高利用率咖啡渣天然植物染料的制备方法及其应用 |
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| 申请号 | CN202311455258.6 | 申请日 | 2023-11-03 | 公开(公告)号 | CN117659736A | 公开(公告)日 | 2024-03-08 |
| 申请人 | 福建省向兴纺织科技有限公司; | 发明人 | 杜国海; 艾丽; 乐小红; 林跃兴; 张汉洪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种高利用率咖啡渣天然 植物 染料的制备方法及其应用,将咖啡渣烘干后，采用 球磨机 研磨 成色素浆料，经 负压 抽滤获得咖啡渣液体天然染料；其组份为咖啡渣20‑30份，分散剂0.5‑5份，AEC‑10 0.5‑2份，消泡剂0.02‑1份， 防腐剂 0.5‑2份，其余为 水 ；将上述组合物液置于球磨机，采用粒径为0.3‑0.5mm的锆珠进行研磨3‑6h获得咖啡色浆，负压抽滤，可获得粒径为200‑300nm的天然咖啡染液。其应用为：采用同媒 染色 、先媒后染、先染后媒方法，对 蛋白质 纤维 (如羊毛或蚕丝)进行染色，染毕取出织物，用水冲洗，烘干。本发明制备方法简单，增加了咖啡渣的再利用价值，具有良好的经济效益和社会效益。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高利用率咖啡渣天然植物染料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤； |
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| 说明书全文 | 高利用率咖啡渣天然植物染料的制备方法及其应用技术领域背景技术[0002] 植物染料作为一种环保型的染色剂，一般先通过染色色素提取，然后对织物进行着色。因其来源于植物，避免了化工合成的过程，减少对环境的污染，深受环保人士的喜爱。现有植物染料普遍存在因提取其染色有效成分的浓度不稳定，且浓度偏低，造成染色织物的色深和色牢度均不太理想。 [0003] 咖啡树是属茜草科多年生常绿灌木或小乔木，日常饮用的咖啡是用咖啡豆配合各种不同的烹煮器具制作出来的，而咖啡豆就是指咖啡树果实里面的果仁，再用适当的方法烘焙而成，咖啡豆研磨后剩下的颗粒、碎屑等杂质就形成了咖啡渣，咖啡渣的主要组成成分包括咖啡因、咖啡多酚、糖类、脂肪等。 [0004] 申请号为CN201510566646.0的发明在先申请公开了一种利用咖啡对纯棉织物的染色方法，其是将新鲜咖啡豆焙烤后研磨成咖啡，向咖啡中添加硫酸铝钾及酒石酸制成咖啡染色液，再利用该染色液对纯棉织物进行染色。该发明在先申请直接使用新鲜咖啡豆作为原材料，造成颜料的浪费，且染色液的浓度不稳定。 发明内容[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低能耗、高效率的高利用率咖啡渣天然植物染料的制备方法，可提升咖啡染色液的色素提取率，进而提升染料的浓度。 [0007] 为了达成上述目的，本发明的解决方案是： [0008] 一种咖啡天然植物染料的制备方法，其包括以下步骤； [0009] 将咖啡渣烘干至60℃‑70℃，采用球磨机常温研磨，球磨机中加入咖啡渣20‑30份，分散剂0.5‑5份，AEC‑10 0.5‑2份，消泡剂0.02‑1份，防腐剂0.5‑2份，其余为水，采用粒径为0.3‑0.6mm的锆珠进行研磨3‑8h，常温提取色素，将获得的天然液体染料色浆进行负压抽滤，滤液即为咖啡渣天然植物染料。 [0010] 进一步，所述咖啡渣为经冲泡后的废弃咖啡粉末。 [0013] 本发明的另一目的在于提供一种使用上述咖啡渣天然植物染料的制备方法制备的咖啡渣天然植物染料对蚕丝织物染色的方法，可提升织物的着色强度，且染色织物具有极佳的抗紫外性能，达到一步法获得染色与功能性。 [0014] 为了达成上述目的，本发明的解决方案是： [0015] 一种咖啡渣天然植物染料对蛋白质织物染色的方法，其包括以下步骤：取制备好的咖啡渣天然植物染料及蛋白质织物，对织物重1‑10％owf，浴比1：20‑1：50，调节pH值为4‑5，染色温度60‑95℃，染色时间为30‑60min，采用媒染工艺得到被染色蛋白质织物，取出被染色蛋白质织物经过皂洗、水洗后烘干。 [0017] 进一步，所述皂洗所用的皂洗剂是非离子表面活性剂，用量为1‑5g/L。 [0018] 进一步，所述同浴媒染法的染色方法为：取制备好的咖啡渣天然植物染料及蛋白质织物，浴比1：30‑1：50，用柠檬酸调节pH为4‑5，添加媒染剂金属离子，染色起始温度为室温，逐步升温至染色温度为60‑95℃，染色时间为30‑90min。 [0019] 进一步，所述先媒后染法的染色方法为：配置媒染液，浴比1：30，染色起始温度为30℃，升温速率1℃/min,染色温度为85℃，染色时间为30min，取出织物烘干，配置咖啡渣天然植物染料，调节pH为4.5，将媒染后的织物进行后染处理，染色起始温度为30℃，升温速率 1℃/min,染色温度为60‑95℃，染色时间为30min.染色完毕，取出织物烘干。 [0020] 进一步，所述先染后媒法的染色步骤为：配置咖啡渣天然植物染料，浴比1：30，调节pH为4.5，染色起始温度为30℃，升温速率1℃/min,染色温度为85℃，染色时间为30min，染色完毕，取出织物烘干，配置媒染液，浴比1：30，将染色后的织物进行后媒处理，起始温度为30℃，升温速率1℃/min,染色温度为60‑95℃,染色时间为30min,取出织物烘干。 [0021] 采用上述方案后，本发明高利用率咖啡渣天然植物染料的制备方法及其应用是以咖啡渣为原材料采用球磨机研磨成色素浆料，经负压抽滤获得咖啡渣液体天然染料；本发明制备的天然植物染料浓度高，可以增加天然植物染料的品种和色谱，并提升咖啡渣的高附加值，扩展了咖啡农作物的工业用途，降低咖啡渣对环境的影响。本发明咖啡渣天然植物染料和常规的天然染料相比，本发明提取工艺简单，提取染液的溶度较高，成本低廉，市场前景广阔，在不同的媒染剂及媒染工艺条件下，对蛋白质织物染色，染色后的织物具有优异的抗紫外性能，且耐日晒色牢度极佳。本发明从废弃的咖啡渣中提取天然植物染料，采用研磨法高效提取色素，并对蛋白质纤维进行染色，实现了咖啡渣的废物利用，增加了植物染料的色素品种，其制备方法简单，增加了咖啡渣的再利用价值，具有良好的经济效益和社会效益。附图说明 [0022] 图1不同制备方法获得天然染料的吸光度(稀释50倍)； [0023] 图2不同提取方法制备咖啡渣天然染料的粒径图。 [0024] 图3蚕丝染色前后的SEM(扫描电镜)图。 具体实施方式[0025] 为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。 [0026] 本发明揭示一种咖啡天然植物染料的制备方法，其包括以下步骤：将咖啡渣烘干至60℃，采用球磨机常温研磨，球磨机中加入咖啡渣20‑30份，分散剂0.5‑5份，AEC‑10 0.5‑2份，消泡剂0.02‑1份，防腐剂0.5‑2份，其余为水，采用粒径为0.5‑0.6mm的锆珠进行研磨3‑ 8h，常温提取色素，将获得的天然液体染料色浆进行负压抽滤，滤液即为咖啡渣天然植物染料。其中，所述咖啡渣为经冲泡后的废弃咖啡粉末，分散剂为2000A、木质素磺酸钠、分散剂MF(甲基萘磺酸钠的甲醛缩合物)中的一种或者多种，其用量为咖啡渣干粉的2‑30％。球磨机的控制电机转速电流为25‑35Hz，锆珠用量为混合研磨料重量的3‑5倍。 [0027] 实施例1 [0028] 称取烘干后的咖啡渣15g，分散剂采用木质素磺酸钠7g，AEC‑10 0.5g，消泡剂0.02g，去离子水270g，取粒径0.5‑0.6氧化锆珠300g，共同置于球磨机的研磨罐中，设定转速400r/m，研磨时间为3h。对研磨好的液体进行抽滤，获得咖啡渣天然植物染料(液体染料)。 [0029] 实施例2 [0030] 称取烘干后的咖啡渣15g，分散剂木质素磺酸钠5g，AEC‑10 0.5g，消泡剂0.02g，去离子水135g，乙醇135g,取粒径0.5‑0.6氧化锆珠200g，共同置于球磨机的研磨罐中，设定转速400400r/m，研磨时间为3h。对研磨好的液体进行抽滤，获得咖啡渣天然液体染料。 [0031] 实施例3 [0032] 称取烘干后的咖啡渣15g，NaOH 2g，AEC‑10 0.5g，消泡剂0.02g，去离子水270g,取粒径0.5‑0.6氧化锆珠300g，共同置于球磨机的研磨罐中，设定转速400r/m，研磨时间为5h。 [0033] 实施例4 [0034] 称取烘干后的咖啡渣15g，NaOH 1.5g，AEC‑10 0.5g，消泡剂0.02g，去离子水162g，无水乙醇108g,取粒径0.5‑0.6氧化锆珠300g，共同置于球磨机的研磨罐中，设定转速400r/m，研磨时间为6h。 [0035] 利用实施例1制备的咖啡渣天然液体染料对蚕丝织物进行染色，具体步骤如下： [0036] (1)先媒后染：取媒染剂(FeSO4)2g，去离子水98g,浴比1：30，温度80℃，保温时间30min，将染色蚕丝织物(素缎)浸入媒染液中，并于80度染色30min.染毕取出织物，水洗烘干。然后取实施例1制备的咖啡渣天然液体染料g,浴比1：30，pH＝4.5,温度80℃，保温时间 30min，将先媒染蚕丝织物(素缎)浸入染液中，并于80度染色60min.染毕将织物水洗，烘干,获得染色织物A1。 [0037] (2)染媒同浴：取实施例1制备的咖啡渣天然液体染料2g,浴比1：30，pH＝4.5,媒染剂(FeSO4)，温度80℃，保温时间30min，将蚕丝织物(素缎)浸入染液中，并于80度染色60min.染毕将织物水洗，烘干，获得染色织物A2。 [0038] (3)先染后媒：实施例1制备的咖啡渣天然液体染料2g,浴比1：30，pH＝4.5,温度80℃，保温时间30min，将蚕丝织物(素缎)浸入染液中，并于80度染色60min.染毕将织物水洗，烘干。取媒染剂(FeSO4)2g，浴比1：30，温度80℃，保温时间30min，将染色蚕丝织物(素缎)浸入媒染液中，并于80度染色30min，后媒染毕将织物取出水洗，烘干，获得染色织物A3。 [0039] 利用实施例2制备的咖啡渣天然液体染料对蚕丝织物进行染色，具体步骤如下： [0040] (1)先媒后染：取媒染剂(MgSO4)2g，浴比1：30，温度80℃，保温时间30min，将染色蚕丝织物(素缎)浸入媒染液中，并于80度染色30min.染毕取出织物，水洗烘干。然后取实施例2制备的咖啡渣天然液体染料2g,浴比1：30，pH＝4.5,温度80℃，保温时间30min，将先媒染蚕丝织物(素缎)浸入染液中，并于80度染色60min，染毕将织物水洗，烘干，获得染色织物A4。 [0041] (2)染媒同浴：取实施例2制备的咖啡渣天然液体染料2g,浴比1：30，pH＝4.5,媒染剂(MgSO4)，温度80℃，保温时间30min，将蚕丝织物(素缎)浸入染液中，并于80度染色60min.染毕将织物水洗，烘干，获得染色织物A5。 [0042] (3)先染后媒：实施例2制备的咖啡渣天然液体染料2g,浴比1：30，pH＝4.5,温度80℃，保温时间30min，将蚕丝织物(素缎)浸入染液中，并于80度染色60min.染毕将织物水洗，烘干。取媒染剂(MgSO4)2g，浴比1：30，温度80℃，保温时间30min，将染色蚕丝织物(素缎)浸入媒染液中，并于80度染色30min，后媒染毕将织物取出水洗，烘干，获得染色织物A6。 [0043] 利用实施例3制备的咖啡渣天然液体染料对蚕丝织物进行染色，具体步骤如下： [0044] (1)先媒后染：取媒染剂(硫酸铝钾)2g，浴比1：30，温度80℃，保温时间30min，将染色蚕丝织物(素绉缎)浸入媒染液中，并于80度染色30min.染毕取出织物，水洗烘干。然后取实施例3制备的咖啡渣天然液体染料2g,浴比1：30，pH＝4.5,温度80℃，保温时间30min，将先媒染蚕丝织物(素绉缎)浸入染液中，并于80度染色60min.染毕将织物水洗，烘干，获得染色织物A7。 [0045] (2)染媒同浴：取实施例3制备的咖啡渣天然液体染料2g,浴比1：30，pH＝4.5,媒染剂(硫酸铝钾)，温度80℃，保温时间30min，将蚕丝织物(素绉缎)浸入染液中，并于80度染色60min.染毕将织物水洗，烘干，获得染色织物A8。 [0046] (3)先染后媒：实施例3制备的咖啡渣天然液体染料2g,浴比1：30，pH＝4.5,温度80℃，保温时间30min，将蚕丝织物(素绉缎)浸入染液中，并于80度染色60min.染毕将织物水洗，烘干。取媒染剂(硫酸铝钾)2g，浴比1：30，温度80℃，保温时间30min，将染色蚕丝织物(素绉缎)浸入媒染液中，并于80度染色30min，后媒染毕将织物取出水洗，烘干，获得染色织物A9。 [0047] 利用实施例4制备的咖啡渣天然液体染料对蚕丝织物进行染色，具体步骤如下： [0048] (1)先媒后染：取媒染剂(FeSO4、MgSO4,硫酸铝钾)2g，浴比1：30，温度80℃，保温时间30min，将染色蚕丝织物(素绉缎)浸入媒染液中，并于80度染色30min.染毕取出织物，水洗烘干。然后取实施例4制备的咖啡渣天然液体染料2g,浴比1：30，pH＝4.5,温度80℃，保温时间30min，将先媒染蚕丝织物(素绉缎)浸入染液中，并于80度染色60min.染毕将织物水洗，烘干，获得染色织物A10、A11、A12。 [0049] (2)染媒同浴：取实施例4制备的咖啡渣天然液体染料2g,浴比1：30，pH＝4.5,分别取媒染剂(FeSO4、MgSO4,硫酸铝钾)2g，温度80℃，保温时间30min，将蚕丝织物(素绉缎)浸入染液中，并于80度染色60min.染毕将织物水洗，烘干，获得染色织物A13、A14、A15。 [0050] (3)先染后媒：取实施例4制备的咖啡渣天然液体染料2g,浴比1：30，pH＝4.5,温度80℃，保温时间30min，将蚕丝织物(素绉缎)浸入染液中，并于80度染色60min.染毕将织物水洗，烘干。分别取媒染剂(FeSO4、MgSO4,硫酸铝钾)2g，浴比1：30，温度80℃，保温时间 30min，将染色蚕丝织物(素绉缎)浸入媒染液中，并于80度染色30min，后媒染毕将织物取出水洗，烘干，获得染色织物A16、A17、A18。 [0051] 表1研磨法咖啡天然染料对蚕丝不同媒染剂工艺的K/S值及色牢度(实施例1、例2、例3) [0052] [0053] 表2溶剂法咖啡天然染料对蚕丝不同媒染剂工艺的K/S值及色牢度(实施例4)[0054] [0055] 由表1可知，通过研磨法获得实施例1、例2、例3的咖啡渣天然染料，同等咖啡渣含量(15％)制备染液，并量取同等天然液体染料2g，浴比1：30，pH＝4.5,通过不同的媒染剂及染色工艺(前媒、同媒、后媒)对蚕丝织物染色，获得织物的表观得色及色牢度均比表2中通过溶剂法获得染液对蚕丝织物的表观得色要深。对比图1也可说明，通过研磨法可获得有效染料浓郁高于溶剂法的液体染液，且获得染液粒径均匀且存放更稳定。染色工艺先媒后染与先染后媒染色效果均优于染媒同浴。 |
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