XIII. Uluslararası İzmir Tekstil ve Hazır Giyim Sempozyumu
2-5 Nisan 2014
PAMUKLU KUMAŞLARIN ULTRASONİK ENERJİ YARDIMI İLE
TEK BANYODA KOMBİNE BOYANMASI
Burcu Yılmaz Şahinbaşkan
Marmara Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Tekstil Eğitimi Bölümü, Göztepe, İstanbul, Türkiye
[email protected]
Özet
Selülozik materyaller ve karışımlarının biyo-işlemlerinde enzim kullanımı, konvansiyonel yöntemler ile
karşılaştırıldığında, daha kısa işlem süresi, life daha az kimyasal hasar, enerjiden tasarruf ve daha az kimyasal
kullanımı gibi birçok avantaja sahiptir. Selülozik materyaller ve karışımlarının, başlangıçtan bitim işlemlerinin
sonuna kadar, amilaz, pektinaz, lakkaz, glikoz oksidaz, katalaz vb. kullanımı ile enzimatik işlemlerinin
gerçekleştirilebilme olasılığı birçok kez denemiş ve karşılaştırılmıştır. Bu araştırmada, ultrasonik enerji
kullanılarak ve kullanılmadan, pamuk/likra karışımı örme kumaşlar, enzimatik ön işlemlerden reaktif boyama
adımına kadar aynı banyoda boyanmıştır. Renk farklılıkları, haslık özellikleri, su tasarrufu ve zamandan tasarruf
miktarları konvansiyonel işlem ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, ultrasonik destekli tek banyoda kombine
boyama işleminin, sahip olduğu avantajlar ve çevre dostu işlem şartları nedeni ile konvansiyonel işlemlere
alternatif bir kombine işlem olduğu görülmektedir.
Anahtar kelimeler: Enzimler, kombine boyama, pamuğun reaktif boyarmaddelerle boyanması, ultrasonik enerji
1.GİRİŞ
Selülozik materyaller ve karışımlarının enzimatik ön terbiyesi günümüzde yaygın olarak
kullanılmaktadır. Bu materyallerin, çeşitli enzimler kullanılarak, ılıman ve çevre dostu şartlarda,
başlangıçtan bitim işlemlerinin sonuna kadar enzimatik işlemler ile gerçekleştirilebilme olasılığı
tartışılmıştır [1-3]. Pamuklu kumaşların biyo-işlemleri, antiperoksit enzimi yardımı ile tek bir
adımda hidrofilleştirme/ağartma, katalaz ile işlem görmüş ağartma banyolarında pamuklu dokuma
kumaşların reaktif boyarmaddeler ile boyanması çalışılmıştır [4-8]. Pamuklu dokuma kumaşların
aynı banyoda kombine ön terbiye ve boyama işlemi, pilot ölçekli olarak, laboratuvar tipi jiger ve
haspel kullanılarak, farklı reaktif ve direkt boyarmaddeler ile, katalaz enzimi ile muamele edilmiş
H2O2 ağartma banyolarında herhangi bir yıkama/durulama adımı olmaksızın gerçekleştirilmiştir
[9-13]. Ultrasonik enerji, tekstil materyallerinin yaş işlemlerinde 1990’lardan beri
kullanılmaktadır ve yine enerjiden tasarruf, kısa işlem süresi, daha az kimyasal madde kullanımı,
daha az tekstil materyallerine zarar gibi kullanım avantajlarına sahiptir. Elde edilen sonuçlar,
ultrasonik destekli işlemlerin kopma mukavemeti, ıslanabilirlik, beyazlık derecesi, daha uniform
yüzey ve işlem sürelerinin kısalığı üzerine pozitif etkilere sahip olduğunu göstermektedir [14-16].
Bu araştırmanın amacı, ultrasonik enerji kullanılarak, %97/3 pamuk/likra karışımı örme
kumaşların aynı banyoda kombine olarak enzimatik ön işlem görmesi ve boyanmasıdır. Bu işlem,
ultrasonik destekli tek banyoda kombine işlem olarak adlandırılmıştır. Kumaşlar aynı zamanda
konvansiyonel, ultrasonik destekli ve tek banyoda kombine olarak da ön terbiye edilmiş ve
boyanmıştır. Elde edilen renk farklılıkları, haslık özellikleri, sudan ve zamandan tasarruf sonuçları
konvansiyonel işlem ile karşılaştırılmıştır. Ultrasonik destekli tek banyoda kombine işlem sahip
olduğu avantajlar ve çevre dostu işlem şartları nedeni ile alternatif bir kombine işlemdir.
2. DENEYSEL ÇALIŞMA
2.1. Materyal, Kimyasallar ve Teçhizat
Bu deneysel çalışmada, ring iplikten elde edilmiş (Nm 30/1) % 97/3 pamuk/likra örme kumaş
kullanılmıştır. Örgü yapısı süprem, kumaş gramajı 205 g/m2’dir. Rucolase PTZ [Rudolf-Duraner] bir
pektinaz enzimidir ve pH 8, 50-60 C sıcaklık aralığında kullanılmaktadır. Terbinox 10 L
[Novozymes] anti-peroksit işlemi için kullanılan bir katalaz enzimi olup pH 6.5-10’da, 30-50 C
92
XIII. Uluslararası İzmir Tekstil ve Hazır Giyim Sempozyumu
2-5 Nisan 2014
sıcaklıkta, 15-30 dakika süren uygulamalarda kullanılmaktadır. Kullanılan boyarmaddelerin kimyasal
yapıları azo (C.I. Reactive Red 180) ve antrakinon (C.I. Reactive Blue 181)’dur. Uniwett HGA (Alfa
Kimya) noniyonik/anyonik yapıda bir ıslatıcıdır. Prestogen D alkali peroksit ağartma banyolarında
kullanılan organik stabilizatördür. Ultrasonik banyo ile boyama için kullanılan teçhizat 32 kHz
frekansta ALEX Ultrasonik Banyo (220 volt ve 300 Watt)’dur. Haslık testleri için, Yıkama Haslığı
Test Cihazı (Gyrowash, James H.Heal) ve Sürtünme Haslığı Test Cihazı (Crockmeter, James H.Heal)
kullanılmıştır. Boyanmış kumaşların reflektans ölçümleri Datacolor Spectraflash SF 600 + ile, SI
modunda ve LAV (30 mm) gözlem plakası ile gerçekleştirilmiştir. Renk koordinatları, D65 illüminantı
ve 10° Standart Gözlemci değerleri kullanılarak hesaplanmıştır. Renk farklılıklarını (∆E *) ifade etmek
için CIELab 1976 renk farklılığı formülü kullanılmıştır..
2.2. Boyama İşlemleri
Konvansiyonel İşlem:Ham kumaş (5g) konvansiyonel işleme göre ayrı banyolarda hidrofilleştirilmiş
ve ağartılmıştır. Kumaş, 1mL/L ıslatıcı ve %1.5 pektinaz enzimi içeren banyoda 55C sıcaklıkta, 20
dakika, pH 8’de 1:20 banyo oranında hidrofilleştirilmiştir. Hidrofilleştirilen kumaş 80C sıcaklıkta 10
dakika durulanmıştır (Yıkama 1). Hidrofilleştirilen kumaş numuneleri 1mL/L ıslatıcı, 11 mL/L H 2O2
(%35) [Merck], 1 g/L NaOH [Merck], 2g/L organik stabilizatör ile 80C sıcaklıkta 45 dakika ağartma
işlemine tabi tutulmuştur. Ağartma banyosu, kimyasal maddeler ilave edilmeden önce, 5C/dakikalık
sıcaklık artışı ile 30C sıcaklıktan 80C sıcaklığa getirilmiştir. Ağartma işleminin ardından ağartılmış
kumaş numuneleri 70C sıcaklıkta 20 dakika yıkanmış, nötralize edilmiş, 1 g/L yıkama maddesi
(Perlavin OSV [Dr. Petry]) ile 95C sıcaklıkta 10 dakika kaynar sabunlanmış ve ardından 70C
sıcaklıkta 20 dakika iki kez daha yıkanmış, son olarak 10 dakika soğuk durulanmıştır (Yıkama 2).
Ayrı banyolarda konvansiyonel olarak hidrofilleştirilen ve ağartılan kumaşlar, C.I. Reactive Red 180
ve Blue 181 boyarmaddeleri ile all-in metoduna göre, %1 renk şiddetinde, 1:20 banyo oranında
boyanmıştır. Her bir boyama banyosu 30 g/L Na 2SO4 [Merck] ve 4 g/L Na2CO3 [Merck] ihtiva
etmektedir. Boyama 60C sıcaklıkta başlamış ve bu sıcaklıkta 60 dakika devam etmiştir. Ardından
banyo soğutulmuş ve boyanmış kumaş numuneleri, sırası ile 70 C’de iki defa ılık durulama, asetik
asit ile nötralizasyon, kaynar sabunlama, üçüncü kez 70 C’de durulama, 50C’de son durulama ve en
son soğuk durulama olarak, her biri 10 dakika olmak üzere, altı kez durulanmıştır (Yıkama 3).
Tek Banyoda Kombine İşlem: Tek banyoda kombine işlem süresince, temiz su ilave edilmeksizin,
Şekil 1’de görülmekte olduğu gibi tüm uygulamalar aynı banyoda gerçekleştirilmiştir. Antiperoksit
işlemi için banyoya 4g/L katalaz enzimi ilave edilmiş, 30C sıcaklıkta 20 dakika pH 7’de çalışılmıştır.
Ardından sıcaklık 60C’ye yükseltilmiş ve kumaş konvansiyonel işlemde anlatıldığı şekilde
boyanmıştır. Son olarak boyanmış kumaşlar yine daha önce konvansiyonel işlemde anlatıdığı gibi
yıkanmış ve durulanmıştır.
Şekil 1. Tek Banyoda Kombine İşlem
Ultrasonik Destekli İşlem: Kumaşlar, konvansiyonel işlemde anlatıldığı şekilde, ayrı banyolarda,
ultrasonik banyo kullanılarak, ultrasonik enerji yardımı ile hidrofilleştirilmiş, ağartılmış ve
boyanmıştır.
Ultrasonik Destekli Tek Banyoda Kombine İşlem: Kumaşlar, tek banyoda kombine işlemde anlatıldığı
şekilde, tek banyoda, ultrasonik banyo kullanılarak, ultrasonik enerji yardımı ile hidrofilleştirilmiş,
ağartılmış ve boyanmıştır.
93
XIII. Uluslararası İzmir Tekstil ve Hazır Giyim Sempozyumu
2-5 Nisan 2014
3. SONUÇLAR
Dört farklı yönteme göre boyanmış kumşaların renk koordinatları ve renk farklılıkları Tablo 1’de
verilmektedir. Boyanmış numunelerin CIELab değerleri ve renk farklılıkları (E*) AATCC
Değerlendirme Yöntemi 7’ye göre hesaplanıştır.
Materyal
A
B
Tablo 1. Boyanmış materyallerin CIELab değerleri ve renk farklılıkları a
L*
a*
b*
C*
L*
a*
b*
C*
h
İşlem
K
TBK
U
UTBK
K
TBK
U
UTBK
55.74
53.85
53.50
52.95
65.35
63.26
64.29
66.05
56.47
57.47
56.27
56.66
-5.69
-5.35
-5.70
-6.03
-1.41
-0.14
-0.72
-0.21
-34.05
-35.16
-34.18
-33.59
56.48
57.47
56.28
56.66
34.52
35.57
34.66
34.12
358.57
359.83
359.27
359.12
260.52
261.35
260.50
259.84
-1.89
-2.24
-2.49
-2.09
-1.06
0.70
1.00
-0.20
0.19
0.34
-0.01
-0.34
1.27
0.69
1.20
-1.11
-0.13
0.46
0.98
-0.21
0.18
1.05
0.14
-0.40
E*
2.49
2.35
3.04
2.39
1.07
0.90
H*
1.28
0.69
1.73
0.51
0.04
0.41
A: C.I. Reactive Red 180 ile boyanmış kumaşlar; B: C.I. Reactive Blue 181 ile boyanmış kumaşlar; K: Konvansiyonel; TBK: Tek Banyoda Kombine; U:
Ultrasonik Destekli; UTBK: Ultrasonik Destekli Tek Banyoda Kombine. a Konvansiyonel işlemler ‘standart’ olarak alınmıştır.
C.I. Reactive Red 180 boyarmaddesi ile, tek banyoda kombine, ultrasonik destekli ve ultrasonik
destekli tek banyoda kombine olarak boyanmış materyaller kovansiyonel olarak boyanan materyal ile
karşılaştırıldığında daha koyu (L*=-1.89, -2.24 ve -2.49), ultrasonik destekli tek banyoda kombine ve
tek banyoda kombine olarak boyanan materyaller ise konvansiyonel olarak boyananlardan daha
kırmızı, daha sarı ve doygundur. C.I. Reactive Blue 181 boyarmaddesi ile ultrasonik destekli olarak
tek banyoda boyanan materyaller ise diğer yöntemlere göre boyananlar ile karşılaştırıldığında, çok az
açık (L*=0.70), çok az yeşil (a*=0.34), daha az mavi (b*=0.46) ve çok az doygundur (C* = -0.40).
Tek banyoda kombine, ultrasonik destekli ve ultrasonik destekli tek banyoda kombine işlemler ile
boyamalar konvansiyonel işlem ile boyanmış kumaşlar ile karşılaştırıldığında renk farklılığı
mevcuttur. Ancak bu renk farklılıkları 4’den fazla değildir. Bu nedenle boyama adımının başında çok
az boyarmadde ilavesi ile kompanse edilebilir.
Yıkama haslık testleri ISO 105-C06 (A1S test şartı) ve sürtünme haslık testleri ISO 105-X12
standatlarına göre gerçekleştirilmiştir. Ultrasonik enerji kullanılarak gerçekleştirilen tek banyoda
kombine boyanmış kumaşlara ait yıkama (solma ve ağartılmış pamuğu lekeleme) ve sürtünme (kuruyaş) haslık test sonuçları oldukça yüksek değerdedir (4-5 ve 4-5+). Ultrasonik enerjinin boyanmış
kumaşların yıkama ve sürtünme haslık test sonuçlarında önemli bir etkiye sahip olmadığı
görülmektedir.
Banyoların ısıtma ve soğutma zamanları ihmal edildiğinde, toplam işlem süresi konvansiyonel işlem
için 265 dakika, tek banyoda kombine işlemler için 205 dakikadır (Tablo 2). Tek banyoda kombine ve
ultrasonik destekli tek banyoda kombine işlemler, bu işlemlerde hidrofilleştirme ve ağartma adımları
sonrası yıkama işlemi bulunmadığı için, konvansiyonel ve ultrasonik destekli işlemlerden 60 dakika
daha kısadır.
Tablo 2. Toplam işlem süreleri ve her bir işlem için kullanılan su miktarları
İşlemler
İşlem Basamakları
İşlem süresi (min)
K
&
U
Hidrofilleştirme + Yıkama 1
Ağartma + Yıkama 2
Boyama + Yıkama 3
30 (20 min işlem+10 min yıkama)
115 (10+45 min işlem ve 60 min yıkama)
120 (60 min boyama ve 60 min yıkama)
265
20
45
20
120 (60 min boyama ve 60 min yıkama)
205
Toplam işlem süresi & kullanılan su miktarı
TBK
&
UTBK
Hidrofilleştirme
Ağartma
Antiperoksit İşlemi
Boyama + Yıkama 3
Toplam işlem süresi & kullanılan su miktarı
b
İşlemlerde kullanılan su
miktarları (birim b)
0.2
0.7
0.7
1.6
0.1
0.6
0.7
100L = 100 birim.
94
XIII. Uluslararası İzmir Tekstil ve Hazır Giyim Sempozyumu
2-5 Nisan 2014
Tek banyoda kombine işlemlerde kullanılan su miktarı 1.6 birimden 1 birimin altına düşmüştür. Diğer
bir ifade ile, tek banyoda kombine ve ultrasonik destekli tek banyoda kombine işlemlerde kullanılan su
miktarı, konvansiyonel ve ultrasonik destekli işlemlerden %56 daha azdır.
4. GENEL DEĞERLENDİRME
Bu deneysel çalışma, tek banyoda kombine ve ultrasonik destekli tek banyoda kombine boyama
işlemlerinin tekrarlanabilir olduğunu göstermektedir. Reaktif boyarmaddeler ile boyamada ultrasonik
enerjinin kullanımı iyi renk özellikleri ve yeterli haslığa sağlamaktadır. Tek banyoda kombine ve
ultrasonik destekli tek banyoda kombine işlemlerinde, işlem süresi konvansiyonel işlemden çok daha
kısadır. Bunun anlamı endüstride daha fazladır (> %20). Tek banyoda kombine ve ultrasonik destekli
tek banyoda kombine boyama işlemlerinde daha az su kullanımı, konvansiyonel işlemde kullanılanın
½’den daha az, mümkündür. Bundan dolayı tek banyoda kombine işlemler daha az kimyasal madde
kullanımı, su ve enerji tasarrufu gibi birçok avantaja sahiptir. Bu deneysel çalışmanın devamı
niteliğindeki gelecek araştırmalar, ultrasonik destekli kombine boyama işlemi süresinin optimize
edilmesi yönünde olacaktır.
KAYNAKLAR
[1] QUANDT, C., KULH, B., Operational possibilities and optimisation of enzymatic processes in textile
finishing industry. Melliand English, 2000, 10, E198-200.
[2] EREN, H.A, ANİŞ, P., DAVULCU, A., Enzymatic one-bath desizing-bleaching-dyeing process for
cotton fabrics, Textile Research Journal, 2009, 70 (12), 1091-1098.
[3] YILMAZ-ŞAHİNBAŞKAN, B., Dyeing properties of bamboo/cotton blended yarns by single-bath
combined process, Asian Journal of Chemistry, 2012, 24 (4), 1638-1642.
[4] DURAN, K., TOLOUI, A., The bleaching and dyeing of cotton knitted fabrics in the same bath using
antiperoxide agents, Tekstil ve Konfeksiyon, 1998, 5, 324-327.
[5] TZANOV, T., CALEFELL, M., GUEBITZ, G.B. ve CAVACO-PAULO, A., Bio-preparation of cotton
fabrics, Enzyme and Microbial Technology, 2001 29, 357-362.
[6] TZANOV, T., COSTA, S., GUEBITZ, G.B. ve CAVACO-PAULO, A., Dyeing in catalase-treated
bleaching baths. Coloration Technology, 2001 117, 1-5.
[7] TZANOV, T., COSTA, S., CAVACO-PAULO, A. ve GUEBITZ, G.B., Dyeing with enzymatically
treated bleaching effluents, AATCC Review, 2011, October, 25-28.
[8] TZANOV, T., COSTA, S., GUEBITZ, G.B. ve CAVACO-PAULO, A., Effect of temperature and bath
composition on the dyeing of cotton with catalase-treated bleaching effluent, Coloration Technology, 2001
117, 166-170.
[9] ONER, E. ve YILMAZ, B., New approach to single-bath combined dyeing, 5th International Istanbul
Textile Conference, pp.19-21 May 2005, Lecture No: DFT-17, Swissotel The Bosphorus, Istanbul, Turkey.
[10] YILMAZ, B. ve ONER, E, Dyeing of untreated cotton by one-bath combined process using various
enzymes, 84th Textile Institute Annual World Conference, 22-25 March 2005, 4th Session, No: 156,
Raleigh, North Carolina, USA.
[11] YILMAZ, B., Selülozik materyallerin tek banyoda kombine proses ile boyanmasında optimizasyon,
Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Istanbul, Turkiye, 2004.
[12] YILMAZ-ŞAHINBAŞKAN, B., Selülozik elyaf içeren materyallerin çevre dostu yöntemler ile
boyanması, Doktora Tezi, Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Istanbul, Turkiye, 2010.
[13] ONER, E. ve YILMAZ-ŞAHINBAŞKAN, B., A new process of combined pretreatment and dyeing:
REST, Journal of Cleaner Production, 2011, 19, 1668-1675.
[14] MASON, T.J. ve LONMIER., J.P., Sonochemistry: Theory, Applications and Uses of Ultrasound in
Chemistry, Ellis Horwood Limited, 1988.
[15] BASTO, C., TZANOV, T. and CAVACO-PAULO, A., Combined ultrasound-laccase assisted
bleaching of cotton, Ultrasonics Sonochemistry, 2007, 14, 350-354.
[16] YACHMENEV, V.G., BLANCHARD, E.J. and LAMBERT, A.H., Use of ultrasonic energy for
intensification of the bio-preparation of greige cotton, Ultrasonics, 2004, 42 (1-9), 87-91.
95
Download

3 rd International Conference Innovation and Modelling of Clothing