Metýlenblátt í textíl- og pappírslitun: Basic Blue 9 á litunarverkstæðinu

Metýlenblátt var selt sem litarefni í fimmtán ár áður en nokkur gaf það sjúklingi. Heinrich Caro smíðaði það hjá BASF árið 1876 sem textíllitarefni, og bæði saga BASF sjálfs og Bandaríska efnafræðifélagið lýsa því sem litarefni sem var búið til fyrir bómull. Vinna Kochs við litun sýna í læknisfræðilegum tilgangi hófst um 1880, og malaríumeðferðirnar árið 1891 komu enn síðar. Allt annað sem efnasambandið varð — litunarefni fyrir sýni, vísir, lyf — átti upphaf sitt í færslu í litarefnaskrá.

Sú færsla er enn rétti útgangspunkturinn til að skilja efnið í iðnaði. Á máli litunarverkstæða heitir það ekki metýlþíóníníumklóríð. Það er Basic Blue 9.

Eitt efnasamband, tvö númerakerfi

Colour Index auðkennir hvert litarefni á markaði með tvennum hætti. Samheitið lýsir notkunarsviði og notkun; byggingarnúmerið lýsir efnafræðilegri byggingu. Metýlenblátt ber samheitið C.I. Basic Blue 9 og byggingarnúmerið C.I. 52015. Það tilheyrir því þíasínflokknum, sem tekur yfir númerin 52000 til 52999, eins og nýleg umfjöllun um Colour Index staðfestir með metýlenblátt sem útfært dæmi.

Efnafræðin á bak við númerin er fenóþíasínkatjón með klóríð sem mótjón: vatnsfría formúlan C16H18ClN3S með mólmassa um 319.9 g/mol og CAS 61-73-4, og algengt þríhýdrat á markaði með mólmassa um 373.9 g/mol og CAS 7220-79-3. Saltið sem selt er myndar dökkgræna kristalla með bronsgljáa sem leysast upp í djúpbláa lausn. 1 prósent lausn af þríhýdratinu hefur pH 3 til 4.5 samkvæmt PubChem og nýlegri yfirlitsgrein um sameindaeiginleika. Sá sem kaupir efnið í tunnum ætti að athuga hvaða CAS-númer er á merkimiðanum, því kílógramm af þríhýdrati inniheldur um 15 prósent minna af litbera en kílógramm af vatnsfríu salti. Það borgar sig að ganga úr skugga um hvað nákvæmlega er verið að vigta áður en nokkrir útreikningar fyrir litun hefjast.

Bindingin: katjón í leit að anjónum

Basísk litarefni eru katjónísk litarefni. Í lausn ber litaða efniseindin jákvæða hleðslu og binst því helst trefjum með anjónísk bindiset. Þessi eina staðreynd segir fyrir um nánast allt notkunarmynstrið.

Akrýltrefjar eru dæmigerða undirlagið. Þær bera að jafnaði karboxýlat- eða súlfónathópa, og jónatog milli þessara bindiseta og litarefniskatjónarinnar gefur sterka bindingarsækni, eins og lýst er í rannsóknum á hefðbundinni katjónískri litun akrýls og efnafræði akrýltrefja. Ull og silki taka einnig beint upp basísk litarefni á neikvætt hlaðnum bindisetum og gefa skæra litatóna. Heimildir um textíl vara þó við því að eldri basísk litarefni á þessum trefjum hafi yfirleitt lítið ljósþol, eins og tekið er saman í opinni kennslubók um textíllitun.

Bómull er mikilvæga undantekningin. Ómeðhöndlaður sellulósi hefur litla sækni í hefðbundin basísk litarefni, og þess vegna þurfti „bómullarlitur“ Caros einmitt aðstoð. Hefðbundin aðferð var að beita bómullina með tannínsýru, sem var yfirleitt fest með vínsteinsuppsölusalti (antímónkalíumtartrati). Þannig myndaðist óleysanleg flétta tanníns og litarefnis á trefjunum. Handbók um bómullarlitun frá þeim tíma lýsir þessum þremur aðgerðum — tannínmeðferð, festingu og loks litun — í Litun bómullarefna. Svipaður fyrirvari á við um venjulegt nælon: það er fyrst og fremst undirlag fyrir súr litarefni. Aðeins nælon sem hefur verið sérstaklega breytt með súlfónathópum, selt sem nælon sem má lita með katjónískum litarefnum og lýst í heimildum á borð við US6312805B1, bindur basísk litarefni sterklega.

Samantektin um trefjar er því stutt. Bómull með tannínlitbeiti af sögulegum ástæðum; ull og silki með beinni litun en litlu litþoli; akrýl sem efnafræðilega eðlilegt nútímaundirlag; venjulegt nælon að mestu útilokað.

Skært, en fölnar auðveldlega

Veiki punkturinn var aldrei að koma litnum á. Hann var að halda honum þar. Í rannsókn frá 2019, þar sem bómull, silki og ull voru lituð beint með metýlenbláu þríhýdrati, mældist ljósþol 1, lægsta einkunn á kvarðanum, fyrir allar þrjár trefjagerðirnar samkvæmt ISO 105-B02. Liturinn hélst aðeins betur eftir eftirmeðferð með smektíti, eins og greint var frá í RSC Advances. Eldri heimildir segja hið sama á máli síns tíma: margir basískir litir fölna í ljósi, eins og skráð er í grein Encyclopaedia Britannica frá 1911 um litun.

Efnafræði litunarbaðsins gefur annað tilefni til varúðar. Basísk litarefni eru yfirleitt notuð við hlutlausar til vægt súrar aðstæður, og sterk basaáhrif eru sérstaklega slæm fyrir metýlenblátt. Í 0.1 M basískri vatnslausn vatnsrofnar það aðallega í metýlenfjólublátt Bernthsens, sterklitaða fitusækna afurð, í stað þess að haldast óbreytt, samkvæmt rannsókn á áhrifum basa á metýlenblátt. Leifar af basískri hreinsilausn í efninu eða basísk eftirmeðferð geta því breytt litatóninum af efnafræðilegum ástæðum sem hafa ekkert með litfestingu að gera. Oxunar- og afoxunarhringrásin á bak við litabreytingarnar er sérstakt viðfangsefni, en verklagsreglan er einföld: forðastu sterkt basískt litunarbað.

Pappír, blek og kalkipappír

Pappírslitun er skráð sem núverandi notkunarsvið í iðnaði. Birgir Basic Blue 9 nefnir pappír ásamt litun silkis, hamps, viðar og bambuss, auk framleiðslu bleks og litlakka, í upplýsingablaði um notkun vörunnar. Notkun í bleki er betur skjalfest: Indland hafði eitt sinn sérstakan staðal, IS 2230:1962, fyrir metýlenblátt litarefni til blekframleiðslu. Staðallinn hefur nú verið felldur úr gildi en er skráður í ársskýrslu BIS fyrir 1962 til 1963 og flokkaður sem felldur úr gildi í staðlaskrá.

Notkun í kalkipappír er einnig skjalfest. Bandarískt einkaleyfi frá 1933 fyrir húðun kalkipappírs lýsir olíu- og vaxbleki sem inniheldur anilínlitarefni, þar á meðal metýlenblátt, í US1925235A. Rannsókn frá 2024 á sviði menningarminjavísinda á sögulegum bláum afritunarblýöntum fann metýlenblátt meðal algengustu litarefnanna. Hún skjalfesti jafnframt nákvæmlega þá hegðun sem búast mætti við á litunarverkstæði: mikla ljósnæmni og tilhneigingu litarins til að renna út þegar hann blotnar. Rannsóknin birtist í npj Heritage Science. Blýanturinn sem gaf skær afrit en fölnaði í sólarljósi byggir á sömu efnafræði og bómullin sem fékk skæran lit en fölnaði í glugganum.

Þrír gæðaflokkar, þrenns konar forskriftir

Þessi samanburður skiptir mestu máli, því sama heiti nær yfir efni sem eru framleidd eftir forskriftum sem samræmast ekki hver annarri. Textílgæði, líffræðilegt litunarefni og lyfjagæði eru ekki þrep á einum og sama hreinleikakvarða. Þau svara ólíkum spurningum.

Tveir algengir misskilningar í töflunni verðskulda áherslu. Í fyrsta lagi er „100 prósent“ textíllitarefni ekki 100 prósent hreinn litberi; ISO 105-Z10 skilgreinir styrk miðað við viðmiðunarlitarefni. Í öðru lagi er vottað litunarefni með 82 prósent litarefnisinnihald ekki lyfjaefni sem féll á prófi; það stóðst annað próf. Dæmi um lyfjahliðina er skýrsla um þróun framleiðsluferlis sem hélt heildarmagni málma undir 20 ppm, Azure B undir 2 prósent og öðrum óhreinindum undir 0.5 prósent. Þessar tölur lýsa því ferli í birtri Proveblue-rannsókn, en eru ekki almenn forskrift fyrir textíllitarefni. Ástæðan fyrir því að Azure B hefur sinn eigin viðmiðunarstaðal er að það er bæði helsta óhreinindið sem myndast við afmetýleringu og lyfjafræðilega virkt umbrotsefni í sjálfu sér. Um það er fjallað í rannsóknum á Azure B.

Á litunarverkstæði leiða hagnýtar athuganir við móttöku af vinstri dálkinum: litatónn miðað við staðal, hlutfallslegur litstyrkur, leysni og óleysanlegt efni, raki og samræmi milli framleiðslulota. Ekkert á þeim lista gerir innihald tunnunnar hæft til rannsóknarstofunotkunar, hvað þá til neyslu.

Hvernig lesa á upplýsingablað fyrir Basic Blue 9

Dæmigert tæknilegt upplýsingablað telur upp fjórar tölur, og hver þeirra svarar ólíkri spurningu. Litstyrkur, gefinn upp sem prósenta miðað við viðmiðunarlotu birgisins, segir þeim sem litar hversu mikið litarefni þarf að vigta til að ná tiltekinni litdýpt; lota með 105 prósent litstyrk þarf um 5 prósent minni þyngd en staðalefnið. Litarefnisinnihald, þegar það er tilgreint, er efnafræðilegt hlutfall raunverulegs litbera. Það er alltaf lægra en styrktalan gefur til kynna, því duftið sem selt er inniheldur raka og þynningarefni. Vatnsóleysanlegt efni, sem er takmarkað við gildi á borð við 1.5 prósent, segir fremur fyrir um litadoppa og stíflun sía en litatón. Rakainnihaldið fullkomnar myndina og tengist spurningunni um hýdratformið: þríhýdratið inniheldur þrjár sameindir af kristalvatni, svo kíló af því inniheldur um sex sjöundu af litbera kílós af vatnsfríu salti. Litunaruppskrift sem er skrifuð fyrir annað hýdratformið en vigtuð með hinu mun víkja frá fyrirhugaðri litdýpt um það hlutfall áður en efnið fer nokkru sinni í baðið.

Athugasemd um frárennsli

Metýlenblátt er ákaflega sterklitað og auðvelt að fylgjast með því með litrófsmælingum. Í aðsogsrannsóknum er yfirleitt fylgst með gleypni þess í sýnilega litrófinu um 663 til 665 nm, eins og í rannsókn á lífgleypingu og rannsókn á aðsogi í vatnsgeli. Þessi þægindi gerðu það að fyrirmyndarefni fyrir katjónísk litarefni í rannsóknum á frárennslisvatni: umfangsmikil yfirlitsgrein í Journal of Hazardous Materials fjallar um fjarlægingu þess með aðsogi á ódýr efni og nær yfir frárennsli frá textíl-, pappírs- og prentiðnaði.

Hlutverk þess sem fyrirmyndarefnis hefur tvær hliðar. Mikill fjöldi greina um aðsog sannar ekki að metýlenblátt sjálft sé eitt helsta mengunarefnið í nútímatextíliðnaði; hann sýnir að efnasambandið er hentugur staðgengill fyrir katjónísk litarefni almennt. Hafðu þann greinarmun í huga þegar þú lest fullyrðingar um frárennsli.

Heitið er viðvörunin

Basic Blue 9, C.I. 52015, metýlþíóníníumklóríð: þrjú heiti á einum litbera, seldum samkvæmt að minnsta kosti þrenns konar forskriftum. Textílefnið sem Caro bjó til fyrir bómull átti aldrei að vera hæft til inntöku, og ekkert vottorð um litatón og litstyrk getur gert það hæft til þess. Þegar sama heiti og stendur á tunnunni birtist á rannsóknarstofuhillu er það forskriftin, ekki liturinn, sem segir þér hvað þú hefur í höndunum.