Poliester Liflerinin Dispers Boyarmaddelerle Boyanması Sırasında Kullanılan Yardımcı Maddeler

Transkript

1 Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 4, No: 1, 2010 (73-83) Electronic Journal of Textile Technologies Vol: 4, No: 1, 2010 (73-83) TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR e-issn: (Derleme) (Review) Poliester Liflerinin Dispers Boyarmaddelerle Boyanması Sırasında Kullanılan Yardımcı Maddeler Rıza ATAV, Aslıhan DELĐTUNA Namık Kemal Üniversitesi Tekstil Mühendisliği Bölümü Özet Hidrofob yapıda olmaları ve fonksiyonel grup içermemeleri nedeniyle PES liflerinin boyanmasına en uygun boyarmadde sınıfı dispers boyarmaddelerdir. Bu nedenle, PES boyamacılığında en yaygın (%90 oranında) kullanılan boyarmadde dispersiyon boyarmaddeleridir. Dispersiyon boyarmaddelerle çeşitli yöntemlere göre yapılan boyama işlemleri sırasında, flotteye dispergir maddeleri, egaliz maddeleri, iyon tutucular, ph ayarlayıcı kimyasallar, köpük kesiciler, lubrikantlar, carrierler, oligomer kontrolü sağlayan kimyasallar, migrasyon önleyiciler, ıslatıcılar vb. yardımcı kimyasallar ilave edilmektedir. Bu yazıda PES liflerinin dispers boyarmaddelerle boyanmasında kullanılan yardımcı kimyasalların yapıları ve etkileri hakkında bilgi verilmektedir. Anahtar Kelimeler: PES, dispers, boyarmadde, yardımcı madde Auxiliaries Used In Dyeing Of Poliester Fibers With Disperse Dyestuffs Abstract PES fibers have hydrophobic character and they do not have functional groups. For this reason most suitable dyestuf class for them is disperse dyestuff. Disperse dyestuffs are the most commonly used (90%) dyestuff class in PES dyeing. During dyeing with disperse dyestuffs according to the various methods some auxiliaries such as dispersing agents, leveling agents, sequestering agents, ph adjusting chemicals, antifoaming agents, lubricants, carriers, chemicals which supply oligomer control, migration inhibitors, and wetting agents are added into the dyeing liquor. In this article, information about structures and effects of auxiliaries used in dyeing of PES fibers with disperse dyestuffs are given. Keywords : PES, disperse, dyestuff, auxiliary 1. GĐRĐŞ Genel olarak bir dialkol ile bir dikarboksilik asidin kondenzasyonu sonucu elde edilen uzun zincirli polimere poliester adı verilmektedir. Liflerin eldesi basit olarak aşağıdaki gibi gösterilebilir [1]; n HO-(CH 2 ) X -OH + n HOOC-(CH 2 ) y -COOH [-O-(CH 2 ) X -O-CO-(CH 2 ) y -CO-] n Poliester (PES) liflerinin normal şartlar altında boyanması zordur. Çünkü; Bu makaleye atıf yapmak için Atav R., Delituna A., Poliester Liflerinin Dispers Boyarmaddelerle Boyanmasında Kullanılan Yardımcı Maddeler Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 2010, 4(1) How to cite this article Atav R., Delituna A., Auxiliaries used in dyeing of poliester fibers with disperse dyes Electronic Journal of Textile Technologies, 2010, 4(1) 73-83

2 Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) Poliester Liflerinin Dispers Boyarmaddelerle Boyanmasında Kullanılan Yardımcı Maddeler Bu liflerde kristalin bölge miktarı fazladır ve lifleri oluşturan makromoleküller birbirlerine iyice yaklaşmış durumda olduklarından aralarındaki çekim kuvvetleri güçlüdür. Lifler hidrofil bir grup içermediklerinden hidrofob bir karaktere sahiptirler. Liflerin yapısında boyarmadde molekülünün bağlanabileceği bir fonksiyonel grup yoktur. Özellikle sıkı lif yapısı nedeniyle bu liflerin camlaşma noktaları da yüksek olmaktadır. Hidrofob yapıda olmaları ve fonksiyonel grup içermemeleri nedeniyle bu liflerin boyanmasına en uygun boyarmadde sınıfı dispers boyarmaddelerdir. Bu nedenle, PES boyamacılığında en yaygın (%90 oranında) kullanılan boyarmadde dispersiyon boyarmaddeleridir. PES liflerinin iyi bir şekilde boyanabilmesi için bu çok sıkı yapının gevşetilmesi, yani kristalin bölge miktarının azaltılması gerekmektedir. Bunun için üç ana prensip söz konusudur: Carrier adı verilen lif şişirici kimyasallarla kaynama sıcaklığında boyamak HT şartlarında (basınç altında ve 100 C un üzerindeki sıcaklıklarda) boyama yapmak Termosolleme yöntemine göre çok yüksek ısı ( C) altında boyama yapmak Bu yöntemlerden biri veya birkaçı (örneğin HT şartlarında carrierli boyama) kullanılarak çok sıkı olan lif yapısının gevşemesi ve camlaşma noktasının düşmesi sağlanmaktadır [2]. Bu yazıda PES liflerinin dispers boyarmaddelerle boyanmasında kullanılan yardımcı maddeler, bunların yapıları ve etkileri hakkında bilgi verilmektedir. 2. DĐSPERGĐR MADDELER Dispers boyarmaddeler hidrofob özellikte ve suda çok az çözünen yapıdadır. Moleküllerinin yapısındaki oksietil grupları dispersiyon özelliklerini sağlamaktadır. Mikrodispers granüller halinde bulunan dispers boyarmaddenin suda kolloidal olarak çözülebilmesi için yapısında yaklaşık %45-55 dispergir madde (dispergatör) içermesi gerekmektedir [1]. PES liflerinin levend ve bobin halinde ºC sıcaklıklarda yapılan boyama işlemleri sırasında dispersiyon kalitesi büyük öneme sahiptir. Koyu tonlarda (lacivert ve siyahlar gibi) çok kısa flotte oranlarında jiggerde yapılan boyama işlemlerinde dispersiyon stabilitesi problemleri yaşanabilmektedir [3]. Dispers boyarmaddenin boya banyosundaki tanecik büyüklüğü yaklaşık 1µm'dir. Bu ince dağılım boyarmaddenin içerisine katılan dispergir madde ile kararlı hale getirilmektedir. Dispergir madde boyarmadde taneciği etrafında koruyucu bir film tabakası oluşturarak boyarmadde taneciklerinin aglomerizasyonunu engellemektedir. Bunun yanında çok az miktardaki elektrostatik itme boyarmaddenin dispers hâlinin kararlılığına katkıda bulunmaktadır. Yardımcı kimyasal olarak kullanılan dispergatörler sayesinde boyarmadde taneciklerinin dispers hali stabilite kazanmakta ve denge homojen boyama taneciklerinin oluşumu yönünde etkilenmektedir [1]. Dispers boyarmaddelerin çözünürlüğü sıcaklık ve dispergir madde konsantrasyonu ile artış gösterse de, bu durum bir maddeden diğerine ya da bir boyadan diğerine farklılık gösterebilmektedir [3]. Dispers boyarmadde tanecikleri, poliester yüzeyinde hidrofob (C-O-C) eter bağları olması nedeniyle lif yüzeyine çökme eğilimi göstermektedir. Boyarmadde içerisine karıştırılan dispergir etkili maddeler bu çökmeyi her zaman önleyecek miktarda olmadığı için boyama sırasında ayrıca dispergir madde (dispergatör) kullanılması gerekmektedir [1]. 74

3 Atav R., Delituna A. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) Özellikle açık tonlarda boyarmaddeden flotteye gelecek dispergir madde yetersiz kalacağından flotteye ilave dispergir maddesi eklenmelidir [4]. Boyamada dispergir madde kullanılmadığında ise flottedeki dispers boyarmadde molekülleri agregatlar oluşturarak çökmektedir. Şekil 1 de bu durum açıkça görülmektedir. Şekil 1: Dispergir madde kullanılarak ve kullanılmadan yapılan boyamalara ait flotte numuneleri [5] Kararlı halde olan boyarmadde, yüzey enerjisini vermesi sonucunda daha büyük, kaba dağılımlı hale doğru kaymaktadır. Bu olay dispergatörlerin stabilizasyon etkisi sayesinde engellenmektedir. Boyamada kullanılan yardımcı kimyasallar, dispergir maddeyi engelleyerek boyarmadde taneciklerinin dispersiyon stabilitesini düşürebilmektedir. Bundan dolayı, her boyarmadde için koruyucu kolloid etki gösterebilen ve dispersiyon stabilitesine katkıda bulunan uygun bir dispergatör kullanılmalıdır. Dispergir madde kullanılırken dikkat edilmesi gereken husus; önerilen optimum miktarın çok fazla üstüne çıkılmamasıdır. Çünkü aşırı kullanımları durumunda dispersiyon stabilitesi bozulabilmektedir [1]. Kullanılacak dispergir maddesinin cinsi önemlidir. Non-iyonik ürünler kullanıldığında flottede kalan boyarmadde miktarı artmaktadır. Naftalinsülfonikasit ile formaldehitin kondenzasyon ürünleri kullanıldığında ise bunlar boyarmadde parçacıklarının etrafını sararak (-) yüklü grupları dışa bakacak şekilde yerleşmekte ve böylece (-) yüklü boyarmadde parçacıkları birbirini iteceğinden aglomerasyon azalıp, dispersiyonun dayanıklılığı artmaktadır [2]. Çoğu dispergir madde aromatik bileşikler ve lignin sülfonatların değişik kondenzasyon ürünlerini kapsayan anyonik polielektrolit yapıdadır [3]. Birim molekül başına düşen iyonize olabilen grupların sayısı arttıkça dispergir maddenin etkinliği artmaktadır. Örneğin; sodyum dinaftilmetan sülfonat (I) sodyumstearil sülfattan (II) daha etkili bir dispergir maddedir (Şekil 2) [6]. Şekil 2: Çeşitli dispergir maddelerin kimyasal yapıları [6] Bazı dispergir maddeler, özellikle de bazı lignosülfonatlar, HT aplikasyonlar sırasında bazı azo dispers boyarmaddelerin indirgenmesine yol açabilmektedir [6]. Ticari ligninlerin yapıları, dolayısıyla indirgeme güçleri çok değişkenlik göstermektedir. Bazı durumlarda boyarmadde flottesine oksidasyon maddesi konularak bu sorunun önüne geçilmeye çalışılmaktadır. Ligninlerin indirgeyici özelliğinin önüne geçmenin yolu aktif fenolik grupların bloke edilmesidir, ancak bu aynı zamanda ürünün dispergir etkisini de zayıflatmaktadır. Lignin tuzlarındaki sodyum iyonunun diğer katyonlarla yer değiştirilmesiyle belirgin 75

4 Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) Poliester Liflerinin Dispers Boyarmaddelerle Boyanmasında Kullanılan Yardımcı Maddeler iyileşmeler sağlanabilmektedir. Bu noktada lityum etkilidir, ancak en etkili tuz aynı zamanda şelatlama etkisi de olan trietanolamindir [3]. 3. EGALĐZ MADDELERĐ Öncelikle dispergir maddeleri ile egaliz maddeleri arasındaki farkı ayırd etmek gereklidir. Dispergir maddelerinin birincil görevi stabil bir dispersiyon oluşturmaktır. Dispers boyarmaddelerin düşük olan çözünürlüklerini arttırdıklarından bazen boyamanın düzgünlüğünü artırıcı etki de yapabilmektedirler. Ancak günümüzde kullanılan dispergir maddeler nadiren düzgünleştirici etki göstermekte olup, düzgünleştirme etkisi istenildiğinde ilave bir kimyasal kullanılması gerekmektedir. Bu ürünler genellikle anyonik veya non-iyonik yüzeyaktif maddelerdir. Bazı egaliz maddeleri aynı zamanda dispersiyon stabilitesini arttırırken bazı ürünler ise azaltabilmektedir. Bu nedenle, ürün seçiminde çok dikkatli olunması gerekmektedir [3]. Non-iyonik egaliz maddeleri etilenoksit/yağasidi kondenzasyon ürünleri yapısındadırlar. Boyama sırasında geciktirici etki göstererek adsorbsiyonun daha yüksek sıcaklıklarda başlamasına neden olmaktadırlar. Bu ürünlerin geciktirici etkileri boyarmaddeye bağlı olarak değişmekte olup, bu ürünler bazen toplam boyarmadde alımında, renk tekrarlanabilirliğinde ve dispersiyon stabilitesinde düşmelere yol açabilmektedirler [7]. Seçilmiş bazı non-iyonik yüzeyaktif maddeler de dispers boyarmaddeların sudaki çözünürlüğünü arttırmada kullanılabilmektedir. Özellikle boyama normal kaynama noktası altındaki sıcaklıklarda uygulandığında migrasyon, düzgünleşme ve lif nüfuziyetinin artması; suda çözünmeyen boyarmaddelerin relatif olarak boyama hızının artması gibi avantajlar elde edilmektedir [6]. Tipik iki non-iyonik egaliz maddesinin yapısı Şekil 3 de verilmektedir. Şekil 3: Non-iyonik egaliz maddelerinin kimyasal yapısı [6] Bu tip ürünler anyonik egalize maddelerinden daha etkilidir. Bu tip ürünlerin etki mekanizmaları henüz tam anlaşılamamış olmakla beraber, polietilen glikol grubunun boyarmaddedeki uygun gruplarla tepkimeye girdiği düşünülmektedir. Polietilen glikol tipteki seçilmiş non-iyonik ürünlerin migrasyonu desteklemede göze çarpan bir şekilde etkili olmasına rağmen, bunların gelişigüzel kullanılmamasına dikkat edilmelidir. Bu ürünlerin çözünürlüğü artan sıcaklıkla azalmakta ve çözünmez hale geldikleri sıcaklık bulanma noktası olarak tanımlanmaktadır. Eğer flotteye ilave edilen non-iyonik maddelerin bulanma noktası flotte sıcaklığının altında ise, yapışkan bir çökelti oluşacak ve materyalin renginin kirlenmesine yol açacaktır. Bir non-iyonik maddenin bulanma noktası, hidrofil grupların lipofil gruplara oranına bağlıdır. Hidrofil grupların oranındaki artış bulanma noktasını arttırmaktadır [6]. Anyonik egaliz maddeleri, boyamanın ısıtma safhası boyunca çekim kontrolü ile düzgün boyamayı desteklemektedir. Daha yüksek konsantrasyonlar daha büyük frenleme etkisine sahiptir. Bu ürünlerin boyarmadde migrasyonu üzerindeki etkisi azdır. Non-iyonik yüzeyaktif maddelerin düşük bulanma noktasına sahip olmaları gibi kötü özellikleri, etoksillenmiş anyonik tiplerin hibritleriyle iyileştirilebilmektedir. Bu ürünler, modifiye non-iyonik, modifiye anyonik veya zayıf anyonik olarak adlandırılmaktadır. Bu nedenle, etoksillenmiş fosfat tipindeki ürünlerin kullanımı önerilmektedir. Bu yapıda R, etoksilasyon derecesini ifade etmektedir ve çok sayıdaki eter grupları boyarmaddenin çözünürlüğünü ve boyamanın düzgünlüğünü arttırmaktadır. Yapıdaki fosfat gruplarının ise çok sayıda yararlı etkisi mevcuttur. Bunlar; 76

5 Atav R., Delituna A. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) Ürün yeterince anyonik karakter kazanmakta ve böylece non-iyonik ürünlerin yüksek sıcaklık hassasiyeti sorunu ortadan kaldırılmış olmaktadır. Aynı zamanda iyon tutucu etkisi göstermekte ve sert suyun zararlı etkisinden korumaktadır. Yüksek konsantrasyonlardaki elektrolitlere karşı arttırılmış stabiliteye sahiptir. ph 4-5 aralığında tam olarak etkilidir ki bu, dispers boyarmaddelerin aplikasyonu için en uygun ph aralığıdır [3]. 4. ĐYON TUTUCULAR Şekil 4: Modifiye non-iyonik egaliz maddelerinin kimyasal yapısı [3] Sertlik verici katyonlar (kalsiyum, magnezyum vb.) dispers boyarmaddenin dispersiyon stabilitesini olumsuz etkiledikleri için boyama sırasında yumuşak suyla çalışılması tavsiye edilmektedir. Aksi halde, materyal üzerinde çökmeler oluşabilmekte, bikarbonatların bozuşması sonucu ph dalgalanmaları meydana gelebilmektedir [5]. Ayrıca kalsiyum ve magnezyum katyonları anyonik dispergir maddeler, anyonik egaliz maddeleri veya anyonik ıslatıcılarla etkileşime girebilmektedir [4]. Ağır metal iyonlarının (demir, bakır, mangan) da dispers boyarmaddeler üzerinde çok büyük etkisi vardır. Özellikle demir oksit veya hidroksitin, işletmedeki tesisattan veya buharın kazana direk verilmesi ile yapılan ısıtmalarda buhardan flotteye geçmesi sonucu, boyama aşırı derecede kötü etkilenmektedir [1]. Suda eser miktarda çözülebilen bakır veya demir tuzları bulunması durumunda, bu iyonlar dispers boyarmaddelerle koordinasyon kompleksleri oluşturarak boyamanın nüansını olumsuz etkilemektedirler [4]. Bazı dispers boyarmaddeler metal iyonlarına karşı özellikle hassastırlar. Bu nedenle, boyama sırasında yüksek sıcaklık ve boyama ph ı koşullarına dayanıklı iyon tutucuların kullanılması büyük önem taşımaktadır [5]. Đyon tutucularla yapılan boyamaların genelde iyon tutucusuz yapılan boyamaya göre daha yüksek verimde gerçekleşmesi beklenilmektedir [1]. Ancak doğru iyon tutucunun seçimi büyük önem taşımaktadır. Şekil 5 de çeşitli su sertliklerinde uygun iyon tutucu kullanılarak ve kullanılmadan yapılmış boyamaların renkleri karşılaştırılmalı olarak görülmektedir [5]. Şekil 5: Çeşitli su sertliklerinde iyon tutucu kullanılarak ve kullanılmadan yapılmış boyamaların renkleri [5] Metal iyonları ile kompleks oluşturarak, bu iyonların çökmesini önleyen maddelere iyon tutucu (veya şelatlama maddesi) adı verilmektedir. Şelat terimi iyonu içine alma eğilimini ifade etmektedir. Şelat yapıcı ligandlar metal iyonları ile suda çözünen kompleksler yaparak, metal iyonunu çözeltiden uzaklaştırırlar. Đyon tutucular terimi ise kompleks oluşturma ve dispers etme özelliklerinin tümünü ifade etmektedir [8]. Günümüzde kullanılan iyon tutucuları şu şekilde sınıflandırmak mümkündür: - Fosfatlar - Amino polikarboksilik asit ve türevleri 77

6 Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) Poliester Liflerinin Dispers Boyarmaddelerle Boyanmasında Kullanılan Yardımcı Maddeler - Fosfonatlar - Akrilatlar - Polihidroksi karboksilik asitler Bu iyon tutucu gruplarından günümüzde en çok kullanılanlar akrilatlar ve fosfonatlardır. Biyolojik parçalanabilirlikleri çok iyi olan polihidroksi karboksilli asitler de yeni yeni kullanım olanağı bulan iyon tutuculardır [8]. 5. ph AYARI ĐÇĐN KULLANILAN KĐMYASALLAR Birçok dispers boyarmaddenin geniş bir ph aralığında (ph 2-9) iyi sonuçlar vermesine rağmen, bazıları sadece dar bir asidik ph aralığında (ph 2-6) tatmin edici sonuçlar vermektedir. Bazıları ise ph aralığında olacak şekilde ph kontrolü gerektirmektedirler [3]. Dolayısıyla tüm dispers boyarmaddelerle yapılan boyama işlemleri sırasında sorun yaşanmaması için genel olarak flotte ph ının olması dikkat edilmesi gereken önemli bir husustur. Aksi taktirde elde edilen nüansların tekrar edilebilmesi zorlaşmaktadır. ph ın 4-6 olduğu aralıkta dispersiyon stabilitesi ph dan fazla etkilenmemektedir. Bu değerin değişmesi ise dispersiyonu bozmaktadır. Flotte ph ının sülfürik asit ya da formikasit ile ayarlanması tehlikelidir. Çünkü tartımda yapılacak küçük bir hata flotte ph ında önemli bir sapmaya yol açabilecektir. En yaygın kullanım alanı bulan asit asetik asit olup, ph ın yapılması için gereken asit miktarı boyamada kullanılacak su ile ilgilidir. Asetik asit ile yapılan ph ayarlamasında ortamda bulunabilecek zayıf bazlar yüksek sıcaklıklarda ph değerinin değişmesine sebep olabilmektedir. Bunu önlemek için özel tamponlayıcı kimyasallar kullanılmaktadır [2]. 6. KÖPÜK KESĐCĐLER Boyama işlemi sırasında kullanılan bütün yüzeyaktif maddeler, düşük köpük yapma özelliğine sahip olacak şekilde üretilmedikleri veya yapılarında köpük kesici madde bulundurmadıkları sürece köpük oluşumuna yol açabilmektedirler [4]. Köpük kesiciler genellikle anyonik ve non-iyonik karakterde olup, iki gruba ayrılmaktadırlar. Birinci grup polar ve non-polar fonksiyonel gruplara sahip olan suda çözünebilen yüzey aktif maddelerdir. Bu ürünler çok dar bir aralıkta etkilidirler ve tek başlarına nadiren kullanılırlar. Đkinci gruptaki suda çözünmeyen silikonlar ile organik esaslı köpük kesiciler daha yaygın kullanım alanına sahiptirler. Aktif organik esaslı köpük kesiciler şunlardır; - yağ asitleri, bunların gliserid veya diğer esterleri, yağ alkil aminleri ve amidleri, - isomerik oktil alkoller (2-oktanol ve 2-etil gegzanol) gibi uzun zincirli alkoller, çiklohegzanol, lauril ve setil alkoller vd. - poliglikoller, özellikle poli(propilen-1,2 ve 1,3-glikol) - fosforik asidin suda çözünmeyen alkil esterleri, özellikle tribütilfosfat Silikon esaslı köpük kesicilerdeki aktif maddeler polialkilsiloksanlar, özellikle de poli(dimetil siloksan) ve silika (SiO 2 ) dır [3]. Silikon bileşiklerinin mükemmel köpük kesici özelliğe sahip olmalarına karşın, bu ürünler yüksek sıcaklıklarda yapılan PES boyama işlemleri sırasında yüksek kesme kuvvetleri nedeniyle emülsiyon kırılması sonucu kumaş üzerinde lekeler oluşturabilmektedirler [3, 4]. Ancak gerek emülsiyon sisteminde gerekse silikon komponentlerinde gelişmeler olmuştur. Poli(dimetilsiloksan) ın geliştirilmiş türevleri olan poli(oksietilen) ve poli(oksipropilen) blok kopolimerlerini içeren köpük kesicilerin kimyasal yapısı Şekil 6 da görülmektedir. Bu alkoksillenmiş silikonların çözünürlük ve diğer özellikleri dimetilsiloksan ve oksialkilen birimlerinin oranını değiştirerek ayarlanabilmektedir. Bu ürünlerin yüksek sıcaklıklarda yapılan boyama işlemleri sırasındaki avantajı çözünürlüğe sahip olmalarıdır [3]. 78

7 Atav R., Delituna A. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) LUBRĐKANTLAR Şekil 6: Poli(oksietilen) ve poli(oksipropilen) blok kopolimerlerini içeren poli(dimetilsiloksan) [3] Đstenilen özelliklere sahip bir ürün üretimi için bazı makine/substrat kombinasyonlarında etkili bir lubrikant kullanımı gerekmektedir. Đşlem koşullarından etkilenmeyen, işlem üzerinde herhangi bir olumsuz etkisi olmayan ve hem lif-lif hem de lif-metal sürtünmesini azaltan ürünlerin kullanılması gerekmektedir [5]. Lubrikanttan beklenen temel özellik lif yüzeyinde ince koruyucu bir tabaka oluşturarak yüzey sürtünmesini azaltması ve yüksek sıcaklıklarda yapılan boyamalar sırasında kalıcı kırık izlerinin oluşmasını engellemesidir [3]. Şekil 7 de uygun bir lubrikant kullanılmadan ve kullanılarak kısa flotte oranlarında yapılan bir işlem sonrası kumaş yüzeylerinin görünümü verilmektedir. Şekilden de görülebileceği gibi uygun bir lubrikant kullanılmadığı zaman kumaş üzerinde aşınma izleri oluşmaktadır. Şekil 7: Uygun bir lubrikant kullanılmadan ve kullanılarak kısa flotte oranlarında yapılan bir işlem sonrası kumaş yüzeylerinin görünümü [5] Uygun ürünlerin oldukça hidrofob yüzeyaktif maddeler olmalarına karşın, birçoğu çözünen ya da emülsiye olan yağ ve vaksları (mineral yağı veya parafin vaksı) içermektedir. Bu yüzeyaktif maddelerin, yağların veya vaksların dispers boyarmaddelerle ve boyamada kullanılan diğer yardımcı maddelerle uyumsuzluğu nedeniyle boyamada birçok sorunlarla karşılaşılabilmektedir. Hidrofobik lubrikant fazı dispers boyarmaddeler için solvent etkisi göstermekte, köpük oluşumu için ideal ortam yaratmakta ve özellikle kısa flotte oranlarında yapılan boyamalarda (jigger boyamada olduğu gibi) ve levent ile bobin boyamada lekeler oluşturacak şekilde çökmektedir. Bu nedenle, tekstil yaş işlemlerinde sözü edilen sorunlara yol açmayan lubrikantların kullanılmasına ve bu maddelerin hangi koşullar altında kullanılacağına dikkat edilmelidir. Non-iyonik yüzeyaktif maddeler veya tercihen yağ asitlerinden, alkollerinden veya glikollerinden türemiş anyonik poli(oksietilen) sülfat veya fosfatlar bu amaçla kullanılabilmektedir. Anyonik tipler bulanma noktasına sahip olmadıklarından, yüksek sıcaklıklarda yapılan işlemler sırasında non-iyoniklere kıyasla daha iyi etki göstermektedirler. Formülasyonlarına dikkat edilmesine rağmen lubrikantlar yağ veya vakslar içerdikleri için renklendirme işlemlerinde çeşitli problemlere yol açabilmektedirler. Son yıllarda etoksillenmiş yüzeyaktif maddelerden (yağ ve vaks içermeyen) oluşan lubrikantların üretimine eğilim vardır. Bu ürünler aynı zamanda hidrotropik özelliktedir ve hidrofob lifler üzerinde geçici antistatik etki oluşturmaktadırlar [3]. 79

8 Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) Poliester Liflerinin Dispers Boyarmaddelerle Boyanmasında Kullanılan Yardımcı Maddeler 9. CARRĐERLER Günümüzde PES lifleri normal olarak HT şartlarında boyanmaktadırlar. Ancak yine de bazı ürünlerin kaynama sıcaklığında atmosfer koşullarında boyanması gerekebilmektedir [3]. Bu durumda flotteye carrier adı verilen boyamayı hızlandırıcı kimyasal maddeler ilave edilmektedir. Örneğin PES/WO karışımları boyanırken yün kısmı yüksek sıcaklıklardan zarar göreceğinden veya tekstüre poliester boyanırken liflerin kıvrımlılığı kaybolacağından carrier ilavesiyle daha düşük sıcaklıkta boyama yoluna gidilebilmektedir. Ya da bazen HT koşullarında çalışınca oligomer sorunu çok fazla artıyorsa az miktarda carrier ilavesi sayesinde boyama sıcaklığı renk veriminde önemli bir düşüşe yol açmadan daha düşük (Normalde C civarı iken, carrier ilave edildiğinde C da boyama yapılabilir) tutulabilmektedir. Ancak bu yöntemde carrier kullanıldığı için carrier miktarı az da olsa, carrierli yöntemde ortaya çıkan sakıncalar (pis koku, toksik etki, flottenin yüksek sıcaklıklardaki dayanıklılığının azalması vb.) yine söz konusudur [2]. Carrierler lif yapısı (lifleri şişirme, liflerin su alma yeteneğini ve lifler içerisinde boyarmaddenin girebileceği amorf bölge miktarını artırırma vb.) ve flottede (lifler etrafında zar oluşturarak çözülen boyarmaddenin life nüfuzunu çabuklaştırma, dispersiyon boyarmaddesinin çözünürlüğünü arttırarak lifler tarafından alınmasını kolaylaştırma vb.) meydana getirdikleri değişimler sayesinde boyarmadde alımını arttırıcı özelliğe sahiptirler [2]. Đdeal bir carrierden beklenen özellikler şu şekilde sıralanabilir; (a) ekonomik fiyatta olmalı, (b) aşırı miktarda kullanılmaya gereksinme göstermeden siyahlara kadar bütün renklerin elde edilmesine imkân sağlamalı, (c) bütün dispers boyarmaddelerle ve boyamada kullanılan diğer yardımcı maddelerle uyumlu olmalı, (d) iyi emülsiyon stabilitesine sahip olmalı, (e) su buharıyla uçucu olmamalı (aksi halde carrier lekesi meydana gelme riski fazla olmakatdır), (f) boyamaların ışık ve diğer haslıklarını olumsuz etkilememeli, (g) toksik etki göstermemeli, (h) carrier artıklarının boyanmış mamülden uzaklaştırılması kolay olmalı, (ı) boyama sırasında ve carrier artıklarını uzaklaştırırken pis kokusuyla rahatsız etmemeli, (i) mamülün özelliklerini (tuşe, büzülme vb.) olumsuz etkilememeli, (j) boyama flottesinin dayanıklılığını olumsuz etkilememeli, (k) PES/Protein ve PES/Selüloz karışımlarının boyanmasında dispersiyon boyarmaddesinin protein veya selüloz lif kısmını kirletmesini azaltmalı, (l) Pis suya karışan carrierin, bitki veya hayvanların canlılığına olumsuz etkisi olmamalı ve carrier artıkları mikroorganizmalar tarafından parçalanabilmelidir [2, 3]. PES liflerinin boyanmasında en çok kullanılan carrierler o-fenilfenol, difenil, metilnaftalin, di- ve triklorbenzen ve çeşitli esterlerdir. Carrier formülasyonlarının hazırlanmasında, boyama sırasında carrierden ayrılmayacak bir emülsiye sisteminin seçilmesi büyük önem taşımaktadır. Aksi halde kumaş üzerinde carrier lekeleri oluşmaktadır ve bu hatanın düzeltilmesi zordur [6]. Normal sıcaklıklarda katı halde olan aktif maddelerden oluşan carrierler kullanıldığında, bunları erime noktalarının üzerindeki sıcaklıklarda flotteye eklemek önemlidir [6]. Örneğin difenillerin erime noktası 71ºC olduğundan daha düşük sıcaklıklarda flotteye eklenecek olurlarsa kristalleşip leke oluşturabilmektedirler. Bu nedenle, difenil esaslı carrierler kullanılıyorsa flotteye 70ºC un üzerindeki sıcaklıklarda eklenmeli ve boyama sırasında sıcaklığın 75-80ºC un altına düşmemesine dikkat edilmelidir [2]. 80

9 Atav R., Delituna A. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) PES liflerinin carrier yardımıyla boyanmasında carrier konsantrasyonu belirlenirken, kullanılan boyarmaddenin yapısı ve boyama koyuluğu dikkate alınmalıdır. Yani boyamada gereğinden fazla carrier ilavesinden kaçınmak gerekmektedir. Carierin optimum kullanım miktarı boyarmaddenin difüzyon tanımlama sayısına (DTS) bağlı olarak değişmektedir. DTS si yüksek olan boyarmaddelerde düşük carrier konsantrasyonunda optimum koyuluk elde edilirken, DTS si düşük olanlarda ise optimum koyuluk yüksek carrier konsantrasyonunda elde edilmektedir. Boyarmaddeye bağlı olarak kullanılacak carrier konsantrasyonu değişeceği gibi, kullanılması gereken carrier tipi de farklılık göstermektedir. DTS si düşük olan boyarmaddelerde yüksek etkili carrierlerden yüksek konsantrasyonda kullanılması gerekirken, DTS si yüksek olan boyarmaddelerde düşük ya da orta etkili carrierler kullanılmalıdır [2, 9]. 10. OLĐGOMER KONTROLÜ SAĞLAYAN KĐMYASALLAR Piyasada bulunan poliester lifleri %1.5-4 kadar oligomer içermektedirler. Oligomerler polimerizasyon derecesi (n) 10 un altında olan polietilen tereftalat moleküllerinden oluşmakta olup, bir kısmı halkalı yapıya (çiklik), bir bir kısmı da düz zincir (lineer) yapısına sahiptirler. Düz zincir yapısına sahip oligomerlerin liflerin yüzeyinde ve terbiye cihazlarının çeperlerinde kristalizasyonyu, çökmesi tehlikesi daha azdır. Boyamada sorun yaratan oligomerler çiklik yapıda olanlardır. Bunlar içerisinde de çiklik trimerler en büyük rolü oynamaktadır [10]. Oligomerler iplik eğirmede, bobinleme ve bükümde toz oluşturarak rahatsız etmektedirler. Makine aksamı ve tekstil yüzeyi üzerinde tutunarak leke oluşturmaktadır. Çapraz bobin boyamada filtre edilerek bobin içlerinde birikmekte ve ayrıca ipliklerin yüzey parlaklığını azaltmaktadır [11]. Oligomerler normal olarak lif içerisinde hapsolmuş durumdadırlar. Tekstüre ve termofiksaj gibi ısıl işlemler uygulanan liflerin dahi yüzeyindeki oligomer miktarı oranı % civarındadır ve bu sorun teşkil etmemektedir. Ancak, özellikle çektirme yöntemine göre HT şartlarında yapılan boyamalarda, oligomerler lif yüzeyine çıkmakta ve sorun yaratmaktadırlar [10]. Oligomer sorununu azaltmanın yolları; - Alkali ortamda boyama yapmak (uygun boyarmadde ve stabil tampon sistemleri kullanılarak alkali ortamda yapılan boyamalarda çiklik trimerler parçalanarak lineer forma dönüşmekte ve sorun azalmaktadır) - Yüksek sıcaklıklardaki boyama süresini kısa tutmak ya da boyamayı daha düşük sıcaklıklarda yapmak - Boyama sonrası flotteyi sıcak boşaltmak (HT koşullarında flotte içerisinde dağılmış olan oligomerler asıl soğutma fazında kumaş üzerine çökerek sorun yaratmaktadırlar. Ancak bu yöntem halat halde kumaş boyamada pek önerilmemektedir, çünkü kumaşta kırık oluşumuna yol açabilmektedir) - Bütün boyamalardan sonra (açık tonlar da dâhil) indirgen yıkama yapmak ve - Boyama sırasında yardımcı madde kullanmak [2, 4, 9, 11] şeklinde sıralanabilir. Oligomerler küçük moleküllü olmaları nedeniyle boyama sırasında boyanmadan kalmakta ve materyal üzerinde donuk bir görünüme yol açmaktadır. Eğer boyama flottesine oligomerleri dispersiyon halinde tutan bir yardımcı madde eklenirse, boyama sonrası boşaltma sırasında bunlar ortamdan uzaklaştırılabilmektedir. Şekil 8 de uygun yardımcı madde varlığında ve yokluğunda işlem görmüş PES liflerinin ve kör boyama flottelerinin görüntüsü verilmektedir [5]. Şekilden görüldüğü üzere uygun yardımcı madde kullanılması durumunda flottedeki oligomerler disperse edilmekte ve lif üzerine çökmeleri engellenmektedir. 81

10 Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) Poliester Liflerinin Dispers Boyarmaddelerle Boyanmasında Kullanılan Yardımcı Maddeler 11. MĐGRASYON ÖNLEYĐCĐLER Şekil 8: Uygun yardımcı madde varlığında ve yokluğunda işlem görmüş PES liflerinin ve kör boyama flottelerinin görüntüsü [5] PES liflerinin kontinu boyanması termosol yöntemine göre yapılmaktadır. Bu yöntem özellikle PES/Selüloz karışımlarının boyanmasında öneme sahiptir [2]. Kontinu boyama işlemlerinde emdirme flottesinin kıvamlılığını sağlamak amacıyla baskıdaki kıvamlaştırıcılar kullanılmaktadır, ancak kontinu boyamalarda bunlara migrasyon önleyici denilmesi tercih edilmektedir. Alginatlar ve diğer polielektrolitler (örneğin; poliakriloamidler) en popüler migrasyon önleyicilerdendir. Emdirme yöntemine göre yapılan boyamalar sırasında bu maddelerin iki ana işlevi vardır. Bunlar; (a) boya flottesinin uniform bir şekilde kumaşa aplike edilmesini sağlamak ve (b) boyama sonrası yapılan ara kurutmalar sırasında boyarmaddenin migrasyonunu önlemektir [3]. 12. ISLATICILAR Termosol yöntemine göre boyamalarda emregnasyon flottesinin mamülü ıslatma yeteneğini arttırmak amacıyla ıslatıcı maddeler kullanılmaktadır [6]. Anyonik sülfosüksinatlar uygun ıslatıcı maddelerdir. Kontinu boyamalarda çektirme yöntemine göre boyamalardaki kadar bulanma noktası problemleri yaşanmadığı için non-iyonik yardımcı maddeler de kullanılabilmektedir [3]. 13. SONUÇ Poliester lifleri günümüzde sentetik lifler içerisinde en fazla üretilen ve kullanılan lif grubunu teşkil etmektedir. Tekstil mamullerinin genellikle renkli olarak kullanılması nedeniyle, kumaşların genellikle boyama işleminden geçirilmeden işletmeyi terk etmediğini söyleyebiliriz. Bu açıdan bakıldığında düzgün bir boyama işleminin başarılması büyük öneme sahiptir. Düzgün boyama ise uygun prosesin ve cihazların seçilmesiyle sağlanabilmektedir. Bunun ötesinde yardımcı maddelerin kullanılması da gerekmektedir ve boyamada hangi yardımcı maddelerin kullanılması gerektiği ve ürün seçiminde nelere dikkat edilmesi gerektiği iyi bilinmelidir. 14. KAYNAKLAR 1) 2) Tarakçıoğlu, I., Tekstil Boyacılığı-II Teksiri, ) Shore, J., Colorants and Auxiliaries, Volume:2, Society of Dyers and Colourists, England, ) Aspland, J.R. Disperse Dyes and Their Application to Polyester, Textile Chemist and Colorist, 24 (12), 9-23,

11 Atav R., Delituna A. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) ) Performance Chemicals Adding Value to Textiles, Dye-exact XP kataloğu, BASF 6) Murray, A., Mortimer, K, Dye Auxiliaries in the Application of Disperse Dyes to Man-made Fibres, Journal of the Society of Dyers and Colourists, 87 (6), , ) Cunningham, A.D., Identifying Critical Machinery and Dye Parameters for Successful Rapid Dyeing of Polyester, Textile Chemist and Colorist, 28(2), 23-31, ) Akçakoca, E. P., Atav, R., Tekstil Terbiyesinde Đyon Tutucuların Önemi ve Kullanımı, Tekstil ve Konfeksiyon, 14 (2), , Nisan-Haziran, ) Yurdakul, A. Atav, R., Boya Baskı Esasları, Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Tekstil Mühendisliği Bölümü, Bornova-Đzmir, ) Aniş, P., Tekstil Ön Terbiyesi, Alfa Yayınları (ISBN ), Bursa, ) Tiedemann, W., Schad, J., Ekolojik ve Ekonomik Açılardan PES Boyarmaddelerinin Redüktif Temizlenmesi, Melliand Türkiye Sayısı, ,