CN106480751A - 一种香蕉皮色素作为纺织染料的用途 - Google Patents

一种香蕉皮色素作为纺织染料的用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种香蕉皮色素作为纺织染料的用途。本发明中将废弃的香蕉皮采用真空干燥、粉碎及超声波细胞粉碎机进行色素提取，提取后获得的香蕉皮色素能够用于纺织品特别是毛纺织品的染料，其具有良好的染色效果；染色后的皂洗牢度、摩擦牢度、日晒牢度和热压牢度都达到3级以上水平。

Description

一种香蕉皮色素作为纺织染料的用途
技术领域
本发明涉及一种香蕉皮色素的新用途，具体涉及一种香蕉皮色素作为纺织染料的用途。
背景技术
香蕉是世界上栽培最为广泛的热带水果，我国香蕉年产量达1000万吨。随着香蕉深加工产业的发展，产生大量香蕉皮副产物，不仅污染环境，且造成资源浪费，故香蕉皮资源化利用逐渐成为研究热点。
目前，香蕉皮的利用研究主要集中在吸附材料、作为介导合成纳米粒子、制备纳米纤维素纤维和提取活性成分多酚、黄酮、有机酸、多糖等，但从香蕉皮中提取纺织品用色素的研究很少。香蕉皮含水量高达82％～92％，容易腐败变质，如何干燥香蕉皮则成为重要课题。干燥既可以延长香蕉皮的保存时间又是加工香蕉皮产品的方法，传统的干燥方式一般采用鼓风干燥，现代干燥方式主要有真空干燥与冷冻干燥。鼓风干燥便捷、易于操作但耗时长，且不适于易氧化、热敏性的物质干燥。真空干燥的干燥速率快且在缺氧环境下进行。冷冻干燥在低温和真空条件下进行干燥，通过升华去除物料中的水分。现有技术中并没有给出将香蕉皮中色素用于纺织品领域纺织染料的用途。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种香蕉皮色素作为纺织染料的用途，以克服现有技术中纺织品染料为化学染料带来的环境污染及生物相容性不好的缺陷。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的。
一种香蕉皮色素作为纺织染料的用途。
优选地，所述香蕉皮色素作为染料用于毛纺织品染色的用途。
优选地，所述香蕉皮色素为采将香蕉皮粉末分散在乙醇水溶液中用超声波细胞粉碎机提取，且液料比为20ml/g，离心分离后浓缩干燥获得。优选地，浓缩干燥温度不超过110℃。
优选地，所述香蕉皮粉末为将香蕉皮粉碎后过100目网筛获得。
优选地，所述香蕉皮在粉碎前经去梗、除杂和真空干燥。更优选地，干燥温度为100～110℃，真空干燥箱的压力为不大于150Pa。
优选地，染色方法为以下中的任一种：
预媒法染色：经湿润的纺织品放入含媒染剂的溶液中处理后取出；再投入含有香蕉皮色素的染浴中；或
同浴法染色：将润湿的纺织品放入含媒染剂和香蕉皮色素的染浴中共同进行染色；或
后媒法染色：将润湿纺织品放入含有香蕉皮色素的染浴中进行染色，加入媒染剂继续染色。
优选地，染色方法中香蕉皮色素的用量为纺织品重量的4～10％。更优选地，染色方法中香蕉皮色素的用量为纺织品重量的5％。
优选地，染液的pH为酸性。更优选地，染液的pH为3～5。优选地，染液pH采用磷酸系列缓冲液进行调控。
优选地，染色过程中浴比为1:(25～35)。更优选地，染色过程中浴比为1:30。
优选地，在含有香蕉皮色素的染浴中进行染色时，染色温度为90～100℃，染色时间为60～100min。
优选地，媒染剂为含有铝离子后含有铁离子的金属盐媒染剂。更为优选地，所述媒染剂为KAl(SO4)2·12H2O或FeSO4·7H2O。
优选地，预媒法染色中，在含媒染剂的溶液中处理的温度为50～70℃。优选地，预媒法染色中，在含媒染剂的溶液中处理的时间为30～60min。
优选地，后媒法染色中，在含媒染剂的染液中处理的温度为80～90℃。优选地，后媒法染色中，在含媒染剂的染液中处理的时间为30～40min。
优选地，所述纺织品为毛织物。
本发明中将废弃的香蕉皮采用真空干燥、粉碎及超声波细胞粉碎机进行色素提取，提取后获得的香蕉皮色素能够用于纺织品特别是毛纺织品的的染料，其具有良好的染色效果；染色后的皂洗牢度、摩擦牢度、日晒牢度和热压牢度都达到3级以上水平。
附图说明
图1为不同干燥方式后的香蕉皮粉末的红外光谱图；其中图1中(a)冷冻干燥；(b)真空干燥105℃；(c)鼓风干燥105℃。
图2为冷冻干燥香蕉皮粉末TG、DTG曲线；其中图2中a氮气气氛TG、b空气气氛TG、c氮气气氛DTG、d空气气氛DTG。
图3为冷冻干燥香蕉皮粉末的DSC曲线。
图4为不同方式干燥后香蕉皮粉末提取液吸光度曲线。其中，图4中(a)冷冻干燥；(b)真空干燥70℃；(c)真空干燥90℃；(d)真空干燥105℃；(e)鼓风干燥70℃；(f)鼓风干燥90℃；(g)鼓风干燥105℃。
图5为不同方式干燥香蕉皮色素染色毛织物K/S值面积，其中，图5中(a)冷冻干燥；(b)真空干燥70℃；(c)真空干燥90℃；(d)真空干燥105℃；(e)鼓风干燥70℃；(f)鼓风干燥90℃；(g)鼓风干燥105℃。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
1.1本实施例中实验材料
购买产自云南的新鲜香蕉，去除果肉，得到鲜香蕉皮，经计算鲜香蕉皮占香蕉的重量百分比为30％～40％之间。去梗除杂后的香蕉皮剪成约3cm×3cm的片状。所用试剂无水乙醇、磷酸、磷酸氢二钠、Fe2SO4·7H2O、KAl(SO4)2·12H2O、盐酸、均为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司。
1.2主要仪器
电热鼓风干燥箱(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)；真空干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)；冷冻干燥机(北京博医康实验仪器有限公司)；高速万能粉碎机(浙江瑞安市永利制药机械有限公司)；JY98-IIIDN超声波细胞粉碎机(宁波新芝生物股份有限公司)(15mm变幅杆，间歇2.0s、超声2.0s)；贝克曼库尔特Avanti J-E多用途高效离心机(贝克曼库尔特商贸有限公司)；可见光分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)；RE52-4旋转蒸发器(上海沪西分析仪器厂有限公司)；教育系列实验室pH计EL20型和电子天平EL204型(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司)；电脑测配色系统Color-eye7000A Spectrophotometer(美国Macbeth公司)；SW-12AⅡ型耐洗色牢度试验机、Y(B)571Ⅱ耐摩擦牢度仪和YG(B)605型耐熨烫升华色牢度试验仪(温州大荣纺织标准仪器厂)、ATLAS-150S型日晒牢度仪(德国ATLAS有限公司)、DSC Q200(美国TA仪器有限公司)；TGA/SDTA851e型热重分析仪(METTLER公司)、NICOLET is10傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)(赛默飞世尔科技)。
实施例1
本实施例为香蕉皮干燥方法。
将片状的鲜香蕉皮分成7份，一份于-4℃冰箱中冷冻8h，再放置于冷冻干燥机中(温度：-50；真空度：100Pa)干燥30h；三份分别于真空干燥箱中70℃、90℃、105℃分别干燥(真空度：133Pa)；剩余三份分别于鼓风干燥箱中70℃、90℃、105℃干燥；将干燥后的香蕉皮用万能粉碎机粉碎，过100目筛，收集粉末备用。
不同方式干燥后所得香蕉皮粉末随干燥方式和温度不同，香蕉皮粉末颜色不同。视觉效果为：冷冻干燥方式不受高温和空气的影响，几乎保持原有的香蕉皮颜色，冷冻干燥在低温下进行干燥，对香蕉皮的结构以及被空气破坏的影响也最小。真空干燥可使香蕉皮在低压下除去水分，比鼓风干燥香蕉皮粉末颜色更为艳丽，随干燥温度增加，香蕉皮粉末颜色变深。鼓风干燥耗时长易导致香蕉皮受空气的影响。因此不同方式干燥对香蕉皮粉末的颜色有直接影响；本发明中选用真空干燥香蕉皮获得的粉末颜色更为艳丽。
采用傅里叶红外光谱仪对冷冻干燥、真空干燥105℃、鼓风干燥105℃的香蕉皮粉末进行FT-IR分析，测试方法采用溴化锂压片法、ATR全放射方法，分辨率为4cm-1，扫描次数为16，测试范围为600～4000cm-1。冷冻干燥、真空105℃干燥、鼓风105℃干燥不同方式干燥后的香蕉皮粉末FT-IR图谱见图1，由图1可以看出，三种不同方式干燥的香蕉皮粉末红外光谱图没有明显区别。在三种干燥方式中都出现3390cm-1,2930cm-1，1610cm-1,1390cm-1，1060cm-1等吸收峰。3390cm-1为酚类上的O-H伸缩振动，2930cm-1为酚类上的C-H伸缩振动，1610cm-1为酚类上的C＝C伸缩振动，1390cm-1为酚类上的C-H弯曲振动，表明香蕉皮粉末的主要成分为多酚。
采用热重分析仪对冷冻干燥香蕉皮粉末进行TG分析，测试温度范围为35～800℃，升温速率为10℃/min，空气流量60ml/min，一份以氮气为保护气氛，另一份不设保护气体。由图2可以看出，香蕉皮粉末失重第一阶段在100℃前，为脱水阶段，质量损失约3.5％，主要为香蕉皮粉末中游离水、物理吸附水等随温度的升高而蒸发；第二阶段发生在温度为170-242℃之间，氮气气氛中的香蕉皮粉末质量剩余约73％，空气气氛中的香蕉皮粉末质量剩余约71％，第三阶段发生在温度为242-370℃，氮气气氛中的香蕉皮粉末质量剩余约42％，空气气氛中的香蕉皮粉末质量剩余约37％，在此阶段中空气气氛比氮气气氛中的香蕉皮粉末质量损失稍大。另外，在370-490℃之间空气气氛中香蕉皮粉末比氮气气氛中多一个快速分解阶段，质量剩余约12％，主要是因为在空气气氛中，香蕉皮中部分物质被氧化进而被分解，当升温到800℃高温条件下在空气气氛中的香蕉皮粉末剩余质量为8.5％，而在氮气气氛中为26％，表明香蕉皮粉末在空气中分解更彻底。香蕉皮粉末主要开始分解温度为170℃，这表明香蕉皮粉末的热稳定性较好，105℃的干燥温度不会使香蕉皮产生热分解。
用DSC差示扫描量热仪对冷冻干燥香蕉皮粉末进行DSC分析，在105℃下保温处理2h，观察香蕉皮粉末的吸热量，以氮气为保护气体，空气流量为50ml/min。由图3可以看出，香蕉皮粉末在105℃保温过程中稳定吸热，这是香蕉皮中水分蒸发吸热，但热流量变化很小表明香蕉皮粉末在105℃的氮气气氛中可至少稳定存在120min，热稳定性较好，可满足干燥的要求。
实施例2
本实施例为香蕉皮色素提取方法。
上述三种不同方式干燥后的香蕉皮粉末采用超声波细胞粉碎机提取色素，提取工艺条件为：超声功率360W、超声时间11min、乙醇体积分数40％、液料比20ml/g。所得提取液采用高效离心机离心，转速8000r/min，时间20min，取上清液。然后分别取相同量的提取液，稀释定容，扫描UV-Vis吸光度曲线。图4为不同方式干燥后香蕉皮粉末提取液吸光度曲线，由图1可以看出，在可见光区冷冻干燥、真空干燥和鼓风干燥的吸光度曲线不同，真空干燥提取液在381nm处出现一个吸收峰。视觉观察，真空干燥提取的香蕉皮提取液颜色较深，鼓风干燥次之，随温度升高，提取液颜色逐渐加深。
实施例3
本实施例为采用香蕉皮色素染色毛织物方法。
用电子天平称取若干份洗涤干净的毛织物，放入温水中浸泡一定时间后取出即为待染色布样。用振荡式染色小样机进行染色。采恒温染色结束后取出织物，清洗后自然晾干。
染色方法为以下中的任一种：
预媒法染色：经湿润的纺织品放入含媒染剂的溶液中处理后取出；再投入含有香蕉皮色素的染浴中；或
同浴法染色：将润湿的纺织品放入含媒染剂和香蕉皮色素的染浴中共同进行染色；或
后媒法染色：将润湿纺织品放入含有香蕉皮色素的染浴中进行染色，加入媒染剂继续染色。
具体地，染色方法中香蕉皮色素的用量为纺织品重量的5％。
具体地，染液的pH为3。具体地，染液pH采用磷酸系列缓冲液进行调控。
优选地，染色过程中浴比为1:(25～35)。具体地，染色过程中浴比为1:30。
优选地，在含有香蕉皮色素的染浴中进行染色时，染色温度为90～100℃，染色时间为60～100min。优选地，在含有香蕉皮色素的染浴中进行染色时，染色温度为98℃，染色时间为90min。
优选地，媒染剂为含有铝离子后含有铁离子的金属盐媒染剂。更为具体地，所述媒染剂为KAl(SO4)2·12H2O或FeSO4·7H2O。
优选地，预媒法染色中，在含媒染剂的溶液中处理的温度为50～70℃，具体为60℃。优选地，预媒法染色中，在含媒染剂的溶液中处理的时间为30～60min，具体为40min。
优选地，后媒法染色中，在含媒染剂的染液中处理的温度为80～90℃，具体为85℃。优选地，后媒法染色中，在含媒染剂的染液中处理的时间为30～40min，具体为35min。
具体地，所述纺织品为毛织物。
染色毛织物颜色及色牢度测试方法为：将染色后的织物试样放置在温度为21±1℃，湿度为65±2％的标准条件下预处理24h后，采用Color Eye 7000A电脑测配色仪测定其K/S值及颜色特征值L*、a*、b*、c*，K/S值为染色深度，L*为明度，红绿a*值，黄蓝b*值，彩度c*值。织物色牢度测试均采用真空干燥105℃的香蕉皮粉末提取色素染色毛织物。织物皂洗色牢度依据GB/T 3921-2008测定，皂洗条件选用5g/L的皂洗溶液，40℃洗涤30min。摩擦牢度依据标准GB/T 3920-1997测定，分为湿摩擦和干摩擦牢度。耐日晒色牢度依据标准GB/T8427-1998测定。耐热压色牢度(潮压)，依据标准GB/T 6152-1997测定。
表1为不同方式干燥后香蕉皮所提取色素染色毛织物的颜色特征值和染色毛织物试样图，由表1可知，织物视觉观察颜色和400nm处的K/S值均显示真空干燥所得香蕉皮色素染色毛织物颜色较深，鼓风干燥其次；随温度升高，染色毛织物颜色逐渐加深。考虑到不同方式干燥后香蕉皮提取液吸光度曲线形态发生变化，仅使用400nm处吸收波长的K/S值表征织物颜色深浅还不够，本文进一步采用400-700nm之间K/S值面积表征织物颜色深浅。图5为不同方式干燥香蕉皮色素染色毛织物在400-700nm之间K/S值面积，因此进一步表明表1所得结论，105℃真空干燥所得香蕉皮色素染色毛织物颜色最深。
表1不同干燥方式香蕉皮色素染色毛织物颜色特征值
注：试样采用直接染，表1中(a-g)同图4。
实施例4
本实施例为不用染色方法对染色后毛织物色牢度的影响试验。其具体见表2所示。
表2真空干燥105℃的香蕉皮粉末提取的色素染色后毛织物的色牢度
表2中：①铝离子预媒染；②铝离子同浴染；③铝离子后浴染；④铁离子预媒染；⑤铁离子同浴染；⑥铁离子后媒染；⑦直接染。KAl(SO4)2·12H2O用量6％(o.w.f)，FeSO4·7H2O用量3％(o.w.f)。
表2为香蕉皮色素染色后毛织物的各项色牢度值，由表2可知，皂洗色牢度中变色牢度级别相比棉沾、毛沾牢度较低，这是由于染色织物皂洗后织物颜色变深，但变色最低也达到了3-4级，说明香蕉皮色素染色后毛织物具有较好的皂洗牢度。染色后织物的摩擦牢度、日晒牢度、热压牢度均达到了3级以上，可满足服装行业对纺织品色牢度的使用要求，真空干燥105℃适用于作为纺织品染料资源的香蕉皮干燥，香蕉皮色素染色毛织物具有较好的牢度。
经不同干燥方式、温度干燥后的香蕉皮粉末颜色不同，真空干燥颜色最深，随干燥温度增加，香蕉皮粉末颜色逐渐变深。香蕉皮色素热稳定性好，三种不同方式干燥的香蕉皮粉末红外光谱图没有明显区别；香蕉皮在空气和氮气中的起始分解温度在170℃；DSC图谱显示香蕉皮在105℃保温中至少可以稳定存在120min。在本文7种干燥条件中，真空干燥105℃所得香蕉皮粉末染色毛织物颜色最深，因此，该条件尤其适用于作为纺织品染料资源的香蕉皮干燥，所得香蕉皮粉末提取后染色毛织物具有较好的皂洗、摩擦、日晒及热压牢度，均达到3级以上。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种香蕉皮色素作为纺织染料的用途。
2.根据权利要求1所述用途，其特征在于，所述香蕉皮色素为采将香蕉皮粉末分散在乙醇水溶液中用超声波细胞粉碎机提取，且液料比为20ml/g，离心分离后浓缩干燥获得。
3.根据权利要求2所述用途，其特征在于，所述香蕉皮粉末为将香蕉皮粉碎后过100目网筛获得。
4.根据权利要求3所述用途，其特征在于，所述香蕉皮在粉碎前经去梗、除杂和真空干燥。
5.根据权利要求1所述用途，其特征在于，作为纺织染料染色的方法为以下中的任一种：
预媒法染色：经湿润的纺织品放入含媒染剂的溶液中处理后取出；再投入含有香蕉皮色素的染浴中；或
同浴法染色：将润湿的纺织品放入含媒染剂和香蕉皮色素的染浴中共同进行染色；或后媒法染色：将润湿纺织品放入含有香蕉皮色素的染浴中进行染色，加入媒染剂继续染色。
6.根据权利要求5所述用途，其特征在于，染色方法中香蕉皮色素的用量为纺织品重量的4～10％。
7.根据权利要求5所述用途，其特征在于，染色过程中浴比为1:(25～35)。
8.根据权利要求5所述用途，其特征在于，媒染剂为含有铝离子后含有铁离子的金属盐媒染剂。
9.根据权利要求5所述用途，其特征在于，在含有香蕉皮色素的染浴中进行染色时，染色温度为90～100℃，染色时间为60～100min。
10.根据权利要求5所述用途，其特征在于，所述染色方法还包括以下特征中的一种或多种：
预媒法染色中，在含媒染剂的溶液中处理的温度为50～70℃；
预媒法染色中，在含媒染剂的溶液中处理的时间为30～60min；
后媒法染色中，在含媒染剂的染液中处理的温度为80～90℃；
后媒法染色中，在含媒染剂的染液中处理的时间为30～40min。
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