Indigo;
Tekstil sektörü, doğal veya sentetik ipliklerden hemen hemen her tür boyut, renk ve şekilde üretilen baş döndürücü bir ürün çeşitliliğine ev sahipliği yapmaktadır. Sentetik üretim süreçlerinde kullanılan spesifik polimerizasyon reaksiyonları kesintisiz proses takibine ve bu çerçevede düzenli gerçekleştirilen banyo ayarlamalarına gereksinim duymaktadır. Bu süreçlerde elde edilen lifler daha sonra boyanmakta (halat veya ön-dokunmuş kumaş formunda) ve malzeme yapısı, boya kompozisyonu, pH / diğer banyo parametreleri ve son ürün gereksinimlerine bağlı olarak ürüne spesifik boyama teknikleri kullanılmaktadır.
Indigo’nun Tarihçesi
Denim sektöründe kullanılan “Indigo” (C10H10 O2, diğer bilinen adıyla 2,2’-bis (2,3-dihydro-3-oxoindolyliden)), oldukça eski bir tarihçeye sahiptir ve ilk defa Hindistan’da bitkilerden ekstrakte edilmiş organik koyu mavi renge sahip bir boya olarak ortaya çıkmıştır. İndigo’nun sahip olduğu nadir ve canlı renk, pek çok eski uygarlıkta, lüks bir ticaret ürünü olarak algılanmış ve o dönemlerde Indigo ile boyanmış ipek, yün ve pamuklu giysileri giyenler varlıklı kişiler olarak görülmüşlerdir. 19. yy sonlarına doğru BASFTM bünyesinde indigo bileşiğinin endüstriyel üretimi için sentetik bir proses keşfedilmiş olup, halen günümüzde bu yöntem kullanılmaya devam edilmektedir.
Pamuk, selüloz liflerindeki gözenek boyutlarının büyüklüğü ve boyanın kurumasından sonra molekülü kolayca serbest bırakmaması nedeniyle özellikle indigo bileşiği için uygun bir zemin oluşturmaktadır. Bu renk ve sağlamlık kombinasyonu, geçtiğimiz yüz yıl içinde denim / blue jean sektörünün küresel çapta yükselmesine ve artık bu rengin nadir veya varlık göstergesi olmaktan çıkmasına neden olmuştur.
Indigo Boyama Prosesi
Indigo tek başına suda çözünmeyen bir yapıya sahiptir ve bu nedenle bir boya olarak uygun şekilde kullanılabilmesi için öncelikle kuvvetli alkali bir banyo dahilinde aşırı sodyum hidrosülfit (sodyum ditiyonit, Na2S2O4) ile indirgenmesi gerekmektedir. Tipik olarak, bu tür boyama süreçleri “Vat” adı verilen banyo dizileri dahilinde gerçekleştirildikleri için indigo da bir “Vat Boyası” olarak sınıflandırılmaktadır.
İndirgenme işlemi, leuco-indigo (indigo beyazı) adı verilen suda çözünebilen bir molekülün oluşmasına yol açmakta ve sarı-yeşil bir renge sahip bu bileşik oksijen varlığında suda çözünmeyen mavi formuna geri dönmektedir.
Sağlıklı boyama için çoğu zaman proses dahilinde birden fazla banyoya ihtiyaç duyulmakta ve büyük boya molekülünün kolloidal doğası nedeniyle tüm Vat dahilinde konsantrasyonların stabil tutulabilmesi için sirkülasyon sistemleri kullanılmaktadır. İplik, tam ve düzgün bir örtme sağlamak ve aynı zamanda da aşırı oksijen girişini azaltmak hedefli olarak sirkülasyon halindeki sıcak boya banyolarına yumuşak biçimde daldırılarak hareket ettirilmektedir. Bitmiş üründe daha derin bir mavi renk için birden fazla daldırma gerekli olabilirken, leuco-indigo’yu liflere hapsetmek için daldırmalar arasında ipliğin oksidasyonuna da özen gösterilmektedir.
Indigo proseslerinde üç temel boyama şekli göze çarpmaktadır: Halat, slasher ve loop boyama. Halat boyama daha düzgün renk bütünlüğü sağlarken proses esnasında iplik kopmaları ile daha sık karşılaşılabilmektedir. Kesintisiz slasher boyama kısa daldırma ve renk geliştirme süreleri sayesinde bir iplik tabakasının daha hızlı işlenebilmesini sağlayabilmekle birlikte, çoklu indigo kutucuklarının oksijene maruz kaldığı daha geniş yüzey alanlarına sahip olması nedeni ile aynı zamanda daha yüksek hidrosülfit (ditiyonit) sarfiyatlarına da neden olmaktadır. Loop boyama ise tipik olarak tek bir indigo banyosunda gerçekleştirilmekte ve iplik renk yoğunluğu Vat içine birden fazla daldırma gerçekleştirilmesi yolu ile ayarlanmaktadır.
Indigo prosesinin “halka boyama” adı verilen bir olgu temelinde gerçekleşmesi nedeniyle, boyama esnasında düzgün bir renk elde edilebilmesi için süreç boyunca sürekli kontrol altında tutulması gereken pek çok parametre bulunmaktadır.
Bunlar arasında, pH (doğru NaOH -alkali- dozajlama için), Na2 S2O4 / indigo kon-santrasyonları, banyonun iletkenlik değeri ve redoks potansiyeli özellikle öne çıkmaktadır.
Ek olarak, sıcaklık değerinin pH, indirgeme ajanı tüketimi ve leuco-indigonun liflere difüzyon hızı gibi birçok parametreyi etkilemesi nedeni ile banyolar yüksek sıcaklık değerlerinde (80°C’ye kadar) çalıştırılmakta ve seçilen sıcaklığın sabit tutulmasına özen gösterilmektedir.
Potansiyometrik Hidrosülfit/Indigo Analizleri
İndigo boyama prosesinde, banyo numunesi içinde yer alan hidrosülfit ve indigo parametrelerinin analizi çoğunlukla otomatik bir titratör yardımı ile potansiyometrik titrasyon tekniği kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Tipik bir boyama Batch’i boyunca bir veya birkaç banyo noktasından kesintisiz ve periyodik olarak numune alınarak analiz yapılmakta ve tüm boyama Vat’ı takip edilmektedir. Elde edilen analiz sonuçları çerçevesinde yine kesintisiz olarak banyo sirkülasyon sistemlerine ihtiyaç duyulan beslemeler gerçekleştirilmekte ve boyama renginin sabit tutulması hedeflenmektedir. Bu açıdan hdirosülift/indigo titrasyonlarını “canlı ve dinamik” analizler olarak nitelendirebilmek mümkündür.
Bir yükseltgenme/indigenme titrasyonu olan hidrosülfit/indigo banyo analizlerinde, titrant olarak potasyum hekzasiyanoferrat (III) (K3
[Fe(CN)6 ]) kullanılmakta ve boyanın oksidasyonunun yanısıra hidrosülfitin ayrışmasını önlemek amacı ile tüm çalışmalar kesintisiz bir N2
gazı akışı altında dış ortama kapalı şekilde gerçekleştirilmektedir. Boya örneği, yine azot gazı battaniyesi altında bulunan bir alkali dispersiyon çözeltisi (Setamol WS) üzerine eklenmektedir. Otomatik titrasyon esnasında meydana gelen potansiyel değişimleri bir Platin Halka Elektrod (Titrode) yardımı ile izlenmekte ve dönüm noktaları tespit edilmektedir. Hidrosülfit/indigo titrasyonları optimize edilmiş metot parametreleri çerçevesinde temel olarak 2 adet belirgin dönüm noktasına sahip eğriler üretmektedir. Bu eğrilerde yer alan ilk dönüm noktası hidrosülfit için ikinci dönüm noktası ise hidrosülfit sarfiyatı ile birlikte indigo konsantrasyonunun hesaplanmasında kullanılmaktadır.
Hidrosülfit/indigo banyo analizlerinde kullanılan otomatik titrasyon sistemleri (ortamda bulunan oksijen ile temasın minimuma indirilmesi hedefli olarak) manuel örnekleme ve numunenin azot gazı altındaki titrasyon kabına getirilmesi esnasında geçen zamanı minimuma indirebilmek için genellikle boyama banyolarının hemen yanına kurulmaktadır. Örnekleme aşamasını takiben tüm analiz süreci titratör tarafından otomatik olarak yürütülmekte ve operatör analizin tüm aşamalarında görsel talimatlar ile yönlendirilmektedir.
Hidrosülift/indigo banyo analizleri için özel olarak donanımlandırılmış olan Metrohm Titrasyon Sistemleri, 30 yılı aşkın bir süredir ülkemizde faaliyet gösteren tüm lider boyama tesislerinde başarı ile kullanılmakta ve sektörün hem yerel hem de global standartlarını belirlemektedir.
Online Indigo/Hidrosülfit Analizleri
Yukarıda yer alan bilgiler ışığında, hidrosülfit/indigo banyo analizlerinde sonuçları etkileyen en büyük değişkenin titrasyon öncesinde gerçekleşen manuel örnekleme süreci olduğu açıkça görülmektedir. Bu süreç başta operatörün eğitim ve tecrübesinin yanısıra farklı birçok potansiyel hata kaynağını (örnekleme noktası seçimi, örnekleme hacmi, kullanılan ekipman/aksesuarların temizliği, analiz sisteminin kullanımı, analiz frekansı, vb.) bünyesinde barındırabilmektedir. Vat boyama süreci esnasında ipliğin banyolar arasında sürekli hareket halinde olduğu göz önüne alındığında, renk değişimine neden olabilecek her tür ölçüm/izleme hatasının ciddi zaman, hammadde ve maliyet kayıplarına yol açabileceği ve aynı zamanda bitmiş ürün kalitesini dramatik olarak etkileyebileceği nettir.
Söz konusu potansiyometrik analizin herhangi bir manuel örnekleme adımına ihtiyaç kalmaksızın tüm aşamaları ile birlikte kesintisiz ve tam otomatik olarak gerçekleştirilebilmesine olanak tanıyacak ve aynı zamanda elde edilen ölçüm sonuçlarını yine gerçek zamanlı olarak tesis yönetim konsoluna iletebilecek bir online analiz çözümünün sürece büyük katkılar sağlayabileceği görülmektedir.
Bu çerçevede Metrohm olarak, uzun yıllar boyunca hidrosülfit/indigo banyo analizlerinin geliştirilmesi odaklı yaptığımız çalışmalar ve sektörde edindiğimiz bilgi, birikim ve tecrübe çerçevesinde tasarladığımız 2035 IndiLyzer online analiz platformunu sektöre yeni nesil bir çözüm olarak sunuyoruz.
Kullanılan Ekipman ve Yazılım
2035 Indi-Lyzer sistemi, birden fazla banyodan oluşabilen bir boyama Vat’ı içinde bir veya birden fazla noktadan numune çekme de dahil, hassas örnekleme, çok yönlü aktif gaz kontrolü, tam otomatik analiz, otomatik temizlik adımları ve Batch’ler arası geçişlerde örnek hattı geri-yıkama rutinleri ile birlikte komple bir online analizör platformu oluşturmaktadır.
Örnekleme
2035 Indi-Lyzer sisteminde analiz numunesi direkt olarak belirlenen boyama banyoları içinden çekilmektedir. Kapalı devre banyo örnekleme hattından bir pompa yardımıyla analizöre getirilen örnek herhangi bir şekilde dış ortam ile temas etmemekte ve bu çerçevede manuel örneklemeden farklı olarak numunenin oksijen ile teması tamamen engellenmektedir. Tek bir banyo noktasından örnekleme yapılabildiği gibi istenirse opsiyonel olarak birden fazla banyo noktasından da örnekleme yapılabilmesi mümkündür.
Tipik olarak, her bir Vat dizisi için en az bir adet 2035 Indi-Lyzer sistemi önerilmektedir. Daha yüksek analiz frekansı ve sonuç çözünürlüğü talep edildiğinde birbirinden zaman offsetleri ile çalışan birden fazla 2035 Indi-Lyzer seti de kullanılabilmektedir.
2035 Indi-Lyzer sistemi, çekilen örneğin gerçek banyo içeriğini temsil etmesini güvence altına alacak örnek akış rutinlerine (numune hattı ön-yıkama) sahiptir. Titrasyon için gerekli hassas asıl örnekleme adımları temsili numunenin analizör içine ulaşmasını takiben sistem tarafından otomatik olarak gerçekleştirilmektedir. Bu süreçte en yüksek doğruluğun elde edilebilmesi için 0.001 mL hassasiyete sahip DosinoTM
tipi dozaj birimleri ve hassas kalibrasyonlu örnekleme boruları kullanılmaktadır.
Hassas örnekleme de dahil olmak üzere titrasyon öncesi, esnası ve sonrasında gerçekleşen tüm analiz hücresi sıvı işleme adımları tamamen azot gazı altında yürütülmekte ve hiçbir aşamada numunenin ortam oksijeni ile temas etmesine izin verilmemektedir.
Online Potansiyometrik Titrasyon
2035 Indi-Lyzer online banyo analiz sistemi dahilinde gerçekleştirilen titrasyonlar, uzun yıllardır indigo boyama tesislerinde kullanılan analiz metodlarımız ile paralel çalışma gösterecek biçimde uygulanmaktadır. Otomatik örneklemeyi takiben gerçekleştirilen titrasyonun tüm aşamaları müşteri işletmesinde bulunan ve tarafımızca her bir müşteri için özel olarak optimize edilmiş titratör analiz metot parametreleri ile tam eşleşecek biçimde programlanmakta ve böylece online analizörün sonuç performansı ile manuel örneklemeli otomatik titrasyon sonuçlarının kolaylıkla karşılaştırılabilmesi sağlanmaktadır.
Analiz Sonuçları
2035 Indi-Lyzer ile elde edilen analiz sonuçlarının doğruluğu ve tekrarlanabilirliği, sistemin indigo boyama süreçlerinde başarılı bir şekilde kullanabileceğini göstermektedir. Hali hazırda boyama tesislerinde gerçekleştirilen manuel örneklemeli otomatik titrasyon analizlerine kıyasla söz konusu sistemin birçok önemli avantajı beraberinde getirdiği gözlenmektedir.
Manuel örnekleme ile gerçekleştirilen otomatik titrasyon tabanlı analizlerde meydana gelen örnekleme hataları, dönüm noktalarının saptanamaması, tekrarlı ve/veya doğru olmayan sonuçlar gibi sorunlar 2035 Indi-Lyzer ile beraber etkilerini önemli ölçüde yitirmektedirler. Örnekleme ve analiz sürecinin online otomasyon sistemine geçişiyle beraber banyo operatörlerinin analizin kendisi için ayırmaları gereken insan gücü ve zaman gereksinimleri minimize edilmekte ve böylece banyo besleme, boyama kalitesi optimizasyonu ve Vat yönetimi için daha fazla odaklanma olanağı yaratılmaktadır.
2035 Indi-Lyzer, sonuç, işletim ve sistem parametrelerinin kesintisiz izlenebilmesi ve herhangi bir aksama durumunda müdahale imkanı sunulabilmesi amaçlı olarak 4-20 mA, Modbus TCP, Profinet, Profibus, Teamviewer vb. çeşitli endüstri standarında veri iletim altyapıları ile donatılmıştır. Böylece sonuçların iletimi, analizörün uzaktan takibi, lüzum görüldüğünde yerel Metrohm Proses Analitiği Ekibi’nden hızlı uzaktan destek alınabilmesi, vb. benzer tüm süreçler için kontrol imkanı sunulmaktadır.
Sonuç
Metrohm Proses Analitiği, online proses analizlerinde dünya çapında 40 yılı aşkın bir deneyime sahiptir. Dünya çapında birçok endüstride faaliyet gösteren önde gelen sektör liderleri tarafından güvenle kullanılmakta olan 10.000 adedi aşkın kurulu ve çalışan analizör ekipman parkımız bu konudaki global tecrübemizin açık bir göstergesidir.
Ülkemizde indigo boyama sektöründe uzun yıllardır süregelen analitik metot ve sistem birikimimiz çerçevesinde, hidrosülfit/indigo analizlerine spesifik olarak donanımlandırılmış 2035 Indi-Lyzer platformumuz ile banyo izleme süreçleriniz için sağlam, güvenilir ve hassas bir online platformu hayata geçiriyoruz.
2035 Indi-Lyzer, yaşayan ve kesintisiz olarak geliştirilmeye devam eden bir platformdur. Müşterilerimizin tesis gereksinimleri ve saha tecrübemiz çerçevesinde, örnekleme, analiz parametreleri ve toplam analiz verimliliğinde uygulanabilen optimizasyonlar yardımıyla sistem konfigürasyonunda güncelleme yapılabilmesi mümkün olmakta ve böylece yatırımınıza katma değer sağlanmaktadır.
Metrohm Turkey Proses Analitiği Ekibi olarak proje danışmanlığı, mühendislik ve satış aşamalarından analizör kurulumu, devreye alma ve eğitime, sistem bakımı, aksesuar ve yedek parça tedariğinden destek, servis ve onarım süreçlerine kadar uzanan geniş bir yelpazede kapsamlı hizmetler sunabilmekteyiz.
Metrohm Process Analytics EMEA Bölge Merkezi ile entegre çalışan yerel yapımız sayesinde başta indigo boyama prosesi titrasyonları olmak üzere tüm online analiz gereksinimleriniz için yanınızdayız.
Kaynaklar
1. Metrohm Process Analytics Process Application Note AN-PAN-1035 – Online analysis of indigo, hydrosulfite, and other parameters in textile dye baths 2. Metrohm Process Analytics 800005229EN – Textile Industry, Dependable online, inline and atline solutions for your process needs
