天然染料的发展现状和趋势

天然染料的发展现状和趋势[摘要]：随着人类环保意识的增强及对自身健康的日益重视,开发天然染料已成为客观需要。文章介绍了天然染料的发展现状、应用天然染料存在的问题及解决思路，并重点介绍了天然染料在染料来源、提取方法、染色方法、应用等方面的最新进展。并对天然染料的应用前景做出了乐观估计。[关键词]：天然染料；现状；进展；前景展望1前言用天然染料和颜料染色在我国具有悠久的历史,明清时期,我国天然染料的制备和染色技术都已达到很高的水平,染料除自用外,还大量出口。19世纪中叶合成染料问世并于1902年传入我国以后,由于其在色光和色牢度等方面的优越性,使得天然染料在植物染色中的应用逐渐被合成染料所取代。然而,近年来随着人们环保意识的提高,合成染料在生产和应用过程中带来的污染问题越来越引起人们的关注,在全球性绿色革命浪潮下,天然染料又开始为人们所重视。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。天然染料根据来源可分为植物染料、动物染料和矿物染料。植物染料有茜草、紫草、苏木、靛蓝、红花、石榴、黄栀子、茶等；动物染料有虫(紫)胶、胭脂红虫等；矿物染料有各种无机金属盐和金属氧化物。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种。2国内外发展现状天然染料有良好的环境相容性和药物保健功能，引起了许多国家染料研究和应用机构的关注。在国外，日本、印度等国家都在进行天然染料染色的研究。日本专门成立了“草木染”研究所，应用现代科学技术对天然染料进行开发。日本蚕丝昆虫农业技术研究所和蚕丝商社合作发现了具有紫色色素的微生物并将之用于染色。日本技术人员用生物技术还开发了大戟属植物染料。日本晃立公司批量开发了棕、绿、蓝三个色系的植物染料，用这三个色系组合再拼染其它色泽。大和染工公司推出“草衣染色”，形染公司推出“靛蓝印花”。日本用天然染料染色的纺织品有“西阵织”、“京友禅”、“大岛绸”等多种品牌，这一系列“草木染”纺织品被用做衬衫和睡衣的面料，或用于床单、被罩等家纺产品。印度研究人员在天然染料研究方面也做了大量工作，先后开发了用白杨树皮和凤仙花做的染料，并对杏树叶染纱线、Babool皮染尼龙和茶叶染羊毛进行了研究和开发。我国对天然染料的开发也正在积极的探索之中，中科院大连化学物理研究所、北京服装学院和苏州大学等单位均有研究人员在从事天然染料染色方面的研究。河北省邢台织染厂在1989年就根据当地的历史传统,利用山上的黄褐色土对灯芯绒进行染色,这种“岩土染色灯芯绒”越洗颜色越鲜艳,出口到日本倍受欢迎。中国纺织科学研究院已制得天然黄(IR-Y)和天然绿(TR-G)，用于棉和丝绸的染色。在第19届北京针织品秋季展销会上推出的“铜牛牌”系列童装，系纯天然植物染料染成的。江苏三毛集团开发了用植物染料制成的高支天素丽绿色环保型高档面料，该产品已于2000年11月通过省级鉴定。这种产品既符合国内外精纺毛料高支轻薄化、功能多样化的要求，又符合目前国际上倡导的环保型天然面料的要求。3天然染料存在的问题及解决方法天然染料虽具有广阔发展前景,但目前要使其商业化并完全替代合成染料是不现实的,因为天然染料在应用中存在着许多问题。3.1解决染料供应困难（1）天然染料多来源于动植物,这使得它难以进行标准化生产。以植物染料为例,即使是同一种植物,由于产地不同、气候条件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。（2）天然染料难以大量生产。由于动植物中色素含量较小,要想获得足够染料,就要大量采摘或砍伐植物,或者猎取动物。这会造成对生态环境的破坏,违背了使用天然染料染色以利于生态和环保的初衷。（3）许多天然染料也都是中草药资源,具有很高的药用价值和经济价值,如果将它们大量用于染料的提取,也是不经济的。取的染料低得多。因此,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,逐步实现工业化大生产,以代替种植、提取天然染料和安全性有问题的合成染料,值得研究。3.2改变应用性能的局限性天然染料对纺织纤维的亲和力很小，导致染色牢度差的问题,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。另外,大部分天然染料在染色时都要使用媒染剂,传统的媒染剂大多含重金属离子,其中有许多被列入生态纺织品所禁用的名单。为此,我国的染色工作者用稀土—柠檬酸络合物作为天然染料的媒染剂对苎麻纤维进行了染色实验。稀土离子可作为中心离子和作为配位体的染料离子络合。此外,它还具有类似电解质的作用,有促染性。纤维素纤维经处理后其表面具有大小不等的孔穴,由此稀土离子可进入纤维的非结晶区甚至结晶区的边缘,与染料分子及纤维素分子形成多元络合,从而提高染色牢度。这一多元络合体系的形成使染料能够抗击因溶液pH值波动而产生的色光变化。4天然染料研究的进展4.1天然染料的新来源人们一般认为天然染料都来源于植物、动物和矿物,其中又以植物染料为主。但是,现在人们发现细菌、真菌、霉菌等微生物产生的色素也可作为天然染料的来源。英国研究人员指出:掌状革菌、粗毛纤孔菌等大型真菌都可以作为天然染料用于染色。日本蚕丝昆虫农业技术研究所与蚕丝商社合作研究,发现了能产生青紫色色素的微生物,并将其用于染色。霉菌色素也可用于染色。我国的研究人员尝试用红曲米色素来染丝绸,获得了美丽的深红色。经测定，这些微生物都是非病原菌。因此，这种色素是安全的。4.2提取和处理天然染料的新方法天然染料中大部分是植物染料，其色素分别存在于花、果、皮、茎、叶和根中，如何提取色素是天然染料应用时首先要解决的问题。大部分植物色素是可溶于水的，故对植物染料一般直接用水萃取。将植物的含色素部分粉碎后，在水中浸泡一定时间，再加热煮沸20—30分钟，所得的溶液即为染液。但这样制得的染液染料粒度大，影响染色牢度。为提高色素萃取的效能，有研究人员用乙醇代替水为溶剂。将植物染料粉碎后，放人密闭容器中，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。这解决方法之一是利用生物工程的方法培育植物。现在利用生物工程的方法已人工培育了紫草、茜草等多种植物，由于生物培养的方法可使细胞生长速度大大加快,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,开发天然染料等同体也极具价值。这种染料结构与某种天然染料完全一致,是一种等同体,同时又是化学合成生产,其纯度高、性能稳定、原料丰富、不与粮食争地、可以大规模进行生产,只要不含有重金属等有害杂质,其安全性无问题,成本也比天然提种方法尤其适用于那些难溶于水的染料。目前有研究表明用超声波法对染液进行处理，可改善染色效果。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，改善染色效果。4.3染色方法的进展传统的染色方法是将萃取后的染液直接应用于染色，但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，往往需要染几次。试验表明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。4.4应用领域上的新进展自合成染料问世以后,天然染料就逐渐退出织物染色领域,合成纤维出现时,天然染料已很少在织物染色上使用,所以天然染料的染色实践只是对棉、麻、丝、毛等天然纤维染色。近年来,随着人们对天然染料兴趣的高涨,人们开始尝试用天然染料染合成纤维。4.4.1用天然染料染聚酯纤维茜草、紫草和大黄等天然染料的色素结构中都有蒽醌或萘醌,与分散染料的结构十分类似。它们的分子量很小,并具有疏水性。用这几种染料对聚酯纤维进行染色试验,热力学研究表明这些天然染料对聚酯纤维有很高的亲和力，染料吸附饱和值也很高,说明大量的染料被吸附在聚酯纤维上。其吸附等温线符合分散染料染聚酯的Nernst等温线,这表明这些天然染料上染聚酯的机理类似分散染料。4.4.2用天然染料染聚丙烯腈纤维热力学研究结果表明:天然染料黄檗中所含的小檗碱是可以用来染丙烯腈纤维。其染色机理符合ngmuir吸附等温线。这表明带正电荷的染料可以和带负电荷的纤维形成离子键,使染料吸附在纤维上。4.4.3天然染料染腈纶试验表明，用Chavlikodi染料对腈纶织物染色,可得到黄棕色和暗橙色。氯化亚锡和明矾作为媒染剂时,上染率高。用硫酸铜时,耐光牢度很好。5前景展望天然染料特适合应用于开发高附加值的绿色产品，用天然染料染色的织物，其发展前景非常看好。天然染料的优越性能在以下几个方面表现尤为突出。5.1保健内衣制品如今，人体舒适和保健的绿色纺织品将成为家庭健康消费的最基本内容。大部分内衣、睡衣等贴身衣物，对染整加工的环保生态要求也就更高了。天然染料大都有药物作用，有的可抗菌消炎，有的可活血化淤。所以用天然染料染制的纺织品将会成为保健内衣的生力军。5.2家纺产品随着人们生活水平的提高，家纺产品将由经济实用型向功能型和绿色环保型转化。由天然染料染制的床单、被罩、浴巾等家纺产品必然会因符合生态环保标准和具有医疗保健功能而受到人们的青睐。6结束语天然染料中的动植物染料是由生物体中提取的,与环境相容性好,生物可降解，而且无毒无害，对皮肤无过敏性和致癌性。具有较好的生物可降解性和环境相容性。合成染料虽然鲜明亮丽,但天然染料的庄重典雅也是合成染料不能比拟的。除染色功能外,天然染料还具有药物、香料等多种功能。天然染料大多为中药,在染色过程中,其药物和香味成分与色素一起被织物吸收,使染后的织物对人体有特殊的药物保健功能。在当今人们崇尚绿色消费品的浪潮冲击下，必将有更广阔的发展前景。但目前要使天然染料商品化，完全替代合成染料还是不现实的。天然染料给色量低、染色时间长也制约了它的发展，因此，有必要改进传统的染色方法。由于天然染料长期未被重视，许多过去知名的天然染料资源已知之甚少，重新认识和开发新的天然染料已十分迫切。此外，还可开发微生物天然染料或合成与天然染料化学结构相同的合成染料。天然染料顺应回归自然的需求，将会在纺织品应用中占有一席之地。