天然染料的传统染色方法

（一）直接染色法

部分植物染料的天然色素对水的溶解度好，染液能直接吸附到纤维上，可以采用直接染色法。直接染色方法简单易行，减少了金属离子的使用，但是染色牢度不够好，色浓度偏低。本书收录的一些常用染料采用直接染色法染色织物的最佳工艺条件见附录二。直接染色法工艺流程：

配制染液→染色→水洗、干燥→皂洗、水洗、干燥

本书以红蓼花染液对丝绸织物直接染色的工艺研究为例，来阐述直接染色法在天然染料染色织物中的应用。

红蓼花为蓼科植物红蓼的花序，其花穗大且繁密红艳，含有多种生理和药理活性的黄酮类化合物、槲皮苷、有机酸等，还含有丰富的红色素，多用于酿酒业和制药业，而在织物染色方面尚未有研究报道。为了更好地开发红蓼花资源，充分利用其有效成分，本研究从红蓼花中提取红色染液用于柞蚕丝织物的染色，通过考察染色效果，探讨其染色机理，优化了工艺参数，实现了红蓼花染料在丝绸织物方面的成功应用，为其开发提供参考依据。

1.试验设计

（1）材料、药品与仪器。

①织物。丝绸织物（柞蚕丝）。

②药品。红蓼花（采自辽东学院农艺试验站）、冰醋酸（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、洗净剂209。

③仪器。OIRNETX测色配色仪（意大利OIRNETX有限公司）；SOTZ-24振荡染色机（香港东成染色机械厂有限公司）；DHG-9070A型恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）；723型分光光度计（上海光谱仪器有限公司）；ESZ-4精密电子分析天平（沈阳龙腾电子有限公司）；HH-4单列四孔水浴锅（山东博科生物产业有限公司）；pHS-25C酸度计（上海理达仪器厂）；LFY304纺织品耐摩擦色牢度试验仪（山东纺织科学研究院）；SW-12耐洗色牢度试验机（无锡市三环仪器有限公司）。

（2）红蓼花染液的提取。选取新鲜捣碎的红蓼花20g，加入400mL蒸馏水，于60℃浸提2h，分离出提取液，再在滤渣中加入200mL蒸馏水，于60℃浸提1h，过滤，合并2次提取液定容至600mL，作为染液使用，浓度设为Ag/L。

（3）直接染色工艺。以红蓼花提取液作为染液，调节染色温度为40～90℃，保温时间为30～90min, pH为3～7，浴比为1:30，染色后水洗，晾干。

（4）染色性能测试。

颜色特征值：测试染色后织物K/S, D65光源，10°视角。

染色牢度：耐摩擦色牢度按照GB/T 3920—2008《纺织品　色牢度试验　耐摩擦色牢度》；耐皂洗色牢度按照GB/T 3921—2008《纺织品　色牢度试验　耐皂洗色牢度》。

2.结果与讨论

（1）直接染色正交试验。将染色浓度、染色时间、染色温度、pH设计正交试验表，正交试验极差结果如表3-18所示，染色浓度对织物表观色深影响最大，pH次之，染色温度和染色时间影响较小。染液浓度为0.60A和0.75A时K/S值较大；染色温度为60℃时K/S值最大；pH=4.5和pH=5.5时K/S值较大；染色时间为30min时K/S值最大，60min与90min时K/S值接近。为了得到优化的直接染色工艺参数，需对各因素进行单因素优化试验。

表3-18　红蓼花染液直接染色正交试验结果

（2）直接染色工艺单因素优化试验。

①染液浓度。称取6份2.00g丝绸织物，在浴比1:40，温度60℃，时间60min，染液pH为4.5条件下分别用0.15A，0.30A，0.45A，0.60A，0.75A，0.90A的红蓼花染液染色，测定K/S值。结果如图3-4所示，染色织物的K/S值随红蓼花染液用量的增加而增大。当染液浓度增加到0.60A后，K/S值达到最大，随后上升幅度很小。这说明当染液浓度达到一定值后，红蓼花染液上染逐渐接近饱和，继续增大红蓼花染液浓度，对柞蚕丝绸织物的表观色深K/S值影响不大。故选择染液质量浓度0.60A较好。

图3-4　染液浓度对K/S值的影响

②染色温度。称取6份2.00g丝绸织物，浴比1:40，红蓼花染液浓度0.60A，时间60min, pH为4.5，于40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃下对其染色，测定K/S值。结果如图3-5所示，当温度低于50℃时K/S值随温度的升高增幅趋势较大，在50～70℃K/S变化较小，80℃后呈下降趋势。这是因为随着温度的升高染料分子的动能增加，吸附扩散速率也增大，提高了上染率。染料耐高温性较差，温度过高会分解变质，染色温度太高，也会造成柞蚕丝织物的损伤。试验结果表明，温度选择50～70℃有利于染料上染。

图3-5　染色温度对K/S值的影响

③染液pH。称取6份2.00g丝绸织物，浴比1:40，红蓼花染液浓度0.60A，时间60min，染液温度60℃，于pH为2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5条件下染色，测定K/S值。结果如图3-6所示，随着染液pH的增大，K/S值提高幅度较大，当pH为4.5时，织物得色最深，之后随着pH增大，K/S值呈下降趋势。这是因为染液pH不同，纤维上氨基、羧基的离解程度不同，使纤维所带电荷的性质和数量不同，导致染料对纤维的上染速率不同。pH过小不易匀染，红蓼花染液也会因其组分的溶解度下降而出现混浊现象，对柞蚕丝织物也会造成损伤，致使K/S值较小；pH＞4.5，纤维表面所带负电荷增加，染料离子斥力增加也会使K/S值变小。因此染液pH选择4.5比较合适。

④染色时间。称取6份2.00g丝绸织物，在浴比1:40，温度60℃，红蓼花染液浓度0.60A，染液pH为4.5，时间为15min、30min、45min、60min、75min、90min条件下染色，测定K/S值，结果如图3-7所示，随着染色时间的延长，染色丝绸织物的K/S值逐渐升高，到60min时达到最高，然后趋于平缓。这是由于染色时间的延长可以提高匀染效果，在染色初始阶段，染料的上染通常以吸附为主，

图3-6　pH对K/S值的影响

扩散不多，因此织物的表观色深K/S值较低。继续延长染色时间，K/S值升高，随后上染逐渐接近饱和，K/S值变化较小，因此染色时间选择60min比较合适。

图3-7　染色时间对K/S值的影响

3.结论

综合正交试验和单因素试验结果，红蓼花天然染料直接染色柞蚕丝织物的优化工艺为：染液浓度0.60A，染色温度60℃，染色时间60min，染液pH为4.5。

（二）媒染法

一般情况下天然染料对纤维的上染率不高，虽然对蛋白质纤维的亲和力大于对纤维素纤维，但比合成染料仍低得多。除对纤维的亲和力较低外，天然染料的摩尔吸光系数也比较小。因此，为了提高染色牢度，并表现出多种色相，一般采用媒染法进行染色。媒染是利用载体对纤维没有亲和力的某些染料色素，通过络合作用将染料上染到纤维上。针对不同种类的织物和不同的媒染剂，媒染的方法也不同。在一般情况下，采用先媒后染法，染物的上染率较高，但匀染性较差；采用先染后媒法，染物颜色相对较均匀，但也易造成染色后色纯度偏浅。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。媒染染料主要包括茜草、单宁、类黄酮体系植物染料。有些染料适合染前媒染，有些染料适合染后媒染，必须经过试验比对后才能依需要选择。天然色素对水基本不溶解，但其配糖体能溶解于水，并与纤维吸附，应采用后媒染使之固着；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团，要借助先媒染，使纤维上吸附的金属离子因络合键而固着；采用不同媒染剂分别先后处理织物，可获得比先媒染法或后媒染法均好的染色效果。如原皮香、橡椀（橡树果壳）、木麻黄、杨梅、冷杉等单宁植物染料与不同氧化剂、铁盐反应，颜色向棕黑、蓝绿变化，且pH越高，颜色越深。

1.先染后媒法

先染后媒法指先用染液直接染制织物，再用媒染剂媒染发色。可采用先染后媒法染色织物的染料较多，本书收录的染料采用先染后媒法染色织物的最佳工艺条件见附录二。先染色后媒染工艺：

制备染液→染色→水洗、皂洗→媒染→水洗、皂洗

本书以沙棘果废渣天然染料对羊毛织物媒染染色性能的研究为例，来阐述后媒染法在天然染料染色织物中的应用。

沙棘是胡颓子科沙棘属的灌木或乔木，其果实粒小、色橙黄，富含类胡萝卜素、黄酮类化合物、花青素等对人体有保障作用的营养成分，不仅可作水果食用且还有着神奇的药用价值，可治疗和缓解人类的某些疾病，如预防血栓、抗氧化、抗溃疡等，还可以作饮料、化妆品和食品添加剂。如何更好地开发利用沙棘果资源已成为沙棘果产业发展的重要研究课题，目前尚无沙棘果天然染料应用于纺织品染色的研究报道。本书主要对沙棘果废渣中天然染料对羊毛的染色性能进行研究，不仅可以开发和利用其资源，还符合当今绿色染整的趋势。

（1）试验设计。

①材料、药品及仪器。

织物：100%羊毛粗纺织物。

药品：沙棘果（采于辽东学院农学院小浆果研究所）、乙醇、硫酸铜、硫酸铝钾、硫酸亚铁、氯化亚锡、重铬酸钾、氯化钠、盐酸、烧碱，均为分析纯，中性皂片为市购商品。

仪器：Datacolor 600型测色仪（美国Datacolor公司）；电热恒温水浴锅（上海医疗器械五厂）；PHS-3C型pH计（上海伟业仪器厂）；电子天平JA2003N（上海菁海仪器有限公司）；702-3型电热鼓风箱（大连实验设备厂）；SW-12B型耐洗色牢度试验机、YG811型日晒色牢度仪（南通三思机电有限公司）；纺织品耐摩擦色牢度仪（无锡纺织仪器厂）。

②沙棘果废渣染液的提取。称取100g新鲜沙棘果榨汁后的果皮和肉絮废渣，以乙醇为提取剂在不同条件下重复提取2次，所得提取液合并后定容至500mL，该滤液视为原液，浓度为Ag/mL。

③媒染染色。以不同媒染剂对织物进行预媒法、同媒法及后媒法染色，确定最佳媒染剂和媒染方法。

预媒染色：媒染→染色→水洗、烘干

同媒染色：直接将润湿的织物投入含有媒染剂和沙棘果废渣染液中（提取液浓度为A），按优化的直接染色工艺染色、水洗、烘干。

后媒染色：染色→媒染→水洗、烘干

④性能测试。

染色羊毛织物特征值测试：使用Datacolor 600型测色仪测试染后织物K/S值及L∗、a∗、b∗、c∗、h∗值。

耐日晒色牢度：按照GB/T 8426—1998《纺织品　色牢度试验　耐光色牢度：日光》测试。

耐洗色牢度：按照GB/T 3921—2008《纺织品　色牢度试验　耐洗色牢度》测试。

（2）结果与讨论。

①媒染剂及染色方法对颜色特征值的影响。选用硫酸亚铁、硫酸铝钾、硫酸铜、重铬酸钾、氯化锡作为媒染剂，对羊毛织物进行预媒染、同浴媒染及后媒染工艺染色，测试染色织物K/S值，结果如表3-19所示。采用媒染工艺所染得的羊毛织物表面色深度要显著高于无媒染色工艺。三种媒染工艺中染色深度排序：后媒染色＞预媒染色＞同浴媒染色，这是因为预媒染法染色浓度高，但工艺易造成产品染花、耐摩擦色牢度差等问题；同浴媒染法沙棘果废渣染料易与媒染剂生成不溶物，影响染料上染织物；后媒染色均匀性好，更有利于较高浓度的沙棘果废渣染料吸附在织物上，大大提高染料的固着率，所以染色后的织物的K/S值很高。媒染剂有效增加了织物的染色深度，这主要是由于金属离子与沙棘果废渣络合机理不同，它们与染料色素形成络合物而固着在纤维上，加强了染料与纤维的结合。采用不同的媒染剂染色织物的色相差异较大，硫酸铁媒染织物为褐色，同媒、后媒染织物为赤褐色；氯化亚锡预媒染织物为粉红色（泛红光），同媒染织物为淡粉色，后媒染织物为粉红色（红光偏重）；重铬酸钾预媒染织物为棕黄色，同媒和后媒染织物为土黄色，后媒染织物红光偏重；硫酸铜预媒染织物为绿色，同媒染织物为黄绿色，后媒染织物为深绿色；硫酸铝钾媒染织物为橙红色（红光偏重），其中后媒染织物颜色最重。不同媒染剂及媒染方法染色织物的明度L∗都低于无媒染，其他色度指标差异较大，硫酸铝钾和硫酸铜媒染织物K/S值较大。沙棘果废渣染液对羊毛染色，硫酸铝钾为媒染剂后媒染中K/S值提高幅度最大，更适合选择作为沙棘果废渣染液对羊毛染色的媒染剂。

表3-19　不同媒染剂及媒染方法对染色丝绸物色度指标的影响

②铝盐后媒染正交试验。选择染色时间、染色温度、媒染剂用量、沙棘果废渣染液浓度4个因素进行正交试验，每个因素选择3个水平，试验结果如表3-20所示，4个因素对染色柞蚕丝织物K/S值影响的顺序为：媒染剂用量＞染液质量浓度＞染色时间＞染色温度。为了进一步了解媒染剂对染色的影响，进行媒染剂的用量对K/S影响的单因素试验，结果如表3-21所示，当媒染剂用量为5g/L时，K/S值达到最高，继续增加媒染剂用量，K/S值下降。随着媒染剂用量的增大，明度L∗逐渐下降，红光a∗值先增大后减小，黄光b∗值也差异较大。这是因为随着媒染剂用量的增加，上染到织物上的染料量也增多，K/S值逐渐增加，织物的颜色不断加深。当媒染剂质量浓度超过一定值后，铝盐更容易与染料分子络合，削弱了染料与纤维的亲和力，使织物表面的染料量减少，从而降低了媒染效果，造成K/S值下降。因此染色时选择媒染剂用量为5g/L。

综合分析得出铝盐后媒染的最佳工艺为：媒染剂用量5g/L，染液质量浓度0.5A，染色温度50℃，染色时间45min。

表3-20　铝盐后媒染正交试验

表3-21　硫酸铝钾用量对染色效果的影响

③色牢度测试。从耐干摩擦色牢度、耐湿摩擦色牢度、耐皂洗色牢度等方面综合评价沙棘果废渣染料染色后的色牢度，试验结果如表3-22所示，与无媒染色相比，铝盐后媒染对染色织物的各项色牢度起到了明显改善作用，这是由于金属媒染剂与沙棘果废渣染液、纤维形成络合物，封闭了染料的水溶性基团，在天然类染料中，已经达到了较好的效果。

表3-22　染色织物色牢度

（3）结论。

①媒染工艺使沙棘果废渣染色织物的K/S值显著提高，其中以硫酸铝钾后媒法染色得色率最高。其最佳工艺条件为：媒染剂用量5g/L，染色温度50℃，染液质量浓度0.5A，染色时间为45min。

②沙棘果废渣染液对羊毛织物可以直接染色，染色牢度一般。铝盐后媒法染色织物的耐皂洗及耐摩擦色牢度均可达3～4级，且匀染性能良好，达到加工和服用要求。

③用天然染料染色羊毛织物更加符合绿色织物的标准。沙棘果废渣原料易得，成本低廉，有利于染料提取液的加工，可获得较高的经济效益，具有一定的开发价值。

2.先媒后染法

先媒后染染色（预媒染）指织物先在媒染液中浸泡，再将媒染过的织物放入染液中染色。可采用先媒后染法染色织物的染料很多，其中一些染料采用先媒后染法染色织物获得了理想色相，如表3-23所示。本书收录的一些染料采用先媒后染法染色织物的最佳工艺条件见附录二。先媒染后染色工艺：

媒染→染色→水洗→皂洗→干燥

本书以栀子染料对棉织物预媒染色工艺的研究为例，来阐述预媒染法在天然染料染色织物中的应用。

表3-23　不同染料预媒染染色结果

栀子果实中含有萜类的藏红花素和黄酮类的栀子黄色素，可用直接法将织物染成黄色，微泛红光，是一种不多见的可直接染色的黄色染料。同时还是传统中药，具有护肝利胆、止血消肿等作用。栀子黄染料易溶于水和稀乙醇，不仅可染纤维，还可用于饮料及酒类配制、糕点等食物的染色。研究栀子黄染料的媒染性能，可为其染色织物提供参考依据。

（1）试验设计。

①材料、药品及仪器。

织物：100%纯棉织物。

药品：栀子黄色素（食品级）、乙醇、硫酸铜、硫酸铝钾、硫酸亚铁、碳酸钠、盐酸、醋酸，以上均为分析纯，中性皂片为市购商品。

仪器：ZFJ-200型中草药粉碎机（南京科益机械设备有限公司）；Datacolor 600型测色仪（美国Datacolor公司）；电热恒温水浴锅（上海医疗器械五厂）；PHS-3C型pH计（上海伟业仪器厂）；电子天平JA2003N（上海菁海仪器有限公司）；702-3型电热鼓风箱（大连实验设备厂）；SW-12B型耐洗色牢度试验机、YG811型耐日晒色牢度仪（南通三思机电有限公司）；纺织品耐摩擦色牢度仪（无锡纺织仪器厂）。

②媒染染色。媒染方法选择试验中，染料用量为40%（owf），媒染剂明矾和硫酸亚铁用量为5%（owf），pH=3，浴比1:25，染色时间30min，染色温度80℃，染后皂洗，40℃水洗。冷水洗，晾干；铝预媒染染色最佳工艺条件试验中，染料用量10%～60%（owf），浴比1:25，染色时间30min，染色温度60～100℃，染液pH=3～9，铝媒染剂用量5%～7%（owf）。预媒染色流程：媒染→染色→水洗、烘干。同媒染色流程：直接将润湿的织物投入含有媒染剂和栀子染液中，按优化的直接染色工艺染色→水洗、烘干。后媒染色流程：染色→媒染→水洗、烘干。

③性能测试。染色棉织物特征值测试：使用Datacolor 600型测色仪测试染后织物K/S值及L∗、a∗、b∗、c∗值。耐日晒色牢度：按照GB/T 8426—1998《纺织品　色牢度试验　耐光色牢度：日光》测试。耐洗色牢度：按照GB/T 3921—2008《纺织品　色牢度试验　耐洗色牢度》测试。

（2）结果与讨论。

①染色工艺对染色性能的影响。

a.媒染剂对染色性能的影响。采用不同媒染方法，恒温下对棉织物进行染色，染料用量40%（owf），媒染剂明矾和硫酸亚铁用量5%（owf），浴比1:25，染色时间30min，染色温度80℃，pH=3。测定结果如表3-24和表3-25所示，不同的媒染剂和媒染方法得到的色度指标不同。采用媒染工艺所得的棉织物颜色特征值L∗、b∗、c∗要低于无媒染。媒染剂的加入使棉织物的耐摩擦色牢度有所提高，综合考虑应选铝预媒染。

表3-24　不同媒染方法染色效果

表3-25　媒染剂对染色效果的影响

b.pH对染色性能的影响。采用铝预媒染方法，恒温下对棉织物进行染色。染料用量40%（owf），媒染剂硫酸铝钾用量5%（owf），浴比1:25，染色时间30min，染色温度80℃，pH=3～9。测定结果如表3-26所示，随着pH的增大染液颜色逐渐加深。织物的K/S值在pH为5时最大。这是因为栀子黄色素含有羧基，随pH的升高，染料溶解度增加，有利于染色的顺利进行，故上染到织物上的染料增加。当pH超过一定值后，色素阴离子受到带同种电荷的纤维素阴离子的排斥作用，上染率下降，故染色pH选择5。

表3-26　pH对K/S值的影响

c.染色温度对染色性能的影响。栀子色素有较好的热稳定性，适于棉织物染色。采用铝预媒染色工艺，在其他染色条件相同的情况下，考察染色温度对染色织物K/S值的影响，结果如表3-27所示，染色织物的K/S值随着染色温度的升高而逐渐增大，当温度达到70℃后逐渐下降。这是因为染色温度升高，染料分子的动能增加，吸附扩散速率增大，有利于染料的上染。但由于栀子黄色素分子质量较小，在一定的时间内只需较低的温度（70℃）便可达到染色平衡，超过这一温度，上染到织物上的染料反而减小。所以，染色温度选择70℃。

表3-27　染色温度对K/S值的影响

d.染料用量对染色性能的影响。采用铝预媒染，恒温法对棉织物进行染色，结果如表3-28所示，随着染料用量的增大，K/S值呈增大的趋势，当染料用量达40%（owf）以后，染色织物的K/S逐渐趋于平缓，这是因为染料用量达到一定值后，上染到织物上的染料量也趋于饱和。所以染料适合用量为40%～50%（owf）。

表3-28　染料用量对K/S值的影响

②正交试验。选取染料用量、染色温度、pH、媒染剂用量四个因素，浴比1:25，恒温铝预媒染进行正交试验。试验方案及分析结果如表3-29所示，影响染色织物的K/S值的因素先后顺序为：染料用量＞染色温度＞pH＞媒染剂用量。结合单因素试验，优选工艺为：染料用量50%（owf），染色温度70℃，pH=5，媒染剂用量6%（owf），浴比1:25。

表3-29　正交试验

③色牢度试验。在最佳工艺条件下测定染色织物的色牢度，结果如表3-30所示，检测样品的各项色牢度均达到3级及以上。

表3-30　染色牢度

（3）结论。

①铝预媒染适合栀子黄染色棉织物，染色织物的各项色牢度均达到3级及以上。

②栀子黄铝预媒染最佳工艺为：染料用量50%（owf），染色温度70℃，pH=6，媒染剂用量6%（owf），浴比1:25。

3.同媒染或复染法

同媒染指媒处理和染色两个过程一浴一步完成。复染法是先用染液直接染制织物，然后用媒染液媒染发色，最后用染液再煮一次，甚至可以如此反复多次。本书收录的一些染料采用同媒法染色织物的最佳工艺条件见附录二。同浴媒染工艺：

制备含媒染剂染液→染色→水洗→皂洗→干燥

本书以天然染料黄连同媒染色羊毛织物工艺研究为例，来阐述同媒染法在染色织物中的应用。

黄连有清热燥湿、泻火解毒等多种功效，野生或栽培资源非常丰富。黄连中含有的主要色素成分是小檗碱，它是含阳离子型色素的天然染料，水溶性好，可用于染色丝绸和羊毛，得到较为鲜艳的黄色。黄连既具有染色性又具有抗菌性，在人们环保及保健意识不断提高的今天，开发其为绿色保健植物染料值得探索，故对黄连在羊毛织物上的染色性能进行研究。

（1）试验设计。

①材料、药品与仪器。(www.xing528.com)

织物：羊毛织物。

药品：黄连（市售）、氯化钠、硫酸亚铁、硫酸铝钾、碳酸钠、冰醋酸、氢氧化钠（均为分析纯），中性皂片（市售商品）。

仪器：OIRNETX测色配色仪（意大利OIRNETX有限公司）；SOTZ-24振荡染色机（香港东成染色机械厂有限公司）；DHG-9070A型恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）；ESZ-4精密电子分析天平（沈阳龙腾电子有限公司）；HH-4单列四孔水浴锅（山东博科生物产业有限公司）；pHS-25C酸度计（上海理达仪器厂）；LFY304纺织品耐摩擦色牢度试验仪（山东纺织科学研究院）；SW-12耐洗色牢度试验机（无锡市三环仪器有限公司）。

②同媒染色工艺。采用同媒染，通过正交实验和单因素试验优选黄连染料对羊毛织物的染色最佳工艺。其中黄连染料质量浓度75g/L，调节染色温度为40～90℃，保温时间为30～90min, pH为4～9，媒染剂用量在4～10%（owf），浴比为1:30，考察染色温度、染色时间、媒染剂用量和pH最佳参数。

③染色性能测试。

颜色特征值：测试染色后织物K/S, D65光源，10°视角。

染色牢度：耐摩擦色牢度按照GB/T 3920—2008《纺织品　色牢度试验　耐摩擦色牢度》进行测试；

耐皂洗色牢度按照GB/T 3921—2008《纺织品　色牢度试验　耐皂洗色牢度》进行测试。

（2）结果与讨论。

①黄连染色正试实验。选择染色时间、染色温度、铝媒染剂用量、pH 4个因素进行正交试验，每个因素选择3个水平，浴比选为1:40，织物质量为1g，染色前羊毛织物在沸水中煮10min，便于染色。正交试验结果如表3-31所示，4个因素对染色羊毛织物K/S值影响的顺序为pH＞染色时间＞媒染剂用量＞染色温度。为了得到优化的染色工艺参数，需对各因素进行单因素优化试验。

表3-31　黄连染色正交试验结果

②黄连染色单因素实验。

a.黄连pH单因素分析。在铝媒染剂用量4%（owf），染色温度60℃，染色时间60min条件下考察pH对K/S值的影响，结果如表3-32所示，pH越高染色织物的K/S值越大，偏碱性条件下K/S值远高于酸性条件下的K/S值，说明织物不适合在酸性条件下染色。测试结果显示，pH为8织物的K/S值较大，随后变化较小。结合正交试验，染色pH选择8。

表3-32　pH单因素试验结果

b.黄连染色时间单因素分析。在铝媒染剂用量4%（owf），染色温度60℃，pH=8的条件下，考察染色时间对K/S值的影响，结果如表3-33所示，当染色时间在40～60min时K/S值呈增大趋势，染色时间在60～90min时K/S值趋于平缓。结合正交实验结果，染色时间选择60min。

表3-33　染色时间单因素试验结果

c.黄连染色温度单因素分析。在铝媒染剂用量4%（owf），染色时间60min, pH=8条件下，考察染色温度对K/S值的影响，结果如表3-34所示，K/S值随着染色温度的提高逐渐增大，当染色温度达到60℃时，K/S值达到最大，主要原因是温度升高加速了染料的分解。结合正交实验结果，选择染色温度为60℃。

表3-34　染色温度单因素试验结果

d.黄连媒染剂用量单因素分析。考虑到金属离子的毒性，仅选择铝盐和铁盐媒染剂进行试验，分别用铝盐和铁盐媒染剂对羊毛织物进行同浴媒染染色。实验结果如表3-35所示，同等条件下，铁盐同媒染K/S值明显小于铝盐同媒染。当铝盐媒染剂用量为4%（owf）时K/S值较高。之后，即使增加媒染剂用量K/S值增加也不明显，这与正交实验中铝盐最佳使用量相符合，所以选择铝媒染剂用量4%（owf）。

表3-35　媒染剂用量单因素试验结果

③染色织物色牢度值。在最佳工艺条件下，对染色羊毛织物色牢度进行测试，测定结果如表3-36所示，黄连的耐摩擦色牢度良好，但是耐皂洗色牢度一般，直接染色只有1～2级，经媒染后提高了1级以上，达到了染色毛织物色牢度服用要求。

表3-36　试样染色牢度

（3）结论。

①黄连同媒染色羊毛织物的最佳工艺条件为：硫酸铝钾用量4%（owf），pH=8，染色温度60℃，媒染时间60min，效果较好。

②黄连染液对羊毛织物直接染色牢度一般，铝盐同媒法染色织物的耐皂洗及耐摩擦色牢度分别可达3级及以上，达到加工和服用要求。

③用黄连天然染料同媒染色羊毛织物符合绿色织物染色标准。黄连原料易得，成本低廉，有利于染料提取液的加工，可获得较高的经济效益，具有一定的开发价值。

（三）还原染色法

植物中已存在天然色素化合物，在染色过程中最终形成不溶于水的色素，也就是还原染料隐色体的生成过程，包含靛类（靛蓝是应用历史最久的一类还原染料）和蒽醌两大类。染色原理与合成染料染色一样，工艺也几乎一样，一般都是在碱性介质中进行。主要用于棉、黏胶等纤维的染色。此种方法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。最具代表性的是靛蓝浸染法染色，即将织物浸泡在由靛蓝草枝叶经发酵后产生的可溶性白色溶液中，然后取出，在空气中氧化，生成不溶于水的青蓝色，耐日晒、耐水洗和耐加热。还原染色工艺：

染料还原→浸染织物→空气氧化→氧化显色

本书以靛蓝染色涤纶织物为例，来阐述还原染色法在天然染料染色织物中的应用。

靛蓝是我国古代最为常见的植物染料之一，是从菘蓝、蓼蓝、木蓝或马蓝等含有靛苷的植物的茎或叶中发酵制成，主要用于棉纱、棉布、羊毛或丝绸等天然纤维织物的染色，染色织物的颜色经久不退，在传统染织文化中占有重要的地位。它具有优良的耐光、耐气候色牢度及耐热稳定性，价格低廉，色调高雅，且其独特的药物保健功能，具有合成染料无法比拟的优点。传统的天然靛蓝染色方法有缩合染色法、自然发酵染色法和人工发酵染色法，是古代人民智慧的结晶，是中华民族的瑰宝。但是传统土靛中靛蓝色素含量非常低且不稳定（通常不到1%），传统工艺染色耗时长（一般需十几天），且因手工操作影响因素较多，颜色重现性差，难以实现批量生产。

在现有的靛蓝染色过程中，至少包括两道或两道以上的连续的染色工序，染色完成后再进行水洗，尽管实现了连续的染色工序，比传统染色方法省时，但织物的颜色牢度较低。因此，现有技术还有待于改进和发展。运用现代提取技术提取分离出植物靛蓝，并制备成固态粉末状，降低储藏成本，提高稳定性能；同时采用现代先进的生态染色方法，染色过程清洁无污染，让靛蓝在染织行业中重新发挥主流作用。本文采用靛蓝对涤纶织物进行染色，探讨染色的最佳工艺条件，研究尿素对涤纶织物靛蓝染色效果的影响，为靛蓝染色的应用提供参考依据。

1.试验设计

（1）材料、药品和仪器。

材料：涤纶织物（80g/m2，临沂市奥博纺织制线有限公司）。

药品：靛蓝（江苏采薇生物科技有限公司），碳酸钠、冰醋酸、氢氧化钠（均为分析纯），保险粉、中性皂液（市售商品）。

仪器：OIRNETX测色配色仪（OIRNETX有限公司）；SOTZ-24振荡染色机（东成染整机械有限公司）；DHG-9070A型恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）；ESZ-4精密电子分析天平（沈阳龙腾电子有限公司）；HH-4单列四孔水浴锅（山东博科生物产业有限公司）；PHS-3C型pH计（上海伟业仪器厂）；LFY304纺织品耐摩擦色牢度试验仪（山东纺织科学研究院）；SW-12耐洗色牢度试验机（无锡市三环仪器有限公司）。

（2）染色工艺。

a.处方。

靛蓝　　　　　　　　　　1%（owf）

保险粉8g/L

氢氧化钠3g/L

浴比1:40

b.流程。

靛蓝40℃开始还原→然后升温至60℃→继续还原30℃→加入醋酸条件节pH→投入涤纶织物→染液升温120℃→染色20min→取出织物→均匀挤干→摊开放在空气中氧化20min→水洗→皂煮（肥皂2g/L、纯碱2g/L，浴比1:30，95℃，10min）→水洗→晾干

c.皂洗工艺条件。浴比1:30，标准皂片2g/L，无水碳酸钠2g/L，在80℃水浴下皂洗20min，冷水洗，烘干。

（3）染色性能测试。

颜色特征值：测试染色后织物K/S, D65光源，10°视角。

染色牢度：耐摩擦色牢度按照GB/T 3920—2008《纺织品　色牢度试验　耐摩擦色牢度》。

耐皂洗色牢度按照GB/T 3921—2008《纺织品　色牢度试验　耐皂洗色牢度》。

2.结果与讨论

（1）pH的影响。染浴的pH对染色的效果有重要的影响。pH对涤纶织物的K/S值影响试验结果如表3-37所示，pH对织物的K/S值影响较大，染浴pH在6～7时，染色织物的K/S值达到最大；在未调节pH的碱性条件下，染色织物K/S值较小。原因是靛蓝被还原后，溶液是碱性时生成隐色体，溶液是酸性时生成隐色酸。靛蓝隐色体具有很好的水溶性，对棉等纤维素纤维有一定的亲和力，上染性能好，而对涤纶等疏水性纤维则缺乏亲和力，不能有效上染。随着醋酸的加入量增多，染料的亲水性逐渐减弱，对涤纶的亲和力逐渐增大，织物的K/S值也因此逐渐增加。此时的染色机理类似于分散染料对涤纶织物染色的自由体积模型。

表3-37　pH对染色织物K/S值的影响

（2）温度的影响。染色需在较高的温度下进行，其原因是涤纶内部必须形成较大的空隙，染料才能很好地上染。调节染浴pH为7，将涤纶织物在不同的温度下进行染色，如表3-38所示，随着温度的升高，涤纶织物的K/S值逐渐增大，当染色温度为120～130℃时达最大值。这是因为，一方面，涤纶的结晶度较高，需要足够高的温度才能形成比较大的空隙；另一方面，靛蓝分子也要在较高温度下才能获得足够的动能，扩散进入纤维内部。所以染色条件类似于分散染料染涤纶的高温高压染色。

表3-38　染色温度对染色织物K/S值的影响

（3）染色时间的影响。调节染浴pH为7，于120℃分别上染10min、20min、30min、40min、50min、60min。不同染色时间下涤纶织物的K/S值如表3-39所示，当染色时间在10～20min时，织物K/S值基本相同，继续延长染色时间，织物的K/S值反而下降。这可能是由于染料在高温及较长时间作用下，其结构发生了某种变化。

表3-39　染色时间对染色织物K/S值的影响

（4）尿素的作用。尿素是常用的染料助溶剂，对纤维有一定的溶胀作用。靛蓝还原后，在染浴中加入不同量的尿素，于120℃对织物染色20mim，染色结果如表3-40所示，尿素的加入，可以使涤纶织物的K/S值增大，当用量达到10g/L时，助染效果最佳。

表3-40　尿素用量对染色织物K/S值的影响

（5）织物的色牢度。在最佳染色工艺条件下，以不同用量的靛蓝染料对涤纶织物进行染色，测试涤纶织物的耐摩擦色牢度及耐水洗色牢度，结果如表3-41所示，靛蓝染色后的涤纶织物具有优良的耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度。靛蓝用量为1%（owf）时，染色织物的耐干湿摩擦色牢度都可达到4～5级。但随着靛蓝用量的增加，耐摩擦色牢度也有所下降。一般情况下，其耐摩擦色牢度优于靛蓝在纤维素织物上的耐摩擦色牢度。这是因为靛蓝上染纤维素织物时呈“环染”状，不能将纤维完全染透，而有部分积聚在纤维表面，易脱落。靛蓝染色涤纶织物的耐水洗色牢度也非常好，这符合靛蓝是非水溶性还原染料的特性。

表3-41　靛蓝染色涤纶织物的色牢度

3.结论

（1）靛蓝染色涤纶织物获得较好的染色效果，最佳染色条件为：pH=6～7，染色温度120～130℃，染色时间10～20min。

（2）添加尿素增加了织物的K/S值，最佳用量10g/L，靛蓝染色织物色泽柔和，获得较好的耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度。

（3）避免了靛蓝传统还原染色过程中劳动环境差、废水中硫酸盐类物质过量的问题，反应过程温和，易控制，能从源头上避免含苯胺的印染废水的产生，且能增强染料的氧化效果，降低染料的成本。

（四）其他染色技法

人们很早就开始利用天然染料染色丝、棉、毛等织品。如利用红花、郁金等进行敲拓染，这种方法就无须添加媒染剂，省去繁复的煎煮程序，通过敲击就可以把植物的自然形态和色彩直接染到织物上的方法。可利用植物染料中的天然色素对酸、碱性溶剂的溶解度不同，对纤维进行处理，使之在纤维上固着染色。人们为了减少染料的浪费，节约成本，减排环保，将织物在染色残液中反复染色，或者收集残液，再按需要补充染料进行续色。除了这些民间普通染色方法之外，著名的便是传统缬染，分别为蜡缬、夹缬、灰缬和绞缬四大工艺，对应现代名称为蜡染、夹染、蓝印花布和扎染。

1.扎染

扎染古代称扎缬、绞缬、夹缬和染缬，是一种古老而简单、传统而独特的民间染色技术。这项始于秦汉，兴于魏晋、南北朝的染色工艺分为扎结和染色两部分。扎染技法有多种，利用这种技法可以染出小碎花纹、蝴蝶纹、梅花形和鱼子形花样等。

绞缬又名撮缬、撮晕缬，是我国传统的手工染色技术之一，始于东晋时期，兴盛于隋唐时期，现在比较出名的是云南绞缬。是一种防止局部染色而形成预期花纹的机械防染法，最适于染制简单的点花或条纹。基本图案花纹疏大的叫鹿胎缬或玛瑙缬，花纹细密的叫鱼子缬或龙子缬。还有比较简单的小簇花样如蝴蝶、蜡梅、海棠等。东晋南北朝时，绞缬染制的织物多用于妇女的衣着。现代绞缬是结合新材料、新工艺，进行大胆创新，使这种古老的扎染工艺重新焕发青春。染，是绞缬染锦的一种，是美孚黎（黎族的一支）特有的一种古老的染织技艺。

夹缬现称为蓝夹缬，是中国传统印染“四缬”技艺之一。夹缬是利用两片刻有花纹的木板或相同形状的东西夹住织物进行染色，可依夹的松紧度和染色次数来变化图案（染出如连续、对称、放射状等的多样花纹）或染出深浅不一的多重色彩。主要用天然染料红花和靛青（蓼蓝染绿、大蓝染碧、槐蓝染青，三蓝都是靛）染色。夹缬始于秦汉，唐代盛极一时，以至于官兵的军服也用夹缬来做标识，从唐诗“成都新夹缬，梁汉碎胭脂”“醉缬抛红网，单罗挂绿蒙”到敦煌莫高窟彩塑菩萨所穿着的夹缬彩装，充分显示了人们对于夹缬的喜爱。但到了宋代，朝廷指定复色夹缬为宫室专用，二度禁令民间流通，夹缬被迫趋向单色。进入元明后，工艺相对简单的油纸镂花印染风行中原，夹缬终于湮灭于典籍，一般认为已经消失。但它并没有完全消失，而是又回到民间顽强地生存下来。

中国古代丝绸的印花技术称为“染缬”。染缬始于秦代，南北朝时期已广泛用于服饰，隋代已达到很高的水平，唐代十分繁盛，五代时期继续发展，当时流行在民间的著名染缬名目有锦缬、鹿胎缬、茧儿缬、撮缬、蜀缬、檀缬、浆水缬、哲缬、三套缬等。染缬的技艺繁复，宋朝开始衰落。

2.蜡染

古代称蜡缬，是一种以蜡为防染材料进行防染的传统手工印染技艺，也是我国古老的少数民族民间传统纺织印染手工艺，历史悠久，现在以贵州蜡缬最著名，苗族、瑶族、水族、土族、白族、布依族、仡佬族等仍十分流行，与绞缬（扎染）、夹缬（镂空印花）并称为我国古代三大印花技艺。蜡染盛于唐代，棉、麻、丝、毛织物都能采用，一般以植物染料靛蓝染色为主，还加上黄色的栀子、姜黄，红色的红花、茜草、椿树皮，绿色的冻绿等，成为艳丽的多色蜡染。染色用浸染的方法，即把用蜡画好的布或衣饰放在染缸里，浸泡五至六天晾干，再反复浸染，如果需要织物上现出深浅不同花纹，可在第一次浸泡后，再点绘蜡花浸染。入选为第一批国家传统工艺振兴目录。

蜡染与扎染的区别是染色面料靠蜡还是靠绳子来裹扎，染料是可以一样的，但扎染的方法更加生动。

3.灰缬

灰缬现称蓝印花布，起源于宋朝的“药斑布”，是用碱性的防染剂进行防染印花的工艺，东北称为“麻花布”、山东称为“猫蹄花印”、江苏称为“药斑布”、福建称为“型染”、湖北称为“豆花布”，是现代中国蓝染业的主流，以苍南夹缬最出名，用植物染料靛蓝染色。

4.绞染

绞染是学习染色过程中最初阶段的一种技法，利用手抓提布料后绑紧，作为防染图案，只要一块布与一条棉绳，绑在布上防染的部分，就可以随意设计出极富变化的染色花纹。绞染的技法虽然简单，但染出来的图纹却是变化多端，整体效果变化较大，也较为生动。绞染与夹缬是染布法中较简单、易上手的染法。

5.型染

型染是我国古代衣被文化主要印染装饰手段之一，民间常称它为刮浆染，也称蓝印花布（以蓝靛染色，染后呈现蓝白分明的图案）。型染的步骤为：图案设计→雕刻型版→调制防染糊→染布定位→刮印防染剂→染色→除糊料。就是利用刷子将染料在刻有纹样的印版（模板）上重复印制、染色织物，从而产生相对一致纹样的工艺。该工艺简单方便，但图案变化性较少。另有先染色再刮印拔染糊拔色成纹而称拔染者。蓝印花布在现代已经退出了实用的市场，特别是在服装上，除了偶尔表演以外，很难见到蓝印花布的服装。相反，日本的传统手工印染工艺——红型染却经常可以看到。其染色仍然应用天然染料，印花加手绘，比蓝印花布丰富得多，相传该工艺是在唐代流传到日本的。探究这一古老的印染工艺手法，可以为当代染织设计提供诸多有益的启示。

6.吊染

吊染是一种特殊防染技法的扎染工艺，需在特种染色机中完成。将成衣和纯棉、真丝等一定长度面料吊挂起来，排列在往复架上，染槽中先后注入液面高度不同的染液，如此可染得阶梯形染色效果。可以使面料、服装产生由浅渐深或由深至浅的安详、柔和的视觉效果。简洁、优雅的审美意趣，让人体味到一缕中国传统浅绛山水画的墨韵余香。

7.拔染

拔染在民间又被称作“镪水画”，它是将以一定比例兑稀的稀硫酸拔出靛蓝布上的颜色而形成蓝白纹样的一种印花方法。一般纹样以线条为主，操作方便，自由度大。拔染印花也称雕印、拔色或色拔。拔染印花既可用于布匹，也可用于成品服装。利用天然染料进行纺织品拔染，可以使纺织品成品呈现自然本色。

8.泼染

泼染是近几年世界上流行的现代手工染色的一种形式。泼染产品具有染色与印花的优点。将染液手绘于织物上，再去除上染部分染料的水分，使浓度增加，直至染液自然干燥。染出的花纹似泼出的水珠，给人以新颖奇特的感觉，深受消费者的青睐。

9.拼色和套染

（1）拼色。植物染料由于可变性大，单一染料在布料上的色牢度和色彩的丰富度较差，为弥补这个缺陷，可采取拼色的方法。拼色就是把不同性质的染料按一定比例混合染色，得到不同深浅程度的颜色，扩展了色相，对明度和上染率均有作用。公元前150年，已能把黄、红、蓝三原色天然染料拼混染成各种颜色。要说明的是，虽然是同一个色系，但因染料来源、性质、提取方法、温度、媒染剂、提取剂（水或乙醇）等不同，与另一个染料拼色会出现不同的颜色，甚至会有很大的偶然性，这也是天然染色的一大特色和魅力所在。如苏木是为数不多的红色染料之一，性价比很高，缺点是染色牢度不太好，特别是在棉、麻布料上，可通过苏木与其他染料的配伍来达到需求。苏木可以与胭脂红、紫胶红、黄栌、神农草、栎树叶、五倍子等很多染料拼色，通过不同的方法来染出紫红色。甚至苏木、五倍子和神农草三种材料拼色棉、麻、丝，皂洗后也呈现紫红色；苏木与黑檀、香椿皮、大黄三种配伍拼色棉、麻、蚕丝，皂洗后基本上是灰紫色；苏木与石榴皮拼色丝绸，皂洗后呈深驼色，相对比较稳定；还有米筛腾与蜘蛛刺两种植物染料拼色为黄色；栌木与茶叶、茜草和麻栎壳拼色为黄色；茜草和兰草拼色得绿色；天然蓝（蓝藻蛋白和栀子蓝）与红曲色素拼色为紫色；栀子蓝和胭脂虫拼色为蓝绿色；靛蓝和红花可以拼色为橘红、橙色、杏黄、紫色等；靛蓝和黄檗可以拼色为大绿、葱绿、草绿等色；栀子蓝和红花黄拼色铝媒染得蓝绿色、铁媒染偏得黄色；胭脂虫与红花黄拼色经铝和铁媒染得偏蓝绿色；高粱红和栀子黄拼色经铝和铁媒染得偏蓝绿色；高粱红与紫甘薯红拼色铝媒染得偏黄绿色、铁媒染得偏蓝绿色；紫甘薯与红栀子黄拼色铝媒染得偏黄色、铁媒染得偏蓝绿色；红花黄与黑米红对柞蚕丝织物进行拼色铁媒染可以得到绿色等。通过天然染料拼色，得到自然界中没有的颜色，扩大了天然染料的色谱范围，织物的染色牢度也很好，如靛蓝与大黄染料拼色羊毛纤维（如图3-8和表3-42所示。染色条件：染色温度80℃，染色时间60min, pH=4）；历史悠久的藏毯其传统的染色经验，是按照就地取材的原则，许多颜色是染料相互拼色而成（表3-43）；具有同源性的两种植物——黑叶李和紫叶矮樱落叶染料以不同比例拼混直接染色和后媒染染色丝绸织物，可以得到丰富的颜色（表3-44和表3-45）。直接染色条件：pH=4，染色温度70℃，染色时间50min，浴比1:30；媒染染色条件：5.0g/L媒染剂[其中稀土（Pr/Nd）2O3用量为0.5%]，浴比1:40，染色30min。

表3-42　靛蓝与大黄拼色染色羊毛纤维色牢度

图3-8　靛蓝与大黄拼色染色羊毛纤维颜色

表3-43　藏毯中植物染料的拼色

表3-44　黑叶李和紫叶矮樱落叶拼混染料直接染色丝绸织物颜色特征值

表3-45　黑叶李和紫叶矮樱落叶拼混染料媒染染色丝绸织物颜色特征值

（2）套染。用两种或多种染料分先后两次进行浸染（或染色两种不同纤维混纺或交织的织物）称套染，其增色方法是利用染料不同的用量而得到不同的颜色。我国第一部手工业著作《考工记》有“三入为纁，五入为緅，七入为缁”的记载，描述的就是套染。如米筛腾与靛蓝套染、蜘蛛刺与靛蓝套染得绿色；靛蓝与石榴皮套染得碧色，与黄檗套染得青色、鹅黄色，与紫胶套染可得蓝紫色，与柯子套染可得蓝灰色，与槐花套染成官绿和油绿色；与芦木、杨梅树皮套染得玄色，与苏木套染得天青色或葡萄青色；黄檗与蓝靛或苋蓝套染得鲜艳的草豆绿色；蓝靛加黄栌木和杨梅树皮各一半套染得玄色；青黛与姜黄套染得绿色，姜黄染料相对用量对染色深度的影响较大。优化工艺条件为：姜黄染液相对用量30%，染色pH=4，温度80℃，染色时间60min，套染柞蚕丝织物的色牢度大于3级，对金黄色葡萄球菌的抑菌率达92.56%，大肠杆菌的抑菌率达80.41%。

10.段染

段染是指在织物上或一绞纱线上染上两种及多种不同颜色，可分为原始手工段染和机械段染。此工艺染料利用率高，对环境污染小。但其如染色时间过长，会影响段染的效果；如染色时间短，染料的上染率差，染化料的利用率差，浪费和污染比较严重，所以段染工艺应用并不是很广泛。

11.防染印花

防染印花是在织物上先印以防止底色染料上染或显色的印花色浆，然后进行染色而制得色地花布的印花工艺过程。其历史悠久，不受染料限制。西汉时期工艺水平高超的绞缬、葛缬实际上就是一种防染印花的织物。

12.云染

云染属于绞缬的一种。染色时染液会随着织物之间的疏密渗透上色，因其并无一定的规范，所以每个成品皆会呈现不同的效果，因形似蓝天下的白云，故称为云染。靛蓝、栀子、废弃的洋葱皮等是很好的云染染色材料，可以轻易地染得蓝色和黄色。