一種香蕉皮色素作為紡織染料的用途的製作方法
2023-11-30 23:52:01
本發明涉及一種香蕉皮色素的新用途，具體涉及一種香蕉皮色素作為紡織染料的用途。
背景技術：
香蕉是世界上栽培最為廣泛的熱帶水果，我國香蕉年產量達1000萬噸。隨著香蕉深加工產業的發展，產生大量香蕉皮副產物，不僅汙染環境，且造成資源浪費，故香蕉皮資源化利用逐漸成為研究熱點。
目前，香蕉皮的利用研究主要集中在吸附材料、作為介導合成納米粒子、製備納米纖維素纖維和提取活性成分多酚、黃酮、有機酸、多糖等，但從香蕉皮中提取紡織品用色素的研究很少。香蕉皮含水量高達82％～92％，容易腐敗變質，如何乾燥香蕉皮則成為重要課題。乾燥既可以延長香蕉皮的保存時間又是加工香蕉皮產品的方法，傳統的乾燥方式一般採用鼓風乾燥，現代乾燥方式主要有真空乾燥與冷凍乾燥。鼓風乾燥便捷、易於操作但耗時長，且不適於易氧化、熱敏性的物質乾燥。真空乾燥的乾燥速率快且在缺氧環境下進行。冷凍乾燥在低溫和真空條件下進行乾燥，通過升華去除物料中的水分。現有技術中並沒有給出將香蕉皮中色素用於紡織品領域紡織染料的用途。
技術實現要素：
鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種香蕉皮色素作為紡織染料的用途，以克服現有技術中紡織品染料為化學染料帶來的環境汙染及生物相容性不好的缺陷。
為了實現上述目的或者其他目的，本發明是通過以下技術方案實現的。
一種香蕉皮色素作為紡織染料的用途。
優選地，所述香蕉皮色素作為染料用於毛紡織品染色的用途。
優選地，所述香蕉皮色素為採將香蕉皮粉末分散在乙醇水溶液中用超聲波細胞粉碎機提取，且液料比為20ml/g，離心分離後濃縮乾燥獲得。優選地，濃縮乾燥溫度不超過110℃。
優選地，所述香蕉皮粉末為將香蕉皮粉碎後過100目網篩獲得。
優選地，所述香蕉皮在粉碎前經去梗、除雜和真空乾燥。更優選地，乾燥溫度為100～110℃，真空乾燥箱的壓力為不大於150Pa。
優選地，染色方法為以下中的任一種：
預媒法染色：經溼潤的紡織品放入含媒染劑的溶液中處理後取出；再投入含有香蕉皮色素的染浴中；或
同浴法染色：將潤溼的紡織品放入含媒染劑和香蕉皮色素的染浴中共同進行染色；或
後媒法染色：將潤溼紡織品放入含有香蕉皮色素的染浴中進行染色，加入媒染劑繼續染色。
優選地，染色方法中香蕉皮色素的用量為紡織品重量的4～10％。更優選地，染色方法中香蕉皮色素的用量為紡織品重量的5％。
優選地，染液的pH為酸性。更優選地，染液的pH為3～5。優選地，染液pH採用磷酸系列緩衝液進行調控。
優選地，染色過程中浴比為1:(25～35)。更優選地，染色過程中浴比為1:30。
優選地，在含有香蕉皮色素的染浴中進行染色時，染色溫度為90～100℃，染色時間為60～100min。
優選地，媒染劑為含有鋁離子後含有鐵離子的金屬鹽媒染劑。更為優選地，所述媒染劑為KAl(SO4)2·12H2O或FeSO4·7H2O。
優選地，預媒法染色中，在含媒染劑的溶液中處理的溫度為50～70℃。優選地，預媒法染色中，在含媒染劑的溶液中處理的時間為30～60min。
優選地，後媒法染色中，在含媒染劑的染液中處理的溫度為80～90℃。優選地，後媒法染色中，在含媒染劑的染液中處理的時間為30～40min。
優選地，所述紡織品為毛織物。
本發明中將廢棄的香蕉皮採用真空乾燥、粉碎及超聲波細胞粉碎機進行色素提取，提取後獲得的香蕉皮色素能夠用於紡織品特別是毛紡織品的的染料，其具有良好的染色效果；染色後的皂洗牢度、摩擦牢度、日曬牢度和熱壓牢度都達到3級以上水平。
附圖說明
圖1為不同乾燥方式後的香蕉皮粉末的紅外光譜圖；其中圖1中(a)冷凍乾燥；(b)真空乾燥105℃；(c)鼓風乾燥105℃。
圖2為冷凍乾燥香蕉皮粉末TG、DTG曲線；其中圖2中a氮氣氣氛TG、b空氣氣氛TG、c氮氣氣氛DTG、d空氣氣氛DTG。
圖3為冷凍乾燥香蕉皮粉末的DSC曲線。
圖4為不同方式乾燥後香蕉皮粉末提取液吸光度曲線。其中，圖4中(a)冷凍乾燥；(b)真空乾燥70℃；(c)真空乾燥90℃；(d)真空乾燥105℃；(e)鼓風乾燥70℃；(f)鼓風乾燥90℃；(g)鼓風乾燥105℃。
圖5為不同方式乾燥香蕉皮色素染色毛織物K/S值面積，其中，圖5中(a)冷凍乾燥；(b)真空乾燥70℃；(c)真空乾燥90℃；(d)真空乾燥105℃；(e)鼓風乾燥70℃；(f)鼓風乾燥90℃；(g)鼓風乾燥105℃。
具體實施方式
以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。
在進一步描述本發明具體實施方式之前，應理解，本發明的保護範圍不局限於下述特定的具體實施方案；還應當理解，本發明實施例中使用的術語是為了描述特定的具體實施方案，而不是為了限制本發明的保護範圍。下列實施例中未註明具體條件的試驗方法，通常按照常規條件，或者按照各製造商所建議的條件。
當實施例給出數值範圍時，應理解，除非本發明另有說明，每個數值範圍的兩個端點以及兩個端點之間任何一個數值均可選用。除非另外定義，本發明中使用的所有技術和科學術語與本技術領域技術人員通常理解的意義相同。除實施例中使用的具體方法、設備、材料外，根據本技術領域的技術人員對現有技術的掌握及本發明的記載，還可以使用與本發明實施例中所述的方法、設備、材料相似或等同的現有技術的任何方法、設備和材料來實現本發明。
1.1本實施例中實驗材料
購買產自雲南的新鮮香蕉，去除果肉，得到鮮香蕉皮，經計算鮮香蕉皮佔香蕉的重量百分比為30％～40％之間。去梗除雜後的香蕉皮剪成約3cm×3cm的片狀。所用試劑無水乙醇、磷酸、磷酸氫二鈉、Fe2SO4·7H2O、KAl(SO4)2·12H2O、鹽酸、均為分析純，購於國藥集團化學試劑有限公司。
1.2主要儀器
電熱鼓風乾燥箱(上海博訊實業有限公司醫療設備廠)；真空乾燥箱(上海一恆科學儀器有限公司)；冷凍乾燥機(北京博醫康實驗儀器有限公司)；高速萬能粉碎機(浙江瑞安市永利製藥機械有限公司)；JY98-IIIDN超聲波細胞粉碎機(寧波新芝生物股份有限公司)(15mm變幅杆，間歇2.0s、超聲2.0s)；貝克曼庫爾特Avanti J-E多用途高效離心機(貝克曼庫爾特商貿有限公司)；可見光分光光度計(北京普析通用儀器有限公司)；RE52-4旋轉蒸發器(上海滬西分析儀器廠有限公司)；教育系列實驗室pH計EL20型和電子天平EL204型(梅特勒-託利多儀器(上海)有限公司)；電腦測配色系統Color-eye7000A Spectrophotometer(美國Macbeth公司)；SW-12AⅡ型耐洗色牢度試驗機、Y(B)571Ⅱ耐摩擦牢度儀和YG(B)605型耐熨燙升華色牢度試驗儀(溫州大榮紡織標準儀器廠)、ATLAS-150S型日曬牢度儀(德國ATLAS有限公司)、DSC Q200(美國TA儀器有限公司)；TGA/SDTA851e型熱重分析儀(METTLER公司)、NICOLET is10傅立葉紅外變換光譜儀(FT-IR)(賽默飛世爾科技)。
實施例1
本實施例為香蕉皮乾燥方法。
將片狀的鮮香蕉皮分成7份，一份於-4℃冰箱中冷凍8h，再放置於冷凍乾燥機中(溫度：-50；真空度：100Pa)乾燥30h；三份分別於真空乾燥箱中70℃、90℃、105℃分別乾燥(真空度：133Pa)；剩餘三份分別於鼓風乾燥箱中70℃、90℃、105℃乾燥；將乾燥後的香蕉皮用萬能粉碎機粉碎，過100目篩，收集粉末備用。
不同方式乾燥後所得香蕉皮粉末隨乾燥方式和溫度不同，香蕉皮粉末顏色不同。視覺效果為：冷凍乾燥方式不受高溫和空氣的影響，幾乎保持原有的香蕉皮顏色，冷凍乾燥在低溫下進行乾燥，對香蕉皮的結構以及被空氣破壞的影響也最小。真空乾燥可使香蕉皮在低壓下除去水分，比鼓風乾燥香蕉皮粉末顏色更為豔麗，隨乾燥溫度增加，香蕉皮粉末顏色變深。鼓風乾燥耗時長易導致香蕉皮受空氣的影響。因此不同方式乾燥對香蕉皮粉末的顏色有直接影響；本發明中選用真空乾燥香蕉皮獲得的粉末顏色更為豔麗。
採用傅立葉紅外光譜儀對冷凍乾燥、真空乾燥105℃、鼓風乾燥105℃的香蕉皮粉末進行FT-IR分析，測試方法採用溴化鋰壓片法、ATR全放射方法，解析度為4cm-1，掃描次數為16，測試範圍為600～4000cm-1。冷凍乾燥、真空105℃乾燥、鼓風105℃乾燥不同方式乾燥後的香蕉皮粉末FT-IR圖譜見圖1，由圖1可以看出，三種不同方式乾燥的香蕉皮粉末紅外光譜圖沒有明顯區別。在三種乾燥方式中都出現3390cm-1,2930cm-1，1610cm-1,1390cm-1，1060cm-1等吸收峰。3390cm-1為酚類上的O-H伸縮振動，2930cm-1為酚類上的C-H伸縮振動，1610cm-1為酚類上的C＝C伸縮振動，1390cm-1為酚類上的C-H彎曲振動，表明香蕉皮粉末的主要成分為多酚。
採用熱重分析儀對冷凍乾燥香蕉皮粉末進行TG分析，測試溫度範圍為35～800℃，升溫速率為10℃/min，空氣流量60ml/min，一份以氮氣為保護氣氛，另一份不設保護氣體。由圖2可以看出，香蕉皮粉末失重第一階段在100℃前，為脫水階段，質量損失約3.5％，主要為香蕉皮粉末中游離水、物理吸附水等隨溫度的升高而蒸發；第二階段發生在溫度為170-242℃之間，氮氣氣氛中的香蕉皮粉末質量剩餘約73％，空氣氣氛中的香蕉皮粉末質量剩餘約71％，第三階段發生在溫度為242-370℃，氮氣氣氛中的香蕉皮粉末質量剩餘約42％，空氣氣氛中的香蕉皮粉末質量剩餘約37％，在此階段中空氣氣氛比氮氣氣氛中的香蕉皮粉末質量損失稍大。另外，在370-490℃之間空氣氣氛中香蕉皮粉末比氮氣氣氛中多一個快速分解階段，質量剩餘約12％，主要是因為在空氣氣氛中，香蕉皮中部分物質被氧化進而被分解，當升溫到800℃高溫條件下在空氣氣氛中的香蕉皮粉末剩餘質量為8.5％，而在氮氣氣氛中為26％，表明香蕉皮粉末在空氣中分解更徹底。香蕉皮粉末主要開始分解溫度為170℃，這表明香蕉皮粉末的熱穩定性較好，105℃的乾燥溫度不會使香蕉皮產生熱分解。
用DSC差示掃描量熱儀對冷凍乾燥香蕉皮粉末進行DSC分析，在105℃下保溫處理2h，觀察香蕉皮粉末的吸熱量，以氮氣為保護氣體，空氣流量為50ml/min。由圖3可以看出，香蕉皮粉末在105℃保溫過程中穩定吸熱，這是香蕉皮中水分蒸發吸熱，但熱流量變化很小表明香蕉皮粉末在105℃的氮氣氣氛中可至少穩定存在120min，熱穩定性較好，可滿足乾燥的要求。
實施例2
本實施例為香蕉皮色素提取方法。
上述三種不同方式乾燥後的香蕉皮粉末採用超聲波細胞粉碎機提取色素，提取工藝條件為：超聲功率360W、超聲時間11min、乙醇體積分數40％、液料比20ml/g。所得提取液採用高效離心機離心，轉速8000r/min，時間20min，取上清液。然後分別取相同量的提取液，稀釋定容，掃描UV-Vis吸光度曲線。圖4為不同方式乾燥後香蕉皮粉末提取液吸光度曲線，由圖1可以看出，在可見光區冷凍乾燥、真空乾燥和鼓風乾燥的吸光度曲線不同，真空乾燥提取液在381nm處出現一個吸收峰。視覺觀察，真空乾燥提取的香蕉皮提取液顏色較深，鼓風乾燥次之，隨溫度升高，提取液顏色逐漸加深。
實施例3
本實施例為採用香蕉皮色素染色毛織物方法。
用電子天平稱取若干份洗滌乾淨的毛織物，放入溫水中浸泡一定時間後取出即為待染色布樣。用振蕩式染色小樣機進行染色。採恆溫染色結束後取出織物，清洗後自然晾乾。
染色方法為以下中的任一種：
預媒法染色：經溼潤的紡織品放入含媒染劑的溶液中處理後取出；再投入含有香蕉皮色素的染浴中；或
同浴法染色：將潤溼的紡織品放入含媒染劑和香蕉皮色素的染浴中共同進行染色；或
後媒法染色：將潤溼紡織品放入含有香蕉皮色素的染浴中進行染色，加入媒染劑繼續染色。
具體地，染色方法中香蕉皮色素的用量為紡織品重量的5％。
具體地，染液的pH為3。具體地，染液pH採用磷酸系列緩衝液進行調控。
優選地，染色過程中浴比為1:(25～35)。具體地，染色過程中浴比為1:30。
優選地，在含有香蕉皮色素的染浴中進行染色時，染色溫度為90～100℃，染色時間為60～100min。優選地，在含有香蕉皮色素的染浴中進行染色時，染色溫度為98℃，染色時間為90min。
優選地，媒染劑為含有鋁離子後含有鐵離子的金屬鹽媒染劑。更為具體地，所述媒染劑為KAl(SO4)2·12H2O或FeSO4·7H2O。
優選地，預媒法染色中，在含媒染劑的溶液中處理的溫度為50～70℃，具體為60℃。優選地，預媒法染色中，在含媒染劑的溶液中處理的時間為30～60min，具體為40min。
優選地，後媒法染色中，在含媒染劑的染液中處理的溫度為80～90℃，具體為85℃。優選地，後媒法染色中，在含媒染劑的染液中處理的時間為30～40min，具體為35min。
具體地，所述紡織品為毛織物。
染色毛織物顏色及色牢度測試方法為：將染色後的織物試樣放置在溫度為21±1℃，溼度為65±2％的標準條件下預處理24h後，採用Color Eye 7000A電腦測配色儀測定其K/S值及顏色特徵值L*、a*、b*、c*，K/S值為染色深度，L*為明度，紅綠a*值，黃藍b*值，彩度c*值。織物色牢度測試均採用真空乾燥105℃的香蕉皮粉末提取色素染色毛織物。織物皂洗色牢度依據GB/T 3921-2008測定，皂洗條件選用5g/L的皂洗溶液，40℃洗滌30min。摩擦牢度依據標準GB/T 3920-1997測定，分為溼摩擦和幹摩擦牢度。耐日曬色牢度依據標準GB/T 8427-1998測定。耐熱壓色牢度(潮壓)，依據標準GB/T 6152-1997測定。
表1為不同方式乾燥後香蕉皮所提取色素染色毛織物的顏色特徵值和染色毛織物試樣圖，由表1可知，織物視覺觀察顏色和400nm處的K/S值均顯示真空乾燥所得香蕉皮色素染色毛織物顏色較深，鼓風乾燥其次；隨溫度升高，染色毛織物顏色逐漸加深。考慮到不同方式乾燥後香蕉皮提取液吸光度曲線形態發生變化，僅使用400nm處吸收波長的K/S值表徵織物顏色深淺還不夠，本文進一步採用400-700nm之間K/S值面積表徵織物顏色深淺。圖5為不同方式乾燥香蕉皮色素染色毛織物在400-700nm之間K/S值面積，因此進一步表明表1所得結論，105℃真空乾燥所得香蕉皮色素染色毛織物顏色最深。
表1不同乾燥方式香蕉皮色素染色毛織物顏色特徵值
註：試樣採用直接染，表1中(a-g)同圖4。
實施例4
本實施例為不用染色方法對染色後毛織物色牢度的影響試驗。其具體見表2所示。
表2真空乾燥105℃的香蕉皮粉末提取的色素染色後毛織物的色牢度
表2中：①鋁離子預媒染；②鋁離子同浴染；③鋁離子後浴染；④鐵離子預媒染；⑤鐵離子同浴染；⑥鐵離子後媒染；⑦直接染。KAl(SO4)2·12H2O用量6％(o.w.f)，FeSO4·7H2O用量3％(o.w.f)。
表2為香蕉皮色素染色後毛織物的各項色牢度值，由表2可知，皂洗色牢度中變色牢度級別相比棉沾、毛沾牢度較低，這是由於染色織物皂洗後織物顏色變深，但變色最低也達到了3-4級，說明香蕉皮色素染色後毛織物具有較好的皂洗牢度。染色後織物的摩擦牢度、日曬牢度、熱壓牢度均達到了3級以上，可滿足服裝行業對紡織品色牢度的使用要求，真空乾燥105℃適用於作為紡織品染料資源的香蕉皮乾燥，香蕉皮色素染色毛織物具有較好的牢度。
經不同乾燥方式、溫度乾燥後的香蕉皮粉末顏色不同，真空乾燥顏色最深，隨乾燥溫度增加，香蕉皮粉末顏色逐漸變深。香蕉皮色素熱穩定性好，三種不同方式乾燥的香蕉皮粉末紅外光譜圖沒有明顯區別；香蕉皮在空氣和氮氣中的起始分解溫度在170℃；DSC圖譜顯示香蕉皮在105℃保溫中至少可以穩定存在120min。在本文7種乾燥條件中，真空乾燥105℃所得香蕉皮粉末染色毛織物顏色最深，因此，該條件尤其適用於作為紡織品染料資源的香蕉皮乾燥，所得香蕉皮粉末提取後染色毛織物具有較好的皂洗、摩擦、日曬及熱壓牢度，均達到3級以上。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。