In the first heating step, the initial enthalpy of the water near 100°C was examined and the relationship between the change in this energy and the amount of wool determined. At the end of the DSC study, a linear relationship was found between the fiber ratios of wool and polyester and the relationship was formulated.
GİRİŞ
Yün-PET karışımlı tekstil ürünlerinin termal analizlerinde bulunan erime enerjisi, yalnızca PET ile ilgili olduğundan karışımdaki PET oranının artmasına paralel olarak artacaktır. Yün-PET karışımındaki su miktarının değişimi tamamen karışımdaki yün oranına bağlı olacağından, yün oranı arttıkça termal analizde su verimi enerjisi de artacaktır.
LİTERATÜR ARAŞTIRMASI
TS EN ISO 1833 Standardı
- Ticari nem ve lifsi olmayan maddelerin TS EN ISO 1833-1’deki yeri
- TS EN ISO 1833’e göre çözücünün çözünmeyen life etkisi
- Miktarsal lif analizinde kullanılan deney düzenekleri
- TS EN ISO 1833-1’de miktarsal analiz yönteminin aşamaları
- TS EN ISO 1833-4’te yün ve diğer lif bileşenlerinin miktarsal analizi
- Yün karışımlı tekstil ürünlerinde TS EN ISO 1833-4 metodunun
TS EN ISO 1833-4 standardında anlatılan test yöntemine göre karışımdaki lifsiz maddelerin uzaklaştırılmasından sonra öncelikle protein liflerinin çözücüsü olan sodyum hipoklorit çözeltisinin hazırlanması gerekmektedir. Kullanılacak çözelti, ticari sodyum hipoklorit (NaOCl) çözeltisinin uygun oranlarda distile su ile seyreltilmesiyle istenilen konsantrasyonlarda elde edilir.
Diferansiyel Tarama Kalorimetresi (DSC)
- DSC ölçme prensibi
- DSC termogramlarının değerlendirilmesi
- Camsı geçiş
- Erime entalpisi
- Kristalinite oranı
- Entalpi değerlendirmesi
- DSC çalışmasını etkileyen faktörler
- Cihaz kalibrasyonunu kontrol etme
- Numune boyutu ve numune hazırlama
- Numune kabı seçimi
- Kullanılan inert gaz
- Soğutucular
- Tarama oranlarının ve numune boyutunun etkileri
- Termal tarihçe etkileri
Hızlı tarama hızı, zayıf taban çizgisi çözünürlüğüne sahip, geniş tepeli bir termal eğriyle sonuçlanır (bkz. Şekil 2.10). Küçük bir numune boyutu, taban çizgisinde iyi bir çözünürlüğe ve daha küçük bir keskin zirveye sahip bir termal eğri ile sonuçlanacaktır (bkz. Şekil 2.11).
Fourier Transform Infrared (FT-IR) Spektrofotometre
Polimerin hızlı soğutma sırasında kristalleşmeye zamanı olmadığından, düşük kristal oranı ve yüksek amorf oranı olan bir morfolojiye sahiptir. Yavaş soğutmada, polimerin makromolekülleri katlanmak ve kristal bir yapı oluşturmak için gerekli süreye sahiptir, bu da yüksek derecede kristalliğe sahip bir morfolojik yapıyla sonuçlanır. Soğutma hızı sabit tutulursa ikinci sıcaklık çevriminde elde edilen erime entalpi enerjisi tamamen polimerin özgül enerjisi olacaktır [22].
Bu kantitatif analiz homojen dağılmış bileşiklerin belirlenmesi için uygun olsa da heterojen dağılmış malzeme bileşimlerinin belirlenmesi için yetersizdir [19].
Termal Gravimetrik Analiz (TGA)
Polyester Elyafı
- PET polimer yapısı
- PET lif geometrisi
- Yarı kristalin polimerler için morfoloji modelleri
Literatür, diğer yarı kristal polimerler gibi PET ipliğinin de kristal ve amorf (kristal olmayan) bölgelerden oluştuğunu göstermektedir. Bu verilere dayanarak spagetti benzeri amorf bölgedeki zincirlerin yönlendirilmiş amorf bölgedeki zincirlere bağlı olduğu sonucuna varılabilir. İki kristal yapı arasında hem yönlendirilmiş hem de yönlendirilmemiş makromoleküller bulunur ve spagetti benzeri amorf bölgedeki makromoleküller, yönlendirilmiş amorf bölgedeki zincirler arasındaki bağlar kopmadan önce ipliğe uygulanan uzunlamasına yükten etkilenmez [27].
PET ipliği eğirme sırasında tamamen amorftur Eğirme hızı arttıkça amorf bölgedeki yönelim artar ve elyafta kristal yapılar oluşmaya başlar. Bükülme nedeniyle makromoleküllerde oluşan stres sonucunda yapıdaki kristaller, amorf bölgede yönlendirilmiş makromolekül bükülmesinin verdiği şekle bağlı olarak yeniden düzenlenir ve yeniden konumlandırılır. Özetle, PET gibi yarı kristalli polimerler hem kristal hem de amorf fazlar veya bileşenler sergiler.
Yün Elyafı
- Yünün fiziksel yapısı
- Yünün kimyasal bileşimi
- Yünün termal özellikleri
- Yünün morfolojik özellikleri
- Yünün ısı ve nem yönetimi
- Alkalilerin ve asitlerin yüne etkisi
Su geçirmez yüzey, yünlü giysileri doğal olarak su geçirmez hale getirir ve ayrıca kumaş üzerine dökülen sıvıları kolayca emmediği için lekelenme olasılığını da azaltır [31]. Yün lifinin korteks adı verilen iç kısmı, üst üste binen ve bir hücre zarı kompleksi (hücre zarı korteksi-CMC) ile çevrelenen uzun, dar hücrelerden oluşur (bkz. Şekil 2.16). Yün liflerinin uzunluğu koyunun cinsi, elde edildiği hayvanın kısmı gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak 2 cm ile 38 cm arasında değişmektedir.
Yünün uzun zincirli yapısının yanı sıra sistein veya kükürt bağları adı verilen çapraz bağların yanı sıra tuz köprüleri ve hidrojen bağları da vardır (bkz. Şekil 2.18 ve Şekil 2.19). Camsı geçiş sıcaklığı önemli bir parametredir çünkü yünün özellikleri ve performansı camsı geçiş sıcaklığına bağlı olarak çevre koşullarından (sıcaklık ve nem) etkilenir. Yün lifi, kimyasal yapısı sayesinde nemi alıp verme özelliğine sahiptir, yani dış ve iç ortama bağlı olarak ısı alıp verir; böylece kullanıcıları çevresel değişikliklere karşı korur.
MATERYAL VE YÖNTEM
Materyal
TGA termogram çekimi için TA marka TDA-Q600 model Termal Gravimetrik/Diferansiyel Termal Analiz (TGA/DTA) test cihazı (bkz. Şekil 3.4) kullanıldı. FT-IR moleküler yapı analizi için Thermo Scientific-Nicolet marka Smart Orbit Diamond model ATR ünitesi, İS50 model Fourier Transform Infrared (FT-IR) spektrofotometre test cihazı (bkz. Şekil 3.5) kullanıldı.
Yöntem
- Elyafların hazırlanması
- FT-IR ile çalışma yöntemi
- TGA ile çalışma yöntemi
- DSC ile çalışma yöntemi
- Matematiksel denklem
DSC'de 30-280°C arasındaki nitrojen ortamında, ısı akışı yöntemi kullanılarak, 20 ml/dk gaz akışı ve 10°C/dk sıcaklık artış hızıyla çalışıldı. Analiz sonucunda termogram üzerindeki yün su salınım entalpi pikleri ve PET erime entalpi pikleri referans alınarak hesaplamalar yapılmıştır. İncelenen lif boyutları çok küçük olduğundan numune karışımını tam olarak aynı oranlarda hazırlamak zorlaştı ve birinci grup ile ikinci grup lif oranları birbirinden farklıydı (bkz. Tablo 3.3 ve Tablo 3.4).
DSC ile elde edilen termogramlardan yünün ilk ısıtmada su salınım entalpisi ve ikinci ısıtmada PET'in erime entalpisi hesaplandı. Ayrıca PET elyafın erime entalpisi ortama bağlı olarak değişmediğinden kantitatif analizde bu değerin kullanılması uygun görülmüştür ve bu çalışma PET'in erime entalpisi ve serbest kalma entalpisindeki değişim esas alınarak yapılmıştır. yün suyu. . DSC termogramlarının yorumlanmasında öncelikle PET miktarından PET'in erime entalpisi hesaplanacak ve bu değer yünün su salınım eğrisi ile ilişkilendirilecektir.
ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA
FT-IR Spektrumları
Aynı numunenin diğer görüntülerinde yün lifleri ATR ünitesine daha fazla maruz kaldığından spektrumlar arasında farklılıklar vardı. %90 yün içeren numunenin kırmızı spektrumunu incelediğimizde PET içeren numunenin spektrumunda ester piklerinin oluşmaya başladığını görüyoruz. 10 PET içeren numunenin kırmızı spektrumunda, %100 yün içeren numunenin mavi spektrumuna göre 3300 dalga sayısında daha küçük bir su zirvesi ortaya çıktı.
Ayrıca PET arttıkça spektrumda amid grubuna ait pik azalmış, ester grubuna ait pikler ise 1700’de görülmeye başlanmıştır. 10 adet PET lifi ile aynı numunenin farklı atışlarının spektrumları incelendiğinde ( Şekil 4.2), ATR ünitesi ile numune arasındaki sıkıştırma oranının ve numunedeki liflerin homojen dağılımının spektrumdaki pik yüksekliklerini ve alanını değiştirdiği görülmüştür. 100 yün içeren numunenin Şekil 4.5'teki mavi spektrumunda amid piklerinin %100 aktif olduğu, numunedeki PET miktarı arttıkça bu piklerin etkinliğini kaybettiği görülmektedir.
TGA Termogramları
ATR'ye karşılık gelen kısımdaki fiber dağılımına bakılmaksızın cihaz kendi spektrumunu verdi ancak genel karışımın spektrumunu vermedi.
DSC Termogramları
PET oranı artmaya devam ettikçe PET erime enerjisi de bir önceki örneğe göre artmış ve entalpi 3.467 J/g olarak bulunmuştur. Numunedeki PET oranının artmasına bağlı olarak PET erime enerjisi de bir önceki numuneye göre artış göstererek 5.796 J/g olarak belirlendi. PET oranındaki artış devam ettikçe erime entalpisindeki doğrusal artış eğiliminin devam ettiği gözlenmiştir.
PET'in erime entalpisinin artan eğilimi değişmedi ve numunedeki PET miktarı arttıkça doğrusal olarak artmaya devam etti. PET'in erime entalpisi 13,12 J/g olarak belirlendi ve çalışmanın bu aşamasına kadar numuneler arasında doğrusal bir artıştan sapma gözlemlenmedi. Bileşimdeki PET oranı arttıkça PET erimesinin pik yüksekliğinin (50-60 dakika) arttığı ve yünden su salınımının pik yüksekliğinin (0-10 dakika) azaldığı açıkça görülmektedir.
MS Excel Programı ile Yapılan Çalışma Sonuçları
Numunelerdeki artan PET oranlarına göre değişen PET erime entalpi grafiği, 1. numune seti için Şekil 4.47'de gösterilmektedir. Numunelerde artan PET oranlarına göre değişen yün suyu salınım entalpi grafiği, 1. numune seti için Şekil 4.48'de gösterilmektedir. Numunelerdeki artan yün oranlarına göre değişen yün suyu salınım entalpi grafiği, 1. numune grubu için Şekil 4.49'da gösterilmektedir.
Numunelerdeki PET oranlarının artmasıyla değişen PET erime entalpi grafiği, 2. numune seti için Şekil 4.50'de gösterilmektedir. Numunelerde artan PET oranlarına göre değişen yün suyu salınım entalpi grafiği, 2. numune seti için Şekil 4.51'de gösterilmektedir. Numunelerdeki artan yün oranlarına göre değişen yün suyu salınım entalpi grafiği, 2. numune seti için Şekil 4.52'de gösterilmektedir.
SPSS İstatistik Programı ile Yapılan Çalışma Sonuçları
SPSS analizinden elde edilen, numunelerdeki artan PET oranlarına bağlı olarak değişen PET erime entalpi grafiği ve yün su salınım entalpi grafiği, ikinci numune seti için Şekil 4.57'de gösterilmektedir. SPSS analizinden elde edilen ve numunelerdeki artan PET oranlarına bağlı olarak değişen PET erime entalpi grafiği ve yün su salınım entalpi grafiği, 1. set ve 2. numune seti için birleştirilerek Şekil 4.58'de gösterilmektedir. Birinci ve ikinci setteki numuneler için birleştirilmiş değerlerin varyans analizi Tablo 4.9'da, analizin özeti ise Tablo 4.10'da gösterilmektedir.
Elde edilen tüm DSC verileri için MS Excel analizi ile oluşturulan denklemler Tablo 4.11'de, SPSS analizleri ile oluşturulan denklemler ise Tablo 4.12'de verilmiştir. SPSS programı ile yapılan varyans analizi sonuçlarına göre numune kompozisyonundaki PET lif oranı ile füzyon enerjisi arasında, yün lif oranı ile ise su salınım enerjisi arasında doğrusal bir ilişki olduğu görülmüştür. yün. Bu ilişkileri matematiksel olarak doğrulamak için hem SPSS hem de MS Excel'de regresyon analizi yapıldı.
Ölçüm Belirsizliği Hesabı
Ayrıca test edilen her iki numune setinde de yüksek R2 değerleri testin tekrarlanabilirliğinin yüksek olduğunu göstermektedir. Yünlü su çıkışına dayalı çalışmalarda analiz doğruluğunu arttırmak için numunenin en az 12 saat süreyle iklimlendirilmiş ortamda tutulması, numune tartımı için eldiven kullanılması, tartımın iklimlendirilmiş ortamda yapılması ve DSC analizi yapılması gerekmektedir. Numuneyi ortamdan uzaklaştırmadan kapsülleyerek tartımdan hemen sonra başlanılmalıdır. Bu sonuca göre geliştirilen DSC yönteminde Tablo 4.11'de verilen denklemlere göre bulunan elyaf bileşimindeki PET oranı veya yün oranı sonuçlarının %95 güven aralığında ± 1 olarak rapor edilmesinin kabul edilebilir aralıkta olduğu söylenebilir. sınırlar.
Laboratuvarlar Arası Karşılaştırma Test Sonuçları
Örneğin, bulunan %43,56'lık yün içeriği, %100 elyaf karışımından %4 elastan çıkarıldıktan sonra kalan kütlenin yüzdesidir. Dolayısıyla DSC yöntemine göre üçlü karışım numunesindeki gerçek yün ve PET oranları formül 4.3 ve formül 4.4 ile hesaplanabilmektedir. DSC yöntemi sonucu, yün su salınım entalpisine (y = 0,4007x + 2,972) göre yün oranını bulmak için denklem kullanılarak birleştirilmiş numune değerleri ile hesaplanmıştır (bkz. Tablo 4.11).
Karşılaştırmalı test sonuçlarında PET oranı hesaplamalarında DSC yöntemine göre yapılan test sonuçları ile TS EN ISO 1833-4 yöntemine göre yapılan test sonuçları arasında sapma bulunmaktadır. Füzyon entalpisine göre PET oranını bulmaya yönelik denklemin sonuçlarına yaklaşmak için, birleştirilmiş numune değerleri ile yünün su salınımı entalpisine göre PET oranını bulmaya, PET'in füzyon entalpisine göre PET oranı denklemine yaklaşmak için (bkz. Tablo 4.11) ( y=2.2787x+5.1444) Denklemin (y=-0.4007x+97.028) sonuçlarının ortalamasının alınabileceği öngörülmektedir. PET'in erime entalpisi ve yünün su salınımı entalpisi kullanılarak, PET oranının iki denklemin sonuçlarının ortalaması alınarak doğruya yakın olduğu kanıtlanabilir.
Test Sonuçları Benzerlik Analizi
DSC Termogram Analizinde Pik Alanı Hesaplama
SONUÇLAR VE ÖNERİLER
Yapılan deneyler sonucunda hem FT-IR hem de TGA analizlerinin lif kompozisyon oranı belirlemede kullanıma uygun olmadığı sonucuna varılmıştır. Bu çalışmada TS EN ISO 1833-4 yöntemine alternatif bir test yöntemi geliştirilmiş ve DSC cihazı ile yün-PET karışımlı tekstil malzemeleri üzerinde kantitatif analiz yapılabileceği gösterilmiştir. 6]TS EN ISO 1833-4, Tekstil - Kantitatif kimyasal analiz - Bölüm 4: Bazı proteinler ve diğer bazı liflerin karışımı (hipoklorit kullanılan yöntem).
7]ISO/TR 6741-4, Tekstil - Lifler ve iplikler - Taşınan ürünlerin ticari kütlesinin belirlenmesi, bölüm 4: Ticari katkı maddesi (tolerans) ve ticari nem için kullanılan değerler. Tekstil Matrisinde Yabancı Bir Polimerin Tanımlanması İçin ATR FT-IR Tek Elyaf Analizinin Uygulanması. Polimer Bilimi ve Teknolojisi Ansiklopedisi, Cilt 12 Yün, Üçüncü Baskı, 546-561, John Wiley and Sons Inc., ABD.