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国内外天然植物染料的应用及发展现状

来源：花匠小妙招时间：2025-01-26 13:09

1、针织工业2009 年 1 月No.1 进入21世纪，在全球呼唤“生态、绿色、环保”的大潮下，天然植物染料凭借其无毒、无害、与环境友好、生物降解性良好等特性，再度被世人关注。各国竞相从天然植物染料的化学结构着手，研究天然染料的提取方案、染色工艺，从而开发出一系列高档并具有高附加值的纺织产品。 1天然植物染料的分类植物染料染色主要是利用树皮、叶、根、果实、花、茎等部分色素而进行染色的方法。从植物染料的染色工艺上来看，有些天然植物色素对水有较好的溶解性，染液可直接固着织物上；而有些植物色素需要用媒染剂与之络合配位从而使其在织物上固定；还有一些植物色素甚

2、至不溶于水，须利用其对酸、碱性溶液的溶解度不同而固着在纤维上 1。由此可见，不同植物染料间色素的性质差异较大，而同种植物染料的性质也有一定差异。因此，通常根据天然植物染料色素的化学组成及染料类别对植物染料进行分类2。天然植物染料可分为类胡萝卜素类、蒽醌类、萘醌类、类黄酮类、姜黄素类、靛蓝类、叶绿素类等。部分植物色素分类及颜色见表11。其中，类胡萝卜素对热稳定，但在酸性条件下易氧化褪色；姜黄素类色素存在于郁金植物和药姜黄的根茎，有一定热稳定性，但对光不稳定，受pH值影响大；单宁是一类结构十分复杂的多酚化合物，在空气中氧化聚合，也容易络合各类金属离子，用

3、单宁媒染的黑色实际上与传统丝绸产品薯莨纱的黑色素是一样的，都是单宁的铁盐络合物；蒽醌类天然染料存在于植物根和昆虫动物中，许多重要的红色染料属于此类，其特点是耐光牢度好，易形成金属化合物，最常见的萘醌类染料是指甲花染料；类黄酮类色素化合物是植物界分布较广泛的一大类天然多酚性化合物，大多具有颜色，它主要分布于植物的花、果、茎、叶中，包括各种衍生物，已发现有数千种，是一种重要的天然染料3；靛蓝类是人类应用最早的天然染料，靛蓝和古泰尔紫是这类染料中最主要的代表4。部分植物染料的类别及颜色见表25。 2天然染料的提取及染液制备 2.1传统水煮法提取植物染料的色素分别存

4、在于花、果、皮、茎、叶和根中，并且大部分植物色素可溶于水，所以对植物染料一般直接用水萃取2。其工艺流程如下：植物染材粉碎浸泡煮表1植物色素分类及颜色植物名称色素化学构造颜色青茅草类黄酮类黄黄柏类黄酮类黄红花类黄酮类红茜草根蒽醌类红胭脂红蒽醌类红紫草萘醌类紫苏枋苯并苷类紫靛蓝吲哚类蓝五倍子单宁类黑橡树单宁类黄石榴单宁类黄茶叶单宁类棕涩柿单宁类黄、橙黄梅单宁类紫胡桃单宁类黄绿日本赤杨单宁类红郁金姜黄类黄胡萝卜类胡罗卜素类黄、橙黄国内外天然植物染料的应用及发展现状张弛，崔永珠（大连工业大学纺织轻工学院，辽宁大连116034）摘要：综述了

5、天然植物染料的色素分类、染料类别和颜色；提取天然染料的方法，包括传统水萃取法、乙醇浸渍法、超声波法、加分散剂法和冷冻干燥法；天然染料的染色方法，包括直接染色法、还原染色法和媒染法等。分析了天然染料染色存在的问题。介绍了国内外天然染料的应用和发展现状及发展前景。关键词：天然植物染料；提取方法；染色方法；应用与发展；天然植物染料分类中图分类号：TS 193.2+1 文献标志码：C文章编号：1000-4033（2009）01-0075-04 作者简介：张弛（1984），女，硕士研究生。主要研究生态纺织品的染色及加工。基金项目：大连市科技基金计划项目留学回国人员科研基金（2005J22

6、JH016）。 75 2009 年 1 月针织工业No.1 沸过滤染液。 2.2提取天然染料的新方法天然染料的提取新方法一般有乙醇浸渍法、超声波法、加分散剂法和冷冻干燥法2，6-7。 22.1乙醇浸渍法提取将粉碎的染材放入密闭容器中，加入95%乙醇溶液浸渍若干小时将溶液倒出；再倒入相同浓度的乙醇，再次浸渍；如此反复两次，最后将所有的溶液混合，过滤，既可作为染液。这种方法尤其适用于难溶于水的染料。其工艺流程如下：植物染材粉碎乙醇溶液中倒出溶液（染液）。滤渣乙醇溶液中浸渍倒出溶液（染液）。 2.2.2超声波法将染材与水于超声波发生器中进行处理，冷却后滤去残渣，滤

7、液浓缩干燥，制成染料。利用超声波萃取的染料颗粒要比常规方法制备染料小得多。因此，其渗透能力增强，与羊毛结合牢固。并且其日晒牢度、皂洗牢度和浸渍牢度都有明显提高。其工艺流程如下：植物染材、水超声波发生器冷却滤液浓缩干燥染料。 2.2.3加分散剂法将分散剂加入到传统染液中，使原来在水中溶解度较低的染料形成较为稳定的分散体系，染料颗粒得以分散。增加织物与染料的接触机会，提高上染速度，得到良好的染色效果。 2.2.4冷冻干燥法真空冷冻干燥技术，属升华干燥，是将含水物料预先冻结，然后使之在真空状态下升华的一种方法。经冷冻干燥的物品，其原有的生物、化学特性

8、基本不变，易于长期保存，加水后能恢复到冻干前的形态，并且能保持原有的生化特性8-9。利用此技术提取天然植物染料粉末，由于所提取的固态染料粉末易于称重，同时也利于存储，减少浪费，因此它能使天然染料的染色工艺更加规范化、简便化，可大大提高染色重现性，从而解决传统提取法的难于称重、不易保存、染色重现性差等问题。其工艺流程如下：传统植物染液真空冷阱冷冻染料粉末。 3天然植物染料的染色技术天然植物染料的染色方法包括直接染色法、还原染色法、媒染法等9-13。 3.1直接染色法部分植物染料的色素对水的溶解度好，染液可直接吸附到纤维上，如栀子、姜黄等可采用直接染色法

9、。染色工艺流程:配制染液染色水洗、干燥皂洗、水洗、干燥。部分植物染料染色条件如表3 所示12-15。 3.2还原染色法植物中已存在天然色素化合物，而在染色过程中最终形成不溶于水的色素，如蓝草。染色前首先对原染料进行还原，浸染织物再采用空气氧化，使其氧化显色，重新成为不溶于水的还原染料，固着在织物上。 3.3媒染法有些天然植物色素对水有较好的溶解性，染液中色素可直接固着于织物上，但染色牢度较差。为提高其染色牢度，通常使用媒染剂与色素络合配位形成不溶于水的化合物，以此固着在纤维上。 3.3.1先媒染后染色植物染料的天然色素对水的溶解度小，但色素具有络合配位基

10、团，借助先媒染，形成能在纤维上吸附的金属离子络合键而固着，如茜草、西洋茜。染色工艺流程：媒染染色水洗、干燥皂洗、水洗、干燥。 3.3.2先染色后媒染有些天然染料色素对水基本不溶，但其配糖体能溶解于水，并与纤维吸附，必须采用后媒染使之固着，如荩草、栀子、槐花。染色工艺流程：制备染液染表3部分植物染料染色条件染料名称染色温度/ 染色时间/ min pH值茶90454 大黄80457 茜草80以上309 苏木8030中、碱性姜黄80以上304 靛蓝304040碱性槐米85903045 紫草40604034 表2植物染料的类别及颜色植物名称有用部分染料类别颜色菘蓝

11、茎、叶还原蓝蓼蓝茎、叶还原蓝、绿马蓝茎、叶还原蓝木蓝茎、叶还原蓝苏木茎干、根媒染红、黄茜草茎、叶媒染土红红花花直接胭脂红冻绿茎、叶茎直接绿荩草叶直接黄、绿栀子果实直接、媒染黄、灰黄黄柏茎直接、媒染黄姜黄茎、叶茎直接、媒染黄、橙黄郁金叶直接、媒染黄、橙黄石榴果实皮直接黄核桃鲜果外壳直接黄栗树树皮、壳斗直接棕槐花花蕾媒染黄紫草叶媒染紫五倍子虫寄生质媒染黑皂斗茎、叶媒染黑乌柏叶媒染黑黄栌茎干直接、媒染黄槲木树皮、叶子媒染紫栎树树皮媒染黑、蓝槲树树皮媒染黑苹果花花媒染红樱花花蕾媒染红、粉红洋葱皮媒染红、黄山葡萄浆果媒染青莲桑树皮、根媒染黄

12、浸渍 76 针织工业2009 年 1 月No.1 色水洗、干燥皂洗、水洗、干燥媒染水洗、干燥皂洗、水洗、干燥。 3.3.3同浴媒染染色工艺流程：制备染液（含有媒染剂）染色水洗、干燥皂洗、水洗、干燥。 3.4其他染色法利用植物染料中的天然色素对酸、碱性的溶解度不同的原理对纤维进行处理，使之在纤维上固着染色，如红花、郁金等。 4天然植物染料的应用现状天然植物染料除具有无毒、与环境相容性好、可生物降解外，利用此种染料染出的织物手感丰盈，色泽纯朴、自然，并具有自然的香气，而且部分植物染料染出的织物具有防虫、杀菌的功效。很多作为中草药的植物染料，更是带给纺织

13、品更多的保健功效，从而引起诸多研究和应用机构的关注6，16-20。 4.1国外应用现状 4.1.1日本近几十年来，日本开发了数十种天然植物染料，其中有大戟属植物染料染真丝绸的染色工艺；还有通过洋葱、紫胶和郁金染料的萃取，以硫酸亚铁为媒染剂对聚酯纤维进行媒染工艺研究等；日本大和染工株式会社推出“草衣染色”，产品主要用于瑜伽健身服；形染公司推出“靛蓝印花”，把天然染料应用到印花工艺中。除此之外，还有大黄防紫外线织物、艾蒿抑制皮炎织物、茜草抗菌织物等。近年来，东京大学生物技术系的研究人员利用基因群手术法对大肠杆菌菌株的改良进行了研究，借助发酵法生产出酪氨酸的

14、黄烷酮和苯基丙氨酸的黄酮等被人们称作黄酮类的天然植物染料色素；还有的利用生物发酵技术从栀子黄色素生产栀子红色素和栀子蓝色素21。 412韩国韩国的天然植物染料研究和开发，重点立足于天然生物活性物质的萃取及分离提纯技术、天然植物染料分子结构分析技术、天然染料染色机理研究及天然植物种苗改良技术等22。韩国朝鲜大学环境系金教授科研小组开发出一种 “生物天然染料”的生产技术，通过培养基因再组合大肠菌的方式，来大量生产天然染料（生物靛蓝）的技术已获得成功；韩国庆北大学纤维工程系的Taekyeong Kim教授和韩国 Catholic大学Sinhee K

15、im教授分别通过使用抗坏血酸、五倍子酸、茶多酚等天然化合物对天然染料的耐晒牢度提升进行了研究，使天然染料的耐晒牢度提高至1级左右22-23。 4.1.3印度近年来，印度研究人员在这一领域也做了大量的研究，先后开发用杨树皮和凤仙花提取的染料，并对杏树叶染纱线、Babool皮染锦纶和茶叶染羊毛进行了研究和开发。另外，印度研究人员利用超声波和微波在媒染剂存在的条件下，对棉织物进行了天然植物染料染色实验：采用印度植物neem作为染料，在超声波条件下对棉织物进行染色，得到了较好的上染率和染色牢度，并且与传统染色法相比减少了热能的消耗；V.Tiwari在超声波和微波

16、的条件下，利用紫草的提取液对棉织物进行媒染染色，被染织物也取得了较高的上染率。在天然植物染料的提取技术上，印度的Pier等利用超临界二氧化碳提取了番茄红素、金盏草等胡罗卜素类植物染料，并在超临界 CO2中对棉织物进行了染色，若棉织物经过聚乙二醇预处理，则可显著提高织物上染率。 4.1.4其他国家意大利的天然植物染料染色在毛织物和丝织物领域颇有研究。主要研究集中在天然植物染料的原料供应及毛织物、丝织物天然染料染色工艺24。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。由Dxie Yarn公司开发的 Earthwise品牌，畅销全美国。 4

17、.2国内应用现状我国在天然染料染色方面成绩斐然。北京铜牛纺织有限公司推出了利用天然植物染料染色的 “铜牌牛”系列童装；江苏三毛集团也应用植物染料制备高支天素丽环保型高档面料，效果较好；海澜集团和东华大学纺织学院承担的国家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”，运用现代技术对传统植物染料的染整工艺进行改革，使之符合产业化的要求。此项目完成色卡306种，开发了纯毛开司米、纯毛精纺面料、纯毛针织T恤等3大类多种生态毛纺织品，在许多方面达到了产业化水平；研究人员还尝试用红曲米色素来染丝绸,获得了美丽的深红色。上

18、海杰之境染料有限公司是我国目前最大的天然植物染料加工企业。开发的植物染料从植物中撷取色素运用民间工艺，注入新的科技，采用现代化先进的生产设备及质量监控仪器和手段，确保产品质量稳定可靠，达到植物染料产业化。产品主要有毛、丝、棉系列用天然植物染料，染料有液体和粉末两种，现已开发50多种色谱。 5天然植物染料染色存在的问题天然植物染料具有广泛的发展前景，但要使之产业化并替代合成染料还需一段时间，天然植物染 77 2009 年 1 月针织工业No.1 料的应用还存在许多问题。 5.1植物染料资源问题由于染料植物的产地不同，气候条件不同及采摘时间不同都会影响色素的含量和

19、组成，从而导致染料的染色重复性差，导致生产难以标准化，植物染料难以大量生产。因为染料植物中色素含量较少，想要获得足够的染料，就必须大量地采摘和砍伐植物，造成对生态环境的破坏，违背了利用植物染料从而达到环保的初衷。许多植物染材也是中草药资源，具有很高的药用价值和经济价值，如果大量取用作染料，会大大增加生产成本6、13。 5.2应用上存在的问题天然植物染料可供选择的颜色品种较少，色谱不全；而且多数植物染料存在染色牢度差的问题，即使采用多种媒染剂也难以解决这一问题，尤其是日晒牢度和皂洗牢度，而且传统媒染剂大多数含重金属离子，有的已被列入禁用名单。

20、传统的天然植物染料上染率低，染色时间过长等问题也限制了其在工业生产中的应用6，14-16。 5.3天然染料的标准化问题天然染料的行业标准是许多专家关注的问题。如对天然染料的清洁生产问题，现在没有一个行业标准来检验生态产品及其副产物对人和环境是不是安全的或基本安全的。对我国天然染料的标准问题，有的专家建议，结合我国具体国情，参考国际染料学会的文件，尽快制定相关标准，以促进该产业的健康和快速发展。解决天然染料的问题是一个系统工程，制定标准要研究消费市场，从大的方面讲是要有消费群体。天然染料产品还属于高端产品，要对这些消费人群进行包括消费心理的研究。 6

21、发展前景研究和开发天然染料的提取和应用工艺很有必要，特别是综合利用植物的叶、花、果实及根茎，利用其他工业生产的废料来提取天然染料更具有现实意义。作为合成染料的部分替代或补充是有价值的，尤其是用天然染料开发一些高附加值的纺织品更具有广阔的发展前景。随着人们环保意识的增强，天然植物染料可以给人们带来健康和环保，使其越来越受到重视。我国有着丰富的天然植物染料资源，面对来自全球的同类产品需求的激增，我们应该加快对天然植物染料的开发，以求在迅猛发展的生态染色技术领域中跻身于先进行列。参考文献 1贾高鹏.天然植物染色研究J.国际纺织导报，2005（4）：56-60

22、. 2贾高鹏.天然植物染色研究概述J. 成都纺织高等专科学校学报，2005，10 （4）：9-14. 3徐怀德.天然产物提取工艺学M. 北京：中国轻工业出版社，2006. 4王潮霞.天然染料研究应用进展J. 染整技术，2002，12（6）：15-18. 5梁菊红.植物染色研究 J.丝绸， 2001（8）：22-23. 6巩继贤，李辉芹.天然染料在染色应用中的新进展J.针织工业，2003，2（1）： 96-98. 7李辉芹，巩继贤.天然染料的应用现状与研究新进展J.染料与染色，2003 （1）：36-38. 8 沈健，崔伟.浅谈真空冷冻干燥技术 J.农业装备技术，2006

23、,32（4）：26- 28. 9贾呐.中国传统植物染料、染色方法及应用前景初探J.江苏纺织，2004（6）： 41-42. 10Kim T K,Yoon S H,Son Y A. Effect of reactive and anionic agent on dyeing of cellulosic fibers with a berberine col- orantJ. Dyes and Pigment,2004,60（2）: 121-127. 11Mathur JP,Gupta NP. Use of nature mordant in dyeing of woolJ.Textile Research，2003（3）:90-93. 12吕丽华，吴坚，叶方.大黄染料用于改性亚麻的染色性能研究J.浙江纺织服装职业技术学院，2005（2）：5-10. 13萧继华，译.用茶叶作天然染料染棉和黄麻J.国外纺织技术，2000（1）： 23-26. 14王小娟，焦林，贺江平.茜草对亚麻织物染色研究J.毛纺科技，2005（11）： 24-27. 15余静，贾丽霞.天然染料应用的现状与发展J.毛纺科技，2005（