Kestäviä luonnonvärejä kahvinporoista

Maailmassa valmistetaan vuosittain satoja tuhansia tonneja orgaanisia väriaineita, jotka ovat suurimmaksi osaksi uusiutumattomia. Monet näistä väriaineista ovat ympäristölle haitallisia ja aiheuttavat huonosti valvotuissa värjäysprosesseissa suurta haittaa vesistöihin päästessään. Vaikka valvotuissa prosesseissa väriaineita ei vesistöihin päädykään, kuluttaa niiden valmistaminen silti vähäisiä uusiutumattomia raakaöljyvarojamme. Siksi nykyaikaisen kiertotalousajattelun mukaisesti väriaineista pyritään tekemään uusiutuvia siinä missä kaikesta muustakin.

Hämeen ammattikorkeakoulu (HAMK) osallistuu väriainetalkoisiin BioColour-hankkeessa, jossa uusiutuvia ja käyttökelpoisia väriaineita etsitään öljykenttien sijaan luonnollisista lähteistä, kuten kasveista, sienistä ja jopa mikrobeista. Hanketta tehdään yhteistyöyliopistojen lisäksi useiden yritysten kanssa, jotka pyrkivät tuotteistamaan hankkeessa tutkittavia luonnonväriaineita.

HAMKista BioColour-hankkeeseen osallistuu HAMK Tech -tutkimusyksikössä toimiva materiaalien pitkäaikaiskestävyyteen erikoistunut tutkimusryhmä. HAMKin rooli BioColour-hankkeessa onkin tutkia nimenomaan luonnonväriaineiden pitkäaikaiskestävyyttä. Käytännössä värien pitkäaikaiskestävyyden tutkiminen tarkoittaa sitä, että värjättyjä materiaaleja rasitetaan erilaisille hajottaville voimille kuten valolle ja kosteudelle. Käytettävät tutkimusmenetelmät valitaan tutkittavan materiaalin käyttökohteen mukaan. Esimerkiksi kankaiden ei useinkaan tarvitse kestää niin voimakasta auringon säteilyä kuin vuodesta toiseen ulkoilmalle altistuvien metallilevyjen. Siksi sisällä käytettävien kankaiden valonkestoa tutkitaan usein vain kevyellä valonkestotestillä, kun taas ulkona käytettäviä metallisia ohutlevyjä rasitetaan UV-kaapin tehokkaampien lamppujen avulla.

Viime aikoina HAMKissa on tutkittu kahvilla värjättyjen kankaiden valonkestoa yhteistyöyritysten kanssa. Kahvi soveltuu useiden eri kangastyyppien värjäämiseen, ja siitä saadaan erilaisia ruskean, oranssin ja harmaanruskean sävyjä riippuen värjäysliemen reseptistä. Tässä artikkelissa kerrotaan kahviväreillä värjätyistä kankaista, niille HAMKissa tähän asti tehdystä kestävyystutkimuksesta sekä tutkimusten tuloksista.

Eikös kahvi ole juotavaksi tarkoitettu?

Sanotaan, että suomalaiset ovat kahvikansaa, mutta sillä tarkoitetaan harvoin juomisen sijaan kankaiden värjäämistä. Elintarviketeollisuusliiton mukaan Suomessa kulutetaan vuosittain 9,9 kilogrammaa kahvia henkeä kohden, mikä tekee yli 1 000 kupillista! Kahvin käytöstä väriaineena ei moisia tilastoja ole, sillä kahvilla värjääminen on pääasiassa yksityishenkilöiden harjoittamaa harrastetoimintaa, eikä kahvivärjäyksen ympärillä ole minkäänlaista teollisuutta. Teollisuuden puute ei ole mikään ihme – kahvia pidetään juomanakin jo uhanalaisena ylellisyystuotteena, eikä sen tuotanto pelkäksi väriaineeksi olisi mitenkään kannattavaa, saati ympäristöystävällistä.

Suomalaisessa kahvikulttuurissa piilee silti värjäämisen kannalta yllättävä mahdollisuus: kahvintuotannossa syntyvä hukkakahvi. Hukkakahvia syntyy kahviteollisuuden sivuvirtana runsaasti esimerkiksi pakkauskoneiden tuotevaihdoissa, mutta syntyvälle hukka-ainekselle ei ole tällä haavaa mitään korkean arvon kaupallista käyttöä. Käytännössä siis lähes hyödyttömästä materiaalista voitaisiin väriainekäytöllä saada irti huomattavaa lisäarvoa. Siksi HAMK tutkii yhdessä yhteistyöyritysten kanssa mahdollisuuksia käyttää teollisuuden hukkakahvia tekstiilien värjäämiseen. Hukkakahvia ja kankaita sekä lankoja tuottavat yritykset toimittavat raaka-aineita värjääjäyritykselle, josta puolestaan toimitetaan kahvivärjättyjä kankaita HAMKille valonkestotutkimuksiin (kuva 1).

Valonkestoa tutkitaan ksenontestillä

Ksenontestillä mallinnetaan tekstiilien luontaista haalistumista valon vaikutuksesta sisätiloissa. Ksenontestin avulla voidaan tunnistaa ne tekstiilit, jotka haalistuvat nopeasti eivätkä siten kestäisi käyttöä esimerkiksi vaatteissa tai kalusteiden verhoilussa. Ksenontesti tehdään standardoidulla ksenonlampulla varustetussa testikaapissa. Valonkestotestiin tulevat tekstiilit laitetaan testikaappiin yhdessä sinisten vertailunäytteiden kanssa (kuva 2). Testikaapissa tekstiileistä ja vertailunäytteistä peitetään osa suojuksella, minkä jälkeen testikammion ovi suljetaan ja ksenonlamppu laitetaan päälle. Testin aikana suojuksia vaihdetaan parin päivän välein siten, että tekstiileihin muodostuu eri verran valolle altistuneita alueita. Lopuksi tekstiilit otetaan pois kaapista ja niitä verrataan silmämääräisesti vertailunäytteisiin.

Vertailunäytteessä on vierekkäin 8 erilaista sinistä kangasta, joista jokainen haalistuu tuplasti edellistä hitaammin. Jokaista koetekstiiliä verrataan vertailunäytteeseen, ja se saa vertailun perusteella valonkestoarvon välillä 1–8, jossa 1 on huonoin ja 8 paras valonkesto. Tyypillisesti valonkeston 1 ja 2 näytteitä ei käytetä kulutustuotteissa. Valonkeston 3–8 saaneita tekstiilejä voidaan valonkeston puolesta käyttää kuluttajatuotteissa riippuen sovelluksesta. Taulukossa 1 on esitelty viitteellinen arvio valonkestoarvojen merkityksestä käytännössä.

Taulukko 1. Valonkestoarvon merkitys värjätyn materiaalin käyttöikään (Gottsegen, 1993).

Valonkestoarvo	Väri kestää haalistumatta sisätiloissa
1	alle 2 vuotta
2–3	2–15 vuotta
4–5	15–50 vuotta
6	50–100 vuotta
7–8	yli 100 vuotta

Kestääkö kahvi päivänvaloa?

Valonkestotutkimuksessa tutkittiin lähes sata erilaista kahvivärjättyä näytettä. Mukana oli kahvilla värjättyä villaa, pellavaa, puuvillaa ja paperinarua. Puretteina puolestaan oli käytetty alunaa, rautasulfaattia ja kaliumtitaanioksalaattia eli PTO:ta. Puretteita käytetään usein luonnonväreillä värjätessä parantamaan värin kestoa ja kiinnittymistä tekstiiliin. Puretteet myös muokkaavat väriaineesta saatavaa väriä. Tässä tutkittavissa kahvivärjätyissä näytteissä raudalla oli saatu aikaan harmaanruskeita sekä tummia sävyjä, PTO:lla oranssinruskeita sävyjä ja alunalla vaaleanruskeita sävyjä (kuva 3).

Valonkestoa pidetään yhtenä luonnonväriaineiden heikkouksista synteettisiin väriaineisiin verrattuna, mutta se riippuu tapauskohtaisesti väriaineista ja värjäyksen reseptiikasta. Kahvinäytteiden valonkestotestin tulokset osoittivat, että kaikilla käytetyillä puretteilla sekä materiaaleilla oli mahdollista saada aikaan valonkestoltaan tyydyttäviä näytteitä, mikä on luonnonväriaineelle erittäin hyvä tulos. Eniten tyydyttäviä valonkestoja saavutettiin käyttämällä puretteena PTO:ta, nimittäin vain yksi PTO:lla puretetuista näytteistä oli valonkestoltaan alle kolmen. Parhaimpia materiaaleja valonkeston puolesta olivat pellava sekä villa, joilla saavutettiin useilla resepteillä jopa yli viiden valonkestoja. Keskikastia valonkestotestissä olivat rautapurete sekä paperinaru, joilla useimmat näytteistä olivat valonkestoltaan tyydyttäviä.

Eniten päänvaivaa testeissä aiheuttivat puretteena käytetty aluna sekä materiaalina käytetty puuvilla. Vaikka useat alunalla puretetuista näytteistä saivatkin heikon valonkestoarvon, on silti huomionarvoista, että myös alunalla puretetuilla näytteillä pystyttiin saavuttamaan yli kolmen valonkestoja. Tulos ei siis suinkaan tarkoita sitä, että aluna olisi kelvoton purete kahviväreille, vaan että alunalla puretettaessa voidaan tyydyttävän valonkeston saavuttamiseksi käyttää harvempia eri reseptejä kuin esimerkiksi PTO:lla puretettaessa. Myös puuvillalla saatiin monia tyydyttäviä valonkestoarvoja, vaikka useat puuvillanäytteet haalistuivat nopeasti.

Mitä jäi pannun pohjalle?

Tehdyn tutkimuksen perusteella vaikuttaa siltä, että kahvivärjätyt kankaat, langat ja narut pärjäisivät kuluttajakäytössä ainakin valonkestonsa puolesta. Etenkin PTO:lla ja rautasulfaatilla puretetut värit saavuttivat hyvän valonkeston useilla eri materiaaleilla ja resepteillä. PTO:lla saavutetaan hyvän valonkeston lisäksi myös silmää miellyttäviä ja kirkkaita värisävyjä. Kaikki purete-materiaaliyhdistelmät ja värjäysreseptit eivät kuitenkaan kestäneet päivänvaloa, joten valonkeston tutkimista täytyy jatkaa sitä mukaa kuin uutta värjäysreseptiikkaa ja uusia sävyjä kehitetään.

Tässä artikkelissa esitelty kankaiden ja lankojen valonkestotutkimus ei ole ollut HAMKille ainoa laatuaan. Vaikka HAMKilla on entisen Ohutlevykeskuksen myötä pitkät perinteet metallien kestävyyden tutkimisessa, erilaisten tutkimushankkeiden myötä HAMKiin on muodostunut vahvaa osaamista myös kankaiden ja polymeerien kestotutkimuksessa. Lisää laitteistoa sekä osaamista kartutetaan koko ajan, mikä hyödyttää laajenevaa yhteistyökumppanien verkostoa.