天然矿植物染料在藏毯染色工艺中的应用研究

2018-10-17占堆郭秋霞李锋莉巩凡

西藏科技 2018年9期

占堆郭秋霞李锋莉巩凡

（西藏大学经济与管理学院，西藏拉萨 850000）

按照目前的行业发展情况来看，藏毯的原料主要是的“藏系绵羊”的羊毛，这种绵羊生长在海拔3000米以上高寒地区，为青藏高原所独有，藏毯产业界有一个观点，就是从原材料角度来讲，“藏系绵羊”的羊毛是织做藏毯品质最佳。“藏系绵羊”的羊毛具有纤维粗长，弹性好，光泽亮丽，抗酸腐蚀性较强，所以被行业界认为是织做藏毯的最佳原料。但多年来，在西藏的产值却一直不高，发展缓慢，而与西藏相邻的青海省的藏毯出口额远远高于西藏，虽然青海、西藏同属于藏族文化圈，且青海藏毯和西藏藏毯在生产工艺、技术、原材料选取方面非常相似，但是国内外的藏毯市场竞争中，相对西藏藏毯而言，青海藏毯则占据了竞争优势。在这种条件下，西藏要想提高竞争优势，则需要在藏毯的生产流程中做出创新，而文章就是希望通过改进染色工艺来增强西藏藏毯的竞争实力。

研究和开发天然染料的提取和应用工艺很有必要，特别是综合利用植物的叶、花、果实及根茎，利用其他工业生产的废料来提取天然染料更具有现实意义作为合成染料的部分替代或补充是有价值的，尤其是用天然染料开发一些高附加值的纺织品更具有广阔的发展前景［1］。随着人们环保意识的增强以及对产品需求的激增，我们应该加快对天然植物染料的开发，以求在迅猛发展的生态染色技术领域中跻身于先进行列。［2］青藏高原有着丰富的天然矿、植物染料资源，面对来自全球回归自然的呼吁和要求，如果能够利用这些资源进行天然染料的研发与试制，并使之用于藏毯绵羊毛的染色，将会给藏毯产业带来巨大的产品附加值［3］，也会给西藏带来明显的经济效益和社会效益。因此，研究天然染料的提取及其对藏毯染色工艺进行改良具有深远的现实意义。

1 相关研究文献综述

1.1 国外研究综述

在藏毯产业研究方面。国外对藏毯产业的研究的历史比较悠久，最具代表的国家是尼泊尔。尼泊尔的藏毯产业发展的比较成熟，具有固定的产业模式和稳定市场，藏毯研究重心已由产业发展转向藏工艺流程的创新再造，在藏毯的开发设计上已经实现了IT化，细化藏毯生产工艺流程，形成了难以模仿的手工洗毯工艺等，其研究成果显著。目前，尼泊尔对藏毯工艺和产业化运作的研究深度都达到了世界领先水平，其藏毯的产销量位居全世界第一。

而其他国家对天然植物染料的染色工艺也都进行过研究，如印度、日本、韩国、美国、意大利等。近几十年来，日本开发了数十种天然植物染料，很多公司和研究机构都推出了植物染料染色工艺，比如日本大和染工株式会社推出“草衣染色”，产品主要用于瑜伽健身服，推出“靛蓝印花”，把天然染料应用到印花工艺中。［4］东京大学生物技术系的研究人员利用基因群手术法对大肠杆菌菌株的改良进行了研究。［5］韩国庆北大学纤维工程系的TaekyeongKim教授和韩国Catholic大学SinheeKim教授分别通过使用抗坏血酸、五倍子酸、茶多酚等天然化合物对天然染料的耐晒牢度提升进行了研究。印度研究人员先后开发用杨树皮和凤仙花提取的染料，并对杏树叶染纱线、Babool皮染锦纶和茶叶染羊毛进行了研究和开发。并且在利用超声波和微波在媒染剂存在的条件下，对棉织物进行了天然植物染料染色实验，采用印度植物neem作为染料，在超声波条件下对棉织物进行染色。其他国家如意大利、美国在天然植物染料染色领域颇有研究，主要研究集中在天然植物染料的开发及毛织物、丝织物天然染料染色工艺。［6］

1.2 国内研究综述

西藏藏毯2000多年的悠久历史，其发展源远流长。藏毯产业是西藏自治区重点支持的特色产业之一，也是西藏民族手工艺中的一朵奇葩。［7］从史资料记载看，早在元朝时期藏毯的发展就相当繁荣。据《年曲琼》的藏文文献中记载，在元初时，萨迦法王八思巴担任了大元帝师，江孜地区家家有织机，处处闻织声，商铺林立，卡垫业兴旺，生产蒸蒸日上。在《萨迦世系史》中也说到：在公元1215年，八思巴带了大量精美的江孜卡垫作为贡品的一部分去京都朝见忽必烈皇帝，江孜卡垫受到了京都人士的极大欢迎，并博得了“藩人精品”的美誉。［8］

西藏藏毯产业取得较快的发展是在改革开放以后。1984年，第一本有关藏毯的专著《西藏仲丝》出版，介绍了西藏藏毯的发展历程和工艺特点等内容，但并未涉及藏毯的产业化发展。1994年全国农业区划委员会办公室苏大学等人，对生产藏毯原料羊毛的西藏草场资源面积与其他省市优势进行了研究。目前西藏自治区政府把包括以藏毯为代表的民族手工业列为自治区特色产业，并加以大力支持，但总体上西藏藏毯产业还处于起步阶段，与青海等藏毯产业强省差距甚远。

在天然植物染料染色和色素提取方面，中国也有很多公司对其进行了很多研究。中国在天然染料染色方面成绩斐然，北京铜牛纺织有限公司推出了利用天然植物染料染色的“铜牌牛”系列童装：江苏三毛集团也应用植物染料制备高支天素丽环保型高档面料，效果较好；海澜集团和东华大学纺织学院承担的国家863高新技术项目“天然染料制备及其在生态纺织品开发与羊毛清洁生产中的应用技术”，运用现代技术对传统植物染料的染整工艺进行改革，使之符合产业化的要求此项目完成色卡306种，达到了产业化水平。上海杰之境染料有限公司是中国目前最大的天然植物染料加工企业开发的植物染料从植物中撷取色素运用民间工艺，注入新的科技，采用现代化先进的生产设备及质量监控仪器和手段，确保产品质量稳定可靠，达到植物染料产业化，产品主要有毛、丝、棉系列用天然植物染料，染料有液体和粉末两种，现已开发50多种色谱。

1.3 国内外研究现状评述

由于藏毯具有很强的民族性与地域性，所以关于藏毯的研究与地区产业的发展有着密切关系。当前在一些藏毯产业发展相对较好的国家和地区，都比较关注藏毯及其相关产业的发展。从整体的情况来看，目前一些国家和地区对藏毯的研究大都还处于初级阶段，其研究成果较少，且大都属于比较零散的，不够深入，缺乏针对性，系统的研究成果更少，创新性发展的专项研究成果与论文还存在空白，特别是西藏当地的科研机构、专家学者对藏毯产业的发展研究重视程度不够。

2 研究方法及资料处理

2.1 研究方法

该研究主要采用实验研究法。自2010年4月以来，我们开展了天然矿物颜料（部分）和植物染料原材料的文献资料进行搜集、对老艺人访谈和实地调研工作，先后派专人到山南隆子县、日喀则、江孜、林芝等地进行了实地考察和染料样本的搜集工作，掌握了传统矿、植物染料的染色秘方和大量的访谈资料以及文献资料，采集了核桃皮、巴天酸膜、蓝靛（矿物）等8种植物、矿物颜料的样本，专门从尼泊尔聘请专家进行长时间的实验，与科研机构、藏毯企业、CGQ地毯厂、西藏大学等进行联合实验与生产。

2.2 资料处理

天然植物染料染色主要是利用树皮、叶、根、果实、花、茎等部分色素而进行染色的方法。天然植物染料可分为类胡萝卜素类、蒽醌类、萘醌类、类黄酮类、姜黄素类、靛蓝类、叶绿素类等。其中，类黄酮类色素化合物是植物界分布较广泛的一大类天然多酚性化合物，主要分布于植物的花、果、茎、叶中，包括各种衍生物，已发现有数千种，是一种重要的天然染料。从植物染料的染色工艺上来看，有些天然植物色素易溶于水，可直接染色；而有些植物色素需要用媒染剂固定；还有一些植物色素甚至不溶于水，须利用其对酸、碱性溶液的溶解度不同而固着在纤维上。由此可见，不同植物染料间色素的性质差异较大，而同种植物染料的性质也有一定差异。根据西藏藏毯传统的染色经验，按照就近取材的原则，我们主要进行了如下几种材料的染色实验。

西藏是中国核桃主产的主要地区之一，具有非常悠久的桃种植历史。西藏核桃具有五大特点：一是在西藏地区分布广泛，从西藏东部到西部，从南部到北部，从海拔1000多米到4000米均有分布；二是核桃种类丰富；三是核桃树龄比较古老，树龄100年以上者极多，甚至有的树龄超过千年；四是核桃产量高，单株可产250公斤，甚至达500公斤；五是含油高，含油量达到了76%.而且新鲜的核桃皮中含有大量的色素，是西藏藏毯传统工艺中的主要的植物染料之一。［10］

3 色素提取试验过程及研究成果

3.1 色素提取试验过程

西藏的矿植物受高原气候的影响，矿植物中所含色素的化学成分及色素的性能和其它地方有很多不同之处，提取并测定天然矿植物中所含色素，确定其化学性质，并根据化学性质推广其应用，对人们了解并应用色素有重要的意义。为此选定蓝靛、核桃皮和大黄来测试色素提取，同时研究其性能和应用。其目的：一是提取选定矿植物中的色素；二是改进传统染色工艺；三是确定提取色素和改进染色的工艺，并留下文字资料供参考。

根据前期资料准备和原材料准备情况，从尼泊尔聘请了染色方面经验丰富的专家，充分利用先进的现代染色机械设备，结合传统的染色经验和相关专业人士、老艺人的现授，成功实验出了极具特色和创新的成果。

3.1.1 矿物染料染色实验流程。矿物染料的染色实验中，结合西藏藏毯传统的染色经验，从尼泊尔聘请藏毯染色专家，主要是对藏毯传统染料蓝碇进行了实验，其染色流程为：蓝碇粉碎→加水→添加一定量的羊毛脂→发酵（2-3星期，期间每隔3-4天进行碾磨）→发酵并碾磨好的溶液→加被染织物。

3.1.2 核桃皮中的色素提取。在经过考察及调查、讨论后，决定先采集西藏地区具有代表性的植物——核桃。根据已有的生物常识和化学实验知识，选择其富含色素器官中代表性的部分——核桃皮，用化学实验方法溶解、过滤、减压蒸馏等提取其中所含色素，并作进一步的化学特性分析，确定其性质，推知其实际应用。

3.1.2.1 提取方法及过程

①采集新鲜核桃皮样品并进行预处理。经过考察、讨论，决定采用生长于西藏林芝的核桃树，用新鲜核桃果实皮样品，将新鲜核桃皮样品清理洁净，将此样品装于保鲜袋中，放置于实验室的阴暗避光处进行保存待用。

②称取定量的新鲜核桃皮样品。使用“马头牌”称取500g新鲜带水分的核桃皮样品。

③将500g新鲜带水分的核桃皮样品粉碎。

④用纱布挤出经粉碎后的核桃皮质中的质液，并放置于阴暗处保存待用。

⑤对用纱布挤出的核桃皮质液进行减压抽滤、液液萃取、减压蒸馏、吸光度测定等实验操作，并记录实验数据，做吸光度特性曲线图，并分析；最后得其吸光度曲线图如图1。

图1 核桃皮质液吸光度特性曲线图

由图1可知此称量样在304nm波长时具有最大吸光度值0.614。

⑥对用纱布挤出质液后经干燥的固体进行粉碎、固液萃取、减压蒸馏、吸光度测定等实验操作。

经放置和多次观察后，最终观察并统计到的试管架上各样品管中固液萃取实验的现象，记录如表1。

表1 各类核桃皮色素萃取剂的实现象统计表

对所用的药品试剂部分标签数据统计如表2。

表2 核桃色素萃取剂的选择实验

通过以上对萃取剂的选择实验，可知用CCl4萃取的物质在CCl4中颜色为深黄绿色。由以上分析及对实验室药品现有存量、药品的性质以及对实验环境的安全考虑，最后选择使用四氯化碳（CCl4）作为萃取剂。

⑦对用纱布挤出质液后经干燥的固体进行固液萃取

实验现象和实验过程记录如下：

根据已有的实验知识，决定使用Soxhlet提取器，用四氯化碳（CCl4）作为萃取剂，进行固液萃取,并记录实验数据，做吸光度特性曲线图，并分析；最后得其吸光度曲线图如图2。由图2可知此称量样在330nm波长时具有最大吸光度值0.13725。

图2 用四氧化碳作为萃取剂萃取核桃皮色素的吸光度特性曲线图

3.1.2.2 实验结论。比较用两种试剂萃取所得到的样品的吸光度值，溶于水的后经过一系列实验操作所得固体的样品在304nm波长时具有最大吸光度值0.614 ，而溶于CCl4后经过一系列实验操作所得固体的样品在330nm波长时具有最大吸光度值0.13725。由此可知，用不同的萃取剂萃取核桃皮中所含色素，会得到不同组成的色素，他们的化学性质不同（即具有不同的吸光度）；核桃皮中的色素应该为一种混合物质，并不是单一组分。

3.1.3 大黄中的色素提取

3.1.3.1 天然色素的提取方法。色素提取方法主要有：溶剂萃取法、酒精萃取法、水萃取法、超声波萃取法、超临界流体萃取法、树脂或硅胶和氧化铝吸附法等。

3.1.3.2 实验用的材料

①采样：本次试验采用的样品是青藏高原比较普遍的植物——大黄。

②清理：新鲜大黄含有水分，将含有的灰土洗净，进KX-YHG500型恒温干燥箱（设温：87℃）干燥（尽力保护色素）。

③研碎：用布袋将其包好，用小锤子将其砸碎（防止大黄细粉掉落在盆外），小块的大黄磨制成了粉末状。

④选择大黄色素提取的萃取剂

用药勺依次取大约1g的4步骤中的大黄粉末分别装入12支试管中（前7支为试样管）标号1-12，如表3。

表3 大黄色素萃取剂的选择与实验现象

⑤萃取：酒精萃取法一般是将大黄的根经机械粉碎或压榨，再注入素氏脂肪提取器的滤纸套筒中，并加酒精，经加热回流，循环不止，直至大黄色素大部分提取完，大黄由黄色变为白色，将色素萃取到酒精溶液中。将溶液经浓缩方法分离大部分酒精溶剂后做色谱实验来进一步提纯。

⑥色谱实验来提纯：该方法一般用于色素的精制处理，其机理为带孔的氧化铝或硅胶吸附色素，然后再经洗脱剂解吸进一步提纯色素。我们大黄色素提取方法为：大黄色素用酒精提取，然后经氧化铝或吸附硅胶提取后，淋洗，再经乙醇解吸，将解吸液减压浓缩，蒸空干燥后得大黄色素。

过柱时观察到的现象：色谱柱内有3种色带，由高到低分别是紫色，粉色，黄色。黄色的原因猜想可能是Al2O3和大黄色素反应。用HF硅胶过柱的颜色有两种：深棕色和淡橘黄色。用Al2O3过柱颜色只有一种为橘黄色，如图3、图4。

图3 大黄经AL2O3过柱后的最大吸光度曲线

图4 大黄经HF过柱后的最大吸光曲线

3.1.3.3 性能试验。利用722N可见分光光度计测量上述三支试样管内色素的吸光度及波长。

3.2 研究成果

3.2.1 染色工艺。根据传统手工染色经验，精确定量各类所需的植物染料、水温、水量等的具体当量，把碾碎的染料浸泡24小时以上，待染料溶解之后，用滤纸滤掉剩余杂质，之后对无杂质的染料溶液进行定量，混入一定量的草酸等酸性物质于染料溶液中，选取一定量的待染毛线，依照现代机械设备的染色流程进行染色，被染毛线的色泽和色度一般比较稳定，而且洗涤过程中不掉色，克服了传统染色方式的不足。

3.2.2 颜色名称与主要原材料。利用现代染色设备，结合传统染色经验，已经成功研制出新型的染色工艺和产品。

①艾莉丝蓝（Alice blue），主要原料：蓝碇+脱色剂；

②道奇蓝（dodger blue），主要原料：蓝碇；

③亮蓝色（light blue），主要原料：蓝碇；

④白杏色（blanched almond），主要原料：核桃皮+狭叶红景天；

⑤珊瑚色（coral），主要原料：木通（三叶木通）；

⑥烟白色（whitesmoke），主要原料：余诃子+草红花；

⑦鹿皮色（moccasin），主要原料：余诃子+狭叶红景天；

⑧柠檬绸色（lemon chiffon），主要原料：余诃子+藏青果+狭叶红景天；

⑨粉红色（pink），主要原料：木通+核桃皮+枝状地衣；

⑩亮粉红色（light pink），主要原料：狭叶红景天+木通（三叶木通）；

⑪米色（beige），主要原料：蓝碇+kasrik（一种白色乳胶体，产于尼泊尔，学科名不详）；

⑫茶色（tan），主要原料：核桃皮+狭叶红景天+枝状地衣；

⑬桃色（peach puff），主要原料：余诃子+狭叶红景天；

⑭米黄色（Cream-coloured），主要原料：红茶叶；

⑮暗肉色（Dark salmon），主要原料：枝状地衣+木通+盐碱土+狭叶红景天；

⑯橙黄色（Orange），主要原料：狭叶红景天；

⑰深印第安红（Dark Indian red），主要原料：盐碱土+三叶木通；

⑱姜黄色（雌黄）（Turmeric），主要原料：藏青果；

⑲暗秘鲁色（Dark Peru），主要原料：枝状地衣+余诃子；

⑳实木色（burly wood），主要原料：西藏巴天酸模。

3.2.3 色素与产品样品。目前已经成功从核桃和大黄中萃取了色素，同时依托青藏高原的矿、植物染料，利用现代染色工艺和染色机械设备，完成了编织藏毯所需绒纱的染色工艺，并由CGQ地毯厂编织出了纯天然的手工藏毯新产品样品，该样品有编制获得2014年藏毯博览会金奖。

4 研究结论

天然染料的行业标准是许多专家关注的问题，但现在没有一个行业标准来检验生态产品。但通过本研究，对于藏毯来讲，天然矿植物染料有其广阔的发展空间。

4.1 使西藏传统矿植物染色方法与现代染色工艺完美结合

经过本研究的实验，证明可以将西藏传统矿植物中的色素，借助现代仪器和机器设备提取出来，形成纯度极高的无杂质的染料溶液，在依照现代机械设备的染色流程进行染色，被染色物的色泽和色度都比较稳定，而且洗涤过程中不掉色，克服了传统染色方式的不足。

4.2 利用丰富的天然矿植物染色减少了对生态环境的破坏

青藏高原蕴藏着丰富的矿植物染料资源，由于西藏独特的地理位置，矿植物中所含色素的化学成分及色素的性能和其它地方有很多不同之处，利用这些资源进行天然染料的研发与试制，并使之用于藏毯绵羊毛的染色，既会给西藏带来明显的经济效益和社会效益，又因利用矿植物染料资源进行染色减少了对生态环境的污染和破坏，且这种色素提取带来的环境损伤可以在短期内恢复，从而带来巨大的环境效益。

4.3 依托天然矿植物染色工艺，开拓西藏藏毯新的细分市场

目前用于藏毯羊毛染色的染料大多是合成染料，很多被证明对人体有危害。在绿色环保和回归自然的理念倡导下，采用天然植物染料作为藏毯染色剂，其无毒、无害、与环境友好、生物降解性良好等特性极大的提升了产品附加值，满足了消费者绿色时尚的消费需求，另外，天然矿植物染色又能体现藏民族的传统文化和理念，提升了文化价值。这些促进西藏藏毯市场细分，避免鱼目混珠的不良现象，形成西藏藏毯产品市场健康发展的态势。

4.4 在降低染色成本的同时可以提高成品的销售价

西藏藏毯产业存在着规模小、利润低，传统工艺流程复杂，还有高投入、高成本、高消耗、低水平、低效益的三高二低的问题。采用天然矿植物染色工艺，可以从染色原料、染色工艺上大幅削减染色成本，降低染色投入和消耗。另外，天然矿植物染色体现的绿色时尚，健康和环保的消费理念，以及藏民族的传统文化和理念的凝聚，使其市场潜力巨大。因此，保守估计，其销售价可以在现在的基础上，至少上浮150%。