天然茶染料染色研究進(jìn)展

陳 秀 芳

(安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 紡織工程系，合肥 230011)

天然茶染料染色研究進(jìn)展

陳 秀 芳

(安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 紡織工程系，合肥 230011)

介紹了茶葉的分類和化學(xué)成分、茶染料的提取方法及其染色原理和工藝，總結(jié)了近年來科研工作者在茶染料對(duì)棉、蠶絲、苧麻、滌綸等纖維進(jìn)行染色方面取得的研究進(jìn)展，特別是茶染料對(duì)各類纖維的最佳染色工藝條件、染色牢度測試及影響因素的分析，列舉了茶染料用于生產(chǎn)的實(shí)例，織物經(jīng)茶染料處理后，不但具有持久的茶葉清香，而且具有親膚、除臭、抗菌和防過敏等功能，在使用過程中可對(duì)人體起到保健作用，符合人們追求綠色環(huán)保和高品質(zhì)生活理念，是理想的新型家紡面料。此外還分析了茶染料染色除臭、防過敏、抗菌等優(yōu)點(diǎn)及上染率和固色率不高、染色牢度不好等存在的問題。

茶染料；染色；進(jìn)展

1856年合成染料問世，其由于色譜齊全、牢度優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)迅速取代了天然染料。然而，當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)和使用合成染料對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境造成的危害后，又把目光轉(zhuǎn)向天然染料。天然染料尤其是植物染料大多無毒無害，可生物降解，與生態(tài)環(huán)境的相容性好，染色后的織物具有自然的色澤和香味，給人以心理和生理上的舒適感。茶葉就是其中一種近年來備受關(guān)注的植物染料。本文主要介紹茶染料染色及其研究進(jìn)展，分析茶葉染色的優(yōu)點(diǎn)及存在問題。

1 茶葉的分類和化學(xué)成分

安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)陳椽教授根據(jù)茶葉在制法中的內(nèi)在變化，以茶多酚氧化程度、快慢、先后等不同而呈現(xiàn)的色澤為基礎(chǔ)，首次從科學(xué)的角度闡釋了茶葉的分類原理并提出分類方法，把茶葉分為綠茶、黃茶、黑茶、青茶、白茶、紅茶六大類[1]。在國外，茶葉分類比較簡單，歐洲把茶葉按商品特性分為紅茶、烏龍茶、綠茶三大類，日本則按茶葉發(fā)酵程度不同分為不發(fā)酵茶、半發(fā)酵茶、全發(fā)酵茶和后發(fā)酵茶。

目前，通過各種研究對(duì)茶葉的化學(xué)成分有了深入的了解[2-5]。茶葉中的化學(xué)成分歸納起來可分為水分(占鮮葉質(zhì)量的75 %～78 %)和干物質(zhì)(占鮮葉質(zhì)量的22 %～25 %)兩大部分，干物質(zhì)又分為有機(jī)化合物和無機(jī)化合物。茶葉中主要有機(jī)化合物包括纖維素(24 %)、果膠質(zhì)(6.5 %)、蛋白質(zhì)(17 %)、咖啡堿(4 %)、多元酚類(22 %)、兒茶素(14 %)、酶(3 %)和有機(jī)酸(9 %)等。在有機(jī)成分中，茶多酚和各種茶色素及其二級(jí)代謝產(chǎn)物與茶葉的色、香、味和品質(zhì)有關(guān)。如綠茶不經(jīng)發(fā)酵，保持茶多酚的原來化學(xué)結(jié)構(gòu)，其單體為兒茶素；紅茶是發(fā)酵茶，茶多酚經(jīng)過氧化后形成茶色素，其單體為茶紅素、茶黃素和茶褐素。茶葉中的無機(jī)物約占茶葉干物質(zhì)總質(zhì)量的5 %，其中50 %是鉀的氧化物，15 %是磷的氧化物和磷酸鹽，還含有多種微量元素，包括Na、Cl、Ca、H、C、O、N、S、Mg、Mn、Cu、Fe、B、Si、Zn、Mo、Br、Ru、Sr、Gc等。

2 茶染料的提取及其染色原理和工藝

2.1 茶染料的提取

對(duì)于茶染料的提取，科研工作者做了很多嘗試。黃旭明[6]分別采用了以下兩種方法：將5 g商品茶葉加入500 mL蒸餾水中加熱至沸騰，沸煮3 h后冷卻、靜置15 min并過濾，得到茶葉染液；或?qū)? g商品茶葉放入圓底燒瓶，加80 %乙醇100 mL，用索氏提取器提取3～4 h后將乙醇蒸餾去除，烘干得到茶染料，可用于制備染液和紅外分析。李鳳艷等[7]則將茶葉磨成粉末后按料液比1∶100配置混合液，在100 ℃恒溫水浴鍋中萃取1 h，靜置冷卻后取上清液作為染液。唐孝明[8]將茶葉磨成粉末后以100 mL蒸餾水分散，在pH8～9及30 ℃下浸提30 min，冷卻、抽濾，蒸去溶劑，得到茶染料。

2.2 茶染料染色原理

茶多酚是茶葉中30多種多酚類物質(zhì)的總稱，包括兒茶素、黃酮類、花青素和酚酸四大類物質(zhì)。茶多酚占干物質(zhì)總質(zhì)量的20 %～35 %，而在茶多酚總量中，兒茶素約占70 %，它是決定茶葉色、香、味的重要成分。兒茶素是茶溶液中的主要可溶性色素，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分子差異大，包括表兒茶素(EC)、表沒食子兒茶素(EGC)、表兒茶素沒食子酸酯(ECG)和沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)，被確認(rèn)為茶葉染色的主要著色成分。在一定條件下對(duì)羊毛進(jìn)行染色，大約有三分之一的兒茶素被羊毛吸收。羊毛和兒茶素之間的發(fā)色團(tuán)之間很可能屬于靜電引力結(jié)合[9]。

姚丹丹等[10]通過研究認(rèn)為：天然茶染料上染棉織物時(shí)表現(xiàn)為Nernst型吸附，主要結(jié)合力為范德華力和氫鍵；上染陽離子改性棉織物時(shí)表現(xiàn)為Langmuir型吸附，主要以離子鍵結(jié)合。

楊誠等[11]發(fā)現(xiàn)pH4.1時(shí)茶多酚在蠶絲上的吸附等溫線符合Langmuir-Nernst雙重吸附模型，隨著溫度升高和茶多酚初始濃度增加，Langmuir吸附的比例減少，Nernst吸附的比例增加。茶多酚在蠶絲上的吸附屬于放熱過程，溫度升高對(duì)親水性較好的蠶絲來說其膨化程度增加并不明顯，而茶多酚電離和氧化程度增加，親和力降低，導(dǎo)致茶多酚在蠶絲上的吸盡率隨溫度升高而降低。

2.3 茶染料染色工藝

茶染料染色主要采用浸染方式?，F(xiàn)以苧麻為例介紹幾種不同的染色工藝[12]。

2.3.1 直接染色法

織物于40 ℃入染，浴比1∶20，緩慢升溫(2 ℃/min)至100 ℃左右，保溫染色80 min后降溫、水洗、晾干。染色過程中可加NaCl促染。

2.3.2 預(yù)媒染色法

將織物按浴比1∶20在5 g/L的媒染劑溶液中浸泡15h以上，軋壓后晾干，再按常規(guī)染色法進(jìn)行染色。常用媒染劑有FeCl3、CuSO4·7H2O、MnSO4、Al2(SO4)3、CeCl2、LaCl3等。

2.3.3 同媒染色法

將媒染劑加入茶葉染液中，投入織物，緩慢升溫至100 ℃左右，保溫染色80 min后降溫、水洗、晾干。

2.3.4 后媒染色法

將織物按常規(guī)染色法于100 ℃左右保溫染色40 min后，在染液中加入媒染劑，繼續(xù) 于100℃左右保溫染色40 min。最后降溫、水洗、晾干。

2.3.5 陽離子改性染色法

將織物用陽離子化劑改性后按直接染色法進(jìn)行染色。

其他織物茶染料染色工藝和上述工藝相似，但具體的工藝條件需要做適當(dāng)調(diào)整。

3 茶染料染色的研究進(jìn)展

21世紀(jì)初，Deo & Desai[13]研究和比較了茶葉的水溶性萃取物對(duì)棉織物的不同染色方法，發(fā)現(xiàn)棉織物都可以染得棕色，染色產(chǎn)品水洗牢度和耐曬牢度良好，采用適當(dāng)金屬鹽作媒染劑可進(jìn)一步提高產(chǎn)品的水洗牢度和耐曬牢度，而且后媒染色法得到的織物顏色最濃，牢度也最好。

Kim[14]采用茶葉染液在不同媒染劑作用下對(duì)真絲織物進(jìn)行染色，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，除使用亞硫酸鐵作為媒染劑時(shí)織物色澤為藍(lán)色外，硫酸銅、硫酸鋁鉀和重鉻酸鉀等媒染劑產(chǎn)生的色澤趨于黃色調(diào)。不采用媒染劑直接染色和采用硫酸鋁鉀媒染劑染色織物的亮度和色澤相似，使用硫酸銅和重鉻酸鉀媒染劑染色效果相似。

于伯齡[15]也采用了直接染色法和預(yù)媒染法在茶染料溶液中染真絲。直接染色條件是：茶染料用量3 %(對(duì)纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù))，浴比50∶1，pH4～5，60 ℃始染，20～30 min升溫至95 ℃，保溫30 min。預(yù)媒染法分別用硫酸亞鐵、重鉻酸鉀等媒染劑處理真絲后按常規(guī)染色法染色。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，真絲得到自然柔和的棕色或黃色，皂洗牢度達(dá)到4級(jí)。

黃旭明等[6]通過浸染實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，茶染料能直接上染真絲纖維，但得色率和色牢度不好，色光也不豐富。銅鹽、鐵鹽、鉻鹽等媒染劑可以提高得色率和色牢度，獲得豐富的色澤，水洗牢度和干摩擦牢度可達(dá)4級(jí)或4級(jí)以上。

汪青等[16]研究了綠茶萃取液對(duì)滌綸織物的常溫常壓和高溫高壓染色法，發(fā)現(xiàn)以硫酸亞鐵和氯化亞錫為媒染劑，在一定濃度和pH值下，可以獲得不同色光的棕色系列，高溫高壓染色比常溫常壓染色得色較濃，同一媒染劑在不同條件下染色得色深度不同，色光變化不大，色牢度可達(dá)4級(jí)。

韓麗娟等[11]用紅茶和邊茶制備茶葉染液，用直接染色法對(duì)苧麻進(jìn)行染色，認(rèn)為紅茶染苧麻的最佳工藝為茶葉用量50 %(對(duì)纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù))，促染劑NaCl質(zhì)量濃度30 g/L，pH值為5，染色溫度100 ℃，保溫80 min；邊茶染苧麻的最佳工藝為茶葉用量100 %(對(duì)纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù))，促染劑NaCl質(zhì)量濃度40 g/L，pH值為5，染色溫度100 ℃，保溫80min。將織物用陽離子化劑STC-1進(jìn)行改性后按常規(guī)染色法進(jìn)行染色，上染率提高50 %～120 %，固色率提高30 %～190 %，染色牢度不變或略有提高。

韓麗娟[17]通過實(shí)驗(yàn)還制訂出紅茶染絲綢織物的最佳工藝條件，發(fā)現(xiàn)利用STC-6陽離子化劑對(duì)絲綢進(jìn)行改性后用紅茶染色，再用無醛固色劑WQG-2進(jìn)行固色處理，上染率、固色率和各項(xiàng)色牢度都明顯提高，抗菌性達(dá)到99.98 %。

賈艷梅[18]用茶葉染料對(duì)柞蠶/錦綸針織物進(jìn)行染色，得到直接染色和媒染染色的最佳工藝條件，直接染色可獲得較好的染色深度，皂洗和摩擦牢度達(dá)到3級(jí)或3級(jí)以上，經(jīng)媒染劑處理后織物的K/S值明顯提高，染色牢度略有提高。

李鳳艷等[7]以硫酸亞鐵為媒染劑，采用不同媒染工藝在綠茶萃取液中染棉纖維，結(jié)果表明，后媒染法對(duì)棉纖維染色效果最好，K/S值最大。同浴媒染法次之，預(yù)媒染法得色最淡。后媒染色中對(duì)染色深度影響的顯著順序?yàn)椋喝玖腺|(zhì)量濃度＞染色溫度＞染浴pH值＞媒染劑用量。天然茶色素對(duì)棉纖維的鐵離子后媒染法最佳工藝條件是：染料質(zhì)量濃度10 g/L，染色溫度100℃，pH4，媒染劑用量5 %(對(duì)纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù))。纖維素的羥基與Fe2+發(fā)生配位反應(yīng)生成絡(luò)合物。染色后棉纖維斷裂強(qiáng)力略有下降，斷裂伸長率有所上升。

唐孝明等[8]以硫酸銅為媒染劑，通過實(shí)驗(yàn)確定了茶染料對(duì)棉織物最佳染色工藝為：硫酸銅質(zhì)量濃度12 g/L，染色溫度80 ℃，染色時(shí)間100 min。染后棉織物干摩擦牢度達(dá)到4.5級(jí)或以上，濕摩擦牢度3級(jí)，皂洗牢度3～4級(jí)。張淑云[19]同樣以硫酸銅為媒染劑，研究茶染料對(duì)棉織物的軋染工藝，得到最佳染色工藝為：硫酸銅質(zhì)量濃度5 g/L，茶染料質(zhì)量濃度1 g/L，二浸二軋，軋余率70 %，80 ℃預(yù)烘3 min，135 ℃焙烘2 min。染后棉織物干摩擦牢度達(dá)到4.5級(jí)或以上，濕摩擦牢度3.5級(jí)。

楊誠等[11]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)茶多酚在弱酸性介質(zhì)和低溫條件下對(duì)蠶絲具有更好的吸附性能。以硫酸亞鐵或硫酸銅為媒染劑對(duì)蠶絲織物進(jìn)行染色，可以得到較深的紫灰色和黃棕色。增加茶多酚和媒染劑的用量，并不能使織物得色量增加，因?yàn)榻饘匐x子與茶多酚之間的配位反應(yīng)有限。蠶絲織物經(jīng)媒染劑處理后染色牢度較高，可以基本滿足實(shí)際生產(chǎn)要求，而且織物具有良好的紫外防護(hù)性能和防臭性能。

巫若子等[20]分別采用直接染色法和后媒染色法用茶葉染料對(duì)真絲織物進(jìn)行染色，得到直接染色最佳工藝處方是：浴比1∶20、沸煮、弱酸(pH4～5)條件下染色60 min。在選取的6種媒染劑中，最適宜茶葉染色的是銅媒染劑，用量是14 %(對(duì)纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù))。媒染真絲機(jī)織物的K/S值較直接染色法顯著提高，染色牢度略有提高。不同媒染劑對(duì)染色織物的色相影響顯著，既造成顏色的不穩(wěn)定性，同時(shí)也可利用此性質(zhì)選擇媒染劑以染得所需的顏色。

以上關(guān)于茶染料的染色工藝主要是實(shí)驗(yàn)研究，而孚日集團(tuán)股份有限公司已經(jīng)將茶染料染色初步用于實(shí)際生產(chǎn)。該公司的李澤舸等[21]采用兒茶素對(duì)麗賽/棉家紡面料按以下工藝流程進(jìn)行染色：燒毛→退漿→煮漂一浴→絲光→卷染機(jī)染色→卷染機(jī)兒茶素處理→烘干→拉幅加軟→預(yù)縮→成檢，其中兒茶素處理的工藝處方和條件是：兒茶素用量1 %(對(duì)纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù))，檸檬酸用量0.4 %(對(duì)纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù))，pH6～7，溫度30℃。具體的卷染工藝流程是：10 %媒染預(yù)處理劑處理→冷水洗2道→兒茶素處理4道→30 ℃溫水洗2道→50 ℃酸性2道(檸檬酸1 g/L)→30 ℃溫水洗2道→出布?？椢锝?jīng)兒茶素處理后，不但具有持久的茶葉清香，而且具有親膚、除臭、抗菌和防過敏等功能。該產(chǎn)品在使用過程中可對(duì)人體起到保健作用，符合人們追求綠色環(huán)保和高品質(zhì)生活理念，是理想的新型家紡面料。

4 茶染料染色的優(yōu)點(diǎn)及存在問題

4.1 茶染料染色的優(yōu)點(diǎn)

中國茶葉種植面積廣，產(chǎn)量大，在茶葉的制作環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的茶葉副產(chǎn)品相當(dāng)可觀，將這些副產(chǎn)品和一些低檔茶葉用于茶葉色素的提取可以提高茶葉的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，合理開發(fā)和利用自然資源。茶染料染色可用于棉、麻、羊毛、蠶絲等天然纖維，也可用于粘膠、天絲、莫代爾等再生纖維，甚至用于滌綸、錦綸、維綸等合成纖維。茶葉染色產(chǎn)品具有寧靜柔和的色澤、持久淡雅的清香，而且親膚、除臭、防過敏, 尤其是抗菌性能優(yōu)良[22-25]，特別適用于嬰幼兒用品、床上用品、內(nèi)衣及裝飾織物。

4.2 茶染料染色存在的問題

目前，茶染料染色主要停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，且側(cè)重于染色工藝的優(yōu)化和影響因素的探討，而茶葉品種繁多，成分復(fù)雜，關(guān)于其染色過程的理論尤其是上染機(jī)理還不夠完善。另外，茶染料上染率和固色率不高，染色牢度不好，通過使用媒染劑可以得到明顯改善，但染色時(shí)間延長，而且媒染劑以金屬化合物為主，易對(duì)環(huán)境造成污染，與茶葉生態(tài)染色的初衷相違背。茶染料染色用于實(shí)際生產(chǎn)還鳳毛麟角。

5 結(jié) 語

茶染料染色具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，通過科研工作者的不斷努力，深入研究茶葉染色原理，制訂最佳的染色工藝，開發(fā)高效、環(huán)保的媒染劑，茶染料染色將受到更多企業(yè)的關(guān)注，其產(chǎn)品也將受到更多消費(fèi)者的喜愛。

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Progress of researches on dyeing with natural tea dyes

CHEN Xiu-fang

(Department of Textile Engineering, Anhui Vocational and Technical College, Hefei 230011, China)

This paper not only introduces classification of tea, its chemical components, the way to extract dye from tea, dyeing mechanism and technique, but also summarizes the progress of scholars' researches on dyeing of cotton, silk, ramie and Dacron with tea dyes. Especially, it analyzes the optimum dyeing condition of tea dye for each kind of fiber, color fastness tests and influencing factors. Besides, it gives some examples that dye is used for production. After being treated by tea dye, fabric not only has everlasting faint scent but also holds functions like skin-friendly feature, deodorization, antibiosis and antianaphylaxis. Therefore, in the process of application, it can protect human body, which accords with the concept that people seek for green environmental protection and high quality of life. Therefore, this kind of fabric is a new type of ideal home textile. In addition, it also analyzes the advantages of tea dye, such as deodorization, antibiosis and antianaphylaxis. Moreover, it also discusses existing problems like low dye-uptake and fixation as well as bad color fastness.

Tea dyes; Dyeing; Progress

TS193.6

B

1001-7003(2012)09-0013-05

2012-04-20

陳秀芳(1968－ )，女，副教授，主要從事染整技術(shù)專業(yè)的教學(xué)和生態(tài)染整技術(shù)的研究。