为之染色的时尚

我们穿的颜色一直是我们与世界互动方式的一个重要组成部分。无论是身份的表达、对某项事业的团结还是地位的展示，颜色都传达了一种信息。遗产科学家说:“几千年来，颜色在世界各地的文化中都象征着地位。安妮塔Quye来自英国格拉斯哥大学。“其中一些因素与颜色本身有关，但其他因素，如染料的质量、可用性和染色过程，也决定了谁、在哪里、何时可以接触到某些颜色，这通常是由于潜在的化学原因。”

从我们穿着衣服开始，我们就一直在给织物染色，这种古老做法的发展塑造了时尚的演变。最早的例子，估计有6200年的历史，是一块用靛蓝植物染成蓝色的棉布。奎耶说:“一个常见的误解是，天然染料只会产生柔和的泥土色调。”“但世界上许多文化都找到了利用植物和昆虫来创造明亮持久色彩的方法。”“除了从靛蓝中获得的蓝色，胭脂虫是鲜艳的红色的来源，姜黄是丰富的黄色，而murex蜗牛是令人垂涎的泰瑞亚紫色的来源。”令人惊讶的是，最难产生的颜色是绿色。

但这些颜色并不仅仅是富人的专利。16和17世纪的全球贸易增加了不同染料来源的可用性，色彩鲜艳的纺织品对普通民众来说变得负担得起。Quye说:“绘画描绘了各行各业穿着彩色衣服的人。”“富人和穷人的区别在于工艺——颜色持续的时间和材料的质量。”“当时的染色工艺是一项非常熟练的行业:被称为媒染剂的添加剂可以增强不同的色调，并确保颜色与织物保持一致。专业的工人必须仔细判断每种成分的数量和组合，调整温度或pH值来控制颜色的强度。”

进入帕金

直到1856年威廉·珀金偶然发现合成苯胺染料，这一过程才开始改变。合成染料于1859年商业化，为扩大彩色织物生产提供了一种经济有效的方法，在批次之间产生一致的颜色，易于纳入工业流程。紫红色的成功促进了一系列其他颜色的发展，尤其是充满活力的绿色。这种新颜色的新奇性使苯胺绿迅速走红，成为维多利亚时代晚期的时尚颜色。然而，这种充满活力的色调隐藏着一个黑暗的秘密——这种染料含有大量的砷，这是制造过程中的副产品。这种有毒金属在汗水的帮助下慢慢从织物中过滤出来，并被毫无戒心的女性的皮肤吸收。很快，脱发、起泡、呕吐甚至死亡的报道在社会上流传开来，但这种时尚颜色的危险后果并没有减弱人们对苯胺绿的热情。最终，是廉价替代品的引入改变了维多利亚时代的时尚。

我们不再认为死亡或疾病是时尚的可接受成本，需要进行广泛的产品测试以确保染色织物的安全。但尽管如此，许多合成染料和添加剂仍然含有有毒化合物。该公司高级技术总监Kathy Leung解释说:“它们被包括在内是因为它们可以改善纺织品的性能。天祥国际的全球软线．“例如，偶氮染料可以很容易地合成出广谱的颜色，并应用于所有类型的织物，以提供有效的色牢度，但我们必须测试芳胺，它可能会增加患癌症的风险。”

1863年，在珀金发现苯胺之后不久，偶氮染料被发现，其特征是两个芳香基团之间存在一个偶氮(- c - n = N-C -)连接。这种高度不饱和和共轭结构是一种强发色团，可以根据芳香基团的身份产生一系列颜色。重要的是，这些染料是光稳性的，这意味着它们在光照下不会分解。与早期的苯胺染料相比，这种染色牢度是一个显著的优势，许多苯胺染料很快就会褪色，令维多利亚时代的顾客感到沮丧。但是，虽然这些简单的化合物很容易合成，但许多制备它们所需的芳胺是致癌的。因此，芳基胺的使用在欧洲受到严格监管，欧盟要求制造商检测染色产品中这些危险胺的残留痕迹。

不仅仅是颜色

这不仅仅是染料本身的问题。不同类型的纤维需要不同的工艺来将颜色结合到纺织品表面，这通常需要其他化学添加剂。疏水性纤维，如聚酯纤维是具有挑战性的着色，因为它们不允许染料水渗透到材料中。这种织物通常用分散染料着色，分散染料通过范德华力或偶极力与聚合物链相互作用。

问题在于染色本身效率就很低

染厂将大量难溶的染色剂分散在水中，加入萘等分散剂以防止染料分子凝固。加热后，纤维膨胀，然后颜色以均匀的薄膜形式转移到织物表面。梁说:“这些化学物质在染色纺织品的制造过程中是必要的。”“但由于它们可能对人体健康产生有害影响，因此进行化学测试以确保它们不会残留在产品中非常重要。”“萘属于一种名为多环芳烃的化学物质家族，已知会引起皮肤和呼吸道刺激，因此欧盟要求制造商在染色产品中去除所有这些物质的痕迹。”

在过去的100年里，消费者和制造商的安全已成为监管机构的优先事项，但纺织和染色行业的生态影响仍然经常被忽视。染色过程本身是非常耗水的，生产一公斤染色织物需要大约150升水。这些水一旦被使用，就会被返回到当地的水源，这些水源往往受到染色过程中产生的化学物质的污染——据估计，每年有20万吨废弃染料被丢弃，主要分布在亚洲，现在大多数纺织厂都在那里。“问题在于染色本身效率就很低，”他解释道马克Moloney他是英国牛津大学的有机化学家。“从本质上讲，你在纺织品表面形成了一层单一的染料分子，所以很多染料不会发生反应，只是变成了废物。”“大约20%的水污染是由纺织业造成的，在世界许多地方，我们对色彩的热情所造成的环境足迹已经成为一个巨大的社会、经济和生态问题。”

一个更好的过程

过去10年的可持续时尚运动对时尚行业产生了巨大影响，纺织公司现在正在积极投资，以提高其产品的绿色资质。更温和的化学替代品正变得越来越普遍，许多企业正在寻找改善染色过程本身的方法。

纺织品的预处理是这一过程的重要组成部分，包括漂白和冲刷织物以清洁纤维。这将去除覆盖在羊毛和棉花等天然聚合物上的油脂和蜡，并使织物在下一步中更好地接受染料。然而，在这一阶段，额外的修改可以进一步提高染料的吸收效率。

表面修饰使您有机会独立于体积改变表面的属性

直接染料分子具有阴离子性质，但大多数天然纤维也带负电荷，这意味着染料和织物之间存在静电斥力。陶氏他们开发了一种名为Ecofast的棉花预处理技术，通过化学方法修饰棉花表面，使其具有永久性正电荷。由此产生的“阳离子棉”对染料分子有更强的亲和力，并显著减少了为织物上色所需的染料和水的量。

Moloney解释说:“表面修饰让你有机会改变表面的特性，而不依赖于体积。”“这很有趣，因为它可以让你在材料的不同部分拥有正交特性。“陶氏预处理方法极大地提高了棉纺织生产的可持续性，但其他织物仍然需要类似的工艺。”

从更基本的角度研究表面改性，Moloney小组开发了一种通用方法，使用称为碳烯的高活性物种来改变大量材料的性质。碳的二价种有两个未共享的价电子，正是这种明显的电子缺乏性使碳烯成为如此强大的中间产物。“碳烯的反应性非常混乱，”莫洛尼解释说。但如果你要修改聚合物的表面，这正是你想要的。”

这些电子贫乏的物质插入到聚合物链上的C-X键中，形成反应手柄，使研究小组能够在随后的反应中引入各种不同的性质。莫洛尼说:“实际上，我们可以用这些手柄做任何事情。”“我们可以安装发色团、粘合剂、金属螯合物，甚至是抗菌功能。”

碳烯的极端反应性意味着Moloney的方法适用于几乎所有材料，而不仅仅是传统纺织品。除了棉花、羊毛和尼龙，该团队还成功地将惰性聚合物功能化，包括聚丙烯、聚苯乙烯，甚至钻石。莫洛尼说:“基本上，你可以选择任何类型的材料，应用我们的技术，在上面获得任何类型的财产。”“这是一种平台技术，我们希望它能解决许多行业与可持续发展相关的问题。”

回归自然

对许多人来说，“可持续”就是“天然”的代名词，一些消费者现在选择完全避开合成产品。Quye说:“时尚和纺织品设计师正在考虑染料的可持续性，人们对天然资源的兴趣又重新燃起。”但这并不是要重现19世纪前的情景。染色过程中仍会有化学添加剂，可持续土地管理也会面临挑战。”

染料植物的集约化种植可能与纯合成方法获得这些着色剂一样具有破坏性。过度耕作会耗尽土壤并导致水土流失，而农药和化肥的使用也会在食物链的其他地方造成问题。Quye评论说:“从种子到种植的整个周期都需要可持续性。”这是一个没有直接解决方案的大问题。“传统农业不太可能是满足现代需求的可持续战略，而获取天然染料的替代方法目前是许多具有环保意识的时装公司的一大关注焦点。”

生物科技公司Huue他开发了一种这样的解决方案，利用基因工程微生物生产天然靛蓝染料。“随着生物工程技术的进步，我们终于有机会回到大自然，观察植物是如何产生颜色的，”Huue首席执行长Michelle Zhu说。“然后我们可以以一种可扩展的方式复制这一过程，同时保持合成染料的纯度和一致性。”

Huue是朱婷和合成生物学家Tammy Hsu于2018年在加州创立的，该公司使用类似于酿造啤酒的发酵过程将糖转化为天然靛蓝染料。“在她的博士工作期间，Tammy对日本靛蓝植物进行了测序，并确定了导致其标志性蓝色的酶，”Zhu解释道。利用这些信息，Huue团队通过基因工程改造微生物来表达这种酶，然后仔细开发理想的酿造条件，以工业规模生产这种颜色。发酵之后，微生物肉汤通过一系列步骤提取和纯化染料以供商业使用。

他说，每生产一公斤合成靛蓝需要75公斤以上的石油和其他化学原料。“我们的生物染料完全由可再生材料制成，能耗和化学含量更低。”Huue的重点仍然是为牛仔行业生产清洁的靛蓝染料，但朱和徐毫不怀疑这项技术未来可以用于其他颜色。

我们对色彩的痴迷不太可能消退，但新的研究将确保时尚行业能够以一种可持续的方式满足我们永不满足的需求。Quye说:“通过技术变革，我们可以评估我们的生活方式，以及新发现带来的改善。”“人们总是在寻找创新的、前瞻性的成功方法，而具有讽刺意味的是，这可能意味着要从过去寻找灵感。”

维多利亚·阿特金森是一位生活在英国波克林顿的科学作家