天然植物染料的進(jìn)展課件

1、天然植物染料的發(fā)展 目錄一、概述二、天然植物染料的分類三、天然植物染料的提取方法四、天然植物染料的染色工藝五、天然植物染料的應(yīng)用六、天然植物染料的發(fā)展瓶頸以及發(fā)展前景七、參考文獻(xiàn)一、概述 植物染料是指利用自然界之花、草、樹(shù)木的莖、葉、果實(shí)、種子、皮、根等提取色素作為染料。 具有環(huán)保、無(wú)污染、對(duì)人體無(wú)危害甚至可以保健的特點(diǎn)。 隨著合成染料的負(fù)面作用被審視，天然植物染料在今天又重新受到了人們的關(guān)注1。二、天然植物染料的分類1、按照植物染料色系分類2、按照植物染料化學(xué)結(jié)構(gòu)分類1、按照植物染料色系分類我國(guó)染料植物資源豐富，常用的有下面一些種類2： 1） 紅色系，茜草、紅花、蘇枋等； 2） 黃色系，梔子

2、、槐花姜黃、郁金、銀杏、菊花等； 3） 藍(lán)色系，蓼藍(lán)、菘藍(lán)、木藍(lán)、馬藍(lán)等； 4） 紫色系，紫草、紫檀、野莧、落葵等； 5） 茶色和棕色系，茶葉、桑木、楊梅、橡木、楸葉等； 6） 灰色和黑色系，菱、五倍子、鹽膚木、柯樹(shù)、槲葉和漆大姑等； 7） 綠色系，鼠李等續(xù)表1茜草蓼藍(lán)蘇木槐米三、天然植物染料的提取方法1.傳統(tǒng)水煮法提取 植物染料的色素分別存在于花、果、皮、莖、葉和根中，并且大部分植物色素可溶于水，所以對(duì)植物染料一般直接用水萃取。其工藝流程如下： 植物染材粉碎浸泡煮沸過(guò)濾染液2、乙醇浸漬法提取 將粉碎的染材放入密閉容器中，加入95%乙醇溶液浸漬若干小時(shí)將溶液倒出； 再倒入相同濃度的乙醇，再次浸

3、漬；如此反復(fù)兩次，最后將所有的溶液混合，過(guò)濾，既可作為染液。這種方法尤其適用于難溶于水的染料。其工藝流程如下: 倒出溶液（染液）植物染材粉碎乙醇溶液中浸漬 濾渣 乙醇溶液中浸漬倒出溶液（染液）3、超聲波法 將染材與水于超聲波發(fā)生器中進(jìn)行處理，冷卻后濾去殘?jiān)?，濾液濃縮干燥，制成染料。利用超聲波萃取的染料顆粒要比常規(guī)方法制備染料小得多。因此，其滲透能力增強(qiáng)，與羊毛結(jié)合牢固。并且其日曬牢度、皂洗牢度和浸漬牢度都有明顯提高。其工藝流程如下： 植物染材、水超聲波發(fā)生器冷卻濾液濃縮干燥染料。5、冷凍干燥法 真空冷凍干燥技術(shù)， 屬升華干燥，是將含水物料預(yù)先凍結(jié)，然后使之在真空狀態(tài)下升華的一種方法。經(jīng)冷凍干燥

4、的物品，其原有的生物、化學(xué)特性基本不變，易于長(zhǎng)期保存，加水后能恢復(fù)到凍干前的形態(tài)，并且能保持原有的生化特性。利用此技術(shù)提取天然植物染料粉末，由于所提取的固態(tài)染料粉末易于稱重，同時(shí)也利于存儲(chǔ)，減少浪費(fèi)，因此它能使天然染料的染色工藝更加規(guī)范化、簡(jiǎn)便化，可大大提高染色重現(xiàn)性， 從而解決傳統(tǒng)提取法的難于稱重、不易保存、染色重現(xiàn)性差等問(wèn)題。其工藝流程如下： 傳統(tǒng)植物染液真空冷阱冷凍染料粉末6、超臨界流體萃取法4 超臨界流體萃取是利用其介于氣體和液體之間的流體進(jìn)行萃取，該流體具有優(yōu)異的溶劑性質(zhì)。在較高壓力下，將溶質(zhì)溶解于流體中，然后降低流體溶液的壓力或升高溫度，使溶解于超臨界流體中的溶質(zhì)因密度下降、溶解度

5、降低而析出。梁瑞紅5等使用超臨界CO2 萃取新疆紫草中的萘醌色素，產(chǎn)率高達(dá)3.59%。2、還原染色法 植物中已存在天然色素化合物，而在染色過(guò)程中最終形成不溶于水的色素，如藍(lán)草。染色前首先對(duì)原染料進(jìn)行還原，浸染織物再采用空氣氧化，使其氧化顯色，重新成為不溶于水的還原染料，固著在織物上。3、媒染法 有些天然植物色素對(duì)水有較好的溶解性，染液中色素可直固著于織物上，但染色牢度較差。為提高其染色牢度，通常使用媒染劑與色素絡(luò)合配位形成不溶于水的化合物，以此固著在纖維上。 先媒染后染色（天然染料色素對(duì)水的溶解度較小，具有絡(luò)合配位基團(tuán)，借助先媒染形成能在 纖維上吸附的金屬離子絡(luò)合鍵而固著。如茜草、西洋茜。）媒

6、染法 同浴媒染（染液中含有媒染劑） 先染色后媒染（天然染料色素對(duì)水基本不溶，但其配糖體能溶解于水并與纖維吸附。如梔子、槐花）五、天然植物染料的應(yīng)用 天然植物染料除具有無(wú)毒、與環(huán)境相容性好、可生物降解外，利用此種染料染出的織物手感豐盈，色澤純樸、自然，并具有自然的香氣，而且部分植物染料染出的織物具有防蟲、殺菌的功效。很多作為中草藥的植物染料，更是帶給紡織品更多的保健功效，從而引起諸多研究和應(yīng)用機(jī)構(gòu)的關(guān)注7。 1、天然染料在制革工業(yè)中的應(yīng)用8 天然染料在皮革染色中的應(yīng)用單寧是植物的次生代謝產(chǎn)物，具有多羥基、多羧基的酚類結(jié)構(gòu)，廣泛存在于植物的果實(shí)、果皮及樹(shù)皮中，易與多價(jià)金屬離子配合，其配合物呈灰黑色

7、，是黑色天然染料的重要來(lái)源。 另外，天然染料也可作為皮革的殺菌劑。目前皮革制品大多使用有機(jī)抗菌劑，如- 溴代肉桂醛、香料及水楊酸等。實(shí)驗(yàn)表明，有機(jī)抗菌劑抗菌效果較好但會(huì)有不同程度的過(guò)敏現(xiàn)象及副作用，天然染料在染色的同時(shí)可賦予皮革制品一定的抗菌性能，能完全克服有抗菌劑的缺點(diǎn)。2、天然植物染料在紡織品上的應(yīng)用2.1 天然植物染料在蛋白質(zhì)纖維上的應(yīng)用 目前天然染料在蛋白質(zhì)纖維上的應(yīng)用研究主要有： （1）紫甘藍(lán)在絲綢上的應(yīng)用9 紫甘藍(lán)是染絲綢的很好的天然染料的來(lái)源。使用不同的媒染劑產(chǎn)生各種色調(diào)的粉紅色，而且也促進(jìn)了耐光、水洗、摩擦牢度和耐汗?jié)n色牢度。 使用同樣的方法來(lái)染絲綢和棉絲綢的各項(xiàng)牢度都較棉的牢

8、度好。 （4）紫草對(duì)柞蠶絲染色12 紫草上染柞蠶絲織物的最佳工藝條件為：浴比1：40，染液體積分?jǐn)?shù)8，pH 6，溫度80，時(shí)間60 min。通過(guò)不同媒染劑(AI3+，F(xiàn)e2+、Cu2+)媒染處理，得到不同顏色的織物。通過(guò)對(duì)染色織物耐水洗及耐摩擦色牢度的檢測(cè)得出，紫草上染柞蠶絲織物色牢度優(yōu)良。直接染色和媒染均達(dá)到3級(jí)以上。（5）青核桃皮對(duì)柞蠶絲染色13 青核桃皮上染柞蠶絲織物的最佳工藝為：pH值4，（青核桃皮色素)=16，70通過(guò)不同媒染劑(cu2+、Fe2+、Al3+預(yù)媒和后媒處理，提高織物色差值青核桃皮色素上染柞蠶絲織物色牢度優(yōu)良，直接染色和媒染試樣均達(dá)到3級(jí)以上后媒染色效果好于預(yù)媒染色。（

9、7）紫鴨跖草對(duì)羊毛植物的染色15 溶液的pH值對(duì)紫鴨跖草提取液的穩(wěn)定性影響最大；染液可以直接上染毛織物，染液濃度和染液pH值是影響直接染色的最大因素；后媒染染色比預(yù)媒染效果好；通過(guò)鋁媒染處理的后媒染染色正交試驗(yàn)得到的最佳工藝為：溫度60，媒染時(shí)間40 min，浴比1：40，媒染劑用量6(owf)。織物的各項(xiàng)染色牢度均達(dá)到3級(jí)以上。此外，還有槐米、姜黃等用于蛋白質(zhì)纖維染色研究16-17。2.2、天然植物染料在纖維素纖維上的應(yīng)用（1）銀杏葉上染棉織物18 利用銀杏葉提取染液對(duì)棉織物進(jìn)行染色，同時(shí)使用明礬作為媒染劑進(jìn)行了媒染處理。銀杏葉染純棉織物的最佳染色工藝條件為染料質(zhì)量濃度35 gL，pH=11

10、，染色溫度70，染色時(shí)間35 min。結(jié)果表明，經(jīng)媒染處理后的染色織物其耐洗牢度和摩擦牢度均較未媒染織物提高12級(jí)。 此外，天然植物染料也可上染改性纖維素纖維，由吳堅(jiān)19等研究的姜黃和大黃對(duì)改性纖維素纖維進(jìn)行顯然色后剝色的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明天然染料上染改性纖維素纖維符合朗繆爾吸附等溫線。3、天然植物染料在紡織品上的保健抗菌整理20 天然藥用植物的提取物作為功能劑, 對(duì)紡織品加工, 從而達(dá)到抗菌防臭、保濕、吸濕、防蛀、改善肌膚觸感、抗過(guò)敏、治皮炎等加工效果。 例如：天然植物染料在兒童紡織品上的應(yīng)用，減小了因小孩長(zhǎng)期接觸玩具而導(dǎo)致慢性中毒和引起皮膚感染、過(guò)敏反應(yīng)的隱患21。 日本Unitika (龍吉

11、尼克)公司的Evercare 產(chǎn)品就是由艾蒿的提取物吸附在多孔的微膠囊狀無(wú)機(jī)物中制成。日本還有以艾蒿染色的織物, 用以加工制成患特異反應(yīng)性皮炎患者的睡衣褲。 日本都立衛(wèi)生研究所的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 石榴染色濃度在50% ( 按織物重)以上, 石榴染色具備符合衛(wèi)生加工協(xié)會(huì)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的抗菌力和耐久性。4、其他應(yīng)用 日本通過(guò)洋蔥、紫膠和郁金染料的萃取，以硫酸亞鐵為媒染劑對(duì)聚酯纖維進(jìn)行媒染工藝研究等。 日本行染公司推出“靛藍(lán)印花”，把天然染料應(yīng)用到印花工中3。六、天然植物染料的發(fā)展瓶頸以及發(fā)展前景1、天然植物染料的發(fā)展瓶頸22（1）原材料即使是同一種植物，也會(huì)因產(chǎn)地氣候條件及采集時(shí)間不同而影響色素的組成及色

12、澤（2）多數(shù)植物需要新鮮提取，現(xiàn)提現(xiàn)用，不便于保存。只能將目標(biāo)鎖定在干燥的中藥、樹(shù)皮、樹(shù)木、干果。（3）多數(shù)植物染料存在染色牢度差的問(wèn)題。（4）價(jià)格過(guò)高，是合成染料的幾倍以上。（5）產(chǎn)業(yè)鏈還未形成。 此外，大多數(shù)天然染料較適合蛋白質(zhì)纖維的染色，但天然染料對(duì)纖維素纖維的親和力低，只能對(duì)染料進(jìn)行篩選或?qū)w維素進(jìn)行改性，也可通過(guò)特殊的設(shè)備如超聲波儀、紅外染色機(jī)來(lái)改善天然染料在纖維素纖維上的染色效果23。 對(duì)于天然植物染料耐曬牢度差的問(wèn)題， 韓國(guó)慶北大學(xué)纖維工程系的Taekyeong Kim 教授和韓國(guó)Catholic 大學(xué)Sinhee Kim 教授分別通過(guò)使用抗壞血酸、五倍子酸、茶多酚等天然化合物對(duì)

13、天然染料的耐曬牢度提升進(jìn)行了研究， 使天然染料的耐曬牢度提高至1 級(jí)左右24-25。2、天然植物染料的發(fā)展前景26 隨著越來(lái)越多的專家學(xué)者的重視與研究，許多問(wèn)題逐漸被解決和攻克，例如，將生物工程的研究與天然染料的研究相結(jié)合，利用生物技術(shù)培養(yǎng)植物，改進(jìn)染色方法和提取方法，開(kāi)發(fā)新型媒染劑、助劑等。在國(guó)外已經(jīng)見(jiàn)到用天然染料上染銷售的衣物，清楚的標(biāo)明天然染料上染會(huì)有褪色現(xiàn)象，價(jià)格也很高，但依然能被消費(fèi)者所接受，正說(shuō)明隨著消費(fèi)觀念的改變和對(duì)安全無(wú)毒害的需求，天然染料未來(lái)的市場(chǎng)和發(fā)展?jié)摿κ窍喈?dāng)大的。七、參考文獻(xiàn)1 杭珍,徐增萊.中國(guó)的傳統(tǒng)植物染料及其應(yīng)用研究J.中央大學(xué)民族學(xué)報(bào),2011,20(2):17

14、.2 李漠.淺議天然植物染料現(xiàn)狀及其發(fā)展方向J.北京農(nóng)業(yè),2010:61.3 張弛,崔永珠.國(guó)內(nèi)外天然植物染料的應(yīng)用及其發(fā)展現(xiàn)狀J.針織工業(yè),2009,75-77.4 潘麗娜,賈麗霞.植物染料的研究及趨勢(shì)J.紡織科技進(jìn)展,2008,(3),37.5 梁瑞紅,謝明勇,劉薇等.超臨界CO2萃取新疆紫草萘醌得率的響應(yīng)曲線分析J.食品科學(xué),2004,25(3):130.6 賈吶.中國(guó)傳統(tǒng)植物染料、染色方法及應(yīng)用前景初探J.印染,2004:41-42.7 Cristea D,Vilarem G.Improving light fastness of natural dyes on dyes cotton

15、 yarnJ.Dyes and Pigment,2006,(71):39-46.8 張哲,林書昌,楊桂霖.天然染料的染色特性及其在制革工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展J.西部皮革,2014,36(4):13-14.9 Chhavi ,Ek ta Grover.Red Cabbage-A natural dye for silkJ.Man-made Textiles in India,2009:157-160.10 柯貴珍.天然植物染料西紅花對(duì)真絲植物染色J.研究與技術(shù),2010,(2):5-6.11 朱莉娜.天然植物染料橘子皮對(duì)絲綢染色性能研究J.印染助劑,2014,31(9):44-45.12 呂麗華,葉方

16、,張歡.紫草在柞絲綢織物染色中的應(yīng)用J.大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,29(2):155-156.13 呂麗華,葉方,陳昕.青核桃皮色素用于柞蠶絲織物染色性能的研究J.印染助劑,2011,28(5):43-44.14 N.F.Ali,R.S.R.EL.Mohamedy and E.M.EI-Khatib. Antimicrobial Activity of Wool Fabric Dyed with Natural DyesJ.RJTA,2011,15(3):1-2.15 于穎.天然植物染料紫鴨跖（zhi）草的提取及其對(duì)羊毛植物的染色性能J.毛紡科技,2014,42(5):31-3216 林明霞

17、,吳堅(jiān),趙明.羊毛織物的天然植物染料姜黃染色研究J.印染,2004.17 呂麗華,吳堅(jiān),葉方.天然植物染料槐米用于毛織物染色J.毛紡科技,2009,37(4).18 隋世軍,崔永珠.銀杏葉上染棉織物的染色工藝J.大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,28(6):466-468.19 吳堅(jiān),呂麗華,葉方.天然植物染料上染改性纖維素纖維的染色機(jī)理J.針織工業(yè),2006:39.20 王華.傳統(tǒng)天然植物藥與紡織品的保健抗菌整理J.紡織學(xué)報(bào),2004,(1):111.21 陳光.植物染料在兒童用紡織品中的現(xiàn)狀及發(fā)展概況J.廣西紡織科技,2010,39(2):45-46.22 何華玲,于志財(cái).植物染料的應(yīng)用及其存在問(wèn)題的探討J.河北紡織,2009,(2):77-78.23 韓曉俊,王越平,覃丹,龐琦.天然植物染料染色存在的問(wèn)題及其解決措施J.針織工業(yè),2007:48.24 Sinhee Kim.Ultraviolet protection property of green tea extract dyed fabricsJ.Journal of th