1. GiriŞ
Genel olarak bir dialkol ile bir dikarboksilik asidin kondenzasyonu sonucu elde edilen uzun zincirli
polimere poliester adı verilmektedir. Liflerin eldesi basit olarak aşağıdaki gibi gösterilebilir [1];
n HO-(CH2)X-OH + n HOOC-(CH2)y-COOH [-O-(CH2)X-O-CO-(CH2)y-CO-]n
Poliester (PES) liflerinin normal şartlar altında boyanması zordur. Çünkü; Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 73-83 Poliester Liflerinin Dispers Boyarmaddelerle Boyanmasında Kullanılan
Yardımcı Maddeler
74
• Bu liflerde kristalin bölge miktarı fazladır ve lifleri oluşturan makromoleküller birbirlerine iyice
yaklaşmış durumda olduklarından aralarındaki çekim kuvvetleri güçlüdür.
• Lifler hidrofil bir grup içermediklerinden hidrofob bir karaktere sahiptirler.
• Liflerin yapısında boyarmadde molekülünün bağlanabileceği bir fonksiyonel grup yoktur.
Özellikle sıkı lif yapısı nedeniyle bu liflerin camlaşma noktaları da yüksek olmaktadır. Hidrofob yapıda
olmaları ve fonksiyonel grup içermemeleri nedeniyle bu liflerin boyanmasına en uygun boyarmadde sınıfı
dispers boyarmaddelerdir. Bu nedenle, PES boyamacılığında en yaygın (%90 oranında) kullanılan
boyarmadde dispersiyon boyarmaddeleridir.
PES liflerinin iyi bir şekilde boyanabilmesi için bu çok sıkı yapının gevşetilmesi, yani kristalin bölge
miktarının azaltılması gerekmektedir. Bunun için üç ana prensip söz konusudur:
• Carrier adı verilen lif şişirici kimyasallarla kaynama sıcaklığında boyamak
• HT şartlarında (basınç altında ve 100°C’un üzerindeki sıcaklıklarda) boyama yapmak
• Termosolleme yöntemine göre çok yüksek ısı (180-220°C) altında boyama yapmak
Bu yöntemlerden biri veya birkaçı (örneğin HT şartlarında carrierli boyama) kullanılarak çok sıkı olan lif
yapısının gevşemesi ve camlaşma noktasının düşmesi sağlanmaktadır [2].
Bu yazıda PES liflerinin dispers boyarmaddelerle boyanmasında kullanılan yardımcı maddeler, bunların
yapıları ve etkileri hakkında bilgi verilmektedir.
2. DĐSPERGĐR MADDELER
Dispers boyarmaddeler hidrofob özellikte ve suda çok az çözünen yapıdadır. Moleküllerinin yapısındaki
oksietil grupları dispersiyon özelliklerini sağlamaktadır. Mikrodispers granüller halinde bulunan dispers
boyarmaddenin suda kolloidal olarak çözülebilmesi için yapısında yaklaşık %45-55 dispergir madde
(dispergatör) içermesi gerekmektedir [1].
PES liflerinin levend ve bobin halinde 120-140ºC sıcaklıklarda yapılan boyama işlemleri sırasında
dispersiyon kalitesi büyük öneme sahiptir. Koyu tonlarda (lacivert ve siyahlar gibi) çok kısa flotte
oranlarında jiggerde yapılan boyama işlemlerinde dispersiyon stabilitesi problemleri yaşanabilmektedir
[3].
Dispers boyarmaddenin boya banyosundaki tanecik büyüklüğü yaklaşık 1µm'dir. Bu ince dağılım
boyarmaddenin içerisine katılan dispergir madde ile kararlı hale getirilmektedir. Dispergir madde
boyarmadde taneciği etrafında koruyucu bir film tabakası oluşturarak boyarmadde taneciklerinin
aglomerizasyonunu engellemektedir. Bunun yanında çok az miktardaki elektrostatik itme boyarmaddenin
dispers hâlinin kararlılığına katkıda bulunmaktadır. Yardımcı kimyasal olarak kullanılan dispergatörler
sayesinde boyarmadde taneciklerinin dispers hali stabilite kazanmakta ve denge homojen boyama
taneciklerinin oluşumu yönünde etkilenmektedir [1]. Dispers boyarmaddelerin çözünürlüğü sıcaklık ve
dispergir madde konsantrasyonu ile artış gösterse de, bu durum bir maddeden diğerine ya da bir boyadan
diğerine farklılık gösterebilmektedir [3].
Dispers boyarmadde tanecikleri, poliester yüzeyinde hidrofob (C-O-C) eter bağları olması nedeniyle lif
yüzeyine çökme eğilimi göstermektedir. Boyarmadde içerisine karıştırılan dispergir etkili maddeler bu
çökmeyi her zaman önleyecek miktarda olmadığı için boyama sırasında ayrıca dispergir madde
(dispergatör) kullanılması gerekmektedir [1]. Atav R., Delituna A. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 73-83
75
Özellikle açık tonlarda boyarmaddeden flotteye gelecek dispergir madde yetersiz kalacağından flotteye
ilave dispergir maddesi eklenmelidir [4]. Boyamada dispergir madde kullanılmadığında ise flottedeki
dispers boyarmadde molekülleri agregatlar oluşturarak çökmektedir. Şekil 1’de bu durum açıkça
görülmektedir.
Şekil 1: Dispergir madde kullanılarak ve kullanılmadan yapılan boyamalara ait flotte numuneleri [5]
Kararlı halde olan boyarmadde, yüzey enerjisini vermesi sonucunda daha büyük, kaba dağılımlı hale
doğru kaymaktadır. Bu olay dispergatörlerin stabilizasyon etkisi sayesinde engellenmektedir. Boyamada
kullanılan yardımcı kimyasallar, dispergir maddeyi engelleyerek boyarmadde taneciklerinin dispersiyon
stabilitesini düşürebilmektedir. Bundan dolayı, her boyarmadde için koruyucu kolloid etki gösterebilen ve
dispersiyon stabilitesine katkıda bulunan uygun bir dispergatör kullanılmalıdır. Dispergir madde
kullanılırken dikkat edilmesi gereken husus; önerilen optimum miktarın çok fazla üstüne çıkılmamasıdır.
Çünkü aşırı kullanımları durumunda dispersiyon stabilitesi bozulabilmektedir [1].
Kullanılacak dispergir maddesinin cinsi önemlidir. Non-iyonik ürünler kullanıldığında flottede kalan
boyarmadde miktarı artmaktadır. Naftalinsülfonikasit ile formaldehitin kondenzasyon ürünleri
kullanıldığında ise bunlar boyarmadde parçacıklarının etrafını sararak (-) yüklü grupları dışa bakacak
şekilde yerleşmekte ve böylece (-) yüklü boyarmadde parçacıkları birbirini iteceğinden aglomerasyon
azalıp, dispersiyonun dayanıklılığı artmaktadır [2].
Çoğu dispergir madde aromatik bileşikler ve lignin sülfonatların değişik kondenzasyon ürünlerini
kapsayan anyonik polielektrolit yapıdadır [3]. Birim molekül başına düşen iyonize olabilen grupların
sayısı arttıkça dispergir maddenin etkinliği artmaktadır. Örneğin; sodyum dinaftilmetan sülfonat (I)
sodyumstearil sülfattan (II) daha etkili bir dispergir maddedir (Şekil 2) [6].
Şekil 2: Çeşitli dispergir maddelerin kimyasal yapıları [6]
Bazı dispergir maddeler, özellikle de bazı lignosülfonatlar, HT aplikasyonlar sırasında bazı azo dispers
boyarmaddelerin indirgenmesine yol açabilmektedir [6]. Ticari ligninlerin yapıları, dolayısıyla indirgeme
güçleri çok değişkenlik göstermektedir. Bazı durumlarda boyarmadde flottesine oksidasyon maddesi
konularak bu sorunun önüne geçilmeye çalışılmaktadır. Ligninlerin indirgeyici özelliğinin önüne
geçmenin yolu aktif fenolik grupların bloke edilmesidir, ancak bu aynı zamanda ürünün dispergir etkisini
de zayıflatmaktadır. Lignin tuzlarındaki sodyum iyonunun diğer katyonlarla yer değiştirilmesiyle belirgin Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 73-83 Poliester Liflerinin Dispers Boyarmaddelerle Boyanmasında Kullanılan
Yardımcı Maddeler
76
iyileşmeler sağlanabilmektedir. Bu noktada lityum etkilidir, ancak en etkili tuz aynı zamanda şelatlama
etkisi de olan trietanolamindir [3].
3. EGALiZ MADDELERi
Öncelikle dispergir maddeleri ile egaliz maddeleri arasındaki farkı ayırd etmek gereklidir. Dispergir
maddelerinin birincil görevi stabil bir dispersiyon oluşturmaktır. Dispers boyarmaddelerin düşük olan
çözünürlüklerini arttırdıklarından bazen boyamanın düzgünlüğünü artırıcı etki de yapabilmektedirler.
Ancak günümüzde kullanılan dispergir maddeler nadiren düzgünleştirici etki göstermekte olup,
düzgünleştirme etkisi istenildiğinde ilave bir kimyasal kullanılması gerekmektedir. Bu ürünler genellikle
anyonik veya non-iyonik yüzeyaktif maddelerdir. Bazı egaliz maddeleri aynı zamanda dispersiyon
stabilitesini arttırırken bazı ürünler ise azaltabilmektedir. Bu nedenle, ürün seçiminde çok dikkatli
olunması gerekmektedir [3].
Non-iyonik egaliz maddeleri etilenoksit/yağasidi kondenzasyon ürünleri yapısındadırlar. Boyama
sırasında geciktirici etki göstererek adsorbsiyonun daha yüksek sıcaklıklarda başlamasına neden
olmaktadırlar. Bu ürünlerin geciktirici etkileri boyarmaddeye bağlı olarak değişmekte olup, bu ürünler
bazen toplam boyarmadde alımında, renk tekrarlanabilirliğinde ve dispersiyon stabilitesinde düşmelere
yol açabilmektedirler [7]. Seçilmiş bazı non-iyonik yüzeyaktif maddeler de dispers boyarmaddeların
sudaki çözünürlüğünü arttırmada kullanılabilmektedir. Özellikle boyama normal kaynama noktası
altındaki sıcaklıklarda uygulandığında migrasyon, düzgünleşme ve lif nüfuziyetinin artması; suda
çözünmeyen boyarmaddelerin relatif olarak boyama hızının artması gibi avantajlar elde edilmektedir [6].
Tipik iki non-iyonik egaliz maddesinin yapısı Şekil 3’de verilmektedir.
Şekil 3: Non-iyonik egaliz maddelerinin kimyasal yapısı [6]
Bu tip ürünler anyonik egalize maddelerinden daha etkilidir. Bu tip ürünlerin etki mekanizmaları henüz
tam anlaşılamamış olmakla beraber, polietilen glikol grubunun boyarmaddedeki uygun gruplarla
tepkimeye girdiği düşünülmektedir. Polietilen glikol tipteki seçilmiş non-iyonik ürünlerin migrasyonu
desteklemede göze çarpan bir şekilde etkili olmasına rağmen, bunların gelişigüzel kullanılmamasına
dikkat edilmelidir. Bu ürünlerin çözünürlüğü artan sıcaklıkla azalmakta ve çözünmez hale geldikleri
sıcaklık “bulanma noktası” olarak tanımlanmaktadır. Eğer flotteye ilave edilen non-iyonik maddelerin
bulanma noktası flotte sıcaklığının altında ise, yapışkan bir çökelti oluşacak ve materyalin renginin
kirlenmesine yol açacaktır. Bir non-iyonik maddenin bulanma noktası, hidrofil grupların lipofil gruplara
oranına bağlıdır. Hidrofil grupların oranındaki artış bulanma noktasını arttırmaktadır [6].
Anyonik egaliz maddeleri, boyamanın ısıtma safhası boyunca çekim kontrolü ile düzgün boyamayı
desteklemektedir. Daha yüksek konsantrasyonlar daha büyük frenleme etkisine sahiptir. Bu ürünlerin
boyarmadde migrasyonu üzerindeki etkisi azdır. Non-iyonik yüzeyaktif maddelerin düşük bulanma
noktasına sahip olmaları gibi kötü özellikleri, etoksillenmiş anyonik tiplerin hibritleriyle
iyileştirilebilmektedir. Bu ürünler, “modifiye non-iyonik”, “modifiye anyonik” veya “zayıf anyonik”
olarak adlandırılmaktadır. Bu nedenle, etoksillenmiş fosfat tipindeki ürünlerin kullanımı önerilmektedir.
Bu yapıda R, etoksilasyon derecesini ifade etmektedir ve çok sayıdaki eter grupları boyarmaddenin
çözünürlüğünü ve boyamanın düzgünlüğünü arttırmaktadır. Yapıdaki fosfat gruplarının ise çok sayıda
yararlı etkisi mevcuttur. Bunlar; Atav R., Delituna A. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 73-83
77
Ürün yeterince anyonik karakter kazanmakta ve böylece non-iyonik ürünlerin yüksek sıcaklık
hassasiyeti sorunu ortadan kaldırılmış olmaktadır.
Aynı zamanda iyon tutucu etkisi göstermekte ve sert suyun zararlı etkisinden korumaktadır.
Yüksek konsantrasyonlardaki elektrolitlere karşı arttırılmış stabiliteye sahiptir.
pH 4-5 aralığında tam olarak etkilidir ki bu, dispers boyarmaddelerin aplikasyonu için en uygun pH
aralığıdır [3].
Şekil 4: Modifiye non-iyonik egaliz maddelerinin kimyasal yapısı [3]
4. ĐYON TUTUCULAR
Sertlik verici katyonlar (kalsiyum, magnezyum vb.) dispers boyarmaddenin dispersiyon stabilitesini
olumsuz etkiledikleri için boyama sırasında yumuşak suyla çalışılması tavsiye edilmektedir. Aksi halde,
materyal üzerinde çökmeler oluşabilmekte, bikarbonatların bozuşması sonucu pH dalgalanmaları
meydana gelebilmektedir [5]. Ayrıca kalsiyum ve magnezyum katyonları anyonik dispergir maddeler,
anyonik egaliz maddeleri veya anyonik ıslatıcılarla etkileşime girebilmektedir [4]. Ağır metal iyonlarının
(demir, bakır, mangan) da dispers boyarmaddeler üzerinde çok büyük etkisi vardır. Özellikle demir oksit
veya hidroksitin, işletmedeki tesisattan veya buharın kazana direk verilmesi ile yapılan ısıtmalarda
buhardan flotteye geçmesi sonucu, boyama aşırı derecede kötü etkilenmektedir [1]. Suda eser miktarda
çözülebilen bakır veya demir tuzları bulunması durumunda, bu iyonlar dispers boyarmaddelerle
koordinasyon kompleksleri oluşturarak boyamanın nüansını olumsuz etkilemektedirler [4]. Bazı dispers
boyarmaddeler metal iyonlarına karşı özellikle hassastırlar. Bu nedenle, boyama sırasında yüksek sıcaklık
ve boyama pH’ı koşullarına dayanıklı iyon tutucuların kullanılması büyük önem taşımaktadır [5]. Đyon
tutucularla yapılan boyamaların genelde iyon tutucusuz yapılan boyamaya göre daha yüksek verimde
gerçekleşmesi beklenilmektedir [1]. Ancak doğru iyon tutucunun seçimi büyük önem taşımaktadır. Şekil
5’de çeşitli su sertliklerinde uygun iyon tutucu kullanılarak ve kullanılmadan yapılmış boyamaların
renkleri karşılaştırılmalı olarak görülmektedir [5].
Şekil 5: Çeşitli su sertliklerinde iyon tutucu kullanılarak ve kullanılmadan yapılmış boyamaların renkleri [5]
Metal iyonları ile kompleks oluşturarak, bu iyonların çökmesini önleyen maddelere “iyon tutucu (veya
şelatlama maddesi)” adı verilmektedir. Şelat terimi iyonu içine alma eğilimini ifade etmektedir. Şelat
yapıcı ligandlar metal iyonları ile suda çözünen kompleksler yaparak, metal iyonunu çözeltiden
uzaklaştırırlar. Đyon tutucular terimi ise “kompleks oluşturma ve dispers etme” özelliklerinin tümünü
ifade etmektedir [8]. Günümüzde kullanılan iyon tutucuları şu şekilde sınıflandırmak mümkündür:
- Fosfatlar
- Amino polikarboksilik asit ve türevleri Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 73-83 Poliester Liflerinin Dispers Boyarmaddelerle Boyanmasında Kullanılan
Yardımcı Maddeler
78
- Fosfonatlar
- Akrilatlar
- Polihidroksi karboksilik asitler
Bu iyon tutucu gruplarından günümüzde en çok kullanılanlar akrilatlar ve fosfonatlardır. Biyolojik
parçalanabilirlikleri çok iyi olan polihidroksi karboksilli asitler de yeni yeni kullanım olanağı bulan iyon
tutuculardır [8].
5. pH AYARI ĐÇĐN KULLANILAN KĐMYASALLAR
Birçok dispers boyarmaddenin geniş bir pH aralığında (pH 2-9) iyi sonuçlar vermesine rağmen, bazıları
sadece dar bir asidik pH aralığında (pH 2-6) tatmin edici sonuçlar vermektedir. Bazıları ise pH 4-5.5
aralığında olacak şekilde pH kontrolü gerektirmektedirler [3]. Dolayısıyla tüm dispers boyarmaddelerle
yapılan boyama işlemleri sırasında sorun yaşanmaması için genel olarak flotte pH’ının 4.5-5.5 olması
dikkat edilmesi gereken önemli bir husustur. Aksi taktirde elde edilen nüansların tekrar edilebilmesi
zorlaşmaktadır. pH’ın 4-6 olduğu aralıkta dispersiyon stabilitesi pH’dan fazla etkilenmemektedir. Bu
değerin değişmesi ise dispersiyonu bozmaktadır. Flotte pH’ının sülfürik asit ya da formikasit ile
ayarlanması tehlikelidir. Çünkü tartımda yapılacak küçük bir hata flotte pH’ında önemli bir sapmaya yol
açabilecektir. En yaygın kullanım alanı bulan asit asetik asit olup, pH’ın 4.5-5.5 yapılması için gereken
asit miktarı boyamada kullanılacak su ile ilgilidir. Asetik asit ile yapılan pH ayarlamasında ortamda
bulunabilecek zayıf bazlar yüksek sıcaklıklarda pH değerinin değişmesine sebep olabilmektedir. Bunu
önlemek için özel tamponlayıcı kimyasallar kullanılmaktadır [2].
6. KÖPÜK KESĐCĐLER
Boyama işlemi sırasında kullanılan bütün yüzeyaktif maddeler, düşük köpük yapma özelliğine sahip
olacak şekilde üretilmedikleri veya yapılarında köpük kesici madde bulundurmadıkları sürece köpük
oluşumuna yol açabilmektedirler [4].
Köpük kesiciler genellikle anyonik ve non-iyonik karakterde olup, iki gruba ayrılmaktadırlar. Birinci grup
polar ve non-polar fonksiyonel gruplara sahip olan suda çözünebilen yüzey aktif maddelerdir. Bu ürünler
çok dar bir aralıkta etkilidirler ve tek başlarına nadiren kullanılırlar. Đkinci gruptaki suda çözünmeyen
silikonlar ile organik esaslı köpük kesiciler daha yaygın kullanım alanına sahiptirler.
Aktif organik esaslı köpük kesiciler şunlardır;
- yağ asitleri, bunların gliserid veya diğer esterleri, yağ alkil aminleri ve amidleri,
- isomerik oktil alkoller (2-oktanol ve 2-etil gegzanol) gibi uzun zincirli alkoller, çiklohegzanol, lauril ve
setil alkoller vd.
- poliglikoller, özellikle poli(propilen-1,2 ve 1,3-glikol)
- fosforik asidin suda çözünmeyen alkil esterleri, özellikle tribütilfosfat
Silikon esaslı köpük kesicilerdeki aktif maddeler polialkilsiloksanlar, özellikle de poli(dimetil siloksan)
ve silika (SiO2)’dır [3]. Silikon bileşiklerinin mükemmel köpük kesici özelliğe sahip olmalarına karşın, bu
ürünler yüksek sıcaklıklarda yapılan PES boyama işlemleri sırasında yüksek kesme kuvvetleri nedeniyle
emülsiyon kırılması sonucu kumaş üzerinde lekeler oluşturabilmektedirler [3, 4]. Ancak gerek emülsiyon
sisteminde gerekse silikon komponentlerinde gelişmeler olmuştur. Poli(dimetilsiloksan)’ın geliştirilmiş
türevleri olan poli(oksietilen) ve poli(oksipropilen) blok kopolimerlerini içeren köpük kesicilerin
kimyasal yapısı Şekil 6’da görülmektedir. Bu alkoksillenmiş silikonların çözünürlük ve diğer özellikleri
dimetilsiloksan ve oksialkilen birimlerinin oranını değiştirerek ayarlanabilmektedir. Bu ürünlerin yüksek
sıcaklıklarda yapılan boyama işlemleri sırasındaki avantajı çözünürlüğe sahip olmalarıdır [3]. Atav R., Delituna A. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 73-83
79
Şekil 6: Poli(oksietilen) ve poli(oksipropilen) blok kopolimerlerini içeren poli(dimetilsiloksan) [3]
7. LUBRĐKANTLAR
Đstenilen özelliklere sahip bir ürün üretimi için bazı makine/substrat kombinasyonlarında etkili bir
lubrikant kullanımı gerekmektedir. Đşlem koşullarından etkilenmeyen, işlem üzerinde herhangi bir
olumsuz etkisi olmayan ve hem lif-lif hem de lif-metal sürtünmesini azaltan ürünlerin kullanılması
gerekmektedir [5]. Lubrikanttan beklenen temel özellik lif yüzeyinde ince koruyucu bir tabaka
oluşturarak yüzey sürtünmesini azaltması ve yüksek sıcaklıklarda yapılan boyamalar sırasında kalıcı kırık
izlerinin oluşmasını engellemesidir [3]. Şekil 7’de uygun bir lubrikant kullanılmadan ve kullanılarak kısa
flotte oranlarında yapılan bir işlem sonrası kumaş yüzeylerinin görünümü verilmektedir. Şekilden de
görülebileceği gibi uygun bir lubrikant kullanılmadığı zaman kumaş üzerinde aşınma izleri oluşmaktadır.
Şekil 7: Uygun bir lubrikant kullanılmadan ve kullanılarak kısa flotte oranlarında
yapılan bir işlem sonrası kumaş yüzeylerinin görünümü [5]
Uygun ürünlerin oldukça hidrofob yüzeyaktif maddeler olmalarına karşın, birçoğu çözünen ya da
emülsiye olan yağ ve vaksları (mineral yağı veya parafin vaksı) içermektedir. Bu yüzeyaktif maddelerin,
yağların veya vaksların dispers boyarmaddelerle ve boyamada kullanılan diğer yardımcı maddelerle
uyumsuzluğu nedeniyle boyamada birçok sorunlarla karşılaşılabilmektedir. Hidrofobik lubrikant fazı
dispers boyarmaddeler için solvent etkisi göstermekte, köpük oluşumu için ideal ortam yaratmakta ve
özellikle kısa flotte oranlarında yapılan boyamalarda (jigger boyamada olduğu gibi) ve levent ile bobin
boyamada lekeler oluşturacak şekilde çökmektedir. Bu nedenle, tekstil yaş işlemlerinde sözü edilen
sorunlara yol açmayan lubrikantların kullanılmasına ve bu maddelerin hangi koşullar altında
kullanılacağına dikkat edilmelidir.
Non-iyonik yüzeyaktif maddeler veya tercihen yağ asitlerinden, alkollerinden veya glikollerinden türemiş
anyonik poli(oksietilen) sülfat veya fosfatlar bu amaçla kullanılabilmektedir. Anyonik tipler bulanma
noktasına sahip olmadıklarından, yüksek sıcaklıklarda yapılan işlemler sırasında non-iyoniklere kıyasla
daha iyi etki göstermektedirler. Formülasyonlarına dikkat edilmesine rağmen lubrikantlar yağ veya
vakslar içerdikleri için renklendirme işlemlerinde çeşitli problemlere yol açabilmektedirler. Son yıllarda
etoksillenmiş yüzeyaktif maddelerden (yağ ve vaks içermeyen) oluşan lubrikantların üretimine eğilim
vardır. Bu ürünler aynı zamanda hidrotropik özelliktedir ve hidrofob lifler üzerinde geçici antistatik etki
oluşturmaktadırlar [3]. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 73-83 Poliester Liflerinin Dispers Boyarmaddelerle Boyanmasında Kullanılan
Yardımcı Maddeler
80
9. CARRĐERLER
Günümüzde PES lifleri normal olarak HT şartlarında boyanmaktadırlar. Ancak yine de bazı ürünlerin
kaynama sıcaklığında atmosfer koşullarında boyanması gerekebilmektedir [3]. Bu durumda flotteye
“carrier” adı verilen boyamayı hızlandırıcı kimyasal maddeler ilave edilmektedir. Örneğin PES/WO
karışımları boyanırken yün kısmı yüksek sıcaklıklardan zarar göreceğinden veya tekstüre poliester
boyanırken liflerin kıvrımlılığı kaybolacağından carrier ilavesiyle daha düşük sıcaklıkta boyama yoluna
gidilebilmektedir. Ya da bazen HT koşullarında çalışınca oligomer sorunu çok fazla artıyorsa az miktarda
carrier ilavesi sayesinde boyama sıcaklığı renk veriminde önemli bir düşüşe yol açmadan daha düşük
(Normalde 130-135°C civarı iken, carrier ilave edildiğinde 110-120°C’da boyama yapılabilir)
tutulabilmektedir. Ancak bu yöntemde carrier kullanıldığı için carrier miktarı az da olsa, carrierli
yöntemde ortaya çıkan sakıncalar (pis koku, toksik etki, flottenin yüksek sıcaklıklardaki dayanıklılığının
azalması vb.) yine söz konusudur [2].
Carrierler lif yapısı (lifleri şişirme, liflerin su alma yeteneğini ve lifler içerisinde boyarmaddenin
girebileceği amorf bölge miktarını artırırma vb.) ve flottede (lifler etrafında zar oluşturarak çözülen
boyarmaddenin life nüfuzunu çabuklaştırma, dispersiyon boyarmaddesinin çözünürlüğünü arttırarak lifler
tarafından alınmasını kolaylaştırma vb.) meydana getirdikleri değişimler sayesinde boyarmadde alımını
arttırıcı özelliğe sahiptirler [2].
Đdeal bir carrierden beklenen özellikler şu şekilde sıralanabilir;
(a) ekonomik fiyatta olmalı,
(b) aşırı miktarda kullanılmaya gereksinme göstermeden siyahlara kadar bütün renklerin elde edilmesine
imkân sağlamalı,
(c) bütün dispers boyarmaddelerle ve boyamada kullanılan diğer yardımcı maddelerle uyumlu olmalı,
(d) iyi emülsiyon stabilitesine sahip olmalı,
(e) su buharıyla uçucu olmamalı (aksi halde carrier lekesi meydana gelme riski fazla olmakatdır),
(f) boyamaların ışık ve diğer haslıklarını olumsuz etkilememeli,
(g) toksik etki göstermemeli,
(h) carrier artıklarının boyanmış mamülden uzaklaştırılması kolay olmalı,
(ı) boyama sırasında ve carrier artıklarını uzaklaştırırken pis kokusuyla rahatsız etmemeli,
(i) mamülün özelliklerini (tuşe, büzülme vb.) olumsuz etkilememeli,
(j) boyama flottesinin dayanıklılığını olumsuz etkilememeli,
(k) PES/Protein ve PES/Selüloz karışımlarının boyanmasında dispersiyon boyarmaddesinin protein veya
selüloz lif kısmını kirletmesini azaltmalı,
(l) Pis suya karışan carrierin, bitki veya hayvanların canlılığına olumsuz etkisi olmamalı ve carrier
artıkları mikroorganizmalar tarafından parçalanabilmelidir [2, 3].
PES liflerinin boyanmasında en çok kullanılan carrierler o-fenilfenol, difenil, metilnaftalin, di- ve tri-
klorbenzen ve çeşitli esterlerdir. Carrier formülasyonlarının hazırlanmasında, boyama sırasında carrierden
ayrılmayacak bir emülsiye sisteminin seçilmesi büyük önem taşımaktadır. Aksi halde kumaş üzerinde
carrier lekeleri oluşmaktadır ve bu hatanın düzeltilmesi zordur [6].
Normal sıcaklıklarda katı halde olan aktif maddelerden oluşan carrierler kullanıldığında, bunları erime
noktalarının üzerindeki sıcaklıklarda flotteye eklemek önemlidir [6]. Örneğin difenillerin erime noktası
71ºC olduğundan daha düşük sıcaklıklarda flotteye eklenecek olurlarsa kristalleşip leke
oluşturabilmektedirler. Bu nedenle, difenil esaslı carrierler kullanılıyorsa flotteye 70ºC’un üzerindeki
sıcaklıklarda eklenmeli ve boyama sırasında sıcaklığın 75-80ºC’un altına düşmemesine dikkat edilmelidir
[2]. Atav R., Delituna A. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 73-83
81
PES liflerinin carrier yardımıyla boyanmasında carrier konsantrasyonu belirlenirken, kullanılan
boyarmaddenin yapısı ve boyama koyuluğu dikkate alınmalıdır. Yani boyamada gereğinden fazla carrier
ilavesinden kaçınmak gerekmektedir. Carierin optimum kullanım miktarı boyarmaddenin difüzyon
tanımlama sayısına (DTS) bağlı olarak değişmektedir. DTS’si yüksek olan boyarmaddelerde düşük
carrier konsantrasyonunda optimum koyuluk elde edilirken, DTS’si düşük olanlarda ise optimum koyuluk
yüksek carrier konsantrasyonunda elde edilmektedir. Boyarmaddeye bağlı olarak kullanılacak carrier
konsantrasyonu değişeceği gibi, kullanılması gereken carrier tipi de farklılık göstermektedir. DTS’si
düşük olan boyarmaddelerde yüksek etkili carrierlerden yüksek konsantrasyonda kullanılması gerekirken,
DTS’si yüksek olan boyarmaddelerde düşük ya da orta etkili carrierler kullanılmalıdır [2, 9].
10. OLĐGOMER KONTROLÜ SAĞLAYAN KĐMYASALLAR
Piyasada bulunan poliester lifleri %1.5-4 kadar oligomer içermektedirler. Oligomerler polimerizasyon
derecesi (n) 10’un altında olan polietilen tereftalat moleküllerinden oluşmakta olup, bir kısmı halkalı
yapıya (çiklik), bir bir kısmı da düz zincir (lineer) yapısına sahiptirler. Düz zincir yapısına sahip
oligomerlerin liflerin yüzeyinde ve terbiye cihazlarının çeperlerinde kristalizasyonyu, çökmesi tehlikesi
daha azdır. Boyamada sorun yaratan oligomerler çiklik yapıda olanlardır. Bunlar içerisinde de çiklik
trimerler en büyük rolü oynamaktadır [10].
Oligomerler iplik eğirmede, bobinleme ve bükümde toz oluşturarak rahatsız etmektedirler. Makine
aksamı ve tekstil yüzeyi üzerinde tutunarak leke oluşturmaktadır. Çapraz bobin boyamada filtre edilerek
bobin içlerinde birikmekte ve ayrıca ipliklerin yüzey parlaklığını azaltmaktadır [11].
Oligomerler normal olarak lif içerisinde hapsolmuş durumdadırlar. Tekstüre ve termofiksaj gibi ısıl
işlemler uygulanan liflerin dahi yüzeyindeki oligomer miktarı oranı %0.02-0.04 civarındadır ve bu sorun
teşkil etmemektedir. Ancak, özellikle çektirme yöntemine göre HT şartlarında yapılan boyamalarda,
oligomerler lif yüzeyine çıkmakta ve sorun yaratmaktadırlar [10]. Oligomer sorununu azaltmanın yolları;
- Alkali ortamda boyama yapmak (uygun boyarmadde ve stabil tampon sistemleri kullanılarak alkali
ortamda yapılan boyamalarda çiklik trimerler parçalanarak lineer forma dönüşmekte ve sorun
azalmaktadır)
- Yüksek sıcaklıklardaki boyama süresini kısa tutmak ya da boyamayı daha düşük sıcaklıklarda yapmak
- Boyama sonrası flotteyi sıcak boşaltmak (HT koşullarında flotte içerisinde dağılmış olan oligomerler
asıl soğutma fazında kumaş üzerine çökerek sorun yaratmaktadırlar. Ancak bu yöntem halat halde kumaş
boyamada pek önerilmemektedir, çünkü kumaşta kırık oluşumuna yol açabilmektedir)
- Bütün boyamalardan sonra (açık tonlar da dâhil) indirgen yıkama yapmak ve
- Boyama sırasında yardımcı madde kullanmak [2, 4, 9, 11]
şeklinde sıralanabilir. Oligomerler küçük moleküllü olmaları nedeniyle boyama sırasında boyanmadan
kalmakta ve materyal üzerinde donuk bir görünüme yol açmaktadır. Eğer boyama flottesine oligomerleri
dispersiyon halinde tutan bir yardımcı madde eklenirse, boyama sonrası boşaltma sırasında bunlar
ortamdan uzaklaştırılabilmektedir. Şekil 8’de uygun yardımcı madde varlığında ve yokluğunda işlem
görmüş PES liflerinin ve kör boyama flottelerinin görüntüsü verilmektedir [5]. Şekilden görüldüğü üzere
uygun yardımcı madde kullanılması durumunda flottedeki oligomerler disperse edilmekte ve lif üzerine
çökmeleri engellenmektedir. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 73-83 Poliester Liflerinin Dispers Boyarmaddelerle Boyanmasında Kullanılan
Yardımcı Maddeler
82
Şekil 8: Uygun yardımcı madde varlığında ve yokluğunda işlem görmüş
PES liflerinin ve kör boyama flottelerinin görüntüsü [5]
11. MĐGRASYON ÖNLEYĐCĐLER
PES liflerinin kontinu boyanması termosol yöntemine göre yapılmaktadır. Bu yöntem özellikle
PES/Selüloz karışımlarının boyanmasında öneme sahiptir [2]. Kontinu boyama işlemlerinde emdirme
flottesinin kıvamlılığını sağlamak amacıyla baskıdaki kıvamlaştırıcılar kullanılmaktadır, ancak kontinu
boyamalarda bunlara “migrasyon önleyici” denilmesi tercih edilmektedir. Alginatlar ve diğer
polielektrolitler (örneğin; poliakriloamidler) en popüler migrasyon önleyicilerdendir. Emdirme yöntemine
göre yapılan boyamalar sırasında bu maddelerin iki ana işlevi vardır. Bunlar;
(a) boya flottesinin uniform bir şekilde kumaşa aplike edilmesini sağlamak ve
(b) boyama sonrası yapılan ara kurutmalar sırasında boyarmaddenin migrasyonunu önlemektir [3].
12. ISLATICILAR
Termosol yöntemine göre boyamalarda emregnasyon flottesinin mamülü ıslatma yeteneğini arttırmak
amacıyla ıslatıcı maddeler kullanılmaktadır [6]. Anyonik sülfosüksinatlar uygun ıslatıcı maddelerdir.
Kontinu boyamalarda çektirme yöntemine göre boyamalardaki kadar bulanma noktası problemleri
yaşanmadığı için non-iyonik yardımcı maddeler de kullanılabilmektedir [3].
13. SONUÇ
Poliester lifleri günümüzde sentetik lifler içerisinde en fazla üretilen ve kullanılan lif grubunu teşkil
etmektedir. Tekstil mamullerinin genellikle renkli olarak kullanılması nedeniyle, kumaşların genellikle
boyama işleminden geçirilmeden işletmeyi terk etmediğini söyleyebiliriz. Bu açıdan bakıldığında düzgün
bir boyama işleminin başarılması büyük öneme sahiptir. Düzgün boyama ise uygun prosesin ve cihazların
seçilmesiyle sağlanabilmektedir. Bunun ötesinde yardımcı maddelerin kullanılması da gerekmektedir ve
boyamada hangi yardımcı maddelerin kullanılması gerektiği ve ürün seçiminde nelere dikkat edilmesi
gerektiği iyi bilinmelidir.
14. KAYNAKLAR
1) http://www.goldeli.com/su.dispers.htm
2) Tarakçıoğlu, I., Tekstil Boyacılığı-II Teksiri, 1980-1981
3) Shore, J., Colorants and Auxiliaries, Volume:2, Society of Dyers and Colourists, England, 1990
4) Aspland, J.R. Disperse Dyes and Their Application to Polyester, Textile Chemist and Colorist, 24 (12),
9-23, 1992 Atav R., Delituna A. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 73-83
83
5) Performance Chemicals – Adding Value to Textiles, Dye-exact XP kataloğu, BASF
6) Murray, A., Mortimer, K, Dye Auxiliaries in the Application of Disperse Dyes to Man-made Fibres,
Journal of the Society of Dyers and Colourists, 87 (6), 173-181, 1971
7) Cunningham, A.D., Identifying Critical Machinery and Dye Parameters for Successful Rapid Dyeing
of Polyester, Textile Chemist and Colorist, 28(2), 23-31, 1996
8) Akçakoca, E. P., Atav, R., Tekstil Terbiyesinde Đyon Tutucuların Önemi ve Kullanımı, Tekstil ve
Konfeksiyon, 14 (2), 104-108, Nisan-Haziran, 2004
9) Yurdakul, A. Atav, R., Boya Baskı Esasları, Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Tekstil
Mühendisliği Bölümü, Bornova-Đzmir, 2006
10) Aniş, P., Tekstil Ön Terbiyesi, Alfa Yayınları (ISBN 975-316-109-3), Bursa, 1998
11) Tiedemann, W., Schad, J., Ekolojik ve Ekonomik Açılardan PES Boyarmaddelerinin Redüktif
Temizlenmesi, Melliand Türkiye Sayısı, 112-114, 1999
