天然茶染料染色研究进展

陈 秀 芳

(安徽职业技术学院 纺织工程系，合肥 230011)

天然茶染料染色研究进展

陈 秀 芳

(安徽职业技术学院 纺织工程系，合肥 230011)

介绍了茶叶的分类和化学成分、茶染料的提取方法及其染色原理和工艺，总结了近年来科研工作者在茶染料对棉、蚕丝、苎麻、涤纶等纤维进行染色方面取得的研究进展，特别是茶染料对各类纤维的最佳染色工艺条件、染色牢度测试及影响因素的分析，列举了茶染料用于生产的实例，织物经茶染料处理后，不但具有持久的茶叶清香，而且具有亲肤、除臭、抗菌和防过敏等功能，在使用过程中可对人体起到保健作用，符合人们追求绿色环保和高品质生活理念，是理想的新型家纺面料。此外还分析了茶染料染色除臭、防过敏、抗菌等优点及上染率和固色率不高、染色牢度不好等存在的问题。

茶染料；染色；进展

1856年合成染料问世，其由于色谱齐全、牢度优良等优点迅速取代了天然染料。然而，当人们发现生产和使用合成染料对人体健康和生态环境造成的危害后，又把目光转向天然染料。天然染料尤其是植物染料大多无毒无害，可生物降解，与生态环境的相容性好，染色后的织物具有自然的色泽和香味，给人以心理和生理上的舒适感。茶叶就是其中一种近年来备受关注的植物染料。本文主要介绍茶染料染色及其研究进展，分析茶叶染色的优点及存在问题。

1 茶叶的分类和化学成分

安徽农业大学陈椽教授根据茶叶在制法中的内在变化，以茶多酚氧化程度、快慢、先后等不同而呈现的色泽为基础，首次从科学的角度阐释了茶叶的分类原理并提出分类方法，把茶叶分为绿茶、黄茶、黑茶、青茶、白茶、红茶六大类[1]。在国外，茶叶分类比较简单，欧洲把茶叶按商品特性分为红茶、乌龙茶、绿茶三大类，日本则按茶叶发酵程度不同分为不发酵茶、半发酵茶、全发酵茶和后发酵茶。

目前，通过各种研究对茶叶的化学成分有了深入的了解[2-5]。茶叶中的化学成分归纳起来可分为水分(占鲜叶质量的75 %～78 %)和干物质(占鲜叶质量的22 %～25 %)两大部分，干物质又分为有机化合物和无机化合物。茶叶中主要有机化合物包括纤维素(24 %)、果胶质(6.5 %)、蛋白质(17 %)、咖啡碱(4 %)、多元酚类(22 %)、儿茶素(14 %)、酶(3 %)和有机酸(9 %)等。在有机成分中，茶多酚和各种茶色素及其二级代谢产物与茶叶的色、香、味和品质有关。如绿茶不经发酵，保持茶多酚的原来化学结构，其单体为儿茶素；红茶是发酵茶，茶多酚经过氧化后形成茶色素，其单体为茶红素、茶黄素和茶褐素。茶叶中的无机物约占茶叶干物质总质量的5 %，其中50 %是钾的氧化物，15 %是磷的氧化物和磷酸盐，还含有多种微量元素，包括Na、Cl、Ca、H、C、O、N、S、Mg、Mn、Cu、Fe、B、Si、Zn、Mo、Br、Ru、Sr、Gc等。

2 茶染料的提取及其染色原理和工艺

2.1 茶染料的提取

对于茶染料的提取，科研工作者做了很多尝试。黄旭明[6]分别采用了以下两种方法：将5 g商品茶叶加入500 mL蒸馏水中加热至沸腾，沸煮3 h后冷却、静置15 min并过滤，得到茶叶染液；或将5 g商品茶叶放入圆底烧瓶，加80 %乙醇100 mL，用索氏提取器提取3～4 h后将乙醇蒸馏去除，烘干得到茶染料，可用于制备染液和红外分析。李凤艳等[7]则将茶叶磨成粉末后按料液比1∶100配置混合液，在100 ℃恒温水浴锅中萃取1 h，静置冷却后取上清液作为染液。唐孝明[8]将茶叶磨成粉末后以100 mL蒸馏水分散，在pH8～9及30 ℃下浸提30 min，冷却、抽滤，蒸去溶剂，得到茶染料。

2.2 茶染料染色原理

茶多酚是茶叶中30多种多酚类物质的总称，包括儿茶素、黄酮类、花青素和酚酸四大类物质。茶多酚占干物质总质量的20 %～35 %，而在茶多酚总量中，儿茶素约占70 %，它是决定茶叶色、香、味的重要成分。儿茶素是茶溶液中的主要可溶性色素，结构复杂、分子差异大，包括表儿茶素(EC)、表没食子儿茶素(EGC)、表儿茶素没食子酸酯(ECG)和没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)，被确认为茶叶染色的主要着色成分。在一定条件下对羊毛进行染色，大约有三分之一的儿茶素被羊毛吸收。羊毛和儿茶素之间的发色团之间很可能属于静电引力结合[9]。

姚丹丹等[10]通过研究认为：天然茶染料上染棉织物时表现为Nernst型吸附，主要结合力为范德华力和氢键；上染阳离子改性棉织物时表现为Langmuir型吸附，主要以离子键结合。

杨诚等[11]发现pH4.1时茶多酚在蚕丝上的吸附等温线符合Langmuir-Nernst双重吸附模型，随着温度升高和茶多酚初始浓度增加，Langmuir吸附的比例减少，Nernst吸附的比例增加。茶多酚在蚕丝上的吸附属于放热过程，温度升高对亲水性较好的蚕丝来说其膨化程度增加并不明显，而茶多酚电离和氧化程度增加，亲和力降低，导致茶多酚在蚕丝上的吸尽率随温度升高而降低。

2.3 茶染料染色工艺

茶染料染色主要采用浸染方式。现以苎麻为例介绍几种不同的染色工艺[12]。

2.3.1 直接染色法

织物于40 ℃入染，浴比1∶20，缓慢升温(2 ℃/min)至100 ℃左右，保温染色80 min后降温、水洗、晾干。染色过程中可加NaCl促染。

2.3.2 预媒染色法

将织物按浴比1∶20在5 g/L的媒染剂溶液中浸泡15h以上，轧压后晾干，再按常规染色法进行染色。常用媒染剂有FeCl3、CuSO4·7H2O、MnSO4、Al2(SO4)3、CeCl2、LaCl3等。

2.3.3 同媒染色法

将媒染剂加入茶叶染液中，投入织物，缓慢升温至100 ℃左右，保温染色80 min后降温、水洗、晾干。

2.3.4 后媒染色法

将织物按常规染色法于100 ℃左右保温染色40 min后，在染液中加入媒染剂，继续 于100℃左右保温染色40 min。最后降温、水洗、晾干。

2.3.5 阳离子改性染色法

将织物用阳离子化剂改性后按直接染色法进行染色。

其他织物茶染料染色工艺和上述工艺相似，但具体的工艺条件需要做适当调整。

3 茶染料染色的研究进展

21世纪初，Deo & Desai[13]研究和比较了茶叶的水溶性萃取物对棉织物的不同染色方法，发现棉织物都可以染得棕色，染色产品水洗牢度和耐晒牢度良好，采用适当金属盐作媒染剂可进一步提高产品的水洗牢度和耐晒牢度，而且后媒染色法得到的织物颜色最浓，牢度也最好。

Kim[14]采用茶叶染液在不同媒染剂作用下对真丝织物进行染色，实验结果表明，除使用亚硫酸铁作为媒染剂时织物色泽为蓝色外，硫酸铜、硫酸铝钾和重铬酸钾等媒染剂产生的色泽趋于黄色调。不采用媒染剂直接染色和采用硫酸铝钾媒染剂染色织物的亮度和色泽相似，使用硫酸铜和重铬酸钾媒染剂染色效果相似。

于伯龄[15]也采用了直接染色法和预媒染法在茶染料溶液中染真丝。直接染色条件是：茶染料用量3 %(对纤维质量分数)，浴比50∶1，pH4～5，60 ℃始染，20～30 min升温至95 ℃，保温30 min。预媒染法分别用硫酸亚铁、重铬酸钾等媒染剂处理真丝后按常规染色法染色。实验结果发现，真丝得到自然柔和的棕色或黄色，皂洗牢度达到4级。

黄旭明等[6]通过浸染实验发现，茶染料能直接上染真丝纤维，但得色率和色牢度不好，色光也不丰富。铜盐、铁盐、铬盐等媒染剂可以提高得色率和色牢度，获得丰富的色泽，水洗牢度和干摩擦牢度可达4级或4级以上。

汪青等[16]研究了绿茶萃取液对涤纶织物的常温常压和高温高压染色法，发现以硫酸亚铁和氯化亚锡为媒染剂，在一定浓度和pH值下，可以获得不同色光的棕色系列，高温高压染色比常温常压染色得色较浓，同一媒染剂在不同条件下染色得色深度不同，色光变化不大，色牢度可达4级。

韩丽娟等[11]用红茶和边茶制备茶叶染液，用直接染色法对苎麻进行染色，认为红茶染苎麻的最佳工艺为茶叶用量50 %(对纤维质量分数)，促染剂NaCl质量浓度30 g/L，pH值为5，染色温度100 ℃，保温80 min；边茶染苎麻的最佳工艺为茶叶用量100 %(对纤维质量分数)，促染剂NaCl质量浓度40 g/L，pH值为5，染色温度100 ℃，保温80min。将织物用阳离子化剂STC-1进行改性后按常规染色法进行染色，上染率提高50 %～120 %，固色率提高30 %～190 %，染色牢度不变或略有提高。

韩丽娟[17]通过实验还制订出红茶染丝绸织物的最佳工艺条件，发现利用STC-6阳离子化剂对丝绸进行改性后用红茶染色，再用无醛固色剂WQG-2进行固色处理，上染率、固色率和各项色牢度都明显提高，抗菌性达到99.98 %。

贾艳梅[18]用茶叶染料对柞蚕/锦纶针织物进行染色，得到直接染色和媒染染色的最佳工艺条件，直接染色可获得较好的染色深度，皂洗和摩擦牢度达到3级或3级以上，经媒染剂处理后织物的K/S值明显提高，染色牢度略有提高。

李凤艳等[7]以硫酸亚铁为媒染剂，采用不同媒染工艺在绿茶萃取液中染棉纤维，结果表明，后媒染法对棉纤维染色效果最好，K/S值最大。同浴媒染法次之，预媒染法得色最淡。后媒染色中对染色深度影响的显著顺序为：染料质量浓度＞染色温度＞染浴pH值＞媒染剂用量。天然茶色素对棉纤维的铁离子后媒染法最佳工艺条件是：染料质量浓度10 g/L，染色温度100℃，pH4，媒染剂用量5 %(对纤维质量分数)。纤维素的羟基与Fe2+发生配位反应生成络合物。染色后棉纤维断裂强力略有下降，断裂伸长率有所上升。

唐孝明等[8]以硫酸铜为媒染剂，通过实验确定了茶染料对棉织物最佳染色工艺为：硫酸铜质量浓度12 g/L，染色温度80 ℃，染色时间100 min。染后棉织物干摩擦牢度达到4.5级或以上，湿摩擦牢度3级，皂洗牢度3～4级。张淑云[19]同样以硫酸铜为媒染剂，研究茶染料对棉织物的轧染工艺，得到最佳染色工艺为：硫酸铜质量浓度5 g/L，茶染料质量浓度1 g/L，二浸二轧，轧余率70 %，80 ℃预烘3 min，135 ℃焙烘2 min。染后棉织物干摩擦牢度达到4.5级或以上，湿摩擦牢度3.5级。

杨诚等[11]通过实验发现茶多酚在弱酸性介质和低温条件下对蚕丝具有更好的吸附性能。以硫酸亚铁或硫酸铜为媒染剂对蚕丝织物进行染色，可以得到较深的紫灰色和黄棕色。增加茶多酚和媒染剂的用量，并不能使织物得色量增加，因为金属离子与茶多酚之间的配位反应有限。蚕丝织物经媒染剂处理后染色牢度较高，可以基本满足实际生产要求，而且织物具有良好的紫外防护性能和防臭性能。

巫若子等[20]分别采用直接染色法和后媒染色法用茶叶染料对真丝织物进行染色，得到直接染色最佳工艺处方是：浴比1∶20、沸煮、弱酸(pH4～5)条件下染色60 min。在选取的6种媒染剂中，最适宜茶叶染色的是铜媒染剂，用量是14 %(对纤维质量分数)。媒染真丝机织物的K/S值较直接染色法显著提高，染色牢度略有提高。不同媒染剂对染色织物的色相影响显著，既造成颜色的不稳定性，同时也可利用此性质选择媒染剂以染得所需的颜色。

以上关于茶染料的染色工艺主要是实验研究，而孚日集团股份有限公司已经将茶染料染色初步用于实际生产。该公司的李泽舸等[21]采用儿茶素对丽赛/棉家纺面料按以下工艺流程进行染色：烧毛→退浆→煮漂一浴→丝光→卷染机染色→卷染机儿茶素处理→烘干→拉幅加软→预缩→成检，其中儿茶素处理的工艺处方和条件是：儿茶素用量1 %(对纤维质量分数)，柠檬酸用量0.4 %(对纤维质量分数)，pH6～7，温度30℃。具体的卷染工艺流程是：10 %媒染预处理剂处理→冷水洗2道→儿茶素处理4道→30 ℃温水洗2道→50 ℃酸性2道(柠檬酸1 g/L)→30 ℃温水洗2道→出布。织物经儿茶素处理后，不但具有持久的茶叶清香，而且具有亲肤、除臭、抗菌和防过敏等功能。该产品在使用过程中可对人体起到保健作用，符合人们追求绿色环保和高品质生活理念，是理想的新型家纺面料。

4 茶染料染色的优点及存在问题

4.1 茶染料染色的优点

中国茶叶种植面积广，产量大，在茶叶的制作环节中产生的茶叶副产品相当可观，将这些副产品和一些低档茶叶用于茶叶色素的提取可以提高茶叶的经济价值，合理开发和利用自然资源。茶染料染色可用于棉、麻、羊毛、蚕丝等天然纤维，也可用于粘胶、天丝、莫代尔等再生纤维，甚至用于涤纶、锦纶、维纶等合成纤维。茶叶染色产品具有宁静柔和的色泽、持久淡雅的清香，而且亲肤、除臭、防过敏, 尤其是抗菌性能优良[22-25]，特别适用于婴幼儿用品、床上用品、内衣及装饰织物。

4.2 茶染料染色存在的问题

目前，茶染料染色主要停留在实验室研究阶段，且侧重于染色工艺的优化和影响因素的探讨，而茶叶品种繁多，成分复杂，关于其染色过程的理论尤其是上染机理还不够完善。另外，茶染料上染率和固色率不高，染色牢度不好，通过使用媒染剂可以得到明显改善，但染色时间延长，而且媒染剂以金属化合物为主，易对环境造成污染，与茶叶生态染色的初衷相违背。茶染料染色用于实际生产还凤毛麟角。

5 结 语

茶染料染色具有独特的优点，通过科研工作者的不断努力，深入研究茶叶染色原理，制订最佳的染色工艺，开发高效、环保的媒染剂，茶染料染色将受到更多企业的关注，其产品也将受到更多消费者的喜爱。

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Progress of researches on dyeing with natural tea dyes

CHEN Xiu-fang

(Department of Textile Engineering, Anhui Vocational and Technical College, Hefei 230011, China)

This paper not only introduces classification of tea, its chemical components, the way to extract dye from tea, dyeing mechanism and technique, but also summarizes the progress of scholars' researches on dyeing of cotton, silk, ramie and Dacron with tea dyes. Especially, it analyzes the optimum dyeing condition of tea dye for each kind of fiber, color fastness tests and influencing factors. Besides, it gives some examples that dye is used for production. After being treated by tea dye, fabric not only has everlasting faint scent but also holds functions like skin-friendly feature, deodorization, antibiosis and antianaphylaxis. Therefore, in the process of application, it can protect human body, which accords with the concept that people seek for green environmental protection and high quality of life. Therefore, this kind of fabric is a new type of ideal home textile. In addition, it also analyzes the advantages of tea dye, such as deodorization, antibiosis and antianaphylaxis. Moreover, it also discusses existing problems like low dye-uptake and fixation as well as bad color fastness.

Tea dyes; Dyeing; Progress

TS193.6

B

1001-7003(2012)09-0013-05

2012-04-20

陈秀芳(1968－ )，女，副教授，主要从事染整技术专业的教学和生态染整技术的研究。