Metal Kompleks Boyarmaddelerle Protein Esaslı Lifleri Boyama

Protein lifi, kıl kökenli ve salgı kökenli olmak üzere iki ana grupta incelenir. Hayvansal lifin ana yapı maddesi proteindir. Kıl kökenli yünün ana yapı maddesi keratin, salgı kökenli olan ipek lifinin ise fibroin isimli proteindir. Yün ve ipek lifi, protein içerdiğinden boyanma açısından da benzerlik gösterir.

Metal kompleks boyarmaddesi (Alm. vormetallisierter Farbstoff; Metallkomplexfarbstoff, Fr. colorant au complexe métallique, colorant prémétallisé, İng. metal complex dyestuff; premetallised dyestuff), yün, poliamit ve deri boyamada kullanılan, molekül yapılarında kompleks bağlı krom, bakır, demir gibi metal iyonlarını merkez atomu olarak içeren bir anyonik boyarmadde sınıfına denir.

Metal Kompleks Boyar Maddelerinin Kullanım Yerleri

Metal kompleks boyar maddeleri, yün, ipek ve sentetik (özellikle poliamidler, akrilik lifler ve polyester) lifler için uygulanabilen bir çeşit asit boyar maddesi türüdür. En sık, yün ve poliamidde kullanılır. Yapak, tarama bandı, dokuma ve örgü ipliklerle kumaşların boyanmasında kullanılır.

Metal Kompleks Boyar Maddelerin Yapısı ve Özellikleri

Asıl renk veren maddenin yanı sıra, yapısında krom, nikel veya kobalt metallerinin bir veya daha fazla atomunu içeren oldukça büyük moleküllerden oluşur. İki esas tipi vardır: 1:1 metal kompleks boyar maddeleri: 1 metal iyonu, 1 boyar madde molekülüyle kompleks meydana getirir. 1:2 metal kompleks boyar maddeleri: 1 metal iyonu, 2 boyar madde molekülüyle kompleks meydana getirir. Boyar maddenin mamulün içine difüzyonu için birinci tipte kuvvetli asidik banyo, diğer tipte nötr banyo gerekir. Metal kompleks boyar maddeler liflere şu bağlarla bağlanır: Elektro statik bağlar, H köprüleri, Van der waals kuvvetleri, Koordinatif bağlar. Özellikleri: Yüksek derecede ışık, yaş ve ter haslıklarına sahip boyamalar elde edilir. Dinkleme ve asit dinkleme haslıkları, 1:1 metal komplekste çok iyi değildir. Düzgün bir boyama güçtür. Boyama şartlarının dikkatli uygulanması gerekir. Renkler iyidir, ancak, parlak mavi ve yeşiller elde edilemez. İstenilen renk tonunu tutturmak kolaydır.

Yünün 1:1 Metal Kompleks Boyar Maddeleri ile Boyanması

Bu tip boyar maddelerde boyar madde molekülü, bir metal iyonu ile (genellikle Cr3+, bir miktar Cu2+ ve Cu3+) kompleks hâlindedir. Cr3+ iyonun koordinasyon sayısı 6’dır ve bunun üçünü boyar madde anyonu doyurur. Geriye kalan üç koordinatif bağ ise, su ve yündeki serbest amino grupları ile doldurulur. Boyar madde kompleksinin liflere afinitesi fazla olduğundan ve life sağlam bağlarla bağlandığından sonradan düzgünleşmesi zordur. Bu nedenle boyar maddenin başlangıçtan düzgün alınması zorunludur. Düzgün alınma, boyar maddenin liflere afinitesinin en az olduğu kuvvetli asidik ortamda mümkündür. Düzgün alınmanın prensibi; boyar maddenin liflere (amonyum gruplarına) güçlü elektrostatik bağlarla bağlanmasını (Kuvvetli asidik ortamda lifteki amonyum grupları sayısı en fazladır) ve egalize boyar maddesi gibi davranmasını sağlamaktır. Boyama bittikten sonra durulama esnasında, amonyum grupları amino gruplarına dönüşür ve boyar maddenin koordinatif bağı da gerçekleşir. Flotte oranına ve mamul ağırlığına bağlı olarak sülfürik asit ilave edilerek pH 1,9 - 2,4'e ayarlanır. Kumaş ve iplik boyamada (Elyaf ve tops boyamada gerekmez.), boyama koyuluğuna göre % 5–10 kalsine sodyum sülfat ilavesi, düzgün boyama için gereklidir. Yünün 1:1 metal kompleks boyar madde ile boyanmasında kullanılan kimyasal maddeler ve görevleri aşağıda verilmiştir.

Su: Boyama banyosunda kullanılacak işletme suyu yumuşak (metal iyonlar içermeyen su) olmalı veya boya banyosu içine su sertliğini giderici maddeler konulmalıdır. Suya sertlik veren ağır metal iyonlar boyamayı olumsuz yönde etkiler.

Tuz: Düzgün alınma için gereklidir. Tops ve elyaf boyamada gerekmez, kumaş ve iplikte kullanılır.

Asit: pH'ı 2 civarına ayarlar (% 96’lık H2SO4 kullanılır.). Boyanın düzgün alınmasını sağlar. Renk yüzdesi arttıkça kullanılan miktar da artar.

Egalize maddesi: Egal (düzgün) boyamayı sağlar.

Yün koruyucu madde: Yünün işlem sırasında ısıdan ve mekanik hareketlerden zarar görmesini önler.

Boyar madde: İstenilen renk yüzdesi diğer kimyasalların miktarını da etkiler.

Köpük kesici: Banyoda köpük oluşumunu önler.

İpeğin 1:1 Metal Kompleks Boyar Maddeleri ile Boyanması

İpeğin enine kesiti iki kısımdan oluşur. Orta kısımda iki ayrı bezden salgılanan iki ayrı bölüm hâlinde fibroin maddesinden oluşmuş lif kısmı; dış kısımda ise hem iki bölümden oluşan fibroini birbirine yapıştıran hem de tüm lifi kaplayan serisin adı verilen yapışkan maddedir. Serisin, boyama işleminden önce pişirme işlemi ile ipek lifinin üzerinden uzaklaştırılır. Yünden farklı olarak ipek, kuvvetli asidik ortama ve ısıya dayanıksızdır. Kuvvetli asitlerin seyreltik çözeltilerinden etkilenmez ancak ısının yükselmesi ile yapısında bozulmalar meydana gelir. İpeğin 1:1 metal kompleks boyar madde ile boyanmasında kullanılan kimyasal maddeler şunlardır:

Tuz: Düzgün alınma için gereklidir.

Asit: pH 2 - 3,5 ayarlar. H2SO4 (sülfürik asit) kullanılır. Boyanın düzgün alınmasını sağlar.

Egalize maddesi: Egal (düzgün) boyamayı sağlar.

İpek koruyucu madde: İpeğin işlem sırasında ısıdan zarar görmesini önler.

Boyar madde: İstenilen renk yüzdesi diğer kimyasalların miktarını da etkiler.

Köpük kesici: Banyoda köpük oluşumunu önler.

Yünün 1:2 Metal Kompleks Boyar Maddeleri ile Boyanması

Bu boyar maddeler, haslık özelliklerini artırmak için iki boyar madde molekülüne bağlı bir metal (genellikle krom) molekülü içerir. Renkler, asit boyar maddeleri kadar parlak değildir. Bunlar; yün, ipek, naylon, akrilikler, modakrilikler ve vinilden türevi liflerde kullanılır. Bu lifler için genel olarak haslıkları hemen hemen aynıdır. 1:2 metal kompleks boyar maddeler bu lif karışımları için de kullanılır. 1:2 metal kompleks boyar maddelerinde, boyar madde molekülü çok büyüktür, bu nedenle migrasyon yetenekleri düşüktür. Boyama düzgünsüzlüğü fazladır. Bu yüzden açık ton boyamalarda pH artırılmalı, koyu tonlarda ise azaltılmalıdır. pH değeri artırıldığında boyar maddenin alınma hızı düşmektedir. 1:2 metal kompleks boyar maddeler dört gruba ayrılır: Suda çözünürlük sağlayıcı grup içermeyenler: Suda çözünmeyen 1:2 metal kompleks boyar maddeler ile yünü boyamak için önce boyalar dispersiyon hâline getirilir. Bu grup hafif anyonik karakterlidir. Abraj tehlikesine karşı, boyama banyosuna egalize maddesi (özellikle anyonaktif / noniyonik türde) eklenebilir. Bunlar, özellikle poliamid boyamada çok uygundur. Suda sınırlı çözünürlük sağlayıcı grup içerenler: Suda sınırlı çözünürlüğü olan 1:2 metal kompleks boyar maddeler anyonik boyar maddelerdir. Sınırlı çözünürlük sağlayan sülfonmetil, sülfonamid gibi gruplardır. En çok kullanılan metal kompleks boyar madde tipidir. Haslıkları çok iyidir. Molekülündeki Cr+3 iyonunun tüm koordinatif bağları kullanıldığından life koordinatif bağlarla bağlanmazlar. Boyar madde molekülleri life elektrostatik çekim kuvvetiyle bağlanır. Boyar maddenin lifler tarafından düzgün alınması çok önemlidir. Sonradan düzgünleştirme yapılamaz. 70 °C'den itibaren boyar madde çok hızlı alındığından temperatür mümkün derecede yavaş yükseltilmeli ve egalize maddesi (anyonaktif veya noniyonik) kullanılmalıdır. Nötr ortamda boyama pek uygulanmaz. Tuz ilavesi çok koyu tonlar dışında gerekmez. Egaliz maddesi kullanılması hâlinde de gerekmez. Banyonun ısıtılması çok düzgün yapılmalıdır. Suda çözünürlük sağlayıcı grup (sülfo grubu) içerenler: Suda çözünen 1:2 metal kompleks boyar maddeler ile boyama yönteminde suda çözünen ve sülfo grubu içeren 1:2 metal kompleks boyar maddeleri ile zayıf ve pH 3–7 gibi orta kuvvetteki asidik ortamda boyama yapılır. Düzgün boyama için genellikle noniyonik egalize maddeleri kullanılır. pH değeri küçüldükçe alınma arttığından ve boyar maddenin sonradan düzgünleşme özelliği kötü olduğundan boyamanın pH 5,5 – 6,5’te yapılması tavsiye edilir. Banyonun pH’ı amonyum asetat veya amonyum sülfat ile asetik asit, sodyum asetat ve asetik asit tamponları ile ayarlanır. Reaktif grup içerenler: Reaktif grup içeren 1:2 metal kompleks boyar maddeleri (monoazo grubu) yüksek haslıklara sahiptir. Boyama, zayıf asidik ortamda (pH 6 – 6,5) yapılır. Egaliz maddesi ilavesi düzgün boyama açısından önem taşır. Boyamaya 40 - 70 °C'de başlanır, kaynama temperatüründe devam edilir.

İpeğin 1:2 Metal Kompleks Boyar Maddeleri ile Boyanması

İpek lifi boyamasında yaygın olarak kullanılan boyar madde grubudur. Boyama özellikleri yündeki gibidir. İpek lifi, yüksek afinitesi nedeniyle 1:2 metal kompleks boyar maddelerini çok hızlı bir şekilde çeker. Bu nedenle boyamaya daha düşük temperatürde başlanır. Ön yıkaması yapılmış kumaşa sırasıyla aşağıdaki maddeler verilir: Yardımcı maddeler, Yün koruyucu, Köpük kesici, Sodyum sülfat, Egalize maddesi, Sodyum asetat / asetik asit tamponu.