صباغ

في اللغة العربية الصِّبْغُ والصِّباغُ و الصِّبْغةُ ما يُصْبَغُ به وتُلَوَّنُ به الثياب ، و الجمع أَصْباغٌ و أَصْبِغةٌ.

والأصبغة هي مواد كيميائية عضوية قادرة على امتصاص وعكس الضوء بأطوال موجات انتقائية ضمن المجال المرئي للطيف الكهرمغناطيسي[1]. و الصباغ هو مادة ملونة لها إلفة (Affinity) للمادة الملوَنة. يحتاج الصباغ إلى وسط سائل ليتمكن من الانتقال إلى المادة الملوَنة، وقد يحتاج إلى مرسخ لوني (Mordant) لتحسين ثباتية اللون في الألياف المصبوغة. ينتج اللون من الصباغ، أو الخِضَاب، نتيجة امتصاصهم لبعض أطوال الموجات الضوئية. إن الخُضُب (ج خضاب) بعكس الأصبغة بشكل عام، تنحل في الماء وليس لها أي إلفة للمواد المصبوغة.

أظهرت الدلائل الأثرية[ما هي؟] استخدام الصباغة منذ أكثر من 5000 عام خصوصا في الهند والشرق الأوسط. تم الحصول على الاًصبغة في حينها من النباتات والحيوانات أو الفلزات بدون أو مع تعديلات بسيطة. وقد كانت النباتات المصدر الأساسي للأصبغة واستخرجت من الجذور والثمر واللحاء والأوراق والخشب، ولكن القليل منها استعمل للإنتاج التجاري.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الملونات

المادة الملونة هي المادة التي تضفي لوناً دائماً على منتج ما نتيجة تأثير غير فيزيائي على هذا المنتج. وكانت أولى المواد الملوِّنة من أصل نباتي مثل النيلة الملوِّن الأزرق الغامق والكركم الملوِّن النارنجي البني، أو من أصل حيواني مثل سواد العاج. كما تم إنتاج الجزء الأعظم من المواد الملوِّنة الطبيعية اصطناعاً، وبذلك نشأ إطار المواد الملونة الاصطناعية.[2]

والملوّنات تكون على هيئة أصباغ مخضّبات، وهي إما طبيعية موجودة في المادة (مثل الكلوروفيل في النبات)؛ أو تخلط بها ميكانيكياً (مثل المخضِّبات الجافة في ضروب الدهان)؛ أو تمنح اللون وهي في محلول للمنتَج (مثل الأصبغة العضوية للأنسجة). وفي الواقع يصعب وضع حد فاصل واضح بين الأصبغة وبين المخضّبات. ويُطبَّق مصطلح «الملوِّن» على الأبيض والأسود إضافة إلى الألوان الحقيقية. وتدعى الأجهزة التي تُستعمل في قياس اللون مقاييس اللون.

وليس بالضروري أن تكون المادة الملوَّنة هي نفسها ملوِّنة بل قد تلوِّن مادة أخرى؛ وذلك بتثبتها على المادة المراد صبغها.


بنية الصباغ

إن بنى جزيئات الصباغ معقدة مقارنة مع بنى معظم المركبات العضوية المعروفة. ورغم هذه البنى المعقدة، فإن لبنى الأصبغة سمات عامة، فمعظم جزيئات الصباغ تحتوي عدد من الحلقات العطرية متصلة بنظام مترافق(conjugated system) هو نظام لتتابع طويل متناوب للروابط الأحادية والثنائية بين ذرات الكربون وذرات أخرى.(مثال: C=C-C=C-C). يسمى هذا الترتيب حامل اللون أي الوحدة الحاملة للون. يلزم خمس أو ست ذرات كربون مترابطة على الأقل في هذا النظام المترافق لكي تعطي لونًا. يكون إرتباط الإلكترونات في النظام المترافق ضعيفًا بحيث يستطيع الضوء الساقط أن يحفز هذه الإلكترونات، ويعطيها الطاقة اللازمة لتقفز من مستوي طاقي إلى آخر، مما يعني امتصاص بعض أطوال موجات الضوء الساقط. المهم أن مزيجًا من أطوال المواجات الباقية تنعكس معطية اللون.

 
البنية الكيميائية للكاروتين. يتضح فيها تتابع لأحد عشر تتابع لنظام مترافق يشكل حامل اللون لهذا الجزيء

كل صباغ يحتوي إذا على قسمين:

  1. حامل اللون بالإنگليزية: Chromophores: وهو كما ذكرنا عبارة عن نظام مترافق، والجزيئات غير الحاوية على هذا القسم تكون عديمة اللون.
  2. المِصباغ بالإنگليزية: Auxochromes: ويسمى أيضًا حاث الصبغ، و وظيفته تعزيز وتكثيف وتعميق اللون.

تخترق الأصبغة عادة الألياف إنطلاقا من حمام الصباغة وتبقى في الجزء غير البلوري (Amorphous area) داخل الألياف. تساهم المصابيغ (ج مِصباغ) في الامتصاص المتساوي للصباغ لأنها تزيد من انحلاليته. والمصابيغ تمكن أيضا من تشكيل قوى الترابط بين الصباغ والبوليمر في الألياف، فيحسن ثباتية اللون للمواد المصبوغة أو المطبوعة. تبقى الأصبغة داخل الليف بفعل الروابط الهيدروجينية، أو الروابط الشاردية، أو بفعل ميكانيكي. قلة من الأصبغة تتفاعل مع البوليمرات في الألياف لتشكل روابط تساهمية.

حجم جزيئات الأصبغة يلعب دورًا مهمًا في تحديد خصائصها خلال عملية الصباغة وفي مواصفات المنتج النهائي. فالأصبغة الصغيرة ذات ميل أكبر للإنتشار داخل الألياف. وكلما كبر جزيء الصباغ، كان احتمالية بقاؤه داخل الألياف أكبر، أي تتحسن ثباتية الصباغ في الماء.

يمكن تشبيه الأصبغة بالشرائط الورقية. فهي ذات طول و عرض لكنها ذات ثخانة ضئيلة. هذه البنية الخطية والمتوزعة في نفس المستوى الفراغي تنفي وجود زمر كيميائية حجمية تساعد أو تمنع امتصاص الأصبغة داخل الألياف. هذا الشكل الخطي يساعد الصباغ على أن يرصف نفسه بين جزيئات البوليمر في الألياف ويرتبط معها بروابط مختلفة. إن ثباتية الأصبغة تعتمد على كثافة ونوع قوى الترابط مع الألياف.

أنواع الأصباغ

أصباغ طبيعية

ملوِّنات ذات أصل حيواني

تضم هذه المجموعة القُرْمُز الذي يعد أجود الملوِّنات الطبيعية. كان يستخلص قديماً بماء ساخن، وتُعرف الخلاصة المُلَوِّنة في الأسواق باسم أحمر قُرمُزية الصبار.

يأتي أحمر قرمزية الصبار من مستخلص يُحصل عليه بطبخ أجساد الحشرات الأنثى من أفراد فوق فصيلة القرمزيات وفوق فصيلة الأرْقيات التي هي فوق فصيلة من الحشرات صدريات الخرطوم عائدة إلى متماثلات الأجنحة. وهو حلول قليلاً في ماء بارد، وصبغه الرئيسي هو حمض القرمز. إذا ما عولج مستخلص القرمز بملح ألمنيوم ينتج أحمر القرمز الذي هو متمخلب لحمض الكرمينيك، وبالتحكم بنسبة حمض الكرمينيك يمكن الحصول على درجات لون صبغية تُعرف بالفريز أو الفراولة.

يستخدم هذا الملوِّن في حانوت الحلواني لتلوين الأشربة والحلوى والمربيات، وكذلك في المعلبات الغذائية (الكونسروة) النباتية، والبوظة، واللبنيات مثل اللبن والجبن الطازج، وفي منتجات اللحوم، وفي الأشربة. وتستخدم نسبة مهمة منه في صناعة مستحضرات التجميل، ولا تعرف له تأثيرات ضارة بالصحة.

أما الموناسكوس فهو ملوِّن طبيعي من أصل حيواني (أصناف ميكروبيولوجية)، ولا يظهر في اللائحة الإيجابية للملوِّنات المسموح بها في الاتحاد الأوربي ولا في الولايات المتحدة. وقد استخدم مع ذلك في الشرق منذ مئات السنين استخداماً دوائياً أو من أجل تلوين النبيذ. ينمو الموناسكوس على أرز الشرق منتجاً كتلة حمراء يمكن أن تدمج في الأغذية كما هي، أو على شكل مسحوق مجفَّف، فتبدي درجات ألوان من الأصفر إلى الأحمر.

ملوِّنات ذات منشأ نباتي

تتشكل هذه المجموعة من سلسلة من المركبات منها الأنتوسيانين (التي هي من الصبغات النباتية الغليكوزيدية الذوّابة النسغية المسؤولة عن أغلب التلون القرمزي والأرجواني والبنفسجي الزاهي والأزرق في النباتات العليا)، والكراميل، وأشباه الكاروتن، وضروب الكلوروفيل، واليصفور، والكربون النباتي.

تنتمي ضروب الأنتوسيانين إلى صنف أشباه الفلافون، وهي صبغات حمراء اللون وبرتقالية وزرقاء، حلولة في الماء وملوِّنة على نحو شديد، وهي على نحو عام مسؤولة عن ألوان العنب والفريز وثمرة توت السياج والتوت وضروب الخلنجيات التي لها أزهار ذات لون أبيض مخضر أو وردي، والتفاح الوردي، والذرة البيضاء. إن بالإمكان الحصول على الخلنجيات[ر] وعلى أي من النباتات السابقة لاستخدامها من أجل ملون غذائي، لكن هناك -لأسباب تجارية - مصادر أكثر استخداماً مثل قشرة العنب ومنتجات ثانوية أخرى من أجل صناعة عصير العنب والنبيذ.

تستخدم في الصناعة الغذائية منتجات حمضية مثل ضروب الهلام والمربيات، لكنها أقل من ذلك في منتجات اللحوم والألبان وصناعة الحلويات النباتية، وضروب النبيذ والكونسروة أو معلبات السمك.

ليست ضروب الأنتوسيانين مواد معروفة كلياً، وذلك لتنوعها الشديد ولأسباب أخرى، وقد غدت اليوم هدفاً لدراسات كثيرة؛ ومع ذلك فإن من المعروف أنه عندما يتناول الإنسان هذا النمط من الملوِّن فإن جزءاً كبيراً منه تخربه زمرة الجراثيم المعوية، وتحذف البقايا الممتصة عن طريق البول، وعلى نحو أساسي في الصفراء قبل حدوث بعض التحولات.

أما الكراميل فيمكن القول: إنه ملوِّن أكثر استخداماً في الصناعة الغذائية، وكان أول ملوِّن يستخدم في المشروبات الغولية، وهو أحد الملونات الأكثر استخداماً في مشروبات الكولا، وقطع الحلوى الدبقة، والبيرة، والمثلجات، والفواكة وضروب الحساء المحضَّرة، وشتى المنتَجات المختصة باللحوم.

كان الكراميل يصنع في بادئ الأمر بتسخين السكر؛ أما في الوقت الحاضر فيحصل عليه من كربوهيدرات[ر: السكريات] عدة مثل شراب الغلوكوز، ويُنتج هذا الملون أيضاً طبيعياً عندما يُطبخ لحم أو يحمّص خبز أو قهوةٌ أو رقاقات بطاطا. ومع أن نصف مكونات الكراميل تقريباً هي سكاكر قابلة للتمثل، إلا أن الكراميل لا يُعرف على نحو دقيق؛ لأن مكوناته النوعية الأخرى قليلة الامتصاص في الأمعاء.

تؤلف الأصباغ الجزرانية مجموعةً واسعة من صبغات ذات لون أصفر وبرتقالي توجد في الحمضيات والجزر والبندورة الحمراء والفلفل الأحمر والكزبرة والعصفر وصفار البيض وسمك التروتة وسمك سليمان والطحالب والخلائط الناتجة من صناعات الحمضيات وإن الصبغ الحاصل هنا هو صبغ أصفر اللون، وقد استخدم على نحو رئيس في الخبازة والمنتجات اللبنية. ونبات البندورة Solanum lycopersicum استخدامه محدود بسبب رائحته الشديدة، والفليفلة الحمراء Capsicum annuum، يُستخرج منهما الكبسانتين (الخضاب الكاروتيني الأحمر اللون إلى القرمزي). كما يستخدم زيت الفليفلة منكهاً.

أما الگردينيا Gardenia، فهي شجرة من الفصيلة الفوية ذات أزهار ضخمة بيضاء شديدة الرائحة، يستخدم لونها في صناعة ضروب الكراميل، والمعجنات الغذائية، وتحضير بيوض السمك.

طُرحت منذ بعض الوقت فرضيةٌ مفادها أن بتا الكاروتن ß carotene، أو بالأحرى الأغذية التي تحويه، قد يكون لها تأثير حافظ تجاه بعض أنماط السرطان.

إن ضروب اليخضور (الكلوروفيل) هي أصبغة خضراء موجودة في نباتات التركيب الضوئي، وقد استخدم اللون الأخضر في الفواكه والخضراوات دليلاً على الطزاجة وحالة النضج. ويضاف اليخضور على نحو عرضي إلى الزيوت والعلك والمثلجات والمشروبات المرطِّبة المنعشة، وإلى ضروب الحساء المحضَّرة والمنتجات اللبنية (الجبن والألبان).

أما الكركم Curcuma longa من الفصيلة الزنجبيلية فهو التابل الأساسي في الكاري الذي هو خليط من التوابل النباتية التي تشمل الكركم والكزبرة والقرفة والكمون والزنجبيل وحب الهال والفلفل الحريف (الأحمر) وفصوص القرنفل وجوزة الطيب، وتعطيه لونه الأصفر الشديد المتميز. ويستخدم أيضاً ملوِّناً للخردل، وفي تحضيرات من أجل ضروب الحساء والمرق، وهو في بعض المنتجات المختصة باللحوم ملوِّن تقليدي أيضاً في منتجات لبنية مثل المثلجات (البوظة).

ومن الملوِّنات النباتية الأخرى الحِناء lawsonia، وهي شجيرة تنتج أوراقها ملوناً نباتياً. تعطي الحناء على نحو عام درجة لون ضارب إلى الحمرة، لكنها تعطي بمزجها بأعشاب أخرى عدداً لا يحصى من الألوان، وإذا أُحسن استعمالها فإنها تعطي لوناً جديداً وجميلاً لا يؤذي الشعر، إضافة إلى أن استعمالها غير معقَّد.

أصباغ صناعية

وليم بركِن William Perkin مابين (1838-1907) أول من اصطنع مادة ملوِّنة عام 1856، إذ استحصل على الصباغ النهدي mauve مصادفة عندما كان يسعى إلى استحصال الكينين. ثم قام غيره باصطناع العديد من الملوّنات الأخرى. واكتشف باير صيغة النيلة عام 1883.

أما حالياً فمعظم المواد الملوِّنة تُصطنع كيمياوياً؛ إذ تصطنع المواد الملوِّنة الطبيعية إضافة إلى الألوف من الملوِّنات الاصطناعية، حتى أصبح عدد المواد الملوِّنة التي تستعمل في الصناعة يتجاوز الألفي صنف.

وكان الألماني أوتو نيكولاوس ويتOtto Nikolaus Witt ما بين (1853-1915) أول من اكتشف تأثير البنية على لون الجزيء [ر. الصباغ]. وقد بيَّن أن المركبات التي لها في بنيتها زمر معينة تكون ملوَّنة. وتدعى هذه الزمر أو المجموعات كروموفورات chromophores وتدعى المادة الملوَّنة كروموجين chromogen. والكروموفورات المهمة الشائعة هي: النتروزو NO−، النترو NO−، رابطة آزو −N2- بين زمرتين عطريتين، بنيات الكينونوئيد

 

والكيتونات الثنائية -CO-CO-، وزمر الكيتون غير المشبعة في المركبات الحلقية.

ولكي يقوم المركب بدور الصباغ ينبغي أن يبقى الصباغ ثابتاً على النسيج ولو غُسل النسيج أو شُطِف؛ وليست جميع المواد الملوِّنة صباغات، فبعضها الذي يتميز بوجود بعض الزمر المستبدَلة والتي أطلق عليها «ويت» اسـمَ أكسـوكـرومـات auxochromes، تصبغ الصوف الحريـر مباشـرة والقطن في بعض الأحيان. والأُكسوكرومات الحقيقـية أسـاسـية[ر: الأسـس] basic وهي تشـمل NH2−، وNHR−، وNR2−، وبوجودها في الجزيء يصبح اللون أغمق، أما الأكسوكرومات الحمضية فتجعل اللون أفتح وهي SO2OH−، وCOOH−، وOH−. مثال ذلك صباغ الكريسوئيدين chrysoidine الذي صيغته C6H5NNC6H3(NH2)2 وهو ينتج من اتحاد ملح كلوريد البنزِن ديازونيوم مع ميثيل فينيلين ديامين الذي ناتج اتحاده مع حمض كلور الماء C6H5NNC6H3(NH2)2.HCl يعمل ملوِّناً للألياف النسيجية القطنية والحريرية فيمنحها اللون النارنجي.

 

فالزمرتان NH2− في الديامين لهما خاصة جديدة، حيث نواتج التفاعل لها خاصة إنتاج أملاح ذوابة بالماء، إضافة إلى أنها يمكنها التثبت على الألياف النسيجية ما يؤدي إلى تلونها.

يمكن تصنيف الأصبغة حسب بنيتها الكيمياوية، إلا أن الصبّاغ يصعب عليه، عملياً، الاعتماد على مثل هذا التصنيف، ومن الأسهل عليه تصنيفها وفقاً لطرائق استعمالها. كما جرت محاولات عديدة لتصنيف الأصبغة في «كتالوجات» خاصة وأعطيت للأصبغة أسماء تجارية خاصة لا علاقة لها ببنيتها الكيمياوية البتة، مثل »كتالوج« شولتز، فالمركب الذي سمِّي أسود الأليزارين، على سبيل المثال، غير مشتق من الأليزارون.

التصنيف الكيميائي والتصنيف التطبيقي

الصانعون يصنفون الأصبغة حسب قوامها وتركيبها الكيميائي الذي يشير أيضا إلى طريقة تصنيعها. فمثلاً، الأصبغة الآزوية تحتوي على زمرة واحدة أو أكثر من زمر الآزو (-N=N-). وأصبغة الأنتراكينون تتميز بحلقتين عطريتين متصلتين مع بعضهما عن طر يق زمرتي كربونيل (-CO-). كل جزيء صباغي ضمن هذه التصنيفات الكيميائية له اسم نظامي.

الصباغين في معاملهم يفضلون استخدام التصنيف التطبيقي للأصبغة. فالأصبغة ذات التطبيق المشابه تصنف مع بعضها، بغض النظر عن بنيتها الكيميائية. وهكذا فإن جميع الأصبغة ضمن نفس التصنيف التطبيقي سوف تصبغ مجموعة معينة من الألياف. فالأصبغة الآزوية وأصبغة الأنتراكينون يمكن أن تتواجد في معظم التصنيفات التطبيقية.


تصنيف الصباغ نوع الألياف ممكنة الصباغة مبدأ الصباغة ثباتية اللون للضوء ثباتية اللون للغسيل ثباتية اللون للحك ثباتية اللون لمواد القصر
أصبغة حمضية نايلون ، صوف إلفة شاردية قوية جيدة متفاوتة جيدة مقبولة
أصبغة قلوية أكريليك، بعض أنواع البولي استر، بعض أنواع النايلون إلفة شاردية قوية متفاوتة ممتازة ممتازة ضعيفة
أصبغة مشتتة أسيتات، بولي استر، أكريليك، نايلون انحلالية بسيطة جيدة جيدة جيدة جيدة
أصبغة تفاعلية ألياف سيليلوزية، صوف تفاعل كيميائي مع الألياف جيدة ممتازة ممتازة ضعيفة
أصبغة مرسخة ألياف طبيعية (معالجة مسبقا) (القطن والصوف بشكل أساسي) إلفة الصباغ للمرسخات متفاوتة مقبولة مقبولة متفاوتة
أصبغة آزوية ألياف سيليلوزية احتجاز نتيجة تفاعل الصباغ ممتازة ممتازة ممتازة ممتازة
أصبغة الخضاب كل أنواع الألياف مواد رابطة ممتازة مقبولة مقبولة ممتازة
أصبغة كبريتية ألياف سيليلوزية احتجاز داخل الليف ممتازة ممتازة جيد ضعيفة
أصبغة الحَلَّة (الراقود) ألياف سيليلوزية احتجاز داخل الليف ممتازة ممتازة جيد ممتازة


تباع الأصبغة بشكل مسحوق أو بشكل حبيبات تجنبا لمشكلة غبار الصباغ الذي يمكنه أن يلوث مساحة كبيرة وله مضاعفات على صحة العمال. ويمكن أن تباع بشكل عجينة ذات أساس مائي ويكون تركيز الصباغ فيها أقل ولكنها أسهل إنحلالا في الماء. وهي تحتوي على كمية أقل من العناصر المشتتة.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

مكونات الصباغ التجاري

قد تحتوي الأصبغة التجارية على عناصر أخرى مثل:

  1. أملاح أو نشاء
  2. عامل تبليل (Wetting agents)
  3. عامل مشتت (Dispersing agents)
  4. شوائب خلال عملية التصنيع
  5. عناصر ضد التغبير وهي عبارة عن مواد ذات قوام زيتي. (Anti-dusting agents)
  6. محلول منظم للباهاء (Buffer solution)
  7. عوامل مساعدة على الاستقرار (Stabilisers)
  8. الصباغ

اختيار الصباغ

  1. حسب نوع ألياف المادة النسيجية
  2. شكل المادة النسيجية ودرجة التجانس اللوني المطلوبة، فصباغة الألياف لا تحتاج إلى تجانس عالي لأنها ستختلط في العمليات اللاحقة.
  3. خصائص الثباتية المطلوبة.
  4. طريقة الصباغة المعتمدة.
  5. الكلفة الكلية.
  6. الآلات المتوفرة.
  7. اللون الذي يطلبه الزبون.

مراجع

  1. ^ Textile Science, K.L.Hatch, 1993, ISBN 0-314-90471-9
  2. ^ صلاح يحياوي. "المادة الملوِّنة". الموسوعة العربية. Retrieved 2011-06-22.