植物色素染料提取和染色固色技術(shù)研究

林瑞杰　張潔　楊智　于小博　冷紅巖

摘 要 在環(huán)境日益惡化的今天，亟需尋找更多方法來緩解環(huán)境壓力。基于此，針對合成染料這一污染惡源，研究出其可替代的綠色染料，通過對6種植物材料進(jìn)行研究，后期會(huì)研究更多種植物材料，總結(jié)出植物色素染料的提取、植物色素染料的使用以及后期的固色技術(shù)要點(diǎn)，以期為染料行業(yè)改革、社會(huì)環(huán)境營造帶來積極影響。

關(guān)鍵詞 植物染料；固色；生態(tài)環(huán)保

中圖分類號：TS193.62 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.15.086

1 研究背景

植物是大自然賜予人們的財(cái)富，植物材料在中國古代就已經(jīng)被作為染料使用，隨著合成染料技術(shù)的發(fā)展，在很長一段時(shí)間內(nèi)植物色素染料被忽視甚至消失。然而合成染料在生產(chǎn)過程中會(huì)給環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染，部分合成染料對人體也會(huì)產(chǎn)生一定的危害。我國如今把生態(tài)文明建設(shè)作為重要內(nèi)容，所以急需找出多種綠色染料來替換合成染料。

經(jīng)查詢資料，了解到目前對植物色素染料的研究主要有以下幾個(gè)方面。譚光萬從農(nóng)業(yè)史、經(jīng)濟(jì)史、技術(shù)史和文化史的角度全面考察了我國古代的植物染料，對染料作物種植技術(shù)、植物染料商品化以及古代常用植物染料與政治文化關(guān)系進(jìn)行了相應(yīng)的研究[1]。路振翔主要對幾種不同顏色的植物染料做出了一系列研究，重點(diǎn)闡述了幾種色系下具體的一些植物材料特征及種植要點(diǎn)，各種染料的制作工藝，植物染料所體現(xiàn)的豐富的文化內(nèi)涵等。賈艷梅主要介紹了植物色素染料的結(jié)構(gòu)類型及性質(zhì)，并對植物色素染料的染色機(jī)理、染色工藝方法以及媒染劑對染色性能的影響進(jìn)行了闡述，預(yù)測了植物色素染料的發(fā)展前景[2]。羅勇、王璐等研究了復(fù)合染色在植物染料上的應(yīng)用。DL-CT藍(lán)色植物染料和HHH-CT黃色植物染料通過復(fù)合染色可以得到不同的染色色澤，為豐富植物染料的色譜提供了新的途徑。路振翔談到植物色素染料的來源主要是各種植物植被，過度開發(fā)可能會(huì)背離環(huán)保的理念，從而給生態(tài)環(huán)境帶來威脅和破壞，所以對天然植物色素染料的開發(fā)和利用成為當(dāng)今世界的一項(xiàng)重要課題[3]。趙磊、張林龍等列舉了具有產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用潛力的30多種生態(tài)染料植物，從植物染料的準(zhǔn)備、植物染料色素的提取、植物染料色素的精制及植物染料的保存等方面進(jìn)行了詳細(xì)說明[4]。

但是植物色素染料具有不穩(wěn)定性，有的雖然采用化學(xué)方法解決了問題，卻違背了追求環(huán)保生態(tài)的目標(biāo)，而且后期用于行業(yè)發(fā)展會(huì)受到限制，所以目前對植物染料后期的固色工藝研究還不夠完備，還有很長的一段路要走?；诖?，對北華大學(xué)東校區(qū)常見植物（東北地區(qū)常見植物）展開研究，選取成本低的植物材料作為實(shí)驗(yàn)對象，同時(shí)對一些容易獲取的植物干性材料也進(jìn)行了相關(guān)研究。針對不同用量和使用目的分別采用乙醇法和水煮法提取色素，并且對一些不穩(wěn)定性狀提出了解決方法，最終總結(jié)出相關(guān)的提取及染色固色技術(shù)要點(diǎn)，以期為染料乃至紡織行業(yè)做出貢獻(xiàn)，也為生態(tài)文明社會(huì)建設(shè)奉獻(xiàn)綿薄之力。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 材料與儀器

2.1.1 材料

連翹、杜鵑、艾蒿、錦帶花、山竹、洛神桑蠶絲、棉麻布料、無水乙醇、明礬、米醋和藍(lán)月亮洗衣液。

2.1.2 儀器

恒溫干燥器、粉碎機(jī)、減壓抽濾裝置、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀和電子天平。

2.2 方法

2.2.1 乙醇提取法

針對使用量較少的色素染料，比如局部上色或描繪，采用乙醇提取法（以連翹和杜鵑為例，布料為棉麻材質(zhì)），借助毛筆、刷子等工具進(jìn)行上色。具體流程如下：連翹（杜鵑）花瓣→干燥→粉碎→無水乙醇浸泡

12 h→抽濾→濾渣再浸泡→抽濾→合并濾液→減壓濃縮→膏狀物→恒溫干燥→粉末。

2.2.2 水煮提取法

針對需要直接染色的染料，采取水煮提取法，提取率較乙醇低，但是快捷方便，更易用于生產(chǎn)中。具體流程如下：取新鮮的或干燥的植物材料→按一定比例與水混合→放入染色對象（本實(shí)驗(yàn)采用桑蠶絲）→加熱至水沸繼續(xù)煮40 min→撈出后晾涼→明礬水浸泡30 min（此處特殊說明，部分植物材料不穩(wěn)定，需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)行再處理，后面會(huì)具體介紹）。

3 結(jié)果與分析

3.1 連翹色素提取分析

通過圖1中間試管的顯色情況可以看出，用乙醇作為溶劑從連翹中提取的色素呈現(xiàn)明黃色，但是鮮艷柔和，（圖1中左1為蒸餾水對照），相比合成染料更能給人目視的舒適感。圖2是借助工具在棉布上用所提取的色素粉末溶解之后的液體上色情況，沒有明顯色差。圖3是用藍(lán)月亮洗衣液清洗后的表現(xiàn)情況，與圖2比較可以明顯看出連翹的黃色色素染料在棉布上呈現(xiàn)了很好的效果，著附力較好，

即使加以清洗仍然保持相對穩(wěn)定的性狀。但是后續(xù)實(shí)驗(yàn)表明連翹色素染料對強(qiáng)光及高溫（大于50 ℃）共同作用的穩(wěn)定性很差，而在弱光和較低溫度下有較好的穩(wěn)定性，所以建議在低溫、弱光下保存。

3.2 杜鵑色素提取分析

圖4是經(jīng)過純化形成的杜鵑色素粉末，純度原因使人明顯感覺到較新鮮花色，該粉末呈現(xiàn)偏深的紫色，但是依然有著柔和的質(zhì)感。圖5是用該粉末的溶液染制的棉布樣品。圖6是經(jīng)過洗滌之后杜鵑布樣的顯色情況，更偏向藍(lán)色，發(fā)生了明顯的變化，這可能與水或者洗衣液的pH值有關(guān)。針對以上情況做了具體實(shí)驗(yàn)，分析pH值變化對色素溶液顏色的影響。用鹽酸酸和氫氧化鈉溶液，將杜鵑色素溶液的pH值分別控制在1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0，觀察溶液顏色的變化。由圖7可知，pH>3時(shí)，色素溶液明顯變色，在強(qiáng)酸環(huán)境下和弱酸及堿性環(huán)境下差異很大，說明杜鵑色素在強(qiáng)酸條件下穩(wěn)定，在弱酸及堿性條件下，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，由紫紅色的黃烊鹽轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)色醌式堿，故而顏色變化明顯。建議杜鵑色素染料在酸性條件下（pH≤3）溫度低于70 ℃條件下保存，用強(qiáng)酸性清洗劑清洗，忌堿性材料，如肥皂、洗衣粉等。

3.3 水煮提取法分析

圖8是用水煮法直接提取色素著色情況，并且染色晾干之后均用藍(lán)月亮洗衣液進(jìn)行漂洗。圖8中的1色塊為錦帶花所呈現(xiàn)的染色效果，顏色呈灰綠色，用清水清洗后顏色也無明顯變化（圖8中的2色塊），但是用藍(lán)月亮洗后顏色有所加深（圖8中的3色塊），光澤感也有所提高，所以針對錦帶花染制的織物可以用弱酸性清洗劑進(jìn)行清洗，可以延長使用壽命。圖8中的4色塊為艾蒿所呈現(xiàn)的染色效果，顏色偏向黃綠色，洗完之后顏色也無明顯變化（圖8中的5色塊）。山竹所呈現(xiàn)的染色效果，表現(xiàn)為駝色，圖8中的6色塊是在棉麻（棉麻指麻的成分較多）材料上表現(xiàn)的質(zhì)感，圖8中的7色塊是在棉布（基本上是棉的成分）材料上呈現(xiàn)的效果，更具有光澤性，可能是由于棉布含有更多的纖維成分。駝色是今年非常受歡迎的顏色，相信用植物染料染制的織物在未來會(huì)憑借其柔和的色彩質(zhì)感和環(huán)保健康的優(yōu)點(diǎn)受到歡迎。

在水煮提取的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)洛神染色效果很好，如圖8中的8色塊所示，經(jīng)過一次清洗后明顯褪色（圖8中的9色塊），并且經(jīng)過后期測試，驗(yàn)證其極不穩(wěn)定。但是根據(jù)發(fā)放的問卷了解到用洛神染制的織物最受女性歡迎（共發(fā)放300張問卷，有效率82%），比例達(dá)到了45.3%。所以針對洛神的不穩(wěn)定性進(jìn)行研究，最終總結(jié)出解決其不穩(wěn)定性的技術(shù)要點(diǎn)：在水煮提取的基礎(chǔ)上，進(jìn)行酸性處理，具體流程如下。取干燥的洛神材料→按一定比例與水混合→放入桑蠶絲→加熱至水沸繼續(xù)煮40 min→撈出后晾涼→米醋與水按一定比例混合→放入染好的織物→浸泡30 min后取出晾干→放入明礬水浸泡30 min→再次放入米醋與水的混合液浸泡→取出晾干經(jīng)過多次處理此款織物穩(wěn)定性有所提高，但是依然需要低溫、弱光保存，并且用弱酸性清洗劑清洗。

4 主要結(jié)論

1）植物染料色彩鮮艷柔和，環(huán)保健康；2）乙醇提取法提取率較高，但不適應(yīng)于生產(chǎn)當(dāng)中，水煮提取法更方便快捷；3）連翹、艾蒿、錦帶花、山竹色素染料表現(xiàn)出相對穩(wěn)定的性狀，具有良好的應(yīng)用潛力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 譚光萬.中國古代植物染料研究[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，2009.

[2] 賈艷梅.植物染料結(jié)構(gòu)及染色性能概述[J].染料與染色，2010，47（1）：14-16.

[3] 路振翔.天然植物染料的應(yīng)用及發(fā)展[J].成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2015（4）：106-110.

[4] 趙磊，張林龍，位麗，等.生態(tài)植物染料制備與染色[J].染整技術(shù)，2016，38（2）：17-22.

（責(zé)任編輯：趙中正）