Luận án Tiến sĩ Công nghệ dệt, may: Nghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:136

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Công nghệ dệt, may "Nghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt Nam" trình bày các nội dung chính sau: Nghiên cứu tạo ra kén tơ có màu, xác định các thông số công nghệ và ảnh hưởng của chúng đến hiệu quả của phương pháp tự nhuộm; Khảo sát, đánh giá nhằm lựa chọn phương pháp và thông số chuỗi (loại bỏ sericin) phù hợp để xử lý tơ tự nhuộm; Đánh giá một số tính chất của vải dệt từ tơ tự nhuộm, đề xuất ứng dụng vào sản phẩm dệt may và thời trang.

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 kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN NGUYỄN TÚ UYÊN NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TẠO MÀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỰ NHUỘM ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TƠ TẰM VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY Hà Nội − 2024
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN NGUYỄN TÚ UYÊN NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TẠO MÀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỰ NHUỘM ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TƠ TẰM VIỆT NAM Ngành: Công nghệ Dệt, May Mã số: 9540204 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. HOÀNG THANH THẢO 2. PGS. TS. BÙI MAI HƯƠNG Hà Nội − 2024
LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả dưới sự hướng dẫn của TS. Hoàng Thanh Thảo và PGS.TS. Bùi Mai Hương. Các kết quả trong luận án được thu thập từ nghiên cứu thực tế, trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình nghiên cứu của các tác giả khác. Tập thể hướng dẫn khoa học Tác giả luận án TS. Hoàng Thanh Thảo PGS.TS. Bùi Mai Hương Trần Nguyễn Tú Uyên i
LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin được gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Hoàng Thanh Thảo và PGS.TS. Bùi Mai Hương, những Giáo viên hướng dẫn đã giúp định hướng, hết lòng quan tâm và dìu dắt tôi trong suốt quá trình nghiên cứu cũng như thực hiện luận án này. Sự tận tâm và động viên của hai Cô là nguồn động lực to lớn giúp tôi vượt qua được những giai đoạn khó khăn trên con đường khám phá tri thức và từng bước hoàn thiện bản thân. Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo thuộc Khoa Dệt may - Da giầy và Thời trang, Trường Vật liệu, Ban đào tạo - Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường. Tôi cũng xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM, Trung tâm công nghệ sinh học TP. HCM, Trung tâm phân tích thí nghiệm–Sở Khoa học và Công nghệ TP. HCM, Trung tâm nghiên cứu Dâu Tằm Tơ Trung ương, Công ty TNHH Xe tơ Dệt lụa Hà Bảo, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam đã hỗ trợ tôi thực hiện một số thử nghiệm và phân tích trong luận án. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, Khoa Công nghệ may–Thời trang thuộc Trường Đại học Công nghiệp TP. HCM đã tạo điều kiện cho tôi được học tập và nghiên cứu trong quá trình công tác tại cơ quan. Cuối cùng, tôi xin được cảm ơn Ba Mẹ, Anh Chị, Gia đình nhỏ của mình cùng những người thân yêu nhất đã luôn ủng hộ và động viên tôi không ngừng nghỉ, là điểm tựa vững chắc nhất về tinh thần giúp tôi yên tâm trên con đường học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng 3 năm 2024 Tác giả Trần Nguyễn Tú Uyên ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii MỤC LỤC ............................................................................................................iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................ vi DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ............................................................. ix MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài............................................................................................ 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 4 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 4 4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ........................................................... 5 5. Ý nghĩa khoa học của luận án ........................................................................ 5 6. Giá trị thực tiễn của luận án ........................................................................... 6 7. Điểm mới của luận án .................................................................................... 6 8. Bố cục của luận án ......................................................................................... 6 CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ..................................................... 8 1.1. Tổng quan về tơ tằm..................................................................................... 8 1.1.1. Sinh học con tằm.................................................................................... 8 1.1.2. Quy trình sản xuất kén tơ tại Việt Nam ............................................... 10 1.1.3. Cấu trúc hình thái của tơ tằm ............................................................... 13 1.1.4. Cấu trúc hoá học của tơ tằm ................................................................ 17 1.1.5. Tính chất của tơ tằm ............................................................................ 18 1.1.6. Ứng dụng của tơ tằm............................................................................ 19 1.2. Tổng quan về phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm ....................... 21 1.2.1. Khái niệm phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm ...................... 22 1.2.2. Phương pháp bổ sung chất màu vào thức ăn cho con tằm để tạo kén tơ tự nhuộm............................................................................................................. 22 1.2.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp tự nhuộm ........................ 23 1.2.4. Ảnh hưởng của phương pháp tự nhuộm đến con tằm.......................... 25 1.2.5. Ảnh hưởng của phương pháp tự nhuộm đến kén tơ ............................ 25 1.2.6. Tình hình nghiên cứu trong nước về phương pháp tạo màu tự nhuộm tơ tằm .................................................................................................................. 27 1.3. Tổng quan về xử lý chuội tơ tằm ............................................................... 27 1.3.1. Khái niệm xử lý chuội tơ tằm .............................................................. 27 1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả chuội tơ tằm................................ 28 iii
1.3.3. Ảnh hưởng của xử lý chuội đến tơ tằm ............................................... 29 1.4. Kết luận tổng quan và hướng nghiên cứu của luận án ............................... 31 1.4.1. Kết luận tổng quan ............................................................................... 31 1.4.2. Hướng nghiên cứu của luận án ............................................................ 32 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................................................................... 35 2.1. Đối tượng nghiên cứu................................................................................. 35 2.1.1. Nguyên vật liệu .................................................................................... 35 2.1.2. Hoá chất ............................................................................................... 35 2.1.3. Dụng cụ và thiết bị ............................................................................... 36 2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 36 2.2.1. Nghiên cứu phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm .................... 36 2.2.2. Nghiên cứu cấu trúc hình thái và tính chất tơ tằm tự nhuộm .............. 36 2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý chuội đến tơ tằm tự nhuộm ............ 36 2.2.4. Nghiên cứu tiềm năng ứng dụng tơ tằm tự nhuộm trong dệt may và thời trang ............................................................................................................ 37 2.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 37 2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết............................................................................ 37 2.3.2. Phương pháp thực nghiệm ................................................................... 37 2.3.3. Phương pháp phân tích cấu trúc và xác định tính chất vật liệu ........... 42 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ........................................................ 49 3.1. Kết quả nghiên cứu phương pháp tạo màu tự nhuộm tơ tằm ..................... 49 3.1.1. Hiệu quả của phương pháp tạo màu tự nhuộm trên giống tằm nuôi tại Việt Nam ............................................................................................................ 49 3.1.2. Ảnh hưởng của loại chất màu đến phương pháp tự nhuộm tơ tằm ..... 51 3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian cho ăn chất màu đến phương pháp tự nhuộm tơ tằm .................................................................................................................. 56 3.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ chất màu đến phương pháp tự nhuộm tơ tằm60 3.1.5. Hiệu suất của phương pháp tự nhuộm đối với tơ thô .......................... 62 3.1.6. Đề xuất quy trình tạo kén màu bằng phương pháp tự nhuộm tơ tằm .. 64 3.2. Kết quả nghiên cứu đặc trưng của kén và tơ tự nhuộm bằng Rhodamine B66 3.2.1. Đặc trưng của kén tằm tự nhuộm Rhodamine B ................................. 66 3.2.2. Đặc trưng của tơ tự nhuộm Rhodamine B ........................................... 69 3.2.3. Đề xuất cơ chế liên kết của chất màu Rhodamine B và tơ tằm trong tơ tự nhuộm............................................................................................................. 78 3.3. Kết quả nghiên cứu xử lý chuội tơ tự nhuộm Rhodamine B ..................... 81 iv
3.3.1. Ảnh hưởng của quá trình xử lý chuội đến màu sắc của tơ tự nhuộm Rhodamine B ...................................................................................................... 81 3.3.2. Ảnh hưởng của xử lý chuội đến cấu trúc tơ tự nhuộm Rhodamine B . 90 3.3.3. Ảnh hưởng của xử lý chuội đến hiệu suất nhuộm ............................... 96 3.4. Kết quả nghiên cứu ứng dụng tơ tự nhuộm................................................ 97 3.4.1. Ứng dụng tơ tự nhuộm dệt vải lụa tơ tằm ............................................ 97 3.4.2. Ứng dụng vải lụa tơ tự nhuộm vào sản phẩm may mặc ...................... 98 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU ..................................................... 107 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN.......... 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 110 PHỤ LỤC 1 ........................................................................................................... 1 PHỤ LỤC 2 ........................................................................................................... 4 v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AC : Acid red 88 B. mori : Giống tằm Bombyx mori BS : Basic Red 13 BW : Brazilwood/Caesalpinia sappan C : Carbon CAS : Chemical Abstracts Service − Số định danh hoá chất CM : Curcumin DTG : Difference Thermo Gravimetry – Nhiệt lượng vi phân ISA : International Silk Association – Hiệp hội tơ tằm quốc tế EDS/EDX : Energy Dispersive X-ray Spectroscopy – Phổ tán sắc năng lượng tia X FTIR : Fourier-Transform Infrared Spectroscopy – Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier IC/IEC : Ion Exchange chromatography – Phương pháp sắc ký trao đổi ion LQ2 : Tằm kén trắng giống Lưỡng Quảng số 2 MPa : Mega Pascal − Đơn vị đo áp suất MS : Xà phòng Marseill N : Nitơ O : Oxy ppm : Parts per millions − 1 ppm =1 mg/kg RhB : Rhodamine B RhB-1500 : Rhodamine B nồng độ 1500 ppm SEM : Scanning Electron Microscope – Kính hiển vi điện tử quét TG : Thermogravimetry − Nhiệt trọng trường vi
TGA : Thermal gravimetric analysis – Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TT - Chuội : Tơ trắng chuội TT - Thô : Tơ trắng thô TTN-RhB : Tơ tự nhuộm Rhodamine B TTN-RhB- Chuội : Tơ tự nhuộm Rhodamine B chuội TTN-RhB- Thô : Tơ tự nhuộm Rhodamine B thô TTN-RhB- C AS : Tơ tự nhuộm Rhodamine B chuội áp suất TTN-RhB- C EZ : Tơ tự nhuộm Rhodamine B chuội enzyme TTN-RhB- C MS : Tơ tự nhuộm Rhodamine B chuội xà phòng Marseille TTN-RhB- C Na2CO3 : Tơ tự nhuộm Rhodamine B chuội Na2CO3 UPLC : Ultra Performance Liquid Chromatography – Sắc ký lỏng siêu cao áp VR : Kén vàng ré XRD : X-Ray Difraction – Nhiễu xạ tia X vii
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. 1 Thời gian sinh trưởng của tằm dâu lưỡng hệ ................................................ 9 Bảng 1. 2 Các loại cấu trúc thứ cấp của tơ tằm và bước sóng hấp thụ quang phổ hồng ngoại của chúng ....................................................................................................... 15 Bảng 2. 1 Thông tin các loại hoá chất sử dụng trong luận án ..................................... 35 Bảng 2. 2 Các azo amine độc hại theo tiêu chuẩn ISO-14362-1:2017 ...................... 46 Bảng 3. 1 Thông số kỹ thuật phương pháp tự nhuộm tơ tằm ...................................... 49 Bảng 3. 2 Tỷ lệ sống và tạo kén của tằm sau khi ăn bổ sung các loại chất màu khác nhau ..................................................................................................................................... 52 Bảng 3. 3 Hiệu quả tạo màu cho kén của các loại thuốc nhuộm khác nhau .............. 53 Bảng 3. 4 Chỉ số L*,a*,b* và ∆E trước và sau chuội của các mẫu tơ tự nhuộm ...... 54 Bảng 3. 5 Tỷ lệ tằm sống và tạo kén khi thử nghiệm ở các độ tuổi khác nhau ......... 58 Bảng 3. 6 Tỷ lệ tằm sống và tạo kén khi thử nghiệm ở các nồng độ khác nhau ....... 60 Bảng 3. 7 Thông số kỹ thuật và kết quả của phương pháp tạo màu tự nhuộm tơ tằm64 Bảng 3. 8 Thành phần acid amine của tơ tự nhuộm RhB và tơ trắng đối chứng ...... 74 Bảng 3. 9 Kết quả xác định độ bền màu của tơ tằm tự nhuộm RhB ........................... 75 Bảng 3. 10 Kết quả xác định hàm lượng azo amine thơm và muối arylamine trong tơ tằm tự nhuộm với RhB ................................................................................................. 77 Bảng 3. 11 Hiệu suất của phương pháp tạo màu tự nhuộm tơ tằm ............................. 96 Bảng 3. 12 Thông số kỹ thuật vải tơ tằm tự nhuộm ...................................................... 98 Bảng 3. 13 Kết quả hệ số mềm rũ của vải tơ tằm tự nhuộm trước và sau chuội ..... 101 viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. 1 Vòng đời của con ngài ....................................................................................... 8 Hình 1. 2 Cấu trúc kén tằm ................................................................................................ 9 Hình 1. 3 Đặc trưng tuyến tơ của tằm ............................................................................. 10 Hình 1. 4 Quy trình sản xuất kén tơ ................................................................................ 10 Hình 1. 5 Cấu trúc và hình thái tơ tằm............................................................................ 14 Hình 1. 6 Các dạng vi cấu trúc của protein tơ tằm ........................................................ 14 Hình 1. 7 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của một số loại tơ tằm ................................ 16 Hình 1. 8 Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) của một số loại tơ tằm ......... 16 Hình 1. 9 Cấu trúc sơ cấp của tơ tằm .............................................................................. 17 Hình 1. 10 Con tằm, kén, tơ từ phương pháp tự nhuộm ............................................... 22 Hình 1. 11 Tuyến tơ và kén của con tằm đã ăn chất màu............................................. 24 Hình 1. 12 Sự sinh trưởng của tằm sau khi ăn bổ sung chất màu ............................... 25 Hình 1. 13 Kén tằm có màu từ phương pháp tự nhuộm ............................................... 26 Hình 1. 14 Hình thái và tính chất của tơ tự nhuộm trước và sau chuội ...................... 26 Hình 1. 15 Phổ hồng ngoại FT-IR (a) và nhiễu xạ tia X (b) của tơ trước và sau chuội bằng các phương pháp khác nhau ......................................................................... 30 Hình 1. 16 Sự giảm cường độ màu sắc của tơ kén tự nhuộm sau chuội .................... 31 Hình 2.1 Quy trình nghiên cứu xác định thông số kỹ thuật của phương pháp tự nhuộm ................................................................................................................................. 37 Hình 2.2 Quy trình thực nghiệm tạo kén tơ tự nhuộm.................................................. 40 Hình 2.3 Sơ đồ nội dung nghiên cứu chuội tơ tự nhuộm ............................................. 40 Hình 2.4 Quy trình nghiên cứu tiềm năng ứng dụng tơ tự nhuộm trong Dệt may .... 42 Hình 2.5 Quy trình nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và tính chất tơ tự nhuộm ............ 42 Hình 3. 1 Con tằm sau 1 ngày ăn bổ sung chất màu RhB ............................................ 49 Hình 3. 2 Ngoại quan bề mặt của kén màu tự nhuộm và kén đối chứng ................... 50 Hình 3. 3 Hình kính hiển vi soi nổi sợi tơ trên bền mặt kén ........................................ 51 Hình 3. 4 Các độ tuổi của tằm ......................................................................................... 57 Hình 3. 5 Tằm ăn chất màu RhB ở các giai đoạn tuổi khác nhau ............................... 57 Hình 3. 6 Cường độ màu sắc của tơ tự nhuộm ở các tuổi tằm khác nhau .................. 59 Hình 3. 7 Tằm chết trong quá trình tạo kén ................................................................... 61 ix
Hình 3. 8 Phổ hấp thụ K/S của mẫu tơ tự nhuộm RhB ở các nồng độ khác nhau .... 62 Hình 3. 9 Con tằm nuôi áp dụng phương pháp tự nhuộm và tằm đối chứng ............. 62 Hình 3. 10 Phổ sắc ký UPLC của tơ tự nhuộm RhB nồng độ 1500 ppm ................... 63 Hình 3. 11 Sơ đồ quy trình tạo kén tơ màu bằng phương pháp tự nhuộm ................. 64 Hình 3. 12 Đề xuất sơ đồ quy trình phương pháp tự nhuộm tơ tằm ........................... 65 Hình 3. 13 Cấu trúc bề mặt kén tằm tự nhuộm RhB và kén đối chứng ...................... 66 Hình 3. 14 Kết quả EDX của kén tự nhuộm RhB và kén trắng đối chứng ................ 67 Hình 3. 15 Biểu đồ khối lượng và chiều dài tơ của kén ............................................... 68 Hình 3. 16 Ảnh SEM của tơ trắng và tơ tự nhuộm RhB .............................................. 69 Hình 3. 17 Phổ FT-IR của chất màu RhB và các mẫu tơ tằm...................................... 70 Hình 3. 18 Giản đồ XRD và độ bền của tơ tự nhuộm RhB và tơ trắng thô ............... 71 Hình 3. 19 Biểu đồ phân tích nhiệt trọng lượng TGA của TTN-RhB và TT thô ...... 73 Hình 3. 20 Kết quả phân tích EDX của tơ tự nhuộm RhB và tơ trắng ....................... 74 Hình 3. 21 Cấu trúc hoá học của Rhodamine B ở các điều kiện khác nhau. ............. 78 Hình 3. 22 Đề xuất cơ chế liên kết của chất màu Rhodamine B với tơ tằm .............. 79 Hình 3. 23 Biểu đồ tỷ lệ giảm trọng (a) và cường độ màu (b) của TTN-RhB sau chuội bằng Na2CO3 ........................................................................................................... 82 Hình 3. 24 Hình ảnh ngoại quan và SEM của các mẫu TTN-RhB chuội bằng Na2CO3 ở các thông số nồng độ và thời gian khác nhau .............................................. 83 Hình 3. 25 Tỷ lệ giảm trọng và cường độ màu của TTN-RhB sau chuội bằng xà phòng Marseille (MS). a) Tỷ lệ giảm trọng; b) Cường độ màu K/S ........................... 84 Hình 3. 26 Hình ảnh ngoại quan và SEM của các mẫu TTN-RhB chuội bằng xà phòng Marseille ở các thông số nồng độ và thời gian khác nhau ............................... 84 Hình 3. 27 Tỷ lệ giảm trọng của tơ tự nhuộm sau chuội bằng enzyme ...................... 85 Hình 3. 28 Biểu đồ K/S của mẫu chuội enzyme với thông số kỹ thuật khác nhau ... 86 Hình 3. 29 Hình SEM của TTN-RhB chuội bằng enzyme .......................................... 87 Hình 3. 30 Biểu đồ giảm trọng và cường độ màu của tơ sau chuội áp suất cao........ 88 Hình 3. 31 Ảnh SEM tơ tự nhuộm chuội bằng nước nóng áp suất cao ...................... 89 Hình 3. 32 Tơ tự nhuộm trước và sau chuội bằng các phương pháp khác nhau ....... 90 Hình 3. 33 Ảnh SEM các mẫu tơ trước và sau chuội bằng áp suất 120 phút ............ 90 Hình 3. 34 Kết quả EDX của các mẫu tơ trước và sau chuội ...................................... 92 x
Hình 3. 35 Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫu tơ thô và tơ chuội bằng các phương pháp khác nhau .................................................................................................... 93 Hình 3. 36 Phổ FT-IR của TTN-RhB trước và sau khi chuội bằng các phương pháp khác nhau ............................................................................................................................ 93 Hình 3. 37 Giản đồ phổ XRD của các mẫu tơ trước và sau chuội bằng các phương pháp khác nhau .................................................................................................................. 94 Hình 3. 38 Mô tả hình thái tơ tự nhuộm RhB trước và sau chuội ............................... 95 Hình 3. 39 Phổ sắc ký UPLC tơ chuội bằng các phương pháp khác nhau ................. 96 Hình 3. 40 Quy trình sản xuất vải lụa tự nhuộm tại công ty Xe tơ Dệt lụa Hà Bảo . 98 Hình 3. 41 Vải lụa tơ tằm tự nhuộm RhB trước và sau chuội ..................................... 99 Độ bền và giãn đứt của vải tơ tằm tự nhuộm RhB trước và sau chuội ..................... 100 Hình 3. 42 Độ bền và giãn đứt của vải tơ tằm tự nhuộm RhB trước và sau chuội ... 99 Hình 3. 43 Hình SEM vải lụa tơ tằm tự nhuộm RhB trước và sau chuội ................ 100 Hình 3. 44 Khả năng tạo hình bóng cho trang phục của vải ...................................... 102 Hình 3. 45 a) Tỷ lệ cơ thể trẻ 3-5 tuổi; b) Đầm trẻ em dáng chữ A; c) Đầm trẻ em tùng váy xòe ..................................................................................................................... 103 Hình 3. 46 Phác thảo hình bóng và thiết kế của các mẫu đầm trẻ em ...................... 104 Hình 3. 47 Sản phẩm đầm trẻ em sử dụng vải tơ tự nhuộm RhB thô ....................... 105 xi
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Tơ tằm là một loại sợi protein có nguồn gốc tự nhiên do con tằm nhả ra trong quá trình tạo kén. Đây là một vật liệu quý có đặc tính tốt được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, nổi bật nhất là sử dụng trong dệt may từ khoảng hơn 5000 năm trước đến nay [1]. Để tăng tính thẩm mỹ, vải tơ tằm thường được tạo màu sắc hoặc hoa văn bằng nhiều phương pháp như nhuộm hoặc in, trong đó nhuộm được sử dụng phổ biến nhất. Hơn 90 % tơ sản xuất thương mại được lấy từ kén của họ bướm Bombyx mori, chúng thuộc loài côn trùng có vòng đời kéo dài khoảng 23−26 ngày và trải qua nhiều giai đoạn biến đổi về hình thái đó là trứng-con tằm-con nhộng (kén)-con ngài (bướm đêm). Trứng của cúng sẽ nở thành con tằm, thức ăn chính của chúng ở giai đoạn con tằm là lá của cây dâu tằm (mullberry), kết thúc giai đoạn này chúng nhả tơ tạo kén, đây cũng là nguyên liệu chính cho ngành tơ lụa. Để thu được sợi tơ thô, kén tằm được thu hoạch và ươm (nấu trong nước ở khoảng 90 ºC), sau đó guồng lại thành các bó sợi thô. Ngoài tằm dâu (con tằm ăn lá dâu), có một số loại tằm ăn lá khác như lá sắn, lá thầu dầu cũng được thương mại hoá. Tuy nhiên, cũng như đa số các vật liệu dệt khác, tơ tự nhiên không đa dạng về màu sắc, hầu hết các loại tơ đều có các màu cơ bản như trắng ngà, vàng, nâu [2]; do đó nhu cầu hoàn tất tạo màu cho các loại sợi, vải nói chung và tơ tằm nói riêng là rất cao. Hoàn tất tạo màu cho vật liệu dệt là quy trình xử lý giúp vật liệu dệt có đa dạng các màu sắc theo yêu cầu của nhà sản xuất, tăng tính thẩm mỹ của sản phẩm dệt để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng. Có nhiều phương pháp tạo màu, mỗi phương pháp mang lại các hiệu ứng tạo màu khác nhau. Trong đó, in và vẽ là quy trình xử lý tạo hoa văn, nhuộm là quy trình xử lý tạo một màu đồng nhất hoặc mảng màu cho sản phẩm và cũng là phương pháp được sử dụng phổ biến trong sản xuất vật liệu dệt. Về bản chất, quá trình nhuộm bao gồm sự khuếch tán thuốc nhuộm vào pha lỏng, tiếp theo là hấp phụ lên bề mặt ngoài của sợi, và cuối cùng là khuếch tán và hấp phụ trên bề mặt bên trong của các sợi vật liệu dệt để tạo ra màu sắc và đạt các chỉ tiêu kỹ thuật theo yêu cầu của người sử dụng; vì vậy quy trình nhuộm phổ biến hiện nay là xử lý ướt, được thiết kế để xử lý một nhóm vật liệu dệt nhất định, ví dụ như sợi và vải, theo quy trình không liên tục (theo đợt) hoặc liên tục. Theo đó, các nhà cung cấp thuốc nhuộm và chất phụ trợ tạo thành các nhóm hóa chất đã được tối ưu hóa để ứng dụng cho từng loại chất liệu nhất định (nguyên bản hoặc pha trộn), nhằm mục đích tạo được chất lượng tối ưu cho sản phẩm dệt. Các công nghệ nhuộm ướt phổ biến được biết đến là nhuộm tận trích, nhuộm ngấm ép; ngoài thuốc nhuộm thì cần sử dụng nhiều loại hoá chất khác để tăng hiệu quả nhuộm và độ bền màu, đồng thời sử dụng nhiệt lượng và xả nước thải. Điều này dẫn đến một số tác hại cho nguồn tài nguyên nước và tác động tiêu cực đến môi trường nếu không xử lý tốt nước thải và các hoá chất tồn dư [3]. Vì vậy, có nhiều phương pháp tạo màu thân thiện đã được nghiên cứu và ứng dụng như dùng các loại hoá chất có nguồn gốc tự nhiên, đa dạng nhất là chiết xuất từ thực vật. Tuy nhiên, phương pháp nhuộm này vẫn là quy trình xử lý 1
ướt; bên cạnh đó, thuốc nhuộm tự nhiên có một số nhược điểm như màu sắc không ổn định, độ bền màu kém vì vậy thường sử dụng thêm chất gắn màu kim loại cực độc để tăng độ bền màu nên tăng gây hại cho môi trường khi thải ra ngoài [4], [5]. Công nghệ nhuộm khí (Air dye) và công nghệ nhuộm bằng CO2 siêu tới hạn cũng là các phương pháp hiện đại được nghiên cứu và ứng dụng thời gian gần đây, tuy nhiên chỉ áp dụng được cho các vật liệu tổng hợp. CO2 siêu tới hạn cũng có thể nhuộm lụa nhưng cần sử dụng loại thuốc nhuộm được nghiên cứu riêng, đồng thời quy trình này tiêu tốn lượng lớn hoá chất bao gồm thuốc nhuộm và các hoá chất phụ trợ, kèm theo đó là thời gian xử lý khá lâu và tiêu hao năng lượng để cô đặc dung dịch nhuộm cũng như hệ thống máy móc yêu cầu chi phí cao [6]. Vì vậy, nghiên cứu cải thiện những ảnh hưởng tiêu cực của quy trình nhuộm trong dệt may như tiêu hao tài nguyên nước hay xả thải là cấp thiết và được quan tâm. Đối với xử lý vật liệu dệt nói chung, giảm thiểu lượng nước sử dụng đồng thời hạn chế xả thải trong dệt nhuộm cũng là mục tiêu của nhiều nghiên cứu gần đây. Công nghệ tự nhuộm (self-dye) được biết đến như một khả năng tự tạo màu sắc của chính vật liệu đó. Phổ biến nhất và đã được thương mại hoá là vật liệu bông (cotton) tự nhuộm hay cây bông đã được biến đổi gen để tạo ra xơ bông có màu sắc. Tương tự như vậy, tạo màu cho tơ tằm bằng công nghệ tự nhuộm (self- dye silk) cũng đã được nghiên cứu dựa trên hai phương pháp, đó là phương pháp biến đổi gen con tằm và phương pháp bổ sung chất màu vào thức ăn cho tằm. Trong đó, đơn giản và dễ thực hiện hơn là phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm bằng cách bổ sung chất màu vào thức ăn cho con tằm. Theo phương pháp này, chất màu được pha trộn trực tiếp vào thức ăn tổng hợp dạng bột cho con tằm, hoặc pha theo tỷ lệ nhất định và phun xịt vào lá dâu trước khi cho tằm ăn; ngoài ra không dùng nước trong bất cứ công đoạn nào khác [7−10]. Trong các nghiên cứu trước đây về phương pháp này, sự hấp thụ thuốc nhuộm azo (Brilliant yellow, Congo Red, Acid Orange G, Acid Orange II, Mordant Black 17, Direct Acid Fast Red, và Sudan III) vào các tuyến tơ để sản xuất tơ tự nhuộm và định lượng của những thuốc nhuộm này trong sericin và fibroin đã được báo cáo và thảo luận. Ngoài các thuốc nhuộm đã đề cập, sự hấp thụ, phân phối và đào thải các chất hoá học nhân tạo huỳnh quang (Rhodamine 101, Rhodamine 110, Rhodamine 116, Rhodamine 123, Rhodamine 6G, Rhodamine B, Rhodamine B octadecyl ester, sulforhodamine 101, acridine orange, và fluorescein sodium) vào tuyến tơ cũng đã được quan sát [9]. Các kết luận cũng đã báo cáo các tính chất của thuốc nhuộm cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp tạo màu này. Hơn nữa, báo cáo về việc sản xuất kén màu bằng cách cho tằm ăn thức ăn nhân tạo với các loại chất màu khác nhau (Rhodamine, N-Blue, Neutral red, và Thionin) đã được nghiên cứu một cách tổng quan về khả năng rối loạn sinh lý, thay đổi màu sắc cơ thể của con tằm, và những ảnh hưởng khác đến chúng khi được nuôi bằng chế độ ăn thức ăn nhân tạo pha với chất màu [8]. Đối với các ứng dụng dệt may cụ thể, vải tơ tằm tự nhuộm được mô tả là sản phẩm từ phương pháp tạo màu “xanh và bền vững”, giới thiệu tại thị trường Ấn Độ từ năm 2014 [10]. Các đặc tính cho các ứng dụng dệt may của vải làm từ tơ tự nhuộm cũng đã được nghiên cứu, bao gồm khối lượng vải, mật độ vải, chi số sợi, hệ số điền đầy, độ uốn, độ săn của sợi, bền kéo, bền đứt, độ giãn dài, độ bền xé, 2
góc hồi nhàu, độ cứng, độ dài uốn, độ cứng uốn, khả năng chống mài mòn, chống thấm nước, độ thấm khí, độ dày của vải, độ bền màu khi giặt, mồ hôi và ánh sáng. Ngoài ra, như một giải pháp thay thế xanh hơn cho quy trình xử lý tạo màu và chức năng hóa của tơ, nhiều nghiên cứu khoa học khác nhau về biến đổi chế độ ăn của tằm nhưu bổ sung một số loại hoá chất, vật liệu (ví dụ: carbon nanotube thành đơn, vật liệu nano dựa trên carbon, hạt nano kim loại và oxit kim loại, v.v…) để chế tạo các sợi tơ tằm tự biến đổi cho nhiều ứng dụng (gia tăng độ bền, làm vật liệu ứng dụng y sinh như chỉ khâu phẫu thuật, v.v…) với các tính chất cơ học và nhiệt được cải thiện, và các chức năng cải tiến trong khi các đặc tính tơ nội tại cũng được duy trì [11–13]. Các phương pháp tự biến tính này đã tạo ra các sợi tơ đa dạng về chức năng và hiệu suất cao về mặt thẩm mỹ và mở rộng các ứng dụng của tơ. Do đó, tơ tự biến tính nói chung và tơ tự nhuộm màu nói riêng mang tiềm năng ứng dụng cao ở nhiều mặt (thời trang, y tế, và các mục đích kỹ thuật khác) và có thể đáp ứng xu hướng phát triển bền vững hiện nay. Tuy nhiên, các nghiên cứu liên quan đến phương pháp tự nhuộm tơ tằm chưa báo cáo cụ thể về quy trình tự nhuộm cũng như ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến hiệu quả của phương pháp này. Thêm vào đó, hình thái vi cấu trúc và các đặc tính polymer khác như cấu trúc tinh thể, độ bền, độ ổn định nhiệt, hình thái sợi, sự thay đổi thành phần acid amine, cũng như nghiên cứu nó trong một ứng dụng cụ thể, đặc biệt là trong ngành dệt may và thời trang hiện nay vẫn chưa được nghiên cứu chuyên sâu. Trên thực tế, tơ lụa là sản phẩm có giá trị cao, tuy nhiên sản lượng thấp vì chỉ một số địa phương có điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng phù hợp mới có thể trồng dâu nuôi tằm sản xuất kén tơ. Theo báo cáo tại hội nghị “Phát triển bền vững ngành dâu tằm tơ Việt Nam” của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn (ngày 2/12/2023), dâu tằm là nghề truyền thống tại Việt Nam và đang có sự phát triển với tốc độ cao, đứng thứ 5 thế giới sau Trung Quốc, Ấn Độ, Uzbekistan và Thái Lan, tập trung lớn nhất vùng Tây Nguyên với 77% diện tích của cả nước. Sản xuất tơ lụa được coi là một công cụ quan trọng cho nền kinh tế và sự phát triển của đất nước vì đây là ngành sử dụng nhiều lao động và tạo thu nhập cao cũng như các sản phẩm có giá trị gia tăng có tầm quan trọng về mặt kinh tế. Cũng theo báo cáo trên, người trồng dâu nuôi tằm có thu nhập cao gấp 2 đến 3 lần so với các cây trồng khác như lúa, chè, mía, vì vậy đã có các chính sách khuyến khích nhiều người tham gia trồng dâu nuôi tằm, đây cũng là một phương tiện để giải quyết các vấn đề việc làm cho lao động những vùng này. Như vậy, ngành trông dâu nuôi tằm tại Việt Nam đang nhận được nhiều sự quan tâm những năm gần đây, đồng thời có những định hướng phát triển mạnh và ổn định, bền vững hơn nhằm thúc đẩy phát triển về kinh tế, tăng giá trị thương mại cũng như giá trị văn hoá của tơ lụa Việt Nam. Vì những lý do trên, luận án “Nghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt Nam” tập trung xây dựng quy trình công nghệ tự nhuộm tơ tằm, dựa trên phương pháp bổ sung chất màu vào lá dâu cho tằm ăn để tạo ra được kén và tơ có màu sắc. Đồng thời, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tự nhuộm tơ tằm, hiệu suất nhuộm, hình thái, vi cấu trúc và các tính chất của tơ tự nhuộm cũng như khả năng ứng dụng của nó vào thực tế dệt may sẽ được tập trung nghiên cứu và trình bày trong luận án. Phương pháp tự 3
nhuộm được kỳ vọng có thể góp phần làm giảm các vấn đề môi trường do ngành dệt nhuộm gây ra bằng cách giảm thiểu lượng nước và năng lượng tiêu thụ, hạn chế xả thải, tinh gọn quy trình và giảm chi phí sản xuất, đáp ứng được xu hướng và yêu cầu về sản phẩm thân thiện môi trường hoặc quy trình sản xuất xanh và bền vững hơn. Từ đó, giúp tăng thêm giá trị và chất lượng cho sản phẩm tơ tằm Việt Nam, góp phần làm phong phú thêm nguồn nguyên liệu ứng dụng trong dệt may. 2. Mục tiêu nghiên cứu Luận án xác định các mục tiêu nghiên cứu cụ thể như sau: Tạo ra kén và tơ tằm có màu bằng phương pháp tự nhuộm dựa trên kỹ thuật bổ sung chất màu vào lá dâu cho tằm ăn nhằm tinh gọn quy trình tạo màu và nâng cao chất lượng tơ tằm Việt Nam. Xác định đặc trưng hình thái, vi cấu trúc và tính chất kén tơ tự nhuộm, từ đó làm cơ sở đánh giá và so sánh chất lượng của nó với tơ trắng thông thường. Xác định quy trình và thông số công nghệ chuội phù hợp áp dụng cho tơ tằm tự nhuộm. Nghiên cứu ứng dụng tơ tự nhuộm trong dệt vải lụa tơ tằm và sản phẩm may mặc. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luận án bao gồm các yếu tố ảnh hưởng đến kỹ thuật tạo màu và kén tằm, sợi tơ được tạo ra từ phương pháp tự nhuộm. Phạm vi nghiên cứu: Luận án nghiên cứu tạo màu cho tơ tằm bằng phương pháp tự nhuộm dựa trên kỹ thuật bổ sung thuốc nhuộm vào lá dâu cho tằm ăn tại Việt Nam, yếu tố khảo sát bao gồm 2 giống tằm kén trắng và kén vàng, 5 loại chất màu tự nhiên và nhân tạo được sử dụng, thử nghiệm ở 3 độ tuổi của tằm với 4 mức nồng độ chất màu bổ sung cho tằm ăn. Hình thái vi cấu trúc, đặc tính polymer, tính chất cơ lý, độ bền màu giặt, tính sinh thái và an toàn của tơ tự nhuộm được đo đạc, đánh giá bằng các phương pháp hiện đại theo các tiêu chuẩn thích hợp trong nước và quốc tế, đồng thời so sánh với tơ kén trắng phổ biến ở Việt Nam. Xử lý chuội sericin được áp dụng trên tơ màu với các yếu tố khảo sát bao gồm phương pháp chuội khác nhau, thời gian, nồng độ hoá chất sử dụng nhằm đánh giá cường độ màu còn lại của tơ sau chuội. Xác định một số tính chất của vải lụa tơ tằm dệt bằng tơ tự nhuộm, định hướng ứng dụng thực tiễn vào các sản phẩm Dệt may. Nghiên cứu tạo kén tơ tự nhuộm được thực hiện trên giống tằm Bombyx mori ăn lá dâu đang được nuôi phổ biến tại Việt Nam. Quá trình thực nghiệm tự nhuộm tơ tằm được thực hiện tại cơ sở trồng dâu nuôi tằm Bảo Lộc - Lâm Đồng. 4
Các phương pháp xử lý chuội được thực hiện trên các trang thiết bị thí nghiệm tại Trường Đại học Bách khoa Tp.Hồ Chí Minh, Trung tâm nghiên cứu Dâu tằm tơ Trung ương. Các thí nghiệm phân tích được thực hiện tại trung tâm Công nghệ Dệt Ý - Việt thuộc Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.Hồ Chí Minh, Phân viện Dệt may Tp.Hồ Chí Minh, Trung tâm Công nghệ sinh học Tp.Hồ Chí Minh, Sở Khoa học và Công nghệ Tp.Hồ Chí Minh, Viện kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hoá học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu Luận án tập trung vào các nội dung nghiên cứu chính bao gồm: Nghiên cứu tạo ra kén tơ có màu, xác định các thông số công nghệ và ảnh hưởng của chúng đến hiệu quả của phương pháp tự nhuộm. Xác định và phân tích đặc trưng hình thái, vi cấu trúc, đánh giá một số tính chất cơ lý, độ bền màu giặt, và tính sinh thái của tơ tự nhuộm. Khảo sát, đánh giá nhằm lựa chọn phương pháp và thông số chuội (loại bỏ sericin) phù hợp để xử lý tơ tự nhuộm. Đánh giá một số tính chất của vải dệt từ tơ tự nhuộm, đề xuất ứng dụng vào sản phẩm dệt may và thời trang. Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận án Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan các tài liệu, bài báo, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về các nội dung liên quan. Đánh giá những vấn đề đã được nghiên cứu, phân tích những vẫn đề còn tồn tại từ đó xác định hướng nghiên cứu của luận án phù hợp với điều kiện thực tiễn ở Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Thực nghiệm bổ sung thuốc nhuộm vào lá dâu cho tằm ăn để tạo kén và tơ có màu tại cơ sở trồng dâu nuôi tằm; xử lý chuội tơ màu trên các thiết bị thí nghiệm chuyên dụng tại phòng thí nghiệm. Phương pháp phân tích và đánh giá: Sử dụng các tiêu chuẩn trong nước và quốc tế để đánh giá một số đặc trưng cơ lý, độ bền màu giặt, tính sinh thái của tơ màu. Sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại như kính hiển vi soi nổi, SEM, EDX, FTIR, XRD, UPLC, IEC, TGA, đo màu quang phổ để xác định và đánh giá cấu trúc vật lý, cấu trúc hóa học, định lượng thuốc nhuộm các mẫu thí nghiệm. Sử dụng phương pháp phân tích và so sánh các dữ liệu để đánh giá các kết quả thu được. 5. Ý nghĩa khoa học của luận án Luận án là cơ sở khoa học để tạo ra tơ tằm có màu bằng phương pháp tự nhuộm, dựa trên kỹ thuật bổ sung chất màu vào lá dâu cho tằm ăn nuôi tại Việt Nam. Luận án giải thích ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến hiệu quả tự nhuộm bao gồm tỷ lệ sống tạo kén của tằm và cường độ màu sắc của tơ thu được khi bổ sung chất màu vào lá dâu cho tằm ăn. 5
Luận án phân tích, đánh giá một số đặc trưng hình thái cấu trúc và tính chất của kén tơ tự nhuộm, đồng thời xác định hiệu suất tự nhuộm, đề xuất cơ chế liên kết của chất màu và tơ tằm trong tơ tự nhuộm. Luận án giải thích ảnh hưởng của một số phương pháp và thông số công nghệ chuội đến cường độ màu sắc của tơ sau xử lý, mô tả hình thái tơ trước và sau chuội. Luận án chứng minh được hiệu quả tạo màu cho tơ tằm bằng phương pháp tự nhuộm mới, đồng thời chứng minh tính thực tiễn của tơ tằm tự nhuộm khi ứng dụng vào các sản phẩm may mặc thực tế. Cuối cùng, luận án đã sử dụng các kỹ thuật phân tích hiện đại như SEM, EDX, FT-IR, XRD, TGA, UPLC, IEC để phân tích, kiểm tra và đánh giá hình thái cấu trúc và tính chất của tơ tằm tự nhuộm. 6. Giá trị thực tiễn của luận án Các kết quả của luận án là tiền đề để áp dụng phương pháp tạo màu tự nhuộm trên vào thực tế sản xuất kén tơ tại Việt Nam. Luận án đã khẳng định được có thể tạo màu cho tơ tằm bằng phương pháp bổ sung thuốc nhuộm vào thức ăn cho tằm, tính chất của tơ màu đáp ứng được các yêu cầu của vật liệu dệt ứng dụng trong ngành dệt may. Luận án đã áp dụng thành công phương pháp xử lý tạo màu mới, hạn chế tối đa lượng nước sử dụng để tạo màu cho tơ tằm, tinh gọn quy trình hoàn tất nhuộm truyền thống vốn sử dụng lượng nước lớn, tiêu thụ nhiệt năng và xả thải gây nhiều tác hại đến môi trường. Luận án đã khảo sát và lựa chọn phương pháp, thông số công nghệ chuội phù hợp xử lý tơ tằm tự nhuộm; đồng thời đề xuất ứng dụng trong các sản phẩm may mặc nhằm nâng cao tính ứng dụng của vật liệu này trong thực tiễn. Sản phẩm từ công trình nghiên cứu của Luận án đã góp phần làm phong phú thêm các sản phẩm lụa tơ tằm với quy trình xử lý được rút gọn, tiết kiệm và phù hợp xu hướng phát triển vững - thân thiện với môi trường. 7. Điểm mới của luận án Luận án đã tạo ra được vật liệu mới là kén và tơ tằm có màu, khẳng định được khả năng tạo màu cho tơ tằm bằng phương pháp tự nhuộm thân thiện với môi trường chưa được nghiên cứu ở Việt Nam, từ đó tạo được vật liệu dệt mới là tơ tự nhuộm ứng dụng trong ngành dệt may, góp phần nâng cao chất lượng tơ tằm Việt Nam. Luận án đã ứng dụng thành công kén tơ tự nhuộm vào quy trình dệt vải, chuội keo và sử dụng cho các sản phẩm mặc thực tế. 8. Bố cục của luận án Luận án gồm 4 phần chính: - Chương 1: Nghiên cứu tổng quan 6
- Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu - Chương 3: Kết quả và bàn luận - Kết luận 7