随着绿色环保的理念深入人心,合成染料在生产、使用和废弃过程中对人体健康和生态环境的不利影响越来越受到人们的关注,天然染料则以其绿色安全、抗菌消炎和环境相容等优异的特性重新受到了世人的喜爱和追捧,尤其是使用最为广泛的植物靛蓝。为促进植物靛蓝的大规模工业化生产与应用,本课题以植物靛蓝染料为主要研究对象,对靛蓝的分子结构、光谱特性、染色工艺、鉴别方法与应用性能进行了系统的研究。本文通过采用理论计算与实验相结合的方法,研究了靛蓝的分子结构与光谱特性。几何构型研究表明,靛蓝为共轭程度较高的平面型分子,属于C_2h点群;分子表面静电势揭示了单个靛蓝分子中可同时形成两个分子内氢键;前线轨道分析表明靛蓝分子的化学性质比较稳定。基于以上分子结构的研究,进一步分析了靛蓝在红外与拉曼光谱中的84种振动模式,研究了靛蓝在紫外与荧光光谱中的发光机制。光谱特性研究结果表明,靛蓝位于268 nm与612 nm处的主要特征吸收峰均属于π→π^*跃迁,靛蓝位于486 nm处的荧光发射峰,也属于π→π^*跃迁。以纯棉织物为载体,通过使用单因素与正交实验法优化了植物靛蓝的染色工艺参数。结果显示:以K/S值作为评价指标时,当植物靛蓝染料用量为5.0%（o.w.f）,还原温度为50℃,烧碱浓度为0.625 g/L,保险粉浓度为1.125 g/L,分散剂浓度为10.0 g/L时,棉织物的染色效果最佳,此时K/S值可达13.518。对比了植物与合成靛蓝染料在物理性状、成分、染色性能与应用性能的差异。研究发现,植物靛蓝通常为粉末状,颜色萎暗,有鱼腥草气味,合成靛蓝通常为颗粒状,有金属光泽;市售植物靛蓝中掺杂氯化钠与硫酸钠等无机物,通过X射线衍射法与红外光谱法均可快速、准确地鉴别植物与合成靛蓝染料;染色性能对比研究的结果表明,植物靛蓝吸附在杂质上使染料颗粒变大,其扩散性和移染性相对较差,但植物靛蓝的初染性和匀染性均与合成靛蓝相似;应用性能对比研究结果表明,植物靛蓝与合成靛蓝染色织物的色牢度基本一致,均达到了服用性能指标,其中植物靛蓝染色织物的耐摩擦色牢度更好,且植物靛蓝染色织物的手感更加柔软,对大肠杆菌还有一定的抑制作用。