食用色素でウールは染まり、綿は染まらないのはなぜか電気の引き合いと、資料が言った範囲

ブログ「ニュージーランドめし」の筆者は、食用色素でウール100%の毛糸を染めた記録を書いています。酢を加えた水に毛糸を浸し、水に溶いた食用色素を含ませ、ラップに包んで加熱し、冷めたら洗剤を混ぜた水で洗う、という流れです。^[1]筆者は、思っていたよりあっさりと、色落ちしにくい状態に染まったと書いています。ただし少量の試行で、確信は持てないとも断っています。^[2]

ここに書いたのは資料に書かれている記録で、家庭で同じことをする案内ではありません。熱を使う染め方なので、試すなら大人が行い、使う製品の表示や資料の注意に従ってください。

個人の手染め解説サイトを書くPaula Burch（ポーラ・バーチ）は、同じ系統の染め方を紹介しています。^[3]一方で、綿については別のことを書いています。食用色素には綿に永続的に付く手段がなく、洗うと薄い染みを残して落ちるだけだというのです。^[4]

同じ食用色素なのに、ウールには染まり、綿には染まらない。何が違うのでしょうか。

食用色素は、なぜウールのような繊維にだけ染まり、綿には染まらないのでしょうか。資料が言った範囲で、色素と繊維のあいだの電気の引き合いから見ていきます。

まず、資料が染まる繊維として挙げているものを確かめます。Burchは、食用色素とKool-Aidなどの無糖ドリンクミックスを扱った二つの解説頁（個人サイト内、更新は2008年と2003年の表示）で、食用色素が染めるのはたんぱく質繊維、つまり羊毛と絹、ときにナイロンだとしています。^[5][6][7]麻やレーヨンのような綿以外のセルロース繊維と、アクリルやポリエステルのようなナイロン以外の合成繊維も、同じように染まらないといいます。^[4]この頁は、一次の化学文献を引いていません。^[8]

仕組みの説明は、染色の側の資料にあります。今田邦彦は、『繊維機械学会誌』の連載記事「染色技術者のための染料化学」（その6）で、酸性染料が羊毛やナイロンなどに染まる主な仕組みをイオン結合と説明しています。酸性染料は水の中でマイナスの電気を帯びた染料の分子（染料アニオン）になり、繊維側のアミノ基がプラスの電気を帯びた部分と結びつく、という説明です。^[9]武庫川女子大学のサーバー上にある個人ページ「染色のための化学」は、オレンジIIという酸性染料の実演で、同じことを示しています。大学の公式解説ではなく、個人のページです。羊毛・絹・ナイロンにはプラスの電気を帯びた部分があって染料が結合し、洗っても流れ出ません。^[9]綿の分子には弱いプラス・マイナスの電気を帯びた部分しかなく、染料を引き止められず、ほとんど染まらないといいます。^[10]アクリルにはプラスの電気を帯びた部分がないため、染料が結合できないとも書いています。^[11]この実演はオレンジIIという酸性染料についてのもので、食用色素に限った説明ではありません。

食用色素そのものについては、Burchが、たんぱく質繊維への結合はイオン結合と水素結合の形をとると述べています。^[12]

では、食用色素は酸性染料なのでしょうか。片山脩は、1974年の解説「食用色素の化学」（『有機合成化学協会誌』）で、当時のタール系の食用色素を「酸性色素」の部類とし、たんぱく質と化学的に結合すると説明しています。キサンテン系の色素には、コロイド粒子として物理的にまとわりつくだけの例もあるとしています。^[8]Burchは、英語で食用色素を酸性染料（Acid Dyes）の一部と書いています。^[8]ただし、この頁は一次の化学文献を引いておらず、片山の「酸性色素」も染色でいう酸性染料と同じ部類を指すとは明言されていません。染色の専門の資料が食用色素を酸性染料に分類した例は、確かめた範囲では見つかっていません。この点は、まだ決めていません。^[8]

酢の役目について、Burchは、必要な酸はドリンクミックスのクエン酸で足り、味のない色素だけなら白酢に下漬けするとしています。^[13]加熱も必要で、室温で染めると堅ろう度（ここでは、洗濯で色が落ちにくい度合い）がかなり劣るといいます。^[14]片山は、アゾ系の色素は強い酸性のもとで加熱しないと十分に染まらず、キサンテン系の色素（赤色106号を除く）は弱い酸性でも染まる力が強いと対比しています。具体的なpHや温度は示されておらず、1974年時点の記述です。^[15]酢そのものの場面は、記事「お酢で色止めできる？」で整理しています。

ここからは、このサイトの見立てです。今田の説明にある、染料がマイナスでアミノ基がプラスという組み合わせと、Burchの酸の記述を並べると、酢などの酸の役目は、羊毛の側にプラスの電気を帯びた部分を用意することだと読めます。^[9][13]ただし、Burchがそう説明したわけではありません。

ここまでの説明は、資料ごとに範囲が違います。

• 繊維。Burchが挙げるのは羊毛・絹・ときにナイロンです。^[5][6]ナイロン製品には、テフロンなどの加工があると染まらないものがあるとBurchは注意しています。^[7]ブログの筆者は、アクリルが混じった毛糸ではアクリルの部分が染まらず、まだらになるとみています。これは筆者の見込みとして書かれたものです。色落ちしにくさも、洗濯試験の数字でなく筆者の印象です。^[2]
• 綿の「染まらない」の強さ。Burchは食用色素について、永続的に付く手段がなく、洗うと落ちるとし、薄い染みが残ることはあるとします。^[4]武庫川女子大学のサーバー上の個人ページは、オレンジIIという酸性染料の実演で、綿はほとんど染まらないとします。^[10]対象も言い方も同じではないので、一つの強さにまとめません。
• 色の種類。片山の記述は1974年のもので、当時は11種でした。^[16]現在の指定は12種です。^[17]赤色102号など個々の色について、現在の染まり方を比べた資料は、確かめた範囲では見つかっていません。

安全についても、資料が言った範囲を分けて見ます。Burchは、色素の粉末を吸い込まないこと、また子どもが「薬品を口に入れてよい」と誤解しないよう気をつけることを求めています。^[18]消費者庁の資料は、国内の食用タール色素12種の食べる量（経口摂取）に基づく安全性評価を整理したもので、染めるときの皮膚への接触や粉末の吸入には触れていません。^[19]Burchの注意は、粉末の吸入と子どもの誤解についての心得で、皮膚への接触など、ほかの点には触れていません。確かめた資料の範囲では、染めるときの皮膚への接触や粉末の吸入の影響を調べた資料は見つかっていません。食べる場面の評価と、染めに使う場面の安全は別の問いで、この記事はどちらにも答えを出しません。

この記事は染め方の手順ではありません。資料の説明を、言った範囲で並べたものです。試すことがあるなら、使う製品の表示や資料の注意に従い、子どもは大人と一緒に進めてください。

食用色素で染めた毛糸に戻ります。ブログの筆者は、酢を加えた水に浸した毛糸が染まったと書いています。^[1]Burchは、たんぱく質繊維にはイオン結合と水素結合で結びつき、綿には永続的に付く手段がないとしています。^[12][4]今田は、酸性染料が羊毛へイオン結合で染まると説明しています。^[9]

これはこのサイトの見立てです。羊毛にはプラスの電気を帯びた部分があり、綿にはそれが弱いという酸性染料の説明を食用色素に当てはめると、同じ酢と同じ色素で、羊毛は染まり綿は染まらないという違いが読み取れます。ただし、Burchは酸性染料の一部と書きますが、専門の資料での分類は確かめられておらず、保留のままで、部類からの類推です。食用色素について、繊維の電気の帯び方を調べた記述は、確かめた資料の中にありません。

食べ物を着色するために作られた合成の色素が、繊維の側の条件がそろうと染料に近い働きをする。この見方は、天然か合成かではなく、色素の分子と繊維の条件で決まる話として読めます。これもこのサイトの見立てです。電気の引き合いで色が留まる仕組みは、テーマ「電気で寄せる」で扱います。

• 食用色素の「酸性色素」は、染色でいう酸性染料と同じ部類と言えるか
• キサンテン系の食用色素は、アゾ系より弱い酸で染まるのか
• 食用色素で羊毛以外の動物性繊維（アルパカなど）も同じように染まるのか
• 食用色素で染めるときの皮膚への接触や粉末の吸入について、安全性を直接論じた資料はあるか
• 食用色素を使った子ども向けの理科実験教材は、安全上どのような注意を明記しているか