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绿色印染:研究人员从大戟提取物染色棉织物的特性研究成果参考

2023/1/31 3:00:00 来源: 评论(0)1145

印染

  随着消费者对环境的认识以及合成染料对人体有害的毒性,纺织印染行业对天然染料的兴趣也在增加。这项研究替代了金属媒染剂,并使用纤维素纳米颗粒 (CNP) 作为天然媒染剂,使用从大戟中提取的天然染料对棉织物进行染色. 实验考察了有无CNP媒染剂的特性。从色泽、牢度、色牢度、透气性、抗菌率、防紫外线、总手感值(THV)等方面分析了天然纤维素媒染剂的效果。结果,耐光牢度显着提高,但耐洗牢度、耐汗渍牢度和摩擦牢度方面的改进可以忽略不计。此外,在棉布染色中加入CNP后,透气度没有差异变化,但THV明显提高到5以上,防紫外线和抑菌率也很出色。这些结果为将来研究其他类型的天然染料奠定了基础,并且通过确定 CNP 的优势,

  介绍:纺织工业主要使用合成染料;因此,在染色过程中会排放出多种对人体有害的物质。此外,染色后产生的废水还存在环境污染等问题(Kim, 2008 )。根据重视情感和文化价值的消费趋势,天然染色也被视为一种环保时尚元素,并且作为高附加值产业正在稳步发展(Park 等人,2010 年)。虽然天然染色产品因其非过敏性、除臭和抗菌特性而受到积极认可(Heo 等人,2008 年;Park 和 Han,2015 年)),还有很多问题需要解决,如反复染色和水洗导致整体染色工艺复杂,难以批量生产,牢度低(Sadeghi-Kiakhania & Safapour, 2015 ; Shahid et al., 2012 ) ,由于用于促进染料和纤维聚合物之间弱结合的金属媒染剂导致人类健康风险和纤维性能退化,以及染色后产生的废水造成的环境污染(Park 等人,2008 年)。然而,尽管存在这些困难,最近已报道了各种方法来改善纤维素织物的天然染色,例如媒染剂、等离子体和壳聚糖处理、接枝、微波等(Buyukakinci 等人,2021 年;Haji,2020 年); 哈吉等人,2018 年,2020 年;Tayyab 等人,2020 年)。

  同时,纤维素是地球上最丰富的天然有机化合物,是构成棉花、大麻和木材等高等植物细胞壁的主要成分,每年通过植物光合作用产生数十亿吨(Kim & Yoon,2016)。近年来,纳米纤维素(CNP)被广泛应用于复合材料、电子器件和膜等领域(Ma et al., 2014),在纺织印染领域,CNP被用于棉合成染色以有效染色和增强染色效果。物理特性(Liyanapathiranag 等人,2020 年)。

  Euphorbia humifusa(当地称为丝草)是一种含有白色乳胶的一年生草本植物,很容易在路边或田野中找到(Choi,2010)。它的主要成分是槲皮素(Fang et al., 1993)、属于黄酮家族的糖苷、单宁和酚类物质(Heo et al., 2008)。槲皮素是通过用酸性水溶液或酶水解芦丁(分布最广的黄酮苷)而产生的。

  手感是指通过人的触觉和视觉对纺织材料的主观情感评价,是决定织物最终用途的内在性能的手段,是由各种力学特性决定的综合表现。织物的机械性能不仅受材料、纱线结构和织物形状的影响,而且还受加工方法的影响,包括加工剂和染色。因此,人们正在尝试改变手柄并将其用于预期目的(Jeon 等人,2003 年)。

  在这项研究中,为了研究使用Euphorbia humifusa提取物 ( Euphorbia ) 作为天然染料的价值,这是一种容易获得的材料,但尚未用于棉染色,添加了水凝胶型 CNP 并进行了染色。然后,分析了机械手感、色深、牢度防紫外线、抗菌率和透气性变化。

  实验性的材料

  实验采用100%纯棉平纹织物(密度——经43 cm 2  ×纬25 cm 2;重量——126.5 g/m 2;厚度——0.351 mm)。将棉织物用 2% NaOH 水溶液(液比 1:50,owf)在 100 ℃条件下洗涤 30 分钟,用水充分洗涤,并在 20~22 ℃条件下自然干燥 18 小时。Euphorbia Humifusa购自永川(韩国)的Haesung Corporation Ltd.,自然干燥,并以其原始状态使用。Asian Nnanotech Co., Ltd. 提供了 CNP(CNP:水 = 1:99,pH 5.9),1% CNP 以白色水凝胶形式提供。实验中使用的所有试剂,包括 NaOH(韩国 Daejung Chemicals & Metals Co.,韩国),均按原样使用。

  大戟的提取

  从干燥状态下购买的大戟提取物,仅收集叶子和茎,将它们压碎,将 500 克批次放入网中,并在 100 °C 下加热 120 分钟(1:20 owb)。提取的染料溶液立即使用 (pH 4.9)。

  用CNP染色和处理

  如下用大戟提取物对棉花进行染色。第一次染色过程是将 1 L 的烧杯放在带有搅拌器的电炉上,调节染液浓度 (owf) 为 1:100 的液比,然后将棉布在 80 °C 下染色 60 分钟,然后在 80 °C 下烘干。室温 18 h。在相同条件下重复该过程后,最后用蒸馏水洗涤棉花并在室温下充分干燥。在染色过程中,将CNP浓度调整为0、0.05%、0.1%、0.5%和1%(owf),同时加入到大戟提取物中。

  颜色分析

  为了确定颜色深度,在测试前在 50% 相对湿度下调节 48 小时后,用计算机配色系统(CCM、COLOR -EYE 3100,麦克白Ⓡ,美国)。条件设置为 350–700 nm 的 D65 光源/10° 标准观察。最大吸收波长处的相对颜色深度由 Kubelka–Munk 方程评估:K/S  = (1 − R ) 2 /2 R,其中R、K和S分别是 λmax 处染色织物的反射率、光吸收系数和散射系数的小数部分。基于L *(亮度,100 白色到 0 黑色)、a *(+ 红色到 - 绿色)、b *(+ 黄色到 - 蓝色)和H *(色调角)的色差 ( ΔE ) 是使用以下方法确定的修改后的 CIELAB2000 公式方程 (Hong et al., 2006 )。

  透气性测试

  洗涤和染色后,将织物的透气度切割成样品面积为 20 cm 2,并根据 KS K ISO 9237:1995,使用紧凑型透气度计(AP-3603,Daiei kagaku seik MFG. CO. Ltd. Kyoto, Japan) 使空气在 100 Pa 的压力下垂直通过,并测量空气透过织物区域的量和流速。

  KES-FB测量

  使用 Kawabata Evaluation System(KES-FB,Kato Tech. Co. Ltd.,Japan)在高灵敏度条件下测量添加 CNP 的棉织物的机械性能。如表1所示,分析的特征值和测量条件包括拉伸(EM,LT,WT,RT),弯曲(B,2HB),剪切(G,2HG,2HG5),压缩(LC,WC,RC),表面(MIU , MMD, SMD), 以及样品在压缩载荷下每单位面积的厚度 (T) 和重量 (W)。初级手感值 (PHV) 是根据 KN-203-LDY 通过测量 KOSHI(刚度,手握织物时回弹性、弹性和塑性的综合表现)、NUMERI(光滑度,织物的质地)计算得出的用手触摸时)和FUKURAMI(丰满度和柔软度,将织物握在手中时的深厚手感和压缩弹性的综合体现)。根据结果,按照 KN-302-W-dress 计算总手值 (THV)。

  本研究测量了颜色和上染率,分析了耐洗、耐汗渍、耐摩擦和耐光牢度,并比较了透气性,评估了机械性能,并比较了防紫外线和抗菌性能,以评估功能、染色性和机械性能使用 CNP对大戟属棉织物进行染色。主要发现如下。

。。。。。。。。。。。。。。

  结论

  使用纤维素纳米纤维用大戟染色可改善颜色和染料吸收。△ E和K/S值也有显着差异且更高。使用大戟时透气性略有下降和CNP在一起。在力学性能方面,添加CNP可获得更好的拉伸性能,并改善弹性和弹性恢复。剪切特性显示出增强的体积,压缩特性表明具有出色的形状稳定性。通过分析表面特性,发现添加 CNP 会导致更光滑的表面。厚度和重量也都增加了。客观手感评估,根据主要手感值的 THV 值在未处理、染色和用 CNP 染色的样品中分别增加到 5.28、5.58 和 5.96。此外,耐洗、耐汗、耐摩擦牢度不受CNP影响,用CNP染色的棉织物耐光牢度提高0.5。不论是否添加CNP,紫外线防护性能都很高,并且在染色后的所有条件下抗菌性能都非常好,但加入 CNP 后抗菌性能提高得更多。由此可见,在棉花中加入CNP有助于提高染色性和机械性能。因此,本研究探讨CNP未来是否可以用于染色,CNP的使用是一种CNP诱导的整理工艺,以提高棉织物的舒适度,而不是染色的成功点。


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责任编辑:遇村
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