Μελέτη του χρωματισμού χημικής χαρτομάζας με φυτικές βαφές

Abstract

In the frames of this study, plant materials of Greek flora were investigated as sources ofnatural dyes in cellulosic fibers dyeing process. The derived from the selected plantmaterials natural colorants were applied on chemical pulp, in order to examine theirdyeability. Especially, the case of chemical pulp dyeing, using plant materials rich inpolyphenolic compounds such as tannins, anthocyanins and other flavonoids, which arenatural colorants, was studied. The most efficient conditions of natural colorants’ aquaticextraction and chemical pulp’s dyeing process were determined for each plant material,separately. Different natural colorants extraction and pulp dyeing techniques were usedincorporating the microwave and ultrasound sonication. Moreover, the effect of dryingmethod and conditions on the dyeability of the selected dyestuff plant material wasstudied. The drying of the dyestuff raw materials is a crucial treatment in storing andhandling plant materials. In the frames of this work, three different drying methods wereexamined, the natural, the air, and the freeze drying method, in various conditions. Apartfrom the final dyeing result, the low cost and the minor environmental impact were alsotaken under consideration during the selection of the most efficient conditions.Therefore, conditions such as short residence time and low temperature were preferred.Specifically, the air drying at low temperature and high relative humidity proved the mosteffective method of drying on the final dyeing capacity of dyestuff plant materials withlow initial moisture content. In contrast, the freeze drying was considered suitable fordyestuff plant materials of high initial moisture content. The extraction method that gavethe best results was the microwave assisted extraction with ultrasound assistedextraction to follow with almost equal efficiency. The dyeing method that gave the bestresults and clearly outperforms the other methods is the microwave assisted dyeing ofchemical pulp. Finally, it was observed that the chemical pulp sheets dyed with dyeingextracts rich in flavonoids showed significantly less color stability over time in comparisonto sheets dyed with extracts rich in tannins and quinonoid compounds.

Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής, διάφορες φυτικές ύλες της ελληνικήςχλωρίδας εξετάστηκαν ως πηγές φυσικών χρωμάτων, τα οποία εν συνεχείαχρησιμοποιήθηκαν κατά τη διαδικασία βαφής ινών κυτταρίνης. Πιο συγκεκριμένα, ταπαραγόμενα φυτικά βαφικά εκχυλίσματα αποτέλεσαν το λουτρό βαφής χημικήςχαρτόμαζας, προκειμένου να μελετηθεί η βαφική τους ικανότητα. Τα φυτικά βαφικάεκχυλίσματα που παρήχθησαν από τις επιλεγμένες φυτικές ύλες είχαν ιδιαίτερα υψηλόπεριεχόμενο σε χρωστικές ουσίες όπως πολυφαινολικές ενώσεις, τανίνες, ανθοκυανίνεςκαι άλλα φλαβονοειδή. Οι πιο αποδοτικές συνθήκες υδατικής εκχύλισης των φυτικώνχρωστικών ενώσεων, καθώς και οι βέλτιστες συνθήκες της διαδικασίας βαφής τηςχημικής χαρτόμαζας προσδιορίστηκαν για κάθε μία από τις εξεταζόμενες φυτικές ύλεςξεχωριστά. Επιπλέον εξετάστηκαν διάφορες μέθοδοι εκχύλισης των φυτικών χρωστικώνκαι βαφής της χημικής χαρτόμαζας συμπεριλαμβανομένης της χρήσης υπερήχων καιμικροκυμάτων. Εξετάστηκε επίσης, η επίδραση διαφόρων μεθόδων και συνθηκώνξήρανσης των επιλεγμένων φυτικών υλών στην βαφική τους ικανότητα. Η ξήρανση τωνφυτικών υλών είναι μία εξαιρετικά σημαντική διεργασία, καθώς επιτρέπει καιδιευκολύνει την αποθήκευση και διαχείριση τους. Οι μέθοδοι ξήρανσης πουεξετάστηκαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής ήταν η φυσική ξήρανση, η ξήρανση σερεύμα αέρα και η ξήρανση υπό κατάψυξη, σε διάφορες συνθήκες. Για την επιλογή τωνβέλτιστων συνδυασμών μεθόδων και συνθηκών ξήρανσης, εκχύλισης και βαφής πέρατου τελικού βαφικού αποτελέσματος ελήφθησαν σοβαρά υπ’ όψιν η εξοικονόμησηπόρων και ενέργειας, καθώς και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Για το λόγο αυτόεπιλέχθησαν οι μέθοδοι που εξασφάλιζαν ικανοποιητικό βαφικό αποτέλεσμα σε σχετικάμικρούς χρόνους παραμονής και χαμηλές θερμοκρασίες. Συγκεκριμένα, η ξήρανση σερεύμα αέρα σε χαμηλές θερμοκρασίες και υψηλή σχετική υγρασία αποδείχθηκε ηαποτελεσματικότερη μέθοδος ξήρανσης βάσει του τελικού βαφικού αποτελέσματος γιατις φυτικές βαφικές ύλες με χαμηλά αρχικά ποσοστά υγρασίας. Αντίθετα, η ξήρανση υπόκατάψυξη κρίθηκε καταλληλότερη για τις βαφικές φυτικές ύλες που διέθεταν υψηλά αρχικά ποσοστά υγρασίας. Η μέθοδος εκχύλισης που έδωσε τα βέλτιστα αποτελέσματαήταν η εκχύλιση παρουσία μικροκυμάτων με την εκχύλιση παρουσία υπερήχων ναακολουθεί με σχεδόν ισάξια απόδοση. Η μέθοδος βαφής που έδωσε τα βέλτιστααποτελέσματα και υπερτερεί σαφώς των υπολοίπων μεθόδων είναι η βαφή της χημικήςχαρτόμαζας παρουσία μικροκυμάτων. Τέλος, παρατηρήθηκε ότι τα φύλλα χημικήςχαρτόμαζας που χρωματίστηκαν με βαφικά εκχυλίσματα πλούσια σε φλαβονοειδήπαρουσίασαν αισθητά μικρότερη σταθερότητα του χρώματος κατά την πάροδο τουχρόνου έναντι αυτών που είχαν βαφεί με εκχυλίσματα πλούσια σε τανίνες καικινονοειδείς ενώσεις.