Investigation Of Different Bio-Mordants On Cotton Dyeing With Harmal Seed Extracted Natural Dyes

ملخص تقني: استقصاء أنواع مختلفة من المورّدات الحيوية (Bio-Mordants) على صباغة القطن باستخدام الأصباغ الطبيعية المستخلصة من بذور الحرمل

بيان المشكلة
يواجه قطاع المنسوجات تحديات بيئية كبيرة بسبب الاعتماد على الأصباغ الاصطناعية والمواد المساعدة الكيميائية، التي تولد مياهاً عادمة سامة ذات طلب أكسجين بيولوجي (BOD) مرتفع وطلب أكسجين كيميائي (COD) مرتفع. تحتوي هذه التدفقات على مركبات مسرطنة ومطفرة تهدد النظم البيئية المائية وصحة الإنسان. وبينما توفر الأصباغ الطبيعية بديلاً قابلاً للتحلل الحيوي وغير سام، فإن اعتمادها على نطاق واسع يعوقه ضعف ثبات اللون وانخفاض قوة اللون. علاوة على ذلك، غالباً ما تتطلب الصباغة الطبيعية التقليدية استخدام الأملاح المعدنية كمورّدات، والتي تشكل بدورها مخاطر بيئية. يعالج هذا البحث الحاجة إلى عملية صباغة مستدامة تستخدم مصادر صبغة طبيعية ومورّدات حيوية صديقة للبيئة لتحسين أداء الأصباغ الطبيعية على الركائز السليلوزية دون الاعتماد على الإلكتروليتات الاصطناعية أو المعادن الثقيلة.

المنهجية
استخدمت الدراسة تحليلاً مقارناً لصباغة نسيج قطني بنسبة 100% باستخدام صبغة طبيعية مستخلصة من بذور نبات Peganum harmala (الحرمل). اعتمد البحث عملية صباغة خالية من الأملاح حيث تم معالجة أقمة القطن مسبقاً بالمورّدات الحيوية لتسهيل استنفاد الصبغة (dye exhaustion)، مما يلغي الحاجة إلى الإلكتروليتات التقليدية.

تم استقصاء ثلاثة أنواع متميزة من المورّدات الحيوية:

1. حمض الستريك: استُخدم كمورّد حيوي اصطناعي مرجعي.
2. مستخلص قشور الموز: مصدر من النفايات الزراعية الغنية بالمركبات الفينولية والبوتاسيوم.
3. مستخلص قشور الجريب فروت: مصدر من النفوات الزراعية يحتوي على حمض الستريك، والفلافونويد، والبكتين.

تضمنت الإجراءات التجريبية ما يلي:

• الاستخلاص: طُحنت بذور الحرمل واستُخلصت عبر طريقة الحمام المائي (70 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية). كما تمت معالجة قشور الموز والجريب فروت بطريقة مماثلة للحصول على محاليل المورّدات النشطة.
• المورّدات المسبقة (Pre-Mordanting): عولجت عينات القطن بالمورّدات الثلاثة بتركيزات متفاوتة (10% إلى 100% من وزن القماش، owf) عند درجة حرارة 70 مئوية لمدة 30 دقيقة.
• الصباغة: صُبغت الأقمة المعالجة مسبقاً في حمام قلوي (الرقم الهيدروجيني pH 9–11.5) عند 85 درجة مئوية لمدة 45 دقيقة باستخدام مستخلص الحرمل.
• التوصيف: تم تقييم الأقمة المصبوغة من حيث قوة اللون (قيم K/S) باستخدام جهاز مطياف الامتصاص عند طول موجي 580 نانومتر. كما تم تقييم خصائص الثبات وفقاً لمعايير AATCC لغسيل الألوان (AATCT 61)، والاحتكاك/التلوين (AATCC 08)، والضوء (AATCC 16)، والعرق (AATCC 15).

النتائج الرئيسية

• قوة اللون (قيم K/S):
  • حمض الستريك: حقق قوة لون مثالية عند تركيز 70%. زادت قيم K/S مع زيادة التركيز حتى حد التشبع، وبعد ذلك حدث انخفاض طفيف بسبب تأثيرات جهد زيتا التنافسية.
  • مستخلص قشور الموز: أظهر أفضل قيمة K/S عند تركيز 70%. أشارت الدراسة إلى أن التركيزات ودرجات الحرارة الأعلى (85 درجة مئوية) قد تؤدي إلى التحلل الجزئي للمركبات الفينولية الحساسة للحرارة، مما يحد من أي مكاسب إضافية.
  • مستخلص قشور الجريب فروت: حقق أعلى قيمة فردية لـ K/S بلغت 15.78 عند تركيز 60%. وعُزي هذا الامتصاص الفائق إلى التأثير التآزري لحمض الستريك والفلافونويد والبكتين الموجودة طبيعياً والتي تعمل كمورّدات.
• خصائص الثبات:
  • الثبات للضوء: أظهرت جميع العينات المورّدة تقييمات "جيدة جداً" لثبات الضوء. ويعزو المؤلفون ذلك إلى وجود القلويدات الممتصة للأشعة فوق البنفسجية (الهارمين، الهارمالين، الهارمول، والهارمولول) المتأصلة في صبغة الحرمل، وليس إلى نوع المورّد المحدد.
  • ثبات الاحتكاك: أظهرت جميع العينات ثباتاً جيداً إلى ممتاز في الاحتكاك الجاف والرطب (تقييمات 4–4.5)، مما يشير إلى تفاعلات قوية بين الصبغة والمورّد والألياف عبر آليات التمخلب والتشابك.
  • ثبات الغسيل والعرق: تراوح ثبات الغسيل بين 3 إلى 3.5، وهو أمر نموذجي لأنظمة الأصباغ الطبيعية على الركائز السليلوزية. أما ثبات العرق فقد تراوح بين 3.5 و4.5.
• الوميض (Fluorescence): أظهرت جميع العينات المصبوغة وميضاً تحت الأشعة فوق البنفسجية، مما يؤكد وجود قلويدات الحرمل على سطح القماش.

الأهمية والادعاءات
تدعي الورقة أنها أول دراسة تقارن بين حمض الستريك، ومستخلص قشور الجريب فروت، ومستخلص قشور الموز كمورّدات حيوية لصباغة القطن بمستخلص بذور الحرمل. تكمن الأهمية الأساسية للعمل في إثبات أن النفايات الزراعية (قشور الموز والجريب فروت) يمكن أن تعمل كبدائل فعالة ومستدامة ومنخفضة التكلفة للمورّدات الاصطناعية مثل حمض الستريك.

تخلص الدراسة إلى أنه بينما يعد حمض الستريك فعالاً، فإن استخدام مستخلص قشور الجريب فروت يعطي قوة لون فائقة (K/S = 15.78) بسبب تركيبته الكيميائية المعقدة. علاوة على ذلك، يسلط البحث الضوء على إمكانات التطبيقات النسيجية الوظيفية، وتحديداً اقتراح إمكانية استخدام خصائص امتصاص الأشعة فوق البنفسجية والوميض للأقمة المصبوغة في المنسوجات الواقية من الأشعة فوق البنفسجية، رغم أن المؤلفين يشيرون إلى ضرورة إجراء قياسات كمية لعامل الحماية من الشمس (SPF) للتحقق في المستقبل. تُقدم العملية كطريقة صديقة للبيئة وخالية من الأملاح تقلل من التدفقات مع الحفاظ على خصائص ثبات مقبولة.