纺织品的开发与羊毛清洁生产中的应用技术 。该课题 的目的在于，运用现代技术对传统植物染料的染整工艺进行改革，使之符合产 业化的要求，从而在源头上消除毛纺厂的主要污染源，使最终产品生态化，工 艺过程清洁化。同时，使毛纺业减少对合成染料的依赖。由于植物染料是可再 生的，而合成染料来源于不出几十年即将开始资源枯竭的石油，所以，此项目 成果如果能够大规模应用，将使毛纺织业成为可持续发展的产业，符合科学发 展观的要求。这个项目是我国优秀传统技术的“二次开发”，三年来，在多位 科研人员的共同努力下，共获得发明专利1 项，申请发明专利3 项，植物染料 数据库1 项，完成色卡3 0 6 种，开发了纯毛开司米、纯毛精纺面料、纯毛针织 4 东华大学硕士论文 第一章概述 t 恤等3 大类，多种生态毛纺织品，适应国内外高端市场的需求。2 0 0 5 年1 0 月 中旬，这一项目通过了国家科技部组织的专家组的验收。 最近，恒源祥集团也启动了“植物染料”研发课题【1 4 】。2 0 0 5 年3 月1 4 日，业内众多专家、学者齐聚恒源祥集团出席2 0 0 5 年恒源祥植物染料研讨会， 共同为“名羊”的全新科研项目出谋划策。研讨会上，东华大学的周启澄教 授、蔡祥博士以及上海毛麻纺织科学技术研究所的方雪娟教授等专家学者对这 一项目进行了分析和展望。 第三节植物染料色素的制备和染色工艺 3 1 植物染料色素的制备 植物中天然色素的含量取决于植物的品种、地域、土壤条件以及收取的季 节等因素，不同植物色素可利用的部位也不同，花、茎、叶、种子和根都有可 能【1 5 1 。紫檀色素在沸腾温度下可以稳定存在4 小时以上，然后它会慢慢分解， 2 4 小时后，大约有3 0 的染料会分解【1 6 1 。不同的染料植物均有其最适宜的采取 时间【8 】。新鲜的叶、茎采取后应及时使用，如兰草采集后必须尽快染色或制靛 保存，否则靛蓝素会减少或自行消失。需经干燥后放置的树皮、树干等，其存 放时间也应视染料植物的性质而定。 植物染料根据不同的种类有不同的色素提取过程，一般有浸泡、压榨、浓 缩等方法【1 7 1 。通常染料植物的色素含量是较低的，以水煎煮时，水质、水量、 煮沸温度和时间以及煎煮次数等都能影响到染液的浓度和稳定性。 植物染料的制备流程一般为：染色植物的选择一染料色素的提取一染料精 制一染液浓缩、喷粉、干燥一染料存储1 1 8 j 。 染色植物的选择包括选择染料植物的色系、种类、生产地、采取时间以及 应用前景等。 染料色素提取过程较复杂，包括选择色素存在的部位、色素的溶解性、色 素含量、提取方法、有机溶剂的使用、煎煮浓度、温度、时间和次数等。 染料精制主要包括染料主色素成分、主色素物理化学性质、杂质成分、杂 质含量、除杂方法、除杂效果、色素分解、色相变化、精制染料与非精致染料 的性能区别、干燥工艺等。精制所需的仪器设备的性能和操作也需要十分清 5 东华大学硕士论文 第一章概述 楚。 染料存储：包括存储形态、存储容器、存储时间和温度等。 为使色素不受污染，在果实采收、运输、储存以及加工、包装过程中，应 避免染料植物或色素与铁、铜等金属接触，可采用不诱钢、环氧树脂玻璃钢、 搪瓷及聚乙烯塑料等材料制作的容器和设备。生产过程中要注意环境和操作条 件的清洁卫生，以防微生物污染【1 9 1 。植物染料制备的过程非常复杂，主要是因 为它的规律性不强，个性多，共性少，很难总结出定量的规律，它是科学技术 和实践经验的相互结合【1 引。 3 2 植物染料的染色工艺 植物染料染色有直接法和媒染法。但是由于成分复杂，大多数植物染料对 纤维的亲和力低，只用植物染料染色的织物色牢度比较差，一般要借助媒染剂 固着上色【2 0 ，2 1 1 ，目的是使纤维、金属离子和染料之间形成络合物。 运用植物染料进行染色时，我们按照植物染料在水中的溶解度，选择不同 的染色方法【8 】：天然色素对水溶解度颇好( 如黄柏) ，染液能直接吸附到纤维 上，通常不用媒染剂；天然色素对水的溶解度颇好( 如栌、苏木) ，染液的染 色成分虽能直接吸附到纤维上，但为提高染色牢度，要求采用媒染剂；天然色 素对水基本不溶解( 如荩草、栀子) ，但其配糖体能溶解于水，并与纤维吸 附，要求采用后媒染使之固着；天然色素对水的溶解度小( 如紫草、西洋 茜) ，但色素具有络合配位基团，借助预媒染，在纤维上形成吸附的金属离子 络合键而固着；利用天然色素( 如红花、郁金) 对酸、碱性的溶解度不同，使 之在纤维上固着染色；借助单宁类物质在纤维上的吸附，主要通过后媒染使之 发色固着，如五倍子、橡、槟榔子。 由于植物染色多在水中实施，天然色素对水的溶解性以及色素的形成，与 媒染固着、发色是有很大关系的。 影响植物染料对织物染色效果的主要因素有：染料浓度、染液p h 值、染 色温度、染色时间、媒染方法、媒染剂种类和浓度、媒染温度和时间等。另外 染色时织物的种类，染色初始温度和升温速率等都会影响到织物的染色效果， 需要多加注意【2 2 , 2 3 】。 6 东华大学硕士论文 第一章概述 第四节植物染料研究中仍存在的问题 植物染料无公害，且有不少种类有益健康，因而其染色织物越来越受到人 们的欢迎，但是其传统的染色工艺正随着时间一点点流逝【2 4 】。中国植物染料品 种丰富，民间多有应用。近年来，不少有识之土已开始研究植物染色的工业化 生产技术，并取得一定成果。但是，就总体情况而言，植物染色技术尚未大量 应用，目前存在的主要问题是： ( 1 ) 植物染料成批生产有一定的困难，植物染料的制备成本较昂贵【2 5 1 。 目前植物染料一般是从花草、果叶等再生快的植物部位或可快速种植的植物中 提取的，其量不大，多用于小规模的作坊或家庭染色使用呓旬。 ( 2 ) 一些植物染料的染色和使用性能尚不理想，所染样品的部分色牢度指 标尚没有达到预定要求。 ( 3 ) 染色助剂的选择仍处于摸索阶段，没有统一的标准【2 5 1 。 另外在金属盐媒染液的环保，生态资源的合理利用，产品设计与市场开发 等方面，现在大多数的研究都还处于初期阶段，对植物染料的研究，多是低水 平的重复，层次较低【2 7 】；植物染料的开发，没有受到应有的重视；对它的发展 潜力与前景尚缺乏足够的认识。随着人们环保意识的增强，生活质量的改善以 及部分化学染料的禁用，人们对天然染料的应用会越来越关注，随着科学技术 的进步，以及植物染料综合功能的利用，植物染料染色作为合成染料的一种互 补，必有一定的发展前途【2 8 1 。 第五节课题的研究内容和主要任务 本课题是在课题组承担国家8 6 3 项目“天然染料的制备及其在绿色生态纺 织品的开发与羊毛清洁生产中的应用技术研究 这个大背景下产生的，主要是 对常用的几种植物染料的制备及其在羊毛织物上的染色应用进行研究。具体研 究内容和任务如下： ( 1 ) 溶剂法提取植物染料( 苏木、槐米) 色素。通过单因子实验确定提 取过程中主要工艺参数如煎煮浓度、温度、时间、次数的最佳值。 ( 2 ) 大孔树脂吸附法精制染料色素。通过静态吸附和动态吸附实验确定 精制所需的树脂品种、洗脱剂的种类和浓度。另外对精制和非精制染料所染的 7 东华大学硕士论文 第一章概述 羊毛针织物进行染色效果的对比和评价。 ( 3 ) 苏木染料在羊毛针织品上的染色应用。通过单因子和多因子实验研 究分析染色工艺条件对染色过程和染色效果的影响。 ( 4 ) 协助完成五大色系( 红、黄、蓝、紫、褐) 3 0 6 块色卡样品的染色、 测试、筛选、设计和制作。 由于本课题是整个课题组的一部分，不仅在整个课题组的研究过程中起到 一定的过渡作用，而且为将来其他植物染料的研究提供参考和借鉴。 参考文献 【1 】余卫华，植物染料与生态印染工艺，四川丝绸，2 0 0 4 ，n o 1 ：2 1 - - 2 2 2 】王潮霞，天然染料的研究应用进展，染整技术， 2 0 0 2 ，n o 1 2 ：1 5 1 9 【3 】屠恒贤，植物染料染色的历史与现状，染整科技，2 0 0 4 ，n o 2 ：4 8 5 2 4 】m ，m a t h u r & m s r i v a s t a v a ，n a t u r a ld y e sf r o mp a t h e n i u mh i s t e r o p h o r u s ：as t u d y , c o l o u r a g e ，2 0 0 3 j a n ，4 5 - - 4 8 5 】杨光译，植物染料b a s e l l a r u b r a ，中国纤检，2 0 0 2 ，n o 3 ：4 8 【6 】陈杰译，程万里校，植物染料在羊毛织物上的染色，国外丝绸，2 0 0 1 ， n o 1 ：2 7 3 2 【7 】姚穆，周锦芳，黄淑珍，纺织材料学，第二版，中国纺织出版社，北京 1 9 9 0 ，9 2 - 1 0 1 【8 】孙云嵩，植物与染色，丝绸，1 9 9 7 ，n o l 3 ：5 0 n 5 3 9 】严荣华，植物染料在中国的发展，上海丝绸，2 0 0 3 ，n o 3 ：1 5 - 1 8 【1 0 】巩继贤，李辉芹，天然染料的应用现状和研究进展，化工文摘，2 0 0 3 ， n o 7 ：3 6 【1 1 】李雄辉，季清荣，栀子黄色素提取及精制新工艺的研究，食品科学， 2 0 0 3 ，v 0 1 2 4 ，n o 1 2 ：7 0 7 4 【12 】s t a n i s z k i sj ，i n d i g o ，t h em a g i c a ld y e ：h i s t o r ya n da p p l i c a t i o n s ，n a t u r a lf i b r e s 2 0 0 0 ，v 0 1 4 4 ：1 2 3 1 2 4 1 3 1l u c i f e r 整理，印度开发植物染料，中华家纺网，2 0 0 3 年7 月2 2 日 8 东华大学硕士论文 第一章概述 【1 4 】恒源祥，“羊羊羊 爱上植物染料，恒源祥网站，2 0 0 5 年3 月1 5 日 【1 5 】d a y a lr a m e s h w a r l ，d o b h a l ，p r e mc h a n d r a ，n a t u r a ld y e sf r o ms o m e i n d i a np l a n t s ，c o l o u r a g e ， 2 0 0 1 ，a u g ，v 0 1 4 8 ：3 3 - 3 7 1 6 m l g u l r a j a n i 等著， 林明霞译，童步章校，紫檀木染料染色的动力 和热力学研究，国外纺织技术2 0 0 3 ，n o 2 ：1 9 - - , 2 2 1 7 刘海廷，杨志峰，刘福， 植物色素的提炼，化学工程师，1 9 9 5 ， n o 3 ：4 5 - - 4 6 1 8 刘广文编著，染料加工技术，北京，化学工业出版社，1 9 9 9 ，1 3 - - , 2 5 1 9 柳素娟，魏宿俊，盛苏，栀子黄色素的提制及研究，天然产物研究与开 发，1 9 8 9 ，n o 1 ：7 1 - 7 7 2 0 m i s h r as p ，d y e i n gw i t hn a t u r a ld y e sp a r ti ：i n t r o d u c t i o n a s i a nt e x t i l ej o u r n a l ，s e p ，2 0 0 0 ，v 0 1 9i s s u e9 ：3 8 , - 4 0 2 1 s h a hs r ，s h a hj n ， v y a sj a ，d y e i n go fw o o lf i b r ew i t h n a t u r a ld y e s ，m a n - m a d et e x t i l e si ni n d i a ，a p t ，2 0 0 0 ，v 0 1 4 3 ， n o 4 ，：1 8 3 - 1 8 5 2 2 】s i n g hj e e t ，s sy a d a v s ，g a b a g ，e f f e c to f m o r d a n t i n gm e t h o do nd y e a b s o r p t i o no fn a t u r a ld y e se x t r a c t e df r o mr e i nw a r d t i a f l o w e r sa n dn e e ml e a v e s o nw o o l ，c o l o u r a g e ，2 0 0 3 ，j a n ：2 7 3 0 【2 3 】m n m i c h e n a l ，f m t e r a , s a a b o e l a n w a r ，c o l o u rm e a s u r e m e n t sa n d c o l o u r a n te s t i m a t i o no fn a t u r a lr e dd y e so nn a t u r a lf a b r i c su s i n gd i f f e r e n t m o r d a n t ，c o l o u r a g e ，2 0 0 3 ，j a n ：3 1 4 2 2 4 】b h p a t e l ，b j a g a r w a l ，h m p a t e l ，n o v e lp a d d i n gt e c h n i q u e sf o rd y e i n g b a b o o ld y eo nc o t t o n ，c o l o u r a g e ，2 0 0 3 , j a n ：21 - 2 6 【2 5 】王秀玲，天然染料，印染译丛，2 0 0 3 ，n o 5 ：1 1 - 1 6 【2 6 p a n ts ，n a t u r a ld y e i n go fw o o l ，i n d i a nt e x t i l e j o u r n a l ，19 9 9 ，a p r ， v 0 1 1 0 9 ，n o 7 ：5 0 - 5 3 2 7 】孙云嵩，黄色植物染料与染色，丝绸，2 0 0 3 ，n o 1 ：3 1 , - , 3 3 2 8 】宋心远，纺织品生态染色和染色新技术，染料与染色，a p r ，2 0 0 3 ， v 0 1 4 0 ，n o 2 ：3 1 3 3 9 东华大学硕士论文 第二章苏木和槐米染料色素的提取 第二章苏木和槐米染料色素的提取 提取，就是将植物中化学成分提出的过程，所得到的提取物中通常包含多 种性质相似的化合物【。目前我们常用的传统提取方法有溶剂法，水蒸气蒸馏 法，升华法等，而植物成分提取的新技术则包括超临界流体萃取、微波萃取、 酶法提取、半仿生提取法、破碎提取法及空气爆破法等。基于各方法面的考 虑，在实验室提取植物染料色素时，我们选择了用溶剂提取法。 第一节溶剂提取法 1 1 提取原理 采用适当的溶剂进行提取是最常用的植物成分提取方法。其原理是根据植 物中各种成分在溶剂中的溶解性质，选用对活性成分溶解度大，对不需要溶出 成分溶解度小的溶剂，而将活性成分从植物组织内溶解出来【2 】。当溶剂加到植 物原料( 需适当粉碎) 中时，溶剂由于扩散、渗透作用逐渐通过细胞壁透入到 细胞内，溶解了可溶性物质，而造成细胞内外的浓度差，于是细胞内的浓溶液 不断向外扩散，溶剂又不断进入植物组织细胞中，如此多次往返，直至细胞内 外溶液浓度达到动态平衡。将此饱和溶液过滤，继续多次加入新溶剂，就可以 把所需的成分近于完全溶出或大部溶出。 植物成分在溶剂中的溶解度直接与溶剂性质有关。溶剂可分为水、亲水性 有机溶剂及亲脂性有机溶剂【2 】。被溶解物质也有亲水性和亲脂性之分。有机化 合物分子结构中有的亲水性基团多，其极性大而疏于油；有的亲水性基团少， 其极性小而疏于水。这种亲水性、亲脂性及其程度的大小和化合物的结构直接 相关。一般来说，两种基本母核相同的成分其分子中功能基的极性越大，或极 性功能基数量越多，则整个分子的极性大，亲水性强，而亲脂性就越弱；若分 子非极陛部分越大，或碳键越长，则极性小，亲脂性强，而亲水性就越弱。 各类溶剂的性质，同样也与其分子结构有关。例如甲醇、乙醇是亲水性比 较强的溶剂，它们的分子比较小，有羟基存在，与水的结构很相似，所以能够 和水任意混合。丁醇和戊醇分子中虽都有羟基，和水有相似性，但分子逐渐地 加大，与水的性质也就逐渐疏远。所以它们彼此能部分互溶，在它们互溶达到 饱和状态之后，丁醇或戊醇都能与水分层。氯仿、苯和石油醚是烃类或烃类衍 1 0 东华大学硕士论文 第二章苏木和槐米染料色素的提取 生物，分子中没有氧，属于亲脂性强的溶剂。常用溶剂按其极性强弱排列可表 不如f ： 亲水性逐渐增强 石油醚、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯、丙酮、乙醇、甲醇、水 i _ 一 亲脂性逐渐增强 通过对植物成分初步的分析判断，可估计它们的一些性质和选用的溶剂。 例如葡萄糖、蔗糖等分子比较小的多羟基化合物，具有强亲水性，极易溶于 水。淀粉虽然羟基数目多，但分子太大，所以难溶于水。蛋白质和氨基酸都是 酸碱两性化合物，有一定程度的极性所以能溶于水，不溶或难溶于有机溶剂。 苷类较其苷元的亲水性强，特别是皂苷，由于分子中往往结合多个糖分子，羟 基数目多，能表现出较强的亲水性，而皂苷元则属于亲脂性强的化合物。多数 游离的生物碱是亲脂性化合物，与酸结合成盐后，能够离子化，加强了极性， 就变为亲水的物质，这些生物碱可称为半极性化合物。所以生物碱的盐类易溶 于水，不溶或难溶于有机溶剂；而多数游离的生物碱不溶或难溶于水，易溶于 亲脂性溶剂，一般以在氯仿中溶剂度最大。鞣质是多羟基的化合物，为亲水性 的物质。油脂、挥发油、蜡、脂溶性色素都是强亲脂性的成分。总的来说，只 要植物的亲水性和亲脂性与溶剂的此项性质相当，就会在其中有较大的溶解 度，即所谓的“相似相溶 的规律。这也是选择适当溶剂从植物中提取染料色 素的依据之一。 1 2 溶剂的选择 溶剂提取法的关键是要选择适当的溶剂，这样才可以顺利地将所需地成分 提取出来。选择的溶剂要对有效成分溶解度大，对杂质溶解度小；溶剂不能与 植物的成分起化学变化，这一点至关重要，若溶剂与植物成分起化学变化引起 染液颜色的变化，在染色过程中会带来很大的影响；另外溶剂要经济、易得、 沸点适中，浓缩方便和使用安全【3 1 。 常用的提取溶剂有水、亲水性有机溶剂和亲脂性有机溶剂三类。水是一种 强极性溶剂，植物中的亲水性成分如无机盐、糖类、分子不太大的多糖类、鞣 质、氨基酸、蛋白质、有机酸盐、生物碱盐及苷类等都能被水溶出。其缺点是 东华大学硕士论文 第二章苏木和槐米染料色素的提取 易酶解苷类成分、易霉坏变质( 可加入少量防腐剂如甲苯) 、浓缩易发泡，某 些含果胶或黏液质类成分的植物，其水提取液往往很难过滤，故含淀粉量多的 植物，不宜磨成细粉后加水煎煮。大部分植物染料可用直火煎煮，加温可以增 大成分的溶解度，还可能与其他成分产生助溶现象，增加了一些水中溶解度小 的、亲脂性强的成分的溶剂度。但是多数亲脂性成分在沸水中的溶剂度是很小 的，即使有助溶现象，也不易提取完全。为了增加某些成分的溶解度，也常采 用酸水或碱水作为提取溶剂，酸水提取可使生物碱与酸生成盐类而溶出，碱水 提取可使有机酸、黄酮、葸醌、内酯、香豆素及酚类成分溶出。 亲水性有机溶剂，如乙醇、甲醇和丙酮等，以乙醇最为常用。乙醇的溶解 性能较好，对植物细胞的穿透能力较强。亲水性