Värjäyksen tarina - villi-ihmisistä viimeisimpiin virityksiin

Yliopistonlehtori, dosentti, Riikka Räisänen

 

Ihmisellä on aina ollut halu ilmaista itseään värein. Samalla tavalla kuin me tänä päivänä huumaannumme mitä ihanimmista väreistä myös esi-isämme ovat tehneet ennen meitä. Ensimmäiset ihmisen käyttämät väriaineet olivat maavärejä, metallien, mm. raudan ja mangaanin, oksideja, joita saatiin polttamalla maa-ainesta yhdessä eloperäisen orgaanisen aineksen kanssa. Maavärejä käytettiin mm. luolamaalauksissa (15000-9000 eKr.).

Värjäystaito on kehittynyt eri puolilla maapalloa suurin piirtein samoihin aikoihin. Vanhimpia värjättyjä tekstiilijäänteitä on löydetty ajalta (6000-4000 eKr.) niin Etelä- ja Väli-Amerikasta kuin Egyptistä, Kiinasta ja Intiasta. Värjättyjen tekstiileiden löytymiseen vaikuttaa se, että luonnonkuiduista valmistetut tekstiilit maatuvat hyvin helposti. On hyvin mahdollista, että materiaaleja on osattu värjätä jo aiemmin, niistä vain ei ole jäänyt todisteita meidän päiviimme. 

Väriaineet ja värjäys on kiehtonut tutkijoita läpi historian: alkemistit niin Mesopotamiassa, Egyptissä kuin Kreikassa ovat yrittäneet ratkaista värjäyksen salaisuutta ja orgaanisen kemian alkutaival 1700- ja 1800-luvuilla oli lähes kokonaan väriaineiden kemiaa. Kirjoitustaidon kehittyessä on värjäysreseptejä ja prosessin vaiheita alettu kirjoittaa muistiin, vaikka värjäystaito ja värjäysmenetelmät olivatkin tarkoin varjeltuja salaisuuksia. Eräs vanhimmista värjäystä käsittelevistä kirjoituksista on neo-babylonialainen nuolenpääkirjoitus ajalta 700 eKr., jossa kerrotaan useita menetelmiä villan värjäämiseksi mm. indigolla, mataralla ja näiden yhdistelmillä.

Väriaineet olivat kalliita. Varhaisimmissa tekstiileissä väriaineita oli käytetty säästeliäästi. Värillisiä alueita oli tekstiileissä vain vähän.  Jo sillä että osa loimista, kuteista tai molemmista oli värillisiä, saatiin aikaan monella tavalla kuvioituja kankaita. Raidalliset ja ruudulliset kankaat oli helppo toteuttaa. Pääsääntöisesti värejä oli kolme: keltaiset, punaiset ja siniset värit ja muut värit toteutettiin värjäämällä näillä eritavoin useampaan kertaan, esim. vihreää saatiin värjäämällä ensin keltaisella ja sitten sinisellä.

Paikallisia väriaineita on käytetty, mutta värjäyksen historiaa tutkittaessa on löytynyt hämmästyttävää yhtäläisyyttä sen suhteen, mitä väriaineiden lähteitä ja millaisia värjäysmenetelmiä on käytetty. Ilmiselvästi värjääjillä on ollut kokemusperäistä tietoa siitä, missä kasveissa on ollut samantyyppisiä väriaineita ja mikä on ollut paras värjäysmenetelmä juuri näiden väriaineiden saamiseksi tekstiiliin, esimerkkinä sinistä tuottava indigon hapetuspelkistys reaktio ja mataralla värjääminen.

1800-luvun puoliväliin saakka luonnonväriaineet olivat ainoita käytössä olevia väriaineita. Ensimmäinen kenotekoinen väriaine keksittiin 1856 kun englantilainen kemisti William Henry Perkin yritti syntetisoida kiniiniä kivihiilitervasta lääkkeeksi malariaan siinä onnistumatta. Sattuman kautta ja synteesin tuloksena syntyi kuitenkin myöhemmin Mauveiniksi kutsuttu sinipunainen väriliuos. Perkinillä sattui olemaan laboratoriossaan silkkiä ja hän kastoi kangaspalan liemeen. Viikon ikkunalaudalla pidettyään hän totesi väriaineella olevan riittävän värinkeston ja ryhtyi suunnittelemaan väriaineen laajamittaista valmistamista. Mauveinin intensiivinen väri kiinnitti paljon huomiota ja siitä tuli hetkessä tuon ajan muotiväri. Tämän ensimmäisen onnistuneen synteesin jälkeen tutkijat ryhtyivät tekemään vastaavanlaisia kokeita ja kehittelemään uusia väriaineita. Muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta kaikki väriaineiden perusrakenteet, joita yhä käytetään tämän päivän väreissä, oli keksitty 1800-luvun loppuun mennessä.

Keinotekoiset väriaineet korvasivat hyvin nopeasti luonnonväriaineet lähes kokonaan. Synteettisiä väriaineita oli yksinkertaista ja halpaa valmistaa suuria määriä. Niiden vaatimat värjäysprosessit olivat myös yksinkertaisia verrattuna moniin luonnonväriaineisiin. Nämä näkökulmat vauhdittivat väriaineteollisuuden kehittymistä. Vielä kun 1900-luvun alkupuolella tekstiilimarkkinoille tulivat tekokuidut, ensimmäisten joukossa selluloosamuuntokuitu viskoosi 1892, hieman myöhemmin polyamidi 1938 ja Teryleeni niminen polyesteri vuonna 1941, oli selvää, että uudentyyppisiä väriaineita tarvittiin. Tekokuidut eivät värjäytyneet luonnonväriaineilla lainkaan.

Väriaineiden kehittyminen ja väriaineteollisuuden kasvu on ollut valtavaa. Orgaanisen kemian edistymisellä ja molekyylien rakenteiden tunnistamisella on ollut käänteentekevä merkitys suunnitelmalliselle väriaineiden kehittämiselle. Merkittäviä edistysaskeleita on ollut ensimmäisten reaktiovärien keksiminen 1956, aikana jolloin puuvilla vielä oli yleisin tekstiilikuitu ja puuvillan värjäämiseen, mm. värin riittävän vahvaan kiinnittymiseen kuituun, liittyviä ongelmia pystyttiin tällä pitkälle ratkaisemaan. Öljykriisi 1970-luvulla vaikutti siten, että lähtöaineet pyrittiin löytämään muualta kuin öljyteollisuudesta. Tietokoneohjelmien kehittyminen on nopeuttanut ja parantanut synteesisuunnittelua.

Nykyisessä väriaineiden ja värjäysprosessien tutkimuksessa pyritään yhä energia- ja materiaalitehokkaampaan sekä ekologisempaan toimintaan. Värjäysprosessin ympäristömyötäisyyttä voidaan lisätä valitsemalla kullekin kuidulle ja käyttötilanteeseen parhaiten sopivat väriaineet. Värjäys tehdään pienemmällä materiaali-vesi-suhdeella ja värjäyslämpötilat ovat matalia, jopa 30 oC. Uusia väriaineita pyritään kehittämään siten, että niiden päällemeno kuituun olisi mahdollisimman korkea, jopa yli 90 % jolloin vain vähän reagoimatonta väriä jää värjäysliemeen. Värjäysprosessit ovat suljettuja ja väriliemiä kierrätetään. Myös käytettävien apukemikaalien määrää vähentämällä voidaan vähentää värjäyksen päästöjä. Yhä edelleen kuitenkin tavanomaisia väriaineita käytettäessä materiaali tarvitsee useat huuhtelut värjäyksen jälkeen irtovärin poispesemiseksi.

Aivan uudenlaista värjäysteknologiaa edustaa superkriittisen hiilidioksidin käyttö liuottimena veden asemesta. Värjäyksissä tarvitaan kuitenkin erikoislaitteisto, joka kestää painetta ja on siksi kallis investointi. Menetelmän etuja on se, että liuotin (superkriitiinen hiilidioksidi) voidaan kierrättää lähes 100 %:sti eikä värjättyä tuotetta tarvitse huuhdella. Haittapuolena kalliin laitteiston lisäksi on se, että menetelmä soveltuu tällä hetkellä hyvin vain tietyille tekokuiduille, kuten polyesterille. Tutkimusta muilla kuiduilla tehdään kuitenkin intensiivisesti.

Tärkeä näkökulma väriaineita kehitettäessä on terveydellisten haittavaikutusten minimointi. Kehittämistyössä pyritään väriaineiden laadukkuuteen, mm. hyviin värinkesto-ominaisuuksiin. Valitettavasti yhä edelleen kaikkia väriaineita ja niiden terveydellisiä vaikutuksia ei testata ennen kaupallista käyttöä.  Valvonnalla ja lainsäädännöllä onkin tärkeä rooli kun mietitään sellaisten väriaineiden käytön kieltämistä, jotka aiheuttavat vaaraa terveydelle.

 

Lähteet:

Banchero, M. 2013. Supercritical fluid dyeing of synthetic and natural textiles – a review. Coloration Technology, 124(1), 2–17.

Cardon, D. 2007. Natural Dyes: Sources, Tradition, Technology and Science. London: Archetype.

Easton, J. R. 2009. Key sustainability issues in textile dyeing. Teoksessa R. S. Blackburn (toim.), Sustainable textiles. Life cycle and environmental impact. Woodhead Publishing in Textiles: Number 98. Cambridge, UK: Woodhead, s. 139–154.

Hunger, K. 2003. Industrial Dyes. Chemistry, Properties, Applications. Weinheim: Wiley-VCH.

Schweppe, H. 1993. Handbuch der Naturfarbstoffe. Landsberg/Lech: ecomed.

Trotman, E. R. 1990. Dyeing and Chemical Technology of Textile Fibres. 6th Ed. Sevenoaks: Edward Arnold.

Zollinger, H. 1991. Color Chemistry. Syntheses, Properties and Applications of Organic Dyes and Pigments. 2nd Rev. Ed. Weinheim: VCH.