天然产物-染料植物资源的应用与开发

天然产物——染料植物资源的应用与开发
引言：当今社会，环境保护问题越来越受到人们的关注，环保型产品受到人们的极大欢迎。

天然染料因其绿色环保特性，将有于改善纺织印染行业的严重污染问题，从而成为业内相关人士、企业和广大消费者的关注热。

本文将从植物染料的起源、现状、开发和利用及针对其在现实应用中还存在的制约其发展的因素提
出相关建议。

提纲
一．植物染料的历史
二．植物染料市场的现状
三．植物染料的概况
四．植物染料的应用与开发
五．植物染料的应用与开发的制约因素和开发建议
一．植物染料的历史
1.植物染料是天然染料中应用历史最悠久, 应用面最广的染料。

早在公元前25世纪印度就已经用茜草与蓝草对纤维进行染色, 与此同时生活在埃及与西亚的美索不达米亚的人们, 也已使用植物染料对织物进行染色并且掌握了植物染料的媒染技术,已经能够用植物染料染黄、红、绿等色。

2.植物染料的染色在中国古代又称草染, 早在夏代, 人们就使
用蓝草来进行染色。

并且进行人工种植, 掌握了蓝草的生长规律。

植物染料的染色, 从染料的制备, 染色都有一整套的工艺技术。

3.商周时期, 尤其是春秋战国时期, 我国的草染工艺技术已经
相当成熟。

从染草的品种、采集、染色工艺、媒染剂的使用等方面, 都形成了一套成熟的管理制度。

4.秦汉时期, 染料植物的种植面积和品种不断扩大。

已经出现
规模经营。

个体种植的栀子与茜草竟然达到千亩。

5.南北朝时期，植物染料的制备已经相当完备, 可供常年存储
使用。

6.至明清两代, 染料植物的种植, 制备工艺, 印染技术等方面均
到鼎盛时期。

清代, 植物染料不仅自给自足, 而且还大量出口。

7.十九世纪中叶, 合成染料的崛起, 逐渐取代了植物染料。

8.二十世纪下半叶植物染料染色已经退出大工业生产, 在大城
市中已经难觅踪迹。

但利用植物染料进行织物染色至今仍然在一些地区使用, 它与传统染色工艺扎染、蜡染相结合, 成为具有鲜明地方或民族特色的产品。

二．植物染料市场的现状
随着生活水平的提高，现在人们对生活的要求已经不仅仅在吃饱穿暖的层次上，他们对自身生活的品质有了更多更深入的要求，表现在对健康、环保、舒适、品味等多方面的追求中。

可以看出植物染色在家用纺织品中的应用的前景还是十分广阔的，我们应不断的研究新的植物染料染色技术和扩大品种，来适应不断变化的市场需求。

且目前在日本、韩国、印度、英国、美国等国家, 将使用植物染料印染的天然纤维织物, 作为一种时尚,这个市场正逐渐向世界扩展。

植物染料的市场潜力十分乐观。

三．植物染料的概况
1.什么是植物染料
植物染料是指从植物中提取, 能使其他材料着色的一类天然植物产物。

一般而言, 所谓植物染料主要用于纺织物的染色, 具有色调自然、对环境和人体安全、有一定功效等特点。

许多植物染料也可作为食品着色剂。

2.植物染料的分类
①按颜色性质分类
a.直染型：某些植物染料天然色素对水的溶解度好，染
料能直接吸附到纤维上，可采用直接染色法去染色的染
料。

b.媒染型：某些植物染料的天然色素对水的溶解度颇
好，染料成分虽然能直接吸附到纤维上，但染色牢度较
差，需要曹永助剂或媒染剂的一类染料。

c.直染,媒染型:可直接进行染色,也可利用媒染剂进行
染色的一类植物染料.
d.还原型：某些植物染料不溶于水，需要使用还原剂使
其溶解，使之染上纤维，然后再氧化复变为不溶性而固着在织物上的染料。

e.其他类型:利用植物染料中天然色素对酸碱性的溶解
度不同，使之在纤维上固着染色。

②按化学结构分类
a.类胡萝卜素类：栀子黄
b.类黄酮类：槐花黄；青茅草黄；杨梅黄；红花红；紫
衫红
c.醌类：大黄黄；茜草根红；紫草紫
d.多酚类：石榴根黑；槟榔子黑；棕儿茶树皮黑；栗树
皮黑；木包树皮黑
e.二酮类：姜黄素
f.吲哚类：靛蓝
g.生物碱类：黄柏
h.叶绿素类：大多数绿色植物
③按颜色分类
a.红色系植物染料：茜草；红花；苏木
b.黄色系植物染料：栀子；槐花；姜黄
c.蓝色系植物染料：蓼蓝；菘蓝；木兰；马蓝
d.紫色系植物染料：紫草；紫檀；野苋；落葵
e.绿色系植物染料：冻绿及含叶绿素植物
f.棕色系植物染料：茶叶；杨梅；烁木；栗子果皮；胡
桃；
g.灰色和灰色系植物染料：菱；五倍子；盐肤木；柯树；
漆大姑；乌柏
四．植物染料的开发与应用
1.植物染料的开发应用概况：天然染料由于其良好的环境相容性
和药物保健性能, 引起了许多染料研究和应用机构的关注,其应用已涉及多个领域。

我国现在有很多机构，都在重视开发利用植物染料。

东华大学纺织学院与江苏海澜集团承担了国家863高新技术项目“天然染料制备及其在生态纺织品开发与羊毛清洁生产中的应用技术”课题。

上海交通大学学者对国内外具有染色功能植物进行资料整理、采集并建立数据库，已整理出300种具有染色功能的植物。

大连理工大学开展植物染料结构修饰和仿生合成研究，为靛蓝等植物染料分子进行分子结构修饰，获得了具有高固色率、高性能的修饰天然色素结构的染料。

中科院大连化学物理研究所、北京服装学院和苏州大学等不少单位均有研究人员在从事天然染料染色方面的研究。

中国纺织科学研究院已研制成功天然黄(T R－Y)和天然绿(T R－G)，用于棉和丝绸的染色。

此外有许多单位开展植物染料提取工艺、染色性能、染色工艺及新型媒染剂等的研究。

这些所有的研究和开发都促进了我国植物染料应用的不断成熟。

2.植物染料的应用开发之染料制备：染液的制备即天然色素的
提取, 通常染料植物的色素含量很低, 例如茜草的根部含茜素
1.5%～2%, 兰草的靛蓝为1%左右, 另外, 由于色素与植物有机体结合比较牢固, 不能直接脱离植物本体而上染纤维。

因此选择合适的色素提取方式也是提高植物染料染色性能的关键。

①水提取：多数植物染料完全溶于水, 可以水为溶剂通过浸渍法
或煎煮法提取色素。

然后取植物浸液或煮汁为染液对织物进行上染。

但植物不同, 水煮温度亦不同, 染液染色得色率也不同。

另外, 水提染料粒径大, 色牢度不好, 如石榴皮、杨梅等。

此外, 还有酸性水提和碱性水提。

例如, 红花和石榴皮的染料分子中含有羟基, 提取时可加入碱性物质( 如碳酸钠) 以提高其溶解度; 而杨梅、山桃可加入醋酸溶液进行酸提。

②有机溶剂提取：对于难溶于水的色素染料, 可用甲醇、乙醇、
苯、乙醚和乙酸乙酯等有机溶剂进行分步提取, 也可采用混合溶剂、反应溶剂进行提取。

且大多采用浸渍法、渗漉法、回流提取法等, 如紫草、指甲花等, 但有机溶剂提取成本高于
水。

③加分散剂法：研究表明, 对那些在水中溶解度小的植物染料采
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料颗粒得以分散, 染液即可形成较稳定的分散体系。

染色时, 织物和染料接触的机会增多, 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超声波法和微波法：超声波可产生空化、机械振动、乳化扩
散等多级效应。

有试验显示, 超声波分散作用时的空化现象使
染料解聚, 从而获得微粒径的染料, 增强了染料的渗透能力,
大大地提高了染色深度和牢度; 另外, 超声波提取色素, 操作
简单、快速、提取率高。

而微波提取可强化浸提过程、提高
产率。

目前, 微波提取色素已经涉及到生物碱、类黄酮、多元
酚类物质。

另外, 也有人尝试以微波-超声波法提取色素, 从
实验可知, 联合处理可打断色素的键合, 破坏组织细胞, 提高
色素的提取率。

⑤冷冻真空干燥法：日本研究机构表明, 将植物浸出液通过三层
薄膜装置和反渗透膜的过滤及CEP 实验系统的离心处理,然
后再采用冷冻脱水技术即可得到粉状色素。

而且实验表明, 粉
状染料比萃取的新鲜染浴对真丝的染色效果好。

⑥超临界流体萃取法超临界流体萃取是利用其介于气体和液体
之间的流体进行萃取, 该流体具有优异的溶剂性质。

在较高压
力下,将溶质溶解于流体中,然后降低流体溶液的压力或升高温
度, 使溶解于超临界流体中的溶质因密度下降、溶解度降低而
析出。

此法对产品破坏性小, 产率高,避免了用有机溶剂萃取的
溶剂残留问题。

梁瑞红[4]等使用超临界CO2 萃取新疆紫草中
的萘醌色素, 产率高达3.59%。

除此之外, 目前还有纤维素酶法和空气爆破法等。

五．植物染料应用及开发制约因素和发展建议
1.现今植物染料应用与开发的制约因素分析：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。

①植物染料多来源于染料植物, 这使得它难以进行标准化生
产。

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。

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。

④多数天然染料存在染色牢度差的问题,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。

⑤传统的天然染料染色方法还存在着给色量低。

⑥传统的天然染料染色方法染色时间过长。

⑦大部分天然染料在染色时都要使用媒染剂, 而传统的媒染剂
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。

2. 植物染料应用和开发建议
①利用生物工程的方法培育植物。

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，有助解决植物染料原料问
题。

③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, 以代替安全性有问题的合成染料和植物染料开发对自然界植物依赖性高的问题。

④继续加大植物染料的开发研究投入，以先进的技术解决植物
染料染色牢度差、染色时间过长等问题。