2. Исторический опыт и перспективы использования растительных красителей для колорироваиия волокнистых материалов

Из глубины веков дошли до нас сведения о красящих веществах, которые уже на заре возникновения человека дали ему возможность неразрывно связать свою жизнь на всех последующих этапах с природой.

Сначала красители применялись для раскраски и татуировки тел, затем для окраски шкур зверей, служивших одеждой, для нанесения рисунков на утварь и предметы вооружения, а позднее для окраски тканей и других предметов. Несколько тысяч лет человечество использовало природные красители растительного и животного происхождения для колорирования текстильных и других материалов и изделий [12].

В качестве растительного сырья в основном применяли такие растения

как:

• вайда красильная (Isatus tinctoria) - использовалась для получения синей и зеленой окраски на тканях;

• марена красильная (Rubia tinctoria) - этот вид использовался с античных времен, придает ткани красный цвет;

• сафлор красильный (Carthamus tinctoria) - применялся для получения красного красителя, способного окрашивать ткань в красный цвет без использования протрав[4].

Указанное сырье являлось предметом торговли и возделывания на протяжении многих веков. Первые письменные напоминания о крашении и нанесении рисунков на ткань происходят из Индии, Египта и Китая. В Европе в XII и XIII веках центром красильного производства стала Флоренция, где велось культивирование растений, использующихся для выделения окрашенных веществ. В XVIII веке в Европе издаются книги, содержащие соответствующие рекомендации по получению указанных веществ и применению их для окрашивания текстильных материалов. В XVI- XVIII веках в России для окраски ткани в основном использовали привозные растительные красители: марену, вайду, шафран и другие. Так, например, для набойки тканей в XVII веке и ранее применяли шафран. Вайда использовалась в Чувашии во второй половине XVIII века для окрашивания шерстяной ткани в синий цвет.

Однако, как известно, к началу XX века синтетические красители практически полностью вытеснили из практики природные. Отметим лишь некоторые причины происшедшего «переворота». Это возможность индустриального производства, что предполагает высокий уровень механизации и автоматизации, и как следствие, низкую себестоимость красителя. Возможность практически неограниченной вариации строения, заложенная в основах методологии синтеза, что обеспечивает получение красителей для тканей из волокон различных типов, в том числе наиболее распространенных видов тканей - смесовых. Синтетические красители обеспечивают яркие и устойчивые к физико-химическим воздействиям выкраски при практически неограниченной цветовой гамме[9].

Интерес как теоретический, так и прежде всего практический вновь проявляется к природным красителям в России в годы Первой мировой войны (1914-1916 гг.) и сразу после ее окончания. Это было связано с дефицитом синтетических красителей в разоренной стране и пришлось снова обратиться к вековому опыту. После окончания Гражданской войны активизировались работы по прикладной ботанике, в том числе и по изучению красильных и дубильных растений [29].

Новый всплеск интереса к природным окрашенным соединениям приходится на период Великой Отечественной войны, когда СССР был отрезан от поставок из-за рубежа полупродуктов для синтеза красителей.

Возрождение интереса к использованию окрашенных соединений растительного происхождения для колорирования текстильных материалов, наблюдающееся в последние 10-15 лет связано с рядом причин, среди которых можно отметить следующие: все возрастающие экологические требования к производству и применению синтетических красителей, а так же окрашенных ими материалами; прогнозируемый «нефтяной голод» и связанный с ним недостаток сырья для производства синтетических красителей. В настоящее время, согласно литературным данным, одним из главных импортеров природных красителей растительного происхождения являются США —3500 тонн в год, что составляет 0,4% от импорта синтетических красителей, импорт натуральных красителе странами ЕС составляет 5538 тонн в год - это 0,55% от импорта синтетических красителей, причем Германия импортирует 32%, Франция 17%, Италия 14% и Великобритания 10%, к тому же в странах-производителях (Мексика, страны Средиземноморья, Азия) натуральные красители производятся и для местного использования в объеме около 1000 тонн в год. Таким образом, производство натуральных красителей составляет примерно 1% от общего производства синтетических красителей, и эта доля с каждым годом увеличивается [ 16].

Начиная с 1990 года, проявляется тенденция к увеличению количества работ, посвященных исследованиям природных красителей растительного происхождения, методам их выделения, а так же способам крашения и печати текстильных материалов. В основном, в этом направлении интенсивно проводят исследования ученые Юго-Восточной Азии, Индии, Японии.

Основным способом выделения красящих веществ из растительного сырья является экстракция, для которой могут быть использованы различные растворители. Безусловно, наиболее распространенным и экологичным растворителем является вода, органические растворители применяются реже. Для наиболее полного извлечения экстрактивных веществ используют не только мацерацию (процесс экстрагирования красящих компонентов настаиванием), но и применяют воздействие ультразвука, а так же используют различные ферменты.

Технологии крашения текстильных материалов природными красителями основаны на периодических процессах и заключаются в выдерживании длительное время окрашиваемого материала в красильной ванне, содержащей либо экстракт, либо растворенное сухое вещество, при высоки температурах. Для повышения прочностных характеристик окрасок, усиления глубины и яркости, а так же расширения цветовой гаммы используют протравы - соли Cr, Си, Al, Fe. Протравливание можно осуществлять перед и после крашения или одновременно с процессом крашения [11].

Естественно, классический способ получения красителей не может выдержать конкуренции с промышленным производством синтетических красителей.

В настоящее время затраты на крашение 1 килограмма шерсти природными красителями в 100 раз выше, чем синтетическими, а крашение 1 килограмма хлопка природными красителями в 200 раз дороже, чем синтетическими. Продвижение на рынок может пока происходить только по причине увеличения всем «природным». Однако, повышение урожайности и содержания красящего вещества в растениях, достигнутое в практической агротехнике, позволяет предположить в будущем успехи в этой области. В Западной Европе и в Северной Америке создана государственная программа по развитию сельскохозяйственного производства красителей растительного и бактериального производства. В Англии в первой декаде 21 века планируется производить таким путем индиго в объеме 10% общей потребности.

С точки зрения обоснования перспективности использования природных красителей, в качестве промышленных, многотоннажных продуктов актуальным является вопрос повышения эффективности процессов выделения и использования окрашенных соединений растительного происхождения для колорирования текстильных материалов.

Растительные красители способны окрашивать различные волокна, в частности, в ряде статей описано использование красителей, окрашивающих шерстяное волокно (с применением протрав) и получаемых из следующих растений: ореха, коры ели и лиственницы, дубовой коры, коры крушины, подмаренника, листьев березы, коры и листьев ольхи, листьев щавеля и крапивы, коры рябины, веток можжевельника. Во многих работах указывается на способность красителей, выделяемых из растительного сырья, окрашивать наряду с шерстяной пряжей и капрон.

Данные литературных источников [20] показывают, что основное количество работ выполнено в последние годы исследователями Индии,

Японии, Юго-Восточной Азии. Естественно объектами их исследований являются окрашенные соединения из местного растительного сырья. В тоже время на территории России также произрастает большое число потенциальных источников окрашенных соединений - «красильных растений». Указывается на возможность использования различных частей растений - корни, стебли, листья, цветы, плоды, кора. В зависимости от вида используемых протрав, их концентрации и времени крашения также получают огромное разноцветие оттенков.

В состав получаемых экстрактов входят разнообразные красящие вещества, которые по типу хромофорных систем можно разделить на следующие группы: полнены (на основе каротиноидов), диарилметаны, нафтохиноиды, антрахиионы, флаваноиды, производные дигидропирана, антоцианидины, индигоидные.