Đánh giá và so sánh phương pháp xử lý ozone với một số phương pháp xử lý vải tơ tằm truyền thống p1

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP TRƯỜNG Tên đề tài ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ OZONE VỚI MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ VẢI TƠ TẰM TRUYỀN THỐNG Mã số đề tài 195 MTT01 Chủ nhiệm đề tài Trần Nguyễn Tú Uyên Đơn vị thực hiện Khoa Công nghệ May Thời trang TP Hồ CHÍ MINH 2021 LỜI CẢM ƠN Nhóm tác giả xin được gởi lời cảm ơn chân thành tới Ban lãnh đạo trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí.

THÔNG TIN CHUNG

Thông tin tổng quát

1.1 Tên đề tài Đánh giá và so sánh phương pháp xử lý ozone với một số phương pháp xử lý vải tơ tẳm truyền thống

1.3 Danh sách chủ trì, thành viên thực hiện đề tài

(Học hàm, học vị) Đơn vị công tác Vai trò thực hiện

1 ThS Trần Nguyễn Tú Uyên

Khoa May thời trang trường ĐH Công Nghiệp Tp HCM

2 PGS.TS Bùi Mai Hương

Bộ môn Công nghệ dệt - Khoa Cơ khí trường ĐH Bách Khoa TP.HCM

Cố vấn khoa học, tham gia nghiên cứu

Khoa May thời trang trường ĐH Công Nghiệp Tp HCM

Khoa May thời trang – Trường ĐH Công Nghiệp Tp HCM

Từ tháng 1 năm 2019 đến tháng 1 năm 2020

Thời gian gia hạn (nếu có) đến tháng 12 năm 2020

Từ tháng 1 năm 2019 đến tháng 6 năm 2021

1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có)

Do ảnh hưởng của dịch bệnh Covid, thời gian thực hiện và hoàn thành đề tài đã có sự điều chỉnh Lý do chính bao gồm sức khỏe của người phụ nữ mang thai và thời gian nghỉ thai sản của chủ nhiệm đề tài.

1.7 Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài:

Kết quả nghiên cứu

Tơ tằm thô là sợi protein động vật, gồm hai thành phần chính là fibroin (75%) và sericin (25%) Fibroin tạo thành từ hai sợi dài song song, được bao phủ bởi lớp keo sericin cùng một số tạp chất như chất béo và muối Thành phần fibroin bao gồm chuỗi polypeptide với 18 amino acid, có bề mặt trơn láng và độ bóng cao, thường được sử dụng để dệt vải và trong nhiều ứng dụng khác Một trong những khâu quan trọng trong sản xuất vải tơ tằm là

Quá trình "chuội" vải là bước xử lý nhằm làm sạch và loại bỏ chất keo sericin bên ngoài, thông qua việc phân cắt các liên kết peptide của sericin, giải phóng hai sợi fibroin, giúp sợi tơ trở nên mềm mại, bóng bẩy và thoáng khí hơn Các phương pháp chuội keo phổ biến bao gồm sử dụng xà phòng kết hợp với kiềm, siêu âm, chất tẩy rửa tổng hợp và áp suất cao ở nhiệt độ cao Tại Việt Nam, quy trình chuội vải tơ tằm thường áp dụng phương pháp ướt với xà phòng và một số hóa chất khác Hiện nay, trên thế giới, có nhiều nghiên cứu về việc xử lý vải bằng khí ozone nhằm phát triển quy trình xử lý thân thiện với môi trường.

Ozone (O3) là một chất oxy hóa mạnh, có dạng khí màu xanh nhạt và mùi tanh, chứa 3 nguyên tử oxy Nó không ổn định và có thể hóa lỏng ở -112 °C và hóa rắn ở -193 °C, cả hai trạng thái đều có màu xanh thẫm Ozone có khả năng oxy hóa mạnh mẽ, vượt trội hơn clo hàng trăm lần, nhưng chỉ có thể sản xuất tại chỗ do tính không bền vững Việc xử lý bằng ozone không tạo ra hợp chất phụ độc hại, vì vậy nhiều quốc gia phát triển đã ứng dụng ozone như một chất oxy hóa lý tưởng Ozone được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như sát khuẩn, khử độc, khử mùi, làm sạch không khí, nước uống, nước thải, và bảo quản thực phẩm Trong ngành dệt may, ozone được áp dụng để khử bẩn màu nước thải nhuộm hiệu quả.

Nghiên cứu về tẩy trắng và xử lý vải bằng ozone cho thấy khả năng oxy hóa cao giúp tăng tốc độ nhuộm và khả năng hấp thụ màu của vải polyester Ozone đã được chứng minh là có hiệu quả tẩy trắng vải cotton trong thời gian ngắn, với các yếu tố như độ ẩm và pH ảnh hưởng đến quá trình này Đặc biệt, xử lý vải tơ tằm bằng ozone làm tăng độ thấm hút nước và tốc độ nhuộm, mặc dù bề mặt vải không có nhiều thay đổi Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hiệu quả xử lý cao nhất đạt được khi sử dụng pH 4 và thời gian xử lý 30 phút, nhưng độ bền và độ ngả vàng của vải có thể giảm Hơn nữa, việc kéo dài thời gian xử lý có thể làm tăng độ ngả vàng và giảm độ bền của vải Các sản phẩm vải sau khi xử lý ozone thường được sử dụng trong thời trang, như khăn tay trang trí thủ công.

2.2 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu quy trình và thông số công nghệ xử lý ozone nhằm chuội keo và tẩy trắng vải tơ tằm thô Đánh giá tác động của phương pháp xử lý ozone so với xử lý bằng xà phòng - kiềm và tẩy trắng bằng H2O2 Ứng dụng vải đã xử lý để vẽ khăn và tiến hành thí nghiệm đánh giá một số tính chất của sản phẩm khăn lụa.

Quy trình chuội vải tơ tằm thô bằng xà phòng bao gồm việc ngâm mẫu vải trong dung dịch nước cất, xà phòng MS với tỷ lệ 5g/l và 0,015g

Hình 1: Sơ đồ thực nghiệm Chuội vải tơ tằm bằng ozone quy trình khô: Mẫu vải tơ tằm thô được ngấm ép

Nghiên cứu được thực hiện với dung dịch HCl pH4, xử lý ozone ở nồng độ 60g/m³ và lưu lượng 2 lít/phút trong 10, 20 và 30 phút bằng máy ozone PC57L-16 Sau khi xử lý, các mẫu được giặt bằng xà phòng MS với tỷ lệ 2g/l ở nhiệt độ 85°C trong 10 phút, sau đó rửa sạch bằng nước, sấy khô ở 70°C trong 10 phút và điều hòa trong điều kiện tiêu chuẩn.

Tẩy trắng vải tơ tằm bằng H 2 O 2 : Tẩy trắng mẫu M1 bằng dung dịch pha từ

20ml nước cất, 0.4ml H2O2 , 0.025g Na2SiO3 ở 90°C trong 60 phút Giặt sạch bằng nước, sáy khô, điều hòa ở điều kiện tiêu chuẩn

Tẩy trắng vải tơ tằm bằng ozone: Mẫu M1 được ngấm ép 50% với dung dịch

HCl có độ pH 4 được xử lý bằng ozone với nồng độ 60g/m³ và lưu lượng 2 lít/phút trong thời gian 10, 20 và 30 phút Sau khi xử lý, mẫu được rửa sạch bằng nước và sấy khô ở 70°C trong 10 phút, sau đó điều hòa mẫu trong điều kiện tiêu chuẩn.

Vẽ khăn lụa từ mẫu đã chuội ozone M2 được thực hiện trong điều kiện chuẩn, sử dụng màu chuyên dụng Jacquard green label để trang trí thủ công Sản phẩm này không chỉ tạo ra khăn tay thời trang mà còn được đánh giá cao về độ bền màu sau khi giặt.

Sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM (Evo18 Carl Zeiss) để quan sát và đánh giá sự thay đổi cấu trúc ngoại quan của vật liệu trước và sau khi xử lý chuội tại Trung tâm Công nghệ sinh học Tp Hồ Chí Minh.

Sử dụng máy quang phổ FT-IR Nicolet 6700 để phân tích mẫu cho phép thu được biểu đồ giải phổ trước và sau khi xử lý, từ đó giúp nghiên cứu cơ chế phản ứng hóa học của mẫu trong quá trình xử lý ozone.

Phân tích tính chất cơ lý:

Khối lượng mẫu được xác định bằng cách đo lường phần trăm thay đổi khối lượng trước và sau khi xử lý, sử dụng cân điện tử phân tích có độ chính xác 0,0001g tại Phân viện Dệt May Tp Hồ Chí Minh Trước khi cân, mẫu cần được điều hòa ít nhất 24 giờ trong điều kiện tiêu chuẩn với độ ẩm 65 ± 2% và nhiệt độ 21 ± 2°C Phần trăm thay đổi khối lượng được tính toán theo công thức cụ thể.

Trong đó: M0 là Khối lượng mẫu thử trước xử lý (g)

M1 là Khối lượng mẫu thử sau xử lý (g)

Độ bền đứt và độ giãn đứt được kiểm tra bằng thiết bị Universal Testing Machine - Titan 4, theo tiêu chuẩn TCVN 7121:2014 Quy trình này được thực hiện tại Phân viện Dệt May Tp Hồ Chí Minh và áp dụng cho các loại vải dệt thoi, vải không dệt và vải nỉ.

- Phần trăm thay đổi của độ bền kéo đứt (Y) của mẫu trước và sau khi xử lý được tính theo công thức:

Trong đó: B0 là Độ bền kéo đứt của mẫu trước xử lý (N)

B1 là Độ bền kéo đứt của mẫu sau xử lý (N)

- Phẩn trăm thay đổi độ giãn đứt (E) của mẫu trước và sau khi xử lý được tính theo công thức:

Trong đó: E0 là Độ giãn đứt của mẫu trước xử lý (%)

E1 là Độ giãn đứt của mẫu sau xử lý (%) Đánh giá độ sáng của mẫu:

- Sử dụng máy so màu quang phổ X-Rite Color i5 theo tiêu chuẩn ISO 105- J01: 1997 tại Trung tâm công nghệ Dệt Ý – Việt trường Đại học Bách Khoa

TP Hồ Chí Minh được sử dụng để so sánh sự khác biệt về màu sắc giữa các mẫu thí nghiệm Các giá trị CIE L* a* b* được đo bằng máy đo quang phổ, cung cấp thông tin chính xác về màu sắc của các mẫu.

L * hiển thị độ chói trong không gian màu CIELab, với giá trị dao động từ 0 (đen) đến 100 (trắng) Giá trị +a * thể hiện sắc đỏ, trong khi -a * biểu thị sắc xanh lá cây Đồng thời, giá trị +b * phản ánh sắc vàng, còn -b * đại diện cho sắc xanh lam.

- Phần trăm thay đổi độ sáng L của mẫu sau khi xử lý so với mẫu ban đầu được tính theo công thức:

L ∗ × 100 (%) Trong đó: L* là Hệ số độ sáng của mẫu tiêu chuẩn

DL* là Hệ số độ lệch về độ sáng của mẫu sau xử lý so với mẫu tiêu chuẩn

8 Đánh giá độ bền màu sau giặt:

Sản phẩm của đề tài, công bố và kết quả đào tạo

Yêu cầu khoa học/chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật Đăng ký Đạt được

1 Khăn lụa tơ tằm đã xử lý ozone 1 1

2 Quy trình công nghệ đề xuất (Quy trình thực nghiệm)

3 Bài báo Khoa học (IUH) 1 1

TT Họ và tên Thời gian thực hiện đề tài

Tên chuyên đề nếu là NCS Tên luận văn nếu là Cao học Đã bảo vệ

Tình hình sử dụng kinh phí

6 Hội nghị, hội thảo, thù lao nghiệm thu giữa kỳ 0 0

7 In ấn, văn phòng phẩm 1.000.000 1.000.000

Kiến nghị

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc thay thế phương pháp chuỗi truyền thống bằng phương pháp ozone là khả thi Tuy nhiên, ứng dụng thực tiễn ở quy mô công nghiệp hiện vẫn còn hạn chế và cần nghiên cứu thêm để đáp ứng yêu cầu sản xuất số lượng lớn Do đó, các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào tối ưu hóa thiết bị và giảm chi phí sản xuất để phù hợp với thực tiễn ứng dụng.

2/ Quy trình công nghệ đề xuất (Quy trình thực nghiệm)

3/ Bài báo khoa học (Tạp chí IUH)

Tp HCM, ngày tháng năm 2021

Chủ nhiệm đề tài Phòng QLKH&HTQT Trưởng đơn vị

BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

TỔNG QUAN VỀ TƠ TẰM VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ OZONE

1.1.1 Giới thiệu chung về tơ tắm

Tơ tằm có nguồn gốc từ miền Đông Nam Châu Á, với Trung Quốc là quốc gia đầu tiên phát triển nghề trồng dâu nuôi tằm từ 4-5 nghìn năm trước Trong thời kỳ này, các Hoàng đế Trung Quốc đã ban hành sắc lệnh bảo vệ ngành tơ lụa, chỉ cho phép tầng lớp quý tộc sử dụng, giữ bí mật độc quyền trong lĩnh vực này Lụa tơ tằm trở thành vật liệu cao cấp, được thương gia phương Tây trao đổi bằng vàng, ngà voi, ngựa và đá quý Khoảng 1000 năm sau, bí mật ngành tơ tằm mới được tiết lộ và lan rộng qua các nước lân cận nhờ “Con đường tơ lụa”, bắt đầu từ các thành phố như Phúc Châu, Hàng Châu và Bắc Kinh.

Con đường tơ lụa nối liền nhiều quốc gia như Ấn Độ, Afghanistan, Kazakhstan, Iran, Iraq, Thổ Nhĩ Kỳ, Hy Lạp và kéo dài đến Châu Âu, cũng như đến Triều Tiên và Nhật Bản Vào thế kỷ XIX, ngành tơ tằm gặp khủng hoảng do dịch bệnh tại Pháp lan rộng sang Châu Âu và Trung Đông Đến năm 1870, Louis Pasteur đã tìm ra phương pháp loại trừ dịch bệnh, giúp ngành tơ tằm phục hồi và phát triển trở lại Với lợi ích kinh tế to lớn, tơ lụa thu hút sự quan tâm của nhiều thương gia Tại Việt Nam, sản xuất tơ lụa đã bắt đầu từ thời Vua Hùng Vương thứ VI, nhờ công của công chúa Thiều Hoa, dẫn đến việc dân làng trở nên thành thạo trong nghề dệt lụa, và để tưởng nhớ công ơn của bà, họ đã lập đền thờ công chúa Thiều Hoa.

Việt Nam có điều kiện lý tưởng để trồng dâu nuôi tằm, với khả năng trồng dâu từ ven sông đến vùng đồi núi Bảo Lộc, Lâm Đồng, được quy hoạch là khu vực điển hình cho việc trồng dâu nuôi tằm với sản lượng và chất lượng cao Trên thị trường quốc tế, lụa tơ tằm dâu được coi là nguyên liệu quý giá trong ngành dệt may.

Theo tính thương mại của các loại tằm, ta thường chia làm 5 loại chính:

- Tằm Oak tasar (Tằm tạc tốt)

- Tằm Eri (Endi hoặc Errandi)

Tằm Mulberry, với tên khoa học là Bombyx mori-Linnaeus, chiếm khoảng 95% sản lượng tằm toàn cầu và sống chủ yếu nhờ vào lá cây dâu tằm Vòng đời của chúng bao gồm bốn giai đoạn: trứng, tằm, nhộng và ngài Loại tằm này đã được thuần hóa và nuôi hoàn toàn trong môi trường nhân tạo.

Hình 1.1: Tằm Mulberry từ trứng, tằm, tạo kén

1.1.2 Cấu trúc và thành phần cấu tạo của tơ

Tơ tằm có cấu trúc không đồng đều với sợi mảnh và dài, bao gồm hai sợi fibroin song song được bảo vệ bởi lớp keo sericin Sợi fibroin tạo thành các bó xơ có kích thước 100 nm chiều ngang và 250 nm chiều dài, với nhiều khoảng trống giữa các bó Bên trong các bó xơ, vi xơ microfibril chứa 20-30 đại phân tử fibroin có bề ngang 10 nm, được sắp xếp thành từng lớp tinh thể.

Khi tơ tằm được sử dụng trong ngành may mặc, lớp keo sericin sẽ được loại bỏ qua quá trình chuội keo, để lại những sợi fibroin dạng filament với mặt cắt ngang hình tam giác và các góc tròn Nhờ cấu trúc này, vải tơ tằm có khả năng phản xạ ánh sáng từ mọi góc độ, mang lại độ bóng tự nhiên cho sản phẩm.

Tơ tằm có cấu trúc tinh thể dạng tấm gấp nếp beta, với các lớp sắp xếp song song ngược chiều Thành phần lặp lại trong cấu trúc này chủ yếu là mono alanine hoặc glycine-alanine.

Tơ tằm mộc, ngoài fibroin và sericin là những protein tự nhiên, còn chứa một số tạp chất hòa tan trong este, rượu etylic và các chất màu thiên nhiên thường có màu vàng Hàm lượng tạp chất trong tơ có thể thay đổi tùy thuộc vào từng giống tằm và điều kiện chăm sóc tằm, không cố định mà nằm trong một khoảng nhất định.

Hình 1.2: Mô hình cấu trúc sợi tơ đơn

Hình 1.3: Tơ tằm chưa chuội keo (a) và tơ tằm đã chuội keo (b)

Thành phần cấu tạo của tơ tằm bao gồm:

- Tạp chất tan trong este: 0.4 – 0.6%

- Tạp chất tan trong rượu: 1.2 – 3.3%

Khi chuội keo bằng chất giặt tẩy, các tạp chất, ngoại trừ fibroin, sẽ bị tách ra khỏi tơ, dẫn đến việc khối lượng giảm từ 17-25% Trong quá trình ươm tơ, sericin cũng bị hòa tan, vì vậy hàm lượng của nó trong tơ sống luôn thấp hơn so với trong kén.

Thành phần các nguyên tố cấu tạo của fibroin bao gồm:

Thành phần fibroin trong tơ tằm gồm một chuỗi polypeptide được cấu tạo bởi

18 amino acid trong số đó có một số chất như alanine, glycin, serin, tyrosin chiếm khoảng 93%

Dựa vào các chuỗi polipeptit được tách ra khi thủy phân fibroin tơ, có thể nhận thấy [2]:

Mạch polipeptit của fibroin chủ yếu được cấu tạo từ các gốc glycin, alanine và serin, sắp xếp nối tiếp nhau trong những đoạn dài Các acid amin khác chỉ xuất hiện tại một số đoạn mạch nhất định trong fibroin.

- Mạch polipeptit của fibroin có một số đặc điểm đặc biệt là ít nhánh và chứa nhiều acid amin đơn giản như alanine, glicin và sericin

- Fibroin của tơ có cấu trúc kém chặt chẽ ở những phần vô định hình nên các nhóm chức của tơ dễ dành tác dụng với hóa chất

Tơ tằm có một số nhược điểm như dễ thay đổi hình dạng và không giữ nếp lâu, nguyên nhân chủ yếu là do thiếu các liên kết ngang giữa các mạch.

So với fibroin, sericin là một loại protein ít được nghiên cứu hơn Tuy nhiên, giống như fibroin, thành phần nguyên tố của sericin cũng thường có sự chênh lệch đáng kể.

17 điều này cho thấy thành phần của nó phụ thuộc vào giống tằm và phương pháp chuội Nhìn chung sericin có thành phần nguyên tố cấu tạo như sau:

Sericin có hàm lượng cacbon thấp hơn fibroin, nhưng lại chứa nhiều oxy hơn và một lượng nhỏ lưu huỳnh Thành phần hóa học của sericin chủ yếu bao gồm các amino acid nhỏ như glycin, alanine và tyrosin, trong khi hàm lượng các hydroxy-acid như serin, threonin, acid aspartic và arginine lại cao hơn đáng kể so với fibroin.

Khác với fibroin, sericin dễ bị thủy phân dưới tác động của men vi sinh vật, cho thấy tính không bền vững của nó Khi gia công tơ sống với formalin, độ hòa tan của sericin giảm rõ rệt, có thể do formalin phản ứng với các nhóm amin trong cấu trúc của sericin, tạo liên kết metylen giữa các mạch polipeptit.

1.1.3 Một số tính chất của tơ tằm

1.1.3.1 Tính chất vật lý Độ bóng và cảm giác sờ tay: Sau khi chuội, tơ tằm có độ bóng rất cao Độ bóng tơ còn tùy thuộc vào giống tằm, tính chất của các sợi tơ đơn và chịu ảnh hưởng của phương pháp xử lý tơ tằm Ngoài độ bóng tơ tằm còn cho cảm giác sờ tay mềm mại