NARAVOSLOVNOTEHNIŠKA FAKULTETA

UNIVERZA V LJUBLJANI

NARAVOSLOVNOTEHNIŠKA FAKULTETA

DIPLOMSKO DELO

ANA GERL

UNIVERZA V LJUBLJANI

NARAVOSLOVNOTEHNIŠKA FAKULTETA

ODDELEK ZA TEKSTILSTVO, GRAFIKO IN OBLIKOVANJE

TISK PH ODZIVNEGA BARVILA NA TEKSTIL

DIPLOMSKO DELO

ANA GERL

UNIVERSITY OF LJUBLJANA

FACULTY OF NATURAL SCIENES AND ENGINEERING DEPARTMENT OF TEXTILES, GRAPHIC ARTS AND DESIGN

PRINTING OF PH RESPONSIVE DYE TO TEXTILE

DIPLOMA THESIS

ANA GERL

PODATKI O DIPLOMSKEM DELU

Število listov: 49 Število strani: 38 Število slik: 10

Število preglednic: 14 Število literaturnih virov: 30 Število prilog: 1

Študijski program: visokošolski strokovni študijski program Tekstilno in oblačilno inženirstvo

Komisija za zagovor diplomskega dela Predsednik: izr. prof. dr. Stanislav Praček Mentorica: doc. dr. Mateja Kert

Član: prof. dr. Petra Eva Forte Tavčer

Ljubljana, september 2021

ZAHVALA

Svoji mentorici doc. dr. Mateji Kert se iskreno zahvaljujem za strokovne nasvete, vložen trud, vsestransko pomoč in vzpodbude v času pisanja diplomskega dela.

Zahvaljujem se tudi sošolkam in profesorjem na Katedri za tekstilno in oblačilno inženirstvo. Zaradi vseh Vas mi je bil študij tekstilstva resnično v veselje.

Posebno se zahvaljujem tudi svoji družini za motivacijo in pomoč na vseh življenjskih področjih in vsem svojim prijateljem, ki ste mi lepšali študentska leta.

IZVLEČEK

V diplomskem delu smo preučevali vpliv tiskarske paste, tekstilnega substrata in postopka fiksiranja na pH-odzivnost bombažne in poliamidne tkanine, potiskane z indikatorskim barvilom bromokrezol zeleno s tehniko ploskega filmskega tiska. Barvilo smo nanesli na tkanino v obliki pigmentne tiskarske paste in tiskarske paste za tisk poliamida s kislimi barvili. Uporabili smo dve vrsti fiksiranja tiskov, in sicer toplo-zračno fiksiranje pri 150 °C in času 5 minut ter normalno parjenje pri 100–102 °C in času 30 minut. Vpliv postopka tiskanja na spremembo mehansko-fizikalnih lastnosti tkanine smo testirali v skladu z veljavnimi SIST EN ISO standardi. Barvo vzorcev pred potopitvijo potiskanih vzorcev v pufrske raztopine različnih vrednosti pH in po njej smo spektrofotometrično ovrednotili. Določili smo barvne obstojnosti proti drgnjenju, pranju in na svetlobi.

S postopkom tiskanja smo uspešno oblikoval pH odzivno tekstilijo in tako dokazali, da je postopek tiskanja lahko tudi eden od postopkov aplikacije indikatorskega barvila na tekstilni substrat. Nanos tiskarske paste na vzorce bombažne in poliamidne tkanine je povzročil spremembo mehansko-fizikalnih lastnosti proučevanih tkanin. Hitrost odziva potiskane tkanine na spremembo vrednosti pH je odvisna od surovinske sestave tekstilije in sposobnosti omakanja tekstilije s pufrskimi raztopinami. Barvne obstojnosti potiskanih tkanin na suho in mokro drgnjenje so odlične. Pri preizkušanju barvnih obstojnosti na pranje smo ugotovili, da je potiskana poliamidna tkanina bolj obstojna kot potiskana bombažna tkanina. Potiskani tkanini sta zelo slabo barvno obstojni na svetlobi.

Ključne besede: pH odzivnost, ploski filmski tisk, bromokrezol zelena, poliamid, bombaž

ABSTRACT

This bachelor thesis aims to study the influence of the printing paste, the textile substrate, and the method of fixation on the pH sensitivity of the indicator dye bromocresol green, applied on polyamide and cotton fabric using the flat screen printing technique. The dye was applied in the form of pigment printing paste and printing paste for printing polyamide with acid dyes. Two types of fixations were used;

heat fixation at 150°C for 5 minutes and normal steaming at 100 - 102°C, 30 minutes.

The influence of the printing process on the change of mechanical and physical properties of the fabric was tested according to the valid SIST EN ISO standards. The colour of samples, before and after their immersion in the buffer solutions with different pH values, was evaluated spectrophotometrically. The colour fastness of the printed textiles to rubbing, washing and light was also investigated.

The pH sensitive textile was successfully developed by printing, which proved that the printing process could be one of the methods used to apply the indicator dye to the textile substrate. The application of printing paste on cotton and polyamide fabric caused a change in the mechanical and physical properties of the studied materials.

The speed of response of printed fabrics to the change in pH depends on the types of fibres and the wetting ability of the fabric with buffer solutions. The colour fastness of printed fabrics to dry and wet rubbing is excellent. Printed polyamide fabric is more resistant to washing than printed cotton fabric. Both printed fabrics display poor colour fastness to light.

Key words: pH sensitivity, flat screen printing, bromocresol green, polyamide, cotton

KAZALO VSEBINE

1 UVOD ... 1

2 TEORETIČEN DEL ... 3

2.1 IONOKROMIZEM ... 3

2.2 HALOKROMNE SPOJINE ... 3

2.3 APLIKACIJA HALOKROMNIH BARVIL NA TEKSTIL ... 5

2.4 PREGLED STANJA RAZISKAV ... 5

2.4.1 Pregled dosedanjih raziskav ... 5

2.4.2 Pregled raziskav na Oddelku za tekstilstvo, grafiko in oblikovanje ... 7

3 EKSPERIMENTALNI DEL ... 9

3.1 PODATKI O MATERIALU ... 9

3.1.1 Tkanina ... 9

3.1.2 Barvilo in tekstilna pomožna sredstva ... 9

3.1.3 Priprava tiskarske paste ... 10

3.1.4 Tiskanje in naknadne obdelave ... 11

3.2 METODE PREISKAV ... 12

3.2.1 Ploščinska masa ... 12

3.2.2 Debelina ... 12

3.2.3 Togost ... 12

3.2.4 Pretržna sila in raztezek ... 13

3.2.5 Zračna prepustnost ... 13

3.2.6 Merjenje barve ... 13

4.1 REZULTATI MERITEV ... 16

4.1.1 Ploščinska masa ... 16

4.1.2 Debelina ... 16

4.1.3 Togost ... 17

4.1.4 Natezna trdnost... 17

4.1.5 Zračna prepustnost ... 17

4.1.6 Merjenje barve ... 18

4.1.7 Odzivni čas... 19

4.1.8 Barvna obstojnost pri pranju ... 19

4.1.9 Barvna obstojnost pri drgnjenju ... 19

4.1.10 Barvna obstojnost na svetlobi ... 20

4.2 RAZPRAVA ... 21

4.2.1 Rezultati mehansko-fizikalnih lastnosti tkanine ... 21

4.2.2 Barva in barvne obstojnosti ... 22

5 SKLEPI ... 28

6 LITERATURNI VIRI ... 29

PRILOGA A: REZULTATI MERITEV MEHANSKO-FIZIKALNIH LASTNOSTI VZORCEV... 33

SEZNAM SLIK

Slika 1: Reakcija protonacije in deprotonacije fenol ftaleina ... 3 Slika 2: Reakcija protonacije in deprotonacije triarilmetanov in fluoranov... 4 Slika 3: Bromokrezol zeleno barvilo ... 9 Slika 4: Splošen mehanizem spremembe barve barvila bromokrezol zeleno. Nevtralna struktura A je opazna v zelo kislih raztopinah ali v prahu. Ustrezna sprememba barve izvira iz deprotonacije iz enojne anionske oblike B v dvojni anion C. ... 10 Slika 5: Potiskana vzorca CO_P (levo) in PA6_P (desno) ... 22 Slika 6: Vrednosti R (a) in K/S (b) v odvisnosti od valovne dolžine (λ) nepotiskanih in potiskanih (P) bombažnih in poliamidnih tkanin ... 23 Slika 7: Vrednosti K/S v odvisnosti od valovne dolžine (λ) potiskane bombažne tkanine, potopljene v pufrske raztopine različnih vrednosti pH ... 24 Slika 8: Vzorci bombažne tkanine po potopitvi v pufre, različnih vrednosti pH ... 25 Slika 9: Vrednosti K/S v odvisnosti od valovne dolžine (λ) potiskane poliamidne tkanine, potopljene v pufrske raztopine različnih vrednosti pH. ... 26 Slika 10: Vzorci poliamidne tkanine po potopitvi v pufre, različnih vrednosti pH... 27

SEZNAM PREGLEDNIC

Preglednica 1: Osnovne lastnosti tkanin, uporabljenih v raziskavi ... 9

Preglednica 2: Sestava tiskarskih past ... 11

Preglednica 3: Ploščinska masa (T) nepotiskanih in potiskanih (P) vzorcev ... 16

Preglednica 4: Debelina (d) nepotiskanih in potiskanih (P) vzorcev ... 16

Preglednica 5: Togost v smeri osnovnih (Uo ) in votkovnih (Uv) niti ter celokupna togost (Uk) nepotiskanih in potiskanih (P) vzorcev ... 17

Preglednica 6: Pretržna sila (Fpr) in pretržni raztezek (ɛpr) nepotiskanih in potiskanih (P) vzorcev v smeri osnovnih in votkovnih niti ... 17

Preglednica 7: Zračna prepustnost (Rp) nepotiskanih in potiskanih (P) vzorcev ... 17

Preglednica 8: Barvne vrednosti CIELAB, kroma (C*ab) in kot barvnega tona (hab) pred potopitvijo vzorcev v pufrske raztopine različnih vrednosti pH... 18

Preglednica 9: Barvne vrednosti CIELAB, kroma (C*ab) in kot barvnega tona (hab) potiskanih vzorcev po potopitvi v pufrne raztopine različnih vrednosti pH ... 18

Preglednica 10: Odzivni čas (t) ... 19

Preglednica 11: Ocena barvne obstojnosti potiskanih vzorcev pri pranju po sivi skali ... 19

Preglednica 12: Ocena barvne obstojnosti pri drgnjenju ... 19

Preglednica 13: Barvne vrednosti CIELAB, kroma (C*ab) in kot barvnega tona (hab) potiskanih vzorcev po štirih urah osvetljevnaja v aparatu Xenotest ... 20

Preglednica 14: Barvna razlika (E*ab) potiskanih vzorcev, izračunana med vzorci pred osvetljevanjem in po njem ... 20

SEZNAM OKRAJŠAV IN POSEBNIH SIMBOLOV

CO bombažni vzorec PA6 poliamidni vzorec

CO_P potiskan bombažni vzorec PA_P potiskan poliamidni vzorec PA 6.6 vrsta poliamida/najlon PET polietilentereftalat

BCG Bromokrezol zeleno barvilo

a* lega barve na rdeče-zeleni osi barvnega prostora CIELAB A površina merilne odprtine, izražena v cm²

b* lega barve na rumeno-modri osi barvnega prostora CIELAB C*ab kromatičnost barve v barvnem prostoru CIELAB

d debelina vzorca, izražena v milimetrih E moč sevanja ksenonske sijalke

Fpr pretržna sila, izražena v N

hab kot barvnega tona v barvnem prostoru CIELAB

lo,v previsna dolžina v smeri osnovnih in votkovnih niti, izražena v cm L* svetlost barve v barvnem prostoru CIELAB

̅qv povprečna vrednost pretoka zraka skozi tkanino, izražena v l/min Rp zračna prepustnost tkanine izražena v mm/s

T masa m² tkanine, izražena v g/m²

Uo,Uv togost v smeri osnovnih in votkovnih niti, izražena v mg･cm Uk celokupna togost izražena v mgcm

E*ab barvna razlika v barvnem prostoru CIELAB

pr pretržni raztezek, izražen v %

1 UVOD

Raziskave o pametnih tekstilijah segajo v začetek devetdesetih let 20. stoletja.

Pametne tekstilije so sposobne znaznati in se odzvati na določeno spremembo v okolju, medtem ko konvencionalni tekstil ponuja funkcionalnost, vendar se ne odziva na zunanje dražljaje. Glede na odziv na okolje in dražljaje lahko pametne tekstilije delimo na pasivne, aktivne in zelo pametne tekstilije. Pasivne pametne tekstilije lahko zaznajo zunanje dražljaje, aktivne pa se na zaznan dražljaj lahko tudi odzovejo.

Pojavljajo se tudi zelo pametni materiali, ki zaznajo zunanji dražljaj, se nanj odzovejo in tudi prilagodijo (1).

Zaradi zelo široke možnosti uporabe pametnih materialov je vse več raziskav na tem področju usmerjenih v funkcionalizacijo tekstilij, ki se odzivajo na spremembe iz okolja.

Mednje sodijo tudi barvno aktivne tekstilije, ki se zaradi različnih zunanjih dejavnikov odzovejo s spremembo barve. Sprememba barve je reverzibilna, kar označujemo z izrazom kromizem. Glede na spremembo različnih dejavnikov iz okolja ločimo več vrst kromizmov, in sicer termokromizem (spremembo barve povzroči temperatura), fotokromizem (spremembo barve povzroči UV-sevanje), solvatokromizem (spremembo barve povzroči prisotno topilo), piezokromizem (spremembo barve povzroči pritisk), halokromizem (sprememba barve je pogojena z vrednostjo pH), elektrokromizem (spremembo barve povzroči električni tok). Kromne tekstilije so pomembno področje pametnih tekstilij in spadajo pod pasivne pametne tekstilije.

V preteklosti je bila stabilnost barve pogoj. Danes pa je reverzibilna sprememba barve glede na vrednost pH novo, še ne raziskano področje. Tekstil, ki spreminja barvo zaradi vrednosti pH, je zelo uporaben v senzoriki, saj nam barvni signal lahko poda pomembne informacije o spremembi vrednosti pH v okolju. Poleg običajnih, že znanih elektronskih senzorskih sistemov, so tekstilni senzorji veliko primernejši. Njiihove prednosti so: ploska oblika, mehanska stabilnost, zračna prepustnost, pralnost in možnost ponovne uporabe (2–5).

Znanih je več načinov nanašanja odzivnih barvil na tekstil, in sicer konvencionalno barvanje, neposredna vključitev odzivnega barvila med predenjem vlaken, premazovanje, tehnologija sol-gel in tiskanje (4–13).

V dostopni literaturi nismo zasledili raziskav, ki bi obravnavale tisk pH-odzivnih barvil na tekstil po konvencionalnem postopku, saj se v raziskavah zaenkrat še osredotočajo na razvoj barvil in uporabo le-teh na materialu. Namen diplomskega dela je bil preučiti vpliv tiskarske paste, postopka fiksiranja in tekstilnega substrata na pH-odzivnost indikatorskega barvila bromokrezol zeleno na poliamidno in bombažno tkanino s tehniko ploskega filmskega tiska. Predpostavljali smo, da bosta način vezanja barvila na vlakna in hidrofilnost materiala vplivala na pH-odzivnost barvila, saj je sprememba barve močno odvisna od hitrega omočenja tkanine s purfrsko raztopino in reakcije protonacije in deprotonacije proučevnega barvila.

V raziskavi smo potiskali poliamidni in bombažni tkanini z barvilom bromokrezol zeleno s tehniko ploskega filmskega tiska. Proučeveli smo vpliv tiskarske paste, tekstilnega substrata ter postopka fiksiranja na pH-odzivnost indikatorskega barvila BCG na poliamidno in bombažno tkanino. Pred in po tiskanju smo izvedli tudi tesriranje mehansko-fizikalnih lastnosti proučevanih tkanin, proučili barvne obstojnosti na drgnjenje, pranje in svetlobo.

2 TEORETIČEN DEL

2.1 IONOKROMIZEM

Ionokromizem je pojav, kjer je reverzibilna sprememba barve, povezana z interakcijo spojine ali materiala z ionsko vrsto. Na voljo je širok nabor barvnih sprememb, ki so lahko prehod iz brezbarvnega v obarvano stanje ali prehod iz ene barve v drugo.

Ionokromizme delimo še na kromizme, ki so odvisni od vrste iona, ki spodbudi spremembo barve. Zato ločimo halokromizem, kjer spremembo barve spodbudi sprememba vednosti pH, ki jo povzoči kislina ali baza, acidokromizem, kjer spremembo barve spodbudi kislina in metalokromizem, kjer kovinski ion spodbudi spremembo barve (6–8).

2.2 HALOKROMNE SPOJINE

Halokromne spojine so spojine, katerih sprememba barve je odvisna od spremembe vrednosti pH. Tržno najpomembnejše skupine pH-odzivnih barvil so ftalidi, triarilmetani in fluorani. Dejstvo je, da so številni glavni kromofori prav tako sposobni spremeniti barvo zaradi protonacije. Mednje prištevamo preprosta nevtralna azo barvila, stirilna barvila, merocianine in indofenole. Na slikah 1 in 2 so prikazane reakcije protonacije in deprotonacije predstavnikov ftalidov, triarimetanov in fluoranov. Pri teh barvilih je sprememba barve posledica protonacije, ki nastopi ob znižanju vrednosti pH (9, 10).

Slika 1: Reakcija protonacije in deprotonacije fenol ftaleina

-H +H

+H

-H +H -H

HO

(X = OH, OR², NR²2, CN, N-heterocikel)

Triaril metani

(X = OR, NHalkil, NEt2 NAr2, Nalkil2; R¹ = OR, Cl, CH3, NAr2, H; R² = CH3, H, NEt2, NHAr)

Fluorani

Slika 2: Reakcija protonacije in deprotonacije triarilmetanov in fluoranov

Najpogostejši ionokromni materiali so barvila, odzivna na spremembo vrednosti pH, ki so že nekaj desetletij prisotna na tržišču kot pH-indikatorji pri izdelavi pH-papirjev ali za detekcijo končne točke kislinsko-bazičnih titracij (10).

Z razvojem modernih instrumentalnih analitskih metod se je pojavila potreba po uporabi halokromnih barvil na drugih raziskovalnih področjih, zato se halokromna barvila uporabljajo v medicinski diagnostiki, pri beleženju različnih okoljskih parametrov, pri nadzoru kemijskih procesov ter pri izdelavi brezogljičnega kopirnega papirja (5).

H⁺

kislina baza

2.3 APLIKACIJA HALOKROMNIH BARVIL NA TEKSTIL

Halokromna barvila so bila že uspešno nanesena na tekstilna vlakna z izčrpalnim ali impregnirnim postopkom barvanja (5), tiskanjem (10, 11), tehnologijo sol-gel (3 ,4) ter neposredno v vlakna med samo izdelavo vlaken (13, 14). Barvila so bila nanesena na tekstilje iz celuloznih, poliamid 6, poliamid 6.6 in poliestrnih vlaken. Način vezanja halokromnih barvil z vlakni je odvisen od postopka nanosa barvila na vlakna, medtem ko je jakost interakcij med barvilom in vlaknom odvisna od strukture barvila ter funkcionalnih skupin na vlaknih, s katerimi tvori barvilo različne interakcije (14). Od vrste interakcij med barvilom in vlaknom je odvisna tudi odzivnost barvila na spremembe vrednosti pH (15).

Aplikacija halokromnih barvil na tekstilna vlakna omogoča oblikovanje funkcionalnih tekstilnih senzorjev. Ti lahko služijo kot indikator za prisotnost kislih hlapov na zaščitnem oblačilu, kot indikator za celjenje ran in beleženje procesov, ki se odvijajo v človeku, kot so kislost znoja, urina, izcedka iz nosu na medicinskih tekstilijah, indikator za beleženje vrednosti pH vode v primeru tekstilnih filtrov, indikator za beleženje vrednosti pH prsti in s tem povezane rasti pridelka v primeru agrotekstilij. Tekstilni senzorji predstavljajo optične senzorje pH, ki se v primerjavi s klasičnimi elektrokemičnimi senzorji odlikujejo po nizki ceni proizvodnje, poraba energije za njihovo delovanje ni potrebna in tudi niso podvrženi elektrokemičnim ali elektromagnetnim motnjam. Nudijo možnost masovne proizvodnje (16).

2.4 PREGLED STANJA RAZISKAV 2.4.1 Pregled dosedanjih raziskav

Na univerzi v Gentu je raziskovalka K. De Clerk skupaj s sodelavci dokazala, da je lahko pH-odziven material razvit z običajnim barvanjem (4). Večino materialov je pokazalo jasno spremembo barve glede na različen pH. Na odziv s spremembo barve lahko vpliva kakovost tekstila in gostota tkanine.

Funkcija spreminjanja barv se lahko doseže tudi s površinsko obdelavo, npr. sol-gel tehniko. Ta tehnika kaže obetavne rezultate uporabe na PA 6, PA 6.6 in PET (3, 11).

Med obdelavo površine sodi tudi tiskanje barvil na tekstil. Tudi ta tehnika se je izkazala

barvila na poliester. Na poliester so tiskali barvilo Brilliant yellow in Congo red s tehniko ploskega filmskega tiska. Po tiskanju so vzorce sušili 20 minut pri 100 °C. Vzorci so bili nato sprani v hladni vodi pred in po miljenju. Miljenje je poteklo 15 minut pri 60 °C.

Vzorce so posušili na zraku. Ugotovili so, da so bili tiskani vzorci po pranju dovolj barvno stabilni. To dokazuje, da je ta metoda nanašanja barvila na tekstil učinkovita in ima potencial pri uporabi pH-sensorjev (12).

V raziskavi sta Lien Van der Schueren in K. De Clerk proučevali niz pH-občutljivih barvil, njiihovo sposobnost obarvanja bombaža in PA 6.6, ter njihove sposobnosti ohranjanja halokromnih lastnosti po adsorpciji barvila v vlakna. Uporabili sta 10 različnih barvil in dognali, da je odzivnost na spremembo pH odvisna od vrste obarvanih vlaken. Nekatera barvila so bila pH-odzivna samo takrat, ko so bila nanesena na bombaž, vendar ne tudi na poliamid. Raziskovalki sta ugotovili, da različne vrste tekstilnih substratov povzročajo različne interakcije med barvilom in vlaknom, kar vodi do različnega odzivanja barvil na spremembe vrednosti pH (17).

V drugi študiji sta isti avtorici s kolegi raziskovali možnosti uporabe tekstilnih pH- senzorjev. Uporablja se jih lahko za manjše in večje površine, so ploske oblike in mehansko stabilni, poleg tega pa se jih lahko ponovno uporabi. Take vrste senzorjev odpravljajo potrebo po številnih ločenih lokalnih senzorskih sistemih. V raziskavi so se osredotočili na različne metode vključitve barvila v vlakna, in sicer s konvencionalnim barvanjem, površinsko obdelavo vlaken (tiskanje in sol-gel tehnika) in vključitvijo barvila neposredno med predenjem vlaken. Barvila so nanesli na poliamid, bombaž in viskozo. Z raziskavo so ugotovili, da je konvencionalno barvanje naprimernejši postopek nanosa pH-odzivnega barvila na tekstilini material, saj je postopek enostaven in najbolj ekonomičen. Dokazali so, da so tekstilni pH-senzorji obetavni inovativni materiali, pri čemer igrata pomembno vologo izbira vlaken na postopek nanosa barvila na vlakna (4).

ni bistveno vplival na proces predenja vlaken. Po elektropredenju so halokromne lastnosti barvil ostale nespremenjene. To pomeni, da so nanovlakna z vgrajenim halkromnim barvilom pH-odzivna in se jih lahko uporablja kot tekstilne pH-senzorje (14).

Raziskavo, ki je bila osredotočna na razvoj pametnega tekstila, ki bi bil primeren za zaščitno opremo, je vodila Isabel Pallas na univezi v Valenciji. Bombažno tekstilijo so uspešno pobarvali s halokormnim pentametoksi rdečim barvilom, ki se je odzvalo s spremembo barve. PH-odzivnost materiala so preizkusili s klorovodikovo kislino.

Sprememba barve je bila zaznavna s prostim očesom. Pri barvni obstojnosti na pranje se barva ni spremenila, barvilo ni krvavelo med pranjem, poleg tega pa je bil barvni odziv še vedno opazen po preizkušanju barvne obstojnosti proti pranju. Te lastnosti kažejo, da je material primeren za zaščitno opremo, saj omogoči povečanje varnosti in zmanjšanja pojav kemičnih opeklin, ki jih povzročajo kisline (16).

S podrobnim pregledom dostopnih raziskav smo ugotovili, da lahko pH-odzivna barvila nanašamo na tekstilna vlakna z različnimi postopki, in sicer s površinsko obdelavo (12), dodajanjem barvila med predenjem vlaken (13,14) in s konvencionalnim barvanjem (4, 16). Slednji postopek različni avtorji opisujejo kot najpreprostejšega. Na odziv tekstila s spremembo barve vpliva več različnih dejavnikov. To so vrsta vlaken, vrsta barvil, gostota tkanine in vrsta poobdelav (4–17).

2.4.2 Pregled raziskav na Oddelku za tekstilstvo, grafiko in oblikovanje

Viktor Stojkoski je v magistrskem delu oblikoval pH-odzivno poliamidno 6 tkanino (18).

Izdelal je halokromno tekstilijo, ki lahko osebo, ki uporablja tovrstno tekstilijo, s spremembo barve opozori na prisotnost kislega dežja, ki je posledica prisotnosti različnih onesnaževal v zraku. Za izdelavo oziroma barvanje poliamidne tkanine je uporabil halokromo barvilo bromokrezol zeleno. Po barvanju je tkanino apretiral z vodo in oljeodbojnim sredstvom. Za ovrednotenje barve in barvnih sprememb pred potopitvijo pobarvanih vzorcev v pufrske raztopine različnih vrednosti pH in po njej je uporabil refleksijski spektrofotometer in barvni prostor CIELAB. Rezultati raziskave so pokazali, da je bila tkanina kljub neenakomernosti obarvanja uspešno obarvana in

pH, predvsem v preiskovanem območju, ki je značilen za kisli dež, tj. med pH 4 in 6.

Ugotovljeno je bilo, da je bolj opazna sprememba barve na neapretirani pobarvani tkanini kot na apretirani. Pobarvana poliamidna tkanina ima slabo obstojnost na svetlobi, ima pa dobre barvne obstojnosti na drgnjenje ter na gospodinjsko in poklicno pranje.

3 EKSPERIMENTALNI DEL

3.1 PODATKI O MATERIALU 3.1.1 Tkanina

V raziskavi smo uporabili kemično beljeno bombažno tkanino in termofiksirano poliamidno tkanino. Osnove lastnosti tkanin so podane v preglednici 1.

Preglednica 1: Osnovne lastnosti tkanin, uporabljenih v raziskavi Oznaka

tkanine

Surovinska sestava Ploščinska masa (g/m²)

Gostota tkanine (št. niti/cm)

osnova votek

CO 100 % bombaž 119,65 48 28

PA6 100 % poliamid 6 75,82 43 30

3.1.2 Barvilo in tekstilna pomožna sredstva

Za tiskanje bombažne in poliamidne tkanine smo uporabili indikatorsko barvilo bromokrezol zeleno, katerega strukturna formula je prikazana na sliki 3. Ker je barvilo slabo topno v vodi, smo ga pred dodatkom v tiskarsko pasto raztopili z etanolom.

Slika 3: Bromokrezol zeleno barvilo

Na sliki 4 je prikazan splošni mehanizem spremembe barve barvila bromokrezol zeleno.

Slika 4: Splošen mehanizem spremembe barve barvila bromokrezol zeleno. Nevtralna struktura A je opazna v zelo kislih raztopinah ali v prahu. Ustrezna sprememba barve izvira iz deprotonacije iz enojne anionske oblike B v dvojni anion C.

Pri pripravi pigmentne tiskarske paste smo uporabili poliakrilatno zgostilo Clear CP, protipenilo Antifoam W, samozamreževalno poliakrilatno vezivo Legante SE, brezformaldehidno zamreževalo Fixator NTO, mehčalno sredstvo Softner A/95 in destilirano vodo. Vsa sredstva so proizvajalca AchitexMinerva iz Italije. Za pripravo tiskarske paste pri tiskanju poliamida smo uporabili zgostilo poligalaktomananski eter Prisulon DCA 130 (CHT, Švica), hidrotropno sredstvo sečnino, topilno sredstvo Glyezin A (BASF, Nemčija), sredstvo za uravnavanje kislosti (NH4)2SO4 in destilirano vodo.

3.2 POSTOPEK DELA

3.1.3 Priprava tiskarske paste

Pigmentno tiskarsko pasto in tiskarsko pasto za tisk na poliamidno tkanino smo pripravili v skladu z navodili proizvajalca. Količinska sestava posameznih sestavin tiskarskih past je podana v preglednici 2.

Preglednica 2: Sestava tiskarskih past

Pigmentna tiskarska pasta Tiskarska pasta za tisk poliamida Koncentracija

(g/kg)

Sredstvo Koncentracija

(g/kg)

Sredstvo

1 Bromokrezol zeleno 1 Bromokrezol zeleno

3 etanol 3 etanol

729 H2O 100 sečina

3 Antifoam W 50 H2O, hladna

34 Clear CP 236 H2O, vrela

200 Legante SE 50 Glyezin A

10 Softner A/95 500 Prisulon DCA 130 13%

20 Fixator NFO 60 (NH4)2SO4 1:2

1000 skupaj 1000 skupaj

3.1.4 Tiskanje in naknadne obdelave

Vzorce bombažne in poliamidne tkanine smo potiskali s pripravljenima tiskarskima pastama na laboratorijskem magnetnem tiskarskem stroju Mini MFD R 390, (J.

Zimmer, Avstrija) pri naslednjih nastavitvah tiskarskega stroja, ki so se med seboj razlikovale glede na surovinski sestav tkanine CO ali PA6, in sicer:

• premer tiskarskega noža: 6 mm (CO), 4 mm (PA6),

• hitrost prehoda tiskarskega noža: 80 % (CO in PA6),

• stopnja magnetne sile: 5 (CO), 2 (PA6),

• število prehodov tiskarskega noža: 2 (CO), 1 (PA6).

Vzorce tkanin smo potiskali z nevzorčeno plosko filmsko šablono finosti 42 niti/cm (CO) oziroma 77 nit/cm (PA6). Po tiskanju smo vzorce sušili 2 minuti pri 100 °C. Bombažne vzorce smo nato 4 minute fiksirali z vročim zrakom pri 150 °C v laboratorijskem sušilniku (W. Mathis, Švica), poliamidne vzorce pa 20 minut normalno parili v nasičeni pari pri 100–102 °C v laboratorijskem parilniku DHE 20675 (Werner Mathis AG, Švica).

Za izboljšanje mokrih obstojnosti tiskov smo na potiskanih vzorcih PA6 izvedli naslednje naknadne obdelave: hladno rezerviranje z 1,5 g/l Cibatex PA (Ciba, Švica), ki je trajalo 10 minut pri pH 3,5–4, vzpostavljenim z HCOOH 85 %, izpiranje s hladno

vodo, miljenje z 1g/l Tinegal W (Ciba, Švica) 15 minut pri 50 °C, izpiranje s toplo vodo in izpiranje s hladno vodo.

3.2 METODE PREISKAV 3.2.1 Ploščinska masa

Iz potiskanih in nepotiskanih vzorcev smo pripravili preizkušance velikosti 10 x 10 cm.

Vzorce smo nato klimatizirali 24 ur pred samim merjenjem mase. Maso vzorcev smo določili na analitski tehtnici AE 200 (Mettler, Švica). Iz rezultatov smo izračunali povprečno vrednost in nato izračunali ploščinsko maso (T), izraženo v g/m². Ploščinsko maso potiskanih in nepotiskanih vzorcev smo določili po standardu SIST EN 12127:1999 (19).

3.2.2 Debelina

Debelino potiskanih in nepotiskanih vzorcev smo skladno s standardom SIST EN ISO 5084:1999 (20) izmerili na mikrometru Metrimpex TYP 6-12-1/B (Mitutoyo Corp., Japonska). Za vsak vzorec smo izvedli tri meritve. Rezultat meritev je povprečna vrednost izmerjenih debelin vzorcev (d), podana v milimetrih.

3.2.3 Togost

Skladno s standardom ASTM D 1388-46 (21) smo določili togost potiskanih in nepotiskanih vzorcev, za kar smo uporabili mizo z naklonom 41,5 º in ravnilo. Pripravili smo štiri preizkušance iz potiskane in štiri preizkušance iz nepotiskane tkanine tako v smeri osnovnih kot votkovnih niti, velikosti 15 x 2,5 cm. Na začetek mize z naklonom smo položili ožji rob preizkušanca in nanj postavili ravnilo, obenem pa smo ta preizkušanec z enakomerno hitrostjo potiskali čez rob mize. Potiskali smo ga, dokler se, zaradi njegove lastne teže, ni povesil in se dotaknil naklona mize. Ravnilo smo uporabili zato, da smo odčitali vrednost previsne dolžine. Iz povprečnih vrednosti vseh

Na podlagi izračunov togosti v smeri osnovnih in votkovnih niti smo izračunali še celokupno togost tkanine po enačbi 2:

𝑈

= √(𝑈

⋅ 𝑈

)

3.2.4 Pretržna sila in raztezek

Meritve pretržne sile in pretržnega raztezka smo izvedli skladno s standardom SIST EN ISO 13934-1:1999 (22). Iz potiskanih in nepotiskanih vzorcev smo izrezali preizkušance velikosti 15 x 2,5 cm v smeri osnovnih in votkovnih niti. Meritve smo opravili na dinamometru Instron 5567 (Instron, Velika Britanija) pri vpenjalni dolžini 10 cm in hitrosti obremenitve 50 mm/min. V prižemi aparata smo pripeli vzorec in pričeli z raztezanjem. Vrednosti pretržne sile in pretržnega raztezka smo določili v točki pretrga preizkušanca. Na vsakem vzorcu smo izvedli 7 meritev. Rezultat meritev predstavlja izračunana povprečna vrednost izmerjene pretržne sile (Fpr) in pretržnega raztezka (ɛpr).

3.2.5 Zračna prepustnost

Na aparatu Air Tronic 3240B (Mesdan, Italija) smo skladno s standardom SIST EN ISO 9237:1999 (23) merili zračno prepustnost proučevanih vzorcev. Izvedli smo 10 meritev pretoka zraka na potiskanih in nepotiskanih vzorcih pri testni površini 100 cm².Pri bombažni tkanini smo meritve izvedli pri zračnem tlaku 200 Pa, pri poliamidu pa pri zračnem tlaku 100 Pa. Pri merjenju potiskanih preizkušancev smo licno stran preizkušanca obrnili proti zračni odprtini. Zračno prepustnost (Rp), izraženo v mm/s, smo izračunali na podlagi povprečnih vrednosti pretoka zraka (͞qv) po enačbi 3:

𝑅

=

𝐴

⋅ 167

kjer je ͞qv povprečna vrednost pretoka zraka v l/min in A merilna površina v cm².

3.2.6 Merjenje barve

Barvo potiskanih vzorcev smo izmerili na refleksijskem spektrofotometru Spectraflash 600 PLUS-CT (Datacolor, Švica) z uporabo barvnega prostora CIELAB. Barvne

preizkušancema po izvedbi barvne obstojnosti na svetlobi. Meritve smo izvedli pri sledečih nastavitvah instrumenta:

• območje meritev: 400–700 nm,

• merska geometrija: d/8°,

• osvetlitev: D65,

• zorni kot: 10 °,

• zrcalna komponenta: vklopljena,

• filter FL40: izklopljen (0 % UV),

• velikost merilne odprtine: 9 mm,

• število plasti vzorca: 4 in

• število meritev na vzorcu: 10.

3.2.7 Določanje pH-odzivnosti barvila na tkanini

Barvno odzivnost barvila na potiskanih vzorcih pri različne vrednosti pH smo določili s potopitvijo vzorcev v pufrske raztopine, vrednosti pH 3, 4, 5, 6, 7, 9 in 11. Vzorce smo nato posušili na zraku in jim izmerili barvne vrednosti CIELAB z refleksijskim spektrofotometrom. Meritve smo izvedli pri nastavitvah instrumenta, zapisanih v poglavju 3.2.6.

3.2.8 Določanje odzivnega časa

Po potopitvi vzorcev v pufrske raztopine, različnih vrednosti pH, smo izmerili čas (t), izražen v minutah, v katerem je vzorec spremenil barvo.

3.2.9 Barvne obstojnosti

3.2.9.1 Barvna obstojnost pri drgnjenju

Na aparatu Crockmeter M23888 (SDL Atlas, ZDA) smo testirali barvne obstojnosti tiskanih vzorcev na drgnjenje. Meritve smo izvedli skladno s standardom SIST EN ISO 105-X12:2002 (24). Barvno obstojnost smo vizualno ocenili s sivo skalo po standardu

EN ISO 105-C06: 2012 (26) z dvema različnima metodama, in sicer A1S in A1M.

Uporabili smo ECE detergent (European Colorfastness Establishment) kot pralno sredstvo. Preizkušance smo prali na tri različne načine, in sicer enkrat po metodi A1S in metodi A1M ter dvakrat po metodi A1M. Pranje je bilo izvedeno pri 40 °C, medtem ko je bil čas pranja različen. Po metodi, A1S je znašal 30 minut, po metodi A1M pa 45 minut. Po pranju smo vsak vzorec dvakrat spirali. Vsako spiranje je trajalo 1 minuto pri 40 ºC. Barvno obstojnost pri pranju smo vizualno ocenili po standardih SIST EN ISO 105-A03:2019 (25) in SIST EN 20105-A02:1996 (27).

3.2.9.3 Barvna obstojnost na svetlobi

Tiskanim vzorcem smo preizkušali barvne obstojnosti na svetlobi v aparatu Xenotest alfa (Atlas, ZDA). Zaradi slabe obstojnosti barvila BCG na svetlobi smo preizkušance izpostavili svetlobi le za 4 ure. Testiranje smo izvedli v skladu s standardom SIST EN ISO 105-B02:2014 (28). Preizušancem smo izmerili barvne vrednosti CIELAB in izračunalni barvno razliko (E*ab) med preizkušanci pred osvetljevanjem in po njem.

4 REZULTATI Z RAZPRAVO

4.1 REZULTATI MERITEV

V preglednicah od 3 do 7 so podane vrednosti mehansko-fizikalnih lastnosti proučevanih tkanin, v preglednicah 8 in 9 so podane barvne vrednosti CIELAB potiskanih vzorcev pred potopitvijo vzorcev v pufrske raztopine in po njej in v preglednicah od 10 do 14 so podane ocene barvnih obstojnosti pri pranju, drgnjenju in na svetlobi.

4.1.1 Ploščinska masa

Preglednica 3: Ploščinska masa (T) nepotiskanih in potiskanih (P) vzorcev

Vzorec T (g/m²)

CO 119,65

PA6 75,82

CO_P 141,86

PA6_P 78,30

4.1.2 Debelina

Preglednica 4: Debelina (d) nepotiskanih in potiskanih (P) vzorcev

Vzorec d (mm)

CO 0,2321

PA6 0,1318

CO_P 0,2564

PA6_P 0,1325

4.1.3 Togost

Preglednica 5: Togost v smeri osnovnih (Uo ) in votkovnih (Uv) niti ter celokupna togost (Uk) nepotiskanih in potiskanih (P) vzorcev

Vzorec Uo

(mg·cm)

Uv

(mg·cm)

Uk

(mg·cm)

CO 271,55 114,81 176,60

PA6 94,91 82,12 88,28

CO_P 463,49 217,53 317,53

PA6_P 137,62 110,80 123,48

4.1.4 Natezna trdnost

Preglednica 6: Pretržna sila (Fpr) in pretržni raztezek (ɛpr) nepotiskanih in potiskanih (P) vzorcev v smeri osnovnih in votkovnih niti

Vzorec Fpr (N) ɛpr (%)

Osnovne niti Votkovne niti Osnovne niti Votkovne niti

CO 376,96 211,57 12,13 13,24

PA6 342,81 320,82 42,62 47,80

CO_P 384,33 210,27 12,04 13,92

PA6_P 366,38 296,14 38,21 46,06

4.1.5 Zračna prepustnost

Preglednica 7: Zračna prepustnost (Rp) nepotiskanih in potiskanih (P) vzorcev

Vzorec Rp

(mm/s)

CO 442,67

PA6 344,19

CO_P 37,32

PA6_P 210,12

4.1.6 Merjenje barve

Preglednica 8: Barvne vrednosti CIELAB, kroma (C*ab) in kot barvnega tona (hab) pred potopitvijo vzorcev v pufrske raztopine različnih vrednosti pH

Vzorec L* a* b* C*ab hab (°)

CO 94,63 −0,14 2,70 2,70 92,95

PA6 93,84 −0,09 2,20 2,20 92,43

CO_P 67,19 −19,74 23,80 30,91 129,67

PA6_P 59,23 −20,93 −29,93 36,52 235,03

Preglednica 9: Barvne vrednosti CIELAB, kroma (C*ab) in kot barvnega tona (hab) potiskanih vzorcev po potopitvi v pufrne raztopine različnih vrednosti pH

Vzorec pH L* a* b* C*ab hab (°)

CO_P 3 75.83 −12.30 38.80 40.70 107.60

4 76.67 −11.61 39.72 41.38 106.30

5 69.52 −21.55 24.67 32.76 131.14

6 64.13 −26.11 7.77 27.24 163.43

7 62.32 −28.18 −0.21 28.18 180.43

9 61.89 −28.06 −7.64 29.08 195.23

11 60.85 −28.48 −11.18 30.60 201.43

PA6_P 3 59.14 −26.73 −11.16 28.97 202.65

4 62.08 −26.33 5.43 26.93 168.34

5 57.02 −23.32 −27.50 36.07 229.69

6 57.42 −22.35 −29.05 36.65 232.43

7 58.47 −21.47 −30.87 37.60 235.18

9 59.54 −20.87 −29.60 36.22 234.82

11 58.75 −20.87 −30.17 36.69 235.32

4.1.7 Odzivni čas

Preglednica 10: Odzivni čas (t)

Vzorec t (min)

CO_P > 0,5

PA6_P > 2

4.1.8 Barvna obstojnost pri pranju

Preglednica 11: Ocena barvne obstojnosti potiskanih vzorcev pri pranju po sivi skali Vzorec Število ciklov

pranj

Ocena po sivi skali Prehod barvila na prvo

spremljevalno tkanino

Prehod barvila na drugo spremljevalno tkanino

Sprememba barve vzorca

CO_P 1 x 5 5 3

5 x 5 5 2/3

10 x 5 5 2

PA_P 1 x 5 5 5

5 x 5 5 5

10 x 5 5 5

4.1.9 Barvna obstojnost pri drgnjenju

Preglednica 12: Ocena barvne obstojnosti pri drgnjenju

Vzorec Suho drgnjenje Mokro drgnjenje

Osnova Votek Osnova Votek

CO_P 5 5 5 5

PA6_P 5 5 5 5

4.1.10 Barvna obstojnost na svetlobi

Preglednica 13: Barvne vrednosti CIELAB, kroma (C*ab) in kot barvnega tona (hab) potiskanih vzorcev po štirih urah osvetljevnaja v aparatu Xenotest

Vzorec L* a* b* C*ab hab (°)

CO_P 78,69 −6,73 23,34 24,30 106,10

PA_P 78,99 −16,21 −6,41 17,44 201,49

Preglednica 14: Barvna razlika (E*ab) potiskanih vzorcev, izračunana med vzorci pred osvetljevanjem in po njem

Vzorec E*ab

CO_P 17,36

PA6_P 31,08

4.2 RAZPRAVA

4.2.1 Rezultati mehansko-fizikalnih lastnosti tkanine

Iz rezultatov, zbranih v preglednici 3, je razvidno, da nanos tiskarske paste vpliva na ploščinsko maso tkanine. Pločinska masa bombažne tkanine se poveča za 18,6 %, medtem kot poliamidne tkanine le za 3,3 %. Večje povečanje ploščinske mase bombažne tkanine smo pripisali sestavinam tiskarske paste, ki so po tisku v celoti ostale na bombažni tkanini, saj po fiksiranju nismo izvedli nobenih naknadnih obdelav, s katerimi bi odstranili sestavine tiskarske paste z bombažne tkanine. Bistveno manjše povečanje ploščinske mase po tiskanju je opazno na poliamidni tkanini. Slednje smo pripisali nanosu barvila na tkanino in povečanju gostote tkanine kot posledice dvajsetminutnega fiksiranja potiskane tkanine z normalnim parjenjem. Po parjenju smo na potiskani poliamidni tkanini izvedli naknadne obdelave, s katerimi smo s poliamidne tkanine odstranili nevezano barvilo in vse sestavine matičnega zgostila. Nanos tiskarske paste je povzročil povečanje debeline tkanine (preglednica 4), in sicer za 10,5

% pri bombažni tkanini in le za 0,53 % pri poliamidni tkanini. Opazno je bilo tudi povečanje togosti tkanine (preglednica 5) tako v vzdolžni kot v prečni smeri. Pri tem je treba poudariti, da sta bili obe tkanini po celotni površini potiskani s tiskarsko pasto, zato je povečanje togosti izredno veliko, in sicer znaša 71 % v vzdolžni in 90 % v prečni smeri. Nekoliko manjše povečanje togosti je opazno na potiskani poliamidni tkanini, in sicer 45 % v vzdolžni in 35 % v prečni smeri. Razlog za manjše povečanje togosti poliamidne tkanine v primerjavi z bombažno tkanino je ponovno prisotnost sestavin tiskarske paste na bombažni tkanini in odstranitev le-teh pri naknadnih obdelavah v primeru poliamidne tkanine. Pretržna sila proučevanih vzorcev tkanin je večja v vzdolžni kot v prečni smeri, ne glede na surovinsko sestavo tkanine (preglednica 6).

Razlog je v večji gostoti osnovnih niti tako bombažne kot tudi poliamidne tkanine. Z nanosom tiskarske paste na bombažno tkanino se pretržna sila v smeri osnove poveča, medtem ko ostaja po votku nespremenjena. Pretržna sila potiskane PA6- tkanine se zmanjša v smeri osnove in poveča v smeri votka v primerjavi z nepotiskano PA6-tkanino. Sklepali smo, da se PA6-tkanina skrči med postopkom fiksiranja. Slednje smo potrdili z določitvijo odstotka krčenja PA6-tkanine pri fiksiranju, ki je znašal 1,87

% v vzdolžni in 1,06 % v prečni smeri. Pretržni raztezki so v smeri votkovnih niti malenkost višji kot v smeri osnovnih niti, ne glede na surovinsko sestavo tkanine.

Slednje je posledica manjše napetosti votkovnih niti in večje napetosti osnovnih niti

(vrsta vlaken, vrsta preje, število zavojev preje) vplivajo na natezne lastnosti tkanine.

Poleg tega se bombažna in poliamidna vlakna razlikujejo tudi v kemijski sestavi. Vse našteto lahko prispeva k doseženim višjim pretržnim raztezkom poliamidne tkanine v primerjavi z bombažno tkanino. Zračna prepustnost tkanine se po tiskanju zelo zmanjša (preglednica 7), in sicer v mnogo večjem obsegu pri bombažni kot poliamidni tkanini. Vzrok je v nastanku vezivnega filma pri bombažni tkanini, ki povzroči zlepljenje vlaken in zaprtje praznih medprostorov med nitmi osnove in votka. Veliko manjše znižanje zračne prepustnosti je zaznati na poliamidni tkanini. Le-to smo pripisali skrčenju tkanine po izvršenem fiksiranju potiskane tkanine z normalnim parjenjem.

4.2.2 Barva in barvne obstojnosti

Iz preglednice 8 je razvidno, da postane bombažna tkanina po tiskanju temnejša (vrednost CIE L* se zniža), bolj zelena (vrednost CIE a* se zniža in je negativna) in bolj rumena (vrednost CIE b* se zviša in je pozitivna). Za razliko od bombažne tkanine postane poliamidna tkanina po tiskanju še temnejša (znižanje vrednosti CIE L*) in modra (vrednost CIE b* je nizka in negativna), medtem ko ostaja vrednost koordinate CIE a* podobna vrednosti CIE a* potiskane bombažne tkanine. Barva potiskane poliamidne tkanine je tudi bolj nasičena (višja vrednost C*ab) v primerjavi z bombažno tkanino. Na sliki 5 sta prikazani potiskani tkanini.

Vrednosti K/S potiskanih tkanin v odvisnosti od valovne dolžine so prikazane na sliki 7, kjer je jasno vidno, da je globina obarvanja bistveno nižja pri potiskani bombažni kot poliamidni tkanini pri valovni dolžini 630 nm oziroma višja pri bombažni kot poliamidni tkanini pri valovni dolžini 410 nm. Sklepamo, da je razlog v vrednosti pH-tiskarske paste in s tem povezano doseženo barvo na tkanini. Iz vrednosti CIELAB v preglednici 8 je razvidno, da je potiskana bombažna tkanina svetlejša in bolj rumeno zelena (vrednost CIE a* je negativna, vrednost CIE b* je pozitivna), medtem ko je potiskana poliamidna tkanina temnejša in bolj modro zelena (vrednosti CIE a* in CIE b* sta negativni).

a) b)

Slika 6: Vrednosti R (a) in K/S (b) v odvisnosti od valovne dolžine (λ) nepotiskanih in potiskanih (P) bombažnih in poliamidnih tkanin

— CO, ‒ ‒ PA6, ‒·‒ PA6_P, - - - CO_P

Po potopitvi potiskanih vzorcev v pufrne raztopine različnih vrednosti pH smo opazovali pH-odzivnost tkanine (preglednica 9). Vizualno smo opazili, da so bombažni vzorci hitreje odzivni na spremembo vrednosti pH kot poliamidni vzorci (preglednica 10).

Slednje smo pripisali večji hidrofilnosti bombažne tkanine in s tem povezani hitrejši omočljivosti s pufrno raztopino v primerjavi s poliamidno tkanino. Do podobnih ugotovitev sta prišla tudi L. Van der Schuren in K. De Creck (16), katerih izsledki raziskave so pokazali, da počasnejše omakanje tkanine vpliva na podaljšanje časa odzivnosti tkanine na spremembe vrednosti pH. Ker smo v preliminarnem poskusu tiskanja opazili, da ostaja barvilo BCG v pigmentni tiskarski pasti slabo raztopljeno in

0 20 40 60 80 100

400 450 500 550 600 650 700

R(%)

l(nm)

0 1 2 3 4 5

400 450 500 550 600 650 700

K/S

l(nm)

raztopili z dodatkom etanola. Slednje je imelo za posledico krvavenje barvila po potopitvi potiskanih vzorcev v pufrske raztopine. Sklepamo, da je bilo krvavenje posledica nevezanja barvila na bombažno tkanino, saj je bilo barvilo v topni obliki.

Predpostavljamo, da vezivo ni sposobno vezati barvila v topni obliki na tekstilna vlakna, kot je le to v primeru pigmentov, ki so netopni barvni delci in po velikosti večji od barvila ter brez afinitete do tekstilnih vlaken. Iz preglednice 9 je razvidno, da svetlost bombažnih vzorcev pada po potopitvi le-teh v pufrske raztopine pH 5−11, kar pomeni, da postajajo vzorci temnejši. Vrednosti CIE a* so negativne in padajo, medtem ko vrednosti CIE b* vzorcev padajo in prehajajo iz pozitivne v negativno vrednost. To pomeni, da postajajo bombažni vzorci bolj zeleni in manj rumeni oziroma bolj modri z naraščanjem vrednosti pH s pH 5 na pH 11. Na slikah 7 in 9 so prikazane vrednosti K/S v odvisnosti od valovne dolžine potiskanih vzorcev bombažne in poliamidne tkanine po potopitvi v pufrske raztopine različnih vrednosti pH. S slike 7 je razvidno, da s padanjem vrednosti pH s pH 11 na pH 3 vrednosti K/S potiskanih bombažnih vzorcev padajo pri 630 nm oziroma vrednosti K/S padajo pri 410 nm z naraščanjem vrednosti pH s pH 3 na pH 11. Potiskani bombažni vzorci postanejo rumeni pri pH 3 in 4 ter počasi prehajajo v modro zeleni odtenek pri višjih vrednostih pH. Slednje kaže na dejstvo, da je potiskana bombažna tkanina barvno odzivna na spremembo vrednosti pH, kar je razvidno tudi iz fotografije na sliki 8.

0 1 2 3 4 5 6

400 440 480 520 560 600 640 680

K/S

pH 11 pH 9 pH 7 pH 6 pH 5 pH 3 pH 4 pH 3

pH 4 pH 5 pH 6 pH 7 pH 9 pH 11

Slika 8: Vzorci bombažne tkanine po potopitvi v pufre, različnih vrednosti pH

S slike 9 je razvidno, da so vrednosti K/S potiskane PA6-tkanine najnižje pri 630 nm in najvišje pri 410 nm v pufrskih raztopinah pH 3 in 4. Potiskana poliamidna tkanina je pH-odzivna in je barvno spremembo možno vizualno zaznati, pri čemer pa je sprememba barve veliko manj izrazita (slika 10) kot v primeru potiskane bombažne tkanine (slika 8). Potiskani vzorci po potopitvi v pufrske raztopine različnih vrednosti pH niso krvaveli, kar kaže, da je barvilo, vezano na tekstilni substrat prek ionskih interakcij, ki se tvorijo med anionsko sulfonsko skupino barvila BCG in protonirano amino skupino PA6 vlakna, ki ga je ustvaril dodatek (NH4)2SO4 v matično, zgostilo.

Vrednosti CIELAB v preglednici 9 kažejo, da je potiskana poliamidna tkanina pri pH 4 rumeno zelena in svetlejša kot vzorci potiskanih poliamidnih tkanin pri pH 3, 5, 6, 7, 9 in 11. Pri potopitvi vzorcev v purfske raztopine od pH 6 do 11 so vzorci temnejši, manj zeleni in bolj modri od vzorca, potopljenega v raztopino pH 4. S slike 9 je tudi razvidno, da pri vrednosti pH od pH 5 do pH 11 ni vidnih sprememb v vrednostih K/S pri 410 nm, medtem ko je opazno znižanje vrednosti K/S z naraščanjem vrednosti pH od pH 5 do pH 11. Sklepamo tudi, da način vezanja barvila na vlakna in s tem povezana jakost interakcij med barvilom in vlaknom vpliva na barvno odzivnost tekstilije, na spremembo vrednosti pH. Do podobnih rezultatov je prišel tudi L.Van der Schueren s sodelavci (13). Ugotovili so, da interakcije med halokromnim barvilom in poliamidnim vlaknom vplivajo na barvno odzivnost barvila, na spremembo vrednosti pH.

Ocene proučevanih barvnih obstojnosti potiskanih tkanin na pranje, drgnjenje in na svetlobo, podane v preglednicah od 11 do 14, kažejo, da sta obe potiskani tkanini

tkanini pri barvni obstojnosti na pranje nismo zaznali, smo pa zaznali spremembo barve bombažnega vzorca po izvršenem enkratnem, petkratnem in desetkratnem pranju, kar kaže, da so potiskani bombažni vzorci slabo barvno obstojni na pranje.

Slednje smo pričakovali, saj barvilo ni vezano v vezivni film, kot je to v primeru pigmentov. Prav tako je barvilo zaradi alkalnosti pigmente tiskarske paste v anionski obliki in zato ni sposobno tvorit interakcij z bombažnim vlaknom, ki se v alkalnem mediju prav tako negativno naelektrijo. Tako bombažni kot poliamidni vzorci so zelo slabo barvno obstojni na svetlobi (preglednica 14), kar je pokazala že naša predhodna raziskava (18) in izsledki predhodnih raziskav trifenilmetanskih barvil (29), med katere uvrščamo tudi barvilo BCG, ki smo ga uporabili v naši raziskavi. Razlogov za slabo obstojnost barvil na svetlobi je več, saj je stabilnost barvila na svetlobi odvisna od kemične strukture barvila in substrata, fizikalnega stanja odsorbiranega barvila, vključujoč velikost in lokacijo asociiranih delcev, penetracije barvila v vlakno in njegove koncentracije, sposobnosti difuzije zraka, vlage in plinov ter energije vpadne svetlobe (30).

Slika 9: Vrednosti K/S v odvisnosti od valovne dolžine (λ) potiskane poliamidne tkanine, 0

1 2 3 4 5 6

400 440 480 520 560 600 640 680

K/S

l(nm)

pH 5 pH 6 pH 7 pH 11 pH 9 pH 3 pH 4 pH 4

pH 3 pH 5 pH 6 pH 7 pH 11 pH 9

Slika 10: Vzorci poliamidne tkanine po potopitvi v pufre, različnih vrednosti pH

5 SKLEPI

Na tiskanih vzorcih smo zaznali spremembe mehansko-fizikalnih lastnosti, ki jih povzroči nanos tiskarske paste na proučevane tkanine. Potiskanim tkaninam se poveča ploščinska masa, debelina in togost, ki je večja pri bombažnem kot poliamidnem vzorcu zaradi prisotnosti sestavin tiskarske paste na bombažni tkanini in odstranitev le-te pri naknadnih obdelavah v primeru potiskane poliamidne tkanine.

Pretržna sila proučevanih tkanin je večja v vzdolžni kot v prečni smeri. Pretržni raztezek je minimalno višji v smeri votkovnih niti v primerjavi z osnovnimi nitmi. Zaradi nastanka vezivnega filma pri bombažni tkanini, ki povzroči zlepljenje vlaken in zaprtje praznih medprostorov med nitmi, se občutno zmanjša zračna prepustnost. Veliko manjše znižanje zračne prepustnosti pri poliamidni tkanini lahko pripišemo skrčenju tkanine po opravljenem fiksiranju potiskane tkanine s parjenjem.

Hitrost odziva na spremembo vrednosti pH je odvisna od surovinske sestave tekstilije in sposobnosti omakanja tekstilije s pufrskimi raztopinami. Globina obarvanja je bila višja pri poliamidni kot pri bombažni tkanini. Pri potiskani bombažni tkanini smo vizualno zaznali spremembo barve vzorca kot posledico spremembe vrednosti pH pufrske raztopine. Prav tako je do spremembe barve prišlo pri poliamidni tkanini, le da je vizualna sprememba barve manj opazna. Ocene barvnih obstojnosti kažejo, da sta obe preizkušani tkanini odlično obstojni na mokro in suho drgnenje. Preizkusi barvne obstojnosti na pranje so pokazali slabo barvno obstojnost bombažnega vzorca, vendar prehoda barvila na spremljevalne tkanine nismo zaznali.

Rezultati raziskave so pokazali, da smo z nanosom barvila BCG s postopkom tiskanja uspešno oblikovali pH-odzivno tekstilijo in da je postopek tiskanja lahko eden od postopkov aplikacije barvila BCG na tekstilni substrat.

6 LITERATURNI VIRI

1. GHAHREMANI HONARVAR, M. in LATIFI, M. Overview of wearable electronics and smart textiles. The Journal of The Textile Institute, 2017, vol. 108, št. 4, str. 631–652.

2. RIJAVEC, T. Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje barve. Tekstilec, 2005, vol. 48 št.1–3, str. 7–20.

3. TAO, X. Handbook of smart textiles. Singapore : Springer, 2015, 27 str.

4. DE CLERCK, K., GELTMEYER, J., STEYAERT, I. in VAN DER SCHUEREN, L.

Halochromic textile materials as innovative ph-sensors. Advances in science and technology, 2013, vol. 80, str. 47–52.

5. VAN DER SCHUEREN, L. in DE CLERCK, K. Coloration and application of pH- sensitive dyes on textile materials. Coloration Tehnology, 2012, vol. 128, št. 2, str. 82–

90.

6. HOOGENBOOM, R. In VANCOILLIE, G. Methods for obtaining colored or chromic substrates. U.S. Patent Application No 16/070,721, 2019.

7. GULRAJANI, M. L. Advances in the dyeing and finishing of technical textile : chromic materials for tehnical textile applications. Woodhead Publishing Limited, 2013 Elsevier, 2013.

8. CHRISTIE, R. M. Chromic material for technical textile applications. V Advances in the dyeing and finishing of technical textiles. Woodhead Publishing, 2013, str. 3–36.

9. VIK, M. in PERIYASAMY, A. P. Chromic materials : fundementals, measurments, and applications. New York : CR Press, 2018, str. 422.

10. BAMFIELD, P. Chromic phenomena, tehnological applications of color chemistry.

Cambridge : Royal Society of Chemistry, 2001, str. 96–99.

11. PARK, Y. K., OH, B. M., JO, A. R., HAN, J. H., LIM, J. Y., OH, H. J., LIM, S. J., KIM, J. H. in LEE, W. S. Fabrication of colorimetric textile sensors based on rhodamine dye for acidic gas detection. Polymeres, 2020, vol. 12, št. 2, str. 431.

12. SALEM, T., SIMON, F., EL-SAYED, A. A. In SALAMA, M. Plasma-assisted surface modification of polyester fabric for developing halochromic properties. Fibers and Polymers, 2017, vol. 18, št. 4, str. 731–740.

13. GREINER, A. in WENDORFF, J. H. Electrospinninng : a fascinating method for the preparation of ultrathin fibers. Angewandte Chemie International Edition, 2007, vol. 46, št. 30, str. 5670–5703.

14. VAN DER SCHUEREN, L., MOLLET, T., CEYLAN, Ö. in DE CLERCK, K. The development of polyamide 6.6 nanofibers with a pH-sensitive function by electrospinning. European polymer journal, 2010, vol. 46, št. 12, str. 2229–2239.

15. DE MAYER, T., STEYAERT, I., HEMELSOET, K., HOOGENBOOM, R., VAN SPEYBROECK, V. in DE CLERCK, K. Halochromic properties of sulfonphthaleine dyes in a textile environment : the influence of substituents. Dyes and Pigments, 2016, vol. 124, str. 249–257.

16. PALLAS, I., D. MARCOS, M., MARTINEZ-MANEZ, R. in V. ROS-LIS, J.

Development of textile nanocomposite as naked eye indicator of the exposition to strong acids. Sensors, 2017, vol.17, št. 9, str. 21–34.

17. VAN DER SCHUEREN, L. in DE CLERCK, K. The use for pH-sensitive textile

19. Tekstilije – Ploskovne tekstilije – Ugotavljanje ploščinske mase majhnih preskušancev. SIST EN 12127:1999, 7 str.

20. Tekstilije – Ugotavljanje debeline tekstilij (ekvivalenten ISO 5084:1999). SIST EN ISO 5084:1999, 5 str.

21. Standard test method for stiffness of fabric. ASTM D 1388–64, 3 str.

22. Tekstilije – Natezne lastnosti ploskovnih tekstilij – 1.del : Ugotavljanje največje pretržne sile in pretržnega raztezka trakastega preskušanca. SIST EN ISO 13934–

1:1999, 16 str.

23. Tekstilije – Ugotavljanje zračne prepustnosti tekstilije (ekvivalenten ISO 9237:1995). SIST EN ISO 9237:1999, 5 str.

24. Tekstilije – Preskušanje barvne obstojnosti – Del X12: Barvna obstojnost pri drgnjenju. SIST EN ISO 105-X12:2002, str. 6

25. Tekstilije – Preskušanje barvne obstojnosti – Del A03: Siva skala za ocenjevanje prehoda obarvanja spremljajočih tkanin. SIST EN ISO 105-A03:2019, 10 str.

26. Tekstilije – Preskušanje barvne obstojnosti – Del C06: Barvna obstojnost proti gospodinjskemu in poklicnemu pranju. SIST EN ISO 105-C06:2012, 16 str.

27. Tekstilije – Preskušanje barvne obstojnosti – Del A02: Siva skala za ocenjevanje barvnih sprememb. SIST EN 20105-A02:1996, 6 str.

28. Tekstilije V Preskušanje barvne obstojnosti – Del B02: Preskušanje barvne obstojnosti na umetni svetlobi: preskus s ksenonsko svetilko. SIST EN ISO 105- B02:2014, 43 str.

29. EVANS, N. A. in STAPLETON, I. W. Effect of dye structure on the light fastness of triarylmethane dyes on wool. Journal of the Society of Dyers and Colourists, 1973, vol.

89, št. 6, str. 208–211.

30. KURAMOTO, N. Chapter 6: The photo degradation of synthetic colorants. V Advances in color chemistry series. Physic-chemical principles of color chemistry.

Edited by PETERS, A. T., FREEMAN, H. S. Blackie academic & professional, 1996, str. 196–244.

PRILOGA A: Rezultati meritev mehansko-fizikalnih lastnosti vzorcev

V preglednicah od A1 do A6 so zbrane meritve mehansko-fizikalnih lastnosti preučevanih vzorcev tkanin.

Preglednica A1: Meritve ploščinske mase (T) vzorcev, povprečna vrednost meritev (x̄), standardno odstopanje (s) in koeficient variacije (CV)

Št. meritev Vzorec

CO CO_P PA6 PA6_P

1 1,18 1,42 0,76 0,79

2 1,21 1,43 0,76 0,77

3 1,19 1,41 0,76 0,78

x̄ [g/dm²] 1,20 1,42 0,76 0,78

s [g/dm²] 0,02 0,01 0,00 0,01

CV [%] 1,6 0,7 0 1,3

Preglednica A2: Meritve debeline (d) vzorcev, povprečna vrednost meritev (x̄), standardno odstopanje (s) in koeficient variacije (CV)

Št. meritev Vzorec

CO CP_P PA PA_P

1 0,229 0,256 0,131 0,133

2 0,232 0,255 0,135 0,13

3 0,234 0,258 0,127 0,132

4 0,23 0,257 0,135 0,131

5 0,233 0,255 0,135 0,133

6 0,234 0,257 0,137 0,133

7 0,231 0,26 0,133 0,13

8 0,234 0,253 0,127 0,134

Preglednica A3: Meritve previsne dolžine vzorcev v smeri osnovnih niti (lo), v smeri votkovnih niti (lv), povprečna vrednost meritev (x̄), standardno odstopanje (s) in koeficient variacije (CV)

Št.

meritev

Vzorec

CO CO_P PA PA_P

lo (cm) lv (cm) lo (cm) lv (cm) lo (cm) lv (cm) lo (cm) lv (cm)

1 5,9 4,2 6,3 4,9 4,8 4,8 5,3 4,9

2 5,8 4,5 6,2 5,1 4,7 4,3 5 4,9

3 5,4 4,3 6,6 4,9 4,5 4,8 5,2 4,7

4 5,9 4,4 6,6 4,9 4,8 4,2 5 4,8

5 5,9 4,2 6,5 4,9 4,9 4,1 5,1 4,6

6 5 4,3 6,5 4,9 4,4 4,4 5 4,7

7 5,4 4,4 6,5 5,3 4,6 4,4 5,6 4,9

8 5,6 4,2 6,3 4,8 4,4 4,5 5,1 4,7

9 5,6 4 6,3 5,5 4,6 4,4 5,5 5,1

10 5,5 4,1 6,2 5,3 4,7 4,4 5,4 5,2

0 5,5 4,5 6,3 4,7 4,5 4,8 5 4,8

12 6 4,3 6,2 4,7 4,7 4,3 4,9 4,8

13 6 4,1 6,4 5 4,9 4,7 5,6 4,9

14 5,5 4,3 6,6 5,1 4,6 4,2 5 4,7

15 5,6 4,2 6,5 4,8 4,6 4 5,1 4,7

16 6 4 6,3 4,7 4,6 4,5 5,4 5

x̄ [cm] 5,7 4,3 6,4 5,0 4,6 4,4 5,2 4,8

s [cm] 0,3 0,2 0,1 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

CV [%] 5,0 3,6 2,3 4,7 3,3 5,6 4,5 3,4

Preglednica A4: Meritve pretoka zraka (qv), povprečna vrednost meritev (x̄), standardno odstopanje (s) in koeficient variacije (CV) proučevanih vzorcev

Št. meritev Vzorec

CO CO_P PA PA_P

qv (l/min) qv (l/min) qv (l/min) qv (l/min)

1 264,3 21,2 206,2 125,3

2 265,5 22,1 207,6 125,3

3 267,9 23,5 203,8 125

4 266,7 22,9 205,5 125,3

5 267,9 21,1 207,6 125

6 267,9 23,4 206,2 126,8

7 269,1 22 204,8 126,8

8 259,7 23,4 205,5 126,1

9 259,7 21,9 206,2 126,3

10 262 22 207,6 126,3

x̄ [l/min] 265,1 22,4 206,1 125,8

s [l/min] 3,5 0,9 1,3 0,7

CV [%] 1,3 4 0,6 0,6

Preglednica A5: Meritve pretržnega raztezka (pr) in pretržne sile (Fpr) vzorcev nepotiskanega in potiskanega bombaža v smeri osnovnih in votkovnih niti, povprečna vrednost meritev (x̄), standardno odstopanje (s) in koeficient variacije (CV)

Št.

meritev

CO_osnova CO_votek CO_P_osnova CO_P_votek

Fpr [N] ^pr [%] Fpr [N] ^pr [%] Fpr [N] ^pr [%] Fpr [N] ^pr [%]

1 363,72 11,38 203,70 13,91 375,78 10,98 200,58 13,1 2 373,74 11,79 212,44 13,30 388,83 12,29 200,65 12,90 3 387,13 12,60 208,22 13,40 391,01 12,19 199,12 13,90 4 366,09 13,10 219,70 13,70 387,84 12,28 220,64 14,70 5 380,58 11,89 211,66 12,80 386,27 12,49 215,08 13,80 6 379,09 11,28 213,37 12,69 367,84 12,09 210,77 14,91 7 388,35 12,89 211,88 12,90 392,76 11,98 225,01 14,11 x̄ 376,96 12,13 211,57 13,24 384,33 12,04 210,27 13,92

s 9,62 0,73 4,89 0,47 9,10 0,50 10,48 0,75

CV [%] 2,55 6,02 2,31 3,52 2,37 4,11 4,98 5,36

Preglednica A6: Meritve pretržnega raztezka (pr) in pretržne sile (Fpr) vzorcev nepotiskanega in potiskanega poliamida v smeri osnovnih in votkovnih niti, povprečna vrednost meritev (x̄), standardno odstopanje (s) in koeficient variacije (CV)

Št.

meritev

PA_osnova PA_votek PA_P_osnova PA_P_votek

Fpr [N] ^pr [%] Fpr [N] ^pr [%] Fpr [N] ^pr [%] Fpr [N] ^pr [%]

1 346,06 44,54 314,68 47,66 362,13 34,66 289,41 41,32 2 335,84 42,91 327,28 48,77 358,42 36,77 290,12 45,42 3 339,41 38,69 333,43 48,87 362,68 37,68 284,20 43,32 4 357,76 43,82 306,69 40,99 363,11 38,78 305,97 45,85 5 334,98 43,12 336,69 50,69 368,82 41,11 300,25 46,24 6 328,24 42,81 325,91 48,35 372,97 39,88 298,80 49,26 7 362,26 45,65 301,08 49,28 357,61 38,17 304,21 50,98 x̄ 342,81 42,62 320,82 47,80 366,38 38,21 296,14 46,06

s 11,61 2,39 13,58 3,15 6,55 2,11 8,27 3,29

CV [%] 3,39 5,61 4,23 6,58 1,79 5,52 2,79 7,14