"Окраска шерсти растительными красителями" исследовательский проект

Республиканский Фестиваль науки

МБОУ «Рудницкая средняя общеобразовательная школа»

Камско-Устьинского муниципального района Республики Татарстан

Секция: рациональное природопользование, экология

и охрана окружающей среды

Исследовательская работа

ОКРАСКА ШЕРСТИ РАСТИТЕЛЬНЫМИ КРАСИТЕЛЯМИ

Гасс Карина, Узбеков Адель, Цыганова Карина

учащиеся 9 класса

Научный руководитель: Миннигалеева А. Н., учитель биологии и химии высшей категории МБОУ «Рудницкая средняя общеобразовательная школа» пгт. Тенишево Камско-Устьинского муниципального района Республики Татарстан

Казань – 2015 год

Содержание

Введение …………………………………………………………. стр.3

Глава 1. Изучение информации о красителях текстильных

материалов………………………………………………………...стр.5

Глава 2. Методика окрашивания текстильных материалов…..стр.6

2.1. Предварительная обработка материала для крашения…..стр.6

2.2. Протравки – закрепители окраски материала…………….стр.6

2.3.Подготовка сырья для крашения……………………………стр.7

2.4.Механизм крашения………………………………………….стр.8

2.5.Устойчивость красителей…………………………………….стр.9

Глава 3. Исследования по окраске шерсти растительными

красителями………………………………………………………..стр.9

3.1 Подготовка шерсти для окрашивания………………………стр.9

3.2. Получение экстракта красителя из растительного сырья...стр.10

3.3. Механизм окраски шерсти растительными красителями…стр.11

3.4. Результаты окрашивания шерсти…………………………...стр.12

3.5. Устойчивость красителей ……………………………………стр.13

Выводы …………………………………………………………… стр.14

Источники информации ………………………………………… стр.14

Введение.

Исключительное внимание, которое в последнее время уделяется защите окружающей среды, отражает общую озабоченность по поводу ее глобального загрязнения. Текстильная промышленность рассматривается как «среда обитания человека», - которая должна быть не только комфортной, но и безопасной.

Проблема экологической безопасности текстильных изделий в настоящее время становиться одной из актуальных, что обусловлено целым рядом причин, основные из которых следующие:

- выброс в окружающую среду большого количества сточных вод отделочного производства, аккумулирующих наиболее вредные неиспользованные вещества;

- чувствительность кожи человека на воздействие органических красителей, соединений тяжелых металлов, остатков хлорсодержащих веществ, в текстильных материалах после отбеливания и крашения.

20-й век стал веком анилина. Один за другим химики синтезировали его в угоду анилино-красочной промышленности. От дорогого натурального сырья, что вполне очевидно, теперь можно было отказаться. Что и сделали. Но прошло время, и натуральные красители снова привлекли внимание человека. И не только как узкоспециальные красители для, например, пищевых целей и парфюмерии, но и как естественный, хоть и довольно редкий в наши дни, источник натурального цвета.

Во всем мире возрос интерес к использованию растительных красителей для текстильных материалов. Республика Татарстан располагает большими ресурсами растительного сырья, которое могло бы использоваться для извлечения красителей. Ученые используют растительные красители для окраски древесины. Использование растений для окраски волокон не исследовалось.

Актуальность работы обусловлена все возрастающими требованиями экологического характера к процессам получения и применения синтетических красителей для крашения текстильных материалов, а также все более активным обсуждением вопроса о приближающейся нехватке нефтяного сырья для промышленного органического синтеза, в том числе и синтеза красителей. Вышеизложенное ставит вопрос о поиске экологически «мягких», естественным образом возобновляемых красителей.

Цель работы заключается в разработке способа получении красителей из местного растительного сырья, способных окрашивать текстильные материалы из природных волокон.

Основные задачи работы:

- получить красители из растительного сырья;

- исследовать возможность окрашивания натуральных волокон растительными красителями,

- исследовать влияние протравы на полученные цветовые характеристики;

- определить устойчивость полученных окрасок.

Методы решения основных задач:

- изучение информации о растительных красителях;

- лабораторное получение красителей из растительного сырья;

- лабораторное окрашивание шерстяных волокон растительными красителями с использованием протрав;

- определение прочности окраски шерстяных волокон растительными красителями.

Практическая значимость:

исследованы условия экстрагирования окрашенных соединений из частей растений, являющихся отходами лесоперерабатывающей промышленности (коры дуба, хвои сосны).

Отличие проводимых исследований от других по этой тематике заключается в том, что исследуются возможности:

- использования местного растительного сырья;

- утилизации отходов лесоперерабатывающей промышленности, что повышает экономические показатели заготовки древесины и одновременно улучшает экологические показатели охраны окружающей среды.

Глава 1. Изучение информации о красителях текстильных материалов.

Что же такое красители и крашение?

Красители – химические соединения, используемые для придания окраски различным материалам, например текстилю, бумаге, мехам, волосам, коже и древесине. Крашение – процесс придания окраски таким материалам.

Ежегодное мировое потребление красителей составляет около полумиллиона тонн; свыше двух третей этого количества идет на окраску текстильных материалов.

Средства для окрашивания текстильных материалов можно классифицировать как по способу применения, так и по химической структуре. Технологи, занимающиеся крашением, классифицируют красители по способу применения. Специалисты-химики, занимающиеся синтезом красителей и изучающие взаимосвязи между структурой и свойствами веществ, классифицируют красители по химической структуре.

В текстильной промышленности обычно используются красители восьми основных классов. Первые пять классов красителей (прямые, сернистые, азоидные, реактивные и кубовые) используются в основном для крашения целлюлозных волокон, например хлопковых и вискозных. Последние три класса красителей (кислотные, основные и дисперсные) применяются для крашения других натуральных и синтетических волокон. Все вышеназванные красителя являются синтетическими веществами. Ни в каких источниках мы не нашли информацию об использовании растительных красителей для окрашивания текстильных материалов.

Глава 2. Методика окрашивания текстильных материалов.

1. Предварительная обработка материала для крашения

Чтобы получить, ровный блестящий оттенок, окрашиваемый материал надо предварительно очистить, - плохо выстиранная пряжа или ткань окрашиваются неравномерно. Как для стирки, так и для окраски нужна эмалированная посуда. Алюминиевая, медная и железная посуда меняет оттенок краски, так как в ней при использовании протравочных веществ происходят химические реакции. В некоторой степени меняет оттенок краски и чугунная посуда.

Шерсть удобнее всего красить в волокнах. Если красят пряжу, то ее сматывают в мотки примерно по 100 г каждый, мотки не туго перевязывают в 3-4 местах хлопчатобумажной или льняной ниткой. Для стирки одного килограмма материала берут примерно один кусок хозяйственного мыла, мелко режут и растворяют в небольшом количестве горячей воды. Мыльный раствор выливают в теплую воду и взбивают пену. В этой воде стирают пряжу, слегка отжимая и переворачивая мотки. Если тереть и выкручивать материал, то он может сваляться. Отжим ткани вытягивает пряжу и оставляет складки на материале, которые не всегда можно отпарить. Мыльный раствор меняют обычно 2-4 раза, пока пена не будет оставаться. Моющий раствор должен быть теплым, - в слишком горячей воде материал темнеет.

1. Протравки – закрепители окраски материала.

Для закрепления красителя на ткани понадобятся закрепители. Чаще всего используются медный купорос, сернокислое железо, дихромат калия, алюмоаммониевые квасцы.

Существуют три способа протравки – до крашения, вместе и после крашения. Для первого и последнего способа необходимая пропорция закрепителя рассчитывается исходя из веса сухой шерсти и составляет 3 литра раствора на каждые 100 гр. шерсти. Содержание соли в растворе не должно превышать 1-2 процентов. Чтобы рассчитать вес сухой соли, которую нужно развести в воде прибегаем к простой формуле: 30л/кг = 100%, Хл/кг = 1%, где 30л\кг это полный объем соляного раствора, а Х требуемое количество соли для раствора.

Закрепление до и после крашения происходит обычно при низкой температуре, не превышающей 40-50 градусов, в течение 30 минут, для большей восприимчивости пряжи ее необходимо хорошо промешивать в течение всего времени протравки и крашения.

Второй способ, одновременный с крашением проще и состоит в добавлении в красильную ванну соли необходимого для получения 1-2% раствора. Нельзя добавлять сухую соль в красильную ванну, если туда уже запущена пряжа, промес воды будет неодинаковый и на пряже могут появиться разводы. Нитки сначала достают, затем засыпают соль, потом вновь опускают пряжу.

1. Подготовка сырья для крашения.

Сырье для окраски измельчается. Заливается водой из расчета 200мл/20 гр. сырья. Затем полученную смесь держат на водяной бане в течении 30 минут. Полученный экстракт процеживают, доводят до 200 мл и используют в качестве красителя.

Растения, распространённые в средней полосе России, и получаемые из них красители перечислены в таблице 1.

Таблица 1.

1. Механизм крашения.

Очищенный раствор красителя ставится на огонь и после начала кипения в него опускается предварительно замоченная или заквасцованая пряжа. Шерсть красится в течение одного часа при постоянном помешивании, Связано это, прежде всего, со структурой ткани и ее восприимчивости к крашению. Помешивать необходимо для того, чтобы раствор постоянно обволакивал всю ткань, а не ее части и чтобы ткань не пригорала к днищу бака, где температура выше и соответственно выше возможность к обмену красителем.

Несоблюдение этих правил может привести к образованию пятен на ткани. Ваша ткань будет окрашиваться до тех пор, пока не будет достигнут баланс красителя между раствором и тканью, весь краситель не сможет перейти в первый раз на ткань, поэтому простое крашение всегда будет многоэтапным, достигнуть насыщенного цвета можно только при многократном крашении.

После покраски ткань необходимо сполоснуть (не стирать!) в холодной воде в корыте или ванне и повесить сохнуть.

1. Устойчивость красителей

Обычно волокна, окрашенные естественными растительными красителями, не линяют. Но бывает, что на солнце их цвет выгорает. Цвет может измениться также от применения стиральных порошков, особенно в горячей воде. При пользовании мылом цвет шерстяных окрашенных изделий остаётся неизменным.

Для доказательства устойчивости полученной окраски образцы шерстяных волокон были постираны хозяйственным мылом при температуре, оптимальной для шерсти (40⁰).

Глава 3. Исследования по окраске шерсти растительными красителями.

3.1. Подготовка шерсти для окрашивания

Овечью шерсть предварительно очистили от мусора. Затем полученное волокно замочили в крутом мыльном растворе в течение 4 часов. Когда раствор остыл, шерсть сполоснули несколько раз и просушили. Получили готовое для крашения шерстяное волокно (см рис.1,2)

Рис.1,2 Готовое шерстяное волокно

3.2 Получение экстракта красителя из растительного сырья

В качестве растительного сырья для получения красителя мы взяли кору дуба и хвою сосны. Эти материалы являются отходами деревоперерабатывающей промышленности. При использовании этих материалов выполняется экологическая и экономическая сторона процесса крашения шерсти. Также для получения красителя мы использовали широко распространенное растение средней полосы России – чистотел (в нашей местности является сорным растением) (см. рис 3)

Рис. 3 Растительное сырье для получения красителей.

Приготовление красителя из коры дуба.

Около 20 г измельченной коры дуба (3 столовые ложки) поместили в эмалированную посуду, залили 200мл. (1 стакан) кипятка, закрыли крышкой и нагревали на водяной бане 30 минут. Полученный раствор процедили, довели до нужного объема. Перед крашением экстракт рекомендуют взбалтывать.

Приготовление красителя из побегов чистотела.

Около 20 г измельченной травы чистотела (6 столовых ложек) поместили в эмалированную посуду, залили 200мл. (1 стакан) кипятка, закрыли крышкой и нагревали на водяной бане 30 минут. Полученный раствор процедили, довели до нужного объема. Перед крашением экстракт рекомендуют взбалтывать.

Приготовление красителя из хвои сосны.

150 г. хвои сосны поместили в эмалированную посуду, залили 300 г горячей воды и поставили на огонь. Раствор кипел 30 минут, затем настаивался в течение часа. Полученный раствор процедили, довели кипятком до нужного объема.

Полученные красители перелили в фарфоровые чашки (см. рис 4).

Рис.4 Растительные красители (сверху красители коры дуба и хвои, снизу – чистотела)

3.3 Механизм окраски шерсти растительными красителями

Очищенный раствор красителя поставили на огонь и после начала кипения в него опускается предварительно замоченная пряжа. Шерсть красили в течение одного часа при постоянном помешивании.

Для закрепления красителя на ткани мы использовали медный купорос и дихромат калия (см. рис. 5). Применяли три способа протравки – до крашения, вместе и после крашения. Для первого и последнего способа необходимая пропорция закрепителя рассчитывалась, исходя из веса сухой шерсти, и составила Рис. 5 Закрепители

70мл на 3 гр. Шерсти. Закрепление до и после крашения проводилось при температуре 40-50 градусов, в течение 30 минут. Для большей восприимчивости пряжи ее хорошо промешивали в течение всего времени протравки и крашения.

Второй способ, одновременный с крашением, состоял в добавлении в красильную ванну 2 % раствора соли. Затем помещалась шерсть и помешивалась в течение 30 минут.

3.4 Результаты окрашивания шерсти

В результате окрашивания шерсти получили оттенки коричневого и серебристо-серого цвета. Результаты окрашивания с различными закрепителями приведены в таблице 2 и на рисунках 6, 7, 8.

Окраска шерсти растительными красителями

Таблица 2

Рис. 6. Окраска шерсти красителем Рис. 7 Окраска шерсти красителем

коры дуба чистотела

Рис. 8 Окраска шерсти красителем хвои сосны

1. Устойчивость красителей

Для доказательства устойчивости полученной окраски образцы шерстяных волокон были постираны хозяйственным мылом при температуре, оптимальной для шерсти (40⁰). При первой стирке образцы шерсти, покрашенные с закрепителем до крашения, незначительно полиняли. Дальнейшие стирки видимых изменений не принесли. Это говорит о том, что растительные красители очень устойчивы. Образцы шерсти после стирки представлены на рис. 9,10,11.

Рис. 9,10,11 Окрашенные волокна шерсти после стирки

Выводы.

В ходе выполнения работы все поставленные задачи достигнуты. По результатам исследования можно сделать следующие выводы:

• изучены и классифицированы красители текстильных материалов;

• получены красители из растительного сырья: коры дуба, хвои сосны и побегов чистотела (отходов деревоперерабатывающей промышленности и распространенного растения окружающей местности);

• в ходе окрашивания шерстяных волокон красителями коры дуба, чистотела и хвои сосны с применением протравы дихромата калия был получен светло-коричневый, коричневый и каштановый цвет;

• в ходе окрашивания шерстяных волокон красителями коры дуба, чистотела и хвои сосны с применением протравы медного купороса был получен жемчужно-серый, серый и светло-коричневый цвет;

• все растительные красители устойчивы к стирке (при соблюдении температурного режима – 40° С)

• определена экологическая составляющая применения растительных красителей для окрашивания текстильных материалов.

Источники информации

1. http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/tehnologiya_i_promyshlennost/KRASITELI_I_KRASHENIE.html

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%B8

3. Карпов В.В. Современное состояние производства и потребления красителей/ В.В. Карпов, А.Е. Белов

4. Шишкина А.Н. Механизм применения растительных красителей для окраски белковых волокон. - http://project.1september.ru/works/570382

15