ŞEN-ER BOYA Laboratuarında pamuğun ve viskonun 60 ve 80 0C de boyanma işlemi oldukça yaygın şekilde uygulanan bir işlemdir.
Tarladan toplanmış , işlenmemiş pamuğun bileşimi takriben şu şekildedir;
Selüloz : %85,5
Yağlar, vakslar : %0,5
Pektatlar : %5,0
Anorganik tuzlar : %1,0
Nem : %8,0
Bu maddeler kısaca incelendiği taktirde :
A) SELÜLOZ : asıl boyanacak maddenin yapısını oluşturur. Selüloz( C6H10O5)n kapalı formülündedir. Saf selüloz beyaz bir maddedir. Açık formülü aşağıdaki gibidir;
I) Seloloza asit etkisi : Selüloz , organik asitlere dayanıklıdır. Yalnız derişik sülfirik asit ( H2SO4) hidroklorikasit ( HCI ) , ve nitrik asit (HNO3) te çözünür. Yani pamukta boyama işlemi sırasında pH ın düşürülmesi isteniyorsa bu işlem zayıf bir asit olan asetik asit (CH3COOH) ya da formik asit ( HCOOH) ile yapılmalıdır. Kuvvetli asitler pamuklu kumaşların boyanması işleminde kullanılmazlar.
II) Selüloza alkali etkisi : soda ( Na2CO3) gibi zayıf ve kostik ( NaOH ) gibi kuvvetli alkalilerle işlem yapıldığında , sonradan nötralize etmek koşulu ile bir problemle karşılaşılmaz. Bu maddeler işlem sırasında nötralize edilmezlerse oksiselüloza sebep olup pamuğun yapısının bozulmasına yol açarlar.
Eğer kostik çözeltisi % 13 konsantrasyona ulaşırsa , merserize işlemi başlar. % 19 konsantarsyonda merserizasyon sağlanmıştır. Nötrleme yapılsada bu yeni düzen korunur. Bu işlemle pamuğun amorf bölgeleri kostikle doldurulmuştur. Bu artık yeni bir yapıdır. Merserize işlemine uğratılan pamuk boyayı normale göre % 25 civarında daha koyu gösterir.
III ) Selüloza Isı Etkisi : Kuru pamuk 150 0C civarına kadar ısıtılabilir. Yaş pamukta bu sıcaklık biraz daha arttırılabilir. Isıtma süresi uzatılırsa pamukta kahverengileşme gözlenmesi olasıdır.
IV ) Selüloza Su Etkisi : Su pamuğun şişmesine yol açar. Şişme oluşumu pamuğun doğal bükümünü bozar. Fakat bu yapı kuruma sonrası yeniden oluşur. Pamuğun nemi %9 un altında ise pamukta küflenme gözlenmez. %9 un üzerindeki nem değerlerinde mikroorganizmaların çoğalma hızı yüksek olduğundan küflenme yüksektir. Bu nedenle bu nem miktarının aşılmamasına dikkat edilmelidir.
B ) YAĞLAR VE VAKSLAR :
I ) Yağlar : Genel olarak gliserid diyebileceğimiz oleik, palmitik, stearik asitlerin gliserinle oluşturduğu triesterlerdir. Erime noktaları oldukça düşüktür. Sulu kostikle kaynatılarak kolayca hidroliz olurlar. Bu boyaya hazırlama işleminin de bir parçasını oluşturur.
II ) Vakslar : 28, 30 ve 32 karbonlu monohidroksilli alkollerin yağ asitleri ile oluşturdukları oldukça yüksek erime noktalı, sert bileşiklerdir. Kolay kolay hidroliz olmazlar. Ancak uzun zaman kostik çözeltisi ile kaynatılmakla hidroliz edilebilirler.
C ) PEKTATLAR : Doğal pamuk pektik asit türevlerini içerir. Pektik asit ya kalsiyum ve magnezyum tuzu ya da serbest asit veya metil esteri şeklinde bulunur. Pektik asit metil esteri suda çözünür, serbest asit ile kalsiyum ve magnezyum tuzları suda çözünmezler. Fakat kostik ya da sodayla suda çözünebilen ürünlere parçalanırlar.
D) ANORGANİK TUZLAR : Anorganik tuzların pamuk içerisindeki bileşimleri pamuğun cinsi ve toprağın bileşimine bağlıdır. Bunlar kasar banyosu ile çözünüp banyoyla birlikte atılırlar. Pamuğun yakılması ile geriye %1-2 kül kalır. Bunun analizi ise aşağıdaki yüzdeleri verir :
Potasyom karbonat : %44.8
Potasyum klorür : %9.9
Potasyum sülfat : %9.3
Kalsiyum sülfat : % 9.3
Kalsiyum karbonat : %10.6
Magnezyum sülfat : %8.4
Demir-3-oksit : %3.0
Alüminyum oksit : %5.0
B) VİSKON
Viskonun molekül yapısı selüloz-OH şeklindedir. Pamuktaki safsızlıkları içermez. Viskon, odun selülozu ve pamuk linsterlerinden yola çıkarak, çeşitli kimyasal işlemlerle elde edilir. Elde edilmesinin son aşamasında karbon sülfür ( CS2 ) kullanılır.bunun boyamaya zararı vardır. Uzaklaştırılması gerekir.
I) Viskona Asit Etkisi : Organik asitlere dayanıklıdır. Pamukta olduğu gibi anorganik asitlerle muamele edilmemelidir.
II) Viskona Alkali Etkisi : Alkalilere pamuk kadar dayanıklı değildir. Onun için kasar işleminde pamukta olduğu gibi kostik değil soda kullanılır.
III) Viskona Isı Etkisi : Uzun süre yüksek sıcaklıkta kalırsa depolimerleşme oluşur. Bu da kumaşın mukavemetini azaltır.
IV) Viskona Su Etkisi : Viskonda yaş haldeki sağlamlık oldukça düşüktür. Su molekülleri amorf bölgelere girerek elyafın genişlemesine ve şişmesine neden olurlar. Selülozun hidroksil grupları ile hidrojen köprüsü oluşturmak suretiyle elyafa bağlanırlar.
BOYA NEDİR, LABORATUARDA KULLANILMIŞ OLAN TEMEL BOYALARIN YAPILARI
a) Reaktif Boyalar :
Bu boyalar elyafla kovalent bağ yaparlar.Boyama koşullarında
selülozla oluşturulan bu kovalent bağ boyamanın yaş haslık değerlerinin çok yüksek olmasını sağlar. Bu boyaların renk gamları tamdır ve renkler çok parlaktır. Oysa belli bir süre öncesine selülozik elyaf için bilinen boyar maddelerle – bazik ve azoik boyar maddeler hariç – parlak renkler elde etmek mümkün değildi.azoik boyar maddelerin renk gamı sınırlı, bazik boyar maddelerin de haslıkları çok düşüktür.
İlk yapılan reaktif boyar maddede diklorotriazinil reaktif grubu varken bu reaktif grupların sayısı giderek arttı. Bütün reaktif boyar maddelerde ortak özellik hepsinin kromoforu taşıyan renkli bir grup yanında, bir reaktif, bir de moleküle çözünürlük sağlayan grup içermesidir. Kromoforu taşıyan moleküller çoğunlukla azo , antrakinon ve ftalosiyanin türevleridir. Boyama tekniği bakımından reaktif grup sorumludur. Çünkü boyar maddenin reaksiyon yeteneğini bu grup tayin eder. Bu boyaların tümü kalevi ortamda selülozun nükleofilik karakterinin artmasından dolayı, kalevi ortamda kullanılırlar.
Kimyasal Konstitüsyonlarına Göre Başlıca Reaktif Gruplar
I ) Monochlorotriazinil Grup İçerenler : Kalevi ortamda soğukta bile selüloz molekülü ile reaksiyon vererek ester bağı oluşturur. Adsorpsiyon hızları yüksektir.
Aynı reaksiyon kalevi ortamda selüloz molekülü yerine su molekülü ile de meydana gelebilir. Yani boyar maddeler kalevi ortamda hidroliz olurlar. Soğukta hidroliz reaksiyon hızı , selüloz ile reaksiyon hızından çok daha yavaş olduğu için boyar maddelerin büyük kısmı elyafa bağlanırlar. Geri kalan kısmı hidroksi türevlerini oluştururlar. Hidroksi türevleri selüloz ile reaksiyon vermemekle birlikte sübstantif karakterde olduklarından , elyaf tarafından çekilir. Fakat elyafa kovalent bağla bağlanmadıklarından yıkama ve sürtünme haslıkları çok düşük bir boyama verirler. Bu nedenle sabun ve yıkamalarda bunların uzaklaştırılmaları gerekir. Bu boyar maddelerin çekim ve fiksaj hızları yüksektir.
İİ) Vinil Sülfon İçerenler
Bu boyar maddeler selüloz ile eter bağı oluştururlar. Bunların adsorpsiyon hızları daha düşüktür. Dolayısı ile daha düzgün boyama elde edilir.
Bu boyar maddelerle boyama sırasında alkali ortamda vinil sülfonil grubu oluşur. Bu grup hidroksil grupları ile katılma reaksiyonu verir :
BM – SO2 –CH2-CH2OSO3Na + NaOH BM-SO2-CH=CH2 +Na2SO4 + H20
BM – SO2 –CH2-CH2OSO3Na + Na2CO3 BM-SO2-CH=CH2 +Na2SO4 + NaHCO3
BM – SO2 –CH=CH2 + Sell – OH BM-SO2-CH2 – CH2 – OSell
Dikkat edilirse vinil sülfonil grubu oluştuğunda Na2CO3 kullanılırsa NaHCO3 oluşur. Yüksek sıcaklıklarda bu asidik etki gösterip sodadan gelen pH ı düşürür. Bu da fikse oranını düşürür. ( bkz. laboratuarda kullanılan temel maddeler ; soda )
Bu boyaların fikse olmamış moleküllerinin substantivitesi çok düşüktür. Bu nedenle boyama sonrası yıkanarak alınması çok kolaydır. Bunların oluşturdukları kimyasal bağ da çok dayanıklıdır. O yüzden zamana bağlı dayanıklılıkları çok yüksek düzeydedir.
Aşağıdaki isimleri yazılı olan boyalar ŞEN-ER laboratuarında kullanılan ve bu grupları içeren boyalardır;
CHEMAZOL YELLOW 4GL
CHEMAZOL TURQUISE BLUE G
CHEMAZOL ORANGE 3R
CHEMAZOL BRILLANT BLUE R SPECIAL
CHEMAZOL BLACK B
III) Bifunctionel Boyar Maddeler :
Genel olarak bakıldığında bu boyar maddeler iki farklı reaktivitedeki reaktif grubu içerdiğinden optimum adsorpsiyon ve optimum boyama sıcaklığının genişlemesi olanağını sağlar.
Bu boyaların optimum boyama sıcaklığı 60 oC’dir. Alkaliye karşı duyarlılıkları az olduğundan tekrarlanabilirlilikleri gayet iyidir. Tuz oranına bağlı hassasiyetleri düşüktür.
Boyamada hidroliz olan boyaların yıkama ile atılmaları bu boyalarda hidroliz çok az oluştuğundan dolayı kolaydır.
Tüm haslıklar diğer gruplarla karşılaştırıldığında çok yüksektir.
Aşağıdaki liste staj döneminde laboratuarda kullanılan ve bu grubu içeren boyaları içermektedir :
CHEMACTIVE YELLOW 3RF
CHEMACTİVE RED 3BF
CHEMACTIVE RED 6BL
CHEMACTIVE RED GF
CHEMACTIVE ORANGE 2RL
CHEMACTIVE NAVY BLUE BNX
CHEMACTIVE NAVY BLUE CEBF
CHEMACTIVE BLACK HFGR
CHEMACTIVE DEEP BLACK N
C) DİREKT BOYALAR
Selülozu nötral ortamda , tuz yardımı ile kaynama sıcaklığında boyarlar. Substantiviteleri çok yüksektir.
Bu boyar maddeler, ekonomik oluşları, boyama işlemlerinin çok kolay oluşu ve de çok kısa sürede boyama işlemi yapılabilmesi nedeni ile halen önemlerini yitirmemişlerdir. Ayrıca kısa sürede boyama işlemi, elyafın yıpranmasını önleyici bir sonuç ortaya çıkardığından dolayı , bu durum da direkt boyalar için bir avantaj teşkil etmektedir.
Direkt boyaların elyaf üzerine bağlanmaları üç basamakta oluşur.
1) boyar maddenin elyaf zerine yaklaşması
2) boyar maddenin elyaf üzerine çekilmesi
3) boyar maddenin elyaf içerisine difüzlenmesi
Birinci basamak sonunda boyar maddelerin elyaf üzerine çekilebilmeleri için elyaf yakınında konsantrasyonlarının çok yüksek olması gerekir. Bu da boyar madde kümelerinin ( asosiyatların) oluşumu ile mümkündür. Boyar madde kümeleri Van der Walls kuvvetleri ile dipol kuvvetleri sayesinde birbirini çekerek kümeleşirler. Aynı kuvvetler elyafla boyar madde arasında da bağ oluşmasını sağlarlar. Boyamanın üçüncü basamağı boyar madde moleküllerinin elyafın mikroskopla görülemeyecek kadar küçük amorf bölgelerine difüzlenmesinden ibarettir. Sıcaklığın yükselmesi ile assosiyatlar parçalanır ve monomerler halinde amorf bölgelere doğru difüzyon başlar. Boyama bittiğinde elyaf üzerine çekilen boyar madde miktarı ile banyodaki boyar madde arasında tersinir reaksiyon başlamıştır ve tersinir denge kurulmuştur. Bu dengeyi elyaf üzerine çekilen boyar madde lehine çevirmek dah afazla boyayı çektirebilmek demektir. Bu da tuzla sağlanır ( bkz. laboratuarda kullanılan kimyasallar )
Boyar madde ile elyaf arasında bağlar zayıf bağlar olan Van der Walls ve dipol bağlar olduğundan dolayı bu boyaların yıkama ve sürtme haslıkları düşüktür. Bu haslık değerlerini arttırabilmek için işletmelerde fiksatör denilen malzeme kullanılır. Bu malzeme elyafın yüzeyinde bir film tabakası oluşturarak , elyafa dış etken ( su veya mekanik bir sürtünme ) arasındaki boya transferini engeller. Boyanın yıkama ve sürtme haslığı fiksatörün dayanıklılığı ile ilgilidir. Bu malzemenin ekolojik şartlara uygun olabilmesi için formaldehit içermemesi gerekmektedir.
Laboratuarda kullanılan ve bu gruba dahil olan boya CHEMDIRECT BLACK 22’ dir.
BOYA İLE İLGİLİ GRAFİKLERİN OLUŞTURULMASI
Laboratuarda her boyanın değişik kimyasallara karşı duyarlılıkları ve ekonomik kullanım miktarları değişen şartlarda incelenmiş ve değişik grafikler elde edilnmiştir. Bu grafikler elde edilirken aşağıdaki şartlar sağlanmıştır.
Normal çektirme ile boyama metodunda;
• %3 lük boya
• 50 gr/lt Na2SO4 ( tuz)
• 20 gr/lt Na2CO3 ( soda)
1) çektirme ve fikse oranı :
Düz eğrinin ilk boğumu kumaşa tuzla çektirilebilen boya yüzdesini, ikinci boğumu da sodadan sonra çektirilebilen boya yüzdesini göstermektedir. Kesikli eğri ise fikse ettirilebilen boya yüzdesini göstermektedir. Bilindiği üzere boyama esnasında boyanın %60-90’ ı mala çektirilebilir. Geri kalan boya daha önce değinildiği gibi elyafa kovalent bağ ile bağlanmamış, yani hidroliz olmuş boyadır. Boyama sonrası yımalarda bu boya atılır. Bunlar pratikte ölü boya olarak adlandırılırlar.
Her iki eğrinin son uçları arasındaki fark atılacak ölü boya yüzdesini gösterir. Aradaki fark ne kadar az ise az yıkama, ne kadar çok ise o oranda çok yıkıma yapılacağı anlaşılır.
2) Sıcaklığa Hassaslığı
Burada çeşitli boyama sıcaklıklarında boyaların maksimum çektirilebilecek miktarları incelenmiştir. Bu değerler farklı karakterlerdeki boyalarda 50 0C ile 80 0C arasında değişirken yukarıda grafiği verilmiş olan CHEMAZOLYELLOW 4GL’ de bu değer 60 0C’dir.
3) Tuza Karşı Hassaslık
Burada ise gr/lt cinsinden değişen değerlerde tuzun çekim miktarları görülmektedir. Görüleceği üzere belli bir miktarın üstünde tuz kullanımının çekime olumlu yönde bir faydası yoktur. Esas olan bu optimum noktada işlem yapmaktır.
4) Banyo Oranının Etkisi :
Değişken burada farklı banyo oranları iken bundan çekim miktarının nasıl etkilendiği gözlenmiştir. Banyo oranı çekim ile ters orantılı şekilde değiştiği gözlenmektedir. Bundan da anlaşılacağı üzere laboratuarda çalışılan banyo oranı ile işletmede çalışılan banyo oranı birbirini tutmaz ise değişik sonuçlar ortaya çıkacak, renkler daha açık ya da daha koyu olacaktır. Bunun önüne geçilmesi için laboratuarda uygulanan banyo oranları işletmede aynen tekrar edilmelidir.
5) Alkaliye Karşı Hassasiyet
Değişen alkali miktarının çekime etkilerinin incelendiği bu durum oldukça önemlidir. Verilen alkali ilen sağlanan pH, çekimi sağlar. Bu pH’ın altındaki değerlerde tam çekim sağlanamaz. Elyaf ise bu durumda yıkamalar sırasında sürekli olarak boya bırakacaktır. Uygun alkali soda ve kullanım miktarı ise 20 gr/lt ’dir. Bu durumda sağlanabilecek olan pH 11.3’tür. Ancak verilen soda ile bu pH’ın sağlanması garanti edilemez. Kullanılan su, tuz, sodada olan NaHCO3 ( bikarbonat) pH’ı düşürür. Bu nedenle boyama işleminde pH çok hassas bir öneme sahiptir ve değişik parametrelerin iyi kontrol edilmesi ile belli sabit bir değerde tutulmalıdır
Tekstil Mühendisi 