Ekoluksusta luonnonväriaineista

Image by Annette Meyer from Pixabay


Maailmassa valmistetaan vuosittain yli kaksi miljoonaa tonnia väriaineita, joista suurin osa saadaan petrokemiallisesti eli raakaöljyn jakeista syntetisoimalla. Synteettisten väriaineiden tuotannossa syntyy runsaasti kasvihuonekaasuja ja ympäristölle haitallisia kemikaaleja. Lisäksi väriaineita päätyy mm. tehottomien värjäysprosessien seurauksena paljon ympäristöön, missä ne saattavat aiheuttaa pitkäaikaista haittaa.

Ympäristötietoisuuden lisääntyessä saastuttavia menetelmiä pyritään aktiivisesti karsimaan, mikä avaa mahdollisuuksia uusille ekologisille prosesseille. HAMK Tech -tutkimusyksikössä onkin aloitettu luontoperäisten väriaineiden tutkimus, jolla pyritään luomaan ekologisempaa väriaineteollisuutta.

HAMK Tech osallistuu kesäkuussa 2019 alkaneeseen strategisen tutkimuksen neuvoston rahoittamaan BioColour-hankkeeseen, jossa tutkitaan biopohjaisia ja kotimaisia vaihtoehtoja petrokemiallisesti syntetisoiduille väriaineille. Hankkeen tavoitteena on kartoittaa erilaisia luontoperäisiä väriaineita ja niiden lähteitä, väriaineiden tuotantoa sekä sovellutuksia ja lopulta koostaa yleiseen käyttöön tuleva avoin tietokanta luonnonväriaineiden tuotannosta ja toiminnasta eri sovellutuksissa. Hankkeessa ovat mukana HAMKin lisäksi myös Helsingin yliopisto, Itä-Suomen yliopisto, Aalto-yliopisto, North Carolina State University, University of Campinas, Luonnonvarakeskus sekä Teknologian tutkimuskeskus VTT.

HAMK Techin rooli BioColour-hankkeessa on tutkia luonnonväriaineiden soveltuvuutta puun ja metallin pinnoitteissa sekä pakkausmateriaaleissa. Jotta saadaan realistinen käsitys luontoperäisten väriaineiden soveltuvuudesta eri käyttökohteisiin, tullaan niiden ominaisuuksia ja pitkäaikaiskestävyyttä kartoittamaan standardisoiduilla menetelmillä. Verrokkeina voidaan käyttää synteettisiä väriaineita, mutta toisaalta tutkimuksella tavoitellaan myös täysin uudenlaisia tuotteita, joille ei ehkä vielä ole olemassa vertailukohtaa.

Ihastuttava indigo

Indigotiini, eli tuttavallisemmin indigo, on sininen väriaine, jota saadaan luontaisesti muun muassa värimorsingosta (Isatis Tinctoria L.). Synteettisesti valmistettua indigoa käytetään yleisesti tekstiilien, erityisesti farkkujen väriaineena. Puhtaana indigo on sinistä, mutta värimorsingossa esiintyvien indigotiinin esiasteiden ja indirubiinin yhdistelmillä voidaan saada aikaan myös vihreän, keltaisen ja violetin sävyjä. Väriaineiden esiintyminen seoksina on hyvin tyypillistä luonnonväreille, mikä asettaa haasteita teolliseen valmistukseen. Toisaalta hallittuna värien vaihtelu voi myös mahdollistaa useiden eri värisävyjen synnyttämisen samaa lähdettä hyödyntäen. Luonnonindigoa Suomessa valmistaa Natural Indigo Finland Oy, joka viljelee värimorsinkoa Pohjois-Pohjanmaalla Nivalassa.

Kuva 1. Indigon esiasteet syntyvät värimorsingon lehdissä, sininen väriaine saostetaan vesiuutteesta kemiallisella käsittelyllä, ja indigolla värjättyjä tekstiilejä.

Kuva 1. Indigon esiasteet syntyvät värimorsingon lehdissä, sininen väriaine saostetaan vesiuutteesta kemiallisella käsittelyllä, ja indigolla värjättyjä tekstiilejä. Kuva © Pasi Ainasoja

Indigoa tuottava värimorsinko on kaksivuotinen peltokasvi, joka kasvattaa ensimmäisenä kesänään matalan lehtiruusukkeen ja toisena kesänään noin metrin pituisen varren, jonka päähän muodostuu hieman rypsin kukintoa muistuttava kukinto. Itse indigoa saadaan jo ensimmäisenä vuonna morsingon lehdistä. Lehdet poimitaan kokonaisina ja väriaineen esiaste uutetaan lehdistä kuumalla vedellä. Kellertävät esiasteet muutetaan siniseksi indigoksi säätämällä uuttoliuoksen pH:ta ja antamalla yhdisteen hapettua ilman vaikutuksesta. Indigon valmistusta värimorsingosta on tutkittu muun muassa Luonnonvarakeskuksessa.

Aloitamme indigon sovellutusten kartoittamisen valmistamalla indigopigmentillä värjättyjä muovifilamentteja, joista voidaan valmistaa erilaisia testikappaleita. Tarkoituksenamme on löytää väri-, kestävyys- ja muovattavuusominaisuuksiltaan sopiva indigon ja muovin suhde sekä vertailla keskenään luonnonindigolla ja synteettisellä indigolla värjättyjen näytteiden ominaisuuksia. Ominaisuuksiltaan tyydyttäviä koe-eriä voidaan käyttää mm. kalvojen ja 3D-tulostettujen kappaleiden valmistukseen.

Ligniiniä ja mikrobeja

Pellolla kasvavan värimorsingon lisäksi muun muassa pajunkuoriuutteesta, ligniinistä, hiivoista ja homeista voidaan erottaa väriaineita. Ligniini on puun liima-ainetta, jolle on ominaista voimakkaat ruskean ja keltaisen sävyt, joista tyypillisesti pyritään eroon esimerkiksi paperituotteissa. Värjäävyytensä takia ligniini erotetaan huolella selluprosessissa ja se onkin yksi selluteollisuuden suurista sivuvirroista ja houkutteleva tutkimuskohde runsaan saatavuutensa vuoksi. Nykyään suurin osa ligniinistä joudutaan polttamaan energiaksi, mutta uusia sovellutuksia tutkitaan jatkuvasti. Myös puiden kuoret sisältävät paljon värillisiä yhdisteitä ja niitä tutkitaankin yhteistyössä Aalto-yliopiston kanssa. (Lohtander, Arola & Laaksonen, 2019)

Luonnonväriaineita voidaan tuottaa myös mikrobien avulla synteettisen biologian keinoin, jossa mikrobin geeniperimää muokkaamalla se saadaan tuottamaan solutehtaana haluttuja yhdisteitä. Väriaineiden ja muiden arvokemikaalien tuottamista hiivojen ja homeiden avulla tutkii BioColour -konsortiossa VTT. Synteettinen biologia on kasvava ala, jolla uusia kaupallisia sovelluksia syntyy jatkuvasti. Esimerkiksi ranskalainen yritys Pili on parhaillaan skaalamassa väriaineen tuottoa bakteerien avulla teolliseen mittakaavaan. Väribakteerien kasvattaminen bioreaktorissa olisi teoriassa jopa kustannustehokkaampi vaihtoehto verrattuna petrokemialliseen synteesiin. Menetelmä on tällä hetkellä vasta kokeiluasteella, mutta kaupallista tuotantoa on suunnitteilla vuoden 2020 loppuun mennessä. (Pili Inc., 2019)

Tavoitteena luonnollinen väripaletti

BioColour-hankkeen tavoitteena on koota tietopaketti, johon pystytään sisällyttämään eri sovelluskohteita varten tietoa eri väriaineista ja jopa kokonaisia väripaletteja. Palettien avulla esimerkiksi yritysten olisi helpompaa lähteä rakentamaan kokonaisia luonnonväriaineilla värjättyjä tuoteperheitä. Luonnonväriaineilla värjättyjen kuluttajatuotteiden hinta saattaa olla synteettisillä väriaineilla värjättyjä tuotteita korkeampi, mutta niiden korkea ekologisuus tuo niille lisäarvoa ja ohjaa kohti vastuullisempia kulutustottumuksia. Luonnonväriaineista ovatkin olleet eniten kiinnostuneita voimakkaasti ekologisuuteen ja luksukseen itsensä brändänneet toimijat. Esimerkiksi monilla pienillä tekstiilialan yrityksillä on valikoimissaan luonnonväriaineilla värjättyjä tuotteita. Vaikka Suomessa ei vielä olekaan laajaa liiketoimintaa tällä alueella, on mahdollista, että BioColourin ja muiden vastaavien hankkeiden myötä luonnonväriaineet siirtyvät hiljalleen lähemmäs tavallisen kuluttajan arkipäivää.

Lähteet

Lohtander, T., Arola, S. & Laaksonen P. (2019). Biomordanting Willow Bark Dye on Cellulosic Materials. Coloration Technology, painossa.

Pili Inc. (2019). Our Technology is Alive. Haettu 1.11.2019 osoitteesta https://www.pili.bio/9/technology

Kirjoittajat

Juha Jordan
Juha Jordan työskentelee HAMK Tech -tutkimusyksikössä strategisen tutkimuksen neuvoston rahoittamassa BioColour-tutkimushankkeessa, jossa tutkitaan erilaisia luontoperäisiä väriaineita ja niiden soveltuvuutta kuluttajatuotteisiin. Juha Jordanin työ tähtää väitöskirjaan ja keskittyy teknisten materiaalien, kuten muovien ja pinnoitteiden pitkäaikaiskestävyystutkimukseen. BioColour-tutkimus on monitieteinen ja mukana on HAMKin lisäksi useita tutkimusryhmiä Suomen huipulta. Hanketta koordinoi Helsingin yliopisto ja muut mukana olijat ovat HAMK, Teknologian tutkimuskeskus VTT, Aalto-yliopisto, Luonnonvarakeskus, Itä-Suomen yliopisto, North Carolina State University ja brasilialainen Universidade de Campinas.

Päivi Laaksonen
Päivi Laaksonen toimii HAMK Techissä tutkijayliopettajanana ja on Pitkäaikaiskestävyys-tutkimusryhmän vetäjä. Hän toimii BioColour-hankkeen varajohtajana ja luonnonväriaineiden sovellusten tutkimukseen keskittyvän työpaketin vetäjänä. Laaksonen on työskennellyt luonnonväriaineiden parissa myös aiemmin toimiessaan apulaisprofessorina Aalto-yliopistossa ja ohjaa parhaillaan yhtä väitöskirjaa aiheesta. Laaksonen on tutkinut mm. nanomateriaaleja ja biopohjaisia materiaaleja yli 15 vuoden ajan ja hänen tutkimustyönsä HAMK Tech -tutkimusyksikössä tähtää biopohjaisten ja kiertotaloudellisten ratkaisujen löytämiseen mm. pinnoitemateriaaleissa.

Viittausohje:
Jordan, J. & Laaksonen, P. (2020). Ekoluksusta luonnonväriaineista. HAMK Unlimited Professional 8.1.2020. Haettu [pvm] osoitteesta https://unlimited.hamk.fi/biotalous-ja-luonnonvara-ala/ekoluksusta-luonnonvariaineista
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202001142161

 

Creative Commons -lisenssi
Tämä teos on lisensoitu Creative Commons Nimeä-JaaSamoin 4.0 Kansainvälinen -lisenssillä.

BIOTALOUS (TIETO- JA VIESTINTÄTEKNIIKKA), INSINÖÖRI (AMK) »
Print Friendly, PDF & Email

Tags:  luonnonmateriaalit luonnonväriaineet pitkäaikaiskestävyys

Bookmark and Share




Previous Post
Opiskelijaprojektina työstettiin omenantunnistussovellus
Next Post
Historian alumnien ohjauskäsitykset – kehitysideoita yliopistotason ohjaukseen




You might also like




0 Comment

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *



More Story
Opiskelijaprojektina työstettiin omenantunnistussovellus
Yhteisöllinen, monialainen työskentely edistää oppimista. Tätä päästiin testaamaan käytännössä, kun Hämeen ammattikorkeakoulun...