Индиго

<час />

Фон

Индиго, или индиготин, представляет собой краситель, первоначально полученный из разновидностей растений индиго и вайда. Индиго был известен во всем древнем мире благодаря своей способности окрашивать ткани в темно-синий цвет. Египетские артефакты предполагают, что индиго использовалось уже в 1600 г. до н. Э. и он был найден в Африке, Индии, Индонезии и Китае.

Краситель придает ткани ярко-синий оттенок. В процессе окраски хлопок а льняные нити обычно замачивают и сушат 15-20 раз. Для сравнения, шелковые нити должны быть умерщвлены более 40 раз. После окраски пряжу можно высушить на солнце, чтобы сделать цвет более насыщенным. Индиго уникален своей способностью придавать цвет поверхности, лишь частично проникая в волокна. Когда пряжа с индиго раскручивается, видно, что внутренние слои остаются неокрашенными. Краска также тускнеет, придавая ей характерный женский вид, и по этой причине ее обычно используют для окрашивания джинсовой ткани. Первоначально извлекаемый из растений, сегодня индиго синтетически производится в промышленных масштабах. Чаще всего он продается в виде 100% порошка или 20% раствора. В начале 1990-х цены на индиго составляли около 44 долларов за фунт (20 долларов за кг).

История

Название индиго происходит от римского термина indicum, что означает продукт Индии. Это несколько неправильное название, поскольку растение выращивают во многих регионах мира, включая Азию, Яву, Японию и Центральную Америку. Еще один древний термин для обозначения красителя - ноль . откуда арабский термин, обозначающий синий, al-nil, выводится. Английское слово анилин происходит из того же источника.

Краситель может быть извлечен из нескольких растений, но исторически растение индиго использовалось чаще всего, потому что оно было более широко доступным. Он принадлежит к семейству бобовых, идентифицировано более трехсот видов. Тинктория индиго и I. suifruticosa являются наиболее распространенными. В древние времена индиго был ценным товаром, потому что листья растений содержали лишь небольшое количество красителя (около 2-4%). Следовательно, для производства значительного количества красителя требуется большое количество растений. Плантации индиго были основаны во многих частях мира для обеспечения контролируемых поставок.

Спрос на индиго резко вырос во время промышленной революции, отчасти из-за популярности синих джинсов Levi Strauss. Процесс естественной экстракции был дорогостоящим и не мог производить массовые количества, необходимые для развивающейся швейной промышленности. Поэтому химики начали поиск синтетических методов получения красителя. В 1883 году Адольф фон Байер (прославившийся аспирином Байера) исследовал химическую структуру индиго. Он обнаружил, что может обрабатывать омега-бромацетанилид щелочью (веществом с высоким pH) для получения оксиндола. Позже, основываясь на этом наблюдении, К. Хойман идентифицировал путь синтеза для получения индиго. За 14 лет их работы было произведено первое промышленное производство синтетического красителя. В 1905 году Байер был удостоен Нобелевской премии за свое открытие.

В конце 1990-х годов немецкая компания BASF AG была ведущим производителем в мире, на ее долю приходилось почти 50% всех проданных красителей индиго. В последние годы синтетический процесс, используемый для производства индиго, стал предметом пристального внимания из-за присутствия в нем агрессивных химикатов. Производители ищут новые, более экологически безопасные методы.

Сырье

Сырье, используемое для естественного производства индиго, - это листья различных видов растений, включая индиго, вайду и многоугольник. Используют только листья, так как они содержат наибольшую концентрацию молекул красителя. В синтетическом процессе используется ряд химикатов, как описано ниже.

Производственный процесс

Естественное извлечение

• 1 Для экстракции индиго из растений требуется несколько этапов, поскольку самого красителя в природе не существует. Химическое вещество, содержащееся в листьях растений, на самом деле является индиканом, предшественником индиго. Древний процесс извлечения индикана из листьев растений и преобразования его в индиго оставался неизменным на протяжении тысячелетий. В этом процессе несколько резервуаров расположены поэтапно. Самый верхний резервуар - это резервуар для брожения, в который помещаются свежесрезанные растения. Фермент, известный как индимульсин, добавляется для гидролиза или расщепления индикана на индоксил и глюкозу. Во время этого процесса выделяется углекислый газ, и бульон в резервуаре становится мутно-желтым.

• 2 Примерно через 14 часов полученная жидкость сливается во второй резервуар. Здесь смесь, богатую индоксилом, перемешивают лопастями, чтобы смешать ее с воздухом. Это позволяет воздуху окислять индоксил до индиготина, который оседает на дно резервуара. Верхний слой жидкости сливается сифоном, а осевший пигмент переносится в третий резервуар, где он нагревается, чтобы остановить процесс ферментации. Полученную смесь фильтруют для удаления примесей и сушат до образования густой пасты.

  Исторически сложилось так, что японцы использовали другой метод, который включает извлечение индиго из растения многоугольник. В этом процессе растение смешивают с порошком пшеничной шелухи, порошком известняка, щелочной золой и саке. Смесь оставляют для брожения в течение примерно одной недели, чтобы сформировать пигмент краски, который называется сукумо.

Синтетическая продукция

• 3 Для получения индиго использовались различные синтетические химические процессы. Все эти процессы включают объединение ряда химических реагентов в контролируемых условиях. Реагенты подвергаются ряду реакций, в результате которых образуется молекула индиго. В этой реакции также образуется ряд других побочных химических продуктов.
• 4. Эти реакции синтеза проводят в больших реакционных сосудах из нержавеющей стали или стекла. Эти сосуды оснащены рубашками, позволяющими пропускать пар или холодную воду вокруг партии по мере прохождения реакции. Из-за сложности этих химических процессов краситель обычно производится партиями. Однако немцы изобрели несколько методов непрерывного технологического производства.

Типы реакций

• 5 Первый коммерческий метод производства индиго был основан на работе Хоймана. В этом методе N-фенилглицин обрабатывают щелочью для получения индоксила, который можно превратить в индиготин при контакте с воздухом. Однако количество красителя, получаемого в результате этого процесса, очень мало. Другой, более эффективный способ синтеза использует антраниловую кислоту. Этот процесс был популярен у крупных производителей, таких как BASF и Hoechst, более 30 лет. Вариант этого метода (который получил широкое распространение) включает реакцию анилина, формальдегида и цианистого водорода с образованием фенилглицинонитрила. Затем этот материал гидролизуют с получением фенилглицина, который затем превращается в индиготин. В настоящее время известен способ, в котором для преобразования фенилглицина в индоксил используется содамид со щелочью. Содамид реагирует с избытком воды, тем самым снижая общую температуру реакции с почти 570 ° F (300 ° C) до 392 ° F (200 ° C). Это приводит к гораздо более эффективному процессу реакции.

Завершающие операции

• 6 После завершения процесса химической реакции готовый краситель необходимо промыть для удаления примесей, а затем высушить. Высушенный порошок можно фасовать в бочки или разбавить водой до образования 20% раствора и разлить в ведра.

  Химический символ индикана, соединения, содержащегося в листьях растения индиго, которое используется для изготовления красителя индиго. .

Контроль качества

Во время производства индиго процесс реакции постоянно контролируется, чтобы гарантировать, что химические вещества объединяются в надлежащих соотношениях. Ключевые элементы, которые необходимо контролировать, включают pH (или кислотно-щелочное качество партии), температуру (которая контролирует скорость реакции) и время реакции (которая определяет степень завершения). Если какая-либо из этих переменных отклоняется от спецификаций, это может повлиять на конечный продукт реакции. Обычно плохой контроль качества приводит к снижению выхода красителя, что увеличивает затраты производителя.

Чтобы производители могли постоянно покупать один и тот же оттенок красителя, индиго присваивается индекс цвета, который определяет его оттенок. Он обозначается как «CI Natural Blue CI 75780».

Побочные продукты / отходы

При производстве индиго образуются различные отходы, с которыми необходимо обращаться осторожно. Помимо описанных выше реагентов, наряду с индиго образуются и другие побочные продукты реакции. Некоторые из этих материалов считаются опасными и должны утилизироваться в соответствии с местными и федеральными правилами утилизации химических отходов. Эти химические отходы могут попадать в окружающую среду как минимум тремя различными способами. Первый - во время фактического изготовления молекулы. Второй - когда краситель наносится на пряжу, а третий - когда краситель вымывается в воду для стирки во время первоначальной стирки или влажной обработки ткани. Этот последний путь обычно происходит при производстве джинсовой ткани.

Будущее

Большая часть потребности в индиго удовлетворяется с помощью других типов синих красителей, и сегодня большая часть индиго, используемого в мире, производится за пределами Соединенных Штатов. Исследователи концентрируются на новых методах производства индиго, которые более безопасны для окружающей среды. Один многообещающий будущий метод предполагает использование биокатализаторов в процессе реакции красителя. Краситель индиго может быть одним из первых химикатов в больших количествах, произведенных биологическим путем. Genencor International из Рочестера, штат Нью-Йорк, оценивает процесс производства индиго с использованием биотехнологии. По словам Чарльза Т. Гудхью, директора программы Genencor по исследованиям и разработкам в области биокатализа, индиго, полученный этим методом, по химическому составу аналогичен обычному синтетическому красителю и ведет себя идентично в тестах на окрашивание. Однако в настоящее время технология дорогая, а производственные затраты могут быть непомерно высокими. Genencor ищет крупного рыночного партнера для работы с ними в разработке этой новой технологии.

Производители, использующие индиго для окраски, также стремятся улучшить использование красителя. Например, подразделение джинсовой ткани Burlington в 1994 году представило технологию, которую они называют «без камня», которая позволяет красителю индиго в ткани разрушаться на 50% быстрее в цикле стирки. По сравнению с традиционными методами стирки ткани, окрашенной индиго, в их новом процессе используется мало пемзы, если она вообще есть, что помогает придать ткани блеклый вид. Таким образом, снижаются затраты на обработку и хранение пемзы, а также время, необходимое для отделения пемзы от одежды после стирки. Также используется гораздо меньше отбеливателя. Таким образом, этот новый процесс не только уменьшает повреждение одежды, но и снижает количество отходов, образующихся из-за камней и отбеливателя.