Hidrolize reaktif boyaların giderilmesinde kullanılan yıkama maddelerinin performansının incelenmesi

Investigation of the performance of washing agents for removing hydrolized reactive dyes

Nihan Şimşek – Nalan Benli Eksoy Kimya, Ar-Ge Merkezi, Adana, Türkiye

ÖZET

Yıkama, tekstil endüstrisindeki ana işlemlerden biridir ve ürünün nihai performansını etkiler. Hidrolize olmuş ve fikse olmamış boyar maddeyi kumaş üzerinden uzaklaştırarak iyi haslık değerleri elde etmek için; su, zaman, enerji ve işçilik kaybına sebep olan, yüksek maliyetli yıkama işlemleri gerekmektedir. Bu çalışmada, yıkama işlemi ve banyo sayısını azaltan ve yıkama işleminin aktivitesini değiştirmeyen bir yıkama maddesi, geleneksel yıkama işlemleri ve yıkama maddeleri ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Kullanılan yıkama maddesi ile, hidrolize boyanın kumaş üzerinden uzaklaştırılması sırasında banyo sayısını azaltarak enerji ve su tüketiminin azaltılması hedeflenmiştir. Böylece atık su miktarı azaltılarak ekolojik bir yaklaşım sağlanması amaçlanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Hidrolize Reaktif Boya, Haslık, Reaktif Boya, Yıkama Maddesi

ABSTRACT

Washing is one of the main processes in textile industry and affects the final performance of the product. In order to obtain good fastness values by removing hydrolyzed and unfixed dye on fabrics, high-cost washing processes, those cause loss of water, time, energy and labor are required. High-cost washing operations which consumes water, time, energy and labor are required to obtain good fastness values by removing hydrolyzed and unfixed dye on fabrics. In this study, a comparison is done between a washing process and a washing agent, which doesn’t change the activity of the washing process with decreased number of baths, and a conventional washing processes and washing agents. The mentioned washing agent reduces energy and water consumption by decreasing the number of baths during removal of the hydrolyzed dye over the fabric. Thus, an ecological approach was achieved by reducing the amount of waste water.

Keywords: Hydrolyzed Reactive Dye, Fastness, Reactive Dye, Washing Agent

1. GİRİŞ

Şekil 1 – Reaktif boyama prosesi

Reaktif boyarmaddeler, pamuklu tekstil uygulamalarında kullanılan boyalar olarak bilinmektedirler [1]. Yıkama ve sürtme renk haslıklarının yüksek olması, pek çok boyama yöntemine kolayca uygunluk göstermeleri, görünür bölgede geniş renk spektrumları ve ürün üzerinde parlak renk sağlamaları sebebiyle reaktif boyalar tekstil sektöründe en sık kullanılan boyalardandır. Boyarmadde aktif grupları üzerinden selülozik lif ile kimyasal reaksiyona girerek kovalent bağlar oluşturmaktadır. Bu sebeple yıkama ve sürtme gibi yaş haslık değerleri diğer boyamalara göre değerlendirildiğinde çok daha iyi çıkmaktadır [2]. Selüloz liflerinin reaksiyona girme isteğini arttırmak amacıyla boya ortamı bazik olarak ayarlanmaktadır. Boyarmaddelerin liflerin içerisine difüzyonunu ve substantivitesini arttırmak amacıyla boya ortamına tuz ilavesi yapılmaktadır. [3] Şekil 1, tipik bir reaktif boyama prosesini göstermektedir.

Reaktif boyamalar sırasında boyar maddenin reaktif grubu, yalnız selüloz makro moleküllerinin hidroksil grupları ile değil aynı zamanda suyun hidroksil grupları ile de tepkimeye girerek hidrolize olurlar. Hidrolize uğrayan boyarmadde, lifle reaksiyona girme aktivitesini kaybeder ve boyama verimi düşer. Bazik ortamda lif ile boyarmaddenin reaksiyonu, hidrolizden daha hızlı gerçekleşse de boyar maddenin yaklaşık %20’si kaybolmaktadır [4]. Hidrolize olmuş ve fikse olmamış boyar maddeyi kumaş üzerinden uzaklaştırarak iyi haslık değerleri elde etmek için; zaman, enerji ve işçilik kaybına neden olan, yüksek maliyetli konvansiyonel yıkama işlemleri gerekmektedir. Yıkama maddeleri, yıkama işlemi sırasında kumaş üzerinde hidrolize olmuş fazla boyaları uzaklaştırarak yüksek yıkama haslığı sağlayan kimyasallardır. Yıkama maddelerinin yıkama performansları, hidroliz edilmiş reaktif boya ile muamele edilen pamuklu kumaş üzerinde incelenmektedir. Yıkama sırasında hidrolize olmuş boya ile işleme tabi tutulan kumaş ve refakat kumaşın, Data Color 850 Spektrofotometresinde absorbans değerleri ölçülür. Ölçülen bu değerler kullanılarak K/S değerleri Kubelka Munk eşitliğinden hesaplanmaktadır [5].

Kubelka Munk eşitliği ve açıklaması aşağıda verilmektedir:
K/S = (1-R)² / 2R
R = Maksimum absorbsiyon değerindeki

reflektans değeri.
K = Absorbsiyon katsayısı. S = Saçılma katsayısı.

Akçakoca ve arkadaşları 2007 yılında, yaptıkları çalışmada hidrolize reaktif boyanın çeşitli yıkama maddeleri ile (anyonik ve non-iyonik) verimliliklerini değerlendirmişlerdir. 5 gruba ayrılan yıkama maddelerinin yapıları sırası ile anyonik yapıda sakkaritli poliakrilatkopolimer, polifosfat içeren polimerik karbonik asit, organik ve inorganik bileşiklerin karışımı, fosfonat modifiye polikarboksilik asit ve non-iyonik yapıda olan polifonksiyonel azot içeren kombinasyonlarıdır. En etkili yıkama maddesinin asidik ortamda zayıf katyonik karakter gösteren, non-iyonik yıkama maddesinin olduğunu tespit etmişlerdir. Artan konsantrasyonda ise non-iyonik yıkama maddesinde performansın arttığını ancak anyonik yıkama maddelerinde ise yıkama performanslarının azaldığını gözlemlemişlerdir.[6]

Eren ve arkadaşları tarafından 2007 yılında, mono-azo grubu reaktif boyarmaddelerinin ozonlanma çalışması yapılarak; farklı sıcaklık, süre ve alkali ortamlarında hidroliz işlemleri ve sonuçları incelenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucu renk giderimi ve ozon verimini karşılıklı olarak değerlendirmişlerdir. [7]

Güyer ve arkadaşları 2016 yılında yaptıkları çalışmalarda, sanayi tesislerinde su yönetiminin önemini vurgulamışlardır. Bu konuda, geri dönüşüm ve yeniden kullanım, azalan su kaynakları, artan atık su miktarı nedeniyle günümüzün büyümekte olan ekonomisinde sıcak bir gündem oluşturmuşlardır. Çalışmaları kapsamında pamuklu kumaşın reaktif boyamasından sonra ileri oksidasyon prosesleri (AOPs) (O3, UV-O3, O3-H2O2, O3-H2O2-UV) ile yıkama / ağartma atık suyunun geri dönüştürülebilir olması ve tekrar kullanımını araştırmışlardır.[8]

Bu çalışmada, yıkama proseslerinde banyo sayısını azaltan ve yıkama verimini değiştirmeyen bir yıkama prosesi ve ajanı, geleneksel yıkama yöntemleri ve ajanları ile karşılaştırılmıştır. Deneysel çalışmaların sonuçları tartışılmıştır.

2. MATERYAL VE METOD

2.1. Materyal

Bu çalışmada reaktif boya olarak Renk İndeksi: Reaktif Red 195 kullanılmış ve yıkama maddesi olarak 01137.STZ.2011-2 SANTEZ (Numune 4) projesinin çıktısı kullanılmıştır. Yıkama maddeleri numaraları ve kimyasal yapıları Tablo 1’de verilmiştir. Hidroliz boya elde etmek için yardımcı olarak sodyum karbonat kullanılmıştır. Yıkama işleminde yıkama maddelerine ek olarak asetik asit kullanılmıştır. Uygulama ve haslık testleri için %100 pamuklu dimi kumaş kullanılmıştır.

2.2. Metot

Hidroliz boya çözeltisinin hazırlanması amacıyla 2,5 g Reaktif Red 195 ile 10 g soda bir behere tartılır, laboratuvar şartlarında yumuşak su ile çözülerek 1 litreye tamamlanır. Hazırlanan boya çözeltisi manyetik karıştırıcı ile 950°C’de 4 saat boyunca karıştırılır. Ardından oda sıcaklığına gelene kadar soğumaya bırakılır. %100 pamuklu dokuma kumaş, hazırlanan hidroliz boya çözeltisinden %80 sıkma ile fularlanır. 120°C‘de 3 dakika kurutulur. Hidroliz boyalı kumaş, aynı tip kasarlı dokuma pamuklu refakat kumaş ile bire bir oranda bir uçtan dikilir. Yıkama işlemine tabi tutulur. Yıkama işlemi Forlab boyama makinasında yapılmıştır. Yıkama sonrası refakat kumaşlar incelenir. Refakat kumaşların kirlenmesi gri skalaya (ISO 105 A03) göre değerlendilir.

Yıkama işlemi iki farklı metot ile gerçekleştirilmiştir. Geleneksel yıkama metoduna göre ve geliştirilmiş yıkama maddesi verilmesi ile yapılan yıkama proses detayı Tablo 2’de verilmiştir.

Yıkama banyo çözeltilerine ait absorbans değerleri, yıkama ajanlarının verimliliğinin belirlenmesi için Schimadzu UV 1800 (400-700 cm-1) spektrofotometre kullanılarak ölçülmüştür. Refakat kumaşların K / S değerleri, Kubelka Munk Denklemi kullanılarak Data Color 850 Renkli Spektrofotometre üzerinde ölçülmüştür.

Farklı yıkama maddeleriyle işlem görmüş kumaşların yıkama haslıkları ISO 105 C06 C2S standartlarına göre yapılmıştır.

3. BULGULAR VE TARTIŞMALAR

3.1. Boyama Sonrası Yıkama Banyolarının Absorbans Değerlerinin Gözlenmesi

Geleneksel ve banyo sayısı azaltılan yıkama işlemlerinin bir sonucu olarak elde edilen absorbans değerleri Şekil 2’de verilmiştir.
Şekil 2’de görüldüğü gibi geleneksel yıkama banyosunun absorbans değerleri incelendiğinde, 4 numaralı yıkama maddesinin kullanımı ile diğer yıkama maddelerine göre daha düşük absorbans değeri elde edildiği görülmüştür. Böylelikle 4 numaralı yıkama maddesinin diğer yıkama maddelerine göre daha kısa yıkama işleminde daha verimli olduğu görülmüştür. 4 numaralı yıkama maddesinin absorbans değerleri diğer yıkama maddelerinden daha düşüktür. Bu durum, iyileştirmenin etkinliğini gösterir.

 

 

Şekil 3 ve Şekil 4’te sırasıyla Numune 1, Numune 2, Numune 3, Numune 4, yıkama maddelerinden 0,5 g/L verilen geleneksel ve banyo sayısı azaltılmış yıkama işleminden sonraki yıkama banyo suları görülmektedir.
Şekil 3 ve Şekil 4 incelendiğinde, geliştirilmiş kimyasal kullanımı ile banyo çözeltisindeki inhibe edilen boya, çözelti banyosunda kalmakta ve bu nedenle kumaşa daha az çökmektedir.

3.2. Farklı Yapıdaki Yıkama Maddelerinin Yıkamaya Etkisi

Polifonksiyonel azot içeren kombinasyonlar olan non-iyonik yıkama maddeleri hidroliz olan boyayı banyoda askıda tutmaktadır ve hidrolizasyon esnasında sadece reaktif gruplarda değişiklik meydana gelmektedir. Non-iyonik yıkama maddeleri bazı ortamlarda hafif bir katyonik özelliğe sahiptir bu özellikten dolayı, hidrolize reaktif boyanın uzaklaştırılmasına yardımcı olabilir.[6] Anyonik yıkama maddesi hidroliz olan boyayı banyoda askıda tutar ve hidrolizden etkilenme olmaz. Bu nedenle non-iyonik gruba sahip yıkama maddelerinin, anyonik yıkama maddelerine göre reaktif boyayı uzaklaştırma performansları daha iyidir.[6]

3.3.Refakat kumaşlarının K / S değerleri

Yıkama maddelerinin banyo sayısı azaltılan yıkama işlemi sonrası performansı kumaş üzerinde incelenmiş ve K / S değerleri Şekil 5’te verilmiştir. K/S değerleri azaldıkça, refakat kumaştaki kirlenmenin daha az olduğu görülmekte ve yıkama maddesinin etkinliğinin daha iyi olduğu anlaşılmaktadır.

Şekil 5’ de görüldüğü gibi 4 numaralı yıkama maddesinin refakat kumaşı K / S değeri daha düşük ve aynı zamanda kirlilik diğer tiplere göre daha düşüktür. Şekil 6, görsel olarak refakat kumaş kirliliğini göstermektedir.

3.4. Yıkama Haslığı Değerleri

Reaktif boyamalarda kumaşa tutunamayan hidroliz olan boyaların giderilmesinde iyonik olmayan yıkama maddeleri daha avantajlıdır. Anyonik yıkama maddelerinin hidrolize boyaların yok edilmesini zorlaştırması ve elektrolit etkisiyle yaş haslığını azaltması nedeniyle önerilmemektedir. [9] Banyo sayısı azaltılan yıkama işlemi sonrasında yıkama maddelerinin etkileri ve haslıkları elde edilmiş ve yıkama haslığı değerleri gri skalaya göre Tablo 3’te verilmiştir.

Tablo 3’te görüldüğü gibi, 4 numaralı yıkama maddesinin işlem sonrası yıkama haslığı değerinin 5 olduğu ve 4 numaralı yıkama maddesinin yıkama haslığının diğer yıkama maddesi tiplerine göre daha iyi olduğu bulunmuştur.

3.3.Enerji ve Banyo Tasarrufları

Yıkama maddelerinin kullanımı, yıkama banyo sayılarındaki azalma ile enerji ve su miktarlarından tasarruf edilmesini sağlamaktadır. Oluşan atık su miktarları da banyo sularındaki azalma ile birlikte azaldığından daha çevreci bir yaklaşım oluşmaktadır. Ayrıca yine banyo sayılarının azalması işçiliğin de azalmasını sağlamaktadır.

4 numaralı yıkama maddesiyle yıkama işlemi adımlarında toplam 3 banyo, 2 durulama ve 1 sabunlama tasarrufu sağlanmıştır. Böylelikle hem toplam su israf oranı azaltılmış hem de geleneksel yıkama işlemine göre toplam zaman, enerji ve işçilik avantajı sağlanmıştır. Örneğin, 1 numaralı bir yıkama maddesi, geleneksel yıkama işleminde toplam 67 L/kg atık su üretirken, geliştirilmiş bir yıkama maddesi kullanımı ile 43 L/kg atık su üretilmektedir. Böylelikle 24L/kg atık su, 40 dk. zamandan tasarruf sağlanmıştır.

4. SONUÇLAR VE ÖNERİLER

Bu çalışmada, Ar-Ge çalışmaları kapsamında geliştirilen non-iyonik yıkama maddesi (4 numaralı yıkama maddesi) performansı, geleneksel yıkama işlemi türleri ve diğer yıkama maddesi türleri ile karşılaştırılmıştır. Her türlü geleneksel yıkama sonucunda ölçülen absorbans değerlerinde 4 numaralı yıkama maddesi kullanılması ile yıkama işlem aşamalarının kısaltılabileceği görülmüştür. Geliştirilen yıkama maddesi sayesinde hem birçok açıdan tasarruf sağlanırken hem de haslık değerlerinde iyileşme gerçekleşmiştir. Çalışma sonuçları bu konuda yapılacak ileri araştırmalara ve endüstriyel denemelere yardımcı olacaktır. Toplam 3 banyo adımından tasarruf edilebileceği, su, zaman, enerji ve işçilik gibi üretim parametrelerinden tasarruf edilebileceği belirlenmiştir. 4 numaralı yıkama maddesi kullanımı ile geleneksel yıkama işlemine göre 24 L / kg daha az atık su üretilir Ayrıca 40 dk. zamandan tasarruf sağlanmıştır. Her türlü yıkama işlemi sonucunda 4 numaralı yıkama maddesinin hem renk mukavemeti hem de haslık değerleri açısından en iyi sonuçların alındığı görülmüştür.

KAYNAKLAR:

1. Tutak, M., Özdemir, A. O., (2011), Reactive Dyeing of Cationized Cotton: Effects on the Dyeing Yield and the Fastness Properties, Journal of Applied Polymer Science, 119: 500 – 504. 2. Özcan, Y., (1978), Tekstil Elyaf ve Boyama Tekniği, İstanbul Üniversitesi Yayınları, İstanbul. 3. Yurdakul, A., Atav, R., (2006), Boya-Baskı Esasları, Ege Üniversitesi Tekstil ve Konfeksiyon Araştırma-Uygulama Merkezi Yayını, Ege Üniversitesi, s.149, İzmir. 4. Eren, H.A., Kurcan, P., Aniş, P., (2007), Dergipark Akademik, Cilt 17, Sayı 2, Sayfalar 119-125. 5. Kubelka, 1948; Mcdonald, 1987; Mclaren, 1986 6. Akcakoca, E.P., ve Ark. (2007), Dyes and Pigments 72, 23-27 7. Güyer, G.T., Kashif, N., ve Ark. (2016), Elsevier, Volume 139, Pages 488-494. 8. R., Shamey., T., Hussein.(2005), Crıtıcal solutıons ın the dyeıng of cotton textıle materıals 9. Weible K-H. The influence of calcium when washing off reactive dyes. Melliand English 1990;10:E 361e2. Original German pages: Melliand Textilberichte 1990;10:772e4.

 

 

İnceleyin

BCF S8 Tricolor, çok renkliliğe doğru eğilimi dikkate alıyor

Oerlikon Neumag, verimli, tek renkli veya üç renkli bir varyant olarak BCF S8 halı ipliği ...