ứng dụng công nghệ nano trong hoàn tất tơ tằm chống bụi, chống thấm nước

Trong ngành dệt may, công nghệ nano được ứng dụng để xử lý xơ, sợi, vải tạo thêm một số chức năng cải tiến các thuộc tính bề mặt như: kháng khuẩn, chống bụi, bẩn, chống thấm nước, chống

1

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ ĐỀ TÀI KHKT 2010

1/ Cơ quan chủ trì:

Phân Viện Dệt-May Tại Thành phố Hồ Chí Minh

Địa chỉ : 345/128A Trần Hưng Đạo, Quận 1, Tp HCM

3/ Chủ nhiệm đề tài: KS Nhữ Thị Việt Hà

4/ Cán bộ phối hợp nghiên cứu đề tài:

Nguyễn Anh Kiệt ThS Dệt May

Phạm Thị Mỹ Giang Kỹ sư sợi –dệt

5/ TP Hồ Chí Minh – Tháng 12 năm 2010

2

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ nano được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực: thông tin, sinh học, điện tử, chế tạo máy, nông sản, thực phẩm, vũ trũ và cả ngành dệt may

Trong ngành dệt may, công nghệ nano được ứng dụng để xử lý xơ, sợi, vải tạo thêm một số chức năng cải tiến các thuộc tính bề mặt như: kháng khuẩn, chống bụi, bẩn, chống thấm nước, chống mùi hôi, chống tia UV Riêng đối với các sản phẩm tơ tằm, đã có một số nước ứng dụng công nghệ này trong đó Ý là quốc gia tiên phong trong việc ứng dụng công nghệ nano để xử lý mặt hàng tơ tằm tạo

ra được sản phẩm có chất lượng cao

Hiện nay chưa có đơn vị nào trong nước nghiên cứu về công nghệ nano trong hoàn tất vải tơ tằm chống bám bẩn, chống thấm nước

Năm 2010, với sự chấp thuận, đồng ý của Bộ Công Thương, Phân Viện Dệt

May đã thực hiện nghiên cứu Ứng dụng công nghệ Nano trong hoàn tất vải tơ tằm chống bụi, chống thấm nước Sản phẩm ra đời tạo thêm sự đa dạng cho

các sản phẩm của ngành dệt may Việt Nam, nâng cao tính cạnh tranh cho ngành, đáp ứng được nhu cầu về chất lượng, thời trang cho người tiêu dùng

3 MỤC LỤC Chương 1 Nghiên cứu lý thuyết 5

A./ Xử lý hoàn tất chống thấm – chống bẩn 5

I Giới thiệu 5

II Cơ chế 7

III Hóa học chống thấm nước và chống dầu – chống bám bụi 11

B./ Tổng quan về công nghệ nano 14

I Giới thiệu 14

II Ứng dụng công nghệ nano trong hoàn tất cao cấp hàng dệt 16

1 Công nghệ nano trong dệt may 16

2 Các công nghệ xử lý hoàn tất vải phổ biến đang được ứng dụng 21 3 Cơ chế, quy trình, khuynh hướng trong tương lai 23

Chương 2 Thực nghiệm 29

A./ Sản xuất vải tơ tằm 29

Qui trình 29

Thiết bị sử dụng 29

I.Sản xuất sợi xe mộc 29

II Chuội sợi tơ tằm 32

III Nhuộm sợi tơ tằm 34

IV Dệt 36

B./ Hoàn tất chống thấm- chống bám bẩn cho vải tơ tằm 42

1 Lựa chọn hóa chất 42

2 Những vấn đề cần quan tâm trước khi xử lý chống thấm và chống bẩn 45

3 Thử nghiệm 46

Chương 3 Kết quả và Bình luận 52

KẾT LUẬN và KIẾN NGHỊ 55 Phụ lục

Tài liệu tham khảo

4

- Phạm vi đề tài:

+ Xây dựng quy trình công nghệ, thông số, thiết bị phù hợp ứng dụng công nghệ nano trong xử lý hoàn tất vải tơ tằm

+ Tạo ra mặt hàng vải tơ tằm có chức năng chống thấm nước, chống bám bẩn

2 Nội dung đề tài:

- Tổng quan về nguyên lý chống bụi và chống thấm nước của vật liệu dệt

- Tổng quan về ứng dụng công nghệ nano trong hoàn tất vải

- Nghiên cứu công nghệ nano trong hoàn tất vải tơ tằm chống bụi

- Nghiên cứu công nghệ nano trong hoàn tất vải tơ tằm chống thấm nước

- Ứng dụng công nghệ nano trong hoàn tất vải tơ tằm để sản xuất thử vải chống bụi, chống thấm nước Đánh giá kết quả, khả năng ứng dụng công nghệ

- Tổng kết, viết báo cáo

3 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp phân tích hệ thống

- Phương pháp lịch sử, kế thừa những thành quả nghiên cứu

- Phương pháp tham dự, phương pháp chuyên gia

5

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

A./ XỬ LÝ HOÀN TẤT CHỐNG THẤM NƯỚC, CHỐNG BÁM BẨN

I Giới thiệu

Định nghĩa: tính kỵ nước (chống thấm) là khả năng đẩy nước ở dạng giọt

trên bề mặt vải Quá trình xử lý vải kỵ nước (chống thấm) bảo vệ vải và người sử dụng nó khỏi bị ướt nhưng không ảnh hưởng tới khả năng thoáng khí của vải Tính

kỵ nước (chống thấm) khó xác định hơn do có nhiều cách kiểm tra cả tĩnh và động

để đo khả năng chống thấm nước Khả năng kháng nước của vải phụ thuộc vào bản chất của bề mặt xơ, tính xốp của vải Điều quan trọng là cần phải phân biệt giữa (water –repellent) và (water –proof fabric) Tính kỵ nước của vải khác với tính không thấm ướt của vải (waterproofing) đạt được nhờ quá trình tráng phủ màng chặt chẽ trên vải gắn liền với việc giảm khả năng thoát khí và hơi nước Theo quan điểm khoa học, tính kỵ nước của vải được xác định thông qua sự khác nhau về năng lượng bề mặt giữa vải và chất lỏng Một chất rắn sẽ đẩy một giọt chất lỏng trên bề mặt nó khi chất lỏng có sức căng bề mặt cao hơn Sự khác nhau về sức căng bề mặt được đo qua góc tiếp xúc của giọt chất lỏng với bề mặt vải: góc tiếp xúc cao nghĩa là có sự khác nhau lớn về sức căng bề mặt giữa chất lỏng và vải Nói cách khác là vải có tính kỵ nước cao

Water repellent fabric: vải có nhiều lỗ hổng và có khả năng thoáng khí, thoát hơi nước Water repellent fabrics sẽ cho phép nước truyền qua vải khi áp lực thủy tĩnh đủ cao

6

Water –proof fabric: có khả năng chống thấm nước dưới áp lực thủy tĩnh cao hơn nhiều so với vải water –repellent fabrics Loại vải này có ít lỗ hổng hơn và khả năng thoáng khí, thoát hơi nước cũng kém hơn

Xử lý hoàn tất kỵ nước, dầu mỡ hay những vết bẩn khô là những vấn đề rất quan trọng với thị trường dệt may: trang phục, hàng dệt dùng trong gia đình và dệt

kỹ thuật Tính kỵ nước đạt được khi sử dụng các nhóm sản phẩm khác nhau, nhưng tính kỵ dầu thì chỉ có thể đạt được khi sử dụng các polyme florocacbon Chúng đã được biến đổi để có một dãy rộng các tính chất để đáp ứng các yêu cầu của người tiêu dùng và những mục đích nào đó Đây là một phát triển mới đáng quan tâm nhất trong xử lý hoàn tất hóa học

Xử lý kỵ nước (water-repellent finish) là xử lý đã có từ lâu Mục đích của xử

lý này như bản thân tên gọi của nó Những giọt nước không lan chuyền trên bề mặt vải và không làm ướt vải Chúng chỉ nằm trên mặt vải và dễ rũ trôi Tương tự, xử

lý kỵ dầu ( oil- repellent finish) ngăn cản những giọt dầu lỏng trên vải đã xử lý Theo cách tương tự, xử lý kỵ bẩn cũng bảo vệ cho vải không bị bẩn ở dạng khô cũng như ướt Trong tất cả các trường hợp, thì độ thoáng khí của vải xử lý không

bị giảm đáng kể

Cùng với những hiệu ứng mong muốn, vải xử lý còn có các tính chất không mong muốn khác như vấn đề tĩnh điện, giặt khó loại bỏ sạch bẩn, cảm giác sờ tay cứng, vải bị xấu đi (do bụi bẩn bám trở lại) trong quá trình giặt nước và tăng khả năng bốc cháy Một vài tính chất của vải thường được cải thiện bằng việc xử lý này đó là khả năng chống nhàu có độ bền cao hơn, nhanh khô, dễ là, tăng khả năng chịu đựng được axít, bazơ và các loại hoá chất khác Bảng 3 cho thấy những ứng dụng điển hình trong ngành dệt cho loại vải xử lý và những yêu cầu của chúng

là do năng lượng bề mặt thấp Năng lượng bề mặt tới hạn hay sức căng bề mặt của chúng c phải nhỏ hơn so với sức căng bề mặt của chất lỏng L (lực tương tác kết dính bên trong) thì có khả năng chống thấm nước, bám dầu, bụi bẩn L của nước,

ở 73mNm-1 gấp 2 đến 3 lần L của dầu (20- 35mNm-1) Vì thế, xử lý hoàn tất chống bám dầu mỡ với florocacbon (c= 10- 20mNm-1) luôn đạt được độ chống thấm, nhưng với những sản phẩm không chứa flo, chẳng hạn như silicon (C= 24-30mNm-1) thì sẽ không chống lại được dầu mỡ Những bề mặt có năng lượng thấp cũng cung cấp một biện pháp để chống bám bẩn khô bằng cách tránh không cho

Hình 1 Mô tả lực tương tác giữa chất lỏng - chất rắn - hơi nước

L/V = năng lượng mặt phân giới giữa chất lỏng/ hơi nước

S/L = năng lượng mặt phân giới giữa chất rắn/ chất lỏng

S/V = năng lượng mặt phân giới giữa chất rắn/ hơi nước

căng bề mặt của chất lỏng sẽ trải ra trên chất rắn (θ = 0)

Quan sát góc tiếp xúc trong điều kiện lý tưởng, bề mặt chất rắn trơn nhẵn Gần như tất cả các bề mặt đều có độ nhám, độ nhám làm thay đổi mạnh mẽ đến góc tiếp xúc Góc θ ≥ 90 độ trên bề mặt nhẵn sẽ cho kết quả góc tiếp xúc cao hơn nhiều trên sản phẩm dệt may Góc tiếp xúc nhỏ hơn 90 độ sẽ cho phép giọt dung dịch thấm nhanh vào vải Hiện tượng này được dùng để ứng dụng trong xử lý chống thấm cho vải

Nước tinh khiết có sức căng bề mặt cao là 72 dyn/cm và nó bị đẩy bởi nhiều loại vật liệu Với hầu hết các chất lỏng khác, chất nền phải có sức căng bề mặt thấp hơn để có được tính đẩy dung dịch đó Nói chung cấu trúc hóa học của chất hoàn tất sẽ giới hạn sức căng bề mặt vật liệu có thể thấp, nhưng các thông số của quá trình hoàn tất đóng vai trò quan trọng Sức căng bề mặt của một số vật liệu như sau:

- Nước cất: 72dyn/cm

- Bông: 60 dyn/cm

- Polyester: 46 dyn/cm

- Parafin: 26 dyn/cm

10

- Axit béo: 22 dyn/cm

- Axit béo florinat: 15 dyn/cm

- Axit béo perflorinat: 10 dyn/cm

Các phương pháp tạo ra vải kỵ nước:

- Sự dụng các loại xơ kỵ nước: PA, PE

- Sử dụng các kiểu dệt có cấu trúc chặt chẽ, có mật độ cao

- Hoàn tất cơ học: bề mặt mượt, bóng kháng nước tốt hơn bề mặt ráp, xổ lông

- Hoàn tất hóa học: xử lý vải với các chất kỵ nước

Có một vài phương pháp khác nhau để đưa những bề mặt có năng lượng thấp lên sản phẩm dệt:

+ Cách thứ nhất là bằng phương pháp cơ học đưa các sản phẩm chống thấm nước vào trong hoặc trên xơ và bề mặt vải, trong lỗ chân xơ, trong những khoảng trống giữa xơ và sợi

+ Một cách khác nữa đó là bằng phản ứng hoá học của vật liệu chống thấm nước, bám dầu hay bụi bẩn với bề mặt của xơ

+ Cách cuối cùng đó là sử dụng các cấu trúc vải đặc biệt chẳng hạn như những tấm màng mỏng polytêtrafloroêtylen được kéo căng (Goretex), màng mỏng của polyeste có thể thấm nước (Sympatex) và tráng phủ vi xốp (các polyurêtan biến tính thấm nước)

Công nghệ hoàn tất này có thể được dùng cho cả hai kiểu tận trích và ngấm

ép Chúng tương thích với hầu hết các kiểu hoàn tất nhưng lại làm tăng tính dễ bốc cháy Mặc dù những nguyên liệu sẵn có với giá thành tương đối thấp, tạo ra được hiệu ứng chống thấm nước đồng nhất song với nhược điểm ít bền với giặt giũ và giặt khô, mức độ thấm nước và không khí kém nên đã hạn chế việc sử dụng kiểu hoàn tất chống thấm, chống bám bẩn kiểu parafin

2 Công nghệ chống thấm, chống bám bẩn dùng axít mêlamin stêaríc:

Các hợp chất được tạo thành bằng phản ứng của axít stêaríc và formalđêhyt với mêlamin tạo ra một phân lớp khác của loại nguyên liệu chống thấm nước Tính chất không thấm hút của các nhóm axít stêaríc tạo ra được khả năng chống thấm nước, trong khi đó những nhóm N-mêtylen còn lại có thể phản ứng với xenlulô hoặc với (liên kết ngang) khác để tạo được hiệu quả lâu dài

Ưu điểm của kiểu chống thấm, chống bẩn bằng mêlamin axít stêaríc là làm tăng độ bền với giặt có cảm giác sờ tay tốt với vải đã được xử lý Một số sản phẩm loại này có thể được ứng dụng hiệu quả bằng cách xử lý theo phương pháp tận trích

12

Nhược điểm của kiểu xử lý chống thấm, chống bám bẩn mêlamin axít stêaríc

là có những vấn đề tương tự như với xử lý hoàn tất là tạo nếp bền (xu hướng tạo ra finish mark-off), giảm độ bền xé rách và khả năng chống mài mòn của vải, làm biến đổi ánh màu của vải đã nhuộm, thải ra chất formalđêhyt)

3 Xử lý chống thấm kiểu silicôn:

Để có thể đạt được một vài tiêu chuẩn về độ bền, loại silicôn dùng để xử lý chống thấm thường gồm có ba thành phần, đó là: silanol, silane và chất xúc tác, chẳng hạn như octoate thiếc

Ưu điểm của xử lý chống thấm nước kiểu silicôn là tạo khả năng chống thấm nước cao với trọng lượng của sự cô đặc vải (fabric concentration) tương đối thấp (0,5- 1%), cảm giác sờ tay rất mềm mại, tăng khả năng may và duy trì được hình dáng, cải thiện vẻ đẹp ngoại quan và cảm giác của loại vải cào tuyết Một số kiểu chống thấm kiểu silicôn biến tính có thể được tận trích dùng cho (những loại vải dễ

bị ảnh hưởng bởi áp suất)

Nhược điểm của kiểu xử lý chống thấm silicôn đó là làm tăng hiện tượng nổi hạt xoắn, trượt đường may, giảm khả năng chống thấm nếu như sử dụng số lượng quá thừa, chỉ làm giảm nhẹ độ bền với giặt và với quá trình giặt khô (hút các chất hoạt động bề mặt), không chống thấm được dầu mỡ và không chống bám bẩn được Hoàn tất dùng silicôn có thể làm tăng độ hấp dẫn với chất bẩn không thấm hút Thêm nữa, nước bẩn mà đặc biệt là nước bể bơi còn đọng lại từ những quy trình ứng dụng hoàn tất này có thể độc hại cho loài cá

4 Xử lý chống thấm, chống bám bẩn florocacbon

Florocacbon (FC) làm cho các bề mặt của xơ có năng lượng bề mặt thấp nhất cho các kiểu hoàn tất chống thấm, chống bám bẩn đang được ứng dụng với việc đạt được cả hai khả năng chống thấm nước và chống dầu mỡ Xử lý chống

13

thấm, chống bám bẩn FC được tổng hợp lại bằng việc phối hợp các nhóm alkyl perfloro vào trong các monomer acrylic hay urêtan để sau đó có thể được polyme hoá để thực hiện các quy trình hoàn tất vải

Những ưu điểm chung của kiểu hoàn tất chống thấm, chống bẩn florocacbon gồm có: sự tăng có hoạt tính thấp (< 1% owf), vải được xử lý sấy khô nhanh hơn Các FC đặc biệt cho phép cải thiện được mức độ nhả bẩn trong quá trình giặt hoặc chống bám bụi trên nylon, đặc biệt có tác dụng với loại vải thảm Nhược điểu của kiểu hoàn tất này là giá thành cao, vải bị xám màu trong qúa trình giặt, độ may rủi cao và cần phải có xử lý đặc biệt với nước thải dùng trong quá trình xử lý Trong

(nhưng hiện có một vài sản phẩm FC mới nằm ngoài quy luật này)

Các FC sấy ở nhiệt độ thấp là một sự phát triển mới khác nữa Chúng có thể đạt được độ chống thấm, chống bám bẩn mà không cần nhiệt, chỉ sau khi phơi trong điều kiện nhiệt độ phòng Đây là một lợi điểm cho việc ngấm ép các loại quần áo, vải bọc và các loại vải thảm Một nhược điểm không thể tránh được đó là

độ bền thấp do không có việc gắn kết bằng các liên kết ngang

Đánh giá tổng quát về tầm quan trọng của công nghệ hoàn tất FC trong ba lĩnh vực thị trường đó là trong may mặc, trong hàng tiêu dùng và trong lĩnh vực hàng dệt kỹ thuật đã được Otto đưa ra Nhóm chủ yếu những mặt hàng dệt chống thấm nước đó là những loại vải microfiber được xử lý hoàn tất với các polyme florocacbon Một nhóm những mặt hàng được xử lý FC đặc biệt là các loại vải chống đạn, có khả năng bảo vệ khỏi đạn súng, mảnh gỗ, đá, kim loại Chúng có một vài lớp vải dệt para- aramid, được xử lý kỹ với các polyme florocacbon Do không có khả năng chống thấm nước nên loại vải này sẽ bị mất khả năng bảo vệ khi bị ẩm ướt (hiệu ứng trượt của nước)

Khoa học và công nghệ nano (nanoscience and nanotechnology) là một bộ môn khảo sát, tìm hiểu đặc tính những vật chất cực nhỏ, để thao tác (manipulate), chồng chập những vật chất này, xây dựng vật thể to hơn Người ta gọi phương pháp xây dựng từ vật nhỏ đến vật to và to hơn nữa là phương pháp "từ dưới lên" (bottom-up method) Sự xuất hiện của khoa học và công nghệ nano đang cách mạng lề lối suy nghĩ và phương pháp thiết kế toàn thể các loại vật liệu

Vật liệu nano là các vật liệu có chứa một vùng vô định hình có kích thước nano được kiểm soát Ví dụ đơn giản nhất là một loại bột gồm các hạt có đường kính giữa 1 và 100 nm (hạt nano) Có thể sản xuất được hạt nano bằng quá trình tổng hợp ở pha khí Các nguyên tử mong muốn được bốc hơi từ một bề mặt tạo nên khí mật độ cao Việc làm lạnh khí đem lại các hạt nano giống như các giọt mưa trong một đám mây Kích thước hạt có thể được kiểm soát tương đối tốt bằng các thông số của quá trình Có thể tổng hợp các hạt nano ở dạng dung dịch bằng các kỹ thuật cổ truyền từ công nghệ hoá học chất keo (công nghệ của các hạt có kích thước giữa 1 và 1000 nm) Trong trường hợp này các hạt nano tăng kích thước lên thành các phân tử nhỏ tụ lại với nhau thành dung dịch siêu bão hoà Các hạt có thể được tráng với các nhóm chức Hình dạng và thành phần của chúng có thể kiểm soát được nhưng việc kiểm soát kích thước khó hơn khi tổng hợp ở pha khí Có thể thu được các hạt nano đã được tổng hợp bằng cách bốc hơi hoặc thể huyền phù kết tủa Do tỷ số diện tích bề mặt/thể tích lớn nên bột có hoạt tính cao

Do vậy cần cẩn trọng để tránh oxy hoá và cũng tránh mối nguy hại cho sức khỏe

15

khi sử dụng chúng Việc chuyển từ các hạt “micro” sang các hạt “nano” có một số

ưu điểm Trước tiên, diện tích bề mặt tăng lên rất nhiều Các tính chất của hạt to bị khống chế bởi các tính chất bề mặt Ví dụ vật liệu có khả năng hấp thụ ánh sáng bằng cách tráng các hạt có thuốc nhuộm Thứ hai là việc giảm kích thước hạt mang lại cả ưu điểm cơ học và các hiệu ứng lượng tử Ví dụ sự truyền bị ngăn cản của các nhiễu loạn mạng tinh thể dẫn tới các kim loại bền và cứng và sự dão khuyếch tán được tăng cường dẫn tới gốm siêu dẻo dễ kéo sợi trong khi gia công tại nhiệt

độ được nâng dần Bẫy lượng tử cho phép kiểm soát “các hằng số” của vật liệu, như được biểu diễn ở sự dịch chuyển màu xanh của quang phổ của các hạt nano

Vật liệu nano sẽ tìm thấy ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Đã có một số sản phẩm trên thị trường như dầu chống rám nắng có chứa các hạt nano hấp thụ tia cực tím và kính đeo mắt có lớp tráng nano chống xước Trong vòng 10 tới 20 năm vật liệu nano có thể tạo ra các thành phần sống còn cho các linh kiện điện tử nano dựa trên hiệu ứng lượng tử như hiện tượng siêu từ Trong khi đó công nghệ vật liệu nano được mong đợi phát triển hơn theo hướng công nghệ nano phân tử

Công nghệ Nano là công nghệ nổi bật đang được ứng dụng trong ngành dệt Công việc nghiên cứu và phát triển ứng dụng đang tiến triển trên khắp thế giới, từng bước thử nghiệm sản xuất các mặt hàng dệt cao cấp bằng cách trực tiếp biến tính cấu trúc xơ sợi hoặc bằng con đường phối hợp các phân tử Nano trong công đoạn xử lý hoàn tất

Theo báo cáo nghiên cứu về thị trường của tổ chức Lux Research (Mỹ) xuất bản năm 2008, dự đoán doanh thu của thị trường thế giới các sản phẩm ứng dụng

từ công nghệ nano sẽ tăng từ 147 tỷ đô la Mỹ năm 2007 lên khoảng 3 ngàn tỷ đô la

Mỹ năm 2015 với tỷ lệ tăng bình quân hàng năm là 46%, trong đó các sản phẩm ứng dụng trong công nghệ vật liệu và công nghệ sản xuất từ 97 tỷ đô la Mỹ lên 1.700 tỷ đô la Mỹ, các sản phẩm ứng dụng trong lĩnh vực điện tử từ 35 tỷ đô la Mỹ lên khoảng 970 tỷ đô la Mỹ, các sản phẩm ứng dụng trong lĩnh vực y tế từ 15 tỷ đô

la Mỹ lên khoảng 310 tỷ đô la Mỹ Thị trường tiềm năng các sản phẩm ứng dụng

II/ Ứng dụng công nghệ Nano trong hoàn tất cao cấp hàng dệt

1/ Công nghệ Nano trong dệt may:

Ứng dụng của công nghệ Nano trong hoàn tất dệt may đã tạo ra những phương pháp hoàn tất mới cũng như kĩ thuật sản xuất mới Đặc biệt trong quá trình hoàn tất hoá học, quy trình dễ điều khiển hơn và chất lượng hoàn hảo hơn

1.1 Ứng dụng công nghệ nano cho sản phẩm sợi:

Sợi composit có cấu trúc Nano chính là ứng dụng ban đầu về công nghệ nano:

được sử dụng nhiều nhất Sợi Nano cacbon có thể nâng cao độ bền đứt của sợi composit một cách rất hiệu quả do đạt được tỉ lệ pha trộn cao, trong khi đó các hạt Nano than đen nâng cao được cảm giác sờ tay và độ bền ma sát Cả hai loại

Nano này đều có tính dẫn điện và bền với hóa chất

loại muối nhôm silicat ngậm nước Các hạt này có tính cách điện, cách nhiệt,

các hạt Nano đất sét sẽ có khả năng chống cháy, chống tia UV và chống ăn mòn

oxit kim loại có khả năng xúc tác quang hóa, dẫn điện, hấp thụ tia UV, oxi hóa

17

quang học chống lại các tác động sinh học và hóa học Những nghiên cứu chuyên sâu đã tập trung cho việc xử lý chống khuẩn, tự làm sạch và ngăn ngừa tia UV đối với cả trang thiết bị quân sự và các sản phẩm bảo vệ sức khỏe bằng

có thể nâng cao đặc tính ngăn ngừa tia UV và cũng giảm được hiện tượng tĩnh

xơ composit

dạng cấu tạo Nano có nhiều triển vọng Độ bền cao hơn nhưng độ dẫn điện lại kém hơn so với các hạt Nano cacbon Nói chung CNT được chia thành 2 loại: ống các bon một lớp (SWNT) và ống các bon nhiều lớp (MWNT) Những ứng dụng của CNT là xơ sợi composit dẫn điện và có độ bền cao, thiết bị lưu trữ và chuyển đổi năng lượng, cảm biến, làm mực in

những phương pháp thông dụng nhất để sản xuất sợi Nano composit Một cách

xử lý khác đó là tạo ra những lỗ trống kích cỡ Nano trong mạng cấu trúc polyme Một khối lượng lỗ trống kích cỡ Nano trong vật liệu đã làm cho vật liệu đó nhẹ hơn, cách nhiệt tốt, chống nứt gẫy mà không bị ảnh hưởng đến độ bền cơ lý ứng dụng rất hiệu quả của công nghệ này là sử dụng các thành phần chức năng đưa vào bên trong những lỗ trống kích cỡ Nano Xơ có lỗ trống Nano có thể được coi là sản phẩm composit cao cấp được dùng làm dụng cụ thể thao và vật liệu du hành vũ trụ

giúp cải thiện đặc tính hút ẩm của sợi nylon và polyeste, làm cho chúng có tính hút nước Đó là chất hoàn tất cho trên 50 lần giặt là Lĩnh vực áp dụng chính là quần áo thể thao và quần áo lót bằng sợi polyeste và sợi nylon vì chúng yêu cầu phải thấm mồ hôi Một cách xử lí khác là xây dựng một mạng lưới phân tử

ba chiều bao quanh sợi (tức là cấu trúc Nano-Net) được gọi là Nano-dry

hoàn tất này tạo ra một lớp cellulozơ bền phủ lên bề mặt xơ tổng hợp Vỏ bọc cellulozơ và lõi tổng hợp cùng nhau tạo thành một cấu trúc đồng tâm, có tác dụng làm giảm những hạn chế của sợi tổng hợp như là tĩnh điện, cảm giác sờ

18

tay không tự nhiên và độ sáng bóng Nó có thể bền với sau 50 lần giặt là Công nghệ Nano-Touch, công nghệ hoàn tất được mong đợi để làm tăng trở lại nhu cầu dùng sợi tổng hợp vi mảnh, bao gồm sợi crếp, vải the và nhiễu, và mang lại khả năng phục hồi những mặt hàng này

bông thường xe trong khoảng Ne5 đến Ne120 (bông xơ dài), thì công nghệ Nano-Touch đã mở ra một lĩnh vực hoàn toàn mới cho việc sử dụng sợi polyeste hay nylon chi số Ne300 hay Ne500 thậm chí tới Ne1000 Bởi vì bông

là khó xe chặt, việc sử dụng bị hạn chế đối với vải crếp hay voan cho đồ mùa

hè Tuy nhiên, khoảng sử dụng sẽ được đa dạng hóa, từ chỗ được bao phủ polyeste xe chặt bao gồm vải crếp, đến chỗ siêu chặt như vải the, nhiễu đơn và nhiễu đôi Mặc dù có sự thay đổi độ xe chặt và kiểu dệt thoi sợi tổng hợp polyeste, sợi giả tơ tằm đã bị giảm một phần trong thị trường, sự giảm nhu cầu

sử dụng vì đặc tính không thấm nước, cảm giác và trông không tự nhiên, có độ tĩnh điện cao Công nghệ Nano-Touch mở rộng tính ưu việt nhằm tăng sự hồi phục của vật liệu dệt này

khoảng 1.17 đến 1.40, còn bông là 1.54 Công nghệ Nano-Touch sẽ mở ra thuận lợi cho việc sử dụng sợi xenlulô, cung cấp loại sợi xenlulô bao phủ acrylic siêu nhẹ Nhược điểm lớn nhất của sợi acrylic là thấm nước kém, tĩnh điện cao cũng như một vài sợi nhân tạo khác, cảm giác sờ tay hơi nhũn nhẽo và dính tay Công nghệ Nano-Touch đã đưa ra giải pháp khắc phục các vấn đề này Vải bông thấm mồ hôi có một sự thay đổi về trọng lượng và thậm chí càng nặng hơn khi nó ẩm và thoát ẩm cực kỳ chậm Việc sử dụng nhiều hơn sợi acrylic theo công nghệ Nano-Touch sẽ đồng thời làm tăng đặc tính được ưa chuộng của cả 2 loại acrylic và bông, mở ra một trang mới cho các loại sợi xenlulô siêu nhẹ

1.2 Ứng dụng công nghệ nano cho sản phẩm vải:

+ Nano-care: think-carefree

- Siêu chống thấm nước, dầu và vết ố bẩn

- Chống nhăn

19

- Bảo quản như mới

- Vải thông thoáng, dễ thở (breathable fabric)

- Dễ bảo quản

- Chất lượng lâu bền

+ Nano-dry:

- Bôi trơn, tăng khả năng thấm hút

- Giữ được sự thông thoáng

- Bảo quản như mới

- Chất lượng lâu bền

+ Nano- pel: (chống bẩn)

- Siêu chống thấm nước, dầu và vết ố bẩn

- Chống nhăn

- Bảo quản như mới

- Vải thông thoáng, dễ thở (breathable fabric)

độ nano) chiếm 1 khu vực bề mặt rất lớn, vì vậy giúp tăng tác động của chúng lên vi khuẩn hay các loại nấm, và cải thiện đáng kể hiệu quả diệt khuẩn và nấm

20

- Những mặt hàng vải dễ thoát mồ hôi và mát mẻ: ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn bằng việc giải phóng chất chống vi khuẩn hay hấp thu mùi hương

- Bảo vệ khỏi tác động môi trường

1.3 Những khuynh hướng trong tương lai:

Việc áp dụng một lớp keo hydratcacbon cho vải cũng cung cấp một cơ hội khi đồng thời hoàn tất vải với những thành phần phụ trợ thêm vào để có ràng buộc lâu bền cho vải Bằng cách này, màng bao hydratcacbon hoạt động như một chất kết dính để truyền đạt độ bền cho những thành phần phụ trợ không quan trọng được đồng áp dụng với lớp màng hoàn thành Ngoài ra, các phụ trợ có thể được xử

lý hữu hiệu hydratcacbon và có thể được đưa vào trong quá trình sản xuất sau khi ứng dụng các lớp màng bao hydratcacbon Trong cả hai phương pháp, vải ban đầu được tăng thêm một số thuộc tính mà không thể có được nếu không sử dụng các lớp màng bao

Một số ví dụ của các thành phần phụ trợ bao gồm các hợp chất hấp thụ tia hồng ngoại như cacbon màu đen, nhựa kitin hoặc những chất màu khác hấp thụ tia hồng ngoại có thể được kết dính cố định lên vải để giảm thiểu sự dò tìm từ các thiết bị quan sát ban đêm Nói chung, vùng hồng ngoại có bước sóng nằm trong khoảng 1000-1200 nm

Vải được xử lý với một lớp màng bao có chứa vật liệu hấp thụ tia hồng ngoại sẽ có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại cũng như các tính chất khác mang lại lợi ích cho vật liệu có màng bao tính chất đó; trong các ứng dụng quân đội, vải có thể được quan tâm đặc biệt Tương tự như vậy, hợp chất chắn tia cực tím có thể được kết hợp để bảo vệ vải nguyên liệu hoặc người mặc của hàng may mặc chống

21

tia cực tím Sắc tố màu hoặc thuốc nhuộm có thể được đưa vào lớp ngoài Những chất keo từ tính có thể được sử dụng trong màng bao để cung cấp khả năng bảo quản các tính chất của vải Các tác nhân sinh học (ví dụ như đuổi côn trùng, kháng sinh và dược phẩm)là những ví dụ điển hình Những hỗn hợp hấp thụ mùi (odorabsorbing) và những chất làm trung hòa (Ví dụ như than hoạt tính hoặc cyclodextrins) hoặc, ví dụ khác, tỏa hương thơm trong khi sử dụng là một trong những mong muốn trong ngành thời trang đã rất lâu,cũng có thể áp dụng liên kết hydrolysable

Những hóa chất làm chậm bắt lửa và những chất chống tĩnh điện có thể kết hợp vào màng bao rất tốt Sự kết hợp của Nano-Wrap với màng bao hóa học mới, khi áp dụng cho hàng dệt may, tạo ra nhiều cơ hội tốt Tương lai rất có tiềm năng phát triển

2 Các công nghệ xử lý hoàn tất vải phổ biến đang được ứng dụng

Công nghệ Nano không chỉ được áp dụng để tạo ra những sản phẩm xơ composit đa chức năng mà còn thúc đẩy cải tiến những hợp chất hoàn tất hoá học

Ví dụ quy trình tổng hợp để tạo ra nhũ tương có kích cỡ Nano, khi chúng được ứng dụng vào các mặt hàng dệt sẽ thu được hiệu quả triệt để hơn, đều hơn và công nghệ

xử lý chính xác hơn Các chất hoàn tất có thể được phân tán vào các mixel (mao mạch) có kích cỡ Nano, tạo thành dạng hoà tan Nano hay được bao bọc trong các nang Nano do đó có thể bám vào cấu trúc vật liệu dệt đều hơn Những chất hoàn tất cải tiến này đã tạo ra một hiệu quả chưa từng thấy trong việc xử lý cao cấp hàng dệt như chống loang màu, hút ẩm, chống tĩnh điện, chống nhàu và ổn định kích thước…

Sự khác biệt giữa các hợp chất xử lý hoàn tất dạng Nano và dạng thông thường là ở chỗ; các hạt hoàn tất Nano cho độ bền liên kết là đáng kể, liên kết có thể là trực tiếp với xơ, hoặc qua lại giữa hoá chất và xơ trong khi các hợp chất thông thường phải sử dụng chất kết dính, tạo màng trên bề mặt xơ vì vậy cho cảm giác sờ tay, sự thay đổi ánh màu của vật liệu nền sẽ khác nhau

22

2.1 Nano-care: Hoàn tất dễ chăm sóc, chịu được sau 50 lần giặt

Công nghệ này mang lại cho vải khả năng chống nhàu, phòng co, có đặc tính kháng nước và kháng bẩn, đối với vải xenlulo ví dụ như vải bông hay lanh Vấn đề

xử lý dễ chăm sóc, một trong những bước hàng đầu của phương pháp xử lý mang lại sự chống nhàu và phòng co Công nghệ Nano-Care chịu được sau hơn 50 lần giặt

2.2 Nano-Pel: Công nghệ hoàn tất chống thấm nước và kháng dầu cao

Việc ứng dụng công nghệ Nano này để xử lý chống thấm nước và kháng dầu

có hiệu quả cho những xơ thiên nhiên như bông, lanh, len, tơ tằm cũng như các xơ tổng hợp như polyeste, nylon và acrylic Đối với xơ thiên nhiên, hiệu năng chống thấm nước và kháng dầu không thể mong cao tuyệt đối được Công nghệ Nano-Pel bông chịu được sau 50 lần giặt là Nó có thể chịu được 20 lần giặt khô đối với vải len và lanh, một nét khác biệt trái ngược với phương pháp thông thường là rất thấp với bất kể tính bền nào

Việc áp dụng công nghệ Nano-Pel trong sản xuất thương mại hóa ở Mỹ dần dần được mở rộng tới lĩnh vực đồ nội thất, đồ bọc (đệm giường), quần áo ở nhà (tạp dề…)

Nano-Pel và Nano-Care tạo tính chống thấm nước và chống thấm dầu cho các chất nền mà không ảnh hưởng xấu đến các đặc tính mong muốn khác của chất nền, chẳng hạn như cảm giác sờ tay mềm mại (sự cảm nhận bằng xúc giác ) và độ thoáng khí

2.3 Nano-Press: Tính ổn định kích thước bền vững cho bông 100%

Nhược điểm lớn nhất trong xử lý ổn định kích thước theo công nghệ truyền thống cho vải 100% cotton là làm giảm cường lực, đặc biệt là theo chiều ngang có thể giảm từ 35% đến 60% Nano-Press duy trì độ bền ngang và dọc xấp xỉ độ bền của vải chưa xử lý, thậm chí còn có một chút bền hơn Tuy nhiên một trong những mặt hạn chế của các phương pháp cổ truyền là độ bền mài mòn uốn cực thấp làm cho các đường gấu của quầnvải bông dễ bị mòn xơ lại có thể được cải thiện đáng

kể gấp 7 lần vải không được xử lý Mặc dầu nó tốt hơn các phương pháp cổ truyền

23

ở chỗ là ít giảm độ bền dọc và ngang của vải hơn, Nano-Press có tính cách mạng ở chỗ nó mở ra một cánh cửa trước kia bị đóng kín cho ổn định kích thước của vải bông mỏng thông qua phục hồi đáng kể độ bền mài mòn, uốn từ chỗ gần như không có

3 Cơ chế - Quy trình xử lý chống thấm, chống bám bẩn bằngcông nghệ nano:

3.1 Cơ chế:

3.1.1 Cơ chế không thấm nước (của lá sen): Hình 2 Cơ chế chống thấm

(của lá sen)

Nhìn gần bề mặt của 1 lá sen cho ta

thấy lý do tại sao rất nhiều vật liệu trong tự

nhiên đặc biệt có tính chống thấm hay kị

nước

Cận cảnh của 1 lá sen, 1 ví dụ về loại

cây siêu chống thấm (hình thứ 2) Sự thô ráp

của bề mặt lá được tạo ra do những ”bướu”

hay u lồi (bumps) cùng tồn tại chung với nhau

trên lá Mỗi bướu này rộng khoảng 10µm,

trên bướu có những đường ống/rãnh rỗng

(hollow channels) đường kính 1 µm

Toàn bộ bề mặt được bao phủ bởi 1 lớp

sáp khiến nó trở nên chống thấm Khả năng

chống thấm của lá còn được nâng cao nhờ vào bề mặt thô ráp của nó

Ghi chú: Đầu tiên, bề mặt của những chiếc lá này thường xuyên được bao phủ bởi rất nhiều các loại sáp khác nhau được làm từ một hỗn hợp các phân tử hydrocarbon lớn, các phân tử này rất kị ướt Sau đó, quan sát bằng kính hiển vi phát hiện ra những bế mặt lá này được cấu tạo bởi những bướu rộng 10µm, những bướu này lại được bao phủ bởi những ống rỗng đường kính 1 µm

24

3.1.2 Cơ chế không thấm nước của Nano-tex:

Nano-Tex cải thiện tính năng chống thấm của vải bằng cách tạo ra những sợi tinh thể nano (nano-whiskers), những sợi này là những hydrocarbons và có kích thước bằng 1/1000 kích thước của 1 xơ cotton (cotton fibre) tiêu biểu Những sợi tinh thể nano này được bổ sung vào vải để tạo ra hiệu ứng như “lông tơ quả đào”

mà lại không làm giảm đi cường lực (sức bền) của cotton

Khoảng cách của các sợi tinh thể nano trên vải nhỏ hơn 1 giọt nước nhưng vẫn lớn hơn những phân tử nước Nước vì vậy sẽ đọng lại bên trên những sợi tinh thể này và trên bề mặt của vải (Tuy nhiên, chất lỏng vẫn có thể thấm qua vải nếu

có lực ép tác dụng lên) Đặc tính hoạt động này của sợi tinh thể trên vải là thường xuyên (vĩnh cửu) trong khi vẫn giữ được độ thông thoáng, dễ thở

Thêm vào đó, Schoeller, 1 công ty dệt của Thụy Sĩ, đã phát triển NanoShpere để tạo ra những loại vải không thấm nước NanoSphere được tạo ra bởi cấu trúc bề mặt 3 chiều với những chất phụ gia tạo keo giúp chống nước và ngăn ngừa những hạt chất bẩn không để chúng dính với nhau Cơ chế này tương tự

như hiệu ứng của lá sen xảy ra trong tự nhiên

Nano-Tex đã phát triển hai sản phẩm không thấm nước và dầu tốt hơn dựa trên những polime được thiết kế tùy chỉnh chứa hợp chất flourocacbon: Nano-Pel

và Nano-Care Nano-Pel là phương pháp xử lí chống thấm nước và dầu có thể được áp dụng cho tất cả các loại vải, trang phục chính, bao gồm cotton, len, polyester, ni-long, tơ nhân tạo, sợi tổng hợp Nano-Care là sản phẩm sử dụng cho vải 100% cotton mà có thêm khả năng chống nhăn (gấp) ngoài tính chống thấm nước và dầu

Nói chung, những polime đồng trùng hợp biểu hiện khả năng chống thấm nước và dầu bao gồm một monomer chứa gốc methacylate hoặc gốc acrylate, một nhóm perfluoralkyl có khả năng tạo ra tính chống thấm nước và dầu một cách trực tiếp, một monomer không chứa flo có khả năng cải thiện tính dính của sợi, và một monomer có khả năng đảm bảo độ bền thông qua sự tự liên kết chéo hoặc phản ứng với những chất hoạt động trên bề mặt vật liệu được xử lí Hầu hết những

25

polimer đồng trùng hợp thương mại có những nhóm N-methylol dọc theo mạch chính, như là polimer đồng trùng hợp của hợp chất meth (acrylate) chứa nhóm perfluoroalkyl và polimer đồng trùng hợp N-methylol acrymide Tuy nhiên, chất nền sợi khi được xử lí với những polimer đồng trùng hợp này, formaldehyde được hình thành, mà việc này theo quan điểm môi trường và an toàn là cực kì không mong muốn

Hình 3 Quá trình chuyển trạng thái từ Nano-care sang Nano-pel

Cấu trúc Nano-whisker được mô tả trên hình 3, trong đó những nhánh (chổi) của polimer hoặc oligomer (những polimer chứa một vài mắt xích xác định) được đính vào một khung linh động Cũng được gắn vào là những cái “móc” tiềm ẩn có thể tạo những liên kết cộng hóa trị với những nhóm chức năng trên bề mặt vải trong lúc sấy khô Trong trạng thái giàu nước, cấu trúc nano tạo thành dạng vòng

để bọc các nhánh hidrocacbon kỵ nước bên trong lớp phân cực bên ngoài, như giả

mở ra, mang “khung xương” có cực và những cái móc phức tạp đến gần bề mặt vải (thông thường là có cực) Những cái chổi nhô ra khỏi nền vải, về cơ bản tạo ra một lớp đơn phân tử để chống lại sự tấn công của nước và dầu sau này

26

Nano-Tex đã được công nhận một công thức chứa đựng những tác nhân chống thấm dầu và nước mới lạ có khả năng gắn kết với bề mặt vải và những vật liệu khác mà không sản sinh ra formaldehyde Công thức này có thể tạo ra khả năng chống nhăn không sản sinh formaldehyde và khả năng chống thấm dầu khi kết hợp với một loại nhựa không chứa formaldehyde như dimethylurea glyoxal (DMUG) hoặc acid butane tetracarboxylic (BTCA)

3.1.3 Sự tổng hợp polimer và chất phụ gia:

Thành phần chính của Nano-Tex đã được cấp bằng sáng chế chống thấm dầu và chống thấm nước là một copolymer mà bao gồm:

(a) một chất có chứa một gốc fluoroaliphatic;

(b) stearyl (Meth) acrylate;

(c) một hợp chất có chứa clo, chẳng hạn như clorua vinylidene,vinyl clorua, 2-chloroethylacrylate hoặc ête vinyl 2-chloroethyl;

và (d) một monomer được lựa chọn từ những chất có chứa một nhóm chức anhydride hoặc có khả năng hình thành một nhóm chức anhydride Nhóm anhydride này có thể phản ứng với những nucleophiles khác nhau trên một bề mặt vải để tạo thành một liên kết ester bền

Các copolymer có thể được tiếp tục tạo thành chất đồng trùng hợp với : (i) hydroxyalkyl (meth)- acrylate để tăng hiệu suất và độ bền của các copolymer tổng hợp

(ii) một hợp chất như poly ethylene glycol -(meth) acrylate để cải thiện độ hòa tan của copolymer trong nước,

và / hoặc (iii) một chuỗi đầu cuối, như dodecanethiol,acid mercaptosuccinic hoặc các hợp chất tương tự khác, mà tác động là để giữ cho trọng lượng phân tử của polymer thấp để nó vẫn dễ dàng phân tán trong nước và có thể xâm nhập vào vải tốt hơn Trong suốt quá trình ứng dụng vải, một chất xúc tác như hypophosphite natri được sử dụng để tạo ra sự hình thành anhydride từ những

Nano-Pel và Nano-Care tạo tính chống thấm nước và chống thấm dầu cho các chất nền mà không ảnh hưởng xấu đến các đặc tính mong muốn khác của chất nền, chẳng hạn như cảm giác sờ tay mềm mại (sự cảm nhận bằng xúc giác ) và độ thoáng khí Kể từ giai đoạn mở đầu của họ, hiệu suất chống thấm nước và chống nhiễm bẩn của Nano-Pel và Nano-Care đã được nâng lên

3.2 Quy trình:

Ứng dụng của Nano-Pel và Nano-Care có thể được thực hiện bằng cách sử dụng thiết bị xử lí hàng dệt đặc thù trong nhà máy Kết cấu này có thể được ứng dụng cho một chất nền xơ bằng nhiều phương pháp xử lí liên tục gồm nhúng/ ngâm, phun, làm nổi bọt, tráng phủ và trục làm ẩm, tiếp theo đó làm khô và sấy ở nhiệt độ cao trong thùng sấy Thông thường, các phương pháp nhúng / ngâm được

sử dụng trong đó vải được nhúng chìm trong một bể chứa hỗn hợp tiếp theo là vải được đi qua hai trục ép để loại bỏ các dung dịch thừa ra ngoài

Các chất nền đã được xử lí sau đó được làm khô và sấy ở nhiệt độ cao cho phép sự phản ứng của polyme với vải dệt và với chính bản thân nó Một bước quan trọng để đảm bảo hiệu suất độ bền cao là khởi đầu với một chất nền sạch Vì độ bền phụ thuộc trực tiếp vào mối liên kết cộng hóa trị của những polimer với chất vải nền, điều đó là bắt buộc để bề mặt vải không bị bó buộc bởi kích cỡ, các loại dầu và chất gây ô nhiễm Do đó, nền vải phải nhận được một sự tẩy rửa kĩ lưỡng trước khi đến quá trình sử dụng