2.3. Экспериментальная часть

2.3.1 ВЛИЯНИЕ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ ПРЕПАРАТОВ НА КОЛОРИСТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТЫ ОКРАСКИ ЛЬНА ПРИРОДНЫМИ

КРАСИТЕЛЯМИ

Природные красители представляют собой экологически чистое сырье, которое можно постоянно воспроизводить. Любой источник цвета, растительного или животного происхождения, представляет собой доступный краситель для окрашивания материала из натуральных волокон. В своем большинстве эти красители достаточно сложно полностью извлечь из источника, а также обеспечить эффективную накрашиваемость текстильного материала. Это, в первую очередь, связано с низким сродством красителя к волокну в силу его определенного строения. Большинство из них имеют объемные размеры (фталоцианиды, каратиноиды, антоцианидины и др.), мешающие успешной диффузии вглубь волокна. Природные красители в своем многообразии представляют собой пигменты, относительно химически инертные.

На сегодняшний день традиционным способом закрепления окраски является применение металлов, часто неблагополучных с точки зрения экологии, соли токсичного и канцерогенного хрома. Металлы часто меняют окраску изначального природного красителя, что не всегда является благоприятным фактором. Одним из эффективных вариантов повысить накрашиваемость является путь частичной деструкции молекулы пигмента. Например, с помощью ферментов.

В работы были использованы 2 вида ферментов:

1. Целлюлаза в виде раствора. Целлюлазы применяют для производства соков и вин (для их осветления), комбикормов (для лучшего усвоения), а также для получения высококачественной бумаги. Выделяют 2 типа целлюлаз: эндоглюканазы (1,4-β-глюкан-4-глюканогидролазы, эндо-1,4- β-глюканазы) и целлобиогидролазы (1,4-β-D-глюкан-4-целлобиогидролазы,

экзоцеллобиогидролазы), отличающиеся характером действия на молекулы целлюлозы и, действуют совместно.

2. Мезим – это ферментативный препарат, главным компонентом которого является панкреатин. Это фермент, в котором содержатся:

-Липаза. Главное назначение – расщепление липидов и обеспечение доставки жирных кислот к клеткам.

-Амилаза. Это вещество, которое помогает в расщепление углеводов.

Расщепляет крахмал до олигосахаридов.

-Протеаза. Этот фермент помогает расщепить пептидную связь между аминокислотами.

Представляет интерес окрашивать ткани красителями, источниками которых являются доступные растения: плоды барбариса, чили и черноплодки (аронии), стебли и листья крапивы.

Основным источником окрашивающего пигмента барбариса является берберин, чили - группа каратиноидов, черноплодки - антоциановые пигменты, крапива - хлорофилл (таблица 4).

В качестве окрашивающего субстрата взято волокно натурального происхождения - лен. Это уникальное волокно, обладающее рядом ценных свойств (гигроскопичность, биоцидность, фактурность и т.д.). Произрастает на территории РФ. В условиях климата средней полосы агротехника льна является оптимальной. Трудность закрашивания льняного волокна заключается в наличие достаточно толстой первичной стенки, которая, однако, в процессе переработки (прядение, ткачество) механически повреждается и образуются микротрещины.

Для создания оптимальной техники крашения льна природными красителями, в условиях обработки ферментами, проведено исследование в несколько этапов.

На первом этапе рассматривалось концентрационное влияние ферментов на насыщенность получаемой окраски (рис. 2 и 3)

Рис. 2. Концентрационное влияние целлюлазы на насыщенность окраски льна природными красителями

При участии целлюлазы можно достичь повышения чистоты окраски до 45-32% чили(1-3 г/л фермента) и черноплодки(5 г/л фермента). В случае крашения барбарисом и крапивой чистота окраски колеблется в пределах 21- 24% независимо от концентрации фермента (рис 2).

Рис. 3. Концентрационное влияние панкреатина на насыщенность окраски льна природными красителями

Применение панкреатина в пределах 3-8 г/л позволяет поднять насыщенность окраски до 30-35% черноплодкой и чили. Оптимальными интервалами добавок панкреатина для барбариса(3-5 г/л) 20-24%, а для крапивы(1-3г/л) 22-25% (рис 3).

На втором этапе, при выбранных оптимальных концентрациях ферментов варьировалась рН среды ( рис 4-5).

Рис. 4. Влияние рН красильной ванны природных красителей на выход цвета с применением целлюлазы

При участии целлюлазы изменение рН среды в пределах 4-6 позволило повысить выход цвета черноплодки и чили до 30-40% . Изменение рН среды практически не оказало влияния на выход цвета (17-22%) барбариса и крапивы (рис 4).

Рис. 5. Влияние рН красильной ванны природных красителей на выход цвета с применением панкреатина

Варьирование рН красильной ванны в пределах (4-8) с участием панкреатина позволило увеличить выход цвета чили с 15 до 35%. Для черноплодки максимальная накрашиваемость(45%) достигается при рН = 2. Изменение рН среды практически не повлияло на выход цвета барбариса(25%) и крапивы(3-5%) (рис 5).

На третьем этапе при оптимальной концентрации и выбранной рН варьировалась температура, с целью максимальной активизации ферментов.

Рис. 6. Влияние температуры красильной ванны на выход цвета с применением целлюлазы

Проанализировав полученные данные, можно сделать вывод о том, что при выбранных условиях оптимальная температура крашения для барбариса составляет 40 град. и позволяет достичь выхода цвета 65%, для чили и крапивы – 60 град ( 25%). Поднятие температуры с 20 град до 70 не оказало видимого влияния на выход цвета черноплодки (рис 5).

Рис. 7. Влияние температуры красильной ванны на выход цвета с применением панкреатина

Изменение температуры красильной ванны не повлияло на выход цвета барбариса, черноплодки и крапивы. Максимального выхода цвета чили( 50%) удалось достичь при температуре 40 град (рис 6).

2. ВЛИЯНИЕ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ ПРЕПАРАТОВ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЛЬНА, ОКРАШЕННОГО

ПРИРОДНЫМИ КРАСИТЕЛЯМИ

В процессе оценки параметров накрашиваемости обнаружено, что образцы льна, обработанные ферментами, в процессе крашения природными красителями меняют технологические параметры, в частности, жесткость.

Жесткость окрашиваемых образцов определялась консольным методом и соответствующие зависимости представлены ниже. Для сравнения взяты наиболее характерные примеры крашения экстрактами чили и крапивы.

Рис. 8. Концентрационное влияние ферментов на жесткость льняной ткани, окрашенной природными красителями

На рис. 8 показан пример влияния ферментов на жесткость льняных образцов. Видно, что резко возрастает жесткость на 100-110% в случае действия чили - целлюлаза, при крашении крапивой повышение жесткости на 60% достигается при концентрации ферментов 3г/л.

Основной отправной позицией выбора оптимального содержания фермента является максимально возможное повышение накрашиваемости.

Поэтому, в случае крапивы содержание мезима составляет 3г/л, целлюлазы 10г/л, в случае чили содержание мезима – 8г/л, целлюлазы 5г/л.

Рис. 9. Влияние рН красильной ванны природных красителей на жесткость льняного волокна

Определение жесткости льняных образцов, окрашенных при выбранной концентрации ферментов, при варьирование рН среды красильного раствора от 2 до 8, показало снижение жесткости на 10-90%. В одном случае (чили- целлюлаза), при рН-2 достигается увеличение грифа на 50%.(рис. 9).

Рис. 10. Влияние температуры красильной ванны природных красителей на жесткость льняного волокна

Критерий накрашиваемости послужил основой выбора рН для крапивы 4 для чили 8. При варьирование температуры от 30 до 70°С, указанных рН и концентрации фермента, обнаружено снижение жесткости на 20-90%, кроме

случая чили – целлюлаза, который в интервале 30-50°С позволил достичь увеличения грифа на 40-95% (рис.10).

Жесткость текстильных материалов тесно связана с показателями малосминаемости. Обычно, повышение жесткости сопровождается понижением малосминаемости (примером может служить бумага). Если, при повышение жесткости происходит увеличение устойчивости к смятию, то можно говорить об эластичности и наполненности грифа (в качестве примера можно привести резину). Пониженная жесткость или ее отсутствие может сопровождаться и отсутствием малосминаемости, что позволяет получить мягкие, неупругие материалы.

Рис. 11. Концентрационное влияние ферментов на общий суммарный угол раскрытия льняной ткани, окрашенной природными красителями

После снятия нагрузки с испытуемых образцов определено, что устойчивость к смятию можно повысить на 7% в случае крапива – целлюлаза (3г/л). Примеры, где достигается повышение жесткости у чили – целлюлаза и крапива - мезим сопровождаются снижением устойчивости к смятию на 10- 45%, т.е. достигается изменение жесткости, не способствующей упругости грифа (рис. 11).

Рис. 12. Влияние рН красильной ванны на общий суммарный угол раскрытия льняного волокна, окрашенного природными красителями

Сравнение рис. 9 и 12 показывает, что получаются мягкие, неэластичные материалы.

Рис. 13. Влияние температуры красильной ванны природных красителей на общий суммарный угол раскрытия льняного волокон

Варьирование температуры также приводит к получению мягких льняных материалов, либо излишне жестких, как в случае чили – целлюлаза ( рис 10 и 13).

2. ВЛИЯНИЕ ФЕРМЕНТОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ОКРАСКИ ПРИРОДНЫМИ КРАСИТЕЛЯМИ К СТИРКЕ

Узкое место природных красителей – низкая устойчивость к условиям эксплуатации, в частности, к стирке. Это связано с фактическим отсутствием

сродства природного пигмента к волокну, из-за чего, в условиях стирки, краситель может легко десорбироваться в сточные воды, Кром того, щелочные условия стирки могут изменить первоначальный цвет получаемой окраски, как это происходит в случае антоциановых красителей, у которых ярко - малиновый цвет становится серым.

В таблице 6 представлены результаты оценки устойчивости окраски льна исследуемыми красителями к стиркам.

Таблица6 - Оценкаустойчивостик стиркам

Образец	Устойчивость, баллы
	Изменение первоначальной окраски	Степень закрашивания белого льна	Степень закрашивания белого хлопка
1.Крапива+Целл	3	4	5
2.Крапива+Мезим	3	4	5
3.Чили+Целл	3	4	5
4.Чили+Мезим	3	4	5
5.Барбарис+Целл	4-5	4	5
6.Барбарис+Мезим	4	4	5
7.Черноплодка+Целл	4	4	5
8.Черноплодка+Мезим	4	4	5
9.Крапива+Целл+рН(4)	3	5	5
10.Крапива+Мезим+рН(4)	3	5	5
11.Чили+Целл+рН(8)	3-4	4-5	5
12.Чили+Мезим+рН(8)	3	4-5	5
13.Барбарис+Целл+рН(8)	3-4	4	4
14.Барбарис+Мезим+рН(8)	3-4	4-5	4
15.Чернопл+Целл+рН(2)	3	4	5
16.Чернопл+Мезим+рН(2)	3	4	5
17.Крапива+Целл+рН+Т(40)	3	4-5	5
18.Крапива+Мезим+рН+Т(50)	3	4-5	5
19.Чили+Целл+рН+Т(40)	3	5	5
20.Чили+Мезим+рН+Т(70)	3	4-5	5
21.Барбарис+Целл+рН+Т(40)	3	4	5
22.Барбарис+Мезим+рН+Т(40)	3	4	5
23.Чернопл+Целл+рН+Т(40)	3	4	5
24.Чернопл+Мезим+рН+Т(50)	3	4-5	5

Видно, что первоначальная окраска практически во всех случаях снижается до 3 баллов. Исключение составили случаи барбарис – целлюлаза, также благоприятно сказалась оптимизация рН= 8 для обоих ферментов, а также для случая чили - целлюлаза при рН 8. Закрашивание смежных образцов колеблется на уровне 4-5 баллов, что в целом позволяет сопоставить результаты, полученные при участии ферментов, с результатом при участии солей металлов. Также следует отметить, что снижение рН до 2 позволяет обеспечить сохранность антоциановых красителей (черноплодка), т.е. их набор красно-пурпурных оттенков (образцы непосерели).