Технология экопринта текстильных материалов природными красителями

Размещено на http://www.allbest.ru//

Технология экопринта текстильных материалов природными красителями

В.Д. Константинова

Преимущество природных красителей - экологичность, доступность сырьевой базы и безопасность готовой текстильной продукции для непосредственного контакта с кожей человека. Несмотря на рост технологических достижений, остается ценным и ручная обработка материала, в мире дизайна приобретает популярность техника экопринта, которая успешно сочетает особенности природных красителей с одновременным получением неповторимых узоров на ткани.

Ключевые слова: природные красители, экологичность, натуральный шелк, шерсть, лен, хлопок

V.D. Konstantinova, A.I. Dosaeva, A.E. Tretyakova, V.V. Safonov

Russian state university of A.N. Kosygin (Technologies. Design. Art)

119071, Moscow, Malaya Kaluzhskaya St., 1

TECHNOLOGY OF THE ECOPRINT OF TEXTILE MATERIALS NATURAL DYES экопринт текстильный материал краситель

Advantage of natural dyes - environmental friendliness, availability of a source of raw materials and safety of finished textile goods for direct contact with skin of the person. Despite growth of technological achievements, remains valuable and manual processing of material, in the world of design gains popularity of the technician of an ecoprint which successfully combines features of natural dyes with simultaneous receiving unique patterns on fabric.

Keywords: natural dyes, environmental friendliness, natural silk, wool, flax, cotton

В эпоху индустриализации и цифровизации намечаются тенденции возврата к природе и использования сырья натурального происхождения. Это происходит потому, что ради сохранения природных ресурсов ужесточаются экологические нормативы в отношении производств и их отходов. Современный потребитель также стремится окружить себя экологически безопасными изделиями.

Природные красители могут предоставить такую возможность: их

использование минимизирует нагрузку на окружающую среду, получаемые окраски на текстильных изделиях безопасны для контакта с человеческой кожей из-за отсутствия токсичности природного сырья, которое в ряде случаев имеет и лечебные свойства. Однако существует определенный ряд ограничивающих проблем:

* урожай сырья зависит от климатических условий местности;

развитие агротехнического сектора также может повлечь за собой экологическую нагрузку на развитие природного региона (вырубка естественных посадок лесов и разнотравья);

окраски, получаемые природными красителями по цветовой гамме и стойкости, уступают синтетическим (нестабильность цвета при длительном хранении и стирках, под действием естественного света, нагревании и окислении воздухом), и для повышения стойкости окраски традиционно используется протравная технология, которая подразумевает использование комплексных солей металлов, включая токсичный и канцерогенный хром.

Преимуществом природных красителей можно находить то, что крашение, как правило, осуществляется на оборудовании периодического действия. Кроме того, крашение осуществляется на тканях из волокон природного происхождения (хлопок, лен, шерсть и шелк), что вполне укладывается в экологичную концепцию.

В рамках возрастающего интереса к природным красителям в настоящее время выпускаются дорогостоящие готовые изделия в небольшом объеме и успешно реализуются в Японии, Индии, на территории Кавказа и Средней Азии. Внедрение натуральных красителей в текстильную промышленность становится все актуальнее [1].

В мире существуют сотни растений, из которых можно получить красящие вещества, но далеко не все эти вещества обеспечивают прочные окраски. В промышленных масштабах из растений можно получать около трех-четырех десятков красителей. Большинство растений, пригодных для крашения, не культивировались еще с начала XX века. Лишь небольшое их количество дошли до нас преимущественно по той причине, что нашли свое применение в качестве лекарственного препарата: марена красильная, крушина, дуб, барбарис, калган.

Большая часть дикорастущих растений содержит в своей структуре незначительное количество красящего вещества. По этой причине люди применяли для крашения тканей только ту растительность, которая находилась в их окружении, получая неяркие, но весьма устойчивые выкраски желтого, бежевого, серого, коричневого и черного цветов. Источником красителя из растительного сырья служат ягоды, листья и цветы, кора, стебли и корни. [2] Для максимально выхода красителя, важно соблюдать период сбора растений. Листья собирают, как только они начнут распускаться; цветки - не раскрывшимися; корни и корешки собирают осенью или до наступления цветения; кору также лучше всего собирать весной.

Возрастает количество исследований по расширению ассортимента растений, которые было бы целесообразно использовать в качестве источника красящего вещества для производства природных красителей [3-4].

Технология извлечения красильного пигмента, являющегося главным источником цвета, практически не претерпела изменений: в основном, это

экстрагирование пигмента из растительного сырья путем вываривания.

Растительными красителями окрашиваются ткани исключительно из белковых и целлюлозных волокон. При этом натуральный шелк и шерсть обычно окрашиваются в насыщенные тона, а лен и хлопок - слабо.

В сфере ремесленного труда с ростом ценности ручной обработки материала существует масса разнообразных приемов, позаимствованных из этнических традиций многих народов мира. И в последнее время становится очень популярной техника экопринта. Это способ окрашивания натуральных тканей природными красителями с использованием различных протрав, закрепителей, при этом применяются следующие техники извлечения красящего вещества: пропаривание, кипячение, выгорание на солнце, вымачивание, механическая сила.

Так природные красители широко внедряются в мир дизайна. Возвращаются технологии, используемыми людьми на первых стадиях развития красильного производства. В Средние века были особенно известны такие красители, как индиго и вайда (он давали насыщенный синий цвет), куркума и корни барбариса (ярко желтый цвет) и т.д.

Лучшими по красоте и долговечности были два красных красителя животного происхождения - это пурпур, добывавшийся из средиземноморских моллюсков до Х1Х века, и кармин, который экстрагировали из насекомых двух разных видов - червеца (Евразия) и кошенили (Южная Америка). Однако эти красители очень дорогостоящие, т.к. процесс их извлечения был крайне трудоемок.

Сегодня достаточно бурно развивается технология экопечати, уходя при этом своими корнями глубоко в прошлое. Данная техника располагает широким выбором сырья: эффект зависит от типа ткани, сырья, времени и способа обработки материала, от выбранной протравы и т.д. Потому после каждой работы мастер обретает новый опыт, а каждый эксперимент может привести к самым непредсказуемым результатам.

Для экопринта подходят следующие растения: папоротник, клевер, тысячелистник, грецкие и буковые орехи, кора и листья деревьев, яблоко, листья омелы и эвкалипта, ломтики цитрусовых, кожура свеклы, луковая шелуха, садовые растения. Можно использовать и сухие красители, такие как крушина, толокнянка, куркума, душица, черноплодная рябина и так далее. Обычно крепкие (плотные, вязкие) листья дают лучшие результаты, если их предварительно слегка высушить в книге, затем сразу завернуть в ткань так, чтобы каждый лист был полностью прижат к ткани. Ольга Казанская и Дина Ронина, и многие другие дизайнеры используют для окраски фона анилиновые красители. Этот метод техники у дизайнеров носит название «ботаническое контактное крашение» [5].

Определившись с растениями и тканью (из целлюлозных или белковых волокон), материал следует подготовить. Для начала его нужно постирать, чтобы убрать предварительные пропитки. Затем рекомендуется текстильный материал протравить, чтобы обеспечить пигментам повышенные диффузионно-сорбционные параметры и фиксацию красителя на ткани. Чаще всего используются комплексные соли - квасцы - двойная сернокислая соль алюминия, хрома, железа и какого-нибудь щелочного металла или аммония. Далее можно окрасить саму ткань в какой-либо локальный цвет при помощи натуральных красителей. Природа протравы определяет и конечный результат по цвету, например, алюминиевые квасцы подходят для светлых тонов, для темных можно использовать раствор медного купороса. В технике медиумпринт используют анилиновые красители, которые добавляются непосредственно в тару с тканью [6-10].

Ткань обрабатывается в соляном растворе протравы (примерно 8% от массы ткани) предварительно, во время крашения или после:

а) предварительное протравливание предполагает обработку в течение 30-60 минут при температуре 80-90°С при постоянном помешивании (циркуляции раствора); по окончании процесса обработки, не вынимая ткань, дать остыть, оставить на 8-12 часов, затем прополоскать и высушить;

б) при одновременном протравливании за 30-60 мин до окончания процесса крашения добавить раствор квасцов в емкость с тканью;

в) при последующем протравливании окрашенную ткань погружают в раствор протравы.

Можно также листья некоторых растений замачивать в протраве из другой соли, т.е. отличной от используемой в основном процессе для обработки ткани, чтобы добиться контуров разных оттенков.

После всех этих операций можно перейти к так называемому «принту» - печати растениями на ткани. Свежие растения раскладываются по полотну, при этом ткань должна быть немного влажной и лежать на твердой ровной поверхности. Растения раскладываются на одной половине ткани. Если используются растения высушенные, их необходимо предварительно вымачивать в течение 40-60 минут. После того, как композиция составлена, второй половиной ткани нужно накрыть первую. Можно раскладывать травы по всему полотну, но тогда сверху придется проложить их еще одной тканью (она называется рабочей и отличается от основной, например, для натурального шелка - это хлопковая ткань, для хлопка - ткань из любых синтетических волокон. Есть вариант использования пищевой пленки в качестве верхнего слоя. Это делается для фиксации растений перед дальнейшим скручиванием ткани. Можно аккуратно оббить ткань с растениями молотком для намеренного повреждения поверхности красящих материалов, чтобы сок, содержащий краситель, проник в волокна ткани. Далее материал скручивают по разным вариантам:

а) ткань сворачивается при наматывании ее на кусок шланга или палку и затем плотно перевязывается;

б) уже обмотанный нитками сверток упаковывается в полиэтиленовую пленку и обматывается еще раз, но вместо ниток можно использовать резинку;

в) свернутый материал помещается в пластиковую бутылку, обрезанную с обеих сторон: в течение варки бутылка сжимается, и рисунок лучше отпечатывается на ткани; после процесса крашения бутылку аккуратно надрезается и разрывается, не повреждая ткань.

Преимущество последнего способа заключается в том, что он позволяет лучше защитить ткань от механических повреждений в процессе последующей варки - собственно крашения.

Тепловая обработка, которая сопутствует крашению тоже бывает различной:

а) паровая обработка в течение 2-3 часов;

б) отварка свертка ткани непосредственно в воде в течение 6-8 часов при 70-90°С.

После варки-крашения текстильный материал, скрученный в рулон, оставляют отлеживаться на период времени от 1,5 часов до целых суток. Ткань при этом можно размотать и оставить, не убирая листья и другие материалы. Следует отметить, что вылеживание способствует увеличению фиксации красителя на волокне.

На следующем этапе с ткани аккуратно удаляются все веревки и закрепы. Полотно разворачивается, убираются травы и ягоды. В результате на поверхности ткани остается удивительный узор из отпечатавшихся природных красящих материалов, который невозможно получить при машинной печати.

Окончательным этапом является полоскание ткани вначале в слабом растворе уксусной кислоты, затем следует окончательная промывка. Процесс сушки сопровождается термофиксацией на термопрессе (можно использовать утюг для небольших изделий) (рис. 1).

Для получения цветовых слоев может использоваться повторное перекрашивание - техника Shibori-zome. Она осуществляется путем пришивания или фиксирования предметов, носителей красящих соединений, и может быть одним из методов для создания сложного рисунка. Ткань несколько раз окрашивается при постепенном удалении или прикреплении трафаретов из природных материалов. Однако этот процесс весьма трудоемкий.

Рис. 1. Экопринт растительным сырьем (листья и цветы розы и тюльпана) на натуральном шелке в присутствии медного купороса

Набивка цветов на ткань - наиболее простой способ, получаются достаточно четкие контуры изображений с насыщенными цветами. Растение кладется на ткань, сверху накрывается бумагой или другой тканью, затем ударами молотка получаются отпечатки растений. Процесс завершается термофиксацией с помощью темопресса или утюга.

Для экопечати на солнце предпочтительно использовать шелк-сырец или бархат. Отрез ткани закрепляется на пенополистироле, выкладывается определенная композиция из растений, которые крепятся на булавки или придавливаются сверху оргстеклом. Полученная конструкция экспонируется на солнце в течение нескольких дней. Высохшие растения убираются и на их месте должны остаться слабые изображения. Ткань ополаскивается проточной водой, снова свежие растения прикалываются на место и ткань с листьями повторно отправляется опять на солнечную экспозицию. При высыхании ткани рисунок становится ярче и четче. Фиксация изображения осуществляется утюгом.

Проблемами в крашении природными красителями можно назвать следующее: сохранение цвета, низкое сродство к волокну, обладают зачастую большими размерами молекул пигментов относительно внутреннего пространства (пор и капилляров) волокна. Чтобы обеспечить стехиометрическую совместимость молекулы пигмента с волокном, в работе предложено использовать ферменты на основе целлюлазы и панкреатина, которые могут частично деструктировать молекулу пигмента без сильного изменения цвета [11].

Сохранение цвета - задача сложная, т.к. растительные пигменты достаточно быстро выгорают на солнце, нестойки к стиркам и кислороду воздуха. По этой причине вся богатая цветовая гамма природы тускнеет при попытке перевести ее на ткань. Один из носителей красного цвета - антоциановые красители - обладают глубокими оттенками от насыщенного алого до пурпурного, к сожалению, очень нестойки и разрушаются на воздухе. В работе исследованы методы извлечения антоциановых пигментов из плодов черноплодной рябины (аронии) и фиксации их на белковом шерстяном и льняном волокнах беспротравным способом.

Результаты крашения оценивались по насыщенности (чистоте) цвета, так как она представлялась наиболее оптимальной характеристикой, которая показывает изменение цвета относительно ахроматической оси. Установлено, что варьирование концентрации

ферментативных препаратов в пределах 1-10 г/л на шерсти чистота цвета уступает окраскам на льне - 15% и 25-35% соответственно. Следует отметить, что концентрация ферментов не оказывает существенно влияния на результаты накрашиваемости шерсти, а в случае льна - оптимальным можно считать 3-5 г/л (рис. 2).

Рис. 2. Концентрационное влияние ферментов на насыщенность окраски льна и шерсти плодами аронии

Известно, что активность ферментов зависит от таких факторов, как: концентрация, температура и рН среды. Совпадение вышесказанных параметров обеспечивает максимальную активность ферментов. Диапазон используемого рН в работе варьировалась от 2 до 8, т.к. в щелочной среде целлюлаза и панкреатин активность теряют.

Определено, что максимальная насыщенность наблюдается в условиях кислой среды (рН=2) независимо от вида волокна и природы энзима, при этом достигнуты более высокие результаты насыщенности полученной окраски: у шерсти она составила 17%, а у льна - 45%.

Влияние температуры на активность ферментов и насыщенность окраски позволило более эффективно использовать антоциановые пигменты плодов аронии. При температуре 50-70°С можно достичь повышения насыщенности цвета окраски на шерсти 20% и на льне 50%. При можно отметить, что наиболее эффективный фермент для льна - панкреатин, а для шерсти - целлюлаза.

Анализ устойчивости окраски к мокрым обработкам показал, что использование ферментативных препаратов позволяет улучшить устойчивость до 3-4 баллов, что является неплохим результатом для природных красителей. При этом природа волокна имеет большое значение, т.к. разрабатываемая технология крашения природными красителями в присутствие ферментов более эффективна для шерсти. Устойчивость получаемых окрасок держится на уровне 4-5 баллов (табл.1).

Таблица 2. Оценка устойчивости к стиркам окрасок плодами аронии

Таким образом, рассмотрены различные способы колорирования в технике печати природным растительным сырьем, позволяющие получить необычные расцветки на тканях из натуральных волокон. Разработана и предложена беспротравная технология крашения антоциановыми красителями на примере плодов аронии в присутствии энзимов амилолитического характера, обеспечивающая получение достаточно прочных окрасок к стиркам.

Список литературы

Калинников Ю.А., Вашурина И.Ю. Природные красители и вспомогательные вещества в химико-текстильных технологиях - реальный путь повышения экологической чистоты и эффективности производства текстильных материалов // Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева. 2002. т.ХЦУ! №1. с. 77-87

Луцкая Б.П., Славуцкая Н.И. Получение красителей из растительного сырья. М.: ЦНИИТЭИпищепром. 1977. 30 с.

Болотов М.В., Рудаков О.Б. Химические пути расширения эксплуатационных свойств природных красителей из растительного сырья России // Химия растительного сырья. 1999. № 4. с. 35-40

Кричевский Г.Е. Возрождение природных красителей. М.: Паблит. 2017. 565 с.

Ронина Дина URL: https://shkatulochka.com/info/artides/reportazhi/dina-ronina/ (дата обращения: 25.02.2019)

Вторая улица. «Ecoprint» - книга про окраску ткани растениями URL: http://secondstreet.ru/blog/materiali_i_instrumenti/kniga-pro-okrasku-tkani-rastenijami.html (дата обращения: 18.01.2019)

Экопринт на шелке. Мастер-класс URL:

https://www.myjane.ru/artides/text/?id=19987 (дата обращения: 18.01.2019)

Ульянова Анна URL: https://pddblog.wordpress.com/tag/%D1%8D%D0%BA%D0%BE- %D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%82/ (дата обращения: 18.01.2019)

Волошина Антонина Окрашивание натуральными красителями и состаривание ткани URL: https://www.livemaster.ru/topic/104025-okraska-naturalnymi-krasitelyami-i-

sostarivanie-tkani (дата обращения: 25.02.2019)

Довбыш Анна URL: https://zen.yandex.ru/media/antonovsad2/ekoprint-na-tkani-svoimi-rukami-masterklass-s-foto-5b0cbd31830905eda574a085 (дата обращения: 25.02.2019)

Досаева А.И., Третьякова А.Е., Сафонов В.В. Колорирование текстильных материалов природными антоциановыми красителями // Вестник молодых ученых Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна. 2018. №

Размещено на Allbest.ru