Akrilik Liflerinin Ağartılması için Alternatif Yöntem Araştırması
Pamuk lifleri için birçok a ğartma yöntemi bulunurken, akrilik lifleri için günümüzde kullan ılan çok az yöntem bulunmaktadır. Akrilik liflerinin ağartılmasında kullanılabilecek farklı ağartma maddeleri ve alternatif yöntemler araştırılmıştır. Bu amaçla iki farkl ı akrilik elyaf ın sodyum klorit, kalsiyum hipoklorit, hidrojen peroksit ve peroksit persülfat aktivasyon sistemi ile farklı pH de ğerlerinde ve reçeteleri ile a ğartma i şlemleri yap ılmıştır. Ağartma işlemlerinden sonra elyafların Beyazlık dereceleri belirlenmiş ve reçetelerin maliyet hesapları yapılarak yöntemler kıyaslanmıştır.
Siyah ve beyaz tekstil sektörünün vazgeçilemeyen iki ana rengidir. Tüm elyaf türleri için siyah renk, boyama ile kolayl ıkla elde edilmekte iken, beyaz renk için herhangi bir boya söz konusu olmadığından tekstil liflerinin ağartılması yüzyıllardır büyük önem taşımıştır. Poliakrilonitril içeren elyaflardan yapılmış kumaş ya da iplikler sar ımsı ya da krem nüansl ıdır. Poliakrilonitril yada nitril gruplar ı içeren polimer tekstil ürünleri proses esnasında sararma eğilimi gösterdiklerinden ağartılmaları gerekmektedir . Uzun yıllar boyunca akrilik elyaf pazar ında Acordis firmas ı taraf ından üretilen Courtelle elyaf sektörün beyaz elyaf talebini kar şılamaktaydı. Fakat bu firmanın üretimine son vermesinden sonra piyasada Courtelle beyazına yakın beyaz elde etme ihtiyacı doğmuştur. Bu nedenle akrilik liflerinin a ğartılmasına yönelik çal ışmalar önem kazanm ıştır. Akrilik liflerin a ğartılmasında genellikle sodyum klorit kullanılmaktadır. Literatürde yap ılan çal ışmalarda da genellikle farklı a ğartma maddeleri ile akrilik liflerinin ağartılması üzerine patent çalışmalarının yapıldığı görülmektedir.Bu çal ışmada sodyum kloritin farkl ı asitler ile değişik konsantrasyonlarda a ğartma etkisinin yanı sıra akrilik a ğartmada kullanılmayan kalsiyum hipoklorit, hidrojen peroksit ve peroksit ile aktive edilmiş persülfat radikalinin akrilik lifleri üzerine a ğartma etkilileri incelenmi ştir. Elde edilen a ğartılmış elyafların beyazl ık dereceleri belirlenmi ş ve kullan ılan farkl ı reçetelerin maliyetleri hesaplanarak, en uygun ağartma reçeteleri belirlenmiştir.
Sodyum klorit ile ağartma
Sodyum klorit ticari olarak 1930 y ılında “textone” ad ı alt ında üretilmeye ba şlanmıştır. 1939 y ılında selülozik liflerin kesiksiz a ğartma işlemlerinde kullanılmaya başlanmıştır ve Mathieson Alkali şirketi bu proses için geniş bir taşıyıcı sistem dizayn etmiştir [1]. Sodyum klorit (NaClO2) katı halde beyaz kristaller halinde bulunmaktadır. Kat ı formunun özkütlesi 2,5 g/cm 3, molekül kütlesi 90,44 g/mol olan sodyum klorit oldukça hidroskopik bir maddedir. İçerisine az miktarda alkali (NaCO3) ilave edildiğinde uzun süre kararlılığını korumaktadır. Sodyum kloritin bozunmas ıyla birlikte güçlü bir oksidan gaz olarak bilinen klor dioksit (ClO 2) aç ığa çıkmaktadır. Bu nedenle sodyum klorit, klor dioksit gaz ının stabil formdaki kaynağı olarak adlandırılmaktadır. Çünkü klorit ağartmasında ağartmadan sorumlu ana faktör çok korozif ve toksik bir gaz olan ClO2 dir. pH de ğeri 2,5 ile 3 aras ında ve yüksek sıcaklıklarda klordioksit olu şumu maksimuma ulaşır. Klor dioksit gaz ı asidik ortamda a şağıdaki reaksiyonları takip ederek meydana gelir. Klor dioksit oluşum hızı çözeltideki sodyum klorit konsantrasyonu ile doğru orantılıdır. Kloröz asit (HClO 2) karars ız yap ıda olu şur ve a ğartmadan sorumlu tür olan klor dioksit gaz ını vermek üzere parçalan ır. Maksimum ClO 2 olu şumu pH 2,5 ile 3 aras ında gerçekle şir. Sodyum klorit alkali şartlarda stabil olmas ına ra ğmen güçlü asitle ile aktive edildi ğinde çok h ızlı ClO 2 ç ıkışı gözlenir. Bu nedenle gaz ç ıkışının kontrol edilmesi gerekmektedir. Pratikte bu s ıcaklığı kontrol ederek ve a ğartma banyosuna pH tamponlar ı ekleyerek kontrol edilmektedir. Donör asitlerin kullan ımı bu i şlem için uygundur. Ayr ıcı a şırı korozif olan klor dioksit gaz ından ekipman ın etkilenmemesi için banyoya kullanılan klorit miktar ı kadar sodyum nitrat (NaNO 3) eklenebilmektedir. Sodyum nitrat ClO2 gaz ını inhibe eder. Yapılan çal ışmada ağartma zaman ını k ısa tutmak için güçlü bir asit olan sülfürik asit ve nispeten daha zayıf bir organik asit olan formik asit kullan ılarak farklı klorit deri şimlerinde ve farkl ı sürelerde ağartma performansları değerlendirilmiştir.
Kalsiyum hipoklorit ile ağartma
Kalsiyum hipoklorit (Ca(ClO)2) beyaz ya da hafif grimsi renkte toz halinde %65-70 aktif klor içeren bir bileşiktir. Molekül kütlesi 142,98 g/mol olan kalsiyum hipokloritin öz kütlesi 2,35 g/cm 3’tür. 20 oC’de suda çözünürlü ğü 217,6 g/l dir [5]. Kuru kalsiyum hipoklorit suda çözündü ğü zaman 1 mol kalsiyum hipoklorit 2 mol hipokloröz asit oluşturmaktadır. Kalsiyum hipokloritin oksitleme gücü hipokloröz asitten gelmektedir. Dolay ısıyla çözeltideki hipokloröz asit oluşumunu sağlayacak uygun pH şartları oksitleme etkisini de arttırmaktadır. Bu nedenle pH 5 ile 2,5 arasındaki pH değerlerinde ağartma çalışması yapmak en uygun olanıdır. Bu çal ışmada pH 5 ile 2,5 aras ındaki de ğerlerde farkl ı hipoklorit deri şimlerinde a ğartma çalışması gerçekleştirdik.
Peroksit ile ağartma
Hidrojen peroksit 1818 y ılında baryum peroksitin nitrik asit ile reaksiyona sokulmas ıyla Louis Jacques Thénard taraf ından izole edilmi ştir. Tekstil liflerinin a ğartılmasında kullan ılabileceği fikri 1866 y ılında ortaya çıkmasına ra ğmen ba şlangıçtaki yüksek fiyat ı nedeni ile 1935 y ılına kadar kullan ımı k ısıtlı olmuştur. Hidrojen peroksit (H 2O2) saf halde hafif mavimsi berrak s ıvı formda bulunurken, suda çözüldüğünde renksizdir. Molekül kütlesi 34,01 g/mol, öz kütlesi ise 25 oC’de 1,4425 g/cm3’tür. İlk önceleri peroksitin ağartma etkisinin bozunmasıyla ortaya çıkan oksijen gazı olduğu düşünülürken, bu fikrin doğru olmadığı daha sonralar ı anlaşıldı. Hidrojen peroksitin a ğartma etkisi, özellikle pH de ğerine bağlı olarak bozunmas ı ve hidrojen ve perhidroksil iyonu (HO 2 -) meydana getirmesine dayanmaktad ır. Daha sonra bu perhidroksil iyonu tekrar bir hidrojen peroksit molekülü ile reaksiyona girerek süperoksit radikal anyonun meydana getirmektedir [6]. Bu anyonda son derece toksiktir. Hidrojen peorksit asidik şartlarda kararl ı bir bile şiktir. Bozunman ın ba şlaması için alkali ya da ısı gereklidir. Alkali ilavesi ile birlikte perhidroksil iyonu olu şumu ba şlamaktadır. Perhidroksil iyonu (HOO2-) sulu çözeltide zay ıf dibazik asit gibi davran ır. Yukar ıdaki reaksiyonda da görüldü ğü gibi hidrojen peroksit bozunmas ı sonucu perhidroksil iyonunun yan ı sıra birde proton meydana gelmektedir. Bu protonun nötrlenmesi, perhidroksil dengeyi perhidroksil iyonu olu şumu yönünde bozar. Bu nedenle NaOH gibi bazlar hidrojen peroksiti aktive ederler. Fakat bununla birlikte yüksek pH de ğerlerinde perhidroksil iyonu oluşumu çok hızlıdır ve bu olay hidrojen peroksitin su ve serbest oksijen vermek üzere parçalanmasıyla sonuçlan ır. Serbest oksijenin a ğartma etkisine herhangi bir katk ısı yoktur. Bu nedenle peroksit a ğartmalarında stabilizatör kullanmak gerekmektedir. Bu stabilizatörler genellikle koloidal sodyum silikatlar ya da ayn ı zamanda metallerin katalitik etkisini de azaltacak EDTA gibi iyon tutucular olabilir. Yapılan çal ışmada hidrojen peroksitin asidik ve bazik ortamda a ğartma etkilerini deneysel olarak gözlemlemek için her iki pH aralığında da PAN lifleri için ağartma denemeleri gerçekleştirilmiştir.
Persülfat-Peroksit Aktivasyon Sistemi ile Ağartma
Persülfatlar polimerizasyon sektöründe ba şlatıcı olarak, yüzme havuzlar ında temizleme ajan ı olarak, saç ağartmada, at ık sular ın a ğartılmasında ve daha birçok sektörde güçlü oksidanlar olarak kullanılmaktadırlar. Tekstil sektöründe kullan ılan çe şitli persülfat bile şikleri mevcuttur. Bunlara örnek olarak sodyum persülfat, amonyum persülfat ((NH 4)2S2O8) potasyum perfosfat vb. bile şikleri örnek verebiliriz. Hepsi katı toz formdadır ve güçlü oksidanlar olarak kullanılmaktadırlar. Persülfat moleküllerinin kararlılığından ve hidrojen peroksit molekülünün reaktivitesinden yararlan ılarak bir aktivatör sistem olu şturulabilir. Bu iki maddenin kombinasyonu çe şitli sinerjik etkiler oluşturur. Öncelikle perhidroksil radikalleri, persülfat radikal olu şumunu ba şlatır, benzer şekilde sülfat radikalleri hidroksil radikali olu şumunu tetikler. İkinci olarak peroksit radikalleri daha reaktif moleküller ile reaksiyona girerken sülfat moleküllerinin daha inatç ı kirlilikleri yok etmesine imkan tan ır ve üçüncü olarak da peroksit persülfat ın olu şturduğu radikal kombinasyonu çoklu radikal sald ırı mekanizması oluşturabilir.
MALZEME ve METOT
Materyal
Çalışmada %100 Akrilik Aksa 3/98 denye/filament 4316 Lot numaralı elyaf ile % 100 Akrilik Montofibre 3/128 denye/filament 3389 lot numaral ı elyaf kullan ılmıştır. Ağartma kimyasalları olarak sodyum klorit (% 25), kalsiyum hipoklorit (% 65 toz), hidrojen peroksit (% 22) ve amonyum persülfat kullan ılmıştır. Ayrıca ağartma reçetelerinde formik asit, sülfirik asit, sitrik asit ve hidroklorik asit ile pH ayarlamas ı için sodyum hidroksit ve korozyon önleyici olarak sodyum nitrat kullanılmıştır.
Metot
Ağartma işlemleri Pro-Ser F1030 HT Laboratuar tipi boyama makinesinde gerçekle ştirilmiştir. Ağartma işleminde 2 0C/dak. ile 100 0C’ye çıkılmış ve 30 dakika bu s ıcaklıkta çalışılarak işlem sonlandırılmıştır. Çalışmada 12 farkl ı reçete ile her 2 elyaf ın ağartma işlemleri gerçekleştirilmiştir. Ağartma reçetelerinde korozyon önleyici olarak kullan ılan sodyum nitrat, sodyum klorite e şdeğer mol oran ında kullan ılmıştır. Aksa ve Montofibre akrilik elyaflar ının 12 farkl ı reçete ile a ğartma işlemlerinden sonra beyazlık dereceleri belirlenmi ştir. Datacolor SF 600 marka Spektrofotometre ile CIE renk uzay ında standart beyaza karşı Easymatch Textile programı ile ağartma işlemi gerçekleştirilmemiş ve ağartma işlemlerinden geçirilmiş elyaflar ın beyazl ık dereceleri belirlenmi ştir. Ayr ıca kullanılan 12 reçetenin maliyetleri TL/kg olarak hesaplanmıştır.
DENEYSEL ÇALIŞMALAR ve TARTISMA
Sodyum klorit, kalsiyum hipoklorit, hidrojen peroksit ve amonyum persülfat çözeltileri ile yap ılan ağartma işlemlerinden sonra akrilik elyafların CIE renk uzay ına göre Beyazlık dereceleri belirlenmiştir. 4 farklı ağartma kimyasal ı ile 12 farkl ı reçete olu şturulmuş ve herbir reçetenin kg ba şına maliyeti de hesaplanmıştır. Uygulamada özellikle düşük maliyetle yüksek beyazlık derecesine sahip akrilik elyaflar ın elde edilebilirliği araştırılmıştır. Poliakrilonitril elyaflar ı içeren tekstil ürünleri proses esnas ında sararma e ğilimi gösterdiklerinden, özellikle beyaz olarak kullan ılacakları durumda a ğartılmaları gerekmektedir. Yap ılan çalışmada sodyum kloritin farkl ı asitler ile de ğişik konsantrasyonlarda a ğartma etkisinin yan ı s ıra akrilik a ğartmada kullanılmayan kalsiyum hipoklorit, hidrojen peroksit ve peroksit ile aktive edilmi ş persülfat radikalinin akrilik lifleri üzerine a ğartma etkililerinin incelenmesi ve en uygun a ğartma reçetesinin belirlenmesi amaçlamıştır. 12 farkl ı a ğartma reçetesi Aksa ve Montofibre akrilik elyaflar ının a ğartılması için kullanılmıştır. Elde edilen ağartılmış elyafların beyazlık dereceleri kıyaslanmış ve ayrıca kullanılan farklı reçetelerin maliyetleri karşılaştırılmıştır. Elde edilen test sonuçları incelendiğinde, akrilik ağartması için en ucuz ve etkili yöntemin güçlü asitler ile pH 2 civar ında yap ılan a ğartma i şlemleri oldu ğu belirlenmi ştir. Fakat daha pahal ı olmas ına ra ğmen kalsiyum hipoklorit ile yap ılan ağartmaların yüksek a ğartma etkisinin yanı sıra insan, makine ve çevre sağlığı açısından daha uygun olduğu görülmektedir.
teknolojikarastirmalar.com
