İpek Kimyasal Bileşimi, Kimyasal Yapısı

İpek kumaşlar parlak ve gösterişlidir. 

İpeğin kimyasal bileşimi: İpek lifi, asıl lifi oluşturan protein olan fibroin ve birkaç ipek telinin bir arada tutulmasını sağlayan serisinden oluşur. İpek fibroini (fibroin) ve serisini (serisin) kimyasal olarak benzer bileşiklerdir ve her ikisi de protein grubundandır. Genel olarak proteinler çözünmez ve amfoterdir. Proteinler hem asitlerle hem de bazlarla birleşerek tuz oluştururlar. Ham ipeğin kimyasal bileşiminde % 2 oranında parafin (wax) de bulunur. Özellikle koza içerisindeki parafinin su itici madde olarak görev aldığı düşünülmektedir. Ayrıca bir miktar mineral madde de (% 1 oranında) ipek içerisinde bulunmaktadır. 

Serisin: Serisin soğuk suda çözünmeyen albuminoid bir proteindir. Diğer bütün proteinler gibi serisin de çeşitli aminoasitlere parçalanabilir. Bunlar arasından 12 tanesi ayrıştırılabilmiştir ve alanine, tyrosine, glycocoll, leucine bunlar içerisinde en bol bulunanlardır. Serisin için Grover tarafından verilen ampirik formül C15H25N5O8'dir. Mosher'e göre 2.5'den düşük pH'ı olan asit çözeltilerinde ve 9.5'dan yüksek pH'ı olan alkali çözeltilerinde tamamen çözünebilir. Shelton ve johnson Serisin A ve Serisin B adını verdikleri iki tür serisin proteini olduğunu keşfettiler. Serisin A nem çeken, çözünebilir ve plastikimsi bir maddedir. Serisin B ise daha sert, bükülmez, boynuzumsu bir maddedir. Serisin B yağlar ve parafinle (wax) boyama için mükemmel bir tampon çözelti oluşturur. Serisin B normal kaynama noktasının üzerinde bir sıcaklıkta suda devamlı ısıtılarak yada güçlü bir alkali etkisiyle serisin A'ya dönüştürülebilir. Ham ipekte bulunan serisin miktarı ipeğin cinsine, orijinine veya yetiştirildiği ülkeye göre yaklaşık % 15 ve 25 arasında değişir. İpeğe sert ve dayanıklı özellikleri bu madde kazandırır. Yumuşak bir lif olan ipek lifinin birçok üretim aşaması esnasında koruyucusu serisindir. Serisini yumuşatmak için farklı tip sabun ve yağlar emdirme çözeltilerine ilave edilir. Böylece ipeğin büküm işlemi sırasında büküm alan yumuşak bir iplik oluşturması sağlanır. 

Fibroin: Fibroin yün gibi amino asitlerden oluşmuştur. Yün ile karşılaştırıldığında; yün keratininde, kükürt içeren amino asitlerin varlığı özel karakteristiğini belirler. İpek fibroinin ana bileşenin glisin olduğu çeşitli amino asitlerden oluşmuştur. Ana bileşenler aşağıdaki gibidir (örnek olarak): 

Glisin % 43.8, 

Alanin % 26.4, 

Serin % 12.6, 

Tirosin % 10.6, 

Diğer amino asitler % 6.6, 

Toplam % 100.  

İpek lifinin yapısı ve moleküler analizi: İpek lifinde meydana gelen hasar ancak ipeğin kimyasal ve mikroskobik yapısı incelendiğinde detaylı olarak anlaşılabilir. Yün gibi ipek de protein yapıdadır. Bununla birlikte, yünden farklı olarak sadece sülfürsüz amino asitleri içerir. Doğal ipek iki çeşide ayrılır: Bombyx mori ve babani ipek. 

Mulberry cinsi ipek böcekleri dut ağacının yapraklarıyla beslenir. Ham ipek ipliğinin örneğin koza ipliğinin dışında ipek zamkı vardır. İçinde de tekstilde kullanılan fibroin vardır. Serisin fibroinden daha kırılgan ve daha az elastiktir. Fibroinin parlaklığını çevreler. Ham ipek ipliği (koza ipliği) mikroskop altında incelendiğinde zamkla kaplanmış ikili flamanların oluşturduğu bir yapı görülür. Zamk ayrılır ve fibroin flamanlarına düzensizce yapışır. Koza ipliği birçok yerinden bölünür. Zamksız ipek, zamklının tersine bağımsız, tekli flamanlardan oluşur. Uzunlamasına görünümleri düzgündür ve belirgin bir yapıları yoktur. Liflerin kalınlıkları farklıdır. Bazen ipek lifleri, ipeğin fibrilar yapısı hakkında fikir veren uzunlamasına düzenli çizgiler sergiler. Mulberry ipeğinde ipek zamkının oranı % 20-25'tir. Bazı istisnai durumlarda örneğin Thai ipeğinde bu oran % 38 gibi büyük bir değer olabilir. Zamk, kaynağına bağlı olarak altın sarısı, sarımsı, sarımsı kahverengi veya sarımsı yeşil gibi renklerde olabilir. Bazen beyaz da olabilir. Yabani ipeğin en iyi bilinen türü, Tussah ipek böcekleri, örneğin meşe yapraklarıyla beslenen Antheraea cinsi ipek böcekleri tarafından üretilen Tussah ipeğidir. Zamk çıkarıldıktan sonra bile kahverengidir. Bu yüzden boyanmadan önce hidrojen peroksitle ağartılması gerekmektedir. Bu kahverengi renk, fibroin flamanlarının içerdiği serisin miktarından kaynaklanıyor olabilir. Tussah ipeğinden çıkartılan zamk miktarı % 14-17 arasındadır. Mikroskop altında incelendiğinde Tussah ipeğinin farklı kalınlıklarda bantlı bir yapısının olduğu görülür. Liflerin fibrilar yapısında görülen dik çizgiler vardır. Mulberry ipeğiyle karşılaştırıldığında, Tussah ipek ipliklerinin daha yassı ve daha geniş olduğu görülür. Tipik Tussah ipeğinde yassı benekler vardır bu yüzden sıkıştırılmış benekli (squeezed spots) olarak adlandırılır. Kozada üst üste gelen iki ipek ipliğinin kesiştiği yerlerde oluşurlar. Tussah ipeğinin lif kesiti kama görünüşlü ve köşelidir. Uzunlamasına görünüşüne benzer olarak düz ve bantlı bir yapı gösterir. İkili liflerin bantlı yapısı Tussah ipeğine parlak bir görünüm kazandırır. 

Zamk çıkarma (degumming): İpek dokusunu daha yumuşak ve parlak hale getirmek için serisinin (yada yapışkan maddenin) boşaltım (discharging), soyma (stripping), ya da degumming denilen özel bir işlemden geçirilmesi gerekmektedir. Bu işlem esnasında ipek bir sabun çözeltisinde yaklaşık 205 F sıcaklıkta işlem görür ve bu bakımdan bu işlem temizleyici nitelik taşır. Başarılı bir temizleme işleminde sabun çözeltisi serisin ile şiddetli bir biçimde yüklenir ve bu solüsyon sonradan boya banyosunda tampon ajanı (ara ajan) olarak “boil-off liquor” (boil-off sıvısı) adı altında kullanılır. Bükülmüş ve ibrişim yapılmış ipeğin boil-off miktarı emdirme banyosunda sabunların ve yağların absorpsiyonundan dolayı ham ipeğe oranla daha fazladır. Boil-off miktarı ipeğin tipine göre % 18 ve 36 arasında değişir. Serisinin ipekten sıcak alkali banyosu ile ayrılması sonucunda, solüsyonun aktif alkali miktarı, alkalinin bileşimi belirsiz bir alkali-serisin bileşiği oluşturması nedeniyle, düşer. Bazı bilim adamları (Wolf ve Haugen) ipeğin degumming edilmesini kimyasal bir reaksiyon olarak nitelerler. Bunun nedeni sıcaklıktaki 10 °C'lik bir artışla, aktif alkalinin azalmasıyla, sabunla reaksiyon sonucu serbest oleik asit oluşumuyla ve sodyum karbonatla reaksiyona giren karbonik asidin serbest kalmasıyla, boil-off miktarının iki katından fazlasına çıkmasıdır. Serisin partikülünün solüsyona girdikten sonra sürekli olarak bozunması nedeniyle kimyasal reaksiyon oldukça komplikedir. Genel olarak, birçok araştırmalar sonucunda boil-off çözeltisinin pH değerinin 9.5 ve 10.5 arasında olması gerektiği ve 180 F'ın altındaki sıcaklıklarda çok az miktarda degumming işleminin gerçekleştiği görüldü. Bu bileşimdeki bir çözelti fibroin proteinine zarar vermeden ve bozundurmadan yapışkan maddeyi süratle uzaklaştırmak için yeterince etkili olacaktır. Wolf ve Haugen'in belittiğine göre degumming katsayısı (coefficient of degumming) sıcaklığa, su-ipek oranına, alkalinin özelliklerine ve karıştırılma derecesine bağlıdır. Normal kaynama noktasında ve sabit ağırlıkta 140 denye tüp şeklinde dokunmuş kumaş üzerinde, su-ipek oranı 100'e 1 iken yapılan küçük laboratuvar testlerinde çeşitli alkaliler için aşağıdaki katsayılar bulunmuştur. Bu değerlerin konsantrasyondan neredeyse bağımsız olduğu görülmüştür. Sabun çözeltileri için katsayının değeri sabunun normalitesi arttıkça azalır. Mulberry ipeğiyle karşılaştırıldığında Tussah ipeği alkalilere ve asitlere karşı daha dayanıklıdır. Bu yüzden zamk çıkarma (degumming) sırasında daha yüksek pH değerleri kullanılabilir. Zamk çıkarma (degumming) iyi bir boyama ve baskı yapabilmek için gerekli bir aşamadır. Zamk çıkarma işlemi geçmişte de günümüzde de pahalı bir yöntem olarak karşımıza çıkmaktadır. Eskiden sabun ve enzimler kullanılırdı. Sabunla zamk çıkarma işlemi kaynama noktası civarında, 3.5-4 saatlik az alkalinli sabun banyolarında uygulanır. Böylece serisinin ayrılması sağlanır. pH değeri 9-10'u aşmamalıdır. Yüksek pH değerleri zamk çıkarma işlemini hızlandırır fakat alkalinin fibroine zarar vermesine neden olabilir. Sentetik bir zamk çıkarma aracı (ajanı) olan Miltopan SE (Henkel)'le zamk çıkarma işlemi 40-60 dakika sürmektedir. Ürün, fibroin için lif koruyucu madde içermektedir. Bu yüzden sabunla zamk çıkarma işlemleri sırasında yüksek pH değerleri kullanılabilir. Miltopan SE zamk çıkarma işleminde kullanılırken lif koruyucu madde pH değerinin, alkalinin fibroine zarar vermesini engelleyerek 11-11.5'a çıkmasını sağlar. Bu avantıjlıdır çünkü sodyum karbonat yerine sabunla zamk çıkarmada kullanılması gereken sodyum hidroksitle pH değerleri ayarlanabilir. Eğer zamk çıkarma esnasında pH değerleri önceden belirlenen değerin üstüne çıkarsa, ipek kolayca zarar görebilir, çünkü eriyik çok alkalinlidir. Alkalinin verdiği zarar, ipekte sık görülen kimyasal hasarlardan biridir. 

EMDİRME BANYOLARI VE HAFİF RENK VERİCİLER (TINT): 

Ham ipek daha esnek, yumuşak, nem çeken ve kaygan bir malzeme elde etmek için iplik haline getirilmeden önce ıslatılır. Bunun yanında, bu emdirme işlemi sırasında ham ipeğin doğal asitliğinin nötralize edilmesi ve ipeğe farklı bir ton veya renk verilmesi söz konusudur. Ayrıca küf oluşumunu engellemek için mantar öldürücü madde de içermelidir. Modern bir ipek büküm verme tesisinde çeşitli büküm ve yapıdaki ipeklerin birbirinden ayrılması için emdirme banyosuna renk verici özelliği olan ve tamamen geçici nitelik taşıyan tint ilave edilmesi söz konusudur. Bu madde üretimin birçok safhasında (bükümün buharla sabitlenmesi de dahil) rengini muhafaza etmeli ve degumming banyosunda tamamen ipekten ayrıştırılmalıdır. 

PAULY AYIRACI İLE İPEĞİN KİMYASAL HASARININ TESPİTİ 

Yünde olduğu gibi, ipeğin kimyasal hasarının bulunmasında Pauly ayıracı kullanılabilir. Fakat hasarın ortaya çıkarılma işlemi zordur çünkü Pauly ayıracı ipekle birlikte ipek zamkını da oranj-kırmızıya boyar. Bu yüzden bu ayıraç sayesinde ipeğin zamksız olup olmadığı da anlaşılabilir. Eğer ipek ayıraç tarafından sarıya boyanmışsa bu ipeğin zamksız olduğu ve hasar görmediği anlamına gelir. Eğer ipek oranj-kırmızıya dönerse ipeğin zamksız olup olmadığı mikroskop altında incelenmelidir. Eğer ipekte zamk yoksa oranj-kırmızı renk ipeğin kimyasal hasarını gösterir. Zamklı Tussah ipeği Pauly ayıracı tarafından sarımsı kahverengi bir renge boyanır. Tussah ipeği ağartma işlemi sırasında hafif hasar görmüşse, ağartılmış ipek hafif oranja döner. Pauly ayıracı mekanik hasar görmüş ipeği kırmızıya boyar. Bu nedenlerden dolayı, ayıracın pratik bir uygulaması muhakkak bir deneyimi önceden varsayar, özellikle diazonbenzensulfonik asit kolayca ayrışır. Açığa çıkan ayrışma ürünleri zarar görmemiş ipek liflerini tamamen boyayabilir. Yanlış sonuçlar elde etmemek için, reaksiyon hızlı bir şekilde gerçekleştirilmeli, solüsyon buzla serin tutulmalı ve test edilecek numuneler reaksiyonun gerçekleşeceği solüsyon içerisinde 1-2 dakikadan fazla tutulmamalıdır çünkü yünün aksine ipekte kabuk tabakası bulunmaz, yalnızca bir fibroin tabakası bulunur. Eğer reaksiyon süresi uzun olursa, özellikle sıcaklık çok yüksekse, ayıraç sağlam ipeğin tabakalarına nüfuz eder ve fibril tabakasına girer. Elde edilen sonuç yetersizse, sağlam veya hasarlı olduğu bilinen ipek numunelerine paralel testlerin uygulanması tavsiye edilir. Bir değerlendirmeyi garantilemek için 10 nun üzerindeki pH değerlerinde sabunla zamksızlaştırma gibi karşılaştırmalı testler için hasarlı materyal üretilebilir. 

SERİSİN UZAKLAŞTIRMA PROSESİNİN KONTROLÜ (DEGUMMING PROSESİNİN KONTROLÜ): 

İpekte serisin uzaklaştırma prosesinin en güvenli yöntemi, artık zamk miktarının analitik kararlılğını kontrol etmektir. Bu amaçla, 10 gr civarında bir ipek örneği standar atmoferik koşullarda (20 °C'de ve % 65 bağıl nemde) kondisyonlandırılır ve bir terazide tartılır. Daha sonra örneğimiz 1:40-1:60 oranındaki likör solusyonunda aşağıda belirtildiği üzere optimum şartlarda serisin uzaklaştırması yapılır. 12 g/lt Miltopan SE maddesi ile 40 dakika 94 C'de işlem görür. Daha sonra örneğimiz sırasıyla sıcak ve soğuk suyla tatbik edilir, sentrefüjlenir, 105 C'de kurutulur ve tekrar standart atmoferik koşullarda tartılır. Ağırlık kaybının ağırlığa oranın yüzdesel ifadesi zamk içeriğini verir. Serisin uzaklaştırmayı kontrol etmenin hızlı bir yöntemide Neocarmin W ile lekeleme testidir. Ancak bu yöntem maalesef çok güvenilir değildir. Üreticinin verdiği özelliklere göre serisin uzaklaştırılması yapılmış dut ipeği altın sarısı renge bu boya ile boyanır. Ancak tecrübelerimiz gösterdi ki zamk, dut ipeğinin orijinine bağlı olarak maviye, kahverengine, menekşe rengine, kırmızımsı menekşe rengine dönüşür. Serisini uzaklaştırılmış ipek mavi menekşeye boyanır, ancak leklenme derinliği ham ipeğinki kadar olmaz. Substantiv kırmızı F3B boyar maddesi ile lekeleme testi daha iyi sonuçlar verir. İpek % 1'lik boya solusyonuna 1 dakikalığına daldırılır ve sonra durulanır. Zamklı ipek: kırmızı, Zamksız ipek: Boyasız. Tussah ipeğininde fibroin filamentler serisin ihtiva ettiklerinden beri, Neocarmin W ile lekelenme testindeki lekelenme etkisi güçlükle ölçülebilir. Bundan dolayı ham ipek siyaha boyanmış Tussah ipeği kadar iyi serisini uzaklaştırılır. Mikroskop altında serisini uzaklaştırılmış ipek ile ham ipek kolaylıkla ayırt edilebilir. İpek lifi Cuaxam çözeltisinin içerisine batırıldıktan sonra serisin hala çözünmez dururken, fibroinin yavaş yavaş çözündüğü görülür. Mikroskobik serisin uzaklaştırma kontrolü için diğer bir yöntemde yüzey baskılarının preprasyonudur. 

İPEK LİFLERİNİN KİMYASAL ÖZELLİKLERİ: 

İpek salgı ürünü bir protein olup, peptid bağları ile bağlanmış amino karboksilli asitlerin kompleks bileşiklerinden oluşmuştur. Fibroin makromoleküllerinde bulunan diaminomonokarboksilli asitlerin ve monoamino-dikarboksilli asitlerin varlığı yüzünden, ipek lifleri serbest bazik amino gruplar kadar, karboksilli asit grupları da içerir. Bunun sonucu olarak, ipek lifleri daha önce de belirtildiği gibi amfoterik karaktere sahip olup, asit ve bazların her ikisi ile de birleşebilir. Dissosiye olmuş bir durumda, ipek fibroininde negatif yüklü karboksil iyonları ve pozitif yüklü amonyum iyonları mevcuttur. İsoiyonik nokta (pH 5) ya da isoiyonik bölgede (pH 4.1-5) her iki grup da aynı miktarda bulunur. Bu bölgede, çift iç tuz yapısı nedeniyle maksimum stabilitededir. Şişme kabiliyeti ve kimyasal reaktivite minimumdur. 

Suyun ipek liflerine etkisi: 

İpek lifleri oldukça hidrofil bir yapıya sahiptir. Kolayca ıslanır. Yüksek absorbe yeteneği nedeniyle sert sularla yapılan işlemlerde çok çabuk sertleşir. Serisini uzaklaştırılmış ipek lifleri, % 100 relatif nem içeren ortamda % 30-35, % 65 relatif nem içeren ortamda % 11 nem içerir. Yaş kopma dayanımı,kuru kopma dayanımından daha düşüktür. 

Asitlerin ipek liflerine etkisi: 

Genel olarak ipek lifleri asitlere karşı nispeten yüksek bir dayanıklılığa sahiptir. Ancak bu dayanım yüne nazaran çok kısıtlıdır. Sülfürik asit, hidroklorik asit gibi anorganik asitlerin derişik çözeltileri, ipek liflerinin hidrolize olarak çözünmesine yol açmaktadır. Organik asitler çok derişik olmadıkları takdirde,soğukta ipek liflerine zarar vermemektedir. 

Bazların ipek liflerine etkisi: 

İpek lifleri yün lifleri kadar fazla olmasa da, bazlara karşı hassas ve oldukça dayanıksız liflerdir. Seyreltik ve soğuk baz çözeltilerinde ipek zarar görmez. Derişik kuvvetli bazlarla uzun süre muamele edildiğinde ve seyreltik bazlarla yüksek sıcaklıklarda işlem gördüğünde, peptid bağlarının kopması nedeniyle hızla zara görür. 

Tuzların ipek liflerine etkisi: 

İpek tuz çözeltilerinde,tuzları kolaylıkla absorbe eder ve şişer. Metalik tuzları absorbe etmesi ipeğin ağırlaştırılması (şarjı) açısından önemlidir. Alüminyum, demir, kalay tuzları ipeğin sağlamlığını azaltır. Sodyum klorür gibi diğer birçok tuz, çözelti halinde ipek liflerine etki etmezler. Fakat, lif üzerinde kurudukları zaman, uzun süre depolanması halinde life zarar verirler. 

Yükseltgen maddelerin ipek liflerine etkisi: 

Sodyum hipokloritin ipeğe önemli ölçüde zarar vermesi nedeniyle, ipek liflerinin ağartılmasında hidrojen peroksit daha yaygındır. 

Isının ipek liflerine etkisi: 

İpek lifleri, ısıya karşı kimyasal davranış bakımından yüne benzemekle birlikte,yüksek sıcaklıklarda,yapısı bozulmadan, yünden daha fazla dayanır. 140 C'ye kadar ısıtıldığında etkilenmez. Bu sıcaklığın üzerinde kısa sürelerle durması ipeğe pek zarar vermezken, süre uzadıkça renk bozulur ve liflerin dayanımı düşer. 170-175 C'de ipek çok çabuk dekompoze olur. 

Işığın ipek liflerine etkisi: 

Güneş ışınlarının ipek liflerine uzun süreli etkisi dayanımının büyük ölçüde düşmesine yol açar. Bu düşme bakır,demir iyonları ve anorganik asitlerin (özellikle hidroklorik asit) varlığında çok hızlıdır.