植物色素染料提取和染色固色技術研究

林瑞杰　張潔　楊智　于小博　冷紅巖

摘 要 在環境日益惡化的今天，亟需尋找更多方法來緩解環境壓力。基于此，針對合成染料這一污染惡源，研究出其可替代的綠色染料，通過對6種植物材料進行研究，后期會研究更多種植物材料，總結出植物色素染料的提取、植物色素染料的使用以及后期的固色技術要點，以期為染料行業改革、社會環境營造帶來積極影響。

關鍵詞 植物染料；固色；生態環保

中圖分類號：TS193.62 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.15.086

1 研究背景

植物是大自然賜予人們的財富，植物材料在中國古代就已經被作為染料使用，隨著合成染料技術的發展，在很長一段時間內植物色素染料被忽視甚至消失。然而合成染料在生產過程中會給環境帶來嚴重的污染，部分合成染料對人體也會產生一定的危害。我國如今把生態文明建設作為重要內容，所以急需找出多種綠色染料來替換合成染料。

經查詢資料，了解到目前對植物色素染料的研究主要有以下幾個方面。譚光萬從農業史、經濟史、技術史和文化史的角度全面考察了我國古代的植物染料，對染料作物種植技術、植物染料商品化以及古代常用植物染料與政治文化關系進行了相應的研究[1]。路振翔主要對幾種不同顏色的植物染料做出了一系列研究，重點闡述了幾種色系下具體的一些植物材料特征及種植要點，各種染料的制作工藝，植物染料所體現的豐富的文化內涵等。賈艷梅主要介紹了植物色素染料的結構類型及性質，并對植物色素染料的染色機理、染色工藝方法以及媒染劑對染色性能的影響進行了闡述，預測了植物色素染料的發展前景[2]。羅勇、王璐等研究了復合染色在植物染料上的應用。DL-CT藍色植物染料和HHH-CT黃色植物染料通過復合染色可以得到不同的染色色澤，為豐富植物染料的色譜提供了新的途徑。路振翔談到植物色素染料的來源主要是各種植物植被，過度開發可能會背離環保的理念，從而給生態環境帶來威脅和破壞，所以對天然植物色素染料的開發和利用成為當今世界的一項重要課題[3]。趙磊、張林龍等列舉了具有產業化應用潛力的30多種生態染料植物，從植物染料的準備、植物染料色素的提取、植物染料色素的精制及植物染料的保存等方面進行了詳細說明[4]。

但是植物色素染料具有不穩定性，有的雖然采用化學方法解決了問題，卻違背了追求環保生態的目標，而且后期用于行業發展會受到限制，所以目前對植物染料后期的固色工藝研究還不夠完備，還有很長的一段路要走。基于此，對北華大學東校區常見植物（東北地區常見植物）展開研究，選取成本低的植物材料作為實驗對象，同時對一些容易獲取的植物干性材料也進行了相關研究。針對不同用量和使用目的分別采用乙醇法和水煮法提取色素，并且對一些不穩定性狀提出了解決方法，最終總結出相關的提取及染色固色技術要點，以期為染料乃至紡織行業做出貢獻，也為生態文明社會建設奉獻綿薄之力。

2 實驗內容

2.1 材料與儀器

2.1.1 材料

連翹、杜鵑、艾蒿、錦帶花、山竹、洛神桑蠶絲、棉麻布料、無水乙醇、明礬、米醋和藍月亮洗衣液。

2.1.2 儀器

恒溫干燥器、粉碎機、減壓抽濾裝置、旋轉蒸發儀和電子天平。

2.2 方法

2.2.1 乙醇提取法

針對使用量較少的色素染料，比如局部上色或描繪，采用乙醇提取法（以連翹和杜鵑為例，布料為棉麻材質），借助毛筆、刷子等工具進行上色。具體流程如下：連翹（杜鵑）花瓣→干燥→粉碎→無水乙醇浸泡

12 h→抽濾→濾渣再浸泡→抽濾→合并濾液→減壓濃縮→膏狀物→恒溫干燥→粉末。

2.2.2 水煮提取法

針對需要直接染色的染料，采取水煮提取法，提取率較乙醇低，但是快捷方便，更易用于生產中。具體流程如下：取新鮮的或干燥的植物材料→按一定比例與水混合→放入染色對象（本實驗采用桑蠶絲）→加熱至水沸繼續煮40 min→撈出后晾涼→明礬水浸泡30 min（此處特殊說明，部分植物材料不穩定，需要在此基礎上進行再處理，后面會具體介紹）。

3 結果與分析

3.1 連翹色素提取分析

通過圖1中間試管的顯色情況可以看出，用乙醇作為溶劑從連翹中提取的色素呈現明黃色，但是鮮艷柔和，（圖1中左1為蒸餾水對照），相比合成染料更能給人目視的舒適感。圖2是借助工具在棉布上用所提取的色素粉末溶解之后的液體上色情況，沒有明顯色差。圖3是用藍月亮洗衣液清洗后的表現情況，與圖2比較可以明顯看出連翹的黃色色素染料在棉布上呈現了很好的效果，著附力較好，

即使加以清洗仍然保持相對穩定的性狀。但是后續實驗表明連翹色素染料對強光及高溫（大于50 ℃）共同作用的穩定性很差，而在弱光和較低溫度下有較好的穩定性，所以建議在低溫、弱光下保存。

3.2 杜鵑色素提取分析

圖4是經過純化形成的杜鵑色素粉末，純度原因使人明顯感覺到較新鮮花色，該粉末呈現偏深的紫色，但是依然有著柔和的質感。圖5是用該粉末的溶液染制的棉布樣品。圖6是經過洗滌之后杜鵑布樣的顯色情況，更偏向藍色，發生了明顯的變化，這可能與水或者洗衣液的pH值有關。針對以上情況做了具體實驗，分析pH值變化對色素溶液顏色的影響。用鹽酸酸和氫氧化鈉溶液，將杜鵑色素溶液的pH值分別控制在1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0，觀察溶液顏色的變化。由圖7可知，pH>3時，色素溶液明顯變色，在強酸環境下和弱酸及堿性環境下差異很大，說明杜鵑色素在強酸條件下穩定，在弱酸及堿性條件下，結構發生變化，由紫紅色的黃烊鹽轉變為藍色醌式堿，故而顏色變化明顯。建議杜鵑色素染料在酸性條件下（pH≤3）溫度低于70 ℃條件下保存，用強酸性清洗劑清洗，忌堿性材料，如肥皂、洗衣粉等。

3.3 水煮提取法分析

圖8是用水煮法直接提取色素著色情況，并且染色晾干之后均用藍月亮洗衣液進行漂洗。圖8中的1色塊為錦帶花所呈現的染色效果，顏色呈灰綠色，用清水清洗后顏色也無明顯變化（圖8中的2色塊），但是用藍月亮洗后顏色有所加深（圖8中的3色塊），光澤感也有所提高，所以針對錦帶花染制的織物可以用弱酸性清洗劑進行清洗，可以延長使用壽命。圖8中的4色塊為艾蒿所呈現的染色效果，顏色偏向黃綠色，洗完之后顏色也無明顯變化（圖8中的5色塊）。山竹所呈現的染色效果，表現為駝色，圖8中的6色塊是在棉麻（棉麻指麻的成分較多）材料上表現的質感，圖8中的7色塊是在棉布（基本上是棉的成分）材料上呈現的效果，更具有光澤性，可能是由于棉布含有更多的纖維成分。駝色是今年非常受歡迎的顏色，相信用植物染料染制的織物在未來會憑借其柔和的色彩質感和環保健康的優點受到歡迎。

在水煮提取的整個實驗過程中，發現洛神染色效果很好，如圖8中的8色塊所示，經過一次清洗后明顯褪色（圖8中的9色塊），并且經過后期測試，驗證其極不穩定。但是根據發放的問卷了解到用洛神染制的織物最受女性歡迎（共發放300張問卷，有效率82%），比例達到了45.3%。所以針對洛神的不穩定性進行研究，最終總結出解決其不穩定性的技術要點：在水煮提取的基礎上，進行酸性處理，具體流程如下。取干燥的洛神材料→按一定比例與水混合→放入桑蠶絲→加熱至水沸繼續煮40 min→撈出后晾涼→米醋與水按一定比例混合→放入染好的織物→浸泡30 min后取出晾干→放入明礬水浸泡30 min→再次放入米醋與水的混合液浸泡→取出晾干經過多次處理此款織物穩定性有所提高，但是依然需要低溫、弱光保存，并且用弱酸性清洗劑清洗。

4 主要結論

1）植物染料色彩鮮艷柔和，環保健康；2）乙醇提取法提取率較高，但不適應于生產當中，水煮提取法更方便快捷；3）連翹、艾蒿、錦帶花、山竹色素染料表現出相對穩定的性狀，具有良好的應用潛力。

參考文獻：

[1] 譚光萬.中國古代植物染料研究[D].西北農林科技大學，2009.

[2] 賈艷梅.植物染料結構及染色性能概述[J].染料與染色，2010，47（1）：14-16.

[3] 路振翔.天然植物染料的應用及發展[J].成都紡織高等專科學校學報，2015（4）：106-110.

[4] 趙磊，張林龍，位麗，等.生態植物染料制備與染色[J].染整技術，2016，38（2）：17-22.

（責任編輯：趙中正）