天然染料與合成染料染色布料幾種性能比較

王語秋　劉語詩　李天雪　鄧若瑜　潘源

[摘 要]本課題依據四項與布料染色性能相關實驗結果及社會調查統計數據，從科學測試和主觀判斷兩方面對天然染料與合成染料在實際應用中的差異進行評估。綜合分析得出天然染料和合成染料對布料染色程度的影響并無顯著差異這一結論。盡管如此，實驗及調查中的一些其他發現仍值得關注并深入探究。

[關鍵詞]合成染料；天然染料；染色性能；色牢度；防水性；可持續發展

當今社會，環境污染嚴重影響著人們的生活質量，人們更多地開始關注可持續性發展問題，其中天然染料替代合成染料已成為一種主流趨勢。本研究通過對比天然染料和合成染料對布料染色性能的影響，對天然染料繼續傳承的必要性及其發展前景進行了研究，并從化學實驗與社會調查兩方面，通過色牢度、防水性、著色度、柔軟度及防靜電幾個指標，對“舒適度”這一概念進行了初步量化表征。

織物耐皂洗色牢度指印染品的色澤抵抗肥皂溶液洗滌的牢度，即肥皂溶液對印染品上的染料產生的乳化作用和剝色作用，包括原樣褪色及白布沾色兩項；水漬色牢度指將織物在中性水中浸泡一段時間，引起染色織物顏色變化的程度，日常生活中常說的“掉色”，即是染制布料皂洗牢度、水漬色牢度差的體現；耐摩擦色牢度指染色樣品與其他布料摩擦后，在其他布料上的沾色程度；防水性指織物阻礙水分子通過的能力，通過對試樣外觀與沾水現象描述的比較，確定織物的沾水等級，即可對防水性能做出相應評價。社會調查方面， 則通過調查受眾群體感受四種不同布料，對舒適程度進行打分的問卷調查方式，達到將主觀感受量化的目的。

研究表明天然染料和合成染料對布料染色性能的影響并無顯著差異，但是綜合考慮人體健康，環境保護，可持續發展等因素，天然染料更容易受到青睞。隨著天然染料制作工序的逐步標準化，生產成本的逐步降低，天然染料的發展前景值得期待。

一、試驗方法

1.試驗樣品

選取兩種天然染料與合成染料染色的純棉布料，即梔子染色布料（天然黃布料）、藍靛染色布料（天然藍布料）、黃色偶氮染料染色布料（合成黃布料）、藍色偶氮染料染色布料（合成藍布料），測試樣品的染色牢度以及防水性能。

2.耐皂洗色牢度測試

每種類型分別選取兩塊測試試樣，將待測試樣品（40 mm×100 mm）正反面分別與兩塊貼襯（與布料測試樣品同等大小的一塊白羊毛布和一塊白棉布）縫合在一起，稱量試樣質量，根據1：5的比例計算所需皂液質量（皂液密度認定與水密度相同），配置1升含5g皂片的溶液。稱量5g皂片，倒入裝有一升水的燒杯，加熱、攪拌至全部溶解。將試樣分別放進8個小鋼瓶中，小鋼瓶放入染色耐皂洗色牢度測試儀中，30分鐘后取出試樣，在去離子水中清洗兩次，用手擠出多余水分。再將試樣放在兩張濾紙之間擠去水分，懸掛于室內常溫常壓下晾干、拆線，依據ISO105/A02-1993沾色灰卡，評定原樣褪色和白布沾色情況。

3.水漬色牢度測試

每種類型分別選取兩塊測試試樣，將待測試試樣（40mm×100mm）正反面分別與兩塊貼襯（與布料測試試樣同等大小的一塊白羊毛布和一塊白棉布）縫合在一起，將八塊試樣分別放進不同的鐵罐中，并分別向罐中加入適量去離子水，玻璃棒使其完全浸沒并翻轉。然后，用鑷子將每個試樣從各個鐵罐中取出，使用兩根玻璃棒將試樣中的水擠出，置于汗漬牢度儀上，在每個試樣上蓋上樹脂片，重錘按壓以固定，保持試樣在汗漬牢度儀上受壓為12.5 kPa。將此裝置放入電熱鼓風干燥箱，調節溫度至37°C，處理3小時。取出試樣，使試樣與縫在兩面的貼襯僅由一條縫線連接，晾曬在空氣中使其干燥。干燥后，根據ISO105/A02-1993沾色灰的評判標準，織物和貼襯比對，所得變色級數數值越小，變色和沾色程度越嚴重，對應的水漬色牢度越差。

4.耐摩擦色牢度測試

首先準備兩組80mm×250mm試樣布料，在標準大氣下調濕四個小時后，將試樣固定在平臺上，使試樣長度方向與摩擦頭運動方向一致，在平臺和試樣之間置入砂紙。將同樣經過調濕后的白色棉摩擦布（50mm×50mm）平放在摩擦頭上，加約10 N的重量后，使摩擦布經向與摩擦頭運動方向一致開始摩擦試樣，速度為每秒一個往復摩擦循環。另一組試驗過程為，將白色棉摩擦布完全浸入蒸餾水中，使其含水量達到95%-100%，重復上述干布的試驗步驟。摩擦布晾干后，用白色樣卡評定摩擦布的沾色情況。

5.防水性測試

在進行防水性測試實驗時，選取試樣大小至少為180mm×180mm。根據圖1所示噴淋裝置組裝實驗器材；用夾持器加緊試樣，試樣正面朝上，且織物經向或長度方向與水流方向平行。將250毫升實驗用水倒入漏斗，噴淋25至30秒。將夾有試樣的的夾持器拿開，使織物正面朝下呈水平，然后對著一個固體硬物輕輕敲打夾持器，水平旋轉夾持器180度后再次輕敲夾持器。最后，根據GB/T 4745-2012國家標準沾水等級描述 ，將沾水現象從整個試樣表面完全潤濕到試樣表面沒有水珠或潤濕分為0-5個等級；通過對比沾水現象表述，對試樣正面濕潤程度進行評級。

二、分析與討論

綜合以上測試、結合社會調查得到的結果（社會調查數據見附錄2），天然染料染色布料在實際應用上與合成染料差異不大。盡管如此，實驗中的一些發現依然值得關注： 在水漬色牢度測試中，對比柱狀圖可知，兩種顏色的合成染料都優于天然染料。但是，在另外兩個色牢度測試實驗中，合成染料和天然染料在性能上卻差異較大。觀察耐皂洗色牢度測試所得數據， 合成染布料雖然在變色等級上明顯高于同種顏色的天然染布料， 但在白棉布沾色等級上，天然染布料明顯高于合成染料。通俗來講， 天然染料雖然易脫色，但是比起合成染料，不容易沾染其他布料。

從人體健康的角度考慮， 天然染料或許是更優的選擇。 據鳳凰網報道，2012年11月， 國際環保機構——綠色和平國際最新的一項調查發現，全球20家時尚品牌的服裝在生產過程中使用了有毒有害的染色劑， 包括Armani， CalvinKlein， Esprit， Gap， H&M， Marks&Spencer， Only， TommyHil-figer， Vancl， Veromoda， Victorias Secret， Zara等國際品牌。被濫用的有毒有害染色劑會在日常穿著中悄然釋放于穿者皮膚，當釋放量超過一定限度，穿者將會被染上呼吸道及皮膚炎癥，并且這也是一種過敏原，輕則使皮膚過敏，重則影響內臟，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體健康的言論并非空穴來風。合成染料之所以具有毒性，緣于合成染料多是煤焦油提取物，反之，天然染料多來源于植物和動物，例如本實驗中所選用的梔子染料，是通過梔子果實曬干后浸水達到十二個小時得到，因此鮮見毒性。

三、結論

從可持續發展的角度來看， 合成染料染色殘液處理一直備受指責，因其成分復雜，毒性無法辨識清楚，如果排污不當或不慎泄露都將會造成水域污染。2012年12月，山西天脊煤化工集團股份有限公司發生過一起因輸送軟管破裂導致的苯胺泄漏事故。事故導致山西河北兩省河道污染，被迫停止人畜飲用水。雖經過近一個月的搶修，水域污染被暫時控制，紅旗渠等部分水體仍存在苯胺等因子超標問題。此事件中泄露的苯胺便是制作多種合成染料的原料。因此可見，有毒的合成料染色殘液一旦處理不當就會對天然、對人體造成不可挽回的傷害。而天然染料則在此方面具有很大優勢，因其來源于植物或動物，無毒害，具有可生物降解性，因此，天然染料染色殘液不需復雜處理，不會危害生態環境。

天然染料的發展還存在成本昂貴，生產工序難以標準化等問題，但是，隨著科學技術的發展，情況已經有所改觀。在歐洲天然染料已經開始批量生產、應用，荷蘭的Rubia Pigmenta Naturalia以及法國的Couleurs de Plantes公司已經將從天然植物中萃取的液態或粉末狀染色劑應用于生產，過程與合成染料相類似。隨著天然染料制作工序的逐步標準化，生產成本的逐年下降，天然染料的發展前景值得期待。

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