植物色素染料提取和染色固色技术研究

林瑞杰　张洁　杨智　于小博　冷红岩

摘 要 在环境日益恶化的今天，亟需寻找更多方法来缓解环境压力。基于此，针对合成染料这一污染恶源，研究出其可替代的绿色染料，通过对6种植物材料进行研究，后期会研究更多种植物材料，总结出植物色素染料的提取、植物色素染料的使用以及后期的固色技术要点，以期为染料行业改革、社会环境营造带来积极影响。

关键词 植物染料；固色；生态环保

中图分类号：TS193.62 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.15.086

1 研究背景

植物是大自然赐予人们的财富，植物材料在中国古代就已经被作为染料使用，随着合成染料技术的发展，在很长一段时间内植物色素染料被忽视甚至消失。然而合成染料在生产过程中会给环境带来严重的污染，部分合成染料对人体也会产生一定的危害。我国如今把生态文明建设作为重要内容，所以急需找出多种绿色染料来替换合成染料。

经查询资料，了解到目前对植物色素染料的研究主要有以下几个方面。谭光万从农业史、经济史、技术史和文化史的角度全面考察了我国古代的植物染料，对染料作物种植技术、植物染料商品化以及古代常用植物染料与政治文化关系进行了相应的研究[1]。路振翔主要对几种不同颜色的植物染料做出了一系列研究，重点阐述了几种色系下具体的一些植物材料特征及种植要点，各种染料的制作工艺，植物染料所体现的丰富的文化内涵等。贾艳梅主要介绍了植物色素染料的结构类型及性质，并对植物色素染料的染色机理、染色工艺方法以及媒染剂对染色性能的影响进行了阐述，预测了植物色素染料的发展前景[2]。罗勇、王璐等研究了复合染色在植物染料上的应用。DL-CT蓝色植物染料和HHH-CT黄色植物染料通过复合染色可以得到不同的染色色泽，为丰富植物染料的色谱提供了新的途径。路振翔谈到植物色素染料的来源主要是各种植物植被，过度开发可能会背离环保的理念，从而给生态环境带来威胁和破坏，所以对天然植物色素染料的开发和利用成为当今世界的一项重要课题[3]。赵磊、张林龙等列举了具有产业化应用潜力的30多种生态染料植物，从植物染料的准备、植物染料色素的提取、植物染料色素的精制及植物染料的保存等方面进行了详细说明[4]。

但是植物色素染料具有不稳定性，有的虽然采用化学方法解决了问题，却违背了追求环保生态的目标，而且后期用于行业发展会受到限制，所以目前对植物染料后期的固色工艺研究还不够完备，还有很长的一段路要走。基于此，对北华大学东校区常见植物（东北地区常见植物）展开研究，选取成本低的植物材料作为实验对象，同时对一些容易获取的植物干性材料也进行了相关研究。针对不同用量和使用目的分别采用乙醇法和水煮法提取色素，并且对一些不稳定性状提出了解决方法，最終总结出相关的提取及染色固色技术要点，以期为染料乃至纺织行业做出贡献，也为生态文明社会建设奉献绵薄之力。

2 实验内容

2.1 材料与仪器

2.1.1 材料

连翘、杜鹃、艾蒿、锦带花、山竹、洛神桑蚕丝、棉麻布料、无水乙醇、明矾、米醋和蓝月亮洗衣液。

2.1.2 仪器

恒温干燥器、粉碎机、减压抽滤装置、旋转蒸发仪和电子天平。

2.2 方法

2.2.1 乙醇提取法

针对使用量较少的色素染料，比如局部上色或描绘，采用乙醇提取法（以连翘和杜鹃为例，布料为棉麻材质），借助毛笔、刷子等工具进行上色。具体流程如下：连翘（杜鹃）花瓣→干燥→粉碎→无水乙醇浸泡

12 h→抽滤→滤渣再浸泡→抽滤→合并滤液→减压浓缩→膏状物→恒温干燥→粉末。

2.2.2 水煮提取法

针对需要直接染色的染料，采取水煮提取法，提取率较乙醇低，但是快捷方便，更易用于生产中。具体流程如下：取新鲜的或干燥的植物材料→按一定比例与水混合→放入染色对象（本实验采用桑蚕丝）→加热至水沸继续煮40 min→捞出后晾凉→明矾水浸泡30 min（此处特殊说明，部分植物材料不稳定，需要在此基础上进行再处理，后面会具体介绍）。

3 结果与分析

3.1 连翘色素提取分析

通过图1中间试管的显色情况可以看出，用乙醇作为溶剂从连翘中提取的色素呈现明黄色，但是鲜艳柔和，（图1中左1为蒸馏水对照），相比合成染料更能给人目视的舒适感。图2是借助工具在棉布上用所提取的色素粉末溶解之后的液体上色情况，没有明显色差。图3是用蓝月亮洗衣液清洗后的表现情况，与图2比较可以明显看出连翘的黄色色素染料在棉布上呈现了很好的效果，着附力较好，

即使加以清洗仍然保持相对稳定的性状。但是后续实验表明连翘色素染料对强光及高温（大于50 ℃）共同作用的稳定性很差，而在弱光和较低温度下有较好的稳定性，所以建议在低温、弱光下保存。

3.2 杜鹃色素提取分析

图4是经过纯化形成的杜鹃色素粉末，纯度原因使人明显感觉到较新鲜花色，该粉末呈现偏深的紫色，但是依然有着柔和的质感。图5是用该粉末的溶液染制的棉布样品。图6是经过洗涤之后杜鹃布样的显色情况，更偏向蓝色，发生了明显的变化，这可能与水或者洗衣液的pH值有关。针对以上情况做了具体实验，分析pH值变化对色素溶液颜色的影响。用盐酸酸和氢氧化钠溶液，将杜鹃色素溶液的pH值分别控制在1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0，观察溶液颜色的变化。由图7可知，pH>3时，色素溶液明显变色，在强酸环境下和弱酸及碱性环境下差异很大，说明杜鹃色素在强酸条件下稳定，在弱酸及碱性条件下，结构发生变化，由紫红色的黄烊盐转变为蓝色醌式碱，故而颜色变化明显。建议杜鹃色素染料在酸性条件下（pH≤3）温度低于70 ℃条件下保存，用强酸性清洗剂清洗，忌碱性材料，如肥皂、洗衣粉等。

3.3 水煮提取法分析

图8是用水煮法直接提取色素着色情况，并且染色晾干之后均用蓝月亮洗衣液进行漂洗。图8中的1色块为锦带花所呈现的染色效果，颜色呈灰绿色，用清水清洗后颜色也无明显变化（图8中的2色块），但是用蓝月亮洗后颜色有所加深（图8中的3色块），光泽感也有所提高，所以针对锦带花染制的织物可以用弱酸性清洗剂进行清洗，可以延长使用寿命。图8中的4色块为艾蒿所呈现的染色效果，颜色偏向黄绿色，洗完之后颜色也无明显变化（图8中的5色块）。山竹所呈现的染色效果，表现为驼色，图8中的6色块是在棉麻（棉麻指麻的成分较多）材料上表现的质感，图8中的7色块是在棉布（基本上是棉的成分）材料上呈现的效果，更具有光泽性，可能是由于棉布含有更多的纤维成分。驼色是今年非常受歡迎的颜色，相信用植物染料染制的织物在未来会凭借其柔和的色彩质感和环保健康的优点受到欢迎。

在水煮提取的整个实验过程中，发现洛神染色效果很好，如图8中的8色块所示，经过一次清洗后明显褪色（图8中的9色块），并且经过后期测试，验证其极不稳定。但是根据发放的问卷了解到用洛神染制的织物最受女性欢迎（共发放300张问卷，有效率82%），比例达到了45.3%。所以针对洛神的不稳定性进行研究，最终总结出解决其不稳定性的技术要点：在水煮提取的基础上，进行酸性处理，具体流程如下。取干燥的洛神材料→按一定比例与水混合→放入桑蚕丝→加热至水沸继续煮40 min→捞出后晾凉→米醋与水按一定比例混合→放入染好的织物→浸泡30 min后取出晾干→放入明矾水浸泡30 min→再次放入米醋与水的混合液浸泡→取出晾干经过多次处理此款织物稳定性有所提高，但是依然需要低温、弱光保存，并且用弱酸性清洗剂清洗。

4 主要结论

1）植物染料色彩鲜艳柔和，环保健康；2）乙醇提取法提取率较高，但不适应于生产当中，水煮提取法更方便快捷；3）连翘、艾蒿、锦带花、山竹色素染料表现出相对稳定的性状，具有良好的应用潜力。

参考文献：

[1] 谭光万.中国古代植物染料研究[D].西北农林科技大学，2009.

[2] 贾艳梅.植物染料结构及染色性能概述[J].染料与染色，2010，47（1）：14-16.

[3] 路振翔.天然植物染料的应用及发展[J].成都纺织高等专科学校学报，2015（4）：106-110.

[4] 赵磊，张林龙，位丽，等.生态植物染料制备与染色[J].染整技术，2016，38（2）：17-22.

（责任编辑：赵中正）