NGHIÊN CỨU TRAOĐỒI NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH NẤU TÁCH KEO xơ GAI XANH BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC STUDY ON DEGUMMING PROCESS OF RAMIE FIBER BY CHEMICAL METHOD Nguyễn Minh Tuấn Viện Dệt may Da giầy và Thời tra[.]
NGHIÊN CỨU-TRAOĐỒI NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH NẤU TÁCH KEO xơ GAI XANH BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC STUDY ON DEGUMMING PROCESS OF RAMIE FIBER BY CHEMICAL METHOD Nguyễn Minh Tuấn Viện Dệt may - Da giầy Thời trang, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội TÓM TẮT Xơ gai xanh loại xơ libe tự nhiên dài nhất, sở hint nhiều tỉnh chất ưu việt, nhiều tính chất giong xơ lanh, đay, bơng nên hồn tồn có thê sơ chế khử keo, làm mềm, chải tơi kẻo thành sợi sử dụng may quần áo thời trang cao cấp, sản phâm trang trí, nội thất cơng nghiệp Tuy nhiên, sau sơ chế tuốt, nạo, xơ gai chúa nhiều keo nên thô cứng, kéo sợi hạn chế Bài báo trĩnh bày nghiên cứu phương pháp nấu tách keo pectin, lignin, hemicellulose từ xơ gai kỹ thuật xử lý hóa học Nhóm nghiên cứu xác định quy trình nấu xơ gai dung dịch axit H,SCf loãng Ig/L nhiệt độ 50°C với dung tỷ 1:15; 6% H2O2, 6% NaOH, 2% Na,CO3, 2+3% natrỉ silicat (chất ổn định), 2% urê, l°/oJFC (chất làm ướt) với tỷ lệ 1:6, 85+100°C vòng 90+120 phút Kết nghiên cứu cho thấy quy trình xử lý tách keo pectin đạt kết độ bền sợi lớn 4,8 cN/dtex độ mảnh xơ lớn NmlóOO, với tiêu quan trọng này, sau khử keo đảm bảo tiêu chuân nguyên liệu kéo sợi gai quy mô công nghiệp Từ khóa: Xơ gai xanh; Tách keo; Pectin & lignin; Kẻo sợi gai ABSTRACT Ramie fiber is one of the longest and most durable natural libe fibers, possessing many superior properties, similar to flax, jute, cotton fiber, so it can be completely de-gummed, softened, combed and spun for use in haute couture, decorative, furniture and industrial products However, after being stripped and decorticated, the ramie fiber still contains a lot ofpectin & lignin, so it is rough and has limited spinning ability This paper studies the method of degumming pectin, lignin, hemicellulose from ramiefiber by chemical treatment technique The research team has determined the process of degumming ramie fiber in dilute HfiO, acid solution of Ig/L at 50°C for one hour with a ratio of 1:15; 6% H,O2, 6°/o NaOH, 2°/o Na2CO}, 2+3% sodium silicate (stabilizer), 2°/o urea, 1% JFC (wetting agent) at a ratio of 1:6, at 85+100°C for 90+120 minutes The research results show that the degumming process results in fiber strength greater than 4.8 cN/dtex andfiberfineness greater than Nml600, with these important parameters, after degumming, it is ensured standards of industrial-scale ramie spinning Keywords: Ramiefiber; Degumming; Pectin & lignin; Ramie spinning ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, SỐ 293, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn 35 NGHIÊN CỨU-TRAOĐỒI TỔNG QUAN Xơ gai có tính chất giống xơ gốc xenlulơ khác bơng, lanh nên mịn, có màu trăng tự nhiên, độ bóng cao, bền với kiềm, bền ánh sáng Xơ gai cịn có khả chống thối rữa, khơng mục nát, kháng khuẩn, nấm mốc, trùng Xơ gai có khả chống bám bẩn tự nhiên (dễ dàng làm vết bẩn dây vải gai), dễ nhuộm so với vải lanh, có độ bền màu giặt tốt Vải gai ngồi giống lanh nhờ đường gân tự nhiên Vải dệt từ xơ gai có khả tăng bền ướt, chịu nhiệt độ cao nước giặt, vải giặt bóng, độ co sau giặt thấp Do gai có khả hút ẩm cao nên mặc có cảm giác thoải mái, đặc biệt vào ngày nóng ẩm Hiện nay, thị trường may mặc vải gai tăng trưởng, nhiều khách hàng ưa chuộng với nhu cầu ngày cao, đặc biệt khách hàng giới thượng lưu Xơ gai thường pha với xơ bông, xơ len vải dệt thoi vải dệt kim Quy trình tách keo làm nguyên liệu đầu vào cho trình kéo sợi gai nhân tố quan trọng Có thể tách keo xơ gai bàng phương pháp khác như: tách keo hóa học, tách keo vi sinh, tách keo kết hợp hóa sinh tách keo enzym (Bruhlmann, F., et al, 1994) Ngoài ra, số nhà nghiên cứu cho sử dụng dao động sóng siêu âm làm tăng tốc độ trình tách keo Bài báo nghiên cứu quy trình nấu tách keo hóa học tiến hành Công ty cổ phần Đầu tư Phát triển sàn xuất XNK An Phước mang lại kết tính khả thi cao VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cửũ 2.1 Đối tượng nghiên cứu - Sau thu hoạch, tách vỏ gai thiết bị máy tách RI65 Diesel, vỏ gai sấy khô, đạt độ ẩm 13^14% làm nguyên liệu nghiên cứu thử nghiệm khử keo - Các loại vật tư hóa chất khử keo gồm: natri hydroxide (NaOH), acid sulfuric (H,SO4), H,O2, NaSO4, sodium tripolyphosphate organic phosphate penetrant - Địa điểm thực hiện: Nhà máy Chế biến Tơ sợi gai Công ty cổ phần Đầu tư Phát triển Sản xuất XNK An Phước đặt huyện Cấm Thủy, Thanh Hóa 2.2 Phưoug pháp nghiên cứu Phương pháp thực nghiệm: Đo lường đặc trưng chất lượng nguyên liệu đầu vào (xơ gai tách keo chuẩn bị cho kéo sợi), đo lường tính chất cũa bán sản phẩm sân phẩm để tìm nguyên nhân gây lồi, cố, hiệu chỉnh thông số công nghệ tối ưu, làm chủ trình sản xuất chất lượng sản phẩm Phương pháp xử lý số liệu: số liệu thí nghiệm thu thập xử lý, sử dụng phần mềm thống kê MSTATC, Microsoft Excel KÉT QUÁ NGHIÊN cứu Xơ gai trước tiên xử lý dung dịch axit H2SO4, nồng độ Ig/L nhiệt độ 50°C với dung tỷ 1:15, sau xử lý nấu tách keo dung dịch kiềm (NaOH) điều kiện nhiệt độ 5(Ư60°C hai lần với nồng độ khác Kết tách keo Bảng 3.1 cho thấy, sau khử keo lần, tỷ lệ tách keo thu công thức thí nghiệm có khác rõ rệt Xử lý nấu keo lần dung dịch NaOH với nồng độ 30% 30% cho tỷ lệ ISSN 2615 - 9910 (bàn in), ISSN 2815 - 5505 (online) 36 TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, Số 293, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỔI Bảng 3.2, thể kết đánh giá chất tách keo cao (17,2%) tỷ lệ tách keo thấp (12,9%) xử lý nấu tách keo lần với nồng độ 30% 20% Kết phù hợp với công bố Zheng, L., et al, 2001 lượng xơ sau nấu tách keo theo công thức thí nghiệm khác Kết cho thấy, xừ lý nấu tách keo xơ gai với nồng độ NaOH khác từ 20^30% không ảnh hưởng nhiều đến tiêu chất lượng xơ gai Chiều Bảng 3.1 Tỉ lệ xơ sợi thu sau khử keo giong gai xanh API dài xơ gai xanh dao động từ 58,7 đến 60,3 mm, Khối lượng xơ (g) Nồng độ Phương Tỷ lệ NaỏH Trước Sau án lần khử keo khử khử (%) keo keo 50,0 42,6 85.2 20%; 20% 20%; 30% 50,0 42,4 84,7 50,0 43,5 87,1 30%; 20% 30%; 30% 50,0 41,4 82,8 1,54 CV(%) 2,61 LSD0,05 sai khác khơng có ý nghĩa thống kê công thức nồng độ NaOH Chỉ số độ đồng theo độ dài có giá trị khoảng 74,4-^76,0%, độ bền khoảng 66,2^-67,8% Độ bền đạt 67% công thức 1, 3, cao so với công thức đạt 66,2% Tuy nhiên, độ giãn đứt có xu hướng giảm rõ rệt tăng nồng độ NaOH xử lý Chỉ số Micronaire, số độ chín, độ hồi ẩm tỷ trọng xơ gai tương đương công thức thí nghiệm Bảng 3.2 Phẩm chất xơ gai xanh sau khứ keo nồng độ NaOH khác Độ hồi Tỷ trọng ẩm (%) (g/cm3) Độ bền (g'/tex) Độ giãn (%) Chỉ số Micronaire Chỉ số độ chín 67,8 12,7 8,41 0,86 10,6 1,46 75,5 67,4 12,6 8,50 0,89 10,8 1,49 59,1 75,0 67,2 12,6 8,52 0,89 11,0 1,50 58,7 74,4 66,2 12,3 8,48 0,88 10,7 1,48 Nồng độ NaOH lần khử keo Độ dài xơ (mm) 20%; 20% 60,3 Chỉ số độ UI (%) 76,0 20%; 30% 59,5 30%; 20% 30%; 30% Các tiêu chất lượng xơ gai cơng thức thí nghiệm chênh lệch không đáng kể Nhưng qua thực tế cho thấy, phương án tách keo lần NaOH 20% (CT1) cho xơ gai sau xử lý có màu vàng, không đạt độ trắng sáng công thức xử lý với nồng độ NaOH cao Phương án tách keo lần NaOH 30% (CT4, ĐC) làm giảm nhẹ độ bền xơ gai so với cơng thức khác có nồng độ NaOH thấp Giữa phương án phương án thu xơ có chất lượng tương đương nhau, tỷ lệ tách keo xử lý phương án (nấu tách keo lần bàng NaOH 30%; NaOH 30%) cao xử lý phương án (nấu tách keo lần NaOH 30%; NaOH 20%) Như vậy, xơ gai, tách keo lần NaOH 30% NaOH 30% tẩy trắng H,o, cho phẩm chất xơ hiệu cao cho kéo sợi ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 293, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn 37 NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỔI Vai trò kiềm (NaOH) kỹ thuật tách keo sử dụng hóa học cho thấy: Natri hydroxide (NaOH) hố chất sử dụng phơ biển trình tách keo xơ gai Keo cúa gai cấu tạo bời hai thành phần araban xylan vốn chất không tan nước dề tan dung môi kiềm Các dải xơ gai xử lý nồi chuyên dụng với dung dịch natri hydroxide 20-40% với thời gian định cho chất lượng xơ gai tốt Thời gian nấu tách keo ảnh hưởng đến độ mảnh xơ gai, tăng thời gian nấu tách keo từ 60480 phút, lượng keo liên tục hòa tan bị loại khởi xơ gai, độ mảnh hay đường kính xơ gai bị nhỏ dần KÉT LUẬN Ket nghiên cứu thử nghiệm thu số thông số kỳ thuật xử lý khử keo pectin sau đây: 1) Sau bước xừ lý dung dịch H,SO4 nồng độ Ig/L nhiệt độ 50°C giờ, xử lý nấu tách keo hai lần dung dịch kiềm NaOH 6% nhiệt độ 90-4 oo°c, thời gian tối ưu 9CH-120 phút đạt kết chất lượng sợi tốt với độ bền sợi lớn 4,8 cN/dtex độ mảnh xơ lớn NmlóOO 2) Sử dụng nồng độ kiềm NaOH 5-4)% cho kết độ bền sợi đạt cN/dtex độ mảnh xơ 1600 Nm 3) Xử lý tẩy trắng xơ chất ơxy hóa H,o, nồng độ thích hợp 8% cho kết chất lượng xơ tốt với độ bền xơ lớn cN/ dtex độ mảnh xơ đạt lớn Nm 1500 Kết chung, chi số chất lượng xơ sau tách keo cho độ bền xơ lớn 4,8 cN/ dtex độ mảnh xơ lớn NmlóOO đám bảo tiêu chuẩn đe cấp cho dây chuyền kéo sợi gai quy mô công nghiệp ❖ Ngày nhận bài: 07/7/2022 Ngày phản biện: 17/7/2022 Tài liệu tham khảo: [1] Meshram, J.H and p Palit, 2013; Biology of industrial bast fibers with reference to quality J Natural Fibres, 10: 176-196 [2], Sen, T and H.N.J Reddy, 2011; Various industrial applications of hemp, kenaf, flax and ramie natural fibres Int J Innov Manage Technol., 12: 192-198 [3] Sarma, B.K., 2008; Ramie: The Steel Wire Fibre DB Publication, Guwahati, India, Pages: 144 [4], Roy, s., R Sarmah and C.R Sarkar, 1998; Fungal degumming of ramie and its fibre characteristics Indian J Fibre Textile Res., 23: 281-284 [5] Bruhlmann, F., K.s Kim, w Zimmerman and A Fiechter, 1994; Pectinolytic enzymes from actinomycetes for the degumming of ramie bast fibers Applied Environ Microbiol., 60: 2107-2112 [6] Zheng, L., Y Du and J Zhang, 2001; Degumming of ramie fibers by alkalophilic bacteria and their polysaccharide degrading enzymes Bioresour Technol., 78: 89-94 ISSN2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) 38 TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, SỐ 293, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn ... lưu Xơ gai thường pha với xơ bơng, xơ len vải dệt thoi vải dệt kim Quy trình tách keo làm nguyên liệu đầu vào cho trình kéo sợi gai nhân tố quan trọng Có thể tách keo xơ gai bàng phương pháp. .. tách keo hóa học, tách keo vi sinh, tách keo kết hợp hóa sinh tách keo enzym (Bruhlmann, F., et al, 1994) Ngoài ra, số nhà nghiên cứu cho sử dụng dao động sóng siêu âm làm tăng tốc độ trình tách. .. NaOH thấp Giữa phương án phương án thu xơ có chất lượng tương đương nhau, tỷ lệ tách keo xử lý phương án (nấu tách keo lần bàng NaOH 30%; NaOH 30%) cao xử lý phương án (nấu tách keo lần NaOH 30%;