Plazma Nedir?
Plazma, maddenin en yüksek enerjiye sahip olan dördüncü halidir. Maddenin bu hali ilk kez 1879 yılında Sir William Crookes tarafından tanımlanmış ve “ışık yayan madde” olarak isimlendirilmiştir. “Plazma” ismini ise ilk kez 1928 yılında Irving Langmuir kullanmıştır. Langmuir plazma ismini, bir elektriksel boşalımın iyonlaşmış gaz içeren iç bölgesini isimlendirmek için kullanmıştır. Daha sonraları, bu tanım maddenin, çok sayıda gaz atom ve/veya molekülünün elektriksel olarak yüklenmiş ya da iyonlaşmış durumda bulunduğu, eşit sayıda zıt yüklü parçacığı içeren ve dolayısıyla net yükü sıfır olan ve elektriği ileten bir halini belirtecek biçimde genişletilmiştir (Denes, 1997; Langmuir, 1928; http://en.wikipedia.org; Li ve ark., 1997)
PLAZMA NASIL OLUŞUR?
Katı bir maddeye enerji verildiğinde, sıkı bir kafes içerisinde bulunan atomların arasındaki mesafe artmakta ve atomlar titreşimlerini daha serbest yapmaya başlamaktadır. Bu durumda katı madde eriyip sıvı hale geçmektedir. Bu maddeye enerji vermeye devam edilirse, atomların hareketlilikleri artmakta ve madde buharlaşması için gerekli enerjiyi aldığında yapı içerisindeki atomlar oldukları yerden ayrılarak serbest halde rastgele yönlerde hareket etmeye başlamakta yani gaz hale geçmektedir. Enerji verme sürdürüldüğünde, atom ve moleküller rastgele yönlerden hareket eden yüklü parçacıklara (iyon ve elektronlar) ayrışmaya başlamakta ve madde plazma haline geçmektedir. Plazmayı iyonlar, elektronlar, serbest radikaller, fotonlar, uyarılmamış ve uyarılmış haldeki nötr atomlar ve moleküller oluşturmaktadır (Şekil 2.2). Bu nedenle plazma, aslında tamamen iyonlaşmış halde olmamakla birlikte, kısaca iyonlaşmış gaz olarak da tanımlanmaktadır. İyonlaşma derecesi, %100 ile çok düşük değerler (10-4-10-6) arasında olabilmektedir (Bogaerts, ve ark., 2002; Lieberman ve Lichtenberg, 2005; Shishoo, 2007).
Plazma Teknolojisinin Tekstil Materyallerindeki Uygulamaları
Buruşmazlık
Tekstil bitim işlemleri, “kumaş üretim sürecinin son adımıdır ve bu işlemlerle kumaşın performansı tamamlanıp kumaşa özel fonksiyonel özellikler verilmektedir.” (Schindler ve Hauser, 2004, s.1). Bitim işlemleri, kimyasal ve mekaniksel bitim işlemleri olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Mekaniksel bitim işlemlerinde, fiziksel araçlar kullanılarak kumaş özellikleri, genellikle görünüşü de değiştirilmektedir. Kimyasal bitim işlemleri ise istenilen bir özelliği kazandırmak amacıyla kumaşlara kimyasal madde eklenmesi esasına dayanmaktadır. Bu süreçte insan sağlığına ve çevreye zararlı etkileri olan çok çeşitli ve fazla miktarda kimyasal maddenin kullanımı gerçekleşmektedir. Örneğin, güç tutuşurluk bitim işlemi için kullanılan güç tutuşurluk maddesi miktarı 300-500g/l olabilmektedir. Ayrıca uygulanan bu işlemler istenen özelliği kazandırırken başka özelliklere de zarar vermektedir. Günümüzde önemi büyük bir hızla artan suyun tüketimi de çok fazla olmaktadır (Carr, 1995; Schindler ve Hauser, 2004; Vigo, 1994)
Buruşmazlık Bitim İşlemi
Bir lif katlandığında makromolekül zincirleri arasındaki bağlar kopar ve yeni konumda tekrar oluşursa, uygulanan kuvvet kaldırılsa bile geri dönüş olmamaktadır. Bu durumda kumaş buruşmuştur. Bununla birlikte, bu zincirler arasında uygulanan kuvvetle kopmayacak, yalnızca gerilecek ve uygulanan yük kaldırıldığında yine eski hallerine dönecek bağlar bulunursa, o zaman buruşma oluşmamaktadır (Morton ve Hearle, 1986).
(a) Çapraz bağlı bir yapının şematik gösterimi (b) Yeni çapraz bağların bir kırışık oluşturacak şekilde bağlanması (buruşur) (c) çapraz bağların geri dönecek biçimde kopmaksızın gerilmeleri (buruşmaz) (Morton ve Hearle, 1986).
Kristalinite, makromolekül zincirleri arasındaki zayıf ya da kuvvetli bağların varlığı buruşmazlık özellikleri arasında ilişki bulunmaktadır. Yapısında yüksek oranda amorf bölge ve zayıf hidrojen bağları bulunan selüloz lifleri buruşan, yapısında güçlü bağlar (sistin köprüleri ve tuz bağları gibi) bulunan yün lifleri ile yüksek kristaliniteye sahip sentetik lifler de buruşmayan özelliğe sahip liflerdir. Hidrojen bağları gibi, zincirlerin birbirleri üzerinden kaymasına izin verip yeni konumda yeniden oluşan ve böylece kalıcı bir kırışıklığa neden olan zayıf bağlar yerine daha güçlü (kovalent) bağlar oluşturulması ya da kaymaya olanak sağlayan intramoleküler boşlukların doldurulması ile buruşmazlık özellikleri artırılmış kumaşlar elde edilmektedir. Bu etkilerden ilki selüloz reaktantları ile ikincisi ise aminoplastlarla elde edilmektedir (Bellini, Bonetti, Franzetti, Rosace ve Vago, 2002; Tomasino, 1992).
Kumaşlarda buruşmayı önlemek için emdirme-kurutma-kondenzasyon adımlarını içeren bitim işlem prosesi uygulanmaktadır. Buruşmazlık bitim işlemlerinde kullanılan kimyasal maddeler aşağıdaki tabloda verilmiştir. Bu çok çeşitli kimyasalların uygulanmasında bazı istenmeyen etkilerle karşılaşılmaktadır. Buruşmazlık bitim işlemlerinin bazı avantaj ve dezavantajları da tabloda görülmektedir (Bellini ve ark., 2002; Tomasino, 1992; Vigo, 1994; Welch, 2001).
Özellikle kopma, yırtılma mukavemeti ve aşınma direncindeki yüksek kayıplar ile formaldehit oluşumu bu bitim işlemindeki en önemli sorunları oluşturmaktadır. Formaldehit, selüloz ve proteinler için kolay uygulanabilen, en ucuz ve en etkili çapraz bağlama maddesidir. Ancak bununla birlikte tahriş edici, sitotoksik ve mutajen bir maddedir ve kanser yapıcı madde olarak sınıflandırılmaktadır. Birçok ülkede işlem sonrası kumaş yüzeyinde görülen ve işletmede ortamda bulunan formaldehit miktarını sınırlayan kurallar bulunmaktadır (Bellini ve ark., 2002; Vigo, 1994; Welch, 2001).
Formaldehit içeren ve açığa çıkaran kimyasalların kullanımı ile hem işlemleri sırasında hem taşınma ve depolaması sırasında hem de tüketici tarafından kullanımı sırasında ortaya çıkan olası sağlık problemlerini azaltmak ya da yok etmek için ve tekstil materyallerinde oluşan zararları azaltmak ya da yok etmek için formaldehit açığa çıkarmayan buruşmazlık proseslerinin uygulanması gerekmektedir. Şu ana kadar buruşmazlık bitim işlem maddesinden istenen özelliklerin tümünü yerine getiren tek bir madde bulunmamakla birlikte, çok çeşitli formaldehit açığa çıkarmayan buruşmazlık maddesi ve bunların kombinasyonları üzerine araştırmalar yapılmış ve yapılmaya devam etmektedir (Welch, 2001).
Bu çalışmada, doğrudan plazma ortamında özellikle plazma polimerizasyonu ile buruşmazlık özelliğinin geliştirilebilirliği üzerinde durulmuştur. Plazma polimerizasyonu ile oluşan polimerler konvansiyonel polimerlere benzemeyen oldukça sıkı yapılı ve ağ oluşturacak şekilde çapraz bağlı polimerler oldukları için plazma polimerizasyonunda buruşmazlık özelliğinin artırılabileceği düşünülmüştür. Ayrıca nem içeriği artırılan liflerde rezilyansın daha iyi olması nedeniyle de monomer olarak hidrofil bir monomer olan akrilik asit seçilmiştir. Ayrıca polimerizasyon etkisi olmaksızın hidrofil gruplar oluşumunu sağlayan azot plazması da pamuk liflerinde denenmiş ve buruşmazlığa olan etkileri tartışılmıştır.