BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ ĐỀ TÀI KHKT 2010

1/ Cơ quan chủ trì:

Phân Viện Dệt-May Tại Thành phố Hồ Chí Minh

Địa chỉ : 345/128A Trần Hưng Đạo, Quận 1, Tp. HCM

2/ Tên đề tài:

“Ứng dụng công nghệ Nano trong hoàn tất vải tơ tằm chống bụi, chống

thấm nước”

Thực hiện theo hợp đồng KHCN số 094.10RD/HD-KHCN ký ngày 25 tháng 02 năm 2010 giữa Bộ công thương và Phân Viện Dệt May tại TP.Hồ Chí Minh.

3/ Chủ nhiệm đề tài: KS. Nhữ Thị Việt Hà

4/ Cán bộ phối hợp nghiên cứu đề tài:

Nguyễn Anh Kiệt

ThS. Dệt May

Phạm Thị Mỹ Giang

Kỹ sư sợi –dệt

Lê Đức Lộc

Kỹ sư hóa nhuộm

5/ TP. Hồ Chí Minh – Tháng 12 năm 2010

1

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ nano được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực: thông tin, sinh học, điện tử, chế tạo máy, nông sản, thực phẩm, vũ trũ... và cả ngành dệt may.

Trong ngành dệt may, công nghệ nano được ứng dụng để xử lý xơ, sợi, vải tạo thêm một số chức năng cải tiến các thuộc tính bề mặt như: kháng khuẩn, chống

bụi, bẩn, chống thấm nước, chống mùi hôi, chống tia UV... Riêng đối với các

sản phẩm tơ tằm, đã có một số nước ứng dụng công nghệ này trong đó Ý là quốc

gia tiên phong trong việc ứng dụng công nghệ nano để xử lý mặt hàng tơ tằm tạo

ra được sản phẩm có chất lượng cao.

Hiện nay chưa có đơn vị nào trong nước nghiên cứu về công nghệ nano trong

hoàn tất vải tơ tằm chống bám bẩn, chống thấm nước.

Năm 2010, với sự chấp thuận, đồng ý của Bộ Công Thương, Phân Viện Dệt

May đã thực hiện nghiên cứu Ứng dụng công nghệ Nano trong hoàn tất vải tơ tằm chống bụi, chống thấm nước. Sản phẩm ra đời tạo thêm sự đa dạng cho

các sản phẩm của ngành dệt may Việt Nam, nâng cao tính cạnh tranh cho ngành,

đáp ứng được nhu cầu về chất lượng, thời trang cho người tiêu dùng.

2

MỤC LỤC

Chương 1. Nghiên cứu lý thuyết.......................................................... 5

A./ Xử lý hoàn tất chống thấm – chống bẩn........................................ 5

I. Giới thiệu.......................................................................................... 5

II. Cơ chế ............................................................................................. 7

III. Hóa học chống thấm nước và chống dầu – chống bám bụi ...... 11

B./ Tổng quan về công nghệ nano...................................................... 14

I. Giới thiệu........................................................................................ 14

II. Ứng dụng công nghệ nano trong hoàn tất cao cấp hàng dệt ...... 16

1. Công nghệ nano trong dệt may..................................................... 16

2. Các công nghệ xử lý hoàn tất vải phổ biến đang được ứng dụng 21

3. Cơ chế, quy trình, khuynh hướng trong tương lai ...................... 23

Chương 2. Thực nghiệm .................................................................... 29

A./ Sản xuất vải tơ tằm...................................................................... 29

Qui trình ............................................................................................ 29

Thiết bị sử dụng.................................................................................. 29

I.Sản xuất sợi xe mộc......................................................................... 29

II. Chuội sợi tơ tằm ........................................................................... 32

III. Nhuộm sợi tơ tằm........................................................................ 34

IV. Dệt................................................................................................ 36

B./ Hoàn tất chống thấm- chống bám bẩn cho vải tơ tằm............... 42

1. Lựa chọn hóa chất ......................................................................... 42

2. Những vấn đề cần quan tâm trước khi xử lý chống thấm và chống bẩn...................................................................................................... 45

3. Thử nghiệm.................................................................................... 46

Chương 3. Kết quả và Bình luận ...................................................... 52

KẾT LUẬN và KIẾN NGHỊ............................................................. 55

Phụ lục

Tài liệu tham khảo

3

4

TÓM TẮT NHIỆM VỤ

1. Tóm tắt nhiệm vụ:

- Mục tiêu của đề tài là ứng dụng công nghệ nano trong xử lý hoàn tất mặt

hàng tơ tằm tạo thêm các chức năng mới cho sản phẩm này nhằm nâng cao

sức cạnh tranh của sản phẩm.

- Phạm vi đề tài:

+ Xây dựng quy trình công nghệ, thông số, thiết bị phù hợp ứng dụng công

nghệ nano trong xử lý hoàn tất vải tơ tằm.

+ Tạo ra mặt hàng vải tơ tằm có chức năng chống thấm nước, chống bám bẩn.

2. Nội dung đề tài:

- Tổng quan về nguyên lý chống bụi và chống thấm nước của vật liệu dệt

- Tổng quan về ứng dụng công nghệ nano trong hoàn tất vải.

- Nghiên cứu công nghệ nano trong hoàn tất vải tơ tằm chống bụi.

- Nghiên cứu công nghệ nano trong hoàn tất vải tơ tằm chống thấm nước.

- Ứng dụng công nghệ nano trong hoàn tất vải tơ tằm để sản xuất thử vải

chống bụi, chống thấm nước Đánh giá kết quả, khả năng ứng dụng công

nghệ.

- Tổng kết, viết báo cáo.

- Phương pháp phân tích hệ thống.

- Phương pháp lịch sử, kế thừa những thành quả nghiên cứu.

3. Phương pháp nghiên cứu:

4

- Phương pháp tham dự, phương pháp chuyên gia.

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

A./ XỬ LÝ HOÀN TẤT CHỐNG THẤM NƯỚC, CHỐNG BÁM BẨN

I. Giới thiệu

Định nghĩa: tính kỵ nước (chống thấm) là khả năng đẩy nước ở dạng giọt

trên bề mặt vải. Quá trình xử lý vải kỵ nước (chống thấm) bảo vệ vải và người sử

dụng nó khỏi bị ướt nhưng không ảnh hưởng tới khả năng thoáng khí của vải. Tính

kỵ nước (chống thấm) khó xác định hơn do có nhiều cách kiểm tra cả tĩnh và động

để đo khả năng chống thấm nước. Khả năng kháng nước của vải phụ thuộc vào

bản chất của bề mặt xơ, tính xốp của vải. Điều quan trọng là cần phải phân biệt

giữa (water –repellent) và (water –proof fabric). Tính kỵ nước của vải khác với

tính không thấm ướt của vải (waterproofing) đạt được nhờ quá trình tráng phủ

màng chặt chẽ trên vải gắn liền với việc giảm khả năng thoát khí và hơi nước.

Theo quan điểm khoa học, tính kỵ nước của vải được xác định thông qua sự

khác nhau về năng lượng bề mặt giữa vải và chất lỏng. Một chất rắn sẽ đẩy một

giọt chất lỏng trên bề mặt nó khi chất lỏng có sức căng bề mặt cao hơn. Sự khác

nhau về sức căng bề mặt được đo qua góc tiếp xúc của giọt chất lỏng với bề mặt

vải: góc tiếp xúc cao nghĩa là có sự khác nhau lớn về sức căng bề mặt giữa chất

lỏng và vải. Nói cách khác là vải có tính kỵ nước cao.

Water repellent fabric: vải có nhiều lỗ hổng và có khả năng thoáng khí, thoát

hơi nước. Water repellent fabrics sẽ cho phép nước truyền qua vải khi áp lực thủy

5

tĩnh đủ cao.

Water –proof fabric: có khả năng chống thấm nước dưới áp lực thủy tĩnh cao

hơn nhiều so với vải water –repellent fabrics. Loại vải này có ít lỗ hổng hơn và khả

năng thoáng khí, thoát hơi nước cũng kém hơn.

Xử lý hoàn tất kỵ nước, dầu mỡ hay những vết bẩn khô là những vấn đề rất

quan trọng với thị trường dệt may: trang phục, hàng dệt dùng trong gia đình và dệt

kỹ thuật. Tính kỵ nước đạt được khi sử dụng các nhóm sản phẩm khác nhau,

nhưng tính kỵ dầu thì chỉ có thể đạt được khi sử dụng các polyme florocacbon.

Chúng đã được biến đổi để có một dãy rộng các tính chất để đáp ứng các yêu cầu

của người tiêu dùng và những mục đích nào đó. Đây là một phát triển mới đáng

quan tâm nhất trong xử lý hoàn tất hóa học.

Xử lý kỵ nước (water-repellent finish) là xử lý đã có từ lâu. Mục đích của xử

lý này như bản thân tên gọi của nó. Những giọt nước không lan chuyền trên bề mặt

vải và không làm ướt vải. Chúng chỉ nằm trên mặt vải và dễ rũ trôi. Tương tự, xử

lý kỵ dầu ( oil- repellent finish) ngăn cản những giọt dầu lỏng trên vải đã xử lý.

Theo cách tương tự, xử lý kỵ bẩn cũng bảo vệ cho vải không bị bẩn ở dạng khô

cũng như ướt. Trong tất cả các trường hợp, thì độ thoáng khí của vải xử lý không

bị giảm đáng kể.

Cùng với những hiệu ứng mong muốn, vải xử lý còn có các tính chất không

mong muốn khác như vấn đề tĩnh điện, giặt khó loại bỏ sạch bẩn, cảm giác sờ tay

cứng, vải bị xấu đi (do bụi bẩn bám trở lại) trong quá trình giặt nước và tăng khả

năng bốc cháy. Một vài tính chất của vải thường được cải thiện bằng việc xử lý này đó là khả năng chống nhàu có độ bền cao hơn, nhanh khô, dễ là, tăng khả năng chịu đựng được axít, bazơ và các loại hoá chất khác. Bảng 3 cho thấy những ứng

6

dụng điển hình trong ngành dệt cho loại vải xử lý và những yêu cầu của chúng.

Bảng 1: Những mặt hàng dệt tiêu biểu và các yêu cầu của chúng khi xử

lý chống thấm nước, thấm dầu và bám bẩn.

Loại sản phẩm OR WR DS SR CF AS H P

+ +++ 0 + +++ ++ + +

+++ +++ ++ +++ ++ +++ + +

+++ ++ +++ ++ +++ +++ + +

+ +++ +++ 0 0 0 0 +

++ +++

Quần áo thể thao, quần áo mặc thoải mái Quần áo đồng phục, quần áo làm việc Vải dùng trong ô tô và vải bọc Vải mành rèm, màn cửa, vải bạt Vải trải bàn, trải giường Thảm +++ ++ ++ ++ +++ 0 + ++ 0 ++ + +++ 0 +

(Trong đó: Kỵ dầu = OR; kỵ nước = WR; kỵ bẩn khô = DS; nhả bụi bẩn = SR, độ bền ma sát = CF; chống tĩnh điện = AS; cảm giác sờ tay = H, độ ổn định = P).

II. Cơ chế

Công nghệ xử lý kỵ nước, kỵ dầu hay bụi bẩn đạt được những đặc tính này

bằng cách giảm năng lượng tự do trên bề mặt xơ. Nếu như lực tương tác bám dính

giữa xơ với giọt chất lỏng có trên xơ lớn hơn lực tương tác dính kết bên trong chất

lỏng thì khi đó giọt nước này sẽ loang ra. Nếu như lực tương tác bám dính giữa xơ

với giọt chất lỏng nhỏ hơn lực tương tác dính kết bên trong chất lỏng này thì giọt

nước sẽ không bị loang. Những bề mặt mà tạo ra lực tương tác với chất lỏng thấp

là do năng lượng bề mặt thấp. Năng lượng bề mặt tới hạn hay sức căng bề mặt của

chúng c phải nhỏ hơn so với sức căng bề mặt của chất lỏng L (lực tương tác kết

dính bên trong) thì có khả năng chống thấm nước, bám dầu, bụi bẩn. L của nước,

ở 73mNm-1 gấp 2 đến 3 lần L của dầu (20- 35mNm-1). Vì thế, xử lý hoàn tất

chống bám dầu mỡ với florocacbon (c= 10- 20mNm-1) luôn đạt được độ chống

thấm, nhưng với những sản phẩm không chứa flo, chẳng hạn như silicon (C= 24-

30mNm-1) thì sẽ không chống lại được dầu mỡ. Những bề mặt có năng lượng thấp

7

cũng cung cấp một biện pháp để chống bám bẩn khô bằng cách tránh không cho

những hạt bụi bẩn kết dính chặt lên trên bề mặt xơ. Lực tương tác thấp này cho

phép các hạt bụi bẩn dễ dàng bị đánh bật và loại ra khỏi bề mặt xơ bằng tác động

cơ học.

Khi một giọt dung dịch rơi trên mặt chất rắn sẽ không lan trải ra mà được

cho rằng hình dạng giọt dung dịch sẽ không thay đổi và được biểu thị bằng góc θ,

được gọi là góc tiếp xúc. Góc tiếp xúc θ là tính chất đặc trưng của sự tương tác lẫn

nhau giữa dung dịch và chất rắn; Vì vậy, góc tiếp xúc cân bằng khi chất lỏng thấm

ướt chất rắn. Như hình 1 mô tả , lực tương tác giữa chất lỏng và hơi nước, chất

lỏng và chất rắn, chất rắn và hơi nước, tất cả đều là yếu tố để xác định chất lỏng có

dàn trải trên bề mặt nhẵn của chất rắn hay không. Sự cân bằng được thiết lập giữa

các lực này được xác định khi góc tiếp xúc θ bằng không.

Hình 1. Mô tả lực tương tác giữa chất lỏng - chất rắn - hơi nước

L/V = năng lượng mặt phân giới giữa chất lỏng/ hơi nước

S/L = năng lượng mặt phân giới giữa chất rắn/ chất lỏng

S/V = năng lượng mặt phân giới giữa chất rắn/ hơi nước

θ = góc tiếp xúc cân bằng

Công tách kết dính:

Công tách kết dính giữa chất lỏng và chất rắn đước tính bằng phương trình

Dupre:

8

W= γS/V + γL/V – γ S/L

Giọt dung dịch rơi trên bề mặt nhẵn của chất rắn sẽ chịu tác dụng của lực

cân bằng, được biểu diễn bằng phương trình Young:

γS/V = γ S/L + γL/V Cosθ

Mối quan hệ giữa công tách kết dính và góc tiếp xúc:

WA= γL/V (1+ Cosθ)

Năng lượng mặt phân cách giữa chất lỏng và hơi nước có thể được xác định

trực tiếp, nhưng năng lượng mặt phân cách giữa chất rắn và không khí thì không

thể tính trực tiếp. Theo phương trình trên, khi góc tiếp xúc tiến về 180 độ, công

tách kết dính sẽ tiến về không, và giọt chất lỏng sẽ không dính. Khi góc tiếp xúc tiến về không, công tách kết dính sẽ tăng lên và tiến về giá trị cực đại, 2 γL/V . Sức căng bề mặt của chất lỏng sẽ trải ra trên chất rắn (θ = 0).

Quan sát góc tiếp xúc trong điều kiện lý tưởng, bề mặt chất rắn trơn nhẵn.

Gần như tất cả các bề mặt đều có độ nhám, độ nhám làm thay đổi mạnh mẽ đến

góc tiếp xúc. Góc θ ≥ 90 độ trên bề mặt nhẵn sẽ cho kết quả góc tiếp xúc cao hơn

nhiều trên sản phẩm dệt may. Góc tiếp xúc nhỏ hơn 90 độ sẽ cho phép giọt dung

dịch thấm nhanh vào vải. Hiện tượng này được dùng để ứng dụng trong xử lý

chống thấm cho vải.

Nước tinh khiết có sức căng bề mặt cao là 72 dyn/cm và nó bị đẩy bởi nhiều

loại vật liệu. Với hầu hết các chất lỏng khác, chất nền phải có sức căng bề mặt thấp

hơn để có được tính đẩy dung dịch đó. Nói chung cấu trúc hóa học của chất hoàn

tất sẽ giới hạn sức căng bề mặt vật liệu có thể thấp, nhưng các thông số của quá trình hoàn tất đóng vai trò quan trọng. Sức căng bề mặt của một số vật liệu như sau:

- Nước cất: 72dyn/cm

- Bông: 60 dyn/cm

- Polyester: 46 dyn/cm

9

- Parafin: 26 dyn/cm

- Axit béo: 22 dyn/cm

- Axit béo florinat: 15 dyn/cm

- Axit béo perflorinat: 10 dyn/cm

Các phương pháp tạo ra vải kỵ nước:

- Sự dụng các loại xơ kỵ nước: PA, PE..

- Sử dụng các kiểu dệt có cấu trúc chặt chẽ, có mật độ cao

- Hoàn tất cơ học: bề mặt mượt, bóng kháng nước tốt hơn bề mặt ráp, xổ lông

- Hoàn tất hóa học: xử lý vải với các chất kỵ nước.

Có một vài phương pháp khác nhau để đưa những bề mặt có năng lượng thấp

lên sản phẩm dệt:

+ Cách thứ nhất là bằng phương pháp cơ học đưa các sản phẩm chống thấm

nước vào trong hoặc trên xơ và bề mặt vải, trong lỗ chân xơ, trong những khoảng

trống giữa xơ và sợi.

+ Một cách khác nữa đó là bằng phản ứng hoá học của vật liệu chống thấm

nước, bám dầu hay bụi bẩn với bề mặt của xơ.

+ Cách cuối cùng đó là sử dụng các cấu trúc vải đặc biệt chẳng hạn như

những tấm màng mỏng polytêtrafloroêtylen được kéo căng (Goretex), màng mỏng

của polyeste có thể thấm nước (Sympatex) và tráng phủ vi xốp (các polyurêtan

10

biến tính thấm nước).

III. Hóa học chống thấm nước, thấm dầu và bám bụi

1. Chống thấm kiểu parafin:

Trước đây đã có một phương pháp được sử dụng nhưng mới chỉ chống thấm

nước chứ chưa chống thấm được dầu. Những sản phẩm điển hình là các nhũ tương

có chứa muối nhôm hay ziriconi của các axít béo (thường là axít stêaríc). Lượng

parafin trong hỗn hợp chống thấm, chống bẩn sẽ bị hút tới khu vực không thấm

nước, trong khi đó những đầu có cực của các axít béo được hút tới các muối kim

loại trên bề mặt xơ.

Công nghệ hoàn tất này có thể được dùng cho cả hai kiểu tận trích và ngấm

ép. Chúng tương thích với hầu hết các kiểu hoàn tất nhưng lại làm tăng tính dễ bốc

cháy. Mặc dù những nguyên liệu sẵn có với giá thành tương đối thấp, tạo ra được

hiệu ứng chống thấm nước đồng nhất song với nhược điểm ít bền với giặt giũ và

giặt khô, mức độ thấm nước và không khí kém nên đã hạn chế việc sử dụng kiểu

hoàn tất chống thấm, chống bám bẩn kiểu parafin.

2. Công nghệ chống thấm, chống bám bẩn dùng axít mêlamin stêaríc:

Các hợp chất được tạo thành bằng phản ứng của axít stêaríc và formalđêhyt

với mêlamin tạo ra một phân lớp khác của loại nguyên liệu chống thấm nước. Tính

chất không thấm hút của các nhóm axít stêaríc tạo ra được khả năng chống thấm

nước, trong khi đó những nhóm N-mêtylen còn lại có thể phản ứng với xenlulô

hoặc với (liên kết ngang) khác để tạo được hiệu quả lâu dài.

Ưu điểm của kiểu chống thấm, chống bẩn bằng mêlamin axít stêaríc là làm

tăng độ bền với giặt có cảm giác sờ tay tốt với vải đã được xử lý. Một số sản phẩm

loại này có thể được ứng dụng hiệu quả bằng cách xử lý theo phương pháp tận

11

trích.

Nhược điểm của kiểu xử lý chống thấm, chống bám bẩn mêlamin axít stêaríc

là có những vấn đề tương tự như với xử lý hoàn tất là tạo nếp bền (xu hướng tạo ra

finish mark-off), giảm độ bền xé rách và khả năng chống mài mòn của vải, làm

biến đổi ánh màu của vải đã nhuộm, thải ra chất formalđêhyt).

3. Xử lý chống thấm kiểu silicôn:

Để có thể đạt được một vài tiêu chuẩn về độ bền, loại silicôn dùng để xử lý

chống thấm thường gồm có ba thành phần, đó là: silanol, silane và chất xúc tác,

chẳng hạn như octoate thiếc.

Ưu điểm của xử lý chống thấm nước kiểu silicôn là tạo khả năng chống thấm

nước cao với trọng lượng của sự cô đặc vải (fabric concentration) tương đối thấp

(0,5- 1%), cảm giác sờ tay rất mềm mại, tăng khả năng may và duy trì được hình

dáng, cải thiện vẻ đẹp ngoại quan và cảm giác của loại vải cào tuyết. Một số kiểu

chống thấm kiểu silicôn biến tính có thể được tận trích dùng cho (những loại vải dễ

bị ảnh hưởng bởi áp suất).

Nhược điểm của kiểu xử lý chống thấm silicôn đó là làm tăng hiện tượng

nổi hạt xoắn, trượt đường may, giảm khả năng chống thấm nếu như sử dụng số

lượng quá thừa, chỉ làm giảm nhẹ độ bền với giặt và với quá trình giặt khô (hút

các chất hoạt động bề mặt), không chống thấm được dầu mỡ và không chống bám

bẩn được. Hoàn tất dùng silicôn có thể làm tăng độ hấp dẫn với chất bẩn không

thấm hút. Thêm nữa, nước bẩn mà đặc biệt là nước bể bơi còn đọng lại từ những

quy trình ứng dụng hoàn tất này có thể độc hại cho loài cá.

4. Xử lý chống thấm, chống bám bẩn florocacbon

Florocacbon (FC) làm cho các bề mặt của xơ có năng lượng bề mặt thấp

nhất cho các kiểu hoàn tất chống thấm, chống bám bẩn đang được ứng dụng với

12

việc đạt được cả hai khả năng chống thấm nước và chống dầu mỡ. Xử lý chống

thấm, chống bám bẩn FC được tổng hợp lại bằng việc phối hợp các nhóm alkyl

perfloro vào trong các monomer acrylic hay urêtan để sau đó có thể được polyme

hoá để thực hiện các quy trình hoàn tất vải.

Những ưu điểm chung của kiểu hoàn tất chống thấm, chống bẩn florocacbon

gồm có: sự tăng có hoạt tính thấp (< 1% owf), vải được xử lý sấy khô nhanh hơn.

Các FC đặc biệt cho phép cải thiện được mức độ nhả bẩn trong quá trình giặt hoặc

chống bám bụi trên nylon, đặc biệt có tác dụng với loại vải thảm. Nhược điểu của

kiểu hoàn tất này là giá thành cao, vải bị xám màu trong qúa trình giặt, độ may rủi

cao và cần phải có xử lý đặc biệt với nước thải dùng trong quá trình xử lý. Trong

thực tế là chúng thường không được sử dụng hiệu quả bằng phương pháp tận trích

(nhưng hiện có một vài sản phẩm FC mới nằm ngoài quy luật này).

Các FC sấy ở nhiệt độ thấp là một sự phát triển mới khác nữa. Chúng có thể

đạt được độ chống thấm, chống bám bẩn mà không cần nhiệt, chỉ sau khi phơi

trong điều kiện nhiệt độ phòng. Đây là một lợi điểm cho việc ngấm ép các loại

quần áo, vải bọc và các loại vải thảm. Một nhược điểm không thể tránh được đó là

độ bền thấp do không có việc gắn kết bằng các liên kết ngang.

Đánh giá tổng quát về tầm quan trọng của công nghệ hoàn tất FC trong ba

lĩnh vực thị trường đó là trong may mặc, trong hàng tiêu dùng và trong lĩnh vực

hàng dệt kỹ thuật đã được Otto đưa ra. Nhóm chủ yếu những mặt hàng dệt chống

thấm nước đó là những loại vải microfiber được xử lý hoàn tất với các polyme

florocacbon. Một nhóm những mặt hàng được xử lý FC đặc biệt là các loại vải chống đạn, có khả năng bảo vệ khỏi đạn súng, mảnh gỗ, đá, kim loại. Chúng có một vài lớp vải dệt para- aramid, được xử lý kỹ với các polyme florocacbon. Do

13

không có khả năng chống thấm nước nên loại vải này sẽ bị mất khả năng bảo vệ khi bị ẩm ướt (hiệu ứng trượt của nước).

B./ TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NANO

I. Giới thiệu:

Nano có nghĩa là nanomét (ký hiệu: nm) bằng một phần tỷ mét

(1/1.000.000.000 m), một đơn vị đo lường để đo kích thước những vật cực nhỏ. Cơ

cấu nhỏ nhất của vật chất là nguyên tử có kích thước: 0,1 nm, phân tử là tập hợp

của nhiều nguyên tử: 1 nm, vi khuẩn: 50 nm, hồng huyết cầu: 10.000 nm, tinh

trùng: 25.000 nm, sợi tóc: 100.000 nm, đầu cây kim: 1 triệu nm và chiều cao con

người: 2 tỷ nm.

Khoa học và công nghệ nano (nanoscience and nanotechnology) là một bộ

môn khảo sát, tìm hiểu đặc tính những vật chất cực nhỏ, để thao tác (manipulate),

chồng chập những vật chất này, xây dựng vật thể to hơn. Người ta gọi phương

pháp xây dựng từ vật nhỏ đến vật to và to hơn nữa là phương pháp "từ dưới lên"

(bottom-up method). Sự xuất hiện của khoa học và công nghệ nano đang cách

mạng lề lối suy nghĩ và phương pháp thiết kế toàn thể các loại vật liệu.

Vật liệu nano là các vật liệu có chứa một vùng vô định hình có kích thước

nano được kiểm soát. Ví dụ đơn giản nhất là một loại bột gồm các hạt có đường

kính giữa 1 và 100 nm (hạt nano). Có thể sản xuất được hạt nano bằng quá trình

tổng hợp ở pha khí. Các nguyên tử mong muốn được bốc hơi từ một bề mặt tạo

nên khí mật độ cao. Việc làm lạnh khí đem lại các hạt nano giống như các giọt

mưa trong một đám mây. Kích thước hạt có thể được kiểm soát tương đối tốt bằng

các thông số của quá trình. Có thể tổng hợp các hạt nano ở dạng dung dịch bằng

các kỹ thuật cổ truyền từ công nghệ hoá học chất keo (công nghệ của các hạt có kích thước giữa 1 và 1000 nm). Trong trường hợp này các hạt nano tăng kích

thước lên thành các phân tử nhỏ tụ lại với nhau thành dung dịch siêu bão hoà. Các hạt có thể được tráng với các nhóm chức. Hình dạng và thành phần của chúng có thể kiểm soát được nhưng việc kiểm soát kích thước khó hơn khi tổng hợp ở pha

khí. Có thể thu được các hạt nano đã được tổng hợp bằng cách bốc hơi hoặc thể

huyền phù kết tủa. Do tỷ số diện tích bề mặt/thể tích lớn nên bột có hoạt tính cao.

14

Do vậy cần cẩn trọng để tránh oxy hoá và cũng tránh mối nguy hại cho sức khỏe

khi sử dụng chúng. Việc chuyển từ các hạt “micro” sang các hạt “nano” có một số

ưu điểm. Trước tiên, diện tích bề mặt tăng lên rất nhiều. Các tính chất của hạt to bị

khống chế bởi các tính chất bề mặt. Ví dụ vật liệu có khả năng hấp thụ ánh sáng

bằng cách tráng các hạt có thuốc nhuộm. Thứ hai là việc giảm kích thước hạt mang

lại cả ưu điểm cơ học và các hiệu ứng lượng tử. Ví dụ sự truyền bị ngăn cản của

các nhiễu loạn mạng tinh thể dẫn tới các kim loại bền và cứng và sự dão khuyếch

tán được tăng cường dẫn tới gốm siêu dẻo dễ kéo sợi trong khi gia công tại nhiệt

độ được nâng dần. Bẫy lượng tử cho phép kiểm soát “các hằng số” của vật liệu,

như được biểu diễn ở sự dịch chuyển màu xanh của quang phổ của các hạt nano.

Vật liệu nano sẽ tìm thấy ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Đã có một số sản

phẩm trên thị trường như dầu chống rám nắng có chứa các hạt nano hấp thụ tia cực

tím và kính đeo mắt có lớp tráng nano chống xước. Trong vòng 10 tới 20 năm vật

liệu nano có thể tạo ra các thành phần sống còn cho các linh kiện điện tử nano dựa

trên hiệu ứng lượng tử như hiện tượng siêu từ. Trong khi đó công nghệ vật liệu

nano được mong đợi phát triển hơn theo hướng công nghệ nano phân tử.

Công nghệ Nano là công nghệ nổi bật đang được ứng dụng trong ngành dệt.

Công việc nghiên cứu và phát triển ứng dụng đang tiến triển trên khắp thế giới,

từng bước thử nghiệm sản xuất các mặt hàng dệt cao cấp bằng cách trực tiếp biến

tính cấu trúc xơ sợi hoặc bằng con đường phối hợp các phân tử Nano trong công

đoạn xử lý hoàn tất.

Theo báo cáo nghiên cứu về thị trường của tổ chức Lux Research (Mỹ) xuất

bản năm 2008, dự đoán doanh thu của thị trường thế giới các sản phẩm ứng dụng từ công nghệ nano sẽ tăng từ 147 tỷ đô la Mỹ năm 2007 lên khoảng 3 ngàn tỷ đô la

Mỹ năm 2015 với tỷ lệ tăng bình quân hàng năm là 46%, trong đó các sản phẩm ứng dụng trong công nghệ vật liệu và công nghệ sản xuất từ 97 tỷ đô la Mỹ lên 1.700 tỷ đô la Mỹ, các sản phẩm ứng dụng trong lĩnh vực điện tử từ 35 tỷ đô la Mỹ

lên khoảng 970 tỷ đô la Mỹ, các sản phẩm ứng dụng trong lĩnh vực y tế từ 15 tỷ đô

15

la Mỹ lên khoảng 310 tỷ đô la Mỹ. Thị trường tiềm năng các sản phẩm ứng dụng

từ công nghệ nano vào năm 2015 sẽ chiếm khoảng 5% tổng sản phẩm của thế giới

hay 15% thị trường sản phẩm công nghiệp toàn cầu.

Trên thế giới các quốc gia đi đầu trong việc nghiên cứu và ứng dụng công

nghệ nano như Mỹ, Đức, Thụy sỹ, Nhật, Hàn Quốc, Trung quốc…Trong đó Đức là

một trong những quốc gia đứng đầu thế giới về nghiên cứu và ứng dụng công nghệ

nano (kinh phí nghiên cứu và phát triển công nghệ nano năm 2007 là 4,7 tỷ euro

với lực lượng lao động 63 ngàn người, và 750 công ty).

II/ Ứng dụng công nghệ Nano trong hoàn tất cao cấp hàng dệt

1/. Công nghệ Nano trong dệt may:

Ứng dụng của công nghệ Nano trong hoàn tất dệt may đã tạo ra những

phương pháp hoàn tất mới cũng như kĩ thuật sản xuất mới. Đặc biệt trong quá trình

hoàn tất hoá học, quy trình dễ điều khiển hơn và chất lượng hoàn hảo hơn.

1.1 Ứng dụng công nghệ nano cho sản phẩm sợi:

Sợi composit có cấu trúc Nano chính là ứng dụng ban đầu về công nghệ nano:

- Sợi Nano cacbon và hạt Nano cacbon

- Sợi Nano cácbon và hạt Nano than đen là những vật liệu phụ gia cấu trúc Nano được sử dụng nhiều nhất. Sợi Nano cacbon có thể nâng cao độ bền đứt của sợi composit một cách rất hiệu quả do đạt được tỉ lệ pha trộn cao, trong khi đó các hạt Nano than đen nâng cao được cảm giác sờ tay và độ bền ma sát. Cả hai loại Nano này đều có tính dẫn điện và bền với hóa chất.

- Hạt Nano đất sét: Các hạt Nano hay các vảy nano đất sét được tạo ra từ một số loại muối nhôm silicat ngậm nước. Các hạt này có tính cách điện, cách nhiệt, bền hóa chất và khả năng ngăn ngừa tia UV. Vì vậy sợi composit được bổ sung các hạt Nano đất sét sẽ có khả năng chống cháy, chống tia UV và chống ăn mòn.

16

- Hạt Nano oxit kim loại: Các hạt Nano TiO2, Al2O3, ZnO và MgO là nhóm các oxit kim loại có khả năng xúc tác quang hóa, dẫn điện, hấp thụ tia UV, oxi hóa

quang học chống lại các tác động sinh học và hóa học. Những nghiên cứu chuyên sâu đã tập trung cho việc xử lý chống khuẩn, tự làm sạch và ngăn ngừa tia UV đối với cả trang thiết bị quân sự và các sản phẩm bảo vệ sức khỏe bằng việc sử dụng các hạt oxit kim loại. Xơ nylon được bổ sung các hạt Nano ZnO có thể nâng cao đặc tính ngăn ngừa tia UV và cũng giảm được hiện tượng tĩnh điện. Xử lý với hỗn hợp Nano TiO2/MgO có thể nâng cao tính khử trùng của xơ composit.

- Nano cacbon hình ống: Nano cacbon hình ống (CNT) là một trong số những dạng cấu tạo Nano có nhiều triển vọng. Độ bền cao hơn nhưng độ dẫn điện lại kém hơn so với các hạt Nano cacbon. Nói chung CNT được chia thành 2 loại: ống các bon một lớp (SWNT) và ống các bon nhiều lớp (MWNT). Những ứng dụng của CNT là xơ sợi composit dẫn điện và có độ bền cao, thiết bị lưu trữ và chuyển đổi năng lượng, cảm biến, làm mực in.

- Nano-Dry: Xử lý hoàn tất nâng cao tính hút nước cho sợi tổng hợp. Công nghệ giúp cải thiện đặc tính hút ẩm của sợi nylon và polyeste, làm cho chúng có tính hút nước. Đó là chất hoàn tất cho trên 50 lần giặt là. Lĩnh vực áp dụng chính là quần áo thể thao và quần áo lót bằng sợi polyeste và sợi nylon vì chúng yêu cầu phải thấm mồ hôi. Một cách xử lí khác là xây dựng một mạng lưới phân tử ba chiều bao quanh sợi (tức là cấu trúc Nano-Net) được gọi là Nano-dry.

- Cấu trúc bọt Nano tạo lỗ trống: Sử dụng các chất phụ gia Nano là một trong những phương pháp thông dụng nhất để sản xuất sợi Nano composit. Một cách xử lý khác đó là tạo ra những lỗ trống kích cỡ Nano trong mạng cấu trúc polyme. Một khối lượng lỗ trống kích cỡ Nano trong vật liệu đã làm cho vật liệu đó nhẹ hơn, cách nhiệt tốt, chống nứt gẫy mà không bị ảnh hưởng đến độ bền cơ lý. ứng dụng rất hiệu quả của công nghệ này là sử dụng các thành phần chức năng đưa vào bên trong những lỗ trống kích cỡ Nano. Xơ có lỗ trống Nano có thể được coi là sản phẩm composit cao cấp được dùng làm dụng cụ thể thao và vật liệu du hành vũ trụ.

17

- Nano-Touch: Tạo ra sự kết hợp tối đa của sợi tổng hợp và bông. Công nghệ hoàn tất này tạo ra một lớp cellulozơ bền phủ lên bề mặt xơ tổng hợp. Vỏ bọc cellulozơ và lõi tổng hợp cùng nhau tạo thành một cấu trúc đồng tâm, có tác dụng làm giảm những hạn chế của sợi tổng hợp như là tĩnh điện, cảm giác sờ

tay không tự nhiên và độ sáng bóng. Nó có thể bền với sau 50 lần giặt là. Công nghệ Nano-Touch, công nghệ hoàn tất được mong đợi để làm tăng trở lại nhu cầu dùng sợi tổng hợp vi mảnh, bao gồm sợi crếp, vải the và nhiễu, và mang lại khả năng phục hồi những mặt hàng này.

- Sợi xenlulô bao bọc sợi tổng hợp và nylon siêu mịn, độ săn cao. Trong khi sợi bông thường xe trong khoảng Ne5 đến Ne120 (bông xơ dài), thì công nghệ Nano-Touch đã mở ra một lĩnh vực hoàn toàn mới cho việc sử dụng sợi polyeste hay nylon chi số Ne300 hay Ne500 thậm chí tới Ne1000. Bởi vì bông là khó xe chặt, việc sử dụng bị hạn chế đối với vải crếp hay voan cho đồ mùa hè. Tuy nhiên, khoảng sử dụng sẽ được đa dạng hóa, từ chỗ được bao phủ polyeste xe chặt bao gồm vải crếp, đến chỗ siêu chặt như vải the, nhiễu đơn và nhiễu đôi. Mặc dù có sự thay đổi độ xe chặt và kiểu dệt thoi sợi tổng hợp polyeste, sợi giả tơ tằm đã bị giảm một phần trong thị trường, sự giảm nhu cầu sử dụng vì đặc tính không thấm nước, cảm giác và trông không tự nhiên, có độ tĩnh điện cao. Công nghệ Nano-Touch mở rộng tính ưu việt nhằm tăng sự hồi phục của vật liệu dệt này.

- Sợi xenlulô bao phủ acrylic siêu nhẹ: Lực hút tĩnh điện của sợi acrylic là khoảng 1.17 đến 1.40, còn bông là 1.54. Công nghệ Nano-Touch sẽ mở ra thuận lợi cho việc sử dụng sợi xenlulô, cung cấp loại sợi xenlulô bao phủ acrylic siêu nhẹ. Nhược điểm lớn nhất của sợi acrylic là thấm nước kém, tĩnh điện cao cũng như một vài sợi nhân tạo khác, cảm giác sờ tay hơi nhũn nhẽo và dính tay. Công nghệ Nano-Touch đã đưa ra giải pháp khắc phục các vấn đề này. Vải bông thấm mồ hôi có một sự thay đổi về trọng lượng và thậm chí càng nặng hơn khi nó ẩm và thoát ẩm cực kỳ chậm. Việc sử dụng nhiều hơn sợi acrylic theo công nghệ Nano-Touch sẽ đồng thời làm tăng đặc tính được ưa chuộng của cả 2 loại acrylic và bông, mở ra một trang mới cho các loại sợi xenlulô siêu nhẹ.

1.2 Ứng dụng công nghệ nano cho sản phẩm vải:

+ Nano-care: think-carefree

- Siêu chống thấm nước, dầu và vết ố bẩn

18

- Chống nhăn

- Bảo quản như mới

- Vải thông thoáng, dễ thở (breathable fabric)

- Dễ bảo quản

- Chất lượng lâu bền

+ Nano-dry:

- Bôi trơn, tăng khả năng thấm hút

- Giữ được sự thông thoáng

- Bảo quản như mới

- Chất lượng lâu bền

+ Nano- pel: (chống bẩn)

- Siêu chống thấm nước, dầu và vết ố bẩn

- Chống nhăn

- Bảo quản như mới

- Vải thông thoáng, dễ thở (breathable fabric)

- Dễ bảo quản

- Chất lượng lâu bền

+ Nano-touch:

- Siêu mịn đối với vải có thành phần pha trộn

- Chất lượng lâu bền

- Cotton sang trọng (luxurious cotton-like hand)

- Dễ bảo quản

+ Kháng khuẩn: Những hạt Nano-silver (Nano-bạc - phần tử bạc nhỏ ở cấp độ nano) chiếm 1 khu vực bề mặt rất lớn, vì vậy giúp tăng tác động của chúng lên vi khuẩn hay các loại nấm, và cải thiện đáng kể hiệu quả diệt khuẩn và nấm. + Vải dệt thông minh:

19

+ Hàng dệt cotton UV với lớp phủ nano bạc (nano silver – phần tử bạc nhỏ ở cấp độ nano): lớp phủ nano bạc tạo ra 1 lớp siêu mỏng và vô hình trên bề mặt vải dệt, cách ly và chống thấm nước, dầu hay chất bẩn.

- Những mặt hàng vải dễ thoát mồ hôi và mát mẻ: ngăn ngừa sự phát

triển của vi khuẩn bằng việc giải phóng chất chống vi khuẩn hay hấp thu mùi hương

- Bảo vệ khỏi tác động môi trường

- Bảo vệ khỏi bức xạ UV

- Những vật liệu dệt may với công nghệ vi hệ thống hay công nghệ ứng

dụng điện tử

- Những vật liệu có thể tự động điều chỉnh tính năng của chúng theo

những tác động bên trong hay bên ngoài.

1.3 Những khuynh hướng trong tương lai:

Việc áp dụng một lớp keo hydratcacbon cho vải cũng cung cấp một cơ hội

khi đồng thời hoàn tất vải với những thành phần phụ trợ thêm vào để có ràng buộc

lâu bền cho vải. Bằng cách này, màng bao hydratcacbon hoạt động như một chất

kết dính để truyền đạt độ bền cho những thành phần phụ trợ không quan trọng

được đồng áp dụng với lớp màng hoàn thành. Ngoài ra, các phụ trợ có thể được xử

lý hữu hiệu hydratcacbon và có thể được đưa vào trong quá trình sản xuất sau khi

ứng dụng các lớp màng bao hydratcacbon. Trong cả hai phương pháp, vải ban đầu

được tăng thêm một số thuộc tính mà không thể có được nếu không sử dụng các

lớp màng bao.

Một số ví dụ của các thành phần phụ trợ bao gồm các hợp chất hấp thụ tia

hồng ngoại như cacbon màu đen, nhựa kitin hoặc những chất màu khác hấp thụ tia

hồng ngoại có thể được kết dính cố định lên vải để giảm thiểu sự dò tìm từ các

thiết bị quan sát ban đêm. Nói chung, vùng hồng ngoại có bước sóng nằm trong

khoảng 1000-1200 nm.

Vải được xử lý với một lớp màng bao có chứa vật liệu hấp thụ tia hồng

ngoại sẽ có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại cũng như các tính chất khác mang lại

lợi ích cho vật liệu có màng bao tính chất đó; trong các ứng dụng quân đội, vải có

thể được quan tâm đặc biệt. Tương tự như vậy, hợp chất chắn tia cực tím có thể

20

được kết hợp để bảo vệ vải nguyên liệu hoặc người mặc của hàng may mặc chống

tia cực tím. Sắc tố màu hoặc thuốc nhuộm có thể được đưa vào lớp ngoài. Những

chất keo từ tính có thể được sử dụng trong màng bao để cung cấp khả năng bảo

quản các tính chất của vải. Các tác nhân sinh học (ví dụ như đuổi côn trùng, kháng

sinh và dược phẩm)là những ví dụ điển hình. Những hỗn hợp hấp thụ mùi

(odorabsorbing) và những chất làm trung hòa (Ví dụ như than hoạt tính hoặc

cyclodextrins) hoặc, ví dụ khác, tỏa hương thơm trong khi sử dụng là một trong

những mong muốn trong ngành thời trang đã rất lâu,cũng có thể áp dụng liên kết

hydrolysable.

Những hóa chất làm chậm bắt lửa và những chất chống tĩnh điện có thể kết

hợp vào màng bao rất tốt. Sự kết hợp của Nano-Wrap với màng bao hóa học mới,

khi áp dụng cho hàng dệt may, tạo ra nhiều cơ hội tốt. Tương lai rất có tiềm năng

phát triển.

2. Các công nghệ xử lý hoàn tất vải phổ biến đang được ứng dụng

Công nghệ Nano không chỉ được áp dụng để tạo ra những sản phẩm xơ

composit đa chức năng mà còn thúc đẩy cải tiến những hợp chất hoàn tất hoá học.

Ví dụ quy trình tổng hợp để tạo ra nhũ tương có kích cỡ Nano, khi chúng được ứng

dụng vào các mặt hàng dệt sẽ thu được hiệu quả triệt để hơn, đều hơn và công nghệ

xử lý chính xác hơn. Các chất hoàn tất có thể được phân tán vào các mixel (mao

mạch) có kích cỡ Nano, tạo thành dạng hoà tan Nano hay được bao bọc trong các

nang Nano do đó có thể bám vào cấu trúc vật liệu dệt đều hơn. Những chất hoàn

tất cải tiến này đã tạo ra một hiệu quả chưa từng thấy trong việc xử lý cao cấp hàng

dệt như chống loang màu, hút ẩm, chống tĩnh điện, chống nhàu và ổn định kích

thước…

Sự khác biệt giữa các hợp chất xử lý hoàn tất dạng Nano và dạng thông

thường là ở chỗ; các hạt hoàn tất Nano cho độ bền liên kết là đáng kể, liên kết có

thể là trực tiếp với xơ, hoặc qua lại giữa hoá chất và xơ trong khi các hợp chất

thông thường phải sử dụng chất kết dính, tạo màng trên bề mặt xơ vì vậy cho cảm

21

giác sờ tay, sự thay đổi ánh màu của vật liệu nền sẽ khác nhau.

2.1 Nano-care: Hoàn tất dễ chăm sóc, chịu được sau 50 lần giặt.

Công nghệ này mang lại cho vải khả năng chống nhàu, phòng co, có đặc tính

kháng nước và kháng bẩn, đối với vải xenlulo ví dụ như vải bông hay lanh. Vấn đề

xử lý dễ chăm sóc, một trong những bước hàng đầu của phương pháp xử lý mang

lại sự chống nhàu và phòng co. Công nghệ Nano-Care chịu được sau hơn 50 lần

giặt.

2.2 Nano-Pel: Công nghệ hoàn tất chống thấm nước và kháng dầu cao

Việc ứng dụng công nghệ Nano này để xử lý chống thấm nước và kháng dầu

có hiệu quả cho những xơ thiên nhiên như bông, lanh, len, tơ tằm cũng như các xơ

tổng hợp như polyeste, nylon và acrylic. Đối với xơ thiên nhiên, hiệu năng chống

thấm nước và kháng dầu không thể mong cao tuyệt đối được. Công nghệ Nano-Pel

bông chịu được sau 50 lần giặt là. Nó có thể chịu được 20 lần giặt khô đối với vải

len và lanh, một nét khác biệt trái ngược với phương pháp thông thường là rất thấp

với bất kể tính bền nào.

Việc áp dụng công nghệ Nano-Pel trong sản xuất thương mại hóa ở Mỹ dần

dần được mở rộng tới lĩnh vực đồ nội thất, đồ bọc (đệm giường), quần áo ở nhà

(tạp dề…).

Nano-Pel và Nano-Care tạo tính chống thấm nước và chống thấm dầu cho

các chất nền mà không ảnh hưởng xấu đến các đặc tính mong muốn khác của chất

nền, chẳng hạn như cảm giác sờ tay mềm mại (sự cảm nhận bằng xúc giác ) và độ

thoáng khí .

2.3 Nano-Press: Tính ổn định kích thước bền vững cho bông 100%

Nhược điểm lớn nhất trong xử lý ổn định kích thước theo công nghệ truyền

thống cho vải 100% cotton là làm giảm cường lực, đặc biệt là theo chiều ngang có thể giảm từ 35% đến 60%. Nano-Press duy trì độ bền ngang và dọc xấp xỉ độ bền

22

của vải chưa xử lý, thậm chí còn có một chút bền hơn. Tuy nhiên một trong những mặt hạn chế của các phương pháp cổ truyền là độ bền mài mòn uốn cực thấp làm cho các đường gấu của quầnvải bông dễ bị mòn xơ lại có thể được cải thiện đáng kể gấp 7 lần vải không được xử lý. Mặc dầu nó tốt hơn các phương pháp cổ truyền

ở chỗ là ít giảm độ bền dọc và ngang của vải hơn, Nano-Press có tính cách mạng ở

chỗ nó mở ra một cánh cửa trước kia bị đóng kín cho ổn định kích thước của vải

bông mỏng thông qua phục hồi đáng kể độ bền mài mòn, uốn từ chỗ gần như

không có.

3. Cơ chế - Quy trình xử lý chống thấm, chống bám bẩn bằngcông nghệ

nano:

3.1 Cơ chế: 3.1.1 Cơ chế không thấm nước (của lá sen): Hình 2. Cơ chế chống thấm

(của lá sen)

Nhìn gần bề mặt của 1 lá sen cho ta

thấy lý do tại sao rất nhiều vật liệu trong tự

nhiên đặc biệt có tính chống thấm hay kị

nước.

Cận cảnh của 1 lá sen, 1 ví dụ về loại

cây siêu chống thấm (hình thứ 2). Sự thô ráp

của bề mặt lá được tạo ra do những ”bướu”

hay u lồi (bumps) cùng tồn tại chung với nhau

trên lá. Mỗi bướu này rộng khoảng 10µm,

trên bướu có những đường ống/rãnh rỗng

(hollow channels) đường kính 1 µm.

Toàn bộ bề mặt được bao phủ bởi 1 lớp

sáp khiến nó trở nên chống thấm. Khả năng chống thấm của lá còn được nâng cao nhờ vào bề mặt thô ráp của nó.

23

Ghi chú: Đầu tiên, bề mặt của những chiếc lá này thường xuyên được bao phủ bởi rất nhiều các loại sáp khác nhau được làm từ một hỗn hợp các phân tử hydrocarbon lớn, các phân tử này rất kị ướt. Sau đó, quan sát bằng kính hiển vi phát hiện ra những bế mặt lá này được cấu tạo bởi những bướu rộng 10µm, những bướu này lại được bao phủ bởi những ống rỗng đường kính 1 µm

3.1.2 Cơ chế không thấm nước của Nano-tex:

Nano-Tex cải thiện tính năng chống thấm của vải bằng cách tạo ra những sợi

tinh thể nano (nano-whiskers), những sợi này là những hydrocarbons và có kích

thước bằng 1/1000 kích thước của 1 xơ cotton (cotton fibre) tiêu biểu. Những sợi

tinh thể nano này được bổ sung vào vải để tạo ra hiệu ứng như “lông tơ quả đào”

mà lại không làm giảm đi cường lực (sức bền) của cotton.

Khoảng cách của các sợi tinh thể nano trên vải nhỏ hơn 1 giọt nước nhưng

vẫn lớn hơn những phân tử nước. Nước vì vậy sẽ đọng lại bên trên những sợi tinh

thể này và trên bề mặt của vải (Tuy nhiên, chất lỏng vẫn có thể thấm qua vải nếu

có lực ép tác dụng lên). Đặc tính hoạt động này của sợi tinh thể trên vải là thường

xuyên (vĩnh cửu) trong khi vẫn giữ được độ thông thoáng, dễ thở.

Thêm vào đó, Schoeller, 1 công ty dệt của Thụy Sĩ, đã phát triển

NanoShpere để tạo ra những loại vải không thấm nước. NanoSphere được tạo ra

bởi cấu trúc bề mặt 3 chiều với những chất phụ gia tạo keo giúp chống nước và

ngăn ngừa những hạt chất bẩn không để chúng dính với nhau. Cơ chế này tương tự

như hiệu ứng của lá sen xảy ra trong tự nhiên.

Nano-Tex đã phát triển hai sản phẩm không thấm nước và dầu tốt hơn dựa

trên những polime được thiết kế tùy chỉnh chứa hợp chất flourocacbon: Nano-Pel

và Nano-Care. Nano-Pel là phương pháp xử lí chống thấm nước và dầu có thể

được áp dụng cho tất cả các loại vải, trang phục chính, bao gồm cotton, len,

polyester, ni-long, tơ nhân tạo, sợi tổng hợp. Nano-Care là sản phẩm sử dụng cho

vải 100% cotton mà có thêm khả năng chống nhăn (gấp) ngoài tính chống thấm nước và dầu.

Nói chung, những polime đồng trùng hợp biểu hiện khả năng chống thấm nước và dầu bao gồm một monomer chứa gốc methacylate hoặc gốc acrylate, một

nhóm perfluoralkyl có khả năng tạo ra tính chống thấm nước và dầu một cách trực tiếp, một monomer không chứa flo có khả năng cải thiện tính dính của sợi, và một

24

monomer có khả năng đảm bảo độ bền thông qua sự tự liên kết chéo hoặc phản ứng với những chất hoạt động trên bề mặt vật liệu được xử lí. Hầu hết những

polimer đồng trùng hợp thương mại có những nhóm N-methylol dọc theo mạch

chính, như là polimer đồng trùng hợp của hợp chất meth (acrylate) chứa nhóm

perfluoroalkyl và polimer đồng trùng hợp N-methylol acrymide. Tuy nhiên, chất

nền sợi khi được xử lí với những polimer đồng trùng hợp này, formaldehyde được

hình thành, mà việc này theo quan điểm môi trường và an toàn là cực kì không

mong muốn.

Hình 3. Quá trình chuyển trạng thái từ Nano-care sang Nano-pel

Cấu trúc Nano-whisker được mô tả trên hình 3, trong đó những nhánh (chổi)

của polimer hoặc oligomer (những polimer chứa một vài mắt xích xác định) được

đính vào một khung linh động. Cũng được gắn vào là những cái “móc” tiềm ẩn có

thể tạo những liên kết cộng hóa trị với những nhóm chức năng trên bề mặt vải

trong lúc sấy khô. Trong trạng thái giàu nước, cấu trúc nano tạo thành dạng vòng

để bọc các nhánh hidrocacbon kỵ nước bên trong lớp phân cực bên ngoài, như giả

thiết được đề nghị qua những thông tin có được thông qua dynamic light

scattering. Trong quá trình sấy và chịu tác động của nhiệt độ, những cái vòng này

mở ra, mang “khung xương” có cực và những cái móc phức tạp đến gần bề mặt vải

(thông thường là có cực). Những cái chổi nhô ra khỏi nền vải, về cơ bản tạo ra một

25

lớp đơn phân tử để chống lại sự tấn công của nước và dầu sau này.

Nano-Tex đã được công nhận một công thức chứa đựng những tác nhân

chống thấm dầu và nước mới lạ có khả năng gắn kết với bề mặt vải và những vật

liệu khác mà không sản sinh ra formaldehyde. Công thức này có thể tạo ra khả

năng chống nhăn không sản sinh formaldehyde và khả năng chống thấm dầu khi

kết hợp với một loại nhựa không chứa formaldehyde như dimethylurea glyoxal

(DMUG) hoặc acid butane tetracarboxylic (BTCA).

3.1.3 Sự tổng hợp polimer và chất phụ gia:

Thành phần chính của Nano-Tex đã được cấp bằng sáng chế chống thấm

dầu và chống thấm nước là một copolymer mà bao gồm:

(a) một chất có chứa một gốc fluoroaliphatic;

(b) stearyl (Meth) acrylate;

(c) một hợp chất có chứa clo, chẳng hạn như clorua vinylidene,vinyl clorua,

2-chloroethylacrylate hoặc ête vinyl 2-chloroethyl;

và (d) một monomer được lựa chọn từ những chất có chứa một nhóm chức

anhydride hoặc có khả năng hình thành một nhóm chức anhydride. Nhóm

anhydride này có thể phản ứng với những nucleophiles khác nhau trên một bề mặt

vải để tạo thành một liên kết ester bền.

Các copolymer có thể được tiếp tục tạo thành chất đồng trùng hợp với :

(i) hydroxyalkyl (meth)- acrylate để tăng hiệu suất và độ bền của các

copolymer tổng hợp

(ii) một hợp chất như poly ethylene glycol -(meth) acrylate để cải thiện độ

hòa tan của copolymer trong nước,

và / hoặc (iii) một chuỗi đầu cuối, như dodecanethiol,acid mercaptosuccinic

hoặc các hợp chất tương tự khác, mà tác động là để giữ cho trọng lượng phân tử

của polymer thấp để nó vẫn dễ dàng phân tán trong nước và có thể xâm nhập vào

26

vải tốt hơn. Trong suốt quá trình ứng dụng vải, một chất xúc tác như hypophosphite natri được sử dụng để tạo ra sự hình thành anhydride từ những

monomer có chứa axit trong các copolymer. Thành phần có thể thêm bao gồm

thêm các chất phụ gia khác như axit poly (acid acrylic), nó làm tăng hiệu suất và

độ bền của polymer bởi một số cơ chế, có thể do thành phần chính dính kết với bề

mặt của vải, các chất phụ gia tuỳ chọn khác bao gồm một chất chống oxy hóa như

acid Etylendamin tetraacetic (EDTA) để giảm bớt sự hoá vàng chất nền; một chất

làm mềm nước /chất bổ sung ổn định để cải thiện cảm giác sờ tay của chất nền và

tăng độ chống thấm nước; một chất có hoạt tính bề mặt để tạo các polimer nhũ

tương trong nước; các tác nhân ướt;và / hoặc một chất phụ gia làm dẻo.

Nano-Pel và Nano-Care tạo tính chống thấm nước và chống thấm dầu cho

các chất nền mà không ảnh hưởng xấu đến các đặc tính mong muốn khác của chất

nền, chẳng hạn như cảm giác sờ tay mềm mại (sự cảm nhận bằng xúc giác ) và độ

thoáng khí . Kể từ giai đoạn mở đầu của họ, hiệu suất chống thấm nước và chống

nhiễm bẩn của Nano-Pel và Nano-Care đã được nâng lên.

3.2 Quy trình:

Ứng dụng của Nano-Pel và Nano-Care có thể được thực hiện bằng cách sử

dụng thiết bị xử lí hàng dệt đặc thù trong nhà máy. Kết cấu này có thể được ứng

dụng cho một chất nền xơ bằng nhiều phương pháp xử lí liên tục gồm nhúng/

ngâm, phun, làm nổi bọt, tráng phủ và trục làm ẩm, tiếp theo đó làm khô và sấy ở

nhiệt độ cao trong thùng sấy. Thông thường, các phương pháp nhúng / ngâm được

sử dụng trong đó vải được nhúng chìm trong một bể chứa hỗn hợp tiếp theo là vải

được đi qua hai trục ép để loại bỏ các dung dịch thừa ra ngoài.

Các chất nền đã được xử lí sau đó được làm khô và sấy ở nhiệt độ cao cho

phép sự phản ứng của polyme với vải dệt và với chính bản thân nó. Một bước quan

trọng để đảm bảo hiệu suất độ bền cao là khởi đầu với một chất nền sạch. Vì độ

bền phụ thuộc trực tiếp vào mối liên kết cộng hóa trị của những polimer với chất

vải nền, điều đó là bắt buộc để bề mặt vải không bị bó buộc bởi kích cỡ, các loại

27

dầu và chất gây ô nhiễm. Do đó, nền vải phải nhận được một sự tẩy rửa kĩ lưỡng trước khi đến quá trình sử dụng.

3.3 Phương hướng chống thấm trong tương lai:

Nano-tex đã liên tục cải thiện các copolymer chống thấm dầu và chống thấm

nước cũng như các thành phần khác trong công thức tính toán; tiếp tục nghiên cứu

tối ưu hóa quá trình chuẩn bị vải và các cách thức ứng dụng, tìm ra những sản

phẩm mới để có thêm các lợi ích bổ sung cho các sản phẩm được hoàn tất.

Nano-tex hiện đang nghiên cứu ra phương pháp để tăng thêm chiều dài của

các loại vải bông sau khi ứng dụng một loại nhựa dẻo, như trong công thức hình

thành Nano-Care. Đặc trưng của nhựa dẻo hoàn tất là làm giảm độ bền kéo,độ bền

xé và độ bền mài mòn của bông hiện đang được xử lí bởi hai cơ chế. Đầu tiên,

nhựa dẻo có liên kết đồng hoá trị với bông,do đó làm cho nó trở nên giòn hơn. Thứ

hai, phản ứng liên kết của chính bản thân nó đã được thực hiện dưới một pH có

tính acid. Cùng với nhiệt độ cao cần thiết để sấy khô các loại vải được xử lý, xảy ra

sự khử trùng hợp của xơ . Cơ chế thứ hai này có thể được giảm bớt và quả thực là

chúng ta đã đạt được những lợi ích đáng kể trong độ bền kéo và độ bền xé và các

lợi ích đáng kể hơn trong độ bền mài mòn.

Mặc dù Nano-Pel và Nano-Care đẩy lùi các vết bẩn, dưới áp lực nào đó nó

có thể cho một vết bẩn thâm nhập các rào cản và trở nên bám kết vào trong sợi.

Nano-Tex là tiến hành nghiên cứu một giải pháp không những làm cho một chất

nền có khả năng chống thấm nước và chống thấm dầu mà còn tạo khả năng giải

phóng chất bẩn dễ dàng khi nó được nhúng hoàn toàn trong một dung dịch xà

phòng.Phương pháp này là một cách sử dụng kết hợp sự flo hoá và các thành phần

có khả năng hút nước.

Khi tiếp xúc với không khí (nơi mà có một sức căng bề mặt rất thấp), các

thành phần flo hoá có sức căng bề mặt thấp định hướng bản thân nó về phía thoáng

gió, do đó không thấm dầu và không thấm nước. Tuy nhiên, khi mà chất nền được

nhúng chìm trong nước xà phòng, các thành phần ưa nước tự định hướng để nó

tiếp xúc với nước, cho phép xà phòng xâm nhập vào trong xơ và loại bỏ các vết bẩn. Cơ chế này đã được đưa ra cho các sản phẩm kháng bẩn đồng thời còn chống

28

thấm nước và chống thấm dầu với cả trên 30 lần giặt ở nhà.

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM

A./ SẢN XUẤT VẢI TƠ TẰM:

Quy trình:

Sản xuất sợi mộc -> Chuội -> Nhuộm -> Dệt

Thiết bị sử dụng:

Làm mềm: Sử dụng thùng ngâm tơ do Phân Viện chế tạo

Đảo: Máy đảo Trung Quốc 80 cọc

Đậu: Máy đậu Hàn Quốc 60 cọc

Xe: Máy xe Dea Kun của Hàn Quốc 224 cọc

Hấp: Nồi hấp do Phân viện chế tạo

Guồng: Máy guồng do Mỹ sản xuất

Chuội: Máy chuội dạng guồng của Hàn Quốc

Nhuộm: Máy nhuộm trục quay chế tạo tại Việt Nam.

Dệt: Máy dệt Picanol

I. Sản xuất sợi xe mộc:

1. Quy trình:

1.1. Quy trình sản xuất sợi ngang:

Nguyên liệu  Làm mềm  Đảo  Đậu  Xe  Guồng  Sợi ngang

1.2. Quy trình sản xuất sợi dọc:

29

Nguyên liệu  Làm mềm  Đảo  Đậu lần 1  Xe lần 1  Hấp lần 1  Đậu lần 2  Xe lần 2  Hấp lần 2  Guồng  Sợi dọc

2. Thông số kỹ thuật:

2.1. Làm mềm: bằng phương pháp ngâm

Bảng 2. Thông số công đoạn làm mềm

Các thông số Đơn vị Thông số

Emanol % 4,0

Wapon % 1,0

Thời gian h 8

oC

Nhiệt độ 40 oC

Dung tỉ 1:40

2.2. Các công đoạn chuẩn bị sợi:

Bảng 3. Thông số công đoạn chuẩn bị sợi

20-22Dx1x2 20-22Dx12 20-22Dx6

Thông số

Lần 1 Lần 2

Tơ đã làm mềm được quay từ guồng ra bobin Đảo

Tốc độ (m/ph) 200 200 200 200

Sức căng (G) 6,0 6,0 6,0 6,0

Tơ được chập lại từ các bobin đảo theo yêu cầu thiết kế Đậu

30

Tốc độ (m/ph) 180 180 180 180

Sức căng (G) 6 9-12 30-36 26-29

Xe

Tốc độ (m/ph) 9.000 9.000 9.000 9.000

Sức căng (G) 6-8 12 - 16 20-24 18-22

Hấp

Nhiệt độ oC 75 75 75 75

gian Thời 60 80 60 60

(phút)

21x6D TT Chỉ tiêu 21x1x2D

260.3 43.6 128.5

1 Độ nhỏ 2.5 3.1 2.8 Bảng 4: Chỉ tiêu kỹ thuật của sợi đưa vào sản xuất 21x12D Phương pháp thử ( Dùng lựa chọn 1) ASTMD 1907-97

300 800/700 300

2 3.5 3,3 3.1 Độ nhỏ thực tế (D) Cv độ nhỏ (%) Trung bình (X/m) Cv độ săn % ASTM D 1422-99 Độ săn

2.1 3.0 2.0

3 4.2 4.3 4.0

31

ASTM D 2256-97 21.3 18.9 19.3 Độ bền kéo đứt Độ co xe % Độ bền t. đối(G/D) Độ dãn đứt (%)

II. Chuội sợi tơ tằm:

Mục đích tách keo Sericin ra khỏi sợi tơ tằm, chỉ để lại thành phần Fibroin,

sợi tơ tằm sau khi được tách két keo Sericin trở nên mềm mại và bóng đẹp.

Thành phần của sợi tơ tằm gồm 72-75% Fiboin, 25-28% keo Sericin (là một lớp keo thiên nhiên bao phủ bên ngoài Fibroin), 1-2% dầu mỡ tạp chất. Đa số các mặt hàng khi sử dụng là dùng thành phần Fibroin của sợi tơ, có nghĩa là phải tách lượng keo Sericin và tạp chất ra khỏi sợi tơ tằm. Công đoạn này gọi là công đoạn chuội.

Thành phần của sericin gồm:

- Carbon: 44.32-46.29%

- Hidro: 5.72-6.42%

- Nito: 16.44-18.30%

- Oxy: 30.35-32.50%

- Lưu huỳnh: 0.15%

Các thành phần này có thể hòa tan trong các dung dịch acid, kiềm ở nhiệt độ

thích hợp.

Nhiệt độ < 900C, nó chỉ bị trương nở. Khi nhiệt độ ≥ 900C, lớp keo mới bị

tách ra.

Có rất nhiều phương pháp chuội, dùng hóa chất khác nhau, kèm theo quy

trình công nghệ khác nhau.

Các loại hóa chất chính để chuội tơ tằm là: - Xà phòng - Chất tổng hợp chuyên dùng

Hiện nay chúng tôi dùng phương pháp chuội bằng xà phòng và soda.

1. Chuội sợi dọc:

1.1. Đơn chuội:

32

- Xà phòng - Soda Na2CO3 - Humectol C - Dung tỷ 5,0 g/l 4,0 g/l 2,0 g/l 1:20

- PH - Thời gian - Nhiệt độ 9,5-10 20 phút 90-92oC

1.2. Qui trình công nghệ:

Hóa chất

oC

900C

1,5oC/phút

Xả bỏ

300C

20 – 25’

phút

Chuội trên máy chuội con sợi của Hàn Quốc. Sau khi hết thời gian chuội keo, xả bỏ hết dung dịch chuội, giặt bằng nước nóng 85oC 2 lần, giặt lạnh lần 1, trung hòa aid sau đó giặt lạnh lần 2, tơ đã sẵn sàng cho công đoạn tẩy trắng hoặc nhuộm màu.

2. Chuội sợi ngang:

2.1. Đơn chuội:

3,0 g/l 2,0 g/l 2,0 g/l 1:20 9,5-10 15 phút 90-92oC

33

- Xà phòng - Soda Na2CO3 - Humectol C - Dung tỷ - PH - Thời gian - Nhiệt độ

2.2. Qui trình công nghệ:

Hóa chất

oC

900C

1,5oC/phút

Xả bỏ

300C

15’

phút

III. Nhuộm sợi:

X% 1 – 2 % 2 g/l 1:20 4 – 5 (điều chỉnh bằng Acid Acetic) 30 – 60 phút 80 – 900C

34

Có nhiều loại thuốc nhuộm có thể sử dụng cho nhuộm sợi tơ tằm như thuốc nhuộm Acid, thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp. Xét về tính chất ưu việt của thuốc nhuộm phức kim loại là cho độ bền màu tốt, nhuộm dễ đều màu ngay cả trong môi trường Acid yếu, nhiệt độ nhuộm không cần cao (chỉ thấp hơn hoặc bằng 90oC), do đó không làm ảnh hưởng đến độ bóng của tơ tằm, nên chúng tôi chọn loại thuốc nhuộm này để nhuộm tơ tằm. 1./ Đơn công nghệ: - Thuốc nhuộm - Chất đều màu - Humectol C - Dung tỷ - PH - Thời gian - Nhiệt độ

2./ Qui trình nhuộm :

0C

900C

10C/1 ph

xả bỏ

800C

300C

5

15’

10’

10’

30-40

40 -60

Phút

A

B

C

C

B: Thuốc nhuộm

Trong đó: A: Chất đều màu C: Acid Acetic

Dùng thuốc nhuộm phức kim loại có thể kiểm soát quá trình nhuộm dựa trên lượng thuốc nhuộm có trong dung dịch nhuộm. Quá trình nhuộm kết thúc khi dung dịch nhuộm không còn thuốc dư. Sau đó hạ nhiệt độ xuống còn 40oC rồi xả bỏ dung dịch nhuộm, giặt bằng nước nóng ở nhiệt độ 50oC đến 60oC. Sau cùng giặt bằng nước lạnh. Với sợi nhuộm màu đậm cần phải giặt nóng 2 lần và giặt lạnh 2 lần.

3./ Làm mềm:

Để tăng độ mềm mại và độ bóng mượt của tơ tằm, sau khi nhuộm tơ tằm

được đưa qua làm mềm bằng phương pháp phun trên máy nhuộm guồng với dung dịch gồm:

- Chất làm mềm: Stapan AS4: 3-5g/l

- Dung tỷ: 1:15

- Nhiệt độ thường.

35

- Thời gian: 15 phút.

IV. Dệt: 1. Nguyên liệu đưa vào sản xuất:

Nguyên liệu đưa vào sản xuất caravatte là:

- Sợi dọc tơ tằm 21x1x2 D

- Sợi ngang tơ tằm 21x6 D

- Sợi ngang tơ tằm 21x12 D

2. Thiết kết mặt hàng:

Mẫu 1:

36

Hình 4. Hoa văn mẫu thiết kế số 1

Bảng 5. Thông số thiết kế mẫu 1

TT Các thông số Đơn vị đo Jacquard 1

1 Nguyên liệu dọc Denier 32,5

Nguyên liệu ngang Denier 96,4

2 Độ săn sợi dọc X/m 800/700

Độ săn sợi ngang X/m 350

3 Kiểu dệt Jacquard

4 Khổ vải mắc máy Cm 142

5 Khổ vải hạ máy Cm 140

Lược dệt Khe/inch 6 45

Tổng số sợi sâu 1 khe 7

Nền Sợi/khe 6

Biên Sợi/khe 6

8 Tổng số sợi dọc nền Sợi 14.980

Biên Sợi 48

Tổng số sợi dọc toàn bộ Sợi 15.028

9 Mật độ dọc Sợi/ 10cm 1.070

500 Mật độ ngang Sợi/ 10cm

37

9,5 10 Độ co dệt dọc %

Độ co dệt ngang % 3,0

11 Độ co xe dọc % 3,0

Độ co xe ngang % 2,1

12 Trọng lượng sợi dọc G/m 59,4

Trọng lượng sợi ngang G/m 76,0

b. Mẫu 2:

Trọng lượng sợi toàn bộ G/m 135,4

- Lựa chọn nguyên liệu:

+ Sợi dọc: tơ tằm 20x1x2 Denier (Chi số sợi sau nhuộm = 32.5 D).

+ Sợi ngang: tơ tằm 21x6 Denier (Chi số sợi sau nhuộm = 96.4 D).

- Thông số thiết kế:

Mẫu thiết kế 2:

38

Hình 5. Hoa văn mẫu thiết kế số 2

Bảng 6. Thông số thiết kế mẫu 2

TT Các thông số Đơn vị đo Jacquard 3

Nguyên liệu ngang

Độ săn sợi ngang

1 Nguyên liệu dọc 2 Độ săn sợi dọc 3 Kiểu dệt Denier Denier X/m X/m 32,5 96,4 800/700 350 Jacquard

4 Khổ vải mắc máy Cm 173

5 Khổ vải hạ máy Cm 168

Lược dệt 6 Khe/inch 45

7 Tổng số sợi xâu 1 khe

Nền Sợi/khe 6

Biên Sợi/khe 6

8 Tổng số sợi dọc nền Sợi 18.200

Biên Sợi 48

Toàn bộ Sợi 18.248

9 Mật độ dọc Mật độ ngang 10 Độ co dệt dọc Sợi/ 10cm Sợi/ 10cm % 1.070 400 9,0

Độ co dệt ngang % 3,0

11 Độ co xe dọc % 3,0

Độ co xe ngang % 2,1

12 Trọng lượng sợi dọc G/m 71.9

Trọng lượng sợi ngang G/m 74,12

39

Trọng lượng sợi toàn bộ G/m 146,02

b. Mẫu 3: Taffeta tơ tằm

- Lựa chọn nguyên liệu:

+ Sợi dọc: tơ tằm 20x1x2 Denier (Chi số sợi sau nhuộm = 32.5 D).

+ Sợi ngang: tơ tằm 21x12 Denier (Chi số sợi sau nhuộm = 195.5 D).

- Thông số thiết kế:

Bảng 7. Thông số thiết kế mẫu 3

TT Các thông số Đơn vị đo Taffeta

Nguyên liệu ngang

Độ săn sợi ngang

1 Nguyên liệu dọc 2 Độ săn sợi dọc 3 Kiểu dệt Denier Denier X/m X/m 32,5 195,5 800/700 350 Vân điểm

4 Khổ vải mắc máy Cm 162

5 Khổ vải hạ máy Cm 160

Lược dệt 6 Khe/inch 53

Tổng số sợi xâu 1 khe 7

Nền Sợi/khe 4

Biên Sợi/khe 8

8 Tổng số sợi dọc nền Sợi 13.440

Biên Sợi 168

Toàn bộ Sợi 13.670

9 Mật độ dọc Mật độ ngang 10 Độ co dệt dọc Sợi/ 10cm Sợi/ 10cm % 840 280 10,5

Độ co dệt ngang % 1,5

40

11 Độ co xe dọc % 3,0

Độ co xe ngang % 2,0

12 Trọng lượng sợi dọc G/m 54,55

Trọng lượng sợi ngang G/m 98,53

Trọng lượng sợi toàn bộ G/m 153,08

3. Dệt:

- Các mặt hàng Jacquard được thiết kế bởi phần mềm NedGraphic trên máy vi

tính dưới dạng file. Sau đó đem file này vào bộ điều khiển JC5 trên máy dệt.

- Mặt hàng taffeta dệt trên máy Picanol.

Có 02 thiết kế jacquard được thử nghiệm trên máy:

Các thông số trên máy dệt:

+ Go bằng : 320o

+ Điểm phóng kiếm : 00

+ Góc mở miệng vải : 1800C

+ Tốc độ máy : 400 v/ph

+ Sức căng sợi ngang : 0,05-0,1 cN/tex

41

+ Sức căng sợi dọc: : 0,3-0,6 cN/den

B./ HOÀN TẤT CHỐNG THẤM VẢI TƠ TẰM

Mặt hàng Taffeta Jacquard tơ tằm để sản xuất cravatte tơ tằm, mặt hàng

taffeta trắng là để sản xuất áo cưới cao cấp. Mục đích của việc chống thấm và

chống bám bẩn bằng công nghệ nano cho hai mặt hàng này là để nâng cao giá trị

sử dụng cho sản phẩm.

1/ Lựa chọn hóa chất:

Có rất nhiều hóa chất xử lý hoàn tất kích cỡ nano được sản xuất nhưng với

điều kiện hiện nay ở Việt Nam chúng tôi chỉ tiếp cận được với hai hãng hóa chất

có thể cung cấp chất hoàn tất chống thấm, chống bám bẩn nano là Clariant và

Nanotex.

1.1/ Hóa chất của hãng Clariant: Nuva 4200

Đây là hóa chất của hãng Clariant có tác dụng kép, có liên kết ngang, phân

tử có kích cỡ hạt nano, được giới thiệu là hợp chất có hiệu quả chống thấm và

chống bẩn dầu tuyệt vời, với độ ổn định cao.

Bảng 8. Tính chất của hóa chất Nuva 4200

Tính chất Nuva 4200

Dạng dung dịch, màu trắng Ngoại quan

4-5 pH

1.1 Trọng lượng riêng (g/cm3)

Ion dương yếu Bản chất ion

Tính tương thích

Tương thích với hầu hết các chất tạo liên kết ngang, chất làm mềm và các trợ trong ngành dệt.

42

Không tương thích với các hóa chất có tính ion âm mạnh.

Có thể tan trong nước lạnh Tính tan

- Tùy theo loại vật liệu xơ mà lượng Nuva 4200 sử dụng có thể từ 25 – 120

g/l.

- pH dung dịch từ 4-5, điều chỉnh pH bằng axit acetic 60%.

Công thức tối ưu:

- Axit acetic 60% : 0-1.0 ml/l

- Arkofix NDK : 50-100 g/l

- Sandolub SVN : 20.0 g/l

- Nuva 4200 : 25-120 g/l

- Fluowet UD : 0-6 g/l

- pH = 4-5

- Nhiệt độ sấy khô (dry) : 130 độ C

- Thời gian và nhiệt độ curing : 30-40 giây ở 170-180 độ C

hoặc 3 phút ở 150 độ C

1.2/ Hóa chất của hãng Nanotex NT- XR603 (A…D):

Đây cũng là hóa chất có tác dụng kép chống thấm nước và chống bám bẩn,

có các tính năng như sau:

Bảng 9. Tính chất của hóa chất NT- XR603 (A...E)

Tính chất NT- XR603A NT-XR603B NT-XR603D NT-XR603E

Dạng nhũ Dạng lỏng, Dạng lỏng, Chất phân Ngoại quan

trắng đục

43

tương, màu trắng đục màu trắng sữa tán, màu trắng

3.0 +/- 1.5 5.0 +/- 1.5 6.25 +/- 0.75 7.0 +/- 1.0 pH

30.0 +/- 1.5 29.5 +/- 2.0 20.0 +/- 1.0 29.0 +/- 1.0 % chất rắn

1.09 +/- 0.4 1.1 1.05 +/- 0.5 1.04 Trọng lượng

riêng (gm/cm3)

Ion dương Ion dương Ion dương Ion âm rất Bản chất ion

yếu yếu yếu yếu

Tương thích với hầu hết các chất trợ trong ngành dệt. Tính tương

thích Không tương thích với các hóa chất có tính ion âm mạnh.

Có thể phân tán hoàn toàn trong nước Tính tan

Đặc điểm:

- Các hóa chất này đều có khả năng tạo tính kỵ nước/ dầu và chống bám bẩn.

- Không làm ảnh hưởng đến cảm giác sờ tay

- Có thể kết hợp với hầu hết các chất chống nhăn

Công thức tối ưu:

- Chất ngấm Cognis W362 : 1.0 g/l

- NT-DF 100 : 0-3.0 g/l

- NT- XR603A : 20.0 g/l

Hoặc NT-XR603B : 60.0 g/l

Hoặc NT-XR603D : 10.0 g/l

Hoặc NT-XR603E : 10.0 g/l

44

- Mức ngấm ép : 65-75%

- Nhiệt độ xử lý hoàn tất : 20 – 35 độ C

- pH = 4.0 ± 0.5

- Nhiệt độ sấy khô (dry) : 130 độ C

- Thời gian và nhiệt độ sấy khô : 60 giây ở 170-180 độ C

1.3/ Các chất phụ gia:

- Giữ cho lượng phân tử của hóa chất nano (chất nền) thấp để nó dễ dàng phân

tán trong nước và có thể xâm nhập vào vải tốt hơn.

- Chống oxy hóa để giảm bớt sự hóa vàng của chất nền.

- Chất bổ sung ổn định để cải thiện cảm giác sờ tay của chất nền và tăng độ

chống thấm nước.

1.4/ Các chất làm mềm:

Dùng hệ nhũ hóa silicon cao phân tử để làm nền có tác dụng làm mềm cho vải.

- Phải phù hợp với chất nền, không có ion trái ngược với chất nền.

- Chọn nồng độ phù hợp để đạt được hiệu quả chống thấm, chống bụi và độ

bóng, cảm giác sờ tay tốt nhất.

2./ Những vấn đề cần quan tâm trước khi xử lý chống thấm và chống bám

bụi:

Mục tiêu của đề tài là tìm hóa chất nano, quy trình thích hợp để chống thấm

và chống bẩn cho hai loại vải tơ tằm đạt tính năng sử dụng cao. Vì vậy cần quan tâm vấn đề sau:

- Đối với vải đưa vào xử lý: quy trình sản xuất vải phải được kiểm tra tốt, để

vải sản xuất ra đạt các chỉ tiêu kỹ thuật của vải.

- Vải trước khi đưa vào hoàn tất chống thấm, chống bẩn phải được giữ sạch.

Đây là một bước quan trọng để đảm bảo độ bền cao cho mối liên kết cộng

45

hóa trị của hóa chất nano với vải nền.

- Môi trường xử lý chống thấm, chống bám bẩn phải là mội trường axit nhẹ, đặc biệt là không được kiềm vì nó sẽ rất ảnh hưởng đến độ bền của vải tơ

tằm.

3/ Thử nghiệm:

Chúng tôi thử nghiệm xử lý chống thấm và chống bẩn với hai loại hóa chất

Nuva 4200 và NT- XR603 theo các cách sau:

- Nồng độ hóa chất khác nhau

- Nhiệt độ khác nhau

- Mức ngấm ép khác nhau

3.1/ Chất chống thấm, chống bám bẩn Nuva 4200:

Thử nghiệm xử lý hoàn tất với nồng độ khác nhau:

Bảng 10. Các thông số thử nghiệm chống thấm, chống bám bẩn (Nuva 4200)

Nồng độ g/l

Hóa chất Đơn vị

Mẫu 1 (M1) Mẫu 2 (M2) Mẫu 3 (M3)

45 60 Nuva 4200 Gr/l 30

Chất làm mềm 20 20 Gr/l 20 Stapan AS4

1 1 Axit acetic Gr/l 1

Mức ngấm ép 50 50 % 50 Pu

0C/s

46

Nhiệt độ/ Thời 170/40 170/40 170/40 gian

Thử nghiệm xử lý hoàn tất với nhiệt độ khác nhau:

Bảng 11. Các thông số thử nghiệm chống thấm, chống bám bẩn (Nuva 4200)

Nồng độ g/l

Hóa chất Đơn vị

Mẫu 4 (M4) Mẫu 5 (M5) Mẫu 6 (M6)

Gr/l 45 45 45 Nuva 4200

Chất làm mềm Gr/l 20 20 20 Stapan AS4

Gr/l 1 1 1 Axit acetic

Mức ngấm ép % 60% 60% 60% Pu

0C/s

Nhiệt độ curing/ 140/50 170/40 190/35 Thời gian

Quy trình xử lý:

- M1: Ngấm ép đơn 1, pu= 50% -> Sấy 130oC/15s -> Curing 170oC/40s

- M2: Ngấm ép đơn 2, pu= 50% -> Sấy 130oC/15s -> Curing 170oC/40s

- M3: Ngấm ép đơn 3, pu= 50% -> Sấy 130oC/15s -> Curing 170oC/40s

- M4: Ngấm ép đơn 4, pu= 60% -> Sấy 130oC/15s -> Curing 140oC/50s

- M5: Ngấm ép đơn 5, pu= 60% -> Sấy 130oC/15s -> Curing 170oC/40s

47

- M6: Ngấm ép đơn 6, pu= 60% -> Sấy 130oC/15s -> Curing 190oC/35s

Kết quả thí nghiệm:

Bảng 12. Kết quả thí nghiệm

Chỉ tiêu Đơn Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6

vị (M1) (M2) (M3) (M4) (M5) (M6)

Tính kháng nước Cấp 4 4-5 5 4-5 4-5 5

Chống bẩn dầu Cấp 5 5 5 5 5 5

Cường lực:

N Dọc 445.4 450.0 396.1 455.0 454.0 410.0

Ngang 682.5 680.0 580.2 685.2 690.2 605.0

Cảm giác sờ tay Đạt Đạt Đạt Mềm Đạt Cứng

Độ bóng Bóng Bóng Bóng Bóng Kém Kém

bóng bóng,

hơi vàng

Nhận xét:

- Qua bảng kiểm nghiệm và đánh giá ngoại quan về cảm giác sờ tay, độ bóng

48

của vải, chúng tôi nhận thấy vải xử lý theo đơn hồ số 5 là tối ưu nhất.

3.2/ Chất chống thấm, chống bám bẩn NT- XR603:

Bảng 13. Các thông số thử nghiệm chống thấm, chống bám bẩn (NT- XR603)

Đơn vị Mẫu 7 Mẫu 8 Mẫu 9 Mẫu 10 Hóa chất (M7) (M8) (M9) (M10)

Chất chống thấm/

Chống bám bẩn Gr/l 20 30 20 30

NT- XR603A

Chất ngấm Cognis Gr/l 1 1 1 1 W362

Chất chống bọt Gr/l 2 2 2 2 NT-DF 100

Chất làm mềm Stapan Gr/l 20 20 20 20 AS4

Gr/l 0.5 0.5 0.5 0.5 Axit acetic

4 4 4 4 pH

Mức ngấm ép % 65% 65% 65% 65% Pu

0C/s

Nhiệt độ/ Thời gian 170/60 170/60 180/60 180/60

Quy trình xử lý:

- M7: Ngấm ép đơn 7, pu= 65% -> Sấy 130oC/30s -> Curing 170oC/60s

- M8: Ngấm ép đơn 8, pu= 65% -> Sấy 130oC/30s -> Curing 170oC/60s

49

- M9: Ngấm ép đơn 9, pu= 65% -> Sấy 130oC/30s -> Curing 180oC/60s

- M10: Ngấm ép đơn 10, pu= 65% -> Sấy 130oC/30s -> Curing 180oC/60s

Kết quả thí nghiệm:

Bảng 14. Kết quả thí nghiệm

Chỉ tiêu Đơn Mẫu 7 Mẫu 8 Mẫu 9 Mẫu 10

vị (M7) (M8) (M9) (M10)

Tính kháng nước Cấp 5 5 5 5

Chống bẩn dầu Cấp 5 5 5 5

Cường lực

N 405.0 395.1 396.5 392.1 Dọc

655.2 620.2 625.5 615.0 Ngang

Cảm giác sờ tay Đạt Đạt Cứng Cứng

Độ bóng Đạt Đạt Kém Kém

Nhận xét:

- Qua bảng kiểm nghiệm và đánh giá ngoại quan về cảm giác sờ tay, độ bóng

50

của vải, chúng tôi nhận thấy vải xử lý theo đơn hồ số 7 là tối ưu nhất.

Áp dụng hai đơn số 5 & 7 cho vải cravatte và taffeta, ta có kết quả thí nghiệm

vải như sau:

Bảng 15. Kết quả thí nghiệm của vải xử lý theo đơn số 5 & 7

Sau khi hoàn tất Đơn Trước khi hoàn Chỉ tiêu vị tất Đơn số 5 Đơn số 7

1. Vải cravatte

5 5 Cấp Tính kháng nước 1

5 5 Cấp Chống dầu bẩn 1

Cường lực

N 454.0 405.0 Dọc 465.4

690.2 655.2 Ngang 703.6

Góc hồi nhàu

132-149 140-138 138-138 + Dọc (Trái – Phải) Độ

148-150 153-151 151-149 + Ngang (Trái – Phải)

Cảm giác sờ tay Đạt Đạt Hơi cứng

2. Vải taffeta

5 5 Cấp Tính kháng nước 1

5 5 Cấp Chống dầu bẩn 1

N Cường lực

51

Dọc 317.9 303.2 260.4

Ngang 692.3 620.1 577.0

Góc hồi nhàu

+ Dọc (Trái – Phải) Độ 106-104 109-111 108-110

+ Ngang (Trái – Phải) 112-108 118-120 114-116

Cảm giác sờ tay Đạt Đạt Hơi cứng

Độ trắng Cấp 5 4-5 4

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ và BÌNH LUẬN

Qua thí nghiệm trên các đơn công nghệ khác nhau dùng hai loại hóa chất

Nuva 4200 và NT- XR603A chúng tôi nhận thấy rằng:

- Chọn nồng độ hóa chất: lượng hóa chất nhiều thì hiệu quả cao, tuy nhiên hạn

chế là cường lực giảm theo tỉ lệ thuận và vải sẽ cứng hơn.

- Nhiệt độ trùng ngưng (curing) trong hoàn tất tơ tằm thích hợp là từ 130 đến

170oC. Nếu cao hơn vải sẽ bị cứng và ngả vàng.

- Mức ngấm ép phù hợp cho vải là Pu=60-65%.

So sánh chất lượng sản phẩm dùng 2 loại hóa chất của hai hãng:

-

Tính chống thấm nước và chống bẩn của Nuva 4200 và NT- XR603A là tương đương nhau.

- Độ bóng của vải tương đương nhau.

- Cảm giác sờ tay và độ mềm mại của hóa chất hãng Clariant Nuva 4200 tốt

hơn.

Khi đưa vào sản xuất, tùy thuộc vào giá của hóa chất mà để lựa chọn một

52

trong hai hóa chất trên.

Bảng 16. Chỉ tiêu chất lượng vải sau khi hoàn tất

Mức chất lượng

Kết luận

T T

Phương pháp thử

Đơn vị đo

Yêu cầu

Tên sản phẩm và chỉ Tiêu chất lượng chủ yếu

Kết quả đạt được

1 Vải cravatte

4

Cấp

4

Đạt

- Độ bền màu ma sát

ISO 105- X12-01

4

- Độ bền màu giặt

Cấp

4-5

Đạt

ISO 105- D01-87

4

Đạt

ISO 3175-95

%

- Độ co sau giặt + Dọc + Ngang

-2.0 -1.8

4

Đạt

- Tính kháng nước

ISO 4920-81 Cấp

5

A

Đạt

- Chống dầu bẩn

AATCC 118 Cấp

5 (A)

2 Vải taffeta

4

Cấp

4-5

Đạt

- Độ bền màu ma sát

ISO 105- X12-01

4

- Độ bền màu giặt

Cấp

5

Đạt

ISO 105- D01-87

Đạt

4

ISO 3175-95

%

- Độ co sau giặt + Dọc + Ngang

-1.5 -1.7

4

Đạt

- Tính kháng nước

ISO 4920-81 Cấp

5

A

Đạt

- Chống dầu bẩn

AATCC 118 Cấp

5 (A)

- Vải sau khi đã xử lý đạt các chỉ tiêu đã đăng ký.

+ Vải dệt cravatte không bị thay đổi ánh màu, vẫn giữ được độ mềm mại

53

+ Vải taffeta trắng không bị thay đổi ánh trắng.

- So sánh kết quả mẫu xử lý bằng hợp chất khác có kích cỡ hạt lớn hơn:

+ Các sản phẩm nano cho độ bền liên kết với xơ sợi cao hơn vì liên kết là có

thể trực tiếp với xơ trong khi các phương pháp hoàn tất thông thường phải

sử dụng màng kết dính trên bề mặt xơ, vì vậy xử lý bằng hóa chất nano hạn

chế sự thay đổi cảm giác sờ tay của vải.

+ Thiết bị sử dụng để xử lý vải là không thay đổi, không cần máy móc đặc

biệt nào.

+ Vải hoàn tất sau khi chống thấm và chống bẩn bằng hóa chất nano vẫn giữ

được cảm giác sờ tay và độ mềm mại. Đây là một ưu điểm nổi bật khi sử

54

dụng hóa chất nano.

KẾT LUẬN và KIẾN NGHỊ

1/ Nhận xét và đánh giá:

- Đề tài đã đạt được các mục tiêu đã đề ra, thực hiện đủ các nội dung đã đăng

ký

2/ Ý nghĩa khoa học kỹ thuật:

- Tìm hiểu và xây dựng được tài liệu giới thiệu về những ứng dụng của công

nghệ nano trong ngành dệt.

- Đã xây dựng được hai quy trình công nghệ ứng dụng nano trong hoàn tất

chống thấm và chống bẩn cho tơ tằm.

- Xử lý hoàn tất thành công hai mặt hàng taffeta dùng để may cravatte và áo

cưới xuất khẩu đạt chất lượng đã đăng ký

3/ Hiệu quả kinh tế xã hội:

- Sản phẩm của đề tài ứng dụng công nghệ nano trong xử lý hoàn tất mặt hàng

tơ tằm tạo thêm các chức năng mới cho sản phẩm này nhằm nâng cao sức

cạnh tranh của sản phẩm.

- Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ được áp dụng tại Phân viện Dệt may và các

công ty dệt may Cravatte tơ tằm xuất khẩu.

- Đề tài mang tính mới trong việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ chức năng

tăng giá trị cho mặt hàng, tăng tỷ trọng xuất khẩu dệt may cho đất nước.

Cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài

55

Nguyễn Anh Kiệt Nhữ Thị Việt Hà

Tài liệu tham khảo

1/ Bài giảng “ Công nghệ nano và quá trình hoàn tất hoàn tất hàng dệt” – Tiến sĩ

S.Pervez Abbas – Trường Đại học Karachi, năm 2007

2/ Vật liệu dệt – tác giả: TS. Nguyễn Văn Lân, NXB: ĐHQG Tp. HCM 2002.

3/ Kỹ thuật nhuộm – in hoa và hoàn tất – Vật liệu dệt: Tổng Công Ty Dệt May

Việt Nam, Viện Kinh Tế Kỹ Thuật Dệt May, NXB KHKT Hà Nội, 2002.

4/ Báo cáo tổng kết đề tài “ Ứng dụng sản phẩm nano trong xử lý hoàn tất cao cấp vải bông”, Kỹ sư Trương Phi Nam – Viện Dệt May, 2007.

5/ Website: www.unstats.un.org

6/ Website: www.freepatentsonline.com

57

7/ Website: www.swicofil.com