Katyonik Boyar Maddeler ile Poliakrilonitrilin Boyanması

HT Boyama Makinesi 

Poliakrilonitril lifleri, ilk olarak 1950 yılında orlon adı ile kesiksiz elyaf hâlinde; 1952 yılında ise yine orlon adı ile kesikli elyaf hâlinde piyasaya çıkmıştır. Poliakrilonitril lifleri petrol sanayi ürünü olan akrilonitril polimerinin organik bir çözücüde polimerizasyonu ile kuru ve yaş eğirme yöntemlerine göre üretilir. Poliakrilonitril lifleri, sentetik lifler içinde yüne çok benzeyen ve yün taklidi mamuller içinde en fazla kullanılanıdır. Dünya sentetik lif üretiminde önemli bir paya sahip olan poliakrilonitril lifleri, ülkemizde de önemli düzeyde üretilmektedir. Poliakrilonitril lifleri, sıcak banyoda yumuşar ve termoplastik yapıdadır. Bu liflerin boyanması yüksek sıcaklıklarda yapıldığından boyama esnasına lifler yumuşak hâldedir. Bu nedenle banyonun ısıtma ve soğutma hızına dikkat edilmelidir. Hızla soğutulan malda hiç geçmeyen kırışıklıklar oluşabilir. Bunun için soğutma esnasında banyo sirkülasyonu ve mal hareketi devam etmelidir. Akrilik lifleri 120 °C üzerinde kısalır ve buruşur. Yaş işlemlerde çalışma sıcaklıklarına dikkat edilmelidir. 

Katyonik Boyar Maddeler 

Katyonik boyar maddeler, poliakrilonitrilin boyanmasında en önemli boyar maddedir. Poliakrilonitril lifi üretimi esnasında yapısına eklenen komonomerden dolayı banyoda anyonik yapıya sahiptir. Poliakrilonitril lifinin anyonik uçlarına katyonik boyar madde bağlanabilir. Katyonik boyar maddelerin akrilik lif üzerindeki ışık ve yaş haslıkları mükemmeldir. Yaş haslıklarının iyi olması, boyar madde ile lif arasındaki bağların dayanıklı olmasından kaynaklanır. Işık haslıklarının mükemmel oluşu ise boyar madde ile lif arasındaki bağın iyonik karakterde olması ve akrilik lifin hidrofob karakterinden dolayı solmaya neden olan nem ve oksijeni bünyesinde barındırmamasındandır. Katyonik boyar maddelerle boyamada düşük konsantrasyonlarda bile renk şiddeti iyidir. Buna bağlı olarak elde edilen renk parlaktır ve maliyet düşüktür. Poliakrilonitril lifi 75 °C'ye kadar boyar maddeyi hiç çekmez, bu sıcaklıktan sonra ani bir çekim olur. Katyonik boyar maddelerin migrasyon yetenekleri olmadığından ani çekimden dolayı düzgün olmayan boyama oluşur. Bunun için boyar maddenin belli sıcaklıktan sonra ani çekiminden kaynaklanan boyama düzgünsüzlüğünü ortadan kaldırmak için boyar maddenin life çekişini kontrol altında tutmak gerekir. Düzgün boyama yapılabilmesi için retarder yöntemi veya 80-90 °C arasında sıcaklık ayarı ile akrilik lifleri katyonik boyar maddelerle boyanır. 

Retarder 

Retarderler, katyoniklerin poliakrilonitril liflerine çekilme hızını frenleyen, düzenleyen yardımcı maddedir. Katyonik anyonik ya da nonyonik yapıda olabilir. Günümüzde en çok kullanılan retarder, katyonik retarderdir. Ancak bununla beraber bazı firmalar, anyonik retarderler üretmiş ve buna uygun boyama yöntemleri geliştirmişlerdir. 

Anyonik retarder: Anyonik retarder, banyoda katyonik boyar madde ile dayanıksız bir kompleks oluşturur. Anyonik retarderin akrilik lifine karşı afinitesi olmadığı için oluşan bu kompleks life bağlanamaz. Banyoda ısının yükselmesi ile kompleks parçalanır böylece boyar madde life gitmeye başlar. 

Katyonik retarder: Katyonik retarderler, renksiz bir boya gibi davranıp liflere girer. Boyar madde katyonu ile rekabet eder. Geciktirici etkileri pH ve sıcaklığa bağlıdır. Banyonun asidik olması gerekir. Banyo, zayıf asidik veya kuvvetli asidik olabilir. pH 4,6’nın altında H iyonu, liflerdeki serbest sülfo gruplarını doyurur; boyar madde çekimini geciktirir. Çekim, genellikle retardersiz banyoda 85 °C'de retarderli banyoda 95 °C'de başlar. 

Katyonik Boyar Maddelerle Akriliklerin Boyanmasında Temel Bilgiler 

Katyonik boyar maddelerle akrilik liflerin boyanmasında lif üzerinde sınırlı sayıda (-) yüklü merkez olduğundan boyar madde moleküllerinin bağlanabileceği grup sayısı sınırlıdır. Bu sınıra lifin doyma değeri denir ve "S" ile gösterilir. Lif, doyma değerinin üzerinde boyar madde alamaz. Boyar maddenin liflere çekilme derecesi vardır ki buna boyar maddenin doyurma derecesi denir ve "f" ile gösterilir. Boyama reçetesi hazırlanırken boyanacak lif türüne uygun olup olmadığının belirlenmesi için "S" ve "f" faktörlerine dikkat edilir. Akrilik lifinin doyma derecesi, bu lifi üreten firmaya göre farklılık gösterebilir. Bunun için boyanacak lifin üretici firması ve doyma faktörünün bilinmesi gerekir. Katyonik boyar maddelerin doyurma faktörleri üretici firmaların kataloglarında belirtilmiştir. Bu verilere göre hazırlanmış reçetedeki boyar maddenin % değerlerinin o boyar maddenin f faktörleriyle çarpımlarının toplamı alınır. Alınan toplamın boyanacak materyalin S değerinden küçük ya da eşit olması durumunda o elyaf verilen reçete ile boyanabilir. 

f =Boyar maddenin doyurma derecesi. 

S = Elyafın doyma değeri. 

Liflerin doygunluk değerini aşacak şekilde bir reçete ile boyama yapılması durumunda yavaş çekilen boyar maddenin liflere adsorpsiyonu zorlaşır. Çünkü önce çekilen lifi bloke eder ve ortaya ton farkı çıkar. Kombinasyon boyamalarda reçete hazırlarken boyar maddelerin adsorpsiyon kat sayısı dikkate alınacak önemli noktalardan biridir. Adsorpsiyon kat sayısını üretici firmalar değişik adlarla gösterse de genel olarak K denmektedir. K değeri reçete oluştururken homojen boyama ve istenen renk tonu için önemlidir. K değerleri, üretici firma kataloglarında 1-5 olarak değerlendirilmiştir. K değeri yükseldikçe boyar maddenin afinitesi düşer. Üçlü kombinasyonlarda boyar maddeler arası ancak 0,5 K farkına izin verilebilir. K değerinin istenen orandan daha fazla olması durumunda boyar maddeler arası afinite farkından dolayı ton farkı gibi istenmeyen boyama sonuçları ortaya çıkar. Bazı üretici firmalar, retarderlerine K değeri vermektedir. Boyar maddenin K değerinde olduğu gibi bu değer yüksek ise retarderin life afinitesi düşüktür. Retarderin boyama esnasında boyar maddenin life çekişini kontrol etmesi açısından afinitesi düşük olan retarderin afinitesi düşük boyar madde ile kullanılması; afinitesi yüksek olan retarderin afinitesi yüksek boyar madde ile kullanılması uygun olur. Bunun için reçete oluştururken retarder ve boyar maddenin üretici firma kataloglarından K değerlerine göre seçim yapılması düzgün boyama için önemlidir. 

Retarder ile Poliakrilonitrilin Boyanması 

Poliakrilonitril lifinin boyanması, 87-92 °C aralığında çok hassastır. Bu aralık, boyar madde moleküllerinin lif içine en fazla girdiği sıcaklıktır. Bu sıcaklık aralığı birkaç dakikada geçilirse boyar madde moleküllerinin bir anda liflere hücum etme durumu ortaya çıkar ki bu da abrajlı boyamaya yol açabilir. Bunun için bu sıcaklık aralığında banyonun sıcaklık artış hızını yavaş bir şekilde yapmak gerekir. Bundan dolayı 87-92 °C'deki hassas sıcaklık aralığında 15–20 dakika çalışmak, boyamanın düzgünlüğü açısından önemli bir noktadır. Boyama sonunda soğutma işlemi yavaş ve dikkatli yapılmalıdır. Aksi takdirde materyalin tuşesi değişir. Düzgün olmayan soğutma, kalıcı kırışıklıklara sebebiyet verebilir. Boyama sonunda renk kontrolü yapılır. Eğer istenen renk tutturulmamışsa eklenecek boyar madde miktarları tespit edilir. Banyo sıcaklığı 75–85 C arasına indirildikten sonra gerekli boyar madde ilavesi yapılır ve yavaş bir şekilde kaynama sıcaklığına çıkılarak 20 dakika çalışılır. Boyama sonrası kurutma işlemi 70–80 °C'de yapılır. Poliakrilonitrilin cinsine göre yüksek sıcaklıklarda yapılan kurutmada lifler yumuşar. Yüksek sıcaklıklarda renginde değişim olabilir. 

HT Boyama Yöntemi 

Katyonik boyar maddelerin zayıf migrasyon yeteneği akrilik elyafının düzgünsüz boyanmasına neden olabilir. Bu olumsuzluğun önüne geçebilmek için 100 °C üzerinde yapılan boyamalarda boyar maddenin migrasyon yeteneği önemli derecede artmaktadır. Ayrıca 100 °C üzerinde boyar maddenin liflere kısa sürede girmesi, boyamada zamandan tasarruf sağlar. Yüksek sıcaklıklarda akrilik lifinin tuşesinde bozulmalar oluşmasından dolayı boyama sıcaklığının üzerine çıkılmaması gerekir. Bunun için 106 °C civarında çalışılır. HT yöntemi, akriliğin boyanmasında retarder kullanılmadan da boyama yapılabilir. Retarder, maliyeti açısından avantajdır. Retardersiz boyamalarda boyar maddenin elyafa düzgün bir şekilde çekişi sıcaklık ile kontrol edileceğinden sıcaklığı çok yavaş yükseltmek suretiyle düzgün boyamalar yapılmaya çalışılır. Bu durumda daha uzun boyama sürelerinin ortaya çıkmasından dolayı retarderli boyama tercih edilir. Sıcaklığın boya banyosunun her yerinde aynı olması gerekir. Retardersiz boyamalarda retarderli boyamalara göre düzgün boyama elde etmek daha zordur. 

Katyonik Boyar Maddelerle Kontinü Boyama Yöntemi 

Akrilik mamullerin kontinü boyama yöntemi, çektirme yöntemi kadar yaygın değildir. Akriliğin boyanmasında düzgün boyar madde alımı emdirme yönteminde çektirmeye göre oldukça zordur. Kontinü yöntemle akrilik materyalin boyanması high-bulk iplik ve tow iplik hâlinde yapılmaktadır. İşlemin esası fularlama ile emdirilen boyar maddenin çeşitli yöntemlerle fiksesine dayanır. 

Anyonik egalize maddesi, boyar madde ile bir kompleks bileşik oluşturmak ve karışımdaki boyar maddelerin afinitelerinin farklılığından kaynaklanan düzgünsüz boyamayı önlemek için kullanılır. Non-iyonik dispersiyon maddesi, oluşturulan kompleksi aynı formda tutmak için kullanılır. Boyar madde çözücü, boyar madenin çözünmesine yardımcı olur. Asetik asit veya formik asit ile birlikte kullanılır. Kıvamlaştırıcı, fularlamadan sonra kumaş üzerindeki boyar maddenin akışkanlığını düzenleyerek boyar maddenin akmasını önler. Yumuşatıcı, kontinü boyamada materyalin tuşesinde oluşabilecek istenmeyen sertliği önlemek için kullanılır. Kullanılan yumuşatıcının boyama düzgünlüğünü hiçbir şekilde etkilememesi gerekir.