天然染料的应用现状与前景
内容摘要：随着人类环保意识的增强及对自身健康的日益重视,重新评估和开发天然染料已成为客观需要。本文章简要介绍了天然染料的染色机理、方法以及在部分领域中的应用情况,指出了天然染料应用过程中的局限性,并对天然染料的应用前景做出了乐观估计。
关键词：天然染料染色应用前景
0 引言
天然染料是指从植物、动物或矿产资源中获得的、不经过人工合成，很少或没有经过化学加工的染料【1】。天然染料根据来源可分为植物染料、动物染料和矿物染料，其中以植物染料为主。矿物染料是各种无机金属盐和金属氧化物，主要有棕红色、淡绿色、黄色、白色，经过粉碎混拼后可得20多个色谱；植物染料有茜草、紫草、苏木、靛蓝、红花、石榴、黄栀子、茶、崧蓝、荩草、柿子、紫草、墨水树等；动物染料有虫(紫)胶、胭脂红虫等。天然染料无毒无害，对皮肤无过敏性和致癌性。具有较好的生物可降解性和环境相容性。其色泽柔和、自然有特色，在高档真丝制品、保健内衣、家纺产品、装饰用品等领域中拥有广阔的发展前景。
◆1 我国染料业的发展方向
2004年我国染料产量约59.83万吨，占全球产量的近60％，是世界染料主要的生产国，但我国要成为世界染料生产强国，还有相当长的一段距离，其关键因素在于是否环保。【2】
国际上老牌的染料强国为了保证原有市场和提高竞争力，已呈现出专业化、高档化、环保化、新型化的发展趋势。与发达国家和地区相比，我国染料业在产品创新能力、生产技术水平、产品质量和环保水平等方面存在较大差距，尤其是环保型新产品缺乏，环境污染治理任务严峻，使我国染料工业缺乏竞争力和发展后劲。合成染料自19世纪中叶问世以来,由于色彩缤纷、色谱齐全、耐洗耐晒、价格便宜等特点,逐步取代了天然染料,成为纺织品最主要的着色剂。随着人们环保意识的加强以及对人类健康的日益重
视,部分合成染料对人类健康和生态环境所产生的副效应愈来愈受到关注。近几年的研究表明,有100多种常用染料有可能产生致癌物质。不仅如此,随着地球石油资源的消耗,合成染料的原料问题已暴露出来,因此我国的科研人员开始致力于开发“天然环保染料”和“环保清洁染整工艺”。
◆2 天然染料的性质
天然染料多数取自于植物，是有机化合物，强度较低，吸收光谱较宽。多数天然染料完全溶于水，但提纯后染料的溶解度变小，部分溶解的染料分子中含有羟基，加入碱性物质（如碳酸钠）可提高其溶
解度。另外，有些天然染料需要分散剂分散，在溶液中形成聚集体，加热时解聚。不溶性天然染料如靛蓝在应用时可使其还原成无色可溶性物质。【3】天然染料的耐光，耐水洗牢度较差是导致至今未能广泛应用的原因之一。【4】
◆3 天然染料的上染机理、方法
3．1 上染机理
天然染料的上染机理因染料和所染纤维类型而异,由于天然染料品种繁多,结构复杂,目前科研人员对各类纤维的染色热力学和动力学方面的研究还不是很充分。
印度的Dr.Deepti Gupta对5种“天然染料对合成纤维的上染机理”进行了研究的结果表明,奈醌类染料Juglone、Alkannin和Bixin染尼龙、涤纶织物的吸附等温线属于Langmuir型,而Berberine与腈纶织物之间可形成离子键。天然小檗类染料上染丙烯腈纤维标准亲合力相当高,70℃和90℃时分别为33·9 kJ/mol和43·3 kJ/mol,其牢度性能与碱性染料类似,水洗牢度良好,但耐光牢度只有1级。这5种染料与合成纤维的染色焓是正值,说明染色是吸热过程。随染色温度升高,染料上染率会继续增加。此外,染料在水中是部分溶解的,可能是染料发生聚集,因此容易在高浓度时染得深色【5】。
日本也有研究天然染料上染蚕丝和棉纤维机理。莽草宁、苏枋等媒染型天然染料,是通过媒染剂与纤维分子形成络合物上染,但媒染前后色调有些变化。靛蓝等还原型天然染料,是通过染料分子的聚集吸
附在纤维上,因而摩擦牢度较低。胭脂红酸等亲水型天然染料,水溶性好,具有阳离子性的化学结构,可以上染蚕丝【4】。
3．2 染色方法
由于天然染料分子结构各不相同,染色方法也有较大差异,对蛋白质纤维和纤维素纤维而言,染色方法主要有无媒染色法、先染后媒法以及先媒后染法。对合成纤维而言,主要分为常压染色和高温高压染色。最佳染色工艺应根据染料性质而定。特别需要指出的是,同种天然染料,当使用不同的媒染剂染色,往往会使被染纤维呈现不同的色相。
◆4天然染料的应用
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。
4．1 天然染料在纺织领域的应用
日本晃立公司批量开发了棕、绿、蓝3个色系的植物染料。大和染公司推出“草衣染色”,形染公司推出“靛蓝印花”。日本用全天然染料染色的纺织品有“西阵织”、“京友禅”、“大岛绸”等多种品牌,这一系列“草木染”纺织品被用作衬衫和睡衣的面料,或用于床单、被罩等家纺产品。美国Allegro天然染料公司可提供100多种色泽的棉用全天然染料。【6】
近年来,我国对天然染料的应用也正在积极的探索之中:中科院已制得用于棉和丝绸染色的天然黄(TR-Y)和天然绿(TR-G);“铜牛牌”系
列童装选用纯天然植物染料系列染色;江苏三毛集团也已将植物染料用于制备高支天素丽环保型高档面料,效果较好。【7】
除此之外,许多天然色素还因其特殊的成分及结构而应用于新型功能性纺织品的开发。例如大黄防紫外线织物,【8】日本青森试验厂生产的可医治皮炎的艾蒿色织物以及印、韩、日等国用茜草、靛蓝、郁金香和红花染成的具有防虫、杀菌、护肤及防过敏的新型织物等等。
4．2 天然染料在其它领域中的应用
一些天然染料,尤其是一些植物染料本身就来源于药用植物,因而它们在卫生及医药领域都有着广泛的应用【9】。天然染料还被用于化妆品制造。例如唇膏中的色泽增强剂,美肤品中的各种染料等。
4．3 天然染料在应用中出现的问题
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。
4．3．1天然染料多来源于动植物,这使得它难以进行标准化生产。
以植物染料为例,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。再者,天然染料难以大量生产。由于动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,或者猎取动物。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
