牛仔裤靛蓝色的化学原理:靛红和三氯化磷(PCl3)的还原反应

牛仔裤几乎是每个人衣柜中不可或缺的单品!
但你知道牛仔裤的「蓝」是怎么来的吗?
牛仔裤的製作上又有什么样的新发现呢?
就让小编为各位介绍这必备时尚单品的秘密吧! Photo credit: Julia Kuzenkov via Pexel

牛仔裤几乎是每个人衣柜中不可或缺的单品!
但你知道牛仔裤的「蓝」是怎么来的吗?
牛仔裤的製作上又有什么样的新发现呢?
就让小编为各位介绍这必备时尚单品的秘密吧!

 

 

Photo credit: Julia Kuzenkov via Pexels . CC0

牛仔裤的蓝色源自于一种「靛蓝」(Indigo)的还原染料。1870年,德国化学家阿道夫.冯.拜尔(Adolf von Baeyer)尝试使用靛红(Isatin, 一种吲哚衍生物)三氯化磷(PCl3)进行还原反应,成功合成了蓝色结晶粉末状的「靛蓝」。
 
固态靛蓝非常难溶于水,必须使用刺激性的化学药品才可製成染剂。但即使是溶解后的靛蓝,也难以附着在布料上,需要多次浸泡才能将布染成蓝色。因此,仅染色一条牛仔裤就需要50到100升的水,而这些用于染布的水溶液则充满了化学物质,许多化学药剂也无法通过汙水处理厂去除,容易对环境造成影响。
 
直到2021年10月,美国乔治亚大学(University of Georgia)的科学家Smriti Rai和她的团队在期刊《绿色化学》(Green Chemistry)展示了一种全天然植物性物质「纳米纤维素」(nanocellulose),若将其与固体靛蓝颗粒混合,可完全消除染布过程所需的有毒化学品。

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为了提高固体靛蓝的流动性,使其可涂抹在牛仔布上,科学家首先将靛蓝粉添加到含有纳米纤维素的水凝胶中,一种具高吸水性的聚合物。接着,他们将合成的蓝色混合液直接印刷到织物上,这一步不需要一桶的染料,减少了至少3%的用水。
 
纤维素是一种存在于植物细胞和木材中的坚韧有机聚合物,纳米纤维素由相同的纤维组成,却只有十亿分之一米的尺度。这些纳米纤维素还会形成网状结构,用以捕获更多染料分子,且其网格具有较大的表面积,更多的染料会黏在涂有纳米纤维素的织物上,更多的染料意味着更深的蓝色。实验也证明了,利用这种新染料一次性吸收的靛蓝比在传统染料桶中浸泡八次后吸收的靛蓝还要多。

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​然而,水凝胶涂层再次碰水时会膨胀并散开,这会造成纳米纤维素网格的染料脱落,导致布料褪色。为了避免这种情况,科学家使用添加了一种线性多醣「壳聚醣」(Chitosan)
 
壳聚醣是食品工业废物的化学副产品,多来自虾壳或蟹壳,其通过加强单个纤维之间的接触点以增强纳米纤维素,还有助于纳米纤维素附着在製作牛仔布的棉花上。经过壳聚醣处理的布料即使经过多次洗涤,还可保持原来的色调,不易褪色。

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​牛仔时装在世界各地都很流行,因此,製造牛仔布技术的任何进步都可能对环境产生巨大的影响。纳米纤维素和聚壳醣皆为全天然材料,靛蓝其实也可以从植物中提取、加工製得,这些新的技术皆可减少染料、水和劳动力的需求,降低牛仔裤的成本,并减少汙染。
 
另外,科学家还提到虽然洗牛仔裤很方便,但每次洗涤都会失去一些纤维和染色,建议不要过度清洗牛仔裤,才能维持牛仔裤的耐用性哦!
 
 
 
By衣柜里有好几件牛仔裤的 Ti 小编
 
 
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参考资料:
https://www.sciencenewsforstudents.org/article/innovation-greener-way-dye-blue-jeans-environmen

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