1870年德国化学家阿道夫.冯.拜尔用靛红与三氯化磷反应并进行还原,成功合成了靛蓝。[1]1878年冯.拜尔从******合成靛红,从而完成了靛蓝的全合成。1880年他确定出靛蓝的化学结构。1880年至1882年期间,冯.拜尔又发展了从肉桂酸和邻硝基苯甲醛(Baeyer~Drewsen靛蓝合成)分别合成靛蓝的路线。而早在1881年,德国巴斯夫公司便开始少量生产靛蓝,早期采用拜尔的合成法,但造价较高,生产工艺不够成熟,状况并不理想。
1890年瑞士苏黎世的教授卡尔.休曼(KarlHeumann)发展了另一条从******苯甲酸合成靛蓝的路线,也就是先让******苯甲酸与氯乙酸缩合为N~(2~羧****)甘氨酸,然后再经碱熔、脱羧、氧化得到靛蓝。1897年BASF公司放弃了拜尔法,改用休曼法进行生产。
1901年,德国的约翰.福莱格(JohnPfleger)改良了休曼的方法,改用从苯胺为原料经N~****甘氨酸和3~吲哚酚生产靛蓝。与休曼法相比,福莱格改进法有诸多优点,原料苯胺非常易得,而且反应产率也较高。目前靛蓝几乎全是由人工合成得到的,而合成方法就是以福莱格的改进法为基础。
靛蓝是一种蓝色粉末,能溶于热苯胺,几乎不溶于水和乙醇。在浓硫酸中呈黄绿色,稀释后为蓝色沉淀;在浓硝酸中呈靛红色,而后变为红光黄色。在碱性保险粉还原液中呈淡黄色,在酸性液中无色。
靛蓝不溶于水、酸、碱,欲制成染液吸附织物,必须先经过还原作用,成为靛白。靛白可溶于碱液,可以用它来对动物或植物纤维进行上色,染后在空气中进行氧化,再生成靛蓝,附着于纤维上,呈蓝色。所以靛蓝的染液必须要有还原剂和碱液存在。
生产由苯胺与氯乙酸在硫酸铁存在下缩合为N——****甘氨酸铁,而后加入氢氧化钾进行母液转化,然后与氨基钠、混碱进行碱熔生成3~吲哚酚,后经空气氧化、过滤、粉碎、干燥和商品化,得到商品染料靛蓝成品。
用途靛蓝主要用于染棉布或棉纱。农村染坊用发酵法染土布,牛仔裤大都由靛蓝染经纱,与白纱交织而成。不经丝光染的棉布称为毛蓝布,可用保险粉法连续浸染,也可染羊毛和丝绸,在地毯和手工艺品有所应用。也用于制食品染料和有机颜料等。靛胭脂和溴靛蓝都是靛蓝的衍生物。
用于靛蓝染料染色的连续经纱染色机已广泛使用,通过调整染色工艺,可产生不同程度的染料渗透,由此而改变了后续摩擦或水洗褪色处理的效果。靛蓝染料是一种还原染料,它不溶于水,需要采用还原剂(一般用保险粉,即连二亚硫酸钠或硫酸氢钠)和碱处理使其转变为可溶的隐色体形式,才能进行棉经纱染色,并将浸轧和中间透风相结合。
使用保险粉会给工艺控制带来一些麻烦,这是由于保险粉的不稳定性,其曝置于空气中会被氧化,分解生成酸性的副产物,这需要添加碱来中和,以及需要增加保险粉用量,以维持靛蓝染料的化学还原。
为了克服使用保险粉的这些问题,出现了探索研究一些新的染色工艺。在成衣染色方面,向染色机通入氮气,即一种惰性气体,可置换出空气中的氧。在织物染色中,Brazzoli公司与DyStar公司合作联合开发的InnoVat/InnoDye系统,它配置有一个真空泵,以抽去设备中的氧/空气,同时减少了保险粉的用量。一种对环境更为友好的探索,尤其是针对含有化学还原剂的废水排放会产生环境污染的情况,则采用靛蓝染料的电化学还原方法。目前已完成了还原染料和硫化染料的电化学还原染色的试验,并继续在奥地利的一家工厂进行纱线中试染色。这种连续经纱染色技术的延伸,即将上浆工艺与染色工艺相结合,能减少工艺废水的化学负载,该方法被认为很有前景。此外,回收利用从水洗后处理中去除的靛蓝染料的过程得到了简化。
pH值对靛蓝染色的影响非常重要,由于靛蓝染料在pH值约为10.5~11.5时是以单离子状态存在,而pH值为12。5以上时是以双离子形式存在。在含有过量保险粉的高碱性浴中,双离子形式的靛蓝染料的亲和力较低,并随着pH值提高,棉纤维表面的负电荷也随之增加,从而加大了在双离子靛蓝染料与带电荷纤维表面之间的阴离子的排斥作用,降低了染料上染率。
单离子形式的靛蓝染料在纤维表面具有良好的亲和力和较高的染色上染率,但这又降低了染料在纱芯内的渗透,在使纱线表面得色量大大增加。当采用高pH值时,以双离子形式的靛蓝染料将具有低的亲和力,并因此在纱芯内有较大的染料渗透和较低的纱线表面得色率。因此在靛蓝染色过程中,pH值随时间发生的变化会影响得色量以及后续靛蓝染色纱线的洗净性能。
用于连续棉经纱染色的Denim~Ox工艺,采用科莱恩公司的DiresulRDT染料,其工艺流程为:苛化处理→水洗→湿罩湿染色→固色→淋洗。在60~90℃轧液,进行硫化染料的吸附,这过程包括使染料迁移和扩散的透风时间,再进行固色。固色阶段加入醋酸,以防止染料溶落,为氧化剂(DiresulOxdantBRIliq)提供所需的pH值。后者使染料分子内形成蒽醌基团,在被氧化阶段,产生最终色泽。一种阳离子型固色基(IndosolE~50liq)与染料中的巯基以及纤维发生反应,以离子键使染料固色。工艺中还需加入硫酸钠和分散剂(EkalineFliq。),硫酸钠可防止染料从纤维上解吸至固色浴中。
科莱恩公司的Denim~Ox工艺是一种灵活、简单的染色工艺,其还原剂消耗低,废水中染料少,并大大节省了水耗。Denim~Ox工艺使用的染料范围广,用于生产粗斜纹及时尚织物。
天然靛蓝是一种含有蓝色染料的植物提取物,靛青是一种从木蓝属植物中得到的蓝色染料;靛青在可见色谱中位于蓝和紫之间的一种色彩。
加工原料主要为爵床科植物马蓝(BaphicacanthuscusiaBrem)的叶,也可采用有豆科的野青树(IndigoferasuffruticosaMill)、蓼科蓼蓝(PolygonumtinctorinumAit)、十字花科菘蓝(IsatisindigoticaFort),因此分别有马蓝、木蓝、山蓝等区别。
正宗的靛蓝含有残余的石灰,有氢氧化钙和碳酸钙,但不含硫化物。靛蓝染料是我国发明的,是染蓝花布及蜡染的染料,在很多民俗博物馆可以看到用靛蓝染料印花的操作过程。现代印染工业上用的靛蓝染料不再用天然植物加工,是化学合成的,是生产牛仔布的染料。
牛仔装因不拘一格的穿着方式迎合了现代人的审美意识和崇尚自由、乐活的心理需求,加上它同步时尚的不断翻新,使得人们对它“情有独钟”。
牛仔服装不仅在款式、颜色上翻新,后整理工艺也在翻新。在织造上,除了传统的梭织结构,针织牛仔也开始出现;在原材料的使用上,除了全棉,还有棉麻、棉毛、丝棉混纺以及与其他再生纤维的混纺;全麻、竹纤维以及混纺牛仔面料也大量出现。极大地丰富了牛仔服装领域。但不可回避的一个现实,就是安全性。这里主要是染料和染色的安全性。
大家知道,靛蓝染料是一种还原性染料,最初是纯天然的,也就是从蓝草中提取加工而成。后来出现了化学合成的靛蓝染料一直使用到今天。其实无论是人工合成还是天然靛蓝,原理和分子式几乎一样,其染色过程没有多大区别。就安全性来说,天然靛蓝显然比化学合成靛蓝高出很多。在功能上,天然靛蓝本身还有一定的抗菌杀菌作用,这是人工合成靛蓝所无法比拟的。
人工合成靛蓝染牛仔布,一般是深蓝色,很难做到浅色,天然靛蓝则完全可以做到。这不仅可以弥补化学染色的不足,更丰富了牛仔服装的魅力。
用纯天然靛蓝织成的牛仔布,在后整理方面,不含有害物质,更有安全感。同时,现有的大部分水洗工艺仍然可以沿用。
在崇尚绿色环保的今天,人们更加重视牛仔服装的环保安全。遗憾的是,很多生产厂家一味强调采用的是天然纤维,无视染料的天然性,是走入了一个极大的误区。
市场需求决定,高档的牛仔服装市场必定需求是绿色环保、有高附加值的产品。纯天然靛蓝染色的牛仔服装必定成为高档牛仔市场里的一朵奇葩。
靛蓝染料能成功的应用在涤纶织物中进行染色通过对染浴液中保险粉和烧碱的浓度比率的控制,涤纶织物能很成功地应用靛蓝染料进行染色。
这是由于非离子型的还原靛蓝染料较离子型还原靛蓝染料对涤纶织物有着较强的亲和力。
染色织物总K/S值总是伴随着染色温度的升高而增加。
靛蓝染料上染的涤纶和棉纤维的颜色差异是根据对其反射光谱曲线的分析来进行讨论的。
涤纶和棉纤维上的靛蓝最大波长差约55nm左右;另外,对涤纶织物来说靛蓝染料染色的奶昔老杜比其对免征污染后的耐洗性更佳。