ABD’de yılda üretilen 7,5 milyon balya pamukunun yarısından fazlası giyim üretiminde kullanılacak. Pamuk kumaşını pürüzsüz, su itici ve kırışmaya karşı dirençli hale getirmek için kullanılan bitiş teknikleri çevreye ve kullanıcıya zararlı olabilir.
Şimdi, araştırmacılar, pamuklu kumaşları bitirirken genellikle sonsuza dek kimyasallar olarak adlandırılan formaldehit ve formaldehit ve formaldehit ve perifloroalkil maddeleri (PFA) için daha güvenli bir alternatif olarak pamuk tohumu yağını kullanmak için bir yöntem öneriyorlar.
North Carolina Eyalet Üniversitesi’nde (NC Eyaleti) yüksek lisans öğrencisi olan Taylor Kanip, sonuçlarını 17-21 Ağustos tarihlerinde düzenlenen Amerikan Kimya Derneği’nin (ACS Güz 2025) sonbahar toplantısında sundu.
Pamuk hasat etme ve tekstil için kumaş oluşturma işlemi, pamuklu kozalağın incecik selüloz liflerinin toplanmasını, liflerde serpiştirilmiş pamuk tohumlarının çıkarılmasını, pamuğun ipliğe döndürülmesi, ipliğin kumaşa örülmesini ve daha sonra kumaşın fiziksel özelliklerini değiştiren, örneğin veya kırışık dirençli çeşitli kimyasallarla bitirilmesini içerir.
Formaldehit bazlı reçineler geleneksel olarak kumaş bitirme ajanı olarak kullanılmıştır. Yapışkan reçine, uzun selüloz liflerini kırışmaya veya germeye dirençli hale getirmek için kimyasal köprüler oluşturarak pamuklu selüloz liflerine kolayca bağlanır.
Formaldehit ucuz, kullanımı kolay ve oldukça reaktif olsa da, yüksek konsantrasyonlarda sınıf 1 kanserojen olarak kabul edilir. Formaldehit ayrıca cilt ve solunum tahrişlerine neden olabilir.
Flor içeren su itici kaplamalar, pamuklu kumaş suya dayanıklı hale getirmek için hidrofobik bir yüzey oluşturur. Bununla birlikte, bu kaplamalar perflorooktan sülfonat ve perflorooktanoik asit gibi PFA’lar içerir ve kalıcı doğaları ve sağlık koşullarına potansiyel bağlantıları nedeniyle aşamalı olarak kaldırılmaktadır.
NC Eyaletinde orman biyomalzemeleri, kağıt bilimi ve mühendislik profesörü olan Richard Venditti tarafından yönetilen bir grup olan pamuk kumaş bitirmede formaldehit bazlı reçineler ve PFA ihtiyacını ortadan kaldırmak için, pamuk bitkisinin tohum yağı kimyasal olarak değiştirilerek yeşil bir alternatif yaratmaya başladı.
NC State, Kanipe, Venditti ve meslektaşlarında önceki araştırmalara dayanarak, yağ moleküllerini oluşturan uzun karbon zincirleri boyunca epoksi gruplarını eklemek için pamuk tohumu yağındaki spesifik kimyasal özelliklerden yararlandı.
Epoksit grubu, epoksidize pamuk tohumu yağı (ECSO) moleküllerinin, pamuk kumaştaki selüloz lifleri ve birbirleriyle güçlü kimyasal bağlar oluşturmasına izin verir, bir polimer oluşturur ve kumaş hidrofobik hale getirir. Epoksi grupları ayrıca selüloz lifleri arasında yağ molekülü köprüleri oluşturur, bu da kumaşın kırışmaya karşı dirençli hale getirilir.
Kumaş sonlandırmaya ek olarak, ECSO, pamuk lifleriyle birlikte hasat edilen pamuk tohumu için bir kullanım sağlayabilir, bu da onu ucuz, kullanımı kolay ve formaldehit reçineleri olarak etkili hale getirebilir.
“Epoksidize bitkisel yağların bir dizi uygulaması var,” diye açıklıyor Kanip. “Yerli pamuk tohumu yağı formaldehit bazlı reçinelerin reaktivitesinden yoksun olsa da, bu basit epoksidasyon işlemi, dayanıklı pres bitişleri gibi uygulamalar için daha güvenli, daha kullanıcı dostu bir alternatif üretir.”
Araştırmacılar, ECSO moleküllerinin kumaşın yüzeyine başarıyla bağlanmasını sağlamak için bir tür kızılötesi spektroskopi kullanılarak ECSO ile tedavi edilen kumaşı tarttı ve kimyasal olarak analiz ettiler. Bitmiş kumaşın su itici niteliklerini değerlendirmek için, araştırmacılar su damlacıklarının pamuk yüzeyi ile etkileşime gireceği temas açısını ölçmek için yüksek hızlı bir kamera kullandılar.
Su damlası ile kumaşın yüzeyi arasındaki açı ne kadar büyük olursa, su direnci o kadar büyük olur. Tedavi edilmemiş kumaş, temas açısı göstermedi (başka bir deyişle, su kumaşa tamamen emildi), ECSO ile tedavi edilen kumaş 125 derecelik bir temas açısı gösterdi, bu da su tutma kabiliyetinde önemli bir artış gösterdi.
Gelecekteki çalışmalar, gözyaşı gücü, dayanıklılık ve kırışıklık direnci dahil olmak üzere ECSO ile tedavi edilen pamuk kumaştaki ek performans faktörlerini ölçecektir. Ekibin nihai hedefi, pamuğu, tehlikeli bitirme maddeleri gerektirmeyen yeşil bir süreç olan ECSO su emülsiyonu ile tedavi etme süreci yaratmaktır.
Venditti, “Pamuk kumaşının özelliklerini değiştirme hedefimize ulaşabilirsek-anti-kırışıklık, anti-boyama ve suya dayanıklı bir işlem yaparak-su bazlı bir işlemi kullanarak, formaldehit ve PFAS bazlı kaplamaların yerine biyo bazlı bir malzemeyi pamuğa koymak için yeşil bir işlemimiz olacak” diyor Venditti.
