UV İLE KÜRLENEN FLEKSO MÜREKKEPLERİNDE KULLANILACAK BOYAR MADDE SENTEZİ VE BASILABİLİRLİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Transkript

1 UV İLE KÜRLENEN FLEKSO MÜREKKEPLERİNDE KULLANILACAK BOYAR MADDE SENTEZİ VE BASILABİLİRLİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ SYNTHESIS OF DYE TO BE USED IN UV-CURABLE FLEXO INKS AND INVESTIGATION OF PRINTABILITY PROPERTIES ABSTRACT Hatice BİRTANE 1 Aslı BEYLER ÇİĞİL 2 Emine ARMAN KANDIRMAZ 3 Memet Vezir KAHRAMAN 4 UV-curable inks are rapidly developing due to fast drying and good print quality. Dye stuffs are used as a colorant in flexo inks. Dyes have superior coloring ability in very small quantities. In this work, the reaction of N- (1-naphthyl) -ethylenediamine dihydrochloride (NEDA) with allyl glycidyl ether yielded the final allyl end group white colorant. Chemical synthesis was elucidated by fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR) and nuclear magnetic resonance spectroscopy (1 H-NMR). Using the obtained dye, acrylate-based alcohol-soluble UV curable flexographic inks were produced and these inks printed with IGT F1flexographic test machine onto the polyethylene transparent film. The properties of solid print were 250 N printing pressure, 1 m/s printing speed, 40 mm print area. Color, and gloss properties of printed materials were investigated. As a result, it has been determined that NEDA-allyl dyestuff can be used as a white colourant in flexo inks, as well as being suitable for use as a primer due to its surface properties. Key word: Dye, NEDA, UV curing ÖZET UV ile kürlenen mürekkepler hızlı kurumaları ve iyi baskı kalitesi sebebiyle hızla gelişmektedir. Flekso mürekkeplerinde renklendirici olarak boyar maddeler kullanılır. Boyar maddeler çok küçük miktarlarla üstün renklendirme kabiliyetine sahiptir. Bu çalışmada N-(1-naftil)-etilendiamin dihidroklorit (NEDA) in allil glisidil eter ile reaksiyonu sonucu allil uç gruplu beyaz renkli boyar madde sentezlenmiştir. Kimyasal 1 Arş. Gör., Marmara Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi, hatice.ceylan@marmara.edu.tr 2 Dr. Öğr. Üyesi., Amasya Üniversitesi Teknik Bililmler Meslek Yüksekokulu, asli.beyler@amasya.edu.tr 3 Arş. Gör. Dr., MarmaraÜniversitesi Uygulamalı Bilimler Yüksekokulu, earman@marmara.edu.tr 4 Prof. Dr., Marmara Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi, mvezir@marmara.edu.tr 301

2 sentezin gerçekleştiği fourier dönüşümlü ınfrared spektrofotometre (FTIR) ve nükleer manyetik rezonans spektroskopisi ( 1 H-NMR) ile kanıtlanmıştır. Elde edilen boyar madde kullanılarak akrilat bazlı alkol çözücülü UV ile kürlenen flekso mürekkepleri üretilmiş ve IGT F1 flekso test baskı cihazı kullanılarak polietilen transparan film üzerine 250 N baskı basıncı, 1 m/s baskı hızı baskı parametrelerinde 40 mm genişliğinde zemin baskılar yapılmıştır. Basılı materyallerin renk ve parlaklık özellikleri belirlenmiştir. Sonuç olarak NEDA-allil boyar maddesinin flekso mürekkeplerinde beyaz renklendirici olarak kullanılabilirliği yanında yüzey özellikleri sebebiyle primer olarakta kullanıma uygun olduğu belirlenmiştir. Anahtar Kelime: Boyar madde, NEDA, UV kürlenme 1. GİRİŞ Mürekkep üretiminde kullanılan doğal maddelerin yetersiz olması sebebiyle sentetik renklendirici üretimi gittikçe artmaktadır. Mürekkeplerde kullanılan renklendiriciler boyar maddeler ve pigmentler olarak iki ana gruba ayrılabilir. Pigmentler mürekkep içerisinde çözünmez dispers olurken boyar maddeler mürekkep içerisinde çözünmüş halde bulunur. Bu özelliklerinden dolayı ofset mürekkeplerinde pigmentler kullanılırken flekso mürekkeplerinde boyar maddeler kullanılır (Arman Kandırmaz, 2012; 3; Wrolstad, 2004; 420; Herrmann, 2006; 980). Boyarmadde, uygulandığı yüzeyde kimyasal bir dönüşmeye neden olarak ve yüzeyce kuvvetle özümlenerek onun renk niteliğini kökten değiştiren yani cisimlerin kendilerini renkli yapmak için kullanılan maddelerdir. Bir maddenin boyarmadde olarak kullanılması net bir renge sahip olması, sabit olarak baskı altı malzemesi üzerinde kalması, su, kimyasal madde ve değişik dalga boylarındaki ışığa karşı dayanıklı olmasına bağlıdır. Bilinen bütün boyarmaddeler organik yapılıdır. Kullanılan boyarmaddeler baskı altı yüzeyi ile kimyasal veya fizikokimyasal bir etkileşime girerek bağlanmaktadırlar (Arman Kandırmaz, 2012; Gürses, 2016). Boyar maddelerin kullanıldığı cisimleri renklendirmesi, boya molekülündeki bazı gruplardan kaynaklanır. Boyalarda asıl rengi kısma kromofor (renk taşıyan) denir. Kromofor grupların her birinin sahip oldukları titreşim frekansları ve dalga boyları farklıdır. Bu sayede her bir kromofor grup farklı dalga boyundaki ışınları absorbe eder veya yansıtır (Arman Kandırmaz, 2012; Gürses, 2016). Bizim çalışmamızda N-(1-naftil)-etilendiamin dihidroklorit allil glisidil eter ile reaksiyonu sonucu allil uç gruplu boyar madde sentezi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen boyar madde kullanılarak akrilat bazlı aseton çözücülü UV ile kürlenen flekso mürekkepleri üretilmiş ve baskıları yapılmıştır. Basılı materyallerin renk, parlaklık, temas açısı, ıslanabilirliği ve ışık haslığı özellikleri incelenmiş ve sentezlenen boyar maddenin flekso mürekkeplerinde renklendirici olarak kullanılabilirliği belirlenmiştir. 302

3 2. METARYAL VE YÖNTEM 2.1. Metaryaller N-(1-naftil)-etilendiamin dihidroklorit (NEDA), allil glisidil eter, kloroform ve aseton Sigma Aldrich firmasından temin edilmiştir Yöntem 5 gram N-(1-naftil)-etilendiamin dihidroklorit üç boyunlu balona alındı ve 50 ml aseton içerisinde çözüldü, daha sonra üzerine 1 ml allil glisidil eter eklendi ve 60 C de 24 saat azot atmosferi altında geri soğutucu varlığında manyetik karıştırıcıda karıştırıldı. Daha sonra soğumaya bırakıldı ve oda sıcaklığına geldiğinde distile suda çöktürüldü. Ardından vakum etüvünde 60 C de 24 saat kurutuldu. (Şekil 1) H 2 N NEDA NH + O O Allil glisidil eter CH 2 HN Şekil 1. NEDA nın modifikasyonu H N NEDA-Allil NEDA-allil boyar maddesi kullanılarak akrilat bazlı UV ile kürlenen flekso mürekkepleri Tablo 1 deki formülasyonda üretilmiştir. Üretimde önce vernik karışımı reçine, diğer katkı maddeleri ve oligomerlerle hazırlanmış, üzerine boyar madde eklenmiş ve kelebek tipli yüksek hızlı karıştırıcı ile 2 dakika 600 rpm de karıştırılmış son olarak başlatıcılar eklenerek yarım dakika daha karıştırılmış ve direk baskıya geçilmiştir. Tablo 1. UV ile kürlenen Flekso mürekkep Formülasyonu İçerik Amaç Miktar Boyar Madde Renklendirici 30.0 OH O CH 2 Akrilat Reçine Renklendirici için dağıtıcı fazı oluşturmak ve fizikokimyasal özekllik kazandırmak 65.0 Fotobaşlatıcı Kurumayı sağlamak 3.0 Yardımcı Fotobaşlatıcı Başlatıcıyı aktive etmek 0.2 Diğer Diğer özellikleri kazandırmak 1.8 Toplam

4 2.3. Karakterizasyon Fourier Transform Infrared Spektroskopisi (ATR-FTIR) Fonksiyonel grup analizleri Perkin Elmer firmasına ait Spectrum 100 ATR-FTIR spektrofotometre cihazı ile gerçekleştirildi. Spektrumlar cm -1 dalga sayısı aralığında kaydedildi. Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) Hazırlanan modifiye N-(1-naftil)-etilendiamin dihidroklorit ile allil glisidil eter arasında gerçekleşen reaksiyonun başarıyla gerçekleşip gerçekleşmediğini anlayabilmek amacıyla, 1 H-NMR spektrumları Varian Mercury-VX 400 BB NMR cihazı ile alındı. 3.SONUÇLAR VE DEĞERLENDIRMELER Şekil 2 de NEDA ve NEDA allil e ait ATR-FTIR spektrumları verilmiştir. NEDA ya ait FTIR spektrumuna göre 3458 ve 3357 cm -1 deki pikler NH 2 grubuna ait piktir. Bu pikin NEDA-allil da görülmemesi modifikasyonun başarıyla gerçekleştiğini göstermektedir. NEDA-allil in FTIR spektrumda 3386 cm -1 deki pik sekonder amin (-NH-) grubuna ait olan piktir cm-1 deki C=C-H grubundan kaynaklanmaktadır. Şekil 2. a) NEDA b) NEDA-allil e ait ATR-FTIR spektrumları Şekil 3 de NEDA-allil e ait 1 H-NMR spektrumu verilmiştir. Hihroksile bağlı -CH- grubuna ait proton piki 4,2 ppm civarında çıkmıştır. Bu da allil glisidil eterin NEDA ya bağlandığını göstermektedir. NEDA-allil e ait 1 H-NMR spektrumunda görüldüğü gibi NEDA nın allil glisidil eter ile modifikasyonunun başarıyla gerçekleştiği görülmektedir. 304

5 Şekil 3. Modifiye NEDA için H-NMR spektrumu Elde edilen boyarmaddenin renk absorbsiyon karakteristiği UV spektrumu ile belirlenmiştir. Şekil 4 incelendiğinde NEDA-allil boyar maddesi 308 nm de yayvan pik vermiştir. Buda beyaz pigment rengiyle uyumludur. Şekil 4. NEDA-allil boyar maddesinin UV spektrumu 305

6 NEDA-allil boyar maddesi ile UV ile kürlenen flekso mürekkepleri tablo 1 deki formülasyonda üretilmiştir. Üretilen mürekkeple polietilen film üzerine flekso baskı laboratuvar tipi flekso baskı makinasında uygulanmış, ürünlerin renkleri spektrofotometre yardımıyla ölçülmüştür.. NEDA-allil boyar maddesinin flekso baskı sonucunda elde edilmiş şekil 5 te verilmiştir. Şekil 5. NEDA-allil boyar maddesinin flekso baskı sonucundaki rengi Elde edilen rengin matematiksel değerleri şekil 5 te verilmiştir. Renk değerleri beyaz rengi vermektedir. Elde edilen renk üzerine başka bir renk basıldığında yüzey prüzlülüğü yarattığından ve yarı emici yapısından dolayı tutunmayı kolaylaştırmaktadır. Bu da rengin şprimer olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Tablo 2. Baskıların parlaklık değeri Baskıaltı malzemesi Parlaklık PE Film Neda-allil Baskı 45 Ticari Primer Baskı 36 Flekso baskıların parlaklık değerleri glossmetre ile ölçülmüş ve Tablo 2 deki sonuçlar elde edilmiştir. Elde edilen baskıların parlaklıklığının azaldığı belirlenmiştir. Bu azalmanın beyaz rengin absorpsiyon özellikliğinden kaynaklanmaktadır. Ticari olarak kullanılan primerlerin hepsinin ortak özelliği olan bu düşük parlaklık özelliği sentezlenen boyar maddede de vardır. Ancak ticarilerden daha yüksek parlaklığa sahiptir bu da boyarmaddenin mürekkep içerinde allil grupları vasıtasıyla reçineye bağlanması, hızlı kuruması parlaklık azalmasını bir seviyede tutmasına katkı sağlamıştır. Primer olarak kullanım bir çok ambalajda yüzey enerjisi düşürmek için kullanılan bir yöntemdir. Sentezlenen NEDA-Allil boyar maddeside primer özelliğine sahiptir. 4.SONUÇLAR Sonuç olarak Neda-allil boyarmaddesi sentezlenmiş ve bu boyarmadde ile UV ile kürlenen flekso mürekkepleri hazırlanmıştır. Bu mürekkepler ile baskılar başarılı şekilde yapılmıştır. Baskıların renk karakteri incelendiğinde beyaz olduğu ve primer olarak kullanılabileceği belirlenmiştir. 306

7 5. KAYNAKLAR Arman Kandirmaz, E. (2012), Bazi Geçiş Metallerinin 4(2- Piridilazo) Rezorsinol Ve 1,10-Fenantrolin Komplekslerinin Flekso Mürekkeplerinde Kullanimlarinin Araştirilmasi, Marmara Üniversitesi FBE,Yüksek Lisans Tezi, sayfa: 3 Gürses A., Açıkyıldız, M., Güneş, K., Gürses, M.S. (2016). Dyes and Pigments: Their Structure and Properties, Dyes and Pigments Chapter 2, Springer, Herrmann, A., & Müllen, K. (2006). From industrial colorants to single photon sources and biolabels: The fascination and function of rylene dyes. Chemistry Letters, 35(9), Wrolstad, R. E. (2004). Anthocyanin pigments Bioactivity and coloring properties. Journal of Food Science, 69(5), C419-C425. Van Roost, C., & Desie, G. (2006). Validation of ink media interaction mechanisms for dye and pigment-based aqueous and solvent inks. Journal of Imaging Science and Technology, 50(3),