茼蒿色素的提取工艺及染色工艺研究论文

茼蒿色素的提取工艺及染色工艺研究论文内容摘要：

...41 参 考 文 献 ......................................................................................... .......................42 致 谢 ........................................................................................................................48 2 第一章 前 言 天然染料 天然染料应用历史悠久，国外有关开发染料的提取方法及应用的文字记载可 追溯到公元前 2020年，古埃及人拥有比较先进的使用天然染料的技术，甚 至还发 明了媒染剂。 历史上最早形成的规模天然染料生产是在公元前 15世纪的地中海海 滨国家费尼基 (Phoenicion)的 Tyre市，主要生产从甲壳类中获取的紫色染料。 我 国在天然染色方面不仅有着悠久的历史和较高的科学水平，而且颜色品种多、染 色牢固、不易褪色，有文字记载的历史比国外还要早 1000年。 早在旧石器晚期， 我们的祖先就已知染色、涂色加工，那时多采用矿石，研成粉末状而成，这类颜 色统称为矿物色。 1973年在北京周口店龙骨山的山洞里就发现了红色的氧化铁 （ Fe 2 O 3）粉末及若干涂红色颜料的装饰品，据考 证距今大约五万年前，这可能是 人类最早应用染料的时期。 大约到了夏代至战国期间不仅能研制各种矿物颜料， 同时也开始了植物染料的生产，在先秦时代，我们的祖先就采集和种植蓝草作为 染料使用。 即使是 2020多年前出土的汉代织物，其色泽仍然艳丽可爱，被西方人 惊称为 “中国术 ”。 随着时代的发展，染出的颜色也不断增加。 到了清代，我国 的染料工业空前繁盛，品种多达数百种。 1902年合成染料传入我国后，只有一些 偏远山区少数民族仍沿用少数种类的天然染料，云南大理白族自治州周城乡至今 还保留着古老的制作靛蓝的技艺。 我国藏族人民 特有的手工艺品和生活用品 —藏 毯，己有 600年的历史，其染色工艺也以天然染料为主。 20世纪是人类科技飞速发展的 100年。 自从 1856年英国化学家 W illian Henry Perkins成功的从煤焦油中合成了第一个被称为苯胺紫碱性合成染料以来，合成 染料由于色彩鲜艳、性质稳定、使用方便、价格低廉等优点在纺织品染色上得到 了广泛的应用，在染料工业中长期处于主导地位，天然染料几乎销声匿迹。 然而， 随着生态环境日趋恶化，人类赖以生存的自然环境和生态环境也越来越引起世界 的广泛关注，可持续发展战略已成为世界经济发 展的主题，环境和生态保护实施 可持续发展战略的重要组成部分。 1987年联合国提出 “可持续发展 ”战略， 1996 年 9月国际标准化组织 (ISO)公布了 ISO 14000环境管理体系，旨在促进经济与环境 的协调发展。 一些发达国家为了自身的经济利益，纷纷出台各种环境保护政策。 合成染料以石油化工物质为原料，在生产过程中会产生许多致癌物质，对环境也 造成严重污染。 因此， 1994年 7月德国政府首次以立法的形式，禁止生产、使用 和销售可分解出致癌芳香胺的偶氮染料以及使用这些染料的产品，并于 1996年颁 布了条例，规定不得生 产和进口销售含有胺类偶氮染料的纺织品。 随后，荷兰政 府和奥地利政府也发布了相应的法令，禁止某些偶氮染料的使用。 总之在国际市 1 场上形成了旨在保护本国贸易利益的非关税 ——绿色壁垒。 尽管我国针对各种 “绿色壁垒 ”已采取了积极的措施，从 2020年 1月 1日开始强制执行纺织品的绿色 标准，并从 2020年起对染料也强制执行一系列绿色标准，使国内市场更趋规范化。 但纺织品和纺织化学品的绿色要求问题还远没有解决，我国纺织品服装行业 “破 壁而出 ”的道路还很漫长，需作出更大的努力。 与此同时， 20世纪 90年代以 来， 以 “回归自然 ”为主体的绿色消费新潮流在全世界的消费者中已经逐渐形成，人 们对纺织品和纺织化学品在使用和穿着过程中，对自身安全和健康影响越来越重 视。 在我国，伴随着生活水平的提高，对于环保产品的需求也逐年增加。 因此， 开发绿色技术，生产绿色产品为我国染整行业提出了严峻的课题。 天然染料为开 发绿色环保的生态纺织产品开辟了一条新的途径。 根据英国染料和染色家协会给 出的定义，天然染料是指从植物、动物或矿产资源中获得的、很少或没有经过化 学加工的染料。 天然染料源于自然，对人体健康无害，与环境相容性好，不会污 染 环境，可生物降解，符合纺织业的绿色标准，符合现代消费者对自身健康以及 对环境保护的要求。 我国天然染料资源丰富，只要合理开发和利用，不但可以获 得可观的社会效益和经济效益，更重要的是可以保持生态平衡，冲破绿色壁垒， 因此，研究和开发天然染料具有深远的意义。 天然染料的分类、性质及染色方法 天然染料的分类 [1 3] （ 1）按染料来源可分成：矿物染料、植物染料和动物染料三种类型。 矿物染 料实际应为矿物颜料，日常应用较少。 植物染料是天然染料中最重要的一类。 其 品种繁多，色谱较丰富。 动物染料要比植物染料少得多，价格也要贵得多。 （ 2）按染料结构可分为：类胡萝卜素类、类黄酮类、鞣质类（单宁）、醌类、 吲哚类、生物碱类、叶绿素类等。 当然，自然界中的天然色素品种繁多，结构复 杂，还有一些无法包含在上述结构类型中。 其中最主要的有以下两种：姜黄和红 曲。 （ 3）按颜色系列分类： 黄色系列：槐花、青茅草、杨梅、黄岑、栀子、郁金、黄连、大黄等。 红色系列：茜草、胭脂红、红花、苏木、紫杉等。 蓝色系列：蓝类植物、草木。 紫色系列：紫草、贝紫等。 黑色系列：石榴根、槟榔子、棕儿茶树皮、杨梅树皮、苏木黑 等。 天然染料的性质 优点： 2 ，具备良好的生态相容性，一般对人体无毒害。 、和谐的颜色。 ，不易重现，符合人们追求个性化、多样 化的要求。 ，如 :抗菌、消炎等保健功能。 缺陷：。 ，对织物也有破坏作用。 天然染料的染色方法 [4 14] （ 1）直接染色 某些天然染料可以用提取液直接对蛋白质和纤维素纤维染色，如红花等，但 直接性较低，尤其是纤维素纤维，可直接染色的不多。 （ 2）分散法 对在水中溶解度小的染料，为了达到一定的染色色深度，要采用加分散剂的 方法，用阴离子或非离子表面活性剂使染液中的染料颗粒得以分散，这样染液可 形成较稳定的分散体系，而且织物和染料接触的机会也会增多，上染速度也加 快。 染料的水溶性越小，加分散剂染色的效果就越明显。 （ 3）媒染法 天然染料媒染剂的种类：有机媒染剂（丹宁酸、阳离子表面活性剂等）；碱 媒染剂（草木灰、石灰等）；金属离子媒染剂。 一般天然染料媒染时常用金属离 子媒染，媒染方法有预媒染和后媒染。 天然染料结构复杂，品种繁多，较难预测 某种染料适合什么媒染方法，就金属离子媒染剂而言，对同一种天然染料，采用 不同的金属离子媒染剂得到的颜色也不一样。 天然染料的研究现状 国内研究现状 3 尽管我国使用天然染料染 色的历史源远流长，但是自从合成染料代替天然染 料以后，植物染料实际应用的多，深入研究的却很少。 近二十年，关于天然染料 以及研究报道逐渐增多，主要集中在天然植物染料对织物的染色性能研究、媒染 剂的开发以及新型的染色方法研究等方面。 在羊毛织物染色方面，位丽等研究了 茜草染料在羊毛织物上的染色性能 [1 5 ]；杜艳琴等研究了植物染料染绿色羊毛织 物 [16]；林明霞等研究了天然植物染料黄连染羊毛织物 [17 ]；吴坚等研究了天然植 物染料黄芩对羊毛织物的染色性能 [1 8 ]；张丽平等研究了 4种天然染料对羊毛织物 的染色性能 [1 9]；孙天竹等研究了海带色素在羊毛织物上的应用 [2 0 ]；陆凯等研究 了超声波在毛织物天然色素染色中的应用 [2 1 ]。 另外林细姣等研究了稀土在植物 染料染色中的媒染应用 [2 2 ]；吴坚等研究了稀土在大黄用于改性纤维素纤维织物 染色中的媒染应用 [2 3 ]。 在丝织物染色方面，冯新星等研究了大黄对纳米丝素膜 的染色 [2 4 ]；周秋宝研究了紫草染料对真丝织物染色性能 [25 ]；赵冠华等研究了天 然染料苏木精在真丝绸染上的应用 [26]；姜洪武等研究了板栗树皮对丝绸的染 色 [27]；程万里研究了红曲米对真丝绸染色的性能 [2 8 ]； 路艳华等研究了高梁红色 素对真丝织物染色和棉织染色性能 [2 9 ]；余志成等研究了天然植物染料槐米的染 色性能 [3 0 ]；柯贵珍等研究了天然植物染料黄连对真丝织物的染色 [3 1 ]。 在棉、麻 和化学纤维织物染色方面，张晓莉等进行了茶叶色素在阳离子改性棉织物上的染 色研究 32]；王春红等研究了天然染料对大麻织物的染色 [3 3 ]；王小娟等研究了天然 染料茜草对亚麻织物的染色性能 [34 ]；焦林研究了姜黄对涤纶织物的染色 [3 5 ]；陈 莹等研究了天然染料紫苏在大豆蛋白织物中染色性能 [3 6 ]；罗丹实等研究了天然 染料姜黄对于竹纤维 织物的染色 [37 ]。 在后整理方面，冯新星等研究了天然染料 大黄的防紫外性能 [3 8 ]；沙香玉等研究了天然植物染料 W CT对羊毛针织物的染色 性及抗菌性研究 [39 ]；冯新星等研究了天然染料紫草染色织物的迷彩伪装防护性 能 [40]；焦林研究了天然染料对真丝织物的抗菌性能 [41 ]。 国外研究状况 国外对天然染料染色性能的研究，主要有天然染料对天然织物及合成纤维的 染色，新染色方法的应用以及媒染方面的研究。 RakhiShanker等研究了锦葵属天 然染料 Hibiscus mutabilis对棉，毛 和丝织物的染色，取得了很好的色牢度 [4 2 ]； agia等研究了蒽醌天然染料对羊毛的染色 [4 3 ]； Padm ankar等研究了从旱 莲草（ Eclipta alba）中提取的染料对棉织物的超声波染色 [44 ]；杨庆琳介绍了国外 天然染料对棉麻织物的染色 [45 ]。 R anjana Bhuyan等研究了天然染料的提取以及对 其结构的鉴定 [46 ]。 陈怡介绍了用微波和声波发生器加紫草根根部树皮进行非常 规天然染色 [4 7 ]。 M .G ablot等介绍了天然染料在印花方面的研究 [48 ]。 此外， Andre SartoPolo等研究了用天然染料作为太阳能电池光半导体感应器的感应装置 [49 ]。 M 4 L Gulrajani等研究了天然染料对聚酷纤维、聚酞胺纤维以及聚丙烯睛纤维染色性 能及其上染机理 [50 52]；陈怡介绍了国外天然染料上染合成纤维的染色机理 [53 ]； Paisan Kongkachuichay等研究了虫胶酸在丝绸织物上吸收的热动力学 [5 4 ]。 H T Deo等研究了用混合媒染剂进行媒染 [55 56]。 媒染剂的情况下棉和丝织物的天然染色 [5 7 ]。 J P Mathur等研究了天然媒染剂 [5 8 ]。 天然色素的提取 浸提法 目前最常用的天然色素的提取方法，以类胡萝卜素类色素为例。 大部分的类 胡萝卜素类色素都具有较强的亲脂性，易溶于氯仿、丙酮等溶剂，几乎不溶于水、 乙醇和甲醇。 其中烃类类胡萝卜素类色素的亲脂性更强，能溶于石油醚或烷中。 在类胡萝卜素类色素的结构中若含有含氧基团，则随其分子中的含氧基团数目的 增多，亲脂性减弱，亲水性增加，在石油醚中的溶解度减少，在乙醇和甲醇中的 溶解度增加。 它的提取是以此性质为基础的。 新鲜样品中 的类胡萝卜素类色素， 亲脂性强的多是用石油醚 丙酮混合液萃取，萃取 45次，直至萃取液无色为止。 再加石油醚，色素转入石油醚中，除去丙酮和水分。 此外也可用苯代替石油醚。 为避免氧化，萃取过程越快越好，最好充入氮气，密封保存于暗处。 亲水性强的 多用乙醇浸提，先用石油醚脱脂，再用乙醇提取，直至提取液无色为止 [5 9 60]。 微波萃取法 浸提法存在的耗时、低效、低品质、操作复杂等缺点正在促使人们寻求新的 提取方法。 1986年美国科学家首先利用微波炉通过适当操作进行了有机化合物的 萃取，从此微波萃取 (Microw aveAs sisted Extraction，简称 M AE )受到了人们 的广泛关注艺 [61 ]。 加拿大的 CW T T RA N国际公司 E S Fox公司联合体深入研究 M A E技 术，并成功地开发了 M AE生产设备。 微波萃取的本质是微波对萃取溶剂和物料的 加热作用。 微波加热的机理有别于常规加热，它能够穿透萃取溶剂和物料使整个 系统均匀加热，这样省去常规加热由表及里热传导所需的时间，使萃取体系快速 升温，萃取速率明显高于常规的加热方法 [6 2 ]。 其流程：原料经预处理，然后溶。