天然植物染料染色的進(jìn)展研究

王高陽(yáng)，黃 昊，任 燕，徐成書，袁照森

（西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710048）

0 引言

染料行業(yè)市場(chǎng)中，合成染料憑借其鮮艷色澤、優(yōu)異色牢度和高生產(chǎn)力被廣泛使用，但其日益突出的健康與環(huán)境問題，使其發(fā)展逐漸受限。在印染行業(yè)以“綠色環(huán)?！睘榘l(fā)展主題的今天，天然染料憑借其無(wú)毒無(wú)污染、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)，回到人們的視野，成為印染行業(yè)研究的一個(gè)重要方向。

天然染料的來源包括植物、動(dòng)物、礦物以及微生物，其中植物染料憑借其種類繁多和來源便捷等特性成為了主要研究方向。植物染料可通過水提取法、有機(jī)溶劑提取法、超聲波提取法和超臨界CO2提取法等方法從植物的根、莖、葉和果實(shí)等部位提取。目前，天然植物染料在應(yīng)用于蛋白質(zhì)纖維、纖維素纖維和合成纖維的染色加工過程中已經(jīng)取得了一定的研究進(jìn)展。

1 天然植物染料染色的研究進(jìn)展

雖然天然植物染料染色的紡織品具有天然、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，但仍存在色譜單一、染色牢度差、染料利用率低等現(xiàn)實(shí)問題。針對(duì)上述問題，天然植物染料染色的研究主攻于新型天然植物染料的提取、染色工藝的優(yōu)化以及染色性能和色牢度的提升等3 個(gè)方面。

1.1 蛋白質(zhì)纖維的天然植物染料染色

1.1.1 蠶絲纖維的天然植物染料染色

在染料提取方面，趙航等[1]以超聲振蕩水提取法對(duì)黑枸杞色素進(jìn)行提取，再配合后媒法染色，當(dāng)媒染劑采用硫酸鋁鉀時(shí)染色效果最佳。彭文芳等[2]采用超聲波蒸餾水提取法提取咖啡渣色素，以提取液吸光度為指標(biāo)，探究了影響咖啡渣色素提取效果的因素，在溫度80℃，時(shí)間80min，咖啡渣質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%，超聲波功率250W 時(shí)提取效果最佳。再以咖啡渣色素提取液對(duì)桑蠶絲直接染色，在溫度60℃，時(shí)間60min，提取液用量3%，染色pH 值4 時(shí)，染品各項(xiàng)色牢度可達(dá)到服用要求。從文獻(xiàn)可知，相比于傳統(tǒng)沸水提取色素，超聲波提取效率更高，提取時(shí)所需溫度不高，能夠保護(hù)色素；提取具有藥用價(jià)值的色素時(shí)，也能夠?qū)σ姿饣蛴龈邷夭环€(wěn)定的中藥成分起到保護(hù)作用，為賦予織物保健作用提供可能性。

在植物染料染色方面，雖然它對(duì)蛋白質(zhì)纖維有一定的親和力，但穩(wěn)定性和重現(xiàn)性差，染料結(jié)構(gòu)易受外界環(huán)境因素的影響而發(fā)生變化。宋慧君等[3]探究了直接染色和媒染染色工藝條件對(duì)梔子藍(lán)色素染蠶絲織物染色性能的影響。研究得出了最優(yōu)的預(yù)媒染色工藝，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)隨著媒染劑種類的不同，染色后織物的藍(lán)光會(huì)有差別，并且采用媒染染色可以提高蠶絲織物的色牢度。王榮等[4]進(jìn)行了鮮繭絲織物的核桃青皮天然染料染色，采用同浴媒染法，染料用量4%時(shí)，媒染劑硫酸亞鐵用量5%，染浴pH 值3，90℃下染色60min 的染品，與直接染色工藝相比，其各項(xiàng)色牢度均能夠提升至4 級(jí)以上，且具有較好的顏色特征值。Yunjie Yin 等[5]分析了商陸科植物天然染料對(duì)絲織物染色性能的影響因素，發(fā)現(xiàn)當(dāng)染色溫度30℃時(shí)，染色絲織物的K/S 值僅為6.3，使用媒染劑SnCl2后，K/S 值增加了14.3%。同時(shí)，與直接染色法處理織物的牢度相比，金屬媒染劑的參與可使耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均提升至4 級(jí)以上?？傮w而言，使用天然植物染料染色時(shí)，要想獲得較高的染品品質(zhì)，仍需借助金屬媒染劑來實(shí)現(xiàn)。但金屬媒染劑仍存在環(huán)境問題，這使得綠色環(huán)保新型媒染劑的開發(fā)備受關(guān)注。

1.1.2 羊毛纖維的天然植物染料染色

羊毛織物天然植物染料染色的研究，主要集中在從不同天然植物中提取色素，以豐富天然植物染料的種類。張林龍等[6]采用水提取法提取落葵漿果天然染料，并對(duì)羊毛織物進(jìn)行媒染染色，染品顏色深度較好，且會(huì)隨著媒染劑種類的不同而呈現(xiàn)出不同的顏色。Mohammad Mirjalili 等[7]通過索氏提取器以乙醇溶液為介質(zhì)從黃木犀草中提取天然植物染料，采用柱色譜法、薄層色譜法（TLC）、核磁共振法、質(zhì)譜法、紅外光譜法對(duì)提取的染料進(jìn)行了表征，并用于羊毛織物的染色。結(jié)果表明，從黃木犀草中提取的天然植物染料對(duì)羊毛織物染色的各項(xiàng)色牢度較好，使其替代合成酸性染料具有較大的可能性。

近年來，為迎合植物染綠色環(huán)保理念，研究主要集中在泡沫染色、超聲波染色等新工藝的探討。何佩峰等[8]進(jìn)行了羊毛織物的茜草/姜黃復(fù)配泡沫染色，討論了茜草、姜黃兩種染料的配比及媒染劑對(duì)泡沫染色羊毛織物性能的影響，結(jié)果表明拼色染料的用量及配比、媒染劑種類都會(huì)影響泡沫染色織物的色深值，其中媒染劑CuSO4比FeSO4對(duì)染品色牢度的提升更明顯，但勻染性略差。研究也有主要集中在采用纖維改性、等離子體預(yù)處理等提高染色性能的探討。Jie Liu等[9]對(duì)羊毛織物進(jìn)行殼聚糖改性引入氨基，在顯著提升了商陸漿果天然植物染料在羊毛織物上的染色性能的同時(shí)，織物抑菌性也顯著提升。Jelena Peran 等[10]研究了以氧等離子體預(yù)處理后羊毛織物的石榴皮天然植物染料染色和抗菌性能。研究表明，氧等離子預(yù)處理能夠改善羊毛織物的親水性、機(jī)械性能（拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率）和染色性能，提高天然石榴皮染料在羊毛織物上的得色率和色牢度。同時(shí)，染品能夠?qū)瘘S色葡萄球菌表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗菌性，提高了染品的附加值。

1.1.3 蛋白質(zhì)纖維染色展望

天然植物染料在蛋白質(zhì)纖維中的染色亟需新工藝、新方法的研究，但若想在市場(chǎng)上占據(jù)一席之地，保證染品質(zhì)量的前提下仍需兼顧生產(chǎn)成本、環(huán)境保護(hù)等問題。

1.2 纖維素纖維的天然植物染料染色

1.2.1 棉纖維的天然植物染料染色

因?yàn)樘烊恢参锶玖蠈?duì)纖維素纖維的親和力不高，為拓寬染料種類，徐靜等[11]采用90%的乙醇溶液作為提取劑，提取葡萄皮中的花青素用于棉織物的染色，染品的各項(xiàng)色牢度均能滿足服用要求。Shaukat Ali 等[12]對(duì)指甲花天然植物染料進(jìn)行堿性提取，并對(duì)棉織物進(jìn)行直接染色。結(jié)果表明，堿性條件下提取的染料對(duì)棉織物染色可獲得更好的顏色深度。

為提高天然染料的利用率，有研究采用棉織物改性的方法以提升染品染色性能和色牢度。宋磊等[13]將自制的磁性殼聚糖/聚多巴胺溶膠用于改性棉織物，并采用從葡萄籽中提取的花青素對(duì)改性棉織物進(jìn)行染色，改性后的棉織物具有較好的染色效果、抗紫外線性能和斷裂強(qiáng)度。唐煥林等[14]合成了一種含有環(huán)狀疏水結(jié)構(gòu)、陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性結(jié)構(gòu)的天然植物染料促染劑MA-1，將其用于天然植物染料對(duì)棉織物的染色。結(jié)果表明，經(jīng)MA-1 改性處理后的棉織物用天然植物染料染色時(shí)，可獲得較高的上染率和較好的耐皂洗色牢度。但改性后織物的色光也會(huì)發(fā)生不同程度的變化。為避免色變，Xiaofei Ma 等[15]進(jìn)行了超聲波輔助純棉織物超低浴比天然姜黃染料染色研究，發(fā)現(xiàn)在低溫（40℃）低浴比（1∶5）條件下利用超聲波輔助染色的織物K/S 值，比在高溫（90℃）高浴比（1∶20）下未用超聲波輔助染色的織物K/S 值提高了約43%，且有助于獲得較好的干、濕摩擦色牢度。Urooj Baig 等[16]進(jìn)行了萬(wàn)壽菊天然植物染料對(duì)絲光棉織物的超聲波輔助染色，不僅棉織物的K/S 值較好，且染色節(jié)水16%，氯化鈉用量降低了14%，染色能耗也有一定程度的降低。

1.2.2 麻纖維的天然植物染料染色

天然植物染料用于麻纖維染色的研究相對(duì)較少，因?yàn)槁槔w維中纖維素含量低且雜質(zhì)多，染色性能較差。研究常采取對(duì)麻纖維改性及結(jié)合媒染染色的方法來改善產(chǎn)品的質(zhì)量。司舒童等[17]通過10%用量陽(yáng)離子改性劑對(duì)亞麻織物進(jìn)行改性后，采用丁香對(duì)改性處理后的亞麻織物進(jìn)行媒染染色后發(fā)現(xiàn)，染品兼具優(yōu)異色牢度和抑菌效果。裴家鳳等[18]采用超聲波法從黃連中萃取染料并對(duì)苧麻機(jī)織物進(jìn)行上染，發(fā)現(xiàn)染品的耐皂洗色牢度和耐磨擦色牢度均得到提升。

1.2.3 纖維素纖維染色展望

纖維素纖維與天然植物染料的親和力不高，要想獲得較高的染品質(zhì)量，通常要借助纖維素改性、超聲波或其他輔助工藝以增加染料的上染率。

1.3 合成纖維的天然植物染料染色

隨著合成纖維面料的高檔化，合成纖維天然植物染料染色的研究也越來越多。Monthon Nakpathom 等[19]探討了用紅木種子提取天然植物染料對(duì)滌綸進(jìn)行高溫染色的可能性，染后的滌綸織物具有橙色調(diào)，并表現(xiàn)出優(yōu)異的色牢度。Hajera Dhahri 等[20]采用索氏提取法從棗核粉末中提取天然植物染料，對(duì)改性腈綸織物進(jìn)行染色。Khaled Elnagar 等[21]利用紫外線/臭氧預(yù)處理滌綸和錦綸織物，以提高姜黃和藏紅花天然植物染料對(duì)這兩種織物的染色性能。經(jīng)紫外線/臭氧預(yù)處理過的滌綸和錦綸織物對(duì)姜黃和藏紅花天然染料的親和力得到提升，且染品的耐皂洗色牢度和耐光色牢度也得到改善。

可用于合成纖維織物染色的天然植物染料種類有限，且合成纖維結(jié)晶度高，染色難度較大。染色時(shí)，需進(jìn)行染料的篩選并配合織物改性等其他工藝，改善織物與天然染料間的親和力，以改善染品的綜合質(zhì)量。

2 結(jié)語(yǔ)

近年來，隨著染料行業(yè)“綠色清潔”的發(fā)展趨勢(shì)，天然植物染料以其無(wú)毒無(wú)污染、生態(tài)相容性好等優(yōu)點(diǎn)成為了印染行業(yè)研究的一個(gè)重點(diǎn)方向。針對(duì)天然植物染料在蛋白質(zhì)纖維、纖維素纖維和合成纖維染色上存在的諸多問題，研究學(xué)者通過篩選和優(yōu)化天然植物染料的提取工藝、篩選媒染劑、優(yōu)化染色工藝、織物改性、超聲波輔助等路徑，逐步改善了天然植物染料利用率低、重現(xiàn)性差、色牢度低等問題，提升了天然植物染料所染紡織品的綜合質(zhì)量。隨著對(duì)天然植物染料研究的不斷深入，必將會(huì)實(shí)現(xiàn)天然植物染料的工業(yè)化應(yīng)用，使紡織產(chǎn)品的染整加工更加符合“綠色印染”的發(fā)展主題。