Índigo

Antecedentes

El índigo, o indigotina, es un colorante extraído originalmente de las variedades de plantas índigo y pelusa. El índigo era conocido en todo el mundo antiguo por su capacidad para colorear las telas de un azul profundo. Los artefactos egipcios sugieren que el índigo se empleó ya en 1600 a. C. y se ha encontrado en África, India, Indonesia y China.

El tinte imparte un tono azul brillante a la tela. En el proceso de teñido, algodón y los hilos de lino suelen empaparse y secarse entre 15 y 20 veces. En comparación, los hilos de seda deben morir más de 40 veces. Después de teñir, el hilo se puede secar al sol para intensificar el color. El índigo es único en su capacidad para impartir color a la superficie mientras penetra solo parcialmente en las fibras. Cuando se desenrolla el hilo muerto con índigo, se puede ver que las capas internas permanecen incoloras. El tinte también se desvanece para dar un aspecto característico a la mujer y por esta razón se usa comúnmente para teñir la mezclilla. Originalmente extraído de plantas, hoy el índigo se produce sintéticamente a escala industrial. Se vende más comúnmente como polvo al 100% o como solución al 20%. A principios de la década de 1990, los precios del índigo oscilaron cerca de $ 44 / lb ($ 20 / kg).

Historial

El nombre índigo proviene del término romano indicum, que significa un producto de la India. Este es un nombre poco apropiado ya que la planta se cultiva en muchas áreas del mundo, incluidas Asia, Java, Japón y América Central. Otro término antiguo para el tinte es nulo de donde el término árabe para azul, al-nil, es derivado. La palabra inglesa anilina proviene de la misma fuente.

El tinte se puede extraer de varias plantas, pero históricamente la planta índigo fue la más utilizada porque estaba más disponible. Pertenece a la familia de las leguminosas y se han identificado más de trescientas especies. Indigo tinctoria y yo suifruticosa son los más comunes. En la antigüedad, el índigo era un bien preciado porque las hojas de las plantas contienen solo una pequeña cantidad del tinte (alrededor del 2-4%). Por lo tanto, se requiere una gran cantidad de plantas para producir una cantidad significativa de tinte. Se fundaron plantaciones de añil en muchas partes del mundo para garantizar un suministro controlado.

La demanda de índigo aumentó drásticamente durante la revolución industrial, en parte debido a la popularidad de los jeans de mezclilla azul de Levi Strauss. El proceso de extracción natural era caro y no podía producir las cantidades masivas necesarias para la floreciente industria de la confección. Entonces, los químicos comenzaron a buscar métodos sintéticos para producir el tinte. En 1883 Adolf von Baeyer (famoso por la aspirina de Baeyer) investigó la estructura química del índigo. Descubrió que podía tratar la omega-bromoacetanilida con un álcali (una sustancia que tiene un pH alto) para producir oxindol. Posteriormente, basándose en esta observación, K. Heumann identificó una vía de síntesis para producir índigo. En 14 años, su trabajo resultó en la primera producción comercial del tinte sintético. En 1905 Baeyer recibió el premio Nobel por su descubrimiento.

A finales de la década de 1990, la empresa alemana BASF AG era el principal productor mundial y representaba casi el 50% de todos los colorantes índigo vendidos. En los últimos años, el proceso sintético utilizado para producir índigo ha sido objeto de escrutinio debido a los químicos agresivos involucrados. Los fabricantes están buscando nuevos métodos más responsables con el medio ambiente.

Materias primas

Las materias primas utilizadas en la producción natural de índigo son hojas de una variedad de especies de plantas que incluyen índigo, woad y polygonum. Solo se utilizan las hojas, ya que contienen la mayor concentración de moléculas de tinte. En el proceso sintético, se emplean varios productos químicos como se describe a continuación.

El proceso de fabricación

Extracción natural

• 1 La extracción vegetal del índigo requiere varios pasos porque el tinte en sí no existe realmente en la naturaleza. El químico que se encuentra en las hojas de las plantas es realmente Indican, un precursor del índigo. El antiguo proceso para extraer indican de las hojas de las plantas y convertirlo en índigo se ha mantenido sin cambios durante miles de años. En este proceso, se disponen una serie de tanques de forma escalonada. El tanque superior es un recipiente de fermentación en el que se colocan las plantas recién cortadas. Se agrega una enzima conocida como indimulsina para hidrolizar o descomponer el indican en indoxilo y glucosa. Durante este proceso, se desprende dióxido de carbono y el caldo del tanque se torna de un color amarillo turbio.

• 2 Después de aproximadamente 14 horas, el líquido resultante se drena a un segundo tanque. Aquí, la mezcla rica en indoxilo se agita con paletas para mezclarla con aire. Esto permite que el aire oxide el indoxilo a indigotina, que se deposita en el fondo del tanque. La capa superior de líquido se extrae con sifón y el pigmento sedimentado se transfiere a un tercer tanque donde se calienta para detener el proceso de fermentación. La mezcla resultante se filtra para eliminar las impurezas y se seca para formar una pasta espesa.

  Históricamente, los japoneses han utilizado otro método que consiste en extraer índigo de la planta polygonum. En este proceso, la planta se mezcla con polvo de cáscara de trigo, polvo de piedra caliza, ceniza de lejía y sake. La mezcla se deja fermentar durante aproximadamente una semana para formar el pigmento tinte que se llama sukumo.

Producción sintética

• 3 Se han utilizado una variedad de procesos químicos sintéticos para producir índigo. Todos estos procesos implican combinar una serie de reactivos químicos en condiciones controladas. Los reactivos sufren una serie de reacciones que dan como resultado la formación de la molécula de índigo. En esta reacción también se producen otros subproductos químicos.
• 4 Estas reacciones de síntesis se llevan a cabo en grandes recipientes de reacción de acero inoxidable o vidrio. Estos recipientes están equipados con camisas para permitir que el vapor o el agua fría fluyan alrededor del lote a medida que avanzan las reacciones. Debido a la complejidad de estos procesos químicos, el tinte generalmente se fabrica en cantidades por lotes. Sin embargo, existen algunos métodos inventados por los alemanes para la fabricación de procesos continuos.

Tipos de reacciones

• 5 El primer método comercial de producción de índigo se basó en el trabajo de Heumann. En este método, la N-fenilglicina se trata con álcali para producir indoxilo, que se puede convertir en indigotina por contacto con el aire. Sin embargo, la cantidad de tinte producida por este proceso es muy baja. Otra ruta de síntesis más eficaz utiliza ácido antranílico. Este proceso fue popular entre los principales fabricantes, como BASF y Hoechst, durante más de 30 años. Una variación de este método (que se ha vuelto ampliamente utilizado) implica la reacción de anilina, formaldehído y cianuro de hidrógeno para formar fenilglicinonitrilo. Este material se hidroliza luego para producir fenilglicina que luego se convierte en indigotina. Actualmente, un método que usa sodamida con álcali para convertir fenilglicina en indoxilo. La sodamida reacciona con el exceso de agua, lo que reduce la temperatura general de reacción de casi 570 ° F (300 ° C) a 392 ° F (200 ° C). Esto da como resultado un proceso de reacción mucho más eficiente.

Finalización de operaciones

• 6 Una vez completado el proceso de reacción química, el tinte terminado debe lavarse para eliminar las impurezas y luego secarse. El polvo seco puede envasarse en tambores o reconstituirse con agua para formar una solución al 20% y llenarse en cubos.

  El símbolo químico de indican, el compuesto que se encuentra en las hojas de la planta índigo que se usa para hacer el tinte índigo .

Control de calidad

Durante la fabricación del índigo, el proceso de reacción se supervisa continuamente para garantizar que los productos químicos se combinen en las proporciones adecuadas. Los elementos clave que deben controlarse incluyen el pH (o la calidad ácido / base del lote), la temperatura (que controla la velocidad de la reacción) y el tiempo de reacción (que determina el grado de finalización). Si alguna de estas variables se desvía de las especificaciones, el producto de reacción resultante puede verse afectado. Por lo general, un control de calidad deficiente da como resultado un rendimiento más bajo del tinte, lo que aumenta los costos para el fabricante.

Para garantizar que los fabricantes puedan comprar constantemente el mismo tono de tinte, al índigo se le asigna un número de índice de color que define su tono. Está designado como "CI Natural Blue CI 75780".

Subproductos / Residuos

La producción de índigo produce una variedad de productos de desecho que deben manejarse con cuidado. Además de los reactivos descritos anteriormente, existen otros productos secundarios de reacción que se producen junto con el índigo. Algunos de estos materiales se consideran peligrosos y deben eliminarse de acuerdo con las pautas de eliminación de desechos químicos locales y federales. Estos productos químicos de desecho pueden ingresar al medio ambiente de al menos tres formas diferentes. El primero es durante la fabricación real de la molécula. El segundo es cuando el tinte se aplica al hilo, y el tercero es cuando el tinte se eluye en el agua de lavado durante el lavado a la piedra inicial o el procesamiento en húmedo de la tela. Esta última ruta ocurre típicamente durante la producción de tela de mezclilla.

El futuro

Gran parte de la necesidad del índigo se satisface con otros tipos de tintes azules y, en la actualidad, la mayor parte del índigo que se usa en el mundo se fabrica fuera de los Estados Unidos. Los investigadores se están concentrando en nuevos métodos de fabricación de índigo que sean más respetuosos con el medio ambiente. Un método futuro prometedor implica el uso de biocatalizadores en el proceso de reacción del tinte. El tinte índigo puede ser uno de los primeros productos químicos de gran volumen fabricados a través de una ruta biológica. Genencor International, de Rochester Nueva York, está evaluando un proceso para producir índigo utilizando biotecnología. Según Charles T. Goodhue, director del programa de Genencor / Investigación y desarrollo de biocatálisis, el índigo producido por este método es químicamente el mismo que el tinte sintético regular y se comporta de manera idéntica en las pruebas de teñido. Sin embargo, en este momento la tecnología es cara y los costes de producción podrían resultar prohibitivos. Genencor está buscando un socio de mercado importante para trabajar con ellos en el desarrollo de esta nueva tecnología.

Los fabricantes que usan índigo en operaciones de teñido también buscan mejorar su uso del tinte. Por ejemplo, la División Denim de Burlington introdujo una tecnología en 1994 que llaman "Stone Free", que permite que el tinte índigo en la tela se descomponga un 50% más rápido en el ciclo de lavado a la piedra. En comparación con los métodos tradicionales de lavado a la piedra de telas teñidas con índigo, su nuevo proceso utiliza pocas piedras pómez, si es que las hay, que ayudan a darle a la tela su aspecto descolorido. Por lo tanto, se reducen los costos de manipulación y almacenamiento de la piedra pómez, junto con el tiempo necesario para separar la piedra pómez de las prendas después del lavado a la piedra. También usa mucho menos lejía. Por lo tanto, este nuevo proceso no solo reduce el daño de la prenda, sino que también reduce los desechos producidos por las piedras y la lejía.