Selüloziklerin Reaktif Boyar Maddeler ile Boyanması

Reaktif Boyar Maddelerin Özellikleri 

Reaktif boyar maddeler diğer bütün boyar maddelerden farklı olarak lif makro molekülleriyle reaksiyona girebilen ve liflere gerçek kovalent bağlarla bağlanabilen boyar maddelerdir. Direkt boyar maddeler gibi yüksek ölçüde suda çözünen anyonik boyar maddelerdir. Pamuklu mamullerin boyanmasında kullanılan, istenen haslıkları yeterli şekilde veren ve en yaygın olarak kullanılan boyar madde çeşididir. 

Reaktif boyar maddelerin avantajları: 

Parlak renkleri ile geniş renk paleti, koyu renkler, mükemmel yaş haslıklar ve normal boyama cihazlarında uygulanabilen basitleştirilmiş boyama yöntemidir. 

Reaktif boyar maddelerin dezavantajları: 

Klor haslığı düşüktür. Bazik ortamda reaktif grubun hidroliz tehlikesi vardır. Boyama sonrası yıkama işlemlerinde su, enerji tüketimi ve harcanan zaman fazladır. 

Boyar Maddenin Yapısı 

Bir reaktif boyar maddede dört grup bulunur. 

Çözünürlük sağlayan grup (S): Bu grup boyar maddenin suda çözünmesini sağlar. 
Kromofor grup (Renk verici) (C): Boyar madde molekülüne renklilik veren grup. 

Köprü grubu (Reaktif grubu taşıyan kısım) (B): Moleküldeki renkli grup ile reaktif grubu birbirine bağlayan -NH, -CO, -SO2 gibi gruplardır. 

Reaktif grup (R): Lifteki fonksiyonel grup ile kovalent bağ yapan gruptur. Lif ile ilişkiye girerek lif-boyar madde arasında kovalent bağ oluşturur. 

Selüloz ile Boyar Madde Arasındaki Bağlar 

Reaktif boyar maddenin yapısındaki reaktif grup (R) lif ile ilişkiye girerek lif ve boyar madde arasında kovalent bağ oluşturur. Bu bağlar lif ile boyar madde arasında oluşabilecek en kuvvetli bağlardır. Bunların koparılması ancak molekülde bir yapı bozulması ile sağlanır. Bir reaktif grup selülozun -OH (hidroksil) gruplarıyla reaksiyona girerek kovalent bağ oluşturur. Reaktif boyar maddelerle boyamada ortamın bazik olması gerekir. Bunun nedeni; Selülozun bazik ortamda reaksiyona girme isteğinin fazla olmasıdır. Kovalent bağ oluşumu sırasında açığa çıkan HCI'yi (hidrojen klorür) nötrleştirerek onun liflere zarar vermesini engellemektir. Reaktif boyar maddelerle boyama sırasında, boyar maddenin reaktif grubu (R), yalnız selüloz makro moleküllerinin -OH gruplarıyla değil, aynı zamanda suyun -OH gruplarıyla da tepkimeye girer. Buna hidroliz denir. Hidroliz istenmeyen bir durumdur. Hidrolize uğrayan boyar madde, lif ile reaksiyona girme isteğini kaybeder ve boyama verimi düşer. Hidroliz olan boyar madde, liflerin yüzeyine mekanik olarak tutunarak özellikle boyamanın yaş haslıklarının düşmesine neden olur. Reaktif boyar maddenin hidrolizi engellenemez. Boyar maddenin lifler tarafından bir an önce alınması sağlanarak mümkün derece düşük tutulmaya çalışılır. Hidroliz olan boyar madde miktarı % 15-40 arasında değişir. Sıcaklık, bazik ortam ve yüksek flotte oranı hidrolizin artmasına etki eden faktörlerdir. Bu nedenle düşük flotte oranında çalışılarak baz flotteye en son dozajlanarak verilir. 

Reaktif Boyar Maddelerin Sınıflandırılması 

Reaktif boyar maddeler, reaksiyon hızları farklılıklarına göre sınıflandırılır. Reaktif grubun reaktifliğine göre üç grupta incelenir: 

Soğukta boyayan (yüksek reaktifliğe sahip) boyar maddeler, 

Ilıkta boyayan (orta derecede reaktifliğe sahip) boyar maddeler, 

Sıcakta boyayan (az reaktifliğe sahip) boyar maddeler, 

Soğukta Boyayan (Yüksek Reaktifliğe Sahip - IK) Boyar Maddeler 

Bu boyar maddeler yüksek reaktiflik derecesine sahip oldukları için soğukta (20–40 °C) boyanabilmektedir. Bu boyar maddelerle boyamanın avantajları: Daha hızlı boyama yapmak mümkündür. Daha az kimyasal madde ve enerji tüketilir. Yüksek boyar madde verimi sağlanır. Tekrarlanabilirlik özelliği iyidir. Düşük substantiviteleri nedeni ile boyama sonrası yıkanmaları kolaydır. 

Ilıkta Boyayan (Orta Derecede Reaktifliğe Sahip - IW) Boyar Maddeler 

Bu grup artık yaygın değildir. Genel olarak soğuk grup içinde değerlendirilir. 

Sıcakta Boyayan (Az Reaktifliğe Sahip - IN) Boyar Maddeler 

Bu sınıf boyar maddelerin reaktiflikleri oldukça zayıftır. Bu nedenle boyama sıcaklığını yükseltmek (60-80 °C) ve alkali miktarını artırmak gerekir. Böylece aktivite sağlanır. Boyama sıcaklığının yüksekliği nedeniyle çok düzgün boyama sonuçları elde edilir. Bu sınıf boyar maddelerin nüfuz etme yetenekleri mükemmeldir. Hidroliz tehlikesinin az olması ve daha iyi sonuçların eldesi bu boyar maddelerin en büyük avantajıdır. 

Çektirme Yöntemine Göre Boyama 

Bu yöntemde substantifliği fazla olan boyar maddeler seçilir. Çünkü boyama banyosunda fazla boyar maddenin kalmaması istenir. Fakat substantifliği fazla olan boyar maddelerin kullanılması hâlinde hidroliz tehlikesi fazla olacağından boyar maddenin verimi düşecektir. Bunun için alınması gereken önlemler: Boyama banyosunu mümkün olduğu kadar kısa tutmak, Boyama banyosuna mümkün olduğu kadar geç, porsiyonlar hâlinde baz eklemek, Bu yönteme göre reaktif boyar madde üç adımda incelenebilir. Boyar maddenin lif üzerine alınması, boyar maddenin life fiksesi ve hidrolize uğramış fakat fikse olmamış boyar maddelerin liften ard işlemlerle uzaklaştırılmasıdır. Reaktif boyar maddelerle çektirme yöntemine göre boyama, sıcaklığın esas alındığı çektirme yöntemleri ve yardımcı maddelerin ilave ediliş şekillerinin esas alındığı çektirme yöntemleri olarak aşağıdaki gruplarda incelenebilir: 

Sıcaklığın esas alındığı çektirme yöntemleri: 

Sabit sıcaklıkta boyama (izoterm yöntemi), 

Azalan sıcaklıkta boyama (cool down), 

Artan sıcaklıkta boyama. 

Yardımcı maddelerin ilave ediliş şekillerinin esas alındığı çektirme yöntemleri: 

İki adımlı yöntem, 

Baştan biraz alkali ilavesiyle boyama, 

All-in yöntemi, 

Emdirme Yöntemine Göre Boyama. 

Reaktif boyar maddeler ile çektirme yönteminde 1/5 - 1/30 gibi uzun banyo oranlarında çalışılırken emdirme yöntemine göre boyamalarda 1/1 - 1/0.5 gibi düşük banyo oranları kullanılmaktadır. Bu yöntem ile boyamada su, atık su, boyar madde, kimyasal madde tüketimi açısından önemli tasarruflar sağlanır. Reaktif boyar maddeler, yarı kesikli ve kesiksiz (kontinü) boyamalar için çok uygundur. Ancak substantifliğin mümkün derece az olması ve emdirme flottesinin yenilenmesi, düzgün boyamalar için önemlidir. Kontinü sistemler özellikle açık renkler için uygundur. Kumaşların emdirme yöntemine göre boyanmasında kullanılan en önemli makine fulardır. Fulardlanan kumaş fikse ve yıkama için tamamlayıcı bazı adımlardan geçer. Bu nedenle fulard boyar madde cinsine ve boyama yöntemine bağlı olarak daima başka makineler ile kombine edilerek kullanılır. 

Yarı kesikli yöntemler: 

Pad-batch (soğuk bekletme), 

Tek banyolu soğuk bekletme, 

İki banyolu soğuk bekletme, 

Pad-jig (fulard-jigger yöntemi), 

Pad-roll (sıcak bekletme), 

Kesiksiz (kontinü) yöntemler: 

Pad-steam (fulard-buhar yöntemi), 

Pad-dry (fulard-kurutma yöntemi), 

Pad-yaş fiksaj (bazik şok), 

Termofiksaj yöntemi. 

Reçete Tanzimi 

Reçete oluşturma, boya laboratuvarında işletme koşullarına göre yapılır. Reçete oluşturulurken boyanacak malzemenin, boyamada kullanılacak makinenin, boyar madde ve kimyasalların özellikleri dikkate alınır. İki şekilde reçete tanzimi yapılır. 

Tahminî Reçete ile İstenen Renk Bulunarak 

Elde edilmek istenen renk daha önce uygulanmamış ise o rengi verebilecek tahmini reçeteler oluşturulur. Burada laborantın tecrübesi önemli rol oynar. Laborant tahmini olarak birbirinden farklı reçeteler oluşturur ve mamul bu reçetelere göre boyanır. Boyama sonunda elde edilen renkler istenilen renk ile karşılaştırılır. İstenilen renk elde edilmiş ise o reçete kullanılır fakat istenilen renk elde edilmemiş ise denemelerden en yakın olan reçeteye göre bir dizi reçete daha oluşturularak istenilen renk elde edilmeye çalışılır. 

Hazır Reçete Kullanılarak 

Elde edilmek istenen renk daha önce çalışılmış ise arşiv taranarak reçetesi bulunur ve o reçeteye göre boyama yapılır. 

Reaktif Boyar Maddeler ile Boyama 

Reaktif boyar maddeler ile selülozik materyal farklı sıcaklıkta farklı diyagramlara göre boyanabilir. Banyonun pH'ı, Reaktif boyar maddeler ile boyamada en yaygın olarak sodyum karbonat (soda) kullanılmasına rağmen, sodyum bikarbonat ve sodyum hidroksit kullanımı da önemlidir. Bu üç madde, tek tek veya ikili karışımlar hâlinde pH 8–12 aralığında, tüm reaktif boyama metotlarında kullanılmaktadır. Yüksek saflıktaki sodyum karbonat tercih edilmektedir. 

Kullanılan Kimyasallar ve Görevleri 

Su: Boyama banyosunda kullanılacak işletme suyu yumuşak olmalı veya boya banyosu içine kompleks yapıcı maddeler konulmalıdır. 

Tuz: Tuz katkısı substantiviteyi artırır. Boyar madde moleküllerinin kumaşa yönlenmesini ve lif üzerinde homojen dağılımını sağlar. 

Soda: Boyar madde molekülleri ile lif arasında kovalent bağ oluşmasını sağlar. 

Islatıcı: Dispers özelliği olan ıslatıcı kullanımı boyama verimini artırır. 

Reaktif Boyar Maddenin Çözündürülmesi ve Boya Banyosunun Hazırlanması 

Genellikle boya banyoları otomatik olarak hazırlanmakta ve emdirme işlemi sırasında azalan flotteye dozaj pompaları yardımıyla ilave yapılabilmektedir. İlave tankı kullanılarak boyama sırasında kimyasallar flotteye eklenmektedir. Reaktif boyar maddeler, genellikle aşağıdaki iki teknikten biri ile çözündürülmektedir. Önce soğuk su ile pat hâline getirilip daha sonra istenilen sıcaklıktaki suyun eklenmesi ile çözündürülür. Toz boyar maddenin, kararlı bir akış ile yüksek süratte karıştırılmakta olan istenilen sıcaklıktaki suya eklenmesi ile çözündürülür. Yüksek reaktiviteye sahip reaktif boyar maddeler 50 - 60 °C’nin üzerindeki sıcaklığa ihtiyaç duymazlar. Düşük reaktiviteye sahip boyar maddeler ise 80 °C’lik bir çözünme sıcaklığına ihtiyaç duyarlar. 

Boyama Banyosu Kontrolleri ve Numune Alma 

Programlanan boyama makinelerinde işlem süresince sıcaklık, pH kontrolleri yapılmakta ve işlem basamakları takip edilmektedir. Programlar hafızada tutularak aynı ton boyamalarda tekrar edilebilirlik maksimum düzeyde tutulmaktadır. Numune kontrolü, emdirme yöntemiyle yapılan boyamalarda boyama sonunda çıkan kumaştan; çektirme yöntemiyle yapılan boyamalarda ise boyama sıcaklığı sonunda kazandaki kumaştan bir parça alınarak yapılır. Bu kumaşa gerekli durulamalar yapıldıktan sonra istenen renk bulunmuşsa boyama sonlandırılır. 

Boyama Sonrası Ard İşlemler 

Reaktif boyar maddeler ile boyama sonunda elyaf üzerinde bir miktar fikse olmamış boyar madde kalmaktadır. Yüksek haslık değerlerine ulaşabilmek için fikse olamamış boyar maddenin elyaf üzerinden uzaklaştırılması gerekir. Bu uzaklaştırma işlemi durulama ve sabunlama ile yapılmaktadır.