基本信息
- 项目名称：
- 芡实壳天然染料的提取及其纯棉生态染色
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本发明涉及芡实壳天然染料的提取及应用。研究的主要内容为：芡实壳天然染料的提取、染色工艺的优化以及在纯棉织物上的应用三个方面。在整个研发的过程中，无论是芡实壳废弃物的回收利用，还是利用绿色清洁能源以及采用的绿色染色技术，本课题组始终以低碳环保为宗旨，在为天然染料增添来源品种、增加色谱系列的同时，也凭借其天然环保、安全无毒的特点为建设环境友好型社会做出贡献。
- 详细介绍：
- 在人类历史上，天然染料作为一种染料为美化人们生活做出了相当大的贡献。由于合成染料的迅速发展，使得天然染料在19世纪末基本上退出了织物染色舞台。但是随着人类环保意识的不断增强以及对自身健康的日益关注，部分合成染料对生态环境和人体健康所产生的危害愈来愈引人注目。与此同时天然染料凭借其与环境相容性好，可以生物降解的生态优势，在全球性绿色革命浪潮下，再一次回到人类视线中。 当今世界，环境效益与经济效益之间不可避免的冲突已成为全球性的问题，更成为我国经济社会进一步发展的瓶颈。鉴于我国染料行业中存在的对环境造成影响的现状，我们积极响应国家贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的的号召，以低碳环保为宗旨，经过多次实验，设计出一种以芡实壳为原料，从中提取天然染料并对纯棉织物进行生态染色的工艺。 本课题设计的天然染料的提取以及染色技术，具有以下特点：一是对废弃物的重新回收利用，二是采用绿色实验方法和清洁无污染能源进行实验，三是实验过程中产生的“废水、废气和废渣”的排放量几乎为零。除了对环境有贡献以外，本技术在运用过程中对人体的健康也有一定益处。由于芡实壳的主要成分为芡实多酚，其本身含有药理功能，在染色过程中，其药物和香味成分与色素一起被织物吸收，所以染色后的织物对人体有特殊的药物保健功能。 因此，从芡实壳中提取天然染料并应用于纺织品染色，对于增加天然染料品种与色谱，提高纺织品的附加价值，建设节约型、环境友好型社会具有十分重要的意义。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计发明的目的： 当今世界环境与资源的矛盾日益突出，不但对可持续发展造成不利，甚至威胁到人类的健康。鉴于大量芡实壳被废弃，造成资源浪费和环境污染的现状，本课题组设想将这批大量的废弃物进行资源再利用，变废为宝，于是，便开展了本课题的研究。 基本思路： 1、提取： （1）原料前处理（2）芡实壳天然染料的提取工艺 2、在纯棉染色中的应用： （1）棉织物改性（2）染色 创新点： 1、变废为宝：从芡实壳中提取天然染料并应用于纯棉织物的染色工艺中。 2、生态环保：染色过程无需媒染，避免重金属离子的引入。直接上染，无需促染剂，避免含盐污水的排放。 3、有益健康：芡实壳本身具有抗菌的药理功能，对人体有一定的医疗保健作用。 关键技术： 1、提取分离技术：选择适当的提取溶剂和合适的提取温度，并控制成本。 2、天然纤维绿色改性技术：有助于提高天然染料染色效率和色牢度。 3、无盐清洁染色技术：采用“直接上染”方式进行染色，不需要无机盐进行促染，避免大量含盐污水的排放。 主要技术指标： 1、提取工艺：温度70℃，提取时间2h，提取次数4次，提取固液比为1:30，乙醇浓度为60﹪。 2、优化了的改性工艺：改性剂浓度40g/L，NaOH浓度4.0g/L，改性时间30min，改性温度95℃，浴比1: 20。 3、染色条件：染色温度100℃，浴比1:40，染料用量6﹪，pH值为4。 4、所染织物K/S值为9.29，干摩擦牢度3-4、湿摩擦牢度3。
科学性、先进性
- 1、变废为宝：市场上的染料以合成染料为主，其原料提炼于煤炭、石油等不可再生能源。本课题的原料来自于植物——芡实。通常情况下，大量的芡实壳被废弃，会造成的环境污染。将这些废弃物重新收集起来并从中提取天然染料，可以达到资源回收利用的效果。 2 生态环保：合成染料是由各种化学品合成的，不仅对人体会造成伤害，同时也会引起环境污染。本课题的原料来自于天然植物体，属于可再生资源，更重要的是芡实壳本身具有多种抗菌的药理功能。因此，不论是对人还是对环境的伤害几乎为零。 3、绿色染色工艺：许多染色过程都需要加入媒染剂来提高纺织品色素的上染率。本课题在染色过程中无需加入媒染剂但同样拥有较高的上染率，避免了媒染剂中所含重金属离子给人体带来的直接伤害。且染色过程无需无机盐促染，避免大量含盐污水的排放。
获奖情况及鉴定结果
- 无获奖 作品还处于实验室完善阶段，所以无专家评审
作品所处阶段
- 实验室完善阶段
技术转让方式
- 无技术转让
作品可展示的形式
- 实物产品、图片、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 1、提取：（1）原料前处理；（2）芡实壳天然染料的提取工艺。 2、在纯棉织物中的应用：（1）棉织物改性；（2）染色。 特点及优势： 1、原料丰富 2、成本低廉 3、安全无毒 适用范围及推广前景的技术性说明： 1、染色业：鉴于本研究对天然染料提取和应用技术的日趋完善，一旦原料、设备等齐全就可以大规模的投入生产。 2、医药业：由于芡实壳具有很好的药理功能，本课题组设想将芡实壳天然染料运用于胶囊表面的染色工艺中。不过具体方案的实施，还有待于医药方面的考证。 市场分析和经济效益预测： 1、市场分析：第一，将产品的适用人群定为婴幼儿，通过本技术生产的产品所具有的安全特性刚好能符合这类人群的需求；第二，将推广市场定位于生态纺织品的生产中，相信随着人们生态环保意识的普遍提高，此类纺织品必将受到人们的广泛推崇。 2、经济效益预测：生产商可以以低廉的成本将废弃的芡实壳回收，再根据市场上已出售的一些天然染料来预估本产品的价格，发现利润值在150元/公斤左右。
同类课题研究水平概述
- 国外研究现状： 在天然染料提取以及染色方面，日本和印度的研究比较多。 日本为此专门成立了“草木染”研究所 ，应用现代科学技术对天然染料进行开发。日本晃立公司批量开发了棕、绿、蓝三个色系的植物染料，用这三个色系组合再拼染其它色泽。蚕丝昆虫农业技术研究所从微生物中发现了紫色色素，并用其染色，大和染工公司和形染公司分别推出了“草衣染色”以及“靛蓝印花”。 印度在天然染料研究方面的成绩也比较巨大，分别开发了用白杨树皮和凤仙花做的染料，并对杏树叶染纱线和茶叶染羊毛进行了研究。 国内研究现状： 我国染料行业主要从20世纪90年代中期发展起来，目前国内的染料产量已经位居于世界第一。 东华大学在2002年的时候承担了国家863高新技术项目“天然染料制备及其在生态纺织品开发与羊毛清洁生产中的应用技术”课题，目前在该项目在许多方面已经能够进行产业化。中国纺织科学研究院已制得天然黄(IR-Y)和天然绿(TR-G)，用于丝绸的染色。 江苏三毛集团开发了用植物染料制成的高支天素丽绿色环保型高档面料，该产品已于2000年11月通过省级鉴定。这种产品既符合国内外精纺毛料高支轻薄化、功能多样化的要求，又符合目前国际上倡导的环保型天然面料的要求。 本课题对于芡实壳提取的天然染料进行研究，将其用于对棉织物的染色，染色过程中无需加入媒染剂，从而避免了重金属离子对人体的直接伤害，同时也能保证染色的色牢度。本课题所研究的内容在国内外未有见报道。
