天然染料分類及應用

    1 引言：  
    近年來，由於人們環保意識和自身保健意識的增強，消費者對天然染料的興趣日益增長。服裝在前期生產過程中如果使用不當的染料,很可能給穿著者帶去致癌的危險。天然染料染色的特點是：除了色相自然外，有些植物如茜草、靛藍等，利用從其中提取的天然染料染色的織物還有防蟲和殺菌作用，加上天然染料染色物自然的芳香，其織物倍受消費者的青睞。天然染料雖不能完全替代合成染料，但它卻在市場上占有一席之地，並且越來越受到人們的重視。 

    2 天然染料的分類： 
    根據英國染料和染色家協會給出的定義，天然染料是指從植物、動物或礦產資源中獲得的、很少或沒有經過化學加工的染料。 

    2.1 按來源分類 
    天然染料根據來源可分為植物染料、動物染料和礦物染料，其中以植物染料為主。礦物染料是各種無機金屬鹽和金屬氧化物，主要有棕紅色、淡綠色、黃色、白色，經過粉碎混拼後可得20多個色譜；植物染料有茜草、紫草、蘇木、靛藍、紅花、石榴、黃梔子、茶、崧藍、藎草、柿子、紫草、墨水樹等；動物染料有蟲(紫)膠、胭脂紅蟲等。由於天然染料分子結構各不相同，染色方法也有較大差異。對蛋白質纖維和纖維素纖維而言，染色方法主要有無媒染色法、先染後媒法以及先媒後染法。對合成纖維而言，主要分為常壓染色和高溫高壓染色。最佳染色工藝應根據染料性質而定。特別需要指出的是， 同種天然染料，當使用不同的媒染劑染色時，往往會使被染纖維呈現不同的色相。 

    2.2 按化學結構分類 
    天然染料有多種化學結構，按化學組成可分為類胡蘿蔔素類、蒽醌類、萘醌類、類黃酮類、薑黃素類、靛藍類、葉綠素類共7類。類胡蘿蔔素類染料因在胡蘿蔔中發現而得名，結構中有長的共軛雙鍵（屬雙烯類），為橙色，較主要的染料有胭脂樹橙和藏紅花。紅色染料都含有蒽醌結構，它們大多數是從植物、昆蟲或動物中提取的，以耐光牢度好而著稱。黃酮是一種無色有機化合物，天然黃色染料大多是黃酮或黃酮醇的羥基或甲氧基取代物。藎草別名黃草、馬耳草，色素成分為藎草素 ,是黃酮類化合物，可用直接法染棉、毛、絲得鮮艷的黃色，也可採用以銅鹽（藍礬）媒染得到綠色。含靛類結構的兩種較主要的天然染料是靛藍和泰爾紅紫。靛藍在植物中是以配糖體的形式存在的，一般從蓼藍中提取的，將這種植物的莖葉浸泡在水中，經過發酵、水解、氧化即得靛藍。  

    2.3 按顏色分類 
    按顏色分類是指按纖維或織物染色後的顏色對天然染料進行分類：有紅色、黃色、藍色、棕色和其它顏色的天然染料。已統計的天然染料中以黃色和紅色品種最多，藍色、綠色和黑色最少。紅色染料不像黃色染料那樣大量存在於自然界中，大多數紅色染料隱藏在植物的根、樹皮或暗灰色昆蟲的軀體中。儘管紅色染料的來源有限，但它們在一種植物中存在大量色基，因此容易提取。胭脂蟲紅是最漂亮的紅色天然染料，存在於寄生在仙人掌上的胭脂蟲紅虱的體內，但較主要和常用的天然紅色染料是茜草和紫膠；黃色是最生動的、也是自然界存在的所有色相中最充足的染料。可產生黃色染料的植物的數量比可產生其它顏色染料的植物的數量要多得多。薑黃染料是薑黃的衍生物，是天然來源黃色染料中最有名和最鮮艷的染料之一；從古到今，靛藍一直是最主要和最常用的藍色染料之一，它是從生長在亞洲、非洲、菲律賓和美國等地的一種植物的葉子中提取的；兒茶棕染料是從一種名為兒茶的木材中提取的，這種樹主要生長在印度等地。 

    3 天然染料的應用現狀及應用前景 
    目前，天然染料的用量僅l萬噸，占合成染料使用總量的1%。天然染料可從植物、動物、礦物中獲得，部分也可通過生物技術獲得。天然染料的傳統製備方法有水萃取、蒸餾、柱層析等,這些傳統製備方法的缺點是獲得的染料粒徑大、色牢度不好。當前，多數天然染料存在染色牢度差的問題,即使採用多種媒染劑也仍難達到要求，尤其是日曬牢度和皂洗牢度。傳統的天然染料染色方法還存在著給色量低，染色時間過長等問題；並且大部分天然染料在染色時都要使用媒染劑，而傳統的媒染劑大多含重金屬離子，這與天然染料的綠色環保是相背離的。除此之外，天然染料大多來源於動植物，這使得它難以進行標準化生產。即使是同一種植物，由於產地不同、氣候條件不同、土壤不同及採集時間不同都會影響色素的組成及色澤，而這必然會導致染料的染色重複性差，再者，由於天然染料在植物中的含量極少，要想獲得大量的天然染料，就一定會造成生態環境的破壞，得不償失，也違背了可持續發展的戰略，這都使得利用天然染料染色難以實現產業化生產。 
  
    為了提高色素萃取的效能，研究人員用乙醇代替水作溶劑, 將植物粉碎後，放入密閉容器中，倒入95%的乙醇，浸漬24小時後，將溶液倒出，再用同樣的乙醇浸漬6小時，重複兩次。最後將所有的溶液混合後，進行過濾，即可作為染液，此法非常適用於難溶染料。為了改善天然染料染色牢度差的問題，可採用超聲波法對染液進行處理，其原理是：利用超聲波分散作用時的空化現象，使液體中的微氣泡周圍產生上千個大氣壓的壓力，使染料解聚，從而獲得微粒徑的染料，達到改善染色效果的目的，有些天然染料在水中的溶解度小，為了達到一定的染色深度，可以對這類染料採用加分散劑的方法，效果很好。用陰離子或非離子表面活性劑使染液中的染料顆粒得以分散，這樣染液可以形成較穩定的分散體系，而且織物和染料接觸的機會也增多，上染速度也加快。染料的水溶性越小，加分散劑染色的效果就越明顯。為了避免天然染料染色時重金屬離子對環境的污染，科研工作者用稀土-檸檬酸絡合物作為天然染料的媒染劑對苧麻纖維進行染色實驗，實驗結果表明染色效果較好。為了防止天然染料的提取對自然環境造成破壞，人們開始利用生物工程的方法培育植物，現已人工培育出了紫草、茜草等多種植物，人工培育的植物中色素含量比天然植物高，這樣使得天然染料的生產可以不依賴於自然界的植物，且產量大幅度提高。其次，研究性能優良的天然染料的品種，測定其結構，再研究其合成方法，這可大大加快天然染料的產業化進程，特別是綜合利用植物的葉、花、果實及根莖, 以及其它工業生產的廢料來提取天然染料也很有現實意義。 

    4 結語 
    天然染料以其自然的色相，防蟲、殺菌的作用，自然的芳香贏得了世人的喜愛，具有廣闊的發展前景。但目前要使其商業化並完全替代合成染料還是不現實的，要將天然染料獲取及染色注入新的科技，採用現代化設備，加快其產業化的速度，相信天然染料會讓世界變得更加色彩斑斕。 

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