Luận án Tiến sĩ Công nghệ dệt may: Nghiên cứu ứng dụng môi trường plasma trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:184

Thêm vào BST

Báo xấu

34
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ứng dụng plasma DBD áp suất khí quyển trong trong quá trình xử lý hạn chế cháy bền cho vải bông; vải sau xử lý hạn chế cháy đáp ứng các tiêu chí của vải chậm cháy bền giặt (chỉ số oxy tới hạn LOI > 25% hoặc thời gian cháy hoàn toàn ≤ 2s); tổn thất độ bền cơ học thấp nhất có thể (thấp hơn xử lý ở điều kiện thường) và dư lượng formalđehyt tự do < 300 ppm (chỉ tiêu dành cho nhóm III (quần áo không tiếp xúc trực tiếp với da) theo Oeko-Tex 100).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Công nghệ dệt may: Nghiên cứu ứng dụng môi trường plasma trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thị Hường NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔI TRƯỜNG PLASMA TRONG XỬ LÝ HẠN CHẾ CHÁY CHO VẢI BÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT MAY Hà Nội – 2021
ii
iii
Trước hết, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS. TS. Vũ Thị Hồng Khanh người đã hướng dẫn, động viên và luôn tận tâm truyền đạt cho tác giả những kiến thức và kinh nghiệm quý giá trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu để tác giả hoàn thành luận án này. Thứ hai, tác giả xin trân trọng cảm ơn các Thầy Cô giáo thuộc Bộ môn Vật liệu và Công nghệ Hóa dệt, Viện Dệt may - Da giầy và Thời trang, Phòng đào tạo - Bộ phận đào tạo sau Đại học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tiếp nhận tác giả làm Nghiên cứu sinh và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian học tập tại đây. Tiếp đến tác giả xin cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Công nghiệp Dệt may Hà Nội (nơi tác giả công tác) đã tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Phòng thí nghiệm Hóa dệt, Trung tâm thí nghiệm Vật liệu Dệt may Da giầy, Viện vật lý kỹ thuật, đặc biệt nhóm nghiên cứu của PGS.TS. Đặng Đức Vượng và Th.S Lê Cao Cường, Công ty CP thiết bị Ozone Bkidt, Trung tâm công nghệ Polyme – Compozit và Giấy (TS. Nguyễn Phạm Duy Linh), Viện kỹ thuật Hóa học, TS. Phan Duy Nam - Viện Dệt may - Da giầy và Thời trang, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng thí nghiệm Trọng điểm Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong Phát triển xanh – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội, Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Hàn lâm KH&CN Việt nam, đã hỗ trợ tác giả thực hiện một số phân tích trong luận án. Tác giả cũng trân trọng cảm ơn các nhà khoa học đã đồng ý nhận đánh giá luận án này. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã chia sẻ công việc giúp tác giả có nhiều thời gian và tâm trí cho luận án. Tác giả iv
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT…………………………...ix DANH MỤC CÁC BẢNG………………………………………………………...xi DANH MỤC CÁC HÌNH……………………………………………………..….xiv MỞ ĐẦU……………………………………………………………………......xviii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU .........................................................1 1.1 Giới thiệu về vải bông và cơ chế hạn chế cháy cho xenlulo.............................1 1.1.1 Giới thiệu về vải bông .................................................................................1 1.1.2 Cơ chế cháy của xenlulo .............................................................................2 1.1.3 Cơ chế hạn chế cháy cho xenlulo...............................................................3 1.2 Tổng quan về các chất hạn chế cháy cho bông .................................................5 1.2.1 Phân loại các chất hạn chế cháy ...................................................................5 1.2.1.1 Chất hạn chế cháy vô cơ ...................................................................5 1.2.1.2 Chất hạn chế cháy chứa halogen ......................................................5 1.2.1.3 Chất hạn chế cháy chứa Nitơ ............................................................6 1.2.1.4 Chất hạn chế cháy chứa photpho (P) ................................................6 1.2.2 Các chất hạn chế cháy bền cho xenlulo ........................................................6 1.2.2.1 Dẫn xuất của Tetrakis (Hydroxymethyl) Phosphonium ....................6 1.2.2.2 N-Methyloldimethyl Phosphonopropioamide (Pyrovatex CP/ Pyrovatex CP New) .......................................................................................7 1.2.3 Kết luận về các chất hạn chế cháy cho vải bông .........................................8 1.3 Tổng quan về một số phương pháp kiểm tra tính cháy của vải .....................8 1.3.1 Phương pháp kiểm tra tính cháy theo hướng 45° .........................................8 1.3.2 Phương pháp kiểm tra tính cháy theo hướng thẳng đứng.............................9 1.3.3 Phương pháp thử nghiệm giá trị LOI ...........................................................9 1.3.4 Phương pháp đo nhiệt trọng (TGA)..............................................................9 1.4 Tổng quan về các công trình nghiên cứu hạn chế cháy cho vải bông ..........10 1.4.1 Tổng quan các công trình nghiên cứu hạn chế cháy cho vải bông bằng phương pháp ngấm ép – sấy – gia nhiệt truyền thống ..............................10 1.4.1.1 Một số nghiên cứu sử dụng nhóm chất N-Methyloldimethyl Phosphonopropioamide (MDPA) kết hợp với nhựa melamin .....................10 1.4.1.2 Một số nghiên cứu sử dụng nhóm chất MDPA kết hợp với chất liên kết ngang không có formalđehyt hoặc có formalđehyt thấp .......................11 1.4.1.3 Một số nghiên cứu xử lý hạn chế cháy cho vải bông sử dụng muối amoni .......................................................................................................13 1.4.1.4 Một số nghiên cứu sử dụng các dẫn xuất của Piperazine, Triazine- phosphonate trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông ..................................15 1.4.2 Tổng quan các công trình nghiên cứu hạn chế cháy cho vải bông sử dụng các phương pháp khác như sol-gel, layer by layer ...................................17 1.4.3 Tổng quan về plasma và một số nghiên cứu xử lý hạn chế cháy cho vải bông có ứng dụng công nghệ plasma ................................................................21 1.4.3.1 Khái quát về plasma ........................................................................21 1.4.3.2 Một số dạng phóng điện tạo plasma ...............................................21 1.4.3.3 Các dạng plasma trong xử lý vật liệu dệt .......................................22 1.4.3.4 Sự tương tác giữa plasma với bề mặt vật liệu .................................24 1.4.3.5 Ứng dụng plasma trong xử lý vật liệu dệt .......................................25 1.4.3.6 Một số nghiên cứu ứng dụng plasma trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông .......................................................................................................28 v
1.4.4 Tổng kết về các nghiên cứu xử lý hạn chế cháy cho vải bông ...................34 1.5 Kết luận tổng quan ............................................................................................37 1.6 Định hướng nghiên cứu và cơ sở lý luận của luận án ....................................39 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................................................................42 2.1 Đối tượng nghiên cứu........................................................................................42 2.1.1 Vải .......................................................................................................42 2.1.2 Hóa chất ......................................................................................................42 2.1.2.1 Chất hạn chế cháy ...........................................................................42 2.1.2.2 Chất LKN.........................................................................................43 2.1.2.3 Chất trợ ...........................................................................................43 2.2 Nội dung nghiên cứu .........................................................................................43 2.2.1 Nghiên cứu xử lý hạn chế cháy cho vải bông bằng phương pháp truyền thống ngấm ép - sấy - gia nhiệt...........................................................................43 2.2.1.1 Nghiên cứu lựa chọn hóa chất hạn chế cháy và chất liên kết ngang .. .......................................................................................................44 2.2.1.2 Nghiên cứu công nghệ xử lý hạn chế cháy cho vải bông sử dụng tổ hợp hóa chất Pyrovatex CP New, Knittex FFRC và chất ngấm .................46 2.2.2 Nghiên cứu ứng dụng plasma trong quy trình xử lý hạn chế cháy cho vải bông .......................................................................................................49 2.2.2.1 Xác định các thông số của thiết bị plasma ......................................49 2.2.2.2 Nghiên cứu ứng dụng plasma hoạt hóa (plasma 1) trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông .................................................................................49 2.2.2.3 Nghiên cứu ứng dụng plasma polyme hóa và ghép (plasma 2) trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông .................................................................52 2.2.2.4 Nghiên cứu kết hợp plasma 1 và plasma 2 trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông ................................................................................................52 2.2.2.5 Kết luận đánh giá và lựa chọn quy trình ứng dụng plasma trong xử lý hoàn tất chậm cháy cho vải bông ............................................................55 2.2.3 Luận giải về tác động của plasma trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông 55 2.3 Phương pháp nghiên cứu..................................................................................56 2.3.1 Phương pháp tạo mẫu vải chậm cháy trong phòng thí nghiệm ..................56 2.3.1.1 Phương pháp tạo mẫu vải chậm cháy với chất hạn chế cháy DAHP . .......................................................................................................56 2.3.1.2 Phương pháp tạo mẫu vải chậm cháy với chất hạn chế cháy PR ...57 2.3.2 Phương pháp xử lý plasma .........................................................................57 2.3.2.1 Mô tả cấu tạo thiết bị plasma DBD ................................................57 2.3.2.2 Phương pháp xử lý vải với Plasma 1 ..............................................58 2.3.2.3 Phương pháp xử lý vải với Plasma 2 ..............................................59 2.3.3 Phương pháp đánh giá tính cháy của vải ....................................................59 2.3.3.1 Đánh giá tính cháy theo hướng 45° ................................................59 2.3.3.2 Đánh giá tính cháy theo hướng thẳng đứng ...................................60 2.3.3.3 Phương pháp đo đặc tính lan truyền cháy có giới hạn của vải ......60 2.3.3.4 Đo giá trị LOI ..................................................................................60 2.3.4 Phương pháp đánh giá một số tính chất đặc trưng khác của vải trước và sau xử lý hạn chế cháy ....................................................................................61 2.3.4.1 Phương pháp kiểm tra độ bền kéo đứt ............................................61 2.3.4.2 Phương pháp kiểm tra độ bền xé rách của vải ...............................62 vi
2.3.4.3 Phương pháp xác định tính mao dẫn của vải..................................63 2.3.4.4 Phương pháp kiểm tra hình thái bề mặt - SEM và phân tích thành phần các nguyên tử C, O, N, P - EDS .........................................................63 2.3.4.5 Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Furier (FTIR) ...63 2.3.4.6 Phương pháp phân tích phổ quang điện tử tia X / X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) .....................................................................................64 2.3.4.7 Phương pháp phân tích nhiệt trọng - TGA .....................................64 2.3.4.8 Phương pháp xác định hàm lượng formalđehyt tự do ....................64 2.3.5 Phương pháp xác định các thông số công nghệ tối ưu ..............................65 2.4 Kết luận chương 2 .............................................................................................66 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU..............................................................67 3.1 Nghiên cứu xử lý hạn chế cháy cho vải bông bằng phương pháp truyền thống ngấm ép – sấy- gia nhiệt..........................................................................................67 3.1.1 Nghiên cứu lựa chọn hóa chất hạn chế cháy và chất liên kết ngang trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông ...................................................................67 3.1.1.1 Kết quả nghiên cứu khảo sát quy trình xử lý hạn chế cháy với chất hạn chế cháy 1 (DAHP) ..............................................................................67 3.1.1.2 Kết quả nghiên cứu khảo sát quy trình XLHCC với chất chậm cháy 2 và lựa chọn chất LKN...............................................................................69 3.1.2 Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng hóa chất xử lý hạn chế cháy cho vải bông bằng phương pháp ngấm ép – sấy – gia nhiệt ...........................75 3.1.2.1 Phân tích sự phù hợp của mô hình ..................................................75 3.1.2.2 Ý nghĩa thống kê của các hệ số của mô hình ..................................76 3.1.2.3 Phân tích các ảnh hưởng của nồng độ PR và K đến một số thuộc tính của vải sau XLHCC. ....................................................................................77 3.1.2.4 Ảnh hưởng của hàm lượng hóa chất đến thuộc tính cháy của vải ..78 3.1.2.5 Ảnh hưởng của hàm lượng hóa chất đến độ bền kéo đứt của vải ...79 3.1.2.6 Ảnh hưởng của hàm lượng hóa chất đến hàm lượng formalđehyt trên vải sau xử lý hoàn tất. .................................................................................80 3.1.2.7 Kết quả xác định điều kiện tối ưu của hàm lượng PR và K trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông ......................................................................80 3.1.3 Tối ưu hóa điều kiện gia nhiệt xử lý hạn chế cháy cho vải bông bằng phương pháp ngấm ép – sấy – gia nhiệt ................................................................82 3.1.3.1 Ảnh hưởng của điều kiện gia nhiệt đến tính hạn chế cháy, độ bền kéo đứt và dư lượng formalđehyt của vải sau xử lý ...........................................82 3.1.3.2 Kết quả một số phân tích lý hóa và hình thái của vải trước và sau xử lý .......................................................................................................87 3.1.3.3 Kết quả xác định điều kiện gia nhiệt tối ưu trong XLHCC cho vải bông .......................................................................................................91 3.2 Nghiên cứu ứng dụng plasma trong quy trình xử lý hạn chế cháy cho vải bông .......................................................................................................93 3.2.1 Xác định các thông số của thiết bị plasma .................................................93 3.2.2 Nghiên cứu ứng dụng plasma 1 trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông ...94 3.2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng đồng thời của tốc độ của vải và công suất plasma đến một số tính chất bề mặt của vải bông ...................................................94 3.2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tiền xử lý plasma đến một số tính chất của vải bông .................................................................................97 vii
3.2.2.3 Kết quả nghiên cứu áp dụng Plasma 1 trong XLHCC cho vải bông .. .....................................................................................................101 3.2.2.4 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt trong quy trình XLHCC có sử dụng plasma 1 ...........................104 3.2.3 Nghiên cứu ứng dụng plasma polyme hóa và ghép (plasma 2) trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông......................................................................113 3.2.3.1 Ảnh hưởng của thời gian plasma 2 đến đặc tính cháy và sự thay đổi bề mặt của mẫu sau xử lý hạn chế cháy ....................................................113 3.2.3.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý plasma 2 đến độ bền kéo đứt của vải .....................................................................................................116 3.2.4 Nghiên cứu ứng dụng kết hợp plasma 1 và plasma 2 trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông ...................................................................................117 3.2.4.1 Nghiên cứu ứng dụng plasma hoạt hóa và plasma polyme hóa trong XLHCC cho vải bông ................................................................................117 3.2.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của thời gian plasma hoạt hóa và thời gian plasma polyme hóa đến hiệu quả HCC cho vải bông................122 3.2.4.3 Tối ưu hóa hàm lượng hóa chất trong quy trình XLHCC cho vải bông ứng dụng công nghệ plasma......................................................................126 3.2.5 Đánh giá một số tính chất của vải trước và sau xử lý chậm cháy ở các điều kiện tối ưu so với yêu cầu của tiêu chuẩn TCVN 6875: 2010 ...............133 3.3 Luận giải về tác động của plasma trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông 134 3.3.1 Tác động của plasma hoạt hóa ..................................................................134 3.3.2 Tác động của plasma polyme hóa và ghép chất chậm cháy trong quá trình XLHCC cho vải bông .............................................................................135 3.4 Kết luận chương 3 ...........................................................................................136 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO...................................138 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................140 TUYỂN TẬP CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ PHỤ LỤC viii
AATCC AC AEDTMPA BTCA 1,2,3,4-butanetetracarboxylic CCD Central composite design - Phương pháp thiết kế phối hợp có tâm CN-3 Diethyl 4-methylpiperazin-1-ylphosphoramidate DAP Diammonium phosphate Direct current – Dòng điện một chiều DEAEP Diethyl(acryloyloxyethyl)phosphate DEAEPN Diethyl(acryloyloxyethyl)phosphoramidate DEAMP Diethyl(acryloyloxymethyl)phosphonate DEMEP Diethyl-2- (methacryloyloxyethyl)phosphate DHEU Dimethyl(acryloyloxymethyl)phosphonate DMDHEU Dimethyloldihydroxyetylen urea Energy-dispersive Spectroscopy - Phổ tán sắc năng lượng tia X ix
ISPA Imidazole spirocyclic phosphoramidate LbL Methacryloyloxyethylorthophosphorotetraethyl-diamidate PIGP Response Surface Method - Phương pháp bề mặt đáp ứng Scanning Electron Microscopy – Kính hiển vi điện tử quét Giây Sodium hypophosphite TEPP Tetraethyl piperazine -1,4 - diyldiphosphonate Thermal gravimetric analysis – Phân tích nhiệt trọng Tetrakis (Hydroxymethyl) Phosphonium Chloride Trimethylol melamine TMPT O , O , O ' , O'-tetramethyl piperazine -1,4 - diyldiphosphonothioate TEOS Tetraethyl orthosilicate TPN1 Diethyl 4,6-dichloro-1,3,5-triazin-2-ylphosphonate TPN3 Dimethyl (4,6-dichloro-1,3,5-triazin-2-yloxy)methylphosphonate x
Bảng 1.1. Các thông số về khả năng cháy của một số xơ [1]. ....................................2 Bảng 1.2. Phân loại vật liệu dựa trên giá trị LOI [39] ................................................9 Bảng 1.3. Một số công trình nghiên cứu XLHCC cho vải bông bằng kỹ thuật NE-S- GN .......................................................................................................34 Bảng 1.4. Một số nghiên cứu XLHCC cho bông sử dụng kỹ thuật Sol-gel và LbL .35 Bảng 1.5. Một số nghiên cứu ứng dụng plasma trong XLHCC cho vải bông ..........36 Bảng 2.1. Chỉ tiêu kỹ thuật của vải bông. .................................................................42 Bảng 2.2 Các phương án xử lý vải khác nhau với chất hạn chế cháy 1....................45 Bảng 2.3 Các phương án xử lý vải khác nhau với chất hạn chế cháy 2....................45 Bảng 2.4. Phương án thực nghiệm tối ưu hóa hàm lượng hóa chất bằng phương pháp NE-S-GN theo CCF ................................................................................47 Bảng 2.5. Phương án thực nghiệm tối ưu hóa điều kiện gia nhiệt trong XLHCC cho vải bông bằng phương pháp NE-S-GN theo CCF ..................................48 Bảng 2.6. PATN nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của tốc độ di chuyển vải và công suất plasma theo CCF .............................................................................50 Bảng 2.7. Các PATN nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt trong XLHCC có plasma 1 theo CCF ............................................51 Bảng 2.8 Các điều kiện xử lý cho từng PATN áp dụng plasma 2 trong XLHCC ....52 Bảng 2.9 PATN nghiên cứu khả năng áp dụng của plasma 1 và plasma 2 trong XLHCC cho vải bông .............................................................................54 Bảng 2.10 Các PATN lựa chọn thời gian plasma 1 và plasma 2 tối ưu theo CCF ...54 Bảng 2.11. Các PATN tối ưu hóa hàm lượng PR và K trong XLHCC cho vải bông ứng dụng plasma theo CCF. ....................................................................55 Bảng 2.12 Cách bố trí thí nghiệm theo phương pháp CCF .......................................66 Bảng 3.1 Mức hấp thu hóa chất và đặc tính cháy theo hướng 45° trên vải trước và sau xử lý với chất chậm cháy DAHP ............................................................67 Bảng 3.2 So sánh một số chỉ tiêu trong nghiên cứu [31] và trong nghiên cứu nội dung 3.1.1.1 của luận án...................................................................................69 Bảng 3.3 Mức hấp thu hóa chất chậm cháy lên vải xử lý với chất chậm cháy 2 ở các PATN khác nhau .....................................................................................71 Bảng 3.4 Đặc tính cháy của mẫu trước xử lý, sau xử lý và sau các lần giặt .............72 Bảng 3.5. LOI của mẫu trước xử lý, sau xử lý với chất hạn chế cháy 2 và sau các lần giặt. .......................................................................................................72 Bảng 3.6 Độ bền kéo đứt của mẫu trước và sau xử lý với chất chậm cháy PR ........73 Bảng 3.7 Dư lượng formalđehyt của mẫu sau xử lý và sau giặt với chất chậm cháy PR .......................................................................................................74 Bảng 3.8 Các phương án thiết kế và kết quả thí nghiệm tối ưu hóa hàm lượng hóa chất trong XLHCC bằng phương pháp NE-S-GN cho vải bông ............75 Bảng 3.9. Kết quả kiểm tra về sự phù hợp của mô hình trong nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng hóa chất trong XLHCC bằng phương pháp NE-S-GN .........76 Bảng 3.10. Bảng phân tích phương sai (ANOVA) các tham số của các mô hình trong nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng hóa chất trong XLHCC bằng phương pháp NE-S-GN ........................................................................................76 Bảng 3.11 Các lựa chọn tốt nhất về hàm lượng hóa chất trong XLHCC bằng phương pháp NE-S-GN truyền thống đối với từng tham số riêng biệt ................81 Bảng 3.12 Điều kiện tối ưu của dung dịch hoàn tất khi kết hợp các tham số trong XLHCC bằng phương pháp NE-S-GN truyền thống ..............................81 xi
Bảng 3.13 Kết quả thí nghiệm XLHCC cho vải bông bằng phương pháp NE-S-GN ở các điều kiện gia nhiệt khác nhau ...........................................................82 Bảng 3.14 Kết quả phân tích sự phù hợp của mô hình trong nghiên cứu XLHCC bằng phương pháp NE-S-GN ở các điều kiện gia nhiệt khác nhau .................83 Bảng 3.15 Phân tích phương sai các thành tố của mô hình trong nghiên cứu XLHCC bằng phương pháp NE-S-GN ở các điều kiện gia nhiệt khác nhau ........83 Bảng 3.16 Kết quả kiểm tra hàm lượng formalđehyt trước và sau 1 lần giặt của 3 mẫu 0-0-450-107-170-120, 0-0-450-107-180-90, 0-0-450-107-180-120 ......87 Bảng 3.17 Kết quả phân tích thành phần các nguyên tố C, O, P, N của một số mẫu sau xử lý, sau 30 lần giặt ở điều kiện gia nhiệt khác nhau ......................91 Bảng 3.18 Các lựa chọn tốt nhất về điều kiện gia nhiệt đối với từng tham số riêng biệt trong nghiên cứu XLHCC bằng phương pháp NE-S-GN .......................91 Bảng 3.19 Điều kiện tối ưu của điều kiện gia nhiệt khi kết hợp các tham số ...........92 Bảng 3.20 Kết quả kiểm tra các đặc tính của vải xử lý theo phương án tối ưu ở điều kiện NE-S-GN truyền thống ...................................................................92 Bảng 3.21: Kết quả kiểm tra tính mao dẫn, độ bền kéo đứt của vải trước và sau khi xử lý plasma 1 .........................................................................................95 Bảng 3.22 Sự phù hợp của mô hình trong nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời tốc độ của vải và công suất plasma đến một số tính chất của vải bông ...................95 Bảng 3.23: Kết quả phân tích phương sai của mô hình trong nghiên cứu hưởng đồng thời tốc độ của vải và công suất plasma đến một số tính chất của vải bông .......................................................................................................95 Bảng 3.24 Kết quả kiểm tra tính mao dẫn dọc của các mẫu xử lý plasma ở thời gian khác nhau ................................................................................................98 Bảng 3.25 Kết quả kiểm tra độ bền kéo đứt của vải sau xử lý plasma thời gian khác nhau .......................................................................................................99 Bảng 3.26 Đặc tính cháy và giá trị LOI của vải sau xử lý ở quy trình hoàn tất chậm cháy không có plasma ...........................................................................101 Bảng 3.27. Kết quả xác định thành phần các nguyên tố của mẫu sau xử lý ở điều kiện gia nhiệt 180 °C, 114 s có và không có plasma 1 .................................103 Bảng 3.28. Thiết kế thí nghiệm theo CCF và các kết quả thu được trong nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt với quy trình XLHCC có sử dụng plasma 1 ...............................................................104 Bảng 3.29. Kết quả kiểm tra về sự phù hợp của mô hình trong nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt với quy trình XLHCC có sử dụng plasma 1 .......................................................................................105 Bảng 3.30. Phân tích phương sai (ANOVA) các thành tố của mô hình trong nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt với quy trình XLHCC có plasma 1 .............................................................................105 Bảng 3.31 Mức giảm độ bền kéo đứt theo từng điều kiện gia nhiệt (%) ................107 Bảng 3.32 Giải pháp tối ưu được lựa chọn trong nghiên cứu tối ưu hóa nhiệt độ và thời gian gia nhiệt trong XLHCC với plasma 1 ....................................108 Bảng 3.33 Kết quả xác định thành phần các nguyên tố C, O, P, N mẫu trước và sau xử lý với plasma 1 và ở các điều kiện gia nhiệt khác nhau ..................111 Bảng 3.34 Tỷ lệ phần trăm các nhóm chức có trên bề mặt vải trước và sau khi xử lý plasma ...................................................................................................112 Bảng 3.35 Đặc tính cháy theo phương thẳng đứng của các mẫu xử lý với plasma 2 ... .....................................................................................................114 xii
Bảng 3.36 Kết quả xác định thành phần các nguyên tố C, O, P, N ở quy trình XLHCC có plasma 2 ............................................................................................116 Bảng 3.37 Kết quả kiểm tra độ bền kéo đứt của các mẫu vải sau xử lý với plasma 2 .. .....................................................................................................116 Bảng 3.38 Đặc tính cháy và giá trị LOI của vải sau xử lý ở quy trình hoàn tất chậm cháy với plasma 1, plasma 2 có gia nhiệt và không gia nhiệt ...............117 Bảng 3.39 Kết quả xác định thành phần các nguyên tố C, O, P, N ở quy trình có plasma 1 và và plasma 2 .......................................................................119 Bảng 3.40 Kết quả kiểm tra độ bền kéo đứt của các mẫu vải trước và sau XLHCC với plasma 1 và plasma 2 ............................................................................121 Bảng 3.41 Kết quả bố trí thí nghiệm và các giá trị thực nghiệm thu được trong nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của thời gian plasma 1 và thời gian plasma 2 .... .....................................................................................................122 Bảng 3.42 Kết quả kiểm tra về sự phù hợp của mô hình trong nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của thời gian plasma 1 và thời gian plasma 2 .......................122 Bảng 3.43 Phân tích phương sai các thành tố của mô hình trong nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của thời gian plasma 1 và thời gian plasma 2 .......................122 Bảng 3.44 Tỷ lệ phần trăm các nguyên tử của mẫu trước xử lý, sau xử lý hoạt hóa plasma, và sau XLHCC với thời gian plasma khác nhau. ....................124 Bảng 3.45 Điều kiện tối ưu của thời gian plasma hoạt hóa và thời gian plasma polyme hóa trong XLHCC cho vải bông ...........................................................125 Bảng 3.46 Kết quả bố trí thí nghiệm theo CCF và các giá trị thực nghiệm của nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng hóa chất trong quy trình XLHCC cho vải bông ứng dụng công nghệ plasma ..................................................................126 Bảng 3.47 Kết quả kiểm tra về sự phù hợp của mô hình trong nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng hóa chất ở quy trình XLHCC có ứng dụng công nghệ plasma . .....................................................................................................127 Bảng 3.48 Phân tích mức ý nghĩa các thành tố của mô hình trong nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng hóa chất ở quy trình XLHCC có ứng dụng công nghệ plasma ...................................................................................................127 Bảng 3.49 Tỷ lệ phần trăm các nguyên tử C, O, N, P của mẫu trước và sau XLHCC với plasma ở các nồng độ hóa chất khác nhau ......................................128 Bảng 3.50 Điều kiện tối ưu trong nghiên cứu kết hợp plasma 1 và plasma 2 xử lý hạn chế cháy cho vải bông ...........................................................................130 Bảng 3.51 Kết quả kiểm tra các đặc tính của vải xử lý theo phương án tối ưu ở điều kiện kết hợp plasma 1 và plasma 2 trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông .....................................................................................................131 Bảng 3.52 So sánh một số yêu cầu của vải trước và sau XLHCC đối với quần áo bảo vệ chống nhiệt và lửa theo tiêu chuẩn TCVN 6875: 2010 ....................133 xiii
Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của xenlulo [2] ................................................................1 Hình 1.2. Động học quá trình cháy của xenlulo [2] ....................................................3 Hình 1.3. Cơ chế phản hồi một quá trình đốt cháy [19].............................................4 Hình 1.4: Phản ứng của THPC -Ure-amoniac [19] .....................................................7 Hình 1.5. Phản ứng của N-Methyloldimethyl Phosphonopropioamide với xenlulo [2] .........................................................................................................8 Hình 1.6: Hình ảnh mô tả về kỹ thuật LbL [57] .......................................................18 Hình 2.1. Công thức cấu tạo của N-methylol dimethylphosphonpropionamide ......42 Hình 2.2. Công thức cấu tạo của: a) axit citric và b) Dihydroxy ethylene urea (DHEU) .......................................................................................................43 Hình 2.3. Quy trình XLHCC cho vải bông bằng phương pháp NE-S-GN ...............44 Hình 2.4. Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện plasma 1 đến một số tính chất của vải bông ...................................................................................49 Hình 2.5 Sơ đồ nghiên cứu tác động của plasma 1 trong XLHCC cho vải bông .....51 Hình 2.6. Sơ đồ nghiên cứu ứng dụng plasma 2 trong XLHCC cho vải bông .........52 Hình 2.7 Sơ đồ nghiên cứu áp dụng kết hợp plasma 1 và plasma 2 trong XLHCC cho vải bông..................................................................................................53 Hình 2.8. (a) Thiết bị ngấm ép SDL D394A và (b) Thiết bị sấy SDL D398 ............56 Hình 2.9. Máy giặt Elextrolux EW 1290W ..............................................................57 Hình 2.10. Hình vẽ mô tả thiết bị plasma DBD ........................................................58 Hình 2.11. Hình vẽ mô tả vùng phát plasma .............................................................58 Hình 2.12. Hình vẽ mô tả chuẩn bị mẫu vải để xử lý plasma ...................................59 Hình 2.13. Sơ đồ mắc vải vào thiết bị plasma ..........................................................59 Hình 2.14. Bảng điều khiển trên thiết bị plasma DBD .............................................59 Hình 2.15. Hình vẽ mô tả sơ đồ nối mẫu chuẩn bị plasma lần 2 ..............................59 Hình 2.16. Thiết bị thử nghiệm tính cháy: a- Theo hướng 45°; b- Theo hướng thẳng đứng .......................................................................................................60 Hình 2.17 Thiết bị kiểm tra LOI ...............................................................................61 Hình 2.18 Thiết bị kéo đứt (a) Tensilon ANDRTC – 1250A và (b) Tenso-lab 2512A, Mesdan-lab.............................................................................................62 Hình 2.19 Chuẩn bị mẫu đo độ bền xé rách ..............................................................62 Hình 2.20 Phân tích SEM, EDS: (a) Chuẩn bị mẫu, (b) Thiết bị TM4000Plus ........63 Hình 2.21 Thiết bị phân tích FTIR ............................................................................64 Hình 2.22 Quy trình xác định điều kiện tối ưu .........................................................65 Hình 3.1 Thời gian bắt cháy của mẫu trước xử lý; sau xử lý và sau 5 lần giặt.........68 Hình 3.2 Chiều dài than hóa của mẫu trước và sau xử lý .........................................68 Hình 3.3 Thời gian cháy hoàn toàn của mẫu trước xử lý; sau xử lý và sau 5 lần giặt .. .......................................................................................................68 Hình 3.4 Cơ chế phản ứng của Pyrovatex CP New , CA và xenlulo [15] ................70 Hình 3.5 Cơ chế liên kết có thể xảy ra của Pyrovatex CP New, CA, chitosan và xenlulo ...................................................................................................70 Hình 3.6 Cơ chế liên kết có thể xảy ra của DHEU, Pyrovatex CP New và xenlulo [130] .......................................................................................................70 Hình 3.7 Mẫu kiểm tra tính cháy theo hướng 45°- (a) Mẫu không xử lý, (b) Mẫu FS2 sau 30 chu kỳ giặt, (c) Mẫu FS1 sau 30 chu kỳ giặt, (d) Mẫu FS3 sau 30 chu kỳ giặt. .............................................................................................72 xiv
Hình 3.8 Mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của hàm lượng Pyrovatex CP New và Knittex FFRC đến mức hấp thu hóa chất. .............................................77 Hình 3.9 Mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của hàm lượng Pyrovatex CP New và Knittex FFRC đến giá trị LOI. ...............................................................78 Hình 3.10 Thời gian cháy hoàn toàn của mẫu sau XLHCC bằng phương pháp NE-S- GN với hàm lượng hóa chất khác nhau (Ký hiệu: thời gian plasma 1-thời gian plasma 2- hàm lượng PR-hàm lượng K-Nhiệt độ - thời gian (gia nhiệt)) .....................................................................................................78 Hình 3.11 Hình ảnh các mẫu sau kiểm tra tính cháy theo phương thẳng đứng:(a) 0-0- 350-80-180-120; (b) 0-0-350-100-180-120; (c) 0-0-350-120-180-120, (d) 0-0-400-80-180-120, (e) 0-0-400-100-180-120; (f) 0-0-400-120-180- 120; (g) 0-0-450-80-180-120; (h) 0-0-450-100-180-120; (i) 0-0-450-120- 180-120; (k) Không xử lý ......................................................................78 Hình 3.12 Mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của hàm lượng Pyrovatex CP New và Knittex FFRC đến lực kéo đứt của vải: a) Hướng dọc; b) Hướng ngang . .......................................................................................................79 Hình 3.13 Mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt trong XLHCC cho vải bông bằng phương pháp NE-S-GN tới: (a) Mức hấp thu hóa chất và (b) Giá trị LOI ....................................................................84 Hình 3.14 Mẫu đốt theo hướng thẳng đứng, (a) Mẫu sau xử lý, (b) Mẫu sau 10 chu kỳ giặt, (c) Mẫu sau 30 chu kỳ giặt; (d) Mẫu không xử lý: T1 0-0-450- 107-160-120; T2 0-0-450-107-170-60; T3 0-0-450-107-170-120; T4 0- 0-450-107-180-60; T5 0-0-450-107-170-90; T6 0-0-450-107-160-60; T7 0-0-450-107-180-120; T8 0-0-450-107-180-90; T9 0-0-450-107-170-90 .......................................................................................................85 Hình 3.15 Mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt đến chiều dài than hóa của vải sau xử lý. .....................................................85 Hình 3.16 Mặt đáp ứng của: (a) Độ bền kéo đứt theo hướng dọc và (b) độ bền kéo đứt theo hướng ngang ............................................................................86 Hình 3.17 Mức giảm độ bền kéo đứt của mẫu sau xử lý bằng phương pháp NE-S-GN ở điều kiện gia nhiệt khác nhau (Ký hiệu: thời gian plasma 1-thời gian plasma 2- hàm lượng PR-hàm lượng K-Nhiệt độ - thời gian (gia nhiệt)) . .......................................................................................................86 Hình 3.18 Hình ảnh SEM độ phóng đại 4000 lần của mẫu trước xử lý (Co), sau xử lý (0-0-450-107-170-120-0, 0-0-450-107-180-90-0, 0-0-450-107-180-120- 0) và sau 30 lần giặt (0-0-450-107-170-120-30, 0-0-450-107-180-90-30, 0-0-450-107-180-120-30) .......................................................................88 Hình 3.19 Đường cong TGA của 3 mẫu: [1] 0-0-450-107-180-90; [2] 0-0-450-107- 170-120; [3]-Không xử lý ......................................................................89 Hình 3.20 Phổ EDS của mẫu trước xử lý (Co), sau xử lý (0-0-450-107-170-120-0) và sau 30 chu kỳ giặt (0-0-450-107-170-120-30) ......................................90 Hình 3.21 Ảnh hưởng của các thông số hoạt động đến công suất plasma: a) Khoảng cách phóng điện; b) Tốc độ của vải; c) Cường độ dòng điện; d) Phóng điện plasma không liên tục ở khoảng cách 4 mm ..................................94 Hình 3.22. Mặt đáp ứng của chiều cao cột nước a) Hướng dọc và b) Hướng ngang ... .......................................................................................................96 Hình 3.23 Lực kéo đứt và độ giãn đứt của vải trước và sau xử lý với plasma ở công suất và tốc độ của vải khác nhau ...........................................................96 xv
Hình 3.24 Hình thái bề mặt của vải trước và sau xử lý với điều kiện khác nhau về công suất và tốc độ của vải trong xử lý plasma .....................................97 Hình 3.25 Kết quả đo mao dẫn dọc của các mẫu xử lý plasma ở thời gian khác nhau .......................................................................................................98 Hình 3.26 Mối quan hệ giữa thời gian xử lý plasma và độ bền kéo đứt của vải sau khi chỉ xử lý hoạt hóa bằng plasma .............................................................99 Hình 3.27 Hình ảnh chụp bề mặt với độ phóng đại 4000 lần của mẫu vải bông trước và sau hoạt hóa bề mặt với thời gian plasma khác nhau (từ 2 s đến 90 s) . .....................................................................................................100 Hình 3.28 Hình ảnh mẫu trước xử lý (Co), sau xử lý ở điều kiện gia nhiệt 180 °C, 114 s có và không có plasma hoạt hóa .......................................................101 Hình 3.29 Hình ảnh SEM độ phóng đại 4000 lần của mẫu trước xử lý, sau xử lý không có và có plasma 1 .................................................................................102 Hình 3.30 Hình ảnh phân bố nguyên tử N, P và phổ EDS: (a) trước xử lý, (b) 0-0- 450-107-180-114, (c) 90-0-450-107-180-114. ....................................102 Hình 3.31 Phổ FTIR của các mẫu từ dưới lên trên: Không xử lý (Co), 0-0-450-107- 180-114, 90-0-450-107-180-114, và PR..............................................103 Hình 3.32. Mặt đáp ứng ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt trong XLHCC có áp dụng plasma 1 tới giá trị LOI .....................................................105 Hình 3.33. Thời gian cháy hoàn toàn của mẫu không xử lý (Co), mẫu sau xử lý (0 CKG), và mẫu sau 5 chu kỳ giặt (5 CKG)...........................................106 Hình 3.34. Kết quả kiểm tra tính cháy theo hướng thẳng đứng: (a) 90-0-450-107-160- 60; (b) 90-0-450-107-160-90; (c) 90-0-450-107-160-120; (d) 90-0-450- 107-170-60; (e) 90-0-450-107-170-90; (f) 90-0-450-107-170-120; (g) 90-0-450-107-180-60; (h) 90-0-450-107-180-90; (i) 90-0-450-107-180- 120; Co- không xử lý; Hàng dưới: chiều dài than hóa (mm) ..............106 Hình 3.35. Kết quả kiểm tra tính cháy theo hướng thẳng đứng mẫu sau 5 lần giặt: (a) 90-0-450-107-160-60; (b) 90-0-450-107-160-90; (c) 90-0-450-107-160- 120; (d) 90-0-450-107-170-60; (e) 90-0-450-107-170-90; (f) 90-0-450- 107-170-120; (g) 90-0-450-107-180-60; (h) 90-0-450-107-180-90; (i) 90-0-450-107-180-120. ........................................................................107 Hình 3.36 Hình ảnh SEM độ phóng đại 4000 lần của mẫu trước và sau xử lý với plasma và sau XLHCC: a,b - Sau xử lý plasma 45 s và 90 s; c-Mẫu không xử lý; d,e,f – mẫu gia nhiệt ở điều kiện khác nhau ..............................109 Hình 3.37: Hình ảnh phân bố nguyên tử N, P và phổ đặc trưng của các nguyên tử:(a)Co; (b)90-0-0-0-0-0; (c)90-0-450-107-160-60; (d)90-0-450-107- 160-90; (e)90-0-450-107-180-120 .......................................................110 Hình 3.38. Phổ FTIR của mẫu không xử lý, mẫu 90-0-450-107-160-90, và mẫu Pyrovatex CP New ...............................................................................112 Hình 3.39 Phổ XPS của mẫu trước và sau plasma 1-(a) Mẫu không xử lý, (b) Plasma 45s, (c) Plasma 90s ..............................................................................112 Hình 3.40 Mẫu sau thử nghiệm tính cháy theo phương thẳng đứng với plasma 2: (a) Không xử lý; (b) 0-60-450-107-0-0; (c) 0-120-450-107-0-0; (d) 0-180- 450-107-0-0; (e) 0-90-450-107-180-114; (f)0 0-180-450-107-180- 114;(g) 0-0-450-107-180-114 ..............................................................114 Hình 3.41 Hình ảnh SEM độ phóng đại 4000 lần mẫu trước và sau XLHCC với plasma 2 có và không có gia nhiệt. ......................................................115 xvi
Hình 3.42 Phổ FTIR của Pyrovatex CP New, mẫu vải trước và sau XLHCC với plasma polyme hóa có và không có gia nhiệt. Từ dưới lên trên: Không xử lý; 0-60-450-107-0-0; 0-120-450-107-0-0; 0-180-450-107-0-0; 0-90- 450-107-180-114; 0 0-180-450-107-180-114; 0-0-450-107-180-114.115 Hình 3.43 Mẫu sau XLHCC kết hợp plasma 1 với plasma 2 có gia nhiệt và không gia nhiệt sau thử nghiệm tính cháy theo tiêu chuẩn ASTM D 6413-2015 .....................................................................................................118 Hình 3.44 Hình ảnh SEM độ phóng đại 4000 lần của mẫu trước và sau XLHCC kết hợp plasma 1 và plasma 2 ....................................................................118 Hình 3.45 Phổ FTIR của mẫu trước và sau XLHCC với quy trình plasma 1, plasma 2 có và không có gia nhiệt. Từ dưới lên trên: Co, 90-180-450-107-0-0, 90- 180-450-107-160-60, 90-180-450-107-170-60, 90-180-450-107-180-60. .....................................................................................................119 Hình 3.46 Phổ EDS và sự phân bố nguyên tử N, P trên vải sau XLHCC kết hợp plasma 1 và plasma 2: a)Co, b) 90-180-450-107-0-0, c) 90-180-450-107- 160-60, d) 90-180-450-107-170-60, e)90-180-450-107-180-60. ........120 Hình 3.47. Mức độ giảm bền của các mẫu vải dưới tác động của plasma 1 và plasma 2 .....................................................................................................121 Hình 3.48 Mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng đồng thời của thời gian plasma 1 và plasma 2 đến giá trị LOI ......................................................................123 Hình 3.49 Mẫu sau thử nghiệm tính cháy theo phương thẳng đứng (a) 90-0-450-107- 160-90; (b) 90-180-450-107-160-90; (c) 90-90-450-107-160-90; (d) 45- 0-450-107-160-90; e) 45-90-450-107-160-90; (f) 45-180-450-107-160- 90; (g) 0-90-450-107-160-90; (h) 0-180-450-107-160-90; (i) 0-0-450- 107-160-90; (k) Không xử lý ...............................................................124 Hình 3.50 Mức độ giảm bền của mẫu sau XLHCC với thời gian xử lý plasma khác nhau .....................................................................................................125 Hình 3.51. Mặt đáp ứng của giá trị LOI mẫu sau XLHCC với plasma ở các nồng độ hóa chất khác nhau ...............................................................................127 Hình 3.52 Mẫu kiểm tra tính cháy theo phương thẳng đứng (a) 30-79-350-80-160- 90; (b) 30-79-350-100-160-90; (c) 30-79-350-120-160-90; (d) 30-79- 400-80-160-90; (e) 30-79-400-100-160-90; (f) 30-79-400-120-160-90; (g) 30-79-450-80-160-90; (h) 30-79-450-100-160-90; (i) 30-79-450-120- 160-90 ..................................................................................................128 Hình 3.53: Mức giảm độ bền kéo đứt của mẫu sau XLHCC với plasma ở các nồng độ hóa chất khác nhau. ..............................................................................129 Hình 3.54 Dư lượng formalđehyt đo được trên vải sau XLHCC với plasma ở các hàm lượng hóa chất khác nhau. ...................................................................130 Hình 3.55 Kết quả kiểm tra TGA của mẫu không xử lý, mẫu xử lý ở điều kiện tối ưu có và không có plasma .........................................................................132 xvii
Hiện nay vải chức năng ngày càng có nhu cầu cao cho các mục đích chuyên dụng cũng như dân dụng như: Vải chậm cháy, vải kháng khuẩn, vải kháng tia UV… ví dụ vải bông chậm cháy. Trong cuộc sống hàng ngày vải bông được dùng rất nhiều như: quần áo, chăn ga gối, sản phẩm dệt nội thất… Vải bông chiếm khoảng 40% trong tổng số các loại vải dùng cho ngành dệt may nhờ những tính năng ưu việt của nó như thấm hút, thoáng khí, mềm mại…Tuy nhiên, bông lại là loại vật liệu dễ cháy, dễ bắt lửa, vì vậy việc xử lý chậm cháy cho vải bông để làm tăng ứng dụng của nó trong đời sống hàng ngày là rất cần thiết. Vải được xử lý chậm cháy được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống như: - Trong gia đình: Đồ ngủ của trẻ em, vải nội thất như: Rèm cửa, vải bọc đồ gỗ... - Trong công nghiệp dùng làm quần áo bảo hộ các ngành như: Hàn, điện, Cơ khí gang thép… - Trong thiết kế nội thất thì khi thiết kế đồ nội thất từ vật liệu dệt trong nhà đều phải tính đến các vật liệu chậm cháy đặc biệt ở những tòa nhà chung cư hay cao ốc…những nơi có hiệu ứng nhà kính và nhiệt độ cao. Các loại vải chức năng nói chung và vải chậm cháy nói riêng có thể được tạo ra bằng hai cách: Thứ nhất: sử dụng xơ dệt nhân tạo mới: xơ cháy chậm, xơ không cháy, các loại xơ biến tính hiệu năng cao, xơ chống các tác nhân hóa học… để tạo ra vải chức năng. Ưu điểm của phương pháp này là vải có tính chức năng rất cao theo khả năng của xơ dệt sử dụng. Tuy nhiên các loại xơ này thường có tính hút ẩm kém, độ cứng cao, độ mềm kém nên gây khó khăn trong quá trình gia công từ xơ thành vải. Hơn nữa, vải từ các loại xơ này thường có tính tiện nghi kém. Đặc biệt các loại xơ dệt này thường có giá thành đắt. Thứ hai: sử dụng các công nghệ hoàn tất để tạo thêm chức năng mới cho vải làm từ các loại xơ dệt truyền thống như bông, len, tơ tằm … Các công nghệ hoàn tất thường được tiến hành như: Xử lý chống cháy, xử lý kháng khuẩn, xử lý làm mềm, xử lý chống tia tử ngoại…Ưu điểm của phương pháp này là vải chức năng nhưng có tính tiện nghi mặc cao, dễ gia công dệt, giá thành rẻ. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là tính chức năng của vật liệu sau xử lý thường có độ bền không cao trong quá trình sử dụng. Trong quá trình xử lý hoàn tất sử dụng nhiều năng lượng, nước và hóa chất gây ô nhiễm môi trường tốn chi phí cho quá trình xử lý nước thải, chất thải… Vì những lý do trên việc nghiên cứu hoàn thiện các công nghệ hoàn tất truyền thống để nâng cao các tính chất chức năng cho vật liệu dệt và giảm ô nhiễm môi trường đang được chú trọng phát triển. Theo mục đích này, nhiều kỹ thuật mới đã và đang được áp dụng trong công nghệ xử lý hoàn tất chức năng cho vật liệu dệt, trong số đó, công nghệ plasma đang là một kỹ thuật rất được quan tâm. Trên thế giới công nghệ plasma sử dụng cho ngành dệt may đã có từ hơn 20 năm trước tuy nhiên ở Việt Nam nó vẫn là một công nghệ tiềm năng và mới bắt đầu được nghiên cứu đặc biệt trong ngành dệt. xviii
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI a) Nhu cầu về vật liệu dệt hạn chế cháy Sản phẩm dệt có mặt khắp nơi, làm quần áo, sản phẩm nội thất trong gia đình, nơi công cộng, trong các phương tiện giao thông vận tải…, nơi luôn luôn có các nguồn lửa, trong khi phần lớn nguyên liệu dệt lại có khả năng cháy rất tốt, khi gặp các nguồn lửa (tàn thuốc lá, bật lửa, tia lửa điện…) những sản phẩm dệt này có thể là nguyên nhân gây ra các vụ hỏa hoạn nghiêm trọng. Nghiên cứu được công bố vào năm 2015 của Hiệp hội phòng chống cháy Quốc gia Mỹ (National Fire Protection Association - NFPA) [1] đã tổng kết được vào năm 2013 ở Mỹ ghi nhận được 1.240.000 vụ cháy làm chết 3240 người, 15.925 người bị ảnh hưởng, và gây thiệt hại 11,5 tỉ đô la Mỹ. Bộ phận phòng cháy Mỹ ghi nhận cứ 25 giây có 1 cuộc gọi báo cháy, 65 giây có 1 vụ cháy, 85 giây có 1 vụ cháy nhà, 33 phút có 1 người dân bị thiệt hại vì cháy, cứ 2 h 42 phút có 1 người bị chết vì cháy, 56 giây có 1 vụ cháy bên ngoài và 167 giây thì có 1 vụ cháy phương tiện giao thông. Phân tích thống kê về nguyên nhân các đám cháy trong các khu dân cư năm 2013 cho thấy một bằng chứng hiển nhiên rằng việc sử dụng vật liệu dệt hạn chế cháy có thể phòng tránh những thiệt hại như vậy. Một nghiên cứu thống kê khác cũng cho rằng 50% các vụ cháy trên thế giới có nguyên nhân từ vật liệu dệt [2]. Như vậy có thể thấy thế giới cần đến một lượng vật liệu dệt hạn chế cháy rất lớn, đứng đầu là vật liệu dệt nội thất trong xây dựng. Sản phẩm dệt nội thất bao gồm các loại sản phẩm như chăn, ga, gối, đệm, thảm, rèm, vải bọc đồ gỗ, đây là các loại sản phẩm có khả năng gây cháy cao, từ đây cho thấy yêu cầu chậm cháy của vật liệu dệt nội thất là bắt buộc. Yêu cầu này đã được thể hiện thông qua yêu cầu về chỉ tiêu hạn chế cháy của vải nội thất ví dụ như yêu cầu tính hạn chế cháy của vải rèm cửa được thể hiện trong tiêu chuẩn Vương quốc Anh BS 5867-2, ISO 6941 (TCVN 6879), yêu cầu về tính cháy của vải bọc đồ gỗ được được thể hiện qua các tiêu chuẩn Mỹ NFPA 260, NFPA 261, hay các tiêu chuẩn của Vương quốc Anh BS-5852. Theo hiệp hội xơ nhân tạo Châu Âu (CIRFS), tính đến năm 2015, sản lượng xơ dệt trên toàn thế giới đã đạt khoảng trên 90.639.000 tấn, trong đó xơ dệt sử dụng làm sản phẩm dệt nội thất chiếm khoảng từ 20 – 30%, điều này cho thấy sản lượng yêu cầu của vải hạn chế cháy làm vật liệu dệt nội thất là rất lớn. Vật liệu dệt nội thất trong các phương tiện giao thông vận tải như máy bay, ô tô, tàu thủy còn có yêu cầu về tính hạn chế cháy cao hơn các vật liệu dệt nội thất xây dựng. Một số loại sản phẩm dệt kỹ thuật tuy dùng bên ngoài nhưng cũng có yêu cầu hạn chế cháy cao là các loại vải lều, trại, nhà bạt… Vật liệu dệt dùng trong một số ngành công nghiệp có liên quan đến cháy nổ như điện, dầu khí, luyện kim, hàn… Vải làm quần áo có yêu cầu về tính hạn chế cháy có thể kể ra là quần áo ngủ trẻ em, quần áo bảo vệ trong nhiều lĩnh vực như quần áo cho phi công, thợ rèn, công nhân điện, lính cứu hỏa, công nhân làm việc trong lĩnh vực khí ga, công nhân ngành công nghiệp kim loại, quân đội, công nghiệp dầu khí, ngành luyện thép, thợ hàn… Nhu cầu của các vật liệu chậm cháy có mức tăng trưởng hàng năm trên toàn cầu là 3,4% từ năm 2013 đến 2018, giai đoạn trong những năm 2017 - 2022 tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 5,4% [3]. Do vậy có thể thấy nhu cầu đối với vật liệu chậm cháy trên toàn cầu là rất lớn. Vậy có thể nói, nhu cầu vải hạn chế cháy rất cao và được sử dụng trong tất cả các nhóm sản phẩm dệt như vải làm quần áo dân dụng, quần áo chuyên dụng, vải nội thất, vải kỹ thuật, và vải công nghiệp. b) Yêu cầu về tính hạn chế cháy đối với sản phẩm dệt lưu thông trên thị trường xix
Chính vì nhu cầu của vải hạn chế cháy khá cao nên trên thế giới đã có các tiêu chuẩn chặt chẽ về yêu cầu tính hạn chế cháy của từng loại sản phẩm dệt khi lưu thông trên thị trường. Theo tiêu chuẩn FTTS-FA-015 yêu cầu về khả năng chịu lửa đối với hàng dệt thì quần áo dân dụng phải có thời gian bắt cháy ít nhất là 4 giây khi kiểm tra tính cháy theo phương pháp thử CPSC 16 CFR mục 1610 và khả năng này phải giữ được sau 20 lần giặt. Đặc biệt quần áo ngủ trẻ em khi bị kiểm tra theo CPSC 16 CFR mục 1615/1616 mẫu phải tạo than, chiều dài than hóa trung bình của 5 mẫu phải nhỏ hơn 17,8 cm trên chiều dài mẫu 25,4 cm, khả năng này phải có độ bền sau 50 chu kỳ giặt. Đối với các sản phẩm dệt khác theo tiêu chuẩn Châu Âu và quốc tế thì khi vải kiểm tra tính cháy theo phương pháp thử EN 1103 (cho quần áo) hoặc ISO 6941 thì: Đối với vải chưa giặt thời gian cháy cho phép chỉ 3 giây, vải sau 3 lần giặt thời gian cháy cho phép là 20 giây. Thời gian tàn cháy sau khi tắt lửa là 25 giây. Vải cháy phải tạo thành than, chiều dài than hóa trung bình của 3 mẫu thử là 15 cm trên chiều dàì mẫu thử 54 cm, không nóng chảy... Vải dệt nội thất như rèm cửa, vải bọc đồ gỗ, vải nội thất sẽ có yêu cầu cụ thể về tính hạn chế cháy cho mỗi mục đích sử dụng. Tiêu chuẩn Anh BS 7176 đã phân loại các môi trường công cộng như rạp chiếu bóng, nhà hát, bệnh viện…thành 4 nhóm: Nhóm có nguy cơ cháy thấp, nguy cơ cháy trung bình, nguy cơ cháy cao và nguy cơ cháy rất cao. Từ đó sản phẩm dệt nội thất sử dụng cho các môi trường này sẽ có yêu cầu về tính hạn chế cháy tăng dần theo mức độ nguy cơ của từng môi trường, ví dụ môi trường có nguy cơ cháy thấp là văn phòng, trường học, bảo tàng và triển lãm. Đối với môi trường này, vải nội thất vải chịu được các nguồn cháy như tàn thuốc lá theo tiêu chuẩn BS, EN 1021-1: 1994 và chịu được nguồn lửa của que diêm theo tiêu chuẩn BS EN 1021-2:1994. Chỉ tiêu chất lượng về tính cháy của vải bọc đồ gỗ quy định trong tiêu chuẩn Mỹ NFPA 260, NFPA 261 hay tiêu chuẩn Anh BS-5852, vải rèm cửa theo BS 5867-2, TCVN 6954:2001 yêu cầu về an toàn chống cháy cho vật liệu sử dụng trong kết cấu nội thất ô tô. Về quần áo bảo hộ lao động có yêu cầu chống cháy được quy định chi tiết trong nhiều tiêu chuẩn ví dụ như: TCVN 7617:2007 (ISO 15384:2003) quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy - Phương pháp thử trong phòng thí nghiệm và yêu cầu tính năng cho quần áo chữa cháy ngoài trời, TCVN 6875:2010 quy định về quần áo bảo vệ chống nhiệt và lửa, tương đương với ISO 11612:2008 (Protective clothing – Clothing to protect against heat and flame), … Như vậy chúng ta thấy rất nhiều sản phẩm dệt có yêu cầu về tính hạn chế cháy rất chặt chẽ theo mục đích sử dụng. Tuy nhiên, chúng ta đều biết sản phẩm dệt không chỉ có yêu cầu về tính hạn chế cháy mà còn có các yêu cầu khác tùy theo mục đích sử dụng. Ví dụ vải may mặc nói chung phải đảm bảo yêu cầu khắt khe về tính tiện nghi (hút ẩm, thông hơi, mềm nhẵn) và tính an toàn sinh thái; vải làm quần áo bảo vệ ngoài các yêu cầu trên còn cần có yêu cầu cao về độ bền cơ học… Vậy để đáp ứng yêu cầu chất lượng của vải, các quá trình xử lý hạn chế cháy cho vải không những phải đáp ứng các yêu cầu về tính hạn chế cháy, độ bền của tính chất này theo quá trình sử dụng mà còn phải đáp ứng tính tiện nghi, tính sinh thái cũng như các tính chất cơ học của vải… c) Tính cấp thiết phải xử lý hạn chế cháy cho vải bông Nhờ có nhiều tính chất ưu việt nên vải bông có nhu cầu sử dụng rất cao trong nhiều lĩnh vực. Theo báo cáo thị trường năm 2019 của tổ chức Textile Exchange (Tổ chức phi lợi nhuận toàn cầu của các đơn vị dẫn đầu ngành công nghiệp vật liệu và xơ, sợi) cho thấy rằng xơ bông đứng thứ hai, chiếm khoảng 24,4% về sản lượng xơ, sợi xx