三種天然染料真絲織物拼色研究摘要為豐富天然染料色譜，本文選用三種天然食用色素（紅米紅、姜黃、梔子藍(lán)）拼色染色蠶絲織物。通過三支色素的上染速率與提升率研究發(fā)現(xiàn)，在染料用量為2.5%（o.w.f），明礬用量為2%（o.w.f），染色溫度為80℃，染色時(shí)間為40min條件下，三只染料的配伍性良好。由于姜黃色素亮度與飽和度較高，因此二次色染色絲織物可呈現(xiàn)鮮艷且明亮的顏色。然而，由于梔子藍(lán)在可見光范圍內(nèi)具有多處吸收峰，導(dǎo)致三次色染色蠶絲織物的飽和度和亮度較二次色明顯降低，只能適用于低飽和度的啞光色織物。三次色染色蠶絲織物的耐汗?jié)n、皂洗、光牢度均大于3級，表明通過上述三種色素染色的蠶絲織物具有良好的色牢度。該染色工藝在天然染料拼色染色蛋白質(zhì)類紡織品方面具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：天然染料；傳承與創(chuàng)新；拼色染色AbstractToenrichthenaturaldyechromatography,thisarticleselectsthreenaturalfoodpigments(redricered,turmeric,andgardeniablue)forcolormatchingdyeingofsilkfabrics.Throughthestudyofthedyeingrateandimprovementrateofthreepigments,itwasfoundthatthecompatibilityofthethreedyeswasgoodundertheconditionsof2.5%(o.w.f)dyedosage,2%(o.w.f)alumdosage,dyeingtemperatureof80℃,anddyeingtimeof40minutes.Duetothehighbrightnessandsaturationofturmericpigment,secondarydyeingofsilkfabricscanpresentbrightandvibrantcolors.However,duetothemultipleabsorptionpeaksofgardeniablueinthevisiblelightrange,thesaturationandbrightnessofthethirdcolordyedsilkfabricaresignificantlyreducedcomparedtothesecondcolor,andcanonlybeappliedtolowsaturationmattecoloredfabrics.Theresistancetosweat,soapwashing,andlightfastnessofsilkfabricsdyedwiththreecolorsareallabovelevel3,indicatingthatsilkfabricsdyedwiththeabovethreepigmentshavegoodcolorfastness.Thisdyeingprocesshasbroadapplicationprospectsinthenaturaldyecolormatchingdyeingofproteintextiles.Keywords:Naturaldyes;HeritageandInnovation;Colorblockingdyeing1緒論1.1研究背景我國地大物博，具有得天獨(dú)厚的自然條件，早在很多國家之前，中國古代就率先運(yùn)用天然染色進(jìn)行紡織品印染。而從史書、佛經(jīng)、歷法中查閱并總結(jié)出的398種中國傳統(tǒng)色都來源于天然染料。在2500多年前，中國和印度就已經(jīng)可以熟練地運(yùn)用天然染料進(jìn)行染色，可以說天然染料的歷史非常悠久并得到了人們的充分發(fā)展與運(yùn)用。只是隨著現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，石油和煤炭的發(fā)現(xiàn)讓人們不再拘泥于色彩單一，提取困難的天然染料，人們開始傾向于具有豐富多彩的顏色和優(yōu)良染色牢度且提取容易的合成染料，合成染料的出現(xiàn)迅速用其優(yōu)勢掃蕩了整個(gè)市場，天然染料在其面前也顯得自慚形穢。天然染料也似乎慢慢地退出了歷史舞臺。然而在如今這個(gè)世界中，綠色環(huán)保成為主旋律，人們開始倡導(dǎo)綠色健康生活，而合成染料則被人們質(zhì)疑起安全性和環(huán)保性。人們提出的質(zhì)疑導(dǎo)致紡織和時(shí)裝也開始慢慢思考，逐漸趨向天然化。人們也逐漸將目光投向了自然界的各種綠色資源，試著取之于自然，回歸于自然，天然染料隨之再次進(jìn)入人們的視線中，成為炙手可熱的話題研究。在此背景下，天然染料的可使用性再次登上歷史舞臺，但天然染料的來源受限，色譜不齊全也使得消費(fèi)者望而卻步。一些文獻(xiàn)報(bào)道利用天然色素作為紡織品的著色劑。但是一般都限于單色或最多是二次色拼色的探討。這是由于不同的天然色素對纖維的親和力以及擴(kuò)散速度都不一樣，當(dāng)染色速率差異較大的色素通過混拼上染織物時(shí)，染色織物顏色不可控且染色不勻。因此對于天然食用色素對紡織品的拼色染色特別是利用三次色天然色素染色的紡織品很少見諸報(bào)端。為了拓寬天然染料的色譜且在前人的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)造，本次選用了三種極具代表性的天然染料進(jìn)行拼色，拓寬天然染色色譜。1.2研究原理1.2.1拼色原理三支天然染料在進(jìn)行拼色時(shí)主要依賴染色配伍性，配伍性的概念源陽離子染料，不同的染料對纖維的親和力不同，擴(kuò)散速度也不同，當(dāng)染色速率差異較大的染料上染織物時(shí)，染色的織物易于發(fā)生色澤變化和染色不勻。染料的染色配伍性則是通過配伍值來反應(yīng)。配伍值反應(yīng)了染料對纖維的一個(gè)親和力以及上染速率，是染料進(jìn)行拼色染色時(shí)的重要依據(jù)。配伍值的大小在一定程度上反應(yīng)了染色速率的快慢以及色彩濃淡。當(dāng)染料配伍值的大小接近于數(shù)值1的時(shí)候，此時(shí)染料上染織物的速率加快，這是因?yàn)槿玖系挠H和力高所導(dǎo)致的原因。雖然染色速率加快，但勻染性不好，這樣的染料適合上染深濃色。當(dāng)染料配伍值的大小接近于數(shù)值5的時(shí)候，此時(shí)染料上染織物的速率減慢，這是因?yàn)槿玖系挠H和力低所導(dǎo)致的原因。染色速率雖然加快，但勻染好，這樣的染料也適合上染淡淺色。在進(jìn)行染料拼色的時(shí)候，同樣也可以根據(jù)兩只染料的配伍值來衡量是否可以拼色，配伍值越相似或接近的染料越適合拼色，因?yàn)樗鼈兊纳先韭是€相似，能夠較好地表現(xiàn)原有的色彩以及染色時(shí)候的勻染性。所以在進(jìn)行染料拼色染色的時(shí)候，必須先考慮幾種染料的配伍性是否相似或一致，才能進(jìn)行拼色染色試驗(yàn)。當(dāng)然改變媒染劑的種類或采用各不同的媒染方法，混媒染可以使得染色織物能夠均勻上色，但隨機(jī)性較大。關(guān)鍵判斷三支染料是否適合拼色主要要看其（上染速率、織物親和力）提升性、升溫曲線。1.2.2上染原理本次拼色研究主要采用的是真絲織物。真絲織物主要由天然蠶絲編制而成。蠶絲的種類多種多樣，主要可以根據(jù)蠶的種類進(jìn)行分類。蠶的種類包括家養(yǎng)蠶和野蠶。家養(yǎng)蠶所吐出的蠶絲也就是人們所熟知的桑蠶。而野蠶中又可以分為柞蠶絲、蓖麻蠶絲、木薯蠶絲等。蠶絲主要由絲素和絲膠組成。絲素是蠶絲中最主要的成分，是一種有彈性且有強(qiáng)力的蛋白質(zhì)纖維，由18種氨基酸組成。絲膠同樣也是由氨基酸小分子所組成，它包裹在絲素外層，起到粘結(jié)與保護(hù)作用。而本次采用的天然染料中含有羧基能夠與組成蛋白質(zhì)纖維的氨基酸發(fā)生反應(yīng)形成肽鍵，再加上在進(jìn)行染色時(shí)候提前將PH調(diào)整到為弱酸性，能夠大大促進(jìn)反應(yīng)過程。在染色溶液的PH到達(dá)蠶絲等點(diǎn)電附近的時(shí)候，擴(kuò)散在染液中的染液陰離子或與纖上的氨基結(jié)合形成離子鍵并固著在纖維上。當(dāng)染色溶液的PH大于等電點(diǎn)的時(shí)候，染料此時(shí)上染織物主要靠氫鍵和范德華力的作用。天然染料在上染絲綢的時(shí)候，可以利用醋酸或者醋酸銨將染液的PH調(diào)整到弱酸性進(jìn)行上染，但不宜用強(qiáng)酸進(jìn)行上染，因?yàn)榻z綢質(zhì)地輕薄，容易遭受到強(qiáng)酸的破壞，所以不建議將PH調(diào)整過低以免造成纖維損傷。天然染料在上染絲綢的時(shí)候，可以適當(dāng)加入一些電解質(zhì)（如食鹽、元明粉等），可以降低染料與纖維之間的電荷斥力，起到促染的作用。但不宜一次性加入，容易造成染色不均勻，可以在開始試驗(yàn)以及中途分次加入。為了讓天然染料更好地上染絲綢，上染溫度需要穩(wěn)定逐步慢慢上升。絲綢質(zhì)地輕薄，長時(shí)間的高溫染色容易影響絲綢的光澤，最高溫度宜控制在80℃左右。圖1桑蠶圖2蠶繭（圖片來源：/）1.3研究內(nèi)容天然染料主要來自于自然界資源中提取，植物性天然染料主要來自于花草樹木以及根系中提取色素，動(dòng)物性天然染料來源于動(dòng)物本身所產(chǎn)出的一些色素。而另外一些天然染料則是從礦石金屬中提取?？偟膩碚f天然染料的來源受限，色彩也比較單調(diào)，色譜不齊全。這些缺點(diǎn)嚴(yán)重地限制了天然染料的發(fā)展，導(dǎo)致天然染料的腳步一直停駐在從前。為了能夠解決天然染料色譜不齊全的問題，一方面我們可以從生產(chǎn)天然染料的原材料入手，大力開發(fā)自然，尋找不同的自然資源以求提取出更多顏色的天然染料。另一個(gè)方面則是可以利用已知提取出的天然染料進(jìn)行混拼染色，以求能夠獲取更多更豐富的顏色。本次試驗(yàn)中，通過前期選用多種天然染料通過配伍性篩選得出上染速率及提升力符合的染料，采用紅、黃、藍(lán)(紅米紅色素、姜黃色素、梔子藍(lán)色素）三種不同顏色的天然植物染料，按照不同的比例混合后上染真絲織物，通過改變?nèi)玖匣旌媳壤?，進(jìn)行二次拼色染色、三次拼色染色得到不同色澤的真絲織物，拓寬了天然染料染色真絲織物的色域范圍。1.4研究意義中國土地面積遼闊，擁有豐富的自然資源，對于天然染料發(fā)展有著不可撼動(dòng)的優(yōu)勢。再加之我國歷史文化底蘊(yùn)濃厚，運(yùn)用天然染料的歷史可以追溯到上古時(shí)代，許多關(guān)于天然染料的古法制作工藝都可以在古書古籍中有跡可循，為我國發(fā)展天然染料提供基礎(chǔ)和條件。而且伴隨著人們環(huán)保意識的覺醒，天然染料有著不可替代的優(yōu)勢能夠迅速俘虜消費(fèi)者的心。天然染料取之于自然，自然界大部分的資源并不會(huì)對人體造成傷害，可以放心使用。天然染料是可降解的物質(zhì)，就算染色后再次投入自然也不會(huì)對生態(tài)造成影響或污染環(huán)境。古人倡導(dǎo)回歸天地，葉落歸根的思想，天然染料的使用便是遵循了這樣的理念。天然染料使用完之后可以再度投之于自然，進(jìn)行循環(huán)利用，能夠可持續(xù)發(fā)展。而合成染料大多是來源于石油和煤炭，眾所周知的是石油和煤炭的儲(chǔ)量有限，并不能循環(huán)再生，而且合成染料中含有一些對人體有害的化學(xué)結(jié)構(gòu)，能夠影響人體的健康，造成不可避免的問題。但天然染料不可避免也有一定的缺點(diǎn)。天然染料因?yàn)閬碓词芟?，因此只能從自然資源中提取色素經(jīng)過一定加工成為染料，這也就導(dǎo)致了天然染料的色譜不齊全。而且許多天然染料因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的問題會(huì)受到光照、PH等因素影響導(dǎo)致染料被氧化，保存不易。而且人們對天然染料的結(jié)構(gòu)認(rèn)識有限，很可能存在著潛在危險(xiǎn)因素。再加之天然染料的染色工藝存在一定缺陷，導(dǎo)致染色淺淡。本課題通過對三種染料的二色拼色染色和三色拼色染色，優(yōu)化染色工藝，研究二色和三色混拼對真絲織物色彩和色牢度的影響，拓寬天然染料色譜。2天然染料概述2.1古代天然染料及絲織物天然染料主要是指從植物、動(dòng)物、礦物乃至微生物中提取后未經(jīng)過加工或者幾乎未加工過的染料。在科學(xué)發(fā)展力相對落后的古代，人們主要依靠從自然界找尋相關(guān)的綠色資源進(jìn)行染色。而中國可以算得上最早使用天然染料染色的國家之一，中國文化底蘊(yùn)濃厚，地產(chǎn)資源豐富，中國的天然染料歷史可追溯到上古時(shí)期。在舊石器時(shí)代中，北京山頂洞人已經(jīng)可以通過生活的經(jīng)驗(yàn)和閱歷進(jìn)行簡單的染色，他們使用赤鐵礦粉上染石頭做成的項(xiàng)鏈，以此來豐盈色彩，提高項(xiàng)鏈的可裝飾性。這樣的行為可以稱得上最早的廣義染色。而到了新時(shí)期時(shí)代中，古人已經(jīng)學(xué)會(huì)養(yǎng)蠶繅絲，并試著使用赤鐵礦上染麻布。在夏商時(shí)期中，人們開始有目的地大規(guī)模種植藍(lán)草，藍(lán)草的培育以及初具規(guī)模的染色流程，使得這個(gè)時(shí)期的印染業(yè)也跟隨快速發(fā)展。到了商周時(shí)期，人們對于印染業(yè)的管理也開始獨(dú)具規(guī)模和想法了，為此他們特地成立了管理印染紡織品的部門，并實(shí)現(xiàn)專人專管，委派專門的官員進(jìn)行部門的運(yùn)行和管理，并將這樣的官職稱作為“染人”。秦始皇統(tǒng)一六國后建立了我國歷史上第一個(gè)統(tǒng)一的封建王朝，而后秦二代而亡后漢朝建立，在秦漢時(shí)期，印染業(yè)繼續(xù)快速發(fā)展。東漢時(shí)期的《說文解字》中色彩的記錄達(dá)到40多種，而且在這個(gè)時(shí)期出現(xiàn)了防染技術(shù)，這也就是現(xiàn)代蠟染的雛形。而在馬王堆漢墓中出土的西漢素紗蟬衣更是將天然染料上染真絲織物的印染技術(shù)推向了高潮。素紗蟬衣薄如蟬翼而且質(zhì)量非常輕，現(xiàn)代的考古學(xué)家經(jīng)過多次培育現(xiàn)代蠶，經(jīng)過復(fù)刻才勉強(qiáng)織出與其重量接近的蟬衣，可見素紗蟬衣的工藝有多精美獨(dú)一。素紗蟬衣的袖領(lǐng)上染成藍(lán)色，而其他部分則是上染成了黃褐色，都是使用當(dāng)時(shí)從各種植物中提取的天然染料進(jìn)行上染的。到了魏晉時(shí)期，印染業(yè)的管理機(jī)構(gòu)更加完善，在江南地區(qū)出現(xiàn)了絲織業(yè)管理機(jī)構(gòu)。而北魏《齊民要術(shù)》中則詳細(xì)地記錄了天然染料的提取、加工等過程，可以說是現(xiàn)代天然染料的雛形和范本。在這個(gè)時(shí)期同樣出現(xiàn)了“紋纈”，也就是現(xiàn)代中所說的“扎染”。到了唐宋時(shí)期，印染業(yè)初具規(guī)模，盛唐的強(qiáng)大使得萬國來朝參拜，國力的強(qiáng)盛也使得各行各業(yè)如同百花盛開，在這個(gè)時(shí)期，絲綢開始作為我國的代表商品通過海上絲綢之路出口外國，成為我國代名詞之一，從此名揚(yáng)四海。而到了元朝時(shí)期，由官方接手刊印的《農(nóng)桑輯要》成為我國古代第一部官方編纂農(nóng)書，在中國歷史上熠熠生輝?！短旃ら_物》中則記錄了57種不同的色彩，并且記錄了部分色彩的染色制作工藝，為后世學(xué)者學(xué)習(xí)落下蛛絲馬跡。清朝時(shí)期的《天水冰山錄》記錄了天然染料染色物品，而到了民國時(shí)期中的《雪宦繡譜》則是記錄了色彩名稱超過700多種。19世紀(jì)后，清政府逐漸放棄了閉關(guān)鎖國的政策，開始對外開放，此時(shí)大量合成化學(xué)染料逐漸進(jìn)入中國，因其色彩鮮艷，染色牢度良以及價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)迅速取代了天然染料。而隨著人們環(huán)保意識的覺醒，開始倡導(dǎo)綠色健康生活，天然染料又開始重新登上歷史舞臺。2.2現(xiàn)代天然染料發(fā)展合成染料在19世紀(jì)后傳入中國，之所以能迅速取代天然染料在中國多年發(fā)展的地位是因?yàn)槠渚哂胁豢珊鲆暤奶攸c(diǎn)。合成染料具有鮮艷的色彩，能夠滿足人們的愛美需要。并且合成染料染色后的織物被附加了耐洗耐磨的性能，這樣的織物更適合于底層人民進(jìn)行勞動(dòng)時(shí)穿著，因此受到人們的青睞。而且合成染料比起工藝復(fù)雜的天然染料可以說制作過程十分方便，再加之生產(chǎn)成本的低廉讓許多廠家紛紛轉(zhuǎn)向更容易獲利的合成染料。但隨著時(shí)代的發(fā)展，人們逐漸意識到大量使用合成染料很可能會(huì)污染環(huán)境，造成大自然生態(tài)環(huán)境被破壞。而且合成染料中含有許多對人體有害的致癌因子更是讓人們防不勝防。人們開始擔(dān)憂起來，并積極尋求更安全更綠色的染料。而天然染料也隨之走入人們的視線。天然染料具有合成染料無法比擬的生物降解性和環(huán)保性。更重要的是天然染料對人體無害，而且還具有一定的藥用功能，譬如抗菌消炎、防紫外線等。所以，開發(fā)天然染料具有廣大的前景和對環(huán)境保護(hù)有著重要的意義。天然染料原料來源豐富、無毒無害、綠色可降解，更是未來市場導(dǎo)向的風(fēng)向標(biāo)。同時(shí)經(jīng)過科技的發(fā)展，現(xiàn)代的天然染料提取和合成比古代天然染料更具工業(yè)化。2.2.1天然染料種類天然染料的歷史很久遠(yuǎn)，人類起源時(shí)就嘗試使用赤鐵礦粉進(jìn)行簡單染色，后來開始大規(guī)模地種植藍(lán)草，利用藍(lán)草來上染。天然染料的分類方法有很多，大概可以根據(jù)來源和化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。類型特點(diǎn)舉例植物染料從植物的根、莖、葉、果實(shí)等中提取。靛藍(lán)、紫草、梔子黃等動(dòng)物染料從一些動(dòng)物或者貝類體內(nèi)提取。胭脂蟲、蟲膠等礦物染料碾碎礦物質(zhì)以獲得粉末。朱砂、赭石等微生物染料從細(xì)菌或真菌中提取根據(jù)天然染料的來源可以將其分為植物染料、動(dòng)物染料、礦物染料、微生物染料。近些年，隨著深入研究，發(fā)現(xiàn)有一部分微生物和細(xì)菌同樣可以生成色素，它們體內(nèi)的色素也可以提取出來生產(chǎn)天然染料。其中植物染料種類最多，應(yīng)用最為普遍。植物染料是指從植物的根、莖、葉、花、果實(shí)、種子、皮上提取色素經(jīng)過一定的加工所制造出的染料。植物染料有紅色系、黃色系等。動(dòng)物染料比較少，是從動(dòng)物體內(nèi)提取出色素，如胭脂蟲紅、紫膠蟲、貝紫等。礦物染料是將有色礦物磨成極細(xì)微的粉末。該染料在水中不溶，可作為印花色漿或者在纖維制造中加入該色素。微生物染料是指從一些細(xì)菌或真菌中提取出的色素。微生物具有繁殖快的特點(diǎn)，因此可以節(jié)省加工的時(shí)間，大量繁殖細(xì)菌或真菌以獲得微生物染料的原料。根據(jù)天然染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)可以將天然染料的種類分為靛藍(lán)類、蒽醌類、茶醌類、黃酮類、花色素結(jié)構(gòu)、類胡蘿卜素結(jié)構(gòu)。2.2.2天然染料提取方法天然染料的提取方法多種多樣，以下為天然染料提取方法:(1)水浸法。將要提取的材料浸入水中以獲得顏色，這種方法可以用于親水的色素。(2)溶劑法。可以加入一些助溶的溶劑加快色素的提取。(3)超聲波法。通過超聲波震動(dòng)，快速提取出色素或者縮短工藝所需要的時(shí)間。(4)微波法。微波加熱使得燃料細(xì)胞溫度逐漸升高，細(xì)胞缺少水分后能將細(xì)胞內(nèi)的色素溶解。（5）超臨界法。2.4天然染料優(yōu)點(diǎn)2.4.1特有歷史底蘊(yùn)天然染料歷史十分悠久，具有我國獨(dú)特的文化底蘊(yùn)。從遠(yuǎn)古時(shí)期開始，我們的祖先就開始利用藍(lán)草染色，各個(gè)朝代的更替卻給天然染料帶來獨(dú)特的時(shí)代魅力。每一個(gè)朝代和民族都共同賦予天然染料不一樣的文化寓意。天然染料的顏色給每個(gè)朝代的人們帶來屬于那個(gè)朝代的一抹亮色，讓人們回歸自然，信奉人與自然合一的理念，也同樣給現(xiàn)代的人們一份獨(dú)特的啟示。在工業(yè)化發(fā)展的今天，人們需要一份安全感，更需要認(rèn)同中國的文化，天然染料不僅滿足了人們對于安全性的需要，更讓人們開始驚嘆并認(rèn)可古代勞動(dòng)人民的智慧，享受中華上下五千年的歷史底蘊(yùn)。2.4.2符合綠色趨向天然染料綠色環(huán)保，而且符合可持續(xù)發(fā)展的要求。天然染料主要是從植物的根、莖、葉中提取出色素，對人體無害且具有一定的藥用價(jià)值。而且天然染料能夠循環(huán)利用，進(jìn)行資源的回收再利用，相比較于從石油、煤炭中合成的化學(xué)染料，天然染料具有綠色環(huán)保，無毒無害的優(yōu)點(diǎn)。合成化學(xué)染料需要大量的石油和煤炭消耗，而生產(chǎn)天然染料的資源卻很豐富，一定程度上可以節(jié)約資源，所以天然染料是符合當(dāng)今時(shí)代的綠色趨向的。2.4.3額外附加功能同合成染料相比，天然染料具有多種潛在附加功能，比如抗菌功能、抗紫外線功能等。用大黃色素、黃連色素、姜黃色素上染后的植物具有抑制大腸桿菌以及金黃色葡萄球菌生長的功能。用指甲花色素、藏紅色色素上染織物后也同樣具有一定的抗菌功能。用綠茶和槐花的提取色素對織物進(jìn)行染色后，織物具有一定的抗紫外線的功能。2.5天然染料缺點(diǎn)天然染料雖然應(yīng)用前景非常廣泛，天然食用色素作為天然染料的一種，可用作各種食品的著色劑，具有安全性高，毒性低，且通常具有多種營養(yǎng)和藥理作用。但天然染料如果想短時(shí)間內(nèi)取代化學(xué)合成染料在紡織印染行業(yè)中的地位是不太現(xiàn)實(shí)的，，因?yàn)樘烊蝗玖线€有著一些不可忽視的缺點(diǎn)。2.5.1天然染料的來源與價(jià)格天然植物染料主要是從植物中各個(gè)部分提取，要想大規(guī)模地生產(chǎn)天然染料，必須要大規(guī)模的種植用以生產(chǎn)天然染料的植物。但植物生產(chǎn)受到許多因素的制約，植物生產(chǎn)需要適宜的氣候和季節(jié)，而且大部分植物的生長周期都較長，前期投入的資金回報(bào)慢。而且同種植物的種植會(huì)因?yàn)榉N植地土壤、種植地氣候等因素的影響，而造成植物體內(nèi)的色素結(jié)構(gòu)和組成不一致，影響后續(xù)天然染料的生產(chǎn)。大多數(shù)植物染料在業(yè)內(nèi)并沒有相對成熟或者標(biāo)準(zhǔn)的提取方法，新鮮提取出的色素穩(wěn)定性差，會(huì)因?yàn)楣庹?、溫度、濕度等變化造成色素結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，且在運(yùn)輸過程中貯存不易，很可能造成色素沉淀。另外，某些植物含有的色素含量很少，若想大量提取該種植物的色素就必須大量種植、采摘，很可能會(huì)造成當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)遭到破壞。有些植物是珍貴的中草藥，具有極高的藥用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，利用該種植物生產(chǎn)天然染料也會(huì)無形間增加生產(chǎn)商的成本。因此，天然染料的價(jià)格也比合成染料的價(jià)格昂貴許多。價(jià)格的昂貴并不適合市場中大規(guī)模地生產(chǎn)染料再加上運(yùn)輸過程中的成本，利潤降低也會(huì)造成天然染料大規(guī)模的溢價(jià)導(dǎo)致相關(guān)天然染料一系列的產(chǎn)品提升價(jià)格不能為眾多消費(fèi)者所接受。2.5.2天然染料的結(jié)構(gòu)與性能天然染料具有許多化學(xué)結(jié)構(gòu)，有些結(jié)構(gòu)是符合生態(tài)要求的，并且還具有一定的附加功能，例如抗菌消炎、防蟲、抗紫外線等。但是記錄在《染料索引》里的92種天然染料，還有許多品種的化學(xué)結(jié)構(gòu)并不清晰，染色性能不明確。它們是否適宜用于染色以及對人體是否真的安全無害還有待考證。理論實(shí)際告訴我們必須要用一分為二的眼光看待問題，并不能想當(dāng)然地認(rèn)為天然染料一定健康安全。2.5.3天然染料的染色牢度絕大多數(shù)天然染料都在面臨同樣的問題，那就是天然染料的上染率很低，上染濃色較為困難，再加之許多色素會(huì)因?yàn)榄h(huán)境改變而產(chǎn)生氧化，也再次加之了天然染料染色牢度差的問題。雖然可以采用媒染劑提高上染率同時(shí)改善染色牢度差的問題，但不可避免地就是天然染料在某些方面依舊無法與合成染料相比較。而使用媒染劑卻會(huì)造成環(huán)境嚴(yán)重污染，因?yàn)槊饺緞┲泻写罅康闹亟饘匐x子。而金屬離子也會(huì)殘留在上染的織物上，不利于人體的健康。再加之特殊人群的抵抗力弱，更容易受到織物上殘留重金屬的影響，造成不可估量的后果。而國家監(jiān)管部門對嬰幼兒服裝以及高檔出口服裝具有嚴(yán)格金屬含量的把控，重金屬超標(biāo)很可能貨品還沒有投入市場就被叫停了，造成大量貨品滯銷在工廠中。而大量的重金屬離子同樣會(huì)破壞一些結(jié)構(gòu)脆弱的織物，影響其光澤性以及其他織物性能。而且重金屬的滯留讓看重綠色健康的消費(fèi)者無法接受。開發(fā)天然染料的初衷本就是為了順應(yīng)自然，倡導(dǎo)綠色健康生活。而為了一味提高天然染料的染色牢度所做出的一系列舉措不僅違背了學(xué)者們一開始的初衷，也并不能再讓消費(fèi)者接受這同樣具有危害性的“綠色產(chǎn)品”。而如果為了倡導(dǎo)綠色健康，不適用含有重金屬離子的媒染劑進(jìn)行天然染料染色，最后也會(huì)因?yàn)槿諘?、水洗、汗液等不可抗原因而使得之前的顏色消退，?dǎo)致天然染料的使用陷入兩難的境地。2.5.3天然染料的色譜天然染料的顏色比較單調(diào)，紅色和黃色品種居多。因?yàn)樘烊蝗玖系奶崛〈蠖鄟碓从谧匀唤绲幕ú輼淠局?，而許多鮮花也是以黃色和紅色居多，黃色可以從姜黃根系中提取。當(dāng)然也可以從胭脂蟲里提取紅色，古代少女用的紅色口脂就是從胭脂蟲里提取做成的。但藍(lán)色、綠色、黑色品種不多，其中藍(lán)色可以從茜草、靛藍(lán)等提取，黑色可以從五倍子、皂斗中提取。雖然植物中富含大量的葉綠素，但是因?yàn)檠趸闹萍s，很難保存下來，天然的綠色十分難得，但可以通過黃色和藍(lán)色進(jìn)行調(diào)配出綠色。不同的天然染料往往具有不一樣的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，它們天差萬別的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)導(dǎo)致它們難以拼色。就算采用同一種天然染料進(jìn)行調(diào)配顏色，媒染劑的介入也很難產(chǎn)生肉眼可見的顏色變化。再加之天然染料的色譜有限，很容易因?yàn)榄h(huán)境的改變而導(dǎo)致色澤發(fā)生變化，保存不易。而顏色的單一單調(diào)也很難吸引消費(fèi)者想要購買的欲望，導(dǎo)致天然染料難以投入市場。2.6天然染料應(yīng)用場景天然色素目前可以運(yùn)用到食品中作為食品添加劑，也可以作為化妝品的添加劑。出了這些方面，天然色素也逐漸運(yùn)用到紡織印染行業(yè)中作為染料開始發(fā)揮作用。天然染料在服裝種類上，也逐漸應(yīng)用到內(nèi)衣、家紡用品和各種創(chuàng)意服裝中。2.6.1服裝服飾、絲綢觸感柔滑，透氣舒亮，在中國古代中，只有高門貴族才能享受用絲綢做衣服是殊榮。而隨著海上絲綢之路的繁榮發(fā)展，絲綢開始作為出口商品對外貿(mào)易，無數(shù)的人為中國絲綢而傾倒。如今現(xiàn)代中絲綢同樣是人們所喜愛的織物。絲綢可以用于訂做高定禮服，同時(shí)也可以用作睡衣、內(nèi)衣等貼身衣物制作。近年來，用于絲綢染色的化學(xué)合成染料被禁用，這使得真絲染料的染色成為一個(gè)棘手的難題。而天然染料的出現(xiàn)卻可以很好地解決這個(gè)問題。天然染料中的大部分種類都可以用于真絲染色，因?yàn)檫@是古人提前實(shí)踐過的結(jié)果。如今人們更加看重衣物安全的重要性，而嬰幼兒是最容易受傷害的群體，在嬰幼兒服裝和用品上使用天然染料染色容易受到市場熱捧，有很好的開發(fā)前景，用天然染料上染的嬰幼兒服裝更能讓人們接受認(rèn)可其安全性，能夠成為未來市場追捧的產(chǎn)品。2.6.2家紡裝飾將天然染料與我國傳統(tǒng)染色方法結(jié)合，既能弘揚(yáng)中國文化，提升民族榮譽(yù)感，還能將產(chǎn)品打出聲名度，提高檔次將價(jià)格提升。云南彝族的人們利用天然染料扎染的方式制作一系列的文化產(chǎn)品，他們將云南特有的紋樣利用山上采來的植物染料進(jìn)行浸泡上染，得到花紋古樸文雅且?guī)в刑烊恢参锏南銡猓梢宰龀勺啦?、窗簾、桌墊等家用裝飾產(chǎn)品并出口到國外，深受人們的喜愛，得到了廣大海外顧客的一致好評。近期一些景區(qū)的體驗(yàn)服務(wù)爆火之后，漆扇這樣傳統(tǒng)技藝產(chǎn)品也再次出現(xiàn)在人們眼前。無數(shù)游客蜂擁而至只為體驗(yàn)一次打造屬于自己獨(dú)一無二的團(tuán)扇。漆扇的制作比較簡單，先在圓缸內(nèi)加入一系列的配色再將其調(diào)整為自己想要的花紋圖案后，再將各種形狀的紙扇緩緩浸泡帶有染料的水里，待染料充分在扇面吸附之后再拿出，此時(shí)就能得到漂亮的圖案了?？梢詫⑻烊蝗玖先谌脒M(jìn)漆扇這樣的產(chǎn)品中，用扇面呈現(xiàn)屬于大自然的那一份色彩，而且天然染料無毒無害更適合處理染色后的廢液，不給景區(qū)的自然環(huán)境造成破壞。未來我們可以繼續(xù)拓寬這條路線，打造屬于中國文化的價(jià)值產(chǎn)品，出口國外以開拓新產(chǎn)業(yè)給傳統(tǒng)手工工匠新的就業(yè)機(jī)會(huì)，還能讓這門手藝?yán)^續(xù)流傳下去。2.6.3食品及化妝品天然色素可以用作化妝品的添加劑或者一些美容美發(fā)的著色劑，天然色素不但安全環(huán)保，而且有自然芳香，能給人們帶來不一樣的體驗(yàn)。合成色素容易對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，而且被人類食用會(huì)引發(fā)多種疾病。一部分合成食用色素已被證實(shí)對人類身體有害，被列為禁止使用的黑名單中。食用色素的短缺也使得人們開始尋求新的方向，而從大自然中提取的天然色素一部分不僅具有藥用價(jià)值，而且添加到食物中也不會(huì)對人體有害。3試驗(yàn)通過前期對紅、黃、藍(lán)食用色素的篩選，確定以紅米紅、姜黃與梔子藍(lán)作為三原色上染蠶絲織物。研究了這三支色素的上染速率與提升力，并優(yōu)化染色工藝，驗(yàn)證其配伍性。再分別通過紅黃、黃藍(lán)、藍(lán)紅拼色染色蠶絲織物。研究拼色比例對染色蠶絲織物K/S，LAB以及CH值的影響。并進(jìn)一步通過三次色染色蠶絲織物，與二次色顏色特征值進(jìn)行對比，明確二次色與三次色的特點(diǎn)，提出相應(yīng)的應(yīng)用場景。最后對染色蠶絲織物進(jìn)行色牢度的測試。3.1織物、試劑及儀器織物：煮沸的絲綢斜紋布（140140，50g/m2）購自中國浙江喜德寶絲綢科技有限公司。試劑：紅米紅、姜黃、梔子藍(lán)來源于浙江諾益生物科技有限公司，經(jīng)純化后使用。媒染劑明礬（KAl（SO4）2·12H2O，純度>99%）和乙酸均來自中國上海阿拉丁。儀器：紅外染色機(jī)（HWX-24，泉州美邦儀器技術(shù)有限公司，中國）、UV-Vis分光光度計(jì)（UV-5500PC，ShanghaiMetashInstrumentCo.，Ltd，China）、配備有D65光源和350-800nm光譜掃描范圍的分光光度計(jì)（Datacolor800，Datacolor，Co.，USA）。3.2方法3.2.1染色工藝將2g預(yù)濕煮沸的絲綢織物以1:30的浴比浸入含有天然食用色素（2%o.w.f）、媒染劑濃度（2%o.w.f）的染液中。然后用乙酸將染料溶液的pH調(diào)節(jié)到4-5。染色過程在紅外染色機(jī)（HWX-24，泉州美邦儀器技術(shù)有限公司，中國）上進(jìn)行。以1℃/min的加熱速率將染色溫度從室溫提高到80℃。染色40分鐘后，取出織物并用皂苷溶液（2g/L）洗滌，用水漂洗并干燥。3.2.2二次色和三次色的搭配二次色的匹配：選擇每兩種染料按10:0、9:1、7:3、5:5、3:7、1:9和0:10的比例混合的組合，因此每種二次色由7個(gè)樣本組成，在消除3個(gè)重復(fù)樣本后，累積總數(shù)為18個(gè)樣本。第三顏色的匹配：構(gòu)建了一個(gè)具有3個(gè)因子（紅、黃、藍(lán)）和5個(gè)級別（1、3、5、7和9）的L25（56）正交陣列。然后對比率進(jìn)行歸一化，以計(jì)算每個(gè)樣品的適當(dāng)染料量。3.2.3染料的染色速率和提升染色前后使用UV-Vis分光光度計(jì)（UV-5500PC，ShanghaiMetashInstrumentCo.，Ltd，China）測量染色液的吸光度。方程1和2分別用于計(jì)算染色速率和染色量。染料吸收率=（1-A/A0）×100%（1）染色量=（1-A/A0）C（2）其中A0和A表示染色前后染色液在最大波長下的吸光度。C是染色前取決于織物重量的染料量。3.2.4顏色特征值用配備有D65光源和350-800nm光譜掃描范圍的分光光度計(jì)（Datacolor800，Datacolor，Co.，USA）測量織物的顏色特征值。3.2.5色牢度根據(jù)GB/T3921-2008（紡織品色牢度試驗(yàn)用肥皂或肥皂和蘇打水洗滌的色牢度）、GB/T3922-2013（紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)秃股味龋┖虶B/T8472-2008（紡織品色緊度試驗(yàn)?zāi)腿嗽旃馍味龋弘⊥噬珶粼囼?yàn)）評定其色牢度。按上述試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)處理后的織物參照GB/T250-1995（評定顏色變化的灰度）進(jìn)行評定。4結(jié)果與討論4.1染料的相容性染料的配伍性是拼色的關(guān)鍵，我們通過三只染料上染率以及提升率的測試，對紅米紅、姜黃、梔子藍(lán)的拼色性能進(jìn)行評估。分別選用紅米紅，姜黃，梔子藍(lán)三種天然食用色素。姜黃是一種傳統(tǒng)天然染料，其主要成分就是姜黃素。姜黃素是從姜科植物根莖中提取出的黃色色素，姜黃素可溶于水，姜黃素還具有抗炎、扛氧化的藥理特性，其化學(xué)結(jié)構(gòu)為：圖1姜黃素化學(xué)結(jié)構(gòu)式圖2姜黃（圖片來源：/）紅米紅是一種傳統(tǒng)天然染料，紅米紅色素又稱為黑米色素、黑米紅色素，它是以黑米米皮為原料，經(jīng)脫脂及弱酸性水溶液提取、精濾、濃縮而制得。紅米紅色素具有安全無毒、易溶于水、乙醇，著色力強(qiáng)，色澤美麗自然，資源豐富等特點(diǎn)，并且還具有一定的營養(yǎng)、滋補(bǔ)和保健美容的功能，是天然染料中的佳品。圖1花色苷化學(xué)結(jié)構(gòu)式圖2紅米紅（圖片來源：/）梔子藍(lán)色素是由制備梔子黃色素殘液中的色素前體(梔子苷)經(jīng)β－葡萄糖苷酶水解成梔子苷元，再與氨基酸結(jié)合而成的藍(lán)色色素，易溶于水，且具有抗菌性。制備桅子藍(lán)色素的主要原料桅子苷還具有保肝利膽的作用。圖1梔子藍(lán)化學(xué)結(jié)構(gòu)式圖2梔子藍(lán)（圖片來源：/）在染色溫度60與80度時(shí)，研究3種色素的上染率（圖1）。由圖1可知，60度時(shí)，三種色素在染色初期迅速上染蠶絲，這是由于三種染料都含有大量的羥基、羰基，在媒染劑中金屬離子存在的條件下，可與真絲纖維側(cè)鏈上的羧基、氨基、羥基等形成氫鍵以及配位鍵結(jié)合。同時(shí)，酚羥基帶有負(fù)電性，在酸性條件下與真絲纖維的正電荷產(chǎn)生離子鍵結(jié)合。直到40min的時(shí)候三支染料達(dá)到上染平衡，基本達(dá)到80%左右，且紅米紅>梔子藍(lán)>姜黃。說明三只染料在媒染劑存在的情況下，對蠶絲織物具有良好的親和力。進(jìn)一步提高染色溫度，三只染料的上染速率明顯提高，且上染率能達(dá)到95%左右。這是由于升高溫度染料分子的動(dòng)能增加，且纖維的孔隙率增加，有利于染料進(jìn)入纖維內(nèi)部，上染率提高。從三種色素的上染率情況來看，在80攝氏度的時(shí)候都已經(jīng)達(dá)到一個(gè)較高的上染率。對于天然色素來講，超過80度可能對于結(jié)構(gòu)造成影響，因此可以確定80度為三種色素染色的較為理想的溫度。改變?nèi)N色素的用量，比較三者在60與80度條件下上染量的差異，結(jié)果如圖2所示。在60度條件下，三種染料用量不超過1%時(shí)，上染量隨染料用量幾乎呈線性增長。隨著染料用量的增加，三種染色織物的上染量在2.5%趨近于平衡，繼續(xù)提高至3%，變化不大。在染料2.5%的用量情況下，蠶絲織物對三種染料的吸附已經(jīng)達(dá)到飽和。其中紅米紅的上染量最大，這可能歸因于其相比于其它兩種色素具有較多的酚羥基。提高染色溫度至80度，三種色素的平衡上染量都得到相應(yīng)提高，但且最終上染量很接近。根據(jù)上述染料上染率與提升力的討論發(fā)現(xiàn)，三種色素在80,2%，2.5%情況下上染率以及上染量曲線接近，適合拼染。4.2二次染色拼色以二次色拼色染色比例作散點(diǎn)圖，其在三維空間內(nèi)呈現(xiàn)三角形，且各個(gè)點(diǎn)在三角形邊上均勻分布（圖a）。從圖b-f可以看出，不同色素比例混拼對織物的K/S值曲線、色相、飽和度、亮度都有較大的影響。單色紅米紅最大吸收波長為525nm。隨著姜黃比例的增加，K/S值逐漸降低。當(dāng)混拼比例為5:5時(shí)，紅黃拼色織物的最大吸收波長發(fā)生反轉(zhuǎn)，變?yōu)?30nm，同時(shí)a值變小，b值增加，L提高（圖b），說明織物顏色由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色。此后K/S值逐漸升高，織物色相角由14o變?yōu)?0o，而飽和度變化不大（圖c）。進(jìn)一步提高姜黃的比例，染色織物亮度與飽和度進(jìn)一步提高，且比例超過一半時(shí)，K/S值呈現(xiàn)上升的趨勢。圖e為黃藍(lán)拼色織物吸光度曲線。姜黃的最大吸收波長425nm，此時(shí)織物的K/S值較低（2.5），但飽和度以及亮度較高。當(dāng)比例達(dá)到7:3時(shí)，拼色織物的最大吸收波長被梔子藍(lán)主導(dǎo)，進(jìn)一步提高梔子藍(lán)的比例，織物亮度逐漸降低，而K/S值迅速增加，這得益于梔子藍(lán)在625nm處窄而且尖銳的吸收峰。值得注意的是，織物的飽和度也呈現(xiàn)下降的趨勢。這是由于梔子藍(lán)除了在625nm的主吸收峰外，在425nm處還存在副吸收峰（圖e，orangehollowsquare），多處的吸收導(dǎo)致梔子藍(lán)的互補(bǔ)色混雜，因此飽和度反而下降。與此相反，姜黃色素雖然在425nm出呈現(xiàn)寬而不高的吸收峰，但是在可見光范圍內(nèi)無其他吸收峰，因此其補(bǔ)色表現(xiàn)為高亮度以及鮮艷的色彩。圖f為藍(lán)紅拼色織物的吸光度曲線。由于梔子藍(lán)在最大吸收波長625nm處具有強(qiáng)的吸收峰，因此直到混色比例為3:7時(shí)，二次色最大吸收波長才被紅米紅所主導(dǎo)。此后，織物的K/S逐漸上升，但明顯沒有最初梔子藍(lán)的K/S值大。此外，織物的亮度以及飽和度隨著梔子藍(lán)比例的增加而降低。從藍(lán)紅拼色織物的吸光度曲線可以看出，在425nm，525nm，625nm處都有吸收峰，導(dǎo)致其互補(bǔ)色更加混雜，因此飽和度降到最低。對比三種色素兩兩拼色，可以發(fā)現(xiàn)梔子黃亮度、飽和度較高，但K/S值較低。與此相反，梔子藍(lán)亮度與飽和度低，K/S值高。紅米紅介于兩者之間。從二次色的總體情況來看，亮度值覆蓋了51.9%-91.16%，色相值覆蓋了14.1o-347.7o，飽和度從13.3%到65.5%。通過二次色的分析，可以得出通過是三種色素二次色拼色染色蠶絲織物，可獲得明亮且鮮艷的顏色。4.3三次染色拼色以紅黃藍(lán)三次色的比例做散點(diǎn)圖（圖a）。根據(jù)