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

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

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 ThảoPGS.TS Bùi Mai HươngTrần Nguyễn Tú Uyên

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin được gởi lời cảm ơn 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 – Đại học Quốc gia TP HCM, Trung tâm công nghệ sinh học TP HCM, CTCP Viện nghiên cứu Dệt may, 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 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 …… tháng …… năm 2024

Tác giả

Trần Nguyễn Tú Uyên

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 7

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 hoá học của tơ tằm 14

1.1.4 Cấu trúc hình thái của tơ tằm 14

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 26

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

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 đặc trưng của kén và 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 ứng dụng tơ tằm tự nhuộm trong dệt may 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 tằm 60

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 643.2 Kết quả nghiên cứu đặc trưng của kén và tơ tự nhuộm bằng Rhodamine B 66

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 ảnh hưởng của xử lý chuội đến tơ tằm tự nhuộm Rhodamine B 81

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 B903.3.3 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

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

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

TG : Thermogravimetry  Nhiệt trọng trường

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

XRD : X-Ray Difraction – Nhiễu xạ tia X

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 1Thời 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 1Thông tin các loại hoá chất sử dụng trong luận án 35

Bảng 2 2Các 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 tằm 64

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

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 Mô tả quy trình khảo sát thông số kỹ thuật của phương pháp tự nhuộm 37 Hình 2 2 Mô tả quy trình thực nghiệm tạo kén tơ tự nhuộm 40

Hình 2 3 Mô tả quy trình thực nghiệm chuội tơ tự nhuộm 40

Hình 2 4 Mô tả quy trình nghiên cứu tiềm năng ứng dụng tơ tự nhuộm 42

Hình 2 5 Mô tả quy trình nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và tính chất tơ tự nhuộm42 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

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 kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm 64

Hình 3 12 Mô tả quá trình tạo màu của 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

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 Bảo98 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 100Hình 3 42 Độ bền và giãn đứt của vải tơ tằm tự nhuộm RhB trước và sau chuội 99Hình 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

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

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 CO2siêu 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, 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 như 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 biến đổi tính chất 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 của tơ tằm tự nhiên cũng được duy trì [11–13] Các phương pháp biến đổi tính chất 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 biến đổi tính chất 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 của tơ tự nhuộm, cũng như nghiên cứu nó trong một ứng dụng cụ thể, đặc biệt là trong ngành dệt may hiện nay vẫn còn nhiều vấn đề cần nghiên cứu thêm

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

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

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 là kén tằm và 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 Nghiên cứu đặc trưng kén tơ tự nhuộm thực hiện trên 1 loại kén và tơ tự nhuộm Nghiên cứu ứng dụng đối với 2 loại vải tự nhuộm là vải trước chuội và sau chuội

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 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 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

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

- Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu - Chương 3: Kết quả và bàn luận

- Kết luận

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về tơ tằm

1.1.1 Sinh học con tằm

Con tằm là một hình thái sinh trưởng trong vòng đời của con ngài (bướm đêm) Từ khi trứng nở cho đến khi phát triển hoàn thiện, con ngài trải qua 4 giai đoạn biến đổi về hình thái (hình 1.1) đó là trứng, con tằm, con nhộng (kén), con ngài [1] Mỗi giai đoạn đều đóng vai trò quan trọng trong đời sống của loài này, đặc biệt giai đoạn tạo kén đã cung cấp nguyên liệu cho ngành dệt tơ lụa

Hình 1 1 Vòng đời của con ngài

Tằm được phân loại chủ yếu dựa vào nguồn gốc giống loài hoặc loại thức

ăn của chúng như lá dâu, lá sắn, lá thầu dầu,v.v Bombyx mori (B.mori) thuộc loài Bombycidae là họ bướm đêm được thuần hóa và nuôi phổ biến nhất trong

ngành tơ lụa, ở giai đoạn con tằm thức ăn chính của chúng là lá dâu, đây cũng là họ tằm được sử dụng trong nghiên cứu này Giống tằm lưỡng hệ (thuộc họ

B.mori ăn lá dâu có thể nuôi ở tất cả các mùa trong năm từ tháng 2 đến tháng 11)

cho kén trắng được nuôi phổ biến ở Việt Nam tại các vùng khí hậu ôn đới hoặc vào thời vụ mát, ngoài ra còn có giống tằm cho kén vàng thường nuôi vào thời kỳ nóng ẩm của vụ hè Theo nghiên cứu của Trung tâm nghiên cứu Dâu tằm tơ Trung ương, ở nước ta hiện nay thường nuôi các giống sau lưỡng hệ nhập nội của Trung Quốc là giống Lưỡng Quảng số 2 (LQ2) có chất lượng tốt, kén màu trắng có thể ươm tơ đạt tiêu chuẩn cấp cao và có thể nuôi quanh năm

Kén tằm được tạo thành từ sợi tơ do con tằm nhả ra, bao bọc lấy cơ thể và bảo vệ nó trong suốt quá trình hoá thành con nhộng; sau đó nhộng phát triển thành con ngài và cắn kén thoát ra ngoài Theo nghiên cứu của tác giả F Chen và cộng sự, kén có cấu trúc không dệt với nhiều lớp sợi như một vỏ composite polymer tự nhiên được tạo nên từ một sợi tơ liên tục duy nhất với chiều dài từ 5001600 m, trong đó sericin có chức năng như một chất kết dính để duy trì sự sắp xếp ngẫu nhiên của sợi và các lớp sợi trong toàn bộ kén (hình 1.2) Từ bên trong đến bề mặt bên ngoài, độ xốp và lượng sericin tăng lên trong khi liên kết giữa các sợi giảm Kén tằm có thể được phân thành ba hoặc bốn lớp, tùy thuộc vào từng giống tằm và cấu trúc vi mô của kén Cũng theo nhóm tác giả này, kén

tằm B mori có độ bền thấp nhưng độ dày và xốp tương đối cao, cấu trúc lớp

phân loại rõ rệt, chiều dài lớn hơn nhiều so với kén của các loài tằm hoang dã

nên đáp ứng được nhu cầu sản xuất công nghiệp của ngành dệt may Tơ ở các lớp kén khác nhau cũng được chứng minh là có tính chất khác nhau về hàm lượng sericin; ngoài ra các đặc tính của kén tơ còn phụ thuộc vào môi trường nuôi, thức ăn và tính chất địa lý khí hậu mỗi nơi [15]

Hình 1.2 Cấu trúc kén tằm họ B.mori [14]

Sự sinh trưởng của tằm được chia thành các giai đoạn từ tuổi 1 đến tuổi 5 (bảng 1.1) Các độ tuổi có thời gian kéo dài khác nhau, được phân biệt dựa vào sự phát triển của tằm trong từng giai đoạn

Bảng 1.1 Thời gian sinh trưởng của tằm dâu lưỡng hệ

Mỗi độ tuổi đều đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển sinh học của con tằm Trong đó, tuổi thứ 5 của tằm kéo dài 78 ngày và khoảng ngày thứ 4 của tuổi thứ 5 là thời điểm tuyến tơ trong con tằm phát triển hoàn thiện, tại đây bắt đầu quá trình tổng hợp dung dịch tơ lỏng chuẩn bị cho tằm nhả tơ tạo kén [16] Tuyến tơ là một cặp ống kết nối với nhau, được chia thành ba phần gồm tuyến trước, tuyến giữa và tuyến sau Tuyến sau có nhiệm vụ tổng hợp fibroin với cấu tạo khoảng 500 tế bào, dài 15 cm, đường kính 0,40,8 mm Tuyến giữa dài khoảng 7 cm, với khoảng 300 tế bào, đường kính 1,22,5 mm chịu trách nhiệm sản xuất sericin và lưu trữ các protein tơ cho đến khi tơ được nhả ra ngoài Tuyến tơ trước có khoảng 250 tế bào, dài 2 cm, đường kính 0,050,3 mm có chức năng vận chuyển dung dịch tơ lỏng đến bộ phận nhả tơ của con tằm Trong

giai đoạn đầu của tuổi thứ năm (096 giờ), quá trình sinh tổng hợp các cấu trúc tế bào cần thiết để tạo sợi được hình thành nhanh chóng ở tuyến tơ, trong khi ở giai đoạn sau (120192 giờ), quá trình sinh tổng hợp tạo sợi chủ yếu là hoàn thiện các cấu trúc này để chuẩn bị nhả tơ ra ngoài [16]

Hình 1.3 Đặc trưng tuyến tơ của tằm a) Cấu trúc tuyến tơ; b) Quá trình tổng hợp

protein trong tuyến tơ đến khi nhả tơ; c) Sự định hình cấu trúc của tơ từ lúc mới hình thành đến khi con tằm nhả tơ [124], [125]

Dựa vào đặc điểm sinh học của giai đoạn tằm tổng hợp dung dịch tơ lỏng trong tuyến tơ, một số nghiên cứu đã được thực hiện nhằm tạo ra vật liệu tơ tằm với tính năng tự biến đổi như tơ tằm có độ bền cao khi cho tằm ăn bổ sung ống nano carbon [17], tăng cường độ ổn định nhiệt và các đặc tính cơ học của tơ tằm bằng phương pháp cho ăn bổ sung nano bạc [18]; tơ tăng độ bền và độ giãn khi cho tằm ăn bổ sung graphene oxide [12], cho ăn bổ sung nano MoO2 để thu được tơ có khả năng sử dụng chế tạo các điện cực lưu trữ năng lượng [19] Trong đó, tạo màu cho tơ tằm bằng phương pháp cho tằm ăn chất màu ứng dụng trong sinh học và Dệt may cũng được nghiên cứu [20].

1.1.2 Quy trình sản xuất kén tơ tại Việt Nam

Quy trình nuôi tằm lấy kén tơ được thể hiện trong hình 1.4

Hình 1.4 Quy trình sản xuất kén tơ

Tại Việt Nam, nghề nuôi tằm dệt lụa đã được ghi nhận có từ khoảng 4000 năm về trước, được xem là nghề cổ truyền của dân tộc ta từ lâu đời Nghề trồng dâu nuôi tằm ở nước ta được hình thành phân bố ở nhiều vùng trải dài từ Bắc vào Nam như Vạn Phúc (Hà Nội), Nha Xá (Hà Nam), Cổ Chất (Nam Định), Duy Duyên, Mã Châu (Quảng Nam), Tân Châu (An Giang), Bảo Lộc (Lâm Đồng)

Việc sản xuất kén tơ là sự kết hợp giữa nông nghiệp (trồng cây dâu) và chăn nuôi con tằm để thu hoạch được kén, vì vậy nghề trồng dâu nuôi tằm đòi hỏi công sức lao động từ con người mà ít có máy móc thay thế được Để thu hoạch được tơ sử dụng làm nguyên liệu cho ngành dệt, tằm được nuôi cho đến khi tạo kén; kén sau đó được ươm (nấu trong nước nóng) để thu được sợi tơ thô

1.1.2.1 Quy trình nuôi tằm và thu hoạch kén

Thông thường, nuôi tằm ở giai đoạn trứng thường được khuyến nghị là nuôi tập trung ở các trung tâm, viện nghiên cứu, cơ sở có đầy đủ trang thiết bị kiểm soát dịch bệnh, đảm bảo môi trường nuôi tằm sạch sẽ, các dụng cụ nuôi và nhà nuôi được sát trùng đầy đủ Khi tằm đến khoảng tuổi 3 sẽ được tiếp tục nuôi ở các cơ sở trồng dâu nuôi tằm cho đến khi tạo kén và thu hoạch [21]

a) Quy trình nuôi tằm

Nuôi tằm con: Giai đoạn tằm con được tính từ sau khi băng tằm đến khi tằm kết thúc tuổi 3 Sự sinh trưởng, phát dục của tằm con chịu ảnh hưởng rất lớn của điều kiện môi trường và phương pháp cho tằm ăn Cho tằm ăn đúng kỹ thuật, tằm sẽ sinh trưởng phát dục tốt, có sức đề kháng cao, năng suất và phẩm chất tơ kén cao [21]

Nuôi tằm lớn: Tằm lớn là giai đoạn tằm bắt đầu ngủ dậy tuổi 4 cho đến khi tằm đẫy sức ở tuổi 5 và bắt đầu nhả tơ kết kén Giai đoạn này gọi là giai đoạn tằm ăn rỗi Khả năng sinh trưởng của tằm ở giai đoạn ăn rỗi rất mạnh Tằm cần ăn lượng dâu lớn, chiếm 75 % lượng dâu ăn cả lứa Vì vậy, trong quá trình chăm sóc tằm ở giai đoạn tằm lớn, cần chú ý các biện pháp kỹ thuật, điều kiện môi trường phù hợp, chất lượng lá dâu đảm bảo, tằm ăn no, giúp tằm sinh trưởng, phát dục tốt, lứa tằm đồng đều, chín tập trung [22]

b) Quy trình tằm lên né, tạo kén

Theo giáo trình hướng dẫn nuôi tằm lấy kén của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn [23], sau khi lột xác 4 lần, đến tuổi 5, tằm được ăn lá dâu đầy đủ (khoảng 4 lần /ngày) sẽ đạt được sự tăng trưởng tối đa của tuổi đó Tằm tuổi 5 kéo dài từ 56 ngày đối với giống đa hệ và 79 ngày đối với giống độc hệ và lưỡng hệ Sau khi kết thúc tuổi 5, các bộ phận trong cơ thể tằm đã được hình thành hoàn chỉnh, khối lượng tằm có thể tăng 900010000 lần so với lúc tằm mới nở, tuyến tơ của tằm mở rộng đến gần 40 % cơ thể Tằm ngừng ăn dâu và chuẩn bị cho quá trình nhả tơ kết kén gọi là tằm chín

Dấu hiệu khi tằm chín được biểu hiện qua một số các yếu tố như hình thái cơ thể tằm (tằm xanh có màu trắng, da bóng và trơn) Khi chín, da tằm dần dân chuyển sang màu trắng trong, đầu và mình trở nên trong suốt Quan sát kỹ cơ thể tằm ta có thể thấy được tuyến tơ qua màng vỏ bọc ngoài thân Các đốt ngực và thân của tằm xanh thể hiện rất rõ Tuy nhiên, khi tằm chín thì các đốt ngực và thân trông không rõ Cơ thể tằm chín co ngắn lại hơn so với tằm chưa chín

Có thể quan sát động thái của tằm để nhận biết dấu hiệu tằm chín Khi chín tằm có biểu hiện di chuyển qua lại trên nong và hay dạt về phía ngoài cạp nong, vì lúc này tằm có xu hướng tìm điểm tựa để nhả tơ Lúc này cơ thể tằm tiến hành bài tiết các chất thải ra khỏi cơ thể như phân và nước tiểu trước khi bắt đầu làm kén Tằm hoạt động linh hoạt, đầu và ngực tằm ngẩng cao, đưa qua đưa lại để nhả tơ Miệng tằm bắt đầu tiết ra các sợi tơ đầu tiên Tằm thải phân nhỏ và ướt hơn sơ với lúc chưa chín Đối với tằm ăn lá dâu nhuộm màu, lúc này tằm tiết ra phân có màu của thuốc nhuộm Nhận biết tằm chín qua số phân còn lại ở cuối bụng tằm Khi tằm mới chín, tằm vẫn thải phân Sau khi tằm thải hết phân thì tằm mới nhả tơ kết kén Vì vậy, có thể dựa vào việc quan sát số viên phân còn lại ở cuối bụng tằm để quyết định thời điểm thích hợp cho tằm lên né

Ngoài ra có thể quan sát cách ăn của tằm; khi chín, tằm có biểu hiện ăn dâu kém, dầu dần tằm mất đi sự thèm ăn và ngừng ăn dâu Cần xác định thời điểm bắt tằm chín lên né để đảm bảo chất lượng tơ kén Tằm lên né quá sớm hay quá trễ đều ảnh hưởng không tốt đến chất lượng kén để ươm cũng như kén làm giống

c) Quy trình thu hoạch kén tằm

Kén là nguyên liệu để ươm tơ Chất lượng kén đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật ươm tơ, dệt lụa Kén có chất lượng tốt, không chỉ cần kích thước quả kén lớn mà còn cần phải cầm chắc tay, mẩy, sợi tơ đơn dài, ít áo kén, kén đồng nhất về hình dạng và kích thước, độ mảnh đảm bảo, độ lên tơ tốt, dễ ươm [23] Thu hoạch kén là khâu cuối cùng trong quy trình kỹ thuật của nghề trồng dâu, nuôi tằm, nó có liên quan rất lớn đến chất lượng kén ươm, chất lượng sợi tơ sống Sự nhả tơ, kết kén của con tằm ăn lá dâu kéo dài từ 23 ngày Nhiệt độ cao hay thấp làm số ngày tằm lên né tăng hoặc giảm từ 2032 giờ Vì vậy, kỹ thuật viên cần căn cứ vào thời tiết, nhiệt độ của môi trường, các điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, chất lượng không khí để xác định thời gian gỡ kén

Cũng theo giáo trình nuôi tằm lấy kén [23], có thể chuẩn đoán chính xác thời gian gỡ kén là bằng cách cắt kén và lấy nhộng kiểm tra Nhộng non có màu sắc vàng nhạt và thân nhộng mềm Với tác động cơ học mạnh kén dễ bị dập nát, hoặc làm chết nhộng, làm cho kén bị dơ bẩn, trở thành kén ố Thời điểm này chưa đạt tiêu chuẩn để gỡ kén Nhộng đạt tiêu chuẩn thu hoạch là kén cứng chắc, cắt kén quan sát tằm đã hóa nhộng Nhộng có màu vàng nâu, thân nhộng hơi co lại, lớp vỏ ngoài cứng và khô Đây là thời điểm thích hợp nhất cho việc gỡ kén Nhộng già là loại nhộng sắp chuyển hoá thành con ngài, màu nâu đậm, thân nhộng hơi mềm, mắt nhộng đen, cánh, râu, đầu đều thể hiện rõ Lúc này nhộng đã quá già, cần gỡ nhanh và sấy khô tránh trường hợp kén bị con ngài (do nhộng hoá thành) cắn đứt để ra ngoài Ngoài ra có thể xác định thời điểm gỡ kén bằng cách cầm quả kén bóp nhẹ kén giữa hai ngón tay Nếu kén bị móp, kén không chắc, co giãn và đàn hồi là thời điểm chưa thể gỡ kén được Nếu kén không bị móp và cho cảm giác kén chắc, cứng, trò đủ, hơi co giãn và đàn hồi thì có thể gỡ kén Có thể thử kén bằng cách lắc nhẹ kén gần tai, nếu kén có tiếng nghèn nghẹt là kén chưa lột nhộng Nếu kén kêu lách cách chứng tỏ kén đã hóa nhộng, tiếng nghe càng đanh thì kén đã đúng thời điểm gỡ

Về phương pháp gỡ kén, có thể gỡ kén bằng tay; dùng tay gỡ kén có độ chính xác cao, không làm hư hỏng kén và giảm tỷ lệ kén phế do quá trình gỡ kén Tuy nhiên phương pháp này tốn thời gian, năng suất thấp, kỹ thuật viên hay bị thương tay trong quá trình gỡ kén Ngoài ra, nhiều dụng cụ khác có thể dùng để gỡ kén như sử dụng thìa hoặc các vật cứng có hình dạng phù hợp Phương pháp này cho năng suất gỡ kén nhanh, không làm ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động Tuy nhiên, một số hướng dẫn nuôi tằm lấy kén cho rằng phương pháp này thường làm kén hay bị dập nát, làm tăng tỷ lệ kén phế Các công đoạn và cách thức nuôi tằm lấy kén cũng như các đánh giá về sự phát triển của tằm, chất lượng kén cũng phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề và kinh nghiệm của những người trồng dâu nuôi tằm

1.1.2.2 Quy trình ươm tơ tằm

Ươm tơ là quy trình sử dụng nước nóng để làm hòa tan lớp keo liên kết giữa các sợi tơ, đồng thời có chập sợi tơ từ nhiều kén thành một sợi tơ dài, có độ mảnh lớn hơn và đồng đều hơn Đây có thể xem là công đoạn xử lý tơ đầu tiên, sản phẩm từ quy trình ươm tơ là những con tơ có độ mảnh và độ dài phù hợp cho quy trình gia công tiếp theo như dệt vải lụa tơ tằm

Kén sau khi được thu mua từ các hộ nuôi tằm được để trên nong 34 ngày, việc làm này giúp kén cứng hơn do quá trình nhả kén của tằm được hoàn thành trọn vẹn và tằm hóa thành nhộng Sau đó, đem kén đi sấy sơ bộ để bay hơi nước tiểu và làm nhộng chết trước khi ươm Trước khi ươm tơ cần chuẩn bị bộ phận cấp nước nóng, cấp hơi, các dụng cụ ươm tơ như đũa, rổ, găng tay và cần vệ sinh sạch sẽ khu vực ươm tơ [25] Sau khi ươm xong, tơ được tháo ra khỏi gàng, tách rời các tép nhỏ để giảm độ dính giữa các sợi với nhau gây rối và đứt tơ Sau đó, treo các bó tơ lên giàn và hong khô tự nhiên hoặc máy sấy Mục đích của việc này giúp sợi tơ được sấy khô để đảm bảo chất lượng tốt, không bị ẩm mốc, hư hại hay biến đổi cơ lý Cuối cùng, bao gói bó tơ để vận chuyển đến nhà máy xe tơ dệt lụa hoặc lưu trữ và bảo quản

1.1.2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quy trình sản xuất kén tơ

Ảnh hưởng của chế độ dinh dưỡng và môi trường nuôi ở giai đoạn ấu trùng đến tính chất số lượng của tằm thể hiện rõ nhất ở khả năng sản xuất chất tơ, không gian môi trường nuôi tằm càng lớn thì tỉ lệ tằm sống sót càng cao [24] Thời gian sinh trưởng cũng phụ thuộc vào số lượng và chất lượng thức ăn có sẵn cho chúng, nhiệt độ, giống,v.v [25], [26] Con tằm cần được nuôi với một chế độ dinh dưỡng đầy đủ, bao gồm bốn thành phần chính; lá cho ăn phải chứa chất xơ, sacarit, nước và keo [12]

Nhiệt độ có tác động mạnh nhất đến sinh trưởng Nhiệt độ cao hơn 30 °C sẽ ức chế sự phát triển của tằm, ở lứa tuổi thứ 5 nhiệt độ tối ưu của tằm là 2028 °C, nhiệt độ thấp hơn 20 °C làm chậm quá trình sinh trưởng Ảnh hưởng của độ ẩm nhỏ [26] Khả năng co giãn của kén bị ảnh hưởng bởi các điều kiện khác nhau trong quá trình tạo kén, đặc biệt là độ ẩm, yếu tố này ảnh hưởng lớn nhất [26] Ngoài ra, tằm bị ảnh hưởng bởi một số loại bệnh thường gặp ở con tằm như

Flacherie, Grasserie, Muscardine và Pebrine [12]

1.1.3 Cấu trúc hoá học của tơ tằm

Cấu trúc của fibroin có thể được giải thích theo bốn cấp độ: cấu trúc sơ cấp, cấu trúc thứ cấp, cấu trúc bậc ba và cấu trúc bậc bốn [36]

Cấu trúc sơ cấp: Fibroin bao gồm các micro-fibrin, được tạo thành từ một

số lượng lớn các acid amine (−HNCH2RCO−, R là mạch nhánh của một acid amine) Các acid amine liên kết với nhau bằng liên kết peptit (−CONH−) tạo thành phân tử protein

Cấu trúc thứ cấp: Các acid amine tạo ra fibroin, đơn giản và chủ yếu là với

các nhóm bên hydrocacbon Các nhóm bên hydrocacbon có liên kết hydro Hơn nữa, các liên kết muối tồn tại giữa mạch polypeptit dây chuyền Do đó, chúng tạo thành tấm fibroin xếp nếp gấp đôi

Cấu trúc bậc ba: Các mạch polypeptit được sắp xếp thành dạng tấm β xếp

nếp Có bốn loại liên kết cho cấu trúc này: liên kết giữa các mạch bên không phân cực, liên kết giữa các nhóm cực bằng lực Vander Waal, liên kết hydro giữa các mạch bên và liên kết muối tĩnh điện giữa các nhóm tích điện dương và âm

Cấu trúc bậc bốn: cấu trúc protein phức tạp bao gồm tập hợp các mạch

polypeptit ở dạng tấm β được liên kết thành các vùng tinh thể tồn tại xung quanh là các vùng vô định hình phân bố dọc theo trục sợi

Mặc dù sericin và fibroin đều là protein cấu tạo từ khoảng 17 loại acid amine nhưng chúng khác nhau đáng kể về thành phần hóa học, ba acid amine chính trong fibroin là glycine, alanine và serine; trong khi của sericin là serine, acid aspartic, glycine và threonine [37] Tơ được xem là vật liệu bán tinh thể với các mạch linh hoạt vô định hình trong đó các vùng tinh thể cao được tìm thấy trong mạch phân tử từ các acid amine của fibroin (3048 %) còn trong sericin các mạch phân tử từ các acid amine được sắp xếp ngẫu nhiên tạo thành các vùng vô định hình [37]

Hình 1.5 Cấu trúc sơ cấp của tơ tằm a) Fibroin; b) Sericin [38]

1.1.4 Cấu trúc hình thái của tơ tằm

Phân tích vi cấu trúc sợi tơ thô cho thấy hai sợi fibroin được bao bọc xung quanh bởi chất keo sericin và cấu tạo từ các bó vi thớ định hướng tốt dọc theo trục sợi với chiều ngang khoảng 100 nm, chiều dài khoảng 250 nm [27] Giữa các bó vi thớ có nhiều chổ trống, mỗi bó có khoảng 2030 đại phân tử fibroin

hay gọi là vi thớ với kích thước ngang 1520 nm, xếp thành lớp tinh thể định hướng dọc theo trục sợi (hình 1.6a) [27]

Hình thái sợi tơ thường được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) với độ phóng đại lớn, có thể quan sát được bề mặt sợi thô ráp, không bằng phẳng với lớp sericin bao phủ xung quanh (sợi thô hình 1.6b), hoặc bề mặt trơn mượt của 2 sợi fibroin (sau khi loại bỏ sericin hình 1.6c)

Hình 1.6 Cấu trúc và hình thái tơ tằm a) Hình mô tả vi cấu trúc tơ; b) Ảnh SEM

tơ tằm thô; c) Ảnh SEM tơ tằm chuội [27]

Sợi tơ tằm còn được biết đến là một polymer bán tinh thể, dạng kết tinh được đặc trưng bởi cấu trúc tấm β và dạng không kết tinh với cấu trúc vô định hình với nhiều chổ trống (hình 1.7) [28]

Hình 1.7 Mô tả vi cấu trúc của protein tơ tằm a) Vi cấu trúc tơ; b) Các dạng cấu trúc

thứ cấp của tơ tằm [28], [29]

Trong quá trình phát triển đến độ tuổi chín và chuẩn bị tạo kén, protein fibrion được tổng hợp và lưu trữ trong tuyến tơ sau và vận chuyển đến tuyến tơ giữa của con tằm, nơi sericin được tổng hợp, tích lũy và bao quanh protein fibroin, tất cả tạo thành dung dịch tinh thể lỏng (liquid crystalline) hay còn gọi là silk I [29] Dung dịch này bao gồm các protein có cấu trúc cuộn ngẫu nhiên (coil/amorphous) và cấu trúc cuộn xoắn (α-helix), tấm β xoay (hình 1.7b) Trong đó, các cấu trúc cuộn ngẫu nhiên và cuộn xoắn chiếm ưu thế ở giai đoạn đầu của quá trình hình thành tơ, các protein được tách ra thông qua tuyến tơ phía trước và chuyển thành sợi tơ Sự di chuyển từ tuyến giữa đến tuyến trước cùng với lực nén đẩy dung dịch tơ ra ngoài và lực căng trong quá trình kéo sợi đã giúp tăng độ kết

tinh và định hướng của tơ Sau khi tiếp xúc với không khí xảy ra hiện tượng mất nước trên bề mặt tơ, đồng thời các phân tử protein kết hợp với nhau bằng liên kết hydro tạo ra sợi cuối cùng của kén có cấu trúc được định hình tốt hơn ở các vùng tinh thể với cấu trúc tấm β chiếm ưu thế (β-sheet dominated), lúc này silk I đã chuyển đổi thành dạng sợi tơ không tan trong nước hay gọi là silk II [29]

Các nhóm chức và liên kết đặc trưng trong tơ tằm thường được phân tích dựa vào quang phổ hồng ngoại biến đổi (FT-IR) Dựa vào tần số đặc trưng, cường độ đỉnh trong phổ hồng ngoại, có thể phán đoán trực tiếp về sự có mặt của các nhóm chức, các liên kết xác định trong phân tử, từ đó xác định được cấu trúc của tơ tằm [30]

Bảng 1.2 Các loại cấu trúc thứ cấp của tơ tằm và bước sóng hấp thụ quang phổ hồng ngoại của chúng [30]

Cấu trúc

Các loại amid và bước sóng hấp thụ (cm-1)

A (N-H giãn) I (C-O giãn) II (N-H biến dạng)

III (C-N giãn, N-H uốn) Cuộn xoắn (-

helix) 32903300 16481660 15401550 13041313 tấm  (-sheet) 32803300 16251640

Nhìn chung, các dải FT-IR để phân tích sợi tơ tằm B.mori đã được báo cáo

bao gồm các dải amide A (32503300 cm-1), amide I (17001600 cm-1), amit II (16001500 cm-1) và amit III (13001200 cm-1) [30] Theo đó cấu trúc cuộn ngẫu nhiên, cuộn xoắn và cấu trúc tấm β là đặc trưng chính trong cấu trúc thứ cấp của

tơ tằm B.mori (bảng 1.2) [30] Các cấu trúc kể trên đại diện cho tính chất bán tinh

thể của tơ tằm, cụ thể cấu trúc tấm  đại diện cho cấu trúc tinh thể trong khi cấu trúc cuộn ngẫu nhiên, cuộn xoắn đại diện cho cấu trúc vô định hình, tấm -xoay được xem là đặc trưng cho cấu trúc tấm  trong giai đoạn chuyển đổi từ silk I (dung dịch tơ trong tuyến tơ) thành silk II (sợi tơ tạo kén)

Ngoài ra, tinh thể học nhiễu xạ tia X cung cấp nhiều phân tích định lượng hơn về độ kết tinh của cấu trúc tơ được phân tích nhờ vào phổ nhiễu xạ tia X (XRD) Các mẫu XRD của tơ đã được xác định ở 11,95° (khoảng cách mạng tinh thể, d=0,740 nm) và 24,02° (0,370 nm) đối với cấu trúc cuộn xoắn và 16,71° (0,530 nm), 20,34° (0,436 nm), 24,49° (0,363 nm), 30,90° (0.289 nm), 34,59° (0,259 nm), 40,97° (0.220 nm) và 44,12° (0.205 nm) đối với cấu trúc tấm β [33] Hình 1.8 cho thấy nhiễu xạ tia X của tơ tằm từ một số giống tằm khác nhau

Cùng thuộc loài Bombyx mori và không phân biệt giống tằm, tất cả loại tơ cho

thấy ba đỉnh nhiễu xạ ở 9,2º, 20,0º và 23,9º (hình 1.8a) Ngoài ra tơ của một số

giống hoang dã khi so sánh với tơ Bombyx mori còn cho thấy đỉnh nhiễu xạ tại

17º (hình 1.8b) Nhìn chung, cường độ của đỉnh và hình dạng tinh thể rất giống

nhau giữa các mẫu tơ tằm, các đỉnh nêu trên đều thể hiện đặc trưng cho cấu trúc tinh thể của tơ tằm

Hình 1.8 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của một số loại tơ tằm [31], [32]

Một số các đặc tính của tơ tằm cũng được nghiên cứu và phân tích dựa vào phương pháp nhiệt trọng lượng (TGA), đây là phương pháp hoá lý thường dùng đề phân tích cấu trúc tơ tằm và cung cấp thông tin về tính chất nhiệt của vật liệu này (hình 1.9)

Hình 1.9 Giản đồ phân tích nhiệt TGA a) Giản đồ nhiệt trọng lượng (TG); b)

Giản đồ nhiệt lượng vi phân (DTG) [32]

Đường cong nhiệt trọng lượng (TG) của tơ tơ tằm B mori cho thấy sự giảm khối lượng ban đầu ở nhiệt độ dưới 100 °C, nguyên nhân là do sự bay hơi của nước có trong mẫu Các giai đoạn phân hủy bắt đầu từ khoảng 210400 °C Đường cong giảm trọng chênh lệch nhiệt độ hay nhiệt lượng vi phân (DTG) cung cấp thông tin về các bước suy thoái vì chúng liên quan trực tiếp đến nhiệt độ cụ thể khi vật liệu phân hủy và giảm khối lượng Đỉnh phân hủy ở trên 200 °C liên quan đến sự thất thoát các khí có khối lượng phân tử thấp như H2O, CO2, và NH3, đây là kết quả của sự phân hủy các nhóm mạch bên của dư lượng acid

amine cũng như từ sự phân cắt các liên kết peptit ở vùng vô định hình trong fibroin [32], [33] B mori fibroin thể hiện một bước phân hủy với mức tối đa nhiệt độ phân hủy ở 350 °C, có bước phân hủy nhiệt tương ứng ở 325350 °C và 340360 °C đối với sợi tơ có và không có sericin Tuy nhiên, tơ không bị phân hủy hoàn toàn ngay cả ở nhiệt độ 1000 °C [32], [34], [35]

1.1.5 Tính chất của tơ tằm

1.1.5.1 Tính chất hoá học

Về đặc trưng tính chất hoá học, thành phần của tơ chứa cả nhóm acid cacboxyl (COO−) và acid amine bazơ (NH3+) nên có thể tác dụng được với acid và kiềm Các nhóm amineo tự do giúp tơ tằm có khả năng tạo phản ứng với các acid vô cơ và hữu cơ Tuy nhiên, khả năng phản ứng của tơ tằm với các acid kém hơn len [39] Các acid vô cơ đậm đặc như H2SO4, HCl có thể hòa tan hoàn toàn tơ tằm; với các acid vô cơ loãng tơ tằm bị co rút; tương đối bền với các acid hữu cơ Sợi tơ có thể chịu được ảnh hưởng của các acid yếu, còn acid đậm đặc phá vỡ liên kết peptit của mạch phân tử acid amine và phá huỷ tơ Theo tác giả K Murugesh Babu vàc cộng sự [39], xử lý lụa bằng acid yếu giúp các phân tử định hướng lại trên các lớp sợi bên ngoài để tạo ra một lớp vỏ mịn xung quanh sợi tơ, cũng làm tăng độ bóng

Các nhóm carboxyl tự do cho phép tơ tằm có thể tạo phản ứng cộng với bazơ Sợi tơ tằm rất nhạy cảm với kiềm, ở nồng độ và nhiệt độ cao có thể phá hủy hoàn toàn tơ tằm Thành phần fibroin trong tơ tằm tương đối bền khi xử lý với kiềm lỏng ở nhiệt độ thường, tuy nhiên độ bóng và độ mềm mại của tơ sẽ bị giảm đi Cũng theo tác giả K Murugesh Babu, sợi tơ có khả năng kháng kiềm thấp, ngay cả trong dung dịch kiềm yếu, tơ dễ bị hư hỏng vì sự thủy phân các liên kết peptit của sợi từ đầu mạch phân tử, làm suy giảm độ bền sợi tơ Vì vậy, xà phòng không kiềm rất được khuyến khích để giặt các chất liệu từ tơ tằm Ngoài ra các tác nhân oxy hóa cũng gây ra thiệt hại cho sợi tơ Sự hiện diện của cả hai nhóm acid và amine cơ bản trong cấu trúc của tơ tằm ảnh hưởng đến khả năng tương tác với thuốc nhuộm của nó NH2 có thể được proton hóa để tạo thành nhóm tích điện dương (NH3+), điện tích này tương tác với điện tích âm của thuốc nhuộm, cho phép hình thành các tương tác ion Còn nhóm COOH có thể bị khử proton từ nhóm tích điện âm thành COOvà tạo liên kết hydro với thuốc nhuộm Ngoài ra, các liên kết Van-der-Waals, liên kết lưỡng cực và liên kết hydro cũng được hình thành giữa thuốc nhuộm và sợi tơ, vì vậy tơ tằm có thể được nhuộm bằng đa dạng các loại thuốc nhuộm như thuốc nhuộm anion, acid, thuốc nhuộm phức kim loại, thuốc nhuộm hoạt tính, trực tiếp v.v…[40]

1.1.5.2 Tính chất cơ lý

Với cấu tạo được trình bày ở trên, tơ tằm có độ bóng tốt, mịn và óng ả Độ bóng của tơ tằm phụ thuộc vào từng loại tơ ban đầu và cũng chịu ảnh hưởng từ phương pháp xử lý tơ tằm Ngoài ra, tơ tằm còn có tính hút ẩm tốt, ở điều kiện chuẩn (nhiệt độ 25 °C, độ ẩm 65 %) tơ tằm hút được 11 % ẩm, ngoài ra tơ tằm còn hút được 30 % ẩm mà không gây cho ta cảm giác bị ướt Nhiệt độ ủi của tơ tằm khoảng 80100 °C, nhiệt độ từ 180200 °C trở lên tơ tằm bị phá hủy Tơ

tằm cũng có tính giữ nhiệt và tỏa nhiệt tốt, nhờ đặc tính quý này mà tơ tằm rất có giá trị thương mại [41]

Tơ có độ bền kéo cao hơn so với sợi hữu cơ tổng hợp, các tính chất cơ học khác của sợi tơ có thể được giải thích bằng các đặc trưng vi cấu trúc của sợi Tuy nhiên, các tính chất cơ học của sợi tơ cũng phụ thuộc chủ yếu vào các quy trình kéo sợi như độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ quay, v.v… Các yếu tố điều kiện kéo sợi, tiền xử lý và cấu trúc sơ cấp đều góp phần vào định hình cấu trúc và ảnh hưởng đến tính chất cơ học của sợi tơ Lụa có độ ổn định kích thước thấp hơn so với các loại sợi tự nhiên khác và cũng mất đi độ bền trong điều kiện ẩm ướt Độ hồi ẩm liên quan đến thành phần acid amine, vì vây độ hồi ẩm của các lớp trong kén là khác nhau [26]

1.1.5.3 Tính chất khác

Về tính chất nhiệt, lụa bắt lửa và cháy chậm, khói có mùi tóc cháy và tự tắt khi lấy ra khỏi ngọn lửa, tiếp xúc ở nhiệt độ cao trong thời gian dài ở khoảng 100 °C sẽ khiến độ bền của lụa giảm khoảng 3973 % Lụa bị ố vàng ở nhiệt độ 110 °C sau 15 phút tiếp xúc Các liên kết hydro bị phá vỡ ở khoảng 150–180 °C [36], [41] Sự chuyển tiếp thủy tinh Tg được ghi lại ở 175 °C Nhiệt độ xuống cấp của lụa bắt đầu khoảng 280 °C và giảm khối lượng bắt đầu từ 250 °C Dưới sự tác động của nhiệt độ, cấu trúc của tơ thay đổi, vùng vô định hình trở nên định hướng cao trong khi trong cấu trúc tinh thể không có sự thay đổi đáng kể [39], [44] Tơ được biết đến như một chất cách nhiệt tốt, nhiệt dung riêng của sợi tơ khô là 1,38 J/gk, tốt hơn len (1,36 J/gK) và bông (1,3 J/gK) và [36], [41]

Nghiên cứu của tác giả N V Padaki và cộng sự [42] về tính điện môi và ma sát của tơ tằm, theo đó tơ có điện tích dương giống như hầu hết các loại sợi dệt, có xu hướng tăng điện tích tĩnh dưới ma sát do được cách điện để dẫn điện, nhưng nó gây ra vấn đề xử lý trong điều kiện độ ẩm thấp vì độ ẩm và nhiệt độ là các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở Cũng theo nhóm tác giả này, về tính chất quang học, sợi tơ tằm được biết đến như một vật liệu có tính phản quang ánh sáng, hay có độ bóng cao Tính chất này liên quan đến sự phản xạ ánh sáng, tính chất quang học do ảnh hưởng đến mô hình phản xạ ánh sáng nhờ cấu trúc sợi có tiết diện hình tam giác sắc nét của nó Tuy nhiên, ánh sáng làm một số tính chất của tơ bị suy giảm Cấu trúc tơ bao gồm các acid amine như tyrosine, tryptophan và phenylalanine, các acid amine này hấp thụ bức xạ điện từ, dẫn đến sự đổi màu của sợi

1.1.6 Ứng dụng của tơ tằm

Tơ tằm đã được ứng dụng trong dệt may từ hàng ngàn năm trước, cho đến nay nó vẫn là một vật liệu quý có giá trị thương mại cao Phần lớn sản lượng tơ tằm hiện nay được sử dụng cho ngành dệt may và thời trang Ngoài ra, các nghiên cứu gần đây cho thấy tiềm năng ứng dụng tơ tằm như một vật liệu sinh học trong lĩnh vực y sinh, đặc biệt là trong kỹ thuật mô và lĩnh vực y học tái tạo cũng như trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác như vật liệu phân huỷ sinh học và vật liệu màng, vật liệu sinh học chức năng, vật liệu sinh học y tế, v.v Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, tơ tằm được phân loại và đánh giá chất lượng nhằm ứng dụng trong lĩnh vực dệt may

1.1.6.1 Phân loại tơ tằm ứng dụng trong Dệt may

Vải tơ tằm được phân loại thông thường dựa vào đặc trưng cấu trúc dệt, các kiểu dệt khác nhau tạo nên nhiều loại vải tơ tằm khác nhau như vải trơn hoặc vải có hoa văn (jacquard) hoặc được phân loại dựa vào đặc trưng của sợi dệt nên vải Theo nghiên cứu của tác giả S Chand và cộng sự [43], một số loại sợi tơ tằm khác nhau được tạo ra từ quá trình kéo sợi, bao gồm sợi poil (được tạo thành bằng cách xoắn tơ thô), sợi tram (sợi tơ được tạo thành bằng cách gấp đôi hai hoặc nhiều sợi tơ và sau đó xoắn nhẹ chúng), crepe (được làm bằng cách chập các sợi tơ thô và xoắn chúng trong khoảng 2.000–4.000 vòng/mét và khi được dệt thành vải, tính đàn hồi của các sợi này khiến chúng bị nhàu nên tạo ra hiệu ứng crepe), sợi organzine (được tạo ra bằng cách xoắn một sợi đơn và sau đó kết hợp nó với các sợi đơn xoắn khác), sợi grenadine (sợi hình thành bằng cách gấp đôi hai hoặc nhiều đầu của sợi chỉ và xoắn chúng theo hướng ngược lại với hướng của từng đầu sợi đơn) và chardonnet (một loại sợi tơ dày chập nhiều lần) Tơ ngắn (staple fiber) được sản xuất từ kén trong đó các tơ bị đứt do con ngài cắn kén ra ngoài, chúng được chuội sericin và xe lại với nhau hoặc pha trộn với một số loại xơ khác để kéo sợi

Ngoài ra, vải tơ tằm còn được phân loại dựa vào lượng sericin bị loại bỏ sau khi xử lý chuội như vải tơ chuội một phần (ecru silk), vải tơ chuội một nửa (half-degumed/half boiled silk), vải tơ chuội hoàn toàn (lustre silk) Vải tơ chuội một phần (ecru silk) là vải tơ tằm bị giảm đi khoảng 4 % khối lượng tơ sau xử lý; chủ yếu là do sự mất của các tạp chất có trên tơ thô Loại vải này thường được sử dụng cho các sản phẩm nội thất, hoặc làm chất liệu nền để vẽ tranh Vải tơ tằm mờ hoặc vải chuội một nửa (half degummed/ half boiled silk) là vải tơ tằm bị giảm đi khoảng 6–12 % khối lượng tơ sau xử lý Loại vải còn lại lượng keo sericin đáng kể sau xử lý nên độ bóng ít, khô, đơ cứng, thường được sử dụng cho các sản phẩm may mặc cần độ định hình phom dáng, độ phồng xoè lớn; đây cũng là chất liệu chính để may trang phục truyền thống của Hàn Quốc (hanbok) [44], [45] Vải tơ tằm chuội hoàn toàn hay vải tơ bóng (lustre silk) là vải tơ tằm đã được chuội hoàn toàn sericin, bề mặt vải trơn mịn, cảm giác sờ tay mềm mướt, tính phản quang tốt nên độ bóng cao; đây cũng là loại vải lụa phổ biến sử dụng cho đa số các sản phẩm may mặc

Chính vì sự kỳ công trong quy trình trồng dâu nuôi tằm và sản xuất tơ lụa, tơ tằm trước đây được dùng chủ yếu để may trang phục cho đa số tầng lớp quý tộc, thượng lưu Khi tơ tằm trở nên phổ biến rộng tơ tằm đã được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như áo chống đạn trong quân đội, dây cung, giấy vụn, lưới đánh cá và dây cho nhạc cụ, v.v… Ngày nay, tơ tằm chủ yếu được sử dụng trong ngành dệt may vì có ngoại quan đẹp và tính tiện nghi cao, không chỉ ứng dụng cho sản phẩm may mặc mà còn dùng trong trang trí nội thất, phụ kiện thời trang.

1.1.6.2 Phương pháp đánh giá chất lượng tơ tằm ứng dụng trong dệt may

Việc thử nghiệm tơ tằm thô thường trên thị trường quốc tế thường dựa trên quy trình do Hiệp hội Tơ lụa Quốc tế (ISA) đặt ra, quy trình và thiết bị thử nghiệm khá tương đồng khi so sánh với các quy trình áp dụng cho các sản phẩm dệt nói chung tại châu Á [46] Phương pháp này cũng được áp dụng rộng rãi ở

các nước sản xuất và tiêu thụ tơ lụa trên thế giới Quy trình thử nghiệm cơ học ở mọi nơi đều giống nhau, nhưng việc tổng hợp kết quả thử nghiệm và tiêu chuẩn cho các loại khác nhau sẽ khác nhau nhưng không đáng kể giữa các quốc gia

Tại Việt Nam, chất lượng tơ tằm được đánh giá chủ yếu tập trung vào giống tằm, cấu trúc hình thái, tính chất vật lý, hóa học, cơ học nhằm ứng dụng nó trong thực tế sản xuất hoặc nghiên cứu khoa học ở các lĩnh vực khác nhau như dệt may hoặc vật liệu y sinh Các loại vải tơ tằm được xác định sau khi qua một loạt thử nghiệm đối với các tiêu chí như độ đồng đều, độ sạch (chuội keo), độ bền, mô-đun, độ giãn dài, độ bền đứt, v.v Ngoài ra, một số tiêu chí khác như độ bóng, cảm giác sờ tay và màu sắc cũng được xác định [47] Bên cạnh đó, chất lượng vải tơ tằm thành phẩm có thể được xác định dựa vào việc đáp ứng được các yêu cầu đã đề ra đối với sản phẩm như khối lượng, độ dày, độ đều, độ bóng, một số tính chất cơ lý và sự ổn định về cấu trúc, đúng hoa văn, màu sắc, các tiêu chuẩn về độ bền màu, tính an toàn sinh thái, v.v… [43], [46]

Bên cạnh đó, các quy định về sản phẩm thân thiện môi trường, sản phẩm an toàn sinh thái, sản phẩm từ quy trình sản xuất xanh đang được quan tâm phát triển nhằm đáp ứng được nhu cầu của xã hội Chất lượng sản phẩm cũng có thể được đánh giá dựa vào khả năng đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng; trong khi đó nhu cầu của xã hội theo hướng tiêu dùng những sản phẩm “xanh-sạch-an toàn”, có nguồn gốc và quy trình sản xuất “bền vững-thân thiện môi trường” Vì vậy, tính “xanh” của sản phẩm cũng có thể được xem là một tiêu chí đánh giá chất lượng sản phẩm Cũng theo đó, tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm để đáp ứng được yêu cầu đặt ra của cho các sản phẩm được gắn nhãn sinh thái theo Thông tư 41/2013/TT-BTNMT (thông tư quy định trình tự, thủ tục, chứng nhận nhãn sinh thái cho sản phẩm thân thiện với môi trường) phần nào cho thấy tầm quan trọng của vấn đề này đến chất lượng sản phẩm Có thể thấy rằng, chất lượng của tơ tằm không chỉ được đánh giá dựa vào các chỉ tiêu cơ lý hoá; việc xây dựng quy trình sản xuất xanh cũng sẽ giúp nâng cao giá trị và chất lượng của vật liệu tơ tằm Việt Nam

1.2 Tổng quan về phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm

Cũng như các vật liệu dệt may khác, màu sắc giữ một vai trò quan trọng góp phần làm tăng tính thẩm mỹ và giá trị của vật liệu, vì vậy tạo màu là một bước quan trọng trong quy trình sản xuất vật liệu dệt may Phương pháp tạo màu phổ biến nhất là nhuộm, giúp cho vật liệu có đa dạng các màu sắc theo yêu cầu của nhà sản xuất 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, hiệu quả của quá trình nhuộm phụ thuộc vào một số yếu tố như tính chất của vật liệu nền, tính chất của thuốc nhuộm, nồng độ dung dịch nhuộm, nhiệt độ xử lý,v.v…

Một số công nghệ nhuộm phổ biến trong sản xuất hiện nay có thể kể đến là nhuộm tận trích, nhuộm ngấm ép, công nghệ “tự nhuộm” (self-dye) hay vật liệu tự có sẵn màu sắc (colored materials) đã được nghiên cứu nhằm tạo ra vật liệu

dệt có khả năng tự tạo màu sắc mà không cần trải qua quá trình xử lý nhuộm truyền thống Được biết đến sớm nhất là bông cotton có màu (colored cotton), tạo ra từ công nghệ biến đổi gen cây bông Tơ tằm tự nhuộm hay tơ tằm có màu (self-dye silk, colored silk) cũng được nghiên cứu và báo cáo với hai phương pháp là biến đổi gen con tằm hoặc bổ sung chất màu vào thức ăn cho tằm

1.2.1 Khái niệm phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm

Tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm là phương pháp xử lý nhằm tạo được màu sắc trên tơ tằm mà không trải qua quá trình nhuộm truyền thống; trong đó có hai phương pháp đã được nghiên cứu là biến đổi gen con tằm hoặc bổ sung chất màu vào thức ăn cho tằm, từ đó con tằm nhả tơ và tạo kén có màu sắc

Đối với phương pháp điều chỉnh màu sắc tơ tằm thông qua kỹ thuật chỉnh sửa gen và di truyền, công nghệ thực hiện tương đối phức tạp, màu sắc tơ không đa dạng, sự thiếu chủ động về nguồn giống đối với phương pháp này khi áp dụng trong sản xuất cũng là một hạn chế của phương pháp này [48] Ngoài ra, phương pháp biến đổi gen này nằm xa phạm vi nghiên cứu của luận án thuộc ngành Dệt may, gây khó khăn trong nghiên cứu liên ngành Vì vậy, đa số các nghiên cứu về tơ biến đổi tính chất đều thử nghiệm theo phương pháp bổ sung hoá chất vào thức ăn cho tằm [8–13], [49],[50].

Phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm dựa trên sự bổ sung chất màu vào thức ăn cho tằm, qua con đường sinh hoá đưa chất màu vào trong tuyến tơ, nơi chứa dung dịch tơ lỏng Tơ và chất màu cùng lúc được đẩy ra ngoài thông qua quá trình nhả tơ kéo sợi tự nhiên của con tằm, từ đó tạo ra sợi tơ có màu sắc Phương pháp này giúp giảm thiểu tối đa lượng nước sử dụng, có thể xem nó như một giải pháp “xanh” hơn nhằm giải quyết các vấn đề của quy trình nhuộm truyền thống như tài nguyên nước, năng lượng tiêu thụ, các vấn đề về nước thải và ảnh hưởng của nó đến môi trường sống

1.2.2 Phương pháp bổ sung chất màu vào thức ăn cho con tằm để tạo kén tơ tự nhuộm

Dựa vào các tài liệu đã công bố, quy trình tự nhuộm (hình 1.10) bằng phương pháp bổ sung chất màu vào thức ăn cho tằm cho tằm (self-dye silk) đã được nghiên cứu và báo cáo tại Hàn Quốc, Ấn Độ, Singapore, Ai Cập [710], [49],[50] Phương pháp cho tằm ăn chất màu cũng được giới thiệu tại Trung Quốc, tuy nhiên chưa tìm thấy các công bố khoa học liên quan

Hình 1.10 Con tằm, kén, tơ từ phương pháp tự nhuộm [7], [10]

“Tự nhuộm” được đánh giá là một phương pháp “nhuộm xanh” để tạo màu cho tơ tằm Những con tằm trong giai đoạn tuổi 5 được cho ăn bằng thức ăn bao gồm lá dâu tằm được nhúng vào hoặc phun dung dịch chất tạo màu, hoặc thức ăn cho tằm dạng bột trộn lẫn dung dịch chất màu Theo đó, quá trình nhuộm này không sử dụng và tạo ra một lượng lớn nước thải vì vậy nó được xem là một giải pháp nhuộm “xanh” và “thân thiện” hơn thay thế cho các quy trình nhuộm ướt thường được sử dụng trong công nghiệp Bằng phương pháp này, chất màu được vận chuyển theo các con đường sinh hóa của tằm, từ đó vào tuyến tơ và tạo ra kén màu hoặc tơ tằm màu trong quá trình nhả tơ Các nghiên cứu trên đều cho thấy cơ thể của tằm biến đổi theo màu sắc, sau đó khi tằm chín thì nhả tơ tạo kén có màu đặc trưng của chất màu mà chúng đã ăn Phương pháp này được chứng minh không gây hại cho tằm và các thế hệ sau [9], [50] Tuy nhiên, qua nghiên cứu tổng quan thấy rằng hiệu quả tạo màu trên tơ kén bằng phương pháp này phụ thuộc nhiều vào sự phù hợp giữa tính chất thuốc nhuộm với đặc trưng sinh hoá của con tằm

1.2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp tự nhuộm

1.2.3.1 Tính chất của chất màu

Một số loại chất màu khác nhau đã được thử nghiệm nhằm tìm ra những tính chất của chúng phù hợp với phương pháp tự nhuộm tơ tằm này Tác giả Im Mo Chung và cộng sự đã thử nghiệm với các loại thuốc nhuộm tự nhiên và tổng hợp với tỷ lệ thuốc nhuộm và thức ăn dạng bột là 0,3 – 0,9 g/150 g [8] Kết quả cho thấy chỉ một số loại thuốc nhuộm tổng hợp tạo được màu sắc cho kén như Orange, Acid blue R, Methyl orange Cũng theo nghiên cứu này, gần như tất cả các loại thuốc nhuộm tự nhiên đều không tạo được màu sắc cho kén, ngoại trừ màu từ cây dành dành (Gardenia) do sự chuyển đổi sắc tố khi một số acid amine của tơ tác dụng với hợp chất có trong màu tự nhiên này

Một số công trình tiêu biểu trên quốc tế như nghiên cứu của tác giả A Nisal và cộng sự đánh giá bảy loại thuốc nhuộm azo khác nhau (Brilliant yellow, Congo Red, Acid Orange G, Acid Orange II, Mordant Black 17, Direct Acid Fast Red, và Sudan III) được sử dụng trong ngành dệt nhuộm với mục đích xác định các tính chất cần thiết để phát triển các phân tử thuốc nhuộm mới có thể áp dụng

được trên họ tằm B.mori nhằm tạo ra tơ có nhiều màu sắc bằng phương pháp cho

tằm ăn [7] Kết quả cho thấy rằng một số thuốc nhuộm có thể giúp tằm tạo ra tơ có màu, một số khác lại không, theo đó thuốc nhuộm có khối lượng phân tử lớn hơn 400 g/mol được báo cáo là không thể khuếch tán ra khỏi màng bụng của ống tiêu hóa Một số thuốc nhuộm khác như Rhodamine B, Acridine Orange, Direct Red 32, Acid Orange 142, Bismark Brown cũng được thử nghiệm ở các nồng độ 500; 1000; 1500; 2000 ppm Hiệu quả tạo kén màu chỉ quan sát thấy ở thuốc nhuộm Rhodamine B, Acridine Orange [49] Tuy nhiên, các điểm chung về tính chất của các chất tạo được màu sắc cho kén chưa được đưa ra trong nghiên cứu này

Để làm rõ hơn con đường vận chuyển sinh hoá trong con tằm đối với các vật liệu cụ thể được kết hợp vào thức ăn cho tằm nhằm tạo ra tơ tằm biến đổi, tác giả Natalia C Tansil và cộng sự đã nghiên cứu sự hấp thụ, phân phối và bài tiết các hợp chất huỳnh quang theo hướng đặc tính phân tử dưới dạng hợp chất lạ đối

với cơ thể sinh học con tằm (xenobiotic) thông qua việc đưa các hợp chất màu (Rhodamine 101, Rhodamine 110, Rhodamine 116, Rhodamine 123, Rhodamine 6G, Rhodamine B, Rhodamine B octadecyl ester, sulforhodamine 101, acridine orange, và fluorescein sodium) vào chế độ ăn của tằm và theo dõi màu sắc và huỳnh quang thu được trong cơ thể tằm [9] Sự hấp thu hiệu quả xenobamel (các hợp chất hóa học nhân tạo không thuộc thành phần tự nhiên của các sinh vật sống) vào tơ tằm đã được nghiên cứu sâu hơn thông qua phân tích định lượng về loại tơ có màu do tằm nhả ra

Cũng dựa vào các nghiên cứu trên, các chất màu dòng Rhodamine được thêm vào chế độ ăn của tằm (0,05 % khối lượng thuốc nhuộm vào 50 g thức ăn tổng hợp dạng bột) từ ngày thứ 3 của tuổi tằm thứ 5 Những con tằm được chuyển sang thức ăn biến đổi có chứa các phân tử chất màu khác nhau cho đến khi chúng bắt đầu nhả tơ tạo kén Theo đó, tính ưa ẩm phân tử (molecular lipophilicity), khả năng tự lắp ráp phân tử (molecular self-assembly) là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ và phân phối thuốc nhuộm trong sinh hoá tằm đồng thời giúp tạo được tơ có màu đã được nhắc đến trong nghiên cứu trên Ngoài ứng dụng trong y sinh như nghiên cứu của tác giả Natalia C Tansil và cộng sự đã nêu ở trên, Rhodamine cũng là loại thuốc nhuộm được đề xuất là có tính chất phù hợp với công nghệ tơ tằm tự nhuộm ứng dụng trong vật liệu dệt may Báo cáo của tác giả Kanika và cộng sự cũng khẳng định Rhodamine phù hợp sản xuất kén tơ có màu và ứng dụng làm vật liệu dệt [10]

1.2.3.2 Thời gian bổ sung chất màu

Hầu hết các nghiên cứu đều thử nghiệm cho tằm ăn chất màu vào khoảng ngày thứ 3 hoặc ngày thứ 4 của tuổi tằm thứ 5 (cách tính tuổi tằm đã trình bày trong bảng 1.1) Theo đó, tuổi 5 là giai đoạn tằm phát triển hoàn thiện về tuyến tơ cũng như sự hình thành dung dịch “tơ lỏng” trong đó Chất màu phù hợp với sinh hoá con tằm được quan sát thấy có khả năng phân bố trong thành tuyến tơ, sau đó khuếch tán vào lòng tuyến tơ (nơi chứa dung dịch tơ lỏng) với nồng độ cao sau 2 ngày cho ăn bổ sung (hình 1.11) Trong khi đó, một số loại chất màu khác thì chủ yếu được hấp thụ vào các cơ quan khác trong cơ thể tằm thay vì vào tuyến tơ [9]

Hình 1.11 Tuyến tơ và kén của con tằm đã ăn chất màu [7],[9]

Tuổi 5 của tằm kéo dài khoảng 68 ngày (hoặc nhiều hơn 12 ngày tuỳ thuộc vào điều kiện nuôi) đối với tằm kén trắng ăn lá dâu, cũng là loại được dùng phổ biến trong các nghiên cứu tơ tự nhuộm Như vậy, mặc dù số ngày ăn thuốc

nhuộm không được báo cáo chi tiết trong đa số các nghiên cứu trước đây, nhưng với việc cho ăn bổ sung từ ngày thứ 3 hoặc ngày thứ 4 của tuổi 5 thì có thể hiểu rằng tằm ăn thuốc nhuộm trong 35 ngày liên tục, sau đó tằm chín và bắt đầu nhả tơ tạo kén Dựa vào các nghiên cứu trên, thời điểm thích hợp để bổ sung chất màu là vào giai đoạn tuổi 5 của tằm, cụ thể là khoảng ngày thứ 3 hoặc thứ 4 của tuổi 5 [710] Còn lại, ảnh hưởng của thời gian bổ sung thuốc nhuộm đến các yếu tố khác của phương pháp tự nhuộm như cường độ màu của kén tơ, tỷ lệ sống của tằm hay khả năng hoàn thiện kén vẫn chưa được báo cáo

1.2.4 Ảnh hưởng của phương pháp tự nhuộm đến con tằm

Theo tác giả Tansil và cộng sự [9], con tằm ăn và hấp thu chất màu vào trong cơ thể; đối với các chất màu có sự tương thích sinh học thì cơ thể của nó dần mang màu sắc đặc trưng của thuốc nhuộm đã ăn Tằm phát triển bình thường cho đến khi nhả tơ tạo kén màu mà không có sự khác biệt đáng kể về thể chất so với con tằm đối chứng được cho ăn thức ăn bình thường Bên trong kén, tằm phát triển bình thường thành con ngài và cắn kén ra ngoài, sau đó đẻ trứng; tằm thế hệ thứ hai cũng được báo cáo là phát triển bình thường Đây là một dấu hiệu ban đầu cho thấy việc ăn chất màu không gây độc hại đối với tằm Tuy nhiên, với một số trường hợp thuốc nhuộm không tương thích, con tằm có biểu hiện chậm phát triển hoặc chết trước khi tạo kén

Hình 1.12 Sự sinh trưởng của tằm sau khi ăn bổ sung chất màu a) Cơ thể tằm

chuyển màu; b) Con ngài và trứng của chúng: A,B) Con ngài bình thường và trứng của chúng; C,D) Con ngài từ con tằm ăn màu và trứng của chúng [9]

Màu sắc cơ thể của những con tằm thay đổi theo loại chất màu mà chúng đã ăn (hình 1.12a), sau đó tạo ra được kén tơ có màu sắc Chúng tiếp tục sinh trưởng thành con ngài với màu sắc có thể nhìn thấy trên cơ thể, thể hiện rõ khi so sánh với con ngài bình thường đối chứng (hình 1.12bA,C) Trứng do con ngài cái (con ngài nở từ kén có màu) đẻ ra cũng có màu khác với bình thường (hình 1.12bB,D) và tằm thế hệ thứ hai đã nở ra từ những quả trứng có màu này Những con tằm thế hệ thứ hai được quan sát thấy bình thường và phát triển một vòng đời hoàn chỉnh của loài này Những kết quả trên chỉ ra rằng sự hấp thu hiệu quả của Rhodamine B không cản trở các quá trình sinh học của tằm (bao gồm cả sự biến đổi về hình thái và sinh sản); một dấu hiệu sơ bộ về bản chất không độc hại của chất màu này với con tằm, đồng thời thể hiện khả năng hấp thụ cao vào cơ thể tằm và phân phối có chọn lọc vào tuyến tơ

1.2.5 Ảnh hưởng của phương pháp tự nhuộm đến kén tơ

Hình thái kén tự nhuộm cũng được nghiên cứu và báo cáo sơ bộ trong các nghiên cứu trước đây (hình 1.13)

Hình 1.13 Kén tằm có màu từ phương pháp tự nhuộm [10],[54]

Theo mô tả của tác giả Trivedy và cộng sự, hình thái kén và các tính chất vật lý khác không có sự khác biệt đáng kể, ngoại trừ sự khác nhau về màu sắc; kết luận này phù hợp với mô tả của tác giả Tansil về hình thái kén (hình 1.13b) [54] Phần nhộng bên trong kén sau ươm cũng mang màu sắc đặc trưng của chất màu mà tằm đã ăn (hình 1.13a) [10], tuy nhiên nghiên cứu này chưa đưa ra các số liệu cụ thể về tính chất kén tơ Một báo cáo khác của tác giả Karam và cộng sự lại cho thấy có sự khác nhau giữa kén tự nhuộm và đối chứng như khối lượng kén và chiều dài tơ của kén [49] Theo đó, dù không nhiều nhưng kén tự nhuộm có khối lượng và chiều dài tơ trong kén lớn hơn so với kén trắng tuỳ vào các loại chất màu khác nhau mà tằm đã ăn Kén tằm tự nhuộm Rhodamine B cho kén có khối lượng và chiều dài tơ nhiều hơn so với kén đối chứng, trong khi chất màu Acridine Orange cho kén có khối lượng và chiều dài tơ thấp hơn Nồng độ của chất màu cũng được tác giả này cho rằng có ảnh hưởng đến chiều dài của tơ, cụ thể nồng độ càng cao thì chiều dài kén càng lớn, tuy nhiên chưa có các lý giải cụ thể được đưa ra trong các nghiên cứu trước đây

Hình 1.14 Hình thái tơ tự nhuộm trước và sau chuội (a) và Độ bền đứt, giãn đứt, phổ

XRD của tơ tự nhuộm so sánh với tơ trắng (b) [50]

Về tính chất của tơ, tác giả Tansil đã đánh giá hình thái tơ tằm thông qua kết quả phân tích bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) (hình

1.14a) và giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) (hình 1.14b) để báo cáo về sự tương đồng giữa tơ tự nhuộm và tơ trắng đối chứng [50]

Theo đó, cấu trúc tơ tự nhuộm được hiển thị với lõi fibroin và sericin bao bọc xung quanh, các đỉnh đặc trưng cho cấu trúc tinh thể tơ tằm trong phổ XRD cũng xuất hiện đối với tơ tự nhuộm, vì vậy cấu trúc tinh thể của tơ tự nhuộm và tơ trắng được nhận xét không có sự khác biệt Tính chất cơ học như độ bền và giãn đứt của tơ tự nhuộm cũng được báo cáo là tương đương với tơ trắng đối chứng Dựa vào đó, nhóm tác giả trên đã nhận định việc bổ sung chất màu vào thức ăn cho tằm không ảnh hưởng đến độ kết tinh của tơ tằm và do đó bảo tồn được các tính chất cơ học tự nhiên của tơ tằm

Cấu trúc tinh thể của tơ tằm sau quá trình tự nhuộm được cho là không thay đổi, tuy nhiên tơ tằm là vật liệu bán tinh thể bao gồm các cấu trúc định hình và vô định hình, việc chất màu đi vào tuyến tơ và hoà trộn với dung dịch tơ lỏng trước khi tằm nhả tơ có thể sẽ làm thay đổi tính chất tơ ở cấp độ cấu trúc vi mô Đối với sợi tơ tự nhuộm do tằm nhả ra, sự tồn tại của các phân tử màu trong cả sericin và fibroin có thể dẫn đến sự thay đổi trong vi cấu trúc của vật liệu tơ tằm, có thể phán đoán sự thay đổi trong tỷ lệ các hàm lượng acid amine cấu tạo tơ tằm Vì vậy cần có những nghiên cứu và phân tích sâu hơn về ảnh hưởng của việc ăn màu đến cấu trúc và tính chất tơ Ngoài ra, các cơ chế liên kết của chất màu với vật liệu cũng chưa được báo cáo

1.2.6 Tình hình nghiên cứu trong nước về phương pháp tạo màu tự nhuộm tơ tằm

Cho đến nay, trong kho dữ liệu công bố khoa học uy tín, tại Việt Nam chưa tìm thấy các báo cáo nghiên cứu về phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm; hoặc các thử nghiệm trước đây có quy mô nhỏ, mang tính tự phát và chưa được thực hiện như một công trình nghiên cứu khoa học Trên thực tế, các điều kiện thực nghiệm và tính chất của tơ kén là khác nhau ở mỗi nơi trên thế giới Vì vậy, để nghiên cứu xác định các thông số thực nghiệm thích hợp, cũng như phân tích các kết quả thu được một cách chính xác, luận án lựa chọn nghiên cứu phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm trong điều kiện nghiên cứu tại Việt Nam

1.3 Tổng quan về xử lý chuội tơ tằm

1.3.1 Khái niệm xử lý chuội tơ tằm

Trong sản xuất vải lụa tơ tằm, chuội là công đoạn xử lý ướt có hoặc không có sử dụng hoá chất nhằm loại bỏ thành phần sericin của tơ, giúp tơ có độ bóng tốt, cảm giác sờ tay mềm mại Sericin chiếm khoảng 11–32 % khối lượng tơ tằm vì vậy hiệu quả của quá trình xử lý chuội được đánh giá dựa trên tỷ lệ giảm trọng của tơ sau chuội, thông thường khoảng 25–32 % tuỳ theo các loại tơ tằm khác nhau

Trong dệt may nói riêng, tuỳ vào mức độ chuội của các lớp sericin mà tạo thành các loại vải lụa tơ tằm khác nhau như lụa ecru silk, half degummed silk/ matt silk và lustre silk [44] Mỗi loại sẽ có các tính chất cơ lý cũng như độ rủ, cảm giác sờ tay và độ bóng khác nhau và được sử dụng với nhiều mục đích trong may mặc Mặc dù sericin và fibroin đều là protein nhưng chúng khác nhau đáng