不用印染,也能制作美丽霓裳?

作者:秦彧来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-02-15

有没有一种高大上的技术,不用印染也能制作出五颜六色的面料及服装呢?

  在纺织服装行业已经高度发达成熟的今天,我们可以随心随意地获得任何色彩的面料与服装,分分钟把自己打扮成高帅富或是白富美。想要生产出色彩缤纷的时髦服装,自然离不开高超的纺织品印染技术。

五颜六色的染色纤维可以编织出色彩艳丽的服装面料

五颜六色的染色纤维可以编织出色彩艳丽的服装面料(网络图)

  然而,不论是生产还是使用化学染料的过程都是高污染、高排放的,这对我们赖以生存的地球环境构成了很大的危害。在我国一些纺织印染产业发达的地区,人们赖以生存的土地与河流早已变得面目全非。从另一方面看,有毒有害的化学染料及印染助剂不仅会污染环境,在织物成品中也不可避免地存在残留,从而会直接威胁我们这些普通消费者的身体健康。

印染废水把浙江小镇中的河流污染成了黄色

印染废水把浙江小镇中的河流污染成了黄色(网络图)

  那么问题来了,我们该如何消除化学染料的环境污染,并且防范它们对人体的危害?

  生物染料难当大任

  使用天然生物提取物作为染料,似乎是个不错的污染解决方案。古代欧洲的主力染料是取自茜草的红色,以及来自一种海产骨螺的推罗紫。我国古代的能工巧匠们非常善于利用植物印染织物,仅仅用于印染蓝色的植物染料便多达数十种,美美哒的古法蓝印花布近年来就相当流行。更重要的是,纯天然动植物染料通常是没有任何毒性滴!

植物染料印染的古法蓝印花布有着独特的美感

植物染料印染的古法蓝印花布有着独特的美感(网络图)

  使用天然生物染料的设想看起来很美,可惜并不能从根本解决使用染料带来的污染问题。生物提取物的色彩并不丰富,可以良好染色的纤维种类也相当有限,这使得它们的使用范围颇受限制。更严重的问题在于,生产与使用天然生物染料导致的环境问题一点也不见得小。大量采摘花花草草或是抓捕海螺做染料,肯定会破坏生态平衡吧?染料生产和印染过程中排放大量污水,一样会影响环境吧?由于生物染料的色牢度不好,在使用过程还是得经常使用化学助剂,织物上照样残留毒性没商量!

天然生物染料的生产和使用过程同样不能避免污染

天然生物染料的生产和使用过程同样不能避免污染(网络图)

  这么说……为了过上环保健康的生活,大家难道不得不与心爱的花衣裳说再见?!爱美的我们可是万万不能接受滴!为什么不能有一种高大上的技术,不用印染也能制作出五颜六色的面料及服装呢?!

  天生“杂毛”必有用

  不要觉得无需印染的多彩服装是天方夜谭!无所不能的科学家们早就在研究既不使用染料,又能获得各种彩色纤维的黑科技了。他们睿智的目光首先投射到了历史悠久的天然纤维之上。

  天然纤维原本并不缺乏与生俱来的色彩。黄、棕、浅绿色的原生棉花品种一直存在,棕色或黄色则是麻纤维与羊毛的常见色型。因为品种与饲料不同,可爱的蚕宝宝也可能吐出金色、粉色或嫩绿色的蚕丝。从古至今,利用天然纤维的自然色彩制作出的美丽纺织品并不鲜见,传说中华人文始祖嫘祖就织出过浅黄色的丝绸。

  进入工业化大生产之后,为了便于控制质量与高效生产,纺织品生产中开始排斥有色纤维的使用。混迹于白色纤维中的杂色纤维成了严重影响质量的问题,必须通过煞费苦心的分拣或代价高昂的漂白才能补救。从种植棉苗开始,棉农们就会严防包含有色纤维的棉桃出现。他们还会使用特制的布袋采收与搬运原棉,以防其中混入异色纤维并影响最终的售价。出产有色羊毛或蚕丝的动物个体,也被当成携带劣质基因的异种而惨遭无情的清除。

  既然人们要设法与染料说拜拜,长久遭受冷落的天然彩色纤维立刻就成了香饽饽。棉花占据了世界天然纤维总产量的80%以上,对于彩棉的研究因而一直最受重视。科学家们综合运用传统选育方法以及转基因等现代育种技术,获得了一系列五彩纷呈的棉花新品种,当下尤其以棕色系彩棉的种植最为广泛。

色彩淡雅的棕色彩棉已经成为天然纤维新贵之一

色彩淡雅的棕色彩棉已经成为天然纤维新贵之一(网络图)

  作为世界蚕丝产业的绝对中心,我国的农业科学家也没少折腾家蚕和野蚕。通过反复选育良种、改变蚕宝宝的食谱等手段,如今我们已经拥有了好几种色系的彩色蚕茧,缫出的蚕丝不仅颜色漂亮而性状稳定。利用天然金色蚕丝织出的绸缎比人工染色产品更加光彩夺目,完全称得上高端大气上档次。

金色蚕丝织物可谓高端大气上档次

金色蚕丝织物可谓高端大气上档次(网络图)

  化学纤维显色难

  天然纤维生产摆脱染料依赖症的努力成绩斐然,这使得化学纤维的研发者们有点压力山大。与有着数千年历史的天然纤维相比,使用化工原料人工制造纤维的历史只有短短的一百二十多年。由于价格相对低廉而又性能优良,化学纤维的世界消费量早已成功逆袭,稳稳占据着世界纤维市场三分之二左右的份额。然而如果跟不上绿色环保的时代潮流,化学纤维还怎么好意思继续充当业界的领头羊呢?

  大部分天然彩色纤维的显色原理与印染出的色彩并没有本质不同,只不过是用生物自产的纯天然色素取代了化学合成色素。与这些可以自带色素的天然纤维相比,无论是来自石化工业的合成纤维原料,还是制造人造纤维所需的天然纤维素原料却都是无色或白色的。融化这些聚合物原料一般需要200度以上的高温,或是使用特定的化学溶剂,直接在生产过程中加入染料很容易分解变色。即便能研发出热稳定性高的新型染料,在喷丝时加入染料与在印染时使用染料不过是五十步笑百步,这种毫无技术含量的做法无法满足我们对纺织业环保健康的高标准严要求。

传统合成纤维和人造纤维的美色来自各种染料

传统合成纤维和人造纤维的美色来自各种染料(网络图)

  不使用任何染料,却要用无色的化学原料生产出彩色的纤维及面料,科学家们该怎么完成这个看似不可能的任务呢?

  翩翩蓝蝶化彩衣

  其实,神奇的大自然早就为人类指明了方向。地球上生活着无数种色彩艳丽的动植物,它们漂亮的体色主要来两种途径。生物的化学色是指生物通过从外界摄取或是自身合成色素来呈现颜色,这种显色原理与我们印染纺织品差不多。然而,以鸟类、蝴蝶与甲虫为代表的众多生物,还有另一种装扮自己的色彩魔术,那就是神奇的结构显色。结构色并不依赖色素,而是通过可见光在生物体表上的细微结构上发生折射、衍射或干涉等光学效应而产生,鸟类的酷炫羽毛、蝴蝶翅膀与甲虫鞘翅的闪亮虹彩,都是结构色的典型表现。

火喉蜂鸟璀璨的色彩来自羽毛表面的独特微观结构

火喉蜂鸟璀璨的色彩来自羽毛表面的独特微观结构(网络图)

  通过模仿诸如蝴蝶翅膀上的鳞片、鸟类羽毛中光子晶体等精妙的构造,人们已经制造出了很多带有绚丽结构色的物品,如用于印制钞票的变色油墨、各种激光防伪标志与标签等等。如果通过开发新工艺,使得化学纤维也具有可以产生结构色的微观构造,我们是否可以获得不需要染色的彩色纤维呢?

  科学家们的实验结果肯定了这种大胆的设想。在充分研究了一种美洲蓝闪蝶的翅膀鳞片结构后,日本帝人集团于2000年推出了一种由多达61层无色纳米级薄膜构造而成的新型化学纤维。这种以闪蝶命名的Morphotex纤维内部有着复杂的光学干涉作用,从而可以呈现出奇妙的红、蓝、绿、紫等底色,并随着光线入射角的变化闪耀着彩虹般的光芒。采用这种神奇“蝴蝶纤维”制作的织物,完全无需染色便可以具备高雅华贵的色彩,甫一面世便引发了一场小小的轰动。

Morphotex纤维的色彩形成原理模仿了蓝闪蝶的翅膀,因此被称为“蝴蝶纤维”,用这种纤维制作的礼服不需印染就能呈现高贵的色彩。

Morphotex纤维的色彩形成原理模仿了蓝闪蝶的翅膀,因此被称为“蝴蝶纤维”,用这种纤维制作的礼服不需印染就能呈现高贵的色彩。(网络图)

  奇妙构造显美色

  除了Morphotex纤维的薄膜工艺,能够产生结构色的纤维形态还有许多。将一种聚合物原料分散于另一种母体聚合物原料之中,使得整根纤维成为母体材料包裹无数异质细丝的构造,从横断面上看起来像是大海中分布着无数异质成分的岛屿,这就是近年来颇受关注的海岛型纤维。设法将纤维的母体“海洋”去除之后,无数独立的“岛屿”便成为了一根根细到不可思议的纤维。一根海岛型纤维单丝的旦数可以低至0.05D,也就是说9000米长的纤维只有0.05克重,这种纤维单丝的直径甚至比绝大多数细菌的身材还要迷你。

  生产海岛型纤维的初衷,是为了得到性能优良的超细纤维或者中空纤维。然而这些纳米级的超细纤维组合在一起之后,同时也是一种与生物光子晶体非常相似的二维光学构造,因而也能产生微妙而绚丽的结构色。成千上百根海岛型单纤的不同组合能够产生比Morphotex纤维更加丰富多彩的颜色,而且可以避免Morphotex纤维那种薄膜构造导致的炫目虹彩效应。

超细海岛型结构色纤维有着孔雀尾羽般艳丽多变的色彩

超细海岛型结构色纤维有着孔雀尾羽般艳丽多变的色彩(网络图)

  如果将聚合物原料制成结构类似光子晶体的纳米级小球,然后融合成具有三维立体构造的化学纤维,或是将这些人造光子晶体沉积在其他纤维的表面形成一层或多层“外挂”,也能得到具有结构色的纤维。这种带有无序三维人造光子晶体结构的纤维,能够呈现出更加稳定均匀的结构色,人们看到的色彩几乎不受光线入射角的影响,相当接近于传统染色纺织品的观感。利用人造光子晶体“外挂”实现纤维显色的生产工艺还有一个很大的优点,那就是既可以用于化学合成纤维,也可以用来对白色天然纤维来一个神奇的改头换面。

三维构造的纤维,理论上可以呈现出更加稳定均匀的结构色

三维构造的纤维,理论上可以呈现出更加稳定均匀的结构色(网络图)

  霓裳之路仍漫漫

  原来,不用染料也能拥有彩色纤维的方法竟然如此之多!那么,人类是不是可以果断和染料厂、印染厂这些危险的东东说再见了?这样的话,我们的生活环境会更加清洁,我们的衣柜也会更加安全!

  非常遗憾的是,我们心爱的缤纷服装暂时还离不开印染技术。虽然科学家们已经培育出了众多色型的彩色棉花、蚕丝与羊毛,天然纤维的颜色丰富度仍然无法与化学染料相提并论。天然彩色纤维的色彩通常比较淡雅,在鲜艳程度上还不能满足时尚人士的极致追求。有限的产量与高昂的价格,也使得天然彩色纤维织物暂时只能位列小众产品的行列。

色彩平淡的彩棉织物多用于制作婴童服装和内衣

色彩平淡的彩棉织物多用于制作婴童服装和内衣(网络图)

  结构色纤维的研究成果大多还处于实验室阶段,大部分产品的实用性还存在或多或少的问题,因此几乎都没有投入量产。Morphotex纤维虽然名噪一时,用它制作出的面料却不仅比真丝还要贵上好几倍,而且必须采用繁琐的特殊方法洗涤。这种价格坑爹而又难以伺候的家伙,问世之后只能作为高档礼服偶尔露一小脸。技术超群的Morphotex纤维因此一直叫好不叫座,帝人集团不得不于2011年黯然将其停产。

  在人类服装发展史上,我们的先辈历经数千年的艰辛求索才发明出各种印染技术,使得今天的我们拥有了五彩缤纷的时尚织物。摆脱对染料的过度依赖,让纺织服装更加健康环保的过程必然也是漫长曲折的。只要我们坚持不懈地研发实践,总有一天能够实现完全不用染料就能制作美丽霓裳的美好期许。

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  参考文献:

        1、《帝人化学2006年研发报告)》

        2、 《自发色纤维产品Morphotex》 来源:《产业用纺织品》2001年第08期 作者:许元巨;

        3、 《结构色纤维的研究进展》 来源:《印染》 2016年 第14期 作者:郭彦丽 刘建才 王艳红 徐海兵 祝颖丹 陈刚;

        4、 《国际天然彩色棉及绿色纤维的研究动态》 来源:《中国标准化》 2005年 第9期 作者:徐生强 李贤清 徐成 曾桂材 冯小洁

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