天然染料的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景.docx

1、天然染料的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景 內(nèi)容摘要： 隨著人類環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)及對(duì)自身健康的日益重視,重新評(píng)估和開發(fā)天然染料已成為客觀需要。本文章簡(jiǎn)要介紹了天然染料的染色機(jī)理、方法以及在部分領(lǐng)域中的應(yīng)用情況,指出了天然染料應(yīng)用過程中的局限性,并對(duì)天然染料的應(yīng)用前景做出了樂觀估計(jì)。  關(guān)鍵詞：天然染料 染色 應(yīng)用 前景  0 引言天然染料是指從植物、動(dòng)物或礦產(chǎn)資源中獲得的、不經(jīng)過人工合成，很少或沒有經(jīng)過化學(xué)加工的染料【1】。天然染料根據(jù)來源可分為植物染料、動(dòng)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(jī)金

2、屬鹽和金屬氧化物，主要有棕紅色、淡綠色、黃色、白色，經(jīng)過粉碎混拼后可得20多個(gè)色譜；植物染料有茜草、紫草、蘇木、靛藍(lán)、紅花、石榴、黃梔子、茶、崧藍(lán)、藎草、柿子、紫草、墨水樹等；動(dòng)物染料有蟲(紫)膠、胭脂紅蟲等。 天然染料無毒無害，對(duì)皮膚無過敏性和致癌性。具有較好的生物可降解性和環(huán)境相容性。其色澤柔和、自然有特色，在高檔真絲制品、保健內(nèi)衣、家紡產(chǎn)品、裝飾用品等領(lǐng)域中擁有廣闊的發(fā)展前景。1 我國(guó)染料業(yè)的發(fā)展方向2004年我國(guó)染料產(chǎn)量約59.83萬噸，占全球產(chǎn)量的近60，是世界染料主要的生產(chǎn)國(guó)，但我國(guó)要成為世界染料生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)，還有相當(dāng)長(zhǎng)的一段距離，其關(guān)鍵因素在于是否環(huán)保?！?】&#

3、160;國(guó)際上老牌的染料強(qiáng)國(guó)為了保證原有市場(chǎng)和提高競(jìng)爭(zhēng)力，已呈現(xiàn)出專業(yè)化、高檔化、環(huán)?；?、新型化的發(fā)展趨勢(shì)。與發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)相比，我國(guó)染料業(yè)在產(chǎn)品創(chuàng)新能力、生產(chǎn)技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)保水平等方面存在較大差距，尤其是環(huán)保型新產(chǎn)品缺乏，環(huán)境污染治理任務(wù)嚴(yán)峻，使我國(guó)染料工業(yè)缺乏競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展后勁。 合成染料自19世紀(jì)中葉問世以來,由于色彩繽紛、色譜齊全、耐洗耐曬、價(jià)格便宜等特點(diǎn),逐步取代了天然染料,成為紡織品最主要的著色劑。隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)以及對(duì)人類健康的日益重 視,部分合成染料對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的副效應(yīng)愈來愈受到關(guān)注。近幾年的研究表明,有100多種常用染料有可能產(chǎn)生

4、致癌物質(zhì)。不僅如此,隨著地球石油資源的消耗,合成染料的原料問題已暴露出來,因此我國(guó)的科研人員開始致力于開發(fā)“天然環(huán)保染料”和“環(huán)保清潔染整工藝”。   2 天然染料的性質(zhì)  天然染料多數(shù)取自于植物，是有機(jī)化合物，強(qiáng)度較低，吸收光譜較寬。多數(shù)天然染料完全溶于水，但提純后染料的溶解度變小，部分溶解的染料分子中含有羥基，加入堿性物質(zhì)（如碳酸鈉）可提高其溶解度。另外，有些天然染料需要分散劑分散，在溶液中形成聚集體，加熱時(shí)解聚。不溶性天然染料如靛藍(lán)在應(yīng)用時(shí)可使其還原成無色可溶性物質(zhì)?！?】天然染料的耐光，耐水洗牢度較差是導(dǎo)致至今未能廣泛應(yīng)用的原

5、因之一?！?】   3 天然染料的上染機(jī)理、方法  31 上染機(jī)理  天然染料的上染機(jī)理因染料和所染纖維類型而異,由于天然染料品種繁多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,目前科研人員對(duì)各類纖維的染色熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)方面的研究還不是很充分。 印度的Dr.Deepti Gupta對(duì)5種“天然染料對(duì)合成纖維的上染機(jī)理”進(jìn)行了研究的結(jié)果表明,奈醌類染料Juglone、Alkannin和Bixin染尼龍、滌綸織物的吸附等溫線屬于Langmuir型,而Berberine與腈綸織物之間可形成離子鍵。天然小檗類染料上染丙烯腈纖

6、維標(biāo)準(zhǔn)親合力相當(dāng)高,70和90時(shí)分別為33·9 kJ/mol和43·3 kJ/mol,其牢度性能與堿性染料類似,水洗牢度良好,但耐光牢度只有1級(jí)。這5種染料與合成纖維的染色焓是正值,說明染色是吸熱過程。隨染色溫度升高,染料上染率會(huì)繼續(xù)增加。此外,染料在水中是部分溶解的,可能是染料發(fā)生聚集,因此容易在高濃度時(shí)染得深色【5】。 日本也有研究天然染料上染蠶絲和棉纖維機(jī)理。莽草寧、蘇枋等媒染型天然染料,是通過媒染劑與纖維分子形成絡(luò)合物上染,但媒染前后色調(diào)有些變化。靛藍(lán)等還原型天然染料,是通過染料分子的聚集吸附在纖維上,因而摩擦牢度較低。胭脂紅酸等親水型

7、天然染料,水溶性好,具有陽(yáng)離子性的化學(xué)結(jié)構(gòu),可以上染蠶絲【4】。  32 染色方法  由于天然染料分子結(jié)構(gòu)各不相同,染色方法也有較大差異,對(duì)蛋白質(zhì)纖維和纖維素纖維而言,染色方法主要有無媒染色法、先染后媒法以及先媒后染法。對(duì)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(yīng)根據(jù)染料性質(zhì)而定。特別需要指出的是,同種天然染料,當(dāng)使用不同的媒染劑染色,往往會(huì)使被染纖維呈現(xiàn)不同的色相。4天然染料的應(yīng)用 天然染料由于其良好的環(huán)境相容性和藥物保健性能,引起了許多染料研究和應(yīng)用機(jī)構(gòu)的關(guān)注,其應(yīng)用已涉及多個(gè)領(lǐng)域。  41&

8、#160;天然染料在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用  日本晃立公司批量開發(fā)了棕、綠、藍(lán)3個(gè)色系的植物染料。大和染公司推出“草衣染色”,形染公司推出“靛藍(lán)印花”。日本用全天然染料染色的紡織品有“西陣織”、“京友禪”、“大島綢”等多種品牌,這一系列“草木染”紡織品被用作襯衫和睡衣的面料,或用于床單、被罩等家紡產(chǎn)品。美國(guó)Allegro天然染料公司可提供100多種色澤的棉用全天然染料。【6】 近年來,我國(guó)對(duì)天然染料的應(yīng)用也正在積極的探索之中:中科院已制得用于棉和絲綢染色的天然黃(TR-Y)和天然綠(TR-G);“銅牛牌”系列童裝選用純天然植物染料系列染色;江蘇三毛集團(tuán)也已將植物染料用于制

9、備高支天素麗環(huán)保型高檔面料,效果較好?！?】 除此之外,許多天然色素還因其特殊的成分及結(jié)構(gòu)而應(yīng)用于新型功能性紡織品的開發(fā)。例如大黃防紫外線織物,【8】日本青森試驗(yàn)廠生產(chǎn)的可醫(yī)治皮炎的艾蒿色織物以及印、韓、日等國(guó)用茜草、靛藍(lán)、郁金香和紅花染成的具有防蟲、殺菌、護(hù)膚及防過敏的新型織物等等。  42 天然染料在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用  一些天然染料,尤其是一些植物染料本身就來源于藥用植物,因而它們?cè)谛l(wèi)生及醫(yī)藥領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用【9】。天然染料還被用于化妝品制造。例如唇膏中的色澤增強(qiáng)劑,美膚品中的各種染料等。  43 

10、;天然染料在應(yīng)用中出現(xiàn)的問題  天然染料雖具有廣闊發(fā)展前景,但目前要使其商業(yè)化并完全替代合成染料是不現(xiàn)實(shí)的,因?yàn)樘烊蝗玖显趹?yīng)用中存在著許多問題。  431天然染料多來源于動(dòng)植物,這使得它難以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。 以植物染料為例,即使是同一種植物,由于產(chǎn)地不同、氣候條件不同及采集時(shí)間不同都會(huì)影響色素的組成及色澤，而這必然會(huì)導(dǎo)致染料的染色重復(fù)性差。再者,天然染料難以大量生產(chǎn)。由于動(dòng)植物中色素含量較小,要想獲得足夠染料,就要大量采摘或砍伐植物,或者獵取動(dòng)物。這會(huì)造成對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞,違背了使用天然染料染色以利于生態(tài)和環(huán)保的初衷。另外,許多天然染料也都是中

11、草藥資源,具有很高的藥用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值,如果將它們大量用于染料的提取,也是不經(jīng)濟(jì)的。  432多數(shù)天然染料存在染色牢度差的問題,即使采用多種媒染劑也仍難達(dá)到要求,尤其是日曬牢度和皂洗牢度。傳統(tǒng)的天然染料染色方法還存在著給色量低,染色時(shí)間過長(zhǎng)等問題。另外,大部分天然染料在染色時(shí)都要使用媒染劑,傳統(tǒng)的媒染劑大多含重金屬離子,其中有許多被列入生態(tài)紡織品所禁用的名單。   5 天然染料研究的進(jìn)展  51 天然染料的新來源  現(xiàn)今人們發(fā)現(xiàn)細(xì)菌、真菌、霉菌等微生物產(chǎn)生的色素在繼動(dòng)植物之后，也可作為

12、天然染料的來源。 英國(guó)研究人員指出:掌狀革菌、粗毛纖孔菌等大型真菌都可以作為天然染料用于染色。日本蠶絲昆蟲農(nóng)業(yè)技術(shù)研究所與蠶絲商社合作研究,發(fā)現(xiàn)了能產(chǎn)生青紫色色素的微生物,并將其用于染色。霉菌色素也可用于染色。我國(guó)的研究人員嘗試用紅曲米色素來染絲綢,獲得了美麗的深紅色?！?0】  52 提取和處理天然染料的新方法  天然染料的傳統(tǒng)制備方法有水萃取、蒸餾、柱層析等,缺點(diǎn)是染料粒徑大,色牢度不好。為提高色素萃取的功能,研究人員用乙醇代替水作溶劑,此法非常適用于難溶染料。用超聲波和微波對(duì)染液進(jìn)行處理可改善染色效果。有證據(jù)表明,在媒染劑存在下

13、,對(duì)棉織物進(jìn)行天然染料染色的超聲波和微波實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示,超聲波和微波的振蕩加速了染料的滲透,提高了染色深度。  53 應(yīng)用領(lǐng)域上的新進(jìn)展  近年來,人們開始嘗試用天然染料染合成纖維。用Chavlikodi染料對(duì)腈綸織物染色,可得到黃棕色和暗橙色?！?1】氯化亞錫和明礬作為媒染劑時(shí),上染率高。用硫酸銅時(shí),耐光牢度很好。天然染料黃檗中所含的小檗堿是目前所知的天然染料中惟一的陽(yáng)離子染料,它也可以用來染丙烯腈纖維。聚酰胺纖維中含有氨基和羧基,可用離子型染料如酸性和金屬絡(luò)合染料,也可用分散染料染色。天然染料中的紫草、胡桃、胭脂樹等適合上染聚酰胺纖維。蟲膠

14、、姜黃、洋蔥、茜草、紫草和大黃等天然染料都可用于滌綸染色。它們的分子量很小,并具有疏水性,這些天然染料上染聚酯的機(jī)理與分散染料類似。    6 結(jié)束語(yǔ)  在回歸自然重視環(huán)保的今天，植物染料以其無毒、無害、無污染、色調(diào)高雅重新受到人們的關(guān)注。目前有許多科學(xué)家正在研究天然染料和合成染料性能的對(duì)比，證實(shí)天然染料可提供與合成染料同樣嚴(yán)格的制造標(biāo)準(zhǔn)，不久，天然染料將作為紡織染料的環(huán)保型替換品。 日本、韓國(guó)、朝鮮、印度、英國(guó)、美國(guó)等國(guó)家使用植物染料印染的天然纖維織物已作為一種時(shí)尚，況且該市場(chǎng)正逐漸向世界擴(kuò)展。 現(xiàn)在我

15、國(guó)也重視開發(fā)利用植物染料和天然色素。目前存在的問題是我國(guó)對(duì)植物染料的研究存在低水平重復(fù)，植物染料的開發(fā)還沒有受到應(yīng)有的重視。對(duì)它的發(fā)展?jié)摿εc前景缺乏足夠的認(rèn)識(shí)。但可以相信，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和植物染料綜合功能的發(fā)現(xiàn)(如藥理保健)以及人文資源的開發(fā),植物染料作為合成染料的一種補(bǔ)充必有廣闊的發(fā)展前景。   參考文獻(xiàn): 【1】 Deepti Gupta.Mechanism of dyeing synthetic fibre swith naturedyes J. 

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