第30卷第3期2008年3月植物靛蓝染色传统工艺原理及应用现状杨璧玲(东华大学纺织面料技术教育部重点实验室,上海201620摘要:介绍了植物靛蓝染色的传统工艺,分析了工艺的原理,概述了这一传统工艺的应用现状,并对其发展提出了一些展望。

关键词:植物靛蓝;传统工艺;原理;应用中图分类号:TS193.62文献标识码:B文章编号:1005-9350(200803-0013-03收稿日期:2007-08-20作者简介:杨璧玲(1981-,女,博士研究生,主要从事纺织复合材料研究植物靛蓝是我国古代最为常用的天然染料之一,在传统的染织文化中占有重要的地位。

传统的靛蓝染色工艺是我国古代人们智慧的结晶,是中华民族的瑰宝。

为了保护这一传统技术,独特处方的靛蓝染色工艺及设备已列入了《中华人民共和国禁止出口、限制出口技术目录》,自2002年1月1日起禁止出口〔1〕。

了解这一传统工艺的原理,对工艺的研究与改进都有积极的意义。

19世纪80￣90年代靛蓝化学结构的确定和化学合成的成功,加之近代酶学观点的发展,为揭示植物靛蓝染色的传统工艺原理提供了可能。

尽管此后合成靛蓝迅速发展并占据了靛蓝染色工业几乎全部的地位,但植物靛蓝在国内外尚有一定的传统应用。

在我国江浙一带以及西南部一些少数民族地区的乡村,传统的植物靛蓝染色工艺一直沿用至今〔2〕。

随着当今人们环保意识的增强,天然染料植物靛蓝较之合成靛蓝的优点逐步显示,也重新受到人们的青睐。

1植物靛蓝染色的传统工艺及原理1.1传统工艺靛蓝植物生长在热带和亚热带地区,有蓼蓝、菘蓝、马蓝、木蓝等。

通常将这些能制造靛蓝的植物统称为蓝或蓝草。

蓝草本身不含有靛蓝,靛蓝在蓝草中是以配糖体的形式存在的(记为靛质。

远在石器时代,人们就懂得了利用蓝草鲜叶来搓染纺织纤维制品〔3〕。

直到秦汉之前的主要染色技术,也只是将蓝草鲜叶中的靛质搓揉浸出,再利用浸液直接染色,或辅以草木灰助染〔4〕。

此法要求必须有就地零星采集蓝草鲜叶的条件,受限于蓝草收获时节与产地,且对纤维的上染较缓慢、染料利用率低〔3〕,因此逐渐被靛蓝的还原染色技术所取代。

所谓靛蓝的还原染色技术,即是将蓝草先制成不溶性靛蓝,染色时将靛蓝还原成可溶性靛白,上染后再氧化成靛蓝固着在纤维制品上。

植物靛蓝的还原染色技术逐渐完善定形,而众所周知,现代工业中的靛蓝染色也是利用了还原染色技术。

一般来说,传统的植物靛蓝还原染色工艺主要可分为制靛和染色两个阶段。

关于从蓝草中制取靛蓝的技术,在北魏时已有文字总结〔5〕:“刈蓝倒竖于坑中,下水,以木石镇压,令没。

热时一宿,冷时再宿。

漉去荄,内汁于瓮中。

率十石瓮,著石灰一斗五升,急手抨之,一食顷止。

澄清,泻去水,别作小坑,贮蓝淀着坑中。

候如强粥,还出瓮中盛之,蓝淀成矣。

”这种制靛的过程,基本上为后世所沿用,只是水浸时间和石灰用量会有差异。

一般来说水浸时间与温度密切相关,而石灰用量的多少则与水质和水浸时间有关〔3〕。

所制得的靛蓝,可直接用来配制染液,也可将其风干备用,这也是还原染色技术不受蓝草收获时节与产地所限的优点所在。

杨璧玲:植物靛蓝染色传统工艺原理及应用现状13Vol.30No.3Mar.2008染整技术将靛蓝还原染色,一般需在靛蓝染液中加入石灰或草木灰、酒糟或泔水等配料,使染液发生发酵还原作用。

染布时,将布放入染液中,浸半小时取出,晾干,然后放入染液中再染,每天如此反复染三次,连续染数天即可成蓝布。

布颜色的深浅是由染液的还原活化程度及浸染的时间与次数所决定的,而各地沿用的浸染时间与次数一般也会有差异。

在染到所需的颜色后,一般还会对布料进行过胶处理,以增加织物强力和提高染色牢度〔6〕。

1.2工艺原理蓝草中的靛质含有靛甙,是吲羟与葡萄糖的缩合物。

它在浸泡过程的转化及整个制靛、还原染色过程的原理如下〔3,7〕:浸泡时,靛质从植物细胞中溶出来。

同时,微生物在适宜的温度、pH值等条件下大量繁殖,发酵分泌出的糖化酶使靛甙的甙键发生酶解断裂,如图1所示(图中R为葡萄糖剩基。

水解出的葡萄糖可进一步分解为乳酸,使糖化酶活力加强,同时催化水解甙键,加速吲羟的游离。

加入石灰后,石灰溶于水中生成氢氧化钙使浸液呈碱性。

水解出的吲羟可溶于碱性溶液,发生酮式互变异构现象(如图2。

两分子的吲哚酮在碱性条件下氧化缩合,生成不溶于水的悬浮状靛蓝(如图3,缓慢下沉。

同时,由于水中的氢氧化钙同发酵产生的二氧化碳气体作用可产生碳酸钙沉淀,它能吸附悬浮状的靛蓝,加速其下沉。

配制染液时,石灰等的加入为染液提供了碱性条件,而酒糟等的加入为发酵提供了所需的养料。

在碱性条件下,发酵产生的氢气将不溶性的靛蓝还原成可溶性的隐色体靛白,使之上染纤维制品。

将纤维制品浸染后取出透风晾干的过程,实质上是使附在纤维上的隐色体靛白氧化再复变为靛蓝的过程。

其中靛蓝与靛白的还原和氧化转化见图4所示。

2植物靛蓝染色传统工艺的应用现状在古代,植物靛蓝是应用最广泛和最重要的染料,可以染制丝、毛、棉、麻等纤维制品。

在现代染整业中,靛蓝也是一类重要的还原染料,主要用于棉纤维及其纺织物的染色,特别适用于蓝色牛仔布的染色,然而,这主要是指合成靛蓝。

合成靛蓝以原料充足、纯度高、易贮运、生产使用方便等优点,产生后即迅速在世界范围普及,使得具有悠久历史的植物靛蓝黯然失色。

到了20世纪下半叶,植物靛蓝基本已经退出大工业生产,所剩的主要是一些民间的传统应用。

直到如今,植物靛蓝大多是用于一些传统手工艺品如蜡防花布、交缬花布等〔3〕以及少数民族传统服装面料的染色。

它与我国一些传统染色工艺如扎染、蜡染相结合,成为特色鲜明的传统产品。

在我国云南、贵州、广西及海南等地的瑶族、苗族、壮族等少数民族地区,植物靛蓝染色的传统工艺至今一直沿用,已与民族文化相融,成为民族的特色,如蓝靛瑶、黑衣壮都是由于利用植物靛蓝染色而得名的民族分支。

随着社会的进一步发展,环保观念日渐深入人心,如今,植物靛蓝以其无毒、无害、无污染,重新受到人们的关注。

当前,一些发达国家和地区正致力于14第30卷第3期2008年3月改进合成靛蓝的染色工艺和发明制造靛蓝的新方法,如香港开发的电解还原靛蓝染料新技术以减少还原剂的用量和废水的排放〔8〕,美国、韩国通过对大肠杆菌的基因改造技术生产天然性生物靛蓝〔9,10〕等。

这都说明化学合成靛蓝在生产和染色过程中造成的污染问题已成为国际的关注点,无污染的天然靛蓝将在国际上享有越来越大的竞争力。

随着生活水平的提高,在日本、韩国、朝鲜、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〔2〕。

植物靛蓝是使用最广泛的植物染料,因而有着广阔的发展空间和市场。

我国是一个使用植物靛蓝染色具有数千年历史的国家,发展靛蓝染色技术具有得天独厚的优势。

然而,由于原料蓝草产量、产地及收获时节等条件的限制,以及染色工艺繁杂,能源消耗大,颜色重现性差等问题的影响,植物靛蓝染色的传统工艺难以实现规范化、标准化、连续化生产,难以实现产业化。

这也是植物染料所面临的共同问题。

目前,已有不少国家尤其是亚洲国家,设立了专门的植物染料研究机构或研究项目,开展对传统植物染料染色的基础研究和产业化研究。

我国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”,就是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。

目前,该项目已取得了一系列的成果〔11〕。

另外,我国有些地方也已开始重视开发利用植物染料,如桐乡草木研究中心,利用当地桑树、菊花、茜草、蓝草等植物资源,开发植物染料染色的棉织物、丝织物、针织物、真丝纱线等多种产品;江苏江阴第三毛纺织厂开发高档毛料的植物染料染色;等等。

但是,这些重视与发展是远远不足的。

随着人们环保意识的增强、生活质量的改善以及部分化学染料的禁用,人们对天然植物染料的应用会越来越关注,也将会有更多的企业与研究机构加入到植物染料开发的队伍中来。

植物靛蓝作为一种重要的植物染料,其发展也有赖于植物染料技术的总体发展。

随着人们对植物染料的逐渐重视,植物靛蓝染色技术的发展也将会上到一个新台阶。

3结语植物靛蓝染色制品色牢度好,色泽鲜艳,色调高雅且手感丰满厚实,是合成制品所无法比拟的。

植物靛蓝染色的织物除服用功能外,还有独特的药物保健功能。

这是因为蓝草具有药理作用,其根可入药(如中药板蓝根就是由菘蓝的根制成,具有杀菌消炎、清热解毒之功效,可用于防治流脑、流感及肝炎等传染疾病。

从蓝草中提取的靛蓝,同样具有杀菌消炎、清热解毒的功效,是中药青黛的主要成分。

在染色过程中,蓝草的药物和香味成分与色素一起被织物纤维吸收,使染后的织物有自然的清香,并对人体有特殊的药物保健作用。

综合开发其各方面的优点,在回归自然、重视环保的今天,植物靛蓝染色将有广阔的发展空间和市场。

我国利用植物靛蓝染色已有数千年的历史,发展其技术优势,重视、加强研究,必将给纺织印染业带来新的活力。

同时,这也是一种人文资源的开发,是传承与保护传统文化的举措。

4参考文献〔1〕中华人民共和国禁止出口、限制出口技术目录.对外贸易经济合作部科学技术部令二○○一年第16号文件〔OL〕./wjmzc/Detail.asp?ID=1143〔2〕屠恒贤.植物染料染色的历史与现况〔J〕.染整科技,2004,(2:48-52〔3〕张志伯.我国古代植物靛蓝染色的探讨〔J〕.上海纺织工学院学报,1979,(4:91-95〔4〕陈维稷.中国纺织科学技术史〔M〕.北京:科学出版社, 1984〔5〕贾思勰.《齐民要术・种蓝》〔6〕巩继贤,李辉芹.我国传统的靛蓝染色工艺〔J〕.北京纺织, 2002,23(5:25-27〔7〕榕嘉.古代靛蓝染色工艺原理分析〔J〕.丝绸,1991,(1: 45-48〔8〕电解还原靛蓝染料技术染色牛仔布〔J〕.印染,2003,29 (B05:74〔9〕美科学家用转基因技术生产出生物靛蓝染料〔J〕.中国石油和化工,2004,(9:48〔10〕韩国开发成功生物天然染料技术〔J〕.丝网印刷,2007,(2:55〔11〕天然植物染料开发取得进展〔J〕.天然产物分离,2006,4(3:18杨璧玲:植物靛蓝染色传统工艺原理及应用现状15。