基于“捶草印花”傳統(tǒng)工藝改進設(shè)計的實驗

朱帥穎 劉業(yè)涵 凌一洲

摘要： “捶草印花”是起源于明清時期的傳統(tǒng)印染工藝，通過捶打植物花葉，使汁液浸染在布料上印出圖案。為繼承和改進這種民間工藝，通過三組實驗探究使捶草印花作品著色更均勻、顏色更豐富和清洗不褪色的方法，并從化學的視角解釋實驗現(xiàn)象，為改進捶草印花工藝提出建議。

關(guān)鍵詞： 捶草印花; 傳統(tǒng)工藝; 實驗改進; 中學化學拓展實驗

文章編號： 10056629（2022）06007605

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 實驗背景

“捶草印花”是中國傳統(tǒng)草木印染工藝，通過捶打植物的葉片、枝干、花瓣等，使植物汁液浸染在布料上，從而呈現(xiàn)出花草獨特而淳樸的顏色和圖案[1]。捶草印花工藝起源于明清時期，如今已經(jīng)成為河南省省級非物質(zhì)文化遺產(chǎn)（簡稱“非遺”），其傳承人朱秀云把捶草印花的基本工藝流程總結(jié)為采草、備料、擺花、夾布、捶打、清理、媒染、晾曬[2]，可以看出，這種工藝具有取材簡便、流程簡潔、過程環(huán)保等特點。

近年來，許多文獻關(guān)注到了中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化在化學教學中的顯性和隱性價值，倡導在化學教學中融入并展示中華文化的非凡魅力，發(fā)展人文底蘊和科學精神等核心素養(yǎng)[3]。鄭敏藝等明確提出“非遺”是中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的重要代表，要把“非遺”融入中學化學教學[4]。

作為“非遺”的“捶草印花”工藝不僅體現(xiàn)中國古代勞動人民的智慧，還蘊含了豐富的教學資源和情境價值，因此本文將其設(shè)計為中學化學拓展實驗，旨在繼承和改進這種民間工藝，發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)。本實驗基于捶草印花工藝的關(guān)鍵流程做進一步的改進，具體而言分為三個部分： 在采草和備料環(huán)節(jié)研究如何使著色更均勻;在新增的布料預處理環(huán)節(jié)研究如何使顏色更豐富;在作品完成后研究如何防止清洗后褪色。所需實驗材料均廉價易得，且實驗耗時較短，實驗過程富有趣味性，適合作為中學化學的拓展實驗和家庭實驗。

2 實驗一： 使作品著色更均勻

2.1 探究問題與假設(shè)

據(jù)文獻記載，不同種類的花草（例如葉肉較厚的樹葉、葉肉較薄的樹葉、花瓣等）都可以作為捶草印花的染料，而不同種類的面料（例如棉、麻、毛等）也都可以作為染色載體[5]。但是，從前期嘗試和網(wǎng)絡(luò)圖片中不難發(fā)現(xiàn)，并不是所有作品的著色都很均勻。在一些失敗的作品中，同一片葉片或花瓣的顏色時而深時而淺，降低了美觀性;在另一些作品中，顏色色塊又似乎過濃，團在了一起。

因此，本文提出第一個探究問題： 如何獲得著色均勻的捶草印花作品？我們假設(shè)不同種類的花草適合不同種類的面料。

2.2 實驗材料與方法

實驗材料： 不同種類的花草標本，包括： （1）葉厚汁多的灌木葉，（2）葉薄汁少的楓葉，（3）紅花酢漿草的花瓣。每種花草標本各3份，為控制變量，要求大小、成熟度相近。不同種類的布料（A.純棉布、B.亞麻布、C.粘纖布）各3份。錘子（木槌或較大的鵝卵石）、膠帶、40倍微距鏡等。

實驗步驟如下：

（1） 把新鮮花草標本放入室溫的蒸餾水中浸泡20分鐘，撈出后用紙巾擦干。

（2） 把花草標本放在布上，用膠帶粘貼覆蓋（需完全覆蓋花草標本）。

（3） 用錘子捶打花草標本，使植物汁液浸染至布料上。

（4） 觀察到布料背面微微滲出植物汁液后，停止捶打。

（5） 撕下膠帶，此時膠帶會把植物標本剝離布料表面，在布料上留下植物圖案。

（6） 依次把三種植物標本（①灌木葉、②楓葉、③花瓣）與三種布料（A.純棉布、B.亞麻布、C.粘纖布）組合，形成9組實驗方案（A1、 A2、 A3、 B1、 B2、 B3、 C1、 C2、 C3），重復9次實驗，用肉眼觀察比較實驗效果。

（7） 把9次實驗的布料放在40倍放大的微距鏡下觀察，比較差異。

2.3 實驗結(jié)果與討論

總體而言，純棉布、亞麻布、粘纖布都能夠印上植物的顏色，這是因為三種布料都是由纖維素纖維組成（其結(jié)構(gòu)如圖1所示），含有大量的羥基、羥甲基和半縮醛羥基等親水基團，故吸水性（著色性）較好。

但是，不同實驗的著色均勻度仍有一些差別，如圖2和表1所示。純棉布上的各種植物色彩都很均勻，但紋理不夠清晰（即顏色在一定程度上暈開）;亞麻布上的色彩也很均勻，且可以清晰印出花瓣和葉肉較厚的樹葉的紋理;粘纖布的表現(xiàn)不太穩(wěn)定，當樹葉葉肉較薄時可以色彩均勻、紋理清晰地印出，但當葉肉較厚時效果很差，印制花瓣的色彩較好，紋理效果卻一般。

實驗結(jié)果表明，不同特性的植物適合不同的布料，這可以結(jié)合布料的微觀結(jié)構(gòu)予以解釋。從圖2的A1～A3可以看出，純棉布的纖維細密、規(guī)整、吸水性好，因此印染的色彩更均勻。但是，植物汁液也因此更容易暈染開來，在宏觀層面表現(xiàn)為色塊的團簇和紋理的缺失。微距鏡下亞麻布的纖維也很規(guī)整，因此印染的色彩仍然均勻。但亞麻布明顯比純棉布稀疏，吸水性不如純棉布，因此色彩不容易暈染成一團，紋理得到了保留。粘纖布的微觀結(jié)構(gòu)明顯不如純棉布和亞麻布規(guī)整，而是由大量雜亂的纖維散亂交織在一起，因此當樹葉葉肉較厚時，植物的纖維容易與粘纖布纖維糾纏、無法分離，在宏觀層面表現(xiàn)為色彩不均勻。但是，當印染葉肉薄的樹葉時，植物的纖維不受此影響，可以隨膠帶完全剝離，著色均勻且紋理清晰。

2.4 實驗結(jié)論

葉肉較厚的樹葉適合印染亞麻布。葉肉較薄的樹葉最適合印染粘纖布，其次是亞麻布?；ò曜钸m合印染在亞麻布上，其次是粘纖布。

3 實驗二： 使作品顏色更豐富

3.1 探究問題與假設(shè)

捶草印花工藝追求色彩的美觀，因此本文提出第二個探究問題： 如何使捶草印花作品的顏色更加豐富？已有研究表明，天然植物組織的水提取液可以隨溶液酸堿度的不同，呈現(xiàn)不同的顏色[6]。據(jù)此，我們假設(shè)不同酸堿度的布料可以使印染的植物呈現(xiàn)不同的顏色。

3.2 實驗材料與方法

實驗材料： 不同種類的花草標本，包括： （1）綠色灌木葉，（2）紅楓葉，（3）粉紅色的酢漿草花瓣。3塊純棉布、10%檸檬酸溶液、10%碳酸鈉溶液、噴壺、錘子（木槌或較大的鵝卵石）、膠帶等。

實驗步驟如下：

（1） 用噴壺在3塊布料上分別均勻噴灑少量室溫的檸檬酸、清水、碳酸鈉溶液，使3塊布料具有不同的酸堿度。

（2） 把不同的植物標本印染在不同酸堿度的布料上，其步驟與實驗一的第（1）～（5）步相同，此處不再重復敘述。

（3） 比較同種植物在不同酸堿度布料上的顏色是否有差異。

3.3 實驗結(jié)果與討論

實驗結(jié)果如表2所示。除了灌木葉在不同酸堿度布料上顏色幾乎不變外，楓葉和酢漿草花瓣的顏色均隨酸堿度發(fā)生了變化。

這是因為楓葉和花瓣液泡內(nèi)的細胞液中有豐富的花青素，花青素的配合物分子結(jié)構(gòu)可以隨酸堿度的變化而發(fā)生改變（如圖3所示），從而呈現(xiàn)不同的顏色。當細胞液為堿性時，花青素呈藍紫色，當細胞液呈酸性時，花青素呈紅色。

3.4 實驗結(jié)論

布料酸堿度的改變可以導致部分印染的植物顏色的變化，使捶草印花作品具有更豐富的色彩。例如，紅楓葉在中性布料上呈現(xiàn)深紅色，在酸性布料上呈現(xiàn)鮮紅色，在堿性布料上呈現(xiàn)綠色;酢漿草花瓣在中性和酸性布料上呈現(xiàn)粉紅色，在堿性布料上呈現(xiàn)藍色。

4 實驗三： 使作品清洗不褪色

4.1 探究問題與假設(shè)

盡管剛剛完成的捶草印花作品顏色較深，但顏色不太穩(wěn)定，當布料清洗后容易褪色。因此，本文提出第三個探究問題： 如何使捶草印花作品的顏色穩(wěn)定、清洗不褪色？生活經(jīng)驗表明，一些會褪色的新衣服最好在食鹽水中浸泡后再清洗，因為食鹽有固色作用，能防止褪色。古籍《天工開物》記載：“投礬化之，以之染物，則固結(jié)膚膜之間”，表明了明礬是古代用于固定顏色的物質(zhì)[7]。在現(xiàn)代印染行業(yè)，SH96是一種用于提高衣物顏色的洗滌牢度、耐汗?jié)n色牢度的助劑，它由二乙烯三胺、雙氰胺和氯化銨縮合、環(huán)化制得。因此，我們提出假設(shè)： 食鹽、明礬、固色劑SH96可以使捶草印花作品顏色穩(wěn)固、清洗不褪色。

4.2 實驗材料與方法

實驗材料： 同種深紅色灌木葉3片、亞麻布3塊、食鹽、明礬、固色劑SH96、錘子（木槌或較大的鵝卵石）、膠帶等。

實驗步驟如下：

（1） 把3片同種深紅色灌木葉印染在3塊相同的亞麻布上，其步驟與實驗一的第（1）～（5）步相同，此處不再重復敘述。

（2） 把3塊布料分別浸泡在室溫下的飽和食鹽水、飽和明礬溶液、2% SH96溶液中30分鐘，取出后晾干。

（3） 檢驗固色效果： 把固色后的3塊布料放在清水中浸濕，再用相同力度揉搓40下，觀察是否褪色。

4.3 實驗結(jié)果與討論

實驗結(jié)果如圖4所示。無論是生活中的食鹽、明礬，還是工業(yè)有機固色劑SH96，都能夠固定顏色，在清水中揉搓40次也不褪色，效果較好。其中，食鹽和SH96對樹葉原有的顏色改變較小，但明礬固色后樹葉顏色從原本的深紅色變成深青色。

盡管3種固色劑都達到了相近的效果，但其作用原理不同。食鹽可以在浸透布料的同時，將色素分子也一同帶入布料纖維組織的內(nèi)部，從而強化兩者的結(jié)合，達到固色的作用。從機理上說，布料的纖維素和色素都含有大量的羥基，在水溶液中都顯負電性，因此布料與色素之間存在靜電斥力，造成吸附困難。但是，添加無機鹽后，同離子效應(yīng)降低了色素與纖維之間的斥力，促進了色素與纖維的結(jié)合[8]。

明礬溶液中的鋁離子會水解形成絮凝狀的膠體氫氧化鋁： Al3++3H2O

Al（OH）3+3H+，該過程釋放的氫離子可以中和負電性的色素和纖維素，使之恢復電中性，減弱色素與布料纖維的排斥力[9，10]。同時，由于鋁離子水解生成的氫離子與色素反應(yīng)，造成了花青素結(jié)構(gòu)的改變，這也解釋了為什么明礬的固色破壞了捶草印花作品原本的顏色。

SH96固色劑用雙氰胺與二乙烯三胺縮合成樹脂，再環(huán)構(gòu)化生成季銨鹽型樹脂，在布料上形成高分子薄膜（圖5），季銨鹽與樹脂薄膜使顏色牢固地鎖在布料上[11]。

4.4 實驗結(jié)論

食鹽、明礬、SH96都能使捶草印花顏色固定、清洗不易褪色。其中，食鹽和SH96固色劑對顏色的保留度效果更好，推薦使用。

5 結(jié)束語

以上三個實驗得出了優(yōu)化“捶草印花”效果的方法。

這些實驗可以應(yīng)用到中學課堂，作為拓展探究實驗、家庭實驗或項目式學習活動予以實施。要求學生自己設(shè)計實驗方案，利用生活中常見的材料完成實驗，通過分析實驗現(xiàn)象得出結(jié)論，從而發(fā)展科學思維和實踐能力。這些實驗還可以讓學生感受到中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的魅力，在動手實踐中感悟和欣賞傳統(tǒng)工藝之美，通過思考其背后的科學原理，進而用現(xiàn)代實驗方法改進和創(chuàng)新傳統(tǒng)工藝，實現(xiàn)科學之美與藝術(shù)之美的融合。

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