Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 5, No: 2, 2011 (77-82) Electronic Journal of Textile Technologies Vol: 5, No: 2, 2011 (77-82) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR www.teknolojikarastirmalar.com e-issn: 1309-3991 Derleme (Review) Emel ALAY *, Ayşegül KÖRLÜ ** * Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 35100 İzmir/TÜRKİYE ** Ege Üniversitesi Müh. Fak.Tekstil Müh. Böl., 35100 İzmir/TÜRKİYE aysegul.ekmekci@ege.edu.tr Özet Dokuma esnasında çözgü ipliklerinin kopuşunu ve makine-iplik, iplik-iplik arasındaki sürtünmeyi azaltmak amacıyla haşıllama işlemi yapılmaktadır. Haşıllama işlemiyle iplik kopuşu azaldığından verimli ve hızlı dokuma gerçekleştirilmektedir. Haşıllama için doğal ve sentetik birçok haşıl maddesi kullanılmaktadır. Günümüzde tarım alanlarının azalması nedeniyle doğal haşıl maddelerinin yerini sentetik haşıl maddelerinin alması kaçınılmaz olmaktadır. PVA sentetik bir haşıl maddesi olarak uygulama kolaylığı, haşıl sökme işleminin basit olması ile ilave avantajlar sağlamaktadır. İşletmelerde enerji giderlerinin önemli bir yere sahip olduğu düşünülürse kolay uzaklaştırılabilen ve en önemlisi geri dönüşümü mümkün olan PVA haşıl maddesinin kullanımının yaygınlaşması desteklenmektedir. Anahtar Kelimeler: PVA, PVAC, Haşıl, Haşıl Sökme, Çözgü Haşıllama Polyvinylalcoholes as a Sizing Agent Abstract The purposes of warp sizing are to reduce friction between yarns and metal parts of weaving machine. Sizing processe provides decreasing of yarn breakage and efficient weaving. A lot of natural and synthetic sizing agents are used for sizing. PVA has very important role in warp sizing process because of the advantages Advantages of PVA are easiness in sizing and desizing processes, recyling of sizing agent. So it is considered that PVA will be more. Keywords: PVA, PVAC,Sizing,Desizing,Warp sizing Bu makaleye atıf yapmak için Alay E., Körlü E. A., Hasıl Maddesi Olarak Polivinilalkoller Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 2011, 5 (2) 77-82 How to cite this article Alay E., Körlü A., Polyvinylalcoholes As A Sizing Agent Electronic Journal of Textile Technologies, 2011, 5 (2) 77-82
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2011 (2) 77-82 1. GİRİŞ Beyaz toz şeklinde sentetik polimer bir reçine olan polivinilalkol, ilk olarak 1939 yılında Amerika da üretilmiş, fakat tekstil de haşıl maddesi olarak kullanımı 1960 larda başlamıştır[1]. Polivinilalkolün kısaltmaları da PVA, PVOH, PVAL şeklindedir. Hem kesikli hem de kesiksiz çözgü ipliklerinin haşıllanmasında tek başına ya da diğer haşıl maddeleriyle karıştırılarak kullanılabilirler[2]. 2. PVA NIN ELDE EDİLMESİ Etilen ve asetik asitten üretilen vinilasetatın polimerizasyonu sonucu polivinilasetat ve polivinilasetatın hidrolizi ile polivinilalkol elde edilir[2]. Şekil 1 de PVA nın kimyasal oluşum reaksiyonu görülmektedir. Polimerizasyon ve hidroliz derecelerine göre pek çok farklı PVA polimerleri üretilebilir. Uzun polimer zincirleri ile molekül ağırlığı yüksek polivinilasetat ve bunun sonucu olarak da yüksek viskoziteye sahip polivinilalkol reçinesine ulaşılır. Bu şartlar göz önüne alınarak PVA 3 grupta sınıflandırılmaktadır [1, 2]. -Düşük Viskozite Tipi Molekül ağırlığı(22.000-31.000) %4 lük çözelti viskozitesi(4-7cps) -Orta Viskozite Tipi Molekül ağırlığı(77.000-79.000) %4 lük çözelti viskozitesi(21-32cps) -Yüksek Viskozite Tipi Molekül ağırlığı(106.000-110.000) %4 lük çözelti viskozitesi(40-65cps) PVA nın bazı tipleri haşıl maddesi olarak kullanılabilmektedir. Düşük viskoziteli tiplerde liflerin içine nüfuz yeteneği yüksek olduğu için haşıl maddesinden istenen lif yüzeyini kaplaması görevi yeterince sağlanamaz.yüksek viskoziteli tiplerde ise, life nüfuz çok azdır. Bu özellik haşıl maddesinin lif yüzeyinde kalmasına ve life istenen derecede nüfuz etmediği için dokuma esnasında haşıl filminin kırılmasına yol açar. Bu nedenle de haşıllama maddesi olarak tercih edilmezler. Haşıllama maddesi olarak orta viskoziteli tipler yaygın kullanılmaktadır [1]. Şekil 1 : PVA kimyasal reaksiyonu [3] İkinci işlem olan sabunlaşma reaksiyonu esnasında asetat gruplarının yerine alkol grupları geçer (şekil1). Sabunlaşma derecesine yani tepkimenin tamamlanma oranına göre değişik özellikte PVA oluşumu sağlanır ve 4 grupta sınıflandırılır. 78
Alay E., Körlü A. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2011 (2) 77-82 -Süper Sabunlaşmış Tip %99.6 nın üzerinde sabunlaşma derecesine sahiptir ve haşıl maddesi olarak kullanılmaz. -Tamamen Sabunlaşmış Tip %98-%98.8 sabunlaşma derecesi -Orta Derecede Sabunlaşmış Tip %95.5-%96.5 sabunlaşma derecesi -Kısmi Sabunlaşmış Tip %87-%89 sabunlaşma derecesi Tam sabunlaşmış tipleri sıcak işleme tabi tutulduğunda, sonradan sökülme işlemi zorlaşmakta, kısmen sabunlaşmış tipleri ise tutum, köpük oluşumu, nem hassasiyeti nedeniyle geniş kullanım alanı bulamamaktadır. PVA üreticileri bu sorunları gidermek adına çalışmalar yapmışlardır. PVA elde ediliş şekli olarak çok değişik özellikte polimer oluşumuna olanak sağlamaktadır. Böylelikle kısmen sabunlaşmış ve tamamen sabunlaşmış tiplerin en iyi özelliklerini bir arada taşıyan yeni polimerler üretilmiştir. Bunlar kopolimer veya terpolimer olarak anılmaktadır. Adı geçen yeni tiplerin haşıl maddesi olarak kullanımıyla tekstil sanayine çok yönlü bir haşıllama maddesi kazandırılmıştır[1]. 3. PVA NIN ÖZELLİKLERİ PVA diğer haşıl maddeleriyle karşılaştırıldığında çok yüksek mukavemete sahip olduğu görülmektedir[3]. Tablo 1: Haşıl maddelerinin özelliklerinin karşılaştırılması[3] Haşıl maddesi PVA a Nişasta CMC Akrilik Mukavemet (psi) 7000-15000 600-900 2000-4000 1000-2000 a 21 C ve %65 nisbi nemde b Hidroliz derecesine bağlı 79 Nem İçeriği Uzama (%) %50 nisbi nem %65 nisbi nem %80 nisbi nem 100-150 8-12 10-15 100-600 14 8-9 b 15-20 15-20 16-17 b 19 30.5 17-21 Yapıştırıcılık özelliği fazla olduğu için değerli bir haşıl maddesidir. Lif üzerinde güçlü film tabakası oluşturur. Bu özellik sabunlaşma derecesi ile bağlantılıdır. Kısmi sabunlaşmış olanlar tamamen sabunlaşmış olan tiplere göre %20-25 daha düşük kopma mukavemet değerine sahiptir. Fakat bu haliyle bile diğer haşıl maddeleri içinde en yüksek dayanımı olan haşıl maddesidir. Kopma mukavemeti, esnekliği ve polyester, pamuk, cam, asetat, naylon, yün gibi bir çok life tutunma özelliği nişasta ve karboksimetilselüloz (CMC) ile karşılaştırıldığında çok yüksektir. Düşük kopma mukavemetine sahip haşıl maddeleri kullanımında düşük dayanım özelliğini gidermek için çok fazla miktarlarda aktarım gerekmektedir. Örneğin nişasta ile haşıllama yaparken kullanılan miktarlardan çok daha az miktarlarda PVA haşılı kullanımı söz konusu olmaktadır. Pamuk/PES karışımlarında 100 galon haşıla 100-150libre nişasta eklenmesi gerekirken, 15-25 libre PVA eklenmesi yeterlidir[2,3]. PVA, uzama ve esneklik açısından incelendiğinde, nişasta ve CMC ye göre film esnekliği 15-20 kat daha fazladır ki, esneklik haşıl maddesinde olması gereken en önemli özelliklerden biridir.iyi
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2011 (2) 77-82 sürtünme dayanımlı haşıllanmış iplik elde etmek için gerekli esnek film tabakası PVA kullanımı ile etkili bir şekilde sağlanabilir. Kısmi sabunlaşmış tipte olanlar tamamen sabunlaşmış olan tiplere göre %20 daha düşük uzama değerine sahiptir. Yine de diğer haşıl maddeleri içinde en yüksek özelliktedir. Gliserin ve üre gibi nemlendirici ve akışkanlaştırıcı maddeler ilave edilerek kullanıldığında diğer haşıl maddelerinde olduğu gibi esneklikleri artmakta fakat kopma dayanımları düşmektedir[3]. Kısmi sabunlaşmış olanlar tamamen sabunlaşmış olan tiplere göre PES e daha yüksek adhezyon gösterirler.yüksek adhezyon özelliği lif üzerindeki tutunmayı arttırdığından güçlü film tabakası oluşmasını sağlamaktadır. Kısmi sabunlaşma derecesine sahip PVA, orta ve tam sabunlaşmış olanlara nazaran en güçlü sürtünme direncine sahiptir. Bu da ipliğin kolay,kopmadan dokunabilirliğini sağlamaktadır. Sentetik polimerlerin içinde suda tamamiyle çözünebilen tek haşıl maddesidir. Bu nedenle de yıkama ile kolaylıkla uzaklaştırılabilir. Çözüldükten sonra kullanılırlar. Nişasta gibi hamurlaştırılması gerekmez. Kısmi sabunlaşmış olanlar tamamen sabunlaşmış olan tiplere göre daha kolay çözünürler ve tüm sıcaklıklarda çok iyi çözünme performansı gösterirlerken, tamamen sabunlaşmış olanlar 85-100 C pişirme sıcaklığında çözünebilirler. Bu yüksek sıcaklıklar sonradan film tabakasının uzaklaştırılmasını zorlaştırır ve buna bağlı olarak da enerji sarfiyatını arttırır. PVA nın çözücüsü su olduğu için çözelti hazırlanması çok basittir.çözelti viskozitesi de düşüktür. Çözeltinin viskozite değerler tablo2 de görülmektedir[2]. Tablo 2 : 75 C,% 8 lik PVA çözeltisinin viskozitesi Tamamen sabunlaşmış pva Viskozite Kısmen sabunlaşmış pva Viskozite Düşük viskozite tipi Orta viskozite tipi Yüksek viskozite tipi 6cps 60cps 200cps Düşük viskozite tipi Orta viskozite tipi Yüksek viskozite tipi 5cps 50cps 150cps 4. PVA HAŞIL BANYOSUNUN HAZIRLANMASI VE HAŞILLAMA PVA reçineleri yüksek kopma dayanımı, iyi uzama özelliği, güçlü adhezyon kuvveti sayesinde güçlü, esnek, sürtünme dayanımı yüksek film oluşturma karakterindedir. Haşıllanacak iplik cinsine ve yapılacak dokuma şekline göre tek başına ya da nişasta ile birlikte kullanılabilirler. Asetat grupları nedeniyle hidrofobik olduğundan tek başına sentetik ve karışımlı (özellikle pamuk/polyester karışımları) ipliklerin haşıllanmasında çok iyi sonuçlar verir. Tablo 3 de PVA ün haşıl maddesi olarak kullanım yerleri görülmektedir. Dokuması zor, sık kumaşların üretilmesinde kullanımı avantajlıdır. Nişasta ile birlikte kullanıldığında haşıl filminin dayanımını arttırır, filmin sentetik ipliklere tutunmasını kolaylaştırır. Su buharlaşmasıyla kolaylıkla film tabakası oluşmaktadır. Haşıllama için gerekli yağ da azdır. [2, 3] Kısaca haşıl flottesi hazırlanması şu şekilde olmaktadır; Soğuk suya ilave edilip çalkalanır.elde edilen solüsyon 80-95 C ye ısıtılır.hazırlık süresi 10-12 dk sürmektedir.eğer nişasta ile kullanılacaksa ikisi birlikte karıştırılır ve pişirilir[2]. Tablo 3:PVA ün haşıl maddesi olarak kullanım yerleri [3] % 100 PVA PVA Karışımı Pamuk kumaş Dimi kumaş 80
Alay E., Körlü A. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2011 (2) 77-82 Fitilli kadife Sık dokunmuş çarşaflık Sık poplin Rayon (%100 eğirilmiş ve filament) Triasetat (filament) Poliester %100 endüstriyel % 100 eğirilmiş Poliester/Pamuk (kumaş ve havlular) Poliester/rayon Cam lifi (filament ve kumaşlar) Müslin Patiska Ağır gramajlı giysilik kumaş Denim Hafif gramajlı % 100 pamuk 5. PVA NIN TANINMASI VE HAŞIL SÖKÜLMESİ Haşıl sökme işlemi terbiye işlemlerinin ilk aşamasıdır. Haşıl sökme işlemine başlanmadan önce kumaşta kullanılmış olan haşıl maddesinin tespitiyle haşıl sökme işlemlerinin tek defada etkili, doğru ve mümkün olan en kısa sürede gerçekleşmesi sağlanmaktadır. İşletme maliyetleri ve zaman tasarrufu açısından kullanılan haşıl maddesinin bilinmesi önemli bir basamaktır. PVA haşıl maddesinin tanınması iyot/potasyum iyodür solüsyonu ve borik asit solüsyonu kullanarak olmaktadır. İki solüsyon kumaşta aynı noktaya üst üste uygulanarak ortaya çıkan renk değerlendirilir. Eğer mavi renkte leke tespit edilirse, PVA varlığı tespit edilmiş olmaktadır[5]. PVA nın haşıl sökme işlemi çok kısa ve basittir. Non-iyonik yüzey aktif maddelerle (3-5gr/l) 95-100 C de 20-30dk yıkama işlemiyle kolaylıkla uzaklaştırılmaktadır. PVA ile çalışırken dikkat edilmesi gereken bazı hususlar vardır; PVA bir polihidroksi birleşik olduğu için aşırı ısıya maruz kaldığında dehidrasyona uğrar. Bunun sonucu olarak da suda çözünmeyen bir hale geçer. Bu durumda kumaş üzerinde kalan PVA nın hidrofobluğu yüzünden boyama esnasında abraj oluşumuna neden olur. Haşıl sökmede karşılaşılan sorunlar PVA ile haşıllanmış kumaşların önceden gördüğü işlemlerle alakalıdır. Bu sebeple PVA ile haşıllanmış kumaşları haşıl sökme işlemine tabi tutmadan yakma yapılmaması gerekir. Ayrıca haşıl maddesinin kurutma, fiksaj ve yıkama aşamalarında yüksek sıcaklıklara maruz kalması kontrol edilmelidir. Bunun dışında özellikle kısmen sabunlaştırılmış tiplerinde çözeltisi köpük oluşturabilir. Bu yüzden haşıl banyosuna köpük önleyici maddeler ilave edilmesi önerilir. Günümüzde üretilen tiplerinde köpük önleyici madde ile birlikte satılmaktadır. Kümeleşme olmaması için özellikle kısmen sabunlaşmış tiplerde su ile karıştırırken yavaş yavaş dökülmelidir. Tam sabunlaşmış tipler oda sıcaklığında erimediği için bu tehlikeyi taşımazlar. PVA haşıl flottelerinde retrogradasyon tehlikesi olmakla beraber uzun süreli bekletmelerde flotte yüzeyi kabuk bağlayabilir. Sıcaklığı yükselterek veya yağ ilave ederek bu durum düzeltilebilir. Organik bir madde, sülfat, soda, borik asit suya karışırsa veya sert su kullanılırsa PVA nın şişmesi azalıp ve erimesi zorlaşacağından bu parametreler dikkatli kontrol edilmelidir [5]. 6. PVA NIN EKOLOJİK ÖZELLİKLERİ VE GERİ KAZANILMASI Çevre kirliliği açısından incelendiğinde, PVA biyolojik oksijen ihtiyacı(bod) nişastaya göre düşük olduğu için çok daha az kirliliğe yol açtığı görülmektedir[2]. PVA 3-5 lbs oksijen /100 lbs. Katı madde de (BOD 5 ) 81
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2011 (2) 77-82 NİŞASTA 50-80 lbs oksijen /100 lbs. Katı madde de (BOD 5 ) PVA nın kimyasal oksijen ihtiyacı(cod) nişastadan fazladır.yalnız çözelti hazırlanması esnasında nişasta flotteye PVA nın 2-3 katı miktarda ilave edildiği için pratiğe uygun bir karşılaştırmada PVA kullanımında nişastaya göre yaklaşık %50 daha az kimyasal oksijen ihtiyacına gereksinim olduğunu görülmektedir[2]. PVA NİŞASTA 1.6 lbs. Oksijen/1lbs PVA (COD) 1.2 lbs. Oksijen/1lbs nişasta (COD) PVA tamamen biyolojik olarak parçalanabildiği için kolaylıkla geri dönüşümü sağlanabilir. Yalnız biyolojik parçalanma hızı yavaştır. PVA haşıl maddesi geri kazanılabildiği için %10-12 konsantrasyonlu çözeltileri haşıl maddesi olarak defalarca kullanılabilir. PVA nın geri kazanılması işlemi ultrafiltrasyon tekniği ile yapılmaktadır. Makine, membran zarlar içeren gözenekli tüplerden yüksek basınç uygulanarak temiz suyla haşıl sökme flottesinin geçirilmesi esası üzerine kurulmuştur.haşıl sökme flottesi tüp içindeki zarlardan geçerken su kaybeder ve konsantre hale gelir.bu işlemle PVA tekrar elde edilirken beraberinde filtre edilmiş temiz sıcak su ikinci ürün olmaktadır.sıcak su boyama işlemlerinde veya haşıl sökme de tekrar kullanılabilir.geri kazanılan PVA ise saf hali ile aynı özelliklere sahiptir. Bu teknikle haşıl sökme flottesinden PVA nın yaklaşık olarak %94-97 si geri kazanılmaktadır.bir kısım PVA dokuma esnasındaki döküntülerle ve haşıl sökme esnasında su ile uzaklaştığından %100 geri kazanma mümkün olmamaktadır.tekrar kullanımda haşıl flottelerine %10-20 kadar yeni PVA haşıl maddesi ya da parafin, köpük önleyici gibi diğer yardımcı maddeler eklenmektedir[3, 4]. 7. SONUÇ PVA kolay uygulanabilmesi, yikamayla kısa sürede uzaklaştırılabilmesi özelliklerinden dolayı çok tercih edilen bir haşıl maddesidir. Güçlü film oluşturma yetenekleri özellikle hidrofob liflere olan adhezyon özelliği sayesinde dokuma esnasında istenen verimliliğe ulaşılmasını sağlamaktadır ve gelecekte daha da geniş kullanım alanı bulacak bir haşıl maddesi olarak görülmektedir[1].diğer haşıl maddeleriyle kombine edilerek veya tek başına kullanılması tavsiye edilmektedir. Kolaylıkla sökülebildiği ve geri dönüşümü mümkün olduğu için işletmelere hem maliyet hem de zaman tasarrufu sağlamaktadır. Bu özellikleriyle ve çevre dostu bir haşıl maddesi olarak kullanımının yaygınlaşması beklenmektedir. 8. KAYNAKLAR 1. MORELAND J. E., Polyvinyl Alcohol Warp Sizes, AATCC Warp Sizing Handbook, sf: 1-9, 1995. 2. NEHRENBERG D.L., Polyvinyl Alcohol For Warp Sizing, AATCC Warp Sizing Handbook, sf: 1-13, 1995. 3. GOSWAMI B. C., ANANDJIWALA R. D., HALL D., Textile Sizing, Marcel Dekker, sf:178-192, 2004, New York 4. TOMASINO C., Chemistry & Technology of Fabric Preparation & Finishing, North Carolina State University, sf:23-27, 1992, North Carolina 5. KARMAKAR S.R.,Chemical Technology in The Pre-treatment Processes of Textiles, Textile Science and Technology, Elsevier, sf:77-78, 376-377, 448, 1999, Amsterdam 82