珍珠綠色染色技術研究①

張倩怡,李玉鳳,馮亮

(1.陜西國際商貿學院珠寶學院,陜西西安712046;2.天津市地質礦產測試中心,天津300191)

珍珠綠色染色技術研究①

張倩怡1,李玉鳳1,馮亮2

(1.陜西國際商貿學院珠寶學院,陜西西安712046;2.天津市地質礦產測試中心,天津300191)

運用試探性實驗和正交實驗對珍珠的染色技術進行研究,通過九組實驗選擇最佳實驗條件,最終獲得理想的綠色染色珍珠。

珍珠染色;染料;實驗

0 前言

珍珠是寶石中的“皇后”,它以珠光燦燦,圓潤凝重而深深吸引著古今中外的女士們。珍珠可分為海水珠和淡水珠兩種,它們在成分、結構和外觀特征上有一定差異。天然珍珠和人工養(yǎng)殖珍珠在內部結構和外觀上也存在不同。為了使珍珠的色彩看上去更加迷人,滿足不同消費者對各色珍珠的需求,國際上通過多種染色方法得到染色珍珠。我國20世紀60年代末開始對珍珠染色技術進行研究,但至21世紀初,大部分還只相當于日本20世紀70年代的珍珠加工水平。我國的珍珠加工技術有待提高。

1997年,潘炳炎對珍珠染色選用的染料、染色劑、染色方法等都進行了說明。2004年,周佩玲、楊忠耀也對珍珠的前處理、漂白、增白及染色等優(yōu)化處理方法的具體過程進行了研究。

本次實驗擬對白色珍珠進行染色。實驗在普通實驗室條件下,運用試探性實驗和正交實驗等方法,找出最佳實驗方案,最終得到綠色的染色珍珠。

1 珍珠的寶石學特征及顏色

1.1 珍珠的基本性質

珍珠是由珍珠貝類外套膜的一部分細胞所分泌的殼角蛋白和碳酸鈣結晶圍繞成一個核心重疊沉積而成的物體。

珍珠的化學成分[1]:珍珠所含無機物為91%～96%,有機質為2.5%～7.0%,水為0.5%～2.0%。

珍珠的礦物組成:優(yōu)質珍珠礦物成分一般以文石為主,少量方解石;劣質珍珠則以方解石或有機質為主。

顏色:珍珠的顏色包括珍珠體色、伴色與暈彩。珍珠體色指珍珠本體所具有的顏色,它取決于珍珠本身所含有的各種色素和微量金屬元素。

光澤:珍珠光澤。

密度:珍珠的密度一般為2.60～2.80g/cm3,不同種類不同產地略有差異。

硬度及其它:珍珠的摩氏硬度一般為3.1～4.5,優(yōu)質珍珠的硬度略大于劣質珍珠。海水珠折射率為1.532～1.685,淡水養(yǎng)殖珠為1.495～1.625。珍珠的抗壓強度一般在6.0～7.0MPa以上,抗壓強度愈大,珍珠質量愈好。珍珠多數(shù)不透明,少數(shù)為半透明、透明。珍珠在長、短波紫外線下有亮的淺藍白色、淺藍、淡黃、粉紅色熒光,有時無熒光。X射線下發(fā)黃白及綠色磷光。

1.2 珍珠的鑒定特征

珍珠的微形貌特征:顯微鏡下,可見珍珠表面有各薄層堆積所留下的形態(tài)各異的花紋,掃描電鏡下可看到這些條紋表現(xiàn)為疊瓦狀的碳酸鈣結晶層。

內部結構:天然珍珠的內部結構是以文石小片的長軸方向呈放射狀排列,構成同心結構。

X射線照相術:在X光線照射下,天然珍珠可顯示為一完整由外向中心的同心圓線;無核養(yǎng)殖珍珠,也顯示為一系列同心線條,但中心部位有一個形狀不規(guī)則的中空部分;有核養(yǎng)殖珍珠,則在同心圓結構的核的部位出現(xiàn)圍繞核部的一條強的線。

1.3 珍珠的顏色[2]

珍珠的顏色包括珍珠體色、伴色和變彩。珍珠體色是珍珠本體所具有的顏色,體色是由珍珠所含有的色素離子形成的。

珍珠的體色按其主要色調分為五大色系,分別為:

(1)白色系 以白色為底色的珍珠,有純白、奶白、黃白等。

(2)紅色系 各種紅色及帶紅色調的珍珠,如粉紅、玫瑰紅、紫紅等。

(3)黃色系 各種黃色的珍珠,乳黃色、淡黃色等。

(4)深色系 黑、藍黑、灰黑、藍褐、紫褐色等。

(5)雜色系 同時含有兩個色系的珍珠。

珍珠的伴色是珍珠本身顏色之上的表面顏色,疊加在體色之上。伴色是物理光學效應,是由珍珠表面和內部珍珠層對光的干涉、衍射等綜合作用而形成的。珍珠是由文石、方解石晶質薄層累積排列堆積起來呈同心圓狀的放射狀球體,珍珠表面的反射光與內層反射光的干涉及珍珠各薄層之間的干涉疊加在一起就形成了伴色、似彩虹色。伴色主要有粉紅、藍和綠色等。

變彩的顏色包括紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等彩虹色彩,大多數(shù)是混合在一起成為伴色。淡水珠的變彩多混為伴色。

總之,珍珠的顏色是由其體內的各種色素離子及一些特殊的物理光學效應所形成的,如干涉、衍射、色散等。

1.4 珍珠顏色的影響因素[4]

1.4.1 珍珠顏色的外部影響因素

影響珍珠顏色的外部因素主要有母貝的體色、植入珠核和外套膜小片的顏色、養(yǎng)殖水體中的微量元素、水體的溫度、p H值、濃度等。此外,外界的一些無規(guī)律變化如暴雨、寒潮、赤潮、水體的污染、病蟲害、污泥侵入等也會影響珍珠顏色的變化。

1.4.2 珍珠顏色的內部影響因素

影響珍珠顏色的內部因素主要有有機色素如卟啉和類胡蘿卜素、金屬元素如Fe、Mn等和有機質如干氨酸、賴氨酸、絲氨酸、丙氨酸、精氨酸等。內部因素是珍珠致色的本質原因。珍珠顏色的成因很復雜,影響因素眾多,目前廣為接受、在很多文獻中都提到的是金屬卟啉致色。

2 珍珠染色的實驗準備

2.1 實驗目的與原理

本實驗是對市場上已經做過處理的白色養(yǎng)殖珍珠進行染色,使其在不失去珍珠光澤的情況下染成綠色系列的珍珠,通過多組實驗得到最佳的實驗條件,最終得到符合市場需求的綠色染色珍珠。

利用化學著色法使其染色,通過無機顏料或有機染料浸泡顏色灰暗或色彩不理想的珍珠,得到人們所喜愛的顏色。將經過脫水處理的珍珠放入綠色有機染料中,染料會通過孔隙進入珍珠,逐漸從表面到達珍珠內部。染料的擴散是一種濃度平衡的過程,即當珍珠表層的染料向濃度低的珍珠內部擴散,而染液中的染料則不斷地補充到珍珠的表面。

2.2 珍珠染色實驗所用的藥品和儀器

(1)藥品

苯(C6H699.5%) 氨水(NH325%～28%)

十二烷基硫酸鈉(CH3(CH2)11SO4Na≥59%)

丙酮(CH3COCH3≥99.5%)

碘化鉀(KI≥98.5%)

蒸餾水 硫酸鎳溶液

甲基綠 綠色直接染料

(2)儀器

50ml燒杯數(shù)個100ml燒杯數(shù)個

結合以上分析可得，多相位分段調制干擾可以在真實目標周圍形成一定范圍的局部遮蓋效果，且通過對干擾信號分段數(shù)、調制相位數(shù)以及調制相位值三個參數(shù)的控制可以實現(xiàn)靈活多樣的干擾效果。

20ml量筒一個10ml量筒一個

大量塑料保鮮膜大量橡皮筋

托盤天平一架鑷子、藥匙各一把

帶溫度控制儀的可用于加熱的恒溫干燥箱一臺

2.3 珍珠染色的前處理及相關條件確定

(1)染色前處理

①膨化處理

②脫水處理

(2)珍珠染色溶劑的配置和相關條件的確定

①溶劑的選用:采用水染與酒精染相結合,同時加入丙酮。

②表面活性劑的選用:十二烷基硫酸鈉(CH3(CH2)11SO4Na≥59%)

③實驗溫度范圍選擇:35℃～45℃。

④助滲劑的選用:碘化鉀(KI≥98.5%)

3 珍珠染色實驗過程及分析

3.1 珍珠的試探性染色實驗

進行珍珠綠色染色實驗時并不知道應選用哪種染色劑染色效果最好,因此進行了幾組試探性實驗。

(1)試探實驗1:染色劑選用綠色硫酸鎳溶液

配制染液:硫酸鎳溶液∶乙醇∶丙酮=12∶6∶2,助滲劑KI為0.5g,表面活性劑十二烷基硫酸鈉為0.5g,染色溫度36℃。

實驗結果及分析:配制后溶液為淡綠色溶液,加熱9小時,但珍珠并未上色,表面產生微褶皺狀,珠光一定程度受損,說明硫酸鎳溶液不能使珍珠染色。(如圖2(a)、圖3)

(2)試探實驗2:染色劑選用甲基綠

配制染液:染料甲基綠0.8g,溶劑比(蒸餾水∶乙醇∶丙酮)為10∶6∶4,助滲劑KI為0.5g,表面活性劑十二烷基硫酸鈉為0.5g,染色溫度36℃(注:同時另配兩杯染液,染料甲基綠分別為0.5g、1.2 g;溶劑比分別為12∶6∶2、18∶1∶1;其他條件均相同)。

實驗結果及分析:染液呈濃綠色(或藍綠色),加熱9小時后,珍珠染上淡藍色,珠光虹彩均很好(這顆效果最好用于對比,其余兩顆一顆為藍綠色另一顆也為藍色),說明甲基綠不能使珍珠染上綠色,只能使珍珠染上藍色或藍綠色,只是隨著染料用量的增多會使珍珠的綠色調稍加深。(如圖2(b)、圖3)

圖1 染色前的珍珠Fig.1 The pearls before coloration

(3)試探實驗3:染色劑選用綠色直接染料[5]

配制染液:綠色直接染料1 g,溶劑比(蒸餾水∶乙醇∶丙酮)為12∶6∶2,助滲劑KI為0.5g,表面活性劑十二烷基硫酸鈉為0.5g,染色溫度36℃。

實驗現(xiàn)象及結論:加熱時間為12小時,珍珠染上淺綠色,但顏色不均,呈斑塊狀,珠光受損,且表面光潔度也嚴重受到腐蝕(分析是由于珍珠浸泡時間過長所致)。綠色直接染料可使珍珠染上綠色,只要縮短浸泡時間會使珍珠受損較輕,且染料用量稍加大或許會使珍珠染上較好的綠色(如圖2(c)、圖3)。

3.2 珍珠的正交染色實驗

通過試探試驗,選取綠色直接染料為較好的實驗染料,再通過正交試驗,獲取最佳的實驗條件。經考慮,將綠色珍珠染色實驗采用三水平三因素的正交試驗,各因素和水平劃分如下:

因素一:綠色直接染料用量:①1g/20ml;②1.2g/20ml;③1.4g/20ml

因素二:溶劑比例(蒸餾水∶乙醇∶丙酮):①12∶6∶2;②10∶8∶2;③18∶1∶1

因素三:染色溫度:①35℃;②40℃;③45℃

表面活性劑十二烷基硫酸鈉和助滲劑KI均設為恒定值,均為0.5 g/20ml,溶液配制為20ml。

圖2 選用不同染料的試探實驗圖(a、b、c:染料分別為硫酸鎳、甲基綠、綠色直接染料的染綠色珍珠)Fig.2 The tentative experiment using different colorants (The colorants applied from left to right are:nickel sulfate,methyl green and green direct dye)

圖3 選用不同染料的試探實驗圖(顯微鏡下觀察照片1×10)Fig.3 The tentative experiment using different colorants(The microscope image magnified by 10 times)

3.2.1 列出正交表進行實驗(表1)

表1 染料為綠色直接染料的正交實驗表Tab.1 The orthogonal experiment result using the green direct dye

3.2.2 實驗步驟及方法

將實驗按加熱溫度分成三組進行,每一組按確定的正交實驗表數(shù)據在容積為50ml的燒杯中配置20ml溶液,放入作過預處理的珍珠之后用塑料保鮮膜密封燒杯,用橡皮筋勒緊燒杯口,使燒杯內的藥品盡量少揮發(fā)出來。這樣既能減少藥品的損耗又能使實驗數(shù)據盡量精確。之后把密封好的燒杯放入帶溫度控制儀的恒溫干燥箱中加熱,將三次實驗溫度分別設為35℃、40℃、45℃。因干燥箱內溫度偏低故需隨時測試箱內溫度使其與實驗設計溫度保持一致。

3.2.3 實驗現(xiàn)象與結果分析(正交實驗珍珠所染顏色如圖4、圖5)

35℃的一組實驗:共加熱19小時,加熱5小時時觀察均未上色,但實驗①⑥⑧均帶綠色調,且實驗⑥最濃。

實驗①:三者中上色最慢,珍珠染上很淡的藍綠色,珠光受損較厲害。

實驗⑥:三者中上色最快,珍珠染上淡黃綠色,珠光稍微受損。

實驗⑧:珍珠染上淡藍綠色,珠光受損最厲害,表面有少量染料殘留。

40℃的一組實驗:共加熱18小時,加熱5小時時觀察實驗②帶淡藍綠色調。

實驗②:珍珠染上淡的藍綠色且表面附有大量綠色染料,珠光受損最厲害。

實驗④:珍珠染上很淡的藍綠色,且珠光受損較厲害。

實驗⑨:珍珠染上淡黃綠色,珠光有一定程度的受損。

45℃的一組實驗:共加熱21小時,加熱5小時時觀察實驗⑤⑦染上很淡的藍綠色。

實驗③:珍珠染上淡黃綠色,珠光三者中受損最輕。

實驗⑤:珍珠染上淡藍綠色,但表面有染料附著,不易清洗。

實驗⑦:珍珠染上很淡的藍綠色,珠光有一定程度受損。

從整體對比來看,實驗①④⑦珍珠均染上淡藍綠色,實驗④珍珠光澤最強,受損最輕,故加熱時間不宜過長,過長會造成珍珠腐蝕;實驗②⑤⑧均有大量染料附著于珍珠表面不易清洗,影響了珍珠的美觀且不利于染色;實驗③⑥⑨珍珠均染上淡黃綠色,且其光澤與同等條件下其他較強,三者相比之下實驗⑥光澤最強,顏色也似乎最濃,其效果也是這個正交試驗中最好的一顆。本次試驗的最佳實驗條件應為:染料1.2g/20ml,溶劑比例(ml)18∶1∶1,染色溫度35℃。

實驗結果表明,溫度越高上色速度越快,珍珠染上顏色后應馬上停止加熱,因為繼續(xù)加熱不但不會使顏色加深而且會使珍珠受損。綠色染料成色不太穩(wěn)定,溶劑比例對它影響很大,實驗證明用它染色最好使用水染,因為加大酒精比例不僅會使染料溶解后偏向藍綠色,而且還會使染料附著于珍珠表面不易清洗。

圖4 綠色直接染料的正交實驗珍珠所染顏色對比照片F(xiàn)ig.4 The color comparison of the dyed pearls from orthogonal experiment by using green direct dye

圖5 綠色直接染料的正交實驗珍珠所染顏色(顯微鏡下觀察1×10)Fig.5 The color of dyed pearls from orthogonal experiment by using green direct dye(The microscope image magnified by 10 times)

4. 結論

通過對市場上已做過漂白、增光等處理的白色養(yǎng)殖珍珠進行實驗室人工染色技術的研究分析,在實驗設計和分析中采用了試探性實驗、正交實驗,得出以下結論:

1、在珍珠染色之前,需對珍珠進行預處理,如清洗、打孔、膨化處理、脫水處理、漂白處理等。而且膨化處理、脫水處理對染色效果影響很大,對于利用滲透原理染色的珍珠只有當珍珠核和珍珠層間有足夠多的縫隙和空隙時,染料才能更好地進入珍珠內部。膨化處理過的珍珠內部的縫隙和空隙間通常會有吸附水,只有把這些水分驅除染料才能最終留在珍珠內。

2、利用滲透原理染色珍珠時,溶劑中含有酒精、丙酮量大時的染色速度比量少的速度快,而且染出來的珍珠顏色均勻。前提條件是:要保證酒精、丙酮在實驗中不會與其它藥劑發(fā)生破壞染色的化學反應。

3、染色實驗中較好實驗方案為:綠色直接染料用量為1.2g/20ml,溶劑比(蒸餾水∶乙醇∶丙酮)為 18∶1∶1,染色溫度為35℃,助滲劑與表面活性劑均為0.5g/20ml。在次實驗中所用綠色直接染料不穩(wěn)定,當蒸餾水比例增大時所染顏色較好,建議使用水染法。

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[7] David Federman.growth market.Modern Jeweler.2006,105 (10):50.

Study of Green Coloration Technology for Peals

ZHANG Qian-yi1,LI Yu-feng1,FENG Liang2
(1.Institute of Jewelry,Shanxi Institute of International Trade And Commerce,Shaanxi,Xi'An 712046,China; 2.Tian Jin Geological Mineral Testing Center,Tianjin,300191)

A research of Peals coloration technology has been conducted through tentative and orthogonal experiments.Eventually,the perfect dyed green color pearl has been obtained through nine experiments seeking for the optimum experiment condition.

pearl coloration;colorant;experiment

TS933

A

1673-1433(2014)03-0044-06

2014-07-10

張倩怡(1986-),女,國家注冊珠寶玉石質量檢驗師(CGC),陜西國際商貿學院珠寶學院,助教。研究方向:珠寶鑒定與評估。E-mail:qinfeng3265@163.com