Природные красители в промышленности

Большинство растительных пигментов не являются красителями в техническом смысле. Краситель обязан обладать сродством к волокну — закрепиться и остаться, — а подавляющая часть растительных пигментов просто вымывается. Исторически значимые природные красители отличает от остальных конкретная химия связывания.

Связь создаёт протрава

Классические природные красители — полифенолы с орто-расположением гидроксила и карбонила: ализарин марены, лютеолин резеды и флавоноидные красители в целом. Такое расположение хелатирует ион металла. Протраву — чаще всего алюминий в виде алюмокалиевых квасцов, исторически также железо, олово, медь и хром — закрепляют на волокне первой, а краситель затем координируется по связанному металлу, образуя нерастворимый металл-красительный комплекс, заякоренный на месте. На шерсти и шёлке металл удерживают карбоксильные и аминогруппы белка — поэтому животные волокна красятся много легче хлопка; целлюлоза предлагает только гидроксилы и обычно требует дополнительной обработки таннидом, дающей координационные центры.

Протрава не является нейтральным вспомогательным веществом. Она задаёт оттенок — один и тот же ализарин с алюминием даёт красный, а с железом почти чёрный — и она определяет состав стоков. Хромовые и оловянные протравы дают лучшую устойчивость окраски и именно они ограничены; алюминий и железо приемлемы, но сужают палитру.

Индиго — исключение

Индиго не связывается ни с чем и не нуждается в металле. Это кубовый краситель: нерастворимый в виде синего пигмента, он химически восстанавливается до растворимой жёлтой лейкоформы, которая проникает в волокно, а затем на воздухе снова окисляется до нерастворимого индиго, запертого внутри. Связь здесь — механическое удержание плюс водородные связи, а не координация. Этот механизм объясняет и устойчивость окраски, сделавшую индиго мировым товаром, и то, что экологической проблемой является стадия восстановления — исторически брожение, промышленно дитионит натрия, — а не сам краситель. Ферментационные маршруты, дающие индоксил в инженерных микроорганизмах, бьют ровно в эту стадию.

Как судят об устойчивости окраски

Заявления здесь надо читать вместе со стандартными испытаниями: устойчивость к стирке по ISO 105-C06, к свету по ISO 105-B02 с оценкой по шкале синей шерсти от 1 до 8, плюс устойчивость к трению и к поту. Многие растительные красители достигают приемлемой устойчивости к стирке и проваливаются по свету, потому что протяжённые сопряжённые системы, дающие им цвет, делают их же уязвимыми фотохимически. Назвать краситель «устойчивым», не указав испытание и балл, значит не сказать ничего.

Почему они остаются нишевыми

Ограничение агрономическое. Содержание красителя в корне марены или в резеде составляет малые проценты сухой биомассы, поэтому замена синтетического красителя в массовом масштабе означает площадь, прямо конкурирующую с производством пищи, — препятствием служит арифметика, а не химия. Вдобавок состав экстракта меняется с сортом, сезоном и почвой, так что воспроизводимость оттенка между партиями низка, а фабрика, красящая в допуск заказчика, такого разброса не поглотит. Экстракция к тому же оставляет биомассный остаток с высоким химическим потреблением кислорода. Природное крашение оправдано там, где партия мала, а допуск по оттенку широк; это реальное ограничение, а не провал маркетинга.