天然染料染色印花加工中存在的问题及研究进展

王祥荣

摘要：从天然染料的色谱、牢度、上染率、印花技术、鉴别方法、标准制定等方面入手，介绍了天然染料染色印花产业化加工中存在的问题，以及解决相关问题的研究进展。

关键词：天然染料；染色；印花；研究进展

中图分类号：TS190.2 文献标志码：A

Problems and Research Progress of Dyeing and Printing with Natural Dyes

Abstract： This paper discussed some problems that obstructed the development of natural dyes， including the disadvantages on chromatography， fastness， dyeing rate， printing， identification methods and standards. Some related research process were also introduced.

Key words： natural dye； dyeing； printing； research process

天然染料是指从植物、动物等天然原料中获得的、很少经过化学加工的染料。天然染料根据来源可分为植物染料、动物染料、矿物染料和微生物发酵色素。植物染料是从植物的根、叶、树干或果实中取得的，如茜草、紫草、苏木、靛蓝、红花、黄栀子、桑、茶等。动物染料种类较少，主要有紫胶、胭脂虫红等。矿物染料是各种无机金属盐类和金属氧化物等，例如朱砂、孔雀石（绿）、氧化铜、四氧化三铁等。微生物发酵色素主要有红曲色素、栀子蓝、可可色素、红曲黄色素等。

天然染料在纺织品染色中的应用历史悠久，我们的祖先在新石器时代就采用赤铁矿粉末染麻布，商周时期的人们利用各种彩色矿石研磨成粉末状涂染织物，秦汉时期，兰草、紫草和茜草等植物染料的应用已逐渐普及。北魏的《齐民要术》中记录了“杀红花法”和“造靛法”等天然染料染色技术。明清时期，我国的天然染料的制备和染色技术都已达到很高的水平。

天然染料色泽柔和、自然、庄重优雅，无毒无害，对皮肤无过敏性和致癌性，具有较好的生物可降解性和环境相容性。同时染色织物具有抗菌、保健等优良特性和功能，受到人们的普遍欢迎。虽然合成染料在问世以后，以价格低廉、使用简单、质量稳定、色泽鲜艳，又能解决各种纤维染色问题的优势逐渐取代了天然染料。但是，随着人们环保意识的普遍提高，天然染料的环保性、安全性和生物医学性等优点日益显现。

目前，在世界范围内，日本、印度、巴西、法国、意大利等国家都在进行天然染料及染色研究、生产和销售。在我国，天然染料染色技术以及天然染料染色纺织品的开发已成为近年来人们研究的热点，并且已形成相对成熟的加工技术，苏州大学等单位开发的天然染料染色技术成果分别获得了江苏省科学技术奖和中国纺织工业联合会科学技术奖，并在多个企业投入产业化生产。《纺织工业“十三五”科技进步纲要》也将“天然染料染色新技术”作为“十三五”纺织工业科技攻关及产业化项目进行产业化推广。但天然染料在纺织品染色中的大规模应用还需要解决一系列的问题。下面就相关问题及研究进展加以阐述。

1 天然染料的色谱及来源问题

天然染料主要来源于植物、动物和矿物質等，存在来源受限、色谱不全的问题。为了获得更多的天然染料色素品种，丰富天然染料颜色体系，目前研究的重点之一是从不同的植物资源中提取天然染料用于纺织品的染色。

刘新利等选用产自于贵州省贵定县成熟的红刺梨果实，打成浆状后加入甲醇，提取红刺梨色素，用于纯棉织物染色，通过改变媒染剂得到多种颜色，同时赋予织物较好的抗菌抑菌性能。张林龙等采用水浸法提取落葵浆果天然染料并将浸提液用于羊毛织物的染色，媒染后获得不同的颜色，染色牢度达到 3 ～ 4 级以上。赵传军等从成熟的商陆浆果中提取色素用于羊毛织物的染色，研究直接染色情况下不同染色工艺参数对染色深度的影响，其中，铝离子预媒染的织物色牢度达到 3 级以上，染后的羊毛织物对大肠杆菌和葡萄糖球菌有比较好的抗菌效果。但存在的问题是如果将相关技术投入产业化生产的话，就需要采摘砍伐植物，造成生态环境的破坏，甚至一些中药材被用于天然色素的提取，违背了用天然染料染色生态环保的理念，造成了天然色素价格和天然染料染色产品成本的提高，不利于推广应用。

为了能够使天然染料的开发利用尽量不影响自然生态环境，一些废弃植物资源的利用也成为人们研究的方向之一。于颖等从沙棘果废渣中提取天然染料用于羊毛织物的染色，发现不同的媒染剂和媒染方法可获得不同颜色的织物，硫酸铝钾后媒染效果最好，各项染色牢度均达到 3 级以上。周小进采用以红豆杉制药残渣为原料，探索碱提、丙酮提取的最佳工艺，在所得最佳工艺条件下以碱提所得提取液为染液染真丝，结果表明，染色的真丝电力纺和针织物具有较好的水洗牢度、干湿摩擦牢度、耐汗渍牢度和干洗牢度，均达到 4 级以上，而耐光牢度和耐汗光复合牢度相对较差，只有 2 ～ 3 级。纪俊玲等以芡实壳为原料提取天然色素，探讨芡实壳天然染料在桑蚕丝上的染色机理，得出上染机理更加符合假二级动力学，并给出芡实壳天然染料在桑蚕丝纤维上的扩散系数和染色速率常数。目前，常州美胜生物材料有限公司以板栗壳、石榴皮等废弃资源为原料开发了一系列天然色素，已投入了工业化生产。

另一种丰富天然染料染色色谱的方法是进行天然染料拼色染色。史彩云为了解决天然染料色泽单调的问题，扩大天然染料的色谱范围，对天然染料的一浴法拼色染色工艺在真丝上的应用进行了研究。在对一系列天然染料染色工艺条件进行优化以及探究媒染剂对天然染料染色效果影响的基础上，采用工艺条件相近的天然色素对真丝织物进行拼色染色，并制成色卡，大大丰富了天然染料染色织物的色谱。

2 天然染料染色牢度较差的问题

天然染料对纤维的亲和力较低，大多数天然染料采用常规染色方法还不能达到理想的染色牢度，特别是日晒牢度和皂洗牢度。长期以来，如何提高天然染料染色织物的色牢度是相关研究的主要内容。一般情况下，人们采用金属离子媒染的方法来提高染色牢度，实验表明媒染处理，特别是后媒染法能有效提高染色牢度，但由于一些金属离子存在生态安全问题，目前主要采用铝离子和铁离子作为媒染剂。王媛等研究了提高紫胶红色素对羊毛织物染色牢度的方法，结果表明采用媒染或单宁酸处理对紫胶色素染色织物的牢度有一定的改善。其中，铝预媒染或单宁酸与紫胶色素同浴染色后再用铁离子后媒染的方法可以明显提升紫胶色素染色羊毛织物的牢度，使得水洗牢度达到 4 ～ 5 级，日晒牢度达到 4级。目前开发的用于纺织品染色的天然色素中，已有一些色素通过媒染处理后能够获得符合服用纺织品的牢度要求，如板栗壳色素、石榴皮色素、五倍子色素、茶色素、苏木色素等。

研究者始终在寻找比金属离子媒染更加环保的提高牢度的方法。姚丹丹等使用氯化镧为媒染剂用于云南草天然染料对真丝织物染色，实验证明，使用氯化镧媒染剂进行后媒法染色，媒染剂的加入仅起到固色作用，织物的水洗和摩擦牢度提高了一个等级，均为 4 ～ 5 级。通过对天然染料进行改性来提高天然染料染色织物牢度的方法也有研究报道。张婧研究了对姜黄素进行乙酯化与丁酯化反应降低共轭体系电子云密度以提高其日晒牢度，实验结果表明双酯化姜黄素上染羊毛织物日晒牢度比姜黄素有所提高。笔者用多羧酸对天然染料染色后的纺织品进行处理，使多羧酸与染着于纤维的色素分子中容易引起光敏作用的羟基等基团发生交联反应，封闭天然染料分子中容易引起光敏作用的羟基等基团，提高天然染料对光的稳定性，从而提高了色素的耐光牢度。

3 天然染料上染率低、重现性差的问题

大多数天然染料的分子结构较为简单，并且没有明显的离子性，对棉、麻等纤维素纤维的上染率较低，对羊毛和蚕丝等蛋白质纤维具有一定得亲和力，但总体上染率也不高。如何提高天然染料的上染百分率，减少残余染料对废水处理的压力，降低加工成本也是天然染料产业化过程中需要克服的问题。在蛋白质纤维染色时，采用金属离子预媒染法能显著提高天然染料的上染百分率，为了降低金属离子残留浴液中带来的污染，延续天然染料的环保性以及保证良好的染色效果，新型媒染剂的开发也是研究重点之一。王晶晶等采用稀土、膨润土等作为媒染剂用于姜黄天然染料对真丝织物的染色，结果表明，稀土、膨润土作媒染剂可以提高织物上染百分率和得色量，改善染色牢度，同时还丰富了天然染料的色谱。Zhang Ruiping等采用蛋白酶和转谷氨酰胺酶处理羊毛，然后用苏木天然染料对羊毛染色，实验结果表明相同染色工艺条件下，处理过的羊毛与未处理的羊毛相比，具有更高的上染百分率和表观得色量。

金属离子预媒染对提高棉、麻织物天然染料的上染百分率效果不明显。因此，常采用对棉、麻织物阳离子改性的方法提高天然染料的上染量。龚真萍等将亚麻织物用自制阳离子改性剂改性后，用天然染料胭脂红、柠檬黄染色，得到最佳工艺条件，两种天然染料染色的皂洗色牢度均为 3 ～ 4 级。张晓莉等采用自制的阳离子改性剂对棉织物进行改性，然后用茶叶色素进行染色，结果表明棉织物经阳离子改性剂改性后能提高茶叶色素对其上染性，使染色织物表面色深值大大提高。

为了提高天然染料染色时染料的利用率，天然染料轧染技术的研究也引起了人们的重视。季彦斐研究了板栗壳色素、高粱红色素、红米红色素、桑葚红色素等天然染料对真丝织物和羊毛织物的轧染工艺，确定每种染料的轧染最佳汽蒸工艺，此工艺条件下的染色得色量和重现性由于浸染工艺，并比较了硫酸亚铁、稀土、单宁酸对天然染料染色牢度的影响。研究结果表明，单宁酸后处理轧染染色在提高染色牢度、丰富织物色相时表现出良好的作用。

4 天然染料印花技术的研究还需进一步加强

目前，天然染料的提取以及用于纺织品染色方面的研究较为活跃，但有关天然染料用于纺织品印花方面的研究还较少。印度的一些研究者曾對天然染料的印花进行了一些研究。Sunita Kale等人先将含有金属媒染剂的色浆印在真丝上，再用胡桃色素进行染色，印媒染剂和没有印媒染剂的地色部分产生不同的色泽。Manisha Gahlot等还采用预媒染和同步媒染两种方法，同步媒染时，媒染剂和染料直接放入色浆中，对织物进行印花；预媒染是把要印花的织物先用一定量的媒染剂溶液整体进行媒染处理，然后按图案进行印花。

刘娜对天然染料在真丝上的印花工艺进行了研究，包括糊料、金属离子与天然染料的相容性，选择天然染料印花最适合的糊料和媒染剂，天然染料真丝绸印花的最佳工艺条件和不同媒染剂印花的织物色泽特征，并对印花织物的牢度及影响因素进行评价分析。为了提高天然染料染色织物的牢度，戴细春研究了预媒染处理以及对天然染料进行羧酸改性等方法对天然染料真丝印花性能以及印花织物牢度的影响。结果表明，采用芥子酸和阿魏酸等天然有机羧酸对天然染料进行改性后，再用于真丝织物的染色，能有效提高印花织物的耐光牢度。

王媛研究了天然染料在羊毛织物上的染色印花性能，优化了高粱红、红花黄、板栗壳色素等天然染料最佳印花工艺，获得了吡咯烷酮羧酸钠和甘油作为吸湿剂、柠檬酸和醋酸作为酸剂，单宁酸为牢度提高剂的生态印花工艺，替代尿素等高氨氮值助剂，获得较好的印花效果。笔者发明了一种去除天然染料印花织物白地上媒染剂的方法，将印花原糊、草酸、尿素、螯合分散剂马来酸-丙烯酸共聚物、非离子渗透剂和水混合均匀，制备媒染剂去除色浆，可以去除天然染料印花底色上的铁离子媒染剂，提高天然染料印花织物地色的白度。相关的研究为天然染料印花技术的推广提供了理论依据，但有关天然染料印花工艺技术的研究还需要进一步深入，比如前期研究表明，由于不同结构、不同来源天然色素的最适印花工艺条件有较大的不同，在采用不同来源天然色素进行多套色印花时，需要确定工艺条件，以实现不同天然染料的最优印花效果。

5 天然染料的鉴别方法和产品标准亟待确定

如何鉴别天然染料染色织物上的天然染料成分，以证明其有别于合成染料，是目前困扰从事天然染料纺织品染色研究和相关生产人员的一大问题，此问题也影响到消费者对天然染料产品的兴趣和接受度，也关系到天然染料染色和产品开发等相关产业的健康发展。刘文凤以靛蓝、大黄、茜草、五倍子、紫胶、儿茶、诃子、石榴皮等 8 种天然染料为研究对象，采用化学显色法，结合薄层色谱法、荧光光谱法、拉曼光谱法以及近红外光谱法等方法对天然染料进行鉴别，探索并建立了这几种天然染料较为完整的鉴别方法，为建立天然染料以及天然染料染色织物的鉴别方法提供了理论依据。近来，常州美胜生物材料有限公司、盛虹集团有限公司等单位牵头，已在着手制定天然染料的团体标准，但相关工作刚刚起步，还有待于进一步加强。这项工作将有助于天然染料染色产品质量的检验，防止假冒产品扰乱市场，维护相关产业的健康发展。

参考文献（略）