CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.3 Tổng quan về lý thuyết màu sắc và chất màu tự nhiên
1.3.2 Lịch sử chất màu tự nhiên
Thuốc nhuộm tự nhiên, bắt nguồn từ sự đa dạng của thực vật, côn trùng ký sinh và các chất tiết ra của loài ốc biển, đƣợc phát hiện thông qua những kỹ năng và sự kiên trì của những
Footer Page 31 of 148.
20
người cổ đại. Bằng các mẫu khai quật được ở Kim Tự Tháp Ai Cập, Trung Quốc, Ấn Độ,…
các nhà khoa học đã xác định được 1500 năm trước Công nguyên người cổ đại đã biết dùng indigo cho màu xanh chàm để nhuộm vải và sử dụng alizarin lấy từ rễ cây marena để nhuộm màu đỏ, sử dụng campec chiết xuất từ gỗ sồi để nhuộm màu đen cho len và lụa tơ tằm [35].
Ngoài ra người ta còn chiết xuất được các màu vàng, tím, đỏ tím từ nhiều loại cây khác nhau.
Bảng 1.7 Một số màu lấy từ tự nhiên [35]
Màu Tên Động / Thực Vật
Vàng
Rễ cây nghệ (Châu Á, Trung Đông Hoa rum khô (Châu Á, Trung Đông
Vỏ sồi (Bắc Mỹ)
Xanh Cây tùng lam (Ấn Độ, Ai Cập, Nam Mỹ) Cây chàm (Châu Âu)
Đỏ Rễ cây thiên thảo (Châu Á, Châu Âu) Gỗ đỏ của một số cây vùng nhiệt đới
Đen Cây vang (Trung Mỹ)
Thuốc nhuộm tự nhiên có các ƣu điểm nhƣ không độc, không gây dị ứng nguy hiểm cho da, ít gây ô nhiễm với môi trường. Trừ màu xanh chàm và màu đỏ alizarin có độ bền màu cao, phần lớn thuốc nhuộm tự nhiên có độ bền màu thấp, nhất là với ánh sáng [35]. Hơn nữa hiệu suất khai thác thuốc nhuộm từ thực vật rất thấp, phải dùng nhiều tấn nguyên liệu mới thu đƣợc một kilogram thuốc nhuộm, nên giá thành rất cao. Nhƣng nhu cầu và đòi hỏi của con người ngày càng tăng và không có giới hạn, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật và đặc biệt trong ngành hóa học, thuốc nhuộm tổng hợp ra đời năm 1856 ở châu Âu.
Sự xuất hiện của thuốc nhuộm tổng hợp dần dần thay thế hoàn toàn thuốc nhuộm tự nhiên bởi nhiều đặc tính nhƣ dễ tổng hợp và sản xuất với số lƣợng lớn, cho màu sắc đa dạng, độ bền màu cao và nhiều đặc tính đáp ứng tốt cho nhu cầu công nghiệp[35]. Trải qua nhiều năm phát triển, thuốc nhuộm tổng hợp ngày càng có nhiều ƣu điểm và khắc phục đƣợc các hạn chế của thuốc nhuộm tự nhiên vì vậy nó đƣợc sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp dệt nhuộm trên thế giới. Đến nay hầu hết thuốc nhuộm tự nhiên đều đƣợc thay thế bằng thuốc nhuộm tổng hợp, số còn lại đƣợc sử dụng trong thực phẩm hoặc để nhuộm vải theo phong tục cổ truyền.
Những năm gần đây, nhận thức về môi trường cùng những tác hại của thuốc nhuộm tổng hợp và sự quan tâm của thế giới đến việc bảo tồn tự nhiên, nghiên cứu và phát triển các sản phẩm có lợi cho môi trường, các giải pháp xanh cho ngành dệt nhuộm; chất màu tự nhiên đang dần đƣợc nghiên cứu và ứng dụng trở lại. Một số màu cơ bản của thuốc nhuộm tự nhiên nhƣ màu vàng, đỏ, đỏ tía, xanh chàm hay màu đen…đã đƣợc nghiên cứu và tìm thấy nhiều trong một số loài thực vật và động vật.
Footer Page 32 of 148.
21
Bảng 1.8 Danh mục một số màu tự nhiên tiêu biểu [101]
Màu Phân lớp hóa học Các tên gọi thông thường
Vàng và nâu Flavone Màu vàng, vỏ để lấy thuốc nhuộm vàng, gỗ Fustic, Osage, hoa Chamomile, Tesu, Dolu, Cúc
vạn thọ, Cutch Vàng Iso-quinoline dyes,
Polyene colorants, Pyran colorants
Barberry, be-carotene, lycopene … gentisin
Cam-vàng Chromene Cây gỗ vang
Nâu và màu tía -xám Naphthochinone Cây lá móng, gỗ hồ đào, Alkanet, Pitti Đỏ Chinone, Anthrachinone,
Chromene
Nhựa cây màu đỏ, màu cánh kiến, rể có chất đỏ dùng làm thuốc nhuộm
Màu tía và đen Benzophyrone Cây gỗ vang
Xanh Indigoid, Indole colorants Chàm
- Thuốc nhuộm tự nhiên màu vàng: Tất cả thuốc nhuộm tự nhiên màu vàng đều có nguồn gốc thực vật. Màu vàng quan trọng hơn cả đƣợc dùng trong nhiều thế kỷ qua là rezeda. Khi phối nó với màu xanh chàm sẽ nhận đƣợc màu xanh lục gọi là màu Lincon tuyệt đẹp [1]. Màu vàng hay vàng nâu phải kể đến flavone, polyene, pyran, iso-quinoline. Mỗi phân lớp hóa học chức nhiều nhóm màu đa dạng, chẳng hạn pyran colorants chứa 2 nhóm lớn là xanhthons và flavonoids (flavones, isoflavones, flavonols… . Chính điều này đã góp phần tạo ra cho chất màu tự nhiên sự đa dạng và phong phú.
Công thức màu vàng Lutein từ lòng đỏ trứng, mô mỡ và lá xanh của loài hoa cúc vàng
Công thức màu vàng của ớt Paprika hay còn gọi là“tiêu ngọt”có tên khoa học là Capsicum annuum L.
Hình 1.15 Một vài màu vàng Flavan-3ol (catechines) thuộc lớp màu vàng pyran [35]
Footer Page 33 of 148.
22
Hình 1.16 Giới thiệu một số màu vàng polyene [101]
- Thuốc nhuộm tự nhiên màu đỏ: Khác với các màu vàng, ba trong số bốn thuốc nhuộm màu đỏ tự nhiên (cecmec, cosenil, lac) có nguồn gốc động vật, song màu đỏ quan trọng nhất vẫn là marena hay còn gọi là alizarin thu đƣợc từ thực vật. Tất cả các thuốc nhuộm màu đỏ kể trên đều là dẫn xuất hydroxy của antraquinon. Các dẫn xuất khác nhau của chúng còn có ứng dụng đến ngày nay có ánh màu tươi và độ bền màu rất cao với ánh sáng. Vì vậy có thể nói rằng thuốc nhuộm tự nhiên màu đỏ có độ bền màu với các chỉ tiêu cao hơn nhiều so với các nhóm màu vàng. Cấu tạo của thuốc nhuộm tự nhiên màu đỏ tía đã đƣợc Fridlender tìm ra vào năm 1909, đó chính là 6,6 -đibrominđigo (4 . Gần đây từ thân lá của cây Dacathais orbi người ta đã xác định đƣợc quá trình tạo thành màu đỏ tía này. Hợp chất ban đầu là tirinđocxysunfat (1) có màu ghi, khi thủy phân bằng men nó sẽ chuyển thành tirinđocxyl (2 , một phần bị oxy hóa bằng oxy của không khí đến 6-brom-2-metyl-tioinđoleninon (3 . Sau đó hợp chất (1) lại kết hợp với (2 để thành phức 1:1 kiểu quihydron (tiriverđin , dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời biến thành 6, 6 -đibrominđigo (4 là gốc của màu đỏ tía [1].
Hình 1.17 Cấu tạo của thuốc nhuộm tự nhiên màu đỏ tía [1]
- Thuốc nhuộm tự nhiên màu xanh chàm: Trong các màu xanh tự nhiên có màu xanh lam và màu xanh chàm được dùng đến ngày nay. Lúc đầu người ta cho rằng đó là hai màu khác nhau, về sau mới biết chúng có cấu tạo hóa học giống nhau và chính là inđigo đƣợc tách chiết từ cây họ chàm có tên khoa học là Indigofera tinctoria L. Hiện nay inđigo là một trong hai thuốc nhuộm tự nhiên vẫn còn có ý nghĩa thực tế mặc dù nó đã đƣợc tổng hợp và sản xuất ở qui mô công nghiệp.
Footer Page 34 of 148.
23
Hình 1.18 Công thức cấu tạo của thuốc nhuộm Indigofera tinctoria L [69]
- Thuốc nhuộm tự nhiên màu đen: Thuốc nhuộm tự nhiên màu đen có ý nghĩa thực tế duy nhất là màu đen campec, nó đã đƣợc biết từ năm 1500, nhƣng đến năm 1812 mới thực sự có ý nghĩa thực tế khi một nhà hóa học Pháp đã tìm thấy nó có khả năng tạo thành phức không tan với muối kim loại có màu đen. Khi mới tách từ gỗ campec ra, hợp chất ban đầu có màu đỏ gọi là hematein, khi kết hợp với muối crôm nó chuyển thành màu đen vì thế mà gỗ campec trở nên có giá trị. Mặc dù chưa biết cụ thể cấu tạo của phức kim loại này nhưng người ta cho rằng nó có cấu trúc đại phân tử, trong đó ion crôm liên kết với các phân tử hematein để tạo thành phức [123]. Màu đen campec đƣợc dùng nhƣ là một thuốc nhuộm đơn, riêng biệt, để nhuộm tơ tằm, da và một vài vật liệu khác, vẫn có ý nghĩa đến ngày nay.
Ở Việt Nam: Hệ quần thể thực vật nước ta đa dạng và phong phú, đồng bào ở khắp mọi miền đất nước đã biết sử dụng những thực vật tự nhiên tạo màu dùng trong thực phẩm, dệt lụa, làm thuốc rất có giá trị về kinh tế và dƣợc lý[1]. Khí hậu nhiệt đới tại Việt Nam và một số nước trong khu vực rất phù hợp cho nhiều loại thực vật phát triển, một số loài hoa quả trái cây đƣợc dùng trong công nghiệp thực phẩm nhƣ quả giành giành, bột nghệ để nhuộm màu vàng v.v…và một số khác dùng trong công nghệ dệt nhuộm. Chƣa có tài liệu nào cho biết niên đại cụ thể người Việt Nam biết dùng chất màu tự nhiên, chỉ biết rằng từ thời thượng cổ, các dân tộc Việt Nam đã biết sử dụng thuốc nhuộm lấy từ thảo mộc để nhuộm quần áo, nhuộm tóc,…
Những thập kỷ đầu của thế kỷ này đồng bào thiểu số ở các tỉnh miền núi phía Bắc Bộ đã dùng lá chàm để nhuộm màu xanh lam; dùng nước chiết từ củ nâu để nhuộm màu nâu tươi, khi nhúng vào bùn ao màu nâu sẽ chuyển thành màu đen rất bền và đẹp do phản ứng tạo phức giữa thuốc nhuộm và ion kim loại có trong bùn. Ngoài ra để nhuộm nâu và đen người ta còn dùng lá bàng, vỏ sú, vỏ vẹt…ở một số vùng Nam Bộ còn dùng nước chiết từ quả mặc nưa để nhuộm lót, sau đó nhúng vào bùn sông Hậu sẽ tạo màu đen bền và đẹp. Dưới đây là một số loài thực vật đƣợc dùng trong công nghệ dệt nhuộm phù hợp với khí hậu Việt Nam.
Bảng 1.9 Nguồn thuốc nhuộm tự nhiên phù hợp với khí hậu Việt Nam [123]
Stt
Tên Khí
hậu Vùng miền Phần thực vật
Vật liệu Màu nhuộm
Tên Loài Truyền
thống 1 Điều màu Bixa orellana
L
Màu vàng đỏ
Nhiệt đới
Châu Á, Nam Mỹ
Hạt Cam,
vàng
2 Trà
Camellia sinenisi (L)
Kuntza
Nhiệt
đới Châu Á Lá Lụa,
Cotton
Vàng, nâu, xanh,
đen 3 Mộc lan Terminalia
cappa L
Nhiệt đới
Châu Á Lá (tươi,
khô)
Vàng, nâu
Footer Page 35 of 148.
24 4 Mặc nƣa Diospyros L
mollis Griff
Mackloeur Nhiệt đới
Đông Nam Á
Trái cây
Lụa Đen
5 Chàm Indigofera L Chàm Nhiệt đới
ChâuÁ,
Châu Mỹ Lá Cotton,
lụa Xanh 6 Cây lá
móng
Lawsonia Spinosa L
Nhiệt đới
Châu Phi
Châu Á Lá Cam,
nâu đỏ
7 Xà cừ Khaya
senegalensis
Châu Á, Châu Phi
Lá,
vỏ Lụa Vàng,
nâu 8 Gỗ vang Caesalpinia
sappan L
Nhiệt
đới Châu Á Gỗ Lụa, da,
đồ gỗ Đỏ
9 Đa Sophora
Japonica L
Nhiệt
đới Châu Á Nụ
hoa
10 Nghệ Curcuma
Longa L
Nhiệt
đới Châu Á Củ Lụa, da, gỗ
Đỏ tươi, đỏ, tím 11 Hồng
xiêm
Manilkara zapo L
Nhiệt đới
Nam Mỹ,
Việt Nam Lá Nâu
12 Trầu
không Piper betle L Nhiệt
đới
Indonesisa, Đông nam
Á
Lá Nâu
13 Bạch đàn Eucalyptus
Australia, châu Á, châu Phi, châu Mỹ, châu Âu
Lá
Xanh lá cây tươi 14 Điệp Caesalpinia
Pulchernma L
Mexico,
châu Á Vỏ Lụa,
cotton Vàng 15 Củ nâu Dioscorea
Girrhose Lour
Việt Nam Củ cotton Nâu, đen