(CS.) KAZEİN LİFİ

Kazein, yağı alınmış sütten elde edilen hayvansal protein elyafıdır.

Kazein elyafı eldesi için önce süt pıhtılaştırılır, suyu süzülür ve geri kalan posası toz haline getirilir. Seyreltik sodyum hidroksit çözeltisinde çözündürülür. Çözelti olgunlaşmaya bırakılır. Filtre edilir ve vakumla havası alındıktan sonra düzelerden asidik banyoya gönderilerek yaş çekim yöntemi ile filament elde edilir. Formaldehit banyosundan geçirilerek sertleştirilir. Filament kabloları yıkama ve kurutma işlemlerinden sonra kıvrım verilerek kesilir ve ştapel elyaf halinde balyalanır.

Proteinin rejenere edilmesi ile lif yapımına en elverişli olan maddeler arasında sütün kazeini gösterilebilir. Zira bu amaçla sürdürülen çeşitli araştırmalar arasında ilk olumlu ve umutlu sonuçlara kazein ile ulaşılmıştır. Önce Todtenhaupt 1904 yılında kazeinden filament halinde lif elde etmeyi başarmıştır. Fakat bu lifler oldukça gevşektirler. Ayrıca suya karşı dayanıklı olmadıkları gibi su içine batırılınca kolaylıkla ve fazlaca şişme özelliği gösterirler. Bu nedenle bir süre sonra yapışkan hal alırlar ki bu durum kazein liflerinin pratikte geniş çapta kullanılmalarını büyük bir ölçüde engellemiştir.

Protein liflerinin endüstri alanında yararlı ve yaygın şekilde kullanılması bir İtalyan kimyageri olan Antonio Fretti nin bu alandaki bilinçli ve ısrarlı çalışmaları ile gerçekleşebilmiştir. Fakat geliştirdiği bu metodun uygulama alanına tam olarak geçmesi ancak 1936 yılında sağlanabilmiştir. Kısa bir süre içinde öteki Avrupa ülkelerinde de bu patent esasına göre rejenere protein lif üretimine geçilmiştir. Nitekim 1938 yılında İkinci Dünya Savaşı öncesinde yıllık lif üretimi 3-4 milyon  kiloya yükselmiştir. İkinci Dünya Savaşı süresince üretilen bu liflerden yararlanılmıştır.

Aynı dönemde Amerika Birleşik Devletleri nde benzer çalışmaların yapıldığı görülmektedir. Burada üretime önce Fretti nin patentine dayalı olarak başlatılmış, daha sonra bu alandaki çalışmalar çeşitli araştırma merkezlerinde genişletilmiş ve bitkisel proteinli maddelerden de lif üretimine doğru kaydırılmıştır. Özellikle bölge araştırma merkezleri niteliğinde olan bu kuruluşlardan Doğu Laboratuvarında kazeinden, Kuzey Laboratuvarında soya ve mısırdan, Güney Laboratuvarında yer fıstığı ve pamuk tohumlarından, Batı Laboratuvarında ise yumurta albumininden ve tüy keratinlerinden lif çekimlerinin geliştirilmesi üzerinde çalışılmış oldukları görülmüştür. Nitekim bu çalışmalar sonunda geliştirilmiş bulunan proseslerden yararlanmak sureti ile lif üretimi yapan firmalardan National Dairy Products firması kazeinden aralak lifini, Imperial Chemical Industries Ltd. firması yer fıstığından ardil lifini, Courthaulds Ltd. firması kazeinden fibrolan İtalya daki Snia Viscosa firması da kazeinden lanital ve merinova liflerini, Virginia-Caroline Chemical Corporation firması mısırdan vikara liflerini üreterek piyasaya sürmüşlerdir.

Daha sonra Polonya da kazein-polivinil alkol kombinasyonuyla lif oluşumu sağlanıp alporna adıyla piyasaya sürülmüştür. Hatta bu alandaki araştırmaların bununla kalmayıp gerek Amerika da gerekse diğer ülkelerde sürdürülmesine rağmen bu araştırmaların çoğu piyasaya mal üretecek düzeye ulaşmamıştır. Araştırmalar, sadece bilimsel araştırmalar bakımından sonraki çalışmalara ışık tutacak bir değer taşımaktadırlar. Bununla beraber daha sonra Japonya da başlayan ve protein akrilonitril moleküllerinin eklenmesi ile oluşan graft polimerlerden lif çekilmesi, ayrıca önem kazanmıştır. Bu amaçla Toyobo firmasınca kinon adı verilen ve ipeği andıran bir lif çeşidi geliştirilmiştir. Bunun bileşiminde kazein %30 oranında, akrilonitril ise %70 oranında yer alır. Bu elyaf, akrilonitril serbest köklerinin kazeine sulu bir çinko klorit çözeltisinde eklenmesi sureti ile elde edilir.

Kazein elyafın yünden daha parlak ve yumuşak bir tutumu vardır. Mukavemeti 0,3-1 g/denye arasındadır. Esneme ve şişme özelliği yüksektir. Kuru halde %50-70, yaş halde iken % 100 e yakın esnekliğe sahiptir. Yoğunluğu 1,29 g/cm 3 tür. %14 oranında nem çeker. Yakıldığında erir ve yanık süt kokusu duyulur.yüne benzemesi nedeniyle asitlere karşı dayanıklı, alkalilere karşı hassastır. Güve, böcek ve mikro organizmalardan yün elyafı kadar zarar görmezler, ancak nemli ortamda olumsuz etkilenebilirler. Genellikle kesik elyaf halinde yünle karıştırılarak kullanılır. Mukavemetinin düşük olması ve suya dayanıklılığının az oluşu nedeniyle kullanımı sınırlıdır. Karışım olarak kullanıldığında mamul ürünlere dolgunluk, yumuşaklık, sıcak tutum gibi özellikler kazandırır. Trikotaj ürünlerinde kullanımı tercih edilir

Kazein (Süt) lifinin kimyasal yapısı

Kimyasal olarak kazeinin yünden pek bir farkı yoktur. Fakat süt lifinin yünden en büyük farkı düşük sülfür içeriğidir. Buna kazeinde yer almayan yündeki sistin bağlarının varlığı sebep olmaktadır. Bundan dolayı kazein yüne göre kimyasal dayanımı daha düşük bir malzemedir ve daha zayıftır. İlerideki araştırmalarla yünde bulunan sistin bağlarına denk gelecek çapraz bağların kazein moleküllerine eklenmesinin sağlanması ve böylelikle elyafın performans özelliklerinin değiştirilmesi hedeflenmektedir.  Süt lifi fosfoprotein kazein proteinin rejenere edilmesiyle üretilmektedir. Bu protein, lif üretimi için çok önemli olan, düz ve lineer zincir yapısına sahip olmayan globülin sınıfına girmektedir. Lif üretimi sırasında seyreltik mineral asit ve bazlarla bu globüler yapı parçalanıp moleküler yapı lineer bir forma büründüğü için mukavemeti fazla bir elyaf üretimi beklememek gerekir. Oryantasyon uygulanarak bir dereceye kadar mukavemet artışı sağlanabilmektedir.
Fakat bu özelliğin kopma uzamasına fazlasıyla katkı yaptığını da ihmal etmemek gerekir

Kazein (Süt) lifi üretimi

Öncelikle sütten kreması arındırılır. Daha sonra bu kreması arındırılmış süt 40 c ye kadar ısıtılır. Protein koagülasyonu için asit eklenir ve pıhtılaşır. Su süzülür ve posası toz haline getirilir. Genellikle 30 litre kadar sütten 1 kilogram kazein elde edilir.

Toz kazein kostik soda çözeltisinde eritilir. Bunun için yaklaşık olarak 10 kilogram kazein tozuyla birlikte 0.27 kilogram sodyum hidroksit içeren 50 litre su alınır. Bu çözelti uygun bir viskozite kazanıncaya kadar olgunlaştırılır. Daha sonra filtre edilir ve havası alınarak çekime hazırlanır.

Kazein çözeltisi düzelere pompalanır ve teller halinde fışkırtılan filamentler bir koagülasyon banyosuna gönderilerek yaş çekim suretiyle lif haline getirilir. Koagülasyon banyosu çözeltisinde pıhtılaşan teller bir miktar gerdirilerek çekilir. Filamentler demet halinde kalın birer halat oluşturacak şekilde sarılır. Bu yöntemde yeni pıhtılaşan kazein filamentleri henüz yumuşak ve zayıftır. Aynı zamanda bu filamentler çabuk kopan ve kırılgan bir madde olma özelliğini taşır.

Çekim sırasında biraz gerdirilmiş olmalarına rağmen moleküllerin sıralanması ve kristallenmesi yeteri kadar olmamıştır. Moleküler oryantasyonun çekim esnasında tam anlamıyla sağlanamamasından ötürü amorf bölgelerin sayısı fazladır. Bu da suyun elyafa kolay nüfuz etmesine ve bu surette elyafın şişmesine yol açar. Bu durumda olan protein lifleri, tekstilin her alanında kullanılabilecek bütün özellikleri henüz kazanmamış olurlar.

Bütün proteinler gibi kazein de oldukça reaktif bir maddedir. Bu aktivitesinden yararlanılarak kazein molekülleri arasında çapraz bağlar kuvvetlendirilebilir. Bu suretle kazeinin suya karşı normal direnci arttırılır. Şişmesi azaltılır ve böylece mukavemeti de arttırılmış olabilir. Bu amaçla pratikte bazı metotlar geliştirilmiştir.

Bunların içinde en elverişli olan sertleştirme (hardening) işlemidir. Bunun için formaldehit eriğinden yararlanılır. İlk olarak koagülasyon banyosundan kalın halat demetleri şeklinde çekilen filamentler, formaldehit çözeltisine batırıldıktan sonra fazla gerdirilerek ayrıca çekime tabi tutulur. Sertleştirme işleminin esas amacı ıslanmaya karşı dayanıklılığı arttırmaktır.

Serbest amino gruplarının formaldehitle reaksiyonu Denklem 2.1 deki gibi yazılabilir.

RNH 2 + OCH 2 >RN:CH 2 + H 2 O (Denklem 2.1)

Her 2 amino grubundan ayrı ayrı bir hidrojen atomunu alarak bir çapraz bağ da elde edilebilir. Aralaka daha sonradan bir asetilasyon prosesi uygulanarak kaynayan suya karşı daha iyi bir stabilite kazandırılabilir. Buna aratherming işlemi de denilmektedir. Lanital kumaşında peynirimsi bir kokunun hakim olduğu tespit edilmiştir. Aratherming işleminden ötürü aralakta böyle bir koku tespit edilmemiştir. Asetilasyon işleminden sonra şeridin kesik forma dönüştürülmesi için kesimi esastır.. Bazen burgu ve dalga boyutu da yüne benzemesi açısından aralak elyafına katılabilir

Kazein (Süt) Lifinin Özellikleri

Süt lifinin en önemli özelliklerinin sıcak tutmasıyla birlikte yumuşak tutumunun olduğunu söylenmiştir. Bu özellikler kazein elyafının yünle karıştırılabilmesinin sebepleri adına en önemlilerinden sayılır. Kazein elyafı keçeleşmez fakat yünle karıştırıldığı zaman keçeleşme özelliği kazanır. Kazein elyafının yünden daha parlak ve yumuşak bir tutumu vardır. Yakıldığında erir ve yanık süt kokusu duyulur.

Genelde kazein liflerinin tenasitesi gr/denye olarak tespit edilmiştir. Islak halde tenasiteleri çok düşüktür ve kazein liflerinin en önemli özelliklerinden biridir. Fakat buna karşı kopma halindeki uzaması bu dezavantajına nazaran gayet yüksektir.

Süt lifinin öz ağırlığı 1,29 olup yüne çok yakındır. Mikroskop altında boyuna görünümde soluk ve yivli çizgiler görülebilmektedir. Enine kesiti ise yuvarlağa yakın ve nokta noktadır. Bu da yün/kazein karışımının kolayca ayırt edilebilmesini sağlar. Esneme ve şişme özelliği yüksektir. Kuru halde %50-70, yaş halde iken % 100 e yakın esnekliğe sahiptir. %14 nem tutma özelliği tespit edilmiştir.

Süt lifi alkalilere karşı hassastır. Güçlü alkali durumlarında jelatinize olur fakat sodyum bikarbonat ve disodyum fosfat gibi alkalilerde yumuşamaya dayanıklıdır.

Kazein elyafı elbise güveleri ve halı böcekleri saldırılarına karşı açıktır ve bu özelliğiyle doğal tüylü liflere benzeyip naylon, vinyon ve saran gibi gerçek sentetiklerden ayrılır.
Kuru temizleme için kullanılan kimyasalların kazein lifi üzerinde etkisi yoktur ve güvenle kullanılabilirler.

Suyu emme oranının %14 olmasıyla yünün suyu emme değerine çok yakındır. Çok kolay ıslanırlar. 100 c nin altında kurutulmaları, kuruma sırasında kırılganlığı önleme açısından önemlidir. Işığa dayanım özellikleri de yününkilere çok benzer.

Kazein yüne çok benzer methotlarla boyanabilir çünkü boyarmaddelere karşı güçlü bir afinitesi vardır. Neme karşı yüksek afinitesi olan elyaflar kolay boyanabilirken suya düşük afiniteleri olan naylon, selüloz asetat, vinyon ve saran gibi malzemeler zor boyanabilmektedir. Bu sebeple viskon ve kazeinin boyanabilme özellikleri yukarıdaki sayılan elyaflara göre gayet iyi seviyededir. Bunun yanında yüksek oryantasyona maruz kalmış elyaflar, sıkı molekül yapılarından dolayı serbest boyarmadde moleküllerinin dolaşımını engellerler. Bunun yanında suyla birleşimlerinin engellenmesinden ötürü boyanabilme özellikleri zayıftır.

Asit boyaları kazeine düşük ıslak haslığı kazandırırken neolan ve krom gibi metalik boyalar, iyi bir ıslanma haslığı kazandırır. Bu da yünün ıslanma haslığından pek de farksız değildir. Mordan boyarmaddeleri ise hep beraber başarılılık göstermez. Örneğin kromlama prosesi elyafın ekstra çekmesine sebebiyet verir. Karbolan boyaları ise normal banyolardan yüksek tonlarda ve renklerde sonuçlar verebilirler ve iyi haslıkları vardır. Kazein elyafları direk boyarmaddelerle, temel boyar maddelerle ve dispers asetat boyalarıyla boyanabilir. Fakat bu boyaların ayrı ayrı ıslak haslığı da çok düşüktür.

Genel olarak yünle olan karışımlarında kullanılırlar. Sıcak tutma özelliği ve yumuşak tutumu üretimcilere bu elyafı cazip kılar. Üretimi çok pahalı olmamasına karşı ülkemizde çok fazla üretilmemektedir. Lakin yurtdışından ihracatları sonrası fiyatları çok yüksek rakamlara erişebilmektedirler. Kazein, yüksek kaliteli yünlerin çapında ince filamentler halinde filament formuna çekildikten sonra çapı 20 mikron olur. O da 70 s yüne eşittir. Bu da kullanım için en ince miktarlara eşittir. Bu ölçü özellikle süper yumuşak tutum isteyen bebek yünlerinde kullanım için çok iyi bir özelliktir

Eğer elyaf çapı 30 mikrona çekebilirse ve bir yünle karıştırılırsa iyi keçeleşeceğinden şapka sektöründe kullanılması elverişli hale gelir. Genelde kazein lifleri gevşek ştapel elyaf formunda satılır. Bunlar genelde rayon ştapelleri ile karışım formunda ya da yüne ilaveten pamuk karışımları olarak satılır. Bunların yanı sıra yünün kullanım alanlarının pek çoğunda kazein elyafı, yün/kazein karışımları olarak da kullanılabilir. Bu yüzden tipik kullanım alanları arasında kravatlar, çoraplar, uzun etekli kadın elbiseleri ve cüppeler, süveterler bulunmaktadır. Ayrıca %100 kazein lifi, yastıkları doldurmak için ve kapitone ürünlerde de kullanılmaktadır