Perfektionierung natürlicher Textilfarbstoffe durch Spektralanalyse

Die Verbindung von Technologie und altehrwürdiger Tradition hilft den Herstellern, umweltfreundliche, natürliche Textilfarben zu perfektionieren. Bildquelle: Unsplash user drmakete lab

Der technologische Fortschritt hat die Art und Weise, wie wir leben, arbeiten und spielen, verändert. Vom Smartphone bis zum selbstfahrenden Auto eröffnen wissenschaftliche Fortschritte schnell neue Möglichkeiten, die wir uns noch vor wenigen Jahrzehnten nicht hätten vorstellen können. Doch trotz der Ausbreitung des von Menschenhand Geschaffenen und Künstlichen erleben wir gleichzeitig ein wachsendes Interesse an einer Rückkehr zur traditionellen Herstellung mit natürlichen Materialien. In der Welt der Textilien markiert der Trend zu pflanzlichen Farbstoffen einen tiefgreifenden Wandel in Ansatz und Verfahren.

Seit den späten 1800er Jahren haben künstliche Pigmentierungsquellen natürliche Farbstoffe aufgrund ihrer angeblich besseren Eigenschaften in der Beliebtheit in den Schatten gestellt. Doch wie eine Forschergruppe des Kumaruguru College of Technology im International Journal for Scientific Research & Development schreibt, "erfreuen sich umweltfreundliche Farbstoffe in letzter Zeit wieder zunehmender Beliebtheit, da man sich Sorgen über die krebserregenden, mutagenen und sensibilisierenden Eigenschaften vieler synthetischer Farbstoffe macht." Laut Georgia Kalivas, die in der Textilabteilung des Fashion Institute of Technology lehrt, "gehören zu den Nebenprodukten der industriellen Färbung aromatische Lösungsmittel, Formaldehyd, Chlorbleiche und Schwermetallsalze." Diese synthetischen Bestandteile können nicht nur die menschliche Gesundheit beeinträchtigen, sondern über die Abwässer der Textilindustrie auch ganze Ökosysteme belasten und zu einer erheblichen Umweltverschlechterung führen. Immer mehr große und kleine Hersteller erforschen die Verwendung pflanzlicher Stoffe, um sichere und schöne Farbstoffe herzustellen.

Die Hinwendung zu natürlichen Textilfarbstoffen bedeutet jedoch nicht, dass man sich von der Technologie abwendet. Vielmehr trägt die Verbindung von Technologie und Natur dazu bei, die Herstellung von Pigmenten auf Pflanzenbasis und die Färbeverfahren zu perfektionieren, damit sie mit den synthetischen Versionen konkurrieren können. Insbesondere Spektralphotometer spielen eine entscheidende Rolle bei der Beratung von Forschern und Textilherstellern, die versuchen, die Qualität und Leistung von umweltfreundlichen Farbstoffen zu verbessern.

Die Spektralanalyse spielt eine entscheidende Rolle bei der Erforschung und Erweiterung der Möglichkeiten von Farbstoffen auf Pflanzenbasis. Bildquelle: Unsplash-Nutzer Nafinia Putra

Spektralphotometrie zur Erweiterung der Farbpalette

Einer der Hauptmängel von Naturfarbstoffen ist ihre im Vergleich zu synthetischen Farbstoffen begrenzte Farbpalette. Um natürliche Textilfarbstoffe zu einer attraktiven Alternative zu synthetischen Versionen zu machen, müssen die Hersteller Farbstoffquellen und Verarbeitungstechniken finden, die dieses Manko kompensieren.

Es gibt zwar eine breite Palette traditioneller Farbstoffe auf pflanzlicher Basis, aber ihr Farbspektrum und ihre Intensität können oft nicht mit der künstlichen Pigmentierung mithalten. Da natürliche Farbstoffe in Vergessenheit geraten sind, ist zudem ein Großteil des Wissens über pflanzliche Quellen und Verfahren aufgrund mangelnder Dokumentation und Praxis verloren gegangen. Daher versuchen Forscher nun, Farbstoffquellen zu entdecken und wiederzuentdecken, die die Möglichkeiten natürlicher Paletten erweitern und eine größere Farbintensität erzielen. Die Spektralanalyse ermöglicht es Experten, das Verhalten verschiedener Farbstoffe genau zu quantifizieren und die Farbqualität in objektive Daten zu destillieren, um Farbstoffformulierungen so zu gestalten, dass sie den Qualitäten synthetischer Farbstoffe nahe kommen. Die Forscher von Kumaraguru beispielsweise untersuchten mit Hilfe der Spektralphotometrie das Verhalten von Farbstoffen, die aus Waldbäumen gewonnen werden, um die Absorptionswerte zu ermitteln und festzustellen, wie sich durch pflanzliche Pigmentierung die intensivsten Farbtöne erzeugen lassen - ein wichtiger Schritt auf dem Weg, schädliche Farbstoffe durch umweltfreundliche Versionen zu ersetzen.

Natürlich wirken sich Farbstoffe auf verschiedene Arten von Stoffen unterschiedlich aus; das Material, das bei Wolle einen leuchtenden Farbton erzeugt, kann in einem Baumwolltextil aufgrund der Beschaffenheit der Fasern schlammig aussehen. Daher ist es unerlässlich, die Farbe genau für die Textilart oder den Bereich von Textilarten zu analysieren, für die sie bestimmt ist. Die ausgereiften optischen Geometrien und integrierten Höhenmessfunktionen moderner Spektralphotometer gewährleisten eine genaue Farbmessung in allen Arten von Textilien, indem sie Variablen wie Textur und Glanz berücksichtigen.

Die Wechselwirkung zwischen Farbstoffen und Beizmitteln kann einen erheblichen Einfluss auf die Farbechtheit haben. Bildquelle: Flickr-Benutzer photographerpandora

Bewertung von Beizmitteln zur Verbesserung von Farbe und Farbechtheit

Die Rohfarbstoffe selbst sind jedoch nur ein Teil der Gleichung. Ein ebenso wichtiger Faktor bei der Entwicklung von natürlichen Färbeverfahren ist die Verwendung - oder das Fehlen - von Beizmitteln. Joan Marks schrieb schon vor über vier Jahrzehnten: "Auch wenn dieselbe [Farbstoff-]Formel wiederholt wird, variieren die Farben, weil unterschiedliche Beizmittel verwendet werden können."

Beizmittel sind nichts Neues; sie werden seit mindestens 4.000 Jahren verwendet, um die Farbe von Textilien zu verändern, die Farbgleichmäßigkeit zu fördern und die Farbechtheit zu verbessern - eine weitere traditionelle Schwäche von Naturfarben. Neu ist jedoch der Einsatz der Spektralphotometrie zur Analyse der Auswirkungen von Beizmitteln auf verschiedene natürliche Farbstoffe und Gewebe, um die Farbgleichmäßigkeit, -intensität und -echtheit zu optimieren. In einer Studie, die 2015 in Sustainable Chemical Processes veröffentlicht wurde, entdeckten die Forscher mit Hilfe der Spektralanalyse, dass "unbeizte Proben, die mit Mango- und Guavenblattextrakten gefärbt wurden, eine ausgezeichnete Gleichmäßigkeitsqualität aufwiesen, während die unbeizten Proben, die mit Hennablättern gefärbt wurden, eine gute Gleichmäßigkeitsqualität zeigten." Darüber hinaus war "bei den mit Beize gefärbten Proben die Gleichmäßigkeitsqualität bei den mit Alaun gefärbten Proben vergleichsweise besser und der durchschnittliche ΔE-Wert stieg allmählich an, wenn man von Alaun zu Zinn und schließlich zu Eisensulfat überging."

Diese Ergebnisse sind insofern von Bedeutung, als die Forscher in der Lage waren, das Farbverhalten von Textilien auf der Grundlage mehrerer Variablen objektiv zu korrelieren, um die besten Verfahren für jede Farbstoffquelle zu ermitteln. Die Bereitstellung zuverlässiger, wiederholbarer Daten ermöglicht es Textilherstellern, ihre eigenen Verarbeitungsmethoden besser auszuwählen, um sicherzustellen, dass ihre Stoffe so aussehen und funktionieren, wie sie es wünschen. Dazu gehört nicht nur die anfängliche Farbqualität, sondern auch die Farbechtheit und Langlebigkeit, die mit Hilfe von Spektraldaten leicht bewertet werden können. Durch die Bereitstellung einer Blaupause für die Kunst des natürlichen Färbens von Textilien ist es möglich, dass die Verwendung von Farbstoffen auf pflanzlicher Basis in Zukunft synthetische Farbstoffe in bedeutendem Maße verdrängen wird, was zum Schutz der Menschen und der Umwelt beiträgt.

HunterLab Innovation

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