Indigo

Latar Belakang

Indigo, atau indigotin, adalah zat warna yang awalnya diekstraksi dari varietas tanaman nila dan woad. Indigo dikenal di seluruh dunia kuno karena kemampuannya untuk mewarnai kain dengan warna biru tua. Artefak Mesir menunjukkan bahwa nila digunakan sejak 1600 SM. dan telah ditemukan di Afrika, India, Indonesia, dan Cina.

Pewarna memberikan rona biru cemerlang pada kain. Dalam proses sekarat, kapas dan benang linen biasanya direndam dan dikeringkan 15-20 kali. Sebagai perbandingan, benang sutra harus mati lebih dari 40 kali. Setelah sekarat, benang bisa dijemur untuk memperdalam warnanya. Indigo unik dalam kemampuannya untuk memberikan warna permukaan sementara hanya sebagian menembus serat. Ketika benang mati dengan nila tidak dipilin, dapat dilihat bahwa lapisan dalam tetap tidak berwarna. Pewarna juga memudar untuk memberikan tampilan wanita yang khas dan untuk alasan ini biasanya digunakan untuk mewarnai denim. Awalnya diekstraksi dari tanaman, hari ini nila diproduksi secara sintetis dalam skala industri. Ini paling sering dijual sebagai bubuk 100% atau sebagai larutan 20%. Sepanjang awal 1990-an, harga nila berkisar mendekati $44/lb ($20/kg).

Sejarah

Nama indigo berasal dari istilah Romawi indicum, yang berarti produk dari India. Ini agak keliru karena tanaman ini tumbuh di banyak wilayah di dunia, termasuk Asia, Jawa, Jepang, dan Amerika Tengah. Istilah kuno lainnya untuk pewarna adalah nil dari mana istilah Arab untuk biru, al-nil, diturunkan. Kata bahasa Inggris anilin berasal dari sumber yang sama.

Pewarna dapat diekstraksi dari beberapa tanaman, tetapi secara historis tanaman nila adalah yang paling umum digunakan karena lebih banyak tersedia. Itu milik keluarga kacang-kacangan dan lebih dari tiga ratus spesies telah diidentifikasi. Indigo tinctoria dan aku. suifruticosa adalah yang paling umum. Pada zaman dahulu, nila merupakan komoditas berharga karena daun tumbuhan hanya mengandung sedikit zat pewarna (sekitar 2-4%). Oleh karena itu, sejumlah besar tanaman diperlukan untuk menghasilkan pewarna dalam jumlah yang signifikan. Perkebunan nila didirikan di banyak bagian dunia untuk memastikan pasokan yang terkendali.

Permintaan indigo meningkat secara dramatis selama revolusi industri, sebagian karena popularitas jeans denim biru Levi Strauss. Proses ekstraksi alami itu mahal dan tidak dapat menghasilkan jumlah massal yang dibutuhkan untuk industri garmen yang sedang berkembang. Jadi ahli kimia mulai mencari metode sintetis untuk memproduksi pewarna. Pada tahun 1883 Adolf von Baeyer (dari ketenaran aspirin Baeyer) meneliti struktur kimia nila. Dia menemukan bahwa dia bisa mengobati omega-bromoacetanilide dengan alkali (zat yang memiliki pH tinggi) untuk menghasilkan oxindole. Kemudian, berdasarkan pengamatan ini, K. Heumann mengidentifikasi jalur sintesis untuk menghasilkan nila. Dalam 14 tahun pekerjaan mereka menghasilkan produksi komersial pertama pewarna sintetis. Pada tahun 1905 Baeyer dianugerahi Hadiah Nobel untuk penemuannya.

Pada akhir 1990-an, perusahaan BASF AG yang berbasis di Jerman adalah produsen terkemuka di dunia, menyumbang hampir 50% dari semua pewarna indigo yang terjual. Dalam beberapa tahun terakhir, proses sintetis yang digunakan untuk menghasilkan nila telah mendapat sorotan karena bahan kimia keras yang terlibat. Metode baru yang lebih bertanggung jawab terhadap lingkungan sedang dicari oleh produsen.

Bahan Baku

Bahan baku yang digunakan dalam produksi alami nila adalah daun dari berbagai jenis tanaman termasuk nila, woad, dan poligonum. Hanya daunnya yang digunakan karena mengandung konsentrasi molekul pewarna terbesar. Dalam proses sintetik, sejumlah bahan kimia digunakan seperti yang dijelaskan di bawah ini.

Proses Pembuatan

Ekstraksi alami

• 1 Ekstraksi tanaman nila memerlukan beberapa langkah karena pewarna itu sendiri sebenarnya tidak ada di alam. Bahan kimia yang ditemukan dalam daun tanaman benar-benar indican, pendahulu nila. Proses kuno untuk mengekstrak indikan dari daun tanaman dan mengubahnya menjadi nila tetap tidak berubah selama ribuan tahun. Dalam proses ini, serangkaian tangki disusun secara bertahap. Tangki paling atas adalah wadah fermentasi tempat tanaman yang baru dipotong ditempatkan. Enzim yang dikenal sebagai indimulsin ditambahkan untuk menghidrolisis, atau memecah, indikan menjadi indoksil dan glukosa. Selama proses ini karbon dioksida dilepaskan dan kaldu di dalam tangki berubah menjadi kuning keruh.

• 2 Setelah sekitar 14 jam, cairan yang dihasilkan dialirkan ke tangki kedua. Di sini, campuran kaya indoksil diaduk dengan dayung untuk mencampurnya dengan udara. Ini memungkinkan udara mengoksidasi indoksil menjadi indigotin, yang mengendap di dasar tangki. Lapisan atas cairan disedot dan pigmen yang mengendap dipindahkan ke tangki ketiga di mana dipanaskan untuk menghentikan proses fermentasi. Campuran yang dihasilkan disaring untuk menghilangkan kotoran dan dikeringkan untuk membentuk pasta kental.

  Secara historis, orang Jepang telah menggunakan metode lain yang melibatkan ekstraksi nila dari tanaman poligonum. Dalam proses ini tanaman dicampur dengan bubuk sekam gandum, bubuk kapur, abu alkali, dan sake. Campuran tersebut dibiarkan berfermentasi selama kurang lebih satu minggu untuk membentuk pigmen pewarna yang disebut sukumo.

Produksi sintetis

• 3 Berbagai proses kimia sintetik telah digunakan untuk menghasilkan nila. Semua proses ini melibatkan penggabungan serangkaian reaktan kimia di bawah kondisi yang terkendali. Reaktan mengalami serangkaian reaksi yang menghasilkan pembentukan molekul nila. Sejumlah produk sampingan kimia lainnya juga diproduksi dalam reaksi ini.
• 4 Reaksi sintesis ini dilakukan dalam bejana reaksi stainless steel atau kaca yang besar. Bejana ini dilengkapi dengan jaket untuk memungkinkan uap atau air dingin mengalir di sekitar batch saat reaksi berlangsung. Karena kerumitan proses kimia ini, pewarna biasanya dibuat dalam jumlah batch. Namun demikian, ada beberapa metode yang ditemukan oleh orang Jerman untuk proses manufaktur yang berkesinambungan.

Jenis reaksi

• 5 Metode komersial pertama untuk memproduksi nila didasarkan pada karya Heumann. Dalam metode ini, N-fenilglisin diperlakukan dengan alkali untuk menghasilkan indoksil, yang dapat diubah menjadi indigotin melalui kontak dengan udara. Namun, jumlah pewarna yang dihasilkan oleh proses ini sangat rendah. Rute sintesis lain yang lebih efisien menggunakan asam antranilat. Proses ini populer di kalangan produsen besar, seperti BASF dan Hoechst, selama lebih dari 30 tahun. Variasi dari metode ini (yang telah digunakan secara luas) melibatkan reaksi anilin, formaldehida, dan hidrogen sianida untuk membentuk fenilglisinonitril. Bahan ini kemudian dihidrolisis untuk menghasilkan fenilglisin yang kemudian diubah menjadi indigotin. Saat ini, metode yang menggunakan sodamida dengan alkali untuk mengubah fenilglisin menjadi indoksil. Sodamida bereaksi dengan air berlebih, sehingga menurunkan suhu reaksi keseluruhan dari hampir 570 ° F (300 ° C) menjadi 392 ° F (200 ° C). Ini menghasilkan proses reaksi yang jauh lebih efisien.

Menyelesaikan operasi

• 6 Setelah proses reaksi kimia selesai, pewarna jadi harus dicuci untuk menghilangkan kotoran dan kemudian dikeringkan. Bubuk kering dapat dikemas dalam drum atau dilarutkan dengan air untuk membentuk larutan 20% dan diisi dengan ember.

  Simbol kimia untuk indikan, senyawa yang terdapat dalam daun tanaman indigo yang digunakan untuk membuat pewarna indigo .

Kontrol Kualitas

Selama pembuatan nila, proses reaksi terus dipantau untuk memastikan bahan kimia digabungkan dalam rasio yang tepat. Elemen kunci yang harus dikontrol meliputi pH (atau kualitas asam/basa batch), suhu (yang mengontrol kecepatan reaksi), dan waktu reaksi (yang menentukan tingkat penyelesaian). Jika salah satu dari variabel ini menyimpang dari spesifikasi, produk reaksi yang dihasilkan dapat terpengaruh. Biasanya, kontrol kualitas yang buruk menghasilkan hasil pewarna yang lebih rendah, yang meningkatkan biaya bagi produsen.

Untuk memastikan bahwa produsen dapat secara konsisten membeli warna pewarna yang sama, nila diberi nomor Indeks Warna yang menentukan warnanya. Ini ditetapkan sebagai "CI Natural Blue CI 75780."

Produk Sampingan/Limbah

Produksi indigo menghasilkan berbagai produk limbah yang harus ditangani dengan hati-hati. Selain reaktan yang dijelaskan di atas, ada produk samping reaksi lain yang dihasilkan bersama dengan nila. Beberapa bahan ini dianggap berbahaya dan harus dibuang sesuai dengan pedoman pembuangan limbah kimia lokal dan federal. Bahan kimia limbah ini dapat memasuki lingkungan setidaknya dalam tiga cara berbeda. Yang pertama adalah selama pembuatan molekul yang sebenarnya. Yang kedua adalah ketika pewarna diterapkan pada benang, dan yang ketiga adalah ketika pewarna dielusi ke dalam air cucian selama pencucian batu awal atau pemrosesan basah kain. Rute terakhir ini biasanya terjadi selama produksi kain denim.

Masa Depan

Sebagian besar kebutuhan indigo dipenuhi dengan jenis pewarna biru lainnya dan saat ini sebagian besar nila yang digunakan oleh dunia dibuat di luar Amerika Serikat. Para peneliti berkonsentrasi pada metode baru pembuatan indigo yang lebih ramah lingkungan. Salah satu metode masa depan yang menjanjikan melibatkan penggunaan biokatalis dalam proses reaksi pewarna. Pewarna indigo mungkin merupakan salah satu bahan kimia bervolume tinggi pertama yang dibuat melalui jalur biologis. Genencor International, dari Rochester New York, sedang mengevaluasi proses untuk menghasilkan indigo menggunakan bioteknologi. Menurut Charles T. Goodhue, Direktur Program/Penelitian dan Pengembangan Biokatalisis Genencor, indigo yang dihasilkan dengan metode ini secara kimiawi sama dengan pewarna sintetis biasa dan berperilaku identik dalam uji pencelupan. Namun, saat ini teknologinya mahal dan biaya produksinya bisa menjadi penghalang. Genencor sedang mencari mitra pasar utama untuk bekerja sama dengan mereka dalam pengembangan teknologi baru ini.

Produsen yang menggunakan nila dalam operasi pewarnaan juga berusaha untuk meningkatkan penggunaan pewarna. Misalnya, Divisi Denim Burlington memperkenalkan teknologi pada tahun 1994 yang mereka sebut "Bebas Batu", yang memungkinkan pewarna indigo pada kain terurai 50% lebih cepat dalam siklus pencucian batu. Dibandingkan dengan metode tradisional kain pencuci batu yang diwarnai dengan nila, proses baru mereka menggunakan sedikit, jika ada, batu apung yang membantu membuat kain terlihat pudar. Oleh karena itu, biaya penanganan dan penyimpanan batu apung berkurang, seiring dengan waktu yang dibutuhkan untuk memisahkan batu apung dari pakaian setelah pencucian batu. Ini juga menggunakan lebih sedikit pemutih. Oleh karena itu, proses baru ini tidak hanya mengurangi kerusakan garmen, tetapi juga mengurangi limbah yang dihasilkan oleh batu dan pemutih.