i
T.C.
GAZİOSMANPAŞA ÜNİVERSİTESİ
Bilimsel Araştırma Projeleri KomisyonuSonuç Raporu
Proje No: 2012/107
Bitkisel atık maddelerin tekstil endüstrisinde boyarmadde kaynağı olarak değerlendirilmesi
Proje Yöneticisi Arş. Gör. Dr. Ferda ESER
Fen-Edebiyat Fakültesi
Nil ACAR (Fen-Edebiyat Fakültesi/Kimya Bölümü)
T.C.
GAZİOSMANPAŞA ÜNİVERSİTESİ
Bilimsel Araştırma Projeleri KomisyonuSonuç Raporu
Proje No: 2012/107
Bitkisel atık maddelerin tekstil endüstrisinde boyarmadde kaynağı olarak değerlendirilmesi
Proje Yöneticisi Arş. Gör. Dr. Ferda ESER
Fen-Edebiyat Fakültesi
Nil ACAR (Fen-Edebiyat Fakültesi/Kimya Bölümü)
iii
ÖZET*
Bitkisel atık maddelerin tekstil endüstrisinde boyar madde kaynağı olarak değerlendirilmesi
Bu projede, özellikle bitkisel atık maddelerin değerlendirilmesi, doğal boyamacılık için sürekli bir kaynak oluşturulması ve ülke ekonomisine önemli ölçüde katkı sağlanması amacıyla kızılağaç yaprakları, portakal kabukları ve çay demi atıklarının tekstil sektöründe doğal boyarmadde kaynağı olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır.
Bu bağlamda, yün ve pamuklu kumaşlar FeSO4 ve AlK(SO4)2 mordanları eşliğinde ön,
birlikte ve son mordanlama işlemlerine tabi tutuldu. Her kumaş türü için 2 farklı pH değerinde çalışıldı. Boyanan materyallerin renk analizleri yapılarak yıkama, sürtme ve ışık haslıkları bakımından değerlendirildi. Yapılan analizler ve test sonuçlarına göre 3 boyarmadde kaynağının da her iki kumaş türünde boyama potansiyeli gösterdiği, özellikle pamuklu kumaşın daha iyi boyandığı tespit edilmiştir. Pamuklu kumaşlarda, FeSO4 mordanı ile
özellikle bazik ortamda yapılan boyamalarda daha yüksek renk şiddeti elde edilmiştir. Kızılağaç yaprakları ve çay demi atıkları için ön mordanlama yöntemi etkili olurken portakal kabuklarının son mordanlama yönteminde kumaş boyamada daha etkili olduğu gözlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Portakal kabuğu, kızılağaç yaprağı, çay demi, atık, boyama
*Bu çalışma Gaziosmanpaşa Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Komisyonu tarafından desteklenmiştir. (Proje no : 2012/107).
ABSTRACT*
Evaluation of waste products of plants as dyestuff source in textile industry
In this project, the usage of common alder leaves, outer shells of orange, and tea infusion wastes of tea as a natural source of dyestuff in the textile industry was investigated for the purpose of creation of a constant source of natural dyeing and provide a significant contribution to the country's economy in terms of especially evaluation of vegetable wastes.
In this concept, wool and cotton fibers were subjected to pre-mordantation, together mordantation and last mordandation processes in the presence of FeSO4 and AlK(SO4)2
mordants. The studies were carried out using 2 different pH values for each type of fibers. Color analyses of dyed materials were done and the results were evaluated in terms of wash, rubbing and light fastnesses. According to the results of anaylses and tests, it is detected that all 3 dyestuff source showed dyeing potential for both type of fibers, especially cotton. For cotton fibers, high color strenght was obtained in the presence of FeSO4 mordant, especially
in alkali medium. Last mordantation method was found effective on dyeing of fibers with orange shells while pre-mordantation was effective for common alder leaves and tea infusion wastes of tea.
Keywords: Shells of orange, common alder leaves, tea infusion, waste, dyeing
* This research was supported by Scientific Research Projects Commission of Gaziosmanpaşa University (Project no : 2012/107).
v ÖNSÖZ
Doğal boyarmaddeler bitki ve hayvan orijinli olup, renklendirici olarak, gıda ve tekstil sanayi gibi çok çeşitli kullanım alanına sahiptir. Günümüzde en önemli doğal boyarmadde kaynağı bitkisel boyarmaddelerdir. Bitkisel boyalar yaprak, çiçek, kozalak, gövde kabuğu ve kök gibi bitki kısımlarından kimyasal bir işlem uygulamadan veya en az kimyasal işlem sonucunda elde edilen boyalardır. Günümüzde çevre sorunlarının giderek büyümesine karşın, kimyasal boyaların doğal boyalara göre ezici üstünlüğü devam etmektedir. Sentetik boyaların parçalanabilirliğinin az olması, çevreye zararlı etkileri ve alerjiye neden olması gibi sakıncaları, günümüzde doğal boyalara olan ilgiyi artırmıştır.
Boya bitkilerinin gıda, tekstil, kozmetik ve eczacılık gibi pek çok kullanım alanı bulunmaktadır. Ülkemizde bitkisel boyacılık konusunda son yıllarda yapılan araştırmalar genellikle bu alanda bitkilerin ve bitki artıklarının kullanım potansiyelinin belirlenmesi ve renk kataloglarının hazırlanarak, kullanım esnasında gerekli haslık derecelerinin tespit edilmesine yöneliktir.
Bu projede, özellikle bitkisel atık maddelerin değerlendirilmesi, doğal boyamacılık için sürekli bir kaynak oluşturulması ve ülke ekonomisine önemli ölçüde katkı sağlanması amacıyla tüm Karadeniz Bölgesinde kendiliğinden yetişerek önemli bir yere sahip kızılağaç yaprakları, Akdeniz Bölgesinde yetiştirilerek önemli bir nüfus populasyonuna hitap eden portakalın dış sarı-turuncu kabukları ve ülkemizde (Doğu Karadeniz Bölgesinde) önemli ölçüde yetiştirilen ve tüketilen çayın çay demi atıklarının tekstil sektöründe doğal boyarmadde kaynağı olarak kullanılabilirliği araştırıldı.
İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET ... iii ABSTRACT ... iv ÖNSÖZ ... v İÇİNDEKİLER ... vi
SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ ... vii
ŞEKİLLER DİZİNİ ... viii
1. GİRİŞ ... 10
2. KAYNAK ÖZETLERİ ... 11
3. MATERYAL ve YÖNTEM ... 13
3.1. Kullanılan Araç ve Malzemeler ... 13
3.2. Doğal boya ekstraksiyonu ve mordanlama ... 14
3.3. Değerlendirmede kullanılan yöntemler ... 16
4. BULGULAR ... 17
4.1. Kızılağaç yapraklarının boyama potansiyeli ... 17
4.2. Çay demi atığının boyama potansiyeli ... 20
4.3. Portakal kabuğunun boyama potansiyeli ... 23
5. TARTIŞMA ve SONUÇ ... 26
vii SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ mg : Miligram ml : Mililitre g : Gram nm : Nanometre dk : Dakika M : Molar
FeSO4 : Demir (II) sülfat
AlK(SO4)2 : Aluminyum potasyum sülfat CH3COOH : Asetik asit
ŞEKİLLER DİZİNİ
Sayfa
Şekil 2. 1. Hesperidin ... 12
Şekil 2. 2. Kateşin ... 13
Şekil 2. 3. Hiperozit ... 13
Şekil 3. 1. Soxhlet cihazı ile boyarmadde ekstraksiyonu ... 14
Şekil 3. 2. Boyama diyagramı ... 15
Şekil 4. 1. Portakal kabuğu ile yapılan boyamaların K/S renk şiddetleri ... 17
Şekil 4. 2. Kızılağaç yaprakları ile boyanan yün ve pamuklu kumaşlar ... 17
Şekil 4. 3. Çay demi atığı ile yapılan boyamaların K/S renk şiddetleri ... 20
Şekil 4. 4. Çay demi atığı ile boyanan yün ve pamuklu kumaşlar ... 20
Şekil 4. 5. Portakal kabuğu ile yapılan boyamaların K/S renk şiddetleri ... 23
ix
ÇİZELGELER DİZİNİ
Sayfa
Çizelge 4. 1. Kızılağaç yaprakları ile boyanan numunelerin CIE L* a* b* renk koordinatları 18
Çizelge 4. 2. Kızılağaç yaprakları ile boyanan numunelerin haslık değerleri ... 19
Çizelge 4. 3. Çay demi atığı ile boyanan numunelerin CIE L* a* b* renk koordinatları ... 21
Çizelge 4. 4. Çay demi atığı ile boyanan numunelerin haslık değerleri ... 22
Çizelge 4. 5. Portakal kabuğu ile boyanan numunelerin CIE L* a* b* renk koordinatları ... 24
1. GİRİŞ
Son yıllarda tekstil uygulamalarında doğal boyaların kullanımına olan ilgi giderek artmaktadır. Bu durum, çevrenin, sentetik boyaların neden olduğu toksik ve alerjik reaksiyonlara maruz kalmasının bir sonucu olarak görülmektedir. Doğal boyalar, sentetik boyalara nazaran daha iyi biyo-çözünürlük gösterirler ve çevre ile daha uyumludur (Deo and Desai, 1999). Doğal boyarmaddeler sentetik boyarmaddeler ile karşılaştırıldıklarında genelde çevre kirliliğine yol açmazlar. Bu boyarmaddeler daha az toksik ve daha az alerjeniktirler. Bunların yanı sıra, doğal boyarmaddelerin antialerjik, antimikrobiyal, antibakteriyel, antikanserojen vb. aktivitelere sahip olduğu bilinmektedir (Deveoğlu ve Karadağ, 2011). Bu avantajlarından dolayı son on yılda doğal boyarmaddelerin kullanımı; gıda, farmasötik, kozmetik ve tekstil boyama endüstrisi alanında ivme kazanmıştır (Ali et al., 2007).
Sentetik boyaların insan ve çevre sağlığı açısından zararları oldukları pek çok sağlık örgütü tarafından kabul edilmektedir. Bundan dolayı organik tekstil ürünlerinin hayli ön plana çıktığı günümüzde, özellikle bitkisel boyalarla renklendirilmiş insan ve çevre dostu bitkisel boyaların önemi daha iyi anlaşılmıştır. Bazı meyve, sebze ve bitki atıkları hayvan beslenmesinde gübre olarak kullanılmakta olup, bir kısmı değerlendirilememektedir. Birçok durumda, bu atıklar dikkate değer miktarda doğal boya içermektedir. Bu bağlamda, endüstriyel yiyecek ve içeceklerden elde edilen olağanüstü miktardaki atıklar, tekstil için renklendirici olarak doğal boyaların ekstraksiyonunda önemli sürekli bir kaynak teşkil etmektedir (Bechtold et al., 2006). Günümüzde de doğal boyar maddelerin kullanımını desteklemek adına birçok doğal boya projeleri başlamış olup sayıları gün geçtikçe artmaktadır (Karadağ, 2007).
Türkiye tekstil sektöründe Dünyada önde gelen ülkeler arasında bulunmaktadır. Buna rağmen sektör, bünyesinde kullandıkları boyarmaddelerin üreticisi değildir. Bu durumda boyamada kullanılan boyarmaddelerin yaklaşık olarak % 95’i ithal edilmektedir. Bunların tamamına yakını sentetik esaslı boyarmadde grubuna aittir. Her yıl binlerce dolar ülke ekonomisine yük teşkil etmektedir (Benli ve Kalender, 2008). Bu nedenle, pek çok tekstil firması ‘’Doğal boyalarla kumaş boyama üniteleri’’ kurmaktadır.
11
Bu bağlamda, proje kapsamında kızılağaç (Alnus glutinosa L. gaertn), çay demi ve portakal kabuğu gibi atık materyallerin boyama potansiyelleri belirlenerek tekstil endüstrisi bakımından uygulanabilirliği bilimsel olarak ortaya konulmuştur.
2. KAYNAK ÖZETLERİ
Atık olarak çöpe giden dişbudak ağacı (Fraxinus excelsior L.) kabuklarının sulu ekstresinin yün boyama potansiyeli birlikte mordanlama yöntemi ve FeSO4 mordanı kullanılarak
belirlenmiş ve Fe (II) miktarının artması ile renk şiddetinin arttığı; 2-3 g/L’nin üzerindeki konsantrasyonlarda mordan miktarının renk şiddetine etki etmediği tespit edilmiştir (Bechtold, 2007).
Soğan kabuklarının yün, pamuk ve tüylü derinin boyanma potansiyelini inceleyen Önal, yaptığı çalışmada optimum boyama şartlarını ve haslık analizlerini gerçekleştirmiştir. 13 farklı mordan eşliğinde ön, birlikte ve son mordanlama yöntemleri ile yapılan işlemlerde yüksek haslıkta boyamalar elde edilmiştir (Önal, 1996).
Renkli bitki atıklarının tekstil boyamadaki kullanılabilirliğini inceleyen Bechtold ve grubu, preslenmiş meyve suyu, preslenmiş üzüm gibi yiyecek ve içecek endüstrisindeki atık maddeleri kaynayan suda ekstrakte ederek yün iplik boyama potansiyellerini Fe (II) ve şap mordanları varlığında incelemişlerdir. Birçok materyalin optimize edildikten sonra tekstil endüsrisinde kullanılabileceğini ortaya koymuşlardır (Bechtold et al., 2006).
Safran çiçeği hasat edildikten sonra menekşe renkli taç yaprakları atılmaktadır. Bu atık materyalin ekstraktı kaşmir şal üzerinde boyama amaçlı kullanılarak farklı pH’larda (pH 4-5 ve pH 7-8) mordansız boyamaları gerçekleştirilmiştir. Safran çiçeği atık ekstraktı ile boyanan kaşmir kumaşının oldukça iyi ışık ve yıkama haslığına sahip olduğu; bununla birlikte asidik ortamda boyanan numunenin Staphylococcus aureus bakterisine karşı inhibisyon zonu gösterdiği belirlenmiştir (Raja et al., 2012).
Bir başka çalışmada, çam ağacı (Pinus brutia Ten.) kabuklarının atıklarından izole edilen toz boyarmadde; pamuk, keten, yün, ipek, poliamid ve akrilik kumaşlar, birlikte mordanlama yöntemi ile şap ve doğal çam külü mordanları kullanılarak boyanmış; boyama özellikleri
sürtme, ışık ve yıkama haslıklarına göre değerlendirilmiştir. Farklı kumaş türlerinde kullanılan mordan türüne bağlı olarak bej, kahverengi, kahverengimsi-sarı renklerin farklı tonları elde edilmiştir. Şap ile boyanan numunelerin daha iyi renk özelliğine sahip olduğu belirlenmiştir (Avinc et al., 2013).
Mazeyar, kabuklarında patlıcana mor rengini veren antosiyanin içeriğinden dolayı patlıcan (Solanum melongena) kabuklarının Fe(II), Sn(II), Cu(II), Cr(VI) ve Al(III) mordanları ile yün boyama potansiyelini incelemiştir. Yıkama ve ışık haslığı bakımından değerlendirilen boyalı numunelerin renk özellikleri dikkate alındığında patlıcan kabuklarının yün kumaş boyama için uygun bir boyarmadde kaynağı olduğunu ortaya koymuştur (Mazeyar, 2009).
Benzer bir çalışma Parvinzadeh ve Ashrafi tarafından gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada, patlıcan kabukları toz haline getirildikten sonra yün ipliğin boyanmasında kullanılmıştır. Bu bağlamda, İran yün ipliği iyonik olmayan bir deterjan ile yıkandıktan sonra Fe(II), Sn(II), Cu(II), Cr(VI) ve Al(III) mordanlanmıştır. Daha sonra hacimce %50’lik patlıcan kabuğu ile boyanarak boyalı numunelerin kolorimetrik özellikleri reflektans spektrofotometre ile değerlendirilmiştir. Sonuçlar, patlıcan kabuklarının protein elyafı boyamada kullanılabileceğini ortaya koymuştur (Parvinzadeh ve Ashrafi, 2009).
Portakal kabuğunda bulunan ana fenolik bileşenin (Şekil 2.1) hesperidin (Khan et al., 2010); çay ekstraktındaki ana fenolik bileşenin (Şekil 2.2) kateşin (Yao et al., 2004) ve kızılağaç yapraklarındaki başlıca fenolik maddenin (Şekil 2.3) hiperozit (Mushkina et al., 2013) olduğu tespit edilmiştir. O O OH OCH3 OH O O HO HO H OH O HO H3C HO O Şekil 2. 1. Hesperidin
13 O OH OH HO OH OH Şekil 2. 2. Kateşin O O HO OH OH OH O O HO OH OH OH Şekil 2. 3. Hiperozit 3. MATERYAL ve YÖNTEM
3.1. Kullanılan Araç ve Malzemeler
Mekanik çalkalayıcı Boyama makinesi Renk ölçüm spektrofotometresi Soxhlet cihazı Döner buharlaştırıcı pH metre Terazi AlK(SO4)2 FeSO4 CH3COOH NaOH
3.2. Doğal boya ekstraksiyonu ve mordanlama
3.2.1. Numunelerin öğütülmesi
Kurutulan numuneler (çay demi atığı hariç) bitki değirmeninde öğütülerek toz haline getirildi. Her biri kullanıma kadar ağzı kapalı karton kutularda muhafaza edildi.
3.2.2. Total boyarmadde miktarının tayini
Her numuneden 25’er gram alınarak süzgeç kağıdına konuldu. Soxhlet cihazının cam haznesine yerleştirildi (Şekil 3.1). Alt taraftaki balona 250 mL saf su konularak renksizliğe kadar reflux edildi. İşlem sonunda liyofilizatör yardımı ile su uzaklaştırılarak, su fazına geçen total madde miktarı belirlendi (Kızılağaç: %3.96; portakal kabuğu: %4.05; çay demi atığı: %1.38).
Şekil 3. 1. Soxhlet cihazı ile boyarmadde ekstraksiyonu 3.2.3. Boyama işlemleri
Boyamalar; ön-mordanlama, birlikte mordanlama ve son-mordanlama olmak üzere üç yöntem kullanılarak gerçekleştirildi. Tüm boyama işlemleri zaman ayarlı boyama makinesinde aşağıdaki boyama diyagramına göre gerçekleştirildi (Şekil 3.2).
15
Şekil 3. 2. Boyama diyagramı
Diyagrama göre; boyama işlemi 25ºC’de başlatıldı. Kumaş, mordan ve doğal boya ekstraktı sırayla ilave edildi ve sıcaklık 95 ºC’ye çıkartıldı (2 ºC/dk). 60 dakika bu sıcaklıkta boyama yapıldı. Boyamadan sonra, boyalı numuneler iyonik olmayan bir deterjan ile yıkandı, durulandı ve kurumaya bırakıldı. Boyama işlemleri yünde nötr ve asidik ortamda, pamuklu kumaşta ise nötr ve bazik ortamda gerçekleştirildi.
a. Ön mordanlama
Kumaş, 0.1 M 100 ml mordan çözeltisinde 90°C'de 30 dk süre ile ısıtıldı. Süre bitiminde süzüldü, yıkandı ve durulandı. Daha sonra, flotte oranı 1/100 olan boya banyosunda 90°C'de 1 saat ısıtıldı, yıkandı, durulandı ve kurumaya bırakıldı.
b. Birlikte mordanlama
0.1 Molara eşdeğer katı mordan, boyanacak materyal ve boya çözeltisi aynı kaba ilave edilerek 90°C'de 1 saat ısıtıldı. Boyanan numune iyonik olmayan bir deterjan ile yıkandı, durulandı ve kurutuldu.
c. Son mordanlama
Boyanacak olan kumaş, 100 ml boya banyosunda 1 saat 90°C'de ısıtıldı. Süzüldükten sonra 0.1 M 100 ml mordan çözeltisi ilave edilerek 30 dk. daha aynı sıcaklıkta ısıtıldı. Süre bitiminde süzüldü, yıkandı ve durulandı.
Asidik boyamalar CH3COOH, bazik boyamalar NaOH kullanılarak pH metre ile ayarlanarak
3.3. Değerlendirmede kullanılan yöntemler
3.3.1. Renk ölçümü
Boyanan numunelerin renk değerleri spektrofotometre (Premier, Spectrascan 6200A, D65/10) kullanılarak belirlenmiştir. Cihaz, kolorimetrik verileri ve K/S (Kubelka-Munk) değerlerini hesaplayarak vermektedir.
3.3.2. Renk haslığı
Boyanmış numunelerin yıkama, sürtme (yaş ve kuru) ve ışık haslıkları sırasıyla ISO 105, C06 ve CIS standartlarına göre belirlendi (Trotman, 1984). Yıkama haslığı için boyanmış kumaşlar %5’lik sabun çözeltisinde 30 dk 45ºC’de ısıtıldı. Durulanıp kurutulan numunenin solma derecesi gri ölçek yardımı ile belirlendi. Sürtme haslığı testi için kuru ve yaş boyalı numune ayrı ayrı beyaz pamuklu kumaş üzerine sürtülerek pamuk kumaşın lekelenme derecesi gri skala ile ölçüldü. Işık haslığının belirlenmesinde boyanmış kumaşlar 200 saat güneş ışığına maruz bırakıldı ve süre bitiminde kumaşlardaki solma derecesi gri ölçek yardımı ile belirlendi.
17 4. BULGULAR
4.1. Kızılağaç yapraklarının boyama potansiyeli
Şekil 4. 1. Portakal kabuğu ile yapılan boyamaların K/S renk şiddetleri (pH1 nötr; pH2: yün için pH=4; pamuk için pH=10)
Kızılağaç yaprakları ile boyanan yün ve pamuklu kumaşın renk şiddetleri incelendiğinde renk şiddetlerinin pH, mordan, boyama yöntemi ve kullanılan elyaf türüne göre farklılık gösterdiği görülmektedir. Yün ve pamuklu kumaş için FeSO4 mordanı ile yapılan boyamalarda
AlK(SO4)2 ile yapılan boyamalara nazaran daha iyi renk kalitesi elde edilmiştir. En yüksek
renk verimi (K/S=8.9) FeSO4 mordanı eşliğinde son mordanlama yöntemine göre bazik
ortamda elde edilmiştir (Şekil 4.2).
Şekil 4. 2. Kızılağaç yaprakları ile boyanan yün ve pamuklu kumaşlar
K /S r en k şi d d eti
FeSO4 ile yapılan boyamalarda yün ve pamuklu kumaşlar için kahve-gri tonları elde edilirken;
AlK(SO4)2 mordanı varlığında sarı ve krem tonları elde edilmiştir (Şekil 4.2).
Çizelge 4. 1. Kızılağaç yaprakları ile boyanan numunelerin CIE L* a* b* renk koordinatları
Boyama yöntemi Mordan Kumaş pH L* a* b*
FeSO4 yün Nötr 59.21 2.63 16.11 pH=4 56.07 -0.14 7.08 pamuk Nötr 50.37 0.05 8.85 Ön mordanlama pH=10 61.29 2.92 15.20 AlK(SO4)2 yün Nötr 77.45 -0.44 30.56 pH=4 73.22 1.95 29.26 pamuk Nötr 77.39 -1.48 30.89 pH=10 74.26 2.32 22.83 FeSO4 yün Nötr 43.58 -0.12 5.41 pH=4 52.23 -0.11 6.24 pamuk Nötr 52.71 .0.28 7.68 Birlikte mordanlama pH=10 52.57 1.46 11.15 AlK(SO4)2 yün Nötr 75.00 1.29 11.05 pH=4 77.13 0.54 21.00 pamuk Nötr 77.03 -2.37 26.21 pH=10 70.15 1.13 25.50 FeSO4 yün Nötr 55.19 1.05 13.01 pH=4 60.55 0.64 12.97 pamuk Nötr 62.29 3.84 20.68 Son mordanlama pH=10 52.33 2.91 15.94 AlK(SO4)2 yün Nötr 78.22 -1.17 14.50 pH=4 82.59 -1.04 15.31 pamuk Nötr 86.54 -3.03 12.02 pH=10 79.72 0.26 13.43
Kızılağaç yaprakları ile boyanan numunelerin açıklık-koyuluk (L*), yeşil-kırmızı (-a, +a) ve mavi-sarı (-b, +b) renk koordinatlarının yer aldığı CIE L* a* b* renk uzayı değerleri Çizelge 4.1’de verilmiştir.
19
Çizelge 4. 2. Kızılağaç yaprakları ile boyanan numunelerin haslık değerleri
Boyama yöntemi Mordan Kumaş pH yıkama sürtme ışık
yaş kuru FeSO4 yün Nötr 5 5 5 5 pH=4 5 5 5 6 pamuk Nötr 5 5 5 4 Ön mordanlama pH=10 5 5 5 5 AlK(SO4)2 yün Nötr 4/5 4 5 2 pH=4 4 5 5 2 pamuk Nötr 4/5 4/5 5 2 pH=10 5 4/5 5 2 FeSO4 yün Nötr 3/4 4/5 5 5 pH=4 5 3 3/4 7 pamuk Nötr 4/5 5 5 4 Birlikte mordanlama pH=10 4 4/5 5 4 AlK(SO4)2 yün Nötr 5 5 5 6 pH=4 5 5 5 4 pamuk Nötr 4 5 5 2 pH=10 5 4/5 5 3 FeSO4 yün Nötr 3/4 5 5 4 pH=4 4 4/5 5 5 pamuk Nötr 4 4 4/5 5 Son mordanlama pH=10 5 4/5 5 5 AlK(SO4)2 yün Nötr 5 5 5 5 pH=4 4/5 5 5 6 pamuk Nötr 5 5 5 4 pH=10 4/5 4/5 5 3
Kızılağaç yaprakları ile yapılan boyamaların yıkama, sürtme ve ışık haslıklarının yer aldığı Çizelge 4.2 incelendiğinde yıkama ve sürtme haslıkları açısından oldukça iyi sonuçlar elde edilirken ışık haslığı bakımından birlikte ve son mordanlama yöntemleri ile yapılan boyamaların ön mordanlama yöntemi ile yapılan boyamalara göre daha iyi olduğu gözlenmiştir.
4.2. Çay demi atığının boyama potansiyeli
Şekil 4. 3. Çay demi atığı ile yapılan boyamaların K/S renk şiddetleri (pH1: nötr; pH2: yün için pH=4; pamuk için pH=10)
Çay demi atığı ile boyanan yün ve pamuklu kumaşların K/S renk şiddetleri incelendiğinde pamuk kumaşın yünden daha iyi boyandığı; özellikle de FeSO4 mordanı varlığında daha iyi
sonuçlar elde edildiği gözlenmiştir (Şekil 4.3). Çay demi atığı için en uygun boyama koşulları FeSO4 ile pH 10’da, son mordanlama yöntemi olarak belirlenmiştir.
Şekil 4. 4. Çay demi atığı ile boyanan yün ve pamuklu kumaşlar
K /S r en k şi d d eti
21
Çizelge 4. 3. Çay demi atığı ile boyanan numunelerin CIE L* a* b* renk koordinatları
Boyama yöntemi Mordan Kumaş pH L* a* b*
FeSO4 yün Nötr 76.07 -0.23 23.96 pH=4 61.97 3.46 15.71 pamuk Nötr 57.67 2.23 8.93 Ön mordanlama pH=10 63.85 4.04 16.91 AlK(SO4)2 yün Nötr 90.06 -0.49 7.46 pH=4 74.83 3.46 14.50 pamuk Nötr 73.37 3.71 17.02 pH=10 78.02 1.72 11.07 FeSO4 yün Nötr 68.00 1.60 13.84 pH=4 66.33 1.60 7.75 pamuk Nötr 51.01 1.79 6.31 Birlikte mordanlama pH=10 68.72 4.43 19.01 AlK(SO4)2 yün Nötr 78.62 0.77 10.60 pH=4 74.05 3.16 15.19 pamuk Nötr 72.67 3.32 14.29 pH=10 76.52 2.39 11.63 FeSO4 yün Nötr 64.47 3.71 20.39 pH=4 62.44 4.85 22.23 pamuk Nötr 60.61 4.27 19.46 Son mordanlama pH=10 58.51 5.69 22.53 AlK(SO4)2 yün Nötr 76.27 1.17 9.25 pH=4 79.83 1.56 11.48 pamuk Nötr 82.22 1.29 8.30 pH=10 80.35 1.17 7.81
Çizelge 4.3 incelendiğinde özellikle son mordanlama yöntemi ile yapılan boyamaların daha açık renkte oldukları görülmektedir. Boyamalarda kahve-krem renk ve renk tonları elde edilmiştir.
Çizelge 4. 4. Çay demi atığı ile boyanan numunelerin haslık değerleri
Boyama yöntemi Mordan Kumaş pH yıkama sürtme ışık
yaş kuru FeSO4 yün Nötr 4/5 5 5 2 pH=4 4 5 5 2 pamuk Nötr 3/4 5 5 3 Ön mordanlama pH=10 5 4/5 5 6 AlK(SO4)2 yün Nötr 5 5 5 7 pH=4 5 5 5 3 pamuk Nötr 5 5 5 2 pH=10 5 5 5 4 FeSO4 yün Nötr 3/4 5 5 6 pH=4 4/5 5 5 4 pamuk Nötr 3/4 5 5 4 Birlikte mordanlama pH=10 4/5 5 5 8 AlK(SO4)2 yün Nötr 4 5 5 4 pH=4 5 5 5 5 pamuk Nötr 5 5 5 6 pH=10 5 5 5 6 FeSO4 yün Nötr 3/4 5 5 6 pH=4 4/5 5 5 4 pamuk Nötr 5 5 5 5 Son mordanlama pH=10 3 4 4/5 5 AlK(SO4)2 yün Nötr 5 5 5 6 pH=4 4/5 5 5 6 pamuk Nötr 5 5 5 6 pH=10 5 4/5 5 8
Kuru ve yaş sürtme haslıkları bakımından oldukça iyi sonuçlar veren boyamalar birlikte ve son mordanlama yöntemleri kullanıldığında yüksek ışık haslığına sahip boyamaların elde edildiği görülmektedir. Yıkama haslıkları bakımından orta ve iyi sonuçlar elde edilmiştir (Çizelge 4.4).
23 4.3. Portakal kabuğunun boyama potansiyeli
Şekil 4. 5. Portakal kabuğu ile yapılan boyamaların K/S renk şiddetleri (pH1: nötr; pH2: yün için pH=4; pamuk için pH=10)
Portakal kabuğu ile yapılan boyamalarda yine en iyi sonuç pamuklu kumaşta, FeSO4
varlığında ve bazik ortamda elde edilirken, diğer boyarmadde kaynaklarındakinden farklı olarak ön mordanlama yöntemi ile daha yüksek K/S değerine ulaşılmıştır (Şekil 4.5).
Şekil 4. 6. Portakal kabuğu ile boyanan yün ve pamuklu kumaşlar
K/ S r en k şi dd eti
Çizelge 4. 5. Portakal kabuğu ile boyanan numunelerin CIE L* a* b* renk koordinatları
Boyama yöntemi Mordan Kumaş pH L* a* b*
FeSO4 yün Nötr 76.60 3.11 20.44 pH=4 79.62 2.34 20.06 pamuk Nötr 79.03 1.67 13.72 Ön mordanlama pH=10 59.67 8.60 29.43 AlK(SO4)2 yün Nötr 84.71 -1.59 28.40 pH=4 88.22 -2.23 16.92 pamuk Nötr 87.68 -2.12 15.70 pH=10 87.38 -1.71 16.95 FeSO4 yün Nötr 77.07 3.24 21.24 pH=4 76.74 0.56 14.94 pamuk Nötr 71.74 1.55 15.56 Birlikte mordanlama pH=10 69.03 6.36 27.25 AlK(SO4)2 yün Nötr 88.67 -1.60 13.34 pH=4 86.57 -0.81 15.69 pamuk Nötr 89.04 -3.18 14.90 pH=10 88.43 -2.76 15.59 FeSO4 yün Nötr 69.12 7.14 25.87 pH=4 74.95 4.65 24.58 pamuk Nötr 71.34 6.07 27.07 Son mordanlama pH=10 70.62 8.68 28.87 AlK(SO4)2 yün Nötr 88.99 -0.55 9.53 pH=4 88.76 -1.20 10.39 pamuk Nötr 90.83 -1.39 6.45 pH=10 88.77 -0.11 6.95
Çizelge 4.5’deki L* değerlerinden elde edilen renklerin oldukça açık olduğu görülmektedir. Boyamalarda kahve-krem renk tonları elde edilirken çay demi atığı ile yapılan boyamalara nazaran daha açık ancak daha yüksek haslıkta boyamalar elde edilmiştir.
25
Çizelge 4. 6. Portakal kabuğu ile boyanan numunelerin haslık değerleri
Boyama yöntemi Mordan Kumaş pH yıkama sürtme ışık
yaş kuru FeSO4 yün Nötr 4 5 5 6 pH=4 4 5 5 7 pamuk Nötr 5 5 5 8 Ön mordanlama pH=10 5 3 5 8 AlK(SO4)2 yün Nötr 4 5 5 2 pH=4 3/4 5 5 5 pamuk Nötr 4 5 5 6 pH=10 3/4 5 5 6 FeSO4 yün Nötr 4/5 5 5 7 pH=4 5 5 5 5 pamuk Nötr 4/5 5 5 7 Birlikte mordanlama pH=10 5 4 5 8 AlK(SO4)2 yün Nötr 5 5 5 5 pH=4 4/5 5 5 6 pamuk Nötr 5 5 5 6 pH=10 4/5 5 5 7 FeSO4 yün Nötr 5 4/5 5 8 pH=4 4/5 5 5 8 pamuk Nötr 5 5 5 8 Son mordanlama pH=10 5 3/4 5 7 AlK(SO4)2 yün Nötr 5 5 5 8 pH=4 5 5 5 8 pamuk Nötr 5 5 5 8 pH=10 5 5 5 6
Portakal kabuğu ile yapılan boyamaların tüm haslık değerleri oldukça iyi çıkarken özellikle son mordanlama yöntemi ile ışık haslığı bakımından çok iyi değerler elde edilmiştir.
5. TARTIŞMA ve SONUÇ
Proje kapsamında, kızılağaç (Alnus glutinosa L. gaertn) yaprakları, portakal (Citrus sinensis) kabukları ve ülkemizde (Doğu Karadeniz Bölgesinde) önemli ölçüde yetiştirilen ve tüketilen çayın çay demi atıklarının tekstil sektöründe doğal boyarmadde kaynağı olarak kullanılabilirliği araştırıldı.
Bu bağlamda, yün ve pamuklu kumaşlar, FeSO4 ve AlK(SO4)2 mordanları varlığında ön,
birlikte ve son mordanlama yöntemleri ile 2 farklı pH’da boyandı ve her biri için optimum boyama koşulları belirlendi.
Elde edilen sonuçlar, pamuklu kumaşın FeSO4 ile bazik ortamda daha iyi boyandığını ortaya
koyarken, kızılağaç yaprakları ve çay demi atıklarının son mordanlamada, portakal kabuklarının ise ön mordanlamada daha iyi boyandığını ortaya çıkarmıştır.
Projede çalışılan bitkiler ile yapılan boyama çalışmalarına bakıldığında, kızılağaç yaprakları ile ilgili boyama çalışmasına rastlanılmamıştır. Portakal kabuğunun boyama kapasitesi tez çalışması (Durnaoğlu, 2006) kapsamında incelenmiş, ancak K/S ve CIE Lab renk değerlendirmesi yapılmamıştır. Literatürde en çok çay ekstraktı ile boyama çalışmasına rastlanılmıştır, ancak bu çalışmalarda çay, direkt olarak ekstrakte edilip boyama işlemlerinde kullanılmıştır. Çalışmamızda çay posası kullanıldığından diğer çalışmalara nazaran üstünlük sağlamaktadır.
Literatürde çay ile ilgili boyama çalışmalarını incelediğimizde farklı kumaş türlerinde çayın boyama potansiyelinin incelendiği görülmektedir. 2012’de yapılan bir çalışmada çay polifenollerinin son mordanlama yöntemi ile 3 farklı mordan [FeSO4, CuSO4 ve AlK(SO4)2]
kullanarak ipek kumaşı boyama potansiyeli incelenmiştir. Sonuçlar, renk şiddeti ve haslık özellikleri bakımından değerlendirilerek boyanan numunelerin renk şiddetleri; boyama süresi, sıcaklık ve pH bakımından incelenmiştir. Zayıf asidik ortamda, düşük boyama sıcaklığında optimum boyama koşullarına ulaşılmıştır. En yüksek K/S değeri FeSO4 varlığında elde
27
Çayın poliester kumaşı boyama potansiyeli farklı boyama metotları kullanılarak gerçekleştirilmiş, çay pigmentinin yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında süper kritik CO2
boyamasına göre daha iyi sonuç verdiği tespit edilmiştir (He and Wu, 2011).
Çayın sulu ekstraktı ile yün ve jut kumaşın boyandığı başka bir çalışmada ön, birlikte ve son mordanlama yöntemleri kullanılmış ve boyamalar mordanlı/mordansız olarak gerçekleştirilmiştir. Boyanan numunelerin yıkama ve ışık haslıkları iyi ve çok iyi derece olarak elde edilmiştir. En iyi boyama (K/S=3.9) jut için asidik ortamda elde edilirken, pamuklu kumaşın aynı ortamda daha düşük renk şiddetinde (K/S= 2.0) boyandığı tespit edilmiştir (Deo and Desai, 1999).
Moiz ve grubu tarafından yapılan çalışmada, çayın sulu ekstraktının yün boyama potansiyeli şap, CuSO4, FeSO4, ZnSO4, Na2SO4 ve MgSO4 mordanları varlığında ön, birlikte ve son
mordanlama yöntemleri kullanılarak belirlenmiştir. Sonuçlar K/S ve CIE Lab değerleri bakımından incelenmiş, en yüksek renk şiddetinin (K/S= 17.50) son mordanlama ile CuSO4
mordanı varlığında elde edildiği tespit edilmiştir. Yapılan boyamaların yüksek ışık ve yıkama haslığına sahip olduğu belirlenmiştir (Moiz et al., 2010).
Portakal kabuklarının yün, pamuklu kumaş ve tüylü deri boyama potansiyelleri tez çalışması kapsamında incelenmiştir. Çalışma, FeSO4, ZnCl2, AlK(SO4)2, SnCl2, CuSO4, K2Cr2O7 ve
Mn(CH3COO)2 mordanları eşliğinde farklı pH değerlerinde ön, birlikte ve son mordanlama
yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Özellikle yün ve tüylü deri ile yapılan boyamalarda yüksek ışık, yıkama ve sürtme haslıkları elde edilmiştir (Durnaoğlu, 2006).
Projede elde edilen sonuçlar yukarıda verilen literatür bilgileri ile paralellik göstermektedir. Bunun yanı sıra proje, kızılağaç ve çay demi atığının boyama özelliğinin ortaya konulması bakımından orjinallik göstermektedir. Genel olarak bakıldığında üç boyarmaddenin de özellikle pamuklu kumaş boyamada ekonomik ve doğal kaynak olarak tekstil endüstrisinde kullanılabileceği ortaya konulmuştur. Böylece tekstil endüstrisi bakımından alternatif boyama materyalleri için optimum boyama koşulları belirlenmiştir. Çalışma, farklı kumaş türleri üzerinde de denenerek daha kapsamlı hale getirilebilir.
Kaynaklar
Ali, S., Nisar, N. ve Hussain, T., 2007. Dyeing properties of natural dyes extracted from eucalyptus. TJTI, 98(6), 559-562.
Avinc, O., Celik, A., Gedik, G., et al., 2013. Natural dye extraction from waste barks of Turkish red pine (Pinus brutia Ten.) timber and eco-friendly natural dyeing of various textile fibers. Fibers and Polymers, 14(5), 866-873.
Bechtold, T., Turcanu, A., Geissler, S., and Gangberger, E., 2002. Process balance and product quality in the production of natural indigo from Polygonum tinctorium Ait. Applying low-technology methods. Bioresour. Technol., 81, 171-177.
Bechtold, T., Mussak, R., Mahmud-Ali, A., Ganglberger, E., and Geissler, S,. 2006. Extraction of natural dyes for textile dyeing from coloured plant wastes released from the food and beverage industry. J Sci Food Agric., 86, 233-242.
Benli, M., Kalender, H., 2008. Doğal boyalar ile sentetik boyaların karşılaştırılması. Tübitak Eğitimde Bilim Danışmanlığı Projesi.
Deo, H.T., and Desai, B.K., 1999. Dyeing of cotton and jute with tea as a natural dye. JSDC, 115, 224-227.
Deveoğlu, O., Karadağ, R., 2011. Genel bir bakış: Doğal boyarmaddeler. Fen Bilimleri Dergisi, 23(1), 21-32.
Durnaoğlu, Ü., 2006. Portakal (Citrus sinensis L.) kabuğundan boyarmadde ekstraksiyonu: selülozik ve protein boyamadaki kullanılabilirliği, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Tokat.
He, Z., Wu, Z., 2011. Application Research on Natural Tea Pigment Dyed Polyester Fabric. Textile Bioengineering and Informatics Symposium, 714-718.
Karadağ, R., 2007. Doğal Boyamacılık. Geleneksel El Sanatları ve Mağazalar İşletme Müdürlüğü Yayınları, Ankara.
Khan, M.K., Abert-Vian, M., Fabiano-Tixier, A.S., Dangles, O., Chemat, F., 2010. Ultrasound-assisted extraction of polyphenols (flavone glycosides) from orange (Citrus sinensis L.) peel. Food Chemistry, 119, 851-858.
Mazeyar, P., 2009. An environmentally method for dyeing rug pile using fruit waste colorant. Reseach Journal of Chemistry and Environment, 13(3), 49-53.
Moiz A., Ahmed, M.A., Kausar, N., Ahmed, K., Sohail, M., 2010. Study the effect of metal ion on wool fabric dyeing with tea as natural dye. Journal of Saudi Chemical Society, 14, 69-76.
Mushkina, O.V., Gurina, N.S., Konopleva, M.M., Bylka, W., Matlawska, I., 2013. Activity and total phenolic content of Alnus glutinosa and Alnus incana leaves. Acta Sci. Pol., Hortorum Cultus, 12(3), 3-11.
Önal, A., 1996. Extraction of dyestuff from onion (Allium cepa L.) and its application in the dyeing of wool, feathered-leather and cotton. Turkish Journal of Chemistry, 20, 194-203. Parvinzadeh, M., Ashrafi, M.H., 2009. Using food industry wastes for producing valuable materials: Skin of eggplant for wool dyeing. Current Research Topics in Applied Microbiology and Microbial Biotechnology, 416-421.
Qian, H., Zhu, P., Bai, G., et al., 2012. Dyeing silk with tea polyphenol. Eco-dyeing, Finishing and Green Chemistry, 441, 83-87.
Raja, A.S.M., Pareek, P.K., Shakyawar, D.B., Wani, S.A., Nehvi, F.A., Sofi, A.H., 2012. Extraction of natural dye from saffron flower waste and its application on Pashmina fabric. Advances in Applied Science Research, 3(1), 156-161.
Trotman, E.R., 1984. Dyeing and chemical technology of textile fibres. Dyeing Chemical Technology of Textile Fibres (6th Ed.), Charles Griffin & Company Limited.
29
Win, Z.M., & Swe, M.M., 2008. Purification of the natural dyestuff extracted from mango bark for the application on protein fibres. World Academy of Science, Engineering and Technology, 46, 536-540.
Yao, L., Jiang, Y., Datta, N., Singanusong, R., Liu, X., Duan, J., Raymont, K., Lisle, A., Xu, Y., 2004. HPLC analyses of flavanols and phenolic acids in the fresh young shoots of tea (Camellia sinensis) grown in Australia. Food Chemistry, 84, 253-263.
