Direk Boyalar

Direkt boyarmadde ya da substantif boyarmadde (Alm. Direktfarbstoff, Fr. colorant direct; İng. direct dyestuff; substantive dyestuff), suda çözünebilen, kolajen ve selüloz liflerini mordanlama ya da başka bir işleme gerek olmadan doğrudan boyayabilen bir boyarmadde sınıfına denir. 

Direkt Boyar Maddelerin Özellikleri :
Direkt boyar maddeler, selülozik lifin boyanmasında herhangi bir ön işlem gerektirmeden doğrudan boyama yapılabilen boyar maddelerdir. Substantif boyar maddeler olarak da adlandırılırlar. Bazik ve asit boyar maddelerden selülozik elyafa karşı substantivitelerinin fazla olması ile ayrılır. Kongo kırmızısı ilk direkt boyar maddedir. Flotteden direkt çektirilirler. İyi egalize olabilen bu boyar maddelerle materyalin içine işlemiş boyamalar elde edilir. Suda çözünürler. İyonlaşma nedeni ile bu boyar maddeler anyonik boyar maddelerdir. Bu boyar maddelerin yaş haslıkları iyi değildir. Ancak uygun maddeler yardımıyla yaş haslıkları geliştirilebilir. Direkt boyar maddelerin bazılarının ışık haslıkları mükemmeldir ve bunlar bakır kompleksleridir. Ancak bu boyar maddelerin kaynatma ve klor haslıkları düşüktür. 

Direkt boyar maddelerin avantajları: Ucuzdur, suda çözünür, boyama işlemleri çok basittir, boyama sırasında kuvvetli pH değerleri gerektirmez ve koyu renklerde iyi boyama sonuçları verir. 

Direkt boyar maddelerin dezavantajları: Direkt boyar maddeler düşük derecede yaş haslıklarına sahiptirler, yaş haslıkları düşüktür ve bu boyar maddelerin önemli bir bölümü kanserojen etkiye sahiptir. 

Selüloz ile Boyar Madde Arasındaki Bağlar :

H-köprüleri: Boyar madde molekülünün fonksiyonel grupları ile (-NH2, -OH grupları) selülozdaki primer alkol grupları arasında H- köprüleri oluşur. 

Dipol etkileşim kuvvetleri: Boyar madde molekülündeki polar gruplar ile (-SO3Na) selüloz molekülündeki polar gruplar arasında dipol etkileşim kuvvetleri oluşur. 

Direkt Boyarmaddenin Yapısı :

Direkt boyar maddelerin çoğu disazo-, poliazo grubu taşıyan azo boyar maddeleridir. Thiazol, ftalosiyanin, antrakinon yapısında da direkt boyar madde vardır. Bu açıdan direkt boyar maddelerin kimyasal yapıları asit boyar maddelerine benzer. Direkt boyar maddelerin yapısında, boyar madde molekülünü suda çözündürebilen bir anyonik grup bulunur. Boyar maddelerin her biri farklı davranışlar gösterdiği için direkt boyar maddeler üç grupta incelenir. 

A sınıfı (Kendi kendine egalize olabilen boyar maddeler): Bu gruba ait boyar maddeler iyi bir migrasyon özelliğine sahiptir. Özel önlemler almadan düzgün boyama elde edilir. Yaş haslıkları düşüktür. 

B sınıfı (Tuz ile kontrol edilebilen boyar maddeler): Bu boyar maddelerin migrasyon yetenekleri düşüktür. Dolayısıyla düzgün boyama özelliği göstermezler. Çekim ve egalize adımlarını ayarlamak için tuz ilavesi gereklidir. Başlangıçta elyaf tarafından düzenli alınmazlar ise sonradan düzgünleştirmesi oldukça zordur. 

C sınıfı (Sıcaklık ile kontrol edilebilen boyar maddeler): Tuza karşı yüksek oranda hassas ve kendi kendine egalize olamayan migrasyon imkânları düşük boyar maddelerdir. Bunların çekimi tuz ilavesi ile yeteri kadar kontrol edilemez. Ayrıca sıcaklığın kontrol edilmesiyle düzgün boyama sağlanır. 

Reçete Tanzimi :

Reçete oluşturma boya laboratuvarında işletme koşullarına göre yapılır. Reçete oluşturulurken boyanacak malzemenin, boyamada kullanılacak makinenin, boyar madde ve kimyasalların özellikleri dikkate alınır. İki şekilde reçete tanzimi yapılır. 

Tahmini Reçete ile İstenen Renk Bulunarak :

Elde edilmek istenen renk daha önce uygulanmamış ise o rengi verebilecek tahmini reçeteler oluşturulur. Burada laborantın tecrübesi önemli rol oynar. Laborant tahmini olarak birbirinden farklı reçeteler oluşturur ve mamul bu reçetelere göre boyanır. Boyama sonunda elde edilen renkler, istenilen renk ile karşılaştırılır. İstenilen renk elde edilmiş ise o reçete kullanılır fakat istenilen renk elde edilmemiş ise denemelerden en yakın olan reçeteye göre bir dizi reçete daha oluşturularak istenilen renk elde edilmeye çalışılır. 

Hazır Reçete Kullanılarak :

Elde edilmek istenen renk daha önce çalışılmış ise arşiv taranarak reçetesi bulunur ve o reçeteye göre boyama yapılır. 

Direkt Boyar Maddeler ile Boyama :

Direkt boyar maddeler ile boyama çektirme, HT boyama, yarı ve tam kontinü boyama yöntemlerine göre yapılabilmektedir. Direkt boyar maddeler selülozik elyafı nötral ya da bazik ortamda, elektrolit (tuz) beraberliğinde kaynama sıcaklığında boyar. Rejenere selülozik liflerin bazik ortamda şişmesinden dolayı nötral ortamda boyanması tercih edilir. Direkt boyamayı etkileyen faktörler şunlardır: afinite (substantivite), çekim hızı, difüzyon, migrasyon, banyo oranı, sıcaklık, elektrolit ilavesi, yardımcı madde ilavesi, boyama süresi. 

Direkt Boyar Maddeler ile Çektirme Yöntemine Göre Boyama : 

Direkt boyar maddeler ile en fazla uygulanan boyama yöntemi çektirme yöntemidir. Bu yöntemde boyama banyosuna, tekstil yardımcı maddeleri, kimyasallar, alkali ve tuz konur. Bazı durumlarda egalize maddesi (düzgünleştirici) de eklenir. Tuz ilavesi ve yüksek sıcaklık boyamanın hızını artıracağından boyama başlangıcında flotteye hiç tuz konulmamalı, ancak kaynama sıcaklığına çıkıldığında tuz ilavesi porsiyonlar hâlinde yapılmalıdır. Aksi hâlde abrajlı boyama meydana gelebilir. 

Direkt Boyar Maddeler ile HT Yöntemine Göre Boyama :

HT yöntemine göre boyamada, direkt boyar maddelerin yüksek boyama sıcaklığına dayanıklı olan türleri seçilmelidir. Bu boyar maddelerin çoğunluğu yüksek sıcaklığa dayanıklı olmadığı için koruyucu kimyasal maddeler kullanılır. Koruyucu kimyasal madde olarak amonyum sülfat tercih edilebilir. Bu boyama yönteminde sıcaklığın 100 °C ve üzerine çıkarılması direkt boyar maddelerin migrasyon derecesini artırabilir. 

Direkt Boyar Maddeler ile Emdirme Yöntemine Göre Boyama :

Emdirme yönteminde ön terbiye işlemleri çok iyi yapılmış ve hidrofilitesi iyi olan kumaşa, boyar madde çözeltisi emdirilir, fikse edilir. Direkt boyar maddelerin substantivitesi fazla olduğu için emdirme yöntemi için uygun değildir. Çok az uygulama alanı bulmuştur. Direkt boyar maddeler ile emdirme yöntemine göre boyamada en çok kullanılan yöntem pad-roll boyama yöntemidir. 
Boyama Diyagramı :

Direkt boyar maddeler ile selülozik materyal aşağıdaki diyagrama göre boyanabilir: 

Banyonun pH'ı ;

Direkt boyar maddeler, hemen hemen nötral olan çözeltilerde uygulanır. Direkt boyar maddelere asit ilavesinin banyoya sağladığı hiçbir avantaj olmadığı, aksine ton değiştirme riski olduğu bilinmektedir. Zayıf alkalilerin adsorbsiyon hızını geciktirdiği ve bazen % 3 oranında eklenen soda, suyun sertliğini gidermekte ve bazı istisnai durumlarda boyar maddenin çözünebilirliğini artırmaktadır. 

Kullanılan Kimyasallar ve Görevleri :

Su: Boyamanın verimi için işletme suyu yumuşak ve sertliği giderilmiş olmalıdır. Suya sertlik veren ağır metal iyonları boyamayı olumsuz yönde etkiler. 

Tuz: Boyar maddenin life olan ilgisini artırır ve selüloz tarafından alınma miktarı artar. Boyar maddenin lif üzerinde homojen dağılımını sağlar ve boyar madde moleküllerinin kumaşa yönlenmesini sağlar. 

Soda: Zayıf bir alkali olan soda (Na2CO3); direkt boyar maddenin çözünmesini, boyama banyosunda çözünmüş olarak kalmasını ve boyamanın düzgün bir şekilde yapılmasını sağlar. Ortamın pH'ını ayarlayarak selüloz makro moleküllerinin bazik ortamda aktif hâle geçmesini boyar madde ile lif arasında bağ oluşumunu sağlar. 

Oksidasyon maddeleri: Bazı direkt boyar maddeler, kaynama sıcaklığında ya da pH 7'nin üzerinde muamelesinde nüans değiştirir. Hatta bazıları tamamen bozunur. Bu durum boyar maddenin kolayca parçalandığı ve indirgendiği anlamına gelir. Oksidasyon maddelerinin ilavesiyle bunun önüne geçmek mümkündür. Bazı direkt boyar maddeler için banyoya yalnızca amonyum sülfat eklenmesi, bu indirgenme tehlikesini önlemektedir. 

Direkt Boyar Maddelerin Çözülmesi ve Boya Banyosunun Hazırlanması :

Boyama banyosu kontrolleri ve numune alma, genellikle boya banyoları otomatik olarak hazırlanmakta ve emdirme işlemi sırasında azalan flotteye dozaj pompaları yardımıyla ilave yapılabilmektedir. Programlanan boyama makinelerinde işlem süresince sıcaklık, pH kontrolleri yapılmakta ve işlem basamakları takip edilmektedir. Programlar hafızada tutularak aynı ton boyamalarda tekrar edilebilirlik maksimum düzeyde tutulmaktadır. Numune kontrolü, emdirme yöntemiyle yapılan boyamalarda boyama sonunda çıkan kumaştan bir parça alınarak, çektirme yöntemiyle yapılan boyamalarda ise boyama sıcaklığı sonunda kazandaki kumaştan bir parça alınarak yapılır. Bu kumaşa gerekli durulamalar yapıldıktan sonra istenen renk bulunmuşsa boyama sonlandırılır. 

Boyama Sonrası Ard İşlemler :

Direkt boyar maddelerin dayanıklılığını artırmak için ilave bazı işlemler yapılabilir. Ancak son yıllarda işletmelerde fiksatörler (katyonik maddelerle) ile yapılan ard işlem yaygınlaşmıştır. Fiksatörlerle (katyonik maddelerle) yapılan işlemde direkt boyar maddelerin yaş haslığı artırılır. Bununla beraber bunların genel prensibi olan lif üzerinde çözünürlüğü ve dolayısıyla desorbsiyon hızı düşük, iri molekül kompleksler oluşturma yöntemi günümüzün reçine tipli fiksaj maddelerinin kullanımı ile varlığını sürdürmektedir. Bu konuda özellikle katyonik muamelenin prensibi kayda değer bir gelişme göstermiştir. Haslık artırma işleminden sonra renk koyuluğuna göre kumaşa fiziksel olarak tutunmuş boyar maddeleri uzaklaştırmak için soğuk ve sıcak durulamalar yapılır.