Proces Bojenja Tekstila - Rasim Omanović

PREVENT FABRICS d.o.o

Topuzovo polje bb

Visoko

PROCES BOJENJA TEKSTILA

Hemijska analiza i rezultati

Materijal - Poliester

Mentori: Student:

Miralem Sitnić, dipl.ing Omanović Rasim

Adis Zrno, dipl.ing

Visoko, juli 2016

Proces bojenja tekstila

Omanović Rasim 2

Sadržaj:

1 BOJE ....................................................................................................................... 3

1.1 Teorijske osnove – boja i konstitucija ................................................................ 3

1.2 Podjela boja (bojila) ........................................................................................... 6

2 BOJENJE TEKSTILNIH VLAKANA ......................................................................... 9

2.1 Teorija bojenja .................................................................................................. 9

2.2 Pripremanje tekstilnog materijala za bojenje ..................................................... 9

2.3 Postupak bojenja............................................................................................. 10

3 EKSPERIMENTALNI DIO ...................................................................................... 11

3.1 Bojenje pamuka redukcijskim bojama (bojilima) ............................................. 11

3.2 Bojenje miješanog materijala - (50% poliestersko vlakno - 50% pamuk) ........ 12

4 ANALITIČKI DIO .................................................................................................... 14

4.1 Analiza tehničkih boja ..................................................................................... 14

5 REZULTATI I DISKUSIJA ...................................................................................... 17


Omanović Rasim 3

1 BOJE

1.1 Teorijske osnove – boja i konstitucija

Boja je u užem smislu osjet vida što ga izaziva nadražaj mrežnice oka

elektromagnetskim zračenjem valne dužine između 380 i 760 nm. Prema ovoj

definiciji boja nije svojstvo svjetla ni predmeta, tj. nije svojstvo fizičkog svijeta već

psihički doživljaj izazvan fizičkim uzrokom. Ipak se u tehnici kao i u običnom životu

govori i o boji svjetla, razumijevajući time njegov spektralni sastav, i o boji tijela,

misleći pri tom na boju svjetla koja se od njih održava ili kroz njih prolazi. Bojila su

tvari koje apsorbiraju svjetlost u vidljivom dijelu spektra te su stoga obojene, a imaju

sposobnost da boje tekstilna vlakna ili druge materijale manje ili više trajno, ulazeći s

bojanim materijalom u hemijsku vezu, ili vežući se stalnim fizičkim silama.

Tvar je obojena ako selektivno apsorbira vidljivo svjetlo, tj. ako apsorbira

elektromagnetsko zračenje stanovitih valnih duljina između 380 i 760 nm, a propušta

ili reflektira elektromagnetsko zračenje ostalih valnih duljina u tom dijelu spektra.

Kada to zračenje djeluje na mrežnicu čovječjeg oka, ono izaziva osjet (hromatske)

boje. Boja koju doživljava promatrač komplementarna je boji apsorbiranog svjetla,

npr. ako tvar apsorbira modro svjetlo, valne dužine 480 nm, ona (osvijetljena bijelim

svjetlom) izgleda narančasto žuta.

Tvari čije molekule apsorbiraju fotone valnih duljina izvan područja vidljivog

svjetla, bilo u ultraljubičastom (valna duljina ispod 380 nm), bilo u infracrvenom

području (iznad 760nm ), za ljudsko oko su bezbojne, ali se energija apsorpcije ili

zračenja može mjeriti pogodim instrumentima. Jednu od najranijih teorija o vezi

konstitucije bojila i boje iznio je 1878. godine O.Witt.


Omanović Rasim 4

Prema toj teoriji, koja u modificiranom obliku i danas još vrijedi, apsorpcija svjetla u

navedenom području, a prema tome i boja organskih spojeva, uvjetovana je

prisutnošću određenih skupina, tzv. hromfora, kao što su:

Hromoforne grupe sadržavaju dvostruke i trostruke veze, što znači da su obojene

tvari uvijek nezasićeni spojevi. Kasnije se spoznalo da molekule nekog organskog

spoja, da bi on bio obojen, mora sadržavati određeni broj hromofora povezanih

međusobno tako da su im dvostruke veze konjugirane. Tvari koje u molekuli sadrže

hromofore nazvane su hromogenima. One ne moraju nužno biti obojene. Witt je

pokazao da neke grupe koje mogu tvoriti soli, kao npr. NH2, -NHR, -NR2, -OH, gdje

je R alkilni ili arilni ostatak, ne mogu same po sebi uvjetovati obojenost, ali mogu

izazvati obojenost bezbojnog hromogena ili produbiti obojenost nekog obojenog

spoja. Ove su grupe nazvane auksohromima. Pozitivno djelovanje na dubinu

obojenosti, tj. apsorpciju prema većim valnim duljinama naziva se batohromijom.

Auksohromne grupe mogu se po rastućem hromnom utjecaju poredati u nizu:

− OH , − OR , − O− , − NH2 , −N (CH3)2 , −NH .C 6 H5


Omanović Rasim 5

Prema elektronskoj teoriji tim redom raste tendencija π-elektrona slobodnih

elektronskih parova da sudjeluju u mezomeriji molekule. Naime, prema elektronskoj

teoriji sposobnost molekule da apsorbira fotone energije zračenja zavisi od njene

sposobnosti da pređe u pobuđeno stanje, tj. od mogućnosti da neki njen elektron

pređe u orbitalu višeg energetskog stanja. Za razliku od σ-elektrona koji su čvrsto

vezani i koji zahtijevaju velike energetske iznose za skok u višu orbitalu (apsorpcija u

ultraljubičastom području) raspoloživi energetski nivoi π-elektrona manje su udaljeni

jedan od drugog, pa su za prijelaz u eksicitirano stanje potrebni manji iznosi energije.

Hoće li doći do apsorpcije u vidljivom području spektra i koja valna duljina će biti

apsorbirana ovisi o:

o broju dvostrukih veza

o broju konjugiranih dvostrukih veza

o broju konjugiranih benzenovih jezgri (veličina područja na kojem se

nalaze konjugirane veze)

o prisustvu heteroatoma (N, O, S) u konjugiranom lancu

o račvanju konjugacije

o prisustvu metiliranih amino-skupina


Omanović Rasim 6

1.2 Podjela boja (bojila)

Slika 1. Podjela boja (bojila)


Omanović Rasim 7

Razlikujemo sljedeće vrste bojila:

1. Bojila topljiva u vodi

Bazna bojila

Kisela bojila

Metalkompleksna bojila

Supstantivna (direktna) bojila

Reaktivna bojila

2. Bojila netopljiva u vodi

Reduktivna bojila

Sumporna bojila

Disperzijska bojila u vodi su netopljiva ili teško topljiva, pa se za bojenje

upotrebljavaju u obliku finih vodenih suspenzija u prisutnosti disperzijskih

sredstava (sapuna, deterdženata). Suspendiranu boju materijal apsorbira

nakon što je ona prodrla u intermicelarne šupljine. Hemijski su to jednostavna

antrakinonska bojila, monoazo-bojila i azometinska bojila, a imaju obično veći

broj supstituenata: amino-, alkoksi-, hidroksilalkil-, halogen-, nitro-, ili cijano -

grupe. Primjenjuju se za bojenje acetatne svile i sintetičkih vlakana.

3. Bojila topljiva u uljima i mastima

4. Bojila koja se grade na vlaknu


Omanović Rasim 8

Slika 2. Tabelarni prikaz bojila i njihovih svojstava


Omanović Rasim 9

2 BOJENJE TEKSTILNIH VLAKANA

2.1 Teorija bojenja

Bojilo se može vezati na vlakno adsorpcijom, mehaničkim ili hemijskim putem.

Kojom će se od ove tri mogućnosti bojilo vezati ovisi o hemijskoj konstituciji vlakna i o

vrsti bojila. U slučaju adsorpcije bojilo se adsorbira na površini vlakna u

monomolekularnom sloju. Ovako "površinski vezano" bojilo postupno difundira u

unutrašnjost vlakna i stvara koordinativne komplekse. Kod mehaničkog vezivanja

bojilo se pomoću veziva mehanički pričvrsti na vlakno. Ukoliko bojilo hemijski reagira

sa slobodnim grupama vlakna radi se o hemijskom vezivanju.

2.2 Pripremanje tekstilnog materijala za bojenje

Tekstilni materijal koji će se bojati (sirovi pamuk, vuna ili drugi) mora se

prvenstveno oprati , da bi se uklonila masna onečišćenja koja sadržava, u manjoj ili

većoj mjeri, svako prirodno vlakno. Svijetle nijanse mogu se postići samo na onom

vlaknu koje je prije bojenja ne samo prano, nego i bijeljeno. Materijal prije unošenja u

smjesu za bojenje treba dobro nakvasiti u vodi. Pamuk se obično kvasi u toploj, a

vuna u mlakoj vodi. Samo dobro nakvašena i ocijeđena roba natopit će se sva za

kratko vrijeme jednakomjerno bojilom u smjesi, a to je važan uvjet da se postigne

jednoličan ton (egalitet). Kao sredstva koja ubrzavaju kvašenje i prodiranje

otopljenog bojila u vlakna, upotrebljavaju se sapuni, sulfonirana ulja i drugi

površinsko aktivni preparati (npr. 2-4 g/l Nekala BX). Sirova vuna s koje nisu prije

bojenja pranjem uklonjena prirodna masna onečišćenja ne može se jednakomjerno

obojiti ako se smjesi za bojenje ne dodaju sredstva koja potpomažu kvašenje i

smanjuju površinsku napetost vode. Sintetička vlakna su termoplastična, te pri vrućoj

obradi podliježu promjenama kao što su skupljanje, stvaranje nabora i kovrčavosti.

Da bi se ovo spriječilo, prije bojenja materijal se mora "tremofiksirati" tj. obraditi

vrućom vodom, parom ili toplim zrakom.


Omanović Rasim 10

2.3 Postupak bojenja

Bojenje tekstilnog materijala obavlja se u vodenoj otopini bojila. Bojilo se otapa u

omekšanoj vodi, a po potrebi otapanje se ubrza zagrijavanjem. Samo potpuno

otopljeno bojilo smije se izliti kroz sito u smjesu za bojenje. Otopina u smjesi

sadržava osim bojila i potrebne dodatke: soli, kiseline, alkalije itd. Za neke grupe

bojila smjesa još sadrži redukcijska ili oksidacijska sredstva. Otopljeno bojilo s

dodacima čini smjesu za bojenje. Volumen otopine izražava se uvijek u omjeru

prema materijalu. Ako se boji 10 g pamuka u smjesi od 200 ml smjesa jest 1:20.

Količina bojila i dodatka označuje se u postocima prema materijalu koji se boji ukoliko

nije drugačije naglašeno.

U ovako priređenu smjesu potapa se tekstilni materijal da primi bojilo. Suhi

materijal je potrebno prije potapanja u smjesu za bojenje nakvasiti u vodi i onda

ocjediti, da bi vlakna mogla primati bojilo brže i jednakomjernije. Bojenje se vrši

redovito uz grijanje smjese i neprestano pokretanje robe ili pak roba miruje, a

otopljeno bojilo cirkulira kroz materijal. Za svaku grupu bojila propisani su potrebni

dodaci i najpovoljnija temperatura smjese, jer o tome ovisi način prijelaza bojila iz

kupke na vlakno. Proces bojenja mora se voditi tako, da se bojilo što bolje iscrpi iz

smjese i jednakomjerno razdjeli, te da se postigne jednolično obojenje.


Omanović Rasim 11

3 EKSPERIMENTALNI DIO

3.1 Bojenje pamuka redukcijskim bojama (bojilima)

Za otapanje redukcijskih bojila potrebna je redukcija pomoću ditionita

(Na2S2O4 tzv. “hidrosulfita”) i natrijevog hidroksida. Reducira se uglavnom u

“matičnoj smjesi " koja ima visoku koncentraciju. Matična smjesa se izlije u smjesu

za bojenje, kojoj je prethodno dodano nešto hidroksida i ditionita (eliminacija u vodi

otopljenog kisika). Količina baze, ditionita i dodatka, te temperatura bojenja ovise o

karakteru redukcijskog bojila (indigoidno, antrakinonsko). Nakon bojenja slijedi

oksidacija na zraku, u vodi ili oksidacijskim sredstvima. Intenzivnim sapunanjem

razvija se prava nijansa.

Primjer recepture za bojenje:

Bojilo: Indantren Gelb 36 FN 0,5 % 1 % 1,5 % 2 %

bojila bojila bojila bojila

Natrijev hidroksid 32 % 5,5 % 6 ml/l 7 ml/l 8 ml/l

Natrijev ditionit 2 g/l 2 g/l 2,5 g/l 3 g/l

Glauberova sol krist. 10 g/l 10g/l 15 g/l 15 g/l

Matična smjesa

Natrijev hidroksid 32 % 1,5 ml/g bojila

Natrijev ditionit 50 ml/g bojila

Voda 0,5 g/g bojila

Odnos kupke - 1 : 20

Količina materijala - 10 g

Redukcijsko bojilo otapa se u matičnoj smjesi 10-15 minuta pri 50 C. Zatim se

matičnoj smjesi doda smjesa za bojenje i izbijeljeni materijal i boji se jedan sat pri

temperaturi 45-50 C. Nakon završenog bojenja bojilo se oksidira namakanjem

materijala u vodi do povratka obojenja, a zatim se materijal sapuna 1/2 sata uz

kuhanje u vodi sa 0,5 g/l Superola i 1 g/l Na2CO3.


Omanović Rasim 12

3.2 Bojenje miješanog materijala - (50% poliestersko vlakno - 50% pamuk)

Preduvjet za uspješno bojenje mješavine od različitih vlakana je poznavanje

sastava mješavine u pogledu vrste vlakna i kvantitativnog sastava. Za mješavinu

celuloznih i poliesterskih vlakana postoji veliki izbor bojila za postizanje jednobojnih

nijansa. Za poliesterski dio dolaze u obzir disperzijska i specijalna redukcijska bojila,

a za celulozna vlakna direktna, redukcijska, reaktivna bojila i leukoesteri redukcijskih

bojila. Bojenje se može obaviti iz jedne ili dvije smjese ovisno o izboru bojila.

U sljedećem primjeru boji se kombinacijom disperzijskog i reakcijskog bojila.

Obzirom da su disperzijska bojila netopljiva ili teško topljiva u vodi, smjesa se dobije

pripremom fine vodene suspenzije u prisutnosti disperzijskog sredstva. Poliesterska

vlakna teško primaju bojila i pod normalnim uvjetima mogu se postići samo svijetla

obojenja (difuzija u unutrašnjosti vlakna je spora). Za dobivanje tamnih obojenja

dodaju se kerijeri (promotori) koji, pretpostavlja se, povećavaju topljivost bojila,

izazivaju bubrenje vlakana ili nastanak novih mjesta za vezivanje bojila. To su

hlorirani benzen i dr. Druga mogućnost je bojenje pri visokoj temperaturi od

120-130 C.

Bojenje u dvije smjese

Primjer recepture

I smjesa

Rezolin orange 5 R 4 %

Rezolin rot FB 0,6 %

Sustilan N 1 g/l

Levegal PT 2 g/l

Odnos smjese - 1 : 20


Omanović Rasim 13

II smjesa

Procion brillant orange 2 NS 4 %

Procion brillant rot 2 BS 1 %

Natrijev klorid 40 g/l

Na2CO3 10 g/l

Odnos smjese - 1 : 20

Bojila se otapaju tako da se napravi pasta koja se razrijedi vodom temperature 80

C. Ova voda mora sadržavati 2 g/l Avolana IS. Na jedan dio boje doda se 20 dijelova

vode za otapanje. Pripremi se prva smjesa s octenom kiselinom pH se podesi na 5-6,

te u njoj boje poliesterske niti miješanog, prethodno iskuhanog materijala 1,5 sat

počevši od 30C do vrelišta. Obojeni materijal se dobro ispere, te uroni u drugu

smjesu koja sadrži samo bojilo. Nakon 10 minuta bojenja doda se u dvije porcije

NaCl u razmacima po 10 minuta. Zatim se u razmaku od po 5 minuta u dva navrata

doda soda i bojenje produži još 45 minuta. Bojenje se vrši pri sobnoj temperaturi.

Nakon bojenja materijal se sapuna u vodi uz dodatak 0,5 g/l Superola zagrijavanjem

od 5 do 100 C.


Omanović Rasim 14

4 ANALITIČKI DIO

4.1 Analiza tehničkih boja

Kod analize tehničkih boja vršena je analiza slijedećih uzoraka boja:

Tok analize:

Uzorci boje u čvrstom stanju su uzorkovani u proizvodnoj hali firme Prevent Fabrics.

Kao što se može vidjeti iz tabele uzeti su uzorci slijedećih boja:

Bezema: Textilcolor:

Gelbraun Br. Blau

Rubin RS Rubine S-33

Marine Yell. S-6GY

Odvagana je određena količina uzorka boje i prenešena u suhe čaše. Na uzorke je

dodato 25mL koncentrovane HNO3 nakon čega je vršeno zagrijavanje na rešou. U

toku zagrijavanja uzorci su mijenjali boju što je bio znak da se odvija rastvaranje

uzorka. U toku zagrijavanja došlo je do isparavanja oksida u vidu smeđih para nakon

čega je dodato oko 5mL 30% H2O2 i zagrijavanje je nastavljeno još neko vrijeme.

Poslije određenog vremena uzorci boje su skinuti sa rešoa i ostavljeni da se ohlade

na sobnoj temperaturi. Ohlađeni uzorci su profiltrirani preko odgovarajućeg filter

papira u odmjerne sudove od 100mL te dopunjeni destilovanom vodom do markice.

Ovako pripremljeni uzorci su odnešeni na mjerenje na FAAS (Plameni atomski

apsorpcioni spektrometar) pri čemu je određen sadržaj odabranih teških metala u

uzetim uzorcima boje.


Omanović Rasim 15

Shema pripreme uzorka boje za određivanje sadržaja odabranih teških metala


Omanović Rasim 16

Analiza tekstila

Analiza tekstila je obuhvatala sljedeće materijale:

SOPRAN – obojeni (zelena boja) i neobojeni (bijela boja) - Tekstilcolor

OSTIA – obojeni (smeđa boja) i neobojeni (bijela boja) – Bezema

Slika 3. Prikaz analiziranih materijala

Tok analize:

Odabrani tekstilni materijal je usitnjen nakon čega je vršeno vaganje određene

količine materijala na analitičkoj vagi. Nakon toga odvagani materijali su prenijeti u

Erlenmajerove tikvice od 300mL. Na odvagane uzorke tekstila dodato je po 40mL

koncentrovane HNO3 i vršeno je zagrijavanje u toku jednog sata. Poslije rastvaranja

materijala, E. tikvice su skinute sa rešoa i ostavljene da se ohlade na sobnu

temperaturu. Nakon određenog vremena vršeno je filtriranje kroz odgovarajući filter

papir u odmjerne sudove od 100mL. Odmjerni sudovi su dopunjeni vodom do

markice sa čime su bili spremni za mjerenje sadržaja teških metala na FAAS

(Plameni atomski apsorpcioni spektrometar).


Omanović Rasim 17

Shema pripreme uzorka tekstila za određivanje sadržaja odabranih teških metala

5 REZULTATI I DISKUSIJA

Na osnovu provedene analize dobivene su vrijednosti za sadržaj prisutnih teških

metala kao što su hrom, bakar, mangan, željezo, kobalt, nikl, kadmij, olovo i cink ,

daleko manje od maksimalno dozvoljenih koncentracija za tekstil preuzetih od strane

proizvođača što upućuje na to da se sve analizirane boje mogu uspiješno i bez

posljedica po ljude i okoliš implementirati u sistem bojenja tekstilnih materijala u firmi

Prevent Fabrics.

Documents

Proces Bojenja Tekstila - Rasim Omanović