TR2022012084A2 - Atık Reaktif Boyama Sularının Tekrar Boyama İşleminde Kullanılması - Google Patents

Abstract

Buluş, boyama esnasında oluşan atık suyun içinde kalan boyar maddelerin tekrar boyama için kullanılmasını sağlamak üzere dietilen glikol kullanımı ile gerçekleştirilen katyonikleştirici ön işlem içeren bir boyama yöntemi ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME Atik Boyama Sularinin Tekrar Boyama isleminde Kullanilmasi TEKNIK ALAN Bulus, boyama sonucu olusan atik sularin tekrar boyama isleminde kullanilmasini saglamak üzere bir yöntem ile ilgilidir. ÖNCEKI TEKNIK Artan hizli nüfus ve endüstrilesme ile birlikte, su kaynaklari hizla tükenmeye baslamis, 21. yüzyilin en büyük sorunlarindan biri olan su kitligini da beraberinde getirmistir. Fazla miktarda ve bilinçsizce tüketilen temiz su, önümüzdeki yillarda kullanilan kaynaklarin hizla tükenmesine sebep olacaktir. Kullanilan su kaynaklarinin, yetersiz aritimi ve iklim degisikliginde yasanan düzensizlik önemli çevre sorunlari arasinda yer almaktadir. Dünyada temiz su kaynaklarinin hizla azalmaya baslamasi, insanlari atik sulari yeniden kullanmaya ya da atik sularin aritimina yöneltmistir. Su kitliginin artmasi ayni zamanda su kalitesinin bozulmasina da sebep olmaktadir. Günümüzde aritilan atik sular; endüstride, tarimda ve kentsel amaçli kullanilmaktadir. Pamuk, tekstil sektöründe dogal lifler arasinda en çok kullanilan Iiftir. Tohum bitkisi olan pamuk üzerinde kisa ve uzun lifler bulundurur. Bu Iiflere tohumundan ayrilmasi için çirçirlama islemi uygulanir. Çirçirlama sonrasi ayrilan kisa ve uzun lifler istenen özellikte bükümlü ya da bükümsüz olarak iplik formuna getirilir. Pamuk lifi, tekstilde iplik olusumunda, elyaf yapiminda, dokuma ve örme kumas yapilarinda kullanilmaktadir. Pamuklu mamuller, içinde bulundurdugu yabanci maddelerden, proseslerden kaynakli kirliliklerden, ürün isaretlemelerinden kaynakli boyalardan arindirilmak için terbiye islemleri uygulanmaktadir. Pamuk lifi, içerisinde bulundurdugu safsizliklardan ve dogal renk pigmentlerinden dolayi sarimtirak renge sahiptir. Pamugun boyanabilmesi ve bitim islemlerine uygun hale getirilmesi için agartma islemi uygulanmaktadir. Pamugun agartilmasinda hidrojen peroksit, sodyum klorit ve hipoklorit gibi agartici kimyasallar kullanilmaktadir. Bunlar arasinda hidrojen peroksit, istenilen beyazligi saglamasi ve çevre dostu olmasindan dolayi daha çok tercih edilmektedir. Fakat, uygulama prosesinin yüksek sicakliklarda olmasi, yüksek enerji gerektirmesi ve Iiflere zarar vermesi sebebiyle bazi dezavatajlara sahiptir. Bu sebeple son yillarda daha çevreci agartma prosesleri ve agartici kimyasallarin gelistirilmesi için alternatif yöntemler arastirilmaktadir. Pamuk lifinde agartma islemi sonrasi istenen hidrofilite ve beyazlik saglanarak istenilen rengin elde edilebilmesi için boyama prosesi uygulanir. Pamugun boyanmasinda yaygin olarak reaktif boyarmadde grubu kullanilmaktadir. Bu boyarmaddeler yas hasliklarinin iyi olmasi, parlak ve canli renklere sahip olmasi, genis renk gamina sahip olmasi ve uygulama yöntemlerinin kolay olmasi sebebiyle tercih edilmektedir. Selülozik mamullerin reaktif boyarmaddelerle boyanmasinda, ortam sartlarinin bazik olmasi ve lif tarafindan boyarmadde aliminin arttirilmasi için tuz kullanilmaktadir. Boyama çözeltisine ilave edilen tuz, boyarmaddenin life olan afinitesini arttirarak lif içerisine difüzyonunu saglamaktadir. Lif yüzeyine tutunamayan boyarmaddenin uzaklastirilmasi için boyama sonrasi ard yikama islemleri ugulanir. Bu asamada fazla miktarda temiz su tüketiminin yani sira enerji ve zaman kaybi da yasanmaktadir. Reaktif boyama sonrasi yapilan ard yikama islemlerinde fazla miktarda renkli atik sular olusmaktadir. Boyama sonrasi ortaya çikan atik sular, boyarmadde ve yardimci kimyasallari içermesi sebebiyle atik suyun çevresel kirlilik yükünü arttirmaktadir. Olusan bu atik sularin alici ortama desarj edilmeden önce fiziksel, kimyasal veya biyolojik olarak aritilmasi gerekmektedir. Tekstil sektörüne bakildiginda, son yillarda atik suyun azaltilmasi ya da yeniden kullanimi üzerine çalismalar yapilmaktadir. En yaygin kullanilan yöntemler arasinda membran sistemleri, enzimler, elektrokoagülasyon yöntemleri yer almaktadir. Yapilan ön patent arastirmasinda asagidaki dokümanlarla karsilasilmistir. CN10467457OB basvuru numarali Çin dokümaninda reaktif boyama sonucu olusan atik sulardaki kumasa nüfuz etmemis boyalarin çökeltilerek suyun tekrar kullanima hazir hale getirilmesinden bahsedilmektedir. Magneznum ve kalsiyum iyonlarinin aktif rol oynadigi çalismada çökeltilerden de kurtulabilmek ve suyun tekrar kullanima hazir hale gelecek kadar arinmasini saglayan malzemelerden ve islemlerden bahsedilmektedir. atik sularin aritilmasina yönelik bir prosesten bahsedilmektedir. Tuz ve asit kontrolünde atik suyun içerisindeki yeniden kullanma durumunda sorun yaratan pozitif iyonlarin oksitlenmesi saglanarak suyun çesitli proseslerde yeniden kullanilmasini saglan yöntem adimlarindan bahsedilmektedir. Yapilan arastirma sonucu bulunan patent disi dokümanlar da asagidaki gibidir. BOYAR MADDE IÇEREN TEKSTIL ATlKSULARlNlN ARlTlM ALTERNATIFLERI baslikli Uludag Üniversitesi Mühendislik-Mimarlik Fakültesi Dergisi, Cilt 7, Sayi 1'de yayinlanan yazida alternatif olarak atik sularin bazi islemlrden geçirilerek içindeki malzemeler ile birlikte yeniden kullanilabilmesine ait ifadeler yer almaktadir ancak bir optimizasyon veya bu ifadeye örnek olarak bir açiklama yapilmamistir. TEKSTIL ENDÜSTRISI ATlKSULARlNDA INDIGO BOYANlN GERI KAZANlMl baslikli yüksek lisans tezinde ise indigo boyama sonrasi olusan atik sudan indigo reaktif boyanin geri kazanimi anlatilmaktadir ancak boyanin geri kazanim isleminden sonra olusmus olan atik su geri kullanilamamakta, imha edilmektedir. Sonuç olarak yukarida bahsedilen tüm sorunlar, ilgili alanda bir yenilik yapmayi zorunlu hale getirmistir. BULUSUN AMACI Mevcut bulus, yukarida bahsedilen problemleri ortadan kaldirmak ve ilgili alanda teknik bir yenilik yapmayi amaçlamaktadir. Bulusun ana amaci boyama prosesinde, boyama sonu boya çözeltisinin tekrar kullanilmasi ile hidrolize olan boyarmaddenin ve boyama yardimci kimyasallarinin boyama prosesine yeniden kazandirilmasini saglayan yapisini ortaya koymaktir. Bulusun bir baska amaci, atik suyun imha edilmesi için gerekli enerjiyi ve zamani ortadan kaldirmaktir. Bulusun bir diger amaci çevreye duyarli bir yöntem olarak çevreye verilen zararin azaltilmasini saglamaktir. Bulusun bir amaci da, atik suyun geri kazanimi sayesinde önceki teknige göre olusan maliyetleri azaltmaktir. BULUSUN KISA AÇIKLAMASI Yukarida bahsedilen ve asagidaki detayli anlatimdan ortaya çikacak tüm amaçlari gerçeklestirmek üzere mevcut bulus, boyar madde içerikli boya ile kumas veya iplik boyama islemi esnasinda olusan atik suyun yeniden kullanilmasini saglamak üzere bir boyama yöntemidir. Buna göre, a) Boyama islemi sonrasi olusan atik suyun bir haznede toplanmasi, b) Kasar islemi geçirmis kumasin katyoniklestirme islemi olarak, 2,2'- oksibisetanol çözeltisi ve a islem adimindaki atik suyun birlestirilerek karistirilmasi ve karistirma devam ederken karisimin en fazla 50°C'ye isitilmasi, c) lsitilmis karisimin 50°C'de en az 20 dakika bekletilmesi, d) Katyoniklesme islemini sonlandirmak üzere son karisimin oda sicakligina sogutulmasi, e) Boyama islemi olarak katyoniklestirilmis atik su ve kumastan olusan karisimin oda sicakligindan 60°C sicakliga isitilarak en az 60 dakika boyunca en fazla 60°C sicaklikta bekletilmesi, yöntem adimlarini içermesi ile karakterize edilmektedir. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasi, d islem adiminda anlatilan boyama isleminin, bahsedilen karisima tuz ve/veya soda eklenerek gerçeklestirilmesidir. Bulusun bir baska yapilanmasi a islem adiminda bahsedilen boyama islemi katyonik boyama islemi olmasidir. SEKILLERIN KISA AÇIKLAMASI Sekil 1'de katyoniklestirme isleminin sematik görünüsü verilmistir. Sekil 2'de boyama isleminin sematik görünüsü verilmistir. Sekil 3'te boyama islemi sonrasi kalan ve boyarmadde içeren çözeltinin geçirgenlik degerlerini ifade eden grafik verilmistir. BULUSUN DETAYLI AÇIKLAMASI Bu detayli açiklamada bulus konusu "Atik Boyama Sularinin Tekrar Boyama Isleminde Kullanilmasi" sadece konunun daha iyi anlasilabilmesi için hiçbir sinirlayici etki olusturmayacak örneklerle açiklanmaktadir. Bulus konusu boyama islemi esnasinda ortaya çikan atik sularin tekrar kullanilabilmesine yönelik bir yöntem ile ilgilidir. a) atik suyun toplanmasi b) katyoniklestirme c) boyama yöntem adimlarini içermektedir. Bulus, boyama esnasinda olusan atik suyun yeniden kullanilmasini saglayan yöntem ile ilgilidir. Boyama öncesi önislem uygulanmasi esnasinda olusan atik sularin geri kullanimini kapsamamaktadir. Reaktif boyama sonrasi olusan renkli boya çözeltisi (atik su) için üç farkli boyama islemi gelistirilmistir. 1. %100 pamuklu agartilmis havli kumas atik su ile orijinal reçetedeki tuz/soda konsantrasyonlari kullanilarak boyanmistir. 2. Ikinci boyama prosesinde, orijinal reçetedeki tuz/soda konsantrasyonlarinin yarisi kullanilarak boyanmistir. 3. Üçüncü boyama prosesinde ise tuz/soda kullanilmadan boyama yapilmistir. Atik suyun toplanmasi islemi boyama gerçeklestirilen hazneden boyama esnasinda kumas ile iliskilenmeyen ve çözünmüs bir sekilde bulunan boya çözeltilerinin toplanmasi ile gerçeklestirilmektedir. Bulusun tercih edilen yapilanmasinda boya çözeltileri boya yapilan hazneden farkli bir haznede biriktirilmektedir. Farkli bir haznede boya çözeltilerinin toplanmasi toplanmis oldugu haznenin temizliginin yapilabilmesine ve/veya toplanmis olan boya çözeltisinin gerekli durumlarda kullanilabilmesine olanak saglamaktadir. Bulusun alternatif yapilanmasinda toplanacak olan boya çözeltileri ayri bir hazneye alinmamakta, bulunduklari haznede gerekli islem adimlarina tabi tutularak tekrar kullanilmaktadir. Atik su olarak tabir edilen boya çözeltilerinin içerisinde bulunan boyar madde harici malzemelerin önceki teknikte neden oldugu tekrar kullanilma sorununa katyoniklestirme islem adimi ile çözüm sunulmaktadir. Katyoniklestirme isleminde ticari adi Zetasal TSC olan Dietilen glikol kullanilmaktadir. Tercihen hacimce %1.00 - %10.00 Zetasal TSC kullanilmaktadir. Sekil 1'de katyoniklestirme isleminin sematik görünüsü bulunmaktadir. Zetasal ticari ismi ile dietilen glikol olan 2,2'-oksibisetanol bilesiginin boyama çözeltisine sagladigi katyonlar, özellikle pamuklu kumaslara reaktif boyanin nüfuz etmesini saglamaktadir. Zetasalin kumasa uygulanmasi ile kumasin yeniden kullanilacak olan boyayi üzerinde tutabilmesi için gerekli ortam saglanabilmektedir. Bu islem, katyonlarin kumasa nüfuz etmesi ile reaktif boyanin çözülmesini ve kumasa boyar maddelerin tutunmasini saglamaktadir. Katyonlar ile kumas yüzeyinin aktif hale getirilmesi teknigin bilinen durumunda kullanilan bir islemdir ancak tekrar kullanilacak atik suyun içerisindeki katyon miktarinin boyama islemi sirasinda azalmasina istinaden katyoniklestirici maddenin kullaniminin bu sorunu çözmesi saglanmistir. Zetasal TSC, oda sicakliginda çözeltiye eklenir ve çözelti çözünmenin hizlanmasi ve homojen bir dagilim için karistirilarak 50°C'ye isitilir. lsitilan çözelti 50°C'de en az 20 dakika bekletilerek oda sicakligina sogumaya birakilir ve boyama islem adimina hazir hale getirilir. Boyama islem adimi tuz ve soda oranlarinin degistirildigi üç farkli islem ile gerçeklestirilmektedir. Sekil 2'de boyama isleminin sematik görünüsü verilmistir. Katyoniklestirilmis atik su, tuz, soda ve kumastan olusan karisim oda sicakligindan 60° sicakliga isitilarak en az 60 dakika boyunca 60°C sicaklikta bekletilir. Oda sicakliga sogutulmaya birakilarak hazneden boyanmis kuma toplanir. Tekstil materyalleri gibi opak numunelerde yüzeyin isigi absorblama ve isigi saçma özelligi ile bu yüzeyin üzerine düsen isigi yansitmasi arasindaki iliski Kubelka - Munk denklemi ile ifade edilir ve bu degerler boyanmis kumasin maksimum absorbsiyon (minimum reflektans) dalga boyunda ölçülür. Liflerin yüzey alani genisletildiginde liflerin optik temasi artar ve bu kumas yüzeyinden olan saçilma miktarini azaltir. Bu durum Kubelka - Munk esitligindeki (Esitlik 1) saçilma katsayisinin (S) azalmasi ile tarif edilir ve renklilik degeri (KIS) artar. Bu esitlik, maksimum absorbsiyon dalga boyunda kumasin isigi absorblama katsayisi olan absorbsiyon katsayisi K, kumasin isigi saçma katsayisi olan saçilma katsayisi S ve kumas yansimasi (reflektans) R 'den olusmaktadir. KIS degeri bir nesnenin renkliligi (renk kuvveti) olarak adlandirilir ve boyarmaddenin absorbsiyon katsayisi A (absorbans) ile boyarmaddenin absorbsiyon konsantrasyonu 0' nin çarpimina esittir. Boyanmis kumaslarin renklerini analiz etmek için ClE L*a*b* degerleri ölçülmüstür. "L degeri açiklik eksenidir. Bu deger ideal siyahta sifirdan baslayip, ideal beyaz için 100'e ulasir. "a*" kirmizi-yesil eksenini, "b*" sari-mavi eksenini, "C" doygunlugu ve "h°" renk cinsini (h= 0° Kirmizi, h= 90° Sari, h= 180° Yesil, h= 270° Mavi) vermektedir. Kubelka Munk esitligi orani ve ClE Lab degerleri tuz soda kullanim oranina ve katyoniklestirici kullanim durumuna göre asagidaki tablolarda verilmektedir. Tablo - 1: Berenjena rengi havli numunenin boyama islemine ait Kubelka Munk orani ve ClE Lab degerleri. Proses L* a* b* o h° K/S Tuz/Soda (var) ` ` 7 ` ` 7 Tuz/Soda (yok ` 7 7 ` ` 7 Tablo - 2: Green renk havli numunesinin boyama islemine air Kubelka Munk orani ve ClE Lab degerleri. Proses L* a* b* C h° K/S Tablo - 3: Marino renk numunesinin boyama islemine ait Kubelka Munk orani ve ClE Lab degerleri. Proses L a b C h° K/S Katyonik (+) Tuz/Soda (+) Katyonik (+) Tuz/Soda (-) Tablo 1'e göre boyanan havli kumasin, atik su ile boyanan kumaslara kiyasla daha koyu renk tonuna sahip oldugu görülmüstür. En yüksek KIS degeri orijinal reçeteye göre boyanan havli kumasta elde edilirken, en düsük KIS degeri katyonik ön islem gören ve tuz/soda kullanilmadan atik su ile boyanan havli kumasta gözlenmistir. K/S degerinin düsük olmasi koyu bir renk elde edilmesi ile yorumlanabilmektedir. Bu bilgiler isiginda yeterli koyulukta bir renk elde edilebildigi söylenebilmektedir. Katyoniklestirme sonrasinda boyama islemine girecek çözeltiler ile boyama sonrasi çözeltiler arasinda konsantrasyon farki oldugu belirlenmistir. Sekil 3'te boyama öncesi ve boyama sonrasi belirli dalga boyu araligindaki geçirgenlik degerleri verilmistir. BÖ:Boyama öncesi, 1.BS: ilk boyama sonrasi, 2.BS: ikinci boyama sonrasi olarak ifade edilmektedir. Grafige göre boyama öncesi geçirgenlik daha azken yani boyar maddenin miktarinin çözelti içerisinde fazla olmasina istinaden çözeltinin opakligi daha azken boyama islemi sonrasi geçirgenlik artmis ve 2. boyama sonrasi geçirgenlik görünür isigin dalga boyu araliginin büyük bir oraninda artmistir. Boyama sonrasi kalan çözeltide geçirgenligin artmasi demek her boyamada kalan çözeltide boyar madde miktarinin azaltilmasi anlamina gelmektedir. Bu durum boyar maddenin ilgili kumasa nüfuz etmesi ve boyama islemini gerçeklestirmesi olarak izah edilebilmektedir. Bulus kapsamindaki yöntem ile boyanan kumaslarin kullanima uygun oldugu ile ilgili yikama ve sürtme hasligi testi uygulanmistir. Bunun ile ilgili tablo - 4'te belirtilen veriler kullanilan yöntemin uygun oldugunu kanitlar niteliktedir. Tablo - 4: Atik su ile boyanan havli kumaslara uygulanan yikama ve sürtme hasliklari Yikama Hasligi (TS EN iso 105-C06) Sürtme Has"g' (TS EN iso 105- g Boyama Prosesi Tuz/Soda Asetat Falinu Nylon Poliester Akrilik Yün Kuru Yas Yapilan yikama ve sürtme hasliklari degerlendirildiginde atik suyun kullanilmadigi önceki teknikteki boyama islemine sokulan kumaslar ile kiyaslama yapildiginda refakat kumasta benzer lekelenmeler oldugu görülmüstür. Atik su ile boyanan kasarli havli kumaslarda tuz/soda verilen ve verilmeyen boyamalar sonrasi, çok lifli refakat kumasta da benzer lekenmeler gözlenmistir. Bu durum atik suyun geri kullaniminin saglandigi bulusun koruma kapsamindaki yöntemin istenilen miktarda boyar maddenin kumaslara iliskilenmesini saglamasi ile izah edilebilmektedir. Farkli tuz/soda konsantrasyonlarinda ve havli kumaslarda yapilan boyama prosesleri sonrasi elde edilen sonuçlar degerlendirildiginde, önceki teknikteki yönteme göre yani atik su olmadan boyanan kumaslarin K/S degerlerinin yüksek oldugu gözlenmistir. Atik su ile yapilan boyamalarda orijinal renge göre daha düsük K/S degerleri elde edilmistir. Buna istinaden katyoniklestirme islemi kullanilmaktadir. Kasarli havli kumas ve katyonik ön islem yapilan kumaslarin, reaktif atik su ile boyanmasi sonucunda benzer KIS degerleri elde edilmistir ve kumaslarin atik su ile istenilen renklerde boyanabilmesi için katyoniklestirme islemi uygulanmasi gerektigi anlasilmistir. Reaktif atik sularin boyama prosesinde kullanilmasi ile tuz/soda optimizasyon çalismalari yapilmis ve tuz/soda kullanmadan da benzer renklerin elde edilecegi sonucuna varilmistir. Buna göre tuz ve soda kullanimi opsiyonel bir seçenek haline gelmektedir. Reaktif boyarmaddelerin pamuklu lifleri boyamasi için gerekli olan boyama ortaminda bazik ortamin saglanmasi ve lif tarafindan boyarmadde alimini artirmak için bulusun tercih edilen yapilanmasinda tuz kullanilmaktadir. Ancak tuz ilavesi, kullanilan boyarmaddenin liflere olan substantifligi ve liflerin içine difüzyon yetenegi ile ilgilidir yani kullanilan boyarmaddeye göre tuz kullanimi yapilmasi tercih edilmektedir. Soda, içerdigi bazik mineral sayesinde bazik ortami saglamaktadir. Reaktif ve direkt boyar maddeler pamuk/viskon lifleri ile bag yapmak için yani liflerin boyanmasi için alkali ortam gerektiginden soda kullanilir. Alkali ortamda genelde pH 10-10,5 olmasi istenir. Flotte içine soda boyar maddeden önce veya sonra verilebilir. Soda, pamuk/viskon karisimlarini boyayan reaktif ve direkt boyar maddelerin ikisinde de kullanilmaktadir. Boyar madde molekülleri ile lif arasinda kovalent bag olusmasini saglar. Kasarli ve katyonik havli kumaslarin atik su ile boyamalari karsilastirildiginda, havli kumaslarin katyoniklestirme ön islem prosesi olmaksizin atik su ile boyanabildigi görülmüstür. Buna istinaden kasarlama isleminin yapildigi bazi kumaslarda atik suyun direkt olarak kullanimi gerçeklestirilebilmektedir. Bulusun koruma kapsami ekte verilen istemlerde belirtilmis olup kesinlikle bu detayli anlatimda örnekleme amaciyla anlatilanlarla sinirli tutulamaz. Zira teknikte uzman bir kisinin, bulusun ana temasindan ayrilmadan yukarida anlatilanlar isiginda benzer yapilanmalar ortaya koyabilecegi açiktir. TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR

Claims (1)

STEMLER

1. Bulus, boyar madde içerikli boya ile kumas veya iplik boyama islemi esnasinda olusan atik suyun yeniden kullanilmasini saglamak üzere bir boyama yöntemi ile ilgili olup özelligi; a) Boyama islemi sonrasi olusan atik suyun bir haznede toplanmasi, b) Kasar islemi geçirmis kumasin katyoniklestirme islemi olarak, 2,2'- oksibisetanol çözeltisi ve a islem adimindaki atik suyun birlestirilerek karistirilmasi ve karistirma devam ederken karisimin en fazla 50°C'ye isitilmasi, c) lsitilmis karisimin 50°C'de en az 20 dakika bekletilmesi, d) Katyoniklesme islemini sonlandirmak üzere son karisimin oda sicakligina sogutulmasi, e) Boyama islemi olarak katyoniklestirilmis atik su ve kumastan olusan karisimin oda sicakligindan 60°C sicakliga isitilarak en az 60 dakika boyunca en fazla 60°C sicaklikta bekletilmesi, yöntem adimlarini içermesi ile karakterize edilmektedir. . Istem 1'e uygun boyama yöntemi olup özelligi; d islem adiminda anlatilan boyama isleminin, bahsedilen karisima tuz ve/veya soda eklenerek gerçeklestirilmesidir. . Istem 1'e veya 2'ye uygun boyama yöntemi olup özelligi; a islem adiminda bahsedilen boyama islemi katyonik reaktif boyama islemidir.