牛仔褲靛藍色的化學原理:靛紅和三氯化磷(PCl3)的還原反應

2022.03.22 07:13AM
牛仔褲幾乎是每個人衣櫃中不可或缺的單品!
但你知道牛仔褲的「藍」是怎麼來的嗎?
牛仔褲的製作上又有什麼樣的新發現呢?
就讓小編為各位介紹這必備時尚單品的秘密吧!
 
 
Photo credit: Julia Kuzenkov via Pexels . CC0

牛仔褲的藍色源自於一種「靛藍」(Indigo)的還原染料。1870年,德國化學家阿道夫.馮.拜爾(Adolf von Baeyer)嘗試使用靛紅(Isatin, 一種吲哚衍生物)三氯化磷(PCl3)進行還原反應,成功合成了藍色結晶粉末狀的「靛藍」。
 
固態靛藍非常難溶於水,必須使用刺激性的化學藥品才可製成染劑。但即使是溶解後的靛藍,也難以附著在布料上,需要多次浸泡才能將布染成藍色。因此,僅染色一條牛仔褲就需要50到100升的水,而這些用於染布的水溶液則充滿了化學物質,許多化學藥劑也無法通過汙水處理廠去除,容易對環境造成影響。
 
直到2021年10月,美國喬治亞大學(University of Georgia)的科學家Smriti Rai和她的團隊在期刊《綠色化學》(Green Chemistry)展示了一種全天然植物性物質「納米纖維素」(nanocellulose),若將其與固體靛藍顆粒混合,可完全消除染布過程所需的有毒化學品。
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為了提高固體靛藍的流動性,使其可塗抹在牛仔布上,科學家首先將靛藍粉添加到含有納米纖維素的水凝膠中,一種具高吸水性的聚合物。接著,他們將合成的藍色混合液直接印刷到織物上,這一步不需要一桶的染料,減少了至少3%的用水。
 
纖維素是一種存在於植物細胞和木材中的堅韌有機聚合物,納米纖維素由相同的纖維組成,卻只有十億分之一米的尺度。這些納米纖維素還會形成網狀結構,用以捕獲更多染料分子,且其網格具有較大的表面積,更多的染料會黏在塗有納米纖維素的織物上,更多的染料意味著更深的藍色。實驗也證明了,利用這種新染料一次性吸收的靛藍比在傳統染料桶中浸泡八次後吸收的靛藍還要多。
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​然而,水凝膠塗層再次碰水時會膨脹並散開,這會造成納米纖維素網格的染料脫落,導致布料褪色。為了避免這種情況,科學家使用添加了一種線性多醣「殼聚醣」(Chitosan)
 
殼聚醣是食品工業廢物的化學副產品,多來自蝦殼或蟹殼,其通過加強單個纖維之間的接觸點以增強納米纖維素,還有助於納米纖維素附著在製作牛仔布的棉花上。經過殼聚醣處理的布料即使經過多次洗滌,還可保持原來的色調,不易褪色。
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​牛仔時裝在世界各地都很流行,因此,製造牛仔布技術的任何進步都可能對環境產生巨大的影響。納米纖維素和聚殼醣皆為全天然材料,靛藍其實也可以從植物中提取、加工製得,這些新的技術皆可減少染料、水和勞動力的需求,降低牛仔褲的成本,並減少汙染。
 
另外,科學家還提到雖然洗牛仔褲很方便,但每次洗滌都會失去一些纖維和染色,建議不要過度清洗牛仔褲,才能維持牛仔褲的耐用性哦!
 
 
 
By衣櫃裡有好幾件牛仔褲的 Ti 小編
 
 
延伸閱讀:
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參考資料:
https://www.sciencenewsforstudents.org/article/innovation-greener-way-dye-blue-jeans-environmen

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