天然染料分类及应用
| 日期：06-04-21 10:22:44 编辑：亚洲纺织联盟网 |
1 引言： 近年来，由于人们环保意识和自身保健意识的增强，消费者对天然染料的兴趣日益增长。服装在前期生产过程中如果使用不当的染料,很可能给穿着者带去致癌的危险。天然染料染色的特点是：除了色相自然外，有些植物如茜草、靛蓝等，利用从其中提取的天然染料染色的织物还有防虫和杀菌作用，加上天然染料染色物自然的芳香，其织物倍受消费者的青睐。天然染料虽不能完全替代合成染料，但它却在市场上占有一席之地，并且越来越受到人们的重视。 2 天然染料的分类： 根据英国染料和染色家协会给出的定义，天然染料是指从植物、动物或矿产资源中获得的、很少或没有经过化学加工的染料。 2.1 按来源分类 天然染料根据来源可分为植物染料、动物染料和矿物染料，其中以植物染料为主。矿物染料是各种无机金属盐和金属氧化物，主要有棕红色、淡绿色、黄色、白色，经过粉碎混拼后可得20多个色谱；植物染料有茜草、紫草、苏木、靛蓝、红花、石榴、黄栀子、茶、崧蓝、荩草、柿子、紫草、墨水树等；动物染料有虫(紫)胶、胭脂红虫等。由于天然染料分子结构各不相同，染色方法也有较大差异。对蛋白质纤维和纤维素纤维而言，染色方法主要有无媒染色法、先染后媒法以及先媒后染法。对合成纤维而言，主要分为常压染色和高温高压染色。最佳染色工艺应根据染料性质而定。特别需要指出的是， 同种天然染料，当使用不同的媒染剂染色时，往往会使被染纤维呈现不同的色相。 2.2 按化学结构分类 天然染料有多种化学结构，按化学组成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、叶绿素类共7类。类胡萝卜素类染料因在胡萝卜中发现而得名，结构中有长的共轭双键（属双烯类），为橙色，较主要的染料有胭脂树橙和藏红花。红色染料都含有蒽醌结构，它们大多数是从植物、昆虫或动物中提取的，以耐光牢度好而著称。黄酮是一种无色有机化合物，天然黄色染料大多是黄酮或黄酮醇的羟基或甲氧基取代物。荩草别名黄草、马耳草，色素成分为荩草素 ,是黄酮类化合物，可用直接法染棉、毛、丝得鲜艳的黄色，也可采用以铜盐（蓝矾）媒染得到绿色。含靛类结构的两种较主要的天然染料是靛蓝和泰尔红紫。靛蓝在植物中是以配糖体的形式存在的，一般从蓼蓝中提取的，将这种植物的茎叶浸泡在水中，经过发酵、水解、氧化即得靛蓝。 2.3 按颜色分类 按颜色分类是指按纤维或织物染色后的颜色对天然染料进行分类：有红色、黄色、蓝色、棕色和其它颜色的天然染料。已统计的天然染料中以黄色和红色品种最多，蓝色、绿色和黑色最少。红色染料不像黄色染料那样大量存在于自然界中，大多数红色染料隐藏在植物的根、树皮或暗灰色昆虫的躯体中。尽管红色染料的来源有限，但它们在一种植物中存在大量色基，因此容易提取。胭脂虫红是最漂亮的红色天然染料，存在于寄生在仙人掌上的胭脂虫红虱的体内，但较主要和常用的天然红色染料是茜草和紫胶；黄色是最生动的、也是自然界存在的所有色相中最充足的染料。可产生黄色染料的植物的数量比可产生其它颜色染料的植物的数量要多得多。姜黄染料是姜黄的衍生物，是天然来源黄色染料中最有名和最鲜艳的染料之一；从古到今，靛蓝一直是最主要和最常用的蓝色染料之一，它是从生长在亚洲、非洲、菲律宾和美国等地的一种植物的叶子中提取的；儿茶棕染料是从一种名为儿茶的木材中提取的，这种树主要生长在印度等地。 3 天然染料的应用现状及应用前景 目前，天然染料的用量仅l万吨，占合成染料使用总量的1%。天然染料可从植物、动物、矿物中获得，部分也可通过生物技术获得。天然染料的传统制备方法有水萃取、蒸馏、柱层析等,这些传统制备方法的缺点是获得的染料粒径大、色牢度不好。当前，多数天然染料存在染色牢度差的问题,即使采用多种媒染剂也仍难达到要求，尤其是日晒牢度和皂洗牢度。传统的天然染料染色方法还存在着给色量低，染色时间过长等问题；并且大部分天然染料在染色时都要使用媒染剂，而传统的媒染剂大多含重金属离子，这与天然染料的绿色环保是相背离的。除此之外，天然染料大多来源于动植物，这使得它难以进行标准化生产。即使是同一种植物，由于产地不同、气候条件不同、土壤不同及采集时间不同都会影响色素的组成及色泽，而这必然会导致染料的染色重复性差，再者，由于天然染料在植物中的含量极少，要想获得大量的天然染料，就一定会造成生态环境的破坏，得不偿失，也违背了可持续发展的战略，这都使得利用天然染料染色难以实现产业化生产。 为了提高色素萃取的效能，研究人员用乙醇代替水作溶剂, 将植物粉碎后，放入密闭容器中，倒入95%的乙醇，浸渍24小时后，将溶液倒出，再用同样的乙醇浸渍6小时，重复两次。最后将所有的溶液混合后，进行过滤，即可作为染液，此法非常适用于难溶染料。为了改善天然染料染色牢度差的问题，可采用超声波法对染液进行处理，其原理是：利用超声波分散作用时的空化现象，使液体中的微气泡周围产生上千个大气压的压力，使染料解聚，从而获得微粒径的染料，达到改善染色效果的目的，有些天然染料在水中的溶解度小，为了达到一定的染色深度，可以对这类染料采用加分散剂的方法，效果很好。用阴离子或非离子表面活性剂使染液中的染料颗粒得以分散，这样染液可以形成较稳定的分散体系，而且织物和染料接触的机会也增多，上染速度也加快。染料的水溶性越小，加分散剂染色的效果就越明显。为了避免天然染料染色时重金属离子对环境的污染，科研工作者用稀土-柠檬酸络合物作为天然染料的媒染剂对苎麻纤维进行染色实验，实验结果表明染色效果较好。为了防止天然染料的提取对自然环境造成破坏，人们开始利用生物工程的方法培育植物，现已人工培育出了紫草、茜草等多种植物，人工培育的植物中色素含量比天然植物高，这样使得天然染料的生产可以不依赖于自然界的植物，且产量大幅度提高。其次，研究性能优良的天然染料的品种，测定其结构，再研究其合成方法，这可大大加快天然染料的产业化进程，特别是综合利用植物的叶、花、果实及根茎, 以及其它工业生产的废料来提取天然染料也很有现实意义。 4 结语 天然染料以其自然的色相，防虫、杀菌的作用，自然的芳香赢得了世人的喜爱，具有广阔的发展前景。但目前要使其商业化并完全替代合成染料还是不现实的，要将天然染料获取及染色注入新的科技，采用现代化设备，加快其产业化的速度，相信天然染料会让世界变得更加色彩斑斓。
