天然染料与合成染料染色布料几种性能比较

王语秋　刘语诗　李天雪　邓若瑜　潘源

[摘 要]本课题依据四项与布料染色性能相关实验结果及社会调查统计数据，从科学测试和主观判断两方面对天然染料与合成染料在实际应用中的差异进行评估。综合分析得出天然染料和合成染料对布料染色程度的影响并无显著差异这一结论。尽管如此，实验及调查中的一些其他发现仍值得关注并深入探究。

[关键词]合成染料；天然染料；染色性能；色牢度；防水性；可持续发展

当今社会，环境污染严重影响着人们的生活质量，人们更多地开始关注可持续性发展问题，其中天然染料替代合成染料已成为一种主流趋势。本研究通过对比天然染料和合成染料对布料染色性能的影响，对天然染料继续传承的必要性及其发展前景进行了研究，并从化学实验与社会调查两方面，通过色牢度、防水性、着色度、柔软度及防静电几个指标，对“舒适度”这一概念进行了初步量化表征。

织物耐皂洗色牢度指印染品的色泽抵抗肥皂溶液洗涤的牢度，即肥皂溶液对印染品上的染料产生的乳化作用和剥色作用，包括原样褪色及白布沾色两项；水渍色牢度指将织物在中性水中浸泡一段时间，引起染色织物颜色变化的程度，日常生活中常说的“掉色”，即是染制布料皂洗牢度、水渍色牢度差的体现；耐摩擦色牢度指染色样品与其他布料摩擦后，在其他布料上的沾色程度；防水性指织物阻碍水分子通过的能力，通过对试样外观与沾水现象描述的比较，确定织物的沾水等级，即可对防水性能做出相应评价。社会调查方面， 则通过调查受众群体感受四种不同布料，对舒适程度进行打分的问卷调查方式，达到将主观感受量化的目的。

研究表明天然染料和合成染料对布料染色性能的影响并无显著差异，但是综合考虑人体健康，环境保护，可持续发展等因素，天然染料更容易受到青睐。随着天然染料制作工序的逐步标准化，生产成本的逐步降低，天然染料的发展前景值得期待。

一、试验方法

1.试验样品

选取两种天然染料与合成染料染色的纯棉布料，即栀子染色布料（天然黄布料）、蓝靛染色布料（天然蓝布料）、黄色偶氮染料染色布料（合成黄布料）、蓝色偶氮染料染色布料（合成蓝布料），测试样品的染色牢度以及防水性能。

2.耐皂洗色牢度测试

每种类型分别选取两块测试试样，将待测试样品（40 mm×100 mm）正反面分別与两块贴衬（与布料测试样品同等大小的一块白羊毛布和一块白棉布）缝合在一起，称量试样质量，根据1：5的比例计算所需皂液质量（皂液密度认定与水密度相同），配置1升含5g皂片的溶液。称量5g皂片，倒入装有一升水的烧杯，加热、搅拌至全部溶解。将试样分别放进8个小钢瓶中，小钢瓶放入染色耐皂洗色牢度测试仪中，30分钟后取出试样，在去离子水中清洗两次，用手挤出多余水分。再将试样放在两张滤纸之间挤去水分，悬挂于室内常温常压下晾干、拆线，依据ISO105/A02-1993沾色灰卡，评定原样褪色和白布沾色情况。

3.水渍色牢度测试

每种类型分别选取两块测试试样，将待测试试样（40mm×100mm）正反面分别与两块贴衬（与布料测试试样同等大小的一块白羊毛布和一块白棉布）缝合在一起，将八块试样分别放进不同的铁罐中，并分别向罐中加入适量去离子水，玻璃棒使其完全浸没并翻转。然后，用镊子将每个试样从各个铁罐中取出，使用两根玻璃棒将试样中的水挤出，置于汗渍牢度仪上，在每个试样上盖上树脂片，重锤按压以固定，保持试样在汗渍牢度仪上受压为12.5 kPa。将此装置放入电热鼓风干燥箱，调节温度至37°C，处理3小时。取出试样，使试样与缝在两面的贴衬仅由一条缝线连接，晾晒在空气中使其干燥。干燥后，根据ISO105/A02-1993沾色灰的评判标准，织物和贴衬比对，所得变色级数数值越小，变色和沾色程度越严重，对应的水渍色牢度越差。

4.耐摩擦色牢度测试

首先准备两组80mm×250mm试样布料，在标准大气下调湿四个小时后，将试样固定在平台上，使试样长度方向与摩擦头运动方向一致，在平台和试样之间置入砂纸。将同样经过调湿后的白色棉摩擦布（50mm×50mm）平放在摩擦头上，加约10 N的重量后，使摩擦布经向与摩擦头运动方向一致开始摩擦试样，速度为每秒一个往复摩擦循环。另一组试验过程为，将白色棉摩擦布完全浸入蒸馏水中，使其含水量达到95%-100%，重复上述干布的试验步骤。摩擦布晾干后，用白色样卡评定摩擦布的沾色情况。

5.防水性测试

在进行防水性测试实验时，选取试样大小至少为180mm×180mm。根据图1所示喷淋装置组装实验器材；用夹持器加紧试样，试样正面朝上，且织物经向或长度方向与水流方向平行。将250毫升实验用水倒入漏斗，喷淋25至30秒。将夹有试样的的夹持器拿开，使织物正面朝下呈水平，然后对着一个固体硬物轻轻敲打夹持器，水平旋转夹持器180度后再次轻敲夹持器。最后，根据GB/T 4745-2012国家标准沾水等级描述 ，将沾水现象从整个试样表面完全润湿到试样表面没有水珠或润湿分为0-5个等级；通过对比沾水现象表述，对试样正面湿润程度进行评级。

二、分析与讨论

综合以上测试、结合社会调查得到的结果（社会调查数据见附录2），天然染料染色布料在实际应用上与合成染料差异不大。尽管如此，实验中的一些发现依然值得关注： 在水渍色牢度测试中，对比柱状图可知，两种颜色的合成染料都优于天然染料。但是，在另外两个色牢度测试实验中，合成染料和天然染料在性能上却差异较大。观察耐皂洗色牢度测试所得数据， 合成染布料虽然在变色等级上明显高于同种颜色的天然染布料， 但在白棉布沾色等级上，天然染布料明显高于合成染料。通俗来讲， 天然染料虽然易脱色，但是比起合成染料，不容易沾染其他布料。

从人体健康的角度考虑， 天然染料或许是更优的选择。 据凤凰网报道，2012年11月， 国际环保机构——绿色和平国际最新的一项调查发现，全球20家时尚品牌的服装在生产过程中使用了有毒有害的染色剂， 包括Armani， CalvinKlein， Esprit， Gap， H&M， Marks&Spencer， Only， TommyHil-figer， Vancl， Veromoda， Victorias Secret， Zara等国际品牌。被滥用的有毒有害染色剂会在日常穿着中悄然释放于穿者皮肤，当释放量超过一定限度，穿者将会被染上呼吸道及皮肤炎症，并且这也是一种过敏原，轻则使皮肤过敏，重则影响内脏，甚至可能致癌。因此合成染料具有一定毒性并有可能危害人体健康的言论并非空穴来风。合成染料之所以具有毒性，缘于合成染料多是煤焦油提取物，反之，天然染料多来源于植物和动物，例如本实验中所选用的栀子染料，是通过栀子果实晒干后浸水达到十二个小时得到，因此鲜见毒性。

三、结论

从可持续发展的角度来看， 合成染料染色残液处理一直备受指责，因其成分复杂，毒性无法辨识清楚，如果排污不当或不慎泄露都将会造成水域污染。2012年12月，山西天脊煤化工集团股份有限公司发生过一起因输送软管破裂导致的苯胺泄漏事故。事故导致山西河北两省河道污染，被迫停止人畜饮用水。虽经过近一个月的抢修，水域污染被暂时控制，红旗渠等部分水体仍存在苯胺等因子超标问题。此事件中泄露的苯胺便是制作多种合成染料的原料。因此可见，有毒的合成料染色残液一旦处理不当就会对天然、对人体造成不可挽回的伤害。而天然染料则在此方面具有很大优势，因其来源于植物或动物，无毒害，具有可生物降解性，因此，天然染料染色残液不需复杂处理，不会危害生态环境。

天然染料的发展还存在成本昂贵，生产工序难以标准化等问题，但是，随着科学技术的发展，情况已经有所改观。在欧洲天然染料已经开始批量生产、应用，荷兰的Rubia Pigmenta Naturalia以及法国的Couleurs de Plantes公司已经将从天然植物中萃取的液態或粉末状染色剂应用于生产，过程与合成染料相类似。随着天然染料制作工序的逐步标准化，生产成本的逐年下降，天然染料的发展前景值得期待。

参考文献：

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