基于“捶草印花”傳統工藝改進設計的實驗

朱帥穎 劉業涵 凌一洲

摘要： “捶草印花”是起源于明清時期的傳統印染工藝，通過捶打植物花葉，使汁液浸染在布料上印出圖案。為繼承和改進這種民間工藝，通過三組實驗探究使捶草印花作品著色更均勻、顏色更豐富和清洗不褪色的方法，并從化學的視角解釋實驗現象，為改進捶草印花工藝提出建議。

關鍵詞： 捶草印花; 傳統工藝; 實驗改進; 中學化學拓展實驗

文章編號： 10056629（2022）06007605

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 實驗背景

“捶草印花”是中國傳統草木印染工藝，通過捶打植物的葉片、枝干、花瓣等，使植物汁液浸染在布料上，從而呈現出花草獨特而淳樸的顏色和圖案[1]。捶草印花工藝起源于明清時期，如今已經成為河南省省級非物質文化遺產（簡稱“非遺”），其傳承人朱秀云把捶草印花的基本工藝流程總結為采草、備料、擺花、夾布、捶打、清理、媒染、晾曬[2]，可以看出，這種工藝具有取材簡便、流程簡潔、過程環保等特點。

近年來，許多文獻關注到了中華優秀傳統文化在化學教學中的顯性和隱性價值，倡導在化學教學中融入并展示中華文化的非凡魅力，發展人文底蘊和科學精神等核心素養[3]。鄭敏藝等明確提出“非遺”是中華民族優秀傳統文化的重要代表，要把“非遺”融入中學化學教學[4]。

作為“非遺”的“捶草印花”工藝不僅體現中國古代勞動人民的智慧，還蘊含了豐富的教學資源和情境價值，因此本文將其設計為中學化學拓展實驗，旨在繼承和改進這種民間工藝，發展學生的化學學科核心素養。本實驗基于捶草印花工藝的關鍵流程做進一步的改進，具體而言分為三個部分： 在采草和備料環節研究如何使著色更均勻;在新增的布料預處理環節研究如何使顏色更豐富;在作品完成后研究如何防止清洗后褪色。所需實驗材料均廉價易得，且實驗耗時較短，實驗過程富有趣味性，適合作為中學化學的拓展實驗和家庭實驗。

2 實驗一： 使作品著色更均勻

2.1 探究問題與假設

據文獻記載，不同種類的花草（例如葉肉較厚的樹葉、葉肉較薄的樹葉、花瓣等）都可以作為捶草印花的染料，而不同種類的面料（例如棉、麻、毛等）也都可以作為染色載體[5]。但是，從前期嘗試和網絡圖片中不難發現，并不是所有作品的著色都很均勻。在一些失敗的作品中，同一片葉片或花瓣的顏色時而深時而淺，降低了美觀性;在另一些作品中，顏色色塊又似乎過濃，團在了一起。

因此，本文提出第一個探究問題： 如何獲得著色均勻的捶草印花作品？我們假設不同種類的花草適合不同種類的面料。

2.2 實驗材料與方法

實驗材料： 不同種類的花草標本，包括： （1）葉厚汁多的灌木葉，（2）葉薄汁少的楓葉，（3）紅花酢漿草的花瓣。每種花草標本各3份，為控制變量，要求大小、成熟度相近。不同種類的布料（A.純棉布、B.亞麻布、C.粘纖布）各3份。錘子（木槌或較大的鵝卵石）、膠帶、40倍微距鏡等。

實驗步驟如下：

（1） 把新鮮花草標本放入室溫的蒸餾水中浸泡20分鐘，撈出后用紙巾擦干。

（2） 把花草標本放在布上，用膠帶粘貼覆蓋（需完全覆蓋花草標本）。

（3） 用錘子捶打花草標本，使植物汁液浸染至布料上。

（4） 觀察到布料背面微微滲出植物汁液后，停止捶打。

（5） 撕下膠帶，此時膠帶會把植物標本剝離布料表面，在布料上留下植物圖案。

（6） 依次把三種植物標本（①灌木葉、②楓葉、③花瓣）與三種布料（A.純棉布、B.亞麻布、C.粘纖布）組合，形成9組實驗方案（A1、 A2、 A3、 B1、 B2、 B3、 C1、 C2、 C3），重復9次實驗，用肉眼觀察比較實驗效果。

（7） 把9次實驗的布料放在40倍放大的微距鏡下觀察，比較差異。

2.3 實驗結果與討論

總體而言，純棉布、亞麻布、粘纖布都能夠印上植物的顏色，這是因為三種布料都是由纖維素纖維組成（其結構如圖1所示），含有大量的羥基、羥甲基和半縮醛羥基等親水基團，故吸水性（著色性）較好。

但是，不同實驗的著色均勻度仍有一些差別，如圖2和表1所示。純棉布上的各種植物色彩都很均勻，但紋理不夠清晰（即顏色在一定程度上暈開）;亞麻布上的色彩也很均勻，且可以清晰印出花瓣和葉肉較厚的樹葉的紋理;粘纖布的表現不太穩定，當樹葉葉肉較薄時可以色彩均勻、紋理清晰地印出，但當葉肉較厚時效果很差，印制花瓣的色彩較好，紋理效果卻一般。

實驗結果表明，不同特性的植物適合不同的布料，這可以結合布料的微觀結構予以解釋。從圖2的A1～A3可以看出，純棉布的纖維細密、規整、吸水性好，因此印染的色彩更均勻。但是，植物汁液也因此更容易暈染開來，在宏觀層面表現為色塊的團簇和紋理的缺失。微距鏡下亞麻布的纖維也很規整，因此印染的色彩仍然均勻。但亞麻布明顯比純棉布稀疏，吸水性不如純棉布，因此色彩不容易暈染成一團，紋理得到了保留。粘纖布的微觀結構明顯不如純棉布和亞麻布規整，而是由大量雜亂的纖維散亂交織在一起，因此當樹葉葉肉較厚時，植物的纖維容易與粘纖布纖維糾纏、無法分離，在宏觀層面表現為色彩不均勻。但是，當印染葉肉薄的樹葉時，植物的纖維不受此影響，可以隨膠帶完全剝離，著色均勻且紋理清晰。

2.4 實驗結論

葉肉較厚的樹葉適合印染亞麻布。葉肉較薄的樹葉最適合印染粘纖布，其次是亞麻布。花瓣最適合印染在亞麻布上，其次是粘纖布。

3 實驗二： 使作品顏色更豐富

3.1 探究問題與假設

捶草印花工藝追求色彩的美觀，因此本文提出第二個探究問題： 如何使捶草印花作品的顏色更加豐富？已有研究表明，天然植物組織的水提取液可以隨溶液酸堿度的不同，呈現不同的顏色[6]。據此，我們假設不同酸堿度的布料可以使印染的植物呈現不同的顏色。

3.2 實驗材料與方法

實驗材料： 不同種類的花草標本，包括： （1）綠色灌木葉，（2）紅楓葉，（3）粉紅色的酢漿草花瓣。3塊純棉布、10%檸檬酸溶液、10%碳酸鈉溶液、噴壺、錘子（木槌或較大的鵝卵石）、膠帶等。

實驗步驟如下：

（1） 用噴壺在3塊布料上分別均勻噴灑少量室溫的檸檬酸、清水、碳酸鈉溶液，使3塊布料具有不同的酸堿度。

（2） 把不同的植物標本印染在不同酸堿度的布料上，其步驟與實驗一的第（1）～（5）步相同，此處不再重復敘述。

（3） 比較同種植物在不同酸堿度布料上的顏色是否有差異。

3.3 實驗結果與討論

實驗結果如表2所示。除了灌木葉在不同酸堿度布料上顏色幾乎不變外，楓葉和酢漿草花瓣的顏色均隨酸堿度發生了變化。

這是因為楓葉和花瓣液泡內的細胞液中有豐富的花青素，花青素的配合物分子結構可以隨酸堿度的變化而發生改變（如圖3所示），從而呈現不同的顏色。當細胞液為堿性時，花青素呈藍紫色，當細胞液呈酸性時，花青素呈紅色。

3.4 實驗結論

布料酸堿度的改變可以導致部分印染的植物顏色的變化，使捶草印花作品具有更豐富的色彩。例如，紅楓葉在中性布料上呈現深紅色，在酸性布料上呈現鮮紅色，在堿性布料上呈現綠色;酢漿草花瓣在中性和酸性布料上呈現粉紅色，在堿性布料上呈現藍色。

4 實驗三： 使作品清洗不褪色

4.1 探究問題與假設

盡管剛剛完成的捶草印花作品顏色較深，但顏色不太穩定，當布料清洗后容易褪色。因此，本文提出第三個探究問題： 如何使捶草印花作品的顏色穩定、清洗不褪色？生活經驗表明，一些會褪色的新衣服最好在食鹽水中浸泡后再清洗，因為食鹽有固色作用，能防止褪色。古籍《天工開物》記載：“投礬化之，以之染物，則固結膚膜之間”，表明了明礬是古代用于固定顏色的物質[7]。在現代印染行業，SH96是一種用于提高衣物顏色的洗滌牢度、耐汗漬色牢度的助劑，它由二乙烯三胺、雙氰胺和氯化銨縮合、環化制得。因此，我們提出假設： 食鹽、明礬、固色劑SH96可以使捶草印花作品顏色穩固、清洗不褪色。

4.2 實驗材料與方法

實驗材料： 同種深紅色灌木葉3片、亞麻布3塊、食鹽、明礬、固色劑SH96、錘子（木槌或較大的鵝卵石）、膠帶等。

實驗步驟如下：

（1） 把3片同種深紅色灌木葉印染在3塊相同的亞麻布上，其步驟與實驗一的第（1）～（5）步相同，此處不再重復敘述。

（2） 把3塊布料分別浸泡在室溫下的飽和食鹽水、飽和明礬溶液、2% SH96溶液中30分鐘，取出后晾干。

（3） 檢驗固色效果： 把固色后的3塊布料放在清水中浸濕，再用相同力度揉搓40下，觀察是否褪色。

4.3 實驗結果與討論

實驗結果如圖4所示。無論是生活中的食鹽、明礬，還是工業有機固色劑SH96，都能夠固定顏色，在清水中揉搓40次也不褪色，效果較好。其中，食鹽和SH96對樹葉原有的顏色改變較小，但明礬固色后樹葉顏色從原本的深紅色變成深青色。

盡管3種固色劑都達到了相近的效果，但其作用原理不同。食鹽可以在浸透布料的同時，將色素分子也一同帶入布料纖維組織的內部，從而強化兩者的結合，達到固色的作用。從機理上說，布料的纖維素和色素都含有大量的羥基，在水溶液中都顯負電性，因此布料與色素之間存在靜電斥力，造成吸附困難。但是，添加無機鹽后，同離子效應降低了色素與纖維之間的斥力，促進了色素與纖維的結合[8]。

明礬溶液中的鋁離子會水解形成絮凝狀的膠體氫氧化鋁： Al3++3H2O

Al（OH）3+3H+，該過程釋放的氫離子可以中和負電性的色素和纖維素，使之恢復電中性，減弱色素與布料纖維的排斥力[9，10]。同時，由于鋁離子水解生成的氫離子與色素反應，造成了花青素結構的改變，這也解釋了為什么明礬的固色破壞了捶草印花作品原本的顏色。

SH96固色劑用雙氰胺與二乙烯三胺縮合成樹脂，再環構化生成季銨鹽型樹脂，在布料上形成高分子薄膜（圖5），季銨鹽與樹脂薄膜使顏色牢固地鎖在布料上[11]。

4.4 實驗結論

食鹽、明礬、SH96都能使捶草印花顏色固定、清洗不易褪色。其中，食鹽和SH96固色劑對顏色的保留度效果更好，推薦使用。

5 結束語

以上三個實驗得出了優化“捶草印花”效果的方法。

這些實驗可以應用到中學課堂，作為拓展探究實驗、家庭實驗或項目式學習活動予以實施。要求學生自己設計實驗方案，利用生活中常見的材料完成實驗，通過分析實驗現象得出結論，從而發展科學思維和實踐能力。這些實驗還可以讓學生感受到中華優秀傳統文化的魅力，在動手實踐中感悟和欣賞傳統工藝之美，通過思考其背后的科學原理，進而用現代實驗方法改進和創新傳統工藝，實現科學之美與藝術之美的融合。

參考文獻：

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