绿色经济背景下植物染料在纺织印染行业中的应用

赵 晶，王 忠

（1.周口师范学院，河南周口 466000；2.澳门城市大学，澳门 999078）

21 世纪世界经济的发展趋势即绿色经济，这是对工业革命以来传统经济的转型发展。绿色经济模式要求国家经济在可持续增长的同时也要确保资源、环境及自然生态的可持续发展，要求在资源、环境、生态的承载力范围内发展或维持国家经济体系的良好运行。因此，在绿色经济背景下，传统的天然植物印染技术再次被挖掘。植物染料是从植物的根、茎、叶、花和果实中提取的染料，与环境相容性较好，且可生物降解。在使用植物染料染色的过程中，植物本身的色素、味道和药物成分会被纺织品一起吸收，使印染织物对人体产生保健作用［1］。随着经济文化水平的提高，人们对生活的品质要求越来越高，健康、环保、绿色的生活理念逐渐深入人心，使得健康、环保、无毒的植物染料重新受到关注。

1 常用植物染料的颜色分类及应用

自然界中存在许多可以提取的色素，常见的可作为染料的植物多达数百种，例如石榴皮、紫草、茜草、姜黄、靛蓝、苏木等能在一定条件下对纺织品进行染色。按照被染织物呈现的颜色，植物染料可分为红色、黄色、蓝色、黑色等色系。

1.1 红色植物染料

自然界中红色系植物染料品种繁多，可提取红色染料的植物主要有茜草、虎杖、番红花、苏木、红花等。早在周代就已经有人使用茜草对织物进行染色，最终使织物呈现暗红色。随后又有人使用苏木、红花、虎杖等植物提取物对织物进行染色，得到其他红色系织物。传统的植物染料染色方式已经较为成熟，但染色织物的颜色较暗沉，且色牢度不佳。因此，现代使用植物染料染色的主要研究方向为提高鲜艳度和色牢度。使用苏木、茜草和红花提取物对织物进行染色，红花提取染料染色的织物红色饱和度和色牢度相对最高，其次是茜草，最后是苏木。

以使用较多的茜草为例，对红色系植物染料进行简单的介绍。茜草又被称为八仙草、破血草等，具有通经活络、止血化瘀、止咳祛痰等功效，是红色系植物染料中使用范围较广、历史久远的品种之一。蒽醌衍生物是茜草的主要化学成分，不同品种茜草蒽醌环上的羧基、羟基、甲基位置和数量均不相同，直接影响了茜草色素的提取和染色织物的光泽度、色牢度等。茜草作为染料还具备一定的药物功效，在使用茜草提取物对织物进行染色时，药物成分会随着色素一起被织物吸收，使染色织物具有一定的保健功能。张毅等［2］采用正交实验分析了染液pH、染色时间、染色温度、染液质量浓度及媒染剂对茜草染料染色效果的影响，研究出效果较佳的印染工艺方案，与手工扎染技术相结合，得到了兼具艺术性和环保性的扎染纺织品。程彦等［3］采用明矾作为媒染剂，用茜草染料对羊绒纤维进行染色，当明矾质量浓度为0.5～1.0 g/L、茜草染料用量小于0.5%（omf）、染液pH为4.0～4.5 时，羊绒纤维可将茜草染液基本吸清，染色的重现性良好，且织物手感不受影响，各项色牢度均提高了约0.5级。

1.2 黄色植物染料

自然界中可以提取黄色染料的植物较多，例如姜黄、槐花、栀子等。栀子属于茜草科，干燥成熟的栀子果实具有降压、利胆、护胆等多种药物功效，在我国四川分布较广。栀子中的黄色素属于类胡萝卜素，主要成分为藏花素，具有良好的水溶性。栀子黄染料具有良好的耐光、耐热及耐还原性，对微生物的生长和繁殖有一定的抑制作用，所以栀子黄作为染料具有一定的抗菌保健作用，是近年来天然植物染料的热门研究对象。需要注意的是，栀子黄色素粗产品在使用或者保存不当时容易发生变绿或者褪色现象，这是因为栀子黄色素中含有大量的栀子苷，与氨基酸在蛋白酶或者葡萄糖酶的作用下会产生栀子蓝色素，导致染料出现黄绿色变现象，限制了栀子黄色素的使用。

叶清珠等［4］在不同温度下提取栀子黄色素，并在纯棉织物上进行染色实验。结果表明，可以采用直接水煮的方法提取栀子黄色素，染色棉织物具有鲜艳的黄色；当染色温度为60 ℃时，提取色素对纯棉织物的染色效果相对最好，且染液浓度越高，染色织物的黄色越深，并逐渐偏向于红色；当染色温度高于60 ℃时，随着染色温度的升高，栀子黄色素逐渐被破坏，染色织物逐渐偏向于蓝绿色。何天虹等［5］采用单因素实验和正交实验得出栀子黄染料对棉织物直接染色的优化工艺为：栀子黄染料用量5%（omf）、温度95 ℃、pH 5。染色棉织物的色牢度良好，对大肠杆菌的抑菌率达75%以上，表明天然栀子黄染料可以赋予织物良好的抗菌性能。表面活性剂、同浴媒染及中性电解质对染色效果几乎没有影响。

1.3 蓝色植物染料

自然界中的天然蓝色植物染料比较稀少，主要是靛蓝，一般从吴蓝、木蓝、马蓝、菘蓝等蓝草中提取。靛蓝类植物含有丰富的靛蓝色素（C16H10N2O2），可以从蓝草的茎、叶中提取。靛蓝属于还原染料，在使用靛蓝染色时要先将染料还原。还原方法有3 种：（1）发酵法还原，耗时长，工艺复杂；（2）使用烧碱、保险粉还原，印染污水处理成本较高，且会有硫化物排放，对环境污染严重；（3）在碱性条件下以葡萄糖作为还原剂还原，对环境的污染程度较低，且与保险粉还原效果相当，但该方法的染色效果和生产效率与烧碱、保险粉工艺相差较大，且成本较高。侯静等［6］将现代生物还原技术引入植物靛蓝染色法中，设计了以全细胞为生物催化剂的靛蓝生物还原法，在常温有氧环境中使用植物靛蓝对织物进行染色。结果表明，使用生物还原法染色织物的K/S值为4.5，色牢度为3 级，减少了保险粉等强还原剂的使用，节约了靛蓝染色的时间和成本，减少了染色过程对环境造成的污染。王金坤等［7］将蓼蓝叶作为提取靛蓝染料的原料，采用现代生物技术制备靛蓝染料，筛选出最佳提取条件。结果表明，37 ℃提取效果最佳，蓼蓝叶发酵液呈弱酸性，pH 为5.5～6.0，具备一定的还原性；向蓼蓝叶发酵体系中加入糖化酶可以提高靛蓝产量，但由于操作与成本限制，制备过程中糖化酶用量要恰当。

1.4 其他植物染料

天然植物染料除常用的红、黄、蓝三原色外，还包括紫色系、棕色茶色系和灰色黑色系等。可以提取紫色染料的植物主要是紫草，其根部粗壮，外表为暗紫色，断面呈紫红色，主要成分为萘醌衍生物、紫草醌，难溶于水，易溶于醚或醇。路振翔等［8］使用95%的乙醇溶液从紫草中提取紫色染料，并对真丝织物染色后进行耐水洗、耐摩擦色牢度实验。结果表明，媒染织物色牢度受媒染剂用量的影响较小，且紫草色素染色真丝织物的耐摩擦色牢度变化较小。可以提取棕色茶色染料的植物较丰富，主要有紫苏、栗子果皮、茶叶、荷叶、胡桃等。苏丽琴等［9］探究了以废弃铁观音作为染料对织物染色的可行性，并对染色织物的色牢度进行了检测。结果表明，使用废弃茶叶对织物染色可行，织物具有淡淡的茶香，且色牢度较好，染色过程中未添加其他化学物质。灰色黑色染料存在于鞣质植物中，例如柯树、漆大姑、五倍子、乌桕等，通过媒染在棉麻等织物上呈现灰黑色。吕品晶等［10］利用硫酸亚铁（皂矾）作为媒染剂，五倍子作为黑色染料原材料对亚麻织物进行染色。结果表明，五倍子染液染煮织物的时间、温度、媒染剂浓度等对染色效果影响明显，随着媒染剂浓度的增加、时间的延长和温度的升高，染色效果逐渐提高。筛选出最佳媒染条件为：媒染剂0.5 mol/L，温度90 ℃，时间40 min。

2 植物染料染色纺织品的功能性

2.1 卫生保健功能

中国草木染艺术历史源远流长、丰富多彩。大多数植物染料都是从各种中草药中提取，这些染料的染色织物与人体皮肤接触后，药物会逐渐渗透皮肤，被人体吸收，产生保健功能。随着绿色经济的发展，人们的环保、健康意识逐渐提高，使用植物染料印染的服饰重新受到关注，尤其是植物染料染色的丝绸织物。茜草具有活血化瘀、凉血止血的功效，可用于吐血、便血、跌打损伤等治疗；紫草具备解毒透疹、凉血活血的功效，可用于斑疹紫黑、麻疹不透、湿疹、水火烫伤等治疗。现代医学证明，茜草、紫草具备抗病毒、抗肿瘤、抗菌消炎等药理学作用，用作被褥、内衣裤贴身织物的染色染料，能够有效地发挥卫生保健功能。吴秀霞等［11］选取药用植物中的五倍子、苏木、石榴皮、黄连、红花等作为原料，采用水煎煮的形式提取、制作植物染料，通过单因素实验与正交实验，探究了染色温度、时间、pH 等对羊毛织物染色性能的影响，并筛选出药用植物染料染羊毛织物的优化工艺。采用药用植物染料对织物进行染色，不仅为纺织品增加了一定的卫生保健功能，也满足了现代消费者对产品自然生态化、安全化的高要求。植物染料还具备治疗皮炎等皮肤病，抑制瘙痒症，美容，抵御疮毒等卫生保健功能。例如艾蒿染料不仅具备抗菌、抗紫外线功效，还能使织物具备治疗皮炎的功效，可用于患有痱子、湿疹等症状的人群［12］。

2.2 抗菌性能

多数天然植物染料具备一定的抗菌性能，采用这些植物染料对织物进行染色后，这种抗菌作用在一定程度上会下降或者消失，但也有一些植物染料通过先进的染色工艺保留其抗菌性能。例如黄色系染料中的姜黄具备抗炎、利胆、降血脂、抗氧化、抗肿瘤、抗病原微生物等药物功效，并且能够保持长期的抗菌性能。此外，从干燥的石榴果皮中提取的染料也具备较高的抗菌性能。石榴皮主要成分为鞣花酸类物质，具备多酚类结构，呈酸性，使用石榴皮染料印染的织物色牢度较高，具备一定的抗菌性能与耐久性，在医疗保健领域具备较高的应用价值。任哲民等［13］从植物姜黄中提取染料，探究了染色温度、染液pH 及媒染剂对染色性能的影响，测试了被染柞蚕丝织物的抗菌性能、抗紫外线性能和色牢度。结果表明，姜黄染料染色性能良好，不同媒染剂对染色深度和色泽影响较大，染色柞蚕丝织物具备优良的抗菌性能和抗紫外线性能。殷雪［14］测试了石榴皮、姜黄及紫甘薯的抗菌性能。结果表明，利用紫甘薯提取染料对羊毛织物进行染色，染色羊毛织物对大肠杆菌的抗菌率达82%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率达98%；石榴皮与紫甘薯混合染色织物对大肠杆菌的抗菌率达95.6%。

2.3 抗紫外线性能

织物经过大量的紫外线辐射后会发生严重的老化现象，导致纺织品耐磨性变差，强度降低，使用寿命缩短，甚至引发皮肤病，影响视觉感受和人体免疫系统，对人体健康造成威胁。部分植物染料会吸收紫外线，因此，采用植物染料染色的织物具有一定的抗紫外线功能。何伟坚等［15］测试了榄仁树和栎树提取染料染色棉麻织物的抗紫外线性能。结果表明，榄仁树和栎树提取染料对紫外线均具有较好的吸收能力，媒染剂硫酸铜、硫酸亚铁和明矾能够增强织物的抗紫外线性能，显著提升染色棉麻织物的抗紫外线效果。赵亚楠等［16］通过预媒染、同浴媒染、后媒染方式将栀子提取染料用于柞蚕丝织物染色，研究了媒染剂种类、媒染剂浓度、染色方式对染色织物色牢度、色光、抗紫外线性能的影响。结果表明，不同媒染剂、不同染色方式导致染色织物的色光不同，且栀子提取染料染色织物的抗紫外线性能良好。

3 植物染料在纺织印染行业的应用前景

3.1 植物染料印染织物市场开发

纺织印染相关行业可以将植物染料印染艺术和高档纺织品进行捆绑销售，不仅可以解决植物染料原料供应受限的问题，也能推广、宣传植物染料印染的艺术价值。当采用捆绑模式将植物染料印染工艺的市场与经济积累到一定程度后，就要优化植物染料的种植、提取过程，降低植物染料印染织物的成本，促进植物染料印染产品向中高端消费市场拓展。同时，植物染料印染行业可以着重发展植物染料的抗菌、保健、抗紫外线等功效，将天然、健康的植物染料应用于婴幼儿衣物、玩具、家纺产品以及用于治疗皮炎和皮肤过敏等的保健产品中。朱丽娜等［17］将植物染料应用于蚕丝织物，通过正交实验探究了染色温度、染色时间、pH 等的影响。结果表明，优化的染色工艺可以将染色蚕丝织物的耐摩擦色牢度提高到4级以上。金媛媛等［18］利用水煎法提取柞树叶染料，并确定了对柞蚕丝织物染色的优化工艺。结果表明，媒染方式能够改变染色织物的色调，且耐日晒、耐皂洗、耐摩擦色牢度可以满足服用性能要求。

3.2 挖掘新的植物染料印染工艺

为了顺应当前经济文化发展的趋势，印染行业可以结合先进的科学技术（微生物、超声波、基因技术等）对传统的天然植物染料印染工艺进行优化和改造。例如，通过先进的基因栽培技术培养色素含量更高的植物，可以有效地降低植物染料印染的成本；将超声波技术运用于植物染料印染工艺，可以减少热能的消耗，节约资源。李洋等［19］将超声波技术运用于植物染料印染织物纤维表面颗粒物的去除，并研究了各个变量的影响。结果表明，采用超声波处理染色织物的优化工艺为：时间22 min，温度43 ℃。柯贵珍等［20］利用超声波萃取黄连中的染料，并对苎麻织物进行染色。相比普通萃取法，超声波萃取法能有效提高染料的萃取率，且上色效果和色牢度良好。

植物染料凭借自身独特的优势，在绿色经济发展背景下开辟了一片新天地。但植物染料印染也存在着诸多问题（如原料供应、染料提取方法、印染成本、上色率及色牢度差等），影响了植物染料印染的发展。纺织印染行业应当探索新型的加工技术和发展模式，使天然植物染料印染技术得到进一步发展。