PLAZMA İŞLEMİNİN POLİAMİD 6 KUMAŞLARDA ADHEZYON ÖZELLİĞİNE ETKİSİ
Tekstil ürünleri son aşamaya gelinceye kadar birçok işlemden geçmek zorundadır. Ancak bu işlemler her geçen gün ekolojik ve ekonomik bakımdan artan oranda ek yükler getirmektedir. Kullanılan işlemlerin ürün performansını olumsuz etkilememesi, bunun yanı sıra günümüz ekonomik ve ekolojik koşullarını karşılayabilmesi gerekmektedir. Bu amaçla enzim, plazma, UVışınlama, Laser-ışınlama, ultrason gibi yeni ve temiz teknolojiler gündeme gelmiştir Plazma işlemi, polimerleri ve tekstil materyallerini modifiye etmek için yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Yaşişlemlere göre su gereksinimi olmaması, işlemin gaz fazında gerçekleşmesi, kullanılan kimyasal madde miktarınınçok az ya da hiç olmaması, kısa işlem süresi ve endüstriyel atığa sebep olmaması nedeniyle çevre dostu birişlem olarak kabul edilmektedir. Plazma, maddenin dördüncü hali olup, temel veya uyarılmış halde bulunanelektronlardan, iyonlardan gaz atomlarından ve moleküllerinden oluşan ve toplam yükü nötr olan iyonize gaz olaraktanımlanabilmektedir. Maddenin plazma hali, çok yüksek sıcaklıklarda veya güçlü elektrik ve/veya magnetik alanlardaoluşturulabilmektedir. Plazma, sıcaklığına göre sıcak veya soğuk; basıncına göre atmosferik veya vakumplazma olarak adlandırılabilmektedir. Sürekli plazma ortamı sağlamak için en yaygın olarak kullanılan yöntem,elektiksel boşalımdır (glow discharge). Kullanılan gaz, güç, basınç ve uygulama zamanı gibi plazma şartları değiştirilerek çok geniş çeşitlilikte yüzey etkileri elde edilebilmektedir (2). Tekstil materyallerinin plazma işlemi sonunda yüzeyinde aşınma, aktivasyon, aşılama, çapraz bağlanma, gibi bazı modifikasyonlar meydana gelirken, mekanik özellikleri zarar görmemektedir (3). Bunların sonucu olarak, tekstil mamullerinin hidrofilliği, lif yüzeyinin kimyasal reaktivitesi, lif yüzeyinin kaplamalara ve matrislere adhezyonu, boyanabilirliği, basılabilirliği artmakta; lif yüzeyinin temizlenmesi sağlanmakta ve kullanılan monomerlerin özelliğine göre, güç tutuşurluk, antimikrobiyellik, elektromanyetik radyasyonun yansıtılabilirliği gibi yeni fonksiyonlar kazandırılırken mamulün temel özellikleri değişmeden kalmaktadır (4). Plazma işlemleri hem doğal hem de sentetik esaslı tekstil mamullerine fonksiyonellik kazandırmak amacıyla birçok alanda denenmiştir. Tekstil endüstrisindeki araştırmaların çoğu poliester ve yün üzerinde yoğunlaşmıştır. Poliamid lifleri üzerinde LTP plazmaya ilişkin çalışmalar çoğunlukla boyanabilirlik, basılabilirlik ve hidrofilik ile ilişkilidir.Tekstil materyallerinin substrate ve güçlendirici materyaller olarak geniş bir şekilde endüstriyel uygulamalar için kullanılması, özellikle plazma ile adhezyon Nözelliklerinin geliştirilmesini daha ilginç hale getirmektedir. Adhezyon, bir molekülün diğer moleküle tutunma kabiliyeti olarak tanımlanabilmektedir. Tekstil materyallerinde ise iki farklı materyalin birbirine tutunabilme kabiliyeti olarak tanımlanmaktadır. Adhezyon kuvvetleri tekstil materyalin bir polimer ile kaplanması sırasında veya bir matriks içerisinde bu lunması durumunda önem kazanmaktadır. İki yüzey arasındaki tutunmaadhezyon kuvveti, materyalin difüzyon karakteristiğine ve yüzey mikro pürüzlülüğüne bağlı olarak değişmektedir. Bunun yanında materyalin, hidrofil veya hidrofob olması (5), kimyasal ve elektrostatik özellikleri de bu özelliği etkilemektedir (6). Erime noktalarının altında zayıf kimyasal reaktiviteleri, düşük yüzey enerjileri ve yüzeydeki zayıf kohezyon tabakası nedeniyle polimerlerin ıslanması zordur ve diğer yüzeylere zayıf adhezyona sahiptir. Bu nedenle genellikle polimerler daha sonraki kaplama, baskı veya laminasyon işlem adımları için yüzey özelliklerinin ayarlanması amacıyla bir ön işleme gereksinim duymaktadır (7). Bazı çalışmalarda, plazma ile polimerlerin yüzey serbest enerjisi ve yüzey alanı artırılarak, metal ve polimerik kaplama işlemi sırasında materyalin adhezyon özelliği geliştirebileceği belirtilmektedir (8). Plazma işlemi ile esas olarak zayıf bağlı yüzey kirlilikleri uzaklaştırılmakta, yüzeyde aşınma ve yüzey enerjisini artırmak için polar ve fonksiyonel gruplar meydana gelmektedir. Elde edilen bu etkiler sayesinde kaplama materyali ve yüzey arasındaki adhezyon artmakta ve kaplamanın yüzeye daha iyi bir şekilde yapışması sağlanmaktadır (9). Lamine edilmiş kumaş sıcaklık, basınç ve adhesivlerin önceden hazırlanmış polimer film, membran veya kumaşlarla kombine edilmesiyle genellikle bir veya daha fazla sayıdaki tekstil malzemesinden meydana gelmektedir. Modern yüksek performanslı lamine kumaşlar kontinü filament PA 6, PA 6,6 ve PES dokuma kumaşlardan yapılmaMeğilimindedir. Bu tipler daha yüksek yırtılma mukavemetine, yüksek boyut stabilitesine sahip olup, kimyasal ve mikrobiyolojik etkilere karşı daha dayanıklıdır. Poliamid liflerinin yüzey enerjileri düşüktür. Bu nedenle tutunma, kaplama, boyama ve baskı işlemleri sırasında zorluklarla karşılaşılmaktadır. Polimerlerin yüzey enerjilerini artırma işleminde alternatif olarak plazma işlemleri kullanılabilmektedir. Bu çalışmada, LTP (Low Temperature Plasma) plazmada karbondioksit ve argon gazı kullanılarak PA 6 kumaşların yüzey ve adhezyon özelliklerindeki değişiklikler incelenmiştir.
MATERYAL ve METOD
Kullanılan kumaşlar
Çalışmada Ulmia Steiger&Descher firmasından temin edilmiş poliamid kumaş kullanılmıştır.
Kullanılan Kimyasal Maddeler
Poliamid 6 kumaşları birbirine yapıştırmak için termoplastik yapıştırıcı toz olarak Degussa Firmasının üç farklı
viskozitedeki Vestamelt Copolyamides Hotmelt yapıştırıcıları kullanılmıştır (10).
Plazma İşlemi
Tekstil Kimyası ve Kimyasal Lifler Enstitüsü’nde(ITCF-Institute for Textile Chemistry and Chemical Fibers
Denkendorf-Almanya) bulunan Labor- Niederdruckplasmaanlage DOMINO cihazı ile çalışılmıştır. Plazma işlemi
sırasında basınç 84 Pa, güç 200 W olup, poliamid kumaşların plazma polimerizasyonu için karbondioksit ve
argon plazmaları kullanılmıştır. İşlem süreleri 10, 60 ve 600 s olarak değiştirilmiştir.
Hidrofilite Testi
Poliamid 6 kumaşlarda plazma işlemi görmüş ve görmemiş kumaşlara hidrofilite testi için, otomatik büret ile gergin kumaş üzerine 50 l renkli sıvı damlatıldıktan sonra, damlanın çözgü yönünde belirli büyüklüğe eriştiği süre kronometre ile ölçülmüştür. Uzun süre hidrofilitenin düşük olduğunu, sürenin kısalması ise hidrofilite değerlerinin yükseldiği anlamına gelmektedir.
Yapıştırma (Bonding) Testi
13x13 cm boyutlarında kesilen numuneler tek kat olarak metal bir plaka üzerine konulmakta ve 2 cm’lik kısmına şerit halinde folye konularak bu kısımda yapışma engellenmektedir. DIN 4188’e göre 0,2-0,35 mm delikli elekle yapıştırıcı madde 30 g/m2 olacak şekilde poliamid kumaşın yüzeyine terazi üzerinde tartılarak verilmektedir. Bu numunenin üzerine aynı boyutlarda poliamid kumaş konularak Thermopresse MEYER cihazında 140C’de 0,4 bar basınç altında 20 saniye süre ile sıcak pres gördükten sonra, aynı basınçta soğuk pres altında 5 dakika süre ile işlem görmekte ve bunun sonucu olarak yapıştırıcı madde eriyerek iki kumaşı birbirine bağlamaktadır.
Ayrılma Gücünün Tespiti (Peel Test)
Ayrılma gücünün değerlendirilmesi için 13x13 cm boyutlarında hazırlanan bu iki katlı numune 2’şer cm’lik şeritler halinde kesilmekte ve daha önce folye konularak yapışması engellenen uçlardan açılarak Zwick mukavemet cihazının çeneleri arasına yerleştirilerek DIN 54060’a göre mukavemet testi uygulanmaktadır. 6 deney tekrarı yapılmıştır.
SEM İncelemeleri
İşlem görmüş ve görmemiş kumaşlardaki liflerin ve ayrılma testi sonrası görünümlerin incelenmesi için Jeol JSM-
5610LV model SEM (Scanning Electron Microscope) cihazı kullanılmıştır.
SONUÇLAR
Hidrofilite Testi
Poliamid 6 kumaşlara işlem öncesi ve Argon ile Karbondioksit plazma ile işlem sonrası hidrofilite testi yapılmıştır.
Ayrılma Gücünün Tespiti Argon Plazması
İşlem görmemiş ve Argon plazma ile işlem görmüş kumaşların ayrılma gücünün tespiti için uygulanan mukavemet
sonuçları her yapıştırıcı için ayrı olarak aşağıdaki tablolarda verilmiştir.
CO2 Plazması
İşlem görmemiş ve CO2 plazma ile 10, 60 ve 600 saniye işlem görmüş kumaşlarda ayrılma gücünün tespiti için uygulanan mukavemet sonuçları her yapıştırıcı için ayrı olarak aşağıdaki tablolarda verilmiştir. Argon plazma ile üç farklı sürede işlem görmüş kumaşlarda üç farklı viskozitede yapıştırıcı kullanıldıktan sonra iki katlı kumaşta ayrılma gücünün tespiti için yapılan mukavemet testi sonuçları Yukarıdaki sonuçlar ve Şekil 3’den, işlem görmemiş numuneye göre argon plazma ile 10, 60 ve 600 saniye işlem görmüş kumaşlarda, artan süre ve kullanılan yapışkanın viskozitesinin artmasıyla birlikte, yapıştırılan iki kumaşın ayrılması için harcanan gücün arttığı tespit edilmiştir. Karbondioksit plazma ile üç farklı sürede işlem görmüş kumaşlarda, üç farklı viskozitede yapıştırıcı kullanıldıktan sonra iki katlı kumaşta ayrılma gücünün tespiti için yapılan mukavemet testi sonuçları Şekil 4’de verilmektedir. Yukarıdaki sonuçlar ve şekil 4’den, işlem görmemiş numuneye göre karbondioksit plazma ile işlem görmüş kumaşlarda, artan süre ve kullanılan yapışkanın viskozitesinin artmasıyla birlikte, yapıştırılan iki kumaşın ayrılması için harcanan gücün arttığı tespit edilmiştir.
Sem İncelemeleri Lifler Üzerinde Yapılan SEM İncelemeleri
İşlem görmemiş ve Argon plazma ile 10 saniye, 600 saniye işlem gören ve karbondioksit plazma ile 10 saniye,
600 saniye işlem gören PA 6 liflerinin SEM görüntüleri Şekil 5’de verilmektedir
Ayrılma Gücünün Test Edildiği Numunelerde Yapılan SEM İncelemeleri
Argon ve karbondioksit plazma ile üç farklı sıcaklıkta işlem gördükten sonra, üç farklı viskozitiye sahip yapıştırıcı ile yapıştırılan iki katlı poliamid 6 kumaşlarda ayrılma gücünün test edildiği numunelerin ayrılmış kısımlarda SEM incelemeleri yapılmıştır. Yapıştırıcı olarak Vestamelt 450’nin kullanıldığı denemelerde işlemsiz, Argon plazma ile 10 saniye ve 600 saniye işlem sonrası ve karbondioksit plazma ile 10 saniye ve 600 saniye işlem sonrası SEM görüntüleri Şekil 6’da verilmiştir. Aynı yapıştırıcı kullanıldığı zaman, işlem görmemiş kumaşlarda yapıştırmadan sonra ayrılma gücünün test edildiğinumunelerde ayrılmış kısımlarda yapılan SEM incelemelerinde yapıştırıcının liflerin yüzeyinde kaldığı, ara boşluklara girmediği, tam bir film oluşturmadığı, liflerin tam gömülmediği ve lif/ yapışkan tutunmasının fazla olmadığı görülmektedir. Ayrılma testi sırasında herhangi bir zorlanma olmadığı da belirgin olarak görülmektedir. Plazma işlemi görmüş kumaşlarda artan süre ile birlikte yapıştırıcının liflerin yüzeyinde film oluşturduğu, liflerin arasındaki boşlukları doldurduğu ve liflerin tam gömüldüğü, lif/yapışkan madde tutunmasının daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Ayrılma gücünün tespiti için yapılan mukavemet test sonuçları da bunu doğrulamaktadır. Üç farklı viskoziteye sahip yapıştırıcıların işlem görmemiş ve karbondioksit plazma ile aynı süre (60 s) işlem görmüş ve yapıştırılmış iki katlı numunelerinin ayrılma gücünün test edildiği numuneler SEM mikroskobu ile incelenmiştir. Şekil 7’den plazma ile işlem gören numunelerin işlem görmeyen numunelere göre belirgin farklılıklar içerdiği görülmektedir. Viskozite arttıkça özellikle plazma ile işlem gören numunelerde, film oluşumunun arttığı, liflerin tam gömüldüğü ve lif ile yapışkanın tutunmasının daha fazla olduğu görülmektedir. Tüm numuneler değerlendirildiğinde yapıştırıcıların viskozitesinin artmasının yanında, plazma işlemi ve süresi artıkça lif/yapışkan tutunmasının arttığı SEM resimlerinden ve mukavemet değerlerinden tespit edilmiştir.
SONUÇ
Liflerin ve tekstil mamullerinin soğuk plazmayla işlem görmesi uzun süreden beri üzerinde çalışılan konulardan biridir. Konvensiyonel yöntemlerle elde edilemeyecek çok yönlü etkiler ekolojik olarak sağlanabilmektedir. Son yıllarda teknik tekstillerin önem kazanması, çalışmaların bu yönde odaklanmasına neden olmuştur. Hem argon hem de karbondioksit plazma ile hidrofilite değerlerinde iyileşmeler sağlanmıştır. Bu çalışmada, yapıştırıcının viskozitesi arttıkça tam bir film oluşmakta, lifler tam gömülmekte lif/yapıştırıcı tutunması artmakta ve ayırma testi sonuçları da bunu doğrulamaktadır. Tersi durumdaise liflerin tam gömülmediği, yüzeyde kaldığı SEM fotoğraflarından görülmektedir. Yapıştırıcı maddenin viskozitesinin artmasının yanında argon ve karbondioksit plazmanın uygulanması ve uygulama süresini artması, yapıştırıcı kumaş üzerinde film oluşumunu da artırmaktadır. Ayrılma gücünün artması ve SEM resimlerinde filmde ayrılmanın zorlanması ve kopması lif/yapıştırıcı tutunmasının daha iyi olduğunu göstermektedir. Daha yoğun tutunma, aktarılan yapıştırıcının kumaşa daha derin nüfuz etmesi veya kimyasal bağ mekanizmasıyla açıklanabilmektedir. Argon, CO2 plazma işlemi görmüş poliamid kumaşların yüzey oksijen içeİşlem riğinde bir miktar artış olduğu çalışmalarda belirtilmektedir (6). Argon ve karbondioksit plazma ile yapılan işlemlerde sürenin artışı ile poliamid kumaşların yüzey morfolojik özelliklerinin değiştiği, lif-lif, iplik-iplik sürtünmesi ve yüzey pürüzlülüğünün arttığı, buna bağlı olarak da adhezyonun geliştiği tespit edilmiştir. Her iki plazma ile elde edilen etkiler genel olarak yakın değerlerde gerçekleşmiştir.
