Tóm tắt: Nghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt Nam

Nghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt NamNghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Nguyễn Tú Uyên NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TẠO MÀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỰ NHUỘM ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TƠ TẰM VIỆT NAM Ngành: CÔNG NGHỆ DỆT, MAY Mã số: 9540204 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY Hà Nội – 2024 Công trình được hoàn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1 TS Hoàng Thanh Thảo 2 PGS.TS.Bùi Mai Hương Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1 Thư viện Tạ Quang Bửu - Đại học Bách khoa Hà Nội 2 Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1 Trần Nguyễn Tú Uyên, Bùi Mai Hương, Hoàng Thanh Thảo, “Nghiên cứu ảnh hưởng của quy trình xử lý chuội đến màu sắc tự nhiên của tơ tằm”, tạp chí Khoa học và Công nghệ (UTEHY) số 34, tháng 6 năm 2022, trang 44–48 (Bài báo trên tạp chí khoa học trong nước thuộc danh mục HĐ Giáo sư Nhà nước; ISSN: 2354-0575) 2 Tran Nguyen Tu Uyen, Hoang Thanh Thao, Bui Mai Huong “Study on the influence of enzyme degumming method on self-dyed silk”, Proceedings ICATSD 2022 International symposium for green solution, Proceeding-ICATSD2022, ISGS 2022, pp 89-95 (Kỷ yếu Hội thảo khoa học quốc tế ISBN: 978-604-920165-3) 3 Trần Nguyễn Tú Uyên, Hoàng Thanh Thảo, Bùi Mai Hương, Mai Cẩm Tú, “Nghiên cứu ứng dụng vải tơ tằm nhuộm bằng phương pháp thân thiện môi trường vào thiết kế đầm trẻ em”, Kỷ yếu hội nghị khoa học toàn quốc về Dệt may-Da giày lần thứ 3, 2022, trang 125-130 (Kỷ yếu Hội thảo khoa học trong nước, ISBN: 978-604-316-894-5) 4 Tran Nguyen Tu Uyen, Hoang Thanh Thao, Bui Mai Huong, “A study on degumming colored-silk by hot water and pressure”, UTEHY Journal of Science and Technology, vol 36, pp 79–83, 2022 (Bài báo trên tạp chí khoa học trong nước thuộc danh mục HĐ Giáo sư Nhà nước; ISSN: 2354-0575) 5 Uyen Nguyen Tu Tran, Hung Ngoc Phan, Thao Thanh Hoang, Nu Thi Hong Le, Huong Mai Bui “Characterization of self-dyed silk yarn with Rhodamine B dye for fashion applications,” Int J Cloth Sci Technol., vol 35, no 3, pp 477–492, 2023, doi: 10.1108/IJCST-10-2022-0147 (Tạp chí SCIE/ Scopus) 6 Tran Nguyen Tu Uyen, Hoang Thanh Thao, Bui Mai Huong, “Study on the influence of degumming technological parameters on self-dyed silk,” UD Journal of Science and Technology, vol 21, pp 34–37, 2023 (Tạp chí ACI, ISSN: 1859-1531) 7 Tran Nguyen Tu Uyen, Dong Kha Vy, Dinh Nguyen Hong Phuc, Hoang Thanh Thao, Bui Mai Huong, “Self-dyed silk by feeding silkworms with colored mulberry leaves – approaching sustainable silk treatment technology”, Journal of Sustainability Science and Management, vol 19 (1), 2024, pp 63–73 (Tạp chí Scopus) 8 Tran Nguyen Tu Uyen, Phan Ngoc Hung, Nguyen Minh Ngoc Son, Hoang Thanh Thao, Bui Mai Huong, “Effects of various colorants on self-dyed silk properties: Aspects of color, thermal stability, morphology, and degumming”, Vietnam Journal of Science and Technology (Tạp chí Scopus; bài báo đang trong giai đoạn chờ quyết định từ Ban biên tập) A GIỚI THIỆU 1 Lý do chọn đề tài Tơ tằm là một loại sợi protein có nguồn gốc tự nhiên do con tằm nhả ra trong quá trình tạo kén Để tăng tính thẩm mỹ, lụa thường được tạo màu sắc hoặc hoa văn bằng nhiều phương pháp như nhuộm hoặc in, trong đó nhuộm màu là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất Các công nghệ nhuộm ướt phổ biến được biết đến là nhuộm tận trích, nhuộm ngấm ép; ngoài thuốc nhuộm thì cần sử dụng nhiều loại hoá chất khác để tăng hiệu quả nhuộm và độ bền màu, đồng thời sử dụng nhiệt lượng và xả nước thải Điều này dẫn đến một số tác hại đến nguồn tài nguyên nước và tác động tiêu cực đến môi trường nếu không xử lý tốt nước thải và các hoá chất tồn dư Có nhiều phương pháp tạo màu thân thiện đã được nghiên cứu và ứng dụng như dùng thuốc nhuộm có nguồn gốc tự nhiên, đa dạng nhất là chiết xuất từ thực vật Tuy nhiên, phương pháp nhuộm này vẫn là quy trình xử lý ướt, xả thải, có thể độc hại nếu sử dụng các chất cầm màu kim loại Đối với tơ tằm nói riêng, giảm thiểu lượng nước sử dụng đồng thời hạn chế xả thải trong dệt nhuộm cũng là mục tiêu của nhiều nghiên cứu gần đây Công nghệ tự nhuộm (self-dye) được biết đến như một khả năng tự tạo màu sắc của chính vật liệu đó Tương tự như vậy, tạo màu cho tơ tằm bằng công nghệ tự nhuộm (self-dye silk) cũng đã được nghiên cứu dựa trên hai phương pháp đó là biến đổi gen hoặc bổ sung chất màu vào thức ăn cho tằm Đơn giản và dễ thực hiện hơn là tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm bằng phương pháp bổ sung chất màu vào thức ăn cho con tằm Theo đó, thuốc nhuộm được pha trộn trực tiếp vào thức ăn tổng hợp dạng bột cho con tằm, hoặc pha dung dịch theo tỷ lệ nhất định và phun xịt vào lá dâu trước khi cho chúng ăn; ngoài ra không dùng nước trong bất cứ công đoạn nào khác trong quá trình tạo màu cho tơ tằm Con tằm ăn và hấp thụ chất màu, từ đó nhả tơ tạo kén có màu sắc Các đặc tính cơ lý cho các ứng dụng dệt may của vải làm từ tơ tự nhuộm cũng đã được nghiên cứu và báo cáo Tuy nhiên, các nghiên cứu liên quan đến phương pháp tự nhuộm tơ tằm chưa đánh giá vật liệu tơ tự nhuộm về mặt hiệu quả nhuộm màu và các đặc tính polymer khác như cấu trúc tinh thể, độ bền, độ ổn định nhiệt, hình thái sợi, sự thay đổi thành phần acid amin, cũng như nghiên cứu nó trong một ứng dụng cụ thể, đặc biệt là trong ngành Dệt may-Thời trang Vì vậy, luận án nghiên cứu “Nghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt Nam” cụ thể là sử dụng công nghệ tự nhuộm tơ tằm dựa trên phương pháp bổ sung 1 chất màu vào lá dâu cho tằm ăn Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tự nhuộn tơ tằm, hiệu suất nhuộm, cũng như hình thái, vi cấu trúc và các tính chất của tơ tự nhuộm cũng sẽ được tập trung nghiên cứu và trình bày trong luận án 2 Mục tiêu của luận án Mục tiêu của luận án gồm các nội dung sau: - Chế tạo thành công tơ tằm có màu sắc đặc trưng thông qua quá trình tự nhuộm đối với giống tằm kén trắng nuôi phổ biến ở Việt Nam - Xác định đặc trưng hình thái, vi cấu trúc, tính chất của kén tơ tự nhuộm thu được từ phương pháp bổ sung chất màu vào thức ăn cho con tằm - Ứng dụng kén tơ màu tự nhuộm trong dệt vải lụa và sử dụng cho các sản phẩm may mặc 3 Nội dung nghiên cứu Về nội dung nghiên cứu chuyên sâu: - Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu công nghệ đến hiệu quả của quá trình tự nhuộm tơ tằm và cường độ màu sắc của tơ - Nghiên cứu đặc trưng hình thái, vi cấu trúc, tính chất của tơ tự nhuộm thu được từ phương pháp bổ sung chất màu vào thức ăn cho con tằm Về nội dung nghiên cứu định hướng: - Khảo sát lựa chọn phương pháp và thông số công nghệ chuội phù hợp áp dụng cho tơ tằm tự nhuộm - Nghiên cứu ứng dụng tơ tự nhuộm trong Dệt may và Thời trang 4 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là các yếu tố ảnh hưởng đến kỹ thuật tạo màu và kén tơ chế tạo được từ phương pháp tự nhuộm tơ tằm 5 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan các tài liệu, bài báo, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về các nội dung liên quan Phương pháp ghiên cứu thực nghiệm: Thực nghiệm bổ sung thuốc nhuộm vào lá dâu cho tằm ăn để tạo kén và tơ có màu, xử lý chuội tơ màu trên các thiết bị thí nghiệm chuyên dụng tại các phòng thí nghiệm Phương pháp phân tích và đánh giá: Sử dụng các tiêu chuẩn Việt Nam để đánh giá một số đặc trưng cơ lý, độ bền màu giặt, tính sinh thái của tơ màu Sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại như SEM, EDX, FT-IR, XRD, TGA, UPLC, IEC để xác định và đánh giá cấu trúc vật lý, cấu trúc hóa học, định lượng thuốc nhuộm các mẫu thí nghiệm 2 Sử dụng phương pháp phân tích và so sánh các dữ liệu để đánh giá các kết quả thu được 6 Ý nghĩa khoa học Luận án nghiên cứu xác định các thông số công nghệ phù hợp để tạo tơ tằm có màu bằng công nghệ tự nhuộm (self-dye) dựa trên phương pháp bổ sung chất màu vào lá dâu cho tằm ăn Giải thích ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến cường độ màu sắc của tơ màu khi bổ sung chất màu vào lá dâu Phân tích, đánh giá một số đặc trưng hình thái cấu trúc và tính chất của tơ tằm tự nhuộm ở Việt Nam Đồng thời đề xuất cơ chế liên kết của chất màu và tơ tằm trong tơ tự nhuộm Giải thích ảnh hưởng của một số phương pháp và thông số công nghệ chuội đến cường độ màu sắc của tơ sau xử lý Luận án chứng minh được hiệu quả tạo màu cho tơ tằm bằng phương pháp tự nhuộm mới, chất lượng của tơ tằm tự nhuộm đáp ứng được sản xuất và sử dụng trong ngành dệt may Chứng minh tính thực tiễn của tơ tằm xử lý hoàn tất tạo màu “tự nhuộm” (sefl-dye) khi tơ đủ điều kiện ứng dụng vào các sản phẩm Dệt may thực tế Cuối cùng, luận án đã sử dụng các kỹ thuật phân tích hiện đại như SEM, EDX, FT-IR, XRD, TGA, UPLC, IEC để phân tích, kiểm tra và đánh giá hình thái cấu trúc và tính chất của tơ tằm tự nhuộm 7 Ý nghĩa thực tiễn Luận án đã khẳng định được có thể tạo màu cho tơ tằm bằng phương pháp bổ sung thuốc nhuộm vào thức ăn cho tằm, tính chất của tơ màu đáp ứng được các yêu cầu của vật liệu dệt ứng dụng trong ngành Dệt may Luận án đã sử dụng phương pháp xử lý tạo màu mới, hạn chế tối thiểu lượng nước sử dụng để tạo màu cho tơ tằm, bỏ qua quy trình hoàn tất nhuộm truyền thống vốn sử dụng lượng nước lớn, tiêu thụ nhiệt năng và xả thải gây nhiều tác hại đến môi trường Luận án đã khảo sát và lựa chọn phương pháp, thông số công nghệ chuội phù hợp xử lý tơ tằm tự nhuộm; đồng thời đề xuất ứng dụng trong các sản phẩm may mặc nhằm nâng cao tính ứng dụng của vật liệu này trong thực tiễn Sản phẩm từ công trình nghiên cứu của Luận án đã làm phong phú thêm các sản phẩm lụa tơ tằm với quy trình xử lý được rút gọn, tiết kiệm và phù hợp xu hướng phát triển vững - thân thiện với môi trường 3 8 Những điểm mới của luận án Tạo được vật liệu mới là kén và tơ tằm có màu, khẳng định được khả năng tạo màu cho tơ tằm bằng phương pháp tự nhuộm chưa được nghiên cứu ở Việt Nam, từ đó tạo được vật liệu dệt mới là tơ tự nhuộm ứng dụng trong ngành Dệt may, góp phần nâng cao chất lượng tơ tằm Việt Nam Đã xây dựng được quy trình tạo màu cho tơ tằm bằng phương pháp bổ sung chất màu vào lá dâu cho tằm ăn Vật liệu tơ màu được phân tích ở cấp độ vi mô, cơ chế liên kết của chất màu và tơ tằm cũng được đề xuất Đã xác định được phương pháp và thông số công nghệ chuội phù hợp với tơ tự nhuộm, trong đó có công nghệ chuội bằng nước kết hợp áp suất chưa được nghiên cứu và báo cáo trước đây Ứng dụng thành công tơ tự nhuộm trong Dệt may-Thời trang 9 Kết cấu của luận án Phần chính của luận án gồm 3 chương: Chương 1: Nghiên cứu tổng quan; Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu; Chương 3: Kết quả và bàn luận B NỘI DUNG LUẬN ÁN Chương 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tơ tằm 1.1.1 Sinh học con tằm Con tằm là một hình thái sinh trưởng trong vòng đời của con ngài (bướm đêm) Từ khi trứng nở cho đến khi phát triển hoàn thiện, con ngài trải qua 4 giai đoạn chính biến đổi về hình thái là trứng, con tằm, con nhộng (kén), con ngài Giai đoạn tạo kén đã cung cấp nguyên liệu cho ngành dệt tơ lụa Kén tằm Bombyx mori có độ bền thấp nhưng độ dày và xốp tương đối cao, cấu trúc lớp phân loại rõ rệt, chiều dài đáp ứng được nhu cầu sản xuất công nghiệp của ngành dệt may Giống tằm lưỡng hệ cho kén trắng thường được nuôi phổ biến ở Việt Nam giống lưỡng hệ nhập nội của Trung Quốc 1.1.2 Quy trình sản xuất kén tơ tại Việt Nam Kén được nuôi tại các cơ sở trồng dâu nuôi tằm ở các tỉnh thành có điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng phù hợp Tằm được nuôi từ trứng nở ra cho đến khi chín nhả tơ tạo kén Sau khi thu hoạch, kén được phân loại và ươm trong nước nóng để sợi tơ tách ra, guồng thành bó sợi, tách rời các tép nhỏ để giảm độ dính giữa các sợi với nhau gây rối và đứt tơ Sau đó, hong khô tự nhiên hoặc máy sấy khi guồng bằng máy Cuối cùng, 4 bao gói bó tơ để vận chuyển đến nhà máy xe tơ dệt lụa để sản xuất hoặc lưu trữ và bảo quản 1.1.3 Cấu trúc hình thái tơ Sợi tơ tằm là một polyme bán tinh thể, dạng kết tinh được đặc trưng bởi cấu trúc tấm β và dạng không kết tinh với cấu trúc vô định hình với nhiều chổ trống 1.1.4 Cấu trúc hoá học của tơ tằm Cấu tạo từ khoảng 16 loại acid anim nhưng chúng khác nhau đáng kể về thành phần hóa học, ba acid amin chính trong fibroin là glycine, alanine và serine; trong khi của sericin là serine, acid aspartic, glycine và threonine 1.1.5 Tính chất của tơ tằm Về đặc trưng tính chất hoá học, thành phần của tơ chứa cả nhóm acid cacboxyl (−COO-) và acid amin cơ bản (−NH3+) nên có thể tác dụng được với acid và kiềm Nhiệt độ từ 180−200 °C trở lên tơ tằm bị phá hủy Tơ tằm cũng có tính giữ nhiệt và tản nhiệt tốt, có độ bền kéo cao hơn so với sợi hữu cơ tổng hợp, các tính chất cơ học khác của sợi tơ có thể được giải thích bằng các đặc trưng vi cấu trúc của sợi Về tính chất quang học, sợi tơ tằm được biết đến như một vật liệu có tính phản quanh ánh sáng, hay có độ bóng cao 1.1.6 Ứng dụng của tơ tằm 1.1.6.1 Phân loại tơ tằm ứng dụng trong Dệt may Các nghiên cứu gần đây cho thấy tiềm năng ứng dụng tơ tằm như một vật liệu sinh học, còn lại phần lớn sản lượng tơ tằm hiện nay được sử dụng cho ngành Dệt may-Thời trang Vải tơ tằm được phân loại thông thường dựa vào đặc trưng sợi dệt, cấu trúc dệt, tỷ lệ chuội sericin 1.1.6.2 Phương pháp đánh giá chất lượng tơ tằm ứng dụng Dệt may Chất lượng tơ tằm được đánh giá tập trung vào loại, giống, cấu trúc hình thái, tính chất vật lý, hóa học, cơ học nhằm ứng dụng nó trong trong thực tế sản xuất hoặc nghiên cứu khoa học ở các lĩnh vực khác nhau như Dệt may, vật liệu y sinh, v.v Bên cạnh đó, các quy định về sản phẩm thân thiện môi trường, sản phẩm an toàn sinh thái, sản phẩm từ quy trình sản xuất xanh đang được quan tâm phát triển nhằm đáp ứng được nhu cầu của xã hội Vì vậy, tính “xanh” của sản phẩm hoặc quy trình sản xuất cũng là một tiêu chí đánh giá chất lượng sản phẩm 1.2 Tổng quan về phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm 1.2.1 Khái niệm phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm Tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm là phương pháp xử lý nhằm tạo được màu sắc trên tơ tằm mà không trải qua quá trình nhuộm truyền thống; 5 trong đó có hai phương pháp đã được nghiên cứu là biến đổi gen con tằm hoặc bổ sung chất màu vào thức ăn cho tằm, từ đó con tằm nhả tơ có màu sắc 1.2.2 Phương pháp bổ sung chất màu vào thức ăn cho con tằm để tạo kén tơ tự nhuộm Dựa vào các tài liệu đã công bố, tơ màu tự nhuộm (self-dye silk) bằng phương pháp bổ sung chất màu vào thức ăn cho tằm cho tằm đã được nghiên cứu và báo cáo tại Hàn Quốc, Singapore, Ấn Độ, Ai Cập; phương pháp này cũng được giới thiệu tại Trung Quốc, tuy nhiên không tìm thấy các công bố khoa học liên quan Những con tằm trong giai đoạn tuổi 5 được cho ăn bằng thức ăn bao gồm lá dâu tằm được nhúng vào hoặc phun dung dịch thuốc nhuộm, hoặc thức ăn cho tằm dạng bột trộn lẫn dung dịch chất màu Theo đó, quá trình nhuộm này hạn chế sử dụng và không tạo ra lượng lớn nước thải Do đó, nó được xem là là một giải pháp nhuộm “xanh” và “thân thiện” hơn thay thế cho các quy trình nhuộm ướt 1.2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp tự nhuộm Qua tổng quan các nghiên cứu đã công bố, một số yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp này là tính chất của thuốc nhuộm và tính chất của nó với thích hợp với sự chọn lọc sinh học của con tằm 1.2.4 Ảnh hưởng của phương pháp tự nhuộm đến con tằm Con tằm ăn và hấp thu chất màu trong cơ thể; đối với các thuốc nhuộm có sự tương thích sinh học thì cơ thể của nó dần mang màu sắc đặc trưng của thuốc nhuộm đã ăn Chúng phát triển bình thường cho đến khi nhả tơ tạo kén màu mà không có sự khác biệt đáng kể về thể chất so với con tằm đối chứng được cho ăn thức ăn bình thường 1.2.5 Ảnh hưởng của phương pháp tự nhuộm đến kén tơ Ngoài màu sắc, nghiên cứu trước đây về hình thái và tính chất cơ lý của tơ đã báo cáo không có sự khác biệt vật lý nào được quan sát thấy giữa tơ kén tự nhuộm và tơ kén trắng Một nghiên cứu khác lại cho thấy có sự khác nhau giữa kén tự nhuộm và đối chứng như trọng lượng kén và chiều dài tơ của kén 1.2.6 Tình hình nghiên cứu trong nước về phương pháp tạo màu tự nhuộm tơ tằm Cho đến nay, trong các kho dữ liệu công bố khoa học uy tín, tại Việt Nam chưa tìm thấy các báo cáo nghiên cứu về phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm; hoặc các thử nghiệm trước đây có quy mô nhỏ, mang tính tự phát và chưa được thực hiện như một công trình nghiên cứu khoa học chuyên sâu 6 1.3 Tổng quan về xử lý chuội tơ tằm 1.3.1 Khái niệm xử lý chuội tơ tằm Chuội là công đoạn xử lý ướt có hoặc không có sử dụng hoá chất nhằm loại bỏ thành phần sericin của tơ, giúp tơ có độ bóng tốt, cảm giác sờ tay mềm mại Sericin chiếm khoảng 11−32 % trọng lượng tơ tằm vì vậy hiệu quả của quá trình xử lý chuội được đánh giá dựa trên tỷ lệ giảm trọng của tơ sau chuội 3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý chuội tơ tằm Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuội bao gồm loại hoá chất chuội, nồng độ hoá chất, thời gian, nhiệt độ xử lý, thiết bị sử dụng 1.3.3 Ảnh hưởng của xử lý chuội đến tơ tằm 1.3.3.1 Ảnh hưởng của xử lý chuội đến cấu trúc tơ tằm Việc loại bỏ sericin giúp tơ có ngoại quan trắng và bóng hơn, đồng thời làm thay đổi cấu trúc và một số tính chất của tơ như độ bền, giãn, độ cứng uốn,v.v…Một số phương pháp dùng để xác định sự thay đổi cấu trúc của tơ là SEM, EDX, FT-IR, XRD, TGA, UPLC, IEC 1.3.3.2 Ảnh hưởng của xử lý chuội đến màu sắc của tơ tằm Trên thực tế, màu sắc tự nhiên của tơ cũng bị giảm hoặc gần như không còn sau khi xử lý chuội Đối với tơ màu tự nhuộm, một số phương pháp chuội như kiềm, xà phòng, acid, enzyme đã được báo cáo và cho biết màu sắc của tơ bị giảm đi đáng kể 1.4 Kết luận tổng quan và hướng nghiên cứu của luận án Luận án tập trung nghiên cứu chế tạo tơ màu tự nhuộm và khảo sát ảnh hưởng của các yếu công nghệ đến hiệu quả của quá trình tự nhuộm tơ tằm và cường độ màu sắc của tơ Nghiên cứu đặc trưng hình thái, vi cấu trúc, tính chất của tơ tự nhuộm; đồng thời, khảo sát lựa chọn phương pháp và thông số công nghệ chuội phù hợp áp dụng cho tơ tằm tự nhuộm và ứng dụng tơ tự nhuộm trong các sản phẩm Dệt may−Thời trang Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.1.1 Nguyên vật liệu Con tằm, lá dâu, kén và tơ có màu thu được từ phương pháp tự nhuộm Vải lụa dệt từ tơ tự nhuộm 2.1.2 Hoá chất Các chất màu sử dụng trong nghiên cứu bao gồm: Rhodamine B, Brazilwood/Caesalpinia sappan (BW) (Maiwa−Úc), Acid red 88 (~75%, Sigma Aldrich−USA, CAS 1658-56-6), Basic Red 13 (BS) (Rifa−Hàn 7 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Kết quả nghiên cứu phương pháp tạo màu tự nhuộm tơ tằm 3.1.1 Hiệu quả của phương pháp tạo màu tự nhuộm trên giống tằm nuôi tại Việt Nam Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật phương pháp tự nhuộm tơ tằm Hình 3.1 Con tằm sau 1 ngày ăn bổ sung chất màu a) Tằm kén vàng, b) Tằm kén trắng Cơ chế tự nhuộm phù hợp trên nhiều giống tằm khác nhau thuộc loài Bombix mori Nhìn chung, phương pháp bổ sung thuốc nhuộm vào lá dâu cho tằm ăn chưa thấy ảnh hưởng đến đến hình thái ngoại quan của tơ kén Giống tằm kén trắng có sức sinh trưởng tốt, có thể đáp ứng được các thử nghiệm ăn màu Hình 3.2 Kén màu tự nhuộm và kén đối chứng: a) Kén trắng thông thường, b) Kén trắng tự nhuộm RhB, c) Kén vàng thông thường, d) Kén vàng tự nhuộm RhB e) Tơ kén trắng, f) Tơ kén màu tự nhuộm RhB 3.1.2 Ảnh hưởng tính chất của chất màu đến phương pháp tự nhuộm tơ tằm 3.1.2.1 Ảnh hưởng tính chất của chất màu đến phương pháp tự nhuộm tơ tằm Bảng 3.2 Tỷ lệ sống và tạo kén của tằm sau khi ăn bổ sung các loại chất màu khác nhau 10 Chất màu tổng hợp, Rhodamine B và Acid Red 88 chiếm ưu thế hơn so với màu Basic red 13 về khả năng tạo màu cho tơ kén Các chất màu có nguồn gốc tự nhiên cho thấy không phù hợp với phương pháp tự nhuộm trong thử nghiệm này, có thể do khả năng phân huỷ sinh học tốt dễ bị phân huỷ bởi các dịch sinh hoá (enzyme) trong môi trường nội sinh của tằm và trải qua quy trình chuyển hoá; nghĩa là bị phân nhỏ thành các phần khác nhau bở enzyme, sau đó được có thể được hấp thu hoặc đào thải tuỳ theo đặc điểm sinh học của con tằm 3.1.2.2 Ảnh hưởng tính chất của chất màu đến kén tơ Bảng 3.3 Chỉ số L*,a*,b* và ∆E của các mẫu tơ tự nhuộm Chất màu nhân tạo RhB qua đánh giá cho thấy có ưu thế hơn về khả năng tạo màu cho kén đối với phương pháp tự nhuộm 3.1.3 Ảnh hưởng của thời gian cho ăn chất màu đến phương pháp tự nhuộm tơ tằm 3.1.3.1 Ảnh hưởng của thời gian cho ăn chất màu đến con tằm Bảng 3.4 Tỷ lệ lên kén sau khi ăn bổ sung chất màu RhB Với tỷ lệ sống của tằm thấp như kết quả đã trình bày thì phương án cho tằm ăn màu ở tuổi 1 hoặc tuổi 3 không hiệu quả bằng cho ăn ở tuổi 5 Ngoài ra, cho ăn chất màu ở giai đoạn cuối của tuổi 5 còn giúp rút ngắn thời gian ăn màu và lượng màu sử dụng ít hơn 3.1.3.2 Ảnh hưởng của thời gian bổ sung chất màu đến màu sắc tơ Hình 3.3 Cường độ màu sắc của tơ tự nhuộm (1500ppm) ở các tuổi tằm khác nhau Thời điểm cho tằm ăn bổ sung chất màu tốt nhất là vào khoảng ngày 4 tuổi 5 (khoảng 3 ngày trước khi tằm chín), thời gian ăn chất màu là 3 ngày liên tục 11 3.1.4 Ảnh hưởng của nồng độ chất màu đến đến phương pháp tự nhuộm tơ tằm 3.1.4.1 Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm đến con tằm Bảng 3.5 Tỷ lệ lên kén sau khi ăn RhB ở các nồng độ khác nhau 3.1.4.2 Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm đến màu sắc tơ tằm Hình 3.4 Giãn đồ khả năng hấp thụ K/S của các mẫu tơ tự nhuộm RhB ở các nồng độ khác nhau Để đạt được tơ tự nhuộm RhB có cường độ màu tốt, tỷ lệ tằm sống và lên kén cao, luận án sử dụng nồng độ RhB ở 1500 ppm, cho ăn vào ngày thứ 4 của tuổi 5, ăn 3 ngày liên tục, mỗi ngày ăn 4 lần Tơ kén thu được sẽ cho các nghiên cứu tiếp theo 3.1.5 Hiệu suất của phương pháp tự nhuộm đối với tơ tự nhuộm Rhodamine B thô Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật và kết quả của phương pháp tạo màu tự nhuộm Dựa vào các thông số kỹ thuật và kết quả của phương pháp xử lý trình bày ở bảng 3.6, ta có lượng màu sử dụng để tạo ra 1kg tơ màu là khoảng 6,77g Thêm vào đó, áp dụng phương pháp sắc ký lỏng siêu cao áp (UPLC) xác định được lượng màu có trong 1kg tơ thô là 0,0555g; hiệu suất của quá trình tự nhuộm được tính theo công thức: 12 Trong đó: E: Hiệu suất của quá trình tự nhuộm m: Lượng màu (g) có trong 1 kg tơ tự nhuộm M: Lượng màu (g) đã sử dụng để nhuộm 1 kg tơ tự nhuộm 3.1.6 Đề xuất sơ đồ quy trình tạo kén màu của phương pháp tự nhuộm tơ tằm Hình 3.5 Đề xuất sơ đồ quy trình phương pháp tự nhuộm tơ tằm Hình 3.6 Mô tả quy trình tạo kén tơ màu bằng phương pháp tự nhuộm Quá trình tự nhuộm xảy ra sau khi tằm ăn bổ sung chất màu RhB, nó được hấp thụ vào cơ thể tằm (làm cơ thể có màu), thành tuyến tơ, và lòng tuyến, sau đó tạo thành tơ và kén có màu thông qua quá trình nhả tơ kéo sợi tự nhiên của con tằm 3.2 Kết quả nghiên cứu đặc trưng kén và tơ tự nhuộm bằng Rhodamine B 3.2.1 Đặc trưng kén tằm tự nhuộm 3.2.1.1 Hình thái cấu trúc kén tằm tự nhuộm Hình 3.7 Cấu trúc bề mặt kén tằm tự nhuộm và kén trắng đối chứng xác nhận sự thay đổi này ở % hàm Cấu trúc không dệt lớp nhuộm so với kén trắng đối chứng ngoài của kén tự nhuộm có sự thay đổi với lớp sericin phân bố không đồng đều, sự liên kết của các sợi rối loạn hơn so với kén trắng đối chứng Phổ EDX cũng lượng các nguyên tố của kén tự 13 3.2.1.2 Các thông số đặc trưng của kén tằm tự nhuộm Hình 3.8 Biểu đồ khối lượng (a) và chiều dài tơ của kén (b) Việc bổ sung RhB vào thức ăn không ảnh hưởng đáng kể đến kích thước, khối lượng vỏ và chiều dài tơ của kén Tuy nhiên, dung sai các giá trị đo của tơ tự nhuộm lớn hơn so với tơ trắng cho thấy sự không đều giữa các mẫu kén tự nhuộm 3.2.2 Tính chất tơ tự nhuộm Rhodamine B 3.2.2.1 Đặc trưng hình thái của tơ tự nhuộm Hình 3.9 Ảnh SEM của tơ trắng và tơ tự nhuộm RhB (a) Tơ trắng; b) Tơ tự nhuộm RhB; c, d) Mặt cắt ngang tơ tự nhuộm RhB Tơ tự nhuộm RhB (TTN-RhB) khác với tơ trắng (TT) thông thường chủ yếu ở sự phân bố không đều của lớp sericin Ngoài ra, ở TTN-RhB vẫn quan sát thấy cấu trúc cơ bản của tơ tằm với 2 lõi fibroin có mặt cắt ngang hình tam giác cân, được bao bọc xung quanh bởi sericin 3.2.2.2 Đặc trưng cấu trúc của tơ tự nhuộm Hình 3.10 Giản đồ FTIR, XRD; độ bền của TTN-RhB Mặc dù không đáng kể nhưng TTN-RhB có độ bền thấp hơn TT Các cấu trúc sơ cấp của TTN-RhB tương đương với TT 3.2.2.3 Tính chất nhiệt của tơ tự nhuộm Sự thay đổi kết quả phân tích nhiệt trọng TGA của TTN-RhB khi có sự giảm khối lượng lớn ở nhiệt độ trên 200 °C Điều này phù hợp với sự thay đổi hàm lượng các nguyên tố chính trong cấu trúc của protein tơ 14 tằm xác định qua phổ EDX của tơ Thành phần acid amin trong cấu trúc của TTN-RhB đã thay đổi một chút so với tơ thông thường, phần nào khẳng định ảnh hưởng của quá trình tự nhuộm đối với tơ tằm ở khía cạnh phân tử Hình 3.11 Giản đồ TGA của TTN- RhB 3.2.2.4 Độ bền màu Tơ tằm tự nhuộm bằng RhB cho độ bền màu rất cao đối với hầu hết các tiêu chí bền màu ứng dụng trong nguyên liệu dệt may như giặt, ma sát, mồ hôi acid và kiềm Độ bền màu cao (hầu hết trong khoảng 4-5/5) là điểm đặc biệt vượt trội của loại lụa này so với các phương pháp nhuộm xanh khác sử dụng thuốc nhuộm tự nhiên và sự liên kết của chúng với chất cầm màu kim loại 3.2.2.5 Tính an toàn sinh thái Quá trình sinh tổng hợp và biến đổi nội tại bên trong cơ thể tằm không tạo ra bất kỳ chất độc hại nào liên quan đến azo amine thơm và muối arylamine bị hạn chế Do đó, TTN-RhB về cơ bản là an toàn cho các ứng dụng thời trang 3.2.3 Đề xuất cơ chế liên kết của chất màu Rhodamine B và tơ tằm trong tơ tự nhuộm Hình 3.12 Cấu trúc hoá học của RhB ở các điều kiện khác nhau a) Dạng bột màu ở điều kiện thường; b) Dạng lưỡng cực trong môi trường có pH > 3,7; c) Hình mô tả cấu trúc RhB trong môi trường pH >3,7 Rhodamine B bao gồm cả nhóm carboxylic và amino, trạng thái tồn tại của RhB trong nước phụ thuộc vào pH của dung dịch, với pH > 3,7 RhB tồn tại ở dạng lưỡng tính (hình 3.12) 15 Trong đó: R là −CH3 hoặc −CH2C6H4OH Hình 3.13 Đề xuất cơ chế liên kết của chất màu Rhodamine B với tơ tằm Có thể tồn tại các liên kết hoá học như liên kết giữa gốc NH3+ trong tơ tằm với các gốc acid COO- của phân tử RhB, liên kết hydro giữa nhóm OH có trong phân tử tơ tằm với gốc COOH của phân tử RhB, hoặc liên kết vật lý khi phân tử màu phân bố ngẫu nhiên trong vùng vô định hình, sau đó được tiết ra ngoài thành sợi tơ có màu thông qua quá trình nhả tơ tạo kén của con tằm Các liên kết hoá học có thể có giữa RhB và tơ tằm, cùng với sự phân bố ngẫu nhiên của RhB trong cả sericin và fibroin ở vùng vô định hình hoặc xen kẽ trong các vi thớ (fibrins) Cơ chế liên kết của chất màu RhB và tơ tằm được đề xuất và trình bày qua hình 3.13 16 3.3 Kết quả nghiên cứu xử lý chuội tơ tự nhuộm Rhodamine B 3.3.1 Ảnh hưởng của quá trình xử lý chuội đến màu sắc của tơ tự nhuộm Rhodamine B Quá trình chuội ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ màu của tơ do sự mất đi một lượng đáng kể chất màu RhB có trong thành phần sericin Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ hoá chất và thời gian chuội tỷ lệ thuận với hiệu quả chuội sericin (tỷ lệ giảm trọng) và tỷ lệ nghịch với cường độ màu K/S Hình 3.14 Tơ tự nhuộm trước và sau chuội bằng phương pháp khác nhau Tuy nhiên, các phương pháp chuội bằng enzyme và nước nóng có áp suất cho thấy hiệu quả chuội sạch sericin mà vẫn giữ được sắc của fibroin cao hơn so với phương pháp chuội bằng xà phòng, kiềm Ảnh hưởng của thông số xử lý đến hiệu quả chuội được trình bày cụ thể trong các kết quả dưới đây 3.3.1.1 Chuội tơ tự nhuộm bằng dung dịch kiềm Hình 3.15 Biểu đồ tỷ lệ giảm trọng (a); cường độ màu (b) của TTN-RhB sau chuội bằng Na2CO3; hình SEM và ngoại quan của tơ sau chuội (c) 3.3.1.2 Chuội tơ tự nhuộm bằng dung dịch xà phòng 17