天然植物染料在纺织面料中的染色性能及抗菌性能应用

叶清珠

(三明职业技术学院轻纺工业系，福建三明 365000)



天然植物染料在纺织面料中的染色性能及抗菌性能应用

叶清珠

(三明职业技术学院轻纺工业系，福建三明 365000)

天然植物染料以其绿色环保的优势重新成为了纺织行业领域的热点和研究方向。对天然植物染料进行了分类，论述了天然植物染料在我国的应用历史，并重点介绍了天然植物染料在纺织面料中的染色性能和抗菌性能方面的研究成果，展望了医疗保健功能型纺织产品的开发应用前景。

天然植物染料 纺织面料 染色 抗菌 医疗保健

《纺织工业科技进步发展纲要》提出：环保型染料的开发应用是发展纺织印染新型工艺技术的当务之急，直接影响企业竞争力和效益，已成为阻碍印染业发展的瓶颈[1]。现在纺织印染企业使用的染料基本上都是化学染料，化学染料于1846年诞生于英国，凭借着色牢度好、印染快速的优势[2]，在传入中国后很快就取代了已经延用了几千年的天然植物染料。但是随着化学染料污染环境、影响健康等问题的逐步显现，天然植物染料以其特有的绿色环保性能，重新成为了业内相关人士和企业关注的热点及研究方向[3]。天然植物染色是一项古老的纺织品染色工艺，所用染料来源于植物的根、茎、叶、花、果实等，其色素一般可自然降解，因此具有无毒害、无污染的特点，避免了很多化学染料带来的危害，具有良好的环境兼容性。而且很多天然植物染料由于其自身即为中药草，具有抗菌、消炎、医疗保健等功效[4-5]。在今天回归自然的社会主题中，利用天然植物染料开发健康环保产品迎合了纺织印染产品向生态、环保、健康、舒适以及功能性发展的趋势。

1 天然植物染料的种类

常用的天然植物染料目前有300多种[6]，其分类方式根据现有的资料记载，常用的有按化学结构分、按颜色分、按染色工艺应用方式分等[2][6-10]。

天然植物染料按化学成分来分，有靛类、蒽醌类、类黄酮类、苯并吡喃类、二酮类、类胡萝卜素类等等。靛类染料是使用较早较广泛的一种染料，上染后色牢度好，颜色亮丽鲜明，如菘蓝、蓼蓝和马蓝等；蒽醌类具有良好的耐晒色牢度和水洗色牢度，代表性染料如茜草、大黄、紫草等；类黄酮类具有良好的抗氧化性能，如红花、槐花等；苯并吡喃类的染料常用的有苏木，苏木也是历史上最主要的丝绸、羊毛和棉用天然染料；二酮类的代表性染料有姜黄等，姜黄用沸水煮泡可直接对各类天然纤维染色，且具有抗皮肤真菌、抗病毒的作用；类胡萝卜素类染料耐热稳定性较好，如栀子、藏红花等。

按颜色分，也就是染后所呈现的色系来分，常用天然植物染料可分为红色系、黄色系、蓝色系、黑色系、绿色系、紫色系、棕色系等。常见的红色系染料有茜草、红花、紫草等；黄色系有槐花、栀子、荩草、地黄、姜黄、柘黄等；蓝色系典型的代表是蓝靛草、菘蓝等；黑色系有皂角、栎实、冬青叶、乌桕叶、鼠尾叶等；绿色系有鼠李、铃兰、大荨麻等；紫色系染料有紫草等；棕色系有茶叶、艾草、薯莨等。

按染色工艺应用方式分，可分为直接型、媒染型、还原型、阳离子型、酸性类、分散类等。直接型有石榴、姜黄、栀子、槐花等；媒染型有紫草、苏木、茜草等；还原型有蓝靛草、菘蓝、蓼蓝等；阳离子型有黄柏、黄莲等；酸性类有藏红花等；分散类有指甲花等。

2 天然植物染料在纺织面料中的染色应用历史

我国采用天然植物染料对纺织面料进行染色的历史渊远，最早可追溯至新石器时代[7]，当时人们发现紫草可将织物染色成紫，茜草可将织物染色成红，并懂得运用温水浸渍来提取植物染料。在以后的历朝历代中，植物染料的提取与染色技术都在不断的创新与突破。周代，皂斗被用作黑色染料，荩草作为黄色系植物染料，常用于染丝、毛等高档织物[8]。同时，在周代，出现了专门从事染色的染匠，设有“染人”、“掌染草”的官吏。春秋战国时期，出现了套染、媒染技术，染色色彩相当丰富，同时出现了专门从事染料贸易的大商人[11]。此时期山东等地多用紫草根辅以椿木灰、明矾媒染获得紫红色，第一位霸主齐桓公就喜欢穿紫袍。秦汉时期出现了专门以种植染草为业的人。蓝靛草是我国天然植物染色技术应用最具代表性的植物染料，至今我国西南少数民族地区还在使用。蓝靛草应用技术在秦汉之前主要以揉搓、浸泡的方式直接上染，并辅以草木灰助染，使靛蓝沉积固着在织物纤维上[12]。明代宋应星编著的我国第一部科技类书籍——《天工开物》对蓝靛草的制靛方法也作了记载[13]：将蓝靛草的叶和茎用水浸七日，其汁每石下石灰五升，再搅拌几十下，沉淀后便可得靛泥。靛泥可晒干成靛青，方便储存、运输和买卖。《天工开物》在“彰施第三”中的“诸色质料”内容中对染色植物的名称、染色技术及所得色彩也均有记载[13]。唐代，所应用的天然染料有30多种[14]，纺织品颜色艳丽多彩、色谱丰富，譬如柘黄，染出的丝织物在月光下呈赭黄色，在烛光下呈现赭红色，鲜艳亮丽，所以自隋唐以来便成为皇帝的服色。到了明代，用于织物染色的植物品种又有了许多，如发现鼠李在棉织物、丝织物上染可得绿色[8]。清代的染色技术不仅注重染料的选择，还非常重视水色，不同水质的地域形成了不同的染色体系[7]。

我国岭南地区利用天然植物薯莨染色生产的“香云纱”丝织品已有一百多年历史[15]，其加工方式为将真丝白绸布用薯莨汁液浸泡染色，再涂抹珠江三角洲富含铁质的河泥，经太阳晾晒，向阳的一面形成带有光泽的黑色，背阳面为红棕色[16]。现在深圳有些企业也用棉麻代替真丝制成莨绸面料，应用于高档女装中[17]。其他地区也有一些企业利用天然植物染料开发出绿色、天然、环保的毛纱、毛线以及成人、儿童成衣[18]。我国西南部的云南、贵州等地，也保留着很多传统的天然植物印染工艺，一般通过手工扎染、蜡染、夹染、手绘等方式运用到民族服饰中。可以说，目前天然植物染料在高档纺织制品领域中已经拥有了一定的市场。

3 天然植物染料在纺织面料中的染色性能研究

传统的植物染纺织面料最普遍的问题就是色牢度不够理想，根据现有的研究[19-20]，其原因一方面是植物染料不稳定的发色基团降低了其耐洗和耐光色牢度，另一方面，植物染料的色素来自于不同的植株，且随着环境、地理、季节的不同，也影响了其对染色后织物色牢度的稳定性以及颜色的重现性。

为了解和提高天然植物染的色牢度及其他染色性能，相关人员从色素的提取工艺、染色的工艺条件等方面做了各种研究与试验，成果也颇多。

浙江工程学院的周宝成等[21]通过正交试验得出从天然姜黄中提取姜黄色素的最佳工艺为：姜黄浓度100 g/L，温度100 ℃，碱的用量10 g/L。用天然姜黄染液染羊毛织物的最佳温度为90 ℃，pH 值3.5，可染出深浓亮丽的黄色，且后媒染法比预媒染法获得的颜色更鲜艳。对于色牢度，除了采用铁盐染的汗渍褪色牢度稍差外，直接染色和其它媒染的各项色牢度指标均满足纺织品基本技术安全要求[22]，实用价值较高。

南通大学的陈美云等[23]则对艾草进行了研究，发现使用氢氧化钠水溶液比直接用水更容易提取艾草色素，能使真丝绸染色更深浓，且色牢度较好，媒染对色牢度的提高效果不明显。艾草天然染料的提取最佳工艺为：氢氧化钠0.3 mol/L，温度100℃，提取时间为50 min，染料与溶液比为1∶35。艾草染液对真丝绸直接染色的最佳工艺条件为：pH值5.0，温度90℃，染色时间60 min，硫酸钠50 g/L，浴比50∶1。

大连民族学院的孙天竹等[24]对苏木色素染羊毛织物进行了研究，发现用不同的金属离子媒染，得到的颜色差别很大，进而通过媒染剂的变化、组合可获得丰富的色相。苏木色素染羊毛织物的最佳工艺为：先在pH值4.5、温度50℃中预媒染30min，然后在pH值为4～5、温度70℃左右继续染40～50min。

苏州大学的程万里[25]则对天然苏木染真丝绸进行了研究，发现碱的使用能提高苏木色素的溶解度，大大增加色素的萃取析出量。苏木色素提取的最佳工艺为：苏木用量8g/100mL，NaOH浓度20g/L，温度80℃，时间30min。铝预媒染的最佳工艺条件为温度80℃、时间30min、铝盐3%；铁预媒染的最佳工艺条件为温度60℃、时间45min、铁盐7 %。且发现在不同pH值条件下染色，试样的色光变化较大。采用铝和铁媒染的苏木染色样品都具有良好的耐洗色牢度和耐摩擦色牢度，但耐碱色牢度较差。

以上这些研究都为天然植物染料的染色性能和染色工艺提供了宝贵的经验与借鉴。

4 天然植物染料在纺织面料中的抗菌性能、医疗保健性能应用

可用于做染料的天然植物大多都为药用植物，如《神农本草经》[26]对常用的染料蓝草、茜草等都有记载其药理属性：蓝草可解各种毒，茜草主寒湿，风痹等。《本草纲目》[27]中记载紫草可治婴童疹痘、痈疽便闭、恶虫咬伤等；大黄可治腰脚风痛、损伤瘀血、肿毒初起、痈肿热痛等；姜黄可治胎寒腹痛、疮癣初发等。《名医别录》也记载紫草可治小儿疮痈及面部皱纹[28]。用植物染料染成的织物一般都能保持一定的植物药理属性，能抑制或杀死留在服装织物上的病毒与细菌，提供人体与服装之间健康良好的空间内环境。同时植物染色织物在与人体肌肤接触中，植物染料存留于面料上的物质也会慢慢被人体所吸收，达到对人体的保健作用[29]。因此，利用天然植物染料加工出的纺织品很多都具有抗菌消炎、活血化淤、防虫、护肤等功效[30]，为保健功能性纺织品的开发与应用提供了研究方向。

目前对天然植物染色纺织品的医疗保健性能研究也颇丰，尤其是抗菌性能，如：大连轻工业学院、大连医科大学的林明霞、石敏等[31]对应用姜黄染料进行染色的织物进行了抗菌性能的测试，得出姜黄染色织物对金黄色葡萄球菌的抗菌率达到94.47%，对大肠杆菌的抗菌率也达到了68 .96%。因此，姜黄可以在染色的同时赋予织物抗菌性，是一种绿色保健型染料。

同样是大连轻工业学院的全绍华等[32]对姜黄、大黄、黄连及黄芩的抗菌性能都进行了测试。结果表明：应用这些染料染成的织物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、肺炎杆菌、绿脓杆菌均有一定的抗菌性，且不影响织物手感与服用性能，安全环保。

辽宁省何忠琴[33]编译的植物染料抗菌活性检测的资料中展示了应用黄柏染色而成的电力纺不仅能抑制活菌繁殖，还能杀死细菌，并且显示染色浓度越高，活菌数就越少。但使用醋酸铝和木醋酸铁进行媒染的黄柏染色织物则会降低抗菌性，而采用醋酸铜媒染的抗菌性则不会降低。

大连工业大学的殷雪[34]对紫甘薯、姜黄及石榴皮三种植物染料的抗菌性能进行了研究，结果表明：紫甘薯色素上染的羊毛织物对金黄色葡萄球菌的抗菌率则高达98%，对大肠杆菌的抗菌率也达到了82%，但将紫甘薯与石榴皮复配后染得的织物对大肠杆菌的抑菌率可以提高至95.6%，也发现紫甘薯与石榴皮的复配赋予织物的抗菌率优于紫甘薯与姜黄的复配。

东华大学的沙香玉[35]对植物染料提取的染液进行了抗菌力筛选，并对染色后的毛织物的抗菌性能进行了探讨。武汉科技学院的柯贵珍等[4-5]也对应用药用植物染色后的织物具有的抗微生物活性和抗紫外线功能进行了综述。

目前市场上也出售保健型纺织产品，如药枕、药物文胸、药物鞋垫等。也有企业采用薄荷、啤酒花、茶树茎、肉桂香料等中草药、植物香料的提取物，经高技术处理加工制成天然植物染料对纺织品染色，开发具有抗菌、防臭、防霉、防病的保健型产品[36]。

5 展望

现代人承受着越来越多饮食安全、环境污染、睡眠不足等问题的困扰，极易引发各种各样的亚健康问题，尤其是皮肤和心血管类的问题。而服装素有“人体第二层肌肤”之说，如果能利用天然植物染料的药理属性来开发具有医疗保健功能的纺织服装产品，不仅能解决化学染料带来的环境污染问题，而且通过这种便捷的日常穿戴方式来改善人们的健康问题，将会使人们的生活更加从容。可作为染料的天然植物现在也有采用人工种植的方式来解决取材受地域、季节限制的问题，如云南大理周城等地区已人工大量种植蓝草，且随着天然植物染料应用技术的不断完善、提升，在今天越来越崇尚自然、舒适、健康的生活理念下，利用天然植物染料开发抗菌、护肤、活络筋骨血脉等纺织产品具有广阔的市场应用前景。

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2017-02-20

2015年福建省中青年教师教育科研项目(科技类)——应用天然植物抗菌染料开发保健型服装产品(JA15863)

TS193

A

1008-5580(2017)02-0197-04

作者：叶清珠(1979- )，女，硕士，副教授，研究方向：服装设计与工程。