Investigation of laser fading and effect of preparation processes on laser faded denim fabric quality
Lazer soldurma ve hazırlık işlemlerinin lazerle soldurulmuş denim kumaş kalitesine etkisinin incelenmesi
- Tez No: 719682
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜLAY ÖZCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Textile and Textile Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Tekstil endüstrisinde lazer teknolojisi, 19. yüzyıldan itibaren, liflerin yapısını değiştirerek tekstiller üzerinde hem mikro hem de makro düzeyde etkiler elde etmek için kullanılmaktadır. Lazer ağartma, lazer teknolojisinin ana işlemlerinden biridir ve denimde yaygın olarak kullanılmaktadır. Lazer ağartma ile kumaş yüzeyi, 0,1 mm'den 0,5 mm'ye kadar derinlikte işlem görür. Çözünürlük ve piksel süresi, lazer işleminin sonucunu etkileyen önemli parametrelerdir. Çözünürlük, birim alan başına lazer atışının yoğunluğunu ifade eder ve birimi dpi (dots per inch) dır. Mikro saniye (µs) cinsinden ifade edilen piksel süresi ise lazer ışınını her bir noktaya yerleştirmek için gereken süreyi ifade eder. Piksel süresi artıkça, yüzey daha fazla enerjiye maruz kalır ve daha yoğun ağartma efekti oluşur. Piksel süresinin ve çözünürlüğün artmasıyla lazer güç yoğunluğu artar. Lazerle solma kuru ve bilgisayar kontrollü bir işlemdir, geleneksel ağartma işlemlerine göre daha az insan gücü gerektirir. Sarf malzemesi kullanılmaz ve geleneksel yöntemlerde ortaya çıkan atık kaynaklı toksik madde oluşumu yoktur. Lazer işlem parametrelerinin istenilen seviyede düzenlenmesi ile hızlı, hassas ve doğru üretim; ekolojik, sürdürülebilir ve insan sağlığını teydit etmeyecek şekilde sağlanmış olur. Bu avantajlarına rağmen, lazer işlemi, kumaşın mekanik özelliklerde azalmaya ve renginde sarılığa neden olabilir. Bu tez çalışmasında öncelikli olarak, farklı lazer parametreleri ile lazer ağartma ve akabinde basit bir enzim yıkama işlemi ile, denim kumaşın laser ağartması için en etkili koşulların belirlenmesi amaçlanmıştır. İkincil olarak ise, lazer soldurma öncesi kumaşa uygulanacak kimyasal ön işlemlerin, belirlenmiş optimum lazer parametreleriyle uygulanan lazer işlemi sonrası gözlemlenmesi, bu ön işlemler sayesinde enzim yıkamanın giderilmesi ve bunun yanında lazer ağartmanın sebep olduğu dezavantajların en aza indirilmesi amaçlanmaktadır. Bu amaçla, deneysel çalışma kapsamında, ticari olarak kullanımı yaygın 3/1 dimi konstrüksiyona sahip iki farklı tip %100 organik pamuklu denim kumaş seçilmiştir. G ile ifade edilen kumaş numunesi 435 gr/mt² olup kükürt ve indigo ile boyanmıştır. F ile ifade edilen ikinci kumaş ise 480 gr/mt² olup sadece indigo boyalıdır. Lazer ağartma için dalga boyu 10.6 µm ve gücü %60 olan CO₂ lazer makinesi kullanılmıştır. Çözünürlük ve piksel süresi sırasıyla 32, 40, 48 dpi ve 300, 500, 700 µs olarak üç farklı seviyeye ayarlanmıştır. Lazer işlemi sonrasında tüm kumaşlar 40°C'de 10 dakika boyunca 1:10 flotte oranında, Rucolase STG New enzimi ile yıkamaya tabii tutulmuştur. Kumaş birim ağırlığındaki değişim, çekme mukavemeti (TS EN ISO 13934-1) ve aşınma direnci (TS EN ISO 12947-2) tüm kumaşlar için değerlendirilmiştir. Renk değerleri (CIE L*a*b*, DE*, h*, C* ve K/S), sarılık ve beyazlık indeksleri Datacolor spektrofotometre ile ölçülmüştür. Yıkamaya (TS EN ISO 105-C06), sürtünmeye (TS EN ISO 105-X12), ticari ışığa (TS EN ISO 105-B02), suya (TS EN ISO 105 E01) ve tere (TS EN ISO 105 E04) karşı renk haslığı D65 yapay gün ışığı altında, ışık kabininde değerlendirilmiştir. Deneysel çalışmanın ilk bölümünde optimum lazer parametreleri 40 dpi çözünürlük ve 300 µs piksel süresi olarak belirlenmiştir. Belirlenen bu proses koşullarında, enzim yıkama uygulaması ile daha düşük çekme mukavemeti kaybı ve minimum sarılık ile yeterli mekanik özelliklere ve iyi renk değerlerine sahip etkili ağartmanın elde edilebileceği görülmüştür. Deneysel çalışmanın ikinci bölümünde ise, dinlendirilmiş G kumaş numuneleri, kir ve haşıl ajanının giderilmesi için 40 °C'de iyonik olmayan (0.5 g/L) yüzey aktif madde ile 60 dakika yıkanmış ve ardından polisilisik asit (PA), bikarbonat (BC), borik asit (BA), boraks (BX) ve borik asit/boraks karışımı (BA/BX) ile ayrı ayrı ön işleme tabi tutulmuştur. Kimyasallar emdirme yöntemi ile 1:10 flotte oranında uygulanmıştır. PH, asetik asit ile 5-6'ya ayarlanmıştır. Kurutulan test numuneleri belirlenen lazer parametrelerinde, 40 dpi çözünürlükte ve 300 μs piksel süresinde lazer ağartmaya maruz bırakılmıştır. Ardından, test numuneleri 40 °C' de 40 dakika boyunca durulanmıştır. Polisilisik asit ve borik asit/boraks karışımının ön işlemi ile sarılık ve beyazlık değerleri açısından enzim yıkama ile karşılaştırılabilir sonuçlar elde edilmiştir. Ön deneylerde uygulanan kimyasal ön terbiye işlemleri, G kumaşı üzerine uygulanmıştır. %16 azalmış sarılık değeri ve beyazlıktaki %12 azalma ile enzim yıkamalı kumaşa en yakın değerler elde edilmiştir. 40 g/L PA ile ön işleme tabi tutulmuş G numunesi, beyazlık indeksi 91.9 olan lazerle muamele edilmiş ve ardından enzim yıkama uygulanmış referans G4 numunesine göre, en düşük ΔE değerine (0.8) ve karşılaştırılabilir bir beyazlık indeksine (80.7) sahiptir. Bu değerleri 80.2 WI ve 2.2 DE değeri ile BA/BX ön işlem uygulaması takip etmektedir. Polisilisik asit ve bikarbonat uygulamalarının açıklık değerleri (L*) ise %2.5 oranı ile enzim yıkamaya en yakın değerdir. Ön deneylerin sonuçlarına bağlı olarak, 20 g/L, 30 g/L and 40 g/L olarak 3 farklı konsantrasyonda PA ön işleminin ve BA/BX ön işleminin, kumaşın renk değerleri ve mekanik özelliklere etkisini gözlemlemek adına 2 kumaş (F & G) için de uygulanmasına karar verilmiştir. Kimyasal ön işlemler ön deneyler ile aynı metodla uygulanmıştır. Uygulamaların sonuçları değerlendirildiğinde, G kumaş üzerine ön işlem uygulamalarının, beyazlık ve lazer işleminin neden olduğu sarılık değerini azalttığı görülmüştür. Borik asit/boraks (BA/BX) ön işlemi ile %25 oranında, sarılıkta maksimum azalma gözlenmiştir. Beyazlık indeksinde ise minimum azalma, 30 g/L Polisilisik Asit ön işlemi ile %2.5 oranında gözlemlenmiştir. Maksimum açıklık değeri 20 g/L polisilisik asit ön işlemi ile elde edilmiştir. Enzim yıkamalı, lazer ağartmalı referans kumaşa göre, 30 g/L polisilisik asit uygulaması çözgü yönünde %4 ve 40 g/L polisilisik asit uygulaması atkı yönünde %27.5 ile çekme mukavemetinde en yüksek artışı sağlamıştır. Bunun yanında, 40 g/L polisilisik asit ön işlemi çözgü yönünde çekme mukavemetini %3.5 azaltırken, borik asit/boraks karışımı atkı yönünde minimum %14.5 artışa neden olmuştur. Levi's Denim standardına göre, ön terbiye uygulamaları ile elde edilen çekme mukavemeti değerleri kabul edilebilir değerlerdedir. İndigo boyalı (F) kumaşa yapılan ön işlem uygulamaları ile sarılık ve beyazlık indekslerinin referans F4 kumaşına göre arttığı gözlemlenmiştir. BA/BX uygulaması 110.0 WI değeri ile sarılıkta minimum artışa (%11) neden olmuştur. 40 g/L Polisilisik asit ön işlemi ile WI değeri referans kumaşa göre %27 lik bir artış ile 129.3 değerini vermiştir. Maksimum açıklık (L*=26.4) 20 g/L polisilisik asit ön işlemi ile elde edilmiştir. İndigo boyalı kumaşın (F) çözgü yönü çekme mukavemetindeki en yüksek artışı, 30g/L polisilisik asit ön terbiye işlemi ile gözlenmiştir. Atkı yönünde %36.4 ile en yüksek çekme mukavemeti artışı ise 20 g/L polisilisik asit uygulaması ile elde edilmiştir. 40 g/L polisilisik asit ön işlemi, çözgü yönü için çekme mukavemetinde %15 ile en düşük artış değerini verirken, atkı yönünde çekme mukavemetinde %2.5 azalmaya neden olmuştur. Bu değerler Levi's Denim standardının gerektirdiği çekme mukavemeti değerleri aralığındadır. Bu çalışmadan elde edilen bulgulardan anlaşılacağı üzere, ön terbiye uygulamaları ile lazerle ağartılmış kükürt ve indigo boyalı G kumaşında daha düşük sarılık ve daha yüksek beyazlık değerleri elde edilmiştir. Indigo boyalı F kumaşı içinse, beyazlık indeksi artarken sarılık değerlerinde de hafif bir artış görülmüştür. Polisilisik asit ve borik asit/boraks karışımının ön işlemiyle, lazer ağartmalı, enzim yıkamalı referans numunelere kıyasla mekanik özellikler korunurken, uygun ağartma efekti de elde edilmiştir. Yüksek veya mukayese edilebilir beyazlık indeksi, en az sarılık değeri, yüksek veya mukayese edilebilir renk açıklığı ve atkı çözgü çekme mukavemeti değerleri göz önünde bulundurulduğunda, kükürt/indigo boyalı %100 organik pamuklu denim kumaş için, enzim yıkama yerine 30 g/L ve 40 g/L Polisilisik Asit ön işlemi uygulaması basit bir durulama işlemi ile önerilmiştir. 30 g/L ve 40 g/L polisilisik asit ön işlemi uygulaması ile enzim yıkama ile beyazlık değeri hemen hemen aynı kalmıştır ve sarılık değerleri sırasıyla %32 ve %35 oranında azalmıştır. İndigo boyalı %100 organik pamuklu denim kumaş içinse 10 g/L borik asit ve boraks karışımlı ön işlem uygulaması önerilmiştir. Bu ön işlem ile kumaşın sarılığı ve beyazlığı enzim yıkamalı referans kumaşa göre aynı kalırken, atkı yönündeki çekme mukavemeti %35 artmıştır. Lazer işlemi öncesi kimyasal ön terbiye uygulamaları ile, kumaş mukavemetini %25'e varan oranlarda azaltan enzim yıkama işlemi ortadan kaldırılarak, lazerle soldurulan denim kumaşın mekanik özelliklerinin korunabileceği sonucuna varılmıştır. Ayrıca tüm son yıkamalar, su kullanılarak, ilave kimyasal yıkamalar olmadan gerçekleştirilmiştir. Böylece, sektörde kabul görecek, yeterli denim solma etkisine sahip, çevre dostu, enzim yıkamaya alternative, ekolojik bir yöntem geliştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
In the textile industry, laser technology is used to achieve effects on textiles in both micro and macro levels by changing the structure of fibers, since the 19th century. Laser fading is one of the main process of laser technology and is commonly used in denim. Fabric surface from 0.1mm to 0.5mm is processed and faded with this method. Resolution and pixel time are crucial parameters of laser source influencing the result of laser treatment. Resolution controls the density of laser dots per unit area, which is expressed in dpi (dots per inch). Pixel time, expressed in µs, controls the required time to place the laser beam at each point. Longer pixel time means more energy and so higher degree of fading effect. With the increase of pixel time and resolution, laser power density increases. Laser fading is a dry and computer-controlled process. Less manpower is required in this method. No or fewer consumables are used and there is no toxics caused by the disposal of products as on conventional wet finishing methods. With the arrangement of laser processing parameters at the desired level, it provides fast, precise and accurate production with sufficient reproducibility and repeatability, without environmental and health problems. Despite these advantages, laser fading may cause decrease in mechanical properties and higher yellowness on the color of the fabric. In this thesis, firstly, it was aimed to identify the most effective conditions of denim fading by laser treatment with different laser parameters followed by enzyme washing. Secondly, it was intended to observe the effects of chemical pre-treatment applications before laser fading at the optimum laser parameters reported, following by simple rinsing instead of enzyme washing, thereby minimizing the disadvantages of conventional laser fading (laser fading followed by enzyme washing). For this purpose, two different type of commercially used 100% organic cotton denim fabrics with 3/1 twill construction were selected for experimental study. The first fabric sample denoted as G was 435 gr/mt² and dyed with sulfur bottom and indigo. The second fabric F was 480 gr/mt² and only indigo dyed. CO2 laser machinery with a wavelength of 10.6µm and a power of 60% was used for laser treatment. Resolution and pixel time were set into three different levels; 32, 40, 48 dpi, and 300, 500, 700 µs. Subsequently, all laser-treated fabric samples were exposed to enzyme washing at a liquir ratio of 1:10 at 40°C for 10 min. Rucolase STG New enzyme was used for enzyme washing. Change in fabric unit weight, tensile strength (TS EN ISO 13934-1), abrasion resistance (TS EN ISO 12947-2) were evaluated for all fabrics. Color values (CIE L*a*b*, DE*, h*, C*, and K/S), yellowness and whiteness indexes were measured by Datacolor spectrophotometer. Colorfastness against washing (TS EN ISO 105-C06), rubbing (TS EN ISO 105-X12), artificial light (TS EN ISO 105-B02), water (TS EN ISO 105 E01) and perspiration (TS EN ISO 105 E04) were tested and evaluated under D65 artificial day light using the lightbox. From the first part of the experimental work, optimum laser parameters were reported as 40 dpi resolution and 300 µs pixel time. It was observed that, required fading effect with sufficient mechanical properties and good color values can be obtained with lower tensile strength loss and minimum yellowness with the application of enzyme washing under these determined process conditions. In the second part of experimental work, conditioned G fabric samples were washed with nonionic (0.5 g/L) surfactant at 40 °C for 60 min to remove the impurities and sizing agent and then pre-treated with polysilicic asid (PA), bicarbonate (BC), boric acid (BA), borax (BX) and mixture of boric acid/borax (BA/BX), separately. Chemicals were applied on fabrics with impregnation method at a liquir ratio of 1:10. PH was adjusted to 5-6 with acetic acid. Dried test specimens were exposed to laser fading at determined laser parameters, 40 dpi resolution and 300 μs pixel time. After laser fading, test specimens were rinsed at 40 °C for 40 min. With the pretreatment of polysilicic acid and mixture of boric acid/borax, comperable results to enzyme washing were achived in terms of yellowness and whiteness values. 16% decrease in yelowness was obtained and closest whiteness value to enzyme washing was obtained by 12% decrease in whiteness.Preliminary experiments on chemical pretreatment applications were carried out by using G fabric. Based on the results, the sample pretreated with 40 g/L PA has a comparable whiteness index (80.7) with the lowest ΔE value (0.8) compared to laser-treated and subsequently enzyme-washed G4 sample which the whitness index is 91.9. It was followed by BA/BX application with a WI of 80.2 and DE value of 2.2. Lightness values (L*) of polysilicic acid and bicarbonate applications were the closest ones to enzyme washing with the ratio of 2.5%. Considering the results of preliminary experiments, color values and mechanical properties of PA application in different concentrations; 20 g/L, 30 g/L and 40 g/L and BA/BX application were evaluated for both two fabric types; sulphure/indigo dyed (G) and indigo dyed (F). Chemical pre-treatments were applied in same prosedure. It was reported that, pre-treatment applications on G fabric decreased the yellowness and whiteness values of the fabric caused by laser treatment. Maximum decrease on yellowness was observed with the application of boric acid/borax (BA/BX) pre-treatment by 25%. Minimum decrease in the whiteness index of G fabric was observed with the pre-treatment of 30 g/L Polysilicic Acid by 2.5%. Maximum lightness was performed with 20 g/L polysilicic acid pre-treatment. 30 g/L polysilicic acid application caused highest increase in tensile strength in warp direction by 4% and 40 g/L polysilicic acid application in weft direction by 27.5% compared to enzyme washed, laser faded reference fabric. On the other hand, 40 g/L polysilicic acid pre-treatment decreased the tensile strength by 3.5% in warp direction and the mixture of boric acid/borax caused minimum increment in weft direction by 14.5%. According to Levi's Denim standard, tensile strength values obtained with pretreatment applications were acceptable. It was observed that, yellowness and whitness indexes increased with the pre-treatment applications on the fabric indigo dyed (F) as compared to reference F4 fabric. BA/BX application caused minimum increase by 11% in yellowness with a WI value of 110.0. With the application of 40 g/L polysilicic acid pre-treatment, a WI value of 129.3 was obtained, resulting in an increase of 27% compared to reference fabric. Maximum lightness (L*=26.4) was obtained with 20 g/L polysilicic acid pre-treatment. The highest increase in tensile strength in warp direction of indigo dyed fabric (F) was observed with the pre-treatment of 30 g/L polysilicic acid. Highest increase in tensile strength in weft direction by 36.4% was obtained with 20 g/L polysilicic acid application. 40 g/L polysilicic acid pre-treatment has the lowest increase in tensile strength for warp direction as 1.5% and caused a decrease in weft direction by 2.5% which is also in the range of tensile strength values specified in Levi's Denim standard. As can be seen from findings obtained in this study, lower yellowness and higher whitness values were obtained on laser faded sulphure and indigo dyed G fabric with pre-treatment applications. However, for indigo dyed F fabric, whiteness index increased but there was also a slight increase in yellowness with pre-treatments. Pre-treatment of polysilicic acid and mixture of boric acid/borax provided suitable fading effects compared to laser faded and subsequently enzyme washed reference samples while maintaining the mechanical properties. Considering higher or comparable whiteness index, lightness and tensile strength values both in warp and weft directions and minimum yellowness, it can be suggested that for sulphure/indigo dyed 100% organic cotton denim fabric, 30 g/L and 40 g/L polysilicic acid pre-treatments before laser fading can be done followed by simple rinsing, instead of enzyme washing. With the application of 30 g/L and 40 g/L polysilicic acid pre-treatment, whiteness value remains almost the same with enzyme washing and yellowness values decreases by 32% and 35% respectively. The pre-treatment of the mixture of 10 g/L boric acid and borax can be recommended for the indigo dyed 100% organic cotton denim fabric. By this pre-treatment, yellowness and whiteness of the fabric remain the same as laser faded and enzyme washed reference fabric with 35% increased tensile strength in weft direction. It is concluded that, by chemical pre-treatment applications before the laser process, the mechanical properties of laser-faded denim fabric can be preserved by eliminating the enzyme washing, which reduces the tensile strength up to 25%. Besides, all after-treatments were performed with the usage of water, no additional chemicals were used. Thus, environmentally friendly, ecological processes with sufficient denim fading effect, recommended in the market, can be obtained without any enzyme washing.
Benzer Tezler
- Çeşitli kalem mürekkeplerinin fiziksel, kimyasal ve biyolojik koşullarda moleküler dönüşümlerinin incelenmesi
Examination of molecular transformations of various pen inks under physical, chemical and biological conditions
FATMA ÇAVUŞ YONAR
- Orta ölçekli basım işletmelerinde üretimi aksatan nedenlerin belirlenmesi
The determination of causes which affect the production performance in middle level printing plants
ÖZLEM YILMAZ
Doktora
Türkçe
2006
MatbaacılıkMarmara ÜniversitesiMatbaa Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. EFEF NEJAT GENÇOĞLU
- Investigation of noncovalent protein-protein interactions by matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry
Kovalent olmayan protein-protein etkileşimlerinin matriks yardımlı-laser desorpsiyon iyonlaşmalı kütle spektrometresi ile incelenmesi
BASRİ GÜLBAKAN
- Metalik kalayın asidik çözeltiler içerisinde anodik davranışının incelenmesi
Investigation of anodic behavior of metallic tin in acidic solutions
CAN AKYIL
Doktora
Türkçe
2019
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÜRGEN
- Farklı pürüzlendirme yöntemleriyle dentine uygulanan kompozit rezin ve cam iyonomer siman materyallerinin makaslama bağlanma dayanımlarının incelenmesi
Investigation of shear bond strength of composite resin and glass ionomer cement to dentin with different roughening methods
MERVE İŞCAN YAPAR
Doktora
Türkçe
2015
Diş HekimliğiAtatürk ÜniversitesiRestoratif Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ZİYA BAYINDIR
