Ultrasonik Ses Dalgası
İnsan kulağı 20 Hz ile 20kHz arasındaki sesleri duyabilir. Bu frekans aralığının üzerinde bulunan ve mekanik titreşimlerden meydana gelen enerji çeşidine ultrason denir. Ultrason frekansının en alt sınırı 20kHz, bu frekansın üzerindeki sesler, ses ötesi veya ultrason adını alır. Şekil 1.1’ de ses dalgalarının yaklaşık frekansları ve genel uygulama alanları gösterildi.
Şekil 1.1: Ses dalgalarının yaklaşık frekansları ve genel uygulama alanları
Ultrason Teknolojisinin Kullanım Alanları
Ultrason teknolojisi bilim ve teknolojide uzun süredir kullanılmakta olup kullanım alanları giderek artmaktadır. Ultrason teknolojisinin en çok kullanıldığı alan ultrasonik kavitasyonla yapılan temizliktir. Tekstil sanayisinde ise kullanımı bilinmesine rağmen pratik uygulamada kullanımı çok yaygın değildir. Ultrason teknolojisi tekstilde oluşan atık suların enzimler sayesinde arıtılmasında da kullanılmaktadır.
Ultrason Teknolojisinin Tekstil Sektöründe Kullanım Alanları
- Tekstilde yardımcı işlemlerde ultrason teknolojisinin kullanımında baskı patı için kıvamlaştırıcıların hazırlandığı banyolarda kullanılmaktadır. Baskı patı hazırlama işlemi uzun süreli ve yüksek enerji gerektiren bir işlem olduğundan ultrason enerjisi ile bu işlem daha hızlı sürede ve daha düşük enerjide yapılabilmektedir (Koçak ve Merdan 2002).
- Haşıl sökme ve pişirme işlemlerinde ultrason teknolojisinin kullanımıyla daha fazla enerji tasarrufu sağlanmıştır. Ayrıca ağartma işleminin daha iyi olduğu ve enerji kullanımın daha düşük olduğunu belirlemişlerdir.
- Tekstilde yıkama ve durulama işlemlerinde çok yüksek miktarda enerji ve su tüketimleri vardır. Ultrason teknolojisinin kütle transfer etkisini arttırdığı ve bu nedenle yıkama, boyama ve durulama işlemlerinde kullanıldığı bilinmektedir. Yapılan çalışmalarda ultrasonik yıkama işlemi kullanıldığında su tüketiminin azaldığını belirlemişlerdir.
- Boyama işlemlerinde ultrasonik teknolojisinin kullanımında boyama kinematiğinin arttığı ve kavitasyonun boyamaya olan olumlu etkileri belirtilmiştir.
- Tekstil sektöründe, enzimatik işlemlerde ise enzimler genelde büyük molekül yapısına sahip olduğundan difüzyon hızı düşük olmaktadır. Ve lif bu durumdan zarar görmektedir. Bu durumda ultrasonik enerji alternatif olarak görülmektedir. Kavitasyon sayesinde oluşan baloncuklar, katı yüzeyde patladıklarında sıvı-katı ara yüzeyinde dalgalar ile bir hareket kazanmaktadır
Ultrasonik İşlem Mekanizmaları
Tekstil malzemelerine uygulanan ultrasonik işlemlerde sırasıyla şu mekanizmalar oluşmaktadır:
- Liflerin su içerisinde şişmesi
- Lifin camlaşma noktası sıcaklığının düşmesi
- Boyarmadde molekülünün difüzyon katsayısının artması
- Boyarmadde içerisinde bulunan moleküllerin lif yüzeyine daha iyi tutunması
- Flottedeki agregatların daha kolay parçalanması
Ultrasonik dalgalar tekstil boyama işlemine uygulandığında kavitasyonun etki ettiği görülmektedir. Bu etki iki şekilde görülmektedir:
- Flotte içerisindeki boyarmadde ve kimyasal partiküller su içerisine daha kolay çözünebilmesi ve
- Boyarmaddenin boyanacak tekstil malzemesine daha hızlı ve daha etkili bir şekilde tutulmasıdır
Kumaş İçeriğine Göre Ultrason Teknolojisinin Kullanımı
Polyester Kumaşlarda
Polyester lyc süprem
Polyester (PES) kumaşların düşük sıcaklıklarda dispers boyanmasında ultrasonik enerji de kullanılabilir. PES kumaşların ultrasonik boyama ile boyanmasındaki sonuçların oldukça iyi olduğu ve enerji tasarrufu açısından ümit verici olduğu bilinmektedir. Ultrasonik enerjinin kullanıldığı boyamalarda boyarmadde ile selüloz arasındaki reaksiyonun hızlandığı da belirlendi. Boyama sonrası yapılan ard işlemlerden olan yıkama işlemlerinde yıkama flottesine transfer olan boyarmadde miktarının düştüğü ve haslık özelliklerinin de etkilenmediği gözlemlendi.
Pamuklu Kumaşlarda
Pamuklu kumaşların boyanmasında ultrason enerjisinin kullanılması sonucunda boyama hızının arttığı ve kumaşın boyarmaddeyi daha çok adsorbladığı görüldü. Boyama iki adımda gerçekleşir. İlk adım boyarmaddenin lif yüzeyine adsorbsiyonudur. İkinci adım ise lif yüzeyinden lif içerisine difüzyonudur.
Yünlü Kumaşlarda
Tunus İşi Boyunluk Modeli
Ultrason enerjisi yün liflerinin boyanması için de kullanılmıştır. Doğal lak boyarmaddesi ile boyanan yün liflerinin boyanabilirliğinin arttığı gözlemlendi.
Poliamid/Lycra Kumaşlarda
Ultrason enerjisinin etkisini görmek amacıyla geleneksel ve ultrasonik olmak üzere her iki şekilde de boyamalar yapıldı. Gözlemler sonucunda ultrasonik enerjinin boya alımında olumlu bir yönde etkisi olduğu gözlemlendi. Haslıklarda herhangi olumsuz bir etki gözlemlenmedi.
Naylon 66 Kumaşlarda
Bu kumaş türünün de ultrasonik boyamada geleneksel yönteme göre daha iyi sonuçlar verdiği gözlemlendi. Ultrasonik boyama sonrası geleneksel boyamaya göre liflerin yapısında kristalin bölgelerin daha fazla olduğu gözlemlendi.
Ultrasonik Boyama
İşlem süresi kısa olduğundan ve düşük sıcaklıklarda gerçekleştğinden enerji tasarrufu sağlamaktadır. Kullanılan yardımcı kimyasallar daha az olduğundan çevreye zararı daha azdır. Renk derinliği zaman parametresi ile kontrol edilebilmektedir. Diğer boyama türlerine göre ultrasonik boyamanın maliyeti daha düşüktür. Tekstil malzemelerinde ultrasonik dalgalar ile daha kısa sürede daha kaliteli boyamalar elde edilmektedir.
T.C.
PAMUKKALE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
TEKSTİL MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
YÜKSEK LİSANS TEZİ
BURÇİN KESKİN
DENİZLİ, ARALIK – 2019