İstanbul Ticaret Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Yıl:10 Sayı 19 Bahar 2011 s.89-99 GELĠNCĠK (Papaver rhoeas L.)BĠTKĠ ÇĠÇEKLERĠ ĠLE BOYANMIġ YÜNLÜ KUMAġLARIN RENK VE HASLIK ÖZELLĠKLERĠNĠN ARAġTIRILMASI *Nigar MERDAN, **Kamil ACAR, **Burcu KORKMAZ 1 Geliş: 22.06.2011 Kabul: 05.09.2011 ÖZET Bu araştırmada dünya'da çok geniş bir yayılma alanına sahip olan gelincik çiçeğinden elde edilen doğal boyanın, yün liflerinin boyanmasında kullanılabilirliği araştırılmıştır. Yünlü malzeme, bilinen mordan maddeleri ile mordanlandıktan sonra, bitkiden ekstrakte edilmiş boya ile klasik yönteme göre boyanmıştır. Boyanan yün kumaş numunelerinin CIE L*a*b* renk uzay sistemi kullanılarak L*a*b* değerleri ölçülerek karşılaştırılmıştır. Ayrıca boyamaların yıkama ve ışık haslık özellikleri incelenmiştir. Anahtar kelimeler: Papaver rhoeas L., doğal boya, yün, klasik yöntem INVESTIGATION ON COLOUR AND FASTNESS PROPERTIES OF WOOL FABRICS DYED WITH Papaver rhoeas L. ABSTRACT In this research, which has spread world and a very wide range of natural dye obtained from the papaver rhoeas L. flower, usability the dyeing of wool fibers was investigated. Wool fabrics, mordant substances known were to mordant after, dye extracted from herbs and dyed according to the classical method. The dyed wool fabric samples in the CIE L * a * b * color space system using the L * a * b * values were measured. In addition, dyeing, washing and light fastness properties were investigated Key words: Papaver rhoeas L., natural dye,wool,coventional method * İstanbul Ticaret Üniversitesi, Mühendislik ve Tasarım Fakültesi, Moda ve Tekstil Tasarımı Bölümü, nmerdan@iticu.edu.tr ** Ersu Tekstil
Nigar MERDAN, Kamil ACAR, Burcu KORKMAZ 1. GĠRĠġ Doğal boyarmaddeler bitki ve hayvan orijinli olup, renklendirici olarak, gıda ve tekstil sanayi gibi çok çeşitli kullanım alanına sahiptir[green, 1995]. Bitkisel ve hayvansal boyaların kullanımı ilk çağlara kadar gitmektedir. Günümüzde en önemli doğal boyarmadde kaynağı bitkisel boyarmaddelerdir. Bitkisel boyalar yaprak, çiçek, kozalak, gövde kabuğu ve kök gibi bitki kısımlarından kimyasal bir işlem uygulamadan veya en az kimyasal işlem sonucunda elde edilen boyalardır. Günümüzde çevre sorunlarının giderek büyümesine karşın, kimyasal boyaların doğal boyalara göre ezici üstünlüğü devam etmektedir. Sentetik boyaların parçalanabilirliğinin az olması, çevreye zararlı etkileri ve alerjiye neden olması gibi sakıncaları, günümüzde doğal boyalara olan ilgiyi artırmıştır. Doğal boyaların kaynağı olarak kullanılan gıda olmayan ürünlerden boya bitkilerinin geleceği parlaktır. Bitkisel boyalar gıda, tekstil, kozmetik ve ilaç hazırlanmasında kullanılmaktadır. Ekolojik ve ekonomik kaynakların değerlendirilmesinde doğal boyalara dayanan eko tekstillerin üretimine ilgi gittikçe artmaktadır. Sarı, kırmızı, yeşil ve koyu gri renk tonları, çeşitli bitki materyallerinden elde edilebilmektedir[bechtold, vd. 2002]. Boya bitkilerinde çeşitli pigment renkleri elde etmeye olanak sağlayan indigo, antrakinon, naftakinon, fenalon,tanin, phenalones, anthocynanins, tannis, carotenoid ve klorofil gibi doğal kromojenler vardır [Divakar, 2006]. Gelincik ( Papaver rhoeas L.), gelincikgiller (Papaveraceae) familyasından Dünya'da çok geniş bir yayılma alanına sahip bir yıllık bir bitki türüdür. Bahar aylarında doğaya kırmızı halı seren gelincik bitkisi bazı bölgelerde sebze olarak da değerlendirildiği gibi bitkinin kırmızı çiçekli bölümleri Anadolu da şurup olarak da tüketilmektedir. Gelincik çiçeğinden elde edilen kromofor antosiyaninlerin türevi olan mekosiyanin dir (Şekil 1). ġekil 1. Papaver rhoeas L yapısında bulunana antosiyaninlerin temel yapısı ve siyanin-3-glukozidlerin alüminyum kompleksi 90
İstanbul Ticaret Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Bahar 2011 Çeşitli boya bitkilerinden elde edilen boyarmaddeler yün, ipek, pamuk gibi doğal liflerin boyanmasında kullanılmaktadır[santis, vd. 2007]. Bitki boyalarının haslık özellikleri, renk değerleri [Shanker, vd. 2007], işlem parametrelerinin boyamaya etkileri[nagia vd. 2007], çevre yükü olabilecek mordanların kullanım miktarlarını azaltan mordan enzim kompleks uygulamaları[shanker vd. 2007], doğal boyanın UV koruma ve antimikrobiyal özelliklerinin incelendiği araştırmalar mevcuttur[gupta, vd.. 2008]. Bu çalışmaların dışında Indigo carmin boyasının yün ve saç boyama için boya kaynağı olabileceği, enerji, su ve kimyasal tüketiminde tek banyo hybrid boyamanın avantajlı olduğu belirtilmektedir[komboonchoo, vd. 2009]. Deri ürünü hayvansal elyaf, protein esaslıdır. Bunlarda elyafı oluşturan ana madde keratindir. Kompleks yapı gösteren yün keratini, lifin fiziko kimyasal doğasında önemi olan sistin, lisin, arjinin, glutamik asit ve aspartik asit gibi on sekiz amino asitten oluşmuştur. Keratin makro molekülleri, katyonik, anyonik hidroksil gruplar ile kükürt içeren, polar ve hidrofob karakter gösteren gruplardan meydana gelir. Yün, lineer formda olmayıp, uzunluğu boyunca sarmal bir yapıda olan polipeptid zincirdir. Yün lifini oluşturan aminoasitler; hem asidik karboksil grubu, hem de bazik hidroksil grubu içerdiklerinden amfoter özellik göstererek, hem asitler hem de bazlarla tuz oluşturabilmektedirler. Yün lifi çok iyi ısı tutma ve kuru ağırlığının 1/3 i kadar nem alabilme yeteneğine sahiptir[carr, 1995]. Bu çalışmada çeşitli mordan maddeleri ile mordanlanmış yünlü materyalin gelincik çiçeğinden elde edilen doğal boya ile boyanabilme, renk ve haslık özellikleri araştırılmıştır. 2.MATERYAL ve METOD 2.1. Materyal Ön terbiye işlemi uygulanmış bezayağı örgüsüne sahip, 110 g/m 2 ağırlığında %100 yünlü kumaş, İzmir bölgesinden Mayıs ayında toplanan gelincik çiçeklerinden elde edilen doğal boya. 2.2. Metod 2.2.1.Mordanlama Ön yıkama işlemi uygulanmış yünlü kumaş, Tablo 1 de gösterilmekte olan şartlarda, boyamadan önce çeşitli mordanlarla ayrı ayrı mordanlanmıştır. 2.2.2. Boya Ekstraktının Hazırlanması Bu çalışmada kullanılan gelincik çiçeği, Mayıs ayında bitkiye ve tohumlarına zarar verilmeden sadece kırmızı çiçek bölümleri toplanarak elde edilmiştir. 1000 g kuru çiçek için 20 litre yumuşak su kullanılmış ve kuru çiçek ağırlığının %10 u kadar 91
Nigar MERDAN, Kamil ACAR, Burcu KORKMAZ sitrik asit içerisinde bir hafta bekletilerek boya elde edilmiş süre sonunda süzülerek kullanıma hazır hale getirilmiştir. Tablo 1. Yünde kullanılan mordanlar (materyal ağırlığına göre) Kod Konsantrasyon Mordan ph ÇalıĢma KoĢulu (%) 1 30 Kil 7 10 g materyal 2 10 Sitrik asit 3 Flotte oranı: 1:20 ( 10 gram 3 5 Tartarik asit 5 tekstil malzemesi için 20 ml boya 4 4 Demir sülfat 5 çözeltisi) 5 3 Sodyum 6 Sıcaklık: Kaynama sıcaklığı dikromat Süre 1 saat 6 4 Bakır sülfat 5 Kendi halinde flotte içinde 7 15 Şap 4 malzemenin soğutulması 8 8+5 Şap + tartarik 4 Sıkma asit Kurutma 9 5 Oksalik asit 3 2.2.3. Boyama Ön mordanlama işlemi uygulanmamış ve uygulanmış 10 g yünlü materyal örnekleri önceden hazırlanmış ekstrakt ile 1/20 flotte oranında bir saat kaynatılmıştır. Süre sonunda boyanmış ipek ekstrakt içerisinden çıkarılarak kendi halinde soğumaya bırakılmış ve ardından soğuk su ile durulanmış ve kendi halinde kurutulmuştur. Boyamaya ait çalışma koşulları Tablo 2 de verilmiştir. Tablo 2. Örneklerin mordan maddeler ve mordansız boyama koģulları Konvansiyonel yöntem 2 g Material Flotte oranı: 1:300 ( 2 gram tekstil malzemesi için 600 ml boya çözeltisi) Sıcaklık: Kaynama sıcaklığı Süre: 1saat Kendi halinde flotte içinde malzemenin soğutulması Yıkamalar Soğuk taşar yıkama (2.5 L su) Sıcak yıkama (0.5 L kaynar su) Soğuk yıkama (0.5 L) 92
İstanbul Ticaret Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Bahar 2011 2.2.4. Boyamalarda Elde Edilen Renkler Farklı mordanlara kullanıldıktan sonra gelincik boyası ile boyanmış örneklerin renkleri Şekil 2 de gösterilmektedir. Mordansız Kil Sitrik asit Tartarik asit Demir sülfat Sodyum dikromat Bakır sülfat Şap Şap + tartarik asit Oksalik asit ġekil 2. Farklı mordanlar kullanılarak elde edilen renkler 2.2.5. Renklerin Objektif Değerlendirilmesi Boyanmış kumaşların renkleri, CIELab renk koordinatları (L*,a*,b*,C* ve h) ile değerlendirilmiştir. Örneklerin % reflektans değerlerinin ölçümleri GretaqMacbeth ColorEye 2180UV renk ölçüm cihazı ile Dyematch bilgisayar programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ölçümlerde konvansiyonel yöntemle elde edilmiş örnekler standart olarak kabul edilmiş ve 10 gözlemci değerleri ile D/65 ışık kaynağı 93
Nigar MERDAN, Kamil ACAR, Burcu KORKMAZ kullanılmıştır. Gerçekleştirilen her bir denemenin doğruluğunu kontrol etmek için çalışmalar iki kez tekrarlanmıştır. CIELab sistemine göre renk değerlerinin hesaplanmasında Formül 1 kullanılmıştır[fairchild, 1997]. ΔE* = [(ΔL*) 2 + (Δa*) 2 + (Δb*) 2 ] 1/2 ( 1 ) L*; açıklık-koyuluk, a*; kırmızılık-yeşillik, b*,sarılık-mavilik değerleridir. Düzlem üzerinde renksiz noktadan rengin bulunduğu noktaya çizilen doğrunun a* ekseni ile yaptığı h açısı, renk tonu (cinsi) için bir ölçektir. Örneklerin E* değeri, renk farklılığının ifadesidir. E* < 1 ise, iki renk arasında fark çok az; E* > 1 ise çok fazladır. L* değerinin (-) olması, örneğin standarda göre daha koyu olduğunu, (+) olması ise daha parlak olduğunu göstermektedir. C* değerinin (+) olması ise yüksek kromayı yani doygunluğu ifade eder. a* değeri arttıkça renk kırmızıya, azaldıkça yeşile, b* değeri arttıkça renk sarıya, azaldıkça maviye döner. Kırmızıdan sarıya doğru artış gösteren dönme açısı h (derece cinsinden), rengin bir ölçüsüdür. Örneğin, h=0 kırmızı bir renk tonuna, h=90 sarı bir renk tonuna, h=270 mavi bir renk tonuna karşılık gelmektedir. Renk değerlendirilmesinde renk farkı için limit değerleri. ΔE* (Toplam renk farkı) : 0.5, ΔL* (Açıklık-koyuluk farkı) : 0.5, Δa* (Kırmızılık-Yeşillik farkı) : 0.3, Δb* (Sarılık- Mavilik farkı) : 0.3, ΔC* (Doygunluk farkı) : 0.3, ΔH * (Açısal renk farkı) : 0.3 olarak kabul edilmiştir. 2.2.6. Renk Haslıkları Boyanmış kumaşların yıkama haslıkları, ISO 105-C06 standardına göre[iso 105- C06 ] yıkama haslığı test makinesinde ( Gyrowash / James H. Heal Co. Ltd.) gerçekleştirilmiş ve gri skala ile değerlendirilmiştir. 1-5 arasında yıkama haslık notu değerlendirilmesinde 5 en iyi değeri karşılamaktadır. Işık haslıkları ise ISO 105 B02ISO standardına göre[ts 1008 EN ISO 105-B02] ışık haslığı test cihazında (James H. Heal) uygulanmış ve mavi skala referansına göre 1-8 ışık haslığı not aralığında değerlendirilmiştir. Bu değerlendirmede 8 en iyi değere karşılık gelmektedir. 3. ÖLÇÜM SONUÇLARI 3.1. Renk Ölçümleri Yün kumaş örnekleri dokuz farklı mordan madde ile mordanlandıktan sonra, anthocynanin yapısındaki kromofor gruba sahip olan Papaver rhoeas L. çiçeklerinden elde edilen doğal boya ile konvansiyonel yöntemle boyanmış ve renk ölçümleri için mordanlanmadan boyanmış örnek standart olarak kabul edilmiştir. Tablo 3 te spektrofotometrik renk ölçüm değerleri yer almaktadır. 94
İstanbul Ticaret Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Bahar 2011 Tablo 3. Örneklerin spektrofotometrik renk ölçüm değerleri No Mordan L* a* b* C* H* E* 1 Kil 2.09 1.56-0.81 0.74-1.60 2.52 2 Sitrik asit 3.40 0.83-0.67 0.20-1.05 2.26 3 Tartarik asit 1.70 1.52-0.23 1.01-1.16 1.99 4 Demir sülfat 0.67 0.48 5.15 4.32 2.86 5.69 5 S.dikromat -3.26 0.40-0.66-0.13-0.76 1.91 6 Bakır sülfat -1.59-1.69-1.93-2.55 0.24 1.71 7 Şap -4.15 1.51-1.26 0.39-1.93 3.37 8 Şap tartarik asit -0.45 1.98-1.04 0.91-2.04 2.85 9 Oksalik asit -0.99 2.23-0.63 1.32-1.90 2.84 Tablo 4 te örneklere ait L* (açıklık-koyuluk), a*( kırmızılık-yeşillik), b*( sarılık-mavilik) ve C* (kroma = doygunluk) değerlerinin açıklaması yer almaktadır. Şekil 3 te de görüldüğü gibi toplam renk farkı E* değerlerinin kabul edilen toleransların oldukça dışında olduğu tespit edilmiştir. Burada en büyük E* değeri 5.69 ile demir sülfat mordanı kullanılmış boyamaya aittir. En düşük değer ise 1.71 ile bakır sülfat mordanı ile elde edilmiştir. Tablo 4. Renk ölçüm değerleri Mordan L* a* b* C* Kil Daha açık Daha kırmızı Daha mavi Daha canlı Sitrik asit Daha açık Daha kırmızı Daha mavi Daha canlı Tartarik asit Daha açık Daha kırmızı Daha mavi Daha canlı 95
ΔE* Nigar MERDAN, Kamil ACAR, Burcu KORKMAZ Demir sülfat Daha açık Daha kırmızı Daha sarı Daha canlı Sodyum dikromat Daha koyu Daha kırmızı Daha mavi Daha mat Bakır sülfat Daha koyu Daha yeşil Daha mavi Daha mat ġap Daha koyu Daha kırmızı Daha mavi Daha canlı ġap tartarik asit Daha koyu Daha kırmızı Daha mavi Daha canlı Oksalik asit Daha koyu Daha kırmızı Daha mavi Daha canlı ΔE* değerleri 6 5,69 5 4 3 2,52 2,26 1,99 3,37 2,85 2,84 2 1,91 1,71 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ġekil 3. Örneklerin E* değerleri Boyanan yünlü örneklerde renk tonu genellikle kırmızıya dönüşmüştür. a* değerleri incelendiğinde, tüm denemelerin referansa göre toleransların dışında değişim gösterdiği tespit edilmiştir(tolerans değer a* = 0.3 CIELab birimi). Mordan maddeler örneklerin rengini, genellikle mavi tona çektiği görülmektedir. Örneklerde mordan maddelerin kullanımı rengin doygunluğunu yani yüksek kromayı sağlamıştır. 3.2. Haslık Sonuçları Tablo 5 te Papaver rhoeas L. ile boyanmış örneklerin yıkama ve ışık haslıkları gösterilmektedir. Boyamaların ışık haslık özelikleri kullanılan mordan ve mordanlama yöntemine bağlıdır. Çünkü ışığa karşı dayanımları farklı olan metal 96
İstanbul Ticaret Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Bahar 2011 boya kompleksleri oluşur. Boyanın fotokimyasal bozunmasında metal, olumlu ya da olumsuz katalitik etki yapabilir. Bu araştırmada ışık haslıklarının oldukça düşük olduğu tespit edilmiştir. Bunun nedeninin asimetrik boya molekülünden kaynaklandığı düşünülebilir. Ancak mordan maddelerin ışık haslık değerini arttırdığı belirlenmiştir. Boyamaların yıkama haslıklarında, özellikle yünlü malzeme için genellikle endüstri için kabul edilebilen değerler elde edilmiştir. Yıkama Haslıkları Renk Tablo 5. BoyanmıĢ Örneklerin Haslık Değerleri DeğiĢimi Lekeleme IĢık Örnekler CA Co PA PES PAN Wo Haslığı Mordansız 4 2/3 2 2 5 5 5 1/2 Kil 5 5 4/5 4 5 5 5 2 Sitrik asit 5 5 4/5 4/5 5 5 5 2 Tartarik asit 4 5 4/5 4 5 5 5 2 Demir sülfat 4 3 2/3 2 5 5 3 2/3 Sodyum dikromat 5 5 4 4 5 5 5 1/2 Bakır sülfat 5 5 4/5 5 5 5 3 2 Şap 5 5 4 4/5 5 5 5 2 Şaptartarik asit 5 5 4/5 4 5 5 5 2 Oksalik asit 5 3/4 2/3 1/2 5 5 4 2 CA:Asetat Co:Pamuk PA:Poliamid PES:Poliester PAN:Poliakrilonitril Wo:Yün 4. SONUÇ VE DEĞERLENDĠRME Yünlü kumaşların, gelincik bitkisinin çiçeklerinden elde edilen boyalar ile konvansiyonel yönteme göre gerçekleştirilen boyama sonuçları genel olarak değerlendirildiğinde (CIELab L*a*b* kolorimetrik koordinatlar); renk tonunun genellikle kırmızıya dönüştüğü, mordan maddelerin, örneklerin rengini mavi tona çektiği görülmektedir. Örneklerde mordan maddelerin kullanılması, rengin 97
Nigar MERDAN, Kamil ACAR, Burcu KORKMAZ doygunluğunu yani yüksek kromayı sağlamıştır. Toplam renk farklılığı ( E*) değerlerinin kabul edilen toleransların oldukça dışında olduğu tespit edilmiştir. Boyamaların ışık haslıklarının oldukça düşük olduğu ancak yıkama haslıklarında, özellikle yünlü malzeme için genellikle endüstri için kabul edilebilen değerler elde edilmiştir. Çalışmada kullanılan sentetik boyarmaddelere göre, doğal olan gelincik bitkisinin çiçeklerinden elde edilen doğal boyalar, çevre dostu olarak boyama uygulamalarında kullanılabilir, ümit verici sonuçlar vermiştir. KAYNAKLAR Bechtold, T., Turcanu, A., Geissler, S.,Ganglberger, E., (2002), Process Balance and Product Quality in the Production of Natural Indigo from Polygonum tinctorium Ait. Applying low- technology methods, Bioresource Technology 81, pp:171-177. Carr, C.M. (1995), Chemistry of the Textile Industry, Blackie Academic&Professional. Divakar, M.C., (2006), Prospects of Natural Chromogene A Review, Pharmaceutical Reviews, Vol:4, Issue 6, 2006. Fairchild, M.D., Color Appearance Models, (1997), ISBN 0-201-63464-3, Addision Westley Longman, Inc. Green, C.L., Natural Colourants and Dyestuffs Non-Wood Forest Products 4, FAO, Roma (1995) pp:1-3. Gupta, D., Jain, A., and Panwar, S., Anti-UV and Anti-microbial properties of some natural dyes on cotton, Ind. J. Fiber Text. Res. 30(6), 190 195 (2005). Komboonchoo,S., Bechtold,T., Natural dyeing of wool and hair with indigo carmine (C.I. Natural Blue 2), a renewable resource based blue dye, Journal of Cleaner Production 17 (2009) 1487 1493. Nagia F.A., EL-Mohamedy R.S.R., Dyeing of wool with natural anthraquinone dyes from Fusarium oxysporum Dyes and Pigments 75 (2007) 550-555, Santis, D. D., Moresi. M. Production of alizarin extracts from Rubia tinctorumand assessment of their dyeing properties, Industrial Crops and Products 26 (2007) 151 162. Shanker,R., Vankar, S.P., Dyeing cotton, wool and silk with Hibiscus mutabilis (Gulzuba) Dyes and Pigments 74 (2007) 464-469. Shanker,R., Vankar, S.P, Verma, A., Enzymatic natural dyeing of cotton and silk fabrics, without metal mordants Journal of Cleaner Production 15 (2007) 1441-1450. 98
İstanbul Ticaret Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Bahar 2011 ISO 105-C06, Test for Colour Fastness of Textiles-Colour Fastness to Washing. TS 1008 EN ISO 105-B02; Textiles- Tests for colour fastness- Part B02: Colour fastness to artificial light: Xenon arc fading test. 99