Biopohjaisia ratkaisuja kehitetään tekstiilien värjäykseen ja viimeistykseen

15.04.2021

Tekstiilien valmistuksessa käytetään paljon kemikaaleja, jotka ovat haitallisia ympäristölle, eläimille ja ihmisille. Tekstiiliteollisuudessa onkin herännyt kiinnostus löytää biopohjaisia kemikaaleja, joiden avulla ympäristäkuormitusta ja ihmisille aiheutuvaa haittaa voitaisiin vähentää. Biopohjaisuus ei kuitenkaan ole ainoa kriteeri, kun harkitaan kemikaalin korvaamista toisella, vaan kemikaalilla aikaan saatavat ominaisuudet, kemikaalilainsäädännön vaatimusten täyttyminen sekä saatavuus ja hinta ovat myös merkittäviä kriteereitä (katso kuva 1).

Uuden kemikaalin tärkeimmät kriteerit: Kestävyys, monikäyttöisyys, toiminnallisuus ja tekniset ominaisuudet, kierrätettävyys, turvallisuus elinkaaren aikana, biohajoavuus, biopohjaisuus, vaatimustenmukaisuus, saatavuus, hinta
Kuva 1. Telaketjun osallistujille tehdyssä kyselytutkimuksessa esiin nousseita uuden kemikaalin kriteereitä [1].
Biopohjaisia väriaineita saadaan lukuisista eri lähteistä. Näitä ovat muun muassa kasveista saatavat uutteet, sienten väriaineet, jäkälät ja levät. Lisäksi myös muun muassa mikrobit tuottavat väriaineita. Värisävyt ovat usein hyvin rajattuja eli tietystä kasvista tai sienestä saadaan tiettyä väriä. Muutama esimerkki tutkimuspuolelta on esitetty kuvassa 2.

Kuva 2. a) Kiinanruusuuutteella ja b) rosepippurilla värjättyä banaanilehtikuitu, joissa väri kiinnitetty parkkiakaasialla³, ja c) mikrobien tuottamalla väriaineella värjättyä silkkisatiinia4.

 

Biopohjaisten väriaineiden kestävyys (pesun-, valon-, jne.) on usein heikompi synteettisiin verrattuna. Siksi värjäyksessä joudutaan käyttämään kiinnitysaineita tai tekstiili joudutaan esikäsittelemään niin, että väri kiinnittyisi paremmin. Nämä kiinnitysaineet ovat metallipohjaisia, mutta myös kiinnitykseen voidaan käyttää kasveista saatavia aineita.

Kaupallisesti biopohjaisia väriaineita on vielä toistaiseksi melko rajallisesti saatavilla, mutta valmistajia löytyy jonkin verran2. Yksi rajoittava tekijä saattaa olla se, että väri on riippuvainen lähtöeliöstä. Yhdestä kasvista esimerkiksi saadaan vain yksi tai hyvin rajallinen määrä sävyjä, kun yksi laboratorio puolestaan voi syntetisoida melko rajattomasti erilaisia väriaineita.

Jos halutaan kokonaisvaltaisesti vähentää värjäyksen ympäristövaikutuksia, täytyy miettiä myös prosessia kokonaisuudessaan. Tekstiilien käsittelyt tehdään usein vesipohjaisissa prosesseissa. Veden lämmittämiseen sekä käsiteltyjen tekstiilien kuivaamiseen tarvitaan energiaa. Lisäksi prosesseissa käytetään jo mainittuja kiinnitysaineita, suoloja sekä pH:n säätöön happoja ja emäksiä.

Biopohjaisia raaka-aineita voidaan käyttää myös tekstiilien viimeistyksessä eli tuomaan tekstiileihin erilaisia muita ominaisuuksia. Tekstiilien viimeistyksessä käytettävät biomateriaalit ovat suurelta osin joko biopolymeereja tai kasveista saatavia aktiivisia aineita. Biopolymeereistä kiinnostavimmat ovat kitosaani, jota tehdään mm. äyriäisten kuorista eristettävästä kitiinistä, syklodekstriini, jota tehdään tärkkelyksestä,   ja alginaatti, jota uutetaan merilevästä. Kasviuutteista käytössä on erilaisia luonnollisia happoja, tanniineja, probiootteja ja öljyjä.

Viimeisteillä saadaan aikaan ominaisuuksia, joita raaka-aineet tuottavat luonnossakin, kuten antimikrobisuus, UV-, home- ja hyönteissuojaus, palosuojaus ja tuoksu. Kaupallisia sovelluksia on vielä vaikeampi löytää kuin värjäykseen5. Aihepiiriin keskittyvää tutkimusta tehdään myös Suomessa muun muassa Future Bio-Arctic Design -projektissa6, jossa tavoitteena on vähentää tekstiilikemikaalien haittoja ja löytää tilalle vaihtoehtoja arktisesta luonnosta.

Lisätietoa aihepiiriin liittyen ja muun muassa enemmän tutkimusesimerkkejä on esitelty esityksessä, johon pääset klikkaamalla tästä.

Pirjo Heikkilä ja Marja Pitkänen, VTT

 

Lähteitä:

  1. Telaketjun alkukartoituskysely
  2. Kaupallisia biopohjaisten väriaiden valmistajia mm. Stony creek colors; Archroma; ja Pili
  3. Pinheiro L., Kohan L., Duarte L., Baruque-Ramos J. (2019) Biomordants and new alternatives to the sustainable natural fiber dyeings, International Conference of Natural Fibres, Porto, Portugal, 1.–3.7.2019, Book of Abstracts, p. 281-282
  4. Heffernan S., Deo K. (2019) biodesign – dyeing natural fibreswith living organisms-bacteria, International Conference of Natural Fibres, Porto, Portugal, 1.–3.7.2019, Book of Abstracts, p. 16–17
  5. Biopohjaisia viimeisteitä löytyy mm. Devanilta https://devan.net/ ja Devan Chemicals introduces two new bio-based textile finishes
  6. Future Bio-Arctic Design (F.BAD) -projekti https://www.luke.fi/projektit/f-bad/ sekä https://www.ulapland.fi/FI/Yksikot/Taiteiden-tiedekunta/Taiteen-ja-muotoilun-tutkimus/Projektit/Future-Bio-Arctic-Design-%E2%80%93-FBAD