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

技术摘要：不同生物媒染剂对哈玛尔种子提取天然染料棉织物染色效果的研究调查

问题陈述
纺织业正面临着由于依赖合成染料和化学助剂而导致的显著环境挑战，这些物质会产生具有高生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）的有毒废水。这些废液含有威胁水生生态系统和人类健康的致癌及致突变化合物。虽然天然染料提供了一种可生物降解、无毒的替代方案，但其广泛应用受到色牢度和显色度低的阻碍。此外，传统的天然染色通常需要金属盐作为媒染剂，而这些金属盐本身也存在环境风险。本研究旨在解决一种可持续的染色工艺需求，即利用天然染料源和环保型生物媒染剂，在不依赖合成电解质或重金属的情况下，提高天然染料在纤维素基质上的性能。

研究方法
本研究采用对比分析法，使用从哈玛尔（Peganum harmala）种子中提取的天然染料对100%棉织物进行染色。研究采用了无盐染色工艺，通过对棉织物进行预媒染处理以促进染料吸附，从而消除了对传统电解质的需求。

研究调查了三种不同的生物媒染剂：

1. 柠檬酸： 作为参考用的合成生物媒染剂。
2. 香蕉皮提取物： 一种富含酚类化合物和钾的农业废弃物来源。
3. 葡萄柚皮提取物： 一种含有柠檬酸、黄酮类化合物和果胶的农业废弃物来源。

实验步骤包括：

• 提取： 将哈玛尔种子研磨，并通过水浴法（70°C 至 85°C）进行提取。香蕉皮和葡萄柚皮也以类似方式进行处理以获得活性媒染溶液。
• 预媒染： 将棉样在三种媒染剂中，以不同浓度（10% 至 100% 织物重量，owf）在 70°C 下处理 3 0分钟。
• 染色： 将预媒染后的织物置于碱性浴（pH 9–11.5）中，在 85°C 下使用哈玛尔提取物染色 45 分钟。
• 表征： 使用分光光度计在 580 nm 处评估染色织物的显色度（K/S 值）。根据 AATCC 标准评估牢度特性，包括耐洗牢度（AATCC 61）、摩擦牢度（AATCC 08）、日晒牢度（AATCC 16）和汗渍牢度（AATCC 15）。

主要结果

• 显色度（K/S 值）：
  • 柠檬酸： 在 70% 浓度下达到最佳显色度。K/S 值随浓度增加而上升，直至达到饱和点，随后由于竞争性 Zeta 电位效应出现轻微下降。
  • 香蕉皮提取物： 在 70% 浓度下表现出最佳 K/S 值。研究指出，较高的浓度和温度（85°C）可能导致热敏性酚类化合物的部分降解，从而限制了进一步的提升。
  • 葡萄柚皮提取物： 在 60% 浓度下达到了最高的个体 K/S 值 15.78。这种卓越的吸收率归功于天然存在的柠檬酸、黄酮类化合物和果胶作为媒染剂产生的协同效应。
• 牢度特性：
  • 日晒牢度： 所有经过媒染处理的样品均表现出“非常好”的日晒牢度等级。作者将其归因于哈玛尔染料中固有的紫外线吸收生物碱（哈明碱、哈马林碱、哈摩尔和哈马醇），而非特定的媒染剂类型。
  • 摩擦牢度： 所有样品均表现出良好至优秀的干摩擦和湿摩擦牢度（等级为 4–4.5），表明通过螯合和交联机制，染料、媒染剂与纤维之间存在强烈的相互作用。
  • 耐洗与汗渍牢度： 耐洗牢度范围为 3 到 3.5，这在纤维素基质的天然染料体系中属于典型水平。汗渍牢度评级在 3.5 到 4.5 之间。
• 荧光特性： 所有染色样品在紫外光下均表现出荧光，证实了哈玛尔生物碱在织物表面的存在。

意义与主张
本文声称是首个对比评价柠檬酸、葡萄柚皮提取物和香蕉皮提取物作为棉纤维哈玛尔种子提取物生物媒染剂的研究。该工作的核心意义在于证明了农业生物废弃物（香蕉皮和葡萄柚皮）可以作为合成媒染剂（如柠檬酸）的有效、可持续且低成本的替代品。

研究结论认为，虽然柠檬酸很有效，但使用葡萄柚皮提取物由于其复杂的化学组成，能产生更优越的显色度（K/S = 15.78）。此外，研究强调了功能性纺织品应用的潜力，特别指出染色织物的紫外线吸收和荧光特性可用于紫外线防护纺织品，尽管作者指出未来仍需进行定量的 SPF 测量以进行验证。该工艺被呈现为一种环保的、无盐的染色方法，在保持可接受的牢度特性的同时，最大限度地减少了废水排放。