不用印染，也能制作美丽霓裳？

在今天高度发达和成熟的纺织和服装行业，我们可以*获得任何颜色的织物和服装，每分钟都装扮成高帅的富人或白人。如果你想生产色彩鲜艳的时尚服装，你自然离不开高超的纺织印染技术。

彩色染色纤维可编织彩色服装面料(网络图)

然而，化学染料的生产和使用都是高污染和高排放的，这对我们赖以生存的地球环境造成了极大的危害。在中国一些纺织印染工业发达的地区，人们赖以生存的土地和河流早已面目全非。另一方面，有毒有害的化学染料和染色助剂不仅会污染环境，而且不可避免地残留在织物成品中，从而直接威胁到我们普通消费者的健康。

印染废水已经将浙江小城镇的河流污染成黄色(网络图)

接下来的问题是，我们如何消除化学染料对环境的污染，防止它们对人体的伤害？

生物染料很难指定

使用天然生物提取物作为染料似乎是一个很好的污染解决方案。古代欧洲的主要染料是茜草的红色和海洋骨钉的绿松石。在古代中国，熟练的工匠非常擅长用植物印染织物。仅用来染蓝色的植物染料就有几十种。近年来，美丽的古法蓝印花布变得相当流行。更重要的是，天然动植物染料通常不含任何有毒物质！

用植物染料印花的古代发兰印花布具有独特的美感(网络图)

使用天然生物染料的想法看起来很美，但不幸的是它不能从根本上解决使用染料造成的污染问题。生物提取物颜色不丰富，可染性好的纤维种类十分有限，限制了其应用范围。更严重的问题是，生产和使用天然生物染料造成的环境问题一点也不小。大量采摘花草或捕捉海螺制作染料肯定会破坏生态平衡，不是吗？染料生产和印染过程中会排放大量的污水，这也会对环境造成影响？由于生物染料的色牢度不好，在使用过程中仍然需要频繁使用化学添加剂，对织物的残留毒性仍然没有商量的余地！

在天然生物染料的生产和使用中，污染是无法避免的(网络图)

因此...为了过上环保和健康的生活，你必须和你心爱的化装服说再见吗？！我们不能接受美！为什么我们不能有一种不用印染就能生产彩色织物和服装的高科技呢？！

自然的“杂毛”一定很有用

不要认为没有印染的多彩服装是天方夜谭！全能的科学家长期以来一直在研究不用染料就能获得各种彩色纤维的黑色技术。他们睿智的目光首先投向了历史悠久的天然纤维。

天然纤维并不缺乏固有的颜色。黄色、棕色和浅绿色的原棉品种一直存在，而棕色或黄色是大麻纤维和羊毛的常见颜色类型。因为品种不同于饲料，可爱的蚕宝宝也会吐出金色、粉色或嫩绿色的丝。从古代到现在，用天然纤维的天然颜色制作美丽的纺织品并不罕见。传说中国人文主义的创始人雷祖曾织过淡黄色的丝绸。

在进入工业大规模生产之后，为了便于质量控制和高效生产，有色纤维的使用开始在纺织品生产中被拒绝。混合在白色纤维中的混色纤维已经成为一个严重的质量问题，必须通过细致的分类或昂贵的漂白来解决。从种植棉花幼苗开始，棉农将严格防止含有有色纤维的棉桃的出现。他们还将使用特殊的布袋来收集和运输原棉，以防止原棉与不同颜色的纤维混合，影响最终销售价格。生产有色羊毛或丝绸的个体动物也被无情地排除在外，成为携带劣等基因的异种动物。

由于人们试图告别染料，长期被忽视的天然有色纤维立即成为热门话题。棉花占世界天然纤维总产量的80%以上，因此对彩棉的研究一直备受关注。科学家们综合利用传统育种方法和转基因等现代育种技术，获得了一系列彩色棉花新品种，其中棕色棉花是目前种植最广泛的品种。

淡雅的棕色棉已经成为一种新的丰富的天然纤维(网络图)

作为世界丝绸工业的绝对中心，中国的农业科学家没有放过蚕和天蚕。经过不断的良种繁育和蚕宝宝饮食的变化，我们现在已经有了几个彩色的蚕茧，缫丝不仅色泽美丽，而且品质稳定。用天然金色丝绸织成的丝绸比人工染色的产品更耀眼，完全配得上高端大气。

金丝织物在大气中可以说是高端和高档的(网络图)

化学纤维很难显色。

在生产天然纤维以摆脱对染料的依赖方面取得了巨大成就，这给化学纤维的开发者带来了一点压力。与有几千年历史的天然纤维相比，使用化学原料生产人造纤维的历史只有120年。由于其相对较低的价格和优异的性能，化学纤维的世界消费量已经成功逆转，并已稳步占据了世界纤维市场的约三分之二。然而，如果它跟不上绿色环保的时代潮流，化纤又怎能不为继续保持行业领先地位而感到羞耻呢？

大多数天然彩色纤维的显色原理与印刷和染色的颜色没有本质上的不同，但只有生物体产生的天然色素取代了化学合成色素。与这些能自带颜料的天然纤维相比，来自石化工业的合成纤维材料和制造人造纤维所需的天然纤维素材料都是无色或白色的。熔化这些聚合物原料通常需要超过200度的高温或者使用特定的化学溶剂。在生产过程中直接添加染料容易分解和变色。即使能够开发出一种具有高热稳定性的新型染料，在纺丝过程中添加染料和在印染过程中使用染料也只是一种称之为釜底抽薪的做法。这种方法没有技术含量，不能满足我们纺织行业对环保和健康的严格要求。

传统合成纤维和人造纤维的美丽来自各种染料(网络图)

科学家如何完成这项看似不可能的任务，不用任何染料就能从无色化学物质中生产出有色纤维和织物？

扁扁蓝色蝴蝶色衣服

事实上，神奇的大自然早已为人类指明了方向。地球上生活着无数多彩的植物和动物。他们美丽的身体颜色主要来自两个方面。生物的化学颜色指的是生物体从外部吸收的颜色或自身合成的颜色。这种颜色发展的原则类似于我们的纺织印染。然而，以鸟类、蝴蝶和甲虫为代表的许多生物也有另一种色彩魔法来装扮自己，那就是魔法结构色彩渲染。结构色不依赖于色素，而是由光学效应产生的，如折射、衍射或可见光对生物体表面精细结构的干扰。鸟类凉爽的羽毛，蝴蝶翅膀和甲虫鞘翅明亮的彩虹色是结构颜色的典型表现。

火烈鸟明亮的颜色来自羽毛表面独特的微观结构(网络图)

通过模仿蝴蝶翅膀上的鳞片和鸟羽毛上的光子晶体等精细结构，人们已经生产出许多具有绚丽结构色彩的物品，如印刷钞票的变色油墨、各种激光防伪标记和标签等。如果化学纤维具有通过开发新技术产生结构色的微观结构，我们能获得不需要染色的有色纤维吗？

科学家的实验结果证实了这个大胆的假设。日本帝国集团在充分研究了美国蓝蝴蝶的翅膀尺度结构后，于2000年推出了一种新型化学纤维，它由多达61层无色的纳米级薄膜组成。以蝴蝶命名的Morphotex光纤内部有复杂的光学干涉，呈现出奇妙的红、蓝、绿、紫等背景色，并随着光入射角的变化发出彩虹般的光。用这种神奇的“蝴蝶纤维”制成的面料，不用染色就能拥有优雅奢华的色彩，这一点一经发表就引起了小小的轰动。

Morphotex纤维的颜色形成原理模仿了蓝色蝴蝶的翅膀，因此被称为“蝴蝶纤维”。用这种纤维制成的衣服不用印染就能呈现高贵的颜色。(网络图)

奇妙的结构展现美丽

除了Morphotex纤维的成膜过程，还有许多纤维形式可以产生结构色。将一种聚合物原料分散到另一种母体聚合物原料中，使得整个纤维成为一种结构，在该结构中，母体材料包裹许多异质丝，并且在横截面上看起来像具有分布在海洋中的许多异质成分的岛，这是近年来备受关注的岛型纤维。在试图去除纤维的母体“海洋”后，许多独立的“岛屿”变成了难以置信的薄纤维。海岛纤维单丝的旦尼尔可低至0.05度，也就是说，9000米长的纤维仅重0.05克。这种纤维单丝的直径甚至小于大多数细菌的直径。

生产海岛纤维的初衷是获得性能优异的超细纤维或中空纤维。然而，当这些纳米尺寸的微纤维结合在一起时，它们也是非常类似于生物光子晶体的二维光学结构，这也可以产生微妙和明亮的结构颜色。数百种岛状单纤维的不同组合可以产生比吗啡特克斯纤维更丰富多彩的颜色，并且可以避免吗啡特克斯纤维的膜结构所造成的炫目彩虹效果。

超细海岛结构彩色纤维具有孔雀尾羽绚丽多变的色彩(网络图)

如果将聚合物原料制成具有类似光子晶体结构的纳米级球体，然后融合成具有三维结构的化学纤维，或者将这些人造光子晶体沉积在其它纤维的表面上形成一层或多层“外悬”，也可以获得具有结构颜色的纤维。具有无序三维人工光子晶体结构的纤维可以呈现更加稳定、均匀的结构颜色，并且人们看到的颜色几乎不受光入射角的影响，非常接近传统染色纺织品的印象。利用人工光子晶体“插件”实现纤维颜色开发的生产工艺也有很大的优势，即它不仅可以用于化学合成纤维，还可以用于白色天然纤维的神奇改性。

三维纤维理论上可以表现出更稳定和均匀的结构颜色(网络图)

还有很长的路要走

事实证明，有很多方法可以得到没有染料的有色纤维！那么，人类能果断地告别像染料厂和印染厂这样的危险事物吗？这样，我们的生活环境会更干净，我们的衣柜也会更安全。

令我们深感遗憾的是，我们钟爱的多彩服装暂时无法与印染技术分开。尽管科学家已经开发了许多彩色棉、丝和羊毛，但天然纤维的丰富色彩无法与化学染料相比。天然彩色纤维的颜色通常比较优雅，不能在很大程度上满足时尚人士的极端追求。有限的产量和高昂的价格也使得天然彩色纤维织物暂时只是一个利基产品。

素色纯棉织物主要用于制作婴儿服装和内衣(网络图)

大部分结构彩色纤维的研究成果仍处于实验室阶段，大部分产品的实用性仍存在或多或少的问题，因此几乎没有一种产品投入大规模生产。尽管莫莫特克斯纤维很有名，但用它制成的织物不仅比真丝贵几倍，而且必须用复杂的特殊方法洗涤。这种昂贵又难伺候的家伙只能偶尔露个小脸，穿上一件高档礼服出来。因此，超级熟练的Morphotex纤维一直被誉为成功，帝国集团不得不在2011年暂停生产。

在人类服装发展的历史上，我们的祖先经过几千年的艰苦探索，发明了各种印染技术，使我们今天拥有了多彩的时装面料。摆脱对染料的过度依赖，使纺织品和服装更健康、更环保的过程必将是漫长而曲折的。只要我们坚持研发，总有一天我们会实现不染就能做出漂亮衣服的美好期望。

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参考:

1.《帝国化学》2006年研发报告

2.形态纺织的来源:徐远举，2001年第08期；

3.结构彩色纤维研究进展来源:印染，2016年第14期作者:郭、刘、、徐海兵、朱英丹、陈刚；

4.天然彩棉和绿色纤维国际研究趋势来源:中国标准化，2005年第9期作者:徐胜强，李显清，徐成增，桂彩，冯小杰