綠色經(jīng)濟背景下植物染料在紡織印染行業(yè)中的應(yīng)用

趙 晶，王 忠

（1.周口師范學(xué)院，河南周口 466000；2.澳門城市大學(xué)，澳門 999078）

21 世紀世界經(jīng)濟的發(fā)展趨勢即綠色經(jīng)濟，這是對工業(yè)革命以來傳統(tǒng)經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型發(fā)展。綠色經(jīng)濟模式要求國家經(jīng)濟在可持續(xù)增長的同時也要確保資源、環(huán)境及自然生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展，要求在資源、環(huán)境、生態(tài)的承載力范圍內(nèi)發(fā)展或維持國家經(jīng)濟體系的良好運行。因此，在綠色經(jīng)濟背景下，傳統(tǒng)的天然植物印染技術(shù)再次被挖掘。植物染料是從植物的根、莖、葉、花和果實中提取的染料，與環(huán)境相容性較好，且可生物降解。在使用植物染料染色的過程中，植物本身的色素、味道和藥物成分會被紡織品一起吸收，使印染織物對人體產(chǎn)生保健作用［1］。隨著經(jīng)濟文化水平的提高，人們對生活的品質(zhì)要求越來越高，健康、環(huán)保、綠色的生活理念逐漸深入人心，使得健康、環(huán)保、無毒的植物染料重新受到關(guān)注。

1 常用植物染料的顏色分類及應(yīng)用

自然界中存在許多可以提取的色素，常見的可作為染料的植物多達數(shù)百種，例如石榴皮、紫草、茜草、姜黃、靛藍、蘇木等能在一定條件下對紡織品進行染色。按照被染織物呈現(xiàn)的顏色，植物染料可分為紅色、黃色、藍色、黑色等色系。

1.1 紅色植物染料

自然界中紅色系植物染料品種繁多，可提取紅色染料的植物主要有茜草、虎杖、番紅花、蘇木、紅花等。早在周代就已經(jīng)有人使用茜草對織物進行染色，最終使織物呈現(xiàn)暗紅色。隨后又有人使用蘇木、紅花、虎杖等植物提取物對織物進行染色，得到其他紅色系織物。傳統(tǒng)的植物染料染色方式已經(jīng)較為成熟，但染色織物的顏色較暗沉，且色牢度不佳。因此，現(xiàn)代使用植物染料染色的主要研究方向為提高鮮艷度和色牢度。使用蘇木、茜草和紅花提取物對織物進行染色，紅花提取染料染色的織物紅色飽和度和色牢度相對最高，其次是茜草，最后是蘇木。

以使用較多的茜草為例，對紅色系植物染料進行簡單的介紹。茜草又被稱為八仙草、破血草等，具有通經(jīng)活絡(luò)、止血化瘀、止咳祛痰等功效，是紅色系植物染料中使用范圍較廣、歷史久遠的品種之一。蒽醌衍生物是茜草的主要化學(xué)成分，不同品種茜草蒽醌環(huán)上的羧基、羥基、甲基位置和數(shù)量均不相同，直接影響了茜草色素的提取和染色織物的光澤度、色牢度等。茜草作為染料還具備一定的藥物功效，在使用茜草提取物對織物進行染色時，藥物成分會隨著色素一起被織物吸收，使染色織物具有一定的保健功能。張毅等［2］采用正交實驗分析了染液pH、染色時間、染色溫度、染液質(zhì)量濃度及媒染劑對茜草染料染色效果的影響，研究出效果較佳的印染工藝方案，與手工扎染技術(shù)相結(jié)合，得到了兼具藝術(shù)性和環(huán)保性的扎染紡織品。程彥等［3］采用明礬作為媒染劑，用茜草染料對羊絨纖維進行染色，當明礬質(zhì)量濃度為0.5～1.0 g/L、茜草染料用量小于0.5%（omf）、染液pH為4.0～4.5 時，羊絨纖維可將茜草染液基本吸清，染色的重現(xiàn)性良好，且織物手感不受影響，各項色牢度均提高了約0.5級。

1.2 黃色植物染料

自然界中可以提取黃色染料的植物較多，例如姜黃、槐花、梔子等。梔子屬于茜草科，干燥成熟的梔子果實具有降壓、利膽、護膽等多種藥物功效，在我國四川分布較廣。梔子中的黃色素屬于類胡蘿卜素，主要成分為藏花素，具有良好的水溶性。梔子黃染料具有良好的耐光、耐熱及耐還原性，對微生物的生長和繁殖有一定的抑制作用，所以梔子黃作為染料具有一定的抗菌保健作用，是近年來天然植物染料的熱門研究對象。需要注意的是，梔子黃色素粗產(chǎn)品在使用或者保存不當時容易發(fā)生變綠或者褪色現(xiàn)象，這是因為梔子黃色素中含有大量的梔子苷，與氨基酸在蛋白酶或者葡萄糖酶的作用下會產(chǎn)生梔子藍色素，導(dǎo)致染料出現(xiàn)黃綠色變現(xiàn)象，限制了梔子黃色素的使用。

葉清珠等［4］在不同溫度下提取梔子黃色素，并在純棉織物上進行染色實驗。結(jié)果表明，可以采用直接水煮的方法提取梔子黃色素，染色棉織物具有鮮艷的黃色；當染色溫度為60 ℃時，提取色素對純棉織物的染色效果相對最好，且染液濃度越高，染色織物的黃色越深，并逐漸偏向于紅色；當染色溫度高于60 ℃時，隨著染色溫度的升高，梔子黃色素逐漸被破壞，染色織物逐漸偏向于藍綠色。何天虹等［5］采用單因素實驗和正交實驗得出梔子黃染料對棉織物直接染色的優(yōu)化工藝為：梔子黃染料用量5%（omf）、溫度95 ℃、pH 5。染色棉織物的色牢度良好，對大腸桿菌的抑菌率達75%以上，表明天然梔子黃染料可以賦予織物良好的抗菌性能。表面活性劑、同浴媒染及中性電解質(zhì)對染色效果幾乎沒有影響。

1.3 藍色植物染料

自然界中的天然藍色植物染料比較稀少，主要是靛藍，一般從吳藍、木藍、馬藍、菘藍等藍草中提取。靛藍類植物含有豐富的靛藍色素（C16H10N2O2），可以從藍草的莖、葉中提取。靛藍屬于還原染料，在使用靛藍染色時要先將染料還原。還原方法有3 種：（1）發(fā)酵法還原，耗時長，工藝復(fù)雜；（2）使用燒堿、保險粉還原，印染污水處理成本較高，且會有硫化物排放，對環(huán)境污染嚴重；（3）在堿性條件下以葡萄糖作為還原劑還原，對環(huán)境的污染程度較低，且與保險粉還原效果相當，但該方法的染色效果和生產(chǎn)效率與燒堿、保險粉工藝相差較大，且成本較高。侯靜等［6］將現(xiàn)代生物還原技術(shù)引入植物靛藍染色法中，設(shè)計了以全細胞為生物催化劑的靛藍生物還原法，在常溫有氧環(huán)境中使用植物靛藍對織物進行染色。結(jié)果表明，使用生物還原法染色織物的K/S值為4.5，色牢度為3 級，減少了保險粉等強還原劑的使用，節(jié)約了靛藍染色的時間和成本，減少了染色過程對環(huán)境造成的污染。王金坤等［7］將蓼藍葉作為提取靛藍染料的原料，采用現(xiàn)代生物技術(shù)制備靛藍染料，篩選出最佳提取條件。結(jié)果表明，37 ℃提取效果最佳，蓼藍葉發(fā)酵液呈弱酸性，pH 為5.5～6.0，具備一定的還原性；向蓼藍葉發(fā)酵體系中加入糖化酶可以提高靛藍產(chǎn)量，但由于操作與成本限制，制備過程中糖化酶用量要恰當。

1.4 其他植物染料

天然植物染料除常用的紅、黃、藍三原色外，還包括紫色系、棕色茶色系和灰色黑色系等。可以提取紫色染料的植物主要是紫草，其根部粗壯，外表為暗紫色，斷面呈紫紅色，主要成分為萘醌衍生物、紫草醌，難溶于水，易溶于醚或醇。路振翔等［8］使用95%的乙醇溶液從紫草中提取紫色染料，并對真絲織物染色后進行耐水洗、耐摩擦色牢度實驗。結(jié)果表明，媒染織物色牢度受媒染劑用量的影響較小，且紫草色素染色真絲織物的耐摩擦色牢度變化較小?？梢蕴崛∽厣枭玖系闹参镙^豐富，主要有紫蘇、栗子果皮、茶葉、荷葉、胡桃等。蘇麗琴等［9］探究了以廢棄鐵觀音作為染料對織物染色的可行性，并對染色織物的色牢度進行了檢測。結(jié)果表明，使用廢棄茶葉對織物染色可行，織物具有淡淡的茶香，且色牢度較好，染色過程中未添加其他化學(xué)物質(zhì)?；疑谏玖洗嬖谟邝焚|(zhì)植物中，例如柯樹、漆大姑、五倍子、烏桕等，通過媒染在棉麻等織物上呈現(xiàn)灰黑色。呂品晶等［10］利用硫酸亞鐵（皂礬）作為媒染劑，五倍子作為黑色染料原材料對亞麻織物進行染色。結(jié)果表明，五倍子染液染煮織物的時間、溫度、媒染劑濃度等對染色效果影響明顯，隨著媒染劑濃度的增加、時間的延長和溫度的升高，染色效果逐漸提高。篩選出最佳媒染條件為：媒染劑0.5 mol/L，溫度90 ℃，時間40 min。

2 植物染料染色紡織品的功能性

2.1 衛(wèi)生保健功能

中國草木染藝術(shù)歷史源遠流長、豐富多彩。大多數(shù)植物染料都是從各種中草藥中提取，這些染料的染色織物與人體皮膚接觸后，藥物會逐漸滲透皮膚，被人體吸收，產(chǎn)生保健功能。隨著綠色經(jīng)濟的發(fā)展，人們的環(huán)保、健康意識逐漸提高，使用植物染料印染的服飾重新受到關(guān)注，尤其是植物染料染色的絲綢織物。茜草具有活血化瘀、涼血止血的功效，可用于吐血、便血、跌打損傷等治療；紫草具備解毒透疹、涼血活血的功效，可用于斑疹紫黑、麻疹不透、濕疹、水火燙傷等治療?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)證明，茜草、紫草具備抗病毒、抗腫瘤、抗菌消炎等藥理學(xué)作用，用作被褥、內(nèi)衣褲貼身織物的染色染料，能夠有效地發(fā)揮衛(wèi)生保健功能。吳秀霞等［11］選取藥用植物中的五倍子、蘇木、石榴皮、黃連、紅花等作為原料，采用水煎煮的形式提取、制作植物染料，通過單因素實驗與正交實驗，探究了染色溫度、時間、pH 等對羊毛織物染色性能的影響，并篩選出藥用植物染料染羊毛織物的優(yōu)化工藝。采用藥用植物染料對織物進行染色，不僅為紡織品增加了一定的衛(wèi)生保健功能，也滿足了現(xiàn)代消費者對產(chǎn)品自然生態(tài)化、安全化的高要求。植物染料還具備治療皮炎等皮膚病，抑制瘙癢癥，美容，抵御瘡毒等衛(wèi)生保健功能。例如艾蒿染料不僅具備抗菌、抗紫外線功效，還能使織物具備治療皮炎的功效，可用于患有痱子、濕疹等癥狀的人群［12］。

2.2 抗菌性能

多數(shù)天然植物染料具備一定的抗菌性能，采用這些植物染料對織物進行染色后，這種抗菌作用在一定程度上會下降或者消失，但也有一些植物染料通過先進的染色工藝保留其抗菌性能。例如黃色系染料中的姜黃具備抗炎、利膽、降血脂、抗氧化、抗腫瘤、抗病原微生物等藥物功效，并且能夠保持長期的抗菌性能。此外，從干燥的石榴果皮中提取的染料也具備較高的抗菌性能。石榴皮主要成分為鞣花酸類物質(zhì)，具備多酚類結(jié)構(gòu)，呈酸性，使用石榴皮染料印染的織物色牢度較高，具備一定的抗菌性能與耐久性，在醫(yī)療保健領(lǐng)域具備較高的應(yīng)用價值。任哲民等［13］從植物姜黃中提取染料，探究了染色溫度、染液pH 及媒染劑對染色性能的影響，測試了被染柞蠶絲織物的抗菌性能、抗紫外線性能和色牢度。結(jié)果表明，姜黃染料染色性能良好，不同媒染劑對染色深度和色澤影響較大，染色柞蠶絲織物具備優(yōu)良的抗菌性能和抗紫外線性能。殷雪［14］測試了石榴皮、姜黃及紫甘薯的抗菌性能。結(jié)果表明，利用紫甘薯提取染料對羊毛織物進行染色，染色羊毛織物對大腸桿菌的抗菌率達82%，對金黃色葡萄球菌的抗菌率達98%；石榴皮與紫甘薯混合染色織物對大腸桿菌的抗菌率達95.6%。

2.3 抗紫外線性能

織物經(jīng)過大量的紫外線輻射后會發(fā)生嚴重的老化現(xiàn)象，導(dǎo)致紡織品耐磨性變差，強度降低，使用壽命縮短，甚至引發(fā)皮膚病，影響視覺感受和人體免疫系統(tǒng)，對人體健康造成威脅。部分植物染料會吸收紫外線，因此，采用植物染料染色的織物具有一定的抗紫外線功能。何偉堅等［15］測試了欖仁樹和櫟樹提取染料染色棉麻織物的抗紫外線性能。結(jié)果表明，欖仁樹和櫟樹提取染料對紫外線均具有較好的吸收能力，媒染劑硫酸銅、硫酸亞鐵和明礬能夠增強織物的抗紫外線性能，顯著提升染色棉麻織物的抗紫外線效果。趙亞楠等［16］通過預(yù)媒染、同浴媒染、后媒染方式將梔子提取染料用于柞蠶絲織物染色，研究了媒染劑種類、媒染劑濃度、染色方式對染色織物色牢度、色光、抗紫外線性能的影響。結(jié)果表明，不同媒染劑、不同染色方式導(dǎo)致染色織物的色光不同，且梔子提取染料染色織物的抗紫外線性能良好。

3 植物染料在紡織印染行業(yè)的應(yīng)用前景

3.1 植物染料印染織物市場開發(fā)

紡織印染相關(guān)行業(yè)可以將植物染料印染藝術(shù)和高檔紡織品進行捆綁銷售，不僅可以解決植物染料原料供應(yīng)受限的問題，也能推廣、宣傳植物染料印染的藝術(shù)價值。當采用捆綁模式將植物染料印染工藝的市場與經(jīng)濟積累到一定程度后，就要優(yōu)化植物染料的種植、提取過程，降低植物染料印染織物的成本，促進植物染料印染產(chǎn)品向中高端消費市場拓展。同時，植物染料印染行業(yè)可以著重發(fā)展植物染料的抗菌、保健、抗紫外線等功效，將天然、健康的植物染料應(yīng)用于嬰幼兒衣物、玩具、家紡產(chǎn)品以及用于治療皮炎和皮膚過敏等的保健產(chǎn)品中。朱麗娜等［17］將植物染料應(yīng)用于蠶絲織物，通過正交實驗探究了染色溫度、染色時間、pH 等的影響。結(jié)果表明，優(yōu)化的染色工藝可以將染色蠶絲織物的耐摩擦色牢度提高到4級以上。金媛媛等［18］利用水煎法提取柞樹葉染料，并確定了對柞蠶絲織物染色的優(yōu)化工藝。結(jié)果表明，媒染方式能夠改變?nèi)旧椢锏纳{(diào)，且耐日曬、耐皂洗、耐摩擦色牢度可以滿足服用性能要求。

3.2 挖掘新的植物染料印染工藝

為了順應(yīng)當前經(jīng)濟文化發(fā)展的趨勢，印染行業(yè)可以結(jié)合先進的科學(xué)技術(shù)（微生物、超聲波、基因技術(shù)等）對傳統(tǒng)的天然植物染料印染工藝進行優(yōu)化和改造。例如，通過先進的基因栽培技術(shù)培養(yǎng)色素含量更高的植物，可以有效地降低植物染料印染的成本；將超聲波技術(shù)運用于植物染料印染工藝，可以減少熱能的消耗，節(jié)約資源。李洋等［19］將超聲波技術(shù)運用于植物染料印染織物纖維表面顆粒物的去除，并研究了各個變量的影響。結(jié)果表明，采用超聲波處理染色織物的優(yōu)化工藝為：時間22 min，溫度43 ℃。柯貴珍等［20］利用超聲波萃取黃連中的染料，并對苧麻織物進行染色。相比普通萃取法，超聲波萃取法能有效提高染料的萃取率，且上色效果和色牢度良好。

植物染料憑借自身獨特的優(yōu)勢，在綠色經(jīng)濟發(fā)展背景下開辟了一片新天地。但植物染料印染也存在著諸多問題（如原料供應(yīng)、染料提取方法、印染成本、上色率及色牢度差等），影響了植物染料印染的發(fā)展。紡織印染行業(yè)應(yīng)當探索新型的加工技術(shù)和發(fā)展模式，使天然植物染料印染技術(shù)得到進一步發(fā)展。