綠色經濟背景下植物染料在紡織印染行業中的應用

趙 晶，王 忠

（1.周口師范學院，河南周口 466000；2.澳門城市大學，澳門 999078）

21 世紀世界經濟的發展趨勢即綠色經濟，這是對工業革命以來傳統經濟的轉型發展。綠色經濟模式要求國家經濟在可持續增長的同時也要確保資源、環境及自然生態的可持續發展，要求在資源、環境、生態的承載力范圍內發展或維持國家經濟體系的良好運行。因此，在綠色經濟背景下，傳統的天然植物印染技術再次被挖掘。植物染料是從植物的根、莖、葉、花和果實中提取的染料，與環境相容性較好，且可生物降解。在使用植物染料染色的過程中，植物本身的色素、味道和藥物成分會被紡織品一起吸收，使印染織物對人體產生保健作用［1］。隨著經濟文化水平的提高，人們對生活的品質要求越來越高，健康、環保、綠色的生活理念逐漸深入人心，使得健康、環保、無毒的植物染料重新受到關注。

1 常用植物染料的顏色分類及應用

自然界中存在許多可以提取的色素，常見的可作為染料的植物多達數百種，例如石榴皮、紫草、茜草、姜黃、靛藍、蘇木等能在一定條件下對紡織品進行染色。按照被染織物呈現的顏色，植物染料可分為紅色、黃色、藍色、黑色等色系。

1.1 紅色植物染料

自然界中紅色系植物染料品種繁多，可提取紅色染料的植物主要有茜草、虎杖、番紅花、蘇木、紅花等。早在周代就已經有人使用茜草對織物進行染色，最終使織物呈現暗紅色。隨后又有人使用蘇木、紅花、虎杖等植物提取物對織物進行染色，得到其他紅色系織物。傳統的植物染料染色方式已經較為成熟，但染色織物的顏色較暗沉，且色牢度不佳。因此，現代使用植物染料染色的主要研究方向為提高鮮艷度和色牢度。使用蘇木、茜草和紅花提取物對織物進行染色，紅花提取染料染色的織物紅色飽和度和色牢度相對最高，其次是茜草，最后是蘇木。

以使用較多的茜草為例，對紅色系植物染料進行簡單的介紹。茜草又被稱為八仙草、破血草等，具有通經活絡、止血化瘀、止咳祛痰等功效，是紅色系植物染料中使用范圍較廣、歷史久遠的品種之一。蒽醌衍生物是茜草的主要化學成分，不同品種茜草蒽醌環上的羧基、羥基、甲基位置和數量均不相同，直接影響了茜草色素的提取和染色織物的光澤度、色牢度等。茜草作為染料還具備一定的藥物功效，在使用茜草提取物對織物進行染色時，藥物成分會隨著色素一起被織物吸收，使染色織物具有一定的保健功能。張毅等［2］采用正交實驗分析了染液pH、染色時間、染色溫度、染液質量濃度及媒染劑對茜草染料染色效果的影響，研究出效果較佳的印染工藝方案，與手工扎染技術相結合，得到了兼具藝術性和環保性的扎染紡織品。程彥等［3］采用明礬作為媒染劑，用茜草染料對羊絨纖維進行染色，當明礬質量濃度為0.5～1.0 g/L、茜草染料用量小于0.5%（omf）、染液pH為4.0～4.5 時，羊絨纖維可將茜草染液基本吸清，染色的重現性良好，且織物手感不受影響，各項色牢度均提高了約0.5級。

1.2 黃色植物染料

自然界中可以提取黃色染料的植物較多，例如姜黃、槐花、梔子等。梔子屬于茜草科，干燥成熟的梔子果實具有降壓、利膽、護膽等多種藥物功效，在我國四川分布較廣。梔子中的黃色素屬于類胡蘿卜素，主要成分為藏花素，具有良好的水溶性。梔子黃染料具有良好的耐光、耐熱及耐還原性，對微生物的生長和繁殖有一定的抑制作用，所以梔子黃作為染料具有一定的抗菌保健作用，是近年來天然植物染料的熱門研究對象。需要注意的是，梔子黃色素粗產品在使用或者保存不當時容易發生變綠或者褪色現象，這是因為梔子黃色素中含有大量的梔子苷，與氨基酸在蛋白酶或者葡萄糖酶的作用下會產生梔子藍色素，導致染料出現黃綠色變現象，限制了梔子黃色素的使用。

葉清珠等［4］在不同溫度下提取梔子黃色素，并在純棉織物上進行染色實驗。結果表明，可以采用直接水煮的方法提取梔子黃色素，染色棉織物具有鮮艷的黃色；當染色溫度為60 ℃時，提取色素對純棉織物的染色效果相對最好，且染液濃度越高，染色織物的黃色越深，并逐漸偏向于紅色；當染色溫度高于60 ℃時，隨著染色溫度的升高，梔子黃色素逐漸被破壞，染色織物逐漸偏向于藍綠色。何天虹等［5］采用單因素實驗和正交實驗得出梔子黃染料對棉織物直接染色的優化工藝為：梔子黃染料用量5%（omf）、溫度95 ℃、pH 5。染色棉織物的色牢度良好，對大腸桿菌的抑菌率達75%以上，表明天然梔子黃染料可以賦予織物良好的抗菌性能。表面活性劑、同浴媒染及中性電解質對染色效果幾乎沒有影響。

1.3 藍色植物染料

自然界中的天然藍色植物染料比較稀少，主要是靛藍，一般從吳藍、木藍、馬藍、菘藍等藍草中提取。靛藍類植物含有豐富的靛藍色素（C16H10N2O2），可以從藍草的莖、葉中提取。靛藍屬于還原染料，在使用靛藍染色時要先將染料還原。還原方法有3 種：（1）發酵法還原，耗時長，工藝復雜；（2）使用燒堿、保險粉還原，印染污水處理成本較高，且會有硫化物排放，對環境污染嚴重；（3）在堿性條件下以葡萄糖作為還原劑還原，對環境的污染程度較低，且與保險粉還原效果相當，但該方法的染色效果和生產效率與燒堿、保險粉工藝相差較大，且成本較高。侯靜等［6］將現代生物還原技術引入植物靛藍染色法中，設計了以全細胞為生物催化劑的靛藍生物還原法，在常溫有氧環境中使用植物靛藍對織物進行染色。結果表明，使用生物還原法染色織物的K/S值為4.5，色牢度為3 級，減少了保險粉等強還原劑的使用，節約了靛藍染色的時間和成本，減少了染色過程對環境造成的污染。王金坤等［7］將蓼藍葉作為提取靛藍染料的原料，采用現代生物技術制備靛藍染料，篩選出最佳提取條件。結果表明，37 ℃提取效果最佳，蓼藍葉發酵液呈弱酸性，pH 為5.5～6.0，具備一定的還原性；向蓼藍葉發酵體系中加入糖化酶可以提高靛藍產量，但由于操作與成本限制，制備過程中糖化酶用量要恰當。

1.4 其他植物染料

天然植物染料除常用的紅、黃、藍三原色外，還包括紫色系、棕色茶色系和灰色黑色系等。可以提取紫色染料的植物主要是紫草，其根部粗壯，外表為暗紫色，斷面呈紫紅色，主要成分為萘醌衍生物、紫草醌，難溶于水，易溶于醚或醇。路振翔等［8］使用95%的乙醇溶液從紫草中提取紫色染料，并對真絲織物染色后進行耐水洗、耐摩擦色牢度實驗。結果表明，媒染織物色牢度受媒染劑用量的影響較小，且紫草色素染色真絲織物的耐摩擦色牢度變化較小。可以提取棕色茶色染料的植物較豐富，主要有紫蘇、栗子果皮、茶葉、荷葉、胡桃等。蘇麗琴等［9］探究了以廢棄鐵觀音作為染料對織物染色的可行性，并對染色織物的色牢度進行了檢測。結果表明，使用廢棄茶葉對織物染色可行，織物具有淡淡的茶香，且色牢度較好，染色過程中未添加其他化學物質。灰色黑色染料存在于鞣質植物中，例如柯樹、漆大姑、五倍子、烏桕等，通過媒染在棉麻等織物上呈現灰黑色。呂品晶等［10］利用硫酸亞鐵（皂礬）作為媒染劑，五倍子作為黑色染料原材料對亞麻織物進行染色。結果表明，五倍子染液染煮織物的時間、溫度、媒染劑濃度等對染色效果影響明顯，隨著媒染劑濃度的增加、時間的延長和溫度的升高，染色效果逐漸提高。篩選出最佳媒染條件為：媒染劑0.5 mol/L，溫度90 ℃，時間40 min。

2 植物染料染色紡織品的功能性

2.1 衛生保健功能

中國草木染藝術歷史源遠流長、豐富多彩。大多數植物染料都是從各種中草藥中提取，這些染料的染色織物與人體皮膚接觸后，藥物會逐漸滲透皮膚，被人體吸收，產生保健功能。隨著綠色經濟的發展，人們的環保、健康意識逐漸提高，使用植物染料印染的服飾重新受到關注，尤其是植物染料染色的絲綢織物。茜草具有活血化瘀、涼血止血的功效，可用于吐血、便血、跌打損傷等治療；紫草具備解毒透疹、涼血活血的功效，可用于斑疹紫黑、麻疹不透、濕疹、水火燙傷等治療。現代醫學證明，茜草、紫草具備抗病毒、抗腫瘤、抗菌消炎等藥理學作用，用作被褥、內衣褲貼身織物的染色染料，能夠有效地發揮衛生保健功能。吳秀霞等［11］選取藥用植物中的五倍子、蘇木、石榴皮、黃連、紅花等作為原料，采用水煎煮的形式提取、制作植物染料，通過單因素實驗與正交實驗，探究了染色溫度、時間、pH 等對羊毛織物染色性能的影響，并篩選出藥用植物染料染羊毛織物的優化工藝。采用藥用植物染料對織物進行染色，不僅為紡織品增加了一定的衛生保健功能，也滿足了現代消費者對產品自然生態化、安全化的高要求。植物染料還具備治療皮炎等皮膚病，抑制瘙癢癥，美容，抵御瘡毒等衛生保健功能。例如艾蒿染料不僅具備抗菌、抗紫外線功效，還能使織物具備治療皮炎的功效，可用于患有痱子、濕疹等癥狀的人群［12］。

2.2 抗菌性能

多數天然植物染料具備一定的抗菌性能，采用這些植物染料對織物進行染色后，這種抗菌作用在一定程度上會下降或者消失，但也有一些植物染料通過先進的染色工藝保留其抗菌性能。例如黃色系染料中的姜黃具備抗炎、利膽、降血脂、抗氧化、抗腫瘤、抗病原微生物等藥物功效，并且能夠保持長期的抗菌性能。此外，從干燥的石榴果皮中提取的染料也具備較高的抗菌性能。石榴皮主要成分為鞣花酸類物質，具備多酚類結構，呈酸性，使用石榴皮染料印染的織物色牢度較高，具備一定的抗菌性能與耐久性，在醫療保健領域具備較高的應用價值。任哲民等［13］從植物姜黃中提取染料，探究了染色溫度、染液pH 及媒染劑對染色性能的影響，測試了被染柞蠶絲織物的抗菌性能、抗紫外線性能和色牢度。結果表明，姜黃染料染色性能良好，不同媒染劑對染色深度和色澤影響較大，染色柞蠶絲織物具備優良的抗菌性能和抗紫外線性能。殷雪［14］測試了石榴皮、姜黃及紫甘薯的抗菌性能。結果表明，利用紫甘薯提取染料對羊毛織物進行染色，染色羊毛織物對大腸桿菌的抗菌率達82%，對金黃色葡萄球菌的抗菌率達98%；石榴皮與紫甘薯混合染色織物對大腸桿菌的抗菌率達95.6%。

2.3 抗紫外線性能

織物經過大量的紫外線輻射后會發生嚴重的老化現象，導致紡織品耐磨性變差，強度降低，使用壽命縮短，甚至引發皮膚病，影響視覺感受和人體免疫系統，對人體健康造成威脅。部分植物染料會吸收紫外線，因此，采用植物染料染色的織物具有一定的抗紫外線功能。何偉堅等［15］測試了欖仁樹和櫟樹提取染料染色棉麻織物的抗紫外線性能。結果表明，欖仁樹和櫟樹提取染料對紫外線均具有較好的吸收能力，媒染劑硫酸銅、硫酸亞鐵和明礬能夠增強織物的抗紫外線性能，顯著提升染色棉麻織物的抗紫外線效果。趙亞楠等［16］通過預媒染、同浴媒染、后媒染方式將梔子提取染料用于柞蠶絲織物染色，研究了媒染劑種類、媒染劑濃度、染色方式對染色織物色牢度、色光、抗紫外線性能的影響。結果表明，不同媒染劑、不同染色方式導致染色織物的色光不同，且梔子提取染料染色織物的抗紫外線性能良好。

3 植物染料在紡織印染行業的應用前景

3.1 植物染料印染織物市場開發

紡織印染相關行業可以將植物染料印染藝術和高檔紡織品進行捆綁銷售，不僅可以解決植物染料原料供應受限的問題，也能推廣、宣傳植物染料印染的藝術價值。當采用捆綁模式將植物染料印染工藝的市場與經濟積累到一定程度后，就要優化植物染料的種植、提取過程，降低植物染料印染織物的成本，促進植物染料印染產品向中高端消費市場拓展。同時，植物染料印染行業可以著重發展植物染料的抗菌、保健、抗紫外線等功效，將天然、健康的植物染料應用于嬰幼兒衣物、玩具、家紡產品以及用于治療皮炎和皮膚過敏等的保健產品中。朱麗娜等［17］將植物染料應用于蠶絲織物，通過正交實驗探究了染色溫度、染色時間、pH 等的影響。結果表明，優化的染色工藝可以將染色蠶絲織物的耐摩擦色牢度提高到4級以上。金媛媛等［18］利用水煎法提取柞樹葉染料，并確定了對柞蠶絲織物染色的優化工藝。結果表明，媒染方式能夠改變染色織物的色調，且耐日曬、耐皂洗、耐摩擦色牢度可以滿足服用性能要求。

3.2 挖掘新的植物染料印染工藝

為了順應當前經濟文化發展的趨勢，印染行業可以結合先進的科學技術（微生物、超聲波、基因技術等）對傳統的天然植物染料印染工藝進行優化和改造。例如，通過先進的基因栽培技術培養色素含量更高的植物，可以有效地降低植物染料印染的成本；將超聲波技術運用于植物染料印染工藝，可以減少熱能的消耗，節約資源。李洋等［19］將超聲波技術運用于植物染料印染織物纖維表面顆粒物的去除，并研究了各個變量的影響。結果表明，采用超聲波處理染色織物的優化工藝為：時間22 min，溫度43 ℃。柯貴珍等［20］利用超聲波萃取黃連中的染料，并對苧麻織物進行染色。相比普通萃取法，超聲波萃取法能有效提高染料的萃取率，且上色效果和色牢度良好。

植物染料憑借自身獨特的優勢，在綠色經濟發展背景下開辟了一片新天地。但植物染料印染也存在著諸多問題（如原料供應、染料提取方法、印染成本、上色率及色牢度差等），影響了植物染料印染的發展。紡織印染行業應當探索新型的加工技術和發展模式，使天然植物染料印染技術得到進一步發展。