本发明涉及天然染料提取及染色领域，具体涉及一种从茜草中提取天然染料的方法以及由该方法制备的天然染料和染色方法。
背景技术
天然染料是一类与生态环境的相容性好，可生物降解，而且无毒害的染料，是一种非常绿色环保而且对人体亲和的染料，并且用来生产这些染料的原料基本都是从植物、动物、矿物和微生物等原料中提取的。天然染料除染色外，还有抗菌消炎、抗氧化、抗紫外辐射的功效，因此，天然染料在家纺产品，装饰品等领域中有着广泛的应用前景。
茜草，又名活血草，属于茜草科，是多年生草本植物，它的根部呈橙色，在我国很多地区都有分布，适应性较好。茜草不仅可以用于提取天然染料，而且还是传统的中药材，我国古代中医早就将其用药，茜草、茜草根、茜草茎有抗肿瘤、抗菌和增加人体内白细胞数量的作用。不管是内服还是外用，都有着不错的性能，是一种重要的中成药。茜草染料中的茜素对金黄色葡萄球菌、肺炎双球菌、流感杆菌及皮肤真菌都有抑制作用等。研究表明，茜草染色起作用的主要成分是茜素及其衍生物，如茜草素、茜根素等。
现有技术中已经报道了用醇、酮等有机溶剂从茜草根中提取天然染料的方法，如cn107501992a中公开了一种茜草根红色素的制备方法，该方法使用25％的乙醇溶液对茜草根粉末进行提取。然而，使用这些有机溶剂提取的茜草天然染料在应用于纺织品染色的过程中所获得的染色效果不佳，如染色后的纺织品表面颜色较浅。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有方法所提取的茜草天然染料所存在的染色效果不佳的缺陷，提供一种从茜草中提取天然染料的方法以及由该方法制备的天然染料和染色方法。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种从茜草中提取天然染料的方法，该方法包括：将茜草根洗净、干燥、粉碎，将得到的粉碎物于碱性水溶液中进行提取，然后将得到的提取液依次进行抽滤、蒸馏和冷冻干燥。
本发明第二方面提供由上述方法制备的天然染料。
本发明第三方面提供一种染色方法，该方法包括用含有天然染料、媒染剂和水的染液对纺织品进行染色，其中，所述天然染料为按照本发明所述的方法制备的茜草天然染料。
在本发明所述的从茜草中提取天然染料的方法中，采用碱性条件下进行茜草天然染料的提取，能够使茜草色素充分溶解在碱性水溶液中，这样不仅可以获得较高的茜草天然染料提取率，而且还可以获得较好的天然染料染色效果。
而且，本发明所述的提取工艺简单，时间短，提取过程不会造成环境污染。染色的色牢度良好，穿着安全，不会有致癌作用或者引起过敏反应；与生态环境相容性好，可生物降解。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种从茜草中提取天然染料的方法，该方法包括：将茜草根洗净、干燥、粉碎，将得到的粉碎物于碱性水溶液中进行提取，然后将得到的提取液依次进行抽滤、蒸馏和冷冻干燥。
按照本发明所述的方法，茜草根中的色素(如茜素、茜草素、茜根素等)能够充分溶解在碱性水溶液中，使得由此制备的茜草天然染料在纺织品染色过程中可以获得较好的染色效果，特别是，与采用有机溶剂(如甲醇、乙醇、酮等)提取的茜草天然染料相比，采用按照本发明所述的方法提取的天然染料染色后的纺织品表面具有相对较深的颜色。
在本发明所述的方法中，所述碱性水溶液的浓度可以为0.1～5g/l，具体地，例如可以为0.1g/l、0.5g/l、1g/l、1.5g/l、2g/l、2.5g/l、3g/l、3.5g/l、4g/l、4.5g/l、5g/l以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。在优选情况下，所述碱性水溶液的浓度为0.3-1g/l。
在本发明所述的方法中，所述碱性水溶液中的碱可以为本领域的常规选择，例如可以为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钾、碳酸钾和碳酸氢钾中的至少一种。最优选地，所述碱为氢氧化钠。
在本发明所述的方法中，所述提取的条件可以包括：温度为50-100℃(例如可以为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃)，时间为1-3小时(例如可以为1h、1.5h、2h、2.5h或3h)，固液质量比为1:10-50(例如可以为1:10、1:15、1:20、1:25、1:30、1:35、1:40、1:45、1:50)。在本文中，固液质量比是指粉碎物与碱性水溶液的质量比。
在本发明所述的方法中，所述提取的过程优选在搅拌下进行。
在本发明所述的方法中，将洗净后的茜草根干燥可以按照本领域常规的方法实施，例如直接将洗净后的茜草根晾干。
在本发明所述的方法中，将干燥的茜草根进行粉碎可以按照本领域常规的方法实施，例如可以对干燥的茜草根进行机械粉碎。在优选情况下，机械粉碎的操作以获得尺寸为0.5-3毫米的茜草根粉末。
在本发明所述的方法中，对抽滤后得到的提取液进行蒸馏优选采用减压蒸馏的方式实施。更优选地，通过减压蒸馏将提取液的体积缩减至原提取液体积的1/8至1/3，进一步优选为1/6至1/4。
在本发明所述的方法中，通过冷冻干燥可以得到红色块状茜草天然燃料。
根据本发明的一种优选实施方式，从茜草中提取天然染料的方法包括：将茜草根洗净、晾干、机械粉碎，将得到的粉碎物置于0.1-5g/l的naoh溶液中，在50-100℃下，搅拌1-3h，其中，固液质量比为1:10-50；然后将得到的提取液进行真空抽滤，再经减压蒸馏得到浓缩液，将浓缩液经冷冻干燥后得到红色块状染料。
根据本发明的第二方面，本发明提供了由上述方法制备的天然染料。按照本发明所述的方法能够使茜草中绝大部分的色素充分溶解在碱性水溶液中，使得如此制备的天然染料在染色过程中可以获得明显较好的染色效果。
根据本发明的第三方面，本发明提供了一种染色方法，该方法包括用含有天然染料、媒染剂和水的染液对纺织品进行染色，其中，所述天然染料为按照本发明所述的提取方法制备的茜草天然染料。
在本发明中，所述染色的方式没有特别的限定，可以为本领域的常规选择。所述染色的条件可以包括：温度为50-100℃(例如可以为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃)，时间为0.5-3小时(例如可以为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h或3h)，ph值为4-11(例如可以为4、4.5、5、5.5或6)，浴比为1:10-50(例如可以为1:10、1:20、1:30、1:40或1:50)。
在本发明中，所述媒染剂可以为本领域的常规选择，例如可以为硫酸铝钾、硫酸锌、硫酸亚铁等。最优选地，所述媒染剂为硫酸铝钾。当所述媒染剂为硫酸铝钾时，本发明所述的茜草天然染料可以获得较好的染色效果。
在本发明中，用于染色的纺织品没有特别的限定，可以为任意常规的待染色纺织品，如散纤维、纱线、织物或成衣。
在本发明中，用于染色的纺织品的材质可以为棉、丝、毛、锦纶或它们的混纺产品。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
以下实施例和对比例中，茜草根购自亳州市方海药业有限公司；硫酸铝钾购自上海凌峰化学试剂有限公司。
实施例1
将茜草根洗净、晾干、机械粉碎，得到尺寸为0.5-3毫米的粉碎物。称取茜草根粉碎物10g，加入200ml浓度为0.1g/l的naoh溶液中，并在70℃下搅拌60min。接着对提取液进行真空抽滤，减压蒸馏至50ml，再经冷冻干燥得到红色块状茜草天然染料。
将待染色的丝绸放入由茜草天然染料、媒染剂硫酸铝钾和水组成的染液中进行染色，其中称取2g丝绸，茜草天然染料的质量占丝绸质量的4％，媒染剂硫酸铝钾的质量占丝绸质量的2％，染色时的浴比为1:40，染色温度为70℃，染色时间为60min，染液ph为5。染色后的丝绸进行水洗烘干，得到染色样品a1。
实施例2
将茜草根洗净、晾干、机械粉碎，得到尺寸为0.5-3毫米的粉碎物。称取茜草粉碎物10g，加入300ml浓度为0.5g/l的naoh溶液中，并在80℃下搅拌80min。接着对提取液进行真空抽滤，减压蒸馏至50ml，再经冷冻干燥得到红色块状茜草天然染料。
将待染色的丝绸放入由茜草天然染料、媒染剂硫酸铝钾和水组成的染液中进行染色，其中称取2g丝绸，茜草天然染料的质量占丝绸质量的3％，媒染剂硫酸铝钾的质量占棉纱线质量的3％，染色时的浴比为1:30，染色温度为70℃，染色时间为60min，染液ph为4.5。染色后的丝绸进行水洗烘干，得到染色样品a2。
实施例3
将茜草根洗净、晾干、机械粉碎，得到尺寸为0.5-3毫米的粉碎物。称取茜草粉碎物10g，加入300ml浓度为1g/l的naoh溶液中，并在90℃下搅拌90min。接着对提取液进行真空抽滤，减压蒸馏至50ml，再经冷冻干燥得到红色块状茜草天然染料。
将待染色的丝绸放入由茜草天然染料、媒染剂硫酸铝钾和水组成的染液中进行染色，其中称取2g丝绸，茜草染料的质量占丝绸质量的3％，媒染剂硫酸铝钾的质量占丝绸质量的4％，染色时的浴比为1:20，染色温度为70℃，染色时间为60min，染液ph为4。染色后的丝绸进行水洗烘干，得到染色样品a3。
实施例4
按照实施例3的方法提取茜草天然染料并进行染色，所不同的是，在制备茜草天然染料过程中所使用的碱性水溶液中的碱为na2co3，从而得到染色样品a4。
实施例5
按照实施例3的方法提取茜草天然染料并进行染色，所不同的是，在染色过程中所使用的媒染剂为硫酸锌，从而得到染色样品a4。
对比例1
按照实施例3的方法提取茜草天然染料并进行染色，所不同的是，在制备茜草天然染料过程中所使用的提取溶剂为25％的乙醇溶液，从而得到染色样品d1。
测试例
(1)染色样品k/s值的测量
使用测色配色仪器(购自美国datacolor公司，型号为datacolor110)分别对实施例1-5和对比例1制备的染色样品进行测量，测量各个试样的k/s值，测试结果如下表1所示。k/s值越大说明样品的表面颜色越深，样品表面的染料浓度越大；k/s值越小说明样品的表面颜色越浅，样品表面的染料浓度越低。
(2)色牢度的测试
按照gb/t3920-2008方法测试实施例1-5和对比例1制备的染色样品的干摩擦色牢度，结果如下表1所示。
按照gb/t3920-2008方法测试实施例1-5和对比例1制备的染色样品的耐湿摩擦色牢度，结果如下表1所示。
按照gb/t8427-2008方法测试实施例1-5和对比例1制备的染色样品的日晒色牢度，结果如下表1所示。
表1
通过表1的结果可以看出，采用本发明所述的从茜草中提取天然染料的方法制备的茜草天然染料具有明显较好的染色效果，具体地，染色样品的表面颜色更深，色牢度更好。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。