Kükürt Boyar Maddeler ile Selüloziklerin Boyanması

Kükürt boyarmaddesi (Alm. Schwefelfarbstoff, Fr. colorant au soufre, İng. sulphur dyestuff), selüloz ve kolajen liflerinin boyanmasında kullanılan, moleküllerinde kükürt atomu bulunan, bazik ortamda zırnık gibi indirgen bir madde yardımıyla suda çözünebilir hale getirilen bir boyarmadde sınıfına denir. 

Kükürt Boyar Maddelerin Özellikleri 

Suda çözünmeyen boyar maddelerdir. Kükürt boyar madde sodyum sülfür (Na2S) ile suda çözünür hâle getirilir. Boyama işleminden sonra potasyum bikromat (K2Cr2O7) veya hidrojen peroksit (H2O2) gibi yüksek oksijen ihtiva eden yükseltgen maddelerle yükseltgenerek boyar madde lif içinde suda çözünmez hâle getirilir. 

Selüloz ile Boyar Madde Arasındaki Bağlar 

Kükürt boyar maddeler selülozik elyaf ile hidrojen bağları ve van der waals kuvvetleri ile bağlanır. 

Boyar Maddenin Yapısı 

Yapılarında kükürt atomları bulunan ve normal olarak sodyum sülfürlü çözeltide boyama yapan boyar madde sınıfıdır. Kükürt boyar maddeleri ilk kez 1879 yılında yapılmış ve pamuk keten için kullanılmıştır. Normal suda çözünmeyen kükürt boyar madde; çözünür indirgenmiş formda sodyumsülfür çözeltisiyle kumaşa aktarılan ve bunu izleyen bir oksidasyonla lif üzerinde tekrar çözünürlüğü olmayan hale getirilmesi şeklinde bir yöntemle uygulanan boyar madde olarak tanımlanabilir. Kesikli ve kesiksiz boyama prosesleri uygulanabilir. Ancak, kesikli uygulamalar, çok daha fazla önem taşır. Hâkî, lacivert, kahverengi ve siyah gibi koyu ve mat renklerde daha çok kullanılır. Yaş, ter ve ışık haslıkları iyidir. Isı ve kimyasal madde dayanımları genellikle ılımlıdır. Ucuz olması da önemli avantajlarındandır. Klor haslıkları genellikle kötüdür. Uzun süre depolamada kumaşın mukavemetini düşürür, renk nüansları değişebilir. Parlak renkleri yoktur. 

Boyar Maddenin Çeşitleri ve Boyama Yöntemleri 

Kükürt boyar maddeler üç grupta incelenebilir: Suda çözünmez kükürt boyar maddeler, Suda çözünür kükürt boyar maddeler, Küp kükürt boyar maddeler. 

Suda Çözünmez Yapıdaki Normal Kükürt Boyar Maddeler 

Suda az çözünür, selüloza afinitesi yoktur. İndirgenerek çözünür duruma getirilir. İndirgeme işlemi bazik ortamda ve büyük çoğunlukla sodyum sülfür (Na2S) kullanılarak yapılır. Halk arasında zırnık olarak da bilinir. İndirgenmiş hâldeki kükürt boyar maddenin selüloz liflerine afinitesi fazladır, düzgün boyama eldesi için dikkat edilmesi gerekir. Boyama; yüksek sıcaklıkta, bazik ortamda, tuz niceliği fazla ortamda yapılır. Bu gruptaki kükürt boyar maddeler, yapı olarak çektirme yöntemiyle (overflow, jet) boyamaya daha uygundur. Kükürt boyar maddenin çözünür durumda kalması için banyonun sıcak tutulması gerekir. Ancak sıcaklık arttıkça boyar madde alımı da artacaktır. Bu nedenle emdirme yönteminde özellikle açık renklerde kumaşın başı ile sonu arasında ton farkı olur. 

Suda Çözünebilir Hâle Getirilmiş Kükürt Boyar Maddeleri 

İndirgenen kükürt boyar maddelerinin tiyosülfatlama işlemine tabi tutulması ile suda çözünen ve normal şartlarda oksitlenmeyen forma getirilmiş kükürt boyar maddeleridir. Bu hâliyle boyar maddenin afinitesi yoktur, ancak suda çözünür. Bu özellikleri nedeniyle bu gruptaki kükürt boyar maddeler, diskontinü ve kontinü boyama yöntemlerine daha uygundur. 

Kükürt-Küp Boyar Maddeleri 

Kükürt ve küp boyar maddeleri arasında yer alan boyar madde sınıfıdır. Küp boyar maddelerine nazaran daha ucuzdur. İyi ışık ve yıkama haslıklarına rağmen klor haslıkları kötüdür, kolaylıkla indirgenebilir. Bunlarla boyamada nişasta apresi uygulanmasından kaçınılır. Bu gruptaki boyar maddeler kontinü ve diskontinü boyama yöntemlerine uygundur. 

Kükürt Boyar Maddeler ile Boyama 

Boyar Maddenin İndirgenmesi ve Yükseltgenmesi 

İndirgeme işlemi; bazik ortamda ve büyük çoğunlukla Na2S (zırnık) kullanılarak yapılır. İndirgemede kullanılan zırnık miktarı boyar maddeler arasında değişiklik gösterir. Genel olarak boyar maddenin 1-3 katı kadar Na2S kristali kullanılır. İndirgeme işlemi sırasında üretici firmanın önerdiği Na2S miktarına dikkat etmek gerekir. İndirgeme sırasında gereğinden fazla Na2S kullanıldığında aşırı indirgeme meydana gelir. Aşırı indirgenen boyar madde ile boyama gerçekleşmeyecek olduğundan yeterince Na2S kullanmak gerekir. Suda çözünür hâle getirilmiş kükürt boyar maddeler, ön indirgemesi yapılmış veya tamamen indirgenmiş şekilde bulunur. Kükürt boyar maddelerinin suda çözünür hâle getirilmesi işlemi, bazik ortamda indirgenmiş olan boyar maddenin bir tiyosülfatlama işlemine tabi tutulmasıyla gerçekleştirilir. Bu madde herhangi bir indirgen maddeye ihtiyaç göstermeksizin suda rahat çözünür. Ancak selüloz liflerine afiniteleri yoktur. 

Yükseltgeme (oksidasyon) işlemi: Hava ile bol soğuk su ve ılık yıkama ile gerçekleştirilir. Ancak renk tonlarını tam vermediği için önerilmez. Hidrojen peroksit ile canlı renk tonları elde edilir. Ancak yaş haslıkları düşüktür. Oluşan renk tonunun tekrar edilebilmesi zordur. Asetik asitli ortamlarda renk tonları donuklaşmakla birlikte yaş haslıkları ve tekrar edilebilme artar. Sodyum perborat ile canlı renk tonları elde edilir. Ancak yaş haslıkları biraz düşüktür. En iyi sonuçlar, potasyum bikromatla elde edilir. Ancak bunlar da çevre açısından sakıncalıdır. Bu nedenlerle günümüzde; hidrojen peroksit, sodyum bikromat, sodyum klorit, sodyum iyodat, bunların karışımları veya özel oksidasyon maddeleri kullanılır. Asidik ortamda yapılan oksidasyon işlemi 70°C’de, alkali ortamda oksidasyon ise 40°C’de yapılır. 

Boyama Diyagramı 

Pamuklu materyal, kükürt boyar maddelerle, çektirme yöntemine göre çeşitli boyama grafiklero ile boyanabilir. Pamuklu materyal (Örnek olarak denim kumaş verilmiştir.) kükürt boyar maddelerle,emdirme yöntemine göre çeşitli diyagrama göre gibi boyanabilir. 

Banyonun pH’ı 

Boyama banyosunun pH’ı 10 olmalıdır. Oksidasyon işlemi alkali (pH 10) veya asidik (pH 4–5) ortamda yapılır. Oksidasyon işlemi için kontinü sistemlerde 4–5 pH tercih edilir. 

Kullanılan Kimyasallar ve Görevleri 

Zırnık (sodyum sülfür): Boyar maddenin çözünmesini sağlar. Redüksiyon malzemesi: Boyar maddenin indirgenerek suda çözünür hâle gelmesini sağlar. 

Soda: Flotteyi stabilize eder ve kalsiyum tuzlarının çökmesini engeller. 

Tuz: Boyar maddenin çektirilmesini sağlar, alınmayı hızlandırır. 

İyon tutucu: Çözünmüş metal iyonlarını ve sudaki metal iyonlarını bağlar. 

Islatıcı: Nonyonik ıslatıcılar boyar madde verimini olumsuz etkilediği için anyonik ve köpüksüz ıslatıcılar tercih edilmelidir. 

Boyama Banyosu Kontrolleri ve Numune Alma 

Boyama banyosu kontrolünün amacı; inkişaf öncesi ve sonrası boya banyosunun renk veriminin nasıl olduğunu ölçmektir. İnkişaf öncesi ve sonrası boyama banyosu kontrol edilir. Boyamanın başında, ortasında ve sonunda boya flottesinden numune alınarak boya konsantrasyonu bulunur. Spektrofotometre ile çözelti içinde % boyar madde konsantrasyon miktarı bulunur. Boyama süresince konsantrasyon artan azalan şekilde değişecektir. Boyamanın başında, ortasında ve sonunda normal boya flottesi ve inkişaf flottelerinden birer litre numune alınır. Boyama süresinin ortasında ve sonunda alınan numuneler ile laboratuvarda boyama yapılır. Yapılan boyamanın sonuçları, daha önce yapılmış laboratuvar çalışmasıyla karşılaştırılır. Sonuçlar bire bir aynı ise işleme devam edilir. Boyama sonuçlarına göre boyama süresince renk verimliliğinin ne şekilde değiştiği, gri skala ya da spektrofotometre ile ölçülür. Boyama işlemi sonunda, rengin istenildiği gibi olup olmadığını kontrol etmek için boyanan materyalden numune alarak daha önce yapılmış çalışmaların sonuçlarıyla karşılaştırmak gerekir. 

Boyama Sonrası Ard İşlemler 

Kükürt boyar maddeleri ile boyama işlemi sonunda fazla flottenin uzaklaştırılması gerekir. Yoksa life nüfuz etmeyen boyar maddeler oksitlenerek life mekanik olarak tutunur. Bu da sürtme haslıklarının düşmesine ve boyamanın metalik bir görünüş kazanmasına neden olur. Bu olaya bronzlaşma denir. İstenilen bir özellik değildir. Kükürt boyar maddelerle yapılan boyamalarda, materyalin depolanması esnasında ısı ve nem etkisi ile bir kısım boyar madde kükürdünün sülfürik aside dönüşmesi sonucu materyal zarar görür. Bunu önlemek için soda gibi bazik maddelerle ard işlem yapılır. Bu, oluşan sülfürik asidi nötrleştirir.