Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu quy trình trích ly các hợp chất màu tự nhiên từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa ứng dụng cho nhuộm vải tơ tằm

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

114
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án tiến hành khảo sát một số đặc trưng nguyên liệu về trữ lượng và quy trình bảo quản nhằm đáp ứng tốt nhất cho công đoạn trích ly; khảo sát phương pháp trích ly phù hợp; nghiên cứu tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly dịch chiết từ quả mặc nưa và vỏ quả măng cụt với dung môi nước như tỷ lệ rắn-lỏng, nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu quy trình trích ly các hợp chất màu tự nhiên từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa ứng dụng cho nhuộm vải tơ tằm

A. THÔNG TIN CHUNG VỀ LUẬN ÁN 1. Tính cấp thiết của luận án Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ và đa dạng của tất cả các ngành công nghiệp để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, cùng với việc áp dụng khoa học kỹ thuật, tăng trưởng kinh tế và bùng nổ dân số khiến nhân loại phải đứng trước hai hiểm họa lớn mang tính toàn cầu: cạn kiệt tài nguyên và ô nhiễm môi trường. Đứng trước những thách thức đó, các quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam phải hoạch định và thực hiện chính sách về tài nguyên và môi trường một cách khoa học và hợp lý. Một trong những phương án tối ưu của hoạch định này là chương trình “sản xuất sạch hơn” hay còn gọi là “ngăn ngừa ô nhiễm môi trường” cho các ngành sản xuất; trong đó công nghệ dệt nhuộm là một trong những ngành trọng điểm. Trong những năm qua, cùng với những nghiên cứu mới của thế giới ngành dệt nhuộm trong nước đã có những chuyển mình vượt bậc trước nguy cơ suy thoái môi trường. Đó là vấn đề sử dụng thuốc nhuộm có nguồn gốc tự nhiên từ cây, hoa, lá …để thay thế cho thuốc nhuộm tổng hợp ảnh hưởng môi trường hiện đang chiếm lĩnh toàn bộ vị trí trong ngành công nghệ ứng dụng này. Như vậy, đề tài “Nghiên cứu quy trình trích ly các hợp chất màu tự nhiên từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa ứng dụng cho nhuộm vải tơ tằm” là hết sức cần thiết và sẽ góp phần giúp cho ngành dệt nhuộm giải quyết phần nào vấn đề ô nhiễm môi trường và sức khỏe con người. 2. Mục tiêu nghiên cứu, ý nghĩa về khoa học thực tiễn - Khảo sát một số đặc trưng nguyên liệu về trữ lượng và quy trình bảo quản nhằm đáp ứng tốt nhất cho công đoạn trích ly. - Khảo sát phương pháp trích ly phù hợp; nghiên cứu tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly dịch chiết từ quả mặc nưa và vỏ quả măng cụt với dung môi nước như tỷ lệ rắn-lỏng, nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly. - Nghiên cứu tối ưu hóa quy trình nhuộm vải tơ tằm bằng các chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa có sử dụng H2O2 làm tác nhân oxy hóa. Đồng thời điều khiển quy trình nhuộm dưới sự tác động của các tác nhân xử lý sau nhuộm để đạt được màu sắc mong muốn. Và xác định các giá trị sử dụng của vải tơ tằm nhuộm bằng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa như các chỉ tiêu về độ bền màu, độ bền ma sát, độ tăng khối lượng, tính sinh thái. - Phân tích và nhận diện các hợp chất mang màu trích ly được từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa trong dịch chiết và trên vải tơ tằm đã nhuộm bằng các phương pháp phân tích hiện đại: UV-VIS, IR, FT-IR, RAMAN, HP-LC, LC-MS, XRD, SEM … Từ đó bước đầu đề xuất cơ chế gắn màu giữa vải tơ tằm và các hợp chất mang màu trích ly từ quả mặc nưa và vỏ quả măng cụt. 3. Những điểm mới của luận án - Đã nghiên cứu tối ưu hóa và đã thiết lập được chế độ công nghệ thích hợp cho quá trình trích ly các chất màu từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa để nhuộm vải tơ tằm tại Việt Nam. - Đã thiết lập đơn công nghệ nhuộm tối ưu có sử dụng H2O2 làm tác nhân oxy hóa, tăng khả năng gắn màu của các chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa trên vải tơ tằm. - Đã thiết lập được quy trình công nghệ nhuộm tơ tằm tối ưu với các chất màu trích ly từ quả mặc nưa. Đây là quy trình hoàn toàn mới so với quy trình nhuộm truyền thống; quy trình này không chỉ tạo được màu đen truyền thống mà còn tạo được nhiều gam màu khác nhau và rút ngắn được quy trình nhuộm từ 40 ngày xuống còn 4 giờ. - Bước đầu đã đề xuất cơ chế liên kết của các chất màu được trích ly từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa với vải tơ tằm. - Đã chứng minh được sản phẩm vải tơ tằm nhuộm bằng các chất màu được trích ly từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa đảm bảo tính sinh thái, không chứa formaldehyde, không chứa formaldehyde, không chứa azo độc hại và đạt các chỉ tiêu về độ bền cao. 4. Bố cục của luận án Luận án gồm 118 trang (không kể phụ lục) được chia thành các phần như sau: Mở đầu: 2 trang; Chương 1-Tổng quan lý thuyết: 38 trang; Chương 2-Nội dung và phương pháp nghiên cứu: 18 trang; Chương 3-Kết quả và bàn luận: 43 trang; Kết luận: 2 trang; có 130 tài liệu tham khảo. B. NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Phần tổng quan lý thuyết là tổng hợp các nghiên cứu trong nước và thế giới liên quan đế luận án như sau: Tổng quan chung về chất màu tự nhiên, về quả mặc nưa và vỏ quả măng cụt, phương pháp tách chiết chất màu tự nhiên và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm. Trong đó đề cập đến các vấn đề định hướng nghiên cứu của luận án. 1
CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Luận án sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại để hỗ trợ cho quá trình đánh giá kết quả nghiên cứu: đánh giá dịch chiết bằng phương pháp đo UV-Vis, IR hoặc FT-IR, LC-MS, HP-LC và sự thay đổi màu sắc tính chất của vải sau nhuộm bằng phương pháp đo màu L, a, b và chụp XRD, SEM. Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm và giải bài toán tối ưu để tìm ra thông số tối ưu, giải thích các kết quả thực nghiệm; đồng thời biện luận các kết quả phân tích hóa lý hiện đại để tìm ra cơ chế gắn màu cần thiết cho phản ứng tạo màu trên vải tơ tằm của các thành phần mang màu có trong quả mặc nưa và vỏ quả măng cụt. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Kết quả khảo sát đặc trưng nguyên liệu 3.1.1 Kết quả khảo sát đặc trưng nguyên liệu quả măng cụt 3.1.1.1 Trữ lượng Măng cụt chủ yếu được phân bố ở hai vùng đồng bằng sông Cửu long (ĐBSCL) và Đông Nam bộ; trong đó trồng ở ĐBSCL với tổng diện tích khoảng 4,9 nghìn ha, cho sản lượng hơn 6 nghìn tấn/mùa. Theo kết quả khảo sát của nhóm nghiên cứu cho thấy tại thời điểm tháng 3/2014, lượng măng cụt tại 2 chợ đầu mối nông sản thực phẩm Thủ Đức và Hóc Môn có khoảng 22 vựa cung cấp măng cụt, mỗi vựa bán ra trung bình từ 20÷25 thùng, mỗi thùng 12kg. Tính trung bình mỗi ngày, số lượng măng cụt phân phối khoảng 5.300÷6.600kg. Trong đó, vỏ măng cụt chiếm trung bình từ 68÷70% trên cả quả theo số liệu bảng 3.1. Nếu tính mô phỏng theo lượng măng cụt bán ra từ 2 chợ đầu mối thì lượng vỏ măng cụt thải ra 3.100÷4.500 kg/ngày. Như vậy, việc sử dụng nguồn nguyên liệu dễ tái sinh này rất cần được quan tâm đúng mức ở nhiều góc độ khác nhau từ nghiên cứu cho đến mô hình ứng dụng thực tế. 3.1.1.2 Quy trình thu gom vỏ quả măng cụt tại thành phố Hồ Chí Minh cho đề tài Liên hệ với các chủ vựa trái cây ở các nơi trồng măng cụt như Lái thiêu, Thủ Dầu Một, Bến Tre, Bảo Lộc, Cần Thơ, Hậu Giang, Sóc Trăng, Đồng Nai, thu mua măng cụt với giá thị trường, đồng thời thu gom quả măng cụt chín hư, thối không thể sử dụng được. Liên hệ với Công ty Môi trường và đô thị ở các thành phố lớn TP Hồ Chí Minh để thu hồi vỏ măng cụt với giá ưu đãi. Vào những tháng trái mùa trong năm, nguyên liệu chính là nhập khẩu. Liên hệ và thu mua vỏ quả măng cụt từ các công ty chế biến hàng xuất khẩu măng cụt; liên hệ với các chợ đầu mối để thu gom. Và đề xuất các phương án thuộc thẩm quyền các cấp nhằm phát triển nông thôn, khuyến khích nhà vườn tăng sản lượng măng cụt bằng cách xử lý cho quả nghịch mùa để tạo ra nguồn nguyên liệu dồi dào cho ngành nhuộm. 3.1.1.3 Quy trình bảo quản nguyên liệu vỏ quả măng cụt hỗ trợ cho nghiên cứu Một số tài liệu cho rằng có thể bảo quản ở nhiệt độ khoảng 5 oC, trong thời gian 3 tuần không cần chất bảo quản. Sau 7 ngày tồn trữ ở nhiệt độ bình thường, trái chỉ bị giảm 3,3% trọng lượng, nhưng có thể thối 23,9%. Bảo quản ở 5 oC không bị giảm trọng lượng và chỉ 11% số trái bị thối. Nếu bảo quản quả trong bao plastic kín sẽ ít bị thiệt hại [13]. Tuy nhiên, để có số liệu chính xác hơn về quá trình bảo quản, nhóm tác giả đã khảo sát sơ bộ quá trình bảo quản bột và dịch chiết từ vỏ quả măng cụt. a. Quy trình bảo quản bột từ vỏ quả măng cụt Vỏ măng cụt sau khi thu gom, xử lý sơ bộ, phơi khô và nghiền thành bột với kích thước 0,1÷1 mm. Sau đó cho vào bịch nylon, dán kín, hút chân không, bảo quản ở điều kiện thoáng mát. Nhiệt độ từ 25÷30oC, có thể bảo quản 8÷9 tháng không cần sử dụng chất bảo quản, màu sắc của bột và dịch chiết từ bột không thay đổi. Vải sau nhuộm với dịch chiết từ bột của vỏ quả măng cụt sau thời gian 9 tháng không thay đổi nhiều so với ban đầu. b. Quy trình bảo quản chiết dịch từ vỏ quả măng cụt Bột từ vỏ quả măng cụt được trích ly bằng phương pháp chiết ngâm trong thời gian 2 giờ ở nhiệt độ 50÷70oC với dung môi nước theo tỷ lệ 1:5; sau đó lọc lấy dịch, bỏ bã và tiếp tục đem dịch đi cô cạn đến khi còn 50% thể tích; cuối cùng cho vào lọ bảo quản với nồng độ chất bảo quản từ 0,1÷2% với thời gian bảo quản từ 1 đến 12 tháng. Theo dõi sự thay đổi giá trị pH theo thời gian; đồng thời nhuộm mẫu đối chứng để so sánh khả năng nhuộm màu của dịch chiết trên vải tơ tằm trong khoảng thời gian bảo quản trên. Kết quả khảo sát cho thấy dịch vỏ măng cụt khô sau khi chiết, chứa vào lọ thủy tinh đậy kín và bảo quản với chất bảo quản là kalisortbate: Nhiệt độ 10÷20 oC, pH 4÷4.5, kalisortbate 1%: thời gian bảo quản 9÷10 tháng Nhiệt độ 20÷30 oC, pH 4÷4.5, kalisortbate 1%: thời gian bảo quản 6÷7 tháng Nhiệt độ 30÷40 oC, pH 4÷4.5, kalisortbate 1%: thời gian bảo quản 4÷5 tháng Đặc điểm dịch chiết khi bảo quản theo thời gian: pH thay đổi không đáng kể, dịch chiết trong suốt, ở nhiệt độ 30÷40oC dịch chiết hơi đóng váng do hiện tượng oxy hóa bề mặt mỗi lần đo pH, nhưng màu sắc trên vải nhuộm không bị ảnh hưởng nhiều. Giá trị pH của các mẫu dịch chiết theo thời gian không thay đổi nhiều, cường độ màu và độ bền màu trên vải nhuộm gần như không thay đổi. 2
3.1.2 Kết quả khảo sát nguyên liệu quả mặc nưa 3.1.2.1 Trữ lượng Hiện nay, không tìm thấy tài liệu nào nói về trữ lượng của cây mặc nưa; tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã có kết quả khảo sát từ các nguồn thông tin qua những chuyến đi thực tế. Tại huyện Tân Châu, tỉnh An Giang người dân vẫn còn duy trì để bán cho một số xưởng nhuộm nhỏ chuyên nhuộm màu đen cho lụa tơ tằm và polyamide; nhưng không còn nhiều. Một địa phương khác là tỉnh Ninh Thuận, trước những năm 1950, bà con người chăm vẫn dùng quả mặc nưa để nhuộm vải đen. Cho đến thời gian gần đây, đầu những năm 2000, cây mặc nưa được đưa vào danh sách những loại cây quý, cần nhân giống và phát triển. Vì vậy, tại thành phố Hồ Chí Minh, cây mặc nưa được trồng nhiều ở các công viên cây xanh như công viên Gia Định, Lê Văn Tám; hoặc hai ven đường Hai Bà Trưng, Quận 1; đường Phạm Hùng, quận 7; chợ Cầu Ông Lãnh, quận 1…Với trữ lượng thu được trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh khoảng trên 3.000 cây, mỗi cây cho khoảng 100÷300 kg quả mỗi năm; theo thống kê sơ bộ ít nhất có 900.000 kg quả mặc nưa rụng xuống thành rác thải trong một năm nếu không được quan tâm thích đáng. Như vậy, việc sử dụng nguồn nguyên liệu dễ tái sinh này như một nguồn thuốc nhuộm tự nhiên đã được nhóm nghiên cứu triển khai và ứng dụng thực tế. 3.1.2.2 Quy trình bảo quản nguyên liệu quả mặc nưa hỗ trợ cho nghiên cứu Quả mặc nưa sau khi thu gom, được xử lý sơ bộ, chọn những quả tươi, loại bỏ những quả bị nứt, dập, có dấu hiệu oxy hóa chuyển sang màu đen, bảo quản tạm thời trong điều kiện mát của tủ lạnh khoảng 5 oC; chọn những quả tươi đem bảo quản trong dung dịch kalisorbat với nồng độ 0,1÷3 % trong khoảng thời gian từ 1÷6 tháng. Quả mặc nưa sau bảo quản được xay với nước theo tỷ lệ 1:5, khảo sát theo thời gian sự thay đổi pH của dịch chiết và cường độ màu trên vải tơ tằm sau nhuộm để tìm ra nồng độ bảo quản tốt nhất. Kết quả khảo sát với nhiều nồng độ chất bảo quản và thời gian khác nhau, nhóm nghiên cứu đã nhận được các quy trình bảo quản quả mặc nưa như sau: Nhiệt độ 0÷5 oC, bộc kín và cho vào tủ lạnh: thời gian bảo quản 2÷3 tháng Nhiệt độ 10÷20 oC, pH 4÷4,5, kalisortbate 1,5%: thời gian bảo quản 3÷4 tháng Nhiệt độ 20÷30 oC, pH 4÷4,5, kalisortbate 1,5%: thời gian bảo quản 2÷3 tháng Đặc điểm quả mặc nưa khi bảo quản: giá trị pH của các mẫu bảo quản theo thời gian không thay đổi nhiều, cường độ màu và độ bền màu trên vải sau nhuộm gần như không thay đổi. Như vậy, việc sử dụng quả mặc nưa như một loại nguyên liệu chất màu tự nhiên được ứng dụng cho ngành nhuộm trong sản xuất thực tế là hoàn toàn khả thi. 3.2 Kết quả nghiên cứu quá trình trích ly chất màu từ vỏ quả măng cụt 3.2.1 Kết quả khảo sát lựa chọn dung môi và phương pháp trích ly chất màu từ vỏ quả măng cụt Mật độ quang của dịch chiết cho biết cường độ màu dịch chiết được xác định ở bước sóng 289 nm với tỷ lệ pha loãng dịch/nước là 1/100 và cường độ màu trên vải sau nhuộm được trình bày ở bảng 3.2. Bảng 3.2 Mật độ quang dịch chiết và cường độ màu của vải theo phương pháp trích ly Mật độ Độ tận Độ tăng Cường ΔE với ΔE với mồ STT Phương pháp ΔE với giặt quang trích khối độ màu Clo hôi 1 Vi sóng 1,367 0,512 1,830 29,2580 14,1310 17,143 16,24 2 Soxhlet 0,811 0,214 1,439 24,0137 13,1250 11,59 10,321 3 Chiết ngâm 1,152 0,765 2,230 26,6290 8,0430 7,54 8,38 40 2 20 0 Vi sóng Soxhlet Chiết ngâm 0 Vi sóng Soxhlet Chiết ngâm Mật độ quang Độ tận trích Hình 3.3 Đồ thị cường độ màu của vải, mật độ quang và độ tận trích của chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt theo phương pháp vi sóng, soxhlet, chiết ngâm Hình 3.4 Đồ thị độ tăng khối và độ bền màu của vải tơ tằm nhuộm bằng chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt theo phương pháp vi sóng, soxhlet, chiết ngâm 3
Kết quả bảng 3.2 cho thấy trích ly có sự hỗ trợ của vi sóng là tốt nhất vì cho giá trị mật độ quang cao nhất 1,367 Ao. Điều này có thể giải thích rằng nước là dung môi phân cực mạnh dưới tác động của vi sóng, tốc độ gia nhiệt diễn ra nhanh làm cho các phần tử mang màu có trong vỏ măng cụt cũng bị tác động mạnh. Kết quả hình 3.3 và 3.4 cho thấy dịch chiết bằng phương pháp vi sóng có cường độ màu của vải là cao nhất; tiếp theo là phương pháp chiết ngâm và cường độ màu trên vải thấp nhất là phương pháp trích ly shoxlet. Với phương pháp trích ly cho nồng độ dịch chiết cao thì lượng thuốc nhuộm liên kết với xơ sợi cũng lớn hơn các phương pháp khác, tuy nhiên khi áp dụng cho quy mô sản xuất công nghiệp thì hai phương pháp vi sóng và shoxlet có nhiều hạn chế về lượng nguyên liệu đầu vào cũng như đòi hỏi công suất lớn và chi phí đầu tư là rất tốn kém. Tuy nhiên, phương pháp chiết ngâm lại cho kết quả độ tận trích cao nhất và ∆E bền màu trên vải thấp nhất nghĩa là đạt độ bền màu tốt nhất. Như vậy chiết ngâm là phương pháp trích ly được lựa chọn để áp dụng cho quá trình trích ly dịch phù hợp với cả quy mô sản xuất vi mô và vĩ mô. Vì vậy phương pháp thích hợp với dung môi nước đã chọn ở trên sử dụng cho quá trình khảo sát tiếp theo là phương pháp chiết ngâm. 3.2.2 Kết quả tối ưu hóa quá trình trích ly chất màu từ vỏ quả măng cụt 3.2.2.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm và phương trình hồi quy điều kiện trích ly a. Xây dựng ma trận thực nghiệm Bảng 3.3 Phạm vi và các mức nghiên cứu của ba biến được chọn Biến nghiên Mức nghiên cứu Biến mã hóa Đơn vị cứu -1 0 +1 o Nhiệt độ(Z1) X1 C 50 60 70 Thời gian (Z2) X2 Phút 120 150 180 Tỷ lệ (Z3) X3 % khối lượng nước trong hệ dịch chiết 75 80 85 Giữa các biến mã hóa (Xi) và các giá trị biến thật (Zi) đã chọn để nghiên cứu ở các mức nghiên cứu khác nhau được liên hệ với nhau qua hệ thức: 𝑍𝑖 −𝑍𝑖𝑜 𝑋𝑖 = ∆𝑍𝑖 (3.1) Trong đó: 𝑍𝑖𝑜 : giá trị nghiên cứu ở mức 0 (mức gốc) 𝑍 −𝑍 ∆𝑍𝑖 : khoảng biến thiên của biến nghiên cứu, ∆𝑍𝑖 = 𝑚𝑎𝑥 𝑚𝑖𝑛 2 𝑍𝑚𝑎𝑥 : giá trị nghiên cứu ở mức cao (+1) 𝑍𝑚𝑖𝑛 : giá trị nghiên cứu ở mức thấp (-1) Với phương án trực giao, giá trị cánh tay đòn  của ma trận được xác định theo công thức: 𝛼 = √√𝑁. 2𝑘−2 − 2𝑘−1 = √√17. 23−2 − 23−1= 1,35313 Ma trận thực nghiệm cụ thể cho nghiên cứu: Bảng 3.5 Bảng ma trận mã hóa của ba biến được chọn để nghiên cứu Biến mã hóa Hàm mục tiêu Thí nghiệm X1 X2 X3 Hiệu suất trích ly (Y1) Cường độ màu vải (Y2) 1 -1,0 -1,0 -1,0 8,42249 22,6309 2 1,0 -1,0 -1,0 13,8845 26,0337 3 -1,0 1,0 -1,0 7,65957 20,1894 n=2k=8 4 1,0 1,0 -1,0 11,9843 25,8653 5 -1,0 -1,0 1,0 9,23277 24,7244 6 1,0 -1,0 1,0 13,8958 26,2337 7 -1,0 1,0 1,0 9,85443 24,0709 8 1,0 1,0 1,0 11,2249 25,5362 9 -1,35313 0 0 7,23277 20,2164 10 1,35313 0 0 11,5572 25,7254 n=2k=6 11 0 -1,35313 0 10,5714 23,8362 12 0 1,35313 0 11,1398 24,5147 13 0 0 -1,35313 19,2817 27,9945 14 0 0 1,35313 20,915 28,8362 15 0 0 0 23,839 30,2588 n0=3 16 0 0 0 23,7057 30,358 17 0 0 0 23,399 30,3856 Mỗi giá trị hàm mục tiêu (Y1 là hiệu suất trích ly và Y2 là cường độ màu vải) sẽ được dùng để xây dựng mô hình toán: 𝑌 = 𝑏0 + ∑3𝑗=1 𝑏𝑗 𝑋𝑗 + ∑3𝑖≠𝑗 𝑏𝑗𝑖 𝑋𝑗 𝑋𝑖 + ∑3𝑗=1 𝑏𝑗𝑗 𝑋𝑗2 4
b. Hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm từ thực nghiệm Kết quả hiệu suất sử dụng dịch trích ly (Y1) (gọi tắt là hiệu suất trích ly) và cường độ màu của vải sau nhuộm (Y2) thu được từ thực nghiệm được tiến hành theo ma trận phức hợp tâm trực giao cấp 2 đã xây dựng được trình bày ở bảng 3.6. Bảng 3.6 Kết quả hiệu suất trích ly và cường độ màu vải theo ma trận phức hợp tâm trực giao cấp 2 Nhiệt độ Thời gian Hiệu suất trích ly Cường độ màu TN X1 X2 X3 Tỷ lệ (%) (oC) (phút) Y1 Y2 1 -1 -1 -1 50 120 75 8,42249 24,6309 2 1 -1 -1 70 120 75 13,8845 24,9337 3 -1 1 -1 50 180 75 7,65957 25,6894 4 1 1 -1 70 180 75 11,9843 25,8653 5 -1 -1 1 50 120 85 9,23277 24,0244 6 1 -1 1 70 120 85 13,8958 24,6337 7 -1 1 1 50 180 85 9,85443 24,4709 8 1 1 1 70 180 85 11,2249 25,8362 9 -1,3531 0 0 46,47 150 80 7,23277 24,8164 10 1,3531 0 0 73,5 150 80 11,5572 25,8254 11 0 -1,3531 0 60 117,06 80 10,5714 25,8362 12 0 1,3531 0 60 182,94 80 11,1398 25,8147 13 0 0 -1,3531 60 150 73,235 19,2817 26,9945 14 0 0 1,3531 60 150 86,765 20,915 25,8362 15 0 0 0 60 150 80 23,839 27,2588 16 0 0 0 60 150 80 23,7057 27,358 17 0 0 0 60 150 80 23,399 27,3856 Từ kết quả cường độ màu thực nghiệm thu được, với sự hỗ trợ của phần mềm thống kê Stagraphics Centurion XV.II, tiến hành thống kê phân tích tương quan và hồi quy để xác định phương trình hồi quy của quá trình, kiểm định sự phù hợp mô hình toán thu được để tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình trích ly dịch chiết từ vỏ quả măng cụt. Sau đó tiến hành phân tích đánh giá ảnh hưởng của các biến nghiên cứu đến hiệu suất sử dụng dịch trích ly và cường độ màu vải, xác định điểm tối ưu cho quá trình theo phương pháp bề mặt đáp ứng được tích hợp trong phần mềm. c. Phân tích phương sai và hồi quy Biểu đồ Pareto hình 3.5 biểu diễn hiệu ứng của yếu tố nghiên cứu tác động lên hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm, với các chữ cái A, B đại diện cho các biến mã hoá tương ứng: X1 (nhiệt độ trích ly), X2 (thời gian trích ly), X3 (tỷ lệ măng cụt/nước). Mức độ tác động của các yếu tố lên quá trình trích ly được đánh giá thông qua việc phân tích thống kê bộ kết quả thực nghiệm thu được, mà đại diện bằng các hệ số hồi quy trong 2 phương trình hồi quy với 2 hàm mục tiêu hiệu suất trích ly (Y1) và cường độ màu vải (Y2). Các cột trên biểu đồ thể hiện mức độ tác động của các yếu tố tuyến tính, bậc hai và tương tác đồng thời của cả hai biến. Màu xám chứng tỏ hiệu ứng tương tác lên cường độ màu là hiệu ứng dương, tác động tích cực làm tăng hiệu suất trích ly và cường độ màu; còn màu xanh là hiệu ứng âm, tác động tiêu cực làm giảm hiệu suất trích ly và cường độ màu. Giá trị tỷ số F càng lớn và chỉ số P càng nhỏ thì hệ số hồi quy tương ứng của yếu tố càng có ý nghĩa và ảnh hưởng đáng kể. Dựa vào biểu đồ Pareto hình 3.5 nhận thấy hiệu ứng của các yếu tố bậc 1 (A, B, C) và hiệu ứng tương tác bậc 2 AA, BB, CC đều đáng kể và được giữ lại do tỷ số Fisher cao và chỉ số P – mức độ không tin cậy thấp hơn 0.05 (tức mức độ tin cậy  95%). Các hiệu ứng còn lại không có ý nghĩa và bị loại bỏ vì chỉ số mức độ không tin cậy P cao hơn mức 0.05. Hình 3.5 Ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất sử dụng dịch trích ly (hiệu suất trích ly) và cường độ màu vải sau nhuộm với dịch trích ly từ vỏ quả măng cụt Nhìn chung, các yếu tố đều có ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly và cường độ màu của vải theo bậc một hoặc bậc hai, trong đó ảnh hưởng của yếu tố AA (nhiệt độ trích ly - nhiệt độ trích ly) là cao nhất tiếp đến là BB và A. Trong số 9 yếu tố được khảo sát thì có 4 yếu tố tác động tích cực làm tăng cường độ màu của dịch 5
trích ly đó là yếu tố A (nhiệt độ trích ly), C (tỷ lệ trích ly), BC (thời gian - tỷ lệ trích ly) và AB (nhiệt độ - thời gian trích ly). Còn lại các yếu tố khác đều mang hiệu ứng âm làm giảm hiệu suất trích ly và cường độ màu. Kết quả tính toán từ phần mềm Stagraphics và ước lượng hệ số hồi quy của phương trình hồi quy được trình bày trong bảng 3.8. Độ lớn của hệ số thể hiện mức độ ảnh hưởng của yếu tố lên hàm mục tiêu và dấu của chúng nói lên tính chất của ảnh hưởng, dấu (+) là tác động dương và dấu (-) là tác động âm. Bảng 3.8 Giá trị ước lượng của các hệ số trong phương trình hồi quy Giá trị hệ số hồi quy Yếu tố Hệ số hồi quy Hiệu suất trích ly (Y1) Cường độ màu (Y2) Hằng số b0 -526,414 -232,439 A: nhiệt độ b1 8,7853 4,87044 B: thời gian b2 1,91145 0,664662 C: tỷ lệ b3 3,3449 1,4236 AA b11 -0,0634884 -0,0308128 AB b12 -0,00184578 0,000928792 AC b13 -0,00876112 -0,0142486 BB b22 -0,00616786 -0,00269266 BC b23 0,00047768 0,000979536 CC b33 -0,0175431 -0,00375685 Xử lý số liệu với phần mềm Stagraphics nhận được phương trình hồi quy theo biến thực (Z) và biến mã hóa (x) như sau: Hàm mục tiêu là hiệu suất trích ly: Y1= –526,414 + 8,7853Z1 + 1,91145Z2 + 3,3449Z3 – 0,0634884Z12 – 0,00184578Z1Z2 – 0,00876112Z1Z3 – 0,00269266 Z22 + 0,00047768 Z2Z3 – 0,0175431Z32 (3.2) 2 2 2 Ŷ1= 22,4966 + 1,8583x1 – 0,3381x2 + 0,383x3 – 6,348x1 – 0,5537x1x2 – 0,4691x1x3 – 5,55x2 –0,503x3 (3.3) Hàm mục tiêu là cường độ màu: Y2 = -232,439 + 4,87044 Z1 + 0,664662 Z2 + 1,4236 Z3 – 0,0308128 Z12 + 0,000928792Z1Z2 – 0,0142486 Z1Z3 – 0,00616786Z22 + 0,000979536 Z2Z3–0,00375685 Z32 (3.4) Ŷ2=29,5801+1,6727x1-0,2609x2+0,598x3-3,081x12+0,2786x1x2-0,763x1x3-2,42x22+0,157x2x3-0,1077x32 (3.5) Kiểm định sự phù hợp của mô hình bằng chuẩn Fisher và student tα (fth) với phương sai tái hiện S2th: được tính theo số thí nghiệm lặp ở tâm no= 3 và mức ý nghĩa α = 0,05, bậc tự do tái hiện fth= 3o -1 = 2. Kết quả kiểm tra ý nghĩa cho thấy sự tương thích của mô hình được trình bày ở phụ lục 22. Giá trị hệ số xác định (R2 = 95,701) chỉ ra rằng có đến 95,701% sự biến thiên hiệu suất trích ly là do tác động của các biến độc lập với chỉ 4,299% là do các yếu tố bên ngoài không giải thích được bởi mô hình với giá trị hệ số tương quan (d.f. R2 = 90,1737 %). Tương tự kết quả phân tích cho thấy giá trị hệ số xác định (R2 = 92,3481) chỉ ra rằng có đến 92,3481 % sự biến thiên cường độ màu là do tác động của các biến độc lập với chỉ % là 7,6519 do các yếu tố bên ngoài không giải thích được bởi mô hình với giá trị hệ số tương quan (d.f. R2 = 82,5098 %) Điều này chứng tỏ mức ý nghĩa của mô hình hai mục tiêu hiệu suất trích ly và cường độ màu là khá cao. 3.2.2.2 Phân tích mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly lên hiệu suất trích ly và cường độ màu của vải: Trong các yếu tố khảo sát thì nhiệt độ trích ly là yếu tố góp phần thúc đẩy quá trình hòa tan các chất có trong vỏ quả măng cụt và nó có tác động đồng thời cả hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm, điều này thể hiện rõ ở hình 3.6, 3.7 và 3.8. Cường độ màu tăng theo chiều hướng tăng nhiệt độ và đạt giá trị cao nhất ở khoảng nhiệt độ 60 oC. Nhiệt độ mang hiệu ứng tích cực làm tăng cường độ màu trong khoảng nhiệt độ trích ly 60÷70 oC. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến cường độ màu dịch chiết thông qua độ lớn và dấu của b1 và hệ số hồi quy bậc 1. Khi tăng nhiệt độ lên 70 oC thì dịch chiết bão hòa và cường độ màu giảm thể hiện qua hệ số hồi quy bậc 2 (b11). Ảnh hưởng của biến này có tác động âm đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải. Hình 3.6 Ảnh hưởng của từng yếu tố chính đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải Ảnh hưởng của thời gian trích ly lên hiệu suất trích ly và cường độ màu vải: Thời gian trích ly có tác động âm và đáng kể đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm; tuy nhiên mức độ không cao. Yếu tố thời gian có ảnh hưởng tuyến tính bậc 2 đến cường độ màu vải thể hiện qua hệ số hồi quy b2 trong phương trình hồi quy (3.2 và 3.4). Cường độ màu đạt giá trị cực đại tại mức nghiên cứu 150 phút cho thấy đây là khoảng thời gian đủ để hòa tan hoàn toàn các chất có trong vỏ măng cụt trong quá trình tách chiết. Cũng như yếu tố nhiệt độ, khi thời gian cao hơn 150 phút thì cường độ màu giảm thể hiện qua hệ số hồi quy bậc 2 (b22). 6
Hình 3.7 Sự tương tác của hai yếu tố đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải Ảnh hưởng của tỷ lệ trích ly lên hiệu suất trích ly và cường độ màu vải: Kết quả phân tích đã cho thấy tỷ lệ chiết dịch cũng như nhiệt độ và thời gian đều có ảnh hưởng bậc 2 đến cường độ màu vải sau nhuộm. Ảnh hưởng của tỷ lệ trích ly mang hiệu ứng dương đã làm tăng hiệu suất trích ly và cường độ màu vải, kết quả từ phương trình hồi quy (3.2 và 3.4) ứng với giá trị hệ số b3. Trong các mức khảo sát tỷ lệ 1/4÷1/6 thì cường độ màu vải ban đầu tăng và đạt giá trị cao nhất ở tâm khảo sát sau đó giảm dần điều này là do khi càng tăng tỷ lệ trích ly và cường độ màu trên vải thì dung môi nước sẽ dư làm pha loãng một số hợp chất mang màu có trong bột vỏ quả măng cụt. Sự tương tác lẫn nhau của các yếu tố khảo sát (hình 3.7) cho thấy mức độ tác động của các yếu tố khá tương đồng; chỉ có tương tác giữa thời gian trích ly và tỷ lệ trích ly đến hiệu suất trích ly (b23) không tác động nhiều đến mô hình; chính vì thế khi kiểm tra mức độ tương thích giá trị này đã bị loại khỏi phương trình hồi quy. Hình 3.8 Bề mặt đáp ứng biểu diễn ảnh hưởng tương tác của các yếu tố đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải trong khoảng biến thiên của ba biến khảo sát Bề mặt đáp ứng và vùng tương tác giữa các yếu tố trong khoảng khảo sát ở hình 3.9 cho thấy mức độ tác động của các yếu tố lên đồng thời hai hàm mục tiêu hiệu suất trích ly và cường độ màu là khá cao. Điều này khẳng định mức độ tương thích giữa mô hình và thực nghiệm, cho kết quả đáng tin cậy. Hình 3.9 Bề mặt đáp ứng và vùng tương tác của các yếu tố đến cả hai hàm mục tiêu hiệu suất trích ly và cường độ màu vải 3.2.2.3 Xác định điều kiện tối ưu quá trình trích ly dịch vỏ quả măng cụt Từ phương trình hồi quy thu được, tiến hành tối ưu hóa điều kiện chiết măng cụt theo phương pháp bề mặt đáp ứng bằng phần mềm stagraphics. Sử dụng thẻ bles trong phần mềm, chọn mục tối ưu hóa (optimization) để xuất bảng tối ưu hàm mục tiêu. Kết quả nhận được điều kiện trích ly tối ưu như sau: - Giá trị hiệu suất trích ly tối ưu: Y1 = 22,57 - Giá trị cường độ màu tối ưu: Y2 = 30,08 - Nhiệt độ trích ly: 61,4 oC - Thời gian trích ly: 149,2 phút - Tỷ lệ trích ly: 84,6342% (% nước có trong hệ dịch) tương ứng với tỷ lệ rắn/lỏng là 1/5 - Dung môi trích ly: nước - Phương pháp trích ly: chiết ngâm với tốc độ khuấy 100 vòng/phút Kết quả cho thấy phần mềm Stagraphics dự đoán gần đúng giá trị hiệu suất trích ly và cường độ màu vải cùng với giá trị của ba biến được nghiên cứu cho quá trình trích ly chất màu tự nhiên từ vỏ quả măng cụt. 3.3 Kết quả nghiên cứu quá trình trích ly chất màu từ quả mặc nưa 3.3.1 Kết quả khảo sát lựa chọn dung môi và phương pháp trích ly chất màu từ quả mặc nưa Mật độ quang của dịch chiết cho biết cường độ màu dịch chiết, đo ở bước sóng 289 nm với tỷ lệ pha loãng dịch/nước:1/100 và cường độ màu trên vải sau nhuộm được trình bày như sau: Bảng 3.10 Bảng số liệu kết quả ảnh hưởng của phương pháp trích ly dịch từ quả mặc nưa Mật độ Độ tận Độ tăng Cường ΔE với ΔE với ΔE với mồ STT Phương pháp quang trích khối độ màu giặt Clo hôi 1 Vi sóng 0,383 0,655 1,724 3,933 20,63 27,44 15,09 2 Soxhlet 0,613 0,297 0,813 8,287 9,65 11,59 10,04 3 Chiết ngâm 1,393 0,898 2,899 8,637 7,24 5,97 5,82 7
Hình 3.10 Đồ thị cường độ màu của vải, mật độ quang và độ tận trích của chất màu trích ly từ quả mặc nưa bằng các phương pháp vi sóng, soxhlet, chiết ngâm Hình 3.11 Đồ thị độ tăng khối và độ bền màu của vải tơ tằm nhuộm bằng chất màu trích ly từ quả mặc nưa bằng các phương pháp vi sóng, soxhlet, chiết ngâm Kết quả bảng 3.10 và đồ thị hình 3.10, 3.11 cho thấy mật độ quang, độ tận trích và độ tăng khối của phương pháp chiết ngâm là cao nhất. Bên cạnh đó, cường độ màu của dịch chiết theo phương pháp chiết ngâm là thấp nhất nghĩa là màu đậm nhất và độ bền màu của vải cao do giá trị độ lệch màu ∆E thấp nhất. Vì vậy phương pháp trích ly tối ưu được chọn là chiết ngâm với mật độ quang dịch chiết là 1,393 và cường độ màu nhuộm trên vải tơ tằm là 8,637. 3.3.2 Kết quả tối ưu hóa quá trình trích ly chất màu từ quả mặc nưa 3.3.2.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm và phương trình hồi quy điều kiện trích ly a. Xây dựng ma trận thực nghiệm Bảng 3.11 Phạm vi và các mức nghiên cứu của ba biến được chọn Mức nghiên cứu Biến nghiên cứu Biến mã hóa Đơn vị -1 0 +1 o Nhiệt độ(Z1) X1 C 50 55 60 Thời gian (Z2) X2 Phút 45 60 75 Tỷ lệ khối lượng mặc Tỷ lệ (Z3) X3 0,142857 0,238095 0,333333 nưa trong hệ dịch chiết Giữa các biến mã hóa (Xi) và các giá trị biến thật (Zi) đã chọn để nghiên cứu ở các mức nghiên cứu khác nhau được liên hệ với nhau qua hệ thức (3.1). Với phương án trực giao, giá trị cánh tay đòn  của ma trận được xác định theo công thức: 𝛼 = √√𝑁. 2𝑘−2 − 2𝑘−1 = √√17. 23−2 − 23−1= 1,35313 Ma trận thực nghiệm cụ thể cho nghiên cứu: Bảng 3.13 Bảng ma trận mã hóa của ba biến được chọn để nghiên cứu Biến mã hóa Hàm mục tiêu Thí nghiệm X1 X2 X3 Hiệu suất trích ly (Y1) Cường độ màu vải (Y2) 1 -1 -1 -1 11,25 11,881 2 1 -1 -1 11,37 10,021 3 -1 1 -1 13,56 12,288 n=2k=8 4 1 1 -1 14,85 9,231 5 -1 -1 1 13,98 10,387 6 1 -1 1 13,226 11,85 7 -1 1 1 14,93 9,781 8 1 1 1 14,36 8,217 9 -1,35313 0 0 13,53 9,213 10 1,35313 0 0 15,212 8,05 n=2k=6 11 0 -1,35313 0 13,043 11,563 12 0 1,35313 0 15,84 8,375 13 0 0 -1,35313 15,5 9,782 14 0 0 1,35313 16,43 8,645 15 0 0 0.00 18,61 7,018 n0=3 16 0 0 0.00 18,98 7,118 17 0 0 0.00 18,88 7,201 8
b. Hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm từ thực nghiệm Kết quả hiệu suất trích ly (Y1) và cường độ màu (Y2) thu được từ thực nghiệm, được tiến hành theo ma trận phức hợp tâm trực giao cấp 2 đã xây dựng, được trình bày ở bảng 3.14. Bảng 3.14 Kết quả hiệu suất trích ly và cường độ màu vải theo ma trận phức hợp tâm trực giao cấp 2 Hiệu suất Cường độ Nhiệt độ Thời gian TN X1 X2 X3 Tỷ lệ (%) trích ly màu (oC) (phút) Y1 Y2 1 -1 -1 -1 60 45 0,142857 842249 10,021 2 1 -1 -1 40 75 0,142857 13,8845 12,288 3 -1 1 -1 60 75 0,142857 7,65957 9,231 4 1 1 -1 40 45 0,333333 11,9843 11,387 5 -1 -1 1 60 45 0,333333 9,23277 9,85 6 1 -1 1 40 75 0,333333 13,8958 10,781 7 -1 1 1 60 75 0,333333 9,85443 8,217 8 1 1 1 48,235 60 0,238095 11,2249 11,213 9 -1,3531 0 0 61,765 60 0,238095 7,23277 9,05 10 1,3531 0 0 50 39,7031 0,238095 11,5572 9,563 11 0 -1,3531 0 50 80,2969 0,238095 10,5714 9,375 12 0 1,3531 0 50 60 0,109226 11,1398 11,782 13 0 0 -1,3531 50 60 0,366964 19,2817 8,645 14 0 0 1,3531 50 60 0,238095 20,915 8,018 15 0 0 0 50 60 0,238095 23,839 8,118 16 0 0 0 50 60 0,238095 23,7057 8,201 17 0 0 0 60 45 0,142857 23,399 10,021 Từ kết quả cường độ màu thực nghiệm thu được, với sự hỗ trợ của phần mềm thống kê Stagraphics Centurion XV.II, tiến hành thống kê phân tích tương quan và hồi quy để xác định phương trình hồi quy của quá trình, kiểm định sự phù hợp mô hình toán thu được để tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình trích ly dịch chiết từ quả mặc nưa. Sau đó tiến hành phân tích đánh giá ảnh hưởng của các biến nghiên cứu đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải được biểu diễn bằng những bề mặt đáp ứng trong không gian, xác định điểm tối ưu cho quá trình theo phương pháp bề mặt đáp ứng được tích hợp trong phần mềm. c. Phân tích phương sai và hồi quy Biểu đồ Pareto (hình 3.12), biểu diễn hiệu ứng của yếu tố nghiên cứu tác động lên hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm, với các chữ cái A, B đại diện cho các biến mã hoá tương ứng: X1 (nhiệt độ trích ly), X2 (thời gian trích ly), X3 (tỷ lệ quả mặc nưa/nước). Mức độ tác động của các yếu tố lên quá trình trích ly được đánh giá thông qua việc phân tích thống kê bộ kết quả thực nghiệm thu được, mà đại diện bằng các hệ số hồi quy trong 2 phương trình hồi quy với 2 hàm mục tiêu hiệu suất trích ly dịch chiết từ quả mặc nưa Y1 và cường độ màu trên vải sau nhuộm Y2. Hình 3.12 Ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau Các cột trên biểu đồ thể hiện mức độ tác động của các yếu tố tuyến tính, bậc hai và tương tác đồng thời của cả hai biến. Màu xám chứng tỏ hiệu ứng tương tác lên cường độ màu là hiệu ứng dương tác động làm tăng hiệu suất trích ly và giảm cường độ màu, còn màu xanh là hiệu ứng âm làm giảm hiệu suất trích ly và tăng cường độ màu. Giá trị tỷ số F càng lớn và chỉ số P càng nhỏ thì hệ số hồi quy tương ứng của yếu tố càng có ý nghĩa và ảnh hưởng đáng kể. Dựa vào biểu đồ Pareto hình 3.12 và bảng 3.15 nhận thấy hiệu ứng của các yếu tố bậc 1 (A, B, C) và hiệu ứng tương tác bậc 2 AA, BB, CC đều đáng kể và được giữ lại do tỷ số Fisher cao và chỉ số P – mức độ không tin cậy thấp hơn 0.05 (tức mức độ tin cậy  95%). Các hiệu ứng còn lại không có ý nghĩa và bị loại bỏ vì chỉ số mức độ không tin cậy P cao hơn mức 0.05. Nhìn chung, các yếu tố đều có ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải theo bậc hai. Trong đó ảnh hưởng của yếu tố AA (nhiệt độ - nhiệt độ trích ly) là cao nhất tiếp đến là BB (thời gian - thời gian trích ly), B (thời gian trích ly) và CC (tỷ lệ - tỷ lệ trích ly). Trong số 9 yếu tố được khảo sát thì có 4 yếu tố tác động tích cực làm tăng hiệu suất trích ly đó là yếu tố A, B, C và AB (nhiệt độ - thời gian trích ly). Còn lại các yếu tố khác đều mang hiệu ứng âm làm giảm hiệu suất trích ly. Trong khi đó cường độ màu cần tác động âm để đạt cường độ màu nhỏ nhất, nghĩa là tác 9
động âm là tác động tích cực đối với cường độ màu C. Như vậy các yếu tố tác động tích cực giúp cho cường độ màu đạt cực tiểu là nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly, tỷ lệ trích ly, nhiệt độ-thời gian trích ly và thời gian- tỷ lệ trích ly. Kết quả tính toán từ phần mềm Stagraphics và ước lượng hệ số hồi quy của phương trình hồi quy được trình bày trong bảng 3.16. Độ lớn của hệ số thể hiện mức độ ảnh hưởng của yếu tố lên hàm mục tiêu và dấu của chúng nói lên tính chất của ảnh hưởng, dấu (+) là tác động dương và dấu (-) là tác động âm. Bảng 3.16 Giá trị ước lượng của các hệ số trong phương trình hồi quy Giá trị hệ số hồi quy Yếu tố Hệ số hồi quy Hiệu suất trích ly (Y1) Cường độ màu (Y2) Hằng số b0 -84,5276 55,6839 A: nhiệt độ b1 2,09374 -0,753285 B: thời gian b2 1,16331 -0,588328 C: tỷ lệ b3 105,674 -72,0699 AA b11 -0,0205574 0,00757462 AB b12 0,00112833 -0,00352 AC b13 -0,358838 0,632101 BB b22 -0,00896555 0,00661315 BC b23 -0,324275 -0,3374 CC b33 -130,665 118,556 Xử lý số liệu với phần mềm Stagraphics nhận được phương trình hồi quy theo biến thực (Z) và biến mã hóa (x) như sau: Hàm mục tiêu là hiệu suất trích ly: Y1= –84,5276 + 2,09374Z1 + 1,16331Z2 + 105,674Z3 – 0,02055+74Z12 + 0,00112833Z1Z2 – 0, 358838Z1Z3 – 0,00896555 Z22 – 0, 324275 Z2Z3 – 130,665 Z32 (3.6) Ŷ1= 18,52183 + 0,202536x1 + 0,999725x2 + 0,5766134x3-2,05575x21 - 0,34175x1x3 - 0,02 x22 - 0,46325x2x3-0,18517x23 (3.7) Hàm mục tiêu là cường độ màu: Y2 = 55,6839 – 0,753285Z1 – 0,588328Z2 – 72,0699Z3 + 0,00757462Z12 – 0,00352Z1Z2 + 0,632101Z1Z3 + 0,00661315Z22 - 0.3374 Z2Z3 + 118,556 Z32 (3.8) Ŷ2= 8,026715 +2,560731x1-1,55824x2+0,49787x3+1,70429x 1-0,792x1x2+0,903x1x3+1,49x22- 2 2 0,482x2x3+1,07533x 3 (3.9) Kiểm định sự phù hợp của mô hình bằng chuẩn Fisher và Student tα (fth) với phương sai tái hiện S2th: được tính theo số thí nghiệm lặp ở tâm no= 3 và mức ý nghĩa α = 0,05, bậc tự do tái hiện fth= 3o -1 = 2. Kết quả kiểm tra ý nghĩa cho biết mức độ tương thích của mô hình được trình bày ở phụ lục 23. Giá trị hệ số xác định (R2 = 96,7167) chỉ ra rằng có đến 96,7167% sự biến thiên hiệu suất trích ly là do tác động của các biến độc lập với chỉ 3,2833% là do các yếu tố bên ngoài không giải thích được bởi mô hình với giá trị hệ số tương quan (d.f. R2 = 92,4953 %). Tương tự kết quả phân tích cho thấy giá trị hệ số xác định (R2 = 96,8526) chỉ ra rằng có đến 96,8526 % sự biến thiên cường độ màu là do tác động của các biến độc lập với chỉ % là 3,2484% do các yếu tố bên ngoài không giải thích được bởi mô hình với giá trị hệ số tương quan (d.f. R2 = 92,806 %). Điều này chứng tỏ mức ý nghĩa của mô hình hai mục tiêu hiệu suất trích ly và cường độ màu là rất cao. 3.3.2.2 Phân tích mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất trích ly quả mặc nưa và cường độ màu vải tơ tằm sau nhuộm Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly lên hiệu suất trích ly và cường độ màu của vải: Trong các yếu tố khảo sát thì nhiệt độ trích ly là yếu tố góp phần thúc đẩy quá trình hòa tan các chất có trong quả mặc nưa và nó có tác động đồng thời cả hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm, điều này thể hiện rõ ở hình 3.13, 3.14 và 3.15. Cường độ màu giảm theo chiều tăng nhiệt độ và đạt giá trị thấp nhất ở khoảng nhiệt độ 55 oC. Nhiệt độ mang hiệu ứng tích cực làm giảm cường độ màu đạt màu đậm nhất trong khoảng nhiệt độ trích ly 50÷60 o C. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến cường độ màu dịch chiết thông qua độ lớn và dấu của b1 và hệ số hồi quy bậc 1. Khi tăng nhiệt độ lên hơn 55 oC thì dịch chiết bão hòa và cường độ màu giảm thể hiện qua hệ số hồi quy bậc 2 (b11). Ảnh hưởng của biến này có tác động âm đến hiệu suất trích ly và tác động dương đến cường độ màu vải; nghĩa là tác động tiêu cực đồng thời đến cả hai giá trị hàm mục tiêu. Hình 3.13 Ảnh hưởng của từng yếu tố chính đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải 10
Ảnh hưởng của thời gian trích ly lên hiệu suất trích ly và cường độ màu vải: Thời gian trích ly có tác động âm và đáng kể đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm; tuy nhiên mức độ không cao. Yếu tố thời gian có ảnh hưởng tuyến tính bậc 2 đến cường độ màu vải thể hiện qua hệ số hồi quy b2 trong phương trình hồi quy (3.6 và 3.8). Cường độ màu đạt giá trị cực tiểu tại mức nghiên cứu khoảng 60 phút, đồng thởi tại thời gian này hiệu suất trích ly cũng đạt cực đại; điều này cho thấy đây là khoảng thời gian đủ để hòa tan hoàn toàn các chất mang màu có trong quả mặc nưa trong quá trình trích ly có lợi cho quá trình nhuộm vải tơ tằm. Cũng như yếu tố nhiệt độ thì khi thời gian cao hơn 60 phút thì cường độ màu tăng và hiệu suất trích ly giảm thể hiện qua hệ số hồi quy bậc 2 (b22). Hình 3.14 Sự tương tác của hai yếu tố đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải Ảnh hưởng của tỷ lệ trích ly lên hiệu suất trích ly và cường độ màu vải: Kết quả phân tích đã cho thấy tỷ lệ chiết dịch cũng như nhiệt độ và thời gian đều có ảnh hưởng bậc 2 đến cường độ màu vải sau nhuộm. Ảnh hưởng của tỷ lệ trích ly mang hiệu ứng dương đã làm tăng hiệu suất trích ly và giảm cường độ màu vải, kết quả từ phương trình hồi quy (3.6 và 3.8) ứng với giá trị hệ số b3. Trong các mức khảo sát tỷ lệ 1/2÷1/6 thì cường độ màu vải ban đầu giảm và đạt giá trị cực tiểu ở tâm khảo sát sau đó giảm dần, tương ứng hiệu suất trích ly lại tang và đạt cực đại tại tâm khảo sát. Điều này là do khi càng tăng tỷ lệ trích ly và cường độ màu trên vải thì dung môi nước sẽ dư làm pha loãng một số hợp chất mang màu có trong quả mặc nưa làm giảm khả năng gắn màu trên vải và hiệu suất trích ly cũng giảm theo. Sự tương tác lẫn nhau của các yếu tố khảo sát (hình 3.14) cho thấy mức độ tác động của các yếu tố khá tương đồng; chỉ có tương tác giữa nhiệt độ trích ly và thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly (b12) không tác động nhiều đến mô hình; chính vì thế khi kiểm tra mức độ tương thích giá trị này đã bị loại khỏi phương trình hồi quy. Hình 3.15 Bề mặt đáp ứng biểu diễn ảnh hưởng tương tác của các yếu tố đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải trong khoảng biến thiên của ba biến khảo sát Bề mặt đáp ứng ở hình 3.15 và 3.16 cho thấy mức độ tác động của các yếu tố lên đồng thời hai hàm mục tiêu hiệu suất trích ly và cường độ màu là khá cao. Điều này khẳng định mức độ tương thích giữa mô hình và thực nghiệm, cho kết quả đáng tin cậy. Hình 3.16 Bề mặt đáp ứng của các yếu tố đến cả hai hàm mục tiêu hiệu suất trích ly và cường độ màu 3.3.2.3 Xác định điều kiện tối ưu quá trình trích ly dịch quả mặc nưa Từ phương trình hồi quy thu được, tiến hành tối ưu hóa điều kiện trích ly dịch từ quả mặc nưa theo phương pháp bề mặt đáp ứng bằng phần mềm stagraphics. Kết quả nhận được điều kiện tối ưu như sau: - Giá trị hiệu suất trích ly tối ưu: Y1 = 18,52 - Giá trị cường độ màu tối ưu: Y2 = 7,17 - Nhiệt độ trích ly: 55 oC - Thời gian trích ly: 60 phút - Tỷ lệ trích ly: 0,238 (tỷ lệ quả mặc nưa có trong hệ dịch chiết); tương ứng với tỷ lệ rắn/lỏng là 1/3 - Dung môi trích ly: nước - Phương pháp trích ly: chiết ngâm với tốc độ khuấy 100 vòng/phút Kết quả cho thấy phần mềm Stagraphics dự đoán gần đúng giá trị hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm cùng với giá trị của ba biến được nghiên cứu cho quá trình trích ly chất màu từ quả mặc nưa sử dụng trong công nghệ nhuộm tơ tằm. 11
3.4 Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt có sử dụng H2O2 làm tác nhân oxy hóa 3.4.1 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng quá trình nhuộm dịch chiết từ vỏ quả măng cụt có sử dụng H2O2 làm tác nhân oxy hóa Ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm: Từ kết quả được thể hiện trên đồ thị hình 3.17a cho thấy nhiệt độ ảnh hưởng đến cường độ màu theo hàm bậc hai và khi tăng nhiệt độ thì cường độ màu càng tăng, đồng nghĩa với màu càng đậm vì dịch chiết măng cụt có màu vàng nâu ánh đỏ thuộc màu hữu sắc nên cường độ màu của vải càng lớn thì màu càng đậm. Khi tăng nhiệt độ từ 4070 oC thì cường độ màu đạt cao nhất tại 70 oC vì khi nhiệt độ tăng thì cấu trúc tơ tằm sẽ mở ra, tính linh động của các phần tử mang màu tăng và vượt qua được rào cản năng lượng hoạt hóa của quá trình nhuộm. Tuy nhiên cường độ màu lại giảm từ giá trị nhiệt độ 70100 oC do ở nhiệt độ quá cao các phân tử thuốc nhuộm chuyển động mạnh và liên kết không bền lên bề mặt vật liệu do giảm đi ái lực với xơ nên cường độ màu có xu hướng tăng; đồng nghĩa với việc màu nhạt hơn. Bên cạnh đó nhiệt độ quá cao sẽ không đảm bảo tính mềm mại, tính hút ẩm tốt của vải tơ tằm. Vì vậy nhiệt độ thích hợp là 70 oC với giá trị cường độ màu đạt được là 24,19. Hình 3.17 Ảnh hưởng của nhiệt độ (a) và thời gian (b) đến cường độ màu Hình 3.18 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhuộm (a) và nồng độ H2O2 (b) cường độ màu Ảnh hưởng của thời gian nhuộm: Tương tự như ảnh hưởng của nhiệt độ, dựa vào đồ thị hình 3.17b khi tăng thời gian thì cường độ màu của vải sẽ giảm, do thời gian càng tăng thì lượng chất mang màu gắn lên xơ sợi càng nhiều làm vải đậm màu, tuy nhiên nếu thời gian nhuộm càng kéo dài thì cường độ màu lại có xu hướng giảm do các chất mang màu trong thuốc nhuộm đã bị oxy hóa thành pigment không có khả năng nhuộm màu được nữa. Như vậy thời gian nhuộm tối ưu là 80 phút và giá trị cường độ màu cao nhất là 24,73. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhuộm (dịch măng cụt/nước): Kết quả đồ thị hình 3.18a cho thấy khi tỷ lệ dịch nhuộm thay đổi từ 3/11/1 có nghĩa là khi cố định lượng nước và tăng dần lượng dịch chiết vỏ quả măng cụt thì cường độ màu tăng dần sau đó lại giảm khi giảm lượng dịch chiết vỏ quả măng cụt từ 1/11/5. Điều này có thể giải thích, khi lượng chất mang màu cân bằng với các phân tử tạo liên kết với trong xơ sợi thì lúc đó cường độ màu sẽ đạt cao nhất tương ứng với màu đậm nhất nên chọn giá trị tỷ lệ nhuộm dịch/ nước là 1/1 tốt nhất ở giá trị cường độ màu 26,35. Ảnh hưởng của tác nhân oxy hóa H2O2: Dựa vào đồ thị hình 3.18b, khi tăng nồng độ H2O2 từ 18 g/l thì cường độ màu tăng đến giá trị cao nhất 22,92 ở nồng độ 3 g/l, sau đó cường độ màu lại tăng lên rất ít từ nồng độ 58g/l, có thể giải thích điều này là do khi tăng lượng chất oxy hóa thì chất mang màu sẽ bị oxy hóa thành gốc tự do tăng khả năng phản ứng gắn màu với xơ sợi nên cường độ màu tăng tức là màu đậm dần, nhưng tiếp tục tăng nồng độ H2O2 thì cường độ màu lại có xu hướng giảm có nghĩa là màu nhạt hơn do chất oxy hóa đã oxy hóa mạnh các phần tử mang màu thành pigment không còn khả năng gắn màu lên vật liệu. 3.4.2 Kết quả tối ưu hóa quá trình nhuộm dịch chiết từ vỏ quả măng cụt có sử dụng H2O2 tác nhân oxy hóa 3.4.2.1 Ma trận thực nghiệm Căn cứ vào kết quả khảo sát đơn yếu tố đã trình bày ở trên, lập mô hình thí nghiệm với phạm vi và các mức nghiên cứu ở bảng 3.18. Bảng 3.18 Phạm vi và các mức nghiên cứu của bốn biến được chọn Mức nghiên cứu Biến nghiên cứu Biến mã hóa Đơn vị -1 0 1 Tỷ lệ dịch nhuộm % khối lượng dịch chiết măng X1 34 50 66 (Z1) cụt/dung dịch nhuộm Thời gian (Z2) X2 Phút 40 65 90 o Nhiệt độ (Z3) X3 C 50 65 80 H2O2 (Z4) X4 g/l 2 4 6 12
Giữa các biến mã hóa (Xi) và các giá trị biến thật (Zi) đã chọn để nghiên cứu ở các mức nghiên cứu khác nhau được liên hệ với nhau qua hệ thức (3.1). Với phương án trực giao, giá trị cánh tay đòn α của ma trận được xác định theo công thức: 𝛼 = √√𝑁. 2𝑘−2 − 2𝑘−1 = √√27. 24−2 − 24−1 = 1,547 Các mức nghiên cứu đầy đủ của bốn biến theo ma trận khảo sát nhận được như sau: Bảng 3.20 Bảng ma trận mã hóa của bốn biến được chọn Thí Biến số mã hóa Biến số thực STT nghiệm X1 X2 X3 X4 Z1 Z2 Z3 Z4 1 -1 -1 -1 -1 34 40 50 2 2 1 -1 -1 -1 66 40 50 2 3 -1 1 -1 -1 34 90 50 2 4 1 1 -1 -1 66 90 50 2 5 -1 -1 1 -1 34 40 80 2 6 1 -1 1 -1 66 40 80 2 Số thí 7 -1 1 1 -1 34 90 80 2 nghiệm 8 1 1 1 -1 66 90 80 2 nhân 9 -1 -1 -1 1 34 40 50 6 phương án 2k 10 1 -1 -1 1 66 40 50 6 11 -1 1 -1 1 34 90 50 6 12 1 1 -1 1 66 90 50 6 13 -1 -1 1 1 34 40 80 6 14 1 -1 1 1 66 40 80 6 15 -1 1 1 1 34 90 80 6 16 1 1 1 1 66 90 80 6 17 -1,547 0 0 0 25,248 65 65 4 18 1,547 0 0 0 74,752 65 65 4 Số thí 19 0 -1,547 0 0 50 26,3323 65 4 nghiệm 20 0 1,547 0 0 50 103,668 65 4 ở điểm 21 0 0 -1,547 0 50 65 41,7994 4 (*) 2.k 22 0 0 1,547 0 50 65 88,2006 4 23 0 0 0 -1,547 50 65 65 0,90659 24 0 0 0 1,547 50 65 65 7,09342 Số thí 25 50 0 0 0 0 65 65 4 nghiệm 26 0 0 0 0 50 65 65 4 ở tâm no 27 0 0 0 0 50 65 65 4 3.4.2.2 Cường độ màu của vải tơ tằm sau nhuộm từ ma trận thực nghiệm Kết quả đo cường độ màu của vải sau nhuộm theo kế hoạch thực nghiệm được tiến hành theo ma trận phức hợp tâm trực giao cấp 2 được trình bày ở bảng 3.21. Bảng 3.21 Kết quả cường độ màu của vải tơ tằm sau nhuộm thu được từ ma trận trực giao cấp 2 Biến số thực Cường độ màu Thí nghiệm STT Z1 Z2 Z3 Z4 C* 1 34 40 50 2 17,23 2 66 40 50 2 19,65 3 34 90 50 2 17,86 4 66 90 50 2 19,78 5 34 40 80 2 18,48 6 66 40 80 2 20,01 Số thí nghiệm 7 34 90 80 2 19,67 nhân phương k 8 66 90 80 2 21,84 án 2 9 34 40 50 6 17,29 10 66 40 50 6 20,89 11 34 90 50 6 19,86 12 66 90 50 6 21,49 13 34 40 80 6 18,84 14 66 40 80 6 22,28 13
15 34 90 80 6 19,07 16 66 90 80 6 21,59 17 25,248 65 65 4 21,92 18 74,752 65 65 4 23,87 19 50 26,3323 65 4 21,3 Số thí nghiệm 20 50 103,668 65 4 22,88 ở điểm (*) 21 50 65 41,7994 4 22,05 2.k 22 50 65 88,2006 4 22,46 23 50 65 65 0,90659 24,05 24 50 65 65 7,09342 24,1 25 50 65 65 4 25,74 Số thí nghiệm 26 50 65 65 4 25,69 ở tâm no 27 50 65 65 4 25,12 Từ kết quả cường độ màu thực nghiệm thu được, với sự hỗ trợ của phần mềm thống kê Stagraphics Centurion XV.II, tiến hành thống kê phân tích tương quan và hồi quy để xác định phương trình hồi quy của quá trình, kiểm định sự phù hợp mô hình toán thu được để tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt. Sau đó tiến hành phân tích, đánh giá ảnh hưởng của các biến nghiên cứu đến cường độ màu của vải sau nhuộm. 3.4.2.3 Phân tích phương sai và hồi quy Biểu đồ Parato biểu diễn hiệu ứng của yếu tố nghiên cứu tác động lên cường độ màu của vải sau nhuộm, các chữ cái A, B, C, D đại diện cho các biến mã hóa tương ứng: X1 (tỷ lệ dịch nhuộm), X2 (thời gian), X3 (nhiệt độ), X4 (nồng độ tác nhân oxy hóa H2O2). Mức độ tác động của các yếu tố lên quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt được đánh giá thông qua việc phân tích thống kê bộ kết quả thực nghiệm thu được. Hình 3.19 Hiệu ứng của các yếu tố tác động lên hàm mục tiêu cường độ màu của vải tơ tằm Các cột trên biểu đồ thể hiện mức độ tác động của các yếu tố tuyến tính, bậc hai và tương tác đồng thời của hai biến. Màu xám thể hiện tác động tích cực lên cường độ màu (làm tăng cường độ màu) của các biến, còn màu xanh là hiệu ứng âm làm giảm cường độ màu của vải (tác động tiêu cực). Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố bậc 2 đối với cường độ màu của vải tơ tằm được xếp theo thứ tự sau: nhiệt độ nhuộm, thời gian nhuộm, tỷ lệ dịch chiết, H2O2. Như vậy tác động bậc 2 của nhiệt độ vẫn cao nhất, và tất cả các tác động bậc 2 của các yếu tố đều là tác động dương. Giá trị tỷ số F càng lớn và chỉ số P càng nhỏ thì hệ số hồi quy tương ứng của yếu tố càng có ý nghĩa và ảnh hưởng đáng kể. Xử lý số liệu với phần mềm Stagraphics Centurion XV.II cho phương trình hồi quy sau theo biến thực (Z) và biến mã hóa (x) như sau: Y= –47,3222 + 0,609148Z1 + 0,441814Z2 + 1,09374 Z3 + 2,42519Z4 – 0,00543251Z12–0,000412541Z1Z2 + 0,0000225023 Z1Z3 + 0,00590684 Z1Z4 – 0,00287Z22 – 0,00022833 Z2Z3 – 0,0013375 Z2Z4 – 0,00789449Z32 – 0,00672917Z3Z4 – 0,253871Z42 Ŷ = 27,43 + 1.0703 x1 + 0.43 x2 + 0.402x3 + 0.33x4 – 1,89x12 –2.23x22 - 2.16x32 –1.4.x42 Hình 3.20 Biểu đồ thể hiện dạng tác động bậc hai của các yếu tố đến cường độ màu của vải tơ tằm Giá trị hệ số xác định (R2 = 96,494 %) chỉ ra rằng có đến 96,494 % sự biến thiên cường độ màu của mẫu là do tác động của các biến độc lập X1, X2, X3, X4 được khảo sát và chỉ 3,506% trong tổng sự biến đổi là do yếu tố bên ngoài. Tối ưu hóa thí nghiệm 4 yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng dịch chiết măng cụt bắt đầu từ điểm không với mức cơ sở: Z1= 50 (tương ứng tỷ lệ dịch chiết măng cụt/nước là 1/1), Z2= 65 phút, Z3= 65 oC, Z4= 4 g/l. 3.4.2.4 Xác định điều kiện tối ưu quá trình nhuộm có sự hỗ trợ của H2O2 Sử dụng phần mềm Satgraphics Centurion XV.II để tối ưu và tìm được đơn công nghệ nhuộm tối ưu được kết quả điều kiện nhuộm tối ưu như sau: thời gian nhuộm 68 phút; nhiệt độ nhuộm 67 oC; H2O2 4 g/l; Số lần nhuộm 1 lần và đạt ường độ màu tối ưu 26,29. Từ kết quả cho thấy, mô hình hoàn toàn tương thích, cho 14
kết quả đáng tin cậy. Tuy nhiên giá trị lớn nhất của cường độ màu không chỉ nằm tại điểm này mà là một vùng lân cận xung quanh điểm tối ưu. 3.4.3 Điều khiển quy trình nhuộm dưới sự tác động của các tác nhân xử lý sau nhuộm Xử lý vải sau nhuộm với dịch chiết từ vỏ quả măng cụt bằng cách tạo phản ứng oxy hóa nhân tạo với 3 tác nhân là ánh sáng tự nhiên, ánh sáng nhân tạo (đèn soi mẫu phòng thí nghiệm) và tác nhân nhiệt (sấy ở nhiệt độ 60 oC). Quy trình xử lý như sau: Mỗi ngày phơi vải tơ tằm đã nhuộm với dịch chiết vỏ quả măng cụt tối ưu theo đơn công nghệ tối ưu có H2O2 và không có H2O2 trong 2 giờ với 3 tác nhân ánh sáng tự nhiên, ánh sáng nhân tạo và nhiệt độ. Khảo sát cùng thời điểm trong ngày từ 9g đến 11g sáng và xử lý liên tục trong 6 ngày. Kết quả giá trị cường độ màu (C) và ánh màu (H) nhận được ở bảng 3.22. Bảng 3.22 Kết quả cường độ màu của vải tơ tằm sau nhuộm đã xử lý với ánh sáng tự nhiên, ánh sáng đèn và sấy Thời Có H2O2 Không có H2O2 gian Ánh sáng tự Ánh sáng đèn Sấy Ánh sáng tự Ánh sáng đèn Sấy (giờ) nhiên nhiên C H C H C H C H C H C H 2 26,93 27,14 22,93 25,14 19,93 20,24 22 21,65 18,5 18,18 16,78 16,14 4 27,06 28,15 23,06 24,15 20,06 20,21 22,7 22,94 19,1 19,16 17,99 15,85 6 27,41 28,33 23,41 24,16 20,41 20,76 22,48 21,17 19,9 19,43 18,08 15,92 8 29,56 29,76 23,96 26,17 20,96 20,54 22,30 21,65 20,7 18,93 19,77 16,11 10 28,87 28,18 22,87 24,18 21,87 20,24 22,26 22,09 20,8 18,02 19,67 16,03 12 27,65 28,34 22,65 24,19 21,65 20,98 22,08 21,78 20,6 18,08 18,68 16,31 Kết quả cho thấy tác động của ánh sáng tự nhiên đạt cường độ màu cao nhất, nghĩa là màu đậm nhất khi xử lý với ánh sáng tự nhiên trong 10 giờ, đạt Cmax=29,56 có ánh màu sau H=29,76. Tương tự, với ánh sáng đèn, cường độ thấp nhất sau thời gian 12 giờ xử lý, tuy nhiên cường độ màu cao hơn khi xử lý với ánh sáng tự nhiên. Với tác nhân sấy, cần xử lý trong 10 giờ mới đạt cường độ màu cực đại mong muốn. Từ kết quả thực nghiệm nhận thấy sự tác động của tác nhân oxy hóa H2O2 lên màu của măng cụt rất lớn, đạt các chỉ tiêu về độ bền cấp 4-5; đặc biệt độ bền ánh sáng cũng đạt được cấp 4/5. Với kết quả trên có thể đề xuất một quy trình nhuộm với đơn công nghệ mới có sự hỗ trợ của tác nhân oxy hóa là H2O2; đồng thời đề xuất quy trình nhuộm và xử lý sau nhuộm hoàn toàn thân thiện, không có sự hỗ trợ của chất trợ nhuộm hay chất điện ly. Đó là sự tác động của 3 tác nhân ánh sáng tự nhiên, sấy và cả ánh sáng đèn; mỗi loại tác nhân sẽ tương ứng với một mức thời gian xử lý khác nhau nếu muốn có ánh màu đa dạng. Như vậy cùng một đơn công nghệ có sự hỗ trợ của tác nhân oxy hóa H2O2, muốn màu đậm hơn nên sử dụng nguồn ánh sáng mặt trời, muốn màu trung bình nên sử dụng ánh sáng đèn và muốn màu nhạt hơn có ánh nhạt hơn nên chọn tác nhân nhiệt độ. Tuy nhiên, tất cả màu sắc đạt được đều đảm bảo chỉ tiêu về độ bền màu của vật liệu dệt. 3.5 Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng chất màu trích ly từ quả mặc nưa có sử dụng H2O2 làm tác nhân oxy hóa 3.5.1 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng quá trình nhuộm dịch chiết từ quả mặc nưa có sử dụng tác nhân oxy hóa H2O2 làm tác nhân oxy hóa Hình 3.21 Ảnh hưởng của nhiệt độ (a) và thời gian (b) đến cường độ màu Hình 3.22 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhuộm (a) và nồng độ H2O2 (b) cường độ màu Ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm: Từ kết quả được thể hiện trên đồ thị hình 3.21a cho thấy nhiệt độ ảnh hưởng đến cường độ màu theo hàm bậc hai và khi tăng nhiệt độ thì cường độ màu càng giảm, đồng nghĩa với màu càng đậm. Vì theo thuyết mang màu thì với màu hữu sắc cường độ màu càng cao thì màu càng đậm và 15
với màu vô sắc thì ngược lại. Như vậy, vải tơ tằm nhuộm bằng dịch chiết từ quả mặc nưa có màu đen thuộc hệ màu vô sắc nên cường độ màu của vải càng nhỏ thì màu càng đậm. Khi tăng nhiệt độ từ 4090 oC thì cường độ màu đạt thấp nhất tại 60 oC tại cường độ màu cực tiểu 4,524. Điều này có thể giải thích là do khi nhiệt độ tăng cấu trúc tơ tằm sẽ mở ra, tính linh động của các phần tử mang màu tăng sẽ vượt qua được rào cản năng lượng hoạt hóa của quá trình nhuộm và tham gia phản ứng gắn màu với vải tơ tằm. Tuy nhiên cường độ màu lại tăng từ giá trị nhiệt độ 7090 oC do ở nhiệt độ quá cao các phân tử thuốc nhuộm chuyển động mạnh và liên kết không bền lên bề mặt vật liệu do giảm đi ái lực với xơ nên cường độ màu có xu hướng tăng đồng nghĩa với việc màu nhạt hơn. Bên cạnh đó nhiệt độ quá cao sẽ không đảm bảo tính mềm mại, tính hút ẩm tốt của vải nên nhiệt độ thích hợp được chọn là 60 oC. Ảnh hưởng của thời gian nhuộm: Tương tự như ảnh hưởng của nhiệt độ, dựa vào đồ thị hình 3.21b khi tăng thời gian thì cường độ màu của vải sẽ giảm, do thời gian càng tăng thì lượng chất mang màu gắn lên xơ sợi càng nhiều làm vải đậm màu. Tuy nhiên nếu thời gian nhuộm càng kéo dài thì cường độ màu lại có xu hướng tăng do thời gian tăng các chất mang màu trong thuốc nhuộm đã bị oxy hóa thành pigment không có khả năng nhuộm màu được nữa. Như vậy thời gian nhuộm tối ưu là 60 phút vì giá trị cường độ màu của vải tại thời điểm này thấp nhất 4,752 và đạt màu đen nhất. Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch nhuộm (dịch chiết mặc nưa/nước): Dựa vào đồ thị hình 3.22a khi tỷ lệ dịch nhuộm thay đổi từ 1/31/8 có nghĩa là khi cố định lượng dịch chiết quả mặc nưa và tăng dần lượng nước thì cường độ màu giảm dần sau đó lại tăng lên, điều này có thể giải thích là do khi lượng chất mang màu cân bằng với các phân tử tạo liên kết với chất mang màu trong xơ sợi thì lúc đó cường độ màu sẽ đạt thấp nhất tương ứng với màu đậm nhất nên chọn giá trị tỷ lệ trích ly1/5 là giá trị tốt nhất cho quá trình nhuộm tại giá trị cường độ màu là 3,967. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2: Dựa vào đồ thị hình 3.22b khi tăng nồng độ H2O2 từ 17 g/l thì cường độ màu giảm đến giá trị thấp nhất 3,684 ở nồng độ 4 g/l, sau đó cường độ màu lại tăng lên rất ít từ nồng độ 57g/l. Điều này có thể giải thích do khi tăng lượng chất oxy hóa thì chất mang màu sẽ bị oxy hóa thành gốc tự do tăng khả năng phản ứng gắn màu với xơ sợi nên cường độ màu giảm tức là màu đậm dần. Nhưng tiếp tục tăng nồng độ H2O2 thì cường độ màu lại có xu hướng tăng có nghĩa là màu nhạt hơn do chất oxy hóa đã oxy hóa mạnh các phần tử mang màu thành pigment không còn khả năng gắn màu lên vật liệu. 3.5.2 Kết quả tối ưu hóa quá trình nhuộm dịch chiết từ quả mặc nưa có sử dụng tác nhân oxy hóa H2O2 làm tác nhân oxy hóa 3.5.2.1 Ma trận thực nghiệm Dựa vào kết quả khảo sát đơn yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm đã trình bày ở trên, lập mô hình thí nghiệm trong quy hoạch thực nghiệm với mô hình thực nghiệm đã lựa chọn với phạm vi và các mức nghiên cứu ở bảng 3.23. Bảng 3.23 Phạm vi và các mức nghiên cứu của bốn biến được chọn Mức nghiên cứu Biến nghiên cứu Biến mã hóa Đơn vị -1 0 1 o Nhiệt độ X1 C 50 60 70 Thời gian X2 Phút 50 60 70 Dịch mặc nưa/hệ dịch Tỷ lệ dịch nhuộm X3 0,15 0,2 0,25 nhuộm H2O2 X4 g/l 3 4 5 Giữa các biến mã hóa (Xi) và các giá trị biến thật (Zi) đã chọn để nghiên cứu ở các mức nghiên cứu khác nhau được liên hệ với nhau qua hệ thức (3.1). Với phương án trực giao, giá trị cánh tay đòn α của ma trận được xác định theo công thức: 𝛼 = √√𝑁. 2𝑘−2 − 2𝑘−1 = √√27. 24−2 − 24−1 = 1,547 Các mức nghiên cứu đầy đủ của bốn biến theo ma trận khảo sát nhận được như sau: Bảng 3.25 Bảng ma trận mã hóa của bốn biến được chọn Biến số mã hóa Biến số thực Thí nghiệm STT X1 X2 X3 X4 Z1 Z2 Z3 Z4 1 -1 -1 -1 -1 50 50 0,15 3 Số thí 0,15 2 1 -1 -1 -1 70 50 3 nghiệm 3 -1 1 -1 -1 50 70 0,15 3 nhân 4 1 1 -1 -1 70 70 0,15 3 phương án 2k 5 -1 -1 1 -1 50 50 0,250 3 6 1 -1 1 -1 70 50 0,250 3 16
7 -1 1 1 -1 50 70 0,250 3 8 1 1 1 -1 70 70 0,250 3 9 -1 -1 -1 1 50 50 0,15 5 10 1 -1 -1 1 70 50 0,15 5 11 -1 1 -1 1 50 70 0,15 5 12 1 1 -1 1 70 70 0,15 5 13 -1 -1 1 1 50 50 0,250 5 14 1 -1 1 1 70 50 0,250 5 15 -1 1 1 1 50 70 0,250 5 16 1 1 1 1 70 70 0,250 5 17 -1,547 0 0 0 44,53 60 0,208 4 18 1,547 0 0 0 75,47 60 0,208 4 Số thí 19 0 -1,547 0 0 60 44,533 0,208 4 nghiệm ở 20 0 1,547 0 0 60 75,467 0,208 4 điểm (*) 21 0 0 -1,547 0 60 60 0,123 4 2.k 22 0 0 1,547 0 60 60 0,273 4 23 0 0 0 -1,547 60 60 0,208 2,453 24 0 0 0 1,547 60 60 0,208 5,547 Số thí 25 0 0 0 0 60 60 0,208 4 nghiệm ở 26 0 0 0 0 60 60 0,208 4 tâm no 27 0 0 0 0 60 60 0,208 4 3.5.2.2 Cường độ màu của vải tơ tằm sau nhuộm từ ma trận thực nghiệm Kết quả đo cường độ màu của vải sau nhuộm theo kế hoạch thực nghiệm được tiến hành theo ma trận phức hợp tâm trực giao cấp 2 được trình bày ở bảng 3.26. Bảng 3.26 Kết quả cường độ màu của vải tơ tằm sau nhuộm thu được từ ma trận trực giao cấp 2 Biến số thực Cường độ màu Thí nghiệm STT Z1 Z2 Z3 Z4 C* 1 50 50 0,167 3 4,6338 2 70 50 0,167 3 4,3571 3 50 70 0,167 3 4,5789 4 70 70 0,167 3 4,3541 5 50 50 0,250 3 4,4626 6 70 50 0,250 3 4,304 7 50 70 0,250 3 4,696 Số thí 8 70 70 0,250 3 3,9996 nghiệm nhân 9 50 50 0,167 5 4,4231 phương án 2k 10 70 50 0,167 5 4,6291 11 50 70 0,167 5 4,5727 12 70 70 0,167 5 3,9963 13 50 50 0,250 5 4,2638 14 70 50 0,250 5 3,9263 15 50 70 0,250 5 3,9985 16 70 70 0,250 5 3,6786 17 44,533 60 0,208 4 3,9709 18 75,467 60 0,208 4 3,7952 19 60 44,533 0,208 4 3,8721 Số thí 20 60 75,467 0,208 4 3,746 nghiệm ở 21 60 60 0,144 4 3,8434 điểm (*) 2.k 22 60 60 0,273 4 3,6832 23 60 60 0,208 2,453 3,5961 24 60 60 0,208 5,547 3,6542 Số thí 25 60 60 0,208 4 3,2108 nghiệm ở 26 60 60 0,208 4 3,3543 tâm no 27 60 60 0,208 4 3,2753 Từ kết quả cường độ màu thực nghiệm thu được, với sự hỗ trợ của phần mềm thống kê Stagraphics Centurion XV.II, tiến hành thống kê phân tích tương quan và hồi quy để xác định phương trình hồi quy của quá trình, kiểm định sự phù hợp mô hình toán thu được để tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình nhuộm vải tơ 17
tằm bằng dịch chiết từ quả mặc nưa. Sau đó tiến hành phân tích, đánh giá ảnh hưởng của các biến nghiên cứu đến cường độ màu của vải sau nhuộm. 3.5.2.3 Phân tích phương sai và hồi quy Biểu đồ Parato biểu diễn hiệu ứng của yếu tố nghiên cứu tác động lên cường độ màu của vải sau nhuộm, các chữ cái A, B, C, D đại diện cho các biến mã hóa tương ứng: X1 (nhiệt độ), X2 (thời gian), X3 (tỷ lệ dịch), X4 (tác nhân oxy hóa H2O2). Mức độ tác động của các yếu tố lên quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng dịch chiết từ quả mặc nưa được đánh giá thông qua việc phân tích thống kê bộ kết quả thực nghiệm thu được. Standardized Pareto Chart for Cuong do mau AA BB + CC - DD A:Nhiet do C:Ty le D:H2O2 CD AB B:Thoi gian BD AC AD BC 0 2 4 6 8 Standardized effect Hình 3.23 Biểu đồ Pareto biểu diễn hiệu ứng của các yếu tố tác động lên hàm mục tiêu cường độ màu Các cột trên biểu đồ thể hiện mức độ tác động của các yếu tố tuyến tính, bậc hai và tương tác đồng thời của hai biến. Màu xám thể hiện tác động tích cực lên cường độ màu (làm tăng cường độ màu) của các biến, còn màu xanh là hiệu ứng âm làm giảm cường độ màu của vải (tác động tiêu cực). Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố bậc 2 đối với cường độ màu của vải tơ tằm được xếp theo thứ tự sau: nhiệt độ nhuộm, thời gian nhuộm, tỷ lệ dịch chiết, H2O2. Như vậy tác động bậc 2 của nhiệt độ vẫn cao nhất, và tất cả các tác động bậc 2 của các yếu tố đều là tác động dương. Giá trị tỷ số F càng lớn và chỉ số P càng nhỏ thì hệ số hồi quy tương ứng của yếu tố càng có ý nghĩa và ảnh hưởng đáng kể. Main Effects Plot for Cuong do mau 3.7 3.6 Cuong do mau 3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 Nhiet do Ty le Thoi gian H2O2 Hình 3.24 Biểu đồ thể hiện dạng tác động bậc hai của các yếu tố đến cường độ màu của vải tơ tằm Xử lý số liệu với phần mềm Stagraphics Centurion XV.II cho phương trình hồi quy sau theo biến thực (Z) và biến mã hóa (x): Y= 30,62 – 0,336.Z1 – 53,341.Z3 – 1,163.Z4 + 0,0032.Z12 – 0,00078.Z1Z2 + 0,00287.Z22 – 154,496.Z32 – 1,939.Z3Z4+ 0,210.Z42 Y= 2,975 – 0,128.x1 – 0,119.x3 – 0,087.x4 + 0,380.x12 – 0,078.x1x2 + 0,349.x22 + 0,303.x32 – 0,081.x3x4 + 0,272.x42 Giá trị hệ số xác định (R2 = 92,9896 %) chỉ ra rằng có đến 92,9896 % sự biến thiên cường độ màu của mẫu là do tác động của các biến độc lập X1, X2, X3, X4 được khảo sát và chỉ 7,0104 % trong tổng sự biến đổi là do yếu tố bên ngoài. Tối ưu hóa thí nghiệm 4 yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng dịch chiết mặc nưa bắt đầu từ điểm không với mức cơ sở: Z1= 60 oC, Z2= 60 phút, Z3= 0,2 (tương ứng tỷ lệ dịch chiết mặc nưa/nước là 1/5), Z4= 4 g/l. 3.5.2.4 Xác định điều kiện tối ưu quá trình nhuộm có sự hỗ trợ của H2O2 Sử dụng phần mềm Satgraphics Centurion XV.II để tối ưu và tìm được đơn công nghệ nhuộm tối ưu được kết quả điều kiện nhuộm tối ưu nhận được như sau: nhiệt độ nhuộm 62 oC; thời gian nhuộm 62 phút; tỷ lệ dịch nhuộm (dịch mặc nưa/nước) 1/5; nồng độ H2O2 4 g/l và nhuộm lặp lại 3 lần để đạt màu đen tuyền. Từ kết quả cho thấy, mô hình hoàn toàn tương thích, cho kết quả đáng tin cậy. Tuy nhiên giá trị lớn nhất của cường độ màu không chỉ nằm tại điểm này mà là một vùng lân cận xung quanh điểm tối ưu, giá trị cường độ màu cực tiểu sau 3 lần nhuộm đạt mà đậm nhất tại Cmin= 3.36. 3.5.3 Điều khiển quy trình nhuộm dưới sự tác động của các tác nhân xử lý sau nhuộm Xử lý vải sau nhuộm với dịch chiết từ quả mặc nưa bằng cách tạo phản ứng oxy hóa nhân tạo với 3 tác nhân là ánh sáng tự nhiên, ánh sáng nhân tạo (đèn soi mẫu phòng thí nghiệm) và tác nhân nhiệt (sấy ở nhiệt độ 60 oC). Quy trình xử lý như sau: Mỗi ngày phơi vải tơ tằm đã nhuộm với dịch chiết mặc nưa tối ưu theo đơn công nghệ tối ưu có H2O2 và không có H2O2 trong 2 giờ với 3 tác nhân ánh sáng tự nhiên, ánh sáng nhân tạo và nhiệt độ, khảo sát cùng thời điểm trong ngày từ 9g đến 11g sáng, xử lý liên tục trong 6 ngày. Kết quả giá trị cường độ màu (C) và ánh màu (H) nhận được ở bảng 3.27. 18
Bảng 3.27 Kết quả cường độ màu của vải tơ tằm sau nhuộm đã xử lý với ánh sáng tự nhiên, ánh sáng đèn và sấy Thời Có H2O2 Không có H2O2 gian Ánh sáng tự Ánh sáng đèn Sấy Ánh sáng tự Ánh sáng đèn Sấy (giờ) nhiên nhiên C H C H C H C H C H C H 2 5,55 1,12 4,98 1,22 5,43 1,22 15,58 1,16 13,15 1,09 9,85 1,19 4 5,53 1,11 5,66 1,12 5,44 1,33 15,32 1,13 12,84 1,09 11,92 1,17 6 5,52 1,19 5,40 1,11 5,53 1,29 14,18 1,1 15,52 1,11 10,07 1,20 8 4,16 1,2 5,57 1,42 4,78 1,42 14,32 1,11 11,57 1,17 7,72 1,35 10 2,99 1,16 5,52 1,55 4,62 1,23 12,54 1,12 10,80 1,19 11,57 1,17 12 3,21 1,05 4,82 1,36 4,66 1,32 13,15 1,06 9,74 1,17 8,80 1,44 Kết quả cho thấy tác động của ánh sáng tự nhiên đạt cường độ màu thấp nhất, nghĩa là màu đậm nhất khi xử lý với ánh sáng tự nhiên trong 10 giờ, đạt Cmin=2,99 có ánh màu sau H=1,2. Tương tự, với ánh sáng đèn, cường độ thấp nhất sau thời gian 12 giờ xử lý, tuy nhiên cường độ màu cao hơn khi xử lý với ánh sáng tự nhiên. Với tác nhân sấy, cần xử lý trong 10 giờ mới đạt cường độ màu cực tiểu mong muốn. Từ kết quả thực nghiệm nhận thấy sự tác động của tác nhân oxy hóa H2O2 lên màu của mặc nưa rất nhiều, đạt các chỉ tiêu về độ bền cấp 4-5; đặc biệt độ bền ánh sáng cũng đạt được cấp 4/5. Với kết quả trên có thể đề xuất một quy trình nhuộm với đơn công nghệ mới có sự hỗ trợ của tác nhân oxy hóa là H2O2; đồng thời đề xuất quy trình nhuộm và hoàn tất hoàn toàn thân thiện và không có sự hỗ trợ của chất trợ nhuộm hay chất điện ly. Đó là có sự tác động của 3 tác nhân ánh sáng tự nhiên, sấy và cả ánh sáng đèn; mỗi loại tác nhân sẽ tương ứng với một mức thời gian xử lý khác nhau nếu muốn có ánh màu đa dạng. Như vậy cùng một đơn công nghệ có sự hỗ trợ của tác nhân oxy hóa H2O2, muốn màu đậm hơn nên sử dụng nguồn ánh sáng mặt trời, muốn màu trung bình nên sử dụng ánh sáng đèn và muốn màu nhạt hơn và có ánh nâu hơn nên chọn tác nhân nhiệt độ. Tuy nhiên, tất cả màu sắc đạt được đều đảm bảo chỉ tiêu về độ bền màu của vật liệu dệt. 3.6 Kết quả phân tích dịch chiết và sản phẩm nhuộm 3.6.1 Kết quả phân tích các chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt 3.6.1.1 Kết quả phân tích dịch chiết và vải tơ tằm bằng phổ FT-IR Kết quả phổ FT-IR nhận thấy sự xuất hiện phổ hấp thụ dao động hoá trị -OH, C  C; C = O,…chẳng hạn, với peak có bước sóng 3332,08 cm-1 chứng tỏ sự có mặt của nhóm –OH trong poly phenol; 1635,24 cm-1 chứng tỏ sự có mặt của nhóm –C=O; hay tại vị trí 1445,81 cm-1 đặc trưng cho liên kết C=C của vòng thơm; 1284,43 cm-1 đặc trưng cho nhóm liên kết C–O–C; 1085,58 cm-1 và 1044,48 cm-1 đặc trưng cho liên kết C–O của các polyancol như hydroxyl flavonoid, hydroxyl xanthone… hoàn toàn phù hợp với các nhóm liên kết trong thành phần măng cụt ở các nghiên cứu trước đây [4,89,114]. Mặt khác, dịch chiết sau nhuộm so với dịch trước nhuộm không thay đổi nhiều, tuy nhiên có sự thay đổi khá rõ rệt ở các peak đặc trưng cho các nhóm mang màu (2102 cm-1; 1284; 1085; 1044 cm-1…). Hình 3.28 Phổ FT-IR của dịch trích ly từ vỏ quả măng cụt trước và sau nhuộm Hình 3.29 Phổ FT – IR của vải tơ tằm trước và sau nhuộm bằng chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt Mặt khác, kết quả phổ FT- IR của vải tơ tằm sau nhuộm cũng có sự xuất hiện rất nhiều các vân hấp thụ đặc trưng cho các nhóm chức như –OH, C=O cũng như C=C, C-O và C-N…cũng thấy sự xuất hiện rõ của vân hấp thụ đặc trưng cho axit cacborxylic tương ứng với dao động hoá trị của nhóm –OH (3293,96 3079,7; 2977,99; 2933,96; 2877,12 cm-1). Ngoài ra còn có vân hấp thụ trong khoảng 1800÷1600 cm-1(1714,09 và 1630,27 cm-1) cho thấy có thể có nhóm chức C = O, C=C hoặc C=N, và các vân hấp thụ ở các khoảng khác từ 1400÷600 cm-1. Sự biến mất của các peak đặc trưng cho các nhóm mang màu ở phổ FT- IR và sự xuất hiện của chúng trên vải tơ tằm sau nhuộm bằng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt chứng tỏ rằng các nhóm này đã tham gia phản ứng tạo liên kết với vải tơ tằm. 3.6.1.2 Kết quả phân tích dịch chiết bằng phổ MS và LC-MS Kết quả phổ MS và LC-MS của dịch trích ly từ vỏ quả măng cụt tối ưu có thể nhận thấy có sự xuất hiện của rất nhiều thành phần mang màu có trong dịch chiết trước nhuộm như -mangostin; -mangostin; - mangostin (M=409,3 g/mol), Acid galic (M=169,3 g/mol), Garnin (M = 396,45 g/mol), 3-isomangostin 19
(M=409,3 g/mol), cyanidin (M=288,4 g/mol), Xanthone (M=196,9g/mol)... Phổ MS của dịch chiết sau nhuộm lại mất đi phổ của một số hợp chất như -mangostin, -mangostin, -mangostin, acid galic, 3-isomangostin và thay vào đó là một số hợp chất mới xuất hiện…điều này chứng tỏ các chất này đã thực hiện liên kết gắn màu lên vải; đồng thời có nhiều phản ứng oxy hóa tạo ra nhiều chất mới song song với phản ứng gắn màu trên vải tơ tằm trong quá trình nhuộm. Hình 3.30 Phổ MS và phổ LC-MS của dịch trích ly từ vỏ quả măng cụt tối ưu trước và sau nhuộm 3.6.1.3 Kết quả phân tích vải tơ tằm bằng phương pháp nhiễu xạ tia X Hình 3.31 Kết quả nhiễu xạ Rơnghen XRD của vải tơ tằm trước và sau nhuộm bằng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) cho biết cấu trúc của vật liệu. Mũi đặc trưng cấu trúc tinh thể cho vải tơ tằm được thể hiện ở vị trí nhiễu xạ 2 là 200 (d = 5,17569), (d = 4,66006), (d = 4,3314), (d = 4,02888). Do tơ tằm thuộc nhóm xơ sợi protein, thành phần chủ yếu là các gốc axit amin (có nhóm -NH) kết hợp với nhau tạo thành mạch dài polypeptit, các mạch polypeptit liên kết chặt chẽ và nối với nhau bằng cầu liên kết hydro tạo thành tinh thể. Giữa những vùng cấu trúc tinh thể trong tơ tằm là những vùng trống, những chất màu của thuốc nhuộm sẽ bám vào những vùng này. Kết quả XRD cho peak đặc trưng cấu trúc tinh thể của tơ tằm trước nhuộm và sau nhuộm có sự thay đổi nhưng tại vị trí peak đặc trưng cấu trúc tinh thể không lệch nhiều, mà chủ yếu thay đổi phần vô định hình. Điều này cho thấy sự tác động của các phần tử mang màu không ảnh hưởng nhiều đến cấu trúc tinh thể của tơ tằm, chủ yếu tác động mạnh vào cấu trúc vô định hình. Như vậy, đã có sự tham gia phản ứng gắn màu của các hợp chất mang màu trong dịch chiết vỏ quả măng cụt với tơ tằm làm cho cấu trúc vải tơ tằm sau nhuộm mềm mại hơn. 3.6.1.4 Kết quả phân tích vải tơ tằm bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) Qua kết quả chụp SEM của vải tơ tằm trước và sau nhuộm ở cùng độ phân giải cho thấy có sự xuất hiện của một số phần tử nhỏ bám và lấp đầy các rảnh nhỏ trên bề mặt sợi; có một lớp màng mỏng trên bề mặt sợi sau nhuộm mà đối với sợi vải trước nhuộm không có; đồng thời bề mặt vải sau khi được nhuộm với dịch chiết từ vỏ quả măng cụt bóng và sáng hơn. Điều này chứng tỏ các phần tử mang màu đã liên kết với vải làm cho cấu trúc bề mặt sợi vải thay đổi. Hình 3.32 Kết quả chụp SEM của vải tơ tằm trước và sau nhuộm bằng chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt 3.6.2 Kết quả phân tích các chất màu trích ly từ quả mặc nưa 3.6.2.1 Kết quả phân tích dịch chiết và vải tơ tằm bằng phổ FT – IR Hình 3.33 Phổ FT – IR của dịch trích ly từ quả mặc nưa trước và sau nhuộm 20