桉木蒸制废料作为纺织纤维的天然染料来源外文翻译资料

 2022-08-07 11:27:02

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桉木蒸制废料作为纺织纤维的天然染料来源

作者：T. Rossi , P.M.S. Silva , L.F. De Moura , M.C. Arauacute;jo , J.O. Brito , H.S. Freeman

来源：Journal of Cleaner Production 143 (2017) 303-310

摘要

天然染料因其对人体健康、环境和生物降解的低风险而备受关注。此外，以生产废品形式出现的潜在天然染料新来源不断增长，值得对纺织品等材料进行着色。因此，提出了一种通过减少来源尽量减少废物的创新方法。在本研究中，研究了将桉木蒸汽处理中产生的有色液体废料用作纺织面料的天然着色剂的潜力。具体而言，在不添加传统的媒染剂的情况下，桉木提取物用于在排气染色过程中对棉、尼龙和羊毛进行染色，对所得的染色织物的色牢度进行了评估，结果发现：桉木加工废织物的耐洗牢度非常好，而耐光牢度较好，在没有媒染剂的情况下，是典型的天然染料。

关键词：桉树提取物 纺织品染色 耐洗牢度 耐晒牢度 天然染色

1.介绍

目前，与需求相对较小的天然染料和利基染料相比，纺织工业使用大量的合成染料来生产不同市场区域的物品（Khandegar和Saroha，2013年；Sinha等人，2012年)，这一结果与以下事实有关：合成染料更经济，具有出色的色牢度，更广泛的颜色多样性和更高的再现性（Bulut和Akar，2012年；Leitner等人，2012年)。然而，其中一些染料可能会产生有毒废水，对废水生态系统产生不利影响，并且可能具有诱变、致癌、毒理学特性，尽管发病率很低，但有些与接触性皮炎有关（Bulut和Akar，2012年；Malinauskiene 等， 2012年，Shahid等，2013年，Sinha等人，2012年)。

从历史上看，纺织业的环保举措一直以防止污染为中心，并且始终是对旨在减少纺织湿法处理所释放的废水对环境的影响的监管压力的回应（准备，染整）活动。特别令人关注的是染厂废水中存在残留的颜色、高水平的电解质、有毒物质（例如金属和未反应的原料）以及可疑癌症的物质，这导致了旨在减少某些染料生产和染料施加过程产生的废水的各种监管政策，造成了无法接受的环境和健康风险。在纺织品染色过程中，担心的原因是染浴用尽不完全以及存在对水生生物有毒的染色助剂和金属离子（例如Cr，Cu和Ni）。关于染料制造，未反应的原料用于染料的合成，工人暴露于遗传毒性芳族胺以及在合成某些染料及其中间体时使用有毒金属引起了关注。结果，在过去的二十年中，涉及合成有机着色剂生产和使用的公司面临着越来越严格的国内和国际环境法规（阿农，1996年)。尽管这些政策导致某些产品从商业中删除，但它们也为与合成着色剂的环境化学有关的新研究提供了刺激。最初的研究涉及废水处理方法的设计和开发（累西腓和弗里曼，1999年），这些方法为染料制造和纺织印染行业追求减少浪费的时间提供了时间的方法，印染业应尽量减少废物来源--以减少环境“机会”的方法。

我们对这一领域的初步研究源于人们的认识，即某些合成染料及其前体和降解产物对人类健康和环境构成了潜在风险。在这方面，我们进行的研究旨在：

  • 表征迄今为止偶氮染料e代谢产生的遗传毒性产物，这是目前市场上使用的最大的着色剂家族（Freeman等人，2013年);
  • 使用上述类型研究的结果来设计遗传毒性偶氮染料前体（芳族胺）（例如联苯胺和beta;-萘胺）的良性替代品（弗里曼，2013年);
  • 表征源自纺织品湿加工操作的饮用水污染物，并确定其对淡水毒性的影响；
  • 开发表征偶氮染料基因/生态毒性机理的实验方法（Claxton等，2010年)。

基于该知识，并考虑到废水处理方法被广泛用于使染料基废水脱色的方法，已经开发出偶氮染料及其中间体的结构-遗传毒性-关系以及设计用于纺织品湿法处理的环保替代品的方法，我们转向我们关注确定水处理方法（例如氯化）对工业废水排放下游饮用水毒性的贡献。作为这些研究的起点，我们表征了氯化含偶氮染料的水对合成纤维进行染色的产品的结构和生态毒性（瓦基等，2013年)。

作为新染料设计和合成的替代方法，为了替代衍生自有毒前体或易于形成有毒代谢产物的合成染料，人们越来越多地考虑将天然染料归还为天然染料，因为它们具有生物降解性，低过敏性反应和低毒性（KomboonchooandBechtold，2009年；Mirjalili等，2011年；Shahid等人，2013年)，除了政府为减少环境问题采取干预措施外，这种方法还与我们社会朝着可持续发展，绿色和环境友好产品的日益增长的运动相一致（Bechtold等，2007年；Haws等，2014年；环境署，2012年)，因此，包括纺织工业在内的多个工业部门已经采取了清洁生产（CP）策略，以消除有毒原材料的使用，提高用水效率和减少废水处理中的能耗（Bai等，2015年；Luken等，2016年;Ortolano等人，2014年)，结果，人们对天然材料和可再生资源的兴趣日益增加，这推动了对天然染料的研究。此外，它认识到在食品中使用天然染料（例如beta;-胡萝卜素，胭脂树提取物，核黄素，安纳托提取物，辣椒粉，藏红花，姜黄），其结构如图1(Marmion,1991年)，图中说明了用于纺织品着色的不同含量的那些图2。.

在现代染料房中恢复使用天然染料必须考虑到在现有的染色过程中进行染色的能力设备，从一批到一批织物阴影的重现性，可接受的色牢度性能(即染料的持久性)(在最终使用条件下)，并可获得足够数量的染料。促进可持续供应(Bechted等人，2007年；Leitner等人，2012年)。从历史上看，天然染料是从不同的来源获得的，如叶子、花朵、果实、种子、树皮、根、木材等(2007年)。获得天然植物染料的新方法越来越突出，其中包括某些染料的回收和使用。有色工业废物(Baliarsingh等人，2013年；Bechaid等人，2006年；Haddar等人，2014年)。这些废物对于纺织业来说是潜在可行的，因为它们不断产生并可以持续供应，此外还可以通过对残余原料的回收和再循环到生产过程中来增加其价值（Haddar等人，2014年)。

可用作天然染料的废物的某些来源包括桉树加工的提取物（Shahid等人，2013年)，研究人员已经研究出了了叶子的使用（Mongkholrattanasitet al., 2010, 2011;罗西等人，2012年；Rungruangkitkrai等人，2013年）和树皮（Ali 等， 2007年，Naz等人，2011年），来自某些桉树种，用作纺织品的染料，桉树在许多国家都有栽培。目前，全球有超过2000万公顷的人工林，主要分布在巴西，印度和中国（展位2013年），可用于多种用途并经过一系列处理。桉木的典型加工方式包括在密闭室内于95℃的温度下对木材进行蒸汽处理，该过程赋予木材均匀的色调，包括边材的一部分，最初是灰白色。在此过程中，处理槽中的水变成深棕色，在本研究中提供了一种被认为是染色纺织品的彩色废物。

桉树有相当数量的单宁酸：这种化合物也存在于其他一些树种中，如相思树(Acacia Mearnsii)、板栗(Castanea Sativa)、石榴(Punica Granatum)和罗望子(Tamarindus infa，2013年；Sachan和Kapoor，2007年；Shahid等人，2013年)，单宁传统的皮革工业由于其高性能而被广泛使用。动物皮肤与蛋白质的反应性及其在动物皮肤中的作用用纤维素纤维和金属盐染色不溶于天然染料的湖泊，可获得更好的牢度(Propertyvon等人，2013年；Prabhu和Teli，2014年)。一般来说，他们可分为可水解单宁和缩合单宁(冯等人，2013年)，缩合单宁含有复杂的成分，多酚类化合物的化学结构及其结构可能因植物种类而异(冯等人，2013年)。纺织染色，这些植物的提取物和废料中的单宁起作用，为一种“生物媒质”(Sachan和Kapoor，2007年)，它可以增加天然染料的牢度性能和实体性(Shahid等人，2013年)。这一观察表明，用桉树提取物可以在不使用传统媒染剂的情况下完成，例如金属盐，从而使这一过程更多，简单、清洁，不产生残余废水含有有毒金属离子(Sachan和Kapoor，2007年；Shahid等人，2013年)

作为先前研究的延续（罗西等人，2015年），这项研究的目的是评估在不使用金属盐媒染剂的情况下，对桉木进行蒸汽处理后产生的废物，将其作为纺织品的天然染料来源，开发了一种将染料施加到纺织品上的方法，并确定了染色纺织品的最终使用性能，以验证该想法的可行性。

2.材料与方法

2.1桉树废物评估

木材蒸制过程中产生的桉树液体残留物由位于巴西帕拉纳州库留瓦市的Depinus工业贸易木材松提供，蒸煮用的木材为桉木，收集了40升的样品进行评估，并将其发送到巴西圣保罗Piracicaba的圣保罗大学农业高级学院“路易斯·奎洛兹”的化学、制浆和能源综合实验室（LQCE）。

对样品的pH、总固体（TS）、单宁浓缩（CT）和紫外可见光谱进行分析。通过在103plusmn;2℃的烤箱中干燥样品来确定TS，除去水并定量评估干燥残留物。CT测定采用Stiasny法(Paes等人，2010年)对每一次进行了三次重复。

图1.食品中使用的某些天然染料的分子结构

1 2 3

图2.纺织品天然染料的代表性分子结构

使用安捷伦记录UVe可见（UV-VIS）光谱配备CaryWinUV软件的Technologies Cary 300 UV-VIS分光光度计，以草酸、芦丁和槲皮素为标准，以表征桉树提取物，所用溶液中，桉树提取物为60 mg/L，桉树提取物为4.16 mg/L，槲皮素为8.75mg/L，芦丁为20 mg/L。

2.2桉木色织物染色

使用液体残留物的纺织品染色是在巴西圣保罗圣保罗大学艺术、人文科学学院（EACH / USP）的纺织品实验室中使用HT Mathis机器进行精染而进行的，针织物所用织物为棉98%，弹力丝2%，尼龙6-6以及100%羊毛，全部准备染色。根据以下规定制作了染料浴(Bechted等人，2003年)在不添加金属盐的情况下进行染色，为各处理的染料浓度分别为1%、10%和20%，根据织物的重量含NaCl(20 g/L)和酒比为10：1，在染料浴中使用的着色剂的数量是用方程式(1)确定：

Mc=（Cc*Mf）/100*(100/Ts）

其中：

Mc=来自桉树的着色剂的Mc质量，将其施加到织物上（g）；

Cc=着色剂在织物上的目标浓度(%)；

Mf=织物质量(G)；

Ts=着色剂的固体总量(%)。

染色后，在30℃下，用1 g / L中性洗涤剂在蒸馏水中洗涤10分钟。之后，将织物在流水中洗涤并在40℃下干燥30分钟，在每种染料浓度下对每种织物进行两次重复。

2.3.色彩评估

X-Rite比色分析用于测量L * a * b *和DE值。该设备的工作条件是从360扫描到700nm，CIE光源D65，观察角为10°。通过具有95％置信区间的方差分析（ANOVA）分析L * a * b *值，然后进行均值之间的多次比较（Tukey检验）。L *是织物的明暗度的度量，范围从100（白色）到0（黑色）；一种*织物的柔软度/绿色度的测量方法，正值表示红色，负值表示绿色；b *是织物发黄/发蓝的量度，正值为黄色，负值为蓝色。a *和b *值的幅值越大，颜色越深。

2.4.牢度特性

根据ISO 105-C06：2010(ISO，2010年)，在巴西圣保罗瓜拉霍斯的黄金云母工业所得到的差控制织物和多纤维之间，前后根据ISO 105-A02：1993标准，将洗涤液与灰度进行目视对比，得到颜色变化和染色结果(ISO，2005 A)和ISO 105-A03：1993(ISO，2005 B)。评等表是0(差)到5(优秀)。

耐光性，AATCCTestMethod16.3：2012（2014年），并且这项评估是在美国北卡罗来纳州立大学罗利市纺织学院进行的，在5、10和20 h时，以55 W / m2的辐射，50％的相对湿度，63℃的黑体温度和30℃的室内温度进行曝光。根据AATCC评估程序1：2012，将对照织物和裸露织物之间的差异与灰度进行视觉比较，以获得颜色变化（AATCC，2014年b).等级从0（差）到5（优秀）。

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