天然植物染料染色存在的问题及其解决措施

天然植物染料染色存在的问题及其解决措施韩晓俊, 王越平, 覃丹, 庞琦( 北京服装学院, 北京100029)摘要: 天然染料因其绿色环保成为发展的方向, 但在应用中存在许多问题。在实践的基础上, 对天然植物染料的染色对象、染液制备、助剂的使用、染色方法以及工艺、染色色相、牢度和资源8个方面的实际 应用情况进行了分析总结, 并对存在的问题提出了一些解决措施。关键词: 天然染料; 植物染料; 染色; 问题; 措施中图分类号: TS 193.62文献标志码: A文章编号: 1000- 4033( 2007) 05- 0048- 04当今社会, 环境保护问题越来越受到人们的关注, 环保型产品受 到人们的极大欢迎。天然染料因其 绿色环保特性, 将有助于改善纺织 印染行业的严重污染问题, 从而成 为业内相关人士和企业的关注热 点及研究方向。本文尝试了十几种 天然染料对不同材料的染色, 通过 实验认识到, 虽然天然染料在绿色 环保方面具有比化学合成染料更 大的优势, 但在实际应用中还存在 许多问题制约着它的开发和利用。 本文从8个方面对所存在的问题进 行阐述, 并提出一些相关的解决措 施。1染色对象实验结果表明, 大多数天然染 料较适合蛋白质纤维的染色, 如普 通羊毛、丝光羊毛、羊绒、蚕丝以及 丝绒交织等产品均可作为染色用 材料 , 尤其适用于羊绒或羊毛围 巾、羊绒或羊毛毛衣等产品, 这也 是产品的价格、档次、风格所要求 的, 因此天然染料可以率先在羊绒等高档产品上应用。但是由于原料大分子结构松紧不同, 面料结构松 紧不同, 通常蚕丝染出的颜色比毛 类纤维浅淡。纤维素纤维作为绿色、环保甚 至保健材料, 虽然受到越来越多消 费者的喜爱, 但是由于天然染料对 纤维素纤维的亲和力低, 其染色仍 是目前的一个难题。采取的措施 是: 对染料进行筛选; 对纤维素纤 维进行改性来提高天然染 料的应 用范围, 如对棉布进行预处理( 丹 宁酸处理) 1; 染色对象以高档的丝 光棉作为首选材料; 可以通过一些 特殊的设备如超声波仪、红外染色 机等来改善天然染料在纤维素纤 维上的染色效果。天然染料的色素都是可溶于水的。但这些方法制得的染料粒径大, 影 响染色牢度。为了提高色素萃取的效能, 常 采用的措施是: 用一些有机溶剂如 乙醇、丙酮、乙酸乙酯等代替水为 溶剂进行染料的提取, 这种方法尤 其适用于那些难溶于水的染料。另 外, 可以用超声波法对染液进行处 理2, 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, 提高染色效果。3 染色助剂3.1 调节pH值的酸或碱 多用弱酸、弱碱, 如甲酸、醋酸、Na2CO3等。一些染料在不同的pH值 条件下, 会呈现不同的色彩, 表现 出对酸、碱度不同的敏感程度, 如 苏木、姜黄、茜草、石榴皮、黄芩等 在弱酸性条件下没有颜色变化, 但 是在弱碱性条件下发生了很明显的颜色变化, 见表1。如果用它们染2染液制备天然染料中大部分 是 植 物 染料, 其色素分别存在于花、果、皮、茎、叶和根中, 因此在天然染料使 用前, 首先需要对色素进行提取。 天然染料的传统制 备 方 法 有水萃取、蒸馏、层析等, 因为大部分作者简介: 韩晓俊( 1983) , 女, 研究生。主要从事纺织服装新材料、新技术的应用与开发工作。 48 2007 年 5 月No.5针织工业表1酸碱性对染料色相的影响目前, 在植物染料的染色工艺中, 能够取代传统媒染剂的物质为 无污染并且用量较低的稀土氯化 物3。稀土离子可作为中心离子与作 为配位体的染料离子络合。此外, 它 还具有类似电解质的作用, 有促染 性, 从而提高染色深度和牢度。4 染色方法通常大部分天然植 物 染 料 对 织物的染色方法可分为直接法和 媒染法两种。直接法简单易行, 最重 要的是减少了金属离子的使用, 特 别是一些有害金属离子的使用。但 是直接染色法的染色牢度不够好, 色浓度也偏低。媒染法可根据加入 媒染剂顺序的不同, 分为先媒后染 法、先染后媒法和同浴媒染法。在一 般的情况下, 采用先媒后染法, 染物 的上染率较高, 但匀染性较差; 采用 先染后媒法, 染物颜色相对较均匀, 但也易造成染色后色纯度偏浅。一 般来说, 针对不同种类的织物和不 同的媒染剂, 媒染的方法也不同。 从实验结果来看: 天然染料对纤维素纤维的直接性较小, 上染率 很低; 而天然染料对于蛋白 质纤 维, 如真丝织物、毛织物却能较充 分上染, 表现出良好的直接性。但 总体来说, 天然染料的上染率普遍 偏低, 这和天然染料本身的大分子 结构有很大关系。因此, 要提高上 染率, 一方面可以反复进行媒染和 染色过程, 另一方面, 可以考虑从 染色设备上进行改进, 如用红外染 色机染色, 利用它的高能辐射使染 液充分渗透到纤维内部, 使上染率 得到很大提高。5 染色工艺天然植物染料与化 学 合 成 染 料存在着本质上的区别, 因此在染 色工艺方面也有一些需要 注意的问题。有的天然植物染料 的 耐 温 性 较差, 温度过高染料会分解变质, 如 紫 草 、五 倍 子 、青 茅 草 、红 树 皮等, 染色应在60 以下进行, 染色温度若大于65 ,色素会分解, 失去上染能力。因此染色时应控制好植物染料的染色温度。有的媒染剂在高温 下 会 氧 化 分解, 如硫酸铁, 硫酸亚铁等, 所以 它们一般应在常温下使用; 而有的 媒染剂在高温时才能充分发挥作 用, 如硫酸铜、醋酸铬、重铬酸钾等, 这类媒染剂可在60 左右使用4。6染色色相栀子、姜黄、高梁红、苏木、茜 草、黄柏等均可以直接上染纤维, 尤 其是在蛋白质纤维上表现出丰 富 的色相, 通常染羊毛比染丝绸颜色 深、牢度好。不过, 天然染料染色在 色相上还存在一些问题有待解决。首先, 天然染料的色谱不全, 而且相对而言色调偏灰。实验结果 表明, 黄色、褐色、红色相对较易得 到, 但蓝色、绿色等冷色调偏少, 见表3、表4。的织物在碱性环境中进行洗涤, 就会造成织物的变色, 因此这几种天 然染料的染色、提取或者使用就要 在弱酸性条件下进行。3.2媒染剂因为大多数天然染 料 的 染 色直接性较小, 而且为了提高染色牢度, 使色谱更丰富, 通常用媒染剂 进行固色。常用媒染剂有氯化亚 锡、硫酸铝钾、硫酸铜、硫酸亚铁、 硫酸铁等。实验结果表明, 不同的 媒染剂作用不同, 几种常用媒染剂的作用见表2。表2 几种媒染剂的作用比较表3 不同染料直接法染色的结果没有Sn 明显Fe 和但是, 在生态环保标准中, 纺织品中的重金属离子也是受限制 的对象之一, 因为残留在染浴中的 重金属离子会造成严重的环境污 染问题。为此, 选用新的媒染剂取 代传统的重金属离子是纺织品生 态加工的重要内容。 49 染料颜色高粱红红黄岑、大黄、栀子黄、姜黄黄艾蒿绿栀子蓝、靛蓝灰蓝紫草紫茶叶棕红花橘红黄柏、荆芥米黄色槟榔肉色茜草、苏木赭石色媒染剂作用Sn2+比直接染的颜色更亮、更纯、更 鲜艳, 只是氯化亚锡价格比较贵KAl2+也可以提高染色明度, 只是效果2+Cu2+使染物颜色泛绿光2+Fe3+Fe2+、Fe3+使染料的颜色色相变化 最大, 多呈深棕色、深褐色, 使颜 色变深, 且Fe3+使颜色变深效果比 Fe2+更明显染料弱酸性弱碱性苏木不变色变紫红黄芩不变色变红姜黄不变色变酒红茜草不变色变红石榴皮不变色变红No.52007 年 5 月针织工业表4不同染料后媒法染色的结果表5红外加热与水浴加热对羊毛染色结果比较牢度、日晒牢度等几个方面综合评价染色后的牢度问题。由于天然染 料对丝和毛纤维的亲和力比棉纤 维高, 因而天然染料在丝、毛织物 上的牢度一般优于在棉 织物上的 牢度, 但是总的来讲, 尽管媒染和 某些后处理可提高天然染料的染 色牢度, 因为其发色基团固有的不 稳定性, 导致染色后的织物耐洗、 耐光牢度偏低, 见表6。从表6的实验数据来看, 大多 数天然染料用媒染法比用直接法 染色的牢度要好些, 摩擦牢度、皂 洗牢度、水洗牢度等都可以满足实 际穿着的要求。但是日晒牢度偏 差, 大部分仅为23级, 无法满足实 际穿着的需要。如果要大批量生 产, 其产品适用于室内用品或者内 衣等, 而且最好用中性洗涤液进行 洗涤以防止织物变色, 并且洗涤后 尽量采取阴干的方式。8资源方面目前, 天然染料供应还有一定 困难, 难以大量生产。天然染料多 来源于动植物, 这使得它难以进行 标准化生产。以植物染料为例, 即 使是同一种植物, 由于产地不同、 气候条件不同及采集时间不同都 会影响色素的组成及色泽, 而这必 然会导致染料的染色重现性差。而 且由于动植物中色素含量较小, 要解决色相单调的方 法 是 采 用不同色相的植物染料混拼、媒染剂 混拼。利用不同的媒染剂可 使同 一 种植物染料呈现多种色相这一 特性 , 同时加入两种或两种以上 的媒染剂, 可得到混色效果; 利用 不同种类的染料混拼 , 亦可得 到 混色效果。实验结果表明这一方 法是可行的, 但需注意的是: 不同 染料对同一种材料的上染速度不 同, 从而使两种混拼染料上染的 程度不同, 造成色相发生变化, 因 此多种染料的混拼还需要系统地 了解各种染料的染色特性, 选择上 染速度相近的染料进行混拼, 可防 止色相的偏差。其次, 天然染料的给色量低,因此染同样色泽需更高的浓度。如化 学 合 成 染 料 染 浅 、中 、深 色 , 染 料 浓 度 分 别 为 1% 2% 、3% 、4% ; 而 天 然 染 料 所 需 浓 度 为4% 、6% 、8% , 而且不同染料在相同浓度下 的颜色深浅也不同。要解决此问 题, 可以用天然染料反复染, 但是 纤维对植物染料的吸收是有饱和 度的, 不能无限上染, 为了提高上 染率, 可复染3 次。次数过多会造 成表面浮色, 使摩擦牢度下降。另 外, 用红外染色机染色也会使织物 的颜色加深。不同设备的染色效果 见表5。7 染色牢度天然染料染色后, 需从水洗牢 度、皂洗牢度、干摩擦牢度、湿摩擦 50 加热方式染料颜色水浴栀子兰浅蓝灰色茜草赭石色红外线栀子兰深蓝灰色茜草棕褐色注: 所用染料用量4% , 直接法染色。染料媒染剂各种媒染法间的比较氯化亚锡硫酸铝钾硫酸铜硫酸亚铁硫酸铁茜草橘红赤褐色褐色赤褐色褐色颜色变化明显苏木肉桂棕赭石咖啡棕咖啡色咖啡色硫酸铁染出的颜色较亚 铁 染 出 的 颜色深红花橘黄橘黄深橘黄深橘黄深橘黄颜色变化比较明显栀子黄淡黄淡黄黄绿淡黄大豆色颜色变化不是很明显栀子蓝蓝灰蓝灰蓝灰蓝灰灰黄色颜色变化不是很明显姜黄橙黄淡黄黄绿中黄浅黄褐颜色变化明显高粱红红红红红红色相都一样, 只是明度和纯度有点 差异石榴皮黄棕色稻草黄亚麻黄灰绿色灰绿色颜色变化明显槟榔肉桂棕肉桂棕棕灰色灰紫色浅棕色颜色变化明显大黄橙黄色黄褐色黄褐色茶褐色茶褐色颜色变化比较明显紫草紫褐紫褐深灰紫褐紫褐颜色变化不大, 仅有明度上的变化黄柏米黄稻草黄灰绿色稻草黄稻草黄颜色变化较明显艾蒿黄绿米黄灰绿色灰绿色灰绿色颜色变化比较明显黄岑土黄土黄黄褐色茶褐色茶褐色颜色变化较明显荆芥稻草黄浅灰棕浅灰黄灰黄色深灰色颜色变化较明显2007 年 5 月No.5针织工业想获得足够染料, 就要大量采摘或砍伐植物, 或者猎取动物。这会造 成对生态环境的破坏, 违背了用天 然染料染色以利于生态和环保的 初衷。另外, 很多天然染料也都是 中草药资源, 其中一部分具有很高 的药用价值和经济价值, 如果将它 们大量用于染料的提取, 也是不合 理、不经济的5- 6。解决方法之一是利 用 生 物 工 程的方法培育植物6。由于生物培 养的方法可使细胞生长速度 大大 加快, 这样使得天然染料的生产可 以不依赖于自然界的植物, 且产量 大幅度提高。其次, 开发天然染料 等同体也极具价值。这种染料的结 构与某种天然染料完全一致, 是一 种等同体, 同时又是化学合成生 产 , 其 纯 度 高 、性 能 稳 定 、原 料 丰 富、不与粮食争地、可以大规模进 行生产, 只要不含有重金属等有害 杂质, 其安全性就没有问题, 而且 成本也比天然提取的染料低得多。 因此, 可以首先研究性能优良的天 然染料的品种, 测定其结构, 再研 究其合成方法以进行工业化大生 产, 这样就可以代替种植、提取天 然染料。总之, 要使天然染料商品化、 工业化, 完全替代合成染料还有很 多问题需要解决。参考文献1 Paul R. 天 然 染 料 的 分 类 、提 取 和 牢 度 性能J.周秀会, 译.国外纺织技术, 1997( 10) :27- 31.2 陆凯 , 张洪弟. 超声波在毛织物天然 色 素染色中的应用J.青岛大学学报, 2001( 1) :42- 43.3 林细姣 , 郑光洪 , 杨东洁 , 等. 稀土在植 物染料染色中的媒染应用研究 J. 印染助 剂, 2002, 19( 1) : 27- 30.4 胡发浩 , 张玲. 棉及真丝针织物的天 然表6几种染料的色牢度测试结果植物染料染色J.针织工业, 1997( 3) : 47- 49.5 王吉华 , 崔俊巧. 天然染料的应用及 其 研究进展J.染料工业, 1995, 32( 5) : 14- 19.6 余静 , 贾丽霞. 天然染料应用的现状 与发展J.毛纺科技, 2005( 4) : 24- 27.收稿日期2006年8月29日!专业生产高档荧光增白剂裕我公司是集科工贸一体