Asit Boyar Maddeler ile Boyama

HT Kumaş Boyama Makinesi 

Asit boyarmadde (Alm. Säurefarbstoff, Fr. colorant acide, İng. acid dyestuff), protein ve poliamid liflerinin boyanmasında ve baskısında kullanılan, boyama işlemi kuvvetli asidik ortamdan nötr ortama kadar değişen pH 3-7 aralığında yapılan, suda çözünen bir anyonik boyarmadde grubudur. 

Poliamid lifinin boyanması ile ilgili temel bilgiler 

Poliamid lifleri hidrofob yapıda olduğundan bu lifin boyanmasında öncelikle yine hidrofob yapıdaki dispers boyar maddeleri denenmiştir. Dispers boyar maddeleri poliamidi iyi örtme özelliğine sahip olmasının yanında koyu renklerde yaş haslıkları düşüktür. Bu durum kaliteli boyama sonuçları için istenmeyen bir durumdur. Bunun önüne geçmek için iyi yaş haslığına sahip suda çözünen boyar maddeler ile çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalar sonunda poliamidin yapısı proteine benzediğinden yünü boyayan boyar maddelerle boyanabileceği düşülmüştür. Poliamid lifi; normal koşullarda %4 higroskopik nem içerir. Anorganik asitlere karşı dayanıksızdır, soğukta bile zarar görür. Bazlara karşı oldukça dayanıklıdır, derişik bazlardan yüksek sıcaklıklarda zarar görür. Güneş ışığına karşı dayanıksızdır. Poliamidin boyanmasında karşılaşılan en önemli sorun; çizgili, yollu boyamadır. Bu sorun, barre-efekti olarak adlandırılır. Çizgili boyama, poliamid elyafını meydana getiren makromoleküllerin düzgünsüzlüğünden kaynaklanmaktadır. Dispers boyar maddelerle yapılan boyamalarda bu boyar maddenin poliamidi iyi örtme özelliğinden dolayı çizgili boyamaya rastlanmaz. Ancak asit boyar maddelerle ve metal kompleks boyar maddelerle yapılan boyamalarda bu ayrıntıya dikkat edilmesi gerekir. Çünkü bu boyar maddelerin örtme özelliği dispers boyar maddeler gibi iyi değildir. Poliamid lifleri normal atmosfer basıncında 98 °C'de boyanabilir. HT şartlarında yapılan boyama işlemlerinde poliamid üzerinde iyi boyama sonuçları alınmıştır. 100 °C'nin üzerinde ve basınç altında yapılan boyamalarda liflerin şişmesinin daha iyi olmasının yanında boyar madde moleküllerinin migrasyon yetenekleri artmakta ve bu şekilde boyar madde moleküllerinin daha zor nüfuz edilebilir bölgelere ulaşabilmesi kısmen mümkün olabilmektedir. 

Poliamid liflerinin kritik sıcaklık noktasının belirlenmesi: Bilindiği gibi sentetik lifler, üretildikleri firmalara göre yapısında farklılıklar gösterebilir. Boyama özellikleri açısından bakıldığında bu faklılıklar düzgün boyama açısından önem taşır. Çeşitli firmalar tarafından üretilen poliamid liflerinin doygunluk değeri ve boyar maddeyi çekim durumları farklılık gösterir. Düzgün boyama için işlem yapılacak poliamidin özellikle kritik sıcaklık noktasının bilinmesi gerekir. Çünkü poliamid liflerinin üretildikleri firmalara göre kritik sıcaklık noktası farklılık gösterebilir. Kritik sıcaklık noktası boyamanın hızlı olduğu sıcaklık aralığıdır. Bu noktada boyar maddenin çekimi sıcaklık, pH ve yardımcı maddelerle kontrol altına alınarak hızlı alınma önlenir. 

Asit Boyar Maddeleri 

Protein ve poliamid, lifleri asidik ortamda boyadığı için bu adı almış boyar maddelerdir. Molekülünde azo grubu içeren bir renkli kısım yanında anyonik bir grup bulunur. Suda çözünen anyonik boyar maddelerdir. Asit boyar maddeler poliamide asidik ortamda bağlanır. Bu boyar maddelerin önemli bir özelliği de yün ve poliamidi boyama koşullarının aynı olmasıdır. Yün boyamaya göre önemli farklılık yün ağırlığının %30’u kadar asit boyar maddeyi alıp bağlayabilirken poliamid lifleri ancak ağırlıklarının %1–5’i kadar asit boyar maddesini bağlayabilmektedir. İki lif arasındaki doygunluk değerinin farklılığı, amino grup sayısını yüne nazaran poliamid liflerde daha az olmasıdır. Poliamidin boyanmasında monosülfonat (büyük moleküllü boyar maddeler) ve disülfonat (küçük moleküllü boyar maddeler) tipi asit boyar maddeler kullanılır. Molekülünde bir tane sülfonat grubu bulunan boyar maddelere molekülü monosülfonat tipi boyar maddeler, iki tane sülfonat grubu bulunan boyar maddelere disülfonat tipi boyar maddeler denir. Boyama esnasında monosülfonat tipi boyar madde poliamidin bir amino grubunu işgal ederken disülfonat tipi boyar maddeler ise iki amino grubunu işgal edecektir. Dolayısıyla disülfonat tipi boyar maddelerle daha az sayıda amino grubu doldurulacak ve elyafa bağlanan boyar madde miktarı daha az olacaktır. Bu nedenle koyu renklerin boyanmasında monosülfonat tipi boyar maddeler tercih edilir. Boyar madde molekülleri ne kadar büyükse poliamide afinitesi o kadar fazla olur. Bu nedenle kombinasyon boyamalarda büyük ve küçük moleküllü boyar maddelerle boyama yapılırsa afinite farklılığından dolayı çekim sorunları yaşanabilir. Çünkü afinitesi fazla olan büyük moleküllüler küçük moleküllerin çekim hızlarını düşüreceğinden ve küçük moleküllüler banyoda kalacağından istenen renk tutmaz. Düzgün boyama için banyoya egalize maddesi ilave edilirse elyafa önce bu madde bağlanır, boyar maddenin çekimini geciktirir böylece küçük ve büyük moleküllü boyar maddeler yavaş ve düzgün olarak çekilir. Düzgün ve tekrarlanabilir boyama sonuçları için büyük moleküllü boyar maddelerle küçük moleküllü boyar maddelerin kombinasyonundan kaçınmak gerekir. Boyar madde üretici firmaları, poliamid boyacılığında kullanılan asit boyar maddelerin hangileri olduğunu ve birbirleriyle kombine edilebilecek asit boyar maddeleri kataloglarında belirtmişlerdir. 

Avantaj ve Dezavantajları 

Avantajları: Ucuzdur. Işık haslıkları iyidir. Canlı ve parlak renkler elde edilir. 

Dezavantajları: Yıkama haslıkları bazı tiplerinde iyi değildir. Kuru temizleme haslıkları kötüdür. Ter haslıkları düşüktür. 

Sınıflandırılması 

Asit boyar madde moleküllerinin büyüklükleri poliamid liflerine bağlanış şekilleri bakımından kendi aralarında farklılıklar gösterir. Bu nedenle boyar madde molekülleri arasındaki farklılıklar, boyama şartlarına ve düzgün boyamayı elde etme etkisine göre üç ayrı gruba ayrılır. Nötr veya hafif asidik ortamda boyayan asit boyar maddeleri, Orta kuvvette asidik ortamda boyayan asit boyar maddeleri, Kuvvetli asidik ortamda boyayan asit boyar maddeleri (Egalize asit boyar maddeleri) 

Kuvvetli Asidik Ortamda Boyayan Asit Boyar Maddeler 

Bu boyar maddelere egalize asit boyar maddeleri de denir. Egalize asit boyar maddelerinin poliamid liflerine afiniteleri çok iyi değildir. Bu boyar maddelerle özellikle kaynama sıcaklığındaki boyama esnasında migrasyon yetenekleri çok iyi olduğundan düzgün boyamalar elde edilir. Asidik ortamın ayarlanmasında poliamid lifinin sülfürik asitten bozunmasından dolayı formik asit kullanılır. Bu nedenle bu boyar maddelerle poliamidin boyanması esasında orta kuvvetli asidik ortamda yapılır. Yüksek ışık haslıklarına sahiptir. Molekül yapıları küçük olduğundan yaş haslıkları düşüktür. Taninleme işlemi ile yaş haslıkları artırılabilir. Asit boyar maddelerle poliamidin boyanması, yün lifinin boyanmasıyla benzer şartlarda yapılır. Ancak önemli bir nokta yün lifinin kuvvetli asit boyar maddeleri ile boyanması lif yapısı açısından herhangi bir tehlike teşkil etmez. Yün lifi, kuvvetli asidik ortamda boyayan egalize asit boyar maddeleriyle pH 2–3 arasında boyanır. Asidik ortamı sağlamak için sülfürik asit kullanılır. Poliamidin boyanmasında sülfürik asit bu lifin bozunmasına neden olduğu için kullanılmaz. Bu nedenle egalize asit boyar maddeleri ile poliamid elyafı pH 3–4 arasında formik asit ile boyanır. Egalize asit boyar maddeleri poliamid lifindeki az sayıda amino grubuna bağlandığından koyu ton boyamalarda tercih edilmez. Migrasyon yetenekleri çok iyi olduğundan çizgili (barre-tesiri) boyama vermemesi nedeniyle açık ton boyamalarda kullanılır. Yaş haslıkları iyi olmadığı için açık ve orta ton renklerin boyanmasında iyi sonuçlar verir. Koyu tonların boyanmasında tercih edilmez. 

Orta Kuvvetle Asidik Ortamda Boyayan Asit Boyar Maddeler 

Bu boyar maddelerin egalize asit boyar maddelerine göre poliamid lifine afiniteleri biraz daha iyidir. Migrasyon yetenekleri ise düşüktür. Bunun için bu boyar maddelerle yapılan boyamalarda sonradan düzgünleştirme zordur. Boyar maddenin başlangıçtan itibaren düzgün bir şekilde alınması gerekir. Küçük moleküllü boyar madde olduğundan yaş haslıkları düşüktür. Koyu ton boyamalarda tercih edilmez. Asetik asit ile boyama ortamı pH 4–5 arasında olacak şekilde sağlanır. pH boyama esnasında değişimini engellemek için sodyum asetat gibi tamponlayıcı maddeler kullanılır. Açık ton boyamalarda çizgisiz boyamalar elde edilir. 

Zayıf Asidik veya Nötr Ortamda Boyayan Asit Boyar Maddeler 

Çok parlak renklere ve oldukça geniş boya gamına sahip asit boyar maddelerdir. Özellikle çok parlak ve özel renkler için kullanılır. Bu boyar maddeler, diğer asit boyar madde sınıflarına göre poliamid elyafına yüksek afinite gösterir. Migrasyon yetenekleri oldukça düşük olan bu boyar maddelerle yapılan boyamalarda sonradan düzgünleştirme zordur. Molekül yapıları, orta kuvvette boyayan asit boyar maddelere göre daha büyük olduğundan iyi yaş haslıklarına sahiptir. Bu boyar maddeler koyu ton boyamalarda tercih edilir. Çünkü düzgün alınmanın zorluğundan dolayı açık veya orta tonlarda çizgili boyama riski vardır. Açık veya orta ton boyamalar yapılacaksa özel yardımcı maddelerle çizgili efektin önüne geçilebilir. Zayıf asidik ortamda boyayan boyar maddelerin poliamid lifine yüksek afinitesinden dolayı boyama başlangıcından itibaren düzgün boyar madde alınması gerekir. Boyama işlemi pH 5–6,5 aralığında yapılır. pH ayarı asetik asit ve tamponlayıcı madde ilavesi yapılır. Boyamanın düzgün yapılabilmesi için ortamın asitliği, sıcaklığın yükselişi önemlidir. PH 5 seviyesinde sıcaklığın yükselmesiyle boyar maddenin alınma hızı artar. Bunun için boyamaya pH 6 seviyesinde başlanmalı ve sıcaklık kaynama derecesine kadar yavaş yavaş artırılmalıdır. Boyama pH’ı için asetik asit banyoya 80 C’de dozajlanarak verilmelidir. Asetik asit boyar maddenin life çekim hızını artıracağından banyoya kontrollü verilmelidir. 

Asit Boyar Maddelerle Poliamidin Boyanması 

Boyama işleminin yapılışı 

Mamul soğukta banyoya alınır ve sıcaklık 40 °C’ye getirilir. Bu sıcaklıkta egalize maddesi, barre efektini önleyici madde ve tamponlayıcı madde ilave edilir. pH 6’ya ayarlanır. Boyar madde düzgün bir şekilde çözündürüldükten sonra dozajlanarak banyoya ilave edilir. Boyar madde ilavesinden sonra sıcaklık artışı dakikada 1 °C olacak şekilde 80 °C’ye çıkılır. Sıcaklık çıkış zamanına dikkat edilmelidir. 80 °C’de asetik asit ile pH 5’e ayarlanır. Asetik asit ilavesi dozajlanarak yapılmalıdır. Aksi durumda boyar madde life hızla çekeceğinden düzgünsüz boyamaya neden olabilir. 1 °C/dk. sıcaklık artışı ile 105 °C’ye çıkılarak burada boyar madde konsantrasyonuna göre 45-60 dakika çalışılır. Boyama sonunda sıcaklık azalışı 1 °C/dk. olacak şekilde banyo sıcaklığı 80 °C’ye soğutulur. Soğutma esnasında zamana mutlaka uyulmalıdır. Hızlı soğutma yapılırsa mamulde kırıklar oluşabilir. Bu sıcaklıkta numune alınır ve istenen renkten farklı ise boya banyosu 40 °C’ye getirilerek gerekli boyar madde ilavesi yapılıp boyama süreci yeniden tekrarlanır. 

Ard işlemler 

Boyama sonrası soğuk durulama işlemine geçilir. Daha sonra rengin koyuluğuna göre 40 °C'de bir ya da iki kez durulama yapılır. 

Boyamada kullanılan kimyasal maddelerin görevleri 

Egalizatör: Egalize maddesi, düzgün boyamayı sağlamak için kullanılır. Anyonik egalize maddelerinin poliamid lifine afinitesi fazla ve boyar maddeye göre daha küçük moleküllü olduğundan liflerin kolay nüfuz edilebilen yerlerine daha önce girerek boyar maddenin bağlanacağı kısımları kısmen bloke eder. Kolay nüfuz edilen yerlerin egalize maddesi ile bloke edilmesiyle birlikte boyar madde, daha zor nüfuz edilen kısımlara gidecektir. Zamanla egalize maddesi yerini boyar madde moleküllerine bırakmakta ve bu kısımlara boyar madde molekülleri bağlanmaktadır. Egalize maddesinin kullanımı, renk derinliği ile ters orantılıdır. Açık renklerde verilen miktar daha fazladır. % 0,5–2 arasındaki oranlarda renk derinliğine göre banyoya ilave edilir. 

Barre-efekti önleyici madde: Çizgili boyamayı önleyebilmek için banyoya fenol, benzil alkol cinsi barre - efektini önleyici maddeler ilave edilir. Isıtma aşamasında boyar maddenin çekimini yavaşlatarak düzgün boyamaya yardımcı olan bu maddeler, liflerin iyi bir şekilde şişmesini sağlayıp boyar maddenin nüfuzunu kolaylaştırarak asit boyar maddesinin örtme özelliğini geliştirir. Bu maddenin kullanımı, renk derinliği ile ters orantılıdır. Açık renklerde verilen miktar daha fazladır. % 0,5–3 arasındaki oranlarda renk derinliğine göre banyoya ilave edilir. 

Asetik asit: Boyama pH’ı ayarlamak için kullanılır. Boyar maddenin life çekiş hızını artırır. Bu maddenin banyoya mutlaka kontrollü verilmesi gerekir. Son zamanlarda poliamid liflerin boyanmasında asit yerine organik asit verici maddeler kullanılmaya başlanmıştır. Bu maddeler, boya banyosunu boyama esnasında nötral ortamdan sıcaklığa bağlı olarak yavaş yavaş asidik ortama doğru çeviren yardımcı maddelerdir. Boyama banyosunun pH’ının elde edilen boyama üzerinde büyük önemi vardır. Bunun için banyonun pH’ı başlangıçtan itibaren iyi ayarlanmalı ve boyama süresince değişiklikler dikkatli bir şekilde kontrol edilmelidir. pH’ın başlangıçtan itibaren kontrol edilmesi ve boyamanın istenen pH’ta yapılması boyamanın tekrarlanması açısından önemlidir. 

Tamponlayıcı madde: Polyamidin asit boyar maddelerle boyanmasında pH’ın sabit olması oldukça önem taşır. Bunun için boyama pH’ını istenen seviyede tutmak için tamponlayıcı madde kullanılır. Amonyum asetat ve amonyum sülfat gibi tamponlayıcı maddeler kullanılır.