大自然的馈赠——天然染料(大自然天然染料)


现在苯胺主要用于制备 MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯,下游产品为聚氨酯),但在一百多年前苯胺最初登上历史舞台的时候,它最大的应用领域则是合成染料。以它为基础合成的苯胺紫也是人类历史上第一款合成染料。苯胺紫最早出现于 1856 年,但在那之前人类是如何获得各种颜色的呢?这是我们这一期的主要内容。

在没有合成染料的时代,天然染料就成了人类主要的染料来源。在这里我们需要强调的是,虽然众多无机矿物都有鲜明的颜色,但是由于他们对织物的结合能力非常差,实际上更多属于颜料的范畴,如果要对织物有效染色那就需要从动植物中提取有机物。

汉代马王堆墓出土的帛画,其中显红色的就是朱砂,也就是 HgS。但实际上这里朱砂的作用实际上类似于颜料,朱砂无法直接附着在布上,需要同树胶混合以后进行涂布。而且附着不牢固,非常容易掉色。

根据考古研究的结果,人类在公元前 3000 年前就开始使用天然染料了。最早被广泛应用的染料是蓝色染料,也就是靛蓝。

靛蓝主要从马蓝的枝叶中提取,大体提取方法是将马蓝的枝叶晒干切碎,然后用水与酒精提取,最后将溶剂蒸发就能得到靛蓝。靛蓝的染色工艺在古代主要是蜡染,就是在衣服上用蜡画出花纹,然后把衣服进行染色,不涂蜡的地方被染色,涂了蜡部位的依旧是本色,这样一来就有了我们常见老太太穿的蓝花布衣服。

而红色染料的来源主要有两种,一个是茜草,茜草原产于中国,是东方红色染料的来源,后来随着贸易在 16 世纪从土耳其传入欧洲。另一个就比较重口了,那就是所谓的虫胭脂。虫胭脂染料最早发源于地中海地区,是一种生长在橡树上的甲壳虫。

现代的虫胭脂染料实际上来源于地理大发现后的北美洲,这种胭脂虫主要长在仙人掌上,一直使用到今天,是天然红色色素的主要来源。大家吃的蛋糕或者面包上的红色染色剂大概率就是虫胭脂。虽然听起来有点恶心但好歹是天然的,比起苏丹红之类的东西不知道好了多少倍。

至于黄色染料,来源主要有两种,那就是黄木樨草和波斯浆果。其中黄木樨草在公元前 1000 年就被用于黄色染料。有了这红黄蓝三种颜色,人们就可以通过搭配调配出比较复杂的色彩。到了中世纪以前,在欧洲染料的种类已经相当丰富了,16 世纪的时候,欧洲已经出现了专门介绍染料的书籍,而染料也成了威尼斯商人主要的货物。随着地理大发现,各种来自南美洲与墨西哥的新物种进一步丰富了人类的染料库。上文提到的墨西哥胭脂虫以及美国黑栎黄之类的染料也被引入欧洲。我国在这一点上稍微有点吃亏,长期以来中原王朝统治的地方,都不在热带或者地中海气候地区,植物多样性上差一点,因此染料品种不是特别丰富。

十八世纪工业革命爆发,首先影响到的就是纺织业,蒸汽机很早就被应用于纺织工业中,纺织业迅猛发展的同时也带动了染料工业的发展。大量的染料种植园充斥欧洲以及美洲的殖民地。

早期的蒸汽织布机,效率非常高,可以达到传统人工织布的 5 倍,一度引发工人失业被禁止使用。

在这一时期天然染料的一些问题也暴露了出来,我们知道,染料主要追求两种特性:首先是颜色多样,可以调配,其次是要对织物有良好的亲和力,不掉色。往往天然染料因为来源有限这两点很难同时满足。早期的工业化生产中染料掉色的问题比较普遍。这也就催生了大量化学家开始对染色进行研究。这种研究包括两个方面,一方面是染色工艺的改进,另一方面他们开始提取并尝试分离这些染色物质。天然产物提取开始成为化学的热门课题,这也是近代有机化学发展中的一个重要推动力。终于,从 1850 年前后开始,人们开始陆续合成出各种染料中间体,并进一步得到合成染料,在短短几年间人们得到的染料种类就超过此前几千年的总和,到了今天天然染料已经非常少见了,合成染料占据了大部分染料市场。

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