天然植物染料染色的进展研究

王高阳，黄 昊，任 燕，徐成书，袁照森

（西安工程大学 纺织科学与工程学院，陕西 西安 710048）

0 引言

染料行业市场中，合成染料凭借其鲜艳色泽、优异色牢度和高生产力被广泛使用，但其日益突出的健康与环境问题，使其发展逐渐受限。在印染行业以“绿色环保”为发展主题的今天，天然染料凭借其无毒无污染、可生物降解等优点，回到人们的视野，成为印染行业研究的一个重要方向。

天然染料的来源包括植物、动物、矿物以及微生物，其中植物染料凭借其种类繁多和来源便捷等特性成为了主要研究方向。植物染料可通过水提取法、有机溶剂提取法、超声波提取法和超临界CO2提取法等方法从植物的根、茎、叶和果实等部位提取。目前，天然植物染料在应用于蛋白质纤维、纤维素纤维和合成纤维的染色加工过程中已经取得了一定的研究进展。

1 天然植物染料染色的研究进展

虽然天然植物染料染色的纺织品具有天然、环保的优势，但仍存在色谱单一、染色牢度差、染料利用率低等现实问题。针对上述问题，天然植物染料染色的研究主攻于新型天然植物染料的提取、染色工艺的优化以及染色性能和色牢度的提升等3 个方面。

1.1 蛋白质纤维的天然植物染料染色

1.1.1 蚕丝纤维的天然植物染料染色

在染料提取方面，赵航等[1]以超声振荡水提取法对黑枸杞色素进行提取，再配合后媒法染色，当媒染剂采用硫酸铝钾时染色效果最佳。彭文芳等[2]采用超声波蒸馏水提取法提取咖啡渣色素，以提取液吸光度为指标，探究了影响咖啡渣色素提取效果的因素，在温度80℃，时间80min，咖啡渣质量分数15%，超声波功率250W 时提取效果最佳。再以咖啡渣色素提取液对桑蚕丝直接染色，在温度60℃，时间60min，提取液用量3%，染色pH 值4 时，染品各项色牢度可达到服用要求。从文献可知，相比于传统沸水提取色素，超声波提取效率更高，提取时所需温度不高，能够保护色素；提取具有药用价值的色素时，也能够对易水解或遇高温不稳定的中药成分起到保护作用，为赋予织物保健作用提供可能性。

在植物染料染色方面，虽然它对蛋白质纤维有一定的亲和力，但稳定性和重现性差，染料结构易受外界环境因素的影响而发生变化。宋慧君等[3]探究了直接染色和媒染染色工艺条件对栀子蓝色素染蚕丝织物染色性能的影响。研究得出了最优的预媒染色工艺，同时还发现随着媒染剂种类的不同，染色后织物的蓝光会有差别，并且采用媒染染色可以提高蚕丝织物的色牢度。王荣等[4]进行了鲜茧丝织物的核桃青皮天然染料染色，采用同浴媒染法，染料用量4%时，媒染剂硫酸亚铁用量5%，染浴pH 值3，90℃下染色60min 的染品，与直接染色工艺相比，其各项色牢度均能够提升至4 级以上，且具有较好的颜色特征值。Yunjie Yin 等[5]分析了商陆科植物天然染料对丝织物染色性能的影响因素，发现当染色温度30℃时，染色丝织物的K/S 值仅为6.3，使用媒染剂SnCl2后，K/S 值增加了14.3%。同时，与直接染色法处理织物的牢度相比，金属媒染剂的参与可使耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均提升至4 级以上。总体而言，使用天然植物染料染色时，要想获得较高的染品品质，仍需借助金属媒染剂来实现。但金属媒染剂仍存在环境问题，这使得绿色环保新型媒染剂的开发备受关注。

1.1.2 羊毛纤维的天然植物染料染色

羊毛织物天然植物染料染色的研究，主要集中在从不同天然植物中提取色素，以丰富天然植物染料的种类。张林龙等[6]采用水提取法提取落葵浆果天然染料，并对羊毛织物进行媒染染色，染品颜色深度较好，且会随着媒染剂种类的不同而呈现出不同的颜色。Mohammad Mirjalili 等[7]通过索氏提取器以乙醇溶液为介质从黄木犀草中提取天然植物染料，采用柱色谱法、薄层色谱法（TLC）、核磁共振法、质谱法、红外光谱法对提取的染料进行了表征，并用于羊毛织物的染色。结果表明，从黄木犀草中提取的天然植物染料对羊毛织物染色的各项色牢度较好，使其替代合成酸性染料具有较大的可能性。

近年来，为迎合植物染绿色环保理念，研究主要集中在泡沫染色、超声波染色等新工艺的探讨。何佩峰等[8]进行了羊毛织物的茜草/姜黄复配泡沫染色，讨论了茜草、姜黄两种染料的配比及媒染剂对泡沫染色羊毛织物性能的影响，结果表明拼色染料的用量及配比、媒染剂种类都会影响泡沫染色织物的色深值，其中媒染剂CuSO4比FeSO4对染品色牢度的提升更明显，但匀染性略差。研究也有主要集中在采用纤维改性、等离子体预处理等提高染色性能的探讨。Jie Liu等[9]对羊毛织物进行壳聚糖改性引入氨基，在显著提升了商陆浆果天然植物染料在羊毛织物上的染色性能的同时，织物抑菌性也显著提升。Jelena Peran 等[10]研究了以氧等离子体预处理后羊毛织物的石榴皮天然植物染料染色和抗菌性能。研究表明，氧等离子预处理能够改善羊毛织物的亲水性、机械性能（拉伸强度和断裂伸长率）和染色性能，提高天然石榴皮染料在羊毛织物上的得色率和色牢度。同时，染品能够对金黄色葡萄球菌表现出较强的抗菌性，提高了染品的附加值。

1.1.3 蛋白质纤维染色展望

天然植物染料在蛋白质纤维中的染色亟需新工艺、新方法的研究，但若想在市场上占据一席之地，保证染品质量的前提下仍需兼顾生产成本、环境保护等问题。

1.2 纤维素纤维的天然植物染料染色

1.2.1 棉纤维的天然植物染料染色

因为天然植物染料对纤维素纤维的亲和力不高，为拓宽染料种类，徐静等[11]采用90%的乙醇溶液作为提取剂，提取葡萄皮中的花青素用于棉织物的染色，染品的各项色牢度均能满足服用要求。Shaukat Ali 等[12]对指甲花天然植物染料进行碱性提取，并对棉织物进行直接染色。结果表明，碱性条件下提取的染料对棉织物染色可获得更好的颜色深度。

为提高天然染料的利用率，有研究采用棉织物改性的方法以提升染品染色性能和色牢度。宋磊等[13]将自制的磁性壳聚糖/聚多巴胺溶胶用于改性棉织物，并采用从葡萄籽中提取的花青素对改性棉织物进行染色，改性后的棉织物具有较好的染色效果、抗紫外线性能和断裂强度。唐焕林等[14]合成了一种含有环状疏水结构、阳离子结构和反应性结构的天然植物染料促染剂MA-1，将其用于天然植物染料对棉织物的染色。结果表明，经MA-1 改性处理后的棉织物用天然植物染料染色时，可获得较高的上染率和较好的耐皂洗色牢度。但改性后织物的色光也会发生不同程度的变化。为避免色变，Xiaofei Ma 等[15]进行了超声波辅助纯棉织物超低浴比天然姜黄染料染色研究，发现在低温（40℃）低浴比（1∶5）条件下利用超声波辅助染色的织物K/S 值，比在高温（90℃）高浴比（1∶20）下未用超声波辅助染色的织物K/S 值提高了约43%，且有助于获得较好的干、湿摩擦色牢度。Urooj Baig 等[16]进行了万寿菊天然植物染料对丝光棉织物的超声波辅助染色，不仅棉织物的K/S 值较好，且染色节水16%，氯化钠用量降低了14%，染色能耗也有一定程度的降低。

1.2.2 麻纤维的天然植物染料染色

天然植物染料用于麻纤维染色的研究相对较少，因为麻纤维中纤维素含量低且杂质多，染色性能较差。研究常采取对麻纤维改性及结合媒染染色的方法来改善产品的质量。司舒童等[17]通过10%用量阳离子改性剂对亚麻织物进行改性后，采用丁香对改性处理后的亚麻织物进行媒染染色后发现，染品兼具优异色牢度和抑菌效果。裴家凤等[18]采用超声波法从黄连中萃取染料并对苎麻机织物进行上染，发现染品的耐皂洗色牢度和耐磨擦色牢度均得到提升。

1.2.3 纤维素纤维染色展望

纤维素纤维与天然植物染料的亲和力不高，要想获得较高的染品质量，通常要借助纤维素改性、超声波或其他辅助工艺以增加染料的上染率。

1.3 合成纤维的天然植物染料染色

随着合成纤维面料的高档化，合成纤维天然植物染料染色的研究也越来越多。Monthon Nakpathom 等[19]探讨了用红木种子提取天然植物染料对涤纶进行高温染色的可能性，染后的涤纶织物具有橙色调，并表现出优异的色牢度。Hajera Dhahri 等[20]采用索氏提取法从枣核粉末中提取天然植物染料，对改性腈纶织物进行染色。Khaled Elnagar 等[21]利用紫外线/臭氧预处理涤纶和锦纶织物，以提高姜黄和藏红花天然植物染料对这两种织物的染色性能。经紫外线/臭氧预处理过的涤纶和锦纶织物对姜黄和藏红花天然染料的亲和力得到提升，且染品的耐皂洗色牢度和耐光色牢度也得到改善。

可用于合成纤维织物染色的天然植物染料种类有限，且合成纤维结晶度高，染色难度较大。染色时，需进行染料的筛选并配合织物改性等其他工艺，改善织物与天然染料间的亲和力，以改善染品的综合质量。

2 结语

近年来，随着染料行业“绿色清洁”的发展趋势，天然植物染料以其无毒无污染、生态相容性好等优点成为了印染行业研究的一个重点方向。针对天然植物染料在蛋白质纤维、纤维素纤维和合成纤维染色上存在的诸多问题，研究学者通过筛选和优化天然植物染料的提取工艺、筛选媒染剂、优化染色工艺、织物改性、超声波辅助等路径，逐步改善了天然植物染料利用率低、重现性差、色牢度低等问题，提升了天然植物染料所染纺织品的综合质量。随着对天然植物染料研究的不断深入，必将会实现天然植物染料的工业化应用，使纺织产品的染整加工更加符合“绿色印染”的发展主题。