SELÜLOZ ESASLI REJENERE LİFLER (RAYONLAR) (VİSKON-FLOŞ). Şekil 1. Viskoz Rayonu Liflerinin Mikroskop Altındaki Görünümleri Doğal polimerlerden elde edilen yapay liflerin diğer adı rejenere liflerdir. Bu liflerin polimerleri doğada mevcuttur ve lif haline dönüştürülürken kimyasal yapılarında bir değişiklik oluşmaz. Sadece fiziksel yapılan değişikliğe uğrar. Bunun sonucunda da bazı yeni özelliklere sahip olurlar. Lif üretiminde saf selülozun kullanıldığı lifler bu gruba girerler. Bu tür liflerin elde edilmesi için doğadan selülozun saf halde izole edilmesi gerekir. Saf selüloz bu amaçla kullanıldığı gibi, aynı zamanda ikinci rejenere lif sınıfı olan selüloz esterlerinin de hammaddesidir. 1. Selüloz Kaynakları Selüloz doğada bitkiler tarafından sentez yoluyla oluşturulan organik bir maddedir. Endüstride kağıt, karton, plastik, yapay lif, lak, boya ve patlayıcı maddelerin yapımında kullanılır. Ekonomik değeri yüksektir. Bütün bitkilerin esası selülozdan oluşmakla beraber her bitki selüloz oluşumuna elverişli değildir. Üretim bakımından en elverişli olanlar arasında özellikle pamuk lif ve linterleri, sazlar, lifli bitkiler ve bazı orman ağaçları sayılabilir. Ekonomik selüloz üretiminde orman ağaçları başta gelir. Yapay lif üretiminde uzun fibrillerden oluşan selüloz kaynağının tercih edilmesi gerekir ve selülozun saf halde bulunması tercih edilir. Bu şartları sağlayabilen en önemli selüloz kaynakları pamuk linterleri ve lifleri (döküntüler) ve odun hamurudur. Selülozun saflık derecesi içerdiği alfa-selüloz miktarı ve oranı ile ölçülür. En saf olduğu bilinen pamuk lifleri bile %98-99 arasında saf selüloz içerirler. Odunlardan elde edilen selüloz hamurunda ise ct-selüloz oranı ancak %89-97 arasındadır. Günümüzde ekonomik açıdan odun hamurunun daha ucuz olması nedeniyle daha fazla kullanılması söz konusudur. Pamuk linter veya lifleri ise ancak %10-15 kadar kullanılmaktadır. 2. Selülozun Elde Edilmesi Kullanılan selüloz kaynağı nedeniyle elde etme yöntemlerini iki grup altında inceleyebiliriz.
2.1. Pamuk Linterlerinden Selüloz Eldesi 1. Pamuk linterleri öncelikle yabancı maddelerinden arındırılması amacıyla mekanik bir temizlemeye tabi tutulurlar. Böylece kabuk, sap, yaprak gibi bitkisel artıklardan arındırılırlar. 2. Sonra %3.5 luk sodyum hidroksit çözeltisi ile muamele edilerek yağ, mum, pektin ve reçine gibi maddelerin uzaklaştırılması sağlanır. 3. En son olarak da hipokloritle ağartılıp kurutulur. Bu işlemler sonucunda pamuk linterlerindeki saf selüloz oranı mümıere kün olduğunca arttırılmış olur ve böylece polimerizasyon derecesi 1000-3000 e kadar yükselir. Günümüzde pamuk linterleri daha çok rayon lifleri gibi saflık derecesi ve molekül ağırlığı yüksek selüloz gerektiren liflerin hammaddesi olarak kullanılır. 2.2. Odundan Selüloz Eldesi Selüloz kaynağı olarak kullanılan bir diğer madde ise odundur. Bu amaçla çeşitli odun türleri kullanılır. Ancak bu odunlarda genellikle selülozla birlikte lignin ve hemiselüloz gibi maddeler de bulunurlar. Bu maddelerin odunda bulunma oranı, ağaçların yaşlanmasıyla artar ve hücre zarı ile molekül zincirleri arasına yerleşerek ağaçın yani odunun daha fazla sertleşmesini sağlarlar. Odunda ayrıca, reçine, yağ, vaks, protein, tuz gibi maddeler de bulunurlar. Yetişmiş bir ağacın gövdesinde; %40-45 oranında selüloz %30 oranında hemiselüloz %20-24 oranında lignin ve diğer maddeler bulunur. Yabancı maddelerin uzaklaştırılma oranına göre, odundan saflık derecesi değişik olan selüloz türleri elde edilebilir. Odundaki selülozun lif yapımında kullanılabilmesi için öncelikle ligninin uzaklaştırılması gereklidir. Bunun için 4 metod vardır: 2.2.1. Alkali metodu: Bu metodun esası selülozu bir alkali ile pişirerek beraberindeki lignini çözülebilecek hale (ligno-alkali) getirmektir. Böylece hemiselüloz da kısmen parçalanarak ayrılır. Bu yöntem özellikle samandan ve çam odunlarından selüloz elde etmede kullanılır. Bunun için odun parçacıkları (yongalar) veya saman sapları; 1. % 6-8 lik sudkostik çözeltisi ile 170-180 C de 10 atm basınç altında 3-6 saat işleme tabi tutulur. 2. Böylece yabancı maddelerden büyük ölçüde arınmış olan selüloz ayırt edilir ve yıkanır. Bu yöntem daha çok eskiden kullanılan bir yöntemdir. Bu şekilde elde edilen selüloza sud selülozu adı verilir. 2.2.2. Sülfat Metodu: Bu yöntem hala, her çeşit odun ve bitkilere uygulanabilmektedir. Daha çok reçineli çamlardan, geniş yapraklı ağaçlardan ve kamış saplarından selüloz elde etmede kullanılır ve polimer derecesi daha yüksek olan selüloz ürünü elde edilir.
Bu yöntemde; 1. 2-3 cm lik yongalar, sodyum hidroksit + soyum sülfür + sodyum sülfat + sodyum karbonat ile hazırlanan etken bir alkali çözeltisinde eritme işlemine tabi tutulur. (1 lt de 100gr NaOH + 30gr Na2S + 250g Na2CO3 + 10gr Na2SO4) 2. 165 175 C ye kadar ısıtılarak 7-8 atm basıncında yaklaşık 4 saat pişirilir. Bu sayede ligninin sodyum tuzu şeklinde çözünmesi sağlanır. Sonra yıkanır ve kurutulur. 2.2.3. Sülfit Metodu: Sülfat metoduna benzer. 1. İnce doğranan odun yongaları çelik kazanlarda su buharı ile işleme tabi tutulur. 2. Daha sonra Ca(HSO3)2 ile yani kalsiyum hidrojen sülfit çözeltisi ile ıslatılır. 3. 3-9 atm basınç altında 140-150 C de 15 saat kaynatılarak pişirilir. Islatma sırasında lignin önce sülfone olur. Sonra sıcaklık artışıyla çözünür ve selülozda tuzları tamamen giderilinceye kadar yıkanır ve tabakalar halinde kurutulur. Bu yöntemle elde edilen selüloza sülfit selülozu adı verilir. Bu metod, orta, Batı Avrupa ve İskandinavya ülkelerinde gevşek yapılı, iğne yapraklı odunlardan selüloz eldesinde kullanılır. 2.2.4. Nitrik Asit Metodu: 1. Yongalar halinde parçalanmış odunlar % 4-5 lik HNO3 nitrik asit içinde 45 C de birkaç saat ısıtılır. 2. Asitliğinin giderilmesi için NaOH ile işleme tabi tutulur ve yıkanır. Bu yöntem kayın gibi odunlarda iyi sonuçlar verir. Bu dört yöntemden biri ile elde edilen yıkanmış ve kurutulmuş selüloz, su ile karıştırılarak hamur haline getirilir. Bu hamura, odundan elde edildiği için odun hamuru veya kağıt yapımında kullanıldığı için kağıt hamuru adı verilir. Elde edilen selülozlar bazı testlere tabi tutularak hangi alanlarda kullanılabileceği belirlenir. Odun hamuru, rejenere lif üretiminde ya saf selüloz veya selüloz esteri olarak kullanılır. Saf selüloz olarak lif yapımı için üç ayrı yöntem ile nitrat ipeği, bakır ipeği ve viskoz ipeği elde edilir. Rejenere selülozik liflerine, ipeğe benzediklerinden dolayı yapay ipek, suni ipek, gibi isimler verilir. Ayrıca Amerikan literatüründe rayon terimi de kullanılmaktadır. 3. Viskoz İpeği (Viskoz Rayonu) Lifleri (Viskon-Floş) Viskoz rayonu Cross ve Beyan tarafından yapılan, İngiltere de selülozun genel özelliklerini kapsayan bir araştırma sırasında 1992 de keşfedilmiştir. Hammade olarak alfa selüloz oranı yüksek kızılçam, kayın, ladin, kayak gibi ağaçlar veya saman, pamuk linterleri, ayçiçeği, keten ve kenevir saplan kullanılır. Bu kaynaklardan elde edilen selüloz, üretime geçmeden önce, NaClO sodyum hipoklorit ile ağartılır. Lif üretimi: 1-Kağıt hamuru %17.5 18 lik NaOH çözeltisi ile 18-20 C de ıslatılır. 1-4 saat bekletilir. Bu sürede polimerleşme derecesi en yüksek olan alfa-selüloz dışında kalan Beta- ve Gama- selüloz ile hemiselüloz çözünerek ayrılır. Alfa-selüloz ise NaOH ile reaksiyon vererek alkali selülozunu oluşturur.
Sel-OH + NaOH ---- Sel-O Na Islatma süresi tamamlandıktan sonra selüloz üzerinde %300 çözelti kalacak şekilde bir sıkma verilir. 2-Elde edilen hamur kıvamındaki madde parçalanma makinelerinde eritilir. Parçalanma, bundan sonraki işlemlerin homojen olması için çok ince kırpıntılara ayrılıncaya kadar yapılır. Bu sırada sıcaklık 20 C de tutulur. 3-Kırpıntılar çelik kazanlara alınarak 2 1-23 C de 3-4 gün hava temasında bekletilir. Ön olgunlaştırma denilen bu işlem sırasında selüloz, oksijen ile bazik ortamda zincir parçalanmasına uğrar. Burada amaç polimerleşme derecesini belli bir ölçüye kadar düşürmektir. P. D 350-800 arasında olduğunda beklemeye son verilir. P. D si yüksek olursa, elde edilecek selüloz. çözeltisinin viskozitesi yüksek olur ve düzelerden geçemez. 4-% 30 selüloz içeren alkali selüloz kırpıntıları hava geçirmeyen kazanlara alınır ve CS2 eklenir. CS2 miktarı, selülozun %10 u kadar olmalıdır. Karbon sülfür ve alkali selülozu arasında meydana gelen reaksiyon eksotermiktir(ısı artışı olur). Bu nedenle dıştan soğutarak 30 C de muhafaza edilir. 5-20 C de 2-6 saat karıştırılan çözeltide reaksiyon tamamlandıkça meydana gelen sodyum ksantat, ortamda çözünür. Bu çözelti turuncu ve viskoz bir sıvıdır. Bu nedenle viskoz çözeltisi adını alır. 5-Turuncu renkli çözeltiden reaksiyona girmemiş karbon sülfürün fazlası vakumla uzaklaştırırlar. Üzerine karışımda %6. 5 NaOH ve % 7. 5 selüloz bulunacak şekilde seyreltik NaOH çözeltisi eklenir. 6-Hazırlanan viskoz çözeltisine, mat iplik elde edilmek isteniyorsa matlaştırıcı pigment olarak Ti02 titan dioksit eklenir. Pigment miktarı istenen matlık derecesine göre ayarlanır. Bu aşamada istenirse, ayrıca pigmentler eklenerek renkli viskoz iplikleri elde edilebilir. Kütle boyama denilen bu işlemde renklendirme için gerekli pigmentler kullanılır. Bu yöntemde boyama, üniform tonlar ve yüksek yaş haslıkları sağlar. Ayrıca işlemlerin azaltılması gibi üstünlükleri de vardır. 7-Viskoz çözelti, eğirme işlemine geçmeden önce bir süre dinlendirilir bu süre 4-5 gündür. Bu işleme ikinci olgunlaştırma denir. Bu sırada çözeltinin viskozitesinde düşme olur. 8-Dinlendirme işleminden sonra viskoz çözelti filtre edilir ve vakumlanır. Bu işlemin nedeni çözeltide kalabilecek küçük parçaların düzeleri tıkamasını ve kalabilecek hava kabarcıklarının lif üretiminde kopuklar yapmasını engellemek içindir. 9-Ardından çözelti yaş eğirme metodu ile flament haline getirilerek içinde asit ve tuz bulunan (H2S04, Zn) kuagülasyon banyosunda katılaştırılır. Banyodan çıkan flamentler bobin veya makaraya sarılır. Bu durumdaki kontinü flamentlere Floş adı verilir. Floş lifi daha sonra yıkanarak üzerindeki asit maddeleri giderilir. Daha sonraki adım, lifin dayanıklılığını arttırmak için germe çekme işlemine tabi tutmaktır. Germe işleminde lifteki molekül zincirleri paralel hale gelir ve kristalin bölgeler artar. Böylece elyafın dayanıklılığı arttırılmış olur. Floş lifi istenirse yün ve pamuk lifleri ile karıştırılması için kesikli forma getirilir. Bunun için kontinü flament lifleri 6-20cm boyunda kesme işleminden geçirilir. Bu şekilde kesikli haldeki Floş liflerine Viskon adı verilir. 3.1. Viskoz İpeği Liflerinin Fiziksel Özellikleri Viskoz ipeği kullanılan düze başlığına bağlı olarak farklı inceliklerde elde edilebilir. Enine kesiti dairesel değil kıvrımlıdır.
Viskoz rayonunu pamuk ile karıştırdığımızda her ikiside %100 selüloz olmasına rağmen, P.D. leri farklıdır. Bu değerler, pamukta 2000-10000 arası, viskoz ipeğinde ise 200-250 arasındadır. Ayrıca, pamukta %70 olan kristalin bölgelerin oranı, viskoz ipeğinde %40 dır. Bu farklar onların fiziksel ve kimyasal özelliklerinde farklılıklar yaratır. Bu nedenle pamuktan daha mukavemetsiz, kimyasal reaktiflere karşı da direnci daha azdır. Islandığında dayanıklılığı daha da azalır. Mukavemeti kuru iken 18-22 cn/tex. ıslakken 9-11 cn/tex tir. Özgül ağırlığı 1.52 g/cm3 tür. Kopmadan % 27 uzama gösterebilir. Yaş halde bu değer %34 e kadar çıkabilir. Viskoz ipeği suda ve bazik çözeltilerde pamuktan daha fazla şişer. Benzeri pamuklu kumaşlardan daha fazla boyca ve ence kısalma gösterir. Standart nem içeriği % 10-16 dır. Ağartma gerektiğinde sodyum hipoklorit veya hidrojen peroksit kullanılır. Ağartma daha çok lif haline getirilmeden önce kağıt hamuru halindeyken yapılır. 150 C nin üstündeki sıcaklıklarda dayanıklılık azalır. 185-205 C deki sıcaklıklarda yanar. Termoplastik değildir. Yandığında yanık kağıt kokusu duyulur. Viskoz rayonu flament halinde elde edildiğinde ipeğe çok benzer. Çok fazla parlaktır. Üretimde matlaştırıcı pigmentlerin ilavesi ile bile merserize pamuk parlaklığına erişebilir. Parlaklığı nedeniyle, dayanıklılık gerektirmeyen yerlerde ipek yerine kullanılır. Ayrıca ince çekilmiş sentetik flamentlerle de karıştırılabilir. Viskoz ipeğine kıvrımlar da verilebilir. İyi bir ısı iletkenidir. Bu yüzden yazlık giysiler için uygundur. Floş lifleri astarlık kumaşlarda, bluz, gömlek elbise, bayan iç çamaşırı yapımında kullanılır. Viskon lifleri ile diğer kesildi lifler karıştırılarak üst giyimde kullanılır. Viskoz rayonu orta ağırlıklı, dayanma süresi orta ile uzun arasında değişen bir liftir. Nemi çabuk emdiği için yavaş kurur. Dolayısıyla sıcak havada pamuk yada keten kadar iyi değildir. Statik elektriklenme ve pilling sorunu yoktur. Yaş halde iken dayanımının %30-50 sini yitirdiğinden yıkama ve yaş prosesler sırasında dikkatli olunmalıdır. Kuruduğunda eski dayanımını yeniden kazanır. Yıkama işlemlerinden sonra önemli ölçüde çeker. Esneklik ve rezilyans özelliği zayıftır. 3.2. Viskoz İpeği Liflerinin Kimyasal Özellikleri Viskoz rayonu genel özellikleri bakımından (örneğin; fiziksel ve kimyasal etkilere karşı aşağı yukarı aynı tepkileri verirler) pamukla benzer olarak kabul edilebilirse de lif üretiminde, boyama ve baskıda, apre işlemlerinde uygulanan çeşitli etkilere reaksiyonu farklıdır. Ana fark; viskoz rayonunun pamuğa nazaran çok daha hızlı bir şekilde çeşitli etkilere reaksiyon vermesidir. Örneğin; viskoz rayonu alkali ve asitlerin etkisine çok kolay tepki verir ve boyarmaddelere karşı substantifliği daha fazladır. Yani; aynı renk tonunu elde etmek için viskoz elyafında pamuktan daha düşük miktarda boyarmadde kullanılır (Yaklaşık %30 daha düşük). Bir selüloz lifi olması itibariyle rejenere selüloz liflerinin kimyasal özellikleri, doğal selüloz liflerinden pamuğa benzer. Genelde pamuğa nazaran kimyasal özellikleri daha narindir. Bu; ortalama polimerizasyon derecesinin daha düşük ve amorf bölgelerin daha fazla olmasından kaynaklanır.
3.2.1. Viskoz Rayonu Liflerine Suyun Etkisi: Su, rejenere selüloz liflerini pamuktan daha çok şişirir. Çünkü; su, amorf bölgedeki kristalitlerin dış yüzeyindeki makromoleküllerin hidroksil gruplanna dipol ve H köprüleri ile bağlanır. Amorf bölgenin fazlalığı, giren su miktarını ve şişmeyi arttırır. Suyun şişme etkisi nedeniyle ıslanma ve yıkanmada çok çekerler. Uç gruplardaki makromoleküllerin fazlalığı nedeniyle, rejenere selüloz lifleri biraz indirgen özellik gösterirler. Rejenere selüloz liflerinin yaş dayanımları, kuru dayanımlara nazaran daha düşüktür. Bu nedenle; rejenere selüloz mamüllerin yıkanması ve kurutulmasında işlemler, pamuğa nazaran daha narin yapılmaktadır. 3.2.2. Viskoz Rayonu Liflerine Asitlerin Etkisi: Viskon ve rayon; asitlere karşı çok dayanıksızdır. Makromoleküllerdeki oksijen köprüleri kolayca koparak parçalanır. 3.2.3. Viskoz Rayonu Liflerine Bazların Etkisi: Viskon ve rayon elyafının. buzlara karşı dayanımları da pamuğa nazaran oldukça düşüktür. Kuvvetli bazlarda kısmen çözünürler. Çözünme, makromoleküllerin polimerizasyon derecesi düştükçe artar. Ancak; konsantre çözeltilerde, çözünme nedeniyle makromoleküller tamamen çözüneceğinden, lifin ortalama polimerizasyon derecesi artmakla birlikte, fiziksel özellikler düşer. 3.2.4. Viskoz Rayonu Liflerine Tuzların Etkisi: Tuzlar rejenere selüloz lifini kısmen çözer. Bu özellik, pamukta olduğu gibi; tuzu oluşturan katyon ne kadar küçük ve anyon ne kadar büyük olursa o kadar fazla olur. 3.2.5. Viskoz Rayonu Liflerine Yükseltgen ve İndirgen Maddelerin Etkisi: Yükseltgen ve indirgen maddelerin etkileri pamuktaki gibidir.