tiểu luận học phần đại cương xử lý hóa học sản phẩm dệt đề tài tìm hiểu về công nghệ hoàn tất tự làm sạch cho vải

Mục đích của quá trình hoàn tất là tăng độbền cho vải, tạo tính tiện nghi cho vải khi sử dụng, tăng khả năng bảo vệ người mặc, cảithiện một số tính chất xấu vốn có của một số loại vải, b

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN DỆT MAY- DA GIẦY & THỜI TRANG

-□□□□

-TIỂU LUẬN HỌC PHẦN

ĐẠI CƯƠNG XỬ LÝ HÓA HỌC SẢN PHẨM DỆT

Đề tài: Tìm hiểu về công nghệ hoàn tất tự làm sạch cho vải

Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Mạnh Hải

Bộ môn: VL&CN hoá dệt

Viện: Dệt May - Da Giầy và Thời Trang

HÀ NỘI, 5/2023

Chữ ký của GVHD

LỜI MỞ ĐẦU

Hoàn tất là thuật ngữ sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp dệt may, mô tả quá trình xử

lý vật lý và hóa học nhằm hoàn thiện hoặc tạo ra các tính chất mong muốn cho xơ, sợi, vải, sản phẩm may Các xử lý hoàn tất đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng, hiệu quả sử dụng của vải và các sản phẩm từ vải Mục đích của quá trình hoàn tất là tăng độ bền cho vải, tạo tính tiện nghi cho vải khi sử dụng, tăng khả năng bảo vệ người mặc, cải thiện một số tính chất xấu vốn có của một số loại vải, bổ sung những tính chất mới nhằm tăng giá trị sử dụng cho vải, …

Một trong những quá trình tiêu biểu của công nghệ hoàn tất có thể kể đến “Công nghệ hoàn tất tự làm sạch cho vải” Đây cũng chính là đề tài trong tiểu luận này chúng em sẽ tìm hiểu

và bàn luận

Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến TS Vũ Mạnh Hải – Viện Dệt may, Da giầy và Thời trang

đã giảng dạy học phần “Đại cương xử lý hóa học sản phẩm dệt” và cung cấp cho chúng em kiến thức, tài liệu để hoàn thiện được bài tiểu luận này

Do nhiều lý do khách quan cũng như lượng kiến thức còn hạn hẹp của chúng em mà bài tiểu luận trên không thể tránh khỏi những sai sót Nhóm chúng em rất mong nhận được góp ý từ quý thầy cô giúp chúng em hoàn thiện kiến thức cho các học phần sau

MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HOÀN TẤT TỰ LÀM SẠCH CHO VẢI

5

1.1 Khái niệm 5

1.2Công nghệ hoàn tất tự làm sạch cho vải trước đây 5

1.2.1 Lịch sử phát triển của vải tự làm sạch 5

1.2.2 Ứng dụng trong dệt may 5

1.3Công nghệ hoàn tất tự làm sạch cho vải hiện nay 6

1.4 Vải tự làm sạch 6

1.4.1 Loại vật liệu tự làm sạch 6

1.4.2 Ưu, nhược điểm của vải tự làm sạch [6] 7

1.4.3 Một số vấn đề với vải tự làm sạch 8

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP HOÀN TẤT TỰ LÀM SẠCH CHO VẢI 9

2.1 Sử dụng chất xúc tác Photo 9

2.2 Sử dụng lò vi sóng 10

2.3 Sử dụng ống nano cacbon 11

2.4 Sử dụng keo oxit kim loại 12

2.5 Sử dụng hạt nano bạc 12

2.6 Sử dụng clo halamine 12

3.1 Công nghệ xử lý 14

3.2 Một số thiết bị thường dùng 14

3.2.1 Máy diệt trùng bằng tia UV 14

3.2.2 Máy phun(phủ) nano bạc 15

TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hinh 1 Công ngh t o l p ph nano đ t làm s ch xúc tác quang, siêu k nệ ạ ớ ủ ể ự ạ ỵ ước và nhiêễu đi n t (EMI)ệ ừ 6 Hinh 2 Hinh nh phóng đ i lên 150 ngàn lầần cho thầấy chi tiêất cầấu trúc nano đả ạ ược các nhà nghiên c u Đ i h c ứ ạ ọ

RMIT phát tri n bên trong chầất li u v i [5]ể ệ ả 7

Hinh 3 PHOTOCATALYTIC T LÀM S CHỰ Ạ 9

Hinh 4 Quá trinh Photocatalytic t làm s chự ạ 10

Hinh 5 Gia công hàng d t may t làm s chệ ự ạ 10

Hinh 6 Công ngh m i gắấn h t nano vào s i quầần áo bắầng vi sóngệ ớ ạ ợ 11

Hinh 7 V i Cotton đã x lýả ử 11

Hinh 8 Bêầ m t v i s d ng l p chôấng thầấm nặ ả ử ụ ớ ước: Bêầ m t d t ch a x lý (Trái); Bêầ m t d t đã x lý (Ph i)ặ ệ ư ử ặ ệ ử ả 12 Hinh 9 Xúc tác quang phần h y thành phầần mùiủ 13

Hinh 10 Thí nghi m vêất rệ ượu vang trên len ch a x lý (trên), x lý v i chầất t y vêất b n (gi a) và trên len đư ử ử ớ ẩ ẩ ữ ược ph phần t nano (dủ ử ưới) sau 0, 8 và 20 gi (t trái sang ph i)ờ ừ ả 14

Hinh 11 Hinh nh minh h a máy ti t trùng bắầng tia UVả ọ ệ 15

Hinh 12 Máy phun(ph ) nano b củ ạ 15

Hinh 13 Máy phun (ph ) nano b củ ạ 16

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HOÀN TẤT TỰ LÀM SẠCH CHO

VẢI 1.1 Khái niệm

Công nghệ hoàn tất tự làm sạch trên vải là quá trình tạo ra loại vải dệt có bề mặt vải có thể tự làm sạch mà không cần sử dụng bất kỳ việc giặt tẩy nào Các loại vải tự làm sạch không chỉ chống vết cà phê và rượu vang đỏ mà còn chống thấm nước, bụi bẩn, mùi và cũng

có khả năng kháng khuẩn

1.2 Công nghệ hoàn tất tự làm sạch cho vải trước đây

1.2.1 Lịch sử phát triển của vải tự làm sạch

- Ví dụ đầu tiên về vật liệu tự làm sạch được phát triển vào năm 1995 Paz et al (1995)

đã phát triển một màng titan dioxit (TiO2) mờ đục được sử dụng để phủ kính nhằm cung cấp chức năng tự làm sạch cho vải

- Năm 2001, Pilkington Glass đã sản xuất ứng dụng thương mại đầu tiên của sản phẩm tự làm sạch này bởi Pilkington Active Phương pháp làm sạch hai giai đoạn được áp dụng trên mô hình này Giai đoạn đầu tiên bao gồm một số chất bẩn trên vải được xúc tác quang Sau thời điểm này, vải siêu thấm nước và cho phép nước rửa trôi các mảnh vụn xúc tác trên bề mặt vải Titanium dioxide cũng đã được sử dụng để sản xuất các hạt nano

tự làm sạch kể từ khi phát minh ra vải tự làm sạch, có thể được đưa vào các bề mặt vật liệu khác để giúp chúng tự làm sạch (Shen et al., 2015) [ CITATION Sad21 \l 1033 ]

1.2.2 Ứng dụng trong dệt may

Khả năng chống thấm nước và đất là một trong những mục tiêu chính của các nhà khoa học và nhà sản xuất sợi và dệt trong nhiều thế kỷ Sự kết hợp của các vật liệu mới để sản xuất sợi với nhiều phương pháp xử lý bề mặt khác nhau đã được phát triển để đạt được điều kiện hạn chế về độ ẩm

Thiên nhiên đã phát triển một phương pháp kết hợp hóa học và vật lý để tạo ra các bề mặt siêu chống thấm cũng như các bề mặt tự làm sạch Lá sen là ví dụ tốt nhất về khả năng

tự làm sạch bề mặt Khái niệm hàng dệt may tự làm sạch dựa trên cây sen có lá nổi tiếng với khả năng tự làm sạch bằng cách đẩy nước và bụi bẩn Gần đây hơn, thực vật học và công nghệ nano đã hợp nhất để khám phá không chỉ vẻ đẹp và sự sạch sẽ của chiếc lá mà còn cả khả năng không bị ô nhiễm và vi khuẩn của nó, mặc dù nó sống trong ao bẩn

Về cơ bản, lá sen có hai cấp độ cấu trúc ảnh hưởng đến hành vi này: các vết sưng ở quy mô vi mô và cấu trúc giống như sợi tóc ở quy mô nano cùng với thành phần hóa học dạng sáp của lá Trên cơ sở khái niệm lá sen, nhà khoa học đã phát triển một khái niệm mới

về vải dệt Tự làm sạch, bề mặt vải có thể tự làm sạch mà không cần sử dụng bất kỳ hành động giặt tẩy nào

Ngày nay mọi người rất bận rộn với công việc không có thời gian để giặt sạch những

bộ quần áo mặc hàng ngày của mình cũng như những người đang làm bếp đang đau đầu với

việc giặt giũ quần áo của mình Ngoài ra, các quân nhân phải sống sót trong điều kiện khắc nghiệt đến mức họ không thể giặt quần áo của mình

Công nghệ Nano cung cấp một khái niệm mới về vải dệt tự làm sạch, cho phép tự làm sạch cũng như thay quần áo mới mỗi ngày, điều này không chỉ mang lại lợi ích về mặt

kỹ thuật mà còn mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật [ CITATION Sad21 \l 1033 ]

1.3 Công nghệ hoàn tất tự làm sạch cho vải hiện nay

Công nghệ hoàn tất tự làm sạch cho vải hiện nay vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển Tuy nhiên, đã có những tiến bộ đầy hứa hẹn trong lĩnh vực này Vải làm sạch được thiết kế để chống vết bẩn và đẩy nước, dầu và bụi bẩn Chúng có thể được tạo ra bằng cách sửa đổi bề mặt của vải hoặc bằng cách kết hợp công nghệ nano để mang lại cho vật liệu những đặc tính độc đáo

Hnh 1 Công ngh t o l p ph nano đ t làm s ch xúc tác quang, siêu k n ệ ạ ớ ủ ể ự ạ ỵ ướ c và nhiêễu đi n t (EMI) ệ ừ

Một cách tiếp cận là tạo ra một bề mặt siêu kỵ nước, làm cho các giọt chất lỏng lăn ra khỏi vải thay vì thấm vào bên trong Điều này có thể đạt được bằng cách phủ một lớp hạt nano mỏng hoặc bằng cách sửa đổi cấu trúc của vải để tạo ra một mô hình cực nhỏ trên bề mặt [ CITATION Eme18 \l 1033 ] [ CITATION Thi15 \l 1033 ]

Một cách tiếp cận khác liên quan đến việc kết hợp các hạt nano quang xúc tác, chẳng hạn như titan dioxit, vào sợi dệt Khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời hoặc tia UV, các hạt nano này có thể tạo ra các loại oxy phản ứng phân hủy chất hữu cơ, chẳng hạn như vết bẩn

và vết bẩn, giúp vải dễ dàng sạch hơn [CITATION Che19 \l 1033 ]

Mặc dù những công nghệ này có tiềm năng lớn nhưng chúng vẫn có thể phải đối mặt với những thách thức về độ bền, chi phí và tác động môi trường Cần nghiên cứu và phát triển thêm để giải quyết những thách thức này và đưa hàng dệt may tự làm sạch ra thị trường

1.4 Vải tự làm sạch

1.4.1 Loại vật liệu tự làm sạch

- Vật liệu này chính là vật liệu vải được phủ các phân tử nano để cho ra một chất liệu len và lụa tự làm sạch Các phân tử nano này có kích thước khoảng 5 nanomet (5 phần tỷ của met)

kết hợp cùng với dioxide titanium anatase - một chất thường được sử dụng như chất nhuộm

- để phá vỡ và phân hủy chất dơ, vết ố và các vi sinh vật dưới ánh nắng mặt trời

- Len và lụa thường được làm từ protein tự nhiên được gọi là chất sừng, là chất liệu được sử dụng khá nhiều trong công nghiệp may mặc hiện nay Tuy nhiên, chúng có một nhược điểm

là khó giữ sạch và dễ bị hư hỏng khi sử dụng chất tẩy hay bột giặt thông thường; dễ hấp thụ mùi

- Chất phủ nano hoàn toàn không độc hại và liên kết vĩnh viễn với sợi vải, ngoài ra nó cũng không làm thay đổi tính chất vật liệu và cảm giác khi tiếp xúc, vì thế lụa vẫn giữ được nét mềm mại của nó

Hnh 2 Hnh nh phóng đ i lên 150 ngàn lầần cho thầấy chi tiêất cầấu trúc nano đ ả ạ ượ c các nhà nghiên c u Đ i h c RMIT phát ứ ạ ọ

tri n bên trong chầất li u v i ể ệ ả [ CITATION V i23 \l 1033 ] ả

1.4.2 Ưu, nhược điểm của vải tự làm sạch [ CITATION MrT \l 1033 ]

a Ưu điểm

Công nghệ nano có tiềm năng thương mại thực sự cho ngành dệt may Điều này chủ yếu

là do các phương pháp thông thường được sử dụng để truyền các đặc tính khác nhau cho Vải thường không dẫn đến hiệu quả lâu dài và sẽ mất chức năng sau khi Giặt hoặc mặc Công nghệ nano có thể mang lại độ bền cao cho vải, bởi vì các hạt nano có tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lớn và năng lượng bề mặt cao, do đó tạo ra ái lực tốt hơn cho vải và dẫn đến tăng độ bền của chức năng Ngoài ra, một lớp phủ các hạt nano trên vải sẽ không ảnh hưởng đến khả năng thở hoặc cảm giác tay của chúng Do đó, sự quan tâm đến việc sử dụng công nghệ nano trong ngành dệt may ngày càng tăng do có các ưu điểm nổi bật sau:

- Dễ bảo trì và bảo vệ môi trường vì giảm nỗ lực làm sạch

- Giảm thời gian, vật liệu, năng lượng và do đó hiệu quả chi phí trong quá trình sản xuất

- Làm cho hàng dệt may bền lâu hơn

- Mọi người không cần phải chịu đựng những hóa đơn giặt ủi nặng nề

- Cải thiện hành vi lão hóa bằng hiệu ứng độ tinh khiết bề mặt mở rộng

b Nhược điểm

Có một số yếu tố hạn chế tốc độ phân hủy các hợp chất hữu cơ của vải tự làm sạch hiện tại Ánh sáng mặt trời là nguồn ánh sáng tốt nhất để kích hoạt quá trình tự làm sạch Một chiếc áo sơ mi dính sốt cà chua sẽ phải được phơi ngoài nắng ít nhất một ngày để loại bỏ vết bẩn Cũng cần lưu ý rằng phương pháp mới được phát triển để sản xuất vải tự làm sạch chỉ được phát triển cho bông

1.4.3 Một số vấn đề với vải tự làm sạch

+ Những lý do chính khiến các loại vải tự làm sạch cần nhiều thời gian để phân hủy vết bẩn là vì titan đioxit sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời rất kém hiệu quả Titan dioxit đóng vai trò là chất xúc tác để phá vỡ các phân tử bụi bẩn bằng cách cung cấp các điện tử làm oxy hóa các phân tử oxy trong không khí xung quanh Các electron được giải phóng khỏi titan dioxide thông qua hiệu ứng quang điện Nhưng do năng lượng vùng cấm cao của titan dioxit, chỉ các photon ánh sáng xanh và tia cực tím năng lượng cao mới có đủ năng lượng để kích thích các electron lên vùng dẫn Ánh sáng xanh và tia cực tím năng lượng cao chỉ chiếm 3% quang phổ mặt trời, vì vậy titan đioxit chỉ có thể sử dụng một phần rất nhỏ năng lượng của mặt trời để phá vỡ các vết bẩn

+ Sự kích thích của các điện tử đến vùng dẫn chỉ là bước khởi đầu của quá trình làm sạch Những electron này sau đó phải phản ứng với các nguyên tử oxy, sau đó phản ứng với các hạt bụi bẩn Tất cả các phản ứng này đều bị giới hạn bởi khả năng tiếp cận và lượng electron tự do trong titan dioxit Vì vậy, đối với một vết bẩn lớn, cần rất nhiều năng lượng ánh sáng trước khi vải có thể phân hủy hoàn toàn vết bẩn

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP HOÀN TẤT TỰ LÀM SẠCH CHO VẢI

Về cơ bản có hai loại bề mặt tự làm sạch liên quan đến công nghệ nano: + Một là các bề mặt cực kỳ chống thấm nước, thô ráp cực nhỏ: các hạt bụi bẩn khó bám vào chúng và do đó, bị loại bỏ bởi nước mưa hoặc bằng cách giặt, rửa đơn giản trong nước + Hai là được đưa ra bởi các lớp xúc tác quang: do một lớp của oxit titan tinh thể nano, vật liệu hữu cơ bám bẩn bị phá hủy bởi bức xạ mặt trời

Sản xuất hàng dệt may tự làm sạch bằng công nghệ nano:

+ Sử dụng chất xúc tác

+ Sử dụng lò vi sóng

+ Sử dụng ống nano carbon

+ Sử dụng keo oxit kim loại

+ Sử dụng hạt nano bạc

+ Sử dụng clo halamine

2.1 Sử dụng chất xúc tác Photo

Bắt đầu với chất xúc tác quang Đó là quá trình tự làm sạch xúc tác Trong quy trình này, titan dioxit và kẽm oxit có kích thước nano được sử dụng để tạo ra các đặc tính tự làm sạch

và chống vi khuẩn Vải được phủ một lớp mỏng các hạt titan dioxit có đường kính 20 nanomet Titanium dioxide là chất xúc tác quang Khi được chiếu ánh sáng có năng lượng cao hơn độ rộng vùng cấm của nó, các electron trong TiO sẽ nhảy từ vùng hóa trị lên vùng2 dẫn và các cặp electron (e) và lỗ trống điện (h+) sẽ hình thành trên bề mặt của chất xúc tác quang Các điện tử âm và oxy sẽ kết hợp để tạo thành O2 ion gốc, ngược lại lỗ trống điện dương và nước sẽ tạo ra gốc hydroxyl OH Vì cả hai sản phẩm đều là những thực thể hóa học không ổn định nên khi hợp chất hữu cơ tức là bụi bẩn, chất ô nhiễm và vi sinh vật rơi trên bề mặt của chất xúc tác quang, nó sẽ kết hợp với O2 - và OH- và biến thành carbon dioxide (CO2) và nước (H2O) Vì titanium dioxide hoạt động như một chất xúc tác nên nó không bao giờ được sử dụng hết Đây là cách lớp phủ tiếp tục phá vỡ các vết bẩn nhiều lần Kẽm oxit cũng là một chất xúc tác quang và cơ chế xúc tác quang tương tự như titan dioxit

Hnh 4 Quá trnh Photocatalytic t làm s ch ự ạ

Các loại vải tự làm sạch hoạt động bằng cách sử dụng đặc tính quang xúc tác của titan dioxit, hợp chất được sử dụng trong nhiều ứng dụng pin mặt trời công nghệ nano mới Loại vải này được phủ một lớp mỏng các hạt titan dioxit có đường kính chỉ 20 nanomet Khi lớp bán dẫn này tiếp xúc với ánh sáng, các photon có năng lượng bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm của titan dioxit sẽ kích thích các electron lên vùng dẫn Các electron bị kích thích trong cấu trúc tinh thể phản ứng với các nguyên tử oxy trong không khí, tạo ra oxy gốc tự do Các nguyên tử oxy này là các chất oxy hóa mạnh, có thể phá vỡ hầu hết các hợp chất dựa trên carbon thông qua các phản ứng oxy hóa - khử Trong các phản ứng này, các hợp chất hữu cơ (tức là bụi bẩn, chất ô nhiễm và vi sinh vật) bị phân hủy thành các chất như carbon dioxide và nước Vì titan dioxit chỉ đóng vai trò là chất xúc tác cho các phản ứng nên nó không bao giờ được sử dụng hết Điều này cho phép lớp phủ tiếp tục phá

vỡ các vết bẩn nhiều lần

2.2 Sử dụng lò vi sóng

Công nghệ mới gắn hạt nano vào sợi quần áo bằng vi sóng Sau đó, các hóa chất có thể đẩy nước, dầu và vi khuẩn được liên kết trực tiếp với các hạt nano Hai yếu tố này kết hợp với nhau để tạo ra một lớp phủ bảo vệ trên các sợi của vật liệu Lớp phủ này vừa giết chết vi khuẩn vừa buộc chất lỏng kết thành hạt và chảy ra ngoài Công nghệ tương tự, được tạo ra bởi các nhà khoa học làm việc cho Lực lượng Không quân Hoa Kỳ, đã được sử dụng để tạo

ra áo phông và đồ lót có thể mặc hợp vệ sinh trong nhiều tuần mà không cần giặt

Hnh 6 Công ngh m i gắấn h t nano vào s i quầần áo bắầng vi sóng ệ ớ ạ ợ

2.3 Sử dụng ống nano cacbon

Các cấu trúc lá sen nhân tạo được chế tạo trên vải dệt thông qua việc lắp ráp có kiểm soát các ống nano carbon Các ống nano cacbon (CNT) và ống nano cacbon biến đổi bề mặt (PBA-g-CNT) được sử dụng làm khối xây dựng để mô phỏng sinh học các vi cấu trúc bề mặt của lá sen ở cấp độ nano Các loại vải cotton, vốn có khả năng thấm hút nước hoàn hảo,

đã được ưu đãi với đặc tính siêu kỵ nước Các góc tiếp xúc với nước lớn hơn 150 đã được