T.C. KAHRAMANMARAŞ SÜTÇÜ İMAM ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TEKSTİL MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI- GAZİANTEP ÜNİVERSİTESİ ORTAK PROĞRAM ALKALİ ÖN-İŞLEMİNİN FARKLI DOKU TİPİNDEKİ LYOCELL KUMAŞLARIN NEM ÇEKME KAPASİTESİ ve HİDROFİLİTE ÖZELLKİKLERİNE ETKİSİ Yrd.Doç. Dr. GAYE KAYA ARZU ATICI K.MARAŞ 2017
İÇİNDEKİLER Özet 1.Giriş 1.1. Rejenere Selülozik Lifler 1.2. Lyocell Lifinin Özellikleri 1.3. Lyocell Liflerinde Fibrilasyon 1.4. Lyocell Liflerinde Alkali Ön-İşlem 2. Çalışmanın Amacı 3. Materyal ve Yöntem 3.1. Lyocell Kumaş Özellikleri 3.1. Yıkama İşlemi 3.2. Alkali Ön-İşlem 3.3. Yapılan Testler Nem Çekme Kapasitesi Hidrofilite Testi 4. Sonuçlar ve Değerlendirme 4.1. Nem Çekme Kapasitesi 4.2. Hidrofilite Sonuçları Kaynaklar
Özet Bu çalışmada; Lyocell liflerinde, tek bir lif içindeki mikroliflerin uzunlamasına ayrılması olarak tanımlanan ve liflerin mekanik ve yüzey özelliklerini olumsuz etkileyen fibrilasyonun önlenmesi amacıyla alkali ön-işlem uygulanmıştır. Alkali ön işlemin, farklı doku tiplerindeki Lyocell kumaşların nem çekme kapasiteleri ve Hidrofilite özelliklerine etkisi incelenmiştir. Alkali ön-işlem, Lyocell liflerinde yanal lif şişmesine ve bunun sonucunda liflerin içyapısındaki alanların artışına sebep olmaktadır. Her üç kumaş tipi için de, alkali ön-işlemin konsantrasyonu arttıkça, nem çekme kapasitesinin arttığı sonucuna varılmıştır. Hidrofilite sonuçları incelendiğinde, alkali konsantrasyonunun artmasıyla birlikte, Lyocell kumaşın hidrofilite değerlerinde belirgin bir değişim olmamakla birlikte artış gözlenmiştir.
1.Giriş 1.1. Rejenere Selülozik Lifler Son yıllarda rejenere selülozik elyaf oldukça önemli miktarlarda elde edilmektedir. Günümüzde rejenere selülozik lifler üzerinde yapılan çalışmalarla önemli gelişmeler sağlanmış ve yeni ürünler elde edilmiştir[1]. Rejenere lifler içerisinde en uzun süre pazarda yerini korumuş olan vizkoz ipeği, sağlık, konfor, nem çekici özellikleri nedeni ile daha uzun yıllar tüketicinin ilgi odağı olacaktır [1]. Vizkoz ipeği (ticari adı floş) ve viskonun (kesikli vizkoz lifi) kullanımında en büyük dezavantaj, dayanıklılığın düşük olmasıdır. Tüketicinin isteklerine uygun olarak vizkoz prosesinde geliştirmeler yaparak daha dayanıklı rejenere selülozik lifler elde edilmektedir [1]. Son yıllarda selülozu çözecek yeni çözücü sistemleri bulunmuştur. Bunlardan N-metil morfolin oksit (amin oksit) içinde çözünmüş selülozdan Courtaulds Firması tarafından rejenere selüloz yapısında yeni bir lif elde edilmiştir. Tencell ticari adı ile üretilen Lyocell liflerinin üretiminde çözücü olarak kullanılan amin oksidin zehirli olmaması, bu yöntemin en önemli özelliğidir [1].
Bu liflerin karakteristik yuvarlak enine kesiti ve düzgün bir yüzeyi vardır. Doğal yapısı parlaktır, mat istenirse filament üretilirken matlaştırıcı pigmentler (titanyum dioksit) eklenir. Dayanıklılığı fazladır. Kuru haldeyken kopma anında uzama miktarı %15 civarındadır [1]. Tablo1 de rejenere selülozik liflere ait bazı özellikler ile doğal selülozik lif olan pamuk lifinin özellikleri karşılaştırmalı olarak verilmiştir [1]. Tablo 1. Rejenere selülozik liflerin ve pamuğun özellikleri [1].
Lyocell liflerinde selülozik polimer zincirlerinin kristalin bölgeleri, lif ekseni boyunca yönlenmiş durumdadır. Bu lifin mukavemetinin yüksek olmasına yol açar ayrıca kısmen bir fibrilleşme meydana gelir. Bu da ıslakken sürtünme sonucunda tüylenmeye sebep olur. Kristalin bölgenin fazlalığı, kalın tencel kumaşlarda ıslakken sertleşme sorununu ortaya çıkmaktadır. Yıkamaya karşı dayanıklıdır. Lyocell lifleri, tekstil ürünlerinde tek başına kullanıldığı gibi poliester ve viskon karışımlı olarak da kullanılmaktadır [1].
1.3. Lyocell Liflerinde Fibrilasyon Selülozik liflerin özelliklerini etkileyen en önemli faktörler, moleküler ağırlık, makromoleküllerin sıralanması ve kristalinite derecesidir [2]. Lyocell lifleri uzun molekül zincirlerinden dolayı modal ve viskoz lifleri ile karşılaştırıldıklarında yüksek polimerizasyon dercesine sahiptirler. Lif oluşumu sırasında kullanılan çözeltiler ve çekim şartları liflerin kristalinite derecesini doğrudan etkiler. Buna bağlı olarak lyocell lifinin kristalinite derecesi, modal lifinden %16 ve viskoz lifinden %43 oranında fazladır [2,3]. Lyocell lifleri, modal ve viskoz liflerininkinden daha zayıf kristalitler arası yanal bağlara sahiptirler. Çünkü lif oluşumunun bir aşaması olan çekim prosesi, yüksek oryante olmuş kristalin bölgelerde büyük kırılmaların oluşmasına neden olmaktadır [4].
Yaş çekim prosesine göre üretilen lyocell lifleri; lif eksenine paralel uzanan ince-uzun boşluklar sayesinde kısmen ayrılmış elementer fibrillerin birleşiminden oluşur [5]. Lyocell lifleri, yüksek polimer zinciri oryantasyonu ve yüksek kristalinitesine bağlı olarak, viskoz liflerine göre daha yüksek mekanik özellikleri ile bilinmektedir [6]. Ancak, tek bir lif içindeki mikroliflerin uzunlamasına ayrılması olarak tanımlanan fibrilasyonun kolaylıkla meydana geldiği bir liftir. Fibriller arası yanal bağları oluşturan hidrojen bağ moleküllerinin ayrılması fibrilasyonun meydana gelmesine neden olur [7,8]. Viskoz ve modal gibi düşük seviyeli fibriler yapılı lifler ile, helisel düzenli yapıda olan (pamuk) liflerin fibrilasyona olan eğilimleri; fibriler yapısı lif ekseni boyunca uzunlamasına yerleşmiş olan Lyocell liflerinden daha azdır [9].
Fibrilleşme eğilimleri ile liflerin ayrılma sayıları arasında doğrusal bir ilişkiden bahsetmek mümkündür. Örneğin, ayrılma sayısı en yüksek olan Lyocell lifinde, fibrilleşme daha çabuk olmakta onu sırasıyla viskoz ve modal lifleri takip etmektedir [10]. Lyocell liflerden üretilen kumaşların, boyama ve bitim işlemleri gibi terbiye işlemleri ile birlikte ıslak olarak mekanik yüke maruz kalmaları durumunda veya kullanım esnasında yıkanması ve sürtünmesi sonucunda lif uzunluğu boyunca oluşan yarıklardan fibriller yüzeye çıkabilir. Bu durum, mekanik özellikleri ve yüzey özelliklerini doğrudan etkileyen ve istenmeyen bir özelliktir [11].
1.4. Lyocell Liflerinde Alkali Ön-İşlemi Tekstil prosesleri içerisinde, selülozik liflerin alkali işlemi, boyama kabiliyetini arttırması ve yüzey özelliklerini iyileştirmesi bakımından önemli bir işlemdir [12]. Alkali tipi ve konsantrasyonu, materyal formu, proses sıcaklığı ve kullanılan yardımcı kimyasallara bağlı olarak, Lyocell liflerinin; mekanik özellikleri ve yapısal özellikleri, yüzey görünümleri, renk özellikleri ve fibrilasyon eğilimleri değişmektedir [12]. Yolaçan, G. (2009), alkali ön işlemin lyocell ipliklerin boyanma, haslık, mekanik ve yüzey özelliklerine etkisi üzerine yaptığı çalışmasında; iki farklı alkali (KOH ve NaOH) kullanmıştır. Çalışmada; lyocell ipliklerin ağırlık kaybının alkali konsantrasyonun arttıkça artma eğiliminde olduğu ve çekme dayanımlarının ise; yine alkali konsantrasyonu arttıkça azaldığı ifade edilmiştir.
Buna karşın; alkali ön-işlem görmüş lyocell ipliklerin boyanma özelliklerinin iyileştiği belirlenmiştir.alkali ön-işlem görmüş lyocell ipliklerin yıkama ve ter haslıklarının düştüğü, ancak ışık haslıklarında benzer sonuçların elde edildiği ifade edilmiştir. Yüzey özelliklerinin iyileştiği ve alkali ön-işlem görmüş lyocell ipliklerin fibrilleşme eğilimin azaldığı belirlenmiştir [12]. Şekil 1 de, alkali ön-işlem görmemiş lyocel lifinin SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) görüntüleri verilmiştir. Şekil 2 de ise; alkali ön-işlem görmüş Lyocell liflerinin SEM görüntüleri verilmiştir [12]. Şekil 1. Alkali ön-işlem görmemiş Lyocell, (a); iplik- 60, (b); lif 19.000 [12].
Şekil 2. Alkali ön-işlem görmüş Lyocell, (a, b); 1 mol/l, (c, d); 2 mol/l, (e, f); 3 mol/l [12].
Çalışmanın Amacı Literatürde yapılan çalışmalar, lif ve iplik formunda olup; gerek terbiye işlemleri, gerekse kullanım esnasında maruz kaldığı etkiler göz önüne alındığında, alkali ön-işlemin, lyocell liflerinin kumaş formundaki özelliklerine (krimp, gramaj, aşınma dayanımı, çekme ve yırtılma dayanımı, hidrofilite vb.) etkisinin incelenmesi yerinde olacaktır. Bu çalışmanın amacı; alkali-işlemin, farklı doku tiplerinde (bezayağı, dimi ve ribs) dokunan %100 Lyocell kumaşların nem çekme kapasitesi ve hidrofilite özelliklerine etkisinin incelenmesidir.
3. Materyal ve Yöntem 3.1. Lyocell Kumaş Özellikleri Tablo 2 de, çalışma kapsamında kullanılan Lyocell dokuma kumaş özellikleri verilmiştir. Tablo 2. Lyocell dokuma kumaş özellikleri. İplik Numarası (tex) Sıklık (tel/cm) Krimp (%) Kod Dokü tipi Gramaj (g/m 2 ) Kalınlık (mm) Çözgü Atkı Çözgü Atkı Çözgü Atkı FP 20 20 60 20 Bezayağı (1/1) 12.8±1.9 10.6±0.4 184.74±4.37 0.43±0.01 FR 20 20 60 20 Ribs (2/2) 7.9±0.9 4.6±0.6 176.40±6.21 0.56±0.01 FT 20 20 60 20 Dimi (3/1) 9.4±0.9 2.8±0.2 182.53±3.23 0.61±0.04
3.1. Yıkama İşlemi Kumaş numuneleri, alkali ön işlemin uygulanmasından önce, noniyonik yıkama maddesi ile (1 g/l Setalan BNH-Setaş, Türkiye), 60 C de 1:100 banyo oranına 20 dakika yıkanmıştır. Ardından durulanarak, laboratuar ortamında kurutulmuştur. 3.2. Alkali Ön-İşlem Alkali ön-işlem için NaOH (>%99, Merck) kullanılmıştır. Yıkanmış ve kurutulmuş kumaş numuneleri; 0, 2, 5 ve 7 mol/l lik alkali çözeltisi içerisinde 2 saat bekletilmiştir. Şekil 3 Alkali ön-işlem
Banyo oranı 1:20 olarak kullanılmıştır. İşlemin tamamlanmasının ardından, kumaş numuneleri musluk suyu altında durulanmıştır. Ardından saf su ile durulanarak, asetik asit kullanılarak ph: 5 olarak ayarlanmıştır. Daha sonra, çözelti nötralize olana dek saf su ile durulamaya devam edilmiştir. Alkali ön-işlemin tamamlanmasının ardından, kumaş numuneleri laboratuar ortamında kurutulmuştur. Şekil 4 Nötralizasyon yıkama ve durulama
3.3. Yapılan Testler Nem Çekme Kapasitesi Alkali ön-işlemin nem çekme kapasitesi üzerine etkisi incelenmiştir. Hazırlanan gramaj numuneleri 23±2 C sıcaklık %50 bağıl nemde 24 saat bekletilmiştir. Daha sonra tartılarak, alkali işlem görmemiş Lyocell kumaş ile kıyaslamalı biçimde, nem çekme kapasitelerindeki değişim belirlenmiştir. Nem çekme kapasitesindeki değişim (%), aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanmıştır. W m W W0 100 W Burada; W m : Nem çekme kapasitesindeki değişim (%) W: Alkali ön-işlem görmüş Lyocell kumaş gramajı (g/m 2 ) W 0 : Alkali ön-işlem görmemiş Lyocell kumaş ağırlığı (g/m 2 )
Hidrofilite Testi Tekstil mamullerinin en önemli özelliklerinden biri de hidrofilitedir. Hidrofilite; tekstil materyalinin su emme özelliğidir. Yarı mamul iken tekstil materyallerinin boyanma özellikleri, hidrofilite derecesinden doğrudan etkilenmektedir. Nihai kullanım alanında, iyi bir su emme özelliğinin istendiği durumlarda da hidrofilite derecesi önem taşımaktadır. Bu testin amacı; batma yöntemi ile pamuklu tekstil mamullerinin hidrofilite derecesini tayin etmektir. Bu test, TS 866 (Kasarlı Pamuklu Tekstil Mamullerinin Su Emme Özelliğinin Tayini) standardına uygun olarak gerçekleştirilmiştir. 75 x 75 mm boyutlarında 3 adet numune hazırlanmıştır. Kumaş numunelerinin rahat hareket edebileceği çapta bir cam behere 21±3 C de saf su konulmuştur. Kumaşın yalnızca bir yüzeyi suya değecek biçimde, 10±3 mm yükseklikten beher içindeki saf suya bırakılmıştır.
Numunelerin suya değdikleri anda kronometre çalıştırılmıştır. Numunelerin suyu tamamen emerek battığı anda kronometre durdurularak söz konusu numune için batma süresi (saniye) değeri okunarak kaydedilmiştir. Aynı işlem 3 numune için de uygulanmıştır. Sonuçlar ortalama olarak ifade edilmiştir. TS 866 ya göre; batma süresine göre hidrofilite derecesi Tablo 3 te verilmiştir. Tablo 3. Batma süresine göre hidrofilite derecesi (TS 866). Batma süresi (s) Hidrofilite derecesi 0-50 Çok iyi 50-100 Orta >100 Zayıf
Şekil 5 te hifrofilite testinin yapılışı aşamalı olarak verilmiştir
Nem çekme kapasitesindeki değişim (%) 4. Sonuçlar ve Değerlendirme 4.1. Nem Çekme Kapasitesi Şekil 6 da, alkali ön-işlem görmemiş ve farklı konsantrasyonlardaki (0, 2, 5 ve 7 mol/l) NaOH çözeltisi ile alkali ön-işlem görmüş bezayağı, dimi ve ribs dokuma %100 Lyocell kumaşların nem çekme kapasitesindeki değişimler verilmiştir. 60 2 mol/l 5 mol/l 7 mol/l 50 40 30 20 10 0 FP FR FT Kumaş tipi Şekil 6. Nem çekme kapasitesindeki değişim (%).
Alkali ön-işlem görmemiş kumaşla kıyaslandığında, her üç kumaş tipi için de, alkali ön-işlemin konsantrasyonu artıkça, nem çekme kapasitesinin arttığı sonucuna varılmıştır. Ancak, FR ve FT kumaş tiplerinde, kumaş konstrüksiyonuna bağlı olarak, iplik kesişimleri FP kumaş tipine göre daha az olduğundan yapı daha gevşek durumdadır. Bu durum, alkali ön-işlemin daha etkili olmasını sağlamakta, böylece nem çekme kapasiteleri FR ve FT kumaşlarda, FP kumaşa kıyasla daha yüksek olduğu sonucunu ortaya çıkarmaktadır. Alkali ön-işlem, Lyocell liflerinde yanal lif şişmesine sebep olmakta ve bunun sonucu olarak da lif oryantasyonunda relaksasyon ortaya çıkmaktadır.
Alkali işlemi, Lyocell liflerinde daha büyük gözenekli bir yapıya sebep olmaktadır. Bu da, Lyocell liflerin içyapısındaki alanların artışına sebep olmakta, böylece, alkali ön-işlem görmüş Lyocell kumaşların nem çekme kapasitelerinde artış gerçekleşmiştir. Bu durum, aynı zamanda alkali ön-işlem görmüş Lyocell kumaşların boya alma kapasitelerinde de artış sağlamaktadır. Bu sayede, aynı renk derinliğini daha az boyarmadde kullanarak elde etmek mümkün olacaktır. Boyarmaddelerin yüksek bir maliyet unsuru olması sebebiyle, alkali ön-işlemin boyarmadde tüketimine yönelik uygulamalarda verimliliği arttırmasına yönelik optimizasyon çalışmaları ileriki projelerde araştırılacaktır.
Batma süresi (s) 4.2. Hidrofilite Sonuçları Şekil 7 de, alkali ön-işlem görmemiş ve farklı konsantrasyonlardaki (0, 2, 5 ve 7 mol/l) NaOH çözeltisi ile alkali ön-işlem görmüş bezayağı, dimi ve ribs dokuma %100 Lyocell kumaşların hidrofilite sonuçları verilmiştir. 20 0 mol/l 2 mol/l 5 mol/l 7 mol/l 15 10 5 0 FP FR FT Kumaş tipi Şekil 7. Batma süreleri (s).
TS866 ya göre, tüm kumaş numunelerinin batma süreleri 0-50 saniye arasında olduğundan çok iyi olarak değerlendirilmiştir. Hidrofilite sonuçları incelendiğinde, alkali konsantrasyonunun artmasıyla birlikte, Lyocell kumaşın hidrofilite değerlerinde belirgin bir değişim olmamakla birlikte, özellikle 7 mol/l alkali konsantrasyonunda kumaş hidrofilitesinin arttığı sonucuna varılmıştır. Resim
KAYNAKLAR 1. Başer, İ., Tekstil Teknolojisi, Marmara Üniversitesi Yayınları, No:634, 1998. 2. Kreze, T., Malej, S. (2003) Structural Characteristics of New and Convetional Regenerated Cellulosic Fibers, Textile Research Journals, 73 (8):675-684. 3. Smole, S.M., Persin, Z., Kreze, T., Kleinschek, K.S., Ribitsch, V., Neumayer, S. (2003) X-Ray Study of PreTreated Regenerated Cellulose Fibres, Mat Res Innovat, 7:275-282. 4. Nicolai, M., Nechwatal, A., Mieck, K.P. (1996) Textile Crosslinking Reactions to Reduce the Fibrillation Tendency of Lyocell Fibers, Textile Research Journals, 66 (9):575-580. 5. Öztürk, H.B., Potthast, A., Rosenau, T., Abu-Rous, M., MacNaughtan, B., Schuster, K.C., Mitchell, J.R., Bechtold, T., (2009) Changes in The Intra- and Inter-Fibrillar Structure of Lyocell (TENCEL) Fibers Caused by NaOH Treatment, Cellulose, 16:37-52. 6. A. D. Broadbent, Basic Principles of Textile Coloration, pp.92-106, Society of Dyers and Colourists, Bradford, UK, 2001. 7. Zhang, W., Okubayashi, S., Bechtold, T. (2005) Fibrillation Tendency of Cellulosic Fibers: Part 3. Effects of Alkali Pretreatment of Lyocell Fiber,Carbohydrate Polymers,59: 173-179. 8. Zhang, H., Shao, H., Hu, X. (2006) Effect of Heat Treatment on the Structure and Properties of Lyocell Fibers,Journal of Applied Polymer Science,101:1738-1743 9. Nemec,A. (1994) Fibrillation of Cellulosic Materials-Can Previous Literature offer Solution, Lenzinger Berichte, 9:69-72 10. Öztürk, B.H. ve Beckhtold, T. (2008) Splitting Tendency of Cellulosic Fibers. Part 3: Splitting Tendency of Viscose and Modal Fibers, Cellulose,15:101-109. 11. Umur, Y. (2010) Selülozik Esaslı Liflerde Fibrilleşmenin Kopma Yükü ve Uzama Oranı Üzerine Etkisi, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 15(1),121-133. 12. Yolacan, G. (2009) Effects of Alkali Pre-treatment on Dye Exhaustion, Color Values, Color Fastness, Tensile and Surface Properties of Lyocell Yarns, 10(5), 625-635.