Je leest:

Van koninklijk purper tot haarverf

Van koninklijk purper tot haarverf

Auteur: | 1 januari 2007

Het is zonder twijfel een van de mooiste stukjes scheikunde die er zijn: de chemie van kleurstoffen. Bijna oneindig lijkt de variatie in kleurstoffen bij bloemen, fruit, vlinders en gesteenten. En bij de mens zelf: mensen met een donkerbruine huid, een lichtroze huid, blauwe ogen of bruine ogen, zwart haar of blond haar. Al eeuwen lang probeert de mens dat nog verder te verfraaien met make-up en haarverf, maar vooral met kleurige kleding. Dankzij de scheikunde is dat nu op grotere schaal mogelijk dan ooit. De enorme vraag naar goed hechtende en goedkope textielkleurstoffen is in de 19de eeuw de motor geweest achter de stormachtige groei van de scheikunde.

Jane Sampson | Dreamstime

Mooi en fel gekleurde kleding, zoals we die nu kennen, is nog maar betrekkelijk kort voor de gemiddelde burger betaalbaar. Van de oudheid, de middeleeuwen en de tijd tot zo’n anderhalve eeuw geleden, moeten we ons geen al te kleurige voorstelling maken. De meeste dagelijkse kleding had nauwelijks kleur: bruin, naturel of wat wazig groen. Dat had een groot voordeel: aan de kleur was niet te zien of het kledingstuk ooit gewassen was.

Alleen de adel en de geestelijkheid konden zich fel gekleurde kleding permitteren. Beroemd was in de oudheid Tyrisch purper, dat uit slakken werd gewonnen. Toen een onderzoeker in 1909 nog wat Tyrisch purper maakte, kreeg hij al snel in de gaten hoe duur deze stof geweest moest zijn: 12000 purperslakken (Murex brandaris) leverden maar 1,4 gram kleurstof.

De kleur van chemie

Dit artikel is afkomstig uit het hoofdstuk ‘Kleuren zien’ uit de VU-uitgave ‘De kleur van chemie’, een bundeling van informatieve brochures voor havo/vwo scholieren.

Gelukkig was dat voldoende om de structuurformule van de stof te bepalen. Dat leverde een verrassing op: het bleek gewoon een indigomolecuul te zijn met daaraan twee broomatomen. De duurste koningsmantels in de oudheid bleken dus geverfd te zijn met een kleurstof die nauw verwant is aan de kleurstof van onze tegenwoordige spijkerbroeken. Daarbij viel de kleur van Tyrisch purper nogal tegen: de ‘koninklijke kleur’ bleek lang zo mooi niet als die van veel synthetische kleurstoffen.

Mislukt experiment

De ontdekking en grootschalige productie van synthetische kleurstoffen begon in 1856 met een mislukte scheikundeproef. In dat jaar probeerde William Perkin, een Engelse scheikundestudent die in Duitsland studeerde, tijdens zijn vakantie in Londen uit aniline het geneesmiddel kinine te maken. Maar helaas, zijn proef mislukte. In plaats van kinine kreeg hij een paarsblauwe prut.

Dat proeven mislukten was in die tijd heel normaal. De grote verdienste van Perkin was, dat hij de ‘rommel’ niet weggooide, maar ging testen als verfstof. Het bleek prima aan textiel te hechten. Omdat hij een goed practicumverslag had bijgehouden had hij nu – in plaats van een geneesmiddel – het recept voor de eerste synthetische kleurstof in handen. Hij noemde het mauveïne. Dit was het begin van een nieuw tijdperk.

Kleur in het haar

Wikimedia commons

De ontdekking van William Perkin bracht ook nieuwe mogelijkheden voor de kappers. Tot dan toe waren voor het kleuren van haren plantaardige stoffen gebruikt zoals indigo, kamille en henna. Deze laatste stof wordt nog steeds toegepast: gecombineerd met metaalzouten is een grote variatie aan kleuren te maken.

De ontdekking van anilinekleurstoffen zorgde voor nieuwe en betere haarverven. De gewenste kleurstof wordt in het haar gevormd (‘ontwikkeld’, zegt de kapper) door reactie van aniline-achtige stoffen met waterstofperoxide. Door deze reactie worden grotere moleculen gevormd die het haar niet meer kunnen verlaten, zodat het haar blijvend een nieuwe kleur heeft.

Perkin wijdde zich verder aan het bouwen van fabrieken om meer van deze en soortgelijke stoffen te maken. Goede en goedkope anilinekleurstoffen veroverden de wereld. Langzamerhand ontstond de kleurrijke samenleving die we nu kennen. Perkin kreeg een ridderorde en werd schatrijk.

Hechting aan textielvezels

Niet alleen zijn de laatste anderhalve eeuw talrijke nieuwe kleurstoffen ontdekt, maar ook werd duidelijk hoe de hechting aan textielvezels tot stand komt. Immers, een kleurstof kan pas op textiel gebruikt worden, als hij goed aan de vezel hecht. Inmiddels is ook van enkele processen die al sinds de oudheid worden gebruikt nu de scheikundige achtergrond duidelijk.

Jeanskleurstof indigo bijvoorbeeld is onoplosbaar en hecht niet aan de buitenkant van vezels. Verven met indigo kan dus niet: het textiel komt vrijwel kleurloos uit het verfbad. Maar wel kan de indigo met een reductor omgezet worden in een goed oplosbare gele stof (twee ketongroepen worden daarbij veranderd in polaire hydroxygroepen). Met die stof kun je heel goed textiel verven. Het wordt dan geel. Wanneer de vezel doordrenkt is met deze stof, kan met een oxidator zoals zuurstof de onoplosbare blauwe indigo weer teruggevormd worden. Dit zit dan opgesloten binnen in de vezels. Beschadiging van de vezels (vooral bij ‘stone-washing’) is funest voor de kleur, de indigo spoelt voor een deel weg en de stof wordt bleker.

Andere kleurstoffen hechten zich aan de vezel met waterstofbruggen of ionbindingen, of gaan een reactie aan met de vezel. Verschillende soorten vezels kunnen hierbij andere kleurresultaten geven. Zo hechten zure of basische kleurstoffen soms beter aan wol (een eiwitvezel met veel geladen groepen) dan aan katoen, dat een cellulosevezel is. Vaak wordt gebruik gemaakt van een zogenaamd bijtmiddel. Dat is een metaalzout met meerwaardig positief geladen metaalionen, zoals ijzer, tin en chroom-ionen. Deze ionen hechten zowel aan de vezel als de kleurstof. Door de reactie met de kleurstof verandert bovendien de kleur, zodat soms mooiere en fellere kleuren ontstaan.

Indigo

Wikimedia Commons

Spijkerbroekenblauw, of indigo, is waarschijnlijk de meest populaire kledingkleurstof. Het is tegelijk een van de langst bekende kleurstoffen, want al in de oudheid wisten de Indiërs dat uit de bladeren van de indigoplant, de Indigofera tinctoria, deze kleurstof te winnen was. De hoeveelheid indigo die gemaakt kon worden, bleef vrij klein, en de prijs dus hoog. Pas in de koloniale tijd werd de kleurstofproductie groots aangepakt. Vooral in India en Zuid-Amerika werden veel indigoplantages aangelegd.

Het winnen van de indigo uit de indigoplanten is erg arbeidsintensief. De planten moeten na het oogsten een tijdlang geweekt worden totdat ze gaan rotten. Een gele kleurstof gaat dan in oplossing en onder invloed van zuurstof uit de lucht wordt uiteindelijk het blauwe indigo gevormd. Aan het eind van de 19de eeuw waren alleen al in India honderdduizenden boeren bij de teelt van indigo betrokken, en werden de planten door tienduizenden arbeiders verwerkt.

Vanaf 1865 waren in Duitsland enkele firma’s bezig met de ontwikkeling van een manier om in het laboratorium indigo te maken. Dat bleek niet mee te vallen. Het kostte alleen al dertien jaar onderzoek om de structuurformule van indigo vast te stellen. Er werd onvoorstelbaar veel geld en energie in het onderzoek gestoken, zo overtuigd was men dat een geslaagde synthese een fortuin op zou leveren. In 1896 had men succes: na dertig jaar hadden onderzoekers bij BASF een winstgevende manier gevonden om indigo te maken. Al snel verdiende het bedrijf kapitalen aan de synthetische indigo terwijl in India de indigoteelt instortte. Binnen enkele jaren waren de indigoplantages verlaten en duizenden mensen werkloos.

Vrije Universiteit Amsterdam

Het boek ‘De kleur van chemie’ werd in 2007 uitgegeven door de Faculteit der Exacte Wetenschappen van de Vrije Universiteit Amsterdam (Afdeling Scheikunde en Farmaceutische Wetenschappen). Het is een geactualiseerde bundeling van informatieve brochures voor havo/vwo scholieren. Ze belichten de rol van de scheikunde op tal van gebieden.

Alle Kennislinkartikelen uit het hoofdstuk ‘Kleuren zien’:

Dit artikel is een publicatie van VU Amsterdam, Faculteit der Exacte Wetenschappen.
© VU Amsterdam, Faculteit der Exacte Wetenschappen, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 januari 2007

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.