Reaktif boyarmaddeler tekstillerin boyanmasında en çok tercih edilen boya grubu olup bu pazar içerisinde yaklaşık %45’lik bir paya sahiptir. Toksisiteleri ve boya banyolarında kontrol edilmelerinin zor olması nedeniyle çevre için zararlı olabilirler ve biyolojik arıtma yöntemlerine karşı dayanıklıdırlar. Reaktif boyarmaddelerin tekstile fikse olma oranları yaklaşık %60 – 80 aralığındadır, düşük fikse oranı nedeniyle boyahane atık sularında bulunan boyaların konsantrasyonu 5 ile 1500 ppm düzeyinde değişebilmektedir.
Reaktif boyarmaddeler diğer bütün boyarmaddelerden farklı olarak, lif makro molekülleriyle reaksiyona girebilen ve liflere gerçek kovalent bağlarla bağlanabilen boyarmaddelerdir. Pamuklu mamullerin boyanmasında kullanılan, istenen haslıkları yeterli şekilde veren ve en yaygın olarak kullanılan boyarmadde çeşididir. Bir reaktif boyarmaddenin karakteristik yapısı şematik olarak Şekil 2.3’te gösterilmiştir. Yapısında dört grup bulunmaktadır.
Şekil 2.3: Reaktif boyarmadde yapısı.
S (suda çözünebilen grup): Bu grup boyarmaddenin suda çözünmesini sağlar. Selüloz ve protein elyafı boyayabilen reaktif boyarmaddelerde 1-4 adet sulfonik asit grubu bulunur.
C (kromofor, moleküle renk veren grup): Boyarmadde molekülüne renklilik veren gruptur. Renk verici grup olarak kimyasal sınıflamada görülen her sınıfa rastlamak mümkündür. Genelleme yapmak gerekirse sarı, turuncu ve kırmızı boyarmaddelerin monoazo yapısında; mor, koyu kırmızı ve lacivert renklerin bakırlı mono ve diazo yapısında; parlak ve açık mavi renklerin antrakinon ve fitalosiyanin türevleri olduğu söylenebilir. Boyarmaddedeki renk, farklı dalgaboylarında UV ışığı absorbe edebilen konjuge zincirlerden ve halkalardan kaynaklanmaktadır. Boyaların kromofor grupları çoğunlukla C=C, N=N, C=N, oksijen, nitrojen ve sülfür içeren aromatik ve heterosiklik halkalardan oluşmaktadır.
B (köprü grubu, reaktif grubu taşıyan kısım): Moleküldeki renkli grup ile reaktif grubu birbirine bağlayan -NH-, -CO- ve -SO2- gibi gruplardır. Bunların köprü görevi görmekten başka etkileri de vardır. Örneğin reaktif grubun reaktivitesi üzerine etki eder. Köprü bağlarının en önemli özelliği boyarmadde ile elyaf bağının ayrılmasını önlemesidir.
R (reaktif grup): Lifteki fonksiyonel grup ile kovalent bağ oluşturan gruptur. Reaktif grup ile reaksiyon verebilecek olan fonksiyonel gruplar, selülozda hidroksil, yün ve ipekte ise amino, karboksil, hidroksil ve tiyoalkol gruplarıdır. Bütün bu gruplar nükleofılik karakterdedir ve bu nedenle reaktif grubun yapısındaki elektrofilik merkeze katılırlar. Boyamanın yapıldığı ortamda su da mevcut olduğundan sudaki hidroksiliyonları da reaktif grup ile reaksiyon verebilir. Yani boyarmaddenin hidrolizi söz konusudur. Hidroliz olmuş boyarmadde, elyaf ile reaksiyona girmez.
Reaktif Gruplara Göre Sınıflandırma
Reaktif boyarmaddelerin reaktif grupları, tekli (monofonksiyonel), ikili (bifonksiyonel) ve çoklu (polifonksiyonel) olmak üzere farklı sayıda bulunabilmektedir. 1980’lerin ortasından bugüne kadar, boyarmaddelerin gerekli yüksek fiksaj değerleri çift reaktif gruba sahip reaktif boyarmaddelerin geliştirilmesiyle başarılmaktadır. Çift reaktif gruplu bifonksiyonel boyarmaddeler iki gruba ayrılmaktadırlar. Bunlar; homo-bifonksiyonel (iki reaktif grubu aynı olanlar) ve hetero-bifonksiyonel (iki reaktif grubu farklı olanlar) şeklindedir.
Grupları birbirinden farklı olan reaktif boyarmaddeler ilk kez 1959’da tanımlanmıştır. Bu bifonksiyonel boyarmaddeler 1980’lerde ilk kez piyasaya sürülmüştür. Bu ürünler, farklı reaktiviteye sahip iki gruptan oluşan boyarmaddeler olarak sınıflandırılmaktadır. Daha yüksek reaktifliği olan 2-sülfohidroksietilsülfonil grubu ve daha düşük reaktiviteye sahip monoklortriazinil (MCT) grubu. Triazin halkası ile lif arasındaki bağ bazik şartlarda dayanıklıyken, vinilsülfonil (VS) grubu ile lif arasındaki bağ asidik ortamlara dayanıklıdır. Bu nedenle bu boyarmadde ile boyanan materyalin iyi olan haslık dayanımı geniş bir pH aralığında korunabilmektedir. Bu boyalar için uygulama sıcaklıkları 50-80°C arasındadır; düşük sıcaklıkta vinil sülfon reaksiyona girerken yüksek sıcaklıkta MCT grubu reaksiyona girer. Bifonksiyonel reaktif boyarmaddelerin önemi gittikçe artmasına rağmen, sadece monoklortriazin/vinilsülfon ve monoflortriazin/vinilsülfon esaslı boyarmaddeler ticari değer taşımaktadırlar.
Önemli reaktif yapılara ait örnekler Şekil 2.5’te verilmiştir.
Şekil 2.5 : Reaktif boya örnekleri: a. Klortriazin tipi b. Vinilsülfon tipi.
Monofonksiyonel gruplu boyaların life bağlanma derecesi %70 civarında iken, bifonksiyonel boyaların bağlanma derecesi %98 seviyesine çıkabilmektedir. Bifonksiyonel gruplu reaktif boyalar için aşağıdaki kombinasyonlar sözkonusudur.
- MCT/MCT (monoklortriazin / monoklortriazin)
- MCT/VS (monoklortriazin / vinilsülfon)
- VS/VS (vinilsülfon / vinilsülfon)
- FT/VS (flortriazin / vinilsülfon)
- FCP/VS (florklorpirimidin / vinilsülfon)
Şekil 2.6’da MCT/VS yapısındaki boya örneği görülmektedir
Şekil 2.6 : Reaktif kırmızı 194 (MCT/VS).
Reaktif boyarmadde sınıfından azo ve antrakinon boyarmaddeler dünya pazarında önemli bir paya sahiptir.
T.C.
İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
LİSANSÜSTÜ EĞİTİM ENSTİTÜSÜ
DOKTORA TEZİ: Başak ARSLAN İLKİZ
Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı
Tekstil Mühendisliği Programı
Tez Danışmanı: Dr. Öğr. Üyesi Yeşim İRİDAĞ BECEREN
Eş Danışman: Prof. Dr. Cevza CANDAN
KASIM 2021