Nghiên cứu quy trình phân tách xơ từ lá khóm làm nguyên liệu cho sản xuất sợi khóm pha trên dây chuyền kéo sợi bông báo cáo tổng kết đề tài khoa học cấp trường

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 HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Nghiên cứu quy trình phân tách xơ từ khóm làm nguyên liệu cho sản xuất sợi khóm pha dây chuyền kéo sợi bơng Mã số đề tài: 20/1.3CNM03 Chủ nhiệm đề tài: Th.S Nguyễn Ngọc Xuân Hoa Đơn vị thực hiện: Khoa May Thời trang TP Hồ Chí Minh 03/2022 Tp Hồ Chí Minh, … LỜI CÁM ƠN Trong trình thực đề tài “Nghiên cứu quy trình phân tách xơ từ khóm làm nguyên liệu cho sản xuất sợi khóm pha dây chuyền kéo sợi bơng” nhóm nghiên cứu nhận nhiều giúp đỡ, động viên tạo điều kiện thuận lợi từ lãnh đạo nhà trường, lãnh đạo khoa, toàn thể giáo viên khoa doanh nghiệp để nhóm chúng tơi hồn thành đề tài Lời đầu tiên, nhóm thực đề tài xin gởi lời cảm ơn đến Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh tin tưởng cấp kinh phí cho nhóm thực đề tài Tiếp theo xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến cơng ty Brotex hỗ trợ nhóm q trình kéo sợi thử nghiệm tiêu chí chất lượng sợi Xin chân thành cảm ơn Trung tâm Cơng nghệ sinh học Thành phố Hồ Chí Minh hỗ trợ nhóm q trình thực nghiệm, đánh giá chất lượng xơ sau xử lý Nhóm xin gởi cảm ơn chân thành đến lãnh đạo khoa May thời trang tạo điều kiện thuận lợi để nhóm hồn thành đề tài Cuối cùng, nhóm chúng tơi xin chân thành cảm ơn bạn bè, tồn thể thầy cô khoa May thời trang Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh gia đình hỗ trợ, giúp đỡ, động viên, khích lệ cho chúng tơi hồn thành đề tài Chủ nhiệm đề tài Th.S Nguyễn Ngọc Xuân Hoa PHẦN I THÔNG TIN CHUNG I Thông tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu quy trình phân tách xơ từ khóm làm nguyên liệu cho sản xuất sợi khóm pha dây chuyền kéo sợi 1.2 Mã số: 20/1.3CNM03 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT Họ tên (học hàm, học vị) Đơn vị công tác Khoa May thời trang – Th.S Nguyễn Ngọc Xuân Hoa Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM Vai trò thực đề tài Chủ nhiệm PGS.TS Bùi Mai Hương Bộ môn kỹ thuật dệt may – Khoa khí – Trường Đại học Bách khoa TP.HCM Thư ký PGS.TS Huỳnh Văn Trí Trường Đại học Cơng nghệ TP.HCM – HUTECH Thành viên 1.4 Đơn vị chủ trì: Khoa May Thời trang 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 03 năm 2020 đến tháng 03 năm 2021 1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng… năm… 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng 03 năm 2020 đến tháng 02năm 2022 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Về sản phẩm: Thay đổi từ báo SCOPUS thành báo IUH Về kinh phí: Giảm kinh phí thực đề tài từ 45.000.000 đồng xuống 25.000.000 đồng Nguyên nhân: thời gian thực đề tài vượt thời hạn hợp đồng nghiên cứu cần nghiệm thu đề tài 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 25 triệu đồng II Kết nghiên cứu Đặt vấn đề: Đối với sản phẩm may mặc, nguyên liệu chiếm vị trí quan trọng tồn phát triển Một nguyên liệu tốt, phù hợp không mang lại hiệu mặt thẩm mỹ, tiện nghi, kinh tế mà cịn mang đậm nét văn hố thể tinh thần người mặc Ngành dệt may ngày phát triển, nhu cầu nguồn nguyên liệu ngày gia tăng Bên cạnh nguyên liệu tự nhiên truyền thống, thân thiện với môi trường bông, lanh, len, tơ tằm nguyên liệu tổng hợp – không phân huỷ sinh học polyester, polyamide, polyacrylic, … sử dụng với số lượng lớn làm tăng thêm gánh nặng cho môi trường Để hướng tới phát triển cơng nghiệp bền vững việc nghiên cứu sản xuất nguyên liệu an tồn cho người sử dụng, thân thiện với mơi trường ngày quan tâm nhiều xu hướng chung giới Xơ khóm (xơ dứa) – loại xơ lấy từ lá, có nguồn gốc từ tự nhiên, phân hủy sinh học, khơng có tác động tiêu cực đến mơi trường phân loại loại xơ thân thiện với mơi trường Xơ khóm loại xơ trích từ thực vật khác (xơ lấy từ thân – lanh, đay, gai; xơ lấy từ - dừa) có độ bền, độ hút ẩm cao, đặc biệt khả kháng khuẩn kháng tia UV hoàn toàn phù hợp cho ứng dụng may mặc thay phần loại chất liệu phân hủy sinh học xơ tổng hợp Đặc biệt, khóm loại ăn trồng phổ biến nước ta để lấy chính, phần trọng khai thác Việc tận dụng khóm – dạng phế phẩm nông nghiệp đưa vào kéo sợi - dệt vải không khắc phục vấn đề môi trường mà cịn mang lại hiệu kinh tế Xơ khóm loại xơ cellulose có nguồn gốc từ thực vật, thành phần chủ yếu cellulose, hemi – cellulose, pectin, lignin vật chất khác Để thu xơ từ khóm cần phải phân tách, xử lý để loại bỏ hợp chất khỏi Đây vấn đề quan tâm nghiên cứu để đưa phương pháp phân tách phù hợp thơng qua q trình thực nghiệm Nội dung nghiên cứu tiến hành phân tách khóm phương pháp lý hóa học từ đánh giá hình thái học thơng số vật lý xơ Sau đó, tiến hành cắt ngắn xơ khóm, pha trộn với xơ kéo sợi dây chuyền kéo sợi xơ để đánh giá chất lượng sợi pha tạo nên Như vậy, với đề tài “Nghiên cứu sản xuất xơ từ khóm làm nguyên liệu cho sản xuất sợi khóm pha dây chuyền kéo sợi bông” không tạo loại nguyên liệu cho may mặc mà khắc phục vấn đề môi trường mang lại hiệu kinh tế cho ngành nơng nghiệp trồng khóm nước ta Mục tiêu: a) Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu đưa quy trình phân tách xơ từ khóm, sử dụng xơ phân tách phối trộn với kéo sợi pha dây chuyền kéo sợi b) Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu đưa quy trình phân tách khóm để tạo xơ - Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình phân tách, đánh giá lựa chọn thơng số phù hợp để phân tách xơ từ khóm - Kéo sợi pha xơ khóm dây chuyền kéo sợi Phương pháp nghiên cứu: a) Nghiên cứu lý thuyết: - Tìm hiểu khóm, thành phần hóa học khóm xơ khóm, tính chất xơ lấy từ khóm - Nghiên cứu tài liệu nước phương pháp phân tách xử lý hóa học xơ libe nói chung xơ từ khóm nói riêng để làm tiền đề cho trình thực nghiệm - Tìm hiểu đặc tính khả kéo sợi xơ để đánh giá tiềm kéo sợi dệt vải xơ khóm b) Nghiên cứu thực nghiệm: - Dựa việc tham khảo kết nghiên cứu nước phương pháp phân tách xử lý hóa học xơ libe nói chung xơ từ khóm nói riêng, nhận thấy cần sử dụng phương pháp học kết hợp với hóa học để loại bỏ bớt thành phần xơ khóm để xơ trở nên phù hợp cho trình kéo sợi Cụ thể, dùng phương pháp học để tách xơ thơm khỏi trước, sau xử lý hóa học với dung dịch NaOH để loại lignin, pectin hemicellulose - Xơ sau xử lý mang chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) để quan sát hình thái học bề mặt mặt cắt ngang đánh giá ảnh hưởng nồng độ NaOH, thời gian xử lý đến hình thái học bề mặt, đến đường kính xơ Từ lựa chọn điều kiện xử lý phù hợp cho xơ để tiến hành phân tách với số lượng phù hợp cho kéo sợi - Kéo sợi khóm pha bơng theo tỷ lệ phối trộn xơ khóm xơ 50/50 30/70 dây chuyền kéo sợi công ty Brotex - Hai sợi khóm pha bơng 50P/50C 30P/70C kiểm tra độ bền kéo đứt Kết đo đạc xử lý số liệu đánh giá độ tin cậy Độ bền hai mẫu sợi pha so sánh với sợi 100% điều kiện kéo sợi Tổng kết kết nghiên cứu: Bài nghiên cứu tìm hiểu phương pháp phân tách xơ khóm Xây dựng quy trình phân tách xơ từ khóm bao gồm q trình tiền xử lý xơ xử lý hóa học xơ khóm với NaOH Tiến hành thử nghiệm ảnh hưởng yếu tố nồng độ, thời gian nhiệt độ đến hiệu xử lý xơ khóm, từ lựa chọn quy trình điều kiện xử lý phù hợp để sản xuất xơ với số lượng đủ để kéo sợi khóm pha bơng dây chuyền kéo sợi Mẫu xơ sau xử lý hóa học với NaOH đánh giá khối lượng riêng so sánh với xơ cellulose khác, đánh giá độ hồi ẩm Mẫu sợi khóm pha sau sản xuất thử nghiệm độ bền so sánh với sợi 100% điều kiện sản xuất thí nghiệm để đánh giá khả dệt vải sợi khóm pha bơng sản xuất Kết nghiên cứu cho thấy: Thứ nhất, nhiệt độ, nồng độ thời gian xử lý ảnh hưởng đến hiệu xử lý xơ Dựa hình ảnh chụp SEM hình thái học bề mặt đường kính xơ đo thơng qua ảnh SEM thấy rằng, hiệu loại bỏ tạp chất không làm tách xơ đơn khỏi bề mặt xơ xơ đạt hiệu xử lý tốt phương án (Phương án 1: nhiệt độ phòng, nồng độ NaOH 5%, thời gian xử lý giờ; Phương án 2: nhiệt độ phòng, nồng độ NaOH 5%, thời gian xử lý Phương án 3: nồng độ NaOH 5% giờ, nhiệt độ 50oC) Xét đường kính xơ bề mặt xơ sau xử lý hóa học khơng bị tách xơ đơn có phương án tốt phương án 1: nhiệt độ phòng, nồng độ NaOH 5%, phương án 2: nhiệt độ phòng, nồng độ NaOH 5% giờ, NaOH 5% 40oC cuối NaOH 5% 50oC Tuy nhiên, mục tiêu nghiên cứu đánh giá tiềm xơ khóm kéo sợi – dệt vải nên phương xử lý với NaOH 5%, 50oC chọn để thử nghiệm khả kéo sợi Thứ 2, khối lượng riêng mẫu xơ sau xử lý 1.44 g/cm3 thấp so với xơ cellulose khác hay viscose, cao so với xơ protein len hay tơ tằm Ngoài ra, độ hồi ẩm xơ khóm sau xử lý với NaOH thấp so với xơ khóm trước xử lý Cụ thể, độ hồi ẩm xơ khóm sau xử lý (NaOH 5%, giờ, 50oC) 8.6%, giảm 35.6% so với xơ khóm trước xử lý hóa học (13.36%) Thứ 3, Sợi khóm pha theo tỷ lệ 30P/70C cho độ bền tốt so với sợi 100% điều kiện kéo sợi thử nghiệm Cụ thể độ bền sợi 30P/70C 14.5 cN/tex cao so với sợi 100% 9.27 cN/tex Đánh giá kết đạt kết luận Từ kết nghiên cứu nêu thấy rằng, nghiên cứu đạt mục tiêu ban đầu đề xây dựng quy trình tiền xử lý xử lý hóa học với NaOH cho xơ khóm Thử nghiệm ảnh hưởng nồng độ NaOH, nhiệt độ thời gian xử lý đến hiệu phân tách xử lý xơ từ khóm để chọn điều kiện xử lý phù hợp Mẫu xơ xử lý theo quy trình điều kiện nồng độ, thời gian nhiệt độ lựa chọn đạt đường kính 56.17 – 89.36μm, cắt ngắn phối trộn với để kéo sợi dây chuyền kéo sợi Sợi sau sản xuất cho độ bền cao sợi 100% sản xuất thử nghiệm điều kiện Từ kết đạt nghiên cứu thấy rằng, xơ từ khóm hồn tồn có tiềm kéo sợi – dệt vải việc nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình phân tách xơ khóm cần thiết giúp xơ khóm phân tách tốt hơn, đạt độ mảnh, độ tính chất lý cần thiết cho kéo sợi – dệt vải tạo sản phẩm may mặc Nghiên cứu tỷ lệ pha trộn xơ khóm với nghiên cứu dây chuyền kéo sợi chuyên biệt cho xơ khóm vấn đề cần nghiên cứu phát triển Ngồi ra, để xử lý xơ khóm với quy mơ lớn địi hỏi phải có thiết bị sơ chế ban đầu giúp loại bỏ phần thịt lá, nâng cao suất hiệu phân tách xơ khóm Tóm tắt kết (tiếng Việt tiếng Anh) Nguyên liệu xanh an toàn cho người sử dụng thân thiện với môi trường dần trở thành xu hướng việc lựa chọn sản phẩm may mặc Bên cạnh nguồn nguyên liệu tự nhiên truyền thống bông, lanh, len hay tơ tằm xơ thực vật gai, chuối, dứa, tre nghiên cứu đưa vào sử dụng Khóm loại lấy trồng phổ biến Việt Nam Việc tận dụng khóm – dạng phế phẩm nơng nghiệp đưa vào kéo sợi - dệt vải không khắc phục vấn đề mơi trường mà cịn mang lại hiệu kinh tế Nội dung nghiên cứu tiến hành phân tách khóm phương pháp lý hóa học từ đánh giá hình thái học thơng số vật lý xơ Sau đó, tiến hành cắt ngắn xơ khóm, pha trộn với xơ bơng kéo sợi dây chuyền kéo sợi xơ để đánh giá khả kéo sợi – dệt vải Kết nghiên cứu cho thấy việc phân tách xơ từ khóm phương pháp lý kết hợp với xử lý xơ dung dịch Sodium Hydroxide 5% 50oC 4h thu xơ tương đối sạch, đường kính xơ 56.17 – 89.36 μm, độ hồi ẩm xơ 13.36%, khối lượng riêng 1.44 g/cm3 Sợi khóm pha bơng đạt độ bền 14.5 cN/tex cao so với sợi 100% loại 9.27 cN/tex hồn tồn dệt máy dệt kim yêu cầu độ bền sợi >10 cN/tex Tuy nhiên, nghiên cứu cịn hạn chế xơ bị kết dính lại sau phân tách làm đường kính xơ lớn không đều, sợi kéo chưa đạt độ mảnh mong muốn Do đó, việc nghiên cứu đưa phương án phân tách tối ưu cho xơ tiến hành Bên cạnh đó, việc tiền xử lý xơ thực tay, suất thấp nhiều thời gian Để khắc phục vấn đề phương án nghiên cứu chế tạo thiết bị xử lý sau thu hoạch gian đoạn ươm mầm hy vọng sớm hoàn thành thời gian tới Safe and environmentally friendly green materials are gradually becoming a trend in choosing apparel products In addition to traditional natural materials such as cotton, linen, wool or silk, vegetable fibers such as ramie, bananas fiber, pineapples and bamboo fiber are also being studied and used in textile industry Pineapple is a popular fruit-growing plant in Vietnam Taking advantage of pineapple leaves - a form of agricultural waste products into spinning - weaving not only overcome environmental problems but also brings economic efficiency In this paper, study on splitting methods of pineapple fiber by mechanical, physical and chemical methods, thereby assessing the morphology and physical parameters of fibers Then, refined dry pineapple fibers obtained through refined processing, which was blended with cotton to trail-produce pineapple leaf fiber/cotton (30/70) blended yarn The results revealed that the separation of fibers from pineapple leaves by physical - mechanical method combined with fiber treatment in 5% Sodium Hydroxide solution at 50°C for hours obtained relatively clean fibers, fibers diameter were from 56.17 – 89.36μm, moisture absorption of fibers was 13.36 %, density was 1.44 g/cm3 Durability of (30P/70C) blended yarns (at 14.5 cN/tex) was higher than 100% cotton yarns (at 9.27 cN/tex) This blended yarn was fully wearable on knitting machines that require yarn strength > 10 cN/tex However, the research is still limited when the fiber is cohesive after separation, the fiber diameter is quite large and uneven Therefore, the research on the optimal separation for fiber is still underway In addition, pretreatment of fibers is carried out manually, low productivity and time consuming In order to overcome this problem, the research plan to manufacture equipment for processing post-harvest leaves is also in the germination stage and hopefully will be completed soon III Sản phẩm đề tài, công bố kết đào tạo Kết nghiên cứu (sản phẩm dạng 1,2,3) Yêu cầu khoa học hoặc/và tiêu TT kinh tế - kỹ thuật Tên sản phẩm Xơ khóm sau phân tách dùng để kéo sợi Sợi khóm pha bơng Quy trình phân tách khóm tạo xơ Đăng ký Đạt Mẫu xơ Mẫu xơ Mẫu sợi Mẫu sợi Quyển báo cáo Quyển báo cáo Tạp chí IUH Tạp chí IUH Bài báo: “Nghiên cứu đánh giá tiềm khóm kéo sợi dệt vải” IV Tình hình sử dụng kinh phí T T Nội dung chi Kinh phí duyệt Kinh phí thực (triệu đồng) (triệu đồng) 21.34 29.84 3.0 6.5 A Chi phí trực tiếp Th khốn chun mơn Ngun, nhiên vật liệu, Thiết bị, dụng cụ 6.5 Công tác phí 0 Dịch vụ th ngồi 0 Hội nghị, hội thảo, thù lao nghiệm thu kỳ 0 In ấn, Văn phòng phẩm 0.66 0.66 Chi phí khác 0 B Chi phí gián tiếp Quản lý phí 0 Chi phí điện, nước 0 Tổng số 25 43.5 Ghi V Kiến nghị (về phát triển kết nghiên cứu đề tài) Ở Việt Nam, xơ khóm cịn mẻ chưa quan tâm nghiên cứu loại xơ tiềm khóm trồng nhiều khóm dạng phế thải nông nghiệp Một dây chuyền sản xuất chuyên biệt cho loại sợi chưa có Vì để đưa loại xơ vào sản xuất sợi tơi nghiên cứu mối tương quan loại xơ với tiến hành phối trộn hai loại xơ với để kéo sợi dây chuyền kéo sợi bơng Chính mà đề tài “Nghiên cứu sản xuất xơ từ khóm làm nguyên liệu cho sản xuất sợi khóm pha dây chuyền kéo sợi bơng” xem đề tài nghiên cứu mang tính tiên phong, có khả tạo xu cho việc nghiên cứu chất liệu từ loài thực vật khác làm tiền đề cho cơng trình nghiên cứu thiết bị dây chuyền sản xuất phù hợp Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Số 48, 2020 NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG CỦA LÁ KHÓM TRONG KÉO SỢI - DỆT VẢI NGUYỄN NGỌC XUÂN HOA1, ĐỖ NGỌC TƯỜNG QUYÊN2, HUỲNH NGUYỄN THU HÀ2 Faculty of Garment Technology and Fashion Design, Industrial University of Ho Chi Minh City Department of Textile - Garment Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Ho Chi Minh city - University of Technology xuanhoack06@gmail.com Tóm tắt: Nguyên liệu xanh an toàn cho người sử dụng thân thiện với môi trường dần trở thành xu hướng việc lựa chọn sản phẩm may mặc Bên cạnh nguồn nguyên liệu tự nhiên truyền thống bông, lanh, len hay tơ tằm xơ thực vật gai, chuối, dứa, tre nghiên cứu đưa vào sử dụng Khóm loại lấy trồng phổ biến Việt Nam Việc tận dụng khóm – dạng phế phẩm nơng nghiệp đưa vào kéo sợi - dệt vải không khắc phục vấn đề mơi trường mà cịn mang lại hiệu kinh tế Nội dung nghiên cứu tiến hành phân tách khóm phương pháp lý hóa học từ đánh giá hình thái học thơng số vật lý xơ Sau đó, tiến hành cắt ngắn xơ khóm, pha trộn với xơ kéo sợi dây chuyền kéo sợi xơ để đánh giá khả kéo sợi – dệt vải Kết nghiên cứu cho thấy việc phân tách xơ từ khóm phương pháp lý kết hợp với xử lý xơ dung dịch Sodium Hydroxide 5% 50oC 4h thu xơ tương đối sạch, đường kính xơ 56,17 – 89,36 m, độ hồi ẩm xơ 13,36%, khối lượng riêng 1,44 g/cm3 Sợi khóm pha bơng đạt độ bền 14,5 cN/tex cao so với sợi 100% loại 9,3 cN/tex hồn tồn dệt máy dệt kim yêu cầu độ bền sợi >10 cN/tex Tuy nhiên, nghiên cứu hạn chế xơ bị kết dính lại sau phân tách làm đường kính xơ lớn không đều, sợi kéo chưa đạt độ mảnh mong muốn Do đó, việc nghiên cứu đưa phương án phân tách tối ưu cho xơ tiến hành Bên cạnh đó, việc tiền xử lý xơ thực tay, suất thấp nhiều thời gian Để khắc phục vấn đề phương án nghiên cứu chế tạo thiết bị xử lý sau thu hoạch gian đoạn ươm mầm hy vọng sớm hoàn thành thời gian tới Từ khóa: Cây dứa (thơm, khóm), xơ dứa Việt Nam, ứng dụng xơ dứa STUDY AND POTENTIAL EVALUATION OF PINEAPPLE LEAF IN TEXTILE INDUSTRY Abstract: Safe and environmentally friendly green materials are gradually becoming a trend in choosing apparel products In addition to traditional natural materials such as cotton, linen, wool or silk, vegetable fibers such as ramie, bananas fiber, pineapples and bamboo fiber are also being studied and used in textile industry Pineapple is a popular fruit-growing plant in Vietnam Taking advantage of pineapple leaves - a form of agricultural waste products into spinning - weaving not only overcome environmental problems but also brings economic efficiency In this paper, study on splitting methods of pineapple fiber by mechanical, physical and chemical methods, thereby assessing the morphology and physical parameters of fibers Then, refined dry pineapple fibers obtained through refined processing, which is blended with cotton to trail-produce pineapple leaf fiber/cotton (30/70) blended yarn The results revealed that the separation of fibers from pineapple leaves by physical - mechanical method combined with fiber treatment in 5% Sodium Hydroxide solution at 50°C for hours obtained relatively clean fibers, fibers diameter are from 56,17 – 89,36 μm, moisture absorption of fibers is 13,36 %, density is 1,44 g/cm3 Durability of (30P/70C) blended yarns (at 14,5 cN/tex) is higher than 100% cotton yarns (at 9,3 cN/tex) This blended yarn is fully wearable on knitting machines that require yarn strength > 10 cN/tex However, the research is still limited when the fiber is cohesive after separation, the fiber diameter is quite large and uneven Therefore, the research on the optimal separation for fiber is still underway In addition, pretreatment of fibers is carried out manually, low productivity and time consuming In order to overcome this problem, the research plan to manufacture © 2020 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG CỦA LÁ KHÓM TRONG KÉO SỢI - DỆT VẢI 109 equipment for processing post-harvest leaves is also in the germination stage and hopefully will be completed soon Keywords: Pineapple fiber, agricultural waste, Pineapple fiber for textile applications, Pineapple fiber production GIỚI THIỆU Cùng với phát triển xã hội yêu cầu thời trang ngày thay đổi Các chất liệu tự nhiên thân thiện với môi trường ngày quan tâm nhiều xu hướng chung giới Việt Nam Nắm bắt xu năm gần đây, xơ tự nhiên nghiên cứu phát triển nhiều, số xơ dứa Dứa (thơm, khóm) loại thuộc họ Bromeliaceae với tên khoa học Ananas Comosus, tên tiếng anh Pineapples Đây ăn nhiệt đới có nguồn gốc Nam Mỹ trồng phổ biến quốc gia châu Á (sản lượng 60% toàn giới) Theo PGS.TS Mai Thành Phụng, Trưởng Bộ phận Thường trực phía Nam - Trung tâm khuyến nơng quốc gia Việt Nam, dứa trồng phổ biến, phân bố từ Phú Thọ đến Kiên Giang diện tích khoảng 40.000 ha, với sản lượng 500.000 tấn/năm, 90% diện tích tập trung phía Nam Hiện nay, nhiều giống dứa trồng nước ta phân thành nhóm nhóm hồng hậu (Queen), nhóm Cayen (Cayenne), nhóm dứa Tây Ban Nha (Spanish) Trong đó, nhóm dứa hồng hậu có phẩm chất cao trồng phổ biến với giống đại diện khóm Ở nước ta, dứa (khóm) trồng khai thác chính, phần trọng khai thác Hình 1: Dứa hồng hậu (giống khóm) Xơ dứa loại xơ cellulose có nguồn gốc từ thực vật, thành phần chủ yếu cellulose, hemi – cellulose, pectin, lignin vật chất khác Trên giới, việc khai thác dứa để lấy sợi từ giống dứa (Agave sisalana) – giống dứa trồng lấy xơ nghiên cứu từ sớm Hai phương pháp dầm truyền thống sử dụng để xử lý xơ dứa dầm nước dầm sương Một số phương pháp xử lý khác học, vật lý, hóa học hay enzyme Đây phương pháp tiềm chưa thực quy mô công nghiệp Với phát triển công nghệ sinh học ngày nay, enzyme pectinases pectinolytic hai loại enzyme quan trọng việc loại bỏ pectin khỏi xơ thực vật Nó trích từ trái hay tổng hợp phịng thí nghiệm [1] Xử lý phương pháp hóa học thích hợp chúng tạo loại xơ chất lượng mà không chịu ảnh hưởng thời tiết mà thời gian xử lý ngắn Được sử dụng hầu hết quy trình xử lý alkali, xử lý hóa học kiểu giúp ta loại hemicellulo lignin Chất kiềm thường sử dụng NaOH, nồng độ kiềm sử dụng vào khoảng – 25% khối lượng [1] Xử lý xơ dứa phương pháp hoá học sử dụng NaOH mang lại hiệu thời gian xử lý làm giảm độ bền xơ Cụ thể nồng độ NaOH tăng thời gian ngâm lâu xơ giảm bền [2] Cũng xử lý xơ dứa phương pháp hoá học sử dụng NaOH bổ sung thêm silane điều chỉnh © 2020 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG CỦA LÁ KHÓM TRONG KÉO SỢI - DỆT VẢI 110 thời gian ngâm xơ tạo nên từ nghiên cứu không đáp ứng điều kiện kéo sợi [3] Theo [2] [3], xơ phân tách từ dứa sử dụng cho vật liệu composite không đảm bảo thông số lý cần thiết cho kéo sợi Cũng nghiên cứu phân tách xơ dứa (Sisal), Pinkie E Zwane Rinn M Cloud (2006) [4] không nghiên cứu ứng dụng vật liệu composite mà vải Mặc dù chưa mang lại hiệu xơ phân tách cịn thơ chưa đạt độ đồng phần cho thấy tiềm xơ dứa (sisal) ngành dệt may Trong năm gần đây, việc phân tách dứa (khóm) từ giống dứa trồng lấy (pineapples) bắt đầu quan tâm nghiên cứu Bằng phương pháp hoá học sử dụng NaOH, xơ sau xử lý sử dụng cho vật liệu commposite [5], [6], [7] Để sử dụng xơ khóm cho ứng dụng may mặc, địi hỏi xơ sau phân tách phải có độ mảnh, độ thông số lý phù hợp cho kéo sợi Yusri Yusof ctg (2015) [8] tiến hành nghiên cứu giải pháp phân tách xơ khóm Kết nghiên cứu bước đầu phân tách xơ khóm giúp giải lượng chất thải nơng nghiệp tăng tính kinh tế cho q trình canh tác khóm Ở Việt Nam, số nhà nghiên cứu bắt đầu quan tâm đến loại dứa trồng lấy này, cụ thể Nguyễn Hữu Niếu ctg (2007) [9] nghiên cứu ảnh hưởng hydroxide sodium đến tính chất sợi dứa Việt Nam (sợi khóm) nhằm sử dụng sợi dứa xử lý để chế tạo vật liệu composite nhựa polyolefin Khóm loại trái bổ dưỡng, chất Bromelin chiết từ dứa có đặc tính kháng phù kháng viêm, sử dụng để làm thuốc tẩy giun, làm liền sẹo, giảm đau nhức hư khớp … Nếu tận dụng khóm – nguồn phế thải nông nghiệp ứng dụng kéo sợi – dệt vải giúp tăng giá trị khóm, giúp việc trồng khóm mang lại hiệu kinh tế cao giảm thiểu đáng kể lượng chất thải nông nghiệp vào môi trường Như vậy, việc nghiên cứu đánh giá tiềm khóm cho ứng dụng dệt may cần thiết nên quan tâm nghiên cứu NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu Lá dứa (khóm): loại chọn thuộc nhóm dứa hồng hậu (giống khóm), hẹp, cứng có gai mép lấy từ cánh đồng khóm hộ dân Bà Rịa – Vũng Tàu Xơ bông: dùng pha trộn với xơ khóm để thử nghiệm khả kéo sợi Loại NAZI xuất xứ Tây Phi, với chiều dài xơ 1/8’’ (28,6mm) Hoá chất: NaOH độ tinh khiết  99 % CH3COOH độ tinh khiết  30 %, Glycerin độ tinh khiết  99,7 %, xuất xứ từ Trung Quốc 2.2 Phương pháp phân tách xơ khóm 2.2.1 Giai đoạn tiền xử lý Lá khóm sau cắt rửa sạch, phơi héo Sau dùng mảnh sứ cạo phần thịt để tách xơ khỏi Xơ thu đem ngâm rửa nhiệt độ khoảng 50oC loại phần thịt cịn sót lại Sau xơ đem phơi khô lưu lại chuẩn bị cho trình xử lý Đánh dấu Cạo • Cây khóm • Xơ khóm thơ • Lá khóm Cắt • Lưu mẫu • Xơ khóm Rửa (50oC) Hình 2: Quy trình tiền xử lý xơ khóm © 2020 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Thí nghiệm NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG CỦA LÁ KHÓM TRONG KÉO SỢI - DỆT VẢI 111 2.2.2 Xử lý xơ trong dung dịch Sodium Hydroxide Mẫu xơ khóm sau giai đoạn tiền xử lý đem ngâm dung dịch Sodium Hydroxide 5% 50oC giờ, sau rửa nước nhiều lần để loại bỏ NaOH cịn sót lại Mẫu xơ tiếp tục đem ngâm dung dịch CH3COOH 1% để trung hòa lượng xút cịn lưu lại bên xơ Sau xơ tiếp tục đem rửa ngâm dung dịch Glycerin 40oC để tạo ẩm cho xơ giúp xơ mềm Sau xơ phơi khô tự nhiên, kết hợp với chải để hỗ trợ cho trình phân tách xơ Xơ sau xử lý bảo quản túi nhựa polyethylene kín lưu trữ phịng thí nghiệm 2.3 Phương pháp đánh giá chất lượng xơ sau xử lý Xơ sau xử lý đánh giá hình thái học, bề mặt xơ, quan sát mặt cắt ngang đo đường kính xơ thơng qua ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét SEM Trung tâm công nghệ sinh học TP Hồ Chí Minh 2.4 Phương pháp xác định khối lượng riêng Mẫu xơ sau xử lý xác định khối lượng riêng phương pháp bình tỷ trọng theo tiêu chuẩn ASTM C128 – 88 Thực thí nghiệm lần, tiến hành đánh giá độ tin cậy kết cách tính độ lặp lại r So sánh khối lượng riêng xơ khóm với xơ tự nhiên khác 2.5 Phương pháp xác định độ hồi ẩm Mẫu xơ sau xử lý đem sấy khô đến khối lượng không đổi Cho xơ vào máy đo độ hồi ẩm để xác định giá trị Tiến hành thí nghiệm lần, đánh giá kết trung bình cách tính độ lặp lại r để xác định mức độ tin cậy kết 2.6 Phương pháp kéo sợi xơ khóm pha bông, sợi 100% xác định độ bền kéo đứt sợi Xơ khóm sau phân tách cắt ngắn với chiều dài tương đương xơ NAZI cơng ty dệt 28, sau trộn với xơ theo tỷ lệ P30/C70 P50/C50 Tiến hành kéo sợi dây chuyền kéo sợi công ty Brotex Kéo sợi 100% điều kiện Sợi xơ khóm pha bơng sợi 100% bơng đem thử độ bền kéo đứt máy đo độ bền kéo đứt sợi cơng ty Brotex © 2020 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 112 NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG CỦA LÁ KHÓM TRONG KÉO SỢI - DỆT VẢI So sánh độ bền kéo đứt sợi xơ dứa pha với sợi 100 % độ bền sợi dệt kim tiêu chuẩn để đánh giá khả tạo vải sợi thu KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Hình thái học, bề mặt xơ khóm sau xử lý Xơ khóm loại xơ cellulose thực vật tạo nên từ tế bào thực vật có thành phần chủ yếu cellulose Các tế bào thực vật phát triển thành xơ đơn liên kết với thành mô sợi hay mô libe chất kết dính Pectin, Lignin, Quá trình phân tách, xử lý khóm báo nhằm phân tách mô libe thành xơ dài gọi xơ kĩ thuật, tạo nên từ số xơ ghép lại với [Nguồn: AATCC 2010] Hình 3: Ảnh SEM xơ thơ Hình 4: Ảnh SEM xơ khóm xử lý Quan sát ảnh chụp SEM xơ thô (xơ tiền xử lý) xơ trải qua trình xử lý với NaOH ta thấy xơ thô, bề mặt xơ có rãnh chạy dài suốt chiều dài xơ, bề mặt nhiều tạp chất phần thịt cịn lưu lại sau cơng đoạn cạo xơ phần lớp keo liên kết xơ bị bong ma sát trình cạo Đối với mẫu xơ khóm xử lý với NaOH thân xơ thấy rãnh chạy theo chiều dài xơ rãnh không sâu rõ xơ thơ Ngồi bề mặt xơ tương đối khơng cịn phần thịt hay lớp keo liên kết tế bào thực vật Điều cho thấy phương án xử lý xơ với NaOH mang lại hiệu bước đầu mặt hình thái xơ 3.2 Biên dạng mặt cắt ngang xơ Hình 5: Ảnh SEM mặt cắt ngang xơ khóm © 2020 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Hình 6: Ảnh SEM mặt cắt ngang xơ Gai NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG CỦA LÁ KHÓM TRONG KÉO SỢI - DỆT VẢI 113 Xơ khóm sau xử lý tiến hành chụp SEM mặt cắt ngang với độ phóng đại triệu lần đo đường kính xơ đơn Kết cho thấy biên dạng xơ khóm đơn hình dẹt (tương tự với biên dạng xơ gai – Hình 6), xơ đơn có rãnh – rãnh lumen xơ Đường kính xơ khóm đơn vào khoảng – µm nhỏ so với đường kính xơ bơng (12 – 25 µm) 3.3 Đường kính xơ sau xử lý Các mẫu xơ q trình chụp kính hiển vi điện tử quét SEM tiến hành đo đường kính đưa khoảng dao động đường kính mẫu Kết cho thấy đo đường kính ngẫu nhiên số xơ xử lý đường kính dao động khoảng 56,17 – 89,36 m Kết hợp đường kính xơ kỹ thuật đường kính xơ đơn đo hình ảnh chụp mặt cắt ngang xơ khóm chứa 10 – 18 xơ đơn Như vậy, đường kính xơ sau phân tách lớn, số lượng xơ đơn liên kết với nhiều khoảng dao động đường kính rộng Điều cho thấy độ mảnh độ đồng xơ chưa tối ưu cần tiếp tục nghiên cứu xử lý Hình 7: Đường kính xơ sau xử lý 3.4 Khối lượng riêng xơ khóm Khối lượng riêng xơ khóm sau lần xử lý đánh giá độ tin cậy kết cách tính độ lặp lại r với mức chắn 95% khối lượng riêng xơ khóm trung bình lần thí nghiệm bảng bên dưới: Bảng 1: Khối lượng riêng xơ khóm mb 120,94 112,06 102,9 115,65 114,56 mb+x 133,71 125,43 119,63 130,49 128,46 m1 310,75 313,03 308,32 306,1 303,61 m2 315,23 316,46 312,41 310,1 309 γR 1,54 1,35 1,32 1,37 1,63 Trọng lượng riêng trung bình 1,44 g/cm3 Độ lệch chuẩn s = 0,137 Khối lượng riêng xơ tự nhiên xơ nhân tạo phổ biến may mặc bảng bên dưới: Bảng 2: Khối lượng riêng của vài loại xơ sợi thông dụng ngành dệt may [10] © 2020 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG CỦA LÁ KHÓM TRONG KÉO SỢI - DỆT VẢI 114 Khối lượng riêng [g/cm3] Xơ, sợi Khô 65% RH Bông 1,55 1,52 Viscose 1,52 1,49 Tơ tằm 1,34 1,34 Acetate, triacetate 1,31 1,32 Len 1,3 1,32 Quan sát biểu đồ so sánh khối lượng riêng xơ khóm với loại xơ khác may mặc thấy khối lượng riêng xơ khóm 1,44 g/cm3 thấp so với xơ có nguồn gốc cellulose khác (1,55 g/cm3) vicose (1,52 g/cm3), cao so với xơ acetate (1,31 g/cm3) xơ protein cụ thể tơ tằm (1,34 g/cm3) len (1,3 g/cm3) Như vậy, xơ khóm có khả tạo vải so với vải bơng vải viscose dệt thông số sợi cấu trúc vải từ xơ khóm nhẹ Điều cho thấy tiềm xơ khóm dệt may tạo cảm giác nhẹ nhàng cho người mặc so với vải cellulose khác Biểu đồ 1: Biểu đồ so sánh khối lượng riêng xơ khóm với loại xơ khác 3.5 Đánh giá độ hồi ẩm xơ khóm Độ hồi ẩm xơ khóm sau lần xử lý đánh giá độ tin cậy kết cách tính độ lặp lại r với mức chắn 95% độ hồi ẩm xơ khóm trung bình lần thí nghiệm bảng bên dưới: Bảng 3: Độ hồi ẩm xơ khóm STT Nhiệt độ sấy ( C) Thời gian sấy (phút) Khối lượng xơ (g) Độ hồi ẩm (%) 105 5,1 0,115 14,78 105 3,7 0,321 13,27 105 8,5 0,143 12,23 105 2,3 0,352 11,42 105 3,1 0,22 15,11 o Độ hồi ẩm trung bình 13,36 Độ lệch chuẩn s = 1,59 Độ hồi ẩm xơ tự nhiên phổ biến lĩnh vực dệt may bên dưới: © 2020 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG CỦA LÁ KHÓM TRONG KÉO SỢI - DỆT VẢI 115 Bảng 5: Độ ẩm quy định xơ sợi thông dụng theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ [10] Tên xơ sợi Độ ẩm theo ASTMD 1909 Wq [%] Tên xơ sợi Độ ẩm theo ASTMD 1909 Wq [%] Xơ Ai Cập 8,5 Đay 13,75 Xơ lanh 12 Len 13,6 Gai 7,6 Tơ tằm 11 Quan sát biểu đồ so sánh độ ẩm xơ khóm với xơ tự nhiên khác thấy nhóm xơ tự nhiên gốc cellulose độ độ ẩm xơ khóm 13,36 % tốt đay (13,75 %) – loại xơ dùng may mặc lại cao so với xơ cellulose khác xơ lanh (12 %), xơ bơng (8,5 %) gai (7,6 %) Đối với nhóm xơ tự nhiên gốc protein len, tơ tằm độ ẩm khóm cao Như vậy, xơ khóm có khả tạo vải so với loại vải tự nhiên gốc cellulose lẫn protein dệt thơng số sợi cấu trúc vải từ xơ khóm cho khả hút ẩm tốt hơn, tạo cảm giác thoải mái cho người mặc trừ vải đay Điều cho thấy tiềm xơ khóm tạo sản phẩm có tính tiện nghi cao Biểu đồ 2: Biểu đồ so sánh độ ẩm xơ khóm với xơ tự nhiên khác 3.6 Đánh giá khả kéo sợi – dệt vải xơ khóm Xơ khóm loại xơ Việt Nam chưa có dây chuyền kéo sợi chuyên biệt Vì để đánh giá khả kéo sợi – dệt vải xơ khóm nghiên cứu tiến hành pha trộn xơ khóm với xơ bơng kéo sợi dây chuyền kéo sợi bơng Bên cạnh đó, để đánh giá tiềm xơ khóm dệt may nghiên cứu cịn tiến hành kéo sợi 100% xơ bơng điều kiện để đánh giá độ bền xơ khóm tạo sợi so với sợi 100% kết thể biểu đồ bên dưới: Biểu đồ 3: Biểu đồ so sánh độ bền sợi bơng 100%, sợi khóm pha 30P/70C sợi khóm pha 50P/50C Quan sát biểu đồ ta thấy rằng, pha trộn tỷ lệ xơ dứa xơ phù hợp sợi tạo nên cho độ bền tốt so với sợi 100 % Cụ thể sợi pha trộn xơ khóm xơ bơng theo tỷ lệ 30/70 cho độ © 2020 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 116 NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG CỦA LÁ KHÓM TRONG KÉO SỢI - DỆT VẢI bền 14,5 cN/tex cao so với sợi 100 % 9,27 cN/tex Điều cho thấy xơ khóm hồn tồn có khả ứng dụng kéo sợi Ngoài để đánh giá khả dệt vải loại sợi khóm pha bơng, giới hạn nghiên cứu đánh giá khả dệt kim loại sợi này, tiến hành so sánh độ bền kéo đứt sợi với sợi tiêu chuẩn cho dệt kim Kết cho thấy với độ bền kéo đứt sợi khóm pha 14,5 cN/tex cao yêu cầu tiêu chuẩn độ bền sợi dệt kim >10 cN/tex Do đó, mặt lý thuyết sợi hồn tồn dệt kim Tiến hành dệt thử mẫu vải máy dệt kim thí nghiệm sản phẩm hình bên Hình 8: Sợi khóm dệt máy dệt kim KẾT LUẬN Bài nghiên cứu cho thấy tiềm xơ khóm kéo sợi – dệt vải Kết nghiên cứu cho thấy việc phân tách xơ từ khóm phương pháp lý kết hợp với xử lý xơ dung dịch Sodium Hydroxide 5% 50oC 4h thu xơ tương đối sạch, đường kính xơ sau phân tách vào khoảng 56,17 – 89,36 µm, tiết diện mặt cắt ngang xơ hình dẹt với đường kính đo vào khoảng - µm, bề mặt xơ sau phân tách khơng cịn vết tạp Thực kiểm tra số thơng số xơ khóm so sánh với xơ khác Kết cho thấy xơ khóm có trọng lượng riêng 1,44 g/cm3 thấp xơ cao tơ tằm len, độ hồi ẩm xơ thơm 13,36 % tương đương xơ đay len Thử nghiệm kéo sợi khóm pha bơng dây chuyền kéo sợi xơ so sánh độ bền kéo đứt với sợi kéo điều kiện Kết xơ khóm pha có độ bền kéo đứt 14,5 cN/tex cao so với sợi 100% loại 9,3 cN/tex dệt máy dệt kim yêu cầu độ bền sợi >10 cN/tex Sợi dệt thử máy dệt kim trịn (máy thí nghiệm) Trường đại học Bách Khoa TP Hồ chí Minh, Khoa khí, mơn kỹ thuật dệt may Với tiềm kéo sợi - dệt vải, việc nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình phân tách xơ khóm cần thiết giúp xơ khóm phân tách tốt hơn, đạt độ mảnh, độ tính chất lý cần thiết cho kéo sợi – dệt vải tạo sản phẩm may mặc Nghiên cứu tỷ lệ pha trộn xơ khóm với nghiên cứu dây chuyền kéo sợi chuyên biệt cho xơ khóm vấn đề cần nghiên cứu phát triển Ngồi ra, để xử lý xơ khóm với quy mơ lớn địi hỏi phải có thiết bị sơ chế ban đầu giúp loại bỏ phần thịt lá, nâng cao suất hiệu phân tách xơ khóm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sisti, L., et al., Retting process as a pretreatment of natural fibers for the development of polymer composites, in Lignocellulosic composite materials 2018, Springer p 97-135 [2] Franck, R.R., Bast and other Plant fiber Vol.39.2005:Crc Press © 2020 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG CỦA LÁ KHÓM TRONG KÉO SỢI - DỆT VẢI 117 [3] Ibraheem, S.A., et al., The Effects of Combined Chemical Treatments on the Mechanical Properties of Three Grades of Sisal BioResources, 2016 11(4): p 8968-8980 [4] Zwane, P.E and R.M Cloud, Development of fabric using chemically-treated sisal fibres 2006 [5] Mokhtar, M., Characterization and treatments of pineapple leaf fibre thermoplastic composite for construction application 2007: Universiti Teknologi Malaysia [6] Asim, M., et al., A review on pineapple leaves fibre and its composites International Journal of Polymer Science, 2015 [7] Jaramillo, N., D Hoyos, and J.F Santa, Composites with pineapple-leaf fibers manufactured by layered compression molding Ingeniería y competitividad, 2016 18(2): p 151-162 [8] Yusof, Y., S.A Yahya, and A Adam, Novel technology for sustainable pineapple leaf fibers productions Procedia CIRP, 2015 26: p 756-760 [9] Niếu, N.H., P.T Bình, and H Sáu, Một Số Thay Đổi Về Tính Chất Sợi Dứa Việt Nam Bằng Phương Pháp Xử Lý Trong Dung Dịch Sodium Hydroxide Science & Technology 10(03-2007) [10] Tri, H.V., Vật liệu may, Nhà xuất Đại học Cơng Nghiệp TP Hồ Chí Minh, 2016 Ngày nhận bài:12/09/2019 Ngày chấp nhận đăng: 08/01/2020 © 2020 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh