1. GİRİŞ
Genelde asit ve baz reaksiyonları sonucunda oluşan bileşiklere tuz denilmekte ve bunların çözünürken
diassosiye olmaları ve diassosiye olan kısımların da elektriği iletme özelliği nedeniyle bunlar elektrolit
maddeler olarak da ifade edilmektedir. Bu maddeler, yiyeceklerin konservelenmesinde, suyun
yumuşatılmasında, kışın yollardaki buzlanmanın giderilmesinde, gıda, deterjan, kağıt, cam, kimya, tekstil,
seramik, boya ve dericilik gibi çok değişik sektörlerde gerek ham madde, gerekse ara madde olarak
kullanılmaktadır.
Bu genel kullanım alanları dışında tekstil terbiyesinin değişik işlemlerinde ve tekstil boyacılığında
selüloz, protein ve sentetik esaslı liflerin değişik boyarmadde gruplarıyla boyanmasında önemli oranda
tuz tüketilmektedir. Tekstil boyacılığında özellikle pamuklu kumaşların reaktif boyarmaddelerle
boyanmasında flotteye çok fazla tuz ilave edilmektedir. Reaktif boyarmaddelerle çektirme yöntemine Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 71-80 Tekstil Boyacılığında Kullanılan Tuzların Özellikleri ve Kullanım
Amaçları
72
göre boyamalarda boyarmaddenin substantifliğine, boyama koyuluğuna ve flotte oranına bağlı olarak
yaklaşık 10-100 g/l tuz kullanılmaktadır. Diğer boyarmadde gruplarından örnek verilecek olursa, direk
boyarmaddelerle çalışmada rengin açık ve koyuluğuna göre yaklaşık 10-30 g/l, küp boyarmaddelerde
soğuk ve ılık boyama (IK ve IW tipi boyarmadde) yöntemlerine göre 5-25 g/l, kükürt boyarmaddelerinde
5-20 g/l, yün ve PA liflerinin boyanmasında kullanılan asit, krom, 1:1 metal kompleks boyarmaddelerinde
rengin açık-koyu olması durumuna göre yaklaşık 5-10 g/l civarında tuz kullanılmaktadır. Ayrıca PAC
liflerinin bazik boyarmaddelerle boyanmasında da bazı boyama yöntemlerinde 5-10 g/l tuz kullanımı
tavsiye edilmektedir. Çektirme yöntemiyle yapılan boyamalar dışında, emdirme yöntemiyle yapılan bazı
boyamalarda ve baskıların yaş fiksajında da tuz kullanılmaktadır. Dolayısıyla tuzun tekstil boyacılığında
önemli bir işleve sahip olduğu söylenebilir.
2. TEKSTĐL BOYACILIĞINDA KULLANILAN TUZLAR
2.1 Tuzların Genel Özellikleri
Deniz, göl, yer altı gibi doğal kaynaklardan elde edilen tuzlardan, boyama işlemlerinde yaygın olarak
kullanılanlar sodyumsülfat (Na2SO4) ve sodyumklorür (NaCl) tuzlarıdır.
Glauber tuzunun üretim yöntemine göre kristal (Na2SO4.10H2O) ve kalsine (Na2SO4) olmak üzere iki tipi
bulunmaktadır. Bunlardan kalsine sodyumsülfatın mol kütlesi 142 g/mol olup, su içermediğinden anhidre
olarak ifade edilmektedir. Kristal sodyumsülfatın mol kütlesi ise 322 g/mol olup, 10 mol su içerdiğinden
(180 gram) mol kütlesinin yaklaşık %56’sını su oluşturmaktadır [1]. Kristal sodyumsülfat %56 su içerdiği
için, pratikte anhidre sodyumsülfata kıyasla 2 kat daha fazla kullanılmaktadır, ancak stokiometrik olarak
hesaplandığında ise 2.26 kat fazla kullanılması gerekmektedir.
Boyamacılıkta kullanılan diğer bir tuz tipi olan sodyumklorürün (NaCl) mol kütlesi 58.5 g/mol olup,
üretim şekline göre %98 veya 99’luk olarak bulunmaktadır. Uygulamada kalsine sodyumsülfat ile
sodyumklorür aynı miktarlarda kullanılmakta, ancak stokiometrik olarak hesaplandığında (eşit miktarda
sodyum katyonu verecek şekilde) ise sodyumklorürün kalsine sodyumsülfata göre yaklaşık %17 daha az
kullanılması gerekmektedir.
Boyamacılıkta kullanılan tuzun cinsi ve kalitesi boyarmadde verimini yakından etkilediğinden,
kullanılacak miktarın tam olarak saptanabilmesi için yoğunluk/konsantrasyon diyagramları, pH, su
sertliği, nem içeriği gibi faktörler dikkate alınmalıdır. Genel olarak boyama banyosundaki bazı iyonların
aşağıda verilen kabul edilebilir sınır değerleri içerisinde olup olmadığı önceden kontrol edilmelidir. Aksi
halde boyamada tekrarlanabilir sonuçların eldesi zorlaşmaktadır.
Sertlik < 5o
dH
Fe++ < 0,1 ppm
Mn++ < 0,02 ppm
Cu++ < 0,005 ppm
NO3
-
< 50 ppm
NO2
-
< 5 ppm
Üretim kaynağına ve yöntemine bağlı olarak özellikle NaCl tuzlarında suların sertliğine yol açan
bileşikler biraz daha fazla bulunmaktadır. Bu durum, boyamada verim kaybına yol açabilmekte ve ayrıca
bazı boyarmaddelerin çözünürlüğünü olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Bilindiği gibi NaCl
boyarmadde çözünürlüğünü Na2SO4’a göre daha çok azaltmaktadır. Bu nedenle, çözünürlüğü kısıtlı olan
bazı boyarmaddelerde NaCl yerine Na2SO4 tercih edilmektedir. Sodyumsülfatın çözünürlüğü 0-32°C
arasında sıcaklığa bağlı olarak artarken (32.4°C’da çözünürlük maksimuma erişmekte), daha sonra
sıcaklıkla ters orantılı şekilde hafif bir azalma göstermektedir. Sodyumklorürün sudaki çözünürlüğü ise Atav R., Yurdakul A..*
, Arabacı A., Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 71-80
73
sıcaklığa daha az bağımlı olarak değişmektedir. Tablo 1’de her iki tuz cinsine ait çözünürlükler
görülmektedir [2].
Tablo 1. NaCl ve Na2SO4 tuzlarının çözünürlükleri
°°°C NaCl (g/l) °°°C Na2SO4 (g/l)
0 356 0 45
20 358 10 82,4
40 363 20 161
60 371 32.4 332
80 380 35 331
100 391 40 325
50 318
100 299
2.2 Tuzların Atık Su Arıtma ve Korozyon Üzerine Etkileri
Tekstil terbiye işlemlerinde tuz ya hammadde olarak kullanılmakta ya da nötralizasyon işlemleri veya
diğer reaksiyonlar sonucu yan ürün olarak açığa çıkmaktadır. Birçok araştırmacı tekstil boyama atık
sularındaki tuzun gelecekte önemli problemlere yol açabileceğine dikkat çekilerek çektirme yöntemine
göre yapılan pamuk boyamalarında atık sudaki tuz konsantrasyonunun genelde 2000-3000 ppm civarında
olduğu belirtilmiştir [3]. Pek çok ülke emisyon sınır değerlerini 2000 ppm ve altı olarak belirlemiştir.
Tekstil materyaline aplike edilen kimyasal maddeler; boyarmadde, tekstil yardımcı maddeleri ve temel
kimyasallar olarak gruplandırılmakta ve bunlara ait karakteristik değerler (her ne kadar sınırlı sayıda
veriye dayalı olsalar da) aşağıda verilmektedir:
• boyarmaddeler: 18 (g/kg tekstil materyali)
• tekstil yardımcı maddeleri : 100 (g/kg tekstil materyali)
• temel kimyasallar: 570 (g/kg tekstil materyali).
Temel kimyasal tüketiminin çok yüksek çıkmasının nedeni, çektirme yöntemine göre reaktif
boyamalardaki, 400 g/kg civarında olan yüksek doğal tuz (NaCl veya Na2SO4) kullanımından
kaynaklanmaktadır [4]. Bu değerlerden de tuzun atık su yükü üzerindeki etkisi açıkça görülmektedir. Bu
nedenle, atık sudaki tuzun geri kazanılmasının önemi giderek artmaktadır.
Đstanbul’da faaliyet gösteren tekstil terbiye firmalarının ĐSKĐ tarafından atık su toplama havzalarına
(havza dışı) uygulanan deşarj limitlerinin sülfat için 1700 mg/l olduğu gözönünde bulundurulmalıdır ki bu
durum sodyumsülfat kullanımını sınırlamaktadır [5]. Atık sularda yüksek miktardaki sülfat yüksek sertlik,
yüksek sodyum tuzu ve yüksek asidite demektir. Sülfatlar ayrıca kazan sularında CaSO4 ve MgSO4
çökeltileri oluşturduğundan, bu tip sularda çok düşük miktarlarda tutulmalıdırlar. Evsel atık suların
uzaklaştırıldığı beton kanallarda, anareobik koşulların oluşması ve bakteri faaliyetleri ile SO4
-2 H2S’e
dönüşür. H2S kanalın üst bölümünde toplanır ve rutubetle birleşerek H2SO4 oluşturur. Bu olay borularda
korozyonun ve parçalanmanın en büyük sebebidir. Sülfatlar çimento ile birleştiklerinde de büyük
kristallerin meydana gelmesine ve bu nedenle borunun şişmesine ve parçalanmasına sebep olurlar [6].
Ancak tuz geri kazanılmak istendiğinde, sodyumklorür yerine sodyumsülfat tuzunun kullanılması daha
avantajlı olmaktadır. Çünkü kimyasal ve mekanik saflaştırma işleminden geçirilerek renksiz hale
getirilmiş boyama flottesinin içerdiği tuz, membran tekniği ile derişikleştirilmekte ve membranlarla
filtrasyon yoluyla sodyumsülfatın geri kazanılması daha kolay olmaktadır. Sodyumsülfat %12-13’lüğe
kadar derişikleştirilebilirken, sodyumklorür yalnızca %7-8’liğe kadar derişikleştirilebilmektedir. Böylece
sodyumsülfat kullanıldığında hem tuz geri kazanılıp tekrar kullanılabilirken, hem de su geri kazanılarak Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 71-80 Tekstil Boyacılığında Kullanılan Tuzların Özellikleri ve Kullanım
Amaçları
74
işletmede yıkama suyu vb. olarak değerlendirilebilmektedir. Oysa sodyumklorür kullanıldığında
membrandan geçirilirken klorür iyonları da suyla beraber geçtiklerinden elde edilen su, tuz içeriği
nedeniyle kullanılamamakta veya bu suyu kullanabilmek için ek bir işlem (ters osmoz) yapılması
gerekmektedir. Bu nedenle, dünyada olduğu gibi ülkemizde de tuz geri kazanımı yaygınlaşmaya
başladığında yukarıda sözü edilen dezavantaj, sodyumsülfatın geri kazanılmasının daha kolay olması
nedeniyle (sodyumsülfat için yalnızca nanofiltrasyon yeterli olurken sodyumklorürde nanofiltrasyon
sonrası bir de ters osmoz uygulaması gerekmektedir) avantaj şekline dönüşecektir. Bilindiği gibi
sodyumsülfatın sodyumklorüre göre daha yüksek olan maliyeti tuz geri kazanılıp yeniden kullanıldığı
zaman önemli ölçüde dengelenecektir.
Atık suların kirlenmesini önemli ölçüde azaltma imkanı sağlayan, kullanılan boyarmadde ve kimyasal
maddelerin geri kazanılarak tekrar kullanılmasına olanak veren yöntemlerden biri de nanofiltrasyon
yöntemidir. Bu yöntemde atık su basınç altında membrandan geçirilir ve atık su içersindeki en küçük
moleküller membrandan geçebilirken, tuz ve boyarmadde gibi büyük moleküller membran tarafından
tutulur. Böylece atık sularda kirliliğe neden olan madddeler ve su birbirinden ayrılmış olur. Filtrasyondan
sonra ayrılan su (permeat akısı) yıkama işlemine geri döndürülür. Filtrasyon işleminde basınç, sıcaklık,
membran tipi gibi parametreler boyarmadde alıkonması, tuz alıkonması ve permeat akısında değişmelere
yol açmaktadır. Literatürde bu parametrelerin yanında reaktif boyarmaddelerle yapılan boyama işlemi
sonrasında atık su arıtmada bu teknik uygulanacağı zaman flottedeki tuz cinsi ve tuz konsantrasyonunun
da etkili olduğu belirtilmektedir. Buna göre tuz konsantrasyonu arttıkça permeat akısında önemli bir
düşüş olmakta sodyumsülfat konsantrasyonundaki artış sodyumklorür konsantrasyonundaki artışa göre
permeat akısını daha fazla düşürmektedir. Bu husus sodyumsülfatın membranda sodyumklorüre göre
daha fazla alıkonarak konsantrasyonu arttırmasıyla ilişkilidir. Zira konsantrasyon artınca ozmotik basınç
yükselmekte, ozmotik basınç yükselince de permeat akısı düşmekte ve tuz alıkonması NaCl için %27-38,
Na2SO4 için %55-57 değerleri arasında olduğu belirtilmektedir ki bu bize sodyumsülfatın atık su arıtmada
sodyumklorüre göre daha yüksek oranda tutulabildiğini göstermektedir [7].
Korozyon özellikleri açısından bu iki tuzun karşılaştırılmasına ilişkin ise literatürde sodyumsülfatın
sodyumklorüre göre boyama makinaları için daha az korozif olduğu belirtilmektedir [8].
3. TEKSTĐL BOYACILIĞINDA TUZ KULLANIMI VE AMAÇLARI
NaCl ve Na2SO4 tuzları boyamada önemli rol oynamaktadır. Boya banyosuna tuz ilavesi bazen boya
alımını arttırmak, bazen de boya alım hızını ve boyamanın düzgünlüğünü kontrol etmek amacıyla
kullanılmaktadır. Kullanılan boyarmadde gruplarına göre tuzların etkileri farklı yönde olmaktadır. Zıt
yüklü iyonlardan meydana gelen reaksiyonlarda (örneğin, yün boyamacılığı) tuz ilavesi, reaksiyon hızını
azaltmaktadır. Aynı yüklü iyonlardan meydana gelen reaksiyonlarda ise (örneğin, selüloz boyamacılığı)
tuz ilavesi, reaksiyon hızını arttırmaktadır. Genel bir deyişle, tuz ilavesi eğer boya ile lif arasında
elektrostatik itme söz konusu ise (örneğin, selüloz liflerinin direkt, reaktif, kükürt ve küp
boyarmaddeleriyle boyanması) boya alımını arttırmakta, eğer boyama sırasında elektrostatik çekim söz
konusu ise (örneğin, asidik ortamda yün ve naylon liflerinin asit boyarmaddeleriyle boyanması ve akrilik
liflerin bazik boyarmaddelerle boyanması) boya alımını azaltmaktadır. Basit bir ifadeyle, tuzlar lif ile
boya arasındaki iyonik etkileşimi (gerek çekim, gerekse itme) değiştirmektedir. Tuz aynı zamanda
boyarmaddenin aktivitesini etkilemektedir. Ancak, etki iyonların özelliklerinden ziyade, pozitif ve negatif
yüklü iyonların toplam sayısı ile belirlenmektedir [9].
3.1 Selüloz Liflerinin Boyanmasında Tuzun Etkisi
Normalde selüloz lifleri non-iyonik yapıda olmalarına rağmen, bu lifler daha önceden gördüğü ön
işlemler sonucu çok az da olsa anyonik bir karakter kazanmaktadır. Selüloz liflerinin gerek ön terbiye
işlemleri ve gerekse boyama işlemleri alkali ortamda yapıldığı için lifler (-) yüke sahiptir. Bu liflerin Atav R., Yurdakul A..*
, Arabacı A., Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 71-80
75
boyanmasında kullanılan boyarmaddelerin çoğunluğu da anyonik yapıda olduğundan boyarmadde de (-)
yüklüdür. Boyama sırasında boyarmadde ve lif aynı yükte (-) oldukları için birbirlerini itme
eğilimindedirler. Bu durumda boyarmaddenin lif tarafından alınabilmesi için bu yükün azaltılması veya
tamamen ortadan kaldırılması gerekmektedir. Bilindiği gibi selüloz esaslı liflerin anyonik
boyarmaddelerle boyanması sırasında lif tarafından boyarmadde iyonu değil boyarmadde molekülü
absorbe edilmektedir. Dolayısıyla boyarmadde molekülünün diasosiyasyonu ne kadar az olursa, yani
negatif değerlik azaltılırsa
“Lif üzerindeki boyarmadde Flottedeki boyarmadde dengesi”
lif tarafına kaymış olur. Bu nedenle, genel olarak tuzların pamuk liflerinin anyonik boyarmaddelerle
(direkt, küp, kükürt, reaktif vb.) boyanmasında boyarmadde alımını arttırdığı bilinmektedir. Bunun temel
iki nedeni tuz katyonlarının selüloz lifinin negatif zeta potansiyelini düşürerek boyarmadde ile selüloz lifi
arasındaki elektrostatik itmeyi azaltması ve boyarmaddenin agregasyonunu arttırmasıdır [10].
Bilindiği gibi tuz molekülleri sulu çözeltilerde disosiye olmuş vaziyette bulunurlar. Örneğin,
sodyumklorür suda Na+
ve Cl-
iyonları verecek şekilde iyonlarına ayrışmaktadır. Pozitif yüklü sodyum
iyonu, lif/su sınır yüzeyine giderek etkili bir şekilde negatif zeta potansiyelini düşürmekte ve böylece,
boyarmadde/lif etkileşimini engelleyen bariyeri ortadan kaldırmaktadır. Kumaş, boyarmadde ve su
moleküllerinin birbirleriyle etkileşimi Şekil 1’de şematik olarak gösterilmektedir.
Şekil 1. Flotte içerisindeki boyarmadde molekülleri, su molekülleri ve kumaşın birbirleriyle etkileşimi
[10]
Tuz lif ile boyarmadde arasındaki iyonik etkileşimi düşürmesine ek olarak, boyama sisteminin kimyasal
potansiyelini değiştirerek lif ile boyarmadde arasındaki fiziksel etkileşim üzerinde de rol oynamaktadır.
Böyle bir etki; tuzun suyun yapısını değiştirmesinden kaynaklanmaktadır. Tuzun lif ile boyarmadde
arasındaki fiziksel etkileşime etkisini ispat etmek için deneysel sonuçlar mevcuttur. Đyonik
boyarmaddelerle yapılan boyamalarda rol oynayan bir konu da, Donnan membran (zar) dengesidir. Bu
şekildeki iyon dengeleri, çözgen ve küçük iyonlar için geçirgen, fakat büyük iyonlar için geçirgen
olmayan bir engel (zar) varlığında oluşmaktadır. Örneğin, küçük iyonlar olarak Na+ ve Cl-
, büyük iyon
olarak boyarmadde anyonunu (BMSO3
-
) ele alır ve yüzeyinde life difünde etmeyen boyarmadde anyonları
bulunan lifin, yukarıda belirtilen yarı geçirgen zar rolünü üstlendiğini kabul edersek, boyarmadde anyonu
liflere serbest bir şekilde difünde edemezken, küçük Na+ ve Cl-
iyonları lifteki ve çözeltideki kimyasal
potansiyelleri eşit oluncaya kadar lif tarafından alınabilmektedir. Ancak aynı zamanda lif ve çözeltinin
elektriksel bakımdan nötr olması da gerekmektedir. Lif yüzeyindeki boyarmadde anyonları nedeniyle
burada (-) yük fazlalığı vardır ve bu ancak buradaki Na+
konsantrasyonun daha fazla olmasıyla nötr
durumda tutulabilmektedir. Sonuç olarak, serbest hareket olanağına rağmen Na+ iyonlarının çözelti ve lif
arasında eşit bir şekilde dağılamadığı ve boyarmadde anyonlarının toplandığı bölgede Na+
iyonları Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 71-80 Tekstil Boyacılığında Kullanılan Tuzların Özellikleri ve Kullanım
Amaçları
76
konsantrasyonunun da daha yüksek olduğu görülmektedir [11]. Bu durum Şekil 2’de açıkça
görülmektedir.
Şekil 2. Na+
katyonlarının kumaş üzerindeki ve flottedeki dağılımı [12]
Tuz ilavesiyle flottede bulunan Na+
katyonu derişiminin artmasının ortaya çıkardığı bir diğer etki de
pamuk boyamacılığında kullanılan anyonik boyarmaddelerin (direkt, reaktif vb.) diasosiasyon dengesini
(i) sola kaydırmalarıdır. Le Chatelier (etki-zıt tepki) prensibine göre, ortamdaki Na+
katyonu derişimi
artınca, boyarmaddelerin iyonlarına ayrışma dengesi sola kaymakta ve agregasyon artmaktadır, bu da
pamuk boyamacılığında tuzun alınmayı arttırıcı bir diğer etkisidir [10].
Bilindiği gibi selüloz liflerinin boyanmasında en çok kullanılan boyarmadde sınıfı reaktif boyalardır. Bu
boyarmaddelerin substantifliklerinin yüksek olamaması nedeniyle, fazla miktarlarda (50-100 g/l) tuz
kullanılmaktadır. Gerekli tuz ihtiyacı kullanılan boyarmadde cinsine, boyama koyuluğuna ve boyama
koşullarına (flotte oranı, sıcaklık vb.) bağlı olarak sodyumsülfat veya sodyumklorür ile karşılanmaktadır.
Boyamanın sonucunu kullanılan tuz miktarı ve tuz cinsi yakından etkilemektedir. Optimal tuz miktarları
boya üretici firmaların tavsiyelerine göre boya kataloglarındaki tablo veya grafiklerden bulunmaktadır.
Şekil 3 (a) ve (b)’de sıcaklık, flotte oranı ve boyama koyuluğuna göre optimal tuz kullanım miktarları
verilmektedir. Atav R., Yurdakul A..*
, Arabacı A., Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 71-80
77
Şekil 3: Sıcaklık (a) ve flotte oranıyla (b) tuz konsantrasyonu arasındaki ilişki [13]
Daha önce de belirtildiği gibi selülozik elyafın reaktif boyarmaddelerle klasik çektirme yöntemine göre
boyanmasında, boyarmadde alımını arttırabilmek için yüksek miktarlarda tuza ihtiyaç duyulmaktadır
(genellikle 50-60 g/l, fakat koyu tonlar için 100 g/l’nin üzerinde). Birçok boyarmadde üreticisi firma, bu
miktarın 2/3’üne ihtiyaç duyulan yeni boyarmadde çeşitleri ve aplikasyon yöntemleri geliştirmiştir. Örnek
olarak:
• Cibacron LS (Ciba)
• Levafix OS (Dystar)
• Procion XL+ (Dystar)
• Sumifix HF (Sumitomo)
verilebilir. Bu boyarmaddelerin çoğunluğu, polifonksiyonel boyarmaddelerdir ve yüksek düzeyde fikse
olabilmektedirler, böylece atık sudaki fikse olmamış boyarmadde miktarı düşürülerek de ek kazanç elde
edilmektedir. Lifler tarafından alımları için daha az miktarda tuza ihtiyaç duyulması nedeniyle, düşük
miktarda tuz gerektiren reaktif boyarmaddeler daha iyi çözünürlüğe sahip olmaktadırlar ve düşük flotte
oranlı boyama makineleri için gerekenden daha yüksek konsantrasyondaki çözeltilerde bile çözünmüş
olarak kalmaktadırlar. Selülozik elyafın çektirme yöntemine göre boyanmasındaki tuz tüketiminin, klasik
reaktif boyarmaddelerde ihtiyaç duyulana göre 1/3 oranında azaltılmış olması, atık su tuzluluğunu ve atık
su arıtma işlemlerini olumlu yönde etkilemektedir [5].
Gerek kısa flotte oranlarında çalışmaya uygun makinelerdeki gelişmeler, gerekse elektrolit ihtiyacı az
olan boyarmaddelerdeki gelişmelere rağmen, reaktif boyamadaki tuz tüketimi hala yüksek düzeylerdedir.
Ayrıca düşük miktarda tuz gerektiren reaktif boyarmaddelerin klasik reaktif boyarmaddelere göre daha
pahalı olduğu da unutulmamalıdır.
Flotteye tuz ilavesi pamuk liflerinin anyonik boyarmaddelerle boyanmasında boyarmadde alımını
arttırmakla beraber, tuz cinsine bağlı olarak boyama verimi ve boyarmadde alım hızı farklılıklar
gösterebilmektedir. Hangi tuz cinsinin tercih edileceği konusunda sistematik bir veri bulunmayıp, firmalar
hem NaCl hem Na2SO4’ı kullanmaktadır. Dolayısıyla tuz cinsi firmadan firmaya farklı olmakla beraber,
seçim kriterleri olarak;
• Fiyat
• Düzgün boyama eldesi
• Boya verimi ve alınma hızı üzerine etkisi
• Boyarmaddenin çözünürlüğü üzerine etkisi
• Korozyon tehlikesi (özellikle sıcakta boyayan boyalarda)
gibi özellikler dikkate alınmalıdır. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 71-80 Tekstil Boyacılığında Kullanılan Tuzların Özellikleri ve Kullanım
Amaçları
78
3.2 Protein ve Poliamid Liflerinin Boyanmasında Tuzun Etkisi
Yün ve PA gibi protein lifleri anyonik boyarmaddelerle genellikle asidik ortamda boyanmaktadır. Asidik
ortamda lifler katyonik bir yapı kazanmakta ve anyonik boyarmaddelerle elektrostatik çekim
kuvvetleriyle boyama gerçekleşmektedir.
Asidik ortamda yapılan yün boyamacılığında, flotteye elektrolit ilavesi ile ortamdaki anyon miktarı
artmaktadır. Böylece flottede boyarmadde anyonu ve asit anyonunun yanında, bir de boyarmadde anyonu
ile rekabet halinde tuz anyonu bulunmaktadır. Bütün bu anyonlar yündeki (+) yüklü amonyum gruplarına
bağlanmak isteyeceklerdir. Protein liflerinin boyanmasında ise tuzun etkisi ortam pH’ına bağlı olarak
değişmektedir.
Kuvvetli asidik ortamda boyayan asit boyarmaddeleri ile boyama yapılırken tuzun etkisi şu şekilde
olmaktadır:
1) Tuz ilavesi ortamdaki Na+
miktarını arttırarak dengeyi sola kaydırmakta ve bu durumda life affinitesi
olan boyarmadde miktarı azalmaktadır.
2) Flottedeki sülfat veya klorür iyonları miktarı artmakta ve bunlar boyarmaddeden daha küçük
olduklarından life daha önce bağlanarak boyarmaddenin bağlanmasını geciktirmektedirler.
3) Tuz ilavesi boyarmaddenin agregasyonunu arttırmaktadır.
Đlk iki etki frenleyici, üçüncü etki ise alımı arttırıcı etki olmakla beraber ilk iki etki daha ağır bastığından
kuvvetli asidik ortamda yapılan boyamalarda tuz frenleyici etki göstermektedir.
Orta kuvvetli asidik ortamda boyayan boyarmaddelerde ise tuz ne yavaşlatıcı ne de hızlandırıcı etki
göstermemektedir. Ancak boyarmaddenin hidrofilliğini bir miktar düşürdüğünden mamüldeki afinite
farklılıklarından kaynaklanabilecek düzgünsüzlükleri azaltmaktadır.
Zayıf asidik veya nötr ortamda yapılan boyamalarda ise yün katyonik karakter göstermediğinden, tuz
boyarmaddenin lif tarafından itilmesini kısmen azaltacak ve aynı zamanda boyarmaddenin
agregasyonunu arttıracağı için boyarmaddenin alım miktarı ve hızı artmaktadır [11].
NaCl ve Na2SO4 tuzlarının yün liflerinin egaliz tipi asit boyarmaddelerle boyanması üzerine etkisi
araştırılmış ve NaCl’ün boyarmadde adsorbsiyonunu Na2SO4’tan daha etkin bir şekilde düşürdüğü
bulunmuştur. Ancak bu sonuçlar tuzların iyonik etkileşim üzerine etkileriyle açıklanamamaktadır. Đyonik
etkilere baktığımızda; çift negatif yükünden dolayı sülfat iyonlarının boyarmadde adsorbsiyonunda klor
iyonlarına kıyasla daha güçlü bir düşüşe yol açması gerekirdi. Halbuki yapılan çalışmalar klor iyonlarının
daha güçlü bir düşüşe yol açtığını göstermektedir. Klasik Langmuir ve Donan Modeli bu olayı
açıklayamamaktadır. Bu bulgular klasik boyama teorileriyle tam olarak açıklanamasa da, elektrolitin
fiziksel etkileşim üzerine etkisiyle yeterli bir şekilde açıklanabilmektedir. Elektrolit ilavesinden sonra
adsorbsiyondaki düşmenin nedeni açıktır, fakat NaCl’ün boyama adsorbsiyonunu düşürmede Na2SO4’tan
daha etkili olmasının nedenini açıklamak gerekmektedir. Geciktirme etkisine ek olarak elektrolitin
boyarmadde ile lif arasındaki fiziksel etkileşimi de etkilemesi buna neden olmaktadır.
Elektrolitin fiziksel etkileşime etkisi konusunda bir takım açıklamalar mevcuttur. Tuzların fiziksel
etkileşim üzerindeki farklı etkilerini tanımlamak için liyotropik seriler kullanılmaktadır. Voet katyonlar Atav R., Yurdakul A..*
, Arabacı A., Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 71-80
79
ve anyonlar için kantitatif liyotropik numaralar vermektedir. Voet’in verilerine göre anyonların
hidrofobik etkileşim üzerindeki etkisi şu sırayladır:
SO4
=
>H2PO4
-
>Cl-
>Br-
>NO3
-
Liyotropik seride klordan önceki anyonlar kozmotrop, klordan sonraki anyonlar ise kaotrop olarak
adlandırılırlar. Sülfat iyonları kozmotroptur ve bunların ilavesi boyarmadde ile lif arasındaki fiziksel
etkileşimin artmasından dolayı boyarmaddenin lif üzerine çekilmesini arttırmaktadır. Sülfatlar kosmotrop
olduğu için suyun entropisini azaltır ve solüsyon fazındaki serbest enerjiyi arttırırlar. Bu nedenle lif
üzerine boyarmadde alımını desteklerler. Kozmotrop özellikteki tuzlar diğer tuzlar gibi boyarmadde ile lif
arasındaki iyonik etkileşimi azaltmalarının yanında, boyarmadde ile lif arasındaki fiziksel etkileşimi de
etkilerler. Ayrıca sodyumsülfatın su moleküllerini etrafında tutma gücü (hidrotasyon) sodyumklorürden
daha yüksek olduğu için, sanki flottedeki su miktarı azalmakta ve dolayısıyla birim hacimdeki
boyarmadde konsantrasyonu artmakta, sonuç olarak da bu durum boyarmadde alımını desteklemektedir.
Bu hususlar Na2SO4’ın yünün kuvvetli asidik ortamda boyanmasında iyonik geciktirme etkisini
zayıflatmaktadır. Klor liyotropik seride nötr bir iyondur ve dolayısıyla klorun fiziksel etkileşim üzerine
etkisi azdır. Bu nedenle boyamada sodyumklorür sodyumsülfattan daha güçlü bir geciktiricidir. Artan tuz
konsantrasyonuna bağlı olarak boyarmadde alımındaki düşme NaCl’de daha belirgin olmaktadır. Na2SO4
tuzu ile çalışıldığı zaman belli bir konsantrasyondan sonra boyarmadde alımı azalmayıp aksine artmaya
başlamakta, yani tuz konsantrasyonuna bağlı boyarmadde alım eğrisi konkav bir şekil göstermektedir
[14].
Poliamid liflerinin boyanmasında tuzun etkisine baktığımızda ise, bu lifler pH 7’nin altında katyonik
karakter gösterdiğinden flotteye tuz ilavesi boyarmadde alımını frenleyici etki göstermekte, yani yünün
kuvvetli asidik ortamda boyanmasında söz konusu olan durum geçerli olmaktadır.
3.2 Poliakrilnitril Liflerinin Boyanmasında Tuzun Etkisi
PAC lifleri genellikle bazik boyarmaddelerle boyanmaktadır. Boyama koşullarında PAC lifleri anyonik,
boyarmadde de katyonik olduğundan, boyama sırasında tuz kullanımı, daha küçük moleküllü olan tuz
katyonlarının boyarmadde katyonlarıyla rekabeti nedeniyle alımı frenleyerek retarder etkisi
göstermektedir. Ancak akrilik liflerinin katyonik boyarmaddeler ile boyanmasında, düşük tuz
konsantrasyonlarında tuz konsantrasyonunun artması ile boya sorbsiyonunun azalmasına karşın, bazı
tuzların konsantrasyonunun artması durumunda boya sorbsiyonu sonradan artabilmektedir. Bu durum
tuzların fiziksel etkileşim üzerine etkileri arasındaki farklılıktan ileri gelmektedir. Liyotropik seriler
kullanılarak farklı tuz iyonlarının fiziksel etkileşim üzerindeki etkileri açıklanabilmektedir. Bu seride
farklı tuz anyonları fiziksel etkileşimdeki etkinliğine göre şu şekilde sıralanmıştır:
SO4
=
>H2PO4
-
>Cl-
>Br-
>NO3
-
Liyotropik seride Cl- ’dan önde gelenlere kosmotrop, Cl- ’dan sonra gelenlere kaotrop denir. Cl-
iyonu ise
nötrdür. Sülfat ve dihidrojenfosfat gibi kosmotroplar suyun entropisini azaltmakta ve solüsyon fazındaki
serbest enerjiyi arttırmaktadırlar. Bu nedenle bu tuzlar boyarmadde alımını destekler. Kosmotrop
özellikteki tuzlar ise diğer tuzlar gibi boyarmadde ile lif arasındaki iyonik etkileşimi azaltmalarının
yanında, boyarmadde ile lif arasındaki fiziksel etkileşimi de etkilemektedir. Düşük tuz
konsantrasyonlarında bu tuzların iyonik etkileşim üzerine etkileri, fiziksel etkileşim üzerine etkilerinden
daha baskındır. Sonuç olarak artan tuz konsantrasyonu ile boyarmadde alımı düşmektedir. Tuz
konsantrasyonu yüksek olduğunda tuzun boyarmadde ile lif arasındaki fiziksel etkileşim üzerine etkisi
artmaktadır. Eğer tuz sodyumsülfat veya sodyumdihidrojen fosfat gibi kosmotrop özellikte ise,
boyarmadde ile lif arasındaki fiziksel etkileşimi arttırmakta ve boyarmadde alımı yeniden artmaya
başlamaktadır. Tuz katyonun tipi de akriliğin katyonik boyalarla boyanmasında önemli bir unsurdur. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 71-80 Tekstil Boyacılığında Kullanılan Tuzların Özellikleri ve Kullanım
Amaçları
80
Katyonun boyutu büyüdükçe boyama hızı azalmaktadır. Katyonlar tarafından oluşturulan retarder etkisi
şu sırayla verilmektedir:
Li+
<(C4H9)4N
+
Buna göre K+
iyonik değeri ve elektropozitif karakteri nedeniyle Na+
’dan daha fazla retarder etkisi
göstermektedir [15].
4. KAYNAKLAR
1. Pekin, B., 1978, “Modern Đnorganik Kimyanın Prensipleri”, E.Ü. Fen Fakültesi Kitapları Serisi No:
43, Đzmir, 401
2. Dystar firmasının Remazol ve Levafix boyarmaddelerine ait katologlar
3. http://www.p2pays.org/ref/02/01099/0109901.pdf / 12.04.2004
4. Reference Document on Best Available Techniques for the Textile Industry, November 2002
5. Rearick, W.A., Farias, L.T., Nisan 1997, “Water and salt reuse in the dyehouse”, Textile Chemist and
Colorist, 10-19
6. http://www.biotek-tr.com/sontr/tr/icme.htm / 10.04.2004
7. Aniş, P., Kayar, M., Temmuz-Eylül 2003, “Reaktif boyama atık sularının nanofiltrasyonunda
boyarmadde tutumunu ve akışı etkileyen parametrelerin incelenmesi”, Tekstil ve Konfeksiyon, 140-
145
8. Garrett, D.E., “Sodium Sulfate”, Handbook of Deposits, Processing, Properties and Use
9. Yang, Y., 2000, “Effect of electrolytes on physical interactions in Dyeing”, Colourage-Annual, 29-34
10. “Addressing Salt Issues in Textile Dyeing Using an ISQ and ARIZ”
http://www.triz-journal.com/archives/2000/01/d/ / 12.04.2004
11. Tarakçıoğlu, I., 1979-1980, Tekstil Boyacılığı I Teksiri, E.Ü. Mühendislik Fakültesi Çoğaltma
Yayınları, Đzmir
12. Shore, J., 1995, “Cellulosics Dyeing”, The Society of Dyers and Colourists
13. Yurdakul, A., Atav, R., 2006, Boya Baskı Esasları, Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Tekstil
Mühendisliği Bölümü, Bornova-Đzmir
14. Y. Yang, 1998, “Effect of Salts on Physical Interactions in Wool Dyeing With Acid Dyes”, Textile
Research Journal, 68 (5), 615-620
15. Yang, Y., Ladısch, C.M., 1993, “Hydrophobic interaction and its effect on cationic dyeing of acrylic
fabric, Textile Research Journal”, 283-289
