Indaco

L’indaco, o indigotina, è un colorante originariamente estratto dalle varietà delle piante di indaco e guado. L’indaco era conosciuto in tutto il mondo antico per la sua capacità di colorare i tessuti di un blu profondo. Manufatti egiziani suggeriscono che l’indaco era impiegato già nel 1600 a.C. ed è stato trovato in Africa, India, Indonesia e Cina.

La tintura conferisce una tonalità blu brillante al tessuto. Nel processo di tintura, i fili di cotone e lino sono di solito imbevuti e asciugati 15-20 volte. In confronto, i fili di seta devono essere tinti più di 40 volte. Dopo la tintura, il filato può essere asciugato al sole per approfondire il colore. L’indaco è unico nella sua capacità di impartire il colore in superficie mentre penetra solo parzialmente nelle fibre. Quando il filato tinto con indaco viene srotolato, si può vedere che gli strati interni rimangono incolori. Il colorante inoltre sbiadisce per dare un caratteristico aspetto wom e per questo motivo è comunemente usato per colorare il denim. Originariamente estratto dalle piante, oggi l’indaco è prodotto sinteticamente su scala industriale. È più comunemente venduto come polvere al 100% o come soluzione al 20%. All’inizio degli anni ’90, i prezzi dell’indaco si avvicinavano ai 44$/lb (20$/kg).

Storia

Il nome indaco deriva dal termine romano indicum, che significa prodotto dell’India. Questo è in qualche modo un termine improprio, dato che la pianta è coltivata in molte aree del mondo, tra cui Asia, Giava, Giappone e America centrale. Un altro termine antico per il colorante è nil da cui deriva il termine arabo per il blu, al-nil. La parola inglese anilina deriva dalla stessa fonte.

Il colorante può essere estratto da diverse piante, ma storicamente la pianta dell’indaco era la più usata perché era più ampiamente disponibile. Appartiene alla famiglia delle leguminose e sono state identificate più di trecento specie. L’indaco tinctoria e I. suifruticosa sono le più comuni. Nei tempi antichi, l’indaco era un bene prezioso perché le foglie delle piante contengono solo una piccola quantità di colorante (circa il 2-4%). Pertanto, è necessario un gran numero di piante per produrre una quantità significativa di colorante. Le piantagioni di indaco furono fondate in molte parti del mondo per assicurare una fornitura controllata.

La domanda di indaco aumentò drammaticamente durante la rivoluzione industriale, in parte a causa della popolarità dei jeans blu denim di Levi Strauss. Il processo di estrazione naturale era costoso e non poteva produrre le quantità di massa richieste dalla fiorente industria dell’abbigliamento. Così i chimici iniziarono a cercare metodi sintetici per produrre il colorante. Nel 1883 Adolf von Baeyer (della fama dell’aspirina Baeyer) ricercò la struttura chimica dell’indaco. Scoprì che poteva trattare l’omega-bromoacetanilide con un alcali (una sostanza ad alto pH) per produrre ossindolo. Più tardi, sulla base di questa osservazione, K. Heumann identificò una via di sintesi per produrre indaco. Entro 14 anni il loro lavoro portò alla prima produzione commerciale del colorante sintetico. Nel 1905 Baeyer ricevette il premio Nobel per la sua scoperta.

Alla fine degli anni ’90, la società tedesca BASF AG era il principale produttore mondiale, rappresentando quasi il 50% di tutti i coloranti indaco venduti. Negli ultimi anni, il processo sintetico usato per produrre l’indaco è stato messo sotto esame a causa delle dure sostanze chimiche coinvolte. I produttori stanno cercando nuovi metodi più responsabili dal punto di vista ambientale.

Materie prime

Le materie prime usate nella produzione naturale dell’indaco sono le foglie di una varietà di specie di piante tra cui l’indaco, il guado e il poligono. Solo le foglie sono utilizzate perché contengono la maggiore concentrazione di molecole di colorante. Nel processo sintetico, un certo numero di sostanze chimiche sono impiegate come descritto di seguito.

Il processo di produzione

Estrazione naturale

• 1 L’estrazione vegetale dell’indaco richiede diversi passaggi perché il colorante stesso non esiste in natura. La sostanza chimica che si trova nelle foglie delle piante è proprio l’indican, un precursore dell’indaco. L’antico processo per estrarre l’indican dalle foglie delle piante e convertirlo in indaco è rimasto invariato per migliaia di anni. In questo processo, una serie di serbatoi sono disposti in modo graduale. Il serbatoio più alto è un recipiente di fermentazione in cui vengono messe le piante appena tagliate. Un enzima noto come indimulsina viene aggiunto per idrolizzare, o scomporre, l’indican in indoxyl e glucosio. Durante questo processo viene emessa anidride carbonica e il brodo nel serbatoio diventa di un giallo torbido.

• 2 Dopo circa 14 ore, il liquido risultante viene scaricato in un secondo serbatoio. Qui, la miscela ricca di indoxil viene mescolata con delle palette per mescolarla con l’aria. Questo permette all’aria di ossidare l’indoxile in indigotina, che si deposita sul fondo del serbatoio. Lo strato superiore di liquido viene travasato e il pigmento depositato viene trasferito in un terzo serbatoio dove viene riscaldato per fermare il processo di fermentazione. La miscela risultante viene filtrata per rimuovere le impurità e asciugata per formare una pasta spessa.

  Storicamente, i giapponesi hanno usato un altro metodo che prevede l’estrazione dell’indaco dalla pianta di poligono. In questo processo la pianta viene mescolata con polvere di buccia di grano, polvere di calcare, cenere di soda e sake. La miscela viene lasciata fermentare per circa una settimana per formare il pigmento colorante che viene chiamato sukumo.

Produzione sintetica

• 3 Una varietà di processi chimici sintetici sono stati utilizzati per produrre indaco. Tutti questi processi implicano la combinazione di una serie di reagenti chimici in condizioni controllate. I reagenti subiscono una serie di reazioni che portano alla formazione della molecola di indaco. Una serie di altri sottoprodotti chimici sono anche prodotti in questa reazione.
• 4 Queste reazioni di sintesi sono condotte in grandi recipienti di reazione in acciaio inossidabile o vetro. Questi recipienti sono dotati di camicie per permettere al vapore o all’acqua fredda di fluire intorno al lotto mentre le reazioni procedono. A causa della complessità di questi processi chimici, il colorante è di solito fatto in quantità batch. Ci sono, tuttavia, alcuni metodi inventati dai tedeschi per la produzione di processi continui.

Tipi di reazioni

• 5 Il primo metodo commerciale per produrre indaco era basato sul lavoro di Heumann. In questo metodo, la N-fenilglicina è trattata con alcali per produrre indoxile, che può essere convertito in indigotina per contatto con l’aria. Tuttavia, la quantità di colorante prodotta da questo processo è molto bassa. Un’altra via di sintesi, più efficiente, utilizza l’acido antranilico. Questo processo è stato popolare tra i principali produttori, come BASF e Hoechst, per oltre 30 anni. Una variazione di questo metodo (che è diventato ampiamente utilizzato) comporta la reazione di anilina, formaldeide e acido cianidrico per formare fenilglicinonitrile. Questo materiale viene poi idrolizzato per produrre fenilglicina che viene poi convertita in indigotina. Attualmente, un metodo che utilizza la sodamide con alcali per convertire la fenilglicina in indoxil. La sodamide reagisce con l’acqua in eccesso, abbassando così la temperatura complessiva della reazione da quasi 570°F (300°C) a 392°F (200°C). Questo si traduce in un processo di reazione molto più efficiente.

Operazioni di finitura

• 6 Dopo che il processo di reazione chimica è completo, il colorante finito deve essere lavato per rimuovere le impurità e poi asciugato. La polvere essiccata può essere imballata in fusti o ricostituita con acqua per formare una soluzione al 20% e riempita in secchi.

  

  Il simbolo chimico dell’indican, il composto che si trova nelle foglie della pianta dell’indaco e che è usato per fare la tintura indaco.

Controllo di qualità

Durante la fabbricazione dell’indaco, il processo di reazione è continuamente monitorato per garantire che le sostanze chimiche siano combinate nei rapporti adeguati. Gli elementi chiave che devono essere controllati includono il pH (o la qualità acido/base del lotto), la temperatura (che controlla la velocità della reazione) e il tempo di reazione (che determina il grado di completamento). Se una qualsiasi di queste variabili si discosta dalle specifiche, il prodotto di reazione risultante può essere influenzato. In genere, un cattivo controllo della qualità si traduce in una resa inferiore del colorante, che aumenta i costi per il produttore.

Per garantire che i produttori possano acquistare costantemente la stessa tonalità di colorante, all’indaco viene assegnato un numero di indice di colore che definisce la sua tonalità. È designato come “CI Natural Blue CI 75780”.

Sottoprodotti/rifiuti

La produzione dell’indaco produce una varietà di prodotti di scarto che devono essere trattati con attenzione. Oltre ai reagenti descritti sopra, ci sono altri prodotti collaterali di reazione che vengono prodotti insieme all’indaco. Alcuni di questi materiali sono considerati pericolosi e devono essere smaltiti in conformità con le linee guida locali e federali sullo smaltimento dei rifiuti chimici. Questi rifiuti chimici possono entrare nell’ambiente in almeno tre modi diversi. Il primo è durante la produzione effettiva della molecola. Il secondo è quando il colorante viene applicato al filato, e il terzo è quando il colorante viene eluito nell’acqua di lavaggio durante il lavaggio a pietra iniziale o la lavorazione a umido del tessuto. Quest’ultimo percorso avviene tipicamente durante la produzione del tessuto denim.

Il futuro

Gran parte del bisogno di indaco viene soddisfatto con altri tipi di coloranti blu e oggi la maggior parte dell’indaco usato nel mondo viene prodotto fuori dagli Stati Uniti. I ricercatori si stanno concentrando su nuovi metodi di produzione dell’indaco che siano più rispettosi dell’ambiente. Un promettente metodo futuro prevede l’uso di biocatalizzatori nel processo di reazione della tintura. Il colorante indaco potrebbe essere uno dei primi prodotti chimici ad alto volume realizzati attraverso un percorso biologico. Genencor International, di Rochester New York, sta valutando un processo per produrre indaco usando la biotecnologia. Secondo Charles T. Goodhue, direttore del programma di ricerca e sviluppo della Genencor, l’indaco prodotto con questo metodo è chimicamente uguale al normale colorante sintetico e si comporta in modo identico nei test di tintura. Tuttavia, in questo momento la tecnologia è costosa e i costi di produzione potrebbero essere proibitivi. Genencor sta cercando un importante partner di mercato per lavorare con loro nello sviluppo di questa nuova tecnologia.

Anche i produttori che usano l’indaco nelle operazioni di tintura stanno cercando di migliorare il loro uso del colorante. Per esempio, la divisione Denim di Burlington ha introdotto nel 1994 una tecnologia chiamata “Stone Free”, che permette al colorante indaco nel tessuto di rompersi il 50% più velocemente nel ciclo di stonewash. Rispetto ai metodi tradizionali di stonewashing dei tessuti tinti con indaco, il loro nuovo processo usa poche, se non nessuna, pietre pomici che contribuiscono a dare al tessuto il suo aspetto sbiadito. Pertanto, i costi di manipolazione e stoccaggio delle pietre pomice sono ridotti, insieme al tempo necessario per separare la pomice dai capi dopo il lavaggio a pietra. Si usa anche molta meno candeggina. Pertanto, questo nuovo processo non solo riduce i danni ai capi, ma riduce anche i rifiuti prodotti dalle pietre e dalla candeggina.