Gerçek Zamanlı İzleme Sistemi İle Pamuk Lifinin Reaktif Boyalar İle Boyanmasının Optimizasyonu

Abstract

Boyama endüstrisinin çevresel etkileri hakkındaki artan bilinçlenme ve endişeler, artan enerji, işçilik, su ve yardımcı kimyasal maliyetlerinin yanı sıra renklenmiş atık suların işlenmesi ile ilgili maliyetler, boyanın life alınımını etkileyen tüm faktörlerin (flotte oranı, sıcaklık, tuz konsantrasyonu, pH ve uygulanan boyanın tipi) optimizasyonunu ve kontrolünü gerekli kılmaktadir. Bunlar, boyanmış ürünün rengini ve düzgün bir renklendirme işlemi yapılmasını etkileyen en önemli faktörlerdir. Boya banyosunu izleme teknolojileri, boyama işlemini kontrol etmek için kullanılmaktadır. Bu teknolojilerin kullanımı, boyama işleminin optimize edilmesini, daha iyi ürün kalitesini, hataların belirlenmesini ve çevreye verilen zararın azatılmasını sağlar. Optimize edilmiş boyama işlemlerinin kullanılmasının getirdiği ekonomik avantajlar, günümüzün rekabetçi piyasa koşulları açısından oldukça önemli hale gelmiştir. Boyama işlemini en iyi şekilde kontrol etmek için, boya reçetesindeki her bir boyanın boya alma eğrisi çok önemli bir bilgidir. Bu bilgi, boyama işlemlerini optimize etmek için bir çok önemli faktörün değerlendirilmesinde kullanılabilir. Önemli bir parametre olan boyaların birbirleri ile olan uyumu da bu metod ile test edilebilir. Her bir boyama parametresinin boyamadaki rolünü izah etmek için birçok çalışma yapılmasına rağmen, karışım reçetesindeki her bir boyanın gerçek zamanlı boya alma profilini araştırmak son yıllarda olası hale gelmiştir. Bu çalışmada, pamuklu kumaşın ticari bir trikromatik (üç renkli) reaktif boya reçetesi kullanılarak ve boyama parametreleri değiştirilerek boyanmasını incelemek için gerçek zamanlı izleme cihazı kullanılmıştır. Bu parametrelerdeki değişimlerin her bir boyanın boya alma ve fikse olma özelliklerine olan etkisi araştırılmıştır. Boyama parametrelerini optimize etmek ve yeni bir boya reçetesi oluşturmak için, deneysel tasarım metodu kullanılmıştır. Çalışmanın ilk aşamalarında, deneysel tasarım metodunda kullanılan parametrelerin temel seviyelerini belirlemek için ön denemeler yapılmıştır. Boyama sıcaklığının ve alkali ekleme yonteminin boyama üzerine olan etkisi incelenmiştir. Kullanılan üç farklı sıcaklığın içinde en uygun olanı belirlenmiştir. Alkalinin tamamının aynı anda eklenmesi yerine porsiyonlar halinde ve fıkse olma sıcaklığına ulaştıktan sonra eklenmesinin ve daha avantajlı olduğu bulunmuştur. Boyama sıcaklığı artış hızının etkisini araştırmak için iki farklı sıcaklık artış hızı kullanılarak ön denemeler yapılmıştır. Bu iki sıcaklık artış hızının boyama üzerine olan etkileri arasında belirgin bir fark bulunamadığı için daha yüksek olan tercih edilmiştir, çünkü daha yüksek artış hızını kullanmak boyama süresini azalttığı için daha avantajlıdır. Daha önce yapılan ön denemelerde boyama işlemi herhangi bir soğutma işlemi olmadan sonlandırılmıştır. Boyama işleminin sonundaki soğutma aşamasının boyama performansı üzerine pozitif etkisi olduğu bulunmuştur. Yapılan ön denemelerin sonuçlarına göre boyama prosedüsü modifiye edilmiştir. Modifiye edilen prosedürde, alkali ve tuz miktarından bağımsız olarak, alkalinin ilk porsiyonu sıcaklık artışı aşamasının ortasında, geriye kalan iki porsiyon sıcaklık artışı tamamlandığında eklenmiştir. Ayrıca modifiye edilen prosedürde boyamanın sonunda soğutma aşaması ilave edilmiştir. Modifiye edilen yeni prosedür kullanılarak, alkali ve tuz miktarının boyama üzerine olan etkisini incelemek için ön denemeler yapılmıştır. Bu ön denemelerde boya banyosuna alkali ve tuz ilave edilmediğinde kumaş üzerine herhangi bir boya alınmadığı, dolayısıyla da herhangi bir fikse olmadığı gözlenmiştir. Boya banyosuna sadece tuz veya sadece alkali eklendiğinde boya alma miktarı belirli bir seviyede kalmıştır. Boya banyosunda sadece tuz olduğunda elde edilen boya alma yüzdeleri sadece alkali olduğunda elde edilenlere göre daha yüksektir, diğer taraftan sadece alkali olduğunda elde edilen fikse olma yüzdeleri sadece tuz olduğunda elde edilene göre daha yüksektir. Ön denemelerin bu bölümünde aşırı düşük ve aşırı yüksek miktarda tuz ve alkali kullanmanın etkileri de incelenmiş ve yüksek miktarda tuz ve alkali kullanılmasının boyamayı negatif olarak etkilediği bulunmuştur. Böylece tuz ve alkalinin tekil ve birlikte olan etkileri belirgin bir şekilde açıklanmıştır. Flotte oranının boyama üzerine olan etkisini incelemek için, beş farklı flotte oranı kullanılarak ön denemeler yapılmıştır. Flotte oranı azaldıkça boya alma yüzdesinin arttığı bulunmuştur. Ancak çok düşük flotte oranlarında boyama yapıldığında da boyama düzgünsüzlüğü artmaktadır. Bu nedenle optimum bir flotte oranı seçilmesi gerekmektedir. Boyama işleminin en önemli amaçlarından biri istenilen doğru renk tonunu elde etmektir. Bu durum genellikle, kırmızı mavi ve sarı renkteki boyaların karışımının kullanılmasını gerektirir. Yapılan ön denemeler esnasında, kullanılan boya reçetesi ticari bir reçete olmasına rağmen, karışımda kullanılan boyaların birbirleri ile uyumlu olmadığı görülmüştür. Boya alma eğrileri, bir boyanın boyama özelliklerini karakterize etmek ve birbirleri ile uyumlu boyaları seçmek için kullanılabilir. Genellikle boyaların uyumluluğunu belirlemek için boya karışımındaki her bir boya tek tek kullanılarak aynı koşullar altında çeşitli boyamalar yapılır. Benzer boya alma hızlarına sahip boyaların aynı karışım içinde kullanılırsa uyumlu olacağı düşünülmektedir. Ancak boyalar birlikte kullanıldığında ortaya çıkan durum bilinmemektadir. Bu çalışmada kullanılan izleme sistemi ile karışımda kullanılan kırmızı boyanın diğer iki boya ile uyumlu olmadığı tespit edilmiştir. Kırmızı boya tek başına kullanıldığında yüksek boya alma seviyesine ulaşılmıştır. Ancak kırmızı boya diğer iki boyadan biriyle birlikte kullanıldığında kırmızı boyanın boya alma seviyesi düşmektedir. Kırmızı boyanın diğer boyalar ile rekabet edemediği düşünülmektedir. Bu nedenle yeni bir kırmızı boya kullanılmasına karar verilmiştir, fakat boyama reçetesindeki kırmızı boya değiştirildiğinde kumaşın renk tonu da değişecektir. Bu durumu önlemek için yeni kullanılan kırmızı boyanın miktarı ayarlanmıştır. Yeni kullanılan kırmızı boya ile her üç boya için de yüksek boya alma seviyelerine ulaşılmıştır ve kumaşın renk tonundaki değişim istenilen toleranslar içinde kalmıştır. Boyanmış kumaşların renk haslığı özellikleri de incelenmiştir. Reaktif boyaların yüksek renk haslığı özelliklerine sahip olmaları nedeniyle boyama parametrelerindeki değişimlerin boyama performansı üzerine belirgin bir etkisi görülmemiştir. Çalışmanın son bölümünde deneysel tasarım metodu kullanılarak boyama işlemi optimize edilmiştir. İki farklı boya reçetesi için tuz ve alkali miktarları, boyama sıcaklığının ve fikse olma aşamasındaki bekleme zamanının optimum seviyeleri belirlenmiştir. Elde edilen optimum reçeteler kullanılarak yapılan boyamaların sonuçları ile tahmin edilen sonuçlar birbirine yakın çıkmıştır. Bu çalışmanın sonuçlarının, birçok boya içeren reçeteler için daha uygun boyaların seçimini sağlamaya ve renklendirilmiş ürünün boyasının sökülmesi veya tekrar boyanması gibi ihtiyaçların azaltmasına yardımcı olacağı düşünülmektedir.

The increased public awareness and concerns about the environmental impact of the coloration industry, the increased cost of energy, labor, water and auxiliaries as well as the associated costs of processing colored effluents require the optimization and control of all factors influencing the uptake of dye by fiber, including the liquor to goods ratio, temperature, electrolyte concentration, pH, as well as the type of dyes employed. These are the most well established influential factors affecting the depth of shade of dyed goods as well as the uniformity of the coloration process. Dyebath monitoring technologies have been used to control over the dyeing process. Using these technologies can result in optimized dyeing process, improved product quality, detection of errors and reduced environmental impact. The economical advantages of the optmized dyeing processes are significant in today’s competitive textile markets. To effect a high level of control the dyeing process, the profile of the exhaustion curves of each dye in the dye mixture recipe is the most essential information. This can be used for the evaluation of several important factors in order to optimize the dyeing processes. The compatibility of dyes is another significant factor which can be tested by this method. Despite lots of studies conducted over the last several decades to demonstrate the role of individual dyeing parameters on the outcome of dyeing, it has only recently become possible to investigate the exhaustion profile of individual dyes in an admixture in real-time. In this study, a real-time monitoring device was used to investigate the reactive dyeing of cotton with a commercial trichromatic dye formulation at different dyeing parameters. The effect of variation in these parameters on individual exhaustion profiles and fixation properties of each dye was examined. Color fastness properties of dyed fabrics were also investigated. A central composite design was used to optimize the dyeing parameters. In addition, the compatibility of dyes in the dyeing recipe was evaluated. It was shown that a change in the parameters affects the exhaustion and fixation rate of each dye differently resulting in a significant change in the depth of shade as well as the final hue of the colored product. The results of this study can help dyers to obtain a more appropriate selection of dyes for recipes requiring several dyes and reduce the need for stripping or re-dyeing of colored goods.