Indigo

Fundo

Índigo, ou indigotina, é um corante originalmente extraído das variedades das plantas de índigo e indigotina. O índigo era conhecido em todo o mundo antigo pela sua capacidade de colorir os tecidos de um azul profundo. Os artefatos egípcios sugerem que o índigo foi empregado já em 1600 a.C. e tem sido encontrado na África, Índia, Indonésia e China.

O corante dá uma tonalidade azul brilhante aos tecidos. No processo de tingimento, os fios de algodão e linho são normalmente embebidos e secos 15-20 vezes. Em comparação, os fios de seda devem ser mortos mais de 40 vezes. Depois de morrer, o fio pode ser seco ao sol para aprofundar a cor. O índigo é único na sua capacidade de transmitir a cor da superfície enquanto penetra apenas parcialmente as fibras. Quando o fio morreu com o índigo não foi torcido, pode-se ver que as camadas internas permanecem sem coloração. O corante também desbota para dar um aspecto feminino característico e, por esta razão, é comumente usado para colorir o denim. Originalmente extraído de plantas, hoje o anil é produzido sinteticamente em escala industrial. É mais comumente vendido como um pó 100% ou como uma solução a 20%. No início dos anos 90, os preços do índigo variavam perto de $44/lb ($20/kg).

História

O nome índigo vem do termo romano indicum, que significa um produto da Índia. Este é um pouco um nome errado, uma vez que a planta é cultivada em muitas áreas do mundo, incluindo Ásia, Java, Japão, e América Central. Outro termo antigo para o corante é nulo, do qual deriva o termo árabe para azul, al-nil. A palavra inglesa aniline vem da mesma fonte.

O corante pode ser extraído de várias plantas, mas historicamente a planta índigo era a mais usada porque estava mais amplamente disponível. Ela pertence à família das leguminosas e mais de trezentas espécies já foram identificadas. Indigo tinctoria e I. suifruticosa são as mais comuns. Nos tempos antigos, o índigo era um bem precioso porque as folhas das plantas contêm apenas uma pequena quantidade do corante (cerca de 2-4%). Portanto, um grande número de plantas é necessário para produzir uma quantidade significativa do corante. As plantações de índigo foram fundadas em muitas partes do mundo para garantir um abastecimento controlado.

A procura de índigo aumentou drasticamente durante a revolução industrial, em parte devido à popularidade das calças de ganga azuis da Levi Strauss. O processo de extração natural era caro e não podia produzir as quantidades em massa necessárias para a crescente indústria do vestuário. Assim, os químicos começaram a procurar métodos sintéticos para a produção do corante. Em 1883 Adolf von Baeyer (da fama da aspirina Baeyer) pesquisou a estrutura química do índigo. Ele descobriu que ele podia tratar omega-bromoacetanilida com um álcali (uma substância que é alta em pH) para produzir oxindole. Mais tarde, com base nesta observação, K. Heumann identificou um caminho de síntese para produzir o índigo. Em 14 anos o trabalho deles resultou na primeira produção comercial do corante sintético. Em 1905 Baeyer recebeu o Prêmio Nobel por sua descoberta.

No final dos anos 90, a empresa alemã BASF AG era a líder mundial na produção, sendo responsável por quase 50% de todos os corantes de índigo vendidos. Nos últimos anos, o processo sintético usado para produzir o índigo tem sido analisado devido aos duros produtos químicos envolvidos. Novos métodos mais responsáveis do ponto de vista ambiental estão sendo procurados pelos fabricantes.

Matérias-primas

As matérias-primas utilizadas na produção natural de índigo são folhas de uma variedade de espécies vegetais, incluindo índigo, woad e polygonum. Apenas as folhas são utilizadas, uma vez que contêm a maior concentração de moléculas de corante. No processo sintético, uma série de produtos químicos são empregados como descrito abaixo.

O Processo de Fabricação

Extracção natural

• 1 A extracção de plantas de índigo requer várias etapas porque o corante em si não existe realmente na natureza. O químico encontrado nas folhas das plantas é realmente indican, um precursor do índigo. O antigo processo de extrair o índigo das folhas das plantas e convertê-lo em índigo permaneceu inalterado durante milhares de anos. Neste processo, uma série de tanques são dispostos de uma forma gradual. O tanque mais alto é um recipiente de fermentação no qual são colocadas as plantas recém-cortadas. Uma enzima conhecida como indimulsina é adicionada ao hidrolisado, ou decompõe-se, o índigo em indoxil e glucose. Durante este processo o dióxido de carbono é libertado e o caldo no tanque torna-se um amarelo turvo.

• 2 Após cerca de 14 horas, o líquido resultante é drenado para um segundo tanque. Aqui, a mistura rica em indoxil é agitada com pás para misturá-la com ar. Isto permite que o ar oxide o indoxil à indigotina, que se instala no fundo do tanque. A camada superior do líquido é sifonada e o pigmento assentado é transferido para um terceiro tanque, onde é aquecido para parar o processo de fermentação. A mistura resultante é filtrada para remover as impurezas e seca para formar uma pasta espessa.

  Historicamente, os japoneses têm usado outro método que envolve a extração de índigo da planta polígono. Neste processo, a planta é misturada com casca de trigo, pó de calcário, cinza de lixívia e saquê. A mistura é permitida fermentar durante cerca de uma semana para formar o pigmento de corante que é chamado de sukumo.

Produção sintética

• 3 Tem sido usado uma variedade de processos químicos sintéticos para produzir índigo. Todos estes processos envolvem a combinação de uma série de reagentes químicos sob condições controladas. Os reagentes sofrem uma série de reacções que resultam na formação da molécula de índigo. Nesta reacção também são produzidos vários outros subprodutos químicos.
• 4 Estas reacções de síntese são conduzidas em grandes recipientes de reacção em aço inoxidável ou vidro. Estes vasos são equipados com jaquetas para permitir que o vapor ou a água fria flua ao redor do lote à medida que as reações progridem. Devido à complexidade destes processos químicos, o corante é geralmente feito em quantidades descontínuas. Existem, no entanto, alguns métodos inventados pelos Alemães para a fabricação de processos contínuos.

Tipos de reacções

• 5 O primeiro método comercial de produção de índigo foi baseado no trabalho de Heumann. Neste método, a N-fenilglicina é tratada com álcali para produzir indoxil, que pode ser convertido em indigotina por contacto com o ar. No entanto, a quantidade de corante produzida por este processo é muito baixa. Outra via de síntese, mais eficiente, utiliza o ácido antranílico. Este processo foi popular entre os principais fabricantes, como a BASF e a Hoechst, por mais de 30 anos. Uma variação deste método (que se tornou amplamente utilizado) envolve a reação de anilina, formaldeído e cianeto de hidrogênio para formar o fenilglicinonitrilo. Este material é então hidrolisado para produzir fenilglicina que é então convertida em indigotina. Atualmente, um método que utiliza sodamida com álcali para converter a fenilglicina em indoxil. A sodamida reage com excesso de água, baixando assim a temperatura global de reacção de quase 570°F (300°C) para 392°F (200°C). Isto resulta em um processo de reação muito mais eficiente.

Operações de acabamento

• 6 Após o processo de reacção química estar completo, o corante acabado deve ser lavado para remover as impurezas e depois seco. O pó seco pode ser embalado em tambores ou reconstituído com água para formar uma solução a 20% e enchido em baldes.

  

  O símbolo químico para indican, o composto encontrado nas folhas da planta índigo que é usado para fazer o corante índigo.

Controle de Qualidade

Durante a fabricação do índigo, o processo de reação é continuamente monitorado para garantir que os produtos químicos sejam combinados nas proporções adequadas. Os elementos chave que devem ser controlados incluem o pH (ou qualidade ácido/base do lote), a temperatura (que controla a velocidade da reação) e o tempo de reação (que determina o grau de conclusão). Se alguma destas variáveis se desviar das especificações, o produto da reacção resultante pode ser afectado. Tipicamente, um controle de qualidade deficiente resulta em menor rendimento do corante, o que aumenta os custos para o fabricante.

Para garantir que os fabricantes possam comprar consistentemente o mesmo tom de corante, é atribuído ao índigo um número de índice de cor que define a sua tonalidade. Ele é designado como “CI Natural Blue CI 75780”.

Subprodutos/Resíduos

A produção de índigo produz uma variedade de resíduos que devem ser manuseados com cuidado. Além dos reagentes descritos acima, existem outros produtos secundários de reacção que são produzidos juntamente com o índigo. Alguns desses materiais são considerados perigosos e devem ser eliminados de acordo com as diretrizes locais e federais de eliminação de resíduos químicos. Estes resíduos químicos podem entrar no meio ambiente de pelo menos três maneiras diferentes. A primeira é durante a fabricação propriamente dita da molécula. A segunda é quando o corante é aplicado no fio, e a terceira é quando o corante é eluído na água de lavagem durante a lavagem inicial do tecido ou no processamento úmido do tecido. Esta última via ocorre tipicamente durante a produção do tecido de ganga.

O Futuro

Grande parte da necessidade de índigo está sendo atendida com outros tipos de corantes azuis e hoje a maioria dos índigos usados pelo mundo é feita do lado de fora dos Estados Unidos. Os pesquisadores estão se concentrando em novos métodos de fabricação de índigo que são mais amigáveis ao meio ambiente. Um método futuro promissor envolve o uso de biocatalisadores no processo de reacção ao corante. O corante índigo pode ser um dos primeiros produtos químicos de alto volume produzidos por uma via biológica. A Genencor International, de Rochester New York, está avaliando um processo para produzir índigo usando biotecnologia. De acordo com Charles T. Goodhue, Diretor do Programa Genencor/Biocatalysis Research and Development, o índigo produzido por este método é quimicamente o mesmo que o corante sintético regular e comporta-se de forma idêntica nos testes de tingimento. No entanto, neste momento a tecnologia é cara e os custos de produção podem ser proibitivos. A Genencor está procurando um parceiro de mercado importante para trabalhar com eles no desenvolvimento desta nova tecnologia.

Os fabricantes que utilizam o índigo nas operações de tingimento também estão procurando melhorar o uso do corante. Por exemplo, a Divisão de Denim da Burlington introduziu em 1994 uma tecnologia chamada “Stone Free”, que permite que o corante índigo no tecido se decomponha 50% mais rápido no ciclo de lavagem com pedra. Em comparação com os métodos tradicionais de lavagem de tecidos tingidos com anil, o novo processo utiliza poucas ou nenhumas pedras-pomes que ajudam a dar ao tecido o seu aspecto desbotado. Portanto, os custos de manipulação e armazenamento da pedra-pomes são reduzidos, juntamente com o tempo necessário para separar a pedra-pomes das peças de vestuário após a lavagem com pedra-pomes. Também usa muito menos lixívia. Portanto, este novo processo não só reduz os danos na peça de roupa, como também reduz o desperdício produzido pelas pedras e lixívia.

– Randy Schueller