傳統(tǒng)染色方法對絲綢色度的影響

傳統(tǒng)染色方法對絲綢色度的影響

0絲綢之路紡織品傳統(tǒng)染色工藝的現(xiàn)狀中國是絲綢之路的起源地。自古以來，絲綢之路產(chǎn)品豐富。漫長的歷史歲月留下了巨大而多樣的絲綢文化遺產(chǎn)。對其制作工藝的科學(xué)研究以及保護研究,是今天面臨的艱巨任務(wù)。我國的絲綢文物,大多采用天然有機染料染色,其穩(wěn)定性隨其保存環(huán)境不同而差別極大。顏色是紡織品最為重要的外貌特征。在絲綢類文物的保護和修復(fù)的工作實踐中,色度參數(shù)測量、色彩還原、配色等技術(shù)都是非常重要的。而目前我國在這些領(lǐng)域的研究工作還處于起步階段,各項研究還沒有全面展開,研究深度也不夠。各類相關(guān)的技術(shù)標準、數(shù)據(jù)庫、標準方法等也未建立。因此,對絲綢紡織品的傳統(tǒng)染色工藝研究具有非常重要的意義。本研究分為兩個部分。第一部分是傳統(tǒng)染色工藝的實現(xiàn),其中包含植物染料、染色工藝和紡織材料三個方面。在對絲綢紡織品的多種不同類型的染色工藝(包括直接染色、媒染染色、還原染色、陽離子染色等)的研究基礎(chǔ)上,使用11種不同的植物染料對5種不同的絲綢紡織品材料進行染色。第二部分的研究是利用光纖光譜測量系統(tǒng)測量光譜和色度參數(shù),并總結(jié)染色工藝的技術(shù)特點。這一部分的技術(shù)包括三個方面:硬件設(shè)備、方法、數(shù)據(jù)分析。其中硬件和方法都沒有相關(guān)的行業(yè)標準。光路設(shè)計主要以國外相關(guān)研究為參考依據(jù),測量方法主要參考國際照明委員會(CIE)推薦的標準,并由研究人員自行設(shè)計了測量探頭。數(shù)據(jù)處理包括兩種方法,一種是直接使用色度參數(shù),做直觀的分析比較;另一種是利用大量的光譜數(shù)據(jù)和色度數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)的深度發(fā)掘。由于目前相關(guān)分析技術(shù)的行業(yè)標準尚未建立,后者還難以實現(xiàn)。前者涉及的統(tǒng)計算法比較簡單,其結(jié)論也比較直觀。使用色度參數(shù)分布圖,分析各個參數(shù)分布的范圍和分布規(guī)律,是本研究的重點。1實驗方法1.1傳統(tǒng)染色1.1.1以程度和用量、染色方法、試劑和儀器中藥店購買的茜草(根)、紫草(葉)、炒槐花、姜黃(根)、炒梔子(花)、蘇木(木)、五倍子、青黛、黃柏(木)、紅花共十種染料。從食品店購買炒栗子取殼。絲綢商店購買的不同品種的白色絲綢:單經(jīng)單緯薄絲織品,2種;雙經(jīng)雙緯厚絲織品,1種;雙縐絲織品,1種;緞子,1種。每次染色約5g絲綢,其中厚絲0.05m×1m,重3g;薄絲0.05m×1m,重2g。其他樣品均小于0.1m×0.1m。染色用試劑主要是調(diào)節(jié)染液酸堿度的家用醋酸和純堿(Na2CO3);媒染劑為分析純KAl(SO4)2·12H2O、FeSO4·7H2O和CuSO4·5H2O;靛藍染色用分析純氫氧化鈉和連二亞硫酸鈉。1.1.2以絲為原料的還原-染色根據(jù)明代宋應(yīng)星《天工開物·彰施第七》等古代文獻記載與當代《絲綢織染》、《中國科學(xué)技術(shù)史紡織卷》等對古代文獻的整理研究,結(jié)合現(xiàn)代茜草、紫草、蘇木、槐花、姜黃、梔子、黃柏、五倍子、靛藍、紅花模擬染色實驗參數(shù)染色。染色步驟為:絲綢預(yù)處理-色素提取-(前媒)-染色-(后媒)-(套染)。染料色素在堿中溶解度高于酸,故提取色素時調(diào)溶液為堿性,染色時調(diào)酸性。預(yù)處理:為了去掉絲綢表面可能存在的工業(yè)添加物質(zhì),染色前先將絲綢在75～90℃、pH8～9(碳酸鈉調(diào))的堿水中煮20min并經(jīng)常攪拌,用蒸餾水清洗晾干。色素提取:從染料提取色素兩次。將染料植物在1000mL清水中浸泡20min,煮沸后文火煎煮0.5h,過濾。再加1000mL水,用碳酸鈉調(diào)pH至堿性(8～9),沸騰后文火煎煮0.5h,過濾。將兩次溶液混合均勻后作染液。染色:染色兩次。第一次染色用醋酸將一半染液調(diào)至中性,浸入絲綢,于60～90℃染色20min,經(jīng)常攪拌,水洗晾干。第二次染色時,調(diào)節(jié)合適的酸堿性后再染一次。具體見下面表2中的說明。媒染:媒染的時機有染色前和染色后兩種,分別稱為前媒和后媒。媒染溫度為40～50℃,時間20min,水洗晾干。媒染兩次。第二次在原有媒染液中再加1倍媒染劑。用量為明礬(KAl(SO4)2·12H2O)溶液2g/L(調(diào)pH=6);青礬(FeSO4·7H2O)溶液0.5g/L;膽礬(CuSO4·5H2O)溶液0.3g/L。各種染料的染色方法和染色效果如表2中所示。由于靛藍的古代還原法發(fā)酵時間長、控制困難,于是用燒堿保險粉還原法染色。稱取5g青黛用乙醇調(diào)勻。稱取10g保險粉和4g燒堿,用其中2/3配400mL溶液,在60℃下還原15min,冷卻至40℃時將另外1/3配成600mL溶液倒入。將絲綢浸入溶液,在30℃下染色1min,取出于空氣中氧化3～5min至全部變藍,再次浸入溶液。如此還原-氧化共10次。與靛藍套染的樣品均為染成黃色后用上述方法上染靛藍,得綠色。紅花同時含有紅色的紅花素和黃色素,其中紅花素為弱酸性,溶于堿性、熱中性溶液。因而稱取紅花10g,浸入pH值5～6酸性水溶液,放置2h,經(jīng)常攪拌,黃色素溶出。反復(fù)10次溶出黃色素。第一次提取的溶液呈橙色,后幾次均為黃色。用pH=10熱堿水浸泡使紅色素溶出,得黃褐色溶液,濾去紅花,加醋酸至pH值1～2,到艷紅的染液。常溫下將濕潤的絲織物浸入染液中,染色10min,染后將其浸入pH=4溶液中發(fā)色10min,水洗晾干。1.2avalisa公司的維符合使用的測量條件為自行設(shè)計的漫反射光路照明與0度角測量。光譜測量使用荷蘭Avantes公司生產(chǎn)的AvaSpec2048FT光纖光譜儀,測量范圍為176～1100nm,分辨率為0.6nm。光源為荷蘭Avantes公司的AvaLight鹵鎢燈。色度參數(shù)測量使用的條件為D65光源,10度視場,d/0測量幾何條件,不包括鏡面反射。使用96%反射率的陶瓷白板作為標準白板。每個樣本取三處測量點,每個點測量9～11次,取平均值。測量時,使用反射率4%的黑色陶瓷板作為墊底,可以認為測量的光譜和色度數(shù)據(jù)只表達紡織品的特性。數(shù)據(jù)處理使用與光譜儀一同配備的Avasoft軟件。該軟件在指定測試條件后,直接根據(jù)測量得到的光譜數(shù)據(jù),計算出RGB、XYZ、Lab、LCh參數(shù)。數(shù)據(jù)處理作圖所使用的軟件為OriginPro8.0。2染色效果的分析2.1色度參數(shù)分布范圍與規(guī)律分析首先考察RGB參數(shù)的特點。在染色絲綢的R-G數(shù)據(jù)圖上,各類不同染料所染絲綢的R-G參數(shù),呈現(xiàn)明顯的線性相關(guān)的特點。線性相關(guān)系數(shù)R2=0.96711,非常接近直線(圖1)。其物理意義是明晰的,即各種染料呈現(xiàn)的顏色雖然不同,但是其中所包含的R-紅色和G-綠色比例穩(wěn)定,大約是R∶G=1∶0.9。這個現(xiàn)象涉及在本研究使用的所有11種植物染料,也涉及染色過程的所有操作程序。為了解釋R-G參數(shù)的相關(guān)現(xiàn)象,測量了11種染料的紫外-可見光譜(圖2)。各個染料的乙醇溶液的紫外-可見光譜(圖2),該圖為光譜羅列圖,縱坐標A為相對光譜強度累加值,呈現(xiàn)出比較明顯的規(guī)律性特征。即各類染料在紅色的波段,都幾乎沒有什么吸收,而在藍紫的波段都有很活躍明顯的吸收,中間的綠色波段,有些弱于藍紫波段的吸收。結(jié)合CIE的標準觀察者的匹配函數(shù),就可以定性的解釋R-G參數(shù)的關(guān)系。因為R和G的匹配函數(shù)的主要積分范圍在480～700nm之間,而這個區(qū)間,多數(shù)染料的光譜都是比較穩(wěn)定平直,其數(shù)值比例也就比較穩(wěn)定了。由R-G的線性關(guān)系,引出的一個疑問就是,如果各類染料的色度參數(shù)的比例如此穩(wěn)定,是否其染色效果會比較單調(diào)?考察L-h(圖3)發(fā)現(xiàn),表示色相的h參數(shù),基本上覆蓋了從0到360度的大部分范圍。其中,在130～220度之間,以及250～300度之間存在空檔,參見圖4。從其對應(yīng)的顏色看,130～220度對應(yīng)的是Lab色度坐標中,純綠色附近的范圍;250～300度是純藍色附近的范圍。由樣品數(shù)量對h分布的圖4可以看到,選擇的染料染色效果,大部分樣品的色相,分布在0至120度的h值區(qū)間。230～260度的藍色區(qū)間,只有靛藍一種染料,而300～360度的藍紫色區(qū)間也只有紫草一種染料。植物染料中,可以染成藍色、藍紫色的材料,本來就比較少。實驗中染色無法達到的130～220度和250～300度,其原因可能在于所使用的植物染料不是非常純的,因為使用的色素提取方法還是比較傳統(tǒng),比較簡單的。靛藍和紫草的染料中,很可能混有紅色和黃色色素。這樣純的藍色(h值270度)和純的綠色(h值180度),就難以得到了。在圖3上還可以看到,L數(shù)值的分布比較寬,覆蓋了30到75的范圍。這是一個比較寬的范圍。植物染料染色效果不僅色相豐富,亮度范圍也很寬。其亮度(L參數(shù)表示)之所以有比較寬的分布范圍和所染的絲綢本身特點有關(guān)。對厚白色絲綢測色的結(jié)果顯示,白絲的L值達到74,而色度參數(shù)a小于0.9,b小于2,這是非常接近中性色、亮度較高的白色。在這樣的白絲上面染色,能夠非常好地呈現(xiàn)染料的色彩特點。前面提到的R-G參數(shù)成穩(wěn)定的線性關(guān)系,而染色效果豐富,其原因在于顏色的色相取決于RGB三個參數(shù),后面分析Lab參數(shù)時就會得到更直觀的認識?？疾靀-Y參數(shù)的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)與R-G線性相關(guān)類似的現(xiàn)象(圖5)。X-Y的線性相關(guān)系數(shù)達到0.97675,比R-G線性相關(guān)性還強。RGB與XYZ的換算公式:X=2.7689R+1.7517G+1.1302BY=1.0000R+4.5907G+0.0601BZ=0+0.0565G+5.5943B事實上,由上述變換公式無法由R-G的線性相關(guān)直接推導(dǎo)出X-Y的線性相關(guān)。說明X-Y的線性相關(guān)包含獨立于R-G線性相關(guān)的信息。Y參數(shù)代表樣本的亮度,公式中Y的三個系數(shù)實際上就是RGB三原色亮度的比例,其中G的成分非常高,因為人眼對綠色非常敏感。Z參數(shù)只含有G和B的信息,不含有R的信息。而X參數(shù)同時具有RGB的信息,并包含有比較多的R的信息。因此X-Y的線性關(guān)系,也表明了亮度和“色彩”之間的關(guān)系,后面分析C-L參數(shù)的關(guān)系,對這一點有更細致的討論。在Lab空間的a-b參數(shù)圖上(圖6),可以看到染色樣本的色相分布。其中a坐標軸的正向代表紅色,負值方向代表綠色,b坐標軸的正向代表黃色,負值方向代表藍色。在Lab色度空間中,a-b參數(shù)表示沒有亮度信息的純粹色彩信息。而L值只代表亮度,沒有色彩信息。可以看到與前面份額分析相一致,在a-b坐標系的第一象限中的點最多。a的最大值為22,最小值為-12;b的最大值為64,最小值-15。這代表選定的這些植物染料在給定條件下的最大色度參數(shù)范圍。這對未來的配色研究很有參考價值。LCh色度參數(shù)中,L表示亮度,C表示色飽和度,h表示色相。其中h以角度表示,C-h平面以及坐標表示,實際上和a-b平面完全重合,其上的點也重合,且完全一一對