Nghiên cứu chiết tách chất màu từ quả dành dành và ứng dụng trong nhuộm vải tơ tằm quảng nam

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

Tổng quan về nghề sản xuất lụa tơ tằm

1.1.1 Lịch sử hình hình nghề sản xuất lụa tơ tằm [36]

Lụa là một loại vải mịn, mỏng được dệt bằng tơ Loại lụa tốt nhất là lụa được dệt từ tơ tằm Người ta nuôi tằm, lấy tơ xe sợi dệt thành lụa Đây là một nghề có từ rất lâu đời và có nguồn gốc từ Trung Quốc.

Nghề dệt lụa xuất hiện đầu tiên ở Trung Quốc, có thể từ rất sớm khoảng năm

6000 TCN Ban đầu, chỉ có vua mới được dùng hoặc ban tặng cho người khác tuy nhiên sau đó thì lụa dần dần được các tầng lớp xã hội ở Trung Quốc dùng, sau đó lan ra đến các vùng khác của châu Á Lụa nhanh chóng trở thành một thứ hàng cao cấp ở những nơi mà thương nhâ n người Hoa đặt chân tới, bởi nó bền và có vẻ đẹp sang trọng Nhu cầu về lụa ngày càng nhiều và nó trở thành một trong những ngành thương nghiệp xuyên quốc gia Tháng 7 năm 2007, các nhà khảo cổ đã phát hiện ra những mẫu vải lụa được dệt và nhuộm m ột cách tinh xảo trong một ngôi mộ ở tỉnh Giang Tây có từ đời nhà Đông Chu, cách đây khoảng 2500 năm.

Bằng chứng đầu tiên về việc mua bán tơ lụa là việc phát hiện sợi tơ trong tóc của một xác ướp Ai Cập Lụa đã được đưa tới tiểu lục địa Ấn Độ, Trung Đông, châu Âu và Bắc Phi thông qua con đường tơ lụa nổi tiếng.

Các vị vua Trung Hoa đã cố gắng giữ bí mật nghề nuôi tằm nhằm giữ thế độc quyền của người Trung Hoa Tuy nhiên người Triều Tiên đã học được nghề này vào khoảng năm 200 TCN, sau đó là người Khotan cổ vào khoảng nửa đầu thế kỷ 1 CN và người Ấn Độ khoảng năm 300 CN.

Tại Việt Nam, theo thần tích làng Cổ Đô, huyện Ba Vì thì nghề nuôi tằm, ươm tơ đã có từ thời vua Hùng Vương thứ 6 do công chúa Thiều Hoa khởi nghiệp Nên thời đó dân làng vốn giỏi nghề dệt lụa thờ Thiều Hoa làm thành hoàng Trong thư tịch thì sách Hán Thư cũng ghi là người Lạc Việt biết trồng dâu nuôi tằm và lại ghi rõ là "một năm có hai vụ lúa, tám lứa tằm”.

1.1.2 Các làng nghề dệt lụa tơ tằm nổi tiếng ở Việt Nam [34] a) Làng nghề Vạn Phúc – Hà Đông (Hà Nội)

Làng lụa Vạn Phúc là cơ sở sản xuất tơ lụa nổi tiếng nhất ở Việt Nam, xuất hiện cách đây hơn 1000 năm, tầm thế kỉ thứ XIII Ngày xưa, sản phẩm của làng tơ lụa này thường được chọn để may trang phục cho vua chúa, quan lại Sản lượng đạt trên 2 triệu m/năm, có trên 150 cửa hàng trong thôn, còn được bán ở nhiều nơi khác Năm 1931 –

1932 sản phẩm lụa của làng nghề được quảng bá ra các nước châu Âu, được người Pháp đánh giá là sản phẩm cao quý nhất, tinh xảo nhất của vùng đất Đông Dương lúc bấy giờ Nhưng hiện nay, làng nghề ngày càng bị mai một bởi thị hiếu trị trường, ngày càng ít người sử dụng hàng lụa thật, lụa nguyên chất, vì thế đầu ra cho sản phẩm lụa ngày càng bị khó khăn, đồng thời, tính chất đa dạng của sản phẩm lụa không cao, dẫn đến không đáp ứng được xu thế của thị trường.

Hình 1.1 Làng nghề dệt lụa Vạn Phúc b) Làng lụa Duy Xuyên

Làng lụa Duy Xuyên tại huyện Duy Xuyên tỉnh Quảng Nam Việt Nam có lịch sử trên 300 năm, từ khâu trồng dâu nuôi tằm đến ươm tơ, dệt lụa đều được hoàn thành qua bàn tay khéo léo của những người thợ Chăm Pa tại địa phương Tại làng lụa DuyXuyên, lá dâu dùng cho nuôi tằm được hái từ những cây dâu đặc thù chỉ có trong rừng sâu thuộc tỉnh Quảng Nam, vì vậy là chất liệu tơ tằm ở đây cũng hết sức mềm mại khác với những nơi khác.

Hình 1.2 Làng nghề dệt lụa Duy Xuyên c) Làng nghề lụa Tân Châu (An Giang)

Lụa Tân Châu được biết đến với cái tên thương hiệu là Lãnh Mỹ A và là một trong những trung tâm tơ lụa lớn nhất ở Việt Nam, đặc biệt là khu vực phía Nam Nét đặc trưng của sản phẩm lụa làng nghề là kĩ thuật in ấn, nhuộm màu cho lụa, phải trải qua nhiều công đoạn khác nhau, cũng như những thủ thuật, kinh nghiệm của người làm nghề, tạo ra những sản phẩm lụa có màu sắc tự nhiên và không bị phai màu trong quá trình sử dụng Lụa Tân Châu cũng được xuất sang khá nhiều các quốc gia trên thế giới và hiện nay vẫn đang được các nghệ nhân giữ gìn và phát triển.

Hình 1.3 Làng nghề dệt lụa Tân Châu d) Làng lụa Nha Xá (Hà Nam)

Làng lụa Nha Xá nằm trong địa bàn xã Mộc Nam, huyện Duy Tiên tỉnh Hà Nam bên tả ngạn sông Hồng nơi giáp ranh với tỉnh Hưng Yên Lụa Nha Xá mềm, mịn, đẹp và bền được xếp thứ hai sau lụa Vạn Phúc Từ đầu thế kỷ 18, các lái buôn ở Sài Gòn – Chợ Lớn đã đến làng Nha Xá để đặt hàng bởi chất lụa non tơ, óng mượt Những năm

1920 là thời thịnh vượng nhất của làng dệt Nha Xá, lụa dệt ra bao nhiêu đều được đưa đi nước ngoài Trải qua nhiều thời kỳ thăng trầm, làng lụa Nha Xá vẫn giữ gìn và phát triển vốn truyền thống quý báu của cha ông để lại.

Hình 1.4 Làng nghề dệt lụa Nha Xá 1.2 NGHỀ DỆT LỤA

Quảng Nam được xem là cái nôi của nghề trồng dâu nuôi tằm, ươm tơ dệt lụa.

Theo Lê Quý Đôn “ xứ Quảng Nam là đất phì nhiêu nhất thiên hạ Người Thăng

Hoa, Điện Bàn biết dệt vải lụa, vóc, đoạn, lĩnh, là, hoa màu khéo đẹp chẳng kém Quảng Đông ” Giáo sĩ Alexandre de Rhode trong cuốn Hành trình và truyền giáo viết rằng: “Xứ này nhiều lơ lụa đến nỗi còn dùng để đan lưới và bện dây thuyền” Còn nhà truyền giáo Christophoro Borri trong cuốn “Xứ Đàng Trong năm 1621” ghi nhận, lụa dư thừa đến nỗi người Đàng Trong đủ dùng riêng cho mình và còn bán cho Nhật Bản và gửi sang Lào để rồi đưa sang Tây Tạng Thứ lụa này tuy không thanh và mịn nhưng bền và chắc hơn lụa Tàu.

Cách đây khoảng 300 năm, tại huyện Đại Lộc, một số làng nằm ở ven sông VuGia như Giao Thủy, Quảng Huế, Phước Bình, Hà Nha , nhờ các bãi bồi ven sông đầy đắp phù sa, bên cạnh nghề trồng rau, đậu, lúa, bắp, thuốc lá, người dân nơi đây đã chú trọng đến nghề trồng dâu nuôi tằm: Làng dâu tằm Đại Bình (xã Quế Trung huyệnNông Sơn) có từ lâu đời, ra đời cách đây khoảng 300 – 400 năm Vùng đất này mặc dù thường xuyên bị lụt lội, nhưng lại được phù sa bồi đắp hàng năm rất thích hợp với việc trồng cây dâu, cư dân vùng đất này đã nuôi tằm ươm tơ để bán cho các làng dệt ở đồng bằng, trong đó chủ yếu là ở Duy Xuyên.

Nghề ươm tơ dệt lụa ở các làng Đông Yên, Thi Lai (Duy Trinh, Duy Xuyên) ra đời từ thế kỷ 16, gắn liền với sự tích Bà chúa Tàm tang Đoàn Quý Phi và thế tử Nguyễn Phúc Loan Làng dệt lụa Mã Châu hình thành từ thế kỷ 15, bên cạnh kinh đô Trà Kiệu, sản phẩm lụa Mã Châu đã nổi tiếng từ bao đời nay Làng tơ lụa Mã Châu từng được xem như “thủ phủ dâu tằm” xứ Quảng, chuyên cung cấp lụa cho vua chúa, giới quý tộc Thời hưng thịnh, Mã Châu có đến 2000 ha đất trồng dâu nuôi tằm lụa và với hơn 4000 khung cửi đưa thoi đêm ngày Các công việc trồng dâu, chăn tằm, ươm tơ, dệt lụa đều được thực hiện trong làng, với sự tham gia của hàng trăm hộ gia đình theo phương thức thủ công Khi xứ Đàng Trong – Việt Nam mở cửa giao thương với thế giới bên ngoài qua cảng thị Hội An thì tơ lụa Mã Châu là mặt hàng được xuất khẩu nhiều nhất Trải qua bao biến động, thăng trầm, nghề dệt vẫn được truyền lưu giữ trao truyền từ thế hệ này qua thế hệ khác [19]

Hình 1.5 Công ty lụa Mã Châu, Quảng Nam

Có thời điểm Quảng Nam có đến hơn 2.000 ha trồng dâu trải dài ven sông Thu Bồn, nhưng hiện nay chỉ còn 11 ha, tập trung tại một số xã của huyện Duy Xuyên như: Duy Hòa, Duy Châu, thị trấn Nam Phước, Duy Trinh với khoảng 30 hộ trồng.

Sự phát triển ngành dệt nhuộm và ô nhiễm môi trường

Ngành dệt nhuộm đã phát triển từ rất lâu trên thế giới nhưng nó chỉ mới hình thành và phát triển hơn 100 năm nay ở nước ta Trong những năm gần đây, nhờ chính sách đổi mới mở cửa ở Việt Nam đã có 72 doanh nghiệp nhà nước, 40 doanh nghiệp tư nhân, 40 dự án liên doanh và 100% vốn đầu tư nước ngoài cùng các tổ hợp đang hoạt động trong lĩnh vực dệt nhuộm Với số lượng các xí nghiệp dệt nhuộm đang ngày càng gia tăng như hiện nay thì ngành công nghiệp dệt nhuộm đang thực sự tiềm ẩn khả năng gây ô nhiễm môi trường sống rất cao Theo Ủy ban Kinh tế Liên Hợp Quốc tại Châu Âu (UNECE), ngành công nghiệp dệt nhuộm được xem là lĩnh vực gây ô nhiễm thứ hai sau hóa dầu, do sử dụng rất nhiều loại hoá chất như axit, dung môi hữu cơ kiềm tính, thuốc nhuộm và chất màu, các hoạt chất bề mặt Ví dụ, một chiếc áo thun cotton ngắn tay tốn khoảng 2,7 mét khối nước sạch và 150 gam hóa chất Một phần đáng kể các hóa chất này xuất hiện trong dòng thải Ngân hàng Thế giới ước tính, dệt nhuộm sử dụng 1/4 hóa chất toàn thế giới mỗi năm và 1/5 lượng nước ô nhiễm toàn cầu do ngành công nghiệp dệt nhuộm thải ra.

Theo nghiên cứu, trong nước thải dệt nhuộm có cả những chất dễ phân giải vi sinh như bột sắn dùng hồ sợi dọc và những chất khó phân giải vi sinh như: Poli (vinyl axetat), thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm hoạt tính và các chất dùng tẩy trắng vải. Với các loại vải càng sử dụng nhiều xơ sợi tổng hợp như polyester thì càng dùng nhiều thuốc nhộm và các chất hỗ trợ khó hoặc không phân giải vi sinh, dẫn tới lượng chất gây ô nhiễm môi trường trong nước thải càng cao.

Hiện mỗi năm Việt Nam phải nhập khẩu một lượng lớn chất nhuộm màu chủ yếu là chất màu hóa học tổng hợp từ Trung Quốc, Hàn Quốc…trong đó, khoảng 50% bằng con đường không chính thức Có khoảng 150 loại màu nhuộm vải đang được bán trên thị trường hiện nay là màu azo, được sản xuất từ các chất có thể gây ung thư như aromatic amine Theo PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh - giảng viên khoa Dệt May - Thời trang (ĐH Bách khoa HN) - sự liên kết giữa màu nhuộm với sợi là sự liên kết không bền chắc, nên vải có độ bền màu giới hạn Đặc biệt, khi có lỗi xảy ra trong quy trình nhuộm, như nhuộm quá màu hoặc sai loại sợi sẽ dẫn đến tình trạng giải phóng chất màu ra ngoài Với khả năng hoà tan trong dầu, các chất dẫn có sẵn màu có thể thẩm thấu qua da người Khi các hợp chất này thâm nhập vào cơ thể, chúng bị phân huỷ trong hệ trao đổi chất của cơ thể và chất aromatic amine nguyên thuỷ sẽ hình thành. Quy trình phân huỷ chất này có thể xảy ra trong đường ruột, gan hay ngay trên bề mặt da, làm tổn hại đến sức khoẻ, thậm chí nguy hại đến cả tính mạng người sử dụng. Bên cạnh đó, công nghiệp dệt, nhuộm của nước ta đang sử dụng một lượng nước rất lớn phục vụ cho các công đoạn sản xuất, đồng thời xả ra môi trường một lượng nước thải bình quân từ 12-300m 3 /tấn vải Trong đó nguồn ô nhiễm chính là là từ công đoạn dệt, nhuộm, nấu tẩy Theo kết quả phân tích nước thải ở làng nghề dệt, nhuộm Vạn Phúc (Hà Nội) của Trung tâm Công nghệ xử lý môi trường (Bộ Tư lệnh Hoá học), nhiều chỉ số của các chất độc hại cao hơn nhiều lần tiêu chuẩn cho phép.

Hình 1.6 Nước thải ngành dệt nhuộm

Trước tình trạng báo động về nguy cơ ô nhiễm môi trường do ngành công nghiệp dệt, nhuộm thì việc tìm ra công nghệ dùng lá cây, vỏ cây, các chất liệu thiên nhiên để nhuộm vải sợi bông và lụa tơ tằm, thay thế công nghệ nhuộm hiện tại với nhiều hoá chất độc hại là hướng đi phù hợp với chiến lược sản xuất sạch hơn và cần được đầu tư nghiên cứu.

Tổng quan về lý thuyết màu sắc và chất màu tự nhiên

cơ a) Sự hấp thụ ánh sáng

Khi ánh sáng trắng chiếu vào một vật thể tán xạ hoàn toàn thì mắt thấy vật thể ấy màu trắng Ngược lại, nếu toàn bộ các tia đập lên vật bị hấp thu hết thì vật ấy có màu đen Còn đối với những vật thể hấp thu một số những tia đơn sắc đập vào và tán xạ những tia còn lại thì mắt thấy có màu Như vậy, màu sắc là kết quả của sự hấp thụ chọn lọc những miền xác định trong phổ liên tục của ánh sáng trắng đập vào Ví dụ: nếu một vật thể hấp thụ các tia đỏ thì màu của vật thể này được tạo thành do sự phối hợp các tia còn lại trong ánh sáng trắng (thiếu màu đỏ) tức là màu lục Ngược lại, nếu vật thể hấp thụ các vật thể tán xạ tất cả các tia trông thấy nên nó vẫn có màu trắng Có nhiều trường hợp vật thể không hấp thụ tia nào của phổ trông thấy, nhưng hấp thu các tia hồng ngoại hoặc tử ngoại của phổ, như vậy vật thể tán xạ tất cả các tia trông thấy nên nó vẫn có màu trắng [10].

Theo thuyết điện tử cổ điển, ánh sáng là sự chuyển động sóng có năng lượng thay đổi tỷ lệ với cường độ bức xạ và không phụ thuộc vào tần số Nghiên cứu hiệu ứng quang điện, A.Einstein cho rằng về một số tính chất thì ánh sáng giống với một dòng hạt hơn và ông gọi đó là hạt photon Như thế các lượng tử của Planck cũng là các photon của Einstein và là phần tử bé nhất của năng lượng bức xạ Năng lượng này phụ thuộc vào tần số và được xác định bởi công thức:

E là năng lượng lượng tử (erg/mol) v là tần số dao động (cm -1 ) λlà bước sóng ánh sáng h = 6,625.10 -27 erg/s – hằng số Planck c = 3.10 8 m/s – vận tốc ánh sáng Ánh sáng lan truyền như một chuyển động sóng nhưng các nguyên tử vật chất lại hấp thụ nó như dạng hạt Năng lượng được nguyên tử hấp thụ nhưng cũng tăng không phải từ từ mà từng phần, nghĩa là một cách nhảy vọt và trạng thái năng lượng bao gồm các giá trị gián đoạn, hay nói một cách khác là bị lượng tử hóa Sự hấp thụ một lượng tử ánh sáng có năng lượng hv bằng hiệu số giữa Es 1 -Es 0 dẫn đến việc chuyển một điện tử của vật thể hấp thụ lên mức s 1 Nếu năng lượng hấp thụ bằng Es 2 -Es 0 thì điện tử sẽ chuyển lên mức S 2 Trạng thái S 0 có spin tổng cộng là (+1/2) + (-1/2) = 0 được gọi là trạng thái singlet S 0 Khi kích thích điện tử chuyển sang trạng thái khác, nhưng spin vẫn không đổi, spin tổng cộng cũng bằng 0, điện tử ở trạng thái S* 0 Nhưng nếu khi kích thích điện tử chuyển sang trạng thái khác mà giá trị spin của nó thay đổi, khi đó spin tổng cộng bằng đơn vị (+1/2) + (+1/2) =1 hay (-1/2) - (-1/2) =1, trạng thái này được là triplet T*.

Hình 1.7.Các bước thay đổi năng lượng [7]

Trạng thái T* có năng lượng thấp hơn so với trạng thái kích thích S* Sau một thời gian điện tử cho năng lượng tự chuyển từ mức kích thích singlet sang mức triplet và thường kèm theo những hiệu ứng màu sắc sặc sỡ Đó là hiện tượng lân quang, phát quang, huỳnh quang Chính quá trình này quyết định sự phát sáng của các chất khác nhau trong tối.

Hình 1.8 Trạng thái chuyển điện tử [7]

Như vậy, lượng tử ánh sáng tác động lên các điện tử của phân tử, chuyển các điện tử này sang trạng thái khác Màu sắc của các chất là do hiện tượng hấp thụ chọn lọc bức xạ điện từ Tuy nhiên màu chỉ xuất hiện khi sự hấp thụ chọn lọc xảy ra trong lĩnh vực phổ thấy được, tức là trong khoảng 400÷750 nm Nếu một chất hấp thụ hoàn toàn dải bước sóng này, sẽ có màu đen; ngược lại, nếu một chất phản xạ hoàn toàn ánh sáng thuộc dải song này sẽ có màu trắng Trong trường hợp một chất hấp thụ chọn lọc một dải có độ dài sóng xác định trong vùng này, nó sẽ có màu Màu hấp thụ và màu thấy được khác nhau, chúng được gọi là 2 màu phụ nhau [7].

Bảng 1.1 Sự liên hệ giữa bước sóng hấp thụ và màu sắc của vật hấp thụ [7]

Bước sóng của dãy Màu của ánh sáng Màu của chất hấp thu (nm) hấp thu

480 – 490 Lam– lục nhạt Da cam

595 – 605 Da cam Lam – lục nhạt

605 – 750 Đỏ Lục – lam nhạt b) Cơ chế xuất hiện màu của các hợp chất hữu cơ [7], [16], [17], [26]

Nhờ những thành tựu của các ngành vật lý và hoá học người ta đã xác định rằng chỉ có những điện tử vòng ngoài (điện tử hoá trị) của chất màu mới tham gia vào quá trình hấp thụ ánh sáng kèm theo sự chuyển động của chúng Khi hấp thụ ánh sáng thì hợp chất màu sẽ tiếp nhận năng lượng của các hạt photon, làm cho các điện tử vòng ngoài bị chuyển sang trạng thái kích động, sau đó phần năng lượng này có thể chuyển sang các dạng: quang năng, hoá năng, nhiệt năng v.v và hợp chất màu lại trở về trạng thái ban đầu như vậy sự hấp thụ ánh sáng là kết quả của sự tương tác của các điện tử vòng ngoài của các nguyên tử và phân tử các hợp chất hữu cơ với photon ánh sáng. Những hợp chất hữu cơ nào có liên kết các điện tử vòng ngoài với nhân yếu thì chỉ cần năng lượng của các tia có bước sóng lớn trong miền thấy được của quang phổ cũng đủ làm chuyển dịch và hấp thụ một phần các tia này làm cho nó có màu Hợp chất nào có điện tử vòng ngoài liên kết với nhân càng yếu thì càng cần ít năng lượng để kích động chúng, càng dễ hấp thụ các tia có bước sóng dài hơn và cho màu sâu hơn Bởi vậy cấu tạo phân tử của hợp chất màu hay thuốc nhuộm phải như thế nào để năng lượng của các tia sáng trong miền thấy được của quang phổ cũng đủ làm thay đổi chuyển động các điện tử vòng ngoài của chúng, làm cho chúng có màu Nguyên nhân làm cho các điện tử vòng ngoài liên kết với nhân yếu là: trong phân tử chứa hệ thống mối liên kết nối đôi cách dài; trong hệ thống này ngoài nguyên tử cacbon còn có các nguyên tử khác như oxy, nitơ, lưu huỳnh v.v.; do ảnh hưởng của các nhóm thế; do hiện tượng ion hoá phân tử và cấu tạo phẳng của phân tử.

- Ảnh hưởng của hệ thống liên kết nối đôi cách

Trong các hợp chất hữu cơ thường gặp hai loại liên kết cơ bản: liên kết đơn và liên kết đôi Để kích động các điện tử trong mối liên kết đơn cần có một năng lượng lớn, tương ứng với năng lượng của các tia sóng ngắn nên những hợp chất chỉ chứa một loại liên kết nối đơn thường không có màu Ngược lại, các điện tử vòng ngoài của mối liên kết nối đôi do liên kết với nhân yếu, chúng linh động, nên chỉ cần một năng lượng nhỏ cũng đủ kích động, nên chúng có khả năng hấp thụ các tia sáng có bước sóng lớn hơn trong miền thấy được của quang phổ và chúng có màu.

Nếu như các mối liên kết nối đơn và nối đôi trong một hợp chất hữu cơ được xếp liên tục thành một hệ thống “một cách một” hay còn gọi là “nối đôi cách”, “nối đôi liên hợp” thì các điện tử vòng ngoài sẽ linh động hơn Độ linh động của các điện tử vòng ngoài trong hệ thống này phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:

+Độ dài của hệ thống;

+Bản chất các nguyên tử chứa trong hệ thống;

+Cấu tạo của hợp chất (mạch thẳng hay mạch vòng).

Hợp chất hữu cơ chứa trong hệ thống mối liên kết nối đôi cách càng dài thì hệ thống điện tử vòng ngoài càng linh động, nó càng dễ hấp thụ các tia sáng có bước sóng lớn nên màu càng sâu Mặt khác dù có cấu tạo mạch vòng hay mạch thẳng, hợp chất hữu cơ phải chứa đựng các mối liên kết nối đôi cách lập thành một hệ thống liên tục thì nó mới có khả năng sâu màu Sự hấp thụ chọn lọc xảy ra khi trong phân tử chứa hệ liên hợp đủ mở rộng Để chất có màu sắc đậm, phân tử của chất đó phải chứa một số lớn các nhóm không no, được gọi là “nhóm mang màu” (C=C; C=N; N=N; N=O; vòng benzen…, tất cả liên hợp được với nhau Đồng thời, để màu sắc được đậm đà, phân tử các chất đó thường phải chứa các “nhóm trợ màu”, chẳng hạn như OH, NH 2 …chứa đôi điện tử tự do cũng tham gia vào hệ liên hợp Các nhóm này còn đóng vai trò tác nhân liên kết với bề mặt vải sợi.

Bảng 1.2 Bảng sự chuyển màu do ảnh hưởng nối đối liên hợp [7]

Trong bảng 1.2 là một vài thí dụ minh hoạ ảnh hưởng của độ dài của hệ thống liên kết nối đôi cách đến năng lượng kích động và khả năng hấp thụ ánh sáng của một số chất.

Nếu như tổng số mối liên kết nối đôi khá lớn, nhưng chúng không nằm thành một hệ thống nối đôi cách liên tục trong phân tử của hợp chất hữu cơ thì độ linh động của các điện tử vòng ngoài cũng không tăng lên và hợp chất không có màu hoặc màu không sâu.

Cao su là một thí dụ điển hình, phân tử của nó chứa trên một trăm mối liên kết nối đôi nhưng chỉ hấp thụ được các tia sáng có bước sóng trong khoảng 200 nm nên có không có màu.

- Ảnh hưởng của các nguyên tử khác ngoài cacbon.

Khi trong hệ thống nối đôi liên hợp của một hợp chất hữu cơ nào đó ngoài cacbon còn chứa các nguyên tố khác như: O, N, S…v.v ; do các nguyên tử này có điện tích hạt nhân và khoảng cách từ nhân đến các điện tử vòng ngoài khác nhau, khi nằm chung trong hệ thống nối đôi liên hợp thì các điện tử vòng ngoài này dễ dàng chuyển dịch từ nguyên tử này sang nguyên tử khác, nghĩa là chúng linh động hơn, nên các hợp chất này sẽ hấp thụ được các tia sáng có bước sóng lớn hơn và có màu sâu hơn Các nhóm nguyên tử có chứa các liên kết không bão hòa cũng quyết định màu của chất như các nhóm:

Bảng 1.3 Ví dụ sự chuyển màu do ảnh hưởng của các nguyên tử khác ngoài cacbon [16]

Các nhóm tạo màu cho hợp chất hữu cơ gọi là nhóm hàm sắc Những nhóm làm tăng màu cho nhóm hàm sắc gọi là nhóm trợ sắc Có hai loại nhóm trợ sắc:

Nhóm đẩy điện tử: -OH, -NH 2 , -SH, -OCH 3 , -NHCH 3 , -N(CH 3 ) 2

Nhóm hút điện tử: -NO 2 , -NO, -COCH 3

Chỉ sau khi đưa các nhóm trợ sắc vào thì màu của hợp chất mới trở nên thuần nhất và có đủ cường độ Nếu trong phân tử hiện diện đồng thời các nhóm đẩy điện tử và hút điện tử, hiệu ứng trợ sắc sẽ cao.

- Ảnh hưởng của các nhóm thế

Sử dụng chất màu tự nhiên trong dệt nhuộm

1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Trong nhiều thập kỷ qua, những công trình nghiên cứu về quá trình trích ly hay tách chiết hợp chất màu tự nhiên và cô lập xác định từng hợp chất riêng lẻ được nghiên cứu rất nhiều [22], [31] Trong đó, cũng có một số công bố về việc sử dụng mô hình thực nghiệm và tối ưu hóa mô hình vào trong quá trình tách chiết chất màu tự nhiên đơn lẻ [22], [25] Tuy nhiên vấn đề trích ly chất màu tự nhiên ứng dụng trong công nghệ nhuộm lại mang một ý nghĩa ứng dụng khác; không cô lập hợp chất đơn lẻ mà sử dụng hỗn hợp dịch chiết nhuộm cho các loại vật liệu vải sợi khác nhau.

Những năm gần đây, vấn đề nghiên cứu quy trình nhuộm vải bằng chất màu tự nhiên được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm mà chủ yếu tập trung vào chất màu trích ly từ thực vật Sự đa dạng của hệ thực vật trên thế giới đã tạo nhiều gam màu đa dạng cho các công trình nghiên cứu về công nghệ này Vào năm 1994 nhóm nghiên cứu của C Mahidol đã bắt đầu nghiên cứu hoạt tính sinh học của các loại cây trồng tự nhiên ở Thái Lan [19]; năm 2012 Supaluk Teppanrin và các cộng sự nghiên cứu khả năng nhuộm màu trên vải cotton, tơ tằm và vải tơ tằm bằng dịch chiết từ hạt đậu Marind

Từ năm 2000 đến 2014, có khá nhiều công trình nghiên cứu về khả năng nhuộm vật liệu dệt của dịch chiết từ vỏ măng cụt đã được công bố ở một số bài báo của các truờng đại học hoặc các viện nghiên cứu chủ yếu ở Thái Lan, Ấn Độ, Mỹ và Úc Một số bài báo tập trung nghiên cứu quy trình nhuộm trên các loại vật liệu cotton, tơ tằm, len đã được công bố [27].

Trong những năm qua, có một số công trình nghiên cứu về khả năng nhuộm vật liệu dệt của dịch chiết từ hạt dành dành công bố ở một số bài báo của các trường đại học hoặc các viện nghiên cứu chủ yếu ở Trung Quốc, Hàn Quốc Các bài báo tập trung nghiên cứu quy trình nhuộm trên tơ tằm đã được công bố Nghiên cứu này đã phân tích việc sử dụng dịch chiết từ hạt dành dành để nhuộm vải, kết quả màu sắc và độ bền của vải lụa nhuộm Thành phần sắc tố trên vải lụa và tái sử dụng dịch chiết này cũng đã được nghiên cứu Kết quả chỉ ra rằng vải lụa nhuộm có khả năng bền giặt, bền ma sát và thấm mồ hôi tốt, thành phần sắc tố trên vải lụa chủ yếu là rutin và quercetin Những kết quả này chứng minh rằng dịch chiết từ hạt dành dành là một thuốc nhuộm tự nhiên hiệu quả [29].

1.5.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam

Tại Việt Nam, tính đến thời điểm này, các trường đại học và các viện nghiên cứu cũng đã có khá nhiều nghiên cứu về công nghệ nhuộm vải bằng chất màu tự nhiên từ nhiều loại thực vật khác nhau Tuy nhiên, các ý tưởng và xu hướng nghiên cứu này chủ yếu là vẫn dựa trên các công trình nghiên cứu của PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh, khoa Công nghệ Dệt may và Thời trang, Đại học Bách Khoa Hà Nội PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh đã tìm ra công nghệ nhuộm vải cotton và lụa tơ tằm bằng lá bàng, lá xà cừ, củ nâu, lá trầu không, chàm, lá thiên lý, lá tre, á găng, ngải cứu, lá bạch đàn, lá chè, lá hồng xiêm, vỏ cây xà cừ, chè, cây lá móng, cây xà cừ, nghệ, bạch đàn, sapoche…

Là chuyên gia hóa nhuộm, bằng đam mê khoa học PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh đã bắt đầu nghiên cứu lĩnh vực này từ năm 1996, đến nay Bà đã chủ nhiệm rất nhiều đề tài, dự án về công nghệ nhuộm vật liệu dệt bằng chất màu tự nhiên Trong đó, phải kể đến đề tài Nghị định thư hợp tác giữa chính phủ Việt Nam và chính phủ Áo: “Nghiên cứu khả năng sử dụng chất màu tự nhiên để nhuộm vải bông và tơ tằm, thiết lập qui trình công nghệ và triển khai ứng dụng cho một số cơ sở làng nghề dệt nhuộm Trong dự án này

PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh đã nghiên cứu thành phần và bản chất của các loại chất màu có nguồn gốc thiên nhiên, từ đó xây dựng, lựa chọn và tối ưu hóa các quá trình tách chiết chất màu với các thông số công nghệ phù hợp; đã xây dựng quy trình nhuộm bằng chất màu chiết tách từ lá chè, lá bàng, lá xà cừ và hạt điều màu cho vải bông và vải tơ tằm; nghiên cứu các biện pháp xử lý sau nhuộm nâng cao độ bền màu của sản phẩm Khẳng định độ bền màu cũng như một số tính chất ưu việt của sản phẩm nhuộm màu từ 4 loại thảo mộc như khả năng chống nhàu, khả năng hút ẩm, độ thoáng khí. Nghiên cứu đa dạng hóa màu sắc của sản phẩm nhuộm bằng chất màu chiết tách từ 4 loại thảo mộc bằng cách phối ghép nguyên liệu hoặc cầm màu để nâng cao độ bền màu

[8] Sự thành công của dự án còn phải kể đến là có thể chuyển giao công nghệ cho nông dân để sản xuất hàng thủ công, góp phần xoá đói, giảm nghèo, mang ý nghĩa an sinh xã hội rất cao Ngoài ra, PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh còn thực hiện thành công dự án kết hợp với doanh nghiệp “Thay thế chất nhuộm hóa học bằng chất màu tự nhiên - Phương pháp sản xuất sạch và hiệu quả hơn” triển khai và đã nghiệm thu 2012-2013, với sự tài trợ của dự án Đổi mới Sáng tạo Việt Nam - Phần Lan (IPP), Công ty TNHH Dệt nhuộm Trung Thư - Hưng Yên đã phối hợp nghiên cứu áp dụng thành công công nghệ nhuộm vải bằng các chất màu tự nhiên thay thế chất nhuộm hóa học Kết quả dự án phần nào khẳng định sự thành công của công nghệ nhuộm vật liệu dệt bằng chất màu tự nhiên thân thiện môi trường, giảm thiểu hiện tượng ô nhiễm môi trường.

Hình 1.17 Sản phẩm được làm từ chất liệu vải dệt nhuộm màu tự nhiên [8]

Năm 2011, nhóm nghiên cứu đề tài thuộc khoa Sinh học trường Đại học Đà Lạt cũng đã tiến hành đề tài “Điều tra, khảo sát các loài cây cho chất nhuộm tự nhiên ở Lâm Đồng và khả năng ứng dụng của nó trong ngành nhuộm dệt vải thổ cẩm của đồng bào Dân tộc thiểu số bản địa” đã được Sở Khoa học và Công nghệ đánh giá cao về ý nghĩa và hiệu quả kinh tế; tuy nhiên kết quả cũng chỉ mới dừng lại ở những khảo sát ban đầu.

Bên cạnh những nghiên cứu đã đề cập, hiện nay đồng bào dân tộc thiểu số miền núi phía Bắc vẫn duy trì truyền thống nhuộm vải bằng một số loại chất màu tự nhiên như củ nâu, chàm…; người dân An Giang vẫn còn dùng quả mặc nưa để nhuộm vải tơ tằm và vải polymide; công ty lụa Mã Châu - Quảng Nam dùng hạt dành dành là nguyên liệu để nhuộm màu vàng cho vải tơ tằm.

Tuy nhiên công nghệ nhuộm truyền thống mất rất nhiều thời gian, chỉ mang tính chất thủ công, khó sản xuất đại trà, sản phẩm nhuộm không đảm bảo các chỉ tiêu về độ bền màu.

1.5.3 Nhuộm tơ tằm bằng chất màu tự nhiên a) Sơ lược về cấu trúc tơ tằm

Tơ tằm hay còn được gọi là lụa, là một trong những loại xơ sợi được con người biết đến sớm nhất [22] Tơ tằm có cấu trúc mặt cắt ngang không đồng đều, là một loại sợi tơ mảnh và dài gồm 2 sợi fibroin nằm sóng đôi nhau, được bao bọc bởi một lớp keo gọi là sericin Trên kính hiển vi cho thấy cấu tạo của tơ tằm Sợi fibroin bao gồm các bó xơ (fibrillar bundle nằm dọc theo trục sợi, có chiều ngang 100nm, chiều dài khoảng

250 nm Giữa các bó xơ có nhiều chỗ trống Các vi xơ (microfibril nằm trong bó gồm 20÷30 đại phân tử fibroin có bề ngang 10 nm, chúng xếp thành từng lớp tinh thể.

Hình 1.18 Cấu trúc mặt cắt ngang của tơ tằm [23]

Thành phần chính của tơ tằm gồm 72-81% Fibroin; 19-28% sericin; 0,8-1,0% axit béo và sáp; 1,0-1,4% muối và khoáng chất [23] Fibroin gồm các loại acid amin như glycine, serisine, analine, tyrosine…nhưng không có systine nên cấu trúc phân tử có phần khác so với keratin trong len Fibroin ở dạng mạch thẳng, các phân tử acid amin xếp song song và chỉ liên kết ngang với nhau bởi những nối hydrogen, đây là cấu trúc dạng β, không xoắn nên ít đàn hồi cũng như không xốp.

Hình 1.19 Cấu trúc hóa học của fibroin [11]

Với cấu tạo trên tơ tằm có bề mặt ánh sáng bóng, mịn, óng ả, có độ bền cao, khả năng hút ẩm tốt, có độ đàn hồi tốt, tương đối bền đối với axít vô cơ loãng và axit hữu cơ Tuy nhiên, khả năng chống chịu với bazơ kém và nhạy cảm với ánh sáng Fibroin rất nhạy cảm với chất oxy hóa vì thế có thể làm thay đổi nhóm định chức của fibroin bằng cách oxy hóa các nhóm rượu bậc nhất hoặc làm mất các nhóm amin Người thường dùng H 2 O 2 để tẩy trắng tơ tằm vì nó ít ảnh hưởng đến fibroin Các dung dịch NaClO và NaClO 2 ít được dung ngay cả ở nhiệt độ thấp chúng cũng phá hủy fibroin. b) Nhuộm tơ tằm bằng chất màu tự nhiên

Tổng quan về hạt dành dành

1.6.1 Sơ lược về cây dành dành

Các tên Hán Việt khác: Vị thuốc Chi tử còn gọi Sơn chi tử, Mộc ban (Bản Kinh), Việt đào (Biệt Lục), Tiên chi (Bản Thảo Cương Mục), Tiên tử, Trư đào, Việt đông, Sơn chi nhân, Lục chi tử, Hồng chi tử, Hoàng chi tử, Hoàng hương ảnh tử (Hòa Hán Dược Khảo), Dành dành (Việt Nam).

Tên khoa học: Gardenia jasminoides ellis (Gardenia florida lin).

Họ khoa học: Họ Cà phê (Rubiaceae).

Hạt dành dành khô hình trứng hoặc bầu dục, hai đầu nhỏ dần khoảng 15– 18mm không tính đài khô ở đỉnh Phần trên có 6 lá đài tồn tại, teo hình mũi mác, nhỏ dài thường không toàn vẹn Vỏ quả ngoài cấu thành bởi hai đài liền tồn tại, chung quanh có 6 cạnh dọc hình sợi, phần dưới có gốc tàn cuống quả Vỏ ngoài màu vàng đỏ hoặc nâu hơi bóng mượt, có nhiều gân nhỏ Quả chất cứng mỏng, nửa trong suốt, trong có hai buồng gồm nhiều hạt hình tròn trứng, dẹt, phẳng Vỏ hạt màu đỏ vàng, ngoài có vật chặt dính đã khô Giữa chúng liên kết thành khối hơi có mùi thơm đặc biệt.

Hình 1.20 Hình ảnh tổng quan về quả dành dành

Dành dành mọc hoang và được trồng tại nhiều vùng ở miền Bắc nước ta Tại miền núi, dành dành thường thấy mọc hoang ở ven suối Tại đồng bằng, nhân dân thường trồng làm cảnh và lấy quả làm thuốc hay để nhuộm bánh trái thành màu vàng (bánh xu xê, thạch) Dành dành còn thấy mọc ở Triều Tiên, Trung Quốc, Nhật Bản.

1.6.2 Thành phần hoá học các hợp chất có trong quả dành dành

Trong hạt dành dành và nhiều cây thuộc chi Gardenia người ta đã phân lập được sắc tố màu đỏ gạch: α-crocetin là một carotenoid carboxylic acid Ở trong cây sắc tố này tồn tại dưới dạng pseudoglycosid: α-crocin (= α-crocetin digentibiosid), kết tinh crocetin hình kim màu đỏ nâu, có cực đại hấp thu ở 464 và 434nm, dễ tan trong nước núng, khú tan trong dung mụi hữu cơ Trong hạt dành dành cũn cú monacosan, ò- sitosterol, D-manitol.

(Trong loài Gardenia lucida có 5 chất flavonoid thuộc nhóm flavon đã được phân lập và xác định cấu trúc gồm: gardenin A, B, C, D, E).

Crocin, thuộc nhóm carotenoid ưa nước, là este diglycosyl hoặc monoglycosyl của axit crocetin Nhiều nghiên cứu cho thấy crocin tan tốt trong methanol, ethanol, aceton, nước (Sheo, 1981) Nhóm crocin bao gồm 6 loại este glycosyl được tìm thấy từ nghệ tây (Abdullaev et al., 2002) Ngoài ra, crocin còn được tìm thấy trong một số loại cây và hoa trong đó có cây dành dành (Gardenia jasminoides Elliss) (Alavizadeh et al., 2014).

Hình 1.21 Công thức cấu tạo các chất trong quả dành dành

THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách dịch màu từ hạt dành dành với nhiệt độ chiết tách, thời gian chiết tách, tỉ lệ rắn/ lỏng (nguyên liệu/dung môi).

- Phân tích và xác định các hợp chất trong dịch chiết từ hạt dành dành bằng phương pháp phân tích hiện đại: UV-VIS, GC-MS.

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm vải bằng dịch màu chiết tách từ hạt dành dành như nhiệt độ nhuộm, thời gian nhuộm, số lần nhuộm, nồng độ chất cầm màu.

- Đánh giá độ bền màu với giặt của vải nhuộm bằng dịch chiết từ hạt dành dành.

Chiết tách bằng phương pháp chưng ninh

Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình chiết tách

- tách Đánh -giá dịch chiết

Thời gian chiết tách Đo UV- VIS

Tỉ lệ nguyên liệu/dung môi

Xác định mật độ quang quangquang

Hình 2.5 Quy trình trích ly chất màu từ hạt dành dành

Quá trình trích ly chất màu từ hạt dành dành trong dung môi nước được thực hiện như Hình 2.5, với những điều kiện tối ưu về nhiệt độ, thời gian, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi.

Từ dịch chiết hạt dành dành trong nước và các dung môi hữu cơ: hexan,chloroform, etyl axetat và etanol tiến hành chiết lỏng-lỏng, đo GC-MS để xác định thành phần các chất hữu cơ trong dịch chiết tương ứng với từng dung môi được thực hiện như

Chiết với dung môi hữu Đo

Dịch chiết nước GC-MS hạt dành dành Dịch chiết Kết Quả

Hình 2.6 Quy trình xác định thành phần dịch chiết từ hạt dành dành bằng GC-MS

Dịch chiết tối ưu trích ly từ hạt dành dành được nhuộm trên vải tơ tằm 100% theo sơ đồ Hình 2.7.

Dịch chiết tối ưu từ quá trình chiết tách

Nhiệt độ nhuộm Thời gian nhuộm Số lần nhuộm Chất cầm màu

Sản phẩm nhuộm Đánh giá độ bền màu với giặt

Hình 2.7 Quy trình nhuộm vải

Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp trích ly chất màu thiên nhiên

Luận văn sử dụng phương pháp trích ly ngâm (chiết ngâm) để trích ly chất màu từ hạt dành dành.

Phương pháp trích ly chiết ngâm hay còn gọi là đun cách thủy được tiến hành ở nhiệt độ dưới 100 o C, ở áp suất 1 atm, là phương pháp tương đối đơn giản và dễ lắp đặt, gia nhiệt gián tiếp qua nước, tránh hiện tượng quá nhiệt khi đun nóng, hạn chế được hiện tượng cháy chất cần đun Bên cạnh đó, sử dụng nhiệt gián tiếp từ nước sẽ góp phần kiểm soát được nhiệt độ và giảm nhiệt nhanh nếu tăng cao hơn so với nhiệt độ khảo sát [10].

Phương pháp này được ứng dụng nhiều trong công nghệ tách chất màu thiên nhiên từ thực vật.

Quá trình chiết tách chất màu từ hạt dành dành được thực hiện trên bộ chưng ninh tại phòng thí nghiệm, trường Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng.

2.3.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis Để xác định sơ bộ thành phần các nhóm chức có thể tồn tại trong dịch chiết, xác định số nối đôi liên hợp, bước sóng cực đại, độ hấp thu quang A, tính độ tận trích của dịch chiết lên vật liệu, thông thường xác định bằng cách kiểm tra quang phổ khả kiến - tử ngoại (UV-Vis) Một số ít nhóm chức có thể xác định nhờ phổ UV-VIS, nhưng đặc biệt hữu ích là xác định sự có mặt và giải thích bản chất của các hệ liên hợp có vòng thơm Các chất có màu là do trong phân tử của các chất chứa nhiều nhóm nối đôi hay nối ba như C = C, C = O, C = N, N = N, C ≡ C, N ≡ N, -NO 2 … Do vậy, chúng được gọi là nhóm mang màu Nếu trong phân tử có nhiều nhóm mang màu liên hợp tạo thành mạch dài thì màu của chất sẽ càng đậm Các chất màu đậm khi đo phổ tử ngoại khả kiến cho λ max nằm ở vùng có bước sóng dài Dựa vào λmax, có thể biết được loại liên kết: λ max < 150nm: chỉ có loại liên kết σ của hợp chất no λ max

> 150 nm: có liên kết đôi λ max quanh vùng 200÷260 nm có thể có benzen và dẫn xuất của benzen λ max >280 nm: hệ liên hợp λ max càng lớn thì hệ liên hợp càng dài Hầu hết các phân tử hữu cơ trong suốt trong một phần của phổ điện tử được gọi là vùng tử ngoại (Ultraviolet-UV) và vùng khả kiến (visible-VIS) với các bước sóng từ 190÷800 nm. Phổ tử ngoại và khả kiến của hợp chất hữu cơ gắn liền với các mức năng lượng electron Nói chung các bước chuyển xảy ra giữa một orbitan liên kết hay cặp electron không chia sẻ và một orbitan không liên kết hay phản liên kết Khi đó bước sóng hấp thụ là số đo khoảng cách của các mức năng lượng giữa các orbitan Khoảng cách năng lượng lớn nhất được tìm thấy khi các electron ở liên kết bị kích thích, cho hấp thụ trong vùng 120÷200 nm Có hai định luật thực nghiệm được sử dụng tính cường độ hấp thụ Định luật Lambert phát biểu rằng phần tia tới bị hấp thụ phụ thuộc vào cường độ của nguồn Định luật Beer phát biểu rằng sự hấp thụ tỷ lệ với phân tử hấp thụ Từ các định luật này có phương trình của định luật BeerLambert [10] như sau:

I o và I: cường độ của tia tới và tia phản xạ tương ứng

L: chiều dày của dung dịch hấp thụ tính bằng cm C: nồng độ dung dịch tính bằng mol/l ε: độ hấp thụ phân tử gam và có thứ nguyên là 1000 cm 2 /mol, đây là tính chất của phân tử tham gia bước chuyển electron và không phải là hàm số của các thông số thay đổi khi chuẩn bị dung dịch.

A: độ hấp thụ hay mật độ quang

Kích thước của hệ hấp thụ và xác suất mà bước chuyển electron sẽ xảy ra, sẽ kiểm soát độ hấp thụ, nằm trong khoảng từ 0÷104 Các giá trị trên 104 được gọi là sự hấp thụ có cường độ cao, trong khi giá trị dưới 103 Các bước chuyển bị cấm có độ hấp thụ nằm trong khoảng từ 0÷1000 Định luật Beer - Lambert được tuân theohoàn toàn chỉ khi các dạng đơn lẻ gây ra sự hấp thụ Tuy nhiên, định luật không thể tuân theo khi một số các phân tử khác đang hấp thụ nằm ở trạng thái cân bằng, khi chất tan và dung môi kết hợp tạo một số dạng phức, khi cân bằng nhiệt tồn tại giữa trạng thái electron cơ bản và trạng thái kích thích ở mức thấp, hay khi các hợp chất huỳnh quang hoặc các hợp chất bị biến đổi nhờ bức xạ có mặt trong dung dịch. Độ truyền qua T được định nghĩa: T (2.2)

Các mối quan hệ giữa mật độ quang A, độ truyền qua T như sau: A= - logT Kết quả xác định UV-Vis được thực hiện trên thiết bị UV-Vis Spectrophotometer tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng.

2.3.3 Phương pháp sắc ký khí khối phổ GC-MS

Sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS : Gas Chromatography Mass Spectometry) là một trong những phương pháp sắc ký hiện đại nhất hiện nay với độ nhạy và độ đặc hiệu cao và được sử dụng trong các nghiên cứu và phân tích kết hợp.

Phương pháp GC-MS được sử dụng trong luận văn nhằm mục đích phân tích các hợp chất mang màu cần định danh có mặt trong dịch chiết từ hạt dành dành Kết quả GC-MS của luận văn được thực hiện trên thiết bị GC-MS tại Trung tâm Kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 2, thành phố Đà Nẵng.

2.3.4 Phương pháp chụp hiển vi điện tử quét (SEM)

Các mẫu vải trước và sau khi nhuộm được xác định cấu trúc tế vi để đánh giá khả năng bám dính của các chất màu lên bề mặt vải Cấu trúc tế vi của các mẫu vải trước và sau khi nhuộm được nghiên cứu bằng phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quétSEM trên máy JEOL 6490 tại Trung tâm Đánh giá hư hỏng vật liệu (COMFA) – ViệnKhoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Kết quả xác định thành phần các chất hữu cơ có trong dịch chiết nước hạt dành dành phương pháp GC-MS

Từ dịch chiết hạt dành dành trong nước, tiến hành chiết lỏng – lỏng với các dung môi hữu cơ: n-hexan, cloroform, etyl axetat Phần dịch nước còn lại sau khi chiết các dung môi hữu cơ trên được cô cạn và hoà tan trong etanol Đo GC-MS để xác định thành phần các chất hữu cơ trong dịch chiết tương ứng với từng dung môi.

3.2.1 Thành phần hóa học của dịch chiết hạt dành dành trong dung môi n-hexan

Kết quả định danh được thể hiện trên sắc ký đồ Hình 3.4 và Bảng 3.4.

Hình 3.4 Sắc ký đồ của dịch chiết hạt dành dành đối với dung môi n- hexan

Bảng 3.4 Định danh thành phần hóa học của dịch chiết hạt dành dành trong dung môi n-hexan

STT Hợp chất CTCT diện tích

Từ kết quả ở Bảng 3.4 cho thấy phương pháp GC-MS đã định danh được 15 cấu tử trong dịch chiết n-hexane từ hạt dành dành chiếm Các cấu tử có hàm lượng lớn: 9,12 – Octadecadienoic acid(z,z)- ( 27,67%); Squalene(16,81); n-Hexadecanoic acid (14,82%); Trans-13- Octadecenoic acid(12,88%) Cấu tử có hàm lượng nhỏ gồm: 12- Octadecenoic acid, methyl ester (0.60%) ; Gama.- Tocopherol (0.14%) ; 26- Nor-5- cholesten-3.beta.-ol-25-one (0.30%); Vitamin E (0.53%); Campesterol(0.71%).

3.2.2 Thành phần hóa học của dịch chiết hạt dành dành trong dung môi cloroform

Kết quả định danh được thể hiện trên sắc ký đồ Hình 3.5 và Bảng 3.5.

Hình 3.5 Sắc ký đồ của dịch chiết hạt dành dành đối với dung môi cloroform

Bảng 3.5 Định danh thành phần hóa học của dịch chiết hạt dành dành trong dung môi cloroform

Từ kết quả ở Bảng 3.5 cho thấy phương pháp GC-MS đã định danh được 12 cấu tử trong dịch chiết cloroform từ hạt dành dành Các cấu tử có hàm lượng lớn:Bis(2ethylhexyl) phathalate (16.94%) Cấu tử có hàm lượng nhỏ gồm: PhenylethylAlcohol (0.46%); Catechol ( 0.37%); Vaniliin (0,85%); Methyl dehydroadbietate(0.43%).

3.2.3 Thành phần hóa học của dịch chiết hạt dành dành trong dung môi etyl axetat

Kết quả định danh được thể hiện trên sắc ký đồ Hình 3.6 và Bảng 3.6.

Hình 3.6 Sắc ký đồ của dịch chiết hạt dành dành đối với dung môi etyl axetat Bảng 3.6 Định danh thành phần hóa học của dịch chiết hạt dành dành trong dung môi etyl axetat

STT Hợp chất CTCT diện tích

Từ kết quả ở Bảng 3.6 cho thấy phương pháp GC-MS đã định danh được 15 cấu tử trong dịch chiết etyl axetat từ hạt dành dành Các cấu tử có hàm lượng lớn: Safranal (7.70%); n- Hexadecanoic acid (4.70%); Tricosane, 2-methyl- (5.70 %) Cấu tử có hàm lượng nhỏ gồm: Octadecenoic acid (0.72%); Squalene ( 0.26%); Scopoletin (0.58%); Methyl dehydroadbietate ( 0.51%); Vaniliin (0.50%).

3.2.4 Thành phần hóa học của dịch chiết hạt dành dành trong dung môi etanol Kết quả định danh được thể hiện trên sắc ký đồ Hình 3.7 và Bảng 3.7.

Hình 3.7 Sắc ký đồ của dịch chiết hạt dành dành đối với dung môi etanol Bảng 3.7 Định danh thành phần hóa học của dịch chiết hạt dành dành trong dung môi etanol

Từ kết quả ở Bảng 3.7 cho thấy phương pháp GC-MS đã định danh được 11 cấu tử trong dịch chiết etanol từ hạt dành dành Các cấu tử có hàm lượng tương đối nhỏ: Methyl dehydroadbietate (0.15%); Squalene(0,24%); 1,4 – Methanonaphthalene, 1,4- dihydro- 9-((1-methylethylidenne)- (0.91%); 4- Cyclohepta- 2,4,6- trienyl- phenol

Như vậy, phương pháp sắc ký khí khối phổ đã xác định thành phần hóa học trong dịch chiết hạt dành dành gồm 45 hợp chất.

Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng chất màu chiết tách từ hạt dành dành

Quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng chất màu chiết tách từ hạt dành dành được thực hiện bằng phương pháp tận trích Mẫu vải nhuộm có kích thước 10 cm x 10 cm.

Tỷ lệ khối lượng vải/thể tích dung dịch nhuộm là 1/20 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm như: nhiệt độ nhuộm, thời gian nhuộm, số lần nhuộm và nồng độ chất cầm màu đã được khảo sát.

3.3.1 Ảnh hưởng của thời gian nhuộm

Quá trình nhuộm được thực hiện trong điều kiện: nhiệt độ nhuộm: 80 0 C; số lần nhuộm 1 lần; thời gian nhuộm thay đổi: 30, 45, 60, 75, 90 phút.

Các mẫu vải sau khi nhuộm được hong khô và đo CIELAB Kết quả đo CIELAB và cường độ màu của các mẫu vải được trình bày ở Hình 3.8 và Bảng 3.8.

Hình 3.8 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình nhuộm vải Bảng 3.8 Ảnh hưởng của thời gian nhuộm đến cường độ màu của vải

Bảng 3.8 cho thấy, khi tăng thời gian nhuộm thì lượng chất mang màu gắn lên sợi tơ càng nhiều và làm vải đậm màu Tuy nhiên, nếu thời gian nhuộm càng kéo dài thì cường độ màu lại có xu hướng giảm do các chất mang màu trong thuốc nhuộm đã bị oxy hóa thành pigment không có khả năng nhuộm màu được nữa Như vậy thời gian nhuộm tối ưu là 60 phút.

3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm Ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm được thực hiện trong điều kiện: thời gian nhuộm:

60 phút; số lần nhuộm 1 lần; nhiệt độ nhuộm thay đổi từ 50 o C – 90 o C.

Các mẫu vải sau khi nhuộm hong khô và đo CIELAB Kết quả đo CIELAB và cường độ màu của các mẫu vải được trình bày ở Hình 3.9 và Bảng 3.9.

Hình 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nhuộm vải Bảng 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm đến cường độ màu của vải

Bảng 3.9 cho thấy, nhiệt độ ảnh hưởng đến cường độ màu của vải khi nhuộm. Khi nhiệt độ tăng từ 50 o C đến 80 o C thì cường độ màu của vải tăng và đạt cao nhất tại

80 o C Nguyên nhân là do khi nhiệt độ tăng thì cấu trúc sợi tơ tằm sẽ mở ra, đồng thời tính linh động của các phần tử mang màu tăng và vượt qua được rào cản năng lượng hoạt hóa của quá trình nhuộm nên chất màu dễ gắn chặt vảo sợi vải Tuy nhiên, cường độ màu vải lại giảm khi nhiệt độ nhuộm tăng từ 80 o C đến 90 o C; điều này có thể là do ở nhiệt độ quá cao các phân tử thuốc nhuộm chuyển động mạnh và liên kết không bền lên bề mặt vật liệu do giảm đi ái lực với sợi tơ nên màu nhạt hơn Ngoài ra, ở nhiệt độ quá cao sẽ không đảm bảo tính mềm mại, tính hút ẩm tốt của vải tơ tằm dẫn đến sự gắn kết của chất màu lên sợi vải kém Vì vậy nhiệt độ nhuộm thích hợp là 80 o C.

3.3.3 Ảnh hưởng của chất cầm màu Đặc điểm của chất màu tự nhiên là kém bền màu với các tác nhân bên ngoài Vì vậy cần phải tăng độ bền màu cho vải bằng chất cầm màu Có nhiều cách cầm màu và phương pháp cầm màu cho vải Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng phương pháp cầm màu sau cho vải bằng muối Al 2 (SO 4 ) 3 Vải sau khi nhuộm được cầm màu trong điều kiện thí nghiệm sau: nhiệt độ cầm màu: 70 0 C; thời gian cầm màu: 60 phút; nồng độ chất cầm màu Al 2 (SO 4 ) 3 thay đổi từ 2g/L, 5g/L, 10g/L.

Các mẫu vải sau khi cầm màu được hong khô và đo CIELAB Kết quả đo CIELAB và cường độ màu của các mẫu vải được trình bày ở Hình 3.10 và Bảng 3.10.

Hình 3.10 Ảnh hưởng của nồng độ đến chất cầm màu đến quá trình nhuộm vải

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của nồng độ chất cầm màu Nhôm sunfat đến cường độ màu vải

Quan sát các mẫu vải và Bảng 3.10 cho thấy sử dụng muối nhôm sunfat

Al 2 (SO 4 ) 3 cho màu vải sáng, đậm và đều màu Cường độ màu vải cao nhất ở nồng độ chất cầm màu Al 2 (SO 4 ) 3 5g/L.

3.3.4 Cấu trúc tế vi của vải trước và sau khi nhuộm Ảnh SEM của vải tơ tằm trước và sau khi nhuộm bằng dịch chiết hạt dành dành được trình bày ở Hình 3.11, 3.12.

Hình 3.11 Ảnh SEM mẫu vải tơ tằm trước khi nhuộm

Hình 3.12 Ảnh SEM mẫu vải tơ tằm sau khi nhuộm hạt dành dành

Kết quả chụp ảnh SEM các mẫu vải trước và sau khi nhuộm cho thấy, có sự gắn kết các chất màu lên bề mặt vải tơ tằm khi nhuộm bằng dịch chiết hạt dành dành.

3.3.5 Đánh giá độ bền màu với giặt của vải sau nhuộm

Mẫu vải kích thước 10 cm x 10 cm được nhuộm trong các điều kiện sau: nhiệt độ nhuộm: 70 o C; thời gian nhuộm: 60 phút; số lần nhuộm: 1 lần; chất cầm màu:dung dịch Al 2 (SO 4 ) 3 với nồng độ 5g/L.

Vải đã nhuộm được thử độ bền màu với giặt bằng cách cho vào 200 mL nước có chứa 0,2 gam Omo (hình thức tương tự giặt áo quần hằng ngày) Mẫu vải được hong khô ở nhiệt độ phòng, để qua đêm và đo cường độ màu Kết quả đánh giá độ bền màu với giặt được trình bày ở Hình 3.13 và Bảng 3.11.

Mẫu vải trước khi giặt Mẫu vải sau khi giặt

Hình 3.13 Mẫu vải trước và sau khi giặt Bảng 3.11 Ảnh hưởng của giặt đến cường độ màu của vải Độ bền màu Trước khi giặt Sau khi giặt

Quan sát các mẫu vải và Bảng 3.11 cho thấy vải sau khi nhuộm bằng chất màu trích ly từ hạt dành dành và cầm màu bằng dung dịch muối Al 2 (SO 4 ) 3 5g/L đạt độ bền màu cao với giặt.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Sau một thời gian nghiên cứu đề tài, tôi đã thu được một số kết quả:

1.Tìm được điều kiện và phương pháp chiết tối ưu chất màu tự nhiên từ hạt dành dành bằng phương pháp chưng ninh:

-Tỷ lệ khối lượng hạt dành dành: 25g/100 mL nước.

2 Thiết lập được quy trình nhuộm vải tơ tằm bằng chất màu chiết tách từ hạt dành dành với các thông số tối ưu như sau:

-Chất cầm màu: Al 2 (SO 4 ) 3 5g/L.

3 Cấu trúc tế vi của vải tơ tằm trước và sau khi nhuộm được khảo sát bằng ảnh SEM và cho thấy có sự gắn màu lên bề mặt vải tơ tằm khi nhuộm bằng dịch màu chiết tách từ hạt dành dành.

4 Vải sau khi nhuộm bằng chất màu trích ly từ hạt dành dành và cầm màu bằng

Al 2 (SO 4 ) 3 5g/L đạt độ bền màu cao với giặt.

- Nghiên cứu sử dụng chất cầm màu tự nhiên thay thế muối kim loại.

- Nghiên cứu quy trình tái sử dụng các dịch màu sau nhuộm.

- Nghiên cứu phương pháp sử dụng bã hạt dành dành sau khi chiết chất màu làm phân bón hữu cơ.

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

[1] Nguyễn Tiến Bân (1997), Cẩm nang và nhận biết các họ thực vật hạt kín ở Việt Nam, NXB Nông nghiệp.

[2] Bộ môn dược liệu (2011), Bài giảng dược liệu; Bộ môn Dược liệu trường Đại học Y-Dược thành phố Hồ Chí Minh và Bộ môn Dược Liệu trường Đại học Dược

[3] Bộ môn Thực vật Dược (2007), Thực vật học, NXB Y học, tr 281.

[4] Bộ Y tế (2009), Dược điển Việt Nam, lần xuất bản thứ tư, NXB Y học, tr 786787.

[5] Nguyễn Văn Đàn, Nguyễn Viết Tựu (1985), Phương pháp nghiên cứu

Hóa học Cây thuốc, Nhà xuất bản y học.

[6] Trần Việt Hưng, Từ điển thảo mộc dược học, NXB Y học, tr 99-109.

[7] Cao Hữu Trượng, Hoàng Thị Lĩnh (tái bản 2002), Hóa học thuốc nhuộm,