مواد رنگزای طبیعی

رنگرزی سنتی با وجود تفاوتهایی که در مناطق مختلف وجود دارد، دارای فرمول مشخصی است. ابریشم یا پشمی که با مواد گیاهی رنگرزی می شود دارای نوعی جذابیت و زیبایی است که به مرور زمان و در اثر استفاده و قرار گرفتن در معرض نور و مواد قلیایی و .... نه تنها از ارزش آن کاسته نمی شود، بلکه به ثبات و درخشندگی آن نیز افزوده می شود. علاوه بر این، رنگ های سنتی ( گیاهی و حیوانی) حاصل تجربه صدها ساله مردمان سخت کوش سرزمینی است که همواره با اقتباس از طبیعت به زندگی خود رنگ بخشیده اند، به این سبب از ارزش معنوی و مادی بسیاری برخوردار هستند.

این رنگزاها همان طور که از نامشان برمی آید ریشه طبیعی داشته و با توجه به منبع استخراج آنها در سه گروه زیر می توانند تقسیم بندی شوند:

• مواد رنگزای به دست آمده از گیاهان مثل نیل، روناس و غیره که از ریشه، گل، برگ، میوه و پوست نباتات به دست می آیند.

• مواد رنگزای به دست آمده از حیوانات مثل قرمز دانه و صدف ارغوان

• و آنهایی که از مواد معدنی به دست می آیند مثل خاک سرخ.

پژوهش های باستان شناسی مؤید آن است که ایرانیان در رنگرزی مانند سایر اقوام و ملل قدیم بسیار با تجربه بوده و مواد رنگزایی که در منسوجات خود به کار می برده اند، بسیار با ثبات و چشمگیر بوده است. برای سال های متمادی مواد رنگزای طبیعی یکی از اقلام صادراتی ایران بوده است. در اواخر دوره قاجاریه کارگاه های متعدد رنگرزی در جوار کارگاه های قالی بافی فعالیت پررونقی داشتند. در این کارگاه ها فرآورده های گیاهانی از قبیل روناس، اسپرک، پوست گردو و انار را به مصرف می رسانیدند و تجار صادر کننده نیز مواد رنگزای گیاهی مازاد بر مصرف داخلی را که در کارگاه های تولید رنگ بسته بندی شده بود را به خارج صادر می کردند.

دسته ای از گیاهان دارای رنگینه ها یی با ثبات عالی و متوسط هستند و در رنگرزی سنتی نقش مؤثری دارند. روناس، اسپرک، نیل، گل بابونه، برگ انگور عسگری، چغندر، پوست پیاز، برگ درخت توت، وسمه، گل رنگ، گل جعفری، برگ انجیر، پوست انار، بلوط، پوست گردو، هلیله، سماق، زعفران، جا شیر و غیره از گیاهانی هستند که در ایران یافت شده و از مواد رنگزای آنها در رنگرزی استفاده می شده است.

- روناس: ماده رنگزای روناس ترکیبی است به نام آلیزارین (یا 1 و2 دی هیدروکسی آنتراکینون) که در ریشه آن قرار گرفته است. با کم و زیاد کردن درصد دندانه و نوع آن، از این ماده شیدهای قرمز به دست می آید.

- اسپرک (ورث): گیاهی است که در تمام نقاط ایران یافت می شود. با رنگینه آ ن انواع رنگ های زرد به دست می آید مثل طلایی، زرد، زرد طلایی، زرد کدر و شفاف.

- نیل: ایندیگو یا نیل، برای تهیه شید های آبی تا سرمه ای استفاده می شود. گاهی نیل را در جاشیر، همراه با دندانه می جو شانند و رنگ سبز می گیرند و با افزودن روناس به آ ن رنگ بنفش می سازند. از وسمه نیز رنگ آبی به دست می آید.

- پوست انار: مانند اسپرک رنگ زرد تولید می کند ولی ثبات آنرا ندارد. از گل زعفران، برگ مو (در اراک و مناطق مرکزی ایران)، جاشیر (در فارس) و گندل (در لرستان و کردستان و دیگر مناطق غربی) نیز رنگ زرد و نارنجی به دست می آید.

- پوست گردو: ماده رنگزای موجود در پوست گردو ترکیبی است به نام جاگلون که با آن انواع شیدهای قهوه ای روشن تا مشکی و خاکستری را می توان ایجاد نمود. تنوع این رنگ ها بستگی به استفاده از دندانه ها و مواد کمکی افزوده شده دارد. از گیاه سماق نیز برای تهیه رنگ های قهوه ای استفاده زیادی می شود.

- جفت: جفت پوسته بین مغز و پوست میوه بلوط است که از آن رنگ بژ به دست می آ ید.

- قرمز دانه: بهترین ماده رنگزایی که از حشره ای به همین نام تهیه می شود. این حشره اغلب بر روی درختان بلوط، سرو، کاج و کاکتوس زندگی می کنند. در آسیا، اروپا، آفریقا و آمریکای جنوبی فراوان است. قرمز دانه را خشک کرده و به صورت پودر در آب و اسیدهای معدنی حل می کنند. حاصل، رنگ قرمز خوبی است که اگر به جای اسید از ماده ای قلیایی استفاده شود رنگ بنفش به دست می آید و از ترکیب با رنگ های گیاهی، انواع شید های رنگی تولید می کند. معروفترین قرمز دانه ها؛ قرمز دانه نپال و کاسیل (مکزیک) است. نام علمی این رنگ "اسید کار منیک" است. انواع قرمز دانه عباتند از: قرمز دانه هندی، لهستانی، مکزیکی، ارمنی، کرم ورمیلو. برای دندانه قرمز دانه از آ ب زرشک، قا را و آب انگور استفاده می کنند.

ابزار و مواد مورد نیاز در رنگرزی سنتی عبارتند از :

- ظرف (پاتیل) یا حمامی که عملیات رنگرزی و دندانه کردن در آن صورت می گیرد و باید از جنس ضد زنگ و مقاوم در برابر حرارت باشد. معمولاً از ظروف استیل یا مسی استفاده می شود.

- ترازو برای توزین

- ترمومتر برای اندازه گیری دمای حمام رنگرزی

- همزن که معمولاً از جنس چوب است و برای هم زدن الیاف در حمام رنگرزی به کار می رود.

- ظروف شیشه ای مدرج مانند بشر و... برای اندازه گیری و برداشتن اسیدها و قلیاها.

- نمک های فلزی چون زاج سفید، زاج سبز، زاج سیاه، دی کرومات سدیم، کلرید قلع و ...

- مواد قلیایی مانند سود و آمونیاک و ....

- اسیدها مانند اسید تارتاریک، اسید لاکتیک، اسید اگزالیک، اسید استیک، اسید سیتریک و همچنین ممکن است از اسیدهای معدنی مانند اسید سولفوریک و اسید کلریدریک نیز استفاده شود. در گذشته به جای اسید لاکتیک از "دوغ" استفاده می شد.

- آب که به دلیل استفاده مداوم در رنگرزی، باید از شرایط و خواص لازم برخوردار باشد.

 مکانیزم جذب و نگهداری مواد رنگزای طبیعی توسط لیف

در استفاده از رنگینه های طبیعی از آنجایی که در این رنگینه ها گروه های فعال جهت تشکیل پیوند با لیف در هنگام رنگرزی کالای پشمی و ابریشمی یا وجود ندارد یا اثرشان ضعیف می باشد، در اکثر مواقع جهت جذب بیشتر و تثبیت بهتر رنگینه روی کالا نیاز به یک ماده واسط می باشد و آن را اصطلاحاً دندانه یا Mordant گویند. یک دندانه در واقع یک فلز با ظرفیت حداقل دو می باشد که در تشکیل پیوند شیمیایی بین رنگینه و لیف نقش بسیار مؤثری را ایفا می کند. دو نوع پیوند اساسی بین رنگینه- دندانه از یک طرف و دندانه- لیف از طرف دیگر به طور همزمان به وقوع می پیوندد که این دو نوع پیوند در مقایسه با پیوندهای یونی، واندروالس و هیدروژنی بسیار محکم تر می باشند.

یکی از این پیوندها، پیوند کووالانسی می باشد که دندانه با گروه های هیدروکسیل که هم در لیف (پشم و ابریشم) و هم در ماده رنگزای طبیعی وجود دارد، برقرار می کند و دیگری پیوند کئوردینانس می باشد که از طریق گروه های الکترون دهنده چون اکسیژن متصل به کربن از طریق پیوند دوگانه (گروه کربونیل) ایجاد می گردد. در نتیجه تشکیل این پیوندها کمپلکس رنگی حاصل می شود که اصطلاحاً آنرا لاک (Lake ) گویند. مجاور بودن گروه های مذکور جهت تشکیل حلقه های پنج و شش ضلعی که از ثبات بالایی برخوردارند، به پایداری کمپلکس حاصله کمک کرده و در نتیجة این مهم، رنگینه دارای ثبات شستشویی بالایی در روی لیف خواهد بود.

از ترکیبات متداولی که به عنوان دندانه استفاده می شود می توان به سولفات مضاعف پتاسیم و آلومینیوم (زاج سفید)، سولفات آهن (زاج سیاه)، سولفات مس (زاج سبز)، کلرید قلع و دی کرومات پتاسیم اشاره نمود.

بر حسب تقدم و تأخر عمل رنگرزی و عمل دندانه دادن، رنگرزی با مواد رنگزای طبیعی به سه طریق ممکن است صورت پذیرد:

• اول رنگرزی، سپس دندانه کردن الیاف رنگرزی شده

• اول دندانه دادن و سپس رنگرزی

• عمل دندانه و رنگرزی توأم. در این روش کلاف ها را در حمام محتوای دندانه، رنگینه و مواد کمکی ریخته و یک روز بعد برای شستشو بیرون می آورند.

 مراحل رنگرزی

1- خیساندن کلاف: کلاف پشمی یا ابریشمی را در حمام یا پاتیل آب گرم (30 تا40 درجه) برای 2 ساعت خیس می کنند، سپس آب کلاف را گرفته و در آب 30 تا 35 درجه همراه با مقدار کافی پاک کننده می شویند. پس از آن مجددا آبگیری کرده و با آب معمولی می شویند و پس از مرحله آبگیری خشک می کنند.

2- دندانه کردن پشم: ظرف حمام را گرم کرده و در آن آب می ریزند و در دمای 70 درجه سانتی گراد دندانه را اضافه کرده، بعد از 20 دقیقه کلاف شسته شده و نمدار را داخل حمام کرده و یک ساعت با دمای 80 درجه سانتی گراد ( برای ابریشم 70 درجه سانتی گراد ) قرار می دهند. قابل ذکر است که زمان لازم برای دندانه های مختلف، متفاوت است. مثلا" دندانه کردن با زاج سیاه وقت کمتری لازم دارد.

3- رنگرزی: حمام رنگ را آ ماده کرده و کلاف های شسته و دندانه شده را به حمام رنگ وارد می کنند. دمای حمام را به تدریج به جوش رسانده و به مدت یک ساعت کلاف ها در رنگ می جوشند و هر 5 دقیقه کلاف را با چوب همزن در رنگ غوطه می دهند. بر اثر تبخیر حجم محلول رنگ کم می شود، بنا براین با اضافه کردن مقداری آب جوش محلول را همواره در 20 تا 30 برابر وزن کلاف نگه می دارند.

پس از اتمام زمان ( یک ساعت )، جوشاندن را متوقف کرده و می گذارند تا حمام رنگ به مرور سرد شود سپس کلاف ها را خارج کرده، اول با آب نیمه گرم و سپس با آب معمولی و سرد شسته و آبگیری می کنند و در مجاورت هوای خشک قرار می دهند.

 ثبات رنگ

بنابه تعریف ثبات رنگی یک رنگینه عبارتست از: مقاومت رنگی خامه قالی رنگرزی شده در مقابل عوامل مختلف چون شستشو، نور، سایش و حلال های شیمیایی که در طول عمر مفید خود با آن مواجه می شود. هنگامی که یک خامة قالی رنگ شده در معرض عوامل مذکور قرار می گیرد، یک یا چند تغییر ممکن است، اتفاق افتد. از نقطه نظر کالای رنگرزی شده به تنهایی ممکن است اختلاف در عمق رنگی، در فام رنگی و یا در شفافیت صورت پذیرد. علاوه بر این تحت شرایط مشخص مثلاً شستشو، بخش های سفید کالا ممکن است رنگی شده و بخش های رنگی نیز به دلیل مهاجرت رنگینه از نقاط دیگر به آنها دارای رنگ جدیدی گردند. این پدیده تحت عنوان لکه گذاری شناخته می شود. لذا ثبات رنگ خامه فرش دستباف به مقاومت این قبیل تغییرات تحت شرایط مشخص شناخته می شود.

اکثر رنگینه های طبیعی دارای ثبات نوری از ضعیف تا متوسط هستند و این در حالی است که رنگینه های شیمیایی دارای محدوده وسیعی از ثبات ها یعنی از ضعیف تا عالی می باشند.

ثبات نوری یک خامه رنگرزی شده به عوامل داخلی چون ساختار شیمیایی رنگینه، حالت فیزیکی رنگینه، غلظت رنگینه، ماهیت خامه رنگرزی شده و خلاصه نوع دندانه مورد استفاده بستگی دارد.

ساختار شیمیایی یک مولکول رنگینه به دو بخش تقسیم می شود: بخش اصلی یا کروموفور رنگینه که رنگین بودن ملکول رنگینه به آن بستگی دارد و بخش دوم که خصلت کاربردی و یونی بودن رنگینه را باعث می گردد که به عنوان گروه های آکسوکروم شناخته می شوند. به طور کلی کروموفور و بخش اصلی رنگینه ثبات نوری یک رنگینه را تعیین می کند و گروههای آکسوکروم بمراتب اثرات کمتری را در این مهم ایفا می نمایند. آنالیز مواد رنگزای طبیعی فهرست شده در کتاب مرجع رنگ نشان می دهد که تقریباً 50 درصد از کل مواد رنگزای طبیعی از خانواده فلاونوئیدها بوده و مابقی از خانواده آنتراکینون، نفتوکینون و ایندیگوئیدها می باشند. ترکیبات فلاونوئیدها دارای ثبات نوری بالایی بوده ولیکن رنگینه های آنتراکینون و ایندیگوئیدها دارای ثبات های نوری عالی هستند. البته قابل ذکر است که ثبات نوری رنگینه های آنتراکینون با افزایش استخلاف گروه های هیدروکسیل در ملکول رنگینه کاهش می یابد. همچنین بزرگی ساختار می تواند ثبات نوری را بهبود بخشد.

حالت فیزیکی رنگینه معمولاً مهتر از ساختار شیمیایی می باشد و به طور کلی هر چه تجمع ملکولی رنگینه در لیف بیشتر باشد، ثبات نوری رنگینه بیشتر است. در مطالعاتی که Cox - Crews در سال 1987 روی سرعت رنگ پدیدگی بعضی از رنگینه های طبیعی انجام داد مشخص گردید که سرعت رنگ پریدگی روناس و اسپرک دندانه داده شده با فلزات آلومینیوم و قلع مشابه بیشتر رنگینه های شیمیایی در ابتدا زیاد ولی بعد از مدتی با شیب کمتر به صورت ثابت ادامه دارد. همچنین مشاهده شد که سرعت رنگ پریدگی ایندیگو و قرمزدانه دندانه داده شده با فلزات آلومینیوم و قلع با سرعت ثابت اتفاق می افتد.

ثبات نوری خامه فرش دستباف رنگرزی شده معمولاً با افزایش غلظت رنگینه در لیف افزایش می یابد.

ساختار شیمیایی و پارامترهای فیزیکی لیف می تواند روی ثبات نوری خامه رنگرزی شده تأثیر گذار باشد. به عنوان مثال کومینگ و همکارانشان رنگ پریدگی روی الیاف پنبه را به اکسید شدن سلولز نسبت می دهند، در حالی که الیاف پروتئینی مثل پشم، کرک و ابریشم خاصیت احیائی دارند.

نیل (ایندیگو) روی پشم نسبت به پنبه دارای ثبات نوری بیشتری است در حالی که روناس رفتاری برعکس دارد.

ثبات نوری رنگینه های دندانه ای همچنین به نوع دندانه و روش دندانه دادن بستگی دارد. زیرا در هنگام دندانه دادن کمپلکس های متفاوتی با انواع دندانه ها ممکن است تشکیل شود که اینها از نظر مقاومت نسبت به نور با یکدیگر متفاوت هستند. همچنین خود فلز می تواند اثرات کاتالیزوزی مثبت یا منفی روی تخریب نوری رنگینه داشته باشد. در مطالعاتی که Cox - Crews روی 18 نوع رنگینه زرد طبیعی انجام داد مشخص گردید که تاثیر دندانه حتی از ساختار خود رنگینه روی ثبات نوری مهم تر است. همچنین او نتیجه گرفت که تغییرات رنگی (رنگ پریدگی) نمونه های پشمی رنگرزی شده و دندانه شده با فلزات قلع و آلومینیوم نسبت به فلزات مس، کروم و آهن خیلی بیشتر است.

عوامل خارجی همچون منبع نوری، شدت نور، دما، رطوبت و آلودگی محیط نیز می تواند روی رنگ پدیدگی یک کالای رنگرزی شده مؤثر باشد.

ماهیت نور تابیده شده و نوع منبع نوری عامل خیلی مهم در رنگ پدیدگی می باشد. رنگینه های بی ثبات با تابش نور مرئی کم رنگ می شوند در حالی که رنگینه های با ثبات نوری بالا تحت تابش اشعه ماورای بنفش رنگ خود را از دست می دهند. اشعه ماورای بنفش فاکتور بسیار مهم در رنگ پدیدگی بوده که تأثیر آن روی رنگینه های زرد و نارنجی بیشتر است.

تحت شرایط عادی تابش نور، دما و رطوبت هر دو می توانند روی سرعت رنگ پدیدگی کالای نساجی (خامه فرش دستباف) تأثیر داشته باشند. به عنوان مثال کاهش درصد رطوبت از 65 به 25 باعث کاهش شدید در رنگ پریدگی می گردد.

آلودگی محیط چون حضور دی اکسید گوگرد و اکسیدهای نیتروژن و ازون در هوا می توانند با رنگینه ها حتی در غیاب نور واکنش دهند.

حضور بعضی مواد کمکی در لیف که هنگام رنگرزی یا قبل و بعد از رنگرزی روی خامه فرش آورده شده اند ممکن است روی رنگ پریدگی موثر باشند. به طوریکه وجود موادی چون نشاسته فرآیند رنگ پریدگی را تشدید میکند. و بالعکس عملیات بعدی ابریشم با اسید تانیک خواص ثباتی بعضی از رنگینه های طبیعی را بهبود می بخشد.

در مطالعاتی که Cristea و همکارش به منظور بهبود ثبات نوری رنگینه های طبیعی روی پنبه انجام دادند مشخص شد که استفاده از ویتامین C و اسید گالیک که به عنوان مواد آنتی اکسیدان و جاذب اشعه ماورای بنفش هستند می توانند ثبات نوری رنگینه های روناس، اسپرک و وسمه را بهبود بخشند.