Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn cho vải bông sử dụng cho may mặc615

A THƠNG TIN CHUNG VỀ LUẬN ÁN TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN Trong khoảng vài năm trở lại đây, liên tục xuất nhiều loại bệnh dịch với phạm vi lan rộng toàn cầu dịch SARS, dịch cúm gia cầm… khiến nhu cầu cần bảo vệ người tiêu dùng người hoạt động lĩnh vực y tế như: bác sỹ, nhân viên y tế…chống lại vi khuẩn gây bệnh ngày tăng Hơn mơi trường khơng khí nhiễm kết hợp với điều kiện khí hậu nóng ẩm nước ta nguyên nhân làm gia tăng dịch bệnh Đây lý để sản phẩm vật liệu dệt kháng khuẩn ngày tăng chủng lo ại, số lượng, chất lượng nhằm thỏa mãn nhu cầu người tiêu dùng Ở Việt Nam năm gần đây, nhu cầu tiêu thụ sản phẩm dệt may kháng khuẩn tăng mạnh Nhưng phần lớn sản phẩm phải nhập từ nước với giá thành cao Kho ảng năm trở lại có số cơng trình nghiên cứu vải kháng khuẩn trường Đại học Bách khoa Hà Nội nhiên nghiên cứu phải sử dụng hóa chất kháng khuẩn nhập ngoại với giá thành cao nên vải kháng khuẩn chưa thể trở thành sản phẩm đại trà thông dụng Điều đặt câu hỏi cho ngành dệt Việt Nam khả sản xuất vật liệu dệt kháng khuẩn có giá thành phù hợp đáp ứng đơng đảo nhu cầu người tiêu dùng nước xuất Đây vấn đề thời sự, yêu cầu thực tế cần giải Để bảo vệ người sử dụng chống lại vi khuẩn có hại từ bên ngồi vải dệt kháng khuẩn trước tiên phải hiểu chế kháng khuẩn vải với tác nhân kháng khuẩn khác nhau, phải đánh giá đầy đủ tính chất vải sau xử lý kháng khuẩn thấy ưu nhược điểm c loại vải kháng khuẩn để từ làm chủ, phát triể n dòng sản phẩm Đây lý để thực đề tài: “Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn cho vải sử dụng may mặc” MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN: - Xây dựng qui trình cơng nghệ xử lý hồn tất kháng khuẩn cho vải sử dụng may mặc tác nhân kháng khuẩn khác đảm bảo yêu cầu chất lượng vải, chitosan sản xuất Việt Nam sử dụng hóa chất kháng khuẩn để xử lý cho vải may mặc - So sánh hiệu sử dụng chitosan sản xuất Việt Nam hóa chất kháng khuẩn cho vải v ới hai chế phẩm kháng khuẩn nhập ngoại chế phẩm triclosan chế phẩm amoni b ậc bốn Để đạt mục tiêu trên, nội dung nghiên cứu luận án bao gồm hai phần: nghiên cứu tổng quan nghiên cứu thực nghiệm Phần nghiên cứu tổng quan sử dụng phương pháp tham khảo tra cứu tài liệu cơng trình cơng bố liên quan đến vấn đề nghiên cứu để đề xuất hướng nghiên cứu Trong phần nghiên cứu thực nghiệm sử dụng phương p háp: thực nghiệm, kiểm tra, thử nghiệm, đo lường với qui mơ phị ng thí nghiệm, phương pháp phân tích liệu, kết hợp so sánh kết mẫu nghiên cứu với kết đối chứng mẫu đối sánh Quá trình nghiên cứu thực nghiệm tiến hành phịng thí nghiệm trường Đại học Bách khoa Hà Nội - Nội dung luận án trình bày thành ba chương: Chương 1: Tổng quan xâm nhập vi khuẩn qua vải xử lý kháng khuẩn cho vải dệt Chương 2: Đối tượng, nội dung phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết nghiên cứu bàn luận Kết luận chung luận án Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN - Đã xây dựng qui trình cơng nghệ xử lý hồn tất kháng khuẩn cho vải bơng ba loại hóa chất kháng khuẩn chitosan, triclosan amoni bậc bốn đảm bảo tính kháng khuẩn vải sau xử lý độ b ền kháng khuẩn vải sau 20 lần giặt - Đã sử dụng chitosan hóa chất kháng khuẩn để xử lý hồn tất cho vải bơng đảm bảo khả diệt khuẩn vải sau 20 lần giặt - Đã giải thích chất kháng khuẩn vải sau xử lý chitosan đề xuất chế liên kết chitosan với vải - Đã kết hợp phương p háp kiểm tra tính kháng khuẩn phương pháp vi sinh vật, phương pháp phân tích phổ hồng ngo ại (FTIR) phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) để giải thích khả kháng khuẩn vải bơng sau xử lý hoàn tất kháng khuẩn chitosan - Đã sử dụng nhiều thiết bị đánh giá tổng hợp chất lượng vải sau xử lý kháng khuẩn Đã kết hợp nhiều kỹ thuật kiểm tra, phân tích khác để đánh giá một nhóm tính chất vải nhằm làm rõ chất chúng kiểm tra tính xác kết nhận GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN - Đã tạo lo ại vải may mặc có chức kháng khuẩn tính kháng khuẩn vải giữ sau nhiều chu trình giặt - Đã tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có nước, có giá thành cạnh tranh với sản phẩm loại nhập ngoại, góp phần thúc đẩy, phát triển sản phẩm dệt may mang thương hiệu “Made in Vietnam” - Qui trình cơng nghệ xử lý hồn tất vải kháng khuẩn chitosan, chế phẩm triclosan amoni bậc bốn luận án áp dụng vào thực tế sản xuất công ty, doanh nghiệp dệt may tro ng nước - Góp phần thúc đẩy nghiên cứu tạo sản phẩm có kết hợp đa ngành, đa lĩnh vực khuyến khích - Kết hợp sử dụng nhiều loại thiết bị phân tích đại kính hiến vi điện tử quét (SEM), thiết b ị chụp phổ hồng ngoại (FTIR), thiết bị UV-VIS, Kawabata…trong nội dung nghiên cứu luận án - Là tài liệu khoa học hữu ích cho cán nghiên cứu cán kỹ thuật lĩnh vực nghiên cứu s ản xuất vậ t liệu dệt may ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN Sử dụng thành công chitosan sản xuất Việt Nam hóa chất để xử lý hồn tất kháng khuẩn cho vải bơng may mặc Đã kết hợp phương pháp kiểm tra tính kháng khuẩn phương pháp vi sinh vật, phương pháp phân tích phổ hồng ngo ại (FTIR) phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) để giải thích khả kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn vải bơng sau xử lý hồn tất chitosan Đã phân tích, đánh giá tổng hợp chất lượng vải kháng khuẩn chitosan vải kháng khuẩn hai chế phẩm nhập ngoại triclosan chế phẩm amo ni bậc bốn B NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SỰ XÂM NHẬP CỦA VI KHUẨN QUA VẢI VÀ XỬ LÝ KHÁNG KHUẨN CHO VẢI DỆT Để chống lại xâm nhập vi khuẩn xuyên qua vải hay ngăn chặn vi khuẩn bằ ng vải dệt, trước tiên cần phải tìm hiểu vấn đề như: lan truyền vi khuẩn, đặc điểm cấu trúc loại vải dệt đường mà vi khuẩn xâm nhập qua vải Từ đặc điểm cấu tr úc loại vải dệt thoi, dệt kim, không dệt cho thấy vi khuẩn với kích thước nhỏ xâm nhập qua vải theo đườ ng khô ng khí, chất lỏng, nước qua lỗ trống vải Để ngăn chặn vi khuẩn xuyên qua vải tạo “rào cản” vật lý ngăn chặn vi khuẩn cách học, bịt kín lỗ trống bề mặt vải Tuy nhiên làm làm tính tiện nghi (thống khí, thơng hơi…) vải may mặc Hơn với phương pháp ngăn chặn vi khuẩn xuyên qua vải vi khuẩn tồn phát triển bề mặt vải Đây hạn chế phương p háp Ngoài phương p háp “rào cản” vật lý cịn sử dụng phương pháp hóa lý để ngăn chặn vi khuẩn xâm nhập qua vải hay gọi xử lý kháng khuẩn cho vải phương pháp hóa lý, đưa lên vải hóa chất có khả kháng khuẩn tức tiêu diệt kìm hãm phát triển vi khu ẩn chúng tiếp xúc với vải nhờ tác nhân hóa học có khả diệt khuẩn vải Qua nghiên cứu xử lý kháng khuẩn cho vải dệt từ tài liệu tham khảo [52-72] luận án rút kết luận sau: KẾT LUẬN PHẦN TỔNG QUAN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN * Kết luận Quần áo sản xuất từ vải dệt ngồi chức thơng thường đượ c nhắc đến cịn phương tiện để bảo vệ người sử dụng chống lại xâm nhập vi khuẩn từ mơi trường bên ngồi Mặc dù tạo thành từ nhiều phương pháp khác nhau, nhiều loại nguyên liệu khác loại vải dệt có đặc điểm chung có lỗ trống bề mặt vải Đặc tính quan trọng cho phép quần áo có khả thống khí, thơng hơi…đảm bảo tính tiện nghi cho người mặc q trình sử dụng Nhưng đường mà vi khuẩn từ bên ngồi mơ i trường xâm nhập qua vải theo khơ ng khí, chất lỏng nước tác động trực tiếp đến thể Để bảo vệ người sử dụng quần áo chống lại xâm nhập vi khuẩn qua vải, người ta sử dụng phương pháp “rào cản” để ngăn chặn không cho vi khuẩn xâm nhập qua vải cách tạo màng polime che phủ lỗ tr ống bề mặt vải Tuy nhiên nhược điểm “rào cản” làm tính tiện nghi vải, tính chất quan trọng vải may mặc Hơn phương pháp vật lý ngăn chặn vi khuẩn xuyên qua vải khơng tiêu diệt chúng, vi khuẩn phát triển bề mặt vải Đây hạn chế phương pháp Phương pháp hóa lý sử dụng hóa chất kháng khuẩn để xử lý cho vải khắc phục đượ c hạn chế phương p háp “rào cản ” diệt vi khuẩn chúng tiếp xúc với vải mà khơng làm tính tiện nghi vải quan tâm nghiên cứu nhiều tác giả với nhiều nhóm tác nhân kháng khuẩn khác Tuy nhiên khả kháng khuẩn vải tính chất phụ thuộc vào nhiều điều kiện c ụ thể hóa chất kháng khuẩn, loại khuẩn kiểm tra, phương pháp đánh giá… Với vải may mặc kháng khuẩn yêu cầu tính kháng khuẩn vải sau xử lý cịn phải trì độ bề n kháng khuẩn c vải q trình sử dụng Các tính chất học, tính tiện nghi đóng vai trị quan trọng cấu thành nên chất lượng giá trị sử dụng vải Việc sử dụng hóa chất kháng khuẩn phải quan tâm đến vấn đề an tồn cho người sử dụng mơi trườ ng Trong hóa chất nghiên cứu ngồi tính kháng khuẩn, chitosan cịn đánh giá cao tính sinh thái người sử dụng môi trường * Hướng nghiên cứu luận án: - Nghiên cứu cơng nghệ xử lý hồn tất kháng khuẩn cho vải chitosan, chế phẩm triclosan chế phẩm amoni bậc bốn đảm bảo độ bền kháng khuẩn sau lần giặt - So sánh đánh giá tổng hợp chất lượng vải sau xử lý kháng khuẩn chitosan với chất lượng vải sau xử lý kháng khuẩn chế phẩm tricloan chế phẩm amoni bậc bốn CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.1.1 Vải Vải qua khâu tiền xử lý giũ hồ, nấu tẩy, kiềm bóng Các đặc tính kỹ thuật vải sau: (Bảng 2.2) Bảng 2.2: Các thông số kỹ thuật vải Chi số sợi Mật độ sợi Khối Khổ Thành Kiểu (Ne) (số sợi/inch) lượng vải phần xơ dệt (g/m2) (m) Dọc Ngang Dọc Ngang 100% Vân 24 24 68 60 140 điểm 2.1.2 Chitosan chất trợ * Chitosan sản xuất Việt Nam * Axit xitric 2.1.3 Chế phẩm triclosan Chế phẩm kháng khuẩn gốc Triclosan với tên thương mại Sanitized T96-21 2.1.4 Chế phẩm amoni bậc bốn Chế phẩm kháng khuẩn khuẩn gốc amoni bậc bốn với tên thương mại AEM 5775/2 2.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sử dụng luận án phương pháp thực nghiệm khoa học kết hợp vi sinh vật, lý, vật lý, quang lý cơng nghệ xử lý hồn tất hóa học Phịng thí nghiệm thuộc trường Đại học Bách khoa Hà nội 2.2.1 Kỹ thuật hồn tất gắn hó a chất kháng khuẩn lên vải Với ba loại hóa chất lựa chọn, nghiên cứu sử dụng kỹ thuật ngấm ép – sấy – gia nhiệt để đưa hóa chất kháng khuẩn lên vải bơng 2.2.2 Phương pháp kiểm tra tính kháng khuẩn vải sau xử lý 2.2.2.1 Phương pháp trực tiếp Luận án sử dụng phương pháp lắc động theo tiêu chuẩn ASTM E2149-01 để kiểm tra khả kháng khuẩn vải sau xử lý Vi khuẩn sử dụng nghiên cứu luận án vi khuẩn Escherichia coli (E.coli) theo tiêu chuẩn AATCC 11303 2.2.2.2 Phương pháp gián tiếp - Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại: Phương pháp thực thiết bị Nicolet 6700 FT-IR Spectrometer hàng Thermal (Mỹ) phịng thí nghiệm trọng điểm Hóa dầu – Viện kỹ thuật Hóa học- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - Phương pháp gián tiếp quan sát ảnh chụp hiển vi: Phương pháp thực thiết bị JEOL 6360 (Nhật Bản) phịng thí nghiệm tr ọng điểm Vật liệu polime Compozit- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2.3 Nội dung nghiên cứu 2.3.1 Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn cho vải bơng chitosan 2.3.1.1 Nghiên cứu xây dựng qui trình cô ng nghệ xử lý gắn chitosan lên vải 2.3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng số thô ng số công nghệ (nhiệt độ gia nhiệt, thờ i gian gia nhiệt, mức ép) đến tính kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn vải xử lý với chitosan 2.3.1.3 Nghiên cứu lựa chọn phương án tối ưu cho chất lượng vải kháng khuẩn, đảm bảo độ bền kháng khuẩn sau 20 lần giặt 2.3.1.4 Nghiên cứu chất kháng khuẩn chế liên kết chitosan vải bơng 2.3.1.5 Nghiên cứu p hân tích, đánh giá tổng hợp chất lượng vải sau xử lý kháng khuẩn chitosan 2.3.2 Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn cho vải với chế phẩm triclosan chế phẩm amoni bậc bốn 2.3.2.1 Xây dựng qui trình cô ng nghệ gắn chế phẩm triclosan amoni bậc bốn lên vải bơng 2.3.2.2 Nghiên cứu tính kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn vải sau xử lý với chế phẩm triclosan chế phẩm amoni bậc bốn 2.3.2.3 Nghiên cứu phân tích, đánh giá tổng hợp chất lượng vải sau xử lý kháng khuẩn với chế phẩm triclosan chế phẩm amoni bậc b ốn 2.3.3 So sánh hiệu xử lý hồn tất vải bơng kháng khuẩn chitosan, chế phẩm triclosan chế phẩm amoni bậc bốn 2.4 Kết luận: Để đạt mục tiêu luận án, nội dung nghiên cứu thực nghiệm luận án bao gồm: - Nghiên cứu xử lý hồn tất kháng khuẩn cho vải bơng ba loại hóa chất kháng khuẩn chitosan sản xuất Việt Nam, hai chế phẩm nhập triclosan amoni bậc bốn sử dụng kỹ thuật ngấm ép- sấy- gia nhiệt để gắn hóa chất kháng khuẩn lên vải - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ nhiệt độ gia nhiệt, thời gian gia nhiệt mức ép đến tính kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn vải xử lý chitosan Lựa chọn phương án công nghệ tốt đảm bảo độ bền kháng khuẩn sau 20 lần giặt vải bơng xử lý với chitosan - Ngồi tính kháng khuẩn vải sau xử lý, tính chất lý, tiện nghi, sinh thái vải sau xử lý kháng khuẩn với ba hóa chất kháng khuẩn kiểm tra Qua đánh giá tổng hợp chất lượng vải sau xử lý kháng khuẩn - Quá trình nghiên cứu luận án tiến hành phịng thí nghiệm trường Đại học Bách kho a Hà Nội theo tiêu chuẩn Việt Nam Quốc tế CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 3.1 Kết nghiên cứu xử lý kháng khuẩn vải chitosan 3.1.1 Qui trình cơng nghệ xử lý kháng khuẩn cho vải bơng chitosan Qui trình xử lý hồn t ất kháng khuẩn cho vải với chitosan tiến hành theo bước thể hình 3.1 đây: Mẫu vải tiền xử lý (Mẫu vải tr ước xử lý ng ẩ Sấy mẫu (t= 85 0C, thời gian phút) Giặt nước cất Gia nhiệt (t= 150-1800C, thời gian 1-3 phút) Điều hòa mẫu điều kiện phòng TN (t= 25-300 C, φ= 60-70%) Giặt mẫu sấy (phơi) khô Ngấm dung dịch có chứa chitosan cá c hóa chất khác Để hồi ẩm điều kiện chuẩn (t= 27+/-2 C, φ= 65+/-4%) Ép mẫu vải ngấm dung dịch hóa chất mức ép lựa chọn (75-95%) Cho o bả o quản túi PE (Mẫu vải xử lý kháng khuẩn) Hình 3.1: Qui trình cơng nghệ xử lý hoà n tất gắn chitosan lên vải 3.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ gia nhiệt đến tính kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn ( tính kháng khuẩn sau 03 lần giặt) vải bơng xử lý với chitosan Bảng 3.1: Kết nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ gia nhiệt đến tính kháng khuẩn vải xử lý với chitosan Mẫu vải Nhiệt độ gia nhiệt (0 C) Thời gian gia nhiệt (phút) Đ/C 150 160 170 180 2 2 Mẫu vải Nhiệt độ gia nhiệt (0 C) Thời gian gia nhiệt (phút) 150 160 170 180 2 2 Số lượng vi khuẩn E.coli ban đầu ( x 10 5) 152 134 83 380 200 Số lượng vi khuẩ n E.coli lại sau thời gia n tiếp xúc với vải ( x 105 ) phút 60 phút 164 194 72 10 12 239 14 128 19 Tỷ lệ vi khuẩn giảm sa u thời gia n tiếp xúc với vải R (% ) phút 60 phút 69.23 95.72 85.54 100.00 37.10 96.31 36.00 90.50 Số lượng vi khuẩn E.coli ban đầu ( x 10 5) 96 105 84 114 Số lượng vi khuẩn E.coli lại sau thời gia n tiếp xúc với vải ( x 105 ) phút 60 phút 75 29 55 33 69 13 107 31 Tỷ lệ vi khuẩn giảm sa u thời gia n tiếp xúc với vải R (% ) phút 60 phút 21.87 69.79 47.61 68.57 17.85 84.52 6.14 72.80 Ảnh h ưở ng nhiệt độ gia nhi ệ t đế n tín h k h án g k huẩn vải xử lý với chit os an 120 Ảnh h ưở ng nhi ệ t độ g ia nhiệ t đến độ b ền k h khuẩn vải xử lý với ch it os an 100 100 T ỷ lệ diệt khuẩn (%) T ỷ lệ diệt khuẩn (%) Bảng 3.2: Kết nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ gia nhiệt đến độ bền kháng khuẩn (tính kháng khuẩn vải sau 03 lần giặt) vải xử lý với chitosan 80 60 40 0h 20 1h 140 A 150 160 170 180 190 80 60 40 20 140 B Nhi ệ t độ g ia nhi ệ t (độ C) 0h 1h 150 160 170 180 190 Nhi ệt độ g ia n hiệt (độ C) Hình 3.2 (A): Ảnh hưởng nhiệt độ gia nhiệt đến tính kháng khuẩn hình 3.3(B) ảnh hưởng nhiệt độ gia nhiệt đến độ bền kháng khuẩn vải xử lý với chitosan Sau phút (0h) tiếp xúc với vi khuẩn (VK), mẫu xử lý (XL) từ 150-1800C diệt 40% VK Sau 1h tiếp xúc mẫu có khả diệt khuẩn cao (90-100%), mẫu ko XL không kháng khuẩn Tuy nhiên tỷ lệ diệt khuẩn mẫu xử lý nhiệt độ khác chưa xu hướng rõ ràng Sau 03 lần giặt, thấy nhiệt độ tăng khả kháng khuẩn (KNKK) mẫu tăng từ 68 đến 84% Chứng tỏ nhiệt độ gia nhiệt có ảnh hưởng đến liên kết chitosan (CTS) vải Các mẫu xử lý 150-1600C giảm 2530%, mẫu 3,4 giảm 11-14%, mẫu xử lý 1700C cho kết tốt 100 80 60 DC Mau Mau Mau Mau 1732cm 1582cm-1 -1 G1 G2 G3 G4 % Transmittance 40 20 -20 -40 -60 4000 3500 3000 2500 2000 1000 560.1 520.2 706.5 615.7 668.2 906.7 1239.3 1114.8 1163.7 1058.9 1031.0 1429.7 1500 1338.3 1318.5 1282.2 -140 1649.2 2900.9 3343.2 -120 1371.8 -80 -100 500 Wavenum bers (cm -1) Hình 3.4: Ảnh phổ hồng ngoại mẫu vải không xử lý (vị trí cùng) mẫu vải xử lý sau 03 lần giặt (thứ tự từ xuống mẫu 4, 3, 2, 1) Numbe r o f s a mple sc a ns : 64 Numbe r o f backgro und sca ns: 64 Res o lutio n: 2.000 Sa mple ga in: 4.0 Mi rror ve lo c i ty: 0.6329 A pe rture: 100.00 Để tìm hiểu chất kháng khuẩn vải bơng sau xử lý với chitosan, nghiên cứu phân tích phổ hồng ngoại FTIR mẫu vải sau xử lý mẫu vải trước xử lý Từ hình 3.4 cho thấy với mẫu xử lý với chitosan so với mẫu khô ng xử lý, ảnh nhận có thêm 02 pick bước sóng 1732cm-1, 1582cm-1, tương ứng với pick nhóm chức C=O este NH [14,15,16,89] Sự xuất pick mẫu vải xử lý với chitosan chứng tỏ có phản ứng este xảy (pick bước sóng 1732cm-1) có N vải bơng Sự có mặt nhóm amin bậc hai (NH) vị trí bước sóng 1582cm-1 phổ hồng ngoại chứng tỏ có phản ứng hóa học xảy với nhóm amin b ậc (NH2) tạo thành nhóm amin bậc Sự xuất pick bước sóng 1582cm-1 tương ứng với nhóm amin bậc mẫu vải xử lý sau 03 lần giặt giải thích cho tính kháng khuẩn vải sau xử lý c ũng vải xử lý sau 03 lần giặt 3.1.3 Ảnh hưởng thời gian gia nhiệt đến tính kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn ( tính kháng khuẩn sau 03 lần giặt) vải xử lý với chitosan Bảng 3.3: Kết nghiên cứu ảnh hưởng thời gian gia nhiệt đến tính kháng khuẩn vải xử lý với chitosan Mẫu vải Nhiệt độ gia nhiệt (0 C) Thời gian gia nhiệt (phút) ĐC 180 180 180 Mẫu vải Nhiệt độ gia nhiệt (0 C) Thời gian gia nhiệt (phút) ĐC 180 180 180 Số lượng vi khuẩn E.coli ban đầu ( x 10 5) 152 234 45 55 Số lượng vi khuẩn E.coli lại sau thời gia n tiếp xúc với vải ( x 105 ) phút 60 phút 164 194 72 13 0 Tỷ lệ vi khuẩn giảm sa u thời gia n tiếp xúc với vải R (% ) phút 60 phút 69.23 97.00 71.11 100.0 100.0 100.0 Số lượng vi khuẩn E.coli ban đầu ( x 10 5) 220 216 114 234 Số lượng vi khuẩn E.coli lại sau thời gia n tiếp xúc với vải ( x 105 ) phút 60 phút 197 157 123 41 107 27 157 40 Tỷ lệ vi khuẩn giảm sa u thời gia n tiếp xúc với vải R (% ) phút 60 phút 1.04 2.86 43.05 81.01 7.63 76.31 32.90 82.90 Bảng 3.4: Kết nghiên cứu ảnh hưởng thời gian gia nhiệt đến độ bền kháng khuẩn (tính kháng khuẩn vải sau 03 lần giặt) vải xử lý với chitosan Ảnh hưởng thời gian gia nhiệ t đến độ bền k háng k huẩn vải xử lý với chit os an 100 120 100 A 80 60 40 20 Tỷ lệ diệt khuẩn (%) Tỷ lệ diệt khuẩn (%) Ảnh hưởng thời gian gia nhiệ t đến tính k háng k huẩn vải xử lý với chit os an 0h 1h 80 60 40 B Thời gian gia nhiệt (phút) 0h 20 1h 0 Thời gian gia nhiệt (phút) Hình 3.5 (A): Ảnh hưởng thời gian gia nhiệt đến tính kháng khuẩn hình 3.6 (B) ảnh hưởng thời gian gia nhiệt đến độ bền kháng khuẩn vải xử lý với chitosan Sau 0h tiếp xúc với VK mẫu có tốc độ diệt khuẩn cao, đạt 70%, mẫu đạt 100% Sau 1h tiếp xúc khả diệt khuẩn mẫu đạt gần 100% Sau 03 lần giặt KNKK mẫu giảm xuống, nhiên mẫu khơ ng có chênh lệch lớn Có thể gia nhiệt 1800C ảnh hưởng thời gian gia nhiệt đến tính kháng khuẩn vải khơng rõ ràng Hơn gia nhiệt 180 0C làm cho vải ngả sang mầu vàng So sánh với mẫu XL 1700C cho kết tốt mẫu sau XL sau 03 lần giặt Nên hạ thấp nhiệt độ gia nhiệt để làm ảnh hưởng đến chất lượng vải bơng bảo đảm tính KK độ bền KK vải 1733cm -1 4000 3500 3000 2500 2000 559.8 521.6 432.7 614.3 707.2 667.2 451.9 437.6 614.4 560.1 522.3 706.9 667.6 560.2 521.8 900.0 614.5 1058.2 1031.0 1000 707.2 667.1 1163.9 1114.0 1058.0 1030.9 1164.2 1114.6 439.4 1500 1058.4 1429.9 1372.2 1338.1 1318.3 1282.1 1238.1 1454.3 1430.4 1372.2 1338.2 1318.4 1282.4 1238.5 1203.2 1164.6 1115.3 1429.7 -120 1318.3 1282.2 1237.1 1729.9 3345.8 2901.7 -80 -100 1582.9 -60 1645.3 -40 2136.6 2901.9 -20 13371371.7 1733.1 1649.5 2132.6 2902.0 3344.3 20 3342.4 %Transmittance 40 1582.9 60 1649.0 2135.8 80 3802.0 100 1584cm- 500 Wavenumbers (cm-1) Number of samp le sca ns: 64 Number of background scans: 64 Resolution: 2.000 Sa mple ga in: 4.0 Mirro r velocit y: 6329 Ap erture : 10 0.00 Hình 3.7: Ảnh phổ hồng ngoại mẫu vải xử lý kháng khuẩn với chitosan sau 03 lần giặt Từ xuống lần l ợt mẫu 1, 2, Quan sát phổ FTIR mẫu xử lý sau 03 lần giặt thấy kết tương tự phổ FTIR mẫu gia nhiệt với nhiệt độ khác (hình 3.4) Vẫn có hai pick xuất bước sóng 1733cm-1, 1584cm -1 (hình 3.7) tương ứng với nhóm chức C=O este, NH 3.1.4 Ảnh hưởng mức ép đến tính kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn (tính kháng khuẩn sau 03 lần giặt) vải bơng xử lý với chitosan Bảng 3.5: Kết nghiên cứu ảnh hưởng mức ép đến tính kháng khuẩn vải xử lý với chitosan Mẫu vải Mức ép (% ) Số lượng vi khuẩn E.coli ban đầu ( x 10 5) ĐC 75 80 85 95 47 55 29 18 64 Mẫu vải Mức ép (% ) Số lượng vi khuẩn E.coli ban đầu ( x 10 5) ĐC 75 80 85 95 30 103 35 30 130 Số lượng vi khuẩn E.coli lại sau thời gia n tiếp xúc với vải ( x 105 ) phút 60 phút 46 46 14 Tỷ lệ vi khuẩn giảm sa u thời gia n tiếp xúc với vải R (% ) phút 60 phút 89.09 100.0 82.75 100.0 83.33 100.0 78.12 100.0 Số lượng vi khuẩ n E.coli lại sau thời gia n tiếp xúc với vải ( x 105 ) phút 60 phút 34 28 45 17 4 113 51 Tỷ lệ vi khuẩn giảm sa u thời gia n tiếp xúc với vải R (% ) phút 60 phút 0.60 56.31 83.49 88.57 97.14 53.33 90.00 13.07 60.76 Bảng 3.6: Kết nghiên cứu ảnh hưởng mứ c ép đến độ b ền kháng khuẩn (tính kháng khuẩn vải sau 03 lần giặt) vả i xử lý với chitosan Tỷ lệ di ệ t khuẩn (%) 120 100 80 60 40 0h 20 1h Ảnh hưởng củ a m ứ c é p đế n độ bề n k h án g k huẩn củ a v ải xử lý vớ i ch it o san 120 Tỷ lệ di ệ t khuẩn (%) Ảnh hưởng c m ứ c é p đến t ín h k h án g k hu ẩn củ a vải x lý vớ i c h ito s an 100 80 60 40 0h 20 1h 70 75 80 85 90 M ức é p (%) 95 100 70 75 80 85 90 Mức é p (%) 95 100 Hình: 3.8 (A) thể ảnh hưởng mức ép đến tính kháng khuẩn hình 3.9 (B) thể ảnh hưởng mức ép đến độ bền kháng khuẩn vải xử lý với chitosan Sau nghiên cứu (NC) ảnh hưởng nhiệt độ gia nhiệt thời gian gia nhiệt đến tính kháng khuẩn (KK) độ bền KK, thấy với nhiệt độ gia nhiệt 1700C, thời gian phút cho kết tốt NC sử dụng thông số để NC ảnh hưởng mức ép đến tính KK, độ bền KK Sau 0h tiếp xúc KN diệt khuẩn tốt, tỷ lệ 80%, sau 1h tỷ lệ diệt khuẩn 100% Sau 03 lần giặt KNKK giảm, đạt từ 60-97%, rõ ràng phụ thuộc vào mức ép KNKK giảm dần mức ép tăng dần, mẫu số cho KQ tốt nhất, mẫu số Tính kháng khuẩn giảm dần từ mức ép 80% đến mức ép 95%, với mức ép 95% KNKK vải sau 03 lần giặt bị giảm đáng kể (61%), mẫu số cho KQ tốt mẫu 10 Mối liên hệ m ức ép KNKK vải sau 03 lần giặt giả thiết lý do: - Khi giảm mức ép (tăng lực ép), CTS dễ ngấm sâu vào cấu trúc xơ, sợi, dễ tạo LK với vải, độ bền KK tăng - Lức ép băng cao su làm tăng lực LK lớp màng CTS vải bơng Hình 3.10: Hình ảnh SEM bề mặt xơ mẫu vải: Mẫu trước xử lý (1), mẫu sau xử lý (2) mẫu vải xử lý sau 05 lần giặt (3) Ảnh 1: Xơ bóng mượt, thấy rõ rãnh xoắn xơ đường xoắn vi thớ (microfibril) Ảnh 2: Mẫu vải sau XL, xơ trơn mượt không rõ vi thớ Ảnh 3: Bề mặt xơ có tưa nhỏ, màng CTS bị tổn thương sau lần giặt Kết phù hợp KQ kiểm tra tính KK theo phương p háp vi sinh vật, sau giặt mẫu có tính kháng khuẩn tốt, tính KK bị giảm xuống 3.1.5 Thông số công nghệ tối ưu xử lý kháng khuẩn cho vải với chitosan có độ bền kháng khuẩn sau 20 lần giặt Từ kết nghiên cứu khả kháng khuẩn vải sau xử lý sau 03 lần giặt (bảng 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6) thấy với nhiệt độ gia nhiệt 1700C, thời gian gia nhiệt phút mức ép 80% thông số công nghệ tốt (tương đương phương án XL 1800C) cho khả kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn vải xử lý với chitosan Tuy nhiên, xử lý vải môi trường axit nhiệt độ cao ảnh hưở ng đến tính chất lý khác vải, luận án đánh giá thêm tính chất vải như: độ bền kéo đứt, độ giãn đứt, độ thống khí khả phục hồi nhàu vải sau xử lý theo phương án gia nhiệt mức ép khác để lựa chọn phương án phù hợp Độ giãn vải sau XLKK m ức n hiệt độ gia nhiệt 50 400 300 200 Dọc Ngang 100 140 150 60 70 80 Nhiệt độ gia nhiệt (độ C) 190 Độ giãn (mm) Độ bền kéo đứt (N) 500 Độ b ền vải sau XLKK m ức nhiệt độ gia nhiệt 40 30 20 10 140 B 150 160 170 180 Nhiệt độ g ia n hiệ t (độ C) Dọc Ngang 190 Hình 3.10a: Độ bền kéo đứt (A) độ giãn đứt (B) vải XLKK mức nhiệt độ gia nhiệt khác 11 Độ tho k h í vải sau XLKK vớ i cá c m ức é p Gó c ph ục h ồi nh àu (độ ) Độ th ố n g khí (l /m / s) 165 Khả n ăng h ồi nh àu vải sau XLKK với mức nhiệt độ g ia nhi ệt 160 140 120 100 80 60 40 Dọc 20 Ngang 150 160 170 180 Nhi ệt độ g ia nhiệ t (độ C) 160 155 150 145 75 80 85 M ức é p (%) 90 95 Hình 3.10b: Độ thống khí vải sau xử lý kháng khuẩn với mức ép khác Hình 3.10c: Độ chống nhàu vải sau xử lý kháng khuẩn mức nhiệt độ gia nhiệt Từ kết nghiên cứu hình 3.10a, 3.10b, 3.10c thấy rằng: - Nhiệt độ gia nhiệt cao độ bền độ giãn c vải vải giảm - Khi tăng mức ép (giảm lực ép) độ thống khí c vải giảm dần - Nhiệt độ gia nhiệt tăng góc phục hồi nhàu vải tăng Từ kết nghiên cứu tính kháng khuẩn, độ bền kháng khuẩn (bảng 3.13.6), độ bền kéo đứt, độ giãn đứt (hình 3.10a), độ thống khí (3.10b) độ chống nhàu (3.10c) vải sau xử lý kháng khuẩn cho thấy với phương án xử lý nhiệt độ gia nhiệt 1700C, thời gian gia nhiệt phút mức ép 80% thô ng s ố công nghệ cho khả kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn vải sau xử lý tốt, đồng thời kết hợp kết kiểm tra tính chất độ bền, độ giãn, thống khí, chống nhàu vải cho thấy phương án phù hợp Các mẫu vải xử lý với thông số giặt tiếp kiểm tra tính kháng khuẩn sau lần giặt Kết khả kháng khuẩn vải xử lý b ằng chitosan sau 10 lần giặt Bảng 3.7: Kết nghiên cứu tính kháng khuẩn vải xử lý với chitosan sau 10 lần giặt Mẫu vả i Nhiệt độ gia nhiệt (0 C) Thời gia n gia nhiệt (phút) Mức ép (%) ĐC 170 XL Số lượng vi khuẩn E.coli ban đầu ( x 105) Số lượng vi khuẩn E.coli lại sau thời gian tiếp xúc với vải ( x 105) phút 60 phút Tỷ lệ vi khuẩn giảm sa u thời gia n tiếp xúc với vải R (% ) phút 60 phút 21 14 16 33.33 - 32 18 43.75 84.37 80 12 DC 3343.4 20 10 -0 4000 3500 3000 2500 2000 521.7 899.2 438.5 559.8 706.5667.0 614.5 1282.2 1236.8 521.8 560.1 1164.4 1114.4 1058.2 1031.0 707.0 667.6 614.4 30 1430.3 2901.6 1454.7 40 1203.0 1164.5 50 1115.2 1058.2 1030.9 1429.8 1649.8 60 1372.4 1337.9 1318.3 70 2132.6 2901.9 80 3344.2 %Transmit t ance 90 1282.4 1239.3 1640.1 100 1372.0 1338.21318.4 1730.9 110 1584.4 120 438.5 2136.1 130 1500 1000 500 Wavenumbers (c m-1) Number of sample scans: 64 Number of background scans: 64 Resoluti on: 2.000 Sample gain: 4.0 Mi rror veloci t y: 0.6329 Aperture: 100.00 Hình 3.11: Ảnh phổ hồng ngoại mẫu vải xử lý kháng khuẩn chitosan sau 10 lần giặt (vị trí trên) mẫu vải khơng xử lý (vị trí dưới) Kết khả kháng khuẩn vải xử lý chitosan sau 20 lần giặt Bảng 3.9: Kết nghiên cứu tính kháng khuẩn vải xử lý với chitosan sau 20 lần giặt Nhiệt độ gia nhiệt (0 C) Số lượng vi khuẩn E.coli ban đầu ( x 10 5) Mức ép (%) ĐC 170 2 phút 60 phút 59 61 54 - 8.47 46 31 20 48.33 56.52 3343.4 -60 4000 3500 3000 2500 2000 560.1 438.5 707.0 667.1 560.1 667.6 614.4 521.8 899.2 1058.3 1031.2 1114.8 614.4 522.4 1500 707.0 -40 1058.2 1030.9 2901.6 1454.7 1430.3 1372.0 133813 218.4 1282.4 1239.3 1203.0 1164.5 -20 1115.2 1649.8 3342.3 20 2132.6 2901.7 40 1429.9 1372.4 133713 18.4 1282.3 1237.0 1164.4 1730.1 60 439.7 2136.1 DC 80 %Transmittance Tỷ lệ vi khuẩn giảm sa u thời gia n tiếp xúc với vải R (% ) 80 XL 100 Số lượng vi khuẩn E.coli lại sau thời gian tiếp xúc với vải ( x 105) phút 60 phút 1642.8 1588.0 Mẫu vả i Thời gia n gia nhiệt (phút) 1000 500 Wavenumbers (cm-1) Hình 3.13: Ảnh phổ hồng ngoại mẫu vải xử lý kháng khuẩn chitosan sau 20 lần giặt (vị trí trên) mẫu vải khơng xử lý (vị trí dưới) Number of sample sc ans: 64 Number of ba ckg round sca ns: 64 Resolution: 2.000 Sample g ain: 4.0 Mirror velocit y: 0.6329 Aperture: 100.00 Từ bảng 3.8 bảng 3.9 thấy sau 15 20 lần giặt vải bơng xử lý với chitosan giữ tính kháng khuẩn khả kháng khuẩn giảm đáng kể, với tỷ lệ vi khuẩn giảm tương ứng 63.63% 56.52% Thêm lần phân tích ảnh phổ hồng ngoại FTIR chứng minh mẫu 13 vải sau 20 lần giặt giữ tính kháng khuẩn thông qua việc xuất pick bước sóng 1730cm-1 1588cm-1 (hình 3.13) Hình 3.14: Ảnh SEM xơ mẫu vải xử lý với chitosan trước giặt (hình bên trái) m ẫu vải xử lý với chitosan sau 20 lần giặt (h ình bên phải) Ảnh hưởng 20 trình giặt đến tính kháng khuẩn vải bơng đánh giá thơng qua phân tích hình ảnh bề mặt xơ bơng mẫu vải xử lý với chitosan hiển vi điện tử quét (SEM) (hình 3.14) Từ hình 3.14 thấy r ằng sau 20 chu trình giặt bề mặt xơ bơng bị tổn thương nhiều thể xơ bi tưa ra, bề mặt xơ khơng cịn phẳng nhẵn trước giặt Giả thiết màng chitosan bao bọc quanh xơ bị phá vỡ lượng chitosan thể khả kháng khuẩn vải bị giảm đáng kể sau 20 lần giặt (bảng 3.9) Tuy nhiên có lượng chitosan tạo liên kết chặt chẽ với xenlulo tồn vải sau 20 chu trình giặt Do vải có tính kháng kháng khuẩn sau 20 chu trình giặt thể qua bảng 3.9 hình 3.13 Từ kết nghiên cứu kết luận rằng: - Trong miền nghiên cứu luận án, nhiệt độ gia nhiệt 1700C, thời gian gia nhiệt phút, mức ép 80% thông số công nghệ cho khả kháng khuẩn, độ bền kháng khuẩn vải xử lý với chitosan sau 20 lần giặt - Xử lý hoàn tất kháng khuẩn cho vải chitosan đưa lượng chitosan lên vải bơng Chính lượng chitosan có vải bơng tạo cho vải có tính kháng khuẩ n độ bền kháng khuẩn sau nhiều lần giặt - Sau nhiều chu trình giặt, số liên k ết chitosan xenlulo dần bị phá vỡ (hình 3.12 3.14) dẫn đến khả kháng khuẩn vải bị giảm dần ( từ bảng 3.5, 3.6 đến bảng 3.7, 3.8, 3.9) Tuy nhiên sau 20 chu trình giặt, vải bơng xử lý với chitosan giữ tính kháng khuẩn (bảng 3.9) chứng tỏ lượng chitosan định liên kết bền vững với xenlulo khô ng bị nên giữ cho vải có tính kháng khuẩn Mặt khác xuất nhóm NH vải bơng thể thơng qua xuất pick 1584cm-1 phổ hồng ngoại FTIR mẫu vải xử lý với chitosan sau 20 chu trình giặt chứng tỏ điều ( hình 3.13) - Để hiểu rõ chất kháng khuẩn vải sau xử lý chế liên kết chitosan với vải sau xử lý, luận án đưa phản ứng hóa học xảy chitosan, CA với vải bơng q trình xử lý, phân tích ảnh phổ hồng ngoại FTIR vải không xử lý, vải xử lý với CA vải xử lý với chitosan với có mặt CA So sánh ảnh chụp hiển vi điện tử quét SEM mẫu vải không xử lý vải xử lý với chitosan tr ước 14 giặt sau 5, 10, 20 chu trình giặt kết hợp với kết nghiên cứu từ mục 3.1.2 đến 3.1.5 để giải thích rõ vấn đề 3.1.6 Bản chất kháng khuẩn vải sau xử lý chế liên kết chitosan với vải m Hình 3.15: Cơng thức cấu tạo hóa học chitosan (1), cơng thức cấu tạo hóa học xenlulo (2), cơng thức hóa học axit xitric (CA) (3) Thứ cơng thức c ấu tạo hóa học chitosan (hình 3.15-1) có ion N+, cation tự nhiên chitosan Khi gặp vi sinh vật nói chung hay vi khuẩn nói riêng, cation phản ứng với thành phần anion bề mặt tổ chức vi khuẩn, gây nhiễu loạn, làm thay đổi tính thấm thành tế bào, phá hủy thành tế bào gây rò r ỉ quan nội bào vi khuẩn, làm cho vi khuẩn chết [47] Thứ hai phân tử chitosan lọt vào thành tế bào, phản ứng với DNA tế bào vi khuẩn làm ức chế RNA tổng hợp prôtein vi khuẩn dần làm vi khuẩn chết [47] Thứ ba chitosan hút chất tĩnh điện âm bên tro ng thành tế bào vi khuẩn, khiến chúng kết lại thành chùm, gây nhiễu loạn bên thành tế bào, ức chế hoạt động sinh lý vi khuẩn, phá hủy thành tế bào vi khuẩn [47] Thứ tư, phần 3.1.4 giả thiết tồn lớp màng chitosan bao phủ bề mặt xơ Khi vi khuẩn tiếp xúc với vải, màng chitosan ngăn cản trao đổi chất qua thành tế bào vi khuẩn, làm cho vi khuẩn không phát triển chết Hình 3.15 cơng thức cấu tạo hóa học chitosan (1), xenlulo (2), CA (3) Từ công thức hóa học chitosan xenlulo cho thấy khác chitosan xenlulo nhóm amin NH2 vị trí C-2 chitosan thay nhóm hydroxyl OH xenlulo Trong dung dịch hóa chất ngấm ép cho vải bao gồm chất sau: Xenlulo, chitosan, axit xitric (CA) Trong CA khơng có tác dụng để hịa tan chitosan mà cịn đóng vai trị chất tạo liên kết ngang phân tử xenlulo, phân tử chitosan phân tử xenlulo chitosan Phản ứng hóa học xảy trường hợp sau: 15 Phản ứng xảy chitosan - CA: CH2 OH CH 2OH O O * O OH + mCA-COOH * * → O OH n NH O C CA O OH * → + mCA-COOH * O OH + mH2 O * n n NH NH + mH 2O CH2 OOC-CA O CH2 OH O n NH O * * O C CA C CA Phản ứng este hóa xảy xenlulo - CA: CH2OH CH OOC-CA O O * O OH + mCA-COOH → * * O OH n OH * + mH2 O n OH Phản ứng este hóa xảy chitosan- CA- xenlulo OH * OH CH2 OH O O O * * n O OH n CH NH O C C O O CH OH C CH2 + H2 O COOH OH C C O O A CH NH2 B CH2 O O OH + H2 O O O Hoặc O * COOH CH2 CH C * * * n n’ O OH OH * n n’ - - Giả thiết 1: Các nhóm cacboxyl CA ester hóa nhóm hydroxyl CTS, nhiều phân tử CA CTS tạo thành màng CTS bề mặt xơ Do khơng tạo thành LK hóa học CTS-xenlulo LK CTS-xenlulo liên kết hóa lý - Giả thiết 2: Các nhóm cacboxyl CA ester hóa nhóm hydroxyl xenlulo, phân tử CA đồng thời ester hóa hai phân tử xenlulo Tạo liên kết 16 -100 -120 4000 3500 3000 2500 2000 439.7 522.4 707.2 666.9 614.3 560.4 522.3 440.3 707.0 667.6 1000 707.0 667.1 1115.2 1058.2 1030.9 1454.7 1430.3 1372.0 1338.2 1318.4 1282.4 1239.3 120311 064.5 1644.4 1500 614.4 560.1 2901.7 -80 1730.1 -60 1430.0 1429.9 1372.4 1337.5 1371.6 133713 18.4 1318.5 1282.3 1282.2 1237.0 1236.3 1164.4 1163.8 1114.8 1113.8 1058.7 1031.2 2136.1 2900.9 3345.7 -40 1642.8 1588.0 -20 1729.6 2136.4 2901.6 3343.4 20 3342.3 %Transmittance 40 614.4 560.1 521.8 899.2 1649.8 60 899.8 DC Mau CA Mau CTS 2132.6 80 438.5 ngang CA xenlulo Nếu khả xảy làm khả phục hồi BD vải cải thiện khả kháng nhàu vải - Giả thiết 3: Các nhóm cacboxyl CA đồng thời ester hóa CTS xenlulo, tạo liên kết hóa học CTS-xenlulo, CA cầu nối Trên thực tế, tất trường hợp xảy Tuy nhiên kết hợp KQ KT độ bền KK, phổ IR, SEM cho thấy kết hợp trường hợp giả thiết có sở KH Kết ảnh phổ FTIR (hình 3.15a) cho thấy so với mẫu khô ng xử lý, mẫu vải xử lý với CA xuất pick bước sóng 1730cm-1 chứng tỏ có phân tử CA este hóa phân tử xenlulo Điều phù hợp với phản ứng hóa học trường hợp (2) Mẫu vải xử lý với chitosan với có mặt CA ngồi pick 1730cm-1 tương ứng với nhóm cacbonyl este cịn có thêm pick bước sóng 1588cm-1 (tương ứng với nhóm imin NH) chứng tỏ phân tử CA khơ ng este hóa phân tử xenlulo (pick 1730cm-1) mà cịn este hóa phân tử chitosan (pick 1588cm-1) để tạo liên k ết NH Kết phù hợp với phản ứng hóa học trường hợp (3B) 500 Wavenumbers (cm-1) Hình 3.15a: Ảnh phổ FTIR mẫu vải Từ xuống mẫu vải không xử lý, mẫu vải xử lý với CA, mẫu vải xử lý với chitsan CA Number of sample scans: 64 Để làm rõ nhận định có lớp màng chitosan bề mặt xơ bông, ảnh SEM mẫu vải so sánh Hình 3.16: Ảnh SEM mẫu vải không xử lý mẫu vải xử lý với chitosan, từ xuống dưới, từ trái sang phải là: - Mẫu vải không xử lý (1), sau 05 lần giặt (2), sau 10 lần giặt (3), sau 20 lần giặt (4) - Mẫu vải xử lý với chitosan (1A), sau 05 lần giặt (2A), sau 10 lần giặt (3A), sau 20 lần giặt (4A) Quan sát kết ảnh SEM cho thấy với mẫu vải không xử lý chưa giặt sau 10 lần giặt bề mặt xơ có thay đổi, nhiên sau 20 lần giặt bề mặt xơ có tượng bị tổn thươ ng, micro fibril b ị tách tạo thành tưa nhỏ Đối với mẫu vải xử lý với chitosan chưa giặt sau lần giặt có thay đổi nhiều hơn, lớp màng chitosan bề mặt xơ dường bị tổn thương với mức độ tăng 17 dần sau lần giặt b ị bong tạo thành màng mỏng, rõ nét mẫu xử lý sau 20 lần giặt (4A) Từ phân tích kết phổ FTIR, ảnh SEM phản ứng hóa học nêu kết hợp với kết kiểm tra tính kháng khuẩn vải sau xử lý với chitosan, tính kháng khuẩn vải xử lý sau lần giặt chứng tỏ xảy phản ứng este q trình xử lý gắn chitosan lên vải bơng liên kết tạo chitosan với vải liên kết bền vững Do đó, nghiên cứu đề xuất chế liên kết chitosan vải sau: - Khi xử lý kháng khuẩn cho vải với chitosan xảy phản ứng ester hóa đồng thời chitosan CA, CA xenlulo (trường hợp 1, 2, 3) liên kết chitosan xenlulo vải để tạo cho vải bơng xử lý với chitosan có tính kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn sau lần giặt kết hợp liên kết hóa lý liên kết hóa học Giả thiết có sở p hù hợp với kết kiểm tra độ bền kháng khuẩn vải (bảng 3.7, 3.8, 3.9), phổ hồng ngoại FTIR (hình 3.15a) ảnh SEM ( hình 3.10, 3.12, 3.14, 3.15b) Do giả thiết chitosan liên kết với vải b ằng hai chế liên kết hóa lý liên kết hóa học có sở khoa học Trong liên kết hóa họ c bền vững để vải xử lý với chitosan giữ tính kháng khuẩn sau lần giặt - Kỹ thuật ngấm ép-sấy-gia nhiệt xử lý gắn chitosan lên vải bơng nghiên cứu tạo lớp màng chitosan bề mặt xơ Lớp màng chitosan tạo liên kết cộng hóa trị, liên kết Van đec van liên kết hydro với vải Tuy nhiên sau lần giặt cho thấy lượng chitosan tạo liên kết Van đec van, liên kết hydro với vải bị dần Chỉ phân tử chitosan liên kết hóa học với vải bơng bền vững sau 20 lần giặt thể tính kháng khuẩn vải xử lý b ằng chitosan sau 20 lần giặt đạt 56.62% (bảng 3.9) phổ hồng ngoại FTIR (hình 3.13, 3.15a) pick có chứa nhóm imin NH bước sóng 1588cm-1 phù hợp với đề xuất Kết luận: Từ kết nghiên cứu phần 3.1.1 đến 3.1.7 luận án kết luận sau: - Nhiệt độ gia nhiệt, thời gian gia nhiệt mức ép thô ng số cơng nghệ có ảnh hưởng nhiều tới khả kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn vải sau xử lý - Trong phạm vi khảo sát, nghiên cứu lựa chọn thông số công nghệ tốt nhiệt độ gia nhiệt 1700C, thời gian gia nhiệt phút mức ép 80% để xử lý hồn tất kháng khuẩn cho vải bơng chitosan Kết kiểm tra tính kháng khuẩn vải theo phương án cho khả diệt khuẩn vải sau xử lý đạt gần 100% độ bền kháng khuẩn sau 20 chu trình giặt đạt 56.52% - Kết hợp kết nghiên cứu ảnh chụp bề mặt xơ mẫu vải sau xử lý, sau giặt kết kiểm tra bề mặt vải sau xử lý nhẵn hơn, phẳng cứng vải trước xử lý giả thiết q trình xử lý kháng khuẩn tạo lớp màng chitosan bề mặt xơ vải sau xử lý Chính lớp màng chitosan cải thiện độ thống khí vải sau xử lý so với vải trước xử lý - Cơ chế liên kết chitosan, CA xenlulo phân tích làm rõ Nghiên cứu đề xuất chế liên kết hóa học chitosan xenlulo axit xitric đóng vai trị liên kết ngang - Bản chất kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn vải bơng sau xử lý hồn tất với chitosan lượng chitosan tạo liên kết bền vững với xơ 18 khô ng bị sau 20 lần giặt Kết luận p hù hợp với kết kiểm tra tính kháng khuẩn mẫu vải phương pháp vi sinh vật theo tiêu chuẩn ASTM E2149-01 (bảng 3.2, 3.4, 3.6, 3.9) - Chất lượng vải bơng sau xử lý hồn tất kháng khuẩn chitosan so với vải chưa xử lý có thay đổi Độ bền vải sau xử lý giảm 37.40% theo hướng sợi dọc 39.50% theo hướng sợi ngang Độ giãn vải sau xử lý theo hai hướng sợi dọc sợi ngang bị giảm xuống 27.90% 22.43% - Sau xử lý hoàn tất kháng khuẩn với chitosan, tính chất tiện nghi vải bơng sau xử lý độ thống khí, độ thông vải sau xử lý cải thiện Trong độ thống khí tăng lên 14.18% độ thông tăng lên 8.71% - Vải sau xử lý hoàn tất với chitosan bị cứng hơn, hệ số độ rủ vải tăng 24.0% so với vải không xử lý khả kháng nhàu khô vải lại tăng lên 108.47% theo hướng sợi dọc 132.14% theo hướng sợi ngang - Các kết nghiên cứu đặc tính bề mặt, biến dạng kéo, biến dạng trượt biến dạng nén vải sau xử lý kháng khuẩn với chitosan so với vải trước xử lý phù hợp với kết kiểm tra tính chất học tiện nghi vải 3.2 Kết nghiên cứu xử lý kháng khuẩn cho vải chế phẩm triclosan chế phẩm amoni bậc bốn 3.2.1 Kết nghiên cứu xử lý hồn tất vải bơng kháng khuẩn chế phẩm Triclosan 3.2.1.1 Qui trình cơng nghệ xử lý gắn chế phẩm triclosan lên vải bơng Cũng tương tự qui trình cơng nghệ để gắn chitosan lên vải bơng (hình 3.1), khác thô ng số công nghệ Các thô ng số cơng nghệ để hồn tất đưa chế phẩm triclosan lên vải sau: - Nồng độ chế phẩm triclosan: 1% (o.w.f) - Mức ép 80% - Nhiệt độ sấy: 1000C, thời gian sấy: phút Gia nhiệt 160 0C, thời gian 30 giây 3.2.1.2 Tính kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn vải xử lý hoàn tất với chế phẩm triclosan Số lần giặt Số lượng VK x 10 5 10 15 20 60 54 40 49 58 Số lượng vi khuẩn sau thời gia n tiếp xúc với vải phút 60 phút 10 12 10 20 14 Tỷ lệ vi khu ẩn giảm sau tiếp xúc với vải (%) phút 60 phút 86.66 100.0 81.48 96.29 77.50 87.50 75.51 79.59 65.51 75.86 - Khả kháng khuẩn mẫu sau xử lý 100% - Sau lần giặt khả kháng khuẩn giảm nhiên mức độ giảm Sau 20 lần giặt khả diệt khuẩn vải 75.86% - Tốc độ diệt khuẩn nhanh, sau phút tiếp xúc tốc độ diệt khuẩn vải lần giặt 86.86% sau 20 lần giặt 65.51% 3.2.2 Kết nghiên cứu xử lý hoàn tất vải kháng khuẩn chế phẩm amoni bậc bốn 3.2.2.1 Qui trình cơng nghệ xử lý gắn chế phẩm amoni bậc bốn lên vải 19 Giữ nguyên qui trình thơng số cơng nghệ để gắn triclosan lên vải bơng thay đổi nồng độ hóa chất kháng khuẩn đưa lên vải thời gian gia nhiệt cho mẫu vải, cụ thể là: - Nồng độ AEM 5772/5: 10% - Gia nhiệt 1600 C, thời gian 60 giây 3.2.2.2 Kết nghiên cứu tính kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn vải xử lý hoàn tất với chế phẩm amoni bậc bốn (AEM 5772/5) Số lần giặt Số lượng VK x 10 5 10 15 20 127 100 45 51 37 Số lượng vi khuẩ n sau thời gia n tiếp xúc với vải (x 105 ) phút 60 phút 100 82 14 41 43 15 30 12 Tỷ lệ vi khuẩn giảm sau tiếp xúc với vải (%) phút 60 phút 21.25 98.42 18.00 86.00 8.89 80.00 15.68 70.59 18.91 67.56 100 Đồ th ị tổng h ợp t ính kh khuẩn độ bền k h k huẩn vải xử lý với tác nh ân KK sau phút tiếp xúc T ỷ lệ diệt khuẩn (%) T ỷ lệ diệt khuẩn (%) - KNKK vải sau XL tốt 98% - Sau lần giặt khả KK giảm nhiên mức độ giảm nhiều triclosan Sau 20 lần giặt KN diệt khuẩn vải 67.56% - Tốc độ diệt khuẩn chậm, sau phút tiếp xúc tốc độ diệt khuẩn vải lần giặt 21.25% sau 20 lần giặt 18.91% 3.3 Tổng hợp chất lượng vải sau xử lý với chitosan vải sau xử lý với hai chế phẩm t riclosan amoni bậc bốn 3.3.1 Khả kháng khuẩn độ b ền kháng khuẩn vải sau xử lý hoàn tất với ba hóa chất kháng khuẩn khác 80 60 40 20 CTS TRS AEM 10 15 20 Đồ thị tổng h ợp t ính k h k huẩn độ bền k h k huẩncủa vải xử lý với tác nh ân KK sau 60 phút tiếp xúc 120 100 80 60 40 20 CTS TRS Số chu t r ình giặt (l ần ) AEM 10 15 Số chu tr ìn h giặt (lần) 20 Hình 3.18: Đồ thị tổng hợp tính kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn vải xử lý với hóa chất kháng khuẩn khác Từ kết nghiên cứu trên, luận án r út kết luận sau: - Vải bơng sau xử lý hồn tất với chitosan, chế phẩm amoni bậc bốn chế phẩm triclosan có khả kháng khuẩn cao thể tỷ lệ vi khuẩn giảm tiếp xúc với mẫu đạt 96.31%, 98.42% 100% - Vải bơng sau xử lý hồn tất với chitosan, chế phẩm amoni bậc bốn triclosan giữ tính kháng khuẩn sau 20 chu trình giặt Tỷ lệ diệt vi khuẩn đạt sau 20 chu trình giặt lầ n lượt 56.52%, 67.56% 75.86% - Tính kháng khuẩn vải xử lý hồn tất với chitosan, chế phẩm amoni bậc bốn triclosan bị giảm dần sau chu trình giặt Tính kháng khuẩn mẫu vải sau 20 chu trình giặt xếp theo thứ tự tăng dần từ chitosan > chế phẩm amoni bậc bốn >chế phẩm triclosan 20 - Tốc độ diệt khuẩn mẫu vải xử lý với chế phẩm triclosan tốt nhất, thể phút tiếp xúc với vi khuẩn tỷ lệ vi khuẩn giảm đạt 86.66% khô ng lần giặt đạt 65.51% sau 20 chu trình giặt - Hiệu kháng khuẩn c vải xử lý hoàn tất với chế phẩm triclosan tốt sau đến chế phẩm amoni bậc bốn chitosan 3.3.2 Đánh giá thay đổi độ bền lý tính chất tiện nghi vải sau xử lý hồn tất với ba hóa chất kháng khuẩn khác Tác nhân KK sử dụng Chitosan Triclosan Amoni bậc bốn Độ bền Độ giãn Thống khí Thơng -38% -25% +14% +9% -4% -3% -13% -16% -10% -2% -10% -12% Khá ng nhàu Độ r ủ +120% 24% 3.3.3 Đánh giá thay đổi đặc tính bề mặt, biến dạng kéo, trượt, nén vải sau xử lý hoàn tất với ba hóa chất kháng khuẩn khác Hệ s ố m a sát b ề m ặ t m ẫu v ải sau xử lý k h n g k huẩn s o với m ẫu ĐC 0.18 0.185 0.179 0.184 0.17 0.155 0.16 0.15 ĐC CTS TRS Các m ẫu vải AEM 15 11.78 13.78 CTS TRS Các m ẫu vải ĐC Năng lượn g ké o trung b ì nh m ột đơn vị di ện tích 43.52 40 31.07 30 39.92 34.23 20 10 0 ĐC CTS TRS AEM ĐC Các m ẫu vải Lực trễ t ại góc ngh iêng 0.5 độ m ẫu vải 12 5.99 3.91 2.92 2.33 2HG (cN/cm) 2HG ( cN/cm) AEM Khả n ăng ph ục hồ i bi ến d ạng kéo 50 13.7 10 5.444 RT (%) WT (cN/cm2) 15 5.518 4.615 0.14 20 6.237 Giá trị (mm) Hệ số ma sát 0.19 Giá tr ị độ lệ ch TB độ nhám b ề m ặt vải CTS TRS Các m ẫu vải Lực tr ễ góc ngh iêng độ củ a mẫu vải 9.71 10 AEM 5.73 6.34 5.1 ĐC CTS TRS Các m ẫu vải AEM ĐC 21 CTS TRS Các m ẫu vải AEM Năng lượng né n trê n đơn vị di ện tích m ẫu 50 0.282 0.248 0.23 0.186 0.2 0.15 0.1 CTS TRS Các m ẫu vải 30.24 CTS TRS Các m ẫu vải AEM 20 ĐC AEM Độ cứng tr ượt m ẫu 0.35 5.79 0.2 LC 0.25 1.69 1.27 T í nh tuyế n t ín h né n m ẫ u 0.288 0.3 30.11 27.39 ĐC G (cN/cm.độ) 30 10 0.05 42.91 40 RC (%) WC (cN/cm) 0.3 0.25 Khả n ăng ph ục h ồi bi ến dạng né n m ẫu 0.224 0.231 0.234 TRS AEM 0.15 0.1 1.34 0.05 0 ĐC CTS TRS Các m ẫu vải ĐC AEM CTS Các mẫu vải Hình 3.22: Biều đồ so sánh đặc tính bề mặt biến dạng kéo, trượt, nén mẫu vải sau xử lý kháng khuẩn SO SÁNH CÁC ĐẶC TRƯNG KAWABATA CỦA CÁC MẪU VẢI VỚI MẪU ĐC Tác nhân KK sử dụng Hệ số ma sát Độ nhám bề mặt Năng lượng kéo Chitosan -13.4% -26% -21% Triclosan +3% -11% -8% Amoni bậc bốn +3% -12% -8% Khả phục hồi biến dạng Kết luận: - Từ kết nghiên cứu luận án rút kết luận sau: - Xét khả kháng khuẩn, vải xử lý với tác nhân kháng khuẩn triclosan với sản phẩm thương mại Sanitized T96-21 có khả diệt khuẩn mạnh đạt 100% lần giặt 75.86% sau 20 chu trình giặt sau đến vải bơng xử lý với tác nhân kháng khuẩn amoni bậc bốn với sản phẩm thương mại AEM 5772/5 đạt đạt 98.42% lần giặt 67.56% sau 20 chu trình giặt cuối vải xử lý với chitosan đạt 96.31 % lần giặt tính kháng khuẩn đạt sau 20 chu trình giặt 56.52% - Xét tính chất học, phải xử lý nhiệt độ cao thời gian dài môi trường axit nên vải xử lý chitosan có độ bền độ giãn vải xử lý với chế phẩm amoni bậc bốn chế phẩm triclosan 22 - Xét tính chất thống khí thơng vải bơng xử lý b ằng chitosan tốt sau đến vải bơng xử lý chế phẩm amoni bậc bốn cuối vải xử lý chế phẩm triclosan - Xét tính chất tiện nghi cảm giác độ cứng, độ hồi nhàu, bề mặt vải vải bơng xử lý chitosan cứng có độ nhẵn bề mặt cao hơn, khả kháng nhàu cao vải xử lý chế phẩm amo ni bậc bốn vải xử lý chế phẩm triclosan - Xét tính chất sinh thái, chitosan chế phẩm có nguồn gốc thiên nhiên khơ ng độc hại với mô i trường người sử dụng Với chế phẩm triclosan kết kiểm tra hàm lượng clo vải không phát clo (hoặc ngưỡng phát hiện) nhiên sử dụng chế phẩm cần lưu ý nhiều nghiên cứu tổng quan r ằng có khả diệt khuẩn mạnh số điều kiện định nhiệt độ ánh sáng triclosan biến thành dioxin, chất độc với môi trường người sử dụng Do vậy, số thị trường Nhật Bản cấm hẳn sản phẩm may mặc có sử dụng triclosan, thị trường châu Âu giới hạn hàm lượng triclosan vải khơng vượt 0.01% sản phẩm may mặc Đây lý nghiên cứu sử dụng triclosan để xử lý kháng khuẩn cho vải giảm tro ng thời gian gần - Chế phẩ m kháng khuẩn triclosan amoni bậc bốn sử dụng đề tài sản phẩm thươ ng mại hóa thị trường có giá thành cao chúng điều chế dạng dung dịch để dễ liên kết với vải chitosan sản phẩm nguyên chất chưa điều chế N ếu tiếp tục nghiên cứu quan hệ đặc tính chitosan (khối lượng phân tử, mức độ deaxetyl hóa…) với khả kháng khuẩn vải sau xử lý điều kiện công nghệ khác để chitosan dễ dàng liên kết với vải hơn, từ tạo nhiều phân tử chitosan liên kết hóa học với vải bơng chitosan hóa chất phù hợp điều kiện Việt Nam để xử lý kháng khuẩn cho vải sử dụng may mặc đáp ứng tính kháng khuẩn, tiện nghi sinh thái Hơn nguồn nguyên liệu để sản xuất chitosan sẵn Việt Nam với giá thành r ẻ, giảm giá thành vải kháng khuẩn xử lý chitosan, tiến tới sử dụng đại trà sản phẩm vải kháng khuẩn điều kiện Việt Nam KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Đã xây dựng qui trình ng nghệ xử lý hồn tất vải bơng kháng khuẩn chitosan sản xuất Việt Nam hai chế phẩm kháng khuẩn triclosan amoni bậc bốn đảm bảo vải sau xử lý có khả diệt khuẩn cao độ bền kháng khuẩn đạt 56.52%, 75.86%, 67.56% sau 20 chu trình giặt Các kết nghiên cứu với chitosan rằng: - Các yếu tố công nghệ nhiệt độ gia nhiệt, thời gian gia nhiệt mức ép ảnh hưởng rõ rệt đến tính kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn vải bơng xử lý với chitosan Đã tìm thông số công nghệ cho xử lý vải kháng khuẩn chitosan đảm bảo độ bền kháng khuẩn vải sau 20 lần giặt nhiệt độ gia nhiệt 1700 C, thời gian gia nhiệt phút, mức ép 80% - Kết hợp ảnh chụp SEM bề mặt xơ, kết nghiên cứu đặc tính bề mặt xơ thiết bị Kawabata kết đo độ thống khí mẫu vải sau xử lý cho phép nhận định bề mặt xơ bơng có chitosan 23 - Việc tìm thấy liên kết este, nhóm imin (-NH-) vải xử lý với chitosan sau giặt đến 20 lần chứng tỏ chitosan liên kết với xenlulo bền vững Từ thấy chất kháng khuẩn vải sau xử lý sau lần giặt có mặt c chitosan vải bơng với chế diệt khuẩn làm rõ - Độ bền học độ r ủ vải sau xử lý với chitosan bị giả m, tính chất tiện nghi cải thiện Độ thống khí vải sau xử lý tăng, khả phục hồi nhàu tăng, hệ số ma sát giảm, bề mặt vải mịn màng - Vải kháng khuẩn chitosan phù hợp với mục đích sử dụng làm vải may mặc vải có độ bền kháng khuẩn cao, tính chất tiện nghi sinh lý nhiệt tốt, khả chống nhàu cao, bề mặt vải nhẵn Độ bền học vải giảm thỏa mãn yêu cầu cho vải may mặc Hơn xét khía cạnh mơi trường sinh thái an tồn cho người sử dụng vải bơng xử lý b ằng chitosan lại phù hợp So sánh tổng hợp chất lượng vải sau xử lý kháng khuẩn với ba tác nhân kháng khuẩn khác cho thấy: - Về độ bền học vải bơng xử lý kháng khuẩn b ằng chitosan có độ bền học vải xử lý kháng khuẩn amo ni bậc bốn vải xử lý kháng khuẩn triclosan - Các tính chất tiện nghi sinh lý nhiệt, tính chất bề mặt khả kháng nhàu vải xử lý kháng khuẩn b ằng chitosan tốt vải xử lý kháng khuẩn hai chế phẩm triclosan amoni bậc bốn Luận án đề xuất chế liên kết chitosan với xenlulo thô ng qua CA Khi xử lý vải b ằng chitosan với có mặt CA đồng thời xảy nhiều phản ứng hóa học có phản ứng xenlulo-CA-chitosan (3B) Các kết nghiên cứu bước đầu góp phần khẳng định khả sử dụng chitosan sản xuất Việt Nam hóa chất hồn tất kháng khuẩn cho vải bơng đảm bảo yếu tố chất lượng vải, phù hợp với điều kiện sản xuất ngành dệt Việt Nam thỏa mãn yếu tố kinh tế, xã hội môi trường Hướng nghiên cứu tiếp theo: - Tiếp tục nghiên cứu để khẳng định khả kháng khuẩn vải xử lý chitosan với lo ại vi khuẩn khác - Nghiên cứu xác định đặc tính kỹ thuật chitosan để tìm loại chitosan xử lý kháng khuẩn cho vải bơng có hiệu - Nghiên cứu tìm hóa chất khác làm liên kết ngang chitosan xenlulo thay cho axit xitric để làm ảnh hưởng đến tính chất học vải sau xử lý chitosan 24 ... lượng vải sau xử lý kháng khuẩn với ba tác nhân kháng khuẩn khác cho thấy: - Về độ bền học vải bơng xử lý kháng khuẩn b ằng chitosan có độ bền học vải xử lý kháng khuẩn amo ni bậc bốn vải xử lý kháng. .. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 3.1 Kết nghiên cứu xử lý kháng khuẩn vải chitosan 3.1.1 Qui trình cơng nghệ xử lý kháng khuẩn cho vải bơng chitosan Qui trình xử lý hồn t ất kháng khuẩn cho vải với... nghệ xử lý hồn tất kháng khuẩn cho vải bơng ba loại hóa chất kháng khuẩn chitosan, triclosan amoni bậc bốn đảm bảo tính kháng khuẩn vải sau xử lý độ b ền kháng khuẩn vải sau 20 lần giặt - Đã sử dụng