靛蓝

该染料赋予织物亮蓝色调。在染色过程中，棉 亚麻线通常浸泡和干燥15-20次。相比之下，丝线必须死40多次。染色后，可以将纱线晒干以加深颜色。靛蓝的独特之处在于它能够赋予表面颜色，同时仅部分渗透纤维。当用靛蓝染色的纱线解捻时，可以看出内层保持未着色。染料也会褪色以呈现女性特有的外观，因此它通常用于为牛仔布着色。靛蓝最初是从植物中提取的，如今以工业规模合成生产。它最常以 100% 粉末或 20% 溶液的形式出售。在 1990 年代初期，靛蓝价格在 44 美元/磅（20 美元/公斤）附近。

历史

靛蓝这个名字来自罗马术语indicum，意思是印度的一种产品。这有点用词不当，因为该植物生长在世界许多地区，包括亚洲、爪哇、日本和中美洲。染料的另一个古老术语是 nil 蓝色的阿拉伯语术语， al-nil， 是派生的。英语单词aniline 来自同一来源。

染料可以从几种植物中提取，但历史上靛蓝植物是最常用的，因为它的使用范围更广。它属于豆科植物，已鉴定出三百多种。 靛蓝 和 I. suifruticosa 是最常见的。在古代，靛蓝是一种珍贵的商品，因为植物的叶子只含有少量的染料（约 2-4%）。因此，需要大量的植物来生产大量的染料。在世界许多地方建立了靛蓝种植园，以确保控制供应。

工业革命期间对靛蓝的需求急剧增加，部分原因是 Levi Strauss 的蓝色牛仔裤大受欢迎。自然提取过程成本高昂，无法生产迅速发展的服装行业所需的大量产品。因此化学家开始寻找生产染料的合成方法。 1883 年，Adolf von Baeyer（因拜耳阿司匹林而闻名）研究了靛蓝的化学结构。他发现他可以用碱（一种高 pH 值的物质）处理 omega-溴乙酰苯胺以产生羟吲哚。后来，基于这一观察，K. Heumann 确定了生产靛蓝的合成途径。在 14 年内，他们的工作导致了合成染料的首次商业化生产。 1905 年，拜尔因其发现而获得诺贝尔奖。

1990 年代末，总部位于德国的巴斯夫公司是世界领先的生产商，占所有靛蓝染料销售量的近 50%。近年来，由于涉及刺激性化学物质，用于生产靛蓝的合成过程受到审查。制造商正在寻求新的、更环保的方法。

原材料

用于天然生产靛蓝的原材料是来自各种植物物种的叶子，包括靛蓝、禾木和蓼。只使用叶子，因为它们含有最高浓度的染料分子。在合成过程中，使用了多种化学品，如下所述。

制造过程

自然提取

• 1 靛蓝的植物提取需要几个步骤，因为染料本身实际上并不存在于自然界中。在植物叶子中发现的化学物质实际上是靛蓝，是靛蓝的前体。从植物叶子中提取靛蓝并将其转化为靛蓝的古老工艺几千年来一直保持不变。在此过程中，一系列罐以逐步方式排列。最上面的罐子是一个发酵容器，新鲜切割的植物被放入其中。加入一种称为吲哚酚辛的酶，将籼稻水解或分解成吲哚酚和葡萄糖。在这个过程中会释放二氧化碳，罐中的肉汤变成暗黄色。

• 2 大约 14 小时后，将所得液体排入第二个罐中。在这里，富含吲哚酚的混合物用桨搅拌，使其与空气混合。这允许空气将吲哚酚氧化成靛蓝，然后沉淀到水箱底部。上层液体被吸走，沉淀的色素被转移到第三个罐中，在那里加热以停止发酵过程。将所得混合物过滤以除去杂质并干燥以形成稠糊。

  历史上，日本人使用了另一种方法，即从蓼属植物中提取靛蓝。在这个过程中，植物与麦壳粉、石灰石粉、碱灰和清酒混合。使混合物发酵约一周以形成称为 sukumo 的染料颜料。

合成制作

• 3 多种合成化学工艺已被用于生产靛蓝。所有这些过程都涉及在受控条件下组合一系列化学反应物。反应物进行一系列反应，形成靛蓝分子。在该反应中还会产生许多其他化学副产品。
• 4 这些合成反应在大型不锈钢或玻璃反应容器中进行。这些容器配备有夹套，以便随着反应的进行，蒸汽或冷水可以在批料周围流动。由于这些化学过程的复杂性，染料通常是批量生产的。然而，德国人发明了一些连续工艺制造方法。

反应类型

• 5 第一个生产靛蓝的商业方法是基于 Heumann 的工作。在该方法中，N-苯基甘氨酸用碱处理产生吲哚酚，吲哚酚可通过与空气接触转化为靛蓝素。然而，该过程产生的染料量非常低。另一种更有效的合成路线利用邻氨基苯甲酸。 30 多年来，该工艺一直受到巴斯夫和赫斯特等主要制造商的欢迎。这种方法的一种变体（已被广泛使用）涉及苯胺、甲醛和氰化氢反应形成苯基甘氨腈。然后将这种材料水解以产生苯基甘氨酸，然后将其转化为靛蓝素。目前，一种使用碱与碱将苯基甘氨酸转化为吲哚酚的方法。钠胺会与过量的水反应，从而将总反应温度从几乎 570°F (300°C) 降低到 392°F (200°C)。这导致更有效的反应过程。

完成操作

• 6 化学反应过程完成后，成品染料必须经过水洗去除杂质，然后烘干。干燥后的粉末可以装在桶中或用水复溶以形成 20% 的溶液并装在桶中。

  靛蓝的化学符号，靛蓝植物叶子中的化合物，用于制造靛蓝染料.

质量控制

在靛蓝制造过程中，会持续监控反应过程，以确保化学品以适当的比例混合。必须控制的关键因素包括 pH 值（或批次的酸/碱质量）、温度（控制反应速度）和反应时间（决定完成程度）。如果这些变量中的任何一个偏离规格，就会影响所得的反应产物。通常，质量控制不佳会导致染料产量降低，从而增加制造商的成本。

为确保制造商能够始终如一地购买相同色调的染料，靛蓝被分配了一个颜色指数编号来定义其色调。它被指定为“CI 天然蓝 CI 75780”。

副产品/废物

靛蓝生产会产生多种废物，必须小心处理。除了上述反应物外，还有与靛蓝一起产生的其他反应副产物。其中一些材料被认为是危险的，必须按照当地和联邦化学废物处理指南进行处理。这些废弃化学品至少可以通过三种不同的方式进入环境。第一个是在分子的实际制造过程中。第二个是染料被施加到纱线上时，第三个是在织物的初始石洗或湿处理过程中染料被洗脱到洗涤水中。最后一条路线通常发生在牛仔面料的生产过程中。

未来

其他类型的蓝色染料可以满足对靛蓝的大部分需求，如今世界上使用的大部分靛蓝都是在美国以外制造的。研究人员正专注于更环保的靛蓝制造新方法。一种有前途的未来方法涉及在染料反应过程中使用生物催化剂。靛蓝染料可能是通过生物途径制造的首批大容量化学品之一。位于纽约罗彻斯特的 Genencor International 正在评估一种使用生物技术生产靛蓝的工艺。根据 Genencor 项目总监/生物催化研究与开发人员 Charles T. Goodhue 的说法，通过这种方法生产的靛蓝在化学上与常规合成染料相同，并且在染色测试中表现相同。然而，目前该技术价格昂贵，生产成本可能高得令人望而却步。 Genencor 正在寻找一个主要的市场合作伙伴，与他们合作开发这项新技术。

在染色操作中使用靛蓝的制造商也在寻求改进染料的使用。例如，伯灵顿的牛仔布部门于 1994 年推出了一项他们称之为“无石”的技术，该技术可使织物中的靛蓝染料在石洗循环中分解速度加快 50%。与传统的石洗靛蓝染色织物的方法相比，他们的新工艺使用的浮石很少（如果有的话），这有助于使织物呈现褪色的外观。因此，减少了浮石处理和储存成本，以及石洗后将浮石与服装分离所需的时间。它还使用更少的漂白剂。因此，这种新工艺不仅减少了服装损坏，还减少了石头和漂白剂产生的废物。