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

Technische Zusammenfassung: Untersuchung verschiedener Bio-Beizen bei der Baumwollfärbung mit Naturfarbstoffen aus Harmal-Samen

Problemstellung
Die Textilindustrie steht vor erheblichen ökologischen Herausforderungen aufgrund der Abhängigkeit von synthetischen Farbstoffen und chemischen Hilfsmitteln, die toxische Abwässer mit hohem biologischem Sauerstoffbedarf (BSB) und chemischem Sauerstoffbedarf (CSB) erzeugen. Diese Abwässer enthalten karzinogene und mutagene Verbindungen, die aquatische Ökosysteme und die menschliche Gesundheit gefährden. Während Naturfarbstoffe eine biologisch abbaubare, ungiftige Alternative bieten, wird ihre breite Anwendung durch eine mangelnde Farbechtheit und geringe Farbstärke behindert. Darüber hinaus erfordert die traditionelle Färbung mit Naturfarbstoffen oft Metallsalze als Beizmittel, die wiederum eigene Umweltrisiken bergen. Diese Forschung adressiert das Bedürfnis nach einem nachhaltigen Färbeprozess, der Naturfarbstoffquellen und umweltfreundliche Bio-Beizmittel nutzt, um die Leistungsfähigkeit von Naturfarbstoffen auf cellulosischen Substraten ohne den Einsatz von synthetischen Elektrolyten oder Schwermetallen zu verbessern.

Methodik
Die Studie führte eine vergleichende Analyse zur Färbung von 100 % Baumwollgewebe unter Verwendung eines Naturfarbstoffs durch, der aus den Samen von Peganum harmala (Harmal) extrahiert wurde. Die Forschung nutzte ein salzfreies Färbeverfahren, bei dem die Baumwollgewebe mit den Bio-Beizmitteln vorbeizogen wurden, um die Farbstoffausbeute zu erleichtern, wodurch der Bedarf an traditionellen Elektrolyten entfiel.

Es wurden drei verschiedene Bio-Beizmittel untersucht:

1. Zitronensäure: Wurde als Referenz-Synthetik-Bio-Beizmittel verwendet.
2. Bananenschalenextrakt: Eine Quelle aus Agrarabfällen, die reich an phenolischen Verbindungen und Kalium ist.
3. Grapefruitschalenextrakt: Eine Quelle aus Agrarabfällen, die Zitronensäure, Flavonoide und Pektin enthält.

Das experimentelle Verfahren umfasste:

• Extraktion: Die Harmal-Samen wurden gemahlen und mittels einer Wasserbadmethode (70 °C bis 85 °C) extrahiert. Die Bananen- und Grapefruitsschalen wurden ähnlich verarbeitet, um aktive Beizlösungen zu gewinnen.
• Vorbeizung: Die Baumwollproben wurden mit den drei Beizmitteln in unterschiedlichen Konzentrationen (10 % bis 100 % bezogen auf das Stoffgewicht, owf) bei 7 0 °C für 30 Minuten behandelt.
• Färbung: Die vorbeizugenen Stoffe wurden in einem alkalischen Bad (pH 9–11,5) bei 85 °C für 45 Minuten unter Verwendung des Harmal-Extrakts gefärbt.
• Charakterisierung: Die gefärbten Stoffe wurden hinsichtlich der Farbstärke (K/S-Werte) mittels eines Spektrophotometers bei 580 nm bewertet. Die Echtheitswerte wurden gemäß AATCC-Standards für Waschbeständigkeit (AATCC 61), Reibechtheit (AATCC 08), Lichtechtheit (AATCC 16) und Schweißbeständigkeit (AATCC 15) ermittelt.

Hauptergebnisse

• Farbstärke (K/S-Werte):
  • Zitronensäure: Erreichte die optimale Farbstärke bei einer Konzentration von 70 %. Die K/S-Werte stiegen mit der Konzentration an, bis die Sättigung erreicht war, wonach ein leichter Rückgang aufgrund kompetitiver Zeta-Potenzial-Effekte eintrat.
  • Bananenschalenextrakt: Zeigte den besten K/S-Wert bei einer 70 %igen Konzentration. Die Studie stellte fest, dass höhere Konzentrationen und Temperaturen (85 °C) zu einer teilweisen Degradation der thermolabilen phenolischen Verbindungen führen können, was weitere Steigerungen begrenzt.
  • Grapefruitschalenextrakt: Erreichte den höchsten individuellen K/S-Wert von 15,78 bei einer Konzentration von 60 %. Diese überlegene Aufnahme wurde dem synergistischen Effekt der natürlich vorkommenden Zitronensäure, Flavonoide und Pektine zugeschrieben, die als Beizmittel fungieren.
• Echtheitswerte:
  • Lichtechtheit: Alle gebeizten Proben wiesen eine „sehr gute“ Lichtechtheit auf. Die Autoren führen dies auf die Anwesenheit von UV-absorbierenden Alkaloiden (Harmin, Harmalin, Harmol und Harmolol) zurück, die dem Harmal-Farbstoff inhärent sind, und nicht auf die spezifische Art des Beizmittels.
  • Reibechtheit: Alle Proben zeigten eine gute bis ausgezeichnete Trocken- und Nassreibechtheit (Bewertungen von 4–4,5), was auf starke Wechselwirkungen zwischen Farbstoff, Beizmittel und Faser durch Chelatierungs- und Vernetzungsmechanismen hindeutet.
  • Wasch- und Schweißbeständigkeit: Die Waschbeständigkeit lag zwischen 3 und 3,5, was typisch für Naturfarbstoffsysteme auf cellulosischen Substraten ist. Die Schweißbeständigkeit wurde zwischen 3,5 und 4,5 bewertet.
• Fluoreszenz: Alle gefärbten Proben zeigten unter UV-Licht Fluoreszenz, was die Anwesenheit von Harmal-Alkaloiden auf der Stoffoberfläche bestätigt.

Bedeutung und Ansprüche
Die Arbeit beansprucht, die erste Studie zu sein, welche Zitronensäure, Grapefruitschalenextrakt und Bananenschalenextrakt vergleichend als Bio-Beizmittel für die Färbung von Baumwolle mit Harmal-Samenextrakt evaluiert. Die primäre Bedeutung der Arbeit liegt in dem Nachweis, dass landwirtschaftliche Bio-Abfälle (Bananen- und Grapefruitsschalen) als effektive, nachhaltige und kostengünstige Alternativen zu synthetischen Beizmitteln wie Zitronensäure dienen können.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass Zitronensäure zwar effektiv ist, die Verwendung von Grapefruitschalenextrakt jedoch eine überlegene Farbstärke (K/S = 15,78) aufgrund seiner komplexen chemischen Zusammensetzung liefert. Des Weiteren hebt die Forschung das Potenzial für funktionale Textilanwendungen hervor, indem sie spezifisch vorschlägt, dass die UV-absorbierenden und fluoreszierenden Eigenschaften des gefärbten Stoffes für UV-Schutztextilien genutzt werden könnten, wobei die Autoren anmerken, dass für eine zukünftige Validierung quantitative SPF-Messungen erforderlich sind. Der Prozess wird als umweltfreundliche, salzfreie Methode präsentiert, die die Abwasserbelastung minimiert und gleichzeitig akzeptable Echtheitswerte beibehält.