TEKSTİL DOĞAL LİFLER

II.DOĞAL LİFLER

Doğada lif olarak meydana gelmiş ve tekstilde kullanılabilen her tür materyal bu sınıfa girer.Bitkisel , hayvansal ve anorganik lifler olmak üzere üç sınıfa ayrılır.

A-Bitkisel Lifler : Yapılarında %60-90 oranın da selüloz içerdiklerinden bunlara ‘selülozik elyaf ‘ da denir.Bitkilerden elde edilen bu lifler , bitki üzerinde bulundukları yerlere göre ayrıca sınıflandırılırlar .

a) Bitki tohumundan elde edilen elyaf : Bu lifler bitki tohumunun üzerinde bulunur.Bunlar da tek bir lifçik bir tek hücreden ibarettir.Bu bakımdan ‘tek hücreli elyaf’ olarak da isimlendirilir.Örnek : Pamuk ve kapok.

b) Bitki gövdesinden elde edilen elyaf : Bu sınıf elyaf bast elyafı olarak da anılır.Bir tek lif birkaç bitki hücresinden oluşmuş bir demettir.Bu yüzden ‘çok hücreli elyaf’ da denilir.Örnek : Keten,kenevir,jüt ve rami.

c) Bitki yaprağından elde edilen elyaf : Geniş yapraklı tropikal bitkilerden elde edilir.Örnek : Sisal kendiri,Manila keneviri ve Yeni Zellanda keteni.

d) Meyva elde edilen elyaf : Hindistan cevizi meyvasından koko elyafı elde edilir.

B-Hayvansal Lifler : Kimyasal olarak protein yapısında olduklarından ‘protein elyaf’ olarak da isimlendirilirler.İki alt sınıfa ayrılır :

a) Kıl kökenli (Deri ürünü) elyaf : Bu sınıftan olan hayvan türleri kıllarının kullanımı çok eskilere dayanır.Örnek: Koyundan yün , tiftik keçisinden elde moher , kaşmir, angora , alpaka , deve tüyü v.b.

b) Salgı kökenli elyaf : İpek böceğinden elde edilen doğal ipek , hayvanın salgısından elde edilir.

C-Doğal Anorganik Elyaf : Doğada bitkisel ve hayvansal kökenli organik yapıdaki lifler dışında , ayrıca anorganik yapıda ve lif şeklinde kristal yapıya sahip maddeler de vardır.Asbest veya amyant adı verilen materyal bu sınıftandır.

II.1.BİTKİSEL LİFLER

Bitkilerinin yapıtaşının selülöz olması nedeniyle bitkisel elyafa ‘selülozik elyaf’ da denir.Bitkilerden elde edilen ve doğrudan tekstil hammaddesi olarak kullanılabilen lifler bu sınıfta yer alıyor bu grubun yapı taşı olan selülozun özellikleri,bitkisel liflerin özelliklerinin daha iyi kavranabilmesi için önemlidir.

II.1.1. SELÜLOZ

Selüloz , bütün bitki,ot ve ağaçların ana yapıtaşıdır.Doğada saf halde bulunmaz.Odunun ağırlıkça %40’ını ,ketenin % 60-85 ini, pamuk liflerinin % 85-90’ ını selüloz oluşturur.Keten,kenevir,jüt gibi elyafta selüloz yanında linyin ,pektin gibi diğer maddeler de bulunur.

Selülozun elementler analizinde elde edilen %44,4 C; %6,2 H; ve %49,4 O değerleri ile , kaba formülü (C₆H₁₀O₅)_x olarak bulunur.Bu formül onun bir karbonhidrat olduğunu gösterir.Karbonhidratlar,moleküllerinde ,aldehid veya keton şeklinde bir karbonil gurubu ile çeşitli sayılarda alkol gurupları içeren bileşiklerdir.Kaba formülleri (CH₂O)_x şeklindedir.Moleküllerinde altı veya daha az C atomu içerenlere monosakkarit , iki monosakkarit molekülünün birleşmesi ile meydana gelen bileşiklere disakkarit , çok sayıda monosakkaritin birbiri ile birleşmesinden oluşanlara da polisakkarit adı verilir.Selüloz,bir monosakkarit olan b- glikozun çok sayıda birbiri ile birleşmesi sonucu meydana gelmiş bir polisakkarittir.

Altı karbonlu glikoz molekülünde biri primer diğerleri sekonder olmak üzere beş alkol gurubu ile bir aldehid gurubu bulunur .Aldehid gurubunun bağlı olduğu karbon atomu 1 rakamı ile numaralandırılır .Diğer karbon atomlarına 2,3,4 v.b. numaralar verilir.

Formül II.1 de görüldüğü gibi,1. C atomu aldehid,2,3,4 ve 5.C atomları sekonder alkol,6.C atomu ise primer alkol gurubu taşır.Glikoz ,sulu çözeltilerde , formül II.2. deki gibi halka şeklinde bulunur.Bunun sebebi , moleküldeki aldehid gurubu ile 5. karbondaki sekonder alkol gurubunu bir yarı asetal vermek üzere reaksiyon vermesidir .glikoz formülündeki halkanın ,formül II.3 de görülen piran halkasına benzerliği nedeniyle , glikozun bu şekline piranoz şekli denir.Bilindiği gibi, piranda , beşi karbon ,biri oksijen olan heterosiklik bir yapı söz konusudur .Piranoz şeklindeki glikoz molekülünde , 1. karbon atomun da bulunan -OH , yarıasetal hidroksili ; ozaman diğerleri ise alkol hidroksilidir.Halka şeklindeki bu molekül bir düzlem biçiminde düzenlenmiştir.Formülde görüldüğü gibi, -OH, -H ve -CH₂OH gurupları halka düzleminin üstünde ve altında yer alır.

glikozun polarize ışığı saptırma açısı ölçüldüğünde iki farklı şekilde (optik izomer) düzenlendiği bulunmuştur.birbirleriyle optik izomel olan bu iki yapıya alfa ve beta glikoz denir.Bunların yapıları , 1.karbon atomundaki yarısetal hidroksilinin halka düzleminin üstünde ve altında yer almasıyla farklandırılır.Formül II.4.

b-glikoz molekülünde 1.karbondaki yarıasetal hidroksili ile bir başka b-glikoz molekülünün 4. karbon atomundaki sekonder alkolün kondanse olması , yani 1-4 bağlanması ile sellobioz adı verilen disakkarit meydana gelir . Kaba formülü C₁₂H₂₂O₁₁ olan sellobiozun n tanesinin birleşmesi sonucunda da selüloz polimeri oluşur .Formül II.5 ve 6.

Selüloz molekülünde,reaksiyon yeteneği olan alkol grupları yanında ,1 ve 5.karbon arasındaki yarıasetal oksijeni ile 1.ve 4. karbonlarını bağlayan asetal (glikozit) bağı bulunmaktadır.Molekülü polimerleşme derecesi, selülozun elde edildiği kaynağa göre değişir.Pamuk selülozunun P.D.’si 3000-11500,keten selülozunun 25000-36000,rejenere selülozik elyafının ise 350-800 arasındadır.

Selüloz polimeri, dallanmamış uzun zincirler oluşturur. Bu zincirler üzerinde bulunan primer ve sekonder alkol grupları karşılıklı etkileşerek H-köprüleri meydana getirirler. Formül II.7.

Selüloz zincirleri birbirine paralel şekilde düzenlenmemişse yukarıda görüldüğü üzere hidrojen köprüleri oluşarak sağlam bir şekilde bağlanırlar .Bu bağlanmalar sonucunda kristalin bölgeler oluşur.Doğal selülozda kristalin bölgelerin oranı %70;rejenere selülozda %35-40 kadardır.Şekil II.1.

II.1.1.1. SELÜLOZUN KİMYASAL ÖZELLİKLERİ

a) Selüloza Suyun Etkisi :

Su molekülü,atomlarının yerleşim biçimlerinden dolayı,dipol karakterdedir.Bu nedenle sudaki oksijen,atomları selülozun alkol grupları ile hidrojen köprüleri meydana getirir.Böylece su ile ıslanmış bir selülozik materyal ,su moleküllerini hidrojen köprüleri yardımıyla üzerine bağlar.Polimer zincirleri arasına giren su molekülleri nedeni ile zincirlerin arası açılır,selülozda şişme görülür; fakat kimyasal bir etki söz konusu olmaz.

Şişme olayı,selülozdan yapılmış lif,iplik ve kumaşı da etkileyeceğinden;kumaşın boyca ve ence kısalmasına sebep olur.Suya bastırılmış bir pamuk lifi enine kesit olarak %45-50 şişer.Sıcaklık derecesindeki artma,şişme miktarında da artmaya sebep olur.Bkz.Şekil II.7

b) Organik Çözücülerin Etkisi :

Alkol ,eter,benzen ve petrol eteleri gibi bilinen organik çözücülerde selüloz çözünmez ve etkilenmez.

c) Asitlerin Etkisi :

Selülozdaki glikozid bağları , özellikle anorganik asitlere karşı dayanıksızdır.Asitlerin etkisi ile bu bağlar kopar, sonra su ile birleşir.Su molekülünün katılması ile sonuçlanan ayrışma reaksiyonları genellikle hidroliz olarak adlandırıldığından , bu reaksiyon bir hidroliz olayıdır.Asit çözeltisini etkime , zincirin farklı yerlerinde aynı olmadığından kopmalar değişik noktalarda meydana gelir.Bu nedenle selülozun tamamlanmayan hidroliz reaksiyonun ürünü , karmaşık bir bileşiktir ve ‘hidroselüloz’ olarak isimlendirilir.Formül II.8.

Hidroliz tamamlandığında son ürün olarak glikoz elde edilir.

 

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O n C₆H₁₂O₆

Bu reaksiyon ,selülozu seyreltik asidlerle bile kaynatmakla meydana gelebilir.Dha düşük sıcaklıklarda ise ,hidroselüloz oluşumu olasılığı artar.

Hidroselülozun P.D.’si zincir kopmaları nedenli ile selülozun poimerleşme derecesinden düşüktür ve hidroliz şartlarına bağlı olarak değişir.Zincir kopmaları sırasında serbest aldehid grubları oluştuğundan hidroselüloz indirgen özellik gösterir.Hidroselüloza dönüşmüş selülozik materyalin dayanıklılığı azalır;kırılgan ve sert bir durum alır.

Nitrik asit HNO₃ gibi, yükseltgen etkisi olan asitlerle selüloz oksiselüloza dönüşebilir.Çok kısa süre için , soğun nitrik aside batırılan selülozik mayteryalde ,boyca ve ence kısalma yanında , gerileme mukavemetinde ve boyar madde affinitesinde artma görülür.Bu reaksiyonda asitle temas süresi artıkça oksidasyon olasılığı da artar.

Hidroliz reaksiyonun derecesi , asidin cinsine ve sıcaklığına bağlıdır.Yüksek sıcaklıklarda reaksiyon,daha kolay olur.Sülfirik ;nitrik ve hidroklorik asidler çok kuvvetli hidrolizleyicidirler; buna karşılık formik ve asetik asit gibi organik asidlerin reaksiyon yetenekleri düşüktür.

d) Tuzların Etkisi

Selüloz natural tuz çözeltileri ile şişme gösterir.AICI₃ gibi , asidik tuzların çözeltilerinde , kolayca hidroliz olur.Derişik amonyak ve oksidle yapılmış olan tetraammin bakır hidroksit [Cu(NH₃)₄] (OH)₂ çözeltisinde ,selüloz çözünür.Bu çözelti bakır ipeği (rayonu) yapımında kullanılır.

e) Bazların Etkisi

Selüloz molekülündeki glikozid bağları ,bazlara karşı oldukça dayanıklıdır.Na₂CO₃ gibi zayıf bazlar havasız ortamda ne düşük nede yüksek sıcaklıklarda selüloza etki etmez.Fakat reaksiyon ortamında hava veya oksijenin bulunması ile oksiselüloz oluşumu olasılığı doğar .Selüloz , bazik çözeltilerle özellikle sıcakta hava oksijeninden etkilenerek oksiselüloza yükseltgenir.

Oda sıcaklığında,seyreltik NaOH çözeltileri de selüloza aynı şekilde etkir.Kaynar temparatürde , % 1 ve 2 ‘lik NaOH ile havasız ortamda etkilenmez; hava veya oksijen varsa , çok az miktarda selüloz çözeltiye geçer.Baz konsantrasyonu arttıkça ,selülozun çözünülürlüğüde artar.

%10’un üzerideki sodyum hidroksit çözeltilerinde farklı bir etki gözlenir .Oda sıcaklığında elyaf şişer , elastikleşir ve boyca kısalır kısalma önlenirse , materyal yıkandıktan sonra parlaklık kazanır.Bu işlemle meydana gelen ürüne “alkaliselüloz” adı verilir. Şimdiye kadar yapılan araştırmalarda ,alkaliselülozu bileşimi tam olarak açıklanamamıştır.Ancak bazı yapılan denemelerden bazı sonuçlar çıkarılmıştır. Reaksiyonlarda %10’un üzerindeki sodyum hidroksid çözeltilerinde farklı bir etki gözlenir. Oda sıcaklığında elyaf şişer, elastikleşir ve boyca kısalır. Kısalma önlenirse, materyal yıkandıktan sonra parlaklık kazanır. Bu işlemde meydana gelen ürüne “alkali selüloz” adı verilir. Şimdiye kadar yapılan araştırmalarda, alkali selülozun bileşimi tam olarak açıklanamamıştır. Ancak yapılan denemelerden bazı sonuçlar çıkarılmıştır. Reaksiyonlarda NaOH’in, selüloza ya bir katılma bileşiği şeklinde, veya alkolat şeklinde bağlandığı kabul edilmektedir. Selüloza bağlanan NaOH miktarları eşdeğer olarak tayin edilirse, %16’ya kadar konsantrasyonlardaki NaOH çözeltilerine batırılan materyalin absorpladığı alkali miktarı, konsantrasyon arttıkça artar. %16-24 arasındaki konsantrasyonlarda selülozun bağladığı alkali miktarı %12.5 gibi sabit bir değerde kalır. Bu değer, selülozdaki iki glikoz birimi başına bir NaOH bağlandığını gösterir ki, bunun formülü (C6H10O5)2 NaOH dır. %24’ün üzerindeki NaOh konsantrasyonlarında ise, absorplanan alkali miktarı giderek artar ve 22.5 g/100 g selüloz değerine eriştiğinde sabit kalır. Bu değerde selülozdaki her glikoz biriminin bir mol alkali bağladığını kanıtlamaktadır ve formülü de (C6H10O5). NaOH dir. Şekil II.2

Düşük temperatürlerde, bazik çözeltiler içinde uzun süre bırakılan selülozun büyük bir kısmı çözünür. Sıcaklık arttıkça çözünme oranı da artar.

Soğukta derişik sodyum hidroksit çözeltilerinde kısa sürede meydana gelen etkilerden, selülozik elyafın terbiyesinde, “merserizasyon” işleminde yararlanılmaktadır. Böylece selülozik materyal daha hidrofil ve absorban olur.

f) Yükseltgen Maddelerin Etkisi :

Yükseltgen maddeler, selülozu kolayca oksiselüloz’a dönüştürür. Terbiye işlemlerinde kireç kaymağı, sodyum hipoklorit, sodyum klorit, sodyum ve potasyum kloratlar ve kromat gibi yükseltgen maddeler kullanılmaktadır. Bu reaktifler az veya çok, selülozun fonksiyonel gruplarına veya glikozid bağlarına etki ederek, zincir kopmalarına neden olur. Selülozdaki hidroksil gruplarının etkilenmesi; primer alkol grubunun aldehid ve karboksilik aside; sekonder alkol grubunun ketona ve bağ kopması sonucu aldehide dönüşmesi şeklinde meydana gelir. Glikoz biriminin altıncı karbon atomundaki primer alkol grubu aldehid veya karboksil grubuna kadar yükseltgenir. Formül II.10 (C).

İkinci ve üçüncü karbon atomlarındaki sekonder alkol gruplarında önce keto grubuna, daha sonra bağ açılması ile aldehid grubuna dönüşür. Formül II.10 (B).

Yükseltgenme, glikozit bağlarında meydana gelebilir. Bu takdirde zincir kopmaları ile birlikte uçlarda aldehid grupları da oluşur. Selülozun polimerleşme derecesi düşer. Formül II.10 (A).

Yukarıdaki formüllerde görüldüğü üzere, son ürünlerde selüloz zincirinde aldehid, keto ve karboksil grupları meydana gelir. Aldehid grupları indirgen özellik; karboksil grupları ise asidik özellik gösterdiğinden, meydana gelen oksiselüloz, “asidik oksiselüloz” ve “indirgen oksiselüloz” olmak üzere farklandırılır. Yapısında karboksil grupları bulunan oksiselüloza asidik, aldehid grupları bulunana ise indirgen osiselüloz denir.

Yükseltgenen selülozun ne kadarının oksiselüloza dönüştüğü ve meydana gelen indirgen ve asidik oksiselülozun miktarları, bakır sayısı ve metilen mavisi sayısı ile belirlenir. Polimerleşme derecesindeki düşme ise, alışkanlık ölçümü ile tayin edilir.

Bakır sayısı: Zincirde yükseltgenme nedeniyle aldehid grupları oluşmuşsa; selülozun Fehling çözeltisiyle kaynatılması sonucunda, selülozik materyal üzerinde indirgen oksiselüloza eşdeğer miktarda bakır (I) oksit bileşiği çöker. Bu çözelti, selülozik materyal üzerinde kırmızı renkte görülür.

100 gram selülozik materyalden çöktürülen bakır (I) oksidindeki bakır miktarı (gram cinsinden), bakır sayısı olarak verilir. Bu değer, selüloz üzerinde oluşmuş indirgen oksilelülozun oranı hakkında bilgi verir.

Metilen mavisi: Metilen mavisi, bazik karakterde bir boyar maddedir. Bu nedenle oksiselülozdaki asidik karakterdeki karboksil grupları ile reaksiyon vererek onlara bağlanır. 100 gram selülozik materyalin bağladığı metilen mavisinin miligram olarak miktarı metilen mavisi sayısıdır. Bu sayı, asidik oksiselülozun miktarını verir.

Selülozun polimerleşme derecesinin ölçülmesi :

Yükseltgen maddelerde zincir kopmaları meydana gelmişse bu kopmaların miktarı, P.D. sinin tayini ile saptanır. Selülozun polimerleşme derecesi, diğer polimer maddelerde olduğı gibi, çözeltilerinin akışkanlığını ölçmekle tayin edilir. Akışkanlık ölçümü viskozimetre yardımıyla yapılır. Polimer maddelerin seyreltik çözeltilerin de alışkanlık, makromolekülün molekül ağırlığı ve buna bağlı olarak P.D. si ile orantılı olarak değişir. Molekül ağırlığındaki bu değişme, viskozite ile doğru; alışkanlık ile ters orantılıdır. Viskoziteyi ölçebnilmek için selüloz, cuoxam (tetrammin bakır hidroksit), cuen (bis-etilendiamin bakır hidroksit) veya cadoxen (tetrammin kadmiyum hidroksit) de çözündürülür. Hazırlanan bu çözeltinin viskozitesi ölçülerek polimerleşme derecesi tayin edilir.

Denemede kullanılacak tetrammin bakır hidroksit çözeltisi, 1 litrede, 240 g amonyak ve 15 g bakır içerecek şekilde hazırlanmalıdır. Bu standart çözeltinin 100 ml sinde 0,5 g selüloz çözündürülür ve uygun bir viskozimetre ile viskozitesi veya akışkanlığı ölçülür. Elde edilen değerler, selüloz molekülündeki bozulma derecesini gösterir. Test çözeltisindeki selüloz doğal selüloz ise akışkanlık değeri 3 ile 5 arasında bulunur. Bundan daha yüksek değerler selülozda P.D. sinin düştüğünü, yani zincirde kopmalar olduğunu gösterir.

g) Işığın ve atmosferin etkisi :

Işığın etkisi altında, selüloz fotokimyasal bir reaksiyonla, havanın oksijeni ile yükseltgenerek oksiselüloz oluşturur. Bunun sonucunda dayanıklılığında azalma gözlenir. Selülozun fotooksidasyonu, ışığın dalga boyuna (UV ışınları, görünür ışınlardan daha aktiftir.), ortamın nemine ve sıcaklığına, materyalin cinsine göre değişir.