Do vậy, tuỳ vào từng mục đích cụ thể, ta phải nắm đợc bản chất và phạm vi ứng dụng, cũng nh điều kiện thực tế để lựa chọn ra một kỹ thuật xử lý kháng khuẩn phù hợp nhất cho một loại vậ
Giới thiệu chung về vải kháng khuẩn
Nhu cầu sử dụng vải kháng khuẩn
Trong bối cảnh khoa học công nghệ phát triển nhanh chóng, nhu cầu sống của con người không chỉ dừng lại ở việc ăn no mặc ấm, mà còn hướng đến việc ăn ngon mặc đẹp Sự chú trọng đến bảo vệ sức khỏe và tính mạng con người ngày càng gia tăng, dẫn đến việc mỗi cá nhân nhận thức rõ hơn về giá trị cuộc sống và tầm quan trọng của việc chăm sóc sức khỏe Do đó, họ luôn tìm kiếm các trang thiết bị bảo vệ hiệu quả, trong đó quần áo kháng khuẩn nổi bật như một giải pháp thiết yếu để phòng ngừa bệnh tật và kéo dài tuổi thọ.
Quần áo kháng khuẩn có khả năng diệt khuẩn và ngăn chặn sự xâm nhập của vi khuẩn vào cơ thể, trở nên cần thiết trong bối cảnh dịch bệnh Chúng giúp bảo vệ con người khỏi các loại vi khuẩn và virus gây ra dịch bệnh Môi trường sống đang thay đổi nhanh chóng do hoạt động của con người, dẫn đến thiên tai
Trong các lĩnh vực công nghiệp như y tế, dược phẩm và thực phẩm, điều kiện sản xuất có thể tạo điều kiện cho sự phát triển của vi khuẩn, bao gồm cả vi khuẩn gây bệnh, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của người lao động Những vi khuẩn này có khả năng lây nhiễm từ công đoạn này sang công đoạn khác qua hoạt động di chuyển của nhân viên, gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và tiềm ẩn nguy cơ bệnh tật cho người tiêu dùng Do đó, việc sử dụng trang phục bảo vệ, đặc biệt là quần áo kháng khuẩn, là rất cần thiết để đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc.
Ngoài lĩnh vực y tế và công nghiệp thực phẩm, lĩnh vực may mặc cũng đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người Trong quá trình phát triển, hàng ngàn loại vi khuẩn sống ký sinh trên da người có thể gây ra bệnh tật và tạo ra mùi khó chịu Do đó, trang phục lót như quần áo lót, tất và găng tay cần được xử lý để tiêu diệt hoặc ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật, đảm bảo sức khỏe và sự thoải mái cho người sử dụng.
Để bảo vệ cuộc sống con người và người lao động trong các lĩnh vực cụ thể, việc trang bị cho họ trang phục bảo vệ tốt nhất là rất cần thiết Quần áo kháng khuẩn là một trong những giải pháp hiệu quả, đáp ứng nhu cầu sử dụng vải kháng khuẩn đang gia tăng mạnh mẽ, đặc biệt trong ngành may mặc và y tế.
Phân loại vải kháng khuẩn
Bản chất của việc kháng khuẩn
1.2.1 Vi sinh vËt [1][11] [14] [17][27] Để hiểu rõ về bản chất của việc kháng khuẩn ( kháng vi sinh vật), trớc tiên ta cần hiểu và có những kiến thức cơ bản về vi sinh vật Vậy vi sinh vật là gì? Chúng tồn tại nh thế nào? môi trờng sống của chúng ra sao? Tại sao chóng cã thÓ tồn tại đợc? Và chóng cã nh÷ng tác động gì đến đời sống của con ngêi? Đã từ lâu, qua nhiều công trình nghiên cứu khoa học, các nhà khoa học đã phát hiện, tìm ra và nghiên cứu về vi sinh vật Thực chất, vi sinh vật là những thực thể sống rất nhỏ, nó là một phần của cuộc sống hàng ngày của con ngời Nó có nhiều dạng tồn tại nh: nấm, mốc, men, vi khuẩn, và chúng ta có thể tìm thấy ở bất cứ nơi đâu trong môi trờng sống xung quanh chúng ta, nh ở trong không khí chúng ta thở, ở trên trang phục chúng ta mặc, ở trong nớc chúng ta uống, ở trong thức ăn chúng ta ăn, và thậm chí nó còn tồn tại ngay trong bản thân con ngời của chúng ta Nó có thể trực tiếp hay gián tiếp tác động vào cuốc sống của con ngời theo nhiều cách khác nhau Có loại vi sinh vật gây hại nh: tạo ra mùi hôi trên trang phục và
Vi sinh vật tồn tại xung quanh chúng ta, ảnh hưởng đến cuộc sống con người theo nhiều cách Một số vi sinh vật có thể gây hại, phá hủy trang phục và gây thương tích, trong khi những loại khác lại mang lại lợi ích Chẳng hạn, vi sinh vật có lợi giúp phân huỷ thức ăn, tăng cường quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng, và thúc đẩy các quá trình lên men diễn ra nhanh chóng và hiệu quả hơn.
Vi sinh vật có mặt trong cuộc sống của con người, bao gồm cả loại gây hại và loại có lợi Chúng tồn tại trong cùng môi trường sống với con người, và hoạt động trao đổi chất của con người tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật Chẳng hạn, hệ thống điều tiết của cơ thể, như việc bài tiết mồ hôi, góp phần tạo ra môi trường sống thuận lợi cho vi sinh vật phát triển.
Hình 1.2: Kích thớc rất nhỏ của VSV
Hình 1.3: Sự sinh trởng và phát triển nhanh chóng của VSV
Vi sinh vật (VSV) luôn sinh ra, phát triển và chết đi với tốc độ nhanh chóng và số lượng rất lớn trong môi trường xung quanh Ví dụ, trong một mililít dung dịch nuôi vi khuẩn E coli, nếu được đặt trong môi trường thuận lợi, sau khoảng năm giờ, số lượng vi khuẩn có thể đạt đến con số ấn tượng.
Mỗi mililít chứa đến 10^8 vi sinh vật, cho thấy sự phát triển nhanh chóng của chúng Mặc dù kích thước của vi sinh vật rất nhỏ, nhưng ảnh hưởng của chúng đến cuộc sống con người lại vô cùng lớn.
1.2.2 Bản chất tạo tính kh áng khuẩn cho vải [5], [6], [8],
Môi trường sống của vi sinh vật gắn liền với môi trường sống của con người, và các hoạt động của con người có thể thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật Để tiêu diệt hoặc ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật ở những nơi không mong muốn, như trên trang phục, cần xem xét các yếu tố môi trường và độ ẩm mà con người tạo ra Có hai phương pháp chính để tiêu diệt hoặc hạn chế sự phát triển của vi sinh vật.
Hình 1.4: Hoạt động của con ngời tạo ra độ ẩm, giúp VSV phát triển
- Thứ nhất là dùng các chất, hoá chất tấn công vào vi sinh vật và giết chết nã
Một phương pháp hiệu quả để kiểm soát sự phát triển của sinh vật gây hại là sử dụng các hóa chất để bao vây môi trường sống của chúng Bằng cách này, chúng ta có thể ngăn chặn sự phát triển của chúng, phá hủy hoặc bao vây hoàn toàn nguồn thức ăn, khiến chúng không thể sinh trưởng và dần dần bị tiêu diệt.
Để đạt hiệu quả kháng khuẩn, cần phải hạn chế điều kiện sống của vi sinh vật và dần dần tiêu diệt chúng trong khu vực cần bảo vệ.
Hình 1.5: Các chất kháng khuẩn bao vây, phá màng tế bào VSV, giết chết VSV
Hình 1.6: Các chất kháng khuẩn bao vây VSV, không cho VSV phát triển
Các kỹ thuật xử lý kháng khuẩn cho vật liệu dệt
Để kháng khuẩn cho vật liệu dệt, cần đưa các chất hoặc hóa chất lên bề mặt vật liệu Những hóa chất này phải có khả năng tiêu diệt vi sinh vật, và được gọi là chất kháng khuẩn.
Các kỹ thuật xử lý kháng khuẩn cho vật liệu dệt là những phương pháp đưa chất kháng khuẩn vào trong sợi vải, giúp tăng cường tính kháng khuẩn của sản phẩm dệt.
Công nghệ kháng khuẩn cho vật liệu dệt đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu phổ biến trên toàn cầu, với nhiều công trình nghiên cứu chứng minh tính hiệu quả và ứng dụng của nó.
Các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát triển nhiều kỹ thuật xử lý kháng khuẩn khác nhau, mỗi kỹ thuật đều có đặc tính và hiệu quả riêng Sự khác biệt này không chỉ ảnh hưởng đến đối tượng tác động mà còn đến giá thành của sản phẩm kháng khuẩn Do đó, để lựa chọn kỹ thuật xử lý kháng khuẩn phù hợp cho từng loại vật liệu dệt, cần nắm rõ bản chất, phạm vi ứng dụng và điều kiện thực tế.
Sau đây là một số phơng pháp để tạo tính kháng khuẩn cho vật liệu dệt:
1.3.1 Tạo cho xơ có tính kháng khuẩn
Phương pháp này bao gồm một nhóm các kỹ thuật nhằm tạo ra xơ sợi có tính kháng khuẩn Mục tiêu chính là biến đổi xơ sợi thành sản phẩm kháng khuẩn trước khi tiến hành các công đoạn gia công tiếp theo để sản xuất vải Để đạt được điều này, có nhiều kỹ thuật xử lý khác nhau được áp dụng.
Kỹ thuật KT1 chỉ áp dụng cho các loại xơ sợi tổng hợp, trong đó quá trình xử lý kháng khuẩn diễn ra đồng thời với việc tạo sợi.
Cụ thể về kỹ thuật này nh sau:
Các chất kháng khuẩn được đưa vào dung dịch kéo sợi, tạo ra sợi nhờ quá trình kéo sợi bình thường Như vậy, sợi hình thành sẽ chứa chất kháng khuẩn bên trong, tạo ra xơ sợi kháng khuẩn Tuy nhiên, việc lựa chọn chất kháng khuẩn cho kỹ thuật này là rất quan trọng, vì dung dịch tạo sợi chứa nhiều hóa chất và có nhiệt độ cao Do đó, chất kháng khuẩn cần phải chịu được các tác động này và vẫn duy trì tính kháng khuẩn trong xơ sợi Để thực hiện kỹ thuật này, cần có dây chuyền thiết bị tạo xơ sợi và hóa chất phù hợp Quy trình sản xuất tương tự như quy trình tạo sợi bình thường, chỉ khác là dung dịch tạo sợi đã được pha trộn với chất kháng khuẩn thích hợp.
• KT2: Biến tính xơ sợi, để cho xơ sợi có tính kháng khuẩn
Kỹ thuật này chủ yếu được áp dụng trên các xơ sợi tổng hợp, cho phép tạo ra tính năng kháng khuẩn cho vật liệu dệt Để thực hiện, người ta tạo một mắt xích (mônôme) kháng khuẩn và sử dụng các phương pháp hóa học để đưa mắt xích này vào chuỗi polyme của vật liệu Việc áp dụng kỹ thuật này làm thay đổi cấu trúc mạch đại phân tử trong hóa học của vật liệu, từ đó ảnh hưởng đến các tính chất của vật liệu dệt.
Tính chất của vật liệu dệt bị ảnh hưởng bởi loại vật liệu và mức độ kháng khuẩn mong muốn Khi cần vật liệu có khả năng kháng khuẩn mạnh, số lượng mắt xích kháng khuẩn trong mạch đại phân tử sẽ tăng lên, dẫn đến sự thay đổi rõ rệt trong tính chất vật liệu Tuy nhiên, cần hạn chế tỷ lệ mắt xích kháng khuẩn, ví dụ 1:100, để vẫn giữ được các tính chất cơ bản của vật liệu dệt.
Khi áp dụng kỹ thuật xử lý kháng khuẩn cho vật liệu, khả năng kháng khuẩn của chúng sẽ đạt độ bền cao và duy trì hiệu quả trong suốt thời gian sử dụng.
• KT3: Kỹ thuật nang siêu nhỏ
Chất kháng khuẩn có thể được áp dụng lên vật liệu qua hai kỹ thuật khác nhau: một là liên kết trực tiếp với vật liệu, và hai là tạo ra tính kháng khuẩn gián tiếp thông qua công nghệ nang siêu nhỏ Kỹ thuật này bao gồm việc tạo ra các nang chứa hóa chất kháng khuẩn có kích thước micro hoặc nano, sau đó gắn chúng lên vật liệu dệt Chất kháng khuẩn được lưu giữ giữa hai lớp nhựa bảo vệ và sẽ được giải phóng từ từ, với quá trình giải phóng được kiểm soát một cách chính xác Các loại vật liệu như polyester, xenlulô, vinyl axetat và polyethylene có thể được xử lý bằng phương pháp này, và các nang kháng khuẩn có thể được gắn lên trong quá trình tiền xử lý hoặc hoàn tất Kỹ thuật này đang được nghiên cứu và phát triển, yêu cầu các thiết bị tạo nang và có mối quan hệ nhất định với kỹ thuật liên kết trực tiếp, nhưng phức tạp hơn do yêu cầu kiểm soát quá trình tạo và giải phóng chất kháng khuẩn.
1.3.2 Gắn chất kháng khuẩn lên vật liệu dệt
Phương pháp gắn chất kháng khuẩn lên vật liệu tương tự như phương pháp nhuộm, với quy trình gia công nhằm tạo liên kết bền vững giữa vật liệu và hóa chất kháng khuẩn Tùy thuộc vào loại vật liệu và hóa chất kháng khuẩn, mối liên kết này có thể có độ bền khác nhau Hiện nay, hai kỹ thuật phổ biến được sử dụng để tạo tính kháng khuẩn cho vải là kỹ thuật tận trích và kỹ thuật ngấm ép Việc lựa chọn kỹ thuật nào sẽ phụ thuộc vào điều kiện thiết bị và yêu cầu cụ thể của sản phẩm.
• KT4: Kü thuËt ngÊm Ðp
Để áp dụng chất kháng khuẩn lên vật liệu, cần chuẩn bị một máng dung dịch chứa hóa chất kháng khuẩn ở nồng độ cao cùng các chất trợ giúp Máng dung dịch này giúp hóa chất thẩm thấu vào vải một cách hiệu quả và dễ dàng Nhiệt độ của máng dung dịch được điều chỉnh tùy thuộc vào từng công nghệ xử lý cụ thể.
Khi sử dụng máng dung dịch, vải được dẫn qua các cặp trục vào bể dung dịch chứa chất kháng khuẩn Sau đó, vải sẽ được ép qua các cặp trục và đưa vào máy sấy Cuối cùng, quá trình giặt sẽ được thực hiện để hoàn thiện sản phẩm.
Trong quá trình xử lý, vải được ngâm trong dung dịch chất kháng khuẩn, giúp các chất này bám vào bề mặt vải Khi vải đi qua các trục ép, các thành phần trong dung dịch sẽ được ép vào cấu trúc xơ sợi Mức độ ép và tốc độ của dây vải có thể điều chỉnh tùy thuộc vào công nghệ sử dụng Sau đó, khi vải vào máy sấy, nhiệt độ sẽ kích hoạt các liên kết giữa chất kháng khuẩn và vật liệu dệt, từ đó tăng cường độ bền và tính kháng khuẩn cho sản phẩm.
Với kỹ thuật này, ta sử dụng các thiết bị nh các thiết bị sử dụng để nhuộm liên tục ( nhuộm ngấm ép)
Sơ đồ nguyên lý của kỹ thuật này: b a
Hình 1.7: KT4, Nguyên lý ngấm ép chất kháng khuẩn
6: Các trục dẫn trong máng
Hoá chất kháng khuẩn và cơ chế kháng khuẩn
Trong lĩnh vực xử lý vật liệu dệt để tạo tính kháng khuẩn, có nhiều loại hợp chất hóa học được sử dụng Những hợp chất này tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau, nhưng chủ yếu được chế tạo từ một số chất hóa học cơ bản.
1.4.1 Chất kháng khuẩn gốc triclosan [5], [11], [13 ]
Triclosan, một chất kháng khuẩn, đã được sử dụng trong hơn 25 năm qua tại bệnh viện và trong các sản phẩm mỹ phẩm như xà phòng kháng khuẩn, thuốc đánh răng và nước hoa khử mùi.
Triclosan có khả năng kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn thông qua các tác động điện hóa, giúp xuyên thấm và phá vỡ màng tế bào của chúng Khi màng tế bào bị tổn thương, quá trình chuyển đổi với các tế bào khác sẽ bị ngăn chặn, từ đó làm giảm hoạt động và sự phát triển của vi sinh vật Khi được phân tán trong polyme, Triclosan sẽ từ từ di chuyển ra bề mặt để tiếp xúc với vi khuẩn, tăng cường hiệu quả diệt khuẩn.
1.4.2 Ch ất kháng khuẩn gốc Silicon [15] [22][26][29]
Các chất kháng khuẩn gốc siliccon đã được ứng dụng hiệu quả và an toàn trong ngành công nghiệp dệt từ những năm 70 Chúng được sử dụng để xử lý kháng khuẩn cho các sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với con người, như bít tất và quần áo thể thao.
Chất kháng khuẩn silicon thường được sản xuất dưới dạng dung dịch nhớt và được gắn kết vào vật liệu dệt qua các phương pháp như ngấm ép, phun, hoặc tạo bọt Khi tách ra khỏi nước, chất này không bay hơi và tạo liên kết hóa trị với vật liệu dệt Sản phẩm dệt được xử lý kháng khuẩn bằng chế phẩm này có độ bền giặt rất cao.
Một trong những hoá chất tiêu biểu cho nhóm này, đó là hoá chất có tên thơng mại là AEM 5772 có công thức cấu tạo nh sau:
Hình 1.12: Công thức cấu tạo của AEM 5772
Hóa chất kháng khuẩn AEM 5772 sẽ liên kết với vải thông qua liên kết cộng hoá trị đối với vật liệu cotton và liên kết van đéc van đối với các loại vật liệu tổng hợp khác, chủ yếu là PET Liên kết cộng hoá trị với cotton có thể được thực hiện qua nhóm OH liên kết với gốc Silic.
Hình 1.14: Chất kháng khuẩn AEM 5772 tấn công màng tế bào của vi khuẩn
Hình 1.13: Liên kết của vải AEM vơi vật liệu dệt
Vải làm từ cotton có liên kết cộng hóa trị với hóa chất kháng khuẩn, giúp tăng cường độ bền giặt và khả năng kháng khuẩn của sản phẩm Ngược lại, vải từ xơ sợi tổng hợp chỉ có liên kết cơ học với hóa chất kháng khuẩn, dẫn đến độ bền kháng khuẩn giảm dần sau mỗi lần giặt.
1.4.3 Chất kháng khuẩn đợc chế tạo từ hợp chất bạc [11 ],
Các chất kháng khuẩn gốc bặc đã đợc nghiên cứu cách đây khoảng
Trong suốt 15 năm, một hợp chất kháng khuẩn bền vững đã được phát triển từ các chất vô cơ thiên nhiên thông qua phản ứng trao đổi ion, trong đó bạc được gắn vào silicat nhôm có cấu trúc ba chiều Hợp chất này không chỉ có độ bền cao mà còn giữ được tính kháng khuẩn ngay cả ở nhiệt độ lên đến 800 độ C Chính vì vậy, chế phẩm kháng khuẩn này có thể được tích hợp vào xơ dệt trong quá trình kéo sợi filament.
Hình 1.15: ION bạc diệt khuẩn hiệu quả
Bạc có khả năng giết vi khuẩn thông qua các tác động tương hỗ trên bề mặt của nó Các ion bạc từ hợp chất kháng khuẩn được giải phóng từ từ với tốc độ được kiểm soát, trong đó độ ẩm môi trường là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mức độ giải phóng ion Khi độ ẩm tăng, điều kiện trở nên thuận lợi cho vi khuẩn phát triển, dẫn đến tốc độ giải phóng ion cũng tăng theo Tuy nhiên, trong điều kiện ẩm hoàn toàn, bạc sẽ giải phóng rất chậm, đảm bảo vật liệu được bảo vệ lâu dài.
1.4.4 Chất kháng khuẩn có nguồn gốc Chitosan tự nhiên
Chitosan tự nhiên, một chất kháng khuẩn đặc biệt, được chiết xuất từ vỏ của các loài nhuyễn thể như tôm, cua, sò, ốc, hến Chất này không chỉ tạo ra các liên kết ngang với vật liệu dệt gốc xenlulô mà còn có khả năng kiểm soát độ ẩm hiệu quả Nhờ vào tính năng vượt trội này, chitosan thường được ứng dụng trong các sản phẩm cao cấp, đặc biệt là quần áo trẻ em, nơi yêu cầu sự an toàn tuyệt đối.
Hình 1.16: Chitosan sẽ bảo vệ con ngời khỏi vi khuẩn
Cơ chế gắn chất kháng khuẩn gốc chitosan lên vải Pê/Cô
Thực chất của việc gắn chất kháng khuẩn chitosan lên vải Pê/Co là việc tạo ra liên kết giữa chitosan và cellulose có trong thành phần của xơ
Do đó lợng chất kháng khuẩn chitosan đợc gắn lên vải cũng một phần phụ thuộc vào tỷ lệ bông (cellulose) trong có trong sợi dệt
• C ấu tạo hoá học của cellulose
Cellulose khá quen thuộc với ngành dệt của chúng ta, cấu tạo của một mắt xÝch cellulose nh sau:
Hình 1.17: Cấu tạo hoá học của cellulose
Mỗi mắt xích của cellulose chứa 4 nhóm OH liên kết với mạch carbon, đây là các nhóm chức quan trọng giúp gắn kết với hóa chất kháng khuẩn chitosan.
• Cấu tạo hoá học của chitosan
Chitosan có nguồn gốc từ chitn có trong vỏ tôm, cua, ốc, hến Quá trình tinh lọc để đạt đợc chitosan diễn ra nh trên hình 18:
Hình 1.18: Quá trình tinh chế Chitosan
Vỏ tôm, cua được nghiền nhỏ thành bột và ngâm trong dung dịch HCl loãng để hòa tan các hợp chất vô cơ như Canxi Sau đó, sản phẩm thu được được ngâm trong NaOH để loại bỏ protein Tiếp theo, sản phẩm được xử lý trong dung dịch KMnO4 0.5% và axít Oxalíc dưới ánh sáng để loại bỏ các hợp chất màu hữu cơ, từ đó thu được Chitin Cuối cùng, Chitin được thủy phân trong môi trường kiềm nóng 40 – 50% để tạo ra Chitosan.
• Tạo chất kháng khuẩn từ chitosan:
Chitosan không được sử dụng trực tiếp làm chất kháng khuẩn, mà cần phải được biến đổi thành dạng khác để có thể gắn lên sợi vải Chất kháng khuẩn có gốc Chitosan được sử dụng để xử lý vải có tên thương mại NMA – HTCC, với cấu trúc hóa học đặc trưng.
Hình 1.19: Cấu trúc hoá học của NMA - HTCC
Hình 1.20: Các gốc liên kết với Chitosan để tạo ra NMA - HTCC
Mục đích của việc đa gốc
R1 vào trong cấu trúc của Chitosan trớc khi xử lý kháng khuẩn cho vải, là để tạo tác nhân phản ứng với
Chitosan, một hợp chất có khả năng kháng khuẩn, chứa nhóm N+ trong cấu trúc hóa học của nó Để duy trì tính năng kháng khuẩn khi gắn Chitosan lên vải, cần đảm bảo rằng các nhóm chức amin vẫn còn nguyên vẹn trong công thức hóa học.
Lựa chọn hoá chất và kỹ thuật xử lý kháng khuẩn
1.5.1 Mục đích sử dụng của sản phẩm
Xử lý kháng khuẩn cho trang phục của nhân viên y tế là từ vải Pê/Co dệt thoi
Vi sinh vật hiện diện khắp nơi xung quanh chúng ta, không phải tất cả đều có hại; một số có lợi cho sức khỏe Tuy nhiên, trong môi trường bệnh viện, nơi chứa nhiều vi sinh vật có hại, nguy cơ lây nhiễm cao hơn Những vi sinh vật này thường xuất phát từ bệnh nhân và có khả năng lây lan qua nhiều con đường khác nhau, như tiếp xúc trực tiếp hoặc qua trang phục Bác sĩ và y tá, những người làm việc trong môi trường này, phải đối mặt với nguy cơ lây nhiễm hàng ngày Để bảo vệ bản thân, việc mặc trang phục kháng khuẩn là một biện pháp quan trọng nhằm giảm thiểu rủi ro lây nhiễm.
Các trang phục y tế cần có khả năng tiêu diệt vi khuẩn, ngăn chặn chúng xâm nhập vào cơ thể con người và ngăn chặn sự lây lan sang các khu vực khác Điều này rất quan trọng, đặc biệt là đối với nhân viên y tế, để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Nhân viên y tế thường xuyên tiếp xúc với nguồn bệnh và phải di chuyển để chăm sóc nhiều bệnh nhân khác nhau Nếu vi khuẩn không được diệt trừ và vẫn tồn tại trên trang phục, chúng có thể gây hại cho bệnh nhân khác khi chuyển từ trang phục của nhân viên sang môi trường sống của họ Hơn nữa, trong quá trình giặt giũ trang phục, vi khuẩn có khả năng lây truyền sang các trang phục khác, từ đó tiếp tục gây nguy hiểm cho cả bệnh nhân và nhân viên y tế.
Các trang phục cần có khả năng diệt khuẩn và đảm bảo độ bền sau nhiều lần giặt.
1.5.2 Điều kiện thiết bị tại Việt Nam
Việt Nam đang nỗ lực trở thành một quốc gia công nghiệp hóa hiện đại hóa, tuy nhiên, trình độ kỹ thuật công nghệ vẫn còn hạn chế do phần lớn được chuyển giao từ nước ngoài Trong ngành dệt may, đã có sự đầu tư lớn vào thiết bị hiện đại, nhưng chủ yếu chỉ tập trung vào các công đoạn đã có kinh nghiệm như công đoạn sợi, dệt và hoàn tất, trong khi các công đoạn như tạo sợi và công nghệ tráng phủ vải vẫn chưa được chú trọng Hiện tại, chỉ có công ty Phước Long là nhà máy duy nhất sản xuất vải tráng phủ tại Việt Nam, nhưng sản lượng còn hạn chế và giá thành cao Hơn nữa, sản phẩm vải tráng phủ không đáp ứng được yêu cầu về độ mềm mại, thông thoáng cho trang phục y tế, điều này gây khó khăn trong việc cung cấp trang phục phù hợp cho nhân viên y tế.
Với tình hình thiết bị hiện tại, việc sản xuất vải trang phủ ở Việt Nam không thể áp dụng các kỹ thuật tạo tính kháng khuẩn trong quá trình sản xuất sợi Hơn nữa, những kỹ thuật này chỉ phù hợp cho xơ sợi nhiệt dẻo, không thể áp dụng cho xơ bông hay Pê/Cô.
1.5.3 Công nghệ xử lý kháng khuẩn
Bài viết này sẽ đề cập đến các kỹ thuật xử lý kháng khuẩn, tình hình thiết bị và trình độ khoa học công nghệ của Việt Nam, cũng như các loại hóa chất kháng khuẩn đang được sử dụng Qua đó, chúng ta sẽ nhận diện các vấn đề nổi bật trong lĩnh vực này.
Mục tiêu của chúng tôi là sản xuất vải kháng khuẩn phù hợp với điều kiện kinh tế và thiết bị tại Việt Nam Hiện tại, với trình độ khoa học kỹ thuật và thiết bị hiện có, chúng tôi không thể áp dụng các kỹ thuật như KT1, KT2, KT3, KT5, KT6, KT7, KT8 để xử lý kháng khuẩn cho vải Pe/Co Điều này là do chúng tôi chưa sở hữu các thiết bị cần thiết, hoặc nếu có, như trong trường hợp kỹ thuật tráng phủ, thì lại không phù hợp với mục đích sử dụng sản phẩm của mình.
Hoá chất kháng khuẩn cần đáp ứng các yêu cầu quan trọng để đảm bảo hiệu quả và an toàn Đầu tiên, chúng phải duy trì tính kháng khuẩn khi gắn lên vật liệu dệt Thứ hai, sản phẩm cần có mặt trên thị trường, dễ tìm kiếm và đã được thế giới công nhận Thứ ba, độ an toàn cho người sử dụng là yếu tố hàng đầu, không gây ra phản ứng phụ khi tiếp xúc Thứ tư, hoá chất phải đảm bảo độ bền khi đã được xử lý gắn lên vật liệu Cuối cùng, quá trình xử lý cần đảm bảo tính sinh thái, góp phần bảo vệ môi trường.
Để xử lý kháng khuẩn cho vải Pê/Co, kỹ thuật ngấm ép kết hợp với chất kháng khuẩn gốc Silicon, cụ thể là hóa chất thương mại AEM 5772, là phương pháp phù hợp nhất.
Chúng ta hiện đang nghiên cứu công nghệ xử lý vải bằng cách gắn chất kháng khuẩn thông qua kỹ thuật ngấm ép Mục tiêu là đạt hiệu quả cao nhất trong việc sử dụng ít hóa chất kháng khuẩn nhưng vẫn đảm bảo tính kháng khuẩn và độ bền của vải Ngoài ra, quy trình xử lý cần phải đáp ứng các yêu cầu về tính sinh thái, nhằm bảo vệ môi trường trong quá trình sản xuất.
Kết luận phần tổng quan
Qua tìm hiểu phần tổng quan ta có thể rút ra một số kết luận sau:
Khi mức sống của con người tăng cao, nhu cầu bảo vệ sức khỏe và cải thiện chất lượng cuộc sống ngày càng trở nên quan trọng Do đó, các loại trang phục với tính năng đặc biệt, như quần áo kháng khuẩn, đang được phát triển mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu này.
Với sự biến đổi nhanh chóng của môi trường và thời tiết, các loại vi khuẩn và vi sinh vật gây hại đang phát triển mạnh mẽ Điều này dẫn đến nhu cầu ngày càng tăng về các loại quần áo bảo vệ, đặc biệt là những sản phẩm có khả năng kháng khuẩn.
Trên thế giới, nhiều loại quần áo kháng khuẩn đang được sản xuất, nhưng tại Việt Nam, chi phí cho một bộ trang phục như vậy khá cao Việc sử dụng số lượng lớn trang phục bảo vệ này sẽ tiêu tốn một nguồn ngoại tệ lớn để nhập khẩu Do đó, cần thiết phải phát triển sản xuất các trang phục kháng khuẩn trong nước để đáp ứng kịp thời và đủ số lượng theo yêu cầu.
Có nhiều phương pháp và loại hóa chất khác nhau để tạo tính kháng khuẩn cho vải Tuy nhiên, trong điều kiện thiết bị hiện có tại các nhà máy dệt nhuộm ở Việt Nam, phương pháp ngấm ép kết hợp với hóa chất kháng khuẩn AEM 5772 được xem là phương pháp phù hợp nhất để xử lý kháng khuẩn cho vải.
Nội dung và phơng pháp nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu và đối tợng nghiên cứu
Nh đã phân tích ở trên, yêu cầu quá trình xử lý kháng khuẩn cho vải phải đảm bảo một số yêu cầu sau:
- Vải đợc xử lý phải có khả năng kháng khuẩn
- Độ bền kháng khuẩn phải đảm bảo ở một mức độ nhất định nào đó ( sau một số lần giặt)
- Sản phẩm không gây ảnh hởng phụ đến ngời sử dụng
- Tìm ra đợc phơng án xử lý sao cho đạt hiệu quả nhất với kỹ thuật và hoá chất đã đợc chọn
Trong luận án này, tác giả nghiên cứu công nghệ xử lý kháng khuẩn bằng phương pháp ngấm ép, nhằm gắn hóa chất kháng khuẩn gốc Silicon, thương mại AEM 5772, lên vải Pe/co 65/35 Để đạt được mục tiêu này, cần thực hiện một số nội dung nghiên cứu cụ thể.
Tiến hành xử lý kháng khuẩn cho mẫu vải Pe/co 65/35 bằng phương pháp ngấm ép, sử dụng các hóa chất đã được chọn lựa Quá trình này bao gồm việc điều chỉnh mức ép, nhiệt độ và thời gian xử lý khác nhau để đạt hiệu quả tối ưu trong việc gắn hóa chất kháng khuẩn lên vải.
Thí nghiệm được thực hiện nhằm kiểm tra khả năng kháng khuẩn và độ bền kháng khuẩn của các mẫu vải đã được xử lý bằng các phương pháp khác nhau Các mẫu vải này được xử lý với các mức ép, nhiệt độ và thời gian gia nhiệt khác nhau để đánh giá hiệu quả kháng khuẩn.
Phân tích kết quả đạt được cho thấy sự ảnh hưởng của mức ép, thời gian gia nhiệt và nhiệt độ xử lý đến khả năng kháng khuẩn cũng như độ bền kháng khuẩn của vải Nghiên cứu này cung cấp thông số tối ưu về mức ép, thời gian và nhiệt độ xử lý, nhằm nâng cao hiệu quả của công nghệ xử lý kháng khuẩn.
Nghiên cứu mối tương quan giữa mức ép, thời gian gia nhiệt và nhiệt độ xử lý vải nhằm xác định ảnh hưởng của các yếu tố này đến khả năng kháng khuẩn của vải Từ đó, xây dựng phương trình thể hiện sự tác động của chúng đối với tính năng kháng khuẩn.
Quy trình thí nghiệm và kiểm tra khả năng kháng khuẩn cũng như độ bền kháng khuẩn của các mẫu vải được thực hiện theo đúng tiêu chuẩn quốc tế.
2.1.2 Đối tợng nghiên cứu Để tiến hành thí nghiệm, tìm ra công nghệ xử lý kháng khuẩn phù hợp nhất cho loại vải Pê/Cô, cần tiến hành trên các mẫu vải Pê/cô Cụ thể, các mẫu vải đợc đem thí nghiệm có các thông số nh sau: a Vải dệt thoi Pê/cô 65/35
- Nguồn gốc: Công ty dệt 8/3
- Chi số sợi dọc: Ne 45
- Chi số sợi ngang: Ne 45
- Đã xử lý sau dệt: nấu, định hình sơ bộ b Vải dệt kim Pê/cô 65/35
- Nguồn gốc: Công ty dệt may Hà Nội
- Đã xử lý sau dệt: nấu tẩy, định hình sơ bộ
Phơng pháp nghiên cứu
2.2.1 Phơng pháp thực nghiệm xử lý kháng khuẩn cho vải Pê/Cô [ 12][13]
1 Máy đo pH: Xác định pH của các dung dịch đo
2 Máy khuấy từ : trộn đều các chất có trong dung dịch.
3 Máy ngấm ép D394A : Thực hiện việc ngấm ép các mẫu vải đã đợc ng©m hãa chÊt
4 Máy sấy SDL398 : Thực hiện sấy khô các mẫu vải, và thực hiện nung ở nhiệt độ thích hợp để gắn hóa chất lên vải
Quy trình thí nghiệm xử lý kháng khuẩn cho các mẫu vải đã được xử lý nhờ các mẫu vải được chuẩn bị trước đó, diễn ra theo trình tự nhất định trong phòng thí nghiệm.
Bớc 1 : Chuẩn bị mẫu vải
- Cắt các mẫu vải với kích thớc: 30 x 30 cm
- Giặt axít cho các mẫu vải bằng nớc cất, pH=5.75
- Sấy khô các mẫu vải, rồi để ở điều kiện phòng trong 24 giờ
Bớc 2 : Pha dung dịch cho các mẫu vải
- Đối với vải dệt thoi: nồng độ hóa chất C% = 13 %, dung dịch có pH= 5.5
- Đối với vải dệt kim: nồng độ hóa chất C% = 10 %, dung dịch có pH= 5.3
Bước 3: Thực hiện quá trình ngấm ép trên máy D394A bằng cách đổ dung dịch hóa chất đều lên vải Sau đó, đưa vải vào máy ép với các mức ép khác nhau, dựa theo phương pháp bố trí thí nghiệm Box-Wilson.
Bớc 4: Thực h iện sấy – nung ( Trên máy sấy SDL398)
- Sấy các mẫu vải vừa ngấm ép ở nhiệt độ 110 0 C trong 3 phút
- Nung các mẫu vải vừa sấy khô ở các mức nhiệt độ và thời gian khác nhau dựa theo phơng pháp thí nghiệm Box – Wilson.
2.2.2 Phơng pháp thực nghiệm xác định khả năng, độ bền kháng khuẩn của vải bằng phơng pháp vi sinh.[4][7][9]
Bớc 1: Chuẩn bị khuẩn và xác định đờng sinh trởng của khuẩn
- Chuẩn bị dung dịch LB nuôi:
+ Thành phần dung dịch LB nuôi:
+ Khuấy trộn đều dung dịch hỗn hợp trên
+ Chuẩn pH của dung dịch về pH = 7
+ Cho thêm glycol vào hỗn hợp dung dịch nuôi
+ Đóng kín lắp lọ dung dịch, thực hiện thanh trùng hỗn hợp dung dịch ở 120 0 C trong 2 giờ
- Chuẩn bị thạch nuôi LB:
+ Khuấy trộn đều dung dịch hỗn hợp trên
+ Chuẩn pH của dung dịch về pH = 7
+ Thực hiện thanh trùng dung dịch, rồi đổ ra các đĩa Pettri
- Lấy 1 ml dung dịch khuẩn chuẩn E.Coli, cho vào 50 ml dung dịch nuôi
- Nuôi vi khuẩn trong dung dịch ở điều kiện nhiệt độ 37 0 C, trong 6 giờ
Sau khi nuôi cấy vi khuẩn, tiến hành phân chia dung dịch vào các ống Ependorf, mỗi ống chứa 1 ml dung dịch vi khuẩn Sau đó, đặt các ống này vào tủ lạnh ở nhiệt độ -80 độ C để bảo quản.
Sau thời gian giữ giống 24 giờ, lấy 1 ống Ependoc khuẩn ra nuôi để xác định đờng sinh trởng của vi khuẩn Quy trình nh sau:
- Lấy 1 ml dung dịch khuẩn trong ống Ependoc giữ giống, cho vào trong 20 ml dung dịch LB nuôi ở trên (không có glycol)
Sau mỗi khoảng thời gian 3 giờ, 4 giờ, 5 giờ, 6 giờ, 7 giờ và 8 giờ, lấy 1ml dung dịch vi khuẩn để đo OD và cấy trên môi trường thạch LB với các nồng độ khác nhau, nhằm xác định số lượng vi khuẩn trong 1ml dung dịch sau mỗi khoảng thời gian tương ứng Từ dữ liệu thu được, ta có thể xây dựng biểu đồ sinh trưởng của vi khuẩn, cho phép xác định thời gian nuôi cấy cần thiết để đạt được nồng độ vi khuẩn mong muốn.
Bớc 2: Thực hiện thí nghiệm theo tiêu chuẩn XP G39 010 - -
2.2.3 Phơng pháp thực nghiệm xác định khả năng kháng khuẩn của vải bằng phơng pháp hóa học.[20][21]
- Máy nhuộm cốc, thực hiện lắc trộn mẫu trong dung dịch hoá chất
Quy trình thí nghiệm đợc tiến hành nh sau:
Bớc 1: Xây dựng đờng OD chuẩn thể hiện nồng độ BPB trong dung dịch
- Đo OD ở các nồng độ khác nhau
- Thiết lập phơng trình thể hiện mối quan hệ giữa mật độ quang học A và nồng độ dung dịch BPB Ta có bảng số liệu sau:
Mật độ quang học OD Nồng độ dung dịch (g/l)
Bảng 2.1: Số liệu liên hệ giữa mật độ quang học và nồng độ dung dịch
Từ đây ta xây dựng đợc đờng liên hệ giữa nồng độ chất BPB và mật độ quang học, nh biểu đồ trên hình 2.2 y = 0.0099x - 0.0002
Hình 2.2: Biểu đồ tơng quan giữa mật độ quang học và nồng độ dung dịch BPB Bớc 2: Chuẩn bị mẫu và dung dịch
- Cắt các mẫu vải đã xử lý kháng khuẩn ở các lần giặt khác nhau, mỗi mẫu có khối lợng là 1 gam
- Chuẩn bị dung dịch có nồng độ khoảng 0,02 g/l, tơng đơng với OD =2
- Cho dung dịch trên vào các cốc, mỗi cốc 50 ml dung dịch
Bớc 3: Tiến hành thí nghiệm
- Xác định mật độ quang học của dung dịch ban đầu
- Cho các mẫu vải vào các cốc có chứa 50 ml dung dịch trên
- Thực hiện lắc với tốc độ tối đa trên máy nhuộm cốc trong thời gian 10 phót
- Lấy các dung dịch ở các cốc đem đi đo mật độ quang học
2.2.4 Phơng pháp xử lý kết quả thực nghiệm [2 ] [3]
2.2.4.1 Giới thiệu mô hình hoá thực nghiệm
Quá trình công nghệ là sự tương tác giữa các yếu tố đầu vào như nguyên liệu, vận tốc thiết bị, nhiệt độ, thời gian tác dụng và nồng độ hóa chất Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đầu ra, bao gồm năng suất thiết bị và chất lượng sản phẩm Mỗi yếu tố đầu vào đóng vai trò quan trọng trong việc xác định kết quả cuối cùng của quá trình sản xuất.
Một trong những nhiệm vụ quan trọng của các nhà công nghiệp là nghiên cứu mối quan hệ giữa các yếu tố trong quá trình sản xuất và ảnh hưởng của chúng đến tính chất sản phẩm Phương pháp cổ điển nghiên cứu mối quan hệ này thường yêu cầu thay đổi một biến trong khi giữ cố định biến khác, từ đó xác định giá trị tối ưu của từng biến Tuy nhiên, phương pháp này cần nhiều thí nghiệm và không cho phép quan sát đồng thời ảnh hưởng của nhiều biến Do đó, mô hình hoá trở thành một công cụ quan trọng để xác định mối quan hệ giữa các thông số, mô tả chúng bằng hàm số và sử dụng hàm này để dự đoán sự biến đổi của quá trình khi các thông số thay đổi.
Phương pháp mô hình hóa thực nghiệm là công cụ quan trọng trong nghiên cứu các quá trình công nghệ đã được xác định, giúp xác định xu hướng biến đổi và các thông số tối ưu của quá trình Mối quan hệ giữa hàm mục tiêu và các thông số quá trình có thể được diễn đạt một cách rõ ràng.
Giá trị của hàm mục tiêu trong thí nghiệm thứ u được ký hiệu là Yu, trong đó x1u, x2u, , xku là các giá trị của các biến số tương ứng Sai số thực nghiệm của thí nghiệm này được biểu thị bằng eu.
Trong quá trình thí nghiệm, các giá trị Yu và xiu được đo và phân tích, nhưng mối quan hệ hàm giữa chúng vẫn chưa được xác định trước đó và cần phải tìm kiếm thông qua dữ liệu thí nghiệm Điều quan trọng cần lưu ý là giá trị Yu không chỉ bị ảnh hưởng bởi các giá trị xiu mà còn phụ thuộc vào những yếu tố cản trở không thể kiểm soát, bao gồm sai số đo và những biến đổi không thể kiểm tra từ môi trường xung quanh.
Hàm chính xác thể hiện mối quan hệ giữa các thông số đặc trưng của quá trình và các thông số thay đổi thường khó xác định Trong một vùng thực nghiệm nhất định, có thể tìm ra một hàm gần đúng với độ chính xác chấp nhận được để thay thế hàm thực Nghiên cứu cho thấy rằng, trong các vùng không quá rộng, hàm gần đúng thường là một hàm đa thức bậc nhất hoặc bậc hai, có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến, với biến số được biểu diễn dưới dạng cụ thể.
Hàm mục tiêu Yu thể hiện mục tiêu cần đạt được, trong khi các biến số xiu là yếu tố ảnh hưởng đến hàm này Các hệ số bi, bii, bij cho biết mức độ và chiều hướng ảnh hưởng của các biến số đến hàm mục tiêu.
Quá trình nghiên cứu xác định các thông số tối ưu trong công nghệ bao gồm hai giai đoạn Giai đoạn đầu tiên liên quan đến việc thực hiện các quy trình công nghệ với thông số đã được lên kế hoạch, từ đó xác định kết quả và xây dựng hàm mục tiêu hay phương trình hồi quy thể hiện mối quan hệ giữa hàm mục tiêu và các thông số Hàm mục tiêu chỉ có thể được sử dụng cho các nghiên cứu tiếp theo sau khi đã được kiểm tra độ tin cậy và mức độ tương quan với mô hình thực Giai đoạn hai tập trung vào việc sử dụng hàm mục tiêu để phân tích ảnh hưởng của các thông số.
2.2.4.2 Thiết kế thí nghiệm theo phơng pháp quy hoạch tổ hợp trung t©m
Quá trình xây dựng hàm mục tiêu liên quan đến việc xác định các hệ số bi, bii, bij, phụ thuộc vào phương pháp nhận dạng và bộ số liệu thí nghiệm Bài toán quy hoạch thực nghiệm cần xây dựng chiến lược tác động vào các biến số, đồng thời lựa chọn bộ số liệu thí nghiệm sao cho đảm bảo tính đầy đủ và đáng tin cậy, thuận lợi cho việc xử lý thông tin Phương pháp quy hoạch tổ hợp trung tâm do Box và Wilson đề xuất đáp ứng các yêu cầu này, cho phép thu thập nhiều thông tin nhất với số lượng thí nghiệm tối thiểu Các bước cơ bản trong thiết kế thí nghiệm theo phương pháp này rất quan trọng để đạt được kết quả tối ưu.
Bớc 1: Mã hoá thông số
Mã hoá thông số là quá trình chuyển đổi các giá trị thực của biến thành giá trị mã hoá, giúp loại bỏ sự quan tâm đến độ lớn của giá trị thực trong các bước tính toán Việc này tạo điều kiện thuận lợi cho việc tính toán khi tìm hàm mục tiêu.
Các biến thay đổi từ 0,1 đến 0,2 được mã hóa trong khoảng từ -1 đến +1 Điều này có nghĩa là biến mã hóa tương ứng với biến thực sẽ nằm trong khoảng -1 đến +1.
Các kết quả thực nghiệm
3.1.1 Phơng pháp hoá học a Các mẫu vải ở 0 lần giặt ( chỉ giặt 1 lần sau xử lý theo tiêu chuẩn)
Thực hiện thí nghiệm với các mẫu vải có khối lợng 1g, cho vào 50 ml dung dịch BPB có nồng độ 0.02 g/l
- Nồng độ quang học của dung dịch BPB ban đầu: A0 = 2.118
- Khối lợng BPB có trong mỗi cốc dung dịch là:
- Sau khi lắc trong 10 phút, ta có nồng độ dung dịch của các mẫu nh trong bảng
- Vì các mẫu có khối lợng khác nhau, nên khi quy về khối lợng mẫu 1 gam, ta có các nồng độ quang học chuẩn
Bảng kết quả đo mật độ quang học
Mật độ quang học chuẩn
Bảng 3.1: Kết quả đo mật độ quang học của các mẫu khi mới xử lý
Khối lợng BPB còn trong mỗi cốc dung dịch, sẽ đợc tính bằng công thức:
- Khối lợng BPB liên kết với vải là: Mvi = M0 – Mi [3.3]
Trong đó M0 : Khối lợng chất BPB trong dung dịch ban đầu
Mi : Khối lợng BPB còn lại trong dung dịch sau xử lý
Mvi : Khối lợng BPB liên kết trên các mẫu vải
Nh trên ta đã tính: M0 = 0.00103841 g
Từ đó ta có kết quả ở bảng sau:
Mẫu Mật độ quang học chuÈn
Khối lợng BPB còn trong dung dịch (Mi)
Khối lợng BPB đã liên kết với vải (Mv)
Bảng 3.2: Bảng khối lợng BPB đã liên kết với vải
Lượng hóa chất BPB gắn trên vải tỷ lệ thuận với lượng hóa chất có trên vải, do đó, lượng BPB trên vải được coi là hàm mục tiêu Kết quả thu được từ nghiên cứu này sẽ giúp tối ưu hóa quy trình xử lý vải và nâng cao hiệu quả sử dụng hóa chất.
Mẫu x0 Mức ép Nhiệt độ Thời gian Hàm lợng BPB
Bảng 3.3: Bảng kết quả thí nghiệm tính hàm lợng BPB sau xử lý
Trong đó các thông số đầu vào đã đợc mã hoá theo bảng sau:
Mức Mức ép (%) Nhiệt độ ( 0 C) Thời gian(giây)
Bảng 3.4: Bảng mã hoá các thông số thí nghiệm b Các mẫu vải sau 4 lần
Thực hiện thí nghiệm với các mẫu vải có khối lợng 1g, cho vào 50 ml dung dịch BPB có nồng độ 0.02 g/l
- Nồng độ quang học của dung dịch BPB ban đầu: A0 = 1.998
- Khối lợng BPB có trong mỗi cốc dung dịch là:
- Sau khi lắc trong 10 phút, ta có nồng độ dung dịch của các mẫu nh trong bảng
- Vì các mẫu có khối lợng khác nhau, nên khi quy về khối lợng mẫu 1 gam, ta có các nồng độ quang học chuẩn
Bảng kết quả đo mật độ quang học:
Mật độ quang học chuẩn
Bảng 3.5: Kết quả đo mật độ quang học của các mẫu khi sau 4 lần giặt
Tơng tự nh trên, ta tính đợc khối lợng chất BPB đã liên kết với vải theo bảng sau:
Mẫu Mật độ quang học chuÈn
Khối lợng BPB còn trong dung dịch (Mi)
Khối lợng BPB đã liên kết với vải (Mv)
Bảng 3.6: Bảng khối lợng BPB đã liên kết với vải (mẫu sau 4 lần giặt)
Từ đó ta có bảng kết quả thí nghiệm đối với các mẫu đã giặt 4 lần nh sau:
Mẫu x0 Mức ép Nhiệt độ Thời gian Hàm lợng BPB 4
Bảng 3.7: Bảng kết quả thí nghiệm tính hàm lợng BPB sau xử lý (với mẫu sau 4 lần giặt)
3.1.2 Bằng phơng pháp vi sinh học Để thực hiện bằng phơng pháp vi sinh học, ta sẽ thí nghiệm theo các thông số đợc lựa chọn, và tiến hành thí nghiệm theo các mẫu vải đã đợc xử lý nh sau: a.Vải thí nghiệm
Vải dệt thoi của Công ty Dệt Yên Mỹ, mã số TC72VP(7660), được sản xuất với thành phần nguyên liệu 65% polyester và 35% bông, có khối lượng 129g/m² Sản phẩm này đã trải qua các quy trình xử lý như nấu tẩy, làm bóng và văng sấy tại Công ty Dệt Yên Mỹ, đảm bảo chất lượng cao và độ bền vượt trội.
Công ty Dệt-May Hà Nội cung cấp vải dệt kim single với sợi Ne 30/1, tỷ lệ 65% polyester và 35% bông, có khối lượng 145g/m² Vải được xử lý qua các công đoạn hiện đại, bao gồm cả xử lý kháng khuẩn, đảm bảo chất lượng và độ bền cho sản phẩm.
Hai loại vải được xử lý kháng khuẩn bằng hợp chất kháng khuẩn amoni bậc bốn, có tên thương mại AEM 5772/5, tại phòng thí nghiệm hóa dệt Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Nhóm hóa chất kháng khuẩn này có khả năng tạo liên kết hóa trị với vật liệu dệt, giúp vải được xử lý có độ bền kháng khuẩn cao Hơn nữa, hợp chất này không độc hại cho người sản xuất, người sử dụng và môi trường, và đã được chứng nhận phù hợp theo tiêu chuẩn OEKO TEX 100.
- Phơng pháp xử lý kháng khuẩn: Ngấm ép – sấy nung-
- Nồng độdung dịch sử ụ d ng: o Vải dệt thoi: 13% o Vải dệt kim: 10%
- Mức Ðp: o Vải dệt thoi: 70% o Vải dệt kim: 80%
- Quy tr×nh sấy: 3 phót t i 110ạ o C
- Quy tr×nh nung: 55 gi©y t i 160ạ o C
Thiết bị ngấm Ðp : SDL D394A
Thiết bị ấm sấy nung SDL D398 được sử dụng để kiểm tra độ bền liên kết của hợp chất kháng khuẩn với vải Sau khi xử lý kháng khuẩn, các loại vải này được giặt bằng máy giặt Electrolux cửa trước, chế độ giặt 3A, theo tiêu chuẩn ISO 6330.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng xà phòng giặt Omo Matic, một loại sản phẩm phổ biến trên thị trường, thay vì chất tẩy tiêu chuẩn theo ISO 6330 Việc lựa chọn này nhằm đảm bảo kết quả nghiên cứu sát với điều kiện sử dụng thực tế của sản phẩm trong môi trường giặt bằng máy cửa ngang.
- Chủng vi khuẩn sử ụng: d
Nghiên cứu chủng vi khuẩn Escherichia coli K12TG1 được thực hiện tại viện Công nghệ sinh học – Công nghệ thực phẩm, Đại học Bách Khoa Hà Nội, nhằm phát triển các sản phẩm lên men.
Chủng Escherichia coli K12TG1 được chia vào các ống Eppendorf với lượng 1 ml và được bảo quản ở nhiệt độ -80°C Để xác định tốc độ sinh trưởng, cần phân tích đường cong sinh trưởng của E coli K12TG1.
Số lượng vi khuẩn E.coli K12TG1 trong 20ml dung dịch nuôi LB được xác định sau 3h, 5h và 7h Kết quả này cho phép xây dựng đồ thị (hình 26) thể hiện sự phát triển của vi khuẩn theo thời gian Từ đồ thị, người nghiên cứu có thể dễ dàng xác định thời gian nuôi cần thiết để đạt được nồng độ vi khuẩn mong muốn cho thí nghiệm.
Hình 3.1: Đờng cong sinh trởng E.coli K12TG21
Tiến hành thí nghiệm kiểm tra khả năng kháng khuẩn theo tiêu chuẩn XP -
G – 39 - 010, ta nhận đợc các kết quả sau: Để tiện cho việc ký hiệu, ta sẽ có bảng mã hoá các mẫu thí nghiệm nh trên bảng 11:
1 AT Vải dệt thoi xử lý bằng AEM5772/5 không lần giặt
2 AT5 Vải dệt thoi xử lý bằng AEM5772/5 sau năm lần giặt
3 AK Vải dệt kim xử lý bằng AEM5772/5 không lần giặt
4 AK5 Vải dệt kim xử lý bằng AEM5772/5 sau năm lần giặt
5 N Vải kháng khuẩn của Nhật
Số vi khuẩn có trên mẫu vải dệt thoi xử lý bằng AEM5772/5 không lần giặt sau 0 giờ tiếp xúc vi khuẩn
Số vi khuẩn có trên mẫu vải dệt thoi xử lý bằng AEM5772/5 không lần giặt sau 24 giờ tiếp xúc
Số vi khuẩn có trên mẫu vải dệt thoi xử lý bằng AEM5772/5 năm lần giặt sau 0 giờ tiếp xúc vi khuẩn
Số vi khuẩn có trên mẫu vải dệt thoi xử lý bằng AEM5772/5 năm lần giặt sau 24 giờ tiếp xúc vi khuẩn
Số vi khuẩn có trên mẫu vải kim xử lý bằng AEM5772/5 không lần giặt sau 0 giờ tiếp xúc vi khuẩn
Số vi khuẩn có trên mẫu vải kim xử lý bằng AEM5772/5 không lần giặt sau 24 giờ tiếp xúc vi khuẩn
Số vi khuẩn có trên mẫu vải dệt kim xử lý bằng AEM5772/5 sau năm lần giặt ở 0 giờ tiếp xúc
Số vi khuẩn có trên mẫu vải dệt kim xử lý bằng AEM5772/5 năm lần giặt sau 24 giờ tiếp xúc vi khuẩn
Số vi khuẩn có trên mẫu vải đối chứng Cotton 100% sau 0 giờ tiếp xúc
Số vi khuẩn có trên mẫu vải đối chứng Cotton 100% sau 24 giờ tiếp xúc vi khuẩn
Số vi khuẩn có trên mẫu vải Nhật sau 0 giờ tiếp xúc vi khuẩn
Số vi khuẩn có trên mẫu vải Nhật sau 24 giờ tiếp xúc vi khuẩn
Bảng 3.8: Bảng mã hóa các mẫu thí nghiệm
Từ cách mã hoá trên, kết quả thí nghiệm đạt đợc thông qua bảng sau:
Loại vải Số lượng vi khuẩn 0h x 10 3 Số lượng vi khuẩn 24h x 10 8
Bảng 3.9: Số lợng vi khuẩn của các mẫu ở 0 và tại 24 giờ và của các mẫu tơng ứng.
Bàn luận kết quả thực nghiệm
3.2.1 Phơng pháp hóa học a Tính hàm lợng BPB có trên vải sau khi xử lý
Từ kết quả nhận, dùng phần mềm xử lý số liệu ta sẽ có các kết quả nh sau:
- Nhập số liệu vào phần mềm:
Hình 3.2: Màn hình hiển thị nhập số liệu vào phần mềm
Trên màn hình nhập số liệu sẽ hớng dẫn cách nhập số liệu thí nghiệm theo mô hình Box – Wilson.
Sau khi nhập xong số liệu, máy sẽ cho ta biến nên chọn tính hàm mục tiêu theo hàm nào thì đạt đợc hệ số tơng quan cao nhất
Sau khi lựa chọn xong dạng đường phương trình hồi quy, máy phân tích sẽ tạo ra phương trình thể hiện ảnh hưởng của các biến đến giá trị hàm mục tiêu.
Hình 3.3: Phơng trình hồi quy đợc tính toán trên phần mềm
Từ đó ta xác định đợc phơng trình xác định hàm lợng chất BPB có trên vải là:
Y = 10 -4 x(5.70457 + 0.212593xX1 + 0.009388xX2 + 0.103126xX3 + 0.21412xX1 2 + 0.078648xX2 2 + 0.150075xX3 2 + 0.151022xX1xX2 + 0.012815xX1xX3 + 0.080578xX2xX3) [3.1]
X1: là biến số thể hiện sự thay đổi về mức ép
X2: là biến số thể hiện sự thay đổi về nhiệt độ
X3: là biến số thể hiện sự thay đổi của thời gian
Từ phơng trình trên ta có một số nhận xét nh sau:
Hệ số của X1 cao hơn đáng kể so với X2 và X3, đồng thời hệ số của X1^2 cũng vượt trội hơn so với X2^2 và X3^2, cho thấy mức độ ảnh hưởng của áp lực là lớn nhất.
Hệ số của X3² lớn hơn hệ số của X2², đồng thời hệ số của X3 cũng vượt trội hơn hệ số của X2, cho thấy rằng ảnh hưởng của thời gian mạnh mẽ hơn so với ảnh hưởng của nhiệt độ.
- Các hệ số của các biến số đều là dơng, do vậy càng tăng các biến, hàm lợng BPB trên vải càng lớn
Các kết quả trên có thể đợc giải thích nh sau:
Khi mức ép thay đổi, tỷ lệ hoá chất trên vải cũng thay đổi Cụ thể, với các mức ép lớn (áp lực nhỏ), tỷ lệ dung dịch trên vải sẽ cao, dẫn đến khối lượng hoá chất trên vải lớn hơn Điều này tạo ra cơ hội cao hơn cho hoá chất liên kết hiệu quả với vải.
Hoá chất kháng khuẩn có thể gắn kết với vải thông qua hai loại liên kết chính: liên kết cơ học và liên kết hoá học Liên kết cơ học được hình thành qua quá trình ép và sấy nung, trong khi liên kết hoá học dựa vào bản chất hoá học của các chất Đặc biệt, cần tính toán hàm lượng BPB còn lại trên vải sau 4 lần giặt để đánh giá hiệu quả của hoá chất kháng khuẩn.
Tơng tự nh vậy, khi xác định hàm lợng BPB có trên vải sau 4 lần giặt ta có phơng trình:
Mức độ ảnh hưởng của các biến số X1, X2, X3, bao gồm mức ép, nhiệt độ và thời gian, đã có sự thay đổi đáng kể so với điều kiện khi chưa giặt.
Hệ số nhiệt độ gấp đôi hệ số mức ép, trong khi đó, khi chưa giặt, hệ số mức ép lại lớn gấp 20 lần hệ số nhiệt độ.
Hệ số ảnh hưởng của thông số thời gian trong quá trình giặt lớn gấp 10 lần so với hệ số ảnh hưởng của mức ép Khi chưa giặt, hệ số ảnh hưởng của mức ép lại lớn gấp đôi so với hệ số ảnh hưởng của nhiệt độ.
- Sau 4 lần giặt, thì mức độ ảnh hởng của nhiệt độ và thời gian là nh nhau Và đều lớn hơn mức độ ảnh hởng của mức ép
Có thể giải thích các hiện tợng trên nh sau:
Vải thí nghiệm được làm từ chất liệu PeCo 65/35, trong đó tỷ lệ bông thấp hơn so với polyester Điều này dẫn đến số lượng liên kết hóa học giữa bông và hóa chất kháng khuẩn không nhiều.
Sau khi xử lý và chưa giặt, giữa hóa chất và vật liệu tồn tại các liên kết hóa học và cơ học Tuy nhiên, sau nhiều lần giặt, các liên kết cơ học này có thể bị mất, dẫn đến sự giảm thiểu lượng chất kháng khuẩn trên bề mặt vải.
Mức độ ảnh hưởng của yếu tố thời gian và nhiệt độ đối với độ bền giặt của mẫu vải kháng khuẩn lớn hơn so với yếu tố mức ép Khi nung ở các nhiệt độ và thời gian khác nhau, độ bền của mối liên kết giữa hóa chất kháng khuẩn và vật liệu sẽ thay đổi Do đó, yếu tố thời gian và nhiệt độ có tác động mạnh mẽ hơn so với mức ép trong việc xác định độ bền của sản phẩm.
Khi mẫu vải được xử lý ở nhiệt độ và thời gian phù hợp, khả năng thẩm thấu của các phân tử hóa chất kháng khuẩn vào cấu trúc sợi sẽ tốt hơn, từ đó giúp giữ lại lượng chất kháng khuẩn nhiều hơn trên vải sau khi giặt Việc tối ưu hóa các thông số này là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả bảo vệ của vải.
Phần mềm xử lý số liệu không chỉ cung cấp phương trình hồi quy cho hàm lượng BPB trên vải dựa trên dữ liệu đầu vào, mà còn tạo ra các đồ thị minh họa mối quan hệ giữa các thông số Điều này cho phép người dùng hiểu rõ sự ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào nhằm đạt được kết quả tối ưu, với giá trị hàm đạt mức cao nhất.
Với các dữ liệu đã có, ta có các đồ thị sau:
Hình 3.4: Đồ thị thể hiện khi có sự thay đổi mức ép
Hình 3.5: Đồ thị thể hiện khi có sự thay đổi nhiệt độ
Hình 3.6: Đồ thị thể hiện khi có sự thay đổi thời gian
Từ đồ thị trên hình 3.4 ta thấy, khi mức ép bằng 70% thì nhiệt độ và thời gian tối u trong khoảng:
- Thời gian: Từ 54 giây đến 60 giây
Từ đồ thị trên hình 3.5 ta thấy, khi nhiệt độ = 60 0 C thì mức ép và nhiệt độ tối u trong khoảng: - Mức ép : Từ 53% (-0.65) đến 70% (1)
- Nhiệt độ: Từ 54 giây (0.35)đến 60giây (1)
Từ đồ thị trên hình 3.6 ta thấy, khi thời gian bằng 60 giây thì nhiệt độ và mức ép tối u trong khoảng:
Từ 3 kết quả trên, ta có khoảng tối u cho 3 thông số đầu vào để có thể đạt hàm lợng trong khoảng lớn nhất nh sau:
- Thời gian: Từ 54 giây đến 60 giây
3.2.2 Đánh giá khả năng kháng khuẩn của vật liệu dệt bằng phơng pháp vi sinh
- Đánh giá khả năng kháng khuẩn của vật liệu dệt theo các mức độ sau:
V ậ t li u di t khu n : S l ệ ệ ẩ ố ượng vi khuẩn của mẫu vải tại 24h trừ đi số lượng vi khuẩn của mẫu vải tại 0h gọi làA Nếu A