Multifunctional finishing of textiles by plasma treatment
Plazma işlemi ile tekstillerin çok fonksiyonlu bitim işlemleri
- Tez No: 467245
- Danışmanlar: PROF. DR. NEVİN ÇİĞDEM GÜRSOY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Textile and Textile Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 182
Özet
Plazma, maddenin dördüncü halidir ve iyonlaşmış gazdır. Normal şartlar altında gazlar yalıtkan özellik gösterirken, ortamdaki gaza veya gaz karışımına elektriksel alan (voltaj) uygulandığında gaz molekülleri parçalanır ve elektron ve iyon içeren, elektrik iletkenliği kazanmış bir gaz karışımı olan plazma oluşur. Plazmada bulunan iyonlar ve elektronlar sayesinde, tekstil veya polimer yüzeyinde aşındırma, temizleme, yüzey aktivasyonu sağlanabilir ve yüzeyde fonksiyonel bir kaplama yapılabilir. Plazma teknolojisinin tekstil alanında kullanılması yeni bir alandır ve bu alanda araştırmalar hala devam etmektedir. Plazma, sübstratın sadece yüzey tabakasını etkilediği için, malzemenin yapısal özelliklerini değiştirmeden, malzeme yüzeyine yeni özellikler kazandırabilir. Plazma teknolojisi sayesinde, tekstil bitim işlemlerinde kullanılan su miktarı azaltılabilir, boyama ve bitim işlemleri daha kısa sürede tamamlanabilir. Plazma teknolojisi, tekstil endüstrisinde, tekstil bitim işlemleri alanında, kumaşların antistatik ve su iticilik özelliklerinin geliştirilmesinde kullanılabilir. Liflerin fiziksel özellikleri değiştirilmeden kumaş yüzeyinde hidrofilik monomerlerin aşı polimerizasyonu sayesinde antistatiklik, hidrofobik monomerlerin aşı polimerizasyonu sayesinde ise kumaşların su iticilik özellikleri geliştirilebilir. Birçok elyaf çeşidi elektriği iyi iletmedikleri için dielektrik materyal olarak sınıflandırılırlar ve kuru ortamlarda yalıtkan özellik gösterirler. Tekstil malzemelerinde statik elektriklenmeyi önlemek için elyaf, iplik veya kumaşa antistatik bitim kimyasalları uygulanır. Birçok antistatik bitim kimyasalı kalıcı değildir ve yıkama ile tekstil materyali yüzeyinden uzaklaşır. Tekstil pazarında, su, yağ ve kir itici bitim işlemi görmüş tekstillere talep yüksektir. Bir bitim kimyasal türü, su, yağ ve kir itici özellikler için aynı anda kullanılabilir. Spor kıyafetleri, yağmurluklar ve askeri kıyafetlerde su, yağ ve kir itici özellikler istenir. Benzer şekilde döşemelik kumaşlar ve halılarda da su, yağ ve kir itici özellikler istenir. Hastanelerde kullanılan çarşafların su itici özellik taşıması önemli bir avantaj sağlar. Bu bilgilerden yola çıkılarak çeşitli alanlarda kullanılan tekstil malzemelerinin ihtiyaçları göz önünde bulundurulmuştur. Döşemelik alanlarda kullanılan tekstil ürünlerinde antistatik ve sıvı itici bitim işlemleri gerektirdiği gözlenmiştir. Bu amaca yönelik, bu çalışmada kesikli poliamid 6,6 ve kesikli poliester liflerinden üretilmiş dokuma kumaşlar üzerinde çalışılmıştır. Bu çalışmanın birinci amacı, plazma teknolojisi kullanılarak, kumaş yüzeyinde hidrofilik monomerler polimerize edilerek kumaşların antistatik özelliklerini iyileştirmektir. Bunun için, üç hidrofilik monomer seçilmiştir. Anyonik bir monomer olan 2-akrilamido-2-metil-1-propansülfonik asit (AMPS), non-iyonik bir monomer olan 2-hidroksietil metakrilat (HEMA) ve katyonik bir monomer olan diallildimetilamonyum klorit (DADMAC) seçilmiş ve antistatik bitim kimyasalı olarak performansları incelenmiştir. Bu monomerler % 1, 5 ve 9 konsantrasyonlarda (ağırlık/hacim) kumaşa fulardda emdirilmiş, monomerlerin polimerizasyonunu engellemek için serilerek açık havada kurutulmuştur. Kurutma işlemi sonrasında monomer emdirilmiş kumaşlar plazma yardımı ile 600 W güç ayarında 2 dakika işlem görmüş ve bu sayede monomerlerin kumaş yüzeyinde aşı polimerizasyonları gerçekleştirilmiştir. Kumaşların su ile ekstraksiyonu öncesi ve sonrası yüzey direnci (Ω/sq.) ölçülmüş ve DADMAC monomerinin diğer monomerlere göre daha iyi sonuç verdiği gözlenmiştir. Daha sonraki çalışmalar DADMAC monomeri ile yapılmıştır. İlk olarak çeşitli faktörlerin DADMAC monomerinin polimerizasyon verimine etkisi tek tek incelenmiştir. DADMAC monomerinin kumaş yüzeyine aşı polimerizasyonunu artırmak amaçlı, kumaş plazma ile ön işlem (yüzey aktivasyonu, temizleme) görmüştür, ön işlem süresi (0, 1 ve 2 dakika) olarak seçilmiştir. Plazma reaktörünün güç ayarları 400, 500, 600 ve 700 watt, DADMAC monomerinin konsantrasyonu %1, %2, %3 ve %4 olarak seçilmiştir. Lif yüzeyine monomerin aşı polimerizasyon verimini artırmak amaçlı bir çapraz bağlayıcı olan di(etilen glikol) diakrilat polimerizasyon reaksiyonuna katılmıştır ve bu çapraz bağlayıcının farklı monomer:çapraz bağlayıcı oranları incelenmiştir (0, 1:16, 1:8). Bu deneysel tasarımda kumaşlar test edilmeden önce su ile ekstrakte edilmiştir. Antistatik özellik açısından kumaşların yüzey direnci (Ω/sq.) ölçülmüştür. Kumaş yüzeyine aşı polimerizasyonu sağlanmış olan DADMAC monomerini kantitatif olarak ölçmek için kumaşlar C.I. Direkt Kırmızı 80 boyası ile boyanmış ve boyama sonrası kalan boya flöttesi UV-Vis spektrofotometre ile ölçülmüştür. Plazma ile ön işlem süresinin kumaşların yüzey direnci değeri üzerinde belirgin değişimler göstermemesine rağmen, yüksek plazma gücü, uzun plazma son işlem süresi ve yüksek monomer konsantrasyonları yüzey direnci değerini düşürmede etkili olmuştur. Di(etilen glikol) diakrilat çapraz bağlayıcısının ilavesi, polimerizasyon verimini yükseltmiştir. Asit boyarmadde ile boyama sonrası, UV-Vis sonuçları kumaşlara bağlanmış boya miktarını verirken kumaşlar üzerine aşılı DADMAC polimer katmanı görsel olarak da kanıtlanmıştır. ATR FT-IR ölçümleri de kumaş yüzeyinde aşılı DADMAC polimer tabakasının varlığını göstermiştir. Bir çapraz bağlayıcı olan di(etilen glikol) diakrilat polimerizasyon verimini ve yeni polimer tabakanın kalıcılığını artırmak için polimerizasyon reaksiyonuna katılmıştır. İki seviyeli tam faktöriyel deney tasarımı yapılmış, plazma ön işlem süresi (0-2 dakika), plazma son işlem süresi (1-3 dakika), plazma gücü (400-600 Watt), monomer konsantrasyonu (%1-3) ve monomer:çapraz bağlayıcı oranı (0, 08:01) seviyelerinde seçilmiştir. Bu kumaşlarda, yüzey direnci (Ω/sq.), elektrostatik yük akümülasyon/boşalım testlerinden elde edilen maksimum potansiyel yükü (Volt) ve yarılanma ömrü (saniye) incelenmiştir. UV-Vis spektrofotometri ve SEM görüntüleri DADMAC monomerinin kumaş yüzeyinde başarı ile aşılandığını göstermiştir. Bu kumaşlarda testler, su ile ekstraksiyon sonrası ve bir ev tipi yıkaması sonrasında yapılmıştır. Poliamid 6,6 ve poliester kumaşların yüzey direnci 2×1014 Ω/sq.' den büyük çıkmış ve ölçülememiştir. DADMAC ve plazma ile işlem sonrasında su ile ekstrakte edilmiş kumaşlarda yüzey direnci 1000, poliester kumaşlar için ise 10000 kattan fazla iyileşmiştir. Poliamid 6,6 kumaşlarda statik yük akümülasyon/dağılım testlerinde işlem görmemiş kumaş üzerinde 1154 V, DADMAC ve plazma ile işlem görmüş ve su ile ekstrakte edilmiş kumaşlarda 230 V kadar düşük potansiyel yük değeri gözlenirken, yük yarılanma ömürleri ise sırasıyla 273 saniye ve 0.8 saniyedir. % 2-3 monomer konsantrasyonu, 500-600 W plazma gücü, 1-2 dakika ön işlem süresi ve 2-3 dakika plazma ile son işlem süresi poliamid 6,6 kumaşlarda daha iyi sonuçlar vermiştir. Benzer şekilde, poliester kumaşlarda statik yük birikimi/dağılım testlerinde işlem görmemiş poliester kumaş üzerinde -600 V, DADMAC ve plazma ile işlem görmüş ve su ile ekstrakte edilmiş poliester kumaşlarda 13 V kadar düşük voltaj değeri gözlenirken, yük yarılanma ömürleri ise sırasıyla 2000 saniyeden fazla ve 0.3 saniyedir. % 2-3 monomer konsantrasyonu, 500-600 W plazma gücü, 0-1 dakika plazma ile ön işlem süresi ve 2-3 dakika plazma ile son işlem süresi poliester kumaşlarda daha iyi sonuçlar vermiştir. Kumaşların asit boya ile lekeleme sonuçları, DADMAC ile işlem görmüş bütün kumaşların yüzeyinde yüksek oranda boya bağlandığını göstermiş ve bu sayede kumaş yüzeyinde yeni bir polimer tabakanın varlığı hem görsel hem de analitik olarak kanıtlanmıştır. Spektrofotometre ile yapılan renk ve K/S ölçümleri, UV-Vis sonuçları ile örtüşmüş ve kumaşa bağlanan boyarmadde miktarı ile K/S değerleri yüksek koreleasyon göstermiştir. Ev tipi yıkama işleminden sonra, neredeyse tüm kumaşlar aşılı polimer tabakasının bir kısmını kaybetmiştir. Yıkama sonrası tüm kumaşların yüzey direnci değerleri artmış ancak işlenmemiş kumaşlara göre daha düşük yüzey direnci değerleri gözlenmiştir. Poliamid 6,6 kumaşlarda statik yük birikimi ve yük yarılanma ömürleri sırasıyla 375 Volt ve 29.1 saniye iken poliester kumaşlar için 89.5 Volt ve 0.9 saniyedir. Kumaş yüzeyine aşılanan poliDADMAC miktarı ve antistatik test sonuçları arasında pozitif korelasyon gözlenmiştir. Yıkanmış kumaşların asit boya lekeleme ve UV-Vis test sonuçları, kumaş yüzeyinde oluşmuş yeni poliDADMAC tabakasının varlığını kanıtlamıştır fakat yıkanmış kumaşlar, su ile ekstrakte edilmiş kumaşlar ile karşılaştırıldığında kumaşa bağlanan boya miktarında azalma ve boyanmış kumaşın görüntüsünde renk açılması gözlenmiştir. Tüm faktörlerin kumaşların antistatik performansı üzerinde etkisi pozitif yönde gözlenmiştir. Tüm sonuçlar incelendiğinde, su ile ekstrakte edilen kumaşlar en iyi sonuçları verirken yıkanmış kumaşların antistatik özellikleri azalmıştır. Hiç işlem görmemiş poliamid 6,6 ve poliester kumaşların antistatik özellikleri ise en düşük seviyededir. Bu çalışmanın ikinci amacı, plazma teknolojisi kullanılarak, kumaş yüzeyinde bir florokarbon monomerinin aşı polimerizasyonunu sağlayarak sıvı itici bir kumaş elde etmektir. Sıvı iticilik için, altı karbonlu bir florokarbon monomeri olan 2-(perflorohegzil) etil akrilat kullanılmıştır. Di(etilen glikol) diakrilat çapraz bağlayıcısı, polimerizasyon reakiyonuna verimi artırması için katılmıştır. İlk deney grubu, değişkenlerin kumaşların sıvı iticilik değerine etkisini incelemek amaçlı tasarlanmıştır. Bu deney grubunun sonuçları incelenerek iki seviyeli tam faktöriyel deney tasarımı yapılmıştır. Kumaşlarda asetonla ekstrakte öncesi, asetonla ekstrakte sonrası ve ev tipi yıkama sonrasında AATCC 193 test metoduna göre sıvı iticilik değerleri ölçülmüştür. Kumaşlar her aşamada sıvı iticilik değeri göstermiştir. Asetonla ekstraksiyon öncesi 7 kadar yüksek sıvı iticilik değerleri gözlenmiştir, bu değerin yüzey gerilim olarak karşılığı 24.5 mN/m dir. Yıkama sonrası kumaşlarda 2-3,5 sıvı iticilik değerleri gözlenmiştir, bu değerlere karşılık gelen yüzey gerilim değerleri 50-38 mN/m arasında değişmektedir. Kumaşların sıvı iticilik değerlerine etki eden en önemli faktörler, plazma ile son işlem süresi ve yüksek oranda çapraz bağlayıcı varlığıdır. ATR FT-IR analizleri sonucu kumaş yüzeyinde yüksek oranda florokarbon içerikli bir kimyasal gözlenmiştir. Son olarak kumaşlarda statik su temas açısı testleri gerçekleştirilmiştir. Aseton ile ekstraksiyon sonrası kumaşlarda 144-158 derece arasında statik temas açıları gözlenirken, yıkama sonrası bu değerler 138-153 derece arasına gerilemiştir. Son aşama olarak antistatik bitim işlemi ve sıvı iticilik bitim işlemi aynı kumaş üzerine uygulanmıştır. Öncelikle DADMAC monomerinin kumaş yüzeyinde aşı polimerizasyonu sağlanmıştır, kumaş yüzeyindeki polimerize olmayan fazla monomeri uzaklaştırmak için su ile ekstrakte edilmiştir. Kumaş kuruduktan sonra, DADMAC uygulanan aynı yüzeye florokarbon monomeri buhar yolu ile uygulanmış ve atmosferik basınç plazma reaktörü sayesinde polimerize edilmiştir. Elde edilen son kumaş su itici özellik göstermiş fakat antistatik özelliğini yitirmiştir.
Özet (Çeviri)
Plasma treatment of textiles is a new topic and is still under research. Textile finishing processes can be realized in a more ecologically friendly way, the process time can be shortened and durability of some finishes like antistatic and repellency treatments could be improved with the aid of plasma technology. Most textile fibers do not conduct electricity efficiently and demonstrate insulating properties when they are in a dry environment and can be classified as dielectric materials. To prevent static charge build up on textile materials, antistatic finishes are applied on the fiber or fabric surface. Most antistatic finishes are non-durable finishes and are not resistant to washing. Likewise, there is a big demand and need for water, oil and soil repellent textiles in the textile market. Sports clothing, raincoats and military clothing, furnishing textiles, bed sheets and covers used at hospitals require repellent finishes. Fabrics used in furnishing textiles require antistatic and repellent finishing. For this purpose, woven staple polyamide 6,6 and woven staple polyester fabrics are studied in this research. The first aim of this study is to graft polymerize a hydrophilic monomer with the aid of an atmospheric pressure plasma reactor to improve the antistatic property of fabrics. For this purpose, three hydrophilic monomers; an anionic monomer 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid (AMPS), a nonionic monomer 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), a cationic monomer diallyldimethylammonium chloride (DADMAC) were chosen and their performance as an antistatic finish on fabrics was investigated. Surface resistivity of the fabrics were measured before and after water soxhlet extraction and DADMAC showed superior performance upon other monomers. Later studies on DADMAC were to improve and understand the effect of variables on the graft yield of DADMAC on polyamide 6,6 and polyester fabrics. A crosslinker, namely di(ethylene glycol) diacrylate was added to the polymerization reaction to increase the graft yield and improve the durability of the grafted polymer layer. A full factorial design of experiment with two levels was conducted with DADMAC monomer, variables were; plasma post exposure time (1-3 min.), plasma pre-exposure time (0-2 min.), plasma power (400-600 W), concentration of the monomer (1-3%) and existence of a crosslinker. Surface resistivity (Ω/sq.), generated maximum charge potential (Volts) and the half life (decay) time (seconds) for electrostatic charge generation/dissipation tests were measured for this set of fabrics. Uv-Vis spectroscopy and ATR FT-IR were used to confirm the grafted DADMAC layer on the fabric surface. Color and K/S measurements were performed on the dyed fabrics and K/S values showed good correlation with the amount of dye bonded to the fabric. Polyamide 6,6 and polyester fabrics all showed good antistatic properties in surface resistivity (Ω/sq.), generated maximum charge potential (Volts) and the half life (decay) time (seconds) for electrostatic charge generation/dissipation tests. High plasma powers (500-600W), medium-high monomer concentrations (2-3%), plasma pre-exposure time (1-2 mins.) and long plasma post exposure times (2-3 min.) had high impact on improving the antistatic properties of fabrics. The second aim of this study is to graft polymerize a fluorocarbon based monomer with the aid of an atmospheric pressure plasma reactor on fabric surface for water, oil repellency. 2-(perfluorohexyl) ethyl acrylate (PFHEA) having a C6 fluorocarbon chemistry was chosen as the fluorocarbon based monomer. Di(ethylene glycol) diacrylate crosslinker was used to improve the graft yield of the polymerized layer. Preliminary experiments were conducted to understand the effects of variables individually on aqueous liquid repellency of fabrics. Depending on the results of the first set, some factors were eliminated or kept at a level and a full factorial experimental design with two levels was conducted. Aqueous liquid repellency of fabrics before acetone extraction, after acetone extraction and after home laundering were measured according to AATCC TM 193. Fabrics showed aqueous liquid repellency at every stage. High post exposure time to plasma and high monomer: crosslinker ratio lead to higher aqueous liquid repellency values. ATR FT-IR spectra also confirmed the high fluorocarbon content on the fabric surface after acetone extraction and after home laundering. Static water contact angles were measured with the help of an optical tensiometer. Static water contact angles ranged between 144 -158 degrees for the acetone extracted fabrics and 138-153 degrees for the laundered fabrics. At the last step, the two finishes were combined on the same fabric. Firstly, DADMAC monomer was graft polymerized on the fabric surface, the fabric went through a water soxhlet extraction to clean away the unreacted monomers. Later 2-(perfluorohexyl) ethyl acrylate was graft polymerized on the same side of the fabric. The fabric showed good aqueous liquid repellency values however, the antistatic property was diminished after repellency treatment.
Benzer Tezler
- Değişik bitim işlemleri maddelerini kombine ederek multifonksiyonel pamuklu dokuma kumaşların elde edilmesi
Production of multifunctional woven cotton fabrics by combining different finishing subtances
ŞULE SOYKAN
Doktora
Türkçe
2016
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECDET SEVENTEKİN
- Development of multifunctional tick repellent textiles
Multi-fonksiyonel kene kovucu tekstillerin geliştirilmesi
WAZIR AKBAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜL BAHAR BAŞIM DOĞAN
- Selüloz nanokristalit (Nanowhisker) takviyeli sıcaklık-su duyarlı poliüretan kompozit yapıların tekstil uygulamaları
Textile applications of cellulose nanowhisker reinforced thermo-water responsive polyurethane composite structure
NAZİFE KORKMAZ MEMİŞ
Doktora
Türkçe
2020
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİBEL KAPLAN
- Çok fonksiyonlu tekstil materyallerinin üretimi
Production of multi-functional textile materials
MELİS DURNA
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Teknik EğitimMarmara ÜniversitesiTekstil Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERHAN ÖNER