草木染提高色牢度实验方法与流程

本发明涉及植物染织领域。

背景技术：

本发明利用草本植物，通过天然提取的方式对布料原料进行染色，选取作为染料的草本植物有茜草、五倍子、栀子、红花、石榴皮，由于其含有天然的色素，通过高温提纯的方式获取染色色彩可以达到对物料染色的效果。一直以来我国传统植物染织均为艺术性传承，没有统一的上色标准。并且在传统的染色工艺过程中，媒染剂是工艺中不可或缺的媒介物质。在本项目中，本组成员在媒染剂的选取上做了考究，拟选用工业上已经制备好的工业原料来代替传统手法制备的媒染剂。发明研究不同染料下、不同时间、以及不同工业生产的化学原料做媒染剂对不同织物上色程度。

技术实现要素：

草木染提高色牢度实验方法，选取了棉布、麻布、丝绸三种不同的布料在冷水中进行预缩处理后在干净的桌面上将预缩的布料平铺，以待自然晾干；

其特征在于，还包括以下步骤：

选用为茜草、五倍子、栀子、藏红花或石榴皮；加入量为50g兑水5l作为染剂，预缩处理后的布料浸没在染剂中，染剂达到沸腾后渲染20-75分钟；

选取了十二水硫酸铝钾或碳酸钙10g兑水1.4l作为媒染剂，或者硫酸亚铁0.55g兑水1.4l作为媒染剂；渲染后的布料在媒染剂中放置20-30分钟后用清水洗净，自然晾干。

以下为优选的技术方案：

对于丝绸布料，五倍子50g兑水5l作为染剂时染色25分钟，硫酸亚铁0.55g兑水1.4l作为媒染剂。

对棉布布料，茜草50g兑水5l作为染剂时染色50分钟，碳酸钙10g兑水1.4l作为媒染剂。

对于丝绸布料，栀子50g兑水5l作为染剂时染色50分钟，十二水硫酸铝钾10g兑水1.4l作为媒染剂。

本发明在媒染剂的选取上做了考究，拟选用工业上已经制备好的工业原料来代替传统手法制备的媒染剂。本发明提高了媒染剂对不同织物上色程度。

附图说明

图1-1预缩未染色的麻面料的不同放大倍数电镜照片

图1-2预缩未染色的棉面料的不同放大倍数电镜照片

图1-3预缩未染色的丝面料的不同放大倍数电镜照片

图1-4染色后十二水硫酸铝钾处理的丝面料的不同放大倍数电镜照片

图1-5染色十二水硫酸铝钾处理的麻面料的不同放大倍数电镜照片

图1-6染色后十二水硫酸铝钾处理的丝面料的不同放大倍数电镜照片

图1-7染色后硫酸亚铁处理的丝面料的不同放大倍数电镜照片

图1-8染色后碳酸钙处理的丝面料的不同放大倍数电镜照片

图2为五倍子硫酸亚铁染色25分钟丝质色卡

图3为茜草碳酸钙染色50分钟棉质色卡

图4为栀子十二水硫酸铝钾染色50分钟丝质色卡

图5为本发明流程图。

具体实施方式

在染料的过程中，实验员拟控制的变量为：

1.原料，选取了棉布、麻布、丝绸，三种不同的布料；

2.染剂，每种50g，兑水5l。选用的均为天然的草本植物，分别为茜草、五倍子、栀子、藏红花、石榴皮；

3.媒染剂，选取了十二水硫酸铝钾(十二水合硫酸铝钾)、碳酸钙各10g，兑水1.4l，硫酸亚铁0.55g兑水1.4l；

4.染色的时间，在达到沸腾后的染剂以20分钟为一个梯度，渲染时间控制为20/40/60分钟。

本组实验员在平行实验中，改变以上条件的其中之一作为控制变量，通过最后染色布料颜色的比对，得到最佳的操控条件，可量化生产。

表2-1实验控制变量

预处理实验

1.布料原料处理

将现有的布料原料(棉布，麻布，丝绸)，通过手工直丝下料的手法对其进行裁剪，用米尺控制布料的大小，将布料均等的裁剪为12cm×6cm的长方形布料，以待后续的加工染色。将每种不同面料的原材料制备成同等大小的小样各50块，待其通过改变控制变量做平行实验。裁剪好的布料在冷水中进行预缩处理，每种布料浸泡在不锈钢盆内，用冷水将其全部覆没，该过程需要20分钟。其后在干净的桌面上将预缩的布料平铺，以待自然晾干，以备后续实验使用。待使用的原料如下表2-2可视：

表2-2实验原料

2.染剂预处理

染剂的制备分为溶剂和溶质的制备：

对于溶质而言，本组成员选用了五种天然草本植物作为我们的备用原料，分别为茜草、五倍子、栀子、藏红花、石榴皮。将备用的草本植物用烧杯盛取，至电子天平上称量每种各50g，待用。

对于溶液而言，用2.5l不锈钢盆接取自来水，大约5l，倒入选取的5个型号尺寸相同的大口径蒸锅，待用。

将5个蒸锅编号，分别对于茜草、五倍子、栀子、藏红花、石榴皮五种不同的植物原材料，将其编号为1-5号锅，方便之后实验的记录以及实验操作。将之前称量好的植物原材料倒入对应的蒸锅中，制备得到即将升温加热而提取染色的染剂。即如下表2-3可视：

表2-3蒸锅编号及其对应的物质

3.媒染剂预处理：

本组选用了三种物质作为媒染剂，分别为十二水硫酸铝钾(十二水合硫酸铝钾)、碳酸钙、硫酸亚铁。对应不同媒染剂，我们处理的用量有一定的区别，以下是不同媒染剂的处理过程：

a.十二水硫酸铝钾；将待用十二水硫酸铝钾用烧杯盛取，至电子天平上称量10g，待用。提前准备好5个足够深的不锈钢盆，接用1.4l自来水，将称量好的十二水硫酸铝钾倒入，搅拌混合均匀，同样依次编号对应不同的植物染料所对应的蒸锅，以备不同布料在相同染料下进行媒染；

b.碳酸钙；将待用碳酸钙用烧杯盛取，至电子天平上称量10g，待用。提前准备好5个足够深的不锈钢盆，接用1.4l自来水，将称量好的碳酸钙倒入，搅拌混合均匀，同样依次编号对应不同的植物染料所对应的蒸锅，以备不同布料在相同染料下进行媒染；

c.硫酸亚铁；基于传统工艺手段，硫酸亚铁的用量为布料质量的百分之三到百分之五。在称量了棉布、麻布、丝绸，三种布料裁剪且预缩后的小样各五块，取得各种布料依次的平均质量为3.74g(棉布)，4.84g(麻布)，2.43g(丝绸)，硫酸亚铁的定量均取其平均质量的百分之五，将硫酸亚铁称量好，待用。提前准备好5个足够深的不锈钢盆，接用1.4l自来水，将称量好的硫酸亚铁倒入，搅拌混合均匀，同样依次编号对应不同的植物染料所对应的蒸锅，以备不同布料在相同染料下进行媒染；

在三种媒染剂都配制好的情况下，其所用的不锈钢盆同样依次对应不同的植物染料所对应的蒸锅，将其编号，并放置在干净的方桌上，待用。

4.其它预处理：

1.考虑到要同时对五口锅进行加热，将其分开在不同电线口进行工作，同时为了避免实验操作失误，按逆时针的方向将1-5号锅进行了排列。在未对染料加热之前，随机选取了三个电磁炉，将其调至烧水档位，待自来水沸腾，用温度计测试，水温为99.6℃，即我组认为，同款的电磁炉，在烧水档位所对应的温度约为100℃。

此后，将需要加热的染剂所用的大口径蒸锅依次放上苏泊尔c21-sdhc1314型电磁炉，待加热染色。

2.考虑到在预缩后和媒染后的布料需要自然晾干，为了避免人为等一系列客观因素的影响，选用了三张大的方桌，提前准备好并擦拭干净，并有序的为布料分好区域，待其自然晾干。

3.实验前，实验小组成员均配制好实验手套，口罩以及实验服等用具，避免实验的安全事故，同时规范了实验操作流程。

记录实验环境下的温度和湿度，室温为22℃，湿度为27(％rh)。将预缩的布料原材料按不同的染料锅对应的也分为五组，每组中按平行实验需要放置棉布、麻布、丝绸各10块。将放好染料的大口径蒸锅放置在电磁炉上，将电磁炉均调制到烧水档位，时间保持为10分钟，将蒸锅加盖待至加热沸腾。

在所有染剂都至沸腾状态后记录时间，在此煮沸状态下稳定5分钟，此后，将分置好的布料原料同时放入各染料锅中进行均匀染色。

在染色过程中，分派小组成员负责对锅内的布料同时进行搅拌，以确保每块布料的染色效果近乎无区别，在放入布料的同时记录时间，为后续控制染色时间梯度做基准。

第一批样品制备

在将布料加入染料锅后持续保持煮沸状态20分钟，以保证染色效果。依照之前排序的染锅顺序，同时选取棉布、麻布、丝绸不同面料的染色后样品各三块，以备后续的媒染。将染色20分钟的布料均视为第一批次样品，在五种不同染料染色下的第一批样品放入依次对应的不同媒染剂不锈钢盆中。

例如：在茜草染锅中，对棉布原材料染色20分钟，之后放入对应茜草染锅的十二水硫酸铝钾媒染剂不锈钢盆中进行媒染。同批次样品平行进行媒染，在媒染操作时手动使不同布料均匀的与媒染剂接触，同时尽可能将染锅中的染料物质漂干净，平铺以确保每种布料的媒染效果无明显差异，在媒染剂中静置20分钟。此后，将媒染过的布料依次捞出，用清水洗净，放置在之前准备好的方桌上，避免大量平行实验出错，记录控制变量并编号，如(20分钟/十二水硫酸铝钾/棉布/茜草)，待自然晾干。

第二批样品制备

在将布料加入染料锅后持续保持煮沸状态40分钟，以区别第一批次样品染色效果。同样，依照之前排序的染锅顺序，同时选取棉布、麻布、丝绸不同面料的染色后样品各三块，以备后续的媒染。将染色40分钟的布料均视为第二批次样品，在五种不同染料染色下的第二批样品放入依次对应的不同媒染剂不锈钢盆中。

例如：在茜草染锅中，对棉布原材料染色40分钟，之后放入对应茜草染锅的十二水硫酸铝钾媒染剂不锈钢盆中进行媒染。同批次样品平行进行媒染，在媒染操作时手动使不同布料均匀的与媒染剂接触，同时尽可能将染锅中的染料物质漂干净，平铺以确保每种布料的媒染效果无明显差异，在媒染剂中静置20分钟。此后，将媒染过的布料依次捞出，用清水洗净，放置在之前准备好的方桌上，避免大量平行实验出错，记录控制变量并编号，如(40分钟/十二水硫酸铝钾/棉布/茜草)，待自然晾干。

第三批样品制备

在将布料加入染料锅后持续保持煮沸状态60分钟，以区别之前两次制备的样品染色效果。同样，依照之前排序的染锅顺序，同时选取棉布、麻布、丝绸不同面料的染色后样品各三块，以备后续的媒染。

将染色60分钟的布料均视为第三批次样品，在五种不同染料染色下的第三批样品放入依次对应的不同媒染剂不锈钢盆中，例如：在茜草染锅中，对棉布原材料染色60分钟，之后放入对应茜草染锅的十二水硫酸铝钾媒染剂不锈钢盆中进行媒染。

同批次样品平行进行媒染，在媒染操作时手动使不同布料均匀的与媒染剂接触，同时尽可能将染锅中的染料物质漂干净，平铺以确保每种布料的媒染效果无明显差异，在媒染剂中静置20分钟。

此后，将媒染过的布料依次捞出，用清水洗净，放置在之前准备好的方桌上，避免大量平行实验出错，记录控制变量并编号，如(60分钟/十二水硫酸铝钾/棉布/茜草)，待自然晾干。

将三批样品制备完成后，待自然晾干，次日收取。

1.通过一夜的自然晾干，得到不同效果上色的布料，如：

2.本组通过比对潘通色卡校对颜色的差异，比对色卡为行业要求标准比色卡

a.本组利用五倍子染料对棉布原材料的染色，通过染色20分钟，之后加入硫酸亚铁媒染剂，最终得到的染色布料，对比潘通色卡，其色号为pantone17-2601tpgzinc。

b.本组利用栀子染料对棉原材料的渲染，通过染色40分钟，之后加入十二水硫酸铝钾媒染剂，最终得到的染色布料，对比潘通色卡，其色号为pantone15-0751tpglemoncurry。

c.本组利用茜草染料对棉原材料的渲染，通过染色60分钟，之后加入碳酸钙媒染剂，最终得到的染色布料，对比潘通色卡，其色号为pantone15-1516tpgpeachbeige。

3.人造纤维是非常非常规整的或者说是非常有规律的，然而天然的纤维如羊毛、蚕丝、棉花等等的纤维是比较不规整的，每根直径都可能不同的，甚至连同一根纤维上直径分布也不同。

a.本组利用了高倍的电子显微镜，将未经过处理的布料以及染色后的布料在电子显微镜下拍摄，希望观察到其微观下的变化。

如：

图1-1预缩未染色的麻面料的不同放大倍数电镜照片

图1-2预缩未染色的棉面料的不同放大倍数电镜照片

图1-3预缩未染色的丝面料的不同放大倍数电镜照片

在只预缩而未染色的不同面料中，本组可以看出在低倍50倍的sem图下，可以看出物质都是成捆交错的。在相同放大倍数500倍的sem图(电子显微镜照片)下，每种面料所显示的单一物料都相对均匀，但麻物质的单位直径略高于其他两种物料。

b.对比在相同处理条件下的麻和丝的电镜照片：

其均在栀子染料，染色60分钟，之后用十二水硫酸铝钾作为媒染剂。

图1-4染色后十二水硫酸铝钾处理的丝面料的不同放大倍数电镜照片

图1-5染色十二水硫酸铝钾处理的麻面料的不同放大倍数电镜照片

由上图我们可以看出，同等500倍放大的sem照片，可以看出丝的单根纱织上相比麻的单只纤维有附着物的显示，而在实际肉眼可以观察到的情况下，丝物质的着色效果也确实略高于麻的着色。实验成员猜测，丝物质更容易与染色剂或者媒染剂接触，从而表现更佳的着色效果。

c.对比不同条件下处理的丝的电镜照片

考虑到当前丝的上色效果最佳，本组选取了媒染剂不同，而其余平行实验条件相同的丝实验成品：

1.在栀子染料，染色60分钟，之后用十二水硫酸铝钾作为媒染剂的丝实验成品；

2.在栀子染料，染色60分钟，之后用硫酸亚铁作为媒染剂的丝实验成品；

3.在栀子染料，染色60分钟，之后用碳酸钙作为媒染剂的丝实验成品；

以下是其不同放大倍数的sem照片：

图1-4染色后十二水硫酸铝钾处理的丝面料的不同放大倍数电镜照片

图1-5染色十二水硫酸铝钾处理的麻面料的不同放大倍数电镜照片

图1-6染色后十二水硫酸铝钾处理的丝面料的不同放大倍数电镜照片

图1-7染色后硫酸亚铁处理的丝面料的不同放大倍数电镜照片

图1-8染色后碳酸钙处理的丝面料的不同放大倍数电镜照片

由上图我们可以看出，在低倍50倍放大的sem照片中，三种媒染剂不同的成品没有太大的差异，而在高倍500倍放大的sem照片中，可以明显的看出十二水硫酸铝钾和碳酸钙做媒染剂的成品在微观下有所附着的物质多于硫酸亚铁做媒染剂的成品，在实际成色中，也看出硫酸亚铁的上色效果是差于这两种媒染剂效果的。本组推测是是在媒染剂的制备过程中，硫酸亚铁的浓度过低，上色并不明显。

通过实验，拟控制不同变量而观察不同条件对物料上色效果的区别，我们发现了3套最优数据：

最优数据1：

五倍子50g兑水5l作为染料时，硫酸亚铁0.55g兑水1.4l作为媒染剂的上色效果最好。例如：五倍子染料对丝绸原材料的染色，通过染色25分钟，之后加入硫酸亚铁媒染剂，最终得到的染色布料，颜色均匀无杂色，色彩高端典雅。经测试水洗色牢度达到四级，日照色牢度为六级。

(图2为五倍子硫酸亚铁染色25分钟丝质色卡)

最优数据2：

茜草50g兑水5l作为染料时，碳酸钙10g，兑水1.4l作为媒染剂的上色效果最好。例如：茜草染料对棉布原材料的染色，通过染色50分钟，之后加入碳酸钙媒染剂，最终得到的染色布料颜色均匀无杂色，色彩高端典雅。经测试水洗色牢度达到三级，日照色牢度为六级

(图3为茜草碳酸钙染色50分钟棉质色卡)

最优数据3：

栀子50g兑水5l作为染料时，十二水硫酸铝钾10g，兑水1.4l作为媒染剂的上色效果最好。例如：栀子染料对丝绸原材料的染色，通过染色50分钟，之后加入十二水硫酸铝钾媒染剂，最终得到的染色布料，颜色均匀无杂色，色彩高端典雅。经测试水洗色牢度达到四级，日照色牢度为六级(图4为栀子十二水硫酸铝钾染色50分钟丝质色卡)

虽然实验资源非常有限，但是得出的结论足以证明草木染在科学技术的生产下，是可以慢慢色牢度低的问题的。使这一门工艺在不缺乏艺术性的前提下更具有科学性，更易规范生产，施行最大效率的产业化。