AkriLİk boyama 1 boyama mekanizmasi



Yüklə 34,23 Kb.
tarix14.05.2018
ölçüsü34,23 Kb.
#44154

AKRİLİK BOYAMA




1.1 BOYAMA MEKANİZMASI


  1. Boyanın lif yüzeyine adropsiyonu

  2. Yüzeyden içe doğru difüzyon

  3. Boya iyonları ile lif içindeki kısımlar arasındaki etkileşim

** 3.kısım boyama kinetiğine etkisi olmayan ve çok hızlı gerçekleşen bir olaydır.




  1. ADSORPSİYON

Akrilik elyafı suya batırıldığında “Zeta Potansiyel” adı verilen bir elektro kinetik potansiyel, elyaf yüzeyi ve su arasında oluşur. Zeta potansiyelin değeri (-44 mV) olarak bulunmuştur.

Boyadaki katyonlar, elyaf yüzeyine elektrostatik çekim kuvvetleri ile çekilirler. Boyanın banyodaki düşük konsantrasyonlarında, lif yavaş yavaş içerdiği negatif potansiyeli, boyanın lif yüzeyine tutunması ile kaybeder ve katyonları yüzeyinde tuttukça hafif pozitifleşmeye başlar. Yüzeyde birikmiş olan bu boya içeri doğru difüze olur ve elyaf yüzeyi yeniden negatifleşmeye başlar. Bu döngü bu şekilde devam eder.

Boya banyosunda boya konsantrasyonunun artması (zeta potansiyeli sıfırlamak için gereken boya miktarı açısından) potansiyeli hafif değiştirir. Bu da adsorplanmış olan boyanın her defasında aynı olduğunu gösterir. Boya alımı flotteden bağımsızdır: iyi oranlama, boyama hızı ve elyafın sıcaklığı. Flottenin pH değerine, akriliğin yapısına ve boyanın katyonikliğine (basicity) bağlıdır. Tg (glass transition temperature (104 C)) sıcaklığı altında gerçekleşen adsorplama işleminin Langmuir izotermini izlediği ortaya çıkarılmıştır.


  1. DİFÜZYON

Katyonik boyaların akriliğin içine difüzyonu komplike bir işlemdir; çünkü:


  1. Elyaf içine serbest bir halde difüze olan boya molekülünden çok, bu boya katyonlarının anyon kısımlara difüzyonu çok komplikedir (Any mathematical study of diffusion takes place into account only the dye molecules inside the fibre which have not interacted with dye sites and diffuses freely, while the diffusion of the cationc bound to the anionic sites is complicated).




  1. Pek çok akrilik uniform bir kesite sahip olmadığı için, dairesel model bazlı difüzyon kuralları uygulanamaz.

** Yapılan çalışmalar sonucunda boyanın penetrasyonunun buhar sıcaklığı (steam annealing temperature) ve işlem süresi arttıkça da arttığı görülmüştür. Isıtma işlemi esnasında polimerin baskı (tension) altında olmadığı durumda iç baskıların rahatladığı, hatta polimerin daha düşük enerji seviyeleri için kendini ayarlayabildiği tahmin ediliyor. Penetrasyonun banyodaki boya konsantrasyonu ve 3,5 – 5 arası olan pH a bağımlı olmadığı görülmüştür. Ayrıca penetrasyonun banyodaki tuz konsantrasyonu ve değişik iyonların da varlığından etkilenmediği görülmüştür. Sadece boyanın molekül yapısına bağlıdır.



Yüksek çekime (affinity) sahip olan boyalar düşük difüzyon katsayılarına, bununla beraber düşük afiniteye sahip olan boyalar yüksek difüzyon katsayılarına sahiptirler. Ayrıca küçük moleküllü boya, daha karmaşık ve büyük moleküllü bir boyadan daha kolay difüze olur.

  1. Boya katyonları ve lif içerisindeki anyonik kısımlar arasındaki fikse işlemi tuz köprülerine benzer bir yapıdaki bağlarla gerçekleşir. Bu oluşum, matematiksel olarak, iyon değişimi ile açıklanabilir.



BOYARMADDE KARAKTERİSTİKLERİ ve ELYAF SABİTLERİ





  • Boya Kazancı: Boya dengesi , son aşamadaki çekim

  • Boyama Hızı: Boyama süresi ve sıcaklık artış oranı

  • Sınırlama: Migrasyon, retarderin boya özellikleri ile yarışları, migrasyon arttırıcı malzemeler ve elektrolitler

  1. Doyma Değeri (Saturation Value) (SF): Boyanabilir olan herhangi bir akrilik, kendinde polimerize edilmiş ve sadece stokiyometrik olarak eşit miktarda katyonik boya ile bağ kurabilen anyonik kısımlara sahiptir. Saturasyon noktasını aşan boyalar, boya banyosunda kalır. SF nin gerçek değeri bize molekül ağırlığı 400 (malahit green kristali) olan, %100 saf boyanın yüzde kaçının bağlanabileceğini gösterir.


PxF
P: Mal ağırlığına göre boya yüzdesi

F: Boya sabiti

SF: akriliğin doyma noktası: Bu değer akrilik için sabittir ama bu noktaya ulaşabilecek boya miktarı boyadan boyaya değişir.

** SF değerinin biliniyor olması, bahsedilen elyafın bazı koyu tonlara boyanıp boyanamayacağını gösterir.


  1. Elyaf Boya Alma Hızı (V) : Elyaf boya alma hızı (V), akriliğin fiziksel yapısına bağlıdır ve akriliğin rölatif boyama hızını gösterir. Aşağıdaki prosedür bu değerin belirlenmesi için geçerlidir:


(V) Boya Alma Hızı: boya alma hızı bilinen bir elyaf, mesela Dralon (V= 1.7) ile boyama hızı bulunacak olan numune akrilik elyaf aynı anda boyanır. Boyama işlemi paralel olarak gerçekleştirilir. Astrazon Blue FFR 200 ve (pH= 4-5) için asetik asitle boyanmış tonlarla yüzde olarak hız tespit edilebilir. Eğer her iki elyaf da aynı tonda ise numunenin boya alma hızı, standartla aynıdır. Daha koyu bir tona sahip olması, standarttan daha yüksek bir boyama hızına sahip olduğunu; daha açık olması ise daha düşük bir değerde olduğunu gösterir. Boya alma hızı ile elde edilen bu bilgi boyama hızını kompanse edecek olan boyama başlangıç sıcaklığının belirlenmesi için önemlidir.


  1. Saturasyon Faktörü (F): Herbir boyarmaddenin fikse mekanizmasına göre herhangi bir elyaf tarafından alınabilecek maksimum boya miktarının tanımlanabilmesi için bir sabit gereklidir. Bu sabit, boya üreticisi tarafından verilir ve 0.15 ile 1.2 arasında değişir (ticari boyalar için). Ticari boyanın içindeki saf boyaya (E) ve molekül ağırlığına bağlıdır.


F= 400/(M*E)


  1. K Değeri: K değeri, katyonik bir boyanın diğer katyonik boyalarla kombine edildiğinde göstereceği davranışı belirleyen bir faktördür. En önemli faktörlerden biridir. Bazik boyalarla akrilik boyama işlemi yapılacaksa, katyonik boyaların kombinasyon içindeki davranışı ile ilgili bilgi edinmekte fayda vardır.

Bu bilgi ortalama bir fabrika laboratuarında veya kombinasyon faktörü veya K değeri ile verilebilir. Uyuşabilirliğe 1 – 5 arasında bir sayıda ve sarı – kırmızı ve mavi skala ile değer verilir. Bir boyanın uyuşma değeri, skaladaki standart ile beraber boyanma davranışı karşılaştırılarak saptanır.

  1. K değeri, farklı boyalar için 0.5 ile 5 arasında değişir.

  2. Benzer veya aynı K değerine sahip boyalar renk üzerinde her oranda çekilir.

  3. Daha düşük K değerine sahip boya, aynı kombinasyondaki ve yüksek K değerine sahip diğer boyadan öncelikli çekilir.

  4. Anyonik retarder kullanıldığında K değeri geçerli değildir.

  5. K değerleri boyama hızına bağlı değildir, sadece herhangi bir kombinasyondaki çekim önceliğini gösterir.

** K değeri; bu değeri kesin bilinen bir boya ile boyanmak ve karşılaştırılmak sureti ile saptanır.

1.2 DENGE KİNETİĞİ


Akrilik elyafının katyonik boyalarla boyanmasındaki denge kinetiği boya ile elyaf arasında iyon değişimi olduğu temeli üzerine kurulmuştur.


Reaksiyonlar Aşağıdaki Durumlarda Oluşur:

  1. Boya kısımları, asidik grup sayısına bağlıdır ve boya ile elyaf arasında etkileşim olabilmesi için ayrılabilir veya birleşebilirler.

  2. Boyanın etkileşim için ayrılmış olması ve

  3. Boyanın veya elyafın iyonizasyon derecesini etkileyen faktörler, boya alımını da etkiler.

Absorblanmış boya miktarı ile asidik grup sayısı arasında ortalama bir ilişki olduğu kabul edilir. Gerçi absorblanmış olan boyarmadde miktarı, tahmin edilen anyonik grup sayısından biraz fazladır. Bazı boyalar için, dengedeki afinite değerinin 14 Kcal / mol olduğu görülmüş; ki bu değer tahmin edilenden fazladır (bağlanmanın sadece iyonik tip olduğu düşünülürse). Bu, farklı kuvvetlerin de bu etkileşimde rol aldığını gösterir.


** Elektrolit konsantrasyonundaki artış, absorblanan boya miktarını düşürür. pH arttıkça, boya alımı da artar. Bu durum zayıf anyonik grupları içeren elyaflarda, daha kuvvetli anyonik grup içeren elyaflardan fazla görülür. Bu durumun sebebi; kuvvetli anyonik grupların ayrılmasına pH ın yükselmesinin hiçbir etkisi olmayışı, bunun yanında zayıf anyonik grupların daha kolay ayrılabilmesidir.


    1. BOYAMA TERMODİNAMİĞİ

Katyonik boyaların, boyanabilir temel PAN lifleri üzerindeki alım işlemi; substratın içindeki anyonik (SO3-, OSO3- , COO-) gruplarla, katyonik boya arasındaki iyon – iyon etkileşimi ve alışverişini baz alan absorbsiyon olarak görülen Langmiur adsorbsiyon mekanizmasını izler. Langmiur adsorbsiyon mekanizması, PAN liflerinin pratikteki boyamada çok önemli bir faktör olan doyma noktasına sahip olduğunu vurgular.

Katyonik boyalar, elyafın asidik gruplarına tuz olarak köprü kurarak bağlanırlar. Boya adsorpsiyonu substratın içinde özel asidik bölgelerde gerçekleşir. Boya alımının maksimum olması, lifin içindeki veya polimer zincirlerinin sonunda bağlı olan sülfonat ve sülfat gruplarına bağlıdır.

PAN elyafı tarafından adsorplanmış olan boya miktarının, substratın içinde bulunduğu düşünülen asidik gruptan daha fazla olduğu gözlenmiş. Bu durum, boyanın lif içinde bölünmüş olabileceği şeklinde açıklanmıştır.


    1. BOYA ALIMINI ETKİLEYEN FAKTÖRLER


GİRİŞ

Aktivasyon segmental atlama ve özellikle bir parçanın hareket edebilmesi için yeteri kadar büyük bir delik açılabilmesi için gerekli enerji olarak gösterilebilir. Bu enerjinin kohezyon enerjisinin bir fonksiyonu olduğu kabul edilir. Farklı içerikli bölgelere sahip akrilikler arasında yapılan değişik denemeler sonucunda, bölge içeriklerine bağlı olarak boyamanın da doğru orantılı olarak arttığı gözlenmiştir. Bundan difüzyon katsayısı da etkilenir.



Difüzyon katsayısı (Da) nın, d kalınlığındaki polimer molekül parçalarının ortalama relaxation süresi (t) ile bağıntılı olduğu ortaya çıkar.
D = f ( d2/t )
Aktivasyon enerjisinin Tg (104 C) nin üzerinde, düştüğü görülmüştür. Tg nin üzerindeki sıcaklıklarda segmental hareketlilik yüksektir, bu da boyanın daha hızlı difüzyonuna sebep olur. Bu teoriye göre Da nın kısım içeriğine ve tabii ki sıcaklığa bağlı olduğu söylenebilir. Segmental hızı arttıracak herhangi bir uygulamanın daha hızlı bir difüzyon sağlayacağı görülmektedir.
BOYA ALIMINI ETKİLEYEN FAKTÖRLER


  1. İmalat Şartları

  2. Elyaf Tipi

  3. Elyafa Uygulanan Ön İşlemler

  4. Kısım İçerikleri

  5. Yarılanma Süresi

  6. Sert Su Kullanımı

  7. Sıcaklık

  8. pH

  9. Elektrolitler

  10. Boyanın Yapısı ve Konsantrasyonu

  11. Migrasyon Özellikleri




  1. İmalat Şartları:

Elyaf yapısı, uygulanan çekim metodundan çok etkilenir. Elyaftaki boşluk sayısı aşağıda sırası verilen çekim metotlarına bağlıdır. Kuru Çekim < Islak Çekim (solvent içinde) < Islak Çekim (sulu çözeltide). Germe (streching) sonrası ısıtma işlemi, boşluk sayısını azaltır. Ko – monomerlerin ilavesi, elyaf yapısını açar ve Tg sıcaklığını düşürür. etkileşimi fazla bir yapıya sahip akriliği boyamak daha hızlıdır.


  1. Lif Tipi:

Farklı akrilik tiplerine verilen boyanın boyama hızı, boş kısımlar arasındaki karşılıklı elektrostatik tepkiler sayesinde artan, polimer segmentlerinin mobilitesini arttıracağından, anyonik kısımların da artmasını sağlar. Buna göre farklı lif çeşitleri için standart renk derinliği için denge tüketimi için gerekli olan geciktirici miktarı üzerinde çalışmalar yapılmıştır.


  1. Liflere Yapılan Ön İşlemler:

Boyama öncesi uygulanan Tg sıcaklığı üzerindeki buharla muamele işleminin penetrasyon hızını arttırdığı görülmüştür. Bu durum, iç streslerin rahatlaması ve polimer zincirlerinin daha alt bir enerji seviyesi için yeniden düzenlenmesi şeklinde açıklanabilir.


  1. Kısım (site) İçeriği:

Boya katyonları, lifin içerdiği anyonik kısımlara bağlanır. Kısım içeriğinin artması, lifin doyma değerini de arttırır. Ayrıca boyama hızını da arttırır. Boyama hızı, boya katyonları tarafından işgal edilmemiş olan, ulaşılabilir kısımlara bağlıdır. Boyama hızı, işgal edilmemiş – ulaşılamamış kısım sayısı arttıkça düşer. Kısım içeriklerinin artması ile lifin segmental mobilitesi artar ve dolayısıyla Da değeri de artmış olur.


  1. Kalınlığın Etkisi (Denye):

Boyarmaddenin lif tarafından absorbe edilme hızı, lifin yüzey alanıyla orantılı olarak değerlendirilir. Kalınlığı fazla ama aynı kiloda bir akrilik düşünülürse, bu daha az yüzey ve daha az boya absorbsiyonu anlamına gelir. Aslında, çevresi ve kristal yapısı aynı olan lifler için absorblanma hızı (boyanın) denyenin karesi ile ters orantılıdır.


  1. Yarılanma Süresi Etkisi (Half – Dyeing Time):

Yarılanma süresi, denyade lifin absorblaması gereken boyanın % 50 sini absorblaması için gereken süre demektir. Yarılanma süresi, genellikle banyodaki boya konsantrasyonu arttıkça, artar. Aynı yarılanma süresine sahip olan boyaların bir arada kullanılması önerilir.


  1. Sıcaklığın Etkisi:

Düşük sıcaklıklarda, akriliğin yapısı yoğundur. Bu yüzden bu yapı, akriliğin içerdiği atomların kendi dengeleri etrafında rahatça hareket etmelerini engeller. Sıcaklık arttıkça polimer zincirlerinin mobilitesi de artar. Tg sıcaklığına kadar polimerin kararlılığı sıcaklıkla doğru orantılı olarak artar. Polimer zincirlerinin mobilitelerinin artışının muhtemel iki sonucu vardır; boya kısımlarına ulaşabilmek kolaylaşır ve difüzyon kolaylaşır. Bu nedenle boya molekülünün difüzyonu da artar. Tg sıcaklığının üzerinde, hemen hemen tüm kısımlar ulaşılabilir olur ve değer doyma noktasına uyar. Boyama hızı ile ilgili olarak ilişki, K sabiti ile ifade edilir ve sıcaklık da;
E

Kt = Koe -

RT

E



Log Kt = log KO – 2.303

RT
Burada;

Kt= T sıcaklığındaki hız sabitidir.

R: gaz sabiti

KO: sabit

E: Aktivasyon enerjisi


E nin değeri 60 ile 80 kcal / mol arasında değişir. Yüksek aktivasyon enerjisi yüzünden pekçok katyonik boya için boyama hızı; 90 ile 98 C arasındaki herbir C lik artış için; % 30 artış gösterir. Bu yüzden de banyo sıcaklığının çok dikkatli ve hassas bir şekilde kontrol edilmesi şarttır.

Farklı akrilik cinslerinin, farklı fiziko kimya özelliklerinden dolayı, boya alma hızları da birbirinden farklıdır. Sıcaklığın, boyama açısından en önemli faktör olduğu ortaya çıkmıştır. Akrilik lifleri çok sıkı bir yapıya sahiptir, bu yüzden de düşük sıcaklıklarda boyanın içeri girmesi mümkün değildir. Lifin sıcaklığı arttıkça, polimer zincirinin mobilitesi , sitelerin ulaşılabilirlikleri ve difüzyon da artar.




  1. pH Etkisi:

Denge esnasında boya alımı, zayıf asidik gruplar içeren elyaflarda, pH tarafından çok etkilenir. Bunun yanında güçlü asidik gruplar içeren elyaflar pH tan daha az etkilenirler. pH ın etkisi, tarafların mücadelesi olarak tanımlanabilir. Hidrojen iyon konsantrasyonu arttıkça, boya katyonları ile mücadele eden katyonların sayısı da artar. Bu durumda boyama hızında düşüş gözlenir. Boya alımı esnasında denge durumunda bir yavaşlama (düşük pH larda), boyama yapılabilecek kısım sayılarını azaltır ve bağ kurulamaz. Boya alımı, boya banyosunun pH nın kontrolü ile sağlanır.

Katyonik boyalar daha yüksek pH larda stabil olamadığı için, boyamada pH ın 4 – 5.5 olması önerilir.



Boyama hızı, pH ın bu oranda artması ile artar. Bu artış sadece Courtelle LC için görülür, çünkü zayıf asidik gruplar taşır. Aynı zamanda hem zayıf, hem de güçlü asidik gruplar içeren Leacryl 16 için de geçerlidir. Boyama hızını kontrol etmek için pH ı kontrol sadece basit, eski akrilikler için başarılıdır.

Yüklə 34,23 Kb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©www.genderi.org 2022
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə